JP2018518136A - 作動装置 - Google Patents

Abstract

作動装置は、キャリヤ５０に取り付けられた少なくとも１つの電気活性高分子（ＥＡＰ）層と、少なくとも２つの安定状態を規定する機械構造体５６、５８とを備える。ＥＡＰ層は、駆動されたときに、機械構造体と相互作用して、前記少なくとも２つの安定状態間で切り換わるように適合されており、機械構造体は、非駆動状態において、電気活性高分子層を選択された安定状態に維持する。このようにすると、装置の２つ以上の安定状態が規定され、ＥＡＰがもはや駆動されていないときでも、それらの安定状態を維持することができる。

Description

本発明は、活性材料を利用した作動装置に関する。本発明はさらに、該装置のアレイ、並びに該装置及びアレイを動作させる方法に関する。

電気活性材料又は光学活性材料は、適切な制御信号によって電気的に又は光学的に駆動されたときに機械的変形を示す材料である。これらの材料のうち、ある種の材料は逆の効果も示す。すなわち、それらの材料は、機械的変形を受けたときに電気信号又は光学信号を生成する。上記の効果が起こる正確な機構は、材料の選択に依存し、場合によっては、それらの材料を装置に埋め込む手法にも依存する。上記の効果のため、このような材料の最も一般的な用途はアクチュエータ及び／又はセンサである。

電気活性高分子（ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ：ＥＡＰ）及び光学活性高分子（ＯＡＰ）は、新興の種類の材料である。これらの高分子は、好都合な作動−応答特性といくつかの有利な工学的特性とを合わせ持ち、それらの特性は、新たな応用分野での使用を可能にする。したがって、例えば、ＥＡＰは一般に、一般的な他の機械式アクチュエータ又は無機ＥＡＭに基づくアクチュエータに比べ、小さな体積又は薄いフォーム・ファクタで比較的に大きな変形及び力を示す。ＥＡＰはさらに、雑音を出さない動作、正確な電子制御及び高速な応答を与え、さらに、高分解能の可能性及び０〜２０ｋＨｚなどの可能な作動周波数の大きな範囲での循環的作動の可能性を与える。ＯＡＰは別の利点を提供する。これらの全ての特性及び利点に加えて、十分に確立された方法を使用してさまざまな形状に容易に製造することができ、このことは、多種多様なシステムへの容易な統合を可能にする。

ＥＡＰ及びＯＡＰは、構成要素又は特徴の少量の運動が望まれる任意の用途において特に有利に使用することができる。同様に、この技術を使用して小さな運動を感知することもできる。

ＥＡＰ装置の動作例として、図１及び図２に、ＥＡＰに基づく装置の可能な２つの動作モードを示す。この装置は、電極１０と電極１２との間に挟まれたＥＡＰ層１４を備え、電極１０と電極１２は、ＥＡＰ層１４の互いに反対側の面にある。図１では、ＥＡＰ層が自由に運動可能であるが、図２では、ＥＡＰ層全体及びその電極が、一方の層側において支持キャリヤ（ｃａｒｒｉｅｒ）層１６にクランプされている。図示されているようにＥＡＰ層を全方向に膨張させるためには、電極１０と電極１２とにわたって印加された電圧差（駆動信号）を使用して、ＥＡＰ層の全体にわたる電場を提供する。図１では、自由に動くようにＥＡＰ層が取り付けられているため、これによってＥＡＰ層は変形するが、図２の同じ作動では、クランプにより運動の自由が制限されているため、装置は曲がる。装置工学を使用すると、ＥＡＰ層を作動させたとき、すなわち装置を駆動したときに、非常にさまざまな装置出力を引き出すことができる。したがって、図示されているような一軸を軸にした非対称な湾曲を得るために、例えば分子配向（膜の延伸）を適用して、一方向の運動を強制することができる。この一方向の膨張は、ＥＡＰ層の非対称性若しくはキャリヤ層の特性の非対称性に起因するか、又はこれら両者の組合せに起因する。

図１及び図２の装置のようなＥＡＰ又はＯＡＰに基づく装置は通常、アナログ装置である。これは、駆動対出力応答曲線が連続曲線であることを意味する。したがって、ゼロ・レベル信号／ゼロ強度信号以外の任意の信号は作動出力を与える。しかしながら、これらの装置では、その作動した状態（以後、作動状態）を維持するのに絶え間なく駆動する必要がある。ある場合には、アクチュエータに駆動信号を絶え間なく送ることが望まれない。したがって、その作動状態に留まるために駆動信号を絶え間なく加える必要のない装置が求められている。

本発明の目的は、上で説明したタイプの作動装置であって、その作動状態に留まるために駆動信号を絶え間なく加える必要のない作動装置を提供することにある。

この目的は、独立請求項によって定義された装置によって少なくとも部分的に達成される。従属請求項は有利な実施形態を提供する。

本発明によれば、
− キャリヤとキャリヤに取り付けられた活性材料（２０）とを含む作動構造体（６２）であって、活性材料の駆動に応答して少なくともキャリヤの曲がり及び／又は曲がりの変化を引き起こす作動構造体（６２）と、
− 少なくとも作動構造体の第１の安定機械的状態と第１の安定機械的状態とは異なる第２の安定機械的状態を、第１の安定機械的状態と第２の安定機械的状態とのうちの少なくとも一方の安定機械的状態の曲げられた形状に作動構造体を機械的に拘束することによって規定する機械構造体（２４）と
を備え、
− 活性材料を駆動すると、作動構造体が、第１の安定機械的状態から第２の安定機械的状態に切り換わることができる
装置が提供される。

活性材料は、駆動されたときに変形することができる材料、又は駆動されたときにその形状を変化させることができる材料である。駆動は、例えば（電圧、電場若しくは電流を用いた）電気的な駆動、又は（ある周波数、色及び／若しくは強度の光学信号を用いた）光学的な駆動を意味しうる。

作動構造体は、作動構造体が曲げアクチュエータを提供するような態様で活性材料に取り付けられたキャリヤを含む。したがって、駆動は、作動構造体を曲げるか、又は作動構造体の曲がりを小さくする。

機械構造体は、少なくとも２つの異なる安定機械的状態をアクチュエータがとることができるような態様で、アクチュエータを機械的に拘束する。

安定機械的状態は、特に駆動などの外部刺激を装置に加えなくても維持されうる機械的状態、又は外部刺激を装置に加えなくても維持される機械的状態を意味する。したがって、機械構造体は、駆動を止めたときに少なくとも１つの安定機械的状態を維持するためのものである。作動構造体は、機械構造体と相互作用して、一方の状態からもう一方の状態へ切り換わるように装置を活性化する。このことは、装置が、切り換えられるときにだけ駆動を必要とし、安定状態にあるときには駆動を必要としないことを意味する。

第１の安定機械的状態は、作動構造体の駆動されていない平衡状態又は静止状態とすることができる。

この装置は、作動構造体を機械構造体と組み合わせて、装置を作動させることができるようにし、また、装置が多数の安定状態を有することができるようにする。作動構造体のキャリヤ部分は機械構造体の部分であり、このことは装置を特にコンパクトにする。このデザインは、それ自体は双安定振舞いを提供しない、単純で平らな曲げアクチュエータ（少なくとも１つのアクチュエータ材料層及び少なくとも１つのキャリヤ層を備える多層）を可能にし、この曲げアクチュエータは、普通は平らな状態で生産され、その後、双安定作動振舞いをする装置に組み込まれる。

したがって、この装置を使用して、（しきい値よりも低いと効果がなく、しきい値よりも高いと一定の大きさの効果がある）ディジタル出力を与えることができ、又はさらには多レベル出力を与えることができる。したがって、本質的にアナログ式の作動構造体の作動がディジタル出力に変換される。このようにすると、アナログ駆動信号がディジタル作動出力に変換され、加えられた駆動信号が除去された後も作動状態が続く。

この装置は、少なくとも第２の安定機械的状態に基づく作動出力又は少なくとも第２の安定機械的状態によって規定される作動出力を提供する作動装置であることが好ましい。この作動出力は、例えばストローク、力、歪み、圧力又は変位など、任意の種類の機械的出力を含みうる。変位は、１つ若しくは複数の軸に沿った１つ若しくは複数の方向の、又は１つ若しくは複数の点における、又は１つ若しくは複数の軸を軸にした、或いは上記の任意の１つの組合せによる、滑り、回転、曲げ
、よじれ、又は膨張に基づきうる。これは、作動構造体及び／又は機械構造体の特定のデザインの必要性に従ってデザインすることができる。

作動出力を提供するように作動構造体を配置することができる。その代わりに又はそれに加えて、作動出力を提供するために作動構造体及び／又は機械構造体と機械的に（接触して又は作用する力によって）相互作用する作動出力部材（例えばピストン、ロッド又は他の部材）が存在してもよい。

一例では、機械的な力を外部から装置に加えることによって、装置がリセットされる。次いで、駆動すると、一方向にだけ、すなわち第１の安定状態から第２の安定状態に状態が切り換わる。

本発明の装置はさらに、
− キャリヤが、第１の面及び第１の面の反対側の第２の面を有し、活性材料が第１の面に取り付けられていること、並びに
− アクチュエータ構造体が、第２の面に取り付けられた追加の活性材料を含み、この追加の活性材料は、この追加の活性材料の追加の駆動に応答して作動構造体の曲がり及び／又は曲がりの変化を引き起こすためのものであり、その結果、この追加の駆動時に、作動構造体は、第２の安定機械的状態から第１の安定機械的状態に切り換わることができること
を含むことができる。

したがって、この追加の駆動を止めても、機械構造体は、第１の安定機械的状態を維持することができる。したがって、この装置は、２つの安定状態間で駆動可能であり、同時に、デザインコンパクト性が維持される。

活性材料と追加の活性材料とは同じであっても、異なってもよい。両方の材料を電気活性材料とすることができ、又は両方の材料を光学活性材料とすることができる。或いは、一方の材料を電気活性材料とし、もう一方の材料を光学活性材料とすることもできる。

基板及び任意の活性材料は、層スタックとして配置されていることが好ましい。活性材料、追加の活性材料、機械構造体のキャリヤ部分、及び任意選択の他の部分は、互いの上に積み重ねられた層形態で製作することができる。任意選択の部分は、１つ若しくは複数の電極（電気活性材料）又は１つ若しくは複数の光学ガイド／光ガイド（光学活性材料）など、駆動を提供するための部分とすることができる。これは、都合のよいデザインである。

本発明では、第１の機械的状態及び第２の機械的状態の両方の機械的状態において、アクチュエータを、曲げられた形状に機械的に拘束することができる。したがって、機械的に拘束されたアクチュエータ及び特にキャリヤを、この拘束による（例えば、ばねとして振る舞う）双安定部分とすることができる。この部分は層の形状を有することができる。この部分又は層は例えば、切換え中に２つの安定状態間で素早く切り換わる。例えば、この部分又は層は、凸形状態と凹形状態との間で、又は、それと等価に上方へ突き出た状態と下方へ突き出た状態との間で切り換わる。したがって、第１の安定機械的状態の曲げられた形状は、第２の安定機械的状態の曲げられた形状とは反対の形状にできる。

或いは、駆動されていない状況において、機械的に拘束されていない第１の安定機械的状態又は機械的に拘束されていない第２の安定機械的状態にあるときに、作動構造体を実質的に平らにすることもでき、もう一方の状態は依然として曲げられた形状である。

装置は、ハウジングを備えることができ、機械構造体がハウジングの蓋を形成し、作動構造体がハウジング内にある。これは、上蓋が装置の機械的作動出力を提供する、閉じた自足式のデザインを提供する。

このコンパクトなデザインは、追加の作動構造体を有する装置にとって有利である。これは、多数の構造体（層の形態をとることがある）を含む場合であっても、コンパクトな装置が、双方向切換え能力及び安定性を備えることができるためである。

活性材料及び／又は追加の活性材料は、キャリヤのエリアの一部分だけ、例えばエッジ部分だけにわたって広がることができる。この材料は、作動構造体がその状態を切り換えるのに十分なものでありさえすればよい。

機械構造体は、作動構造体を安定機械的状態でその位置に保持することができる複数の保持位置を有する保持装置を備えることができ、それぞれの保持位置は異なるアクチュエータ位置に対応し、これらの保持位置のうちの少なくとも１つの保持位置が、第１の安定機械的状態と第２の安定機械的状態とのうちの少なくとも一方の安定機械的状態の曲げられた形状に作動構造体を機械的に拘束する。

作動構造体が駆動された後に作動構造体を保持することによって、駆動が終わった後も作動構造体の形状は少なくとも部分的に保持される。保持装置は例えば、作動構造体の固定されたエッジから異なる距離のところに作動構造体の移動可能なエッジを保持するための装置であり、複数の保持切欠きを備える。

電気活性高分子を電気活性材料として使用する装置は、電場駆動性材料とイオン駆動性材料とにさらに区分することができる。電場駆動性ＥＡＰは、電気機械的な直接結合を介して電場によって作動する。電場駆動性ＥＡＰは普通、高い電場（ボルト／ｍ）であるが低い電流を必要とする。駆動電圧をできるだけ低く保つため、高分子層は通例は薄い。イオン性（ｉｏｎｉｃ）ＥＡＰは、イオン及び／又は溶媒の電気的に誘起された輸送によって活性化される。イオン性ＥＡＰは普通、低電圧であるが高電流を必要とする。イオン性ＥＡＰは、液体／ゲル電解質媒質を必要とする（ただしいくつかの材料システムは固体電解質を使用して動作することもできる）。これらの分類のＥＡＰはともに多くの種類を有し、それらはそれぞれ、独自の利点及び欠点を有する。

電場駆動性ＥＡＰの例は、圧電高分子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ）、電気歪み高分子（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）（例えばＰＶＤＦベースのリラクサー高分子（ｒｅｌａｘｏｒ ｐｏｌｙｍｅｒ）又はポリウレタン）及び誘電エラストマー（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）を含む。他の例は、電気歪みグラフト重合体（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ Ｇｒａｆｔ ｐｏｌｙｍｅｒ）、電気歪み紙（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｐａｐｅｒ）、エレクトレット（Ｅｌｅｃｔｒｅｔ）、電気粘弾性エラストマー（Ｅｌｅｃｔｒｏｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）及び液晶エラストマー（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）を含む。

イオン駆動性ＥＡＰの例は、共役／導電性高分子、イオン性高分子金属複合体（Ｉｏｎｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：ＩＰＭＣ）及びカーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）である。他の例はイオン性高分子ゲルを含む。

光学活性材料は、照射されるとシス−トランス異性化を受けうる１つ又は複数の二重結合を有する高分子を含むことができる。このような結合はＣ＝Ｃ、Ｎ＝Ｃ又はＮ＝Ｎ結合でありうる。このような材料は例えばスチルベンを含むことができる。

ある種の用途では、例えば位置決めシステム及び制御されたトポロジ表面において、アクチュエータのアレイが役立つことがある。しかしながら、アクチュエータの駆動電圧はかなり高い（５０Ｖ超）ため、それぞれのアクチュエータをそれ自体のドライバ集積回路を用いて個別に駆動することはコスト高に直結する。

パッシブ・マトリックス・アレイは、行（ｎ個の行）接続及び列（ｍ個の列）接続だけを使用するアレイ駆動システムの単純な実施態様であり、アクティブ・マトリックス・アレイよりも低コストであり、アクティブ・マトリックス・アレイほど複雑でない。最大（ｎ×ｍ）個のアクチュエータをアドレス指定するのに必要なドライバは（ｎ＋ｍ）個だけであるため、この手法は、はるかに費用効果に優れた手法であり、さらに追加配線のコスト及び空間を節約する。

理想的には、パッシブ・マトリックス装置では、それぞれの個々のアクチュエータを、隣接するアクチュエータに影響を与えることなく、その最大電圧まで作動させるべきである。しかしながら、（電圧しきい値を使用しない）伝統的なＥＡＰ装置では、隣接するアクチュエータへのクロストークがある程度存在する。１つのアクチュエータを作動させるために電圧を印加すると、その周囲のアクチュエータも電圧を感受し、部分的に作動する。多くの用途にとってこれは不要な効果である。

この状況が、米国特許第８，５５２，８４６号明細書に記載されている。この文献は、しきい電圧又は双安定を使用しないＥＡＰ装置のパッシブ・マトリックス駆動を検討している。この文献は、２レベル駆動方式用のパッシブ・マトリックス手法を開示している。この手法は、最良で３：１の作動電圧コントラスト比を提供し（すなわち「作動していない」アクチュエータは最大作動電圧の３３％の作動を示し）、そのため、真の双安定振舞いを可能にしない。作動コントラスト比３：１は圧力レベル比９：１と等価であることに留意されたい（圧力レベルは電圧の２乗に比例するため）。しかしながら、このシステムは２レベル駆動だけに対応している。第３の駆動レベルを使用すると、作動していないＥＡＰ装置の作動レベルが変動することになる。

したがって、特にＥＡＰ装置、及び作動装置一般を、アドレス指定されるアレイ、特にパッシブ・マトリックス・アレイ内で使用することには限界がある。

本発明の態様に基づく例によれば、本発明によって定義された複数の装置を備えるシステムが提供される。これらの複数の装置は、アレイの列及び行に配置されることが好ましい。このシステム又は装置のアレイは多安定装置を利用する。このようにすると記憶機能が可能になり、その結果、複数の装置又は装置のアレイ上に所望のマトリックス・アドレス指定パターンを書き込み、記憶することができるようになる。

駆動信号を装置に提供するため、これらの複数の装置をそれぞれ、少なくとも１本の信号線に接続することができる。光学的に作動させる装置又は光学的に駆動される装置では、このような信号線を光ガイドとすることができる。電気的に駆動される装置では、このような信号線を電極とすることができる。好ましくは、それぞれの装置が、第１の信号線及び第２の信号線に接続される。一方の信号線は、駆動信号を提供するための線であり、もう一方の信号線は、選択信号を提供するための線である。こうすることは、マトリックス・アレイとして配列された複数の装置にとって有用である。

好ましくは、これらの装置を、パッシブ・マトリックス・アドレス指定方式のドライバ装置に接続することができる。より具体的には、これらの複数のそれぞれの装置が、活性材料として電気活性材料を含み、駆動信号を装置に提供する第１の信号線及び第２の信号線に接続されており、このシステムがさらに、少なくとも２つの可能な信号レベルを第１の信号線に提供し、少なくとも２つの可能な信号レベル第２の信号線に提供するドライバ装置を備え、これらの信号が、装置によって受け取られる駆動信号が、第１の信号線の１つの信号レベルと第２の信号線の１つの信号レベルとの組合せであるような態様で提供され、組み合わされた４つの可能な信号レベルのうちの１つの信号レベルだけが、装置の第１の安定状態から第２の安定状態への切換えを提供する。

多レベル駆動方式に、組み合わされた５つ以上の信号レベルが存在してもよいことに留意されたい。しかしながら、第１の信号線の最小信号レベル及び最大信号レベルと第２の信号線の最小信号レベル及び最大信号レベルとの組合せの結果である、このような組み合わされたレベルが少なくとも４つ存在する。

好ましくは、それぞれの装置について、
駆動信号は、第１のしきい値Ｖｂｉよりも低い組み合わされた信号レベルを有し、第１の安定状態から第２の安定状態に向かう作動を提供するが、駆動信号が除去されると第１の安定状態に戻り、
駆動信号は、第２のしきい値よりも高い組み合わされた信号レベルを有し、第１の安定状態から第２の安定状態への作動を提供し、駆動信号が除去されても第１の安定状態には戻らず、第２のしきい値は、第１のしきい値Ｖｂｉの大きさよりも大きな第１のマージンＶｄｒである大きさを有する。

したがって、個々の装置に安定状態を切り換えさせるのには不十分な駆動信号の範囲と、それによって装置が状態を一方の安定状態からもう一方の安定状態へ切り換える別の範囲とが存在する。この特性を使用して、逐次駆動方式中の装置間のクロストークを防ぐことができる。クロストークが起こると、以前に記憶された作動状態が失われる結果となる。このことは、複数の装置をアドレス指定するパッシブ・マトリックス型のアドレス指定にとって最も都合がよい。

このシステムでは、第１の信号線及び第２の信号線のうちの一方の信号線については、２つの可能な信号レベルがゼロ及び第１のしきい値Ｖｂｉの大きさであり、第１の信号線及び第２の信号線のうちのもう一方の信号線については、２つの可能な信号レベルがゼロ及び第１のマージンＶｄｒの大きさであり、これらの非ゼロ信号レベルの極性が反対であるような態様の信号レベルを提供するように、ドライバを配置することができる。

このようにすると、作動状態の変化を引き起こすのに十分なのは、これらの非ゼロ・レベル信号間の差だけである（一方が正、もう一方が負であるため、この差はそれぞれの信号レベル（及びそれとともに個々の駆動信号）よりも大きい）。

第１のしきい値Ｖｂｉの大きさは、第１のマージンＶｄｒの大きさよりも大きいことが好ましい。例えば、第１のしきい値Ｖｂｉの大きさは、第１のマージンＶｄｒの大きさの少なくとも５倍とすることができる。第１のマージンＶｄｒが小さいほど、より急激に装置の双安定振舞いが起こり、したがって、必要な駆動電圧の大きさは小さくなる。

この装置のアレイでは、機械的リセットの形態の外部入力を受け取るように装置を適合させることができる。これは例えば圧力信号を含む。

或いは、それぞれの装置について、
第３のしきい値Ｖｒｅｓよりも高い組み合わされた駆動レベルを有するリセット駆動信号は、この駆動信号が除去されたときに第１の状態へのリセットを提供する。

このリセット駆動信号は、装置の機械的リセットではなく、装置の電気的リセットを可能にする。次いで、第１及び第２の信号線上に提供される信号は一緒に、リセット駆動信号を同時に、又は行ごと若しくは列ごとに装置に提供するように適合される。

このシステムでは、装置が、活性材料として電気活性高分子を含むアクチュエータ装置であることが好ましい。

本発明の別の態様に基づく例は、本発明に基づく複数の装置を動作させる方法を提供する。この方法では、これらの複数のそれぞれの装置が、活性材料として電気活性材料を含み、駆動信号を装置に提供する第１の信号線及び第２の信号線に接続されており、この方法は、少なくとも２つの可能な信号レベルを第１の信号線に提供し、少なくとも２つの可能な信号レベルを第２の信号線に提供するステップを有し、これらの信号は、装置によって受け取られる駆動信号が、第１の信号線の１つの信号レベルと第２の信号線の１つの信号レベルとの組合せであるような態様で提供され、組み合わされた４つの可能な信号レベルのうちの１つの信号レベルだけが、装置の第１の安定状態から第２の安定状態への切換えを提供する。

それぞれの装置について、
第１のしきい値Ｖｂｉよりも低い組み合わされた信号レベルを有する駆動信号は、第１の安定状態から第２の安定状態に向かう作動を提供することができるが、駆動信号が除去されると第１の安定状態に戻り、
第２のしきい値よりも高い組み合わされた信号レベルを有する駆動信号は、第１の安定状態から第２の安定状態への作動を提供することができ、駆動信号が除去されても第１の安定状態へは戻らず、第２のしきい値は、第１のしきい値Ｖｂｉの大きさよりも大きな第１のマージンＶｄｒである大きさを有し、
この方法は、次いで、
２つの可能な信号レベルのうちの一方の信号レベルを、ゼロから及び第１のしきい値Ｖｂｉの大きさから選択された第１の信号線及び第２の信号線のうちの選択された信号線に加えるステップ、及び
２つの可能な信号レベルのうちの一方の信号レベルを、ゼロから及び第１のマージンＶｄｒの大きさから選択された第１の信号線及び第２の信号線のうちの選択された信号線に加えるステップ
を有することができ、これらの非ゼロ信号レベルの極性は互いに反対の極性を持つ。

次に、添付図面を参照して本発明の例を詳細に説明する。

クランプされていない、知られている電気活性高分子装置を示す図である。 キャリヤ層又はバッキング層にクランプされた、知られている電気活性高分子装置を示す図である。 電気活性高分子装置の第１の例を示す図である。 電気活性高分子装置の第２の例を示す図である。 電気活性高分子装置の第３の例を示す図である。 電気活性高分子装置の第４の例を示す図である。 電気活性高分子装置の第５の例を示す図である。 装置の出力を駆動電圧に対して示したグラフである。

図１及び図２の装置については本出願の導入部分で説明した。図２の装置は、活性材料としての電気活性高分子ＥＡＰに基づく第１の例である。活性材料はキャリヤに取り付けられている。

図３は、基板シート（キャリヤ）５０が、ＥＡＰを含む作動材料５２に結合され、その結果、双安定装置が基板と組み合わされて（接合されて）ＥＡＰを構成した、ＥＡＰに基づく第１の装置を示す。この装置は、図２を参照して説明したアクチュエータ構造体を構成する。したがって、ＥＡＰの駆動を実行するための駆動信号を受け取ることができる電極装置が存在する。この駆動によってこの構造体は曲がる。この基板又はキャリヤは機械構造体の部分であり、機械構造体はさらに部分５６及び５８を含む。部分５６と部分５８との間で、アクチュエータは、駆動信号が加えられていないときでも基板（及びこの場合にはさらに作動構造体全体）がやや曲げられているような態様で、水平方向に拘束（クランプ又は固定）されている。ＥＡＰを作動させると、ＥＡＰ−キャリヤ結合体は状態１から状態２に移る。切換えの後、作動駆動は止められ、ＥＡＰ−基板結合体は状態２（誘電体装置では状態１）に留まる。したがって、作動構造体は状態２に維持される。基板のプレストレシング（ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ）はそれ自体が必要ないことに留意されたい。このことは、部分５６と部分５８との間に作動構造体が拘束されていないときには、作動構造体が実質的に平らになりうることを意味する。したがって、製造が容易な通常の作動構造体を使用して、双安定でコンパクトな装置を生み出すことができる。単一のＥＡＰの使用は、装置をその初期状態にリセットするのに外力が必要であることを意味する。図３の状態３を参照されたい。矢印は加えられた外力を示している。この装置は、ユーザ・インタフェース（ＵＩ）上のボタンなどの対話装置において有用であり得る。

したがって、この作動構造体は、凹形形状と凸形形状との間で切り換わる。以下で使用される用語「上」及び「下」、「上へ」及び「下へ」又は「上方へ」及び「下方へ」は、この形状の切換えに基づいて理解されるべきであり、単に相対的な状態を表す。

部分５６及び５８は、取付具の部分又はフレームの部分とすることができる。この取付具又はフレームは、より大きな装置のハウジング内に存在することがあり、又はより大きな装置のハウジングの部分であることがある。

図４は、図３のシステムの変更を示し、この変更では、双安定機械シート６０が２つの作動層６２（ＥＡＰ１を含む）及び６４（ＥＡＰ２を含む）に結合されており（取り付けられており）、その結果、この双安定装置は、２つのＥＡＰを、固定端５６と固定端５８との間にクランプされた座屈ディスク（ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｄｉｓｋ）又は基板と一体の部分として含む。２つのＥＡＰの使用は、駆動を使用した可逆装置が可能になることを意味する。要するに、この装置は、（ＥＡＰ６２を含む）第１の作動構造体と（ＥＡＰ６４を含む）第２の作動構造体とを含み、第１の作動構造体と第２の作動構造体とがキャリヤ６０を共有する。

この装置は、図３の装置と同じように機能するが、外力又は圧力ラインの代わりに別の駆動信号を使用してディスクを元の状態にリセットするために、追加の作動材料が使用される。駆動装置への接続及び駆動を実行することができる。したがって、このような装置は、２つの駆動信号入力、すなわち作動構造体用の１つの駆動信号入力及び追加の作動構造体用の１つの駆動信号入力を有しうる。この場合、これらの構造体はともに、ドライバ装置を使用して電気的に駆動される。したがって、これらの構造体はそれぞれ、ＥＡＰ層の各面に１つずつ、合わせて２つの電極を備える。電極への入力リード線を減らすため、作動構造体の１つの電極と追加の作動構造体の１つの電極とは電気的に接続されている。それらの電極を同じ電圧、好ましくはゼロ・ボルト／大地電位に保つことができる。次いで、２つの入力電極だけ、すなわち作動構造体の１つの電極及び追加の作動構造体の１つの電極だけを使用して、残りの２つの電極に電圧をかけることができる。共通の電極と残りの電極のうちの一方の電極との間に電圧差を生じさせると、作動構造体又は追加の作動構造体が作動する。活性材料が異なる場合には、駆動の自由度をより大きくするために、接続された電極を分離することができる。しかしながら、そのためにはより複雑なドライバが必要となる。

図４は、アクチュエータを活性化させる際のさまざまなステップを示し、それらのステップは、ＥＡＰの活性化が必要なのは、１つの状態から別の状態へ切り換わる間だけであることを示す。得られる効果、すなわち座屈アクチュエータの運動は、２つの状態だけを有するディジタル効果である。ＥＡＰの作動中に状態の変化が起こる。

ステップ１では、装置は、下方へ変形した安定状態で開始し、ＥＡＰ層は活性化されていない。

ステップ２には、上のＥＡＰ６２だけを作動させて、上方へ変形した状態に状態を切り換えた様子が示されている。

ステップ３では、装置が、上方へ変形した安定状態のままである。ＥＡＰ層は活性化されていない。

ステップ４では、下のＥＡＰ６４だけを作動させることによって、下方へ変形した状態に状態が切り換わる。

図３及び図４では、機械的に双安定の層と電気活性高分子層とが一緒に接合されて、シート構造体を形成している。この接合は、接着剤又は他の取付け手段を使用することによって達成することができる。

アクチュエータがキャリヤを共有する図４の装置の代替装置として、それぞれが図３の形態を有する分離された２つのアクチュエータを使用し、次いで、それらの２つのアクチュエータを、互いに対して、キャリヤどうしが背中合わせになるような向きに配置することもできる。

図５は、図４の装置の変更を示し、この変更では、双安定機械シート（基板）７０の縁の両面にＥＡＰ７２、７４が提供されている。

この例は、２つのＥＡＰ層を使用することによって可逆的な効果を提供する同じ原理を使用するが、ＥＡＰ層の長さは、座屈ディスクの表面の部分だけに限定されている。ＥＡＰ層は、所望の機械的運動を引き起こすのに十分なものでありさえすればよい。

このように、この電気活性高分子層は、機械的に双安定の層のエリアの一部分だけ、例えばエッジ部分だけにわたって広がっている。

図５は、装置の動作サイクルの４つのステップを示す。

ステップ１では、装置は、上方へ変形した安定状態で開始し、ＥＡＰ層は活性化されていない。

ステップ２には、下のＥＡＰ７４だけを作動させて、下方へ変形した状態に状態を切り換えた様子が示されている。

ステップ３では、装置が、下方へ変形した安定状態のままである。ＥＡＰ層は活性化されていない。

ステップ４では、上のＥＡＰ７２だけを作動させることによって、上方へ変形した状態に状態が切り換わる。

ＥＡＰの活性化が必要なのは、１つの安定状態から別の安定状態へ切り換わる間だけであり、それによって、ＥＡＰの活性化は、２つの状態だけを有するディジタル運動を座屈アクチュエータに提供する。ＥＡＰの作動中に状態の変化が起こる。

本発明のアクチュエータは、アクチュエータ材料とキャリヤとを交互に含む層スタックの形態をとることができる。後続のこれらの層は全て、互いに対して取り付けられていてもよい。したがって、図３又は図４のアクチュエータは実際に、多数の層５０及び５２又は多数の層６０、６２及び６４を交互に含むことができる。

図５は、切換えの際に圧力を等しくするための通気孔を示している。

以上の例は、安定状態間で変形する機械構造体を利用する。この機械構造体は、ＥＡＰ層の駆動信号が止められたときでもＥＡＰ層を変形した状態に維持するのに十分な堅さを有する。

代替実施形態は、掛け金型構造体を使用することによって、駆動信号が除去された後もＥＡＰ層をある位置に保持するものである。例えば、機械構造体は、非駆動状態の電気活性高分子層をその位置に保持することができる複数の保持位置を有する保持装置を構成することができ、それらの保持位置はそれぞれ、異なるアクチュエータ位置に対応する。要するに、この状況は、以前の例の図３及び図４の固定端５６及び５８のうちの一方の固定端が、もう一方の固定端に対して多数の位置を有する状況に対応する。このようにすると、それぞれの保持位置が、準固定端によって規定される。

図６は、機械構造体が保持装置８０を構成する例を示す。保持装置８０は、非駆動状態の電気活性高分子層をその位置に保持することができる複数の保持位置８０ａ、８０ｂ（この例では２つの保持位置が示されている）を有する。それらの保持位置はそれぞれ、異なるアクチュエータ位置に対応する。

図６（ａ）にはこの装置の平面図が示されている。図６（ｂ）から図６（ｄ）は、一方のアクチュエータ位置からもう一方のアクチュエータ位置へ駆動されている装置を示している。

ＥＡＰ層８２は、ＥＡＰ部分とキャリヤとを備える２層構造体として示されているが、ＥＡＰ層８２は、上記の例とは違い、機械的に双安定の要素を含まない。双安定特性は保持装置８０によって与えられる。

このＥＡＰ層は、支持体８４によって示されている固定された第１のエッジ部分と移動可能な反対側のエッジ８６とを有し、具体的には、エッジ８６は、切欠き８０ａ、８０ｂのうちの一方の切欠きの中へ移動可能である。

一方の安定状態からもう一方の安定状態へ移行させるため、このＥＡＰ層の作動を使用して、ＥＡＰ層のエッジ８６を一方の切欠きの中へ移動させる。

ＥＡＰを作動させると、ＥＡＰは上方へ偏向する。この偏向により、右のエッジは内側へ移動する。移動するエッジ８６は、切欠きの付いたレールの上を移動するバーを有する。これらの切欠きは、一旦切欠きを越えてしまえばＥＡＰのエッジが容易には後戻りしないように形成されている。非駆動状態においても、切欠きはＥＡＰ層のエッジをなおも捕捉し続け、エッジがその元の位置に戻ることを防ぐ。

これによって、作動シーケンスの中に２つ以上の安定状態ができる。

図６（ｂ）は、最も遠位側の切欠き位置が使用されている様子を示している。ＥＡＰ層の作動が開始されると、この層は、図８（ｃ）に示されているように変形し始める。最終的に、このエッジは、図８（ｄ）に示されているように、近位切欠き位置に至る尾根部を越える。

電気的に又は機械的にこの装置をリセットすることができる。

最も内側の切欠きの後の尾根部はより高くなっており、図６（ｅ）に示されているように、これをリセット機能のために使用することができる。

エッジ・バーは、このより高い斜面に沿って持ち上げられ、続いて素早く解放される。これによって、バーは、他の切欠きの上を移動して元の状態に戻る。

図６（ｆ）は、ＥＡＰが他の切欠きの上を移動してその元の状態に戻るのを助けるために、リターン・ガイド８８及びガード・レール８９をどのように追加するのかを示している。

図６（ｆ）に概略的に示されているように、小さなＡＣ信号を加えてＥＡＰを小刻みに前後に動かし、それによって、エッジ・バーが切欠きの垂直エッジを跳び越えて、その以前の状態に戻ることができるようにすることもできる。

或いは、外力を使用することによって、例えばボタンを押すことで切欠きの付いたレールを低くすることによって、移動するエッジをその最初の安定状態にリセットすることもできる。

作動構造体を、作動構造体の運動（作動）を離散化する役目を果たす別の機械構成要素と相互作用させることによって、作動構造体のアナログ的振舞いをディジタル（２つの状態又は３つ以上の状態）機能に変換することを本発明が含むことは、上記のさまざまな例から明らかである。この機械構成要素は作動構造体と統合されている。

作動構造体に適した材料が知られている。電気活性高分子は、限定はされないが、以下の下位分類を含む：圧電高分子、電気機械高分子、リラクサー強誘電高分子、電気歪み高分子、誘電エラストマー、液晶エラストマー、共役高分子、イオン性高分子金属複合体、イオン性ゲル及び高分子ゲル。

下位分類の電気歪み高分子は、限定はされないが、 ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン−クロロフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリウレタン又はこれらの混合物を含む。

下位分類の誘電エラストマーは、限定はされないが、アクリル酸エステル、ポリウレタン、シリコーンを含む。

下位分類の共役高分子は、限定はされないが、ポリピロール、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ポリアニリンを含む。

イオン性装置は、イオン性高分子金属複合体（ＩＰＭＣ）又は共役高分子に基づくことができる。イオン性高分子金属複合体（ＩＰＭＣ）は、印加された電圧又は電場の下で人工筋肉の振舞いを示す合成複合ナノマテリアルである。

電場駆動性ＥＡＰの注目すべき第１の下位分類は、圧電高分子及び電気歪み高分子である。伝統的な圧電高分子の電気機械的性能は限れているが、この性能を向上させる際のブレークスルーがＰＶＤＦリラクサー高分子につながった。ＰＶＤＦリラクサー高分子は、自発的な電気分極（電場によって駆動された整列）を示す。これらの材料に予歪み（ｐｒｅ−ｓｔｒａｉｎ）を与えて、歪ませた方向の性能を向上させることができる（予歪みを与えると分子整列がより良好になる）。歪みは通常、中程度のレジーム（ｒｅｇｉｍｅ）（１〜５％）にあるため、普通は金属電極が使用される。他のタイプの電極（例えば導電性高分子、カーボン・ブラック・ベースの油、ゲル又はエラストマーなど）を使用することもできる。電極は連続していても又は分割されていてもよい。

電場駆動性ＥＡＰの他の関心の下位分類は誘電エラストマーである。この材料の薄膜を従順な電極間に挟んで、平行板コンデンサを形成する。誘電エラストマーの場合には、与えられた電場によって誘起されるマックスウェル応力によって膜上に応力が生じ、その応力によって、膜の厚みが収縮し、膜の面積が膨張する。歪み性能は通常、エラストマーに予歪みを与えることによって拡大される（この予歪みを保持するためにフレームが必要となる）。歪みは相当に大きくなりうる（１０〜３００％）。このことはさらに、使用することができる電極のタイプに制約を課す。低歪み及び中程度の歪みに対しては、金属電極及び導電性高分子電極を検討することができ、高歪みレジームに対しては通常、カーボン・ブラック・ベースの油、ゲル又はエラストマーが使用される。電極は連続していても又は分割されていてもよい。

イオン性ＥＡＰの注目すべき第１の下位分類は、イオン性高分子金属複合体（ＩＰＭＣ）である。ＩＰＭＣは、金属又は炭素ベースの薄い２枚の電極間に積層された、溶媒を吸収して膨潤したイオン交換高分子膜からなり、電解質の使用を必要とする。典型的な電極材料はＰｔ、Ｇｄ、ＣＮＴ、ＣＰ、Ｐｄである。典型的な電解質は、水ベースのＬｉ＋及びＮａ＋溶液である。電場が与えられると、通常は、カチオンが水とともにカソード側に移動する。これが、親水性クラスタの再編成及び高分子の膨張につながる。カソード・エリア内の歪みによって、残りの高分子マトリックス内に応力が生じ、その結果、アノードの方へ曲がる。印加電圧の極性を逆転させると曲がりは逆になる。よく知られている高分子膜はＮａｆｉｏｎ（登録商標）及びＦｌｅｍｉｏｎ（登録商標）である。

イオン性高分子の注目すべき他の下位分類は、共役／導電性高分子である。共役高分子アクチュエータは通常、２つの共役高分子層によって挟まれた電解質からなる。電解質は、酸化状態を変化させるために使用される。電解質を通して高分子に電位を与えると、高分子に電子が追加され又は高分子から電子が除去されて、酸化及び還元を駆動する。還元の結果が収縮であり、酸化の結果が膨張である。

場合により、高分子自体が（寸法方向に）十分な導電性を欠くときには薄膜電極が追加される。電解質は、液体、ゲル又は固体材料（すなわち高分子量の高分子と金属塩との錯体）とすることができる。最も一般的な共役高分子は、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡＮｉ）及びポリチオフェン（ＰＴｈ）である。

電解質に懸濁させたカーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）からアクチュエータを形成することもできる。この電解質は、ナノチューブと二重層を形成し、電荷の注入を可能にする。この二重層電荷注入は、ＣＮＴアクチュエータ内の主要な機構と考えられる。ＣＮＴは、ＣＮＴに注入された電荷とともに電極コンデンサの働きをする。注入された電荷は次いで、ＣＮＴ表面に電解質が移動することによって形成された電気二重層と平衡を保つ。炭素原子上の電荷を変化させると、結果として、Ｃ−Ｃ結合の長さが変化する。その結果、単一のＣＮＴの膨張及び収縮を観察することができる。

より詳細には、ＩＰＭＣは、白金若しくは金などの導体又は炭素ベースの電極でその表面が化学的にめっきされ又は物理的にコーティングされたＮａｆｉｏｎ又はＦｌｅｍｉｏｎのようなイオン性高分子からなる。印加された電圧の下で、ＩＰＭＣストリップを横切って印加された電圧に起因するイオンの移動及び再分布の結果、曲がり変形が起こる。この高分子は、溶媒を吸収して膨潤したイオン交換高分子膜である。電場によって、カチオンは、水とともにカソード側に移動する。これが、親水性クラスタの再編成及び高分子の膨張につながる。カソード・エリア内の歪みによって、残りの高分子マトリックス内に応力が生じ、その結果、アノードの方へ曲がる。印加電圧の極性を逆転させると曲がりは逆になる。

めっきされた電極が非対称構成で配置されている場合、印加された電圧は、よじれ、丸まり、ねじれ、屈曲、及び非対称曲がり変形など、あらゆる種類の変形を引き起こしうる。

これらの全ての例において、与えられた電場に応答したＥＡＰ層の電気的及び／又は機械的振舞いに影響を与える追加の受動層を提供することができる。

それぞれの単位体のＥＡＰ層を電極と電極との間に挟むことができる。ＥＡＰ材料層の変形に従うように、それらの電極を伸張可能な電極とすることができる。電極に適した材料も知られている。電極に適した材料は例えば、金、銅若しくはアルミニウムなどの薄い金属膜、又はカーボン・ブラック、カーボン・ナノチューブ、グラフェン、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、例えばポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホナート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）などの有機導体からなるグループから選択することができる。例えばアルミニウム・コーティングを使用した金属化（ｍｅｔａｌｉｚｅｄ）ポリエステル膜、例えば金属化ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を使用することもできる。

ＩＰＭＣは、白金若しくは金などの導体又は炭素ベースの電極でその表面が化学的にめっきされ又は物理的にコーティングされたＮａｆｉｏｎ又はＦｌｅｍｉｏｎのようなイオン性高分子からなる。印加された電圧の下で、ＩＰＭＣストリップを横切って印加された電圧に起因するイオンの移動及び再分布の結果、曲がり変形が起こる。この高分子は、溶媒を吸収して膨潤したイオン交換高分子膜である。電場によって、カチオンは、水とともにカソード側に移動する。これが、親水性クラスタの再編成及び高分子の膨張につながる。カソード・エリア内の歪みによって、残りの高分子マトリックス内に応力が生じ、その結果、アノードの方へ曲がる。印加電圧の極性を逆転させると曲がりは逆になる。ときに光応答性形状変化材料（ｐｈｏｔｏ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｓｈａｐｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）とも呼ばれる光学活性材料は、先行技術の文献に出ている（それらは、その全体が参照によって組み込まれている）。以下の文献に例が記載されている。
− Ｐｈｏｔｏ−Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ Ｓｈａｐｅ−Ｍｅｍｏｒｙ ａｎｄ Ｓｈａｐｅ−Ｃｈａｎｇｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ、Ｄａｎｉｓｈ Ｉｑｂａｌ及びＭｕｈａｍｍａｄ Ｈａｒｉｓ Ｓａｍｉｕｌｌａｈ、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０１３、６、１１６〜１４２
− Ｌａｒｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｌｉｇｈｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｍｏｔｉｏｎ ｉｎ ｈｉｇｈ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ ｐｏｌｙｍｅｒ ａｃｔｕａｔｏｒｓ、Ｈａｒｒｉｓ，Ｋ．Ｄ．；Ｃｕｙｐｅｒｓ，Ｒ．；Ｓｃｈｅｉｂｅ，Ｐ．；ｖａｎ Ｏｏｓｔｅｎ，Ｃ．Ｌ．；Ｂａｓｔｉａａｎｓｅｎ，Ｃ．Ｗ．Ｍ．；Ｌｕｂ，Ｊ．；Ｂｒｏｅｒ，Ｄ．Ｊ．、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．２００５、１５、５０４３〜５０４８
− Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ａ Ｐｈｏｔｏｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａｚｏｂｅｎｚｅｎｅ、Ｃｈｅｎｓｈａ Ｌｉ、Ｃｈｉ−Ｗｅｉ Ｌｏ、Ｄｉｆｅｎｇ Ｚｈｕ、Ｃｈｅｎｈｕｉ Ｌｉ、Ｙｅ Ｌｉｕ、Ｈｏｎｇｒｕｉ Ｊｉａｎｇ、Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．２００９、３０、１９２８〜１３６５ ２００９
− Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎａｎｏ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｇｅｏｒｇｅ Ｋ．Ｋｎｏｐｆ、Ｙｕｋｉｔｏｓｈｉ Ｏｔａｎｉ編、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、Ｔａｙｌｏｒ ａｎｄ ＦｒａｎｃｉｓＧｒｏｕｐ、２０１３
− Ｌｉｇｈｔ−ｄｒｉｖｅｎ ａｃｔｕａｔｏｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｉｌｍｓ、Ｓｅｒｇｅｙ Ｓ．Ｓａｒｋｉｓｏｖ；Ｍｉｃｈａｅｌ Ｊ．Ｃｕｒｌｅｙ；ＬａＱｕｉｅｔａ Ｈｕｅｙ；Ａｉｓｈａ Ｂ．Ｆｉｅｌｄｓ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、４５巻、３号、２００６年３月
− Ｌａｒｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｌｉｇｈｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｍｏｔｉｏｎ ｉｎ ｈｉｇｈ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ ｐｏｌｙｍｅｒ ａｃｔｕａｔｏｒｓ、Ｈａｒｒｉｓ，Ｋ．Ｄ．、Ｃｕｙｐｅｒｓ，Ｒ．、Ｓｃｈｅｉｂｅ，Ｐ．、Ｏｏｓｔｅｎ，Ｃ．Ｌ．ｖａｎ、Ｂａｓｔｉａａｎｓｅｎ，Ｃ．Ｗ．Ｍ．、Ｌｕｂ，Ｊ．及びＢｒｏｅｒ，Ｄ．Ｊ．（２００５）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１５（４７）、５０４３〜５０４８

上記の先行技術の材料を本発明の装置で使用するときには、適当な駆動信号を提供する適当なパーツをさらに組み込むことができることは、当業者には明らかである。

本発明の装置の好ましい使用は、パッシブ・マトリックス・アレイ構成での使用である。パッシブ・マトリックス駆動方式の第１の例を図７を参照して説明する。この例は、一度に１本の線をアドレス指定するパッシブ・マトリックスであって、共通のリセットを有するパッシブ・マトリックスを提供する。

このアレイは、双安定ＥＡＰ装置の行及び列からなる２次元アレイを構成し、双安定ＥＡＰ装置はそれぞれ、切換えがちょうど起こる双安定電圧（Ｖｂｉ）と、後戻り切換え電圧（ｂａｃｋ ｓｗｉｔｃｈ ｖｏｌｔａｇｅ）であるリセット電圧（Ｖｒｅｓ）とを有する。したがって、最初の作動していない状態（以後、非作動状態）から、ＥＡＰ装置が、双安定電圧（Ｖｂｉ）よりも高い電圧に駆動された場合、その電圧が除去されても、アクチュエータは作動状態に留まる。ＥＡＰ装置が、双安定電圧（Ｖｂｉ）よりも低い電圧（又はＶｂｉに）駆動された場合、その電圧が除去されるとアクチュエータは非作動状態に戻る。また、最初の作動状態から、ＥＡＰ装置が、リセット電圧（Ｖｒｅｓ）よりも高い電圧に駆動された場合、その電圧が除去されると、アクチュエータは非作動状態に戻る。

好ましい実施形態では、双安定電圧（Ｖｂｉ）は、ＥＡＰ装置が双安定点を十分に超え作動状態に留まることを保証するために必要な追加の駆動電圧範囲（Ｖｄｒ）を上回る。すなわちＶｂｉ＞Ｖｄｒである。

このアレイは、０Ｖと−Ｖｂｉの２レベル・アドレス指定信号を提供することができる行ドライバと、０ＶとＶｄｒの２レベル・データ駆動信号を提供することができる列ドライバとによって駆動される。

アレイのアドレス指定は、図７に示された方式で進行する。この図では４×４アレイの例を考える。アドレス指定ステップは以下のとおりである。

１．双安定ＥＡＰアクチュエータのアレイは全て非作動状態にある。

２．最初は、全ての行が０Ｖでアドレス指定されている。この状況では、ＥＡＰ装置にわたる最大電圧差がＶｄｒ（列ドライバからの最大電圧）である。これはＶｂｉよりも小さいため、アレイ内の全てのＥＡＰアクチュエータは、電圧が除去された後も非作動モードのままである。

３．最初の行を−Ｖｂｉでアドレス指定する。これが図７（ａ）に示されている。２つの列が電圧Ｖｄｒで駆動されており、２つの列が０Ｖで駆動されている。この状況では、これらのＥＡＰ装置のうちの２つＥＡＰ装置にわたる電圧差がＶｄｒ＋Ｖｂｉである（列ドライバからの最大電圧Ｖｄｒを使用する）。これはＶｂｉよりも大きいため、この行のこれらの２つのＥＡＰアクチュエータは作動状態に駆動され、その結果、電圧が除去されても作動状態のままである。これらの２つのＥＡＰ装置は黒丸で示されている。作動していないＥＡＰ装置は白丸で示されている。残りの２つのＥＡＰ装置にわたる電圧差は０Ｖ＋Ｖｂｉ＝Ｖｂｉであり（列ドライバからの最小電圧０Ｖを使用する）、それによって、この行のこれらの２つのＥＡＰ装置は最初、作動状態にあるが、電圧が除去されると非作動状態に戻る。これは、電圧が除去されたときでも作動状態のままであるためには、ＥＡＰ装置がＶｂｉよりも高い電圧に駆動されなければならないためである。

４．図７（ｂ）に示されているように、２番目の行を−Ｖｂｉでアドレス指定する。ＥＡＰ装置の双安定性のため、最初の行のＥＡＰ装置はその作動の状態を維持している。この例でも、同じ２つの列が駆動電圧Ｖｄｒで駆動されており、２つの列が０Ｖで駆動されている。この状況では、これらのＥＡＰ装置のうちの２つＥＡＰ装置にわたる電圧差がＶｄｒ＋Ｖｂｉである（列ドライバからの最大電圧Ｖｄｒを使用する）。これはＶｂｉよりも大きいため、２番目の行のこれらの２つのＥＡＰ装置は作動状態となり、電圧が除去されても作動状態に留まる。残りの２つのＥＡＰ装置にわたる電圧差は０Ｖ＋Ｖｂｉ＝Ｖｂｉであり（列ドライバからの最小電圧０Ｖを使用する）、それによって、この行のこれらのＥＡＰ装置は作動状態となり、電圧が除去されると非作動状態に戻る。この段階の終了時、最初の行及び２番目の行の所望のＥＡＰ装置は作動状態を維持している。

５．図７（ｃ）に示されているように、３番目の行を−Ｖｂｉでアドレス指定する。最大電圧がＶｄｒ（及びＶｄｒ＜Ｖｂｉ）であるため、１番目及び２番目の行のＥＡＰ装置はその作動の状態を維持している。次に、３つの列を駆動電圧Ｖｄｒで駆動し、１つの列のみを０Ｖで駆動する。この状況では、それらのＥＡＰ装置のうちの３つのＥＡＰ装置にわたる電圧差がＶｄｒ＋Ｖｂｉである（列ドライバからの最大電圧Ｖｄｒを使用する）。これはＶｂｉよりも大きいため、３番目の行のこれらの３つのＥＡＰ装置は作動状態となり、電圧が除去されてもその状態が維持される。残りのＥＡＰ装置にわたる電圧差は０Ｖ＋Ｖｂｉ＝Ｖｂｉであり（列ドライバからの最小電圧０Ｖを使用する）、それによって、３番目の行のこのＥＡＰ装置は作動状態となり、電圧が除去されると非作動状態に戻る。この段階の終了時、最初の行、２番目の行及び３番目の行の所望のＥＡＰ装置は作動状態を維持している。

６．図７（ｄ）に示されているように、４番目の行を−Ｖｂｉでアドレス指定する。この場合も、最初の行、２番目の行及び３番目の行のＥＡＰ装置はその作動の状態を維持している。次に、１つの列を駆動電圧Ｖｄｒで駆動し、３つの列を０Ｖで駆動する。この状況では、それらのＥＡＰ装置のうちの１つのＥＡＰ装置にわたる電圧差がＶｄｒ＋Ｖｂｉであり（列ドライバからの最大電圧Ｖｄｒを使用する）、このＥＡＰ装置は作動状態となり、電圧が除去されてもその状態が維持される。残りの３つのＥＡＰ装置にわたる電圧差は０Ｖ＋Ｖｂｉ＝Ｖｂｉであり（列ドライバからの最小電圧０Ｖを使用する）、それによって、これらの３つのＥＡＰ装置は作動状態となり、電圧が除去されると非作動状態に戻る。この段階の終了時、全ての行の所望のＥＡＰ装置は作動状態を維持している。

７．このアドレス指定段階の終わりに、全ての電圧を行及び列から除去することができ、ＥＡＰ装置は同じ作動の状態を維持する。これが、ＥＡＰ装置アレイを極めて低い電力で動作させることを可能にする所望の双安定振舞いである。

８．新たなＥＡＰ作動パターンが必要なとき、この実施形態では、アレイの全ての行及び列のアクチュエータにリセットを適用する。

リセット・モードは、行ごと又は列ごとにリセットを実行することができるように、３レベル行駆動電圧又は３レベル列駆動電圧を使用することによって実施することができる。最も低い電圧を有するドライバをこの目的に使用することができる。或いは、全ての行ドライバ上に直列電圧（Ｖｒｅｓ）を重ね合わせることによって、又は、全ての行ドライバ上に直列電圧Ｖｒｅｓ−Ｖｂｉを重ね合わせ、同時に行ドライバを全てＶｂｉでアドレス指定することによって、アレイ全体をリセットすることもできる。その後、行ドライバは依然として２レベル・ドライバであることができる。

或いは、例えば圧力を使用して、リセットを機械的に実行することもできる。

全てのＥＡＰ装置は非作動状態にリセットされる。ＥＡＰ装置の変形は対称であるため、リセット電圧は、追加の機構によって、ＥＡＰの反対の作動に変換されなければならない。図６を参照して説明したタイプのアクチュエータに関して上で説明したとおり、これは、リセット電圧（Ｖｒｅｓ）を印加することによることができる。全ての列にこのリセット電圧を印加し、全ての行に０Ｖを印加することができ、又は、全ての行に−Ｖｂｉを印加し、全ての列にＶｒｅｓ−Ｖｂｉを印加することができる。その代わりに、全ての行に−Ｖｒｅｓを印加し、全ての列を０Ｖに維持することによって、全ての行にリセットを適用することもできる。それぞれのＥＡＰ装置をにわたる電圧がＶｒｅｓに到達する限りにおいて、電圧の任意の組合せを使用することができる。

或いは、機能アクチュエータとは反対に機能するアクチュエータによってリセットを適用することもでき、そのため、このアクチュエータは機械的リセットを駆動することができる。この反対のアクチュエータは、単一のアクチュエータ、又は全てが同じ（リセット）ドライバに接続された一組の個々のアクチュエータとすることができる。多数のＥＡＰ装置を使用して電気的リセット機能を可能にするさまざまな可能な構成は上で説明した。

９．新たな作動のパターンが必要なとき、アレイのアドレス指定は、この場合も、上で説明した一度に１本の線をアドレス指定する方式で進行し、それによって新たな作動パターンを生み出すことができる。

パッシブ・マトリックス駆動方式の第２の例は、図５を参照して説明した駆動方式を、一度に１本の線をアドレス指定し、さらに一度に１本の線をリセットするように変更するものである。これには、上記のステップ８の変更だけが必要である。

新たなＥＡＰ作動パターンが必要なときには、一度にアレイの１つの行だけにリセットを適用する。続いて、リセットされた行を、上で説明した一度に１本の線をアドレス指定する方式でアドレス指定し、それによってその行において作動の新たなパターンを生成する。

１つの行をリセットするためには、残りの全ての行のＥＡＰ装置をリセットすることを防ぐために、それらのＥＡＰ装置が、Ｖｂｉ＋Ｖｄｒよりも低い電圧を有していなければならない。さらに、どのＥＡＰ応答も防ぐため、残りの行は０Ｖに維持されるべきである。リセットする行のＥＡＰ装置にはＶｒｅｓを超える電圧が印加されなければならない。例えば、リセットする行に−Ｖｒｅｓを印加し、残りの全ての行を０Ｖに維持することができる。列は全て０Ｖに維持することができる。

このようにすると、リセットする必要がある行だけをアドレス指定すればよく、これによってアレイのリセット時間が改善される。加えて、リセットしない行のＥＡＰ装置は、作動の中断なしにそれらの作動を実行し続ける。

上で述べたように、さまざまなリセット機構が可能である。図３は、力を加えることに基づく可能な１つのリセット機構を示す。

或いは、ＥＡＰ装置を一緒に接着し、それでもなおそれらのＥＡＰ装置を互いに別個に活性化することができる。この場合、一緒に接着されているため、一方のＥＡＰ装置が活性化されると両方のＥＡＰ装置が曲がるが、双安定の蓋に作用する力は、一方のＥＡＰだけによって送られる。また、双安定の蓋をもう一方の状態にするのに十分な力が生成されるのは、第２のＥＡＰが活性化されたときだけである。

上で説明した駆動方式は、ＥＡＰ装置の行ごとのアドレス指定を使用する。別の実施形態では、（同じＥＡＰ作動状態の組を有する）ＥＡＰ装置のいくつかの列を同時にアドレス指定することが望ましい。それによってアドレス指定がより迅速に進む。これは、ＥＡＰ装置の２つ以上の行にアドレス指定電圧を同時に印加することによって達成される。

描かれたアレイは対称であるため、アドレス指定ドライバを列に適用し、データ駆動を行に適用することも可能であることは明らかである。それによって、一度にアレイの１つの列（又は多数の列）がアドレス指定される。

上記の例では、２レベル・データ・ドライバだけを考えた（０Ｖ及びＶｄｒ）。このドライバは最も低コストのドライバＩＣにつながる。しかしながら、代替実施形態では、電圧が除去された後もＥＡＰ装置を部分的に作動したままにすることが好ましい。これは例えば、図８の多安定アクチュエータに対して可能である。これを可能にするため、Ｖｄｒまでの多数のデータ電圧を有するデータ・ドライバを使用することができる。

図８に示されているような完璧な階段関数変位を有するアクチュエータに対しては、低電圧ドライバも可能である。これはＶｄｒ＝０を意味する。低電圧ドライバは、例えば電圧Ｖｂｉの大きさが駆動電圧Ｖｄｒの大きさの少なくとも５倍であるときに使用することができる。図８に示された完璧な階段に関しては、電圧Ｖ１＞Ｖｂｉ／２で列を駆動し、Ｖ２＝−Ｖｂｉ／２で行を駆動することができる。

Ｖ１は、Ｖｂｉ／２よりもわずかに大きく、例えばＶｂｉ／２＋Δである。合わせれば、Ｖ１＋Ｖ２＞Ｖｂｉは、電圧の除去後も保持される作動状態を実現するのに十分である。これには、それぞれのドライバによる駆動電圧をできるだけ低く保つことができるという利点がある（これによってＩＣのコストが制限される）。これはさらに、マトリックス内の非作動ＥＡＰ装置上の電圧がＶｂｉよりもはるかに低いことを保証し、このことは、時間とともに又は温度変動によってＥＡＰの双安定電圧が低下した場合に、あるマージンを可能にする。さらに、非作動ＥＡＰ装置には、Ｖｂｉの代わりに、Ｖｂｉ／２の電気的ストレスがかかるだけであり、それによって寿命を延ばすこともできる。

ＶｂｉまでのＶ１の全ての値及びＶｄｒまでのＶ２の全ての値も、駆動電圧とＥＡＰ作動範囲との間のトレードオフが必要であるときの中間解として可能である。

上記の実施形態では、アドレス指定する行に負の電圧が印加され、データ線に正の電圧が印加される。両方の電圧の極性を逆にして同じ作動を得ることも可能である。実際、他の実施形態では、電圧の極性を定期的に逆にして、駆動を反転させることが好ましい。この駆動の反転を、時間の経過に伴うＥＡＰ装置の性能劣化を防ぐために使用することができる。

したがって、本発明の装置は単一のアクチュエータとして使用することができ、又は、例えば２Ｄ若しくは３Ｄ輪郭の制御を提供するために一列に並んだ装置若しくは装置のアレイを提供することもできる。

本発明は、特にいくつかのアクチュエータの例に関して上述した閾値関数の結果、アクチュエータの受動的マトリックスアレイが重要である例を含めて、多くのＥＡＰ応用分野に適用することができる。

多くの応用分野では、製品の主要な機能は、人体組織の（局所的な）操作、又は組織に接触するインターフェースの作動に依拠する。そのような応用分野では、ＥＡＰアクチュエータは、主に小さい形状因子、可撓性、及び高いエネルギー密度のため、独特の利益を提供する。したがって、ＥＡＰは、柔軟で、３Ｄ形状で、且つ／又は小型の製品及びインターフェースに容易に統合することができる。そのような応用分野の例には、以下が挙げられる。

皮膚をぴんと張り又は皺を低減させるために皮膚に一定の又は周期的な伸張を加えるＥＡＰベースの皮膚パッチの形態の皮膚作動デバイスなどの皮膚美容術。

顔の赤い跡を低減又は防止する法線方向の交互圧を皮膚に提供するＥＡＰベースの活性クッション又はシールを有する患者インターフェースマスクを有する呼吸デバイス。

適合性のあるシェービングヘッドを有する電気かみそり。皮膚接触表面の高さは、密閉性と刺激とのバランスに影響を与えるために、ＥＡＰアクチュエータを使用して調整することができる。

特に歯と歯との間の空間内でスプレーの到達距離を改善するために動的ノズルアクチュエータを有するエアフロスなどの口腔洗浄デバイス。別法として、歯ブラシに起動式のタフトを設けてもよい。

ユーザインターフェース内又はその付近に組み込まれたＥＡＰトランスデューサのアレイを介して局所的な触覚フィードバックを提供する民生用電子工学デバイス又はタッチパネル。

曲がりくねった血管内で容易なナビゲーションを可能にするために操作できる先端を有するカテーテル。

ＥＡＰアクチュエータから利益が得られる当該応用分野の別のカテゴリは、光の修正に関する。レンズ、反射面、格子などの光学素子は、ＥＡＰアクチュエータを使用した形状又は位置の適合によって、適合できるようにすることができる。ここで、ＥＡＰの利益は、たとえば消費電力がより低いことである。

開示する実施形態に対する他の変形形態は、当業者であれば、クレームする本発明を実施する際、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することから理解及び実行することができる。特許請求の範囲において、「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外するものではない。相互に異なる従属請求項において特定の方策について記載したことだけで、これらの方策の組合せを有利に使用することができないことを示すものではない。特許請求の範囲内のあらゆる参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (17)

1. キャリヤと前記キャリヤに取り付けられた活性材料とを含む作動構造体であって、前記活性材料の駆動に応答して少なくとも前記キャリヤの曲がり及び／又は曲がりの変化を引き起こす前記作動構造体と、
   少なくとも前記作動構造体の第１の安定機械的状態と前記第１の安定機械的状態とは異なる第２の安定機械的状態とを、前記第１の安定機械的状態と前記第２の安定機械的状態とのうちの少なくとも一方の前記安定機械的状態の曲げられた形状に前記作動構造体を機械的に拘束することによって、規定する機械構造体と、
   を備え、
   前記活性材料を駆動すると、前記作動構造体が、前記第１の安定機械的状態から前記第２の安定機械的状態に切り換わることができる、
   装置。
2. 前記キャリヤが、第１の面及び前記第１の面の反対側の第２の面を有し、前記活性材料が前記第１の面に取り付けられていること、並びに
   前記作動構造体が、前記第２の面に取り付けられた追加の活性材料を含み、前記追加の活性材料は、前記追加の活性材料の追加の駆動に応答して前記作動構造体の曲がり及び／又は曲がりの変化を引き起こすためのものであり、その結果、前記追加の駆動時に、前記作動構造体は、前記第２の安定機械的状態から前記第１の安定機械的状態に切り換わることができる、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記キャリヤ及び任意の活性材料が、層スタックとして配置されている、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記第１の安定機械的状態及び前記第２の安定機械的状態の両方の前記安定機械的状態において、前記作動構造体を、前記曲げられた形状に拘束する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記第１の安定機械的状態の前記曲げられた形状は、前記第２の安定機械的状態の前記曲げられた形状とは反対の形状である、請求項５に記載の装置。
6. 前記作動構造体は、前記装置が駆動されていないときの前記第１及び前記第２の安定機械的状態のうちの１つにおいて実質的に平らである、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記キャリヤはエリアを有し、前記活性材料及び／又は前記追加の活性材料は、前記エリアの一部分だけにわたって広がる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記機械構造体は、前記作動構造体を安定機械的状態で所定の位置に保持することができる複数の保持位置を有する保持装置を備え、それぞれの保持位置は異なるアクチュエータ位置に対応し、前記保持位置のうちの少なくとも１つの保持位置が、前記第１の安定機械的状態と前記第２の安定機械的状態とのうちの前記少なくとも一方の安定機械的状態の前記曲げられた形状に前記作動構造体を機械的に拘束する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記作動構造体が拘束装置に固定された、固定エッジと、移動可能なエッジとを含み、前記保持装置は、前記作動構造体の前記固定エッジから異なる距離のところに前記作動構造体の前記移動可能なエッジを保持するための装置であり、複数の保持切欠きを備える、請求項８に記載の装置。
10. 前記活性材料は電気活性材料であり、前記装置又は前記作動構造体は、前記駆動及び／又は前記追加の駆動のために前記電気活性材料に電気信号を加えるための電極装置を含むか、又は、
    前記活性材料は光学活性材料であり、前記装置又は前記作動構造体は、前記駆動及び/又は前記追加の駆動のために前記光学活性材料に光学信号を加えるための少なくとも１つの光ガイドを備える、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置を複数備える、システム。
12. 複数の前記装置それぞれが、前記活性材料として前記電気活性材料を含み、駆動信号を装置に提供する第１の信号線及び第２の信号線に接続されており、前記システムがさらに、少なくとも２つの可能な信号レベルを前記第１の信号線に提供し、少なくとも２つの可能な信号レベルを前記第２の信号線に提供するドライバ装置を備え、前記信号が、前記装置によって受け取られる前記駆動信号が、前記第１の信号線の１つの信号レベルと前記第２の信号線の１つの信号レベルとの組合せであるように提供され、組み合わされた４つの可能な信号レベルのうちの１つの信号レベルだけが、前記装置の第１の安定状態から第２の安定状態への切換えを提供する、請求項１１に記載のシステム。
13. それぞれの装置について、
    第１のしきい値Ｖｂｉよりも低い組み合わされた信号レベルを有する前記駆動信号は、前記第１の安定状態から前記第２の安定状態に向かう作動を提供するが、前記駆動信号が除去されると前記第１の安定状態に戻り、
    第２のしきい値よりも高い組み合わされた信号レベルを有する前記駆動信号は、前記第１の安定状態から前記第２の安定状態への作動を提供することができ、前記駆動信号が除去されても前記第１の安定状態へは戻らず、前記第２のしきい値は、前記第１のしきい値Ｖｂｉの大きさよりも大きな第１のマージンＶｄｒである大きさを有する、
    請求項１２に記載の装置。
14. 前記第１の信号線及び前記第２の信号線のうちの一方に対して、前記２つの可能な信号レベルはゼロ及び前記第１のしきい値Ｖｂｉの大きさであり、前記第１の信号線及び前記第２の信号線の他方に対して、前記２つの可能な信号レベルはゼロ及び前記第１のマージンＶｄｒの大きさであり、非ゼロ信号レベルの極性は互いに反対の極性を持つ、請求項１３に記載の装置。
15. 前記第１のしきい値Ｖｂｉの大きさは、前記第１のマージンＶｄｒの大きさよりも大きいか、又は、
    前記第１のしきい値Ｖｂｉの大きさは、前記第１のマージンＶｄｒの大きさの少なくとも５倍である、
    請求項１３又は１４に記載の装置。
16. 前記駆動は、
    複数の装置のそれぞれについて、第３のしきい値Ｖｒｅｓよりも高い組み合わされた前記信号レベルを有するリセット駆動信号が、前記駆動信号が除去されたときに前記第１の安定状態へのリセットを提供し、
    当該装置は、前記複数の装置に対する機械的リセットの形態の外部入力を受け取る、
    請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 複数の装置を動作させる方法であって、
    前記複数の装置のそれぞれは、活性材料として電気活性材料を含み、駆動信号を前記装置に提供する第１の信号線及び第２の信号線に接続されており、
    前記方法は、少なくとも２つの可能な信号レベルを前記第１の信号線に提供し、少なくとも２つの可能な信号レベルを前記第２の信号線に提供するステップを有し、前記信号は、前記装置によって受け取られる前記駆動信号が、前記第１の信号線の１つの前記信号レベルと前記第２の信号線の１つの前記信号レベルとの組合せであるように提供され、組み合わされた４つの可能な信号レベルのうちの１つの前記信号レベルだけが、前記装置の第１の安定状態から第２の安定状態への切換えを提供する、方法。

Images