[发明专利]用于生产可变形聚合物器件和膜的自动化制造工艺

说明书

相关申请

本申请要求保护以下申请在35 USC§119(e)下的权益：2011年4月21日提交的名称为“AUTOMATED EPAM MANUFACTURING PROCESSES”的美国临时申请No. 61/477,675；2011年4月21日提交的名称为“LINER-LESS PRINTING”的美国临时申请No. 61/477,709；2011年5月5日提交的名称为“LINER-LESS PRINTING II”的美国临时申请No. 61/482,751；2011年3月1日提交的名称为“FIBRILLATED STRUCTURE FOR ELECTRODE”的美国临时申请No. 61/477,832；2011年10月13日提交的名称为“MODIFIED SOFT TOOLING AND EFFECT OF TROUGHS IN PRINT THICKNESS”的美国临时申请No. 61/546,683；和2011年10月21日提交的名称为“USE CONTINUOUS WEB FRAME BELT FOR ROLL-TO-ROLL CARTRIDGE PRINTING/PROCESS”的美国临时申请No. 61/549,799，这些申请中的每一个的全部内容通过引用而并入。

技术领域

本发明总体上涉及制造，并且更具体地涉及用于生产电活性聚合物膜和器件的高容量制造工艺。

背景技术

当今所使用的各种各样的器件依赖于一种类型或另一种类型的致动器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进行操作。被用来以这种方式收获机械能，相同类型的器件可以被称为发电机。同样地，当出于测量目的采用该结构将物理刺激（诸如振动或压力）转换成电信号时，该结构可以被表征为传感器。然而，术语“换能器”可以被用来一般地指代器件中的任一种。

多种设计考虑促进对用于制作换能器的高级介电弹性体材料（也被称为“电活性聚合物”）的选择和使用。这些考虑包括势场力、功率密度、功率转换/消耗、大小、重量、成本、响应时间、占空比、服务需求、环境影响等等。由此，在许多应用中，电活性聚合物技术为压电形状记忆合金和诸如电动机和螺线管之类的电磁器件供应理想替代物。

电活性聚合物换能器包括具有可变形特性且被薄弹性介电材料分离的两个电极。当电压差被施加于电极时，相反电荷的电极彼此吸引，从而压缩它们之间的聚合物介电层。随着电极被拉动得更靠近在一起，介电聚合物膜变得更薄（Z轴分量收缩），因为它在平面方向上（沿着X轴和Y轴）扩充，即，膜的位移是平面内的。电活性聚合物膜还可以被配置成在与膜结构正交的方向上（沿着Z轴）产生移动，即，膜的位移是平面外的。美国专利No. 7,567,681公开了提供这种平面外位移的电活性聚合物膜构造，也被称为表面变形或厚度模式偏转。

电活性聚合物膜的材料和物理属性可以被改变和控制以定制换能器所经历的变形。更具体地，诸如聚合物膜和电极材料之间的相对弹性、聚合物膜和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（用于提供局部化活性和非活性区域）、作为整体而置于电活性聚合物膜上的张力或预应变、以及被施加于膜的电压或在膜上感应的电容的量之类的因素可以被控制和改变以定制膜处于活性模式时的特征。

存在受益于由这种电活性聚合物膜提供的优点的许多应用，不论是单独使用该膜还是在电活性聚合物致动器中使用它。许多应用之一包括将电活性聚合物换能器用作致动器以在用户界面器件中产生触觉反馈（通过被施加于用户身体的力将信息传达给用户）。存在许多已知的用户界面器件，其典型地响应于由用户发起的力而采用触觉反馈。可采用触觉反馈的用户界面器件的示例包括键盘、键区、游戏控制器、远程控制、触摸屏、计算机鼠标、轨迹球、触笔棒、操纵杆等等。用户界面表面可以包括用户关于来自器件的反馈或信息而操纵、利用和/或观察的任何表面。这样的界面表面的示例包括但不限于按键（例如，键盘上的按键）、游戏板或按钮、显示屏等等。