用于生产多层机电换能器的方法_3

文档序号:9476394阅读:来源:国知局
特定电势或用于分接特定电势 的端子凸耳形成的。通过将横截面设定成合适的尺度,电极层的几何结构可以被用作熔丝 元件,通过该恪丝元件,在电击穿发生时流动的电流使电极升华,且从而在电气上使这个有 缺陷的致动器箱失效。
[0051] 优选地,可以通过喷涂、浇注、刮涂、刷涂、印刷、气相沉积、溅射和/或等离子体 CVD将电极层施加到弹性体层的第一部分。尤其,可以设置用于施加的合适的设备,诸如,喷 涂设备、印刷设备、辊设备等。在此以举例方式给出的印刷方法是喷墨印刷、柔版印刷和丝 网印刷。至少在第一折叠步骤之前,可以以容易的方式将一个电极层(尤其一个结构化的 电极层)施加到弹性体箱。
[0052] 在另一个实施方案中,电极层可以与粘合剂混合。这提高了多层机电换能器的层 的机械凝聚力。此外,优选地可以在该折叠步骤之前干燥电极层。
[0053] 为了获得具有较大的可扩展性或较大的致动器效果的机电换能器,根据本发明的 方法的一个特别优选的实施方案,可以在施加电极层之前预拉伸弹性体箱,作为一个替代 方案或此外,可以在施加电极层之后预拉伸弹性体箱。预拉伸的弹性体箱被设置有一种非 弹性材料,以用于该预拉伸的固定。例如,适当材料的框架可以被施加到该弹性体箱。尤 其,可以使用刚性聚合物材料。例如,可以通过印刷有刚性聚合物材料来固定该预拉伸。此 外,优选地,施加的聚合物材料框架可以具有对准标记。这具有的优点是,在下游堆叠过程 期间,不会在弹性体箱之间发生偏移。
[0054] 此外,根据根据本发明的方法的另一个实施方案,可以提供的是,在将弹性体箱固 定在折叠设备上之前或之后,在至少一个折叠边缘处至少部分地切入该弹性体箱。该切入 可以是通过切割(例如,超声切割)、冲压或其他分开方法(诸如例如,热线切割或激光切 害J)实现的。通过至少部分地切割折叠边缘,可以使得折叠简化且可以进一步减少不期望 的卷边在边缘区域处的出现。此外,可以以容易的方式折叠弹性体箱若干次。例如,在固定 之后,还可以在至少一个折叠边缘处将弹性体箱完全切断成两部分箱。也可以进一步减少 在边缘区域处的不期望的卷边。
[0055] 尤其,至少该折叠步骤被重复至少两次,优选地至少五次,特别优选地十次,且最 特别优选地二十次。如果在第一施加步骤中,(仅)弹性体箱的第一部分被设置有一个电极 层,则该施加步骤可以被重复优选地至少五次,特别优选地十次,且最特别优选地二十次。 尤其,在每个折叠步骤之后可以有一个施加步骤。
[0056] 此外,可以提供的是,该折叠步骤被重复至多1000000次,优选地至多100000次, 特别优选地至多10000次,最特别优选地至多5000次且尤其最特别优选地至多1000次。
[0057] 还可以提供的是,该施加步骤被重复至多1000000次,优选地至多100000次,特别 优选地至多10000次,最特别优选地至多5000次且尤其最特别优选地至多1000次。
[0058] 根据另一个实施方案,在该施加步骤中,多个分开的电极层可以被施加到弹性体 层的至少第一部分。例如,可以施加至少两个,优选地至少四个,特别优选地至少八个,且最 特别优选地至少十六个电极层。通过同时施加多个电极层,可以进一步减少制造时间。使 得有可能平行生产多个机电换能器。
[0059] 如已经描述的,根据上文所描述的方法优选地可以同时生产多个机电换能器。在 另一个方法步骤中,尤其在(最后)折叠步骤之后,可以使至少一个多层机电换能器与剩余 的弹性体箱分离。例如,可以冲压出和/或切割出机电换能器。可以以容易的方式使同时 生产的多个机电换能器各自分开且使其变成期望的形式,例如,具有特定尺度。
[0060] 根据另一个实施方案,特别通过若干折叠步骤生产的机电换能器中的至少两个可 以被堆叠成一个在另一个之上。不言而喻,还可以将多于两个多层机械换能器堆叠成一个 在另一个之上。因为机电换能器具有已经通过折叠创建的多层构造,其易于处理且可以几 乎不用费力地重新堆叠。可以以容易的方式生产具有多个层的机电换能器。
[0061] 如已经描述的,一个机电换能器具有一个在另一个之上的至少两个电极层,其中 一个电介质弹性体层布置在其间。通过向两个相对的电极层施加电压(换言之,施加不同 的电势),可以引起放置在其间的弹性体箱的扩展。不言而喻,在传感器应用或发生器应用 的情况下,弹性体箱的扩展可以在电极层处引起特定电压且这可以在所述电极处被分接。 [0062] 在多层机电换能器的情况下,必要的是,堆叠的电极可以被供应有交变电势。优选 地,接触电极层可以被连接到被设计成用于向第一电极层施加第一电势的机电换能器的第 一电极层。第二接触电极层可以被连接到用于向第二电极层施加第二电势的机电换能器的 至少一个第二电极层,优选地多个第二电极层。在该机电换能器中,第一电极层和第二电极 层可以被交替地布置。在传感器应用或发生器应用的情况下,相应地适用于电压的分接。尤 其,第一电极层和第二电极层可以被形成为基本上相同。例如,它们可以包括一个平面电极 区域和一个用于将该电极区域连接到接触电极层的端子凸耳。优选地,一个机电换能器中 的所有第一电极层的端子凸耳可以与该换能器的相同的第一外侧对齐。此外,一个机电换 能器中的所有第二电极层的端子凸耳可以与该换能器的相同的第二外侧对齐,其中第一外 侧不同于第二外侧。所述两个外侧优选地是相对的外侧。
[0063] 尤其,在通过本发明方法生产的机电换能器的情况下,可以以这样的方式将电极 层施加到弹性体箱:它们可以从侧面接触且未突出到电介质箱的边缘以外。这是因为否则 可以发生击穿。优选地,可以在电极和电介质之间留出安全边缘,使得电极区域小于电介质 区域。可以以这样的方式使电极结构化:导体迹线被引出以用于电接触。可以以容易的方 式接触所述电极层。
[0064] 根据本发明的方法的另一个优选的实施方案,可以封装该机电换能器。尤其,可以 通过可逆的、可扩展的保护层保护该机电换能器免于外部环境影响。例如,为了该封装,该 机电换能器可以被灌封在聚氨酯壳和/或硅树脂壳内。可以用基于合成弹性体的弹性体材 料(例如,聚氨酯弹性体、硅树脂弹性体、丙烯酸酯弹性体诸如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、氟 橡胶、未硫化橡胶、硫化橡胶、聚氨酯、聚丁二烯、腈基丁二烯橡胶(NBR)或异戊二烯和/或 聚偏二氟乙烯)灌装该机电换能器。优选地是使用硅树脂弹性体。该封装可以是在一个或 两个或更多个层中进行。该封装可以被部分或完全固化。除了 UV固化,非触发化学固化和 IR固化之外,优选的是纯热固化。此外,原则上可以以任何期望的方式执行该封装的施加。 优选地,可以使用铸造方法,特别优选地真空铸造方法或离心方法。
[0065] 优选地,在进一步使用之前,两个弹性体箱可以被层压在一起。此外,根据另一个 实施方案,可以以改善粘附这样的方式处理弹性体箱的表面。优选地,可以在施加电极层之 前,通过电晕照射和/或等离子体处理来处理弹性体箱。作为一个替代方案或此外,可以在 施加电极层之后通过电晕照射和/或等离子体处理来处理弹性体箱。作为一个替代方案或 此外,可以使用一种可扩展的粘剂剂。可以显著改善多层机电换能器的层彼此间的粘附,特 别是永久粘附。
[0066] 本发明的另一个方面是一种根据上文所描述的方法生产的机电换能器。
[0067] 本发明的又一个方面是一种包括上文所描述的机电换能器的部件。该部件可以是 电子和/或电气设备,尤其是包括该机电换能器的模块、自动化设备、仪器或组件。
[0068] 本发明的另一个方面是一种上文所描述的机电换能器作为致动器、传感器和/或 发生器的用途。在机电和电声领域,尤其是在来自机械振动的能量采集(能量收获)、声学、 超声、医学诊断、声学显微术、机械感测(尤其是压力、力和/或膨胀感测)、机器人学和/或 通信技术领域中的多个非常不同的应用中,可以有利地使用根据本发明的机电换能器。其 典型的实施例是压力传感器、电声换能器、麦克风、扬声器、振动换能器、光偏转器、膜片、用 于玻璃纤维光学的调制器、热电检测器、电容器、控制系统和"智能"地板,以及用于将尤其 是来自旋转运动或振荡运动的机械能转换成电能的系统。
[0069] 本发明的又一个方面是根据权利要求15所述的用于生产机电换能器的设备。该 设备尤其被设计成用于执行上文所描述的方法。该设备尤其是折叠设备,包括第一板和至 少一个第二板。第一板相对于第二板可折叠。第一板和第二板具有一个用于接收电介质弹 性体箱的接收表面。该接收表面被设计成用于将弹性体箱固定在该设备上。
[0070] 该设备尤其是上文所描述的折叠设备。一个弹性体箱可以被布置在该折叠设备的 接收表面上。该折叠设备尤其是板形式的。尤其,该折叠设备具有至少两个板。这些板可 移动地连接至彼此。
[0071] 根据本发明的一个优选的实施方案,第一板被可移动地尤其通过至少一个铰接设 备连接到第二板。尤其,所述两个板可以以这样的方式连接至彼此:在初始位置,所述两个 板形成一个平面,且在结束位置,第一板平放在第二板上(或反之亦然)。可以设置合适的 装置(诸如,马达、致动器、控制装置)以用于移动所述至少两个板。
[0072] 不言而喻,该折叠设备可以具有多于两个板,其他板例如通过铰接设备连接到至 少一个另外的板且能够具有局部接收表面。除了铰接设备之外,还可以使用例如带连接件 用于连接。
[0073] 该接收表面被设计成用于将弹性体箱固定(优选地可逆地固定)在该折叠设备 上。根据一个实施方案,该接收表面可以被设计成用于产生负压(例如,真空),以将弹性体 箱固定在该折叠设备上。出于此目的,可以设置相应的抽真空装置。通过优选地通过负压 执行该固定,该弹性体箱可以被(几乎)无褶皱地固定且随后被精确对准地折叠。该折叠 设备的区别尤其在于:甚至具有较小层厚度的弹性体箱也可以被可靠地且尤其(几乎)无 褶皱地固定。该弹性体箱或弹性体膜可以具有的层厚度是〇. 1 μπι到1000 μπι,优选地1 μπι 到 500 μ m
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