[发明专利]电活性聚合物致动器触觉握持组件

说明书

相关申请

本申请要求题为“Haptic Grip Case”的2010年2月3日提交的美国临时申请号为61/301,177的优先权，其被整体地通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明是针对使用电活性聚合物换能器来提供改善的触觉响应。

背景技术

现在所使用的很多种设备依赖于一个或另一种类的致动器来将电能转换成机械能。相反，许多发电应用通过将机械动作转换成电能来操作。被用来以这种方式收获机械能，可以将相同类型的设备称为发生器。同样地，当出于测量目的采用该结构来将诸如振动或压力的物理刺激转换成电信号时，可以将其表征为传感器。然而，术语“换能器”可以用来一般地指示任何设备。

许多设计考虑支持高级电介质弹性体材料（也称为“电活性聚合物”（EAP））的选择和使用以用于换能器的制造。这些考虑包括势力、功率密度、功率转换/消耗、尺寸、重量、成本、响应时间、占空因数、服务要求、环境影响等。同样地，在许多应用中，EAP技术提供用于诸如电动机和螺线管的压电、记形合金（SMA）和电磁设备的理想替换。

在美国专利号7,394,282；7,378,783；7,368,862；7,362,032；7,320,457；7,259,503；7,233,097；7,224,106；7,211,937；7,199,501；7,166,953；7,064,472；7,062,055；7,052,594；7,049,732；7,034,432；6,940,221；6,911,764；6,891,317；6,882,086；6,876,135；6,812,624；6,809,462；6,806,621；6,781,284；6,768,246；6,707,236；6,664,718；6,628,040；6,586,859；6,583,533；6,545,384；6,543,110；6,376,971和6,343,129中；以及在美国公开专利申请号2009/0001855；2009/0154053；2008/0180875；2008/0157631；2008/0116764；2008/0022517；2007/0230222；2007/0200468；2007/0200467；2007/0200466；2007/0200457；2007/0200454；2007/0200453；2007/0170822；2006/0238079；2006/0208610；2006/0208609；和2005/0157893以及在2009年1月22日提交的美国专利申请号12/358,142；PCT申请号PCT/US09 /63307；以及WO 2009 /067708中描述了EAP设备的示例及其应用，所述申请的全部内容被通过引用结合到本文中。

EAP换能器包括具有可变形特性且被薄弹性体电介质材料分离的两个电极。当向电极施加电压差时，相反带电的电极相互吸引，从而在其之间压缩聚合物电介质层。随着电极被更紧密地拉在一起，电介质聚合物膜随着其沿着平面方向（沿着x和y轴）扩展而变薄（z轴向量收缩），即膜的位移在平面内。还可以将EAP膜配置为沿着与膜结构正交的方向（沿着z轴）产生移动，即膜的位移在平面外。美国公开专利申请号2005/0157893公开了EAP膜构造，其提供此类平面外位移—也称为表面变形或厚度模偏转。

可以改变并控制EAP膜的材料和物理性质以对换能器所经历的变形进行自定义。更具体地，可以控制并改变诸如聚合物膜与电极材料之间的相对弹性、聚合物膜与电极材料之间的相对厚度和/或聚合物膜和/或电极材料的变化厚度、聚合物膜和/或电极材料的物理图案（用以提供局部化活性和非活性区域）、总体地置于EAP膜上的张力或预应变以及施加于膜的电压或在膜上引发的电容的量的因素以对处于活性模式时的膜的特征进行自定义。

存在许多基于换能器的应用，其将受益于由此类EAP膜提供的优点。一个此类应用包括使用EAP膜来在用户接口设备中产生触觉反馈（通过施加于用户身体的力向用户传送信息）。存在许多已知用户接口设备，其采用通常响应于由用户发起的力的触觉反馈。可以采用触觉反馈的用户接口设备的示例包括键盘、键区、游戏控制器、遥控器、触摸屏、计算机鼠标、轨迹球、触控笔、操纵杆等。用户接口表面可以包括用户操作、占用和/或观察关于来自设备的反馈或信息的任何表面。此类接口表面的示例包括但不限于键（例如键盘上的键）、游戏垫或按钮、显示屏等。