專利名稱：活性密封架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及諸如在門和門框中間的一類可壓縮密封件；并且尤其涉及采用 活性材料致動(dòng)以有選擇地減小/增大密封力的密封架構(gòu)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前用于密封諸如門和行李箱蓋的相對表面的方法和組件例如包括使用在部件 彼此相互擠壓接觸時(shí)進(jìn)行壓縮的柔性彈性膜和結(jié)構(gòu)。因此，為了提供有效的密封接合，封閉 力必須足以克服與密封組件相關(guān)的所有壓縮力。典型的用于密封組件的材料是無源材料 (passive materials)，并且通常包括例如泡沫之類的各種形式的彈性體和形成為具有實(shí) 心和/或空心截面結(jié)構(gòu)的固體。截面的幾何形狀是變化的，并且可從圓形形式到具有多個(gè) 腔、溝槽、狹縫和/或延伸葉片的不規(guī)則形式而變動(dòng)。密封組件通常用于聲音、氣流、和/或流體管理。密封件通常暴露于各種條件。例 如，對于車輛應(yīng)用，門密封件通常暴露于諸如雨、雪、陽光、濕度和溫度條件等的各種各樣的 環(huán)境條件。如上所述，當(dāng)前用于機(jī)動(dòng)車輛密封件的材料通常是無源的。也就是說，除由老化 和環(huán)境刺激引起的密封材料的模量特性的固有變化外，不能根據(jù)需要來遠(yuǎn)程改變或控制密 封組件的剛度和截面幾何形狀。所關(guān)心的是，常規(guī)的無源密封件表現(xiàn)出在密封效果與封閉力量之間的折衷。也就 是說，增大密封件的接觸面壓力和/或接觸面積通常能增強(qiáng)密封效果；然而，在諸如車門之 類的密封應(yīng)用中，通過無源密封組件的增大的接觸面壓力和/或接觸面積通常導(dǎo)致增大的 門打開和關(guān)閉的力量。因此，需要具有能被控制和遠(yuǎn)程改變的基于活性材料的密封組件，從而改變密封 效果，其中活性密封組件根據(jù)需要例如通過改變材料的彈性模量改變剛度、或通過主動(dòng)改 變密封結(jié)構(gòu)的截面形狀來改變幾何形狀。如此，在諸如上述車門應(yīng)用之類的密封應(yīng)用中，通 過主動(dòng)調(diào)整密封特性能使門打開和關(guān)閉的力量最小化，但仍能使密封效果最佳化。

發(fā)明內(nèi)容
響應(yīng)于該問題，本發(fā)明涉及適于有選擇地改變(即減小或增大)密封力的活性材 料密封架構(gòu)。同樣地，本發(fā)明可用于防止或減輕噪音、水等等的遷移，并且可用于便于封閉 面板的打開和/或關(guān)閉。更具體地，本發(fā)明可用于提供可定制的密封幾何形狀和/或剛度 特征，這在工作循環(huán)的全部范圍上改善了密封性能。本發(fā)明可用于在正常的車輛操作期間 以最低限度至無功率消耗的方式保持密封壓力/力，并可用于當(dāng)操縱面板時(shí)減小由于氣縛 降低所引起的密封干涉和封閉力量。關(guān)于后者，本發(fā)明可用于有選擇地降低密封高度，這允 許更多的空氣逃離封閉空間(例如車輛艙室)，從而一旦面板接合了密封件則減小為達(dá)到 閉鎖所需的力。由提出的架構(gòu)所提供的各種益處還包括減輕對第二 /第三密封件的需求、未達(dá)到 所需性能的低風(fēng)險(xiǎn)、失效時(shí)的高密封力、和低的保持功率。最后，本發(fā)明可用于提供相對于諸如電機(jī)之類的常規(guī)機(jī)電致動(dòng)器具有例如較低的成本、降低的操作噪音、增強(qiáng)的封裝靈活 性等優(yōu)點(diǎn)的活性材料致動(dòng)，并且在一個(gè)實(shí)施例中提供用于增強(qiáng)密封力和使密封件閉鎖的單 個(gè)致動(dòng)器。因此，本發(fā)明總體上描述了一種活性密封件，其適于產(chǎn)生可變密封力，并且被提供 以便用于與限定周界的開口和構(gòu)造成接合該周界的封閉面板一起使用。密封件包括安裝 夾、固定地連接至該夾并限定內(nèi)部空間和沿周界縱向延伸的柔性外層、以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。新穎 的結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)活性材料元件，其具有縱向和側(cè)向輪廓，并構(gòu)造成當(dāng)該元件失活時(shí)向 層施加第一力或產(chǎn)生第一剛度，而當(dāng)該元件激活時(shí)向?qū)邮┘拥诙虍a(chǎn)生第二硬度。本發(fā)明通過參考對本發(fā)明以下各種實(shí)施例的詳細(xì)說明和所附的附錄從而得到進(jìn) 一步地理解。


以下參考示例性比例的附形來詳細(xì)描述本發(fā)明的(一個(gè)或多個(gè))優(yōu)選實(shí)施 例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的車輛的局部正視圖，尤其示出半開的前客艙 門、對準(zhǔn)門口的周界的活性密封件、以及與密封件以操作的方式連通的控制器和傳感器；圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、和設(shè)置在該層內(nèi)的EAP疊層；圖加是圖2所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板(例如門)打開，并且疊層 已激活，以便使該層塌陷；圖2b是圖2所示的密封件的正視圖，其中所述面板關(guān)閉，并且疊層已失活，以便允 許該層推壓抵靠面板，從而增大密封力；圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、反彎曲的疊層、和使疊層與層相連的內(nèi)膜；圖3a是圖3所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板打開，并且疊層已激活，以便 使該層塌陷；圖北是圖3所示的密封件的正視圖，其中所述面板關(guān)閉，并且疊層已失活，以便允 許該層推壓抵靠面板；圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、限定雙腔架構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、和設(shè)置在層內(nèi)的活性材料閥和元件；圖如是圖4所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板打開，并且元件已激活，以便 使下腔室塌陷并使上腔室變寬；圖4b是圖4所示的密封件的正視圖，其中所述面板關(guān)閉，并且元件已失活而閥已 激活，以便使層推壓抵靠面板；圖如是圖4所示的密封件的正視圖，其中面板打開，并且密封件已恢復(fù)到初始狀 態(tài)；圖5是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、和設(shè)置在層內(nèi)的包括側(cè)向取向的活性彎曲拱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖如是圖5所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板打開，并且彎曲拱已激活，以便使層塌陷；圖恥是圖5所示的密封件的正視圖，其中所述面板關(guān)閉，并且彎曲拱已失活，以便 使層推壓抵靠面板；圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、和設(shè)置在層內(nèi)的包括軸向取向的活性彎曲拱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖6a是圖6所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板打開，并且彎曲部的拱已激 活，以便使層塌陷；圖6b是圖6所示的密封件的正視圖，其中所述面板關(guān)閉，并且彎曲部的拱已失活， 以便使層推壓抵靠面板；圖7是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、包括側(cè)向懸臂凸緣拱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、阻礙擱板、和具有織帶并從動(dòng)地聯(lián)接至凸緣的自由端 部的活性材料元件；圖7a是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的圖7所示的密封件的正視圖，其中元件具有附 連至凸緣的上覆弧形層；圖7b是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的圖7所示的密封件的正視圖，其中元件從動(dòng)地 聯(lián)接至與凸緣的自由端部連通的滑動(dòng)板；圖7c是圖7所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板打開，并且元件失活，使得凸 緣具有松弛的弓形狀態(tài)；圖7d是圖7所示的密封件的正視圖，其中所述面板關(guān)閉并接合密封件，并且由于 所述面板接合層的緣故，使得凸緣變平且元件展開；圖7e是圖7所示的密封件的正視圖，其中所述面板關(guān)閉，并且元件激活，以便將凸 緣的自由端部向內(nèi)拉動(dòng)并越過阻礙擱板；圖7f是圖7所示的密封的正視圖，其中面板打開，并且密封已恢復(fù)初始狀態(tài)；圖8是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的內(nèi)部運(yùn)作的透視圖，所述活性密 封段包括剛性夾、限定閉鎖機(jī)構(gòu)并包括具有遠(yuǎn)側(cè)搭扣的側(cè)向懸臂凸緣拱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、限定 凹部并可平移地聯(lián)接至夾的滑動(dòng)板、和從動(dòng)地聯(lián)接至凸緣的活性材料元件、以及限定有構(gòu) 造成當(dāng)關(guān)閉時(shí)有選擇地接合板的唇緣的面板；圖8a是圖8所示的密封件的正視圖，其中面板打開，元件失活，凸緣具有松弛的弓 形狀態(tài)，并且滑動(dòng)板處于未閉鎖的位置；圖8b是圖8所示的密封件的正視圖，其中面板關(guān)閉并接合密封件，并且由于面板 接合層，所以使凸緣變平、使元件展開、并且使板向外平移，以便達(dá)到閉鎖位置；圖8c是圖8所示的密封件的正視圖，其中面板關(guān)閉，并且元件已部分激活以向內(nèi) 拉凸緣的自由端部，以便促使搭扣和凹部接合；圖8d是圖8所示的密封件的正視圖，其中面板打開，并且元件已完全激活，以便向 內(nèi)進(jìn)一步拉凸緣的自由端部，從而促使板朝未閉鎖的位置向內(nèi)平移；圖9是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、包括限定自由端部和第一曲率的雙穩(wěn)態(tài)拱構(gòu)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、和從動(dòng)地聯(lián)接拱的端部并 可操作以改變曲率的活性材料元件；圖9a是圖9所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板打開，并且元件失活，使得拱具有松弛的弓形狀態(tài)；圖9b是圖9所示的密封件的正視圖，其中面板關(guān)閉并接合密封件，使得由于面板 接合層，所以使拱變平、并且元件機(jī)械地展開；圖9c是圖9所示的密封件的正視圖，其中面板關(guān)閉，并且元件已激活，以便向內(nèi)拉 自由端部，并使得拱向上推壓抵靠面板；圖9d是圖9所示的密封件的正視圖，其中面板打開，并且密封件已恢復(fù)到初始狀 態(tài)；圖10是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、具有包括上、下、和側(cè)向拱的雙穩(wěn)態(tài)雙拱架構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、和從動(dòng)地聯(lián)接相對的拱的水 平和豎直的活性材料元件；圖IOa是圖10所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板打開，并且豎直元件激活，使得層變平；圖IOb是圖10所示的密封件的正視圖，其中面板關(guān)閉并接合密封件，并且豎直元 件失活但保持在雙穩(wěn)態(tài)構(gòu)造；圖IOc是圖10所示的密封件的正視圖，其中面板關(guān)閉，并且水平元件已激活，以便 向內(nèi)拉側(cè)向拱，并促使層向上推壓抵靠面板；圖11是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、具有電極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、活性彎曲部致動(dòng)器、和從動(dòng)地聯(lián)接至電極的活性材料元件；圖Ila是圖11所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板打開，并且彎曲部和元件 激活，使得層變平；圖lib是圖11所示的密封件的正視圖，其中面板關(guān)閉并接合密封件，并且彎曲部 和元件失活，使得彎曲部卡住電極，并且層保持展平；圖Ilc是圖11所示的密封件的正視圖，其中面板關(guān)閉，并且彎曲部激活，以便允許 層向上推壓抵靠面板；圖12是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、包括“S”形的凸輪、卷軸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、和從動(dòng)地聯(lián)接至卷軸的至少一個(gè)元件；圖1 是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的圖12所示的密封件的正視圖，尤其示出卷軸 以及多個(gè)凸輪與元件；圖12b是圖12所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板打開，并且元件的至少一 部分已激活，以便使凸輪旋轉(zhuǎn)到水平取向并使層變平；圖12c是圖12所示的密封件的正視圖，其中面板關(guān)閉，并且已使凸輪返回豎直取 向，以便向上推壓抵靠面板；圖13是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活性密封段的透視圖，其包括柔性外層、剛性 夾、包括扭轉(zhuǎn)膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、和從動(dòng)地聯(lián)接至膜的活性芯致動(dòng)器；圖13a是圖13所示的密封件的正視圖，其中相關(guān)的面板打開，并且致動(dòng)器已激活， 以便使膜向較短的高度旋轉(zhuǎn)并使層變平；以及圖1 是圖13所示的密封件的正視圖，其中面板關(guān)閉，并且致動(dòng)器失活，使得膜試 圖返回初始構(gòu)造，并且在這種情況下向上推壓抵靠面板。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種適于與限定周界14的開口 12、和有選擇地接合周界14的封閉面 板16 —起使用的活性密封件10，以便覆蓋開口 12(圖1)。當(dāng)開口 12關(guān)閉時(shí)，密封件10在 周界14與面板16之間形成可壓縮的并且優(yōu)選連續(xù)且不可滲透的屏障。在機(jī)動(dòng)車輛設(shè)置中， 面板16可包括車輛18的門、行李箱蓋、滑動(dòng)遮陽頂、或車篷；然而，一定應(yīng)意識(shí)到的是，可在 需要不斷改善的密封效果和密封力的有選擇的變化的情況下利用本發(fā)明的益處。例如，如 圖1所示，密封件10可固定地固定在限制并限定車輛門口 12的凹部中；門16構(gòu)造成當(dāng)處 于關(guān)閉狀況時(shí)覆蓋開口 12并接合密封件10。在該狀況下，密封件10對門16和車輛18產(chǎn) 生相反并且相等的密封力。替代性地，應(yīng)意識(shí)到的是，發(fā)明的密封件10可以是門安裝式的。在本發(fā)明中，密封件10可操作，以有選擇地改變密封力(例如當(dāng)門16關(guān)閉和/或 打開時(shí))。通常，創(chuàng)新性的密封件10包括活性材料元件20、限定內(nèi)部空間M的柔性外層22、 和從動(dòng)地聯(lián)接至層22并采用活性材料裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)26。也就是說，內(nèi)部結(jié)構(gòu)沈包括和 /或通訊地聯(lián)接至活性材料元件20，并連接至或以另外的方式構(gòu)造成接合外層22。結(jié)構(gòu)沈 可操作，以當(dāng)元件20失活時(shí)向?qū)?2施加第一力，而當(dāng)元件22激活時(shí)向?qū)?2施加與第一力 明顯不同(例如10%，更優(yōu)選地25%，并且最優(yōu)選地50%)的第二力。替代性地，結(jié)構(gòu)沈 分別在激活和失活時(shí)可具有第一剛度和第二剛度。在圖2-1 中，為便于例示，描繪了單個(gè) 層22 ；然而，應(yīng)意識(shí)到的是，層22可包括額外的突起、層、凸緣等或其他非平面的構(gòu)造。I .活性材料說明和功能性如在本發(fā)明中所使用的，術(shù)語“活性材料”如該術(shù)語由本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解和 限定地，應(yīng)指的是當(dāng)受外部刺激或信號(hào)激活時(shí)經(jīng)歷可逆的基本(例如強(qiáng)烈的物理、化學(xué)等) 特性變化的任何材料或復(fù)合物。連同其他方式一道，在特性方面的變化可表現(xiàn)為施加激活 信號(hào)時(shí)的尺寸、形狀、取向、剪切力、或撓曲模量中的一個(gè)。合適的活性材料包括但不限于 形狀記憶合金(SMA)、鐵磁形狀記憶合金、電活性聚合物(ΕΑΡ)、壓電材料、磁流變彈性體、 電流變彈性體、在聚(偏二氟乙烯)(PVDF)與鋯鈦酸鉛(PZT)之間形成的復(fù)合物薄膜，等寸。取決于特定的活性材料，激活信號(hào)可無限制地采取電流、電場(電壓)、溫度變化、 磁場、機(jī)械加載或應(yīng)力等的形式。例如，可施加磁場，以改變由磁致伸縮材料制成的活性材 料的特性。可施加熱信號(hào)，以改變諸如馬氏體SMA之類的熱激活活性材料的特性?？墒┘?電信號(hào)，以改變由電活性材料、壓電體、和/或離子聚合物金屬復(fù)合物材料制成的活性材料 的特性。理想地，活性材料特性方面的變化保持所施加激活信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施 例中，在激活信號(hào)中斷時(shí)，活性材料的特性通?；貜?fù)到無動(dòng)力的形式，并大致恢復(fù)其初始特 性。如在此所使用的，術(shù)語“恢復(fù)機(jī)構(gòu)”通常指的是能夠提供與由活性材料提供的力相反的 力的任何部件，并且包括但不限于彈簧、彈性體、附加的活性材料，等等。如此，能有利地出 現(xiàn)流程的可逆性和多次展開。活性材料的細(xì)分部分和/或組合能提供附加的合乎需要的益處，諸如改善的封裝 尺寸、減小的重量、增強(qiáng)的設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性、較大的角位移或扭矩、數(shù)字或階梯式致動(dòng)、以改善 可控分辨率的疊置或交錯(cuò)的致動(dòng)、活性復(fù)位彈簧、或經(jīng)由對抗線構(gòu)造的差分致動(dòng)。為了活性 材料定制的力和移位性能，可通過機(jī)械錨直接錨固細(xì)分部分。于是從該機(jī)械參考，活性材料細(xì)分部分可電地或機(jī)械地串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)造，并且能夠以伸縮的、疊置的、或交錯(cuò)的構(gòu)造而機(jī) 械地連接。在操作期間可通過軟件定時(shí)、電路定時(shí)、和外部或致動(dòng)誘發(fā)的電接觸來改變電構(gòu)造。SMA存在于幾種不同的與溫度相關(guān)的相中。這些相中被最普遍使用的是所謂的馬 氏體相和奧氏體相。在以下的討論中，馬氏體相通常指較易變形的低溫相，而奧氏體相通常 指較剛硬的高溫相。當(dāng)形狀記憶合金處于馬氏體相并受熱時(shí)，其開始變成奧氏體相。該現(xiàn) 象開始時(shí)所處的溫度常常被稱為奧氏體開始溫度(As)。該現(xiàn)象完成時(shí)所處的溫度常常被稱 為奧氏體結(jié)束溫度(Af)。當(dāng)形狀記憶合金處于奧氏體相并冷卻時(shí)，其開始變成馬氏體相，并 且該現(xiàn)象開始時(shí)所處的溫度被稱為馬氏體開始溫度(Ms)。奧氏體完成轉(zhuǎn)變成馬氏體所處的 溫度被稱為馬氏體結(jié)束溫度(Mf)。通常，SMA元件在它們的馬氏體相中較軟并且更容易變 形，而在奧氏體相中較堅(jiān)硬、較剛性、和/或較剛硬?？紤]到前述特性，形狀記憶合金的膨脹 優(yōu)選地處于或低于奧氏體轉(zhuǎn)變溫度(等于或低于As)。隨后加熱至高于奧氏體轉(zhuǎn)變溫度使 膨脹的形狀記憶合金回復(fù)到其永久形狀。因此，供SMA使用的合適的激活信號(hào)是具有導(dǎo)致 在馬氏體與奧氏體相之間的轉(zhuǎn)變的量級(jí)的熱激活信號(hào)。能通過合金成分稍微的變化和通過熱處理來調(diào)節(jié)當(dāng)受熱時(shí)SMA記得其高溫形 態(tài)時(shí)所處的溫度。例如，在鎳鈦形狀記憶合金中，所述溫度能從大約100°c以上變化至大 約-100°c以下。形狀恢復(fù)過程僅在幾度的范圍上發(fā)生，并且取決于期望的應(yīng)用和合金成分， 能將轉(zhuǎn)變的開始或結(jié)束控制在一度或兩度的范圍內(nèi)。形狀記憶合金的機(jī)械特性在跨越它們 轉(zhuǎn)變的溫度范圍上改變很大，通常提供了具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)、和強(qiáng)阻尼性能。合適的形狀記憶合金材料包括但不限于鎳鈦基合金、銦鈦基合金、鎳鋁基合金、鎳 鎵基合金、銅基合金(諸如銅鋅合金、銅鋁合金、銅金合金、和銅錫合金)、金鎘基合金、銀鎘 基合金、銦鎘基合金、錳銅基合金、鐵鉬基合金、鐵鈀基合金，等等。合金可以是二元的、三元 的、或任何高階的，只要合金成分具有形狀記憶效應(yīng)(例如具有形狀取向的改變、在屈服強(qiáng) 度、和/或撓曲模量特性、阻尼性能、超彈性等的改變)即可。合適的形狀記憶合金成分的 選擇取決于部件操作所處的溫度范圍。鐵磁形狀記憶合金(FSMA)是SMA的子類。FSMA可以表現(xiàn)得與常規(guī)SMA材料類似， 其具有馬氏體與奧氏體之間的應(yīng)力或熱誘發(fā)相變。另外，F(xiàn)SMA是鐵磁的并具有強(qiáng)磁晶各向 異性，這允許外部磁場影響場對準(zhǔn)的馬氏體變體的取向/部分(或百分率，fraction) 0當(dāng) 去除磁場時(shí)，材料可具有完全雙向、部分雙向、或單向的形狀記憶。對于部分或單向的形狀 記憶，外部刺激、溫度、磁場、或應(yīng)力可允許材料恢復(fù)其起始狀態(tài)。完美的雙向形狀記憶可用 于采用了連續(xù)供應(yīng)的動(dòng)力的比例控制。單向形狀記憶對延遲恢復(fù)刺激來允許閉鎖功能的閉 鎖型應(yīng)用非常有用。在汽車應(yīng)用中通常經(jīng)由軟磁芯電磁體產(chǎn)生外部磁場，但還可將一對亥 姆霍茲線圈(Helmholtz coils)用于快速響應(yīng)。示例性鐵磁形狀記憶合金是鎳錳鎵基合金、鐵鉬基合金、鐵鈀基合金、鈷鎳鋁基合 金、鈷鎳鎵基合金。和SMA—樣，這些合金可以是二元的、三元的、或任何高階的，只要合金 成分具有形狀記憶效應(yīng)(例如具有形狀、取向、屈服強(qiáng)度、撓曲模量、阻尼性能、超彈性、和/ 或類似特性的改變)即可。合適的形狀記憶合金成分的選擇部分地取決于預(yù)期應(yīng)用的溫度 范圍和響應(yīng)類型。電活性聚合物包括那些響應(yīng)于電場或機(jī)械場而具有壓電、熱電、或電致伸縮特性的聚合材料。一個(gè)示例為具有壓電聚(偏二氟乙烯-三氟醚-乙烯)共聚物的電致伸縮接 枝彈性體。該組合具有產(chǎn)生變化量的鐵電電致伸縮分子復(fù)合系統(tǒng)的能力。這些可作為壓電 傳感器乃至電致伸縮致動(dòng)器而操作。適于用作電活性聚合物的材料可包括任何基本絕緣的聚合物或橡膠(或它們的 組合)，其響應(yīng)于靜電力變形或者其變形導(dǎo)致電場內(nèi)的改變。適于用作預(yù)應(yīng)變聚合物的示例 性材料包括硅樹脂彈性體、丙烯酸彈性體、聚氨酯、熱塑性彈性體、包括PVDF、壓敏粘合劑、 氟橡膠的共聚物、包括硅樹脂和丙烯酸部分(acrylic moieties)的聚合物，等等。例如，包 括硅樹脂和丙烯酸部分的聚合物可包括包含硅樹脂和丙烯酸部分的共聚物、包含硅樹脂彈 性體和丙烯酸彈性體的聚合物混合物。用作電活性聚合物的材料可基于如下的一種或多種材料特性選擇高的電擊穿強(qiáng) 度、低的彈性模量(用于大的或小的變形)、高的介電常數(shù)，等等。在一個(gè)實(shí)施例中，聚合物 選擇成使得其具有大約IOOMPa的最大彈性模量。在另一實(shí)施例中，聚合物選擇成使得其具 有在大約0. 05MPa與大約IOMPa之間、優(yōu)選地在0. 3MPa與大約3MPa之間的最大致動(dòng)壓力。 在另一實(shí)施例中，聚合物選擇成使得其具有大約2與大約20之間、優(yōu)選地大約2. 5與大約 12之間的介電常數(shù)。本發(fā)明不意在局限于這些范圍。理想地，如果材料具有高的介電常數(shù) 和高的介電強(qiáng)度，則具有比以上給定范圍高的介電常數(shù)的材料是合乎需要的。在許多情況 下，可將電活性聚合物制作并實(shí)現(xiàn)為薄膜。適于這些薄膜的厚度可低于50微米。當(dāng)電活性聚合物可以高的應(yīng)變偏轉(zhuǎn)時(shí)，附連于聚合物的電極也應(yīng)在不損害機(jī)械或 電氣性能的情況下偏轉(zhuǎn)。通常，適于使用的電極可以為任何形狀和材料，只要它們能夠向電 活性聚合物提供合適的電壓或從電活性聚合物接收合適的電壓即可。電壓可是常數(shù)或隨時(shí) 間改變。在一個(gè)實(shí)施例中，電極附連于聚合物的表面。附連于聚合物的電極優(yōu)選地適應(yīng)并 順應(yīng)聚合物改變的形狀。對應(yīng)地，本發(fā)明可包括適應(yīng)的電極，其順應(yīng)它們所附連至的電活性 聚合物的形狀。電極可僅應(yīng)用于電活性聚合物的一部分，并根據(jù)它們的幾何形狀限定有效 面積。適于與本發(fā)明一起使用的各種電極包括包含金屬跡線和電荷分布層的結(jié)構(gòu)電極、包 含在平面維度外的變化的織構(gòu)電極、諸如碳油脂或銀油脂之類的導(dǎo)電潤滑脂、膠狀懸浮體、 諸如碳纖維和碳納米管之類的高縱橫比導(dǎo)電材料、以及離子導(dǎo)電材料。用于本發(fā)明電極的材料可改變。在電極中使用的合適的材料可包括石墨、炭黑、膠 狀懸浮體、包含銀和金的薄金屬、銀填充和碳填充凝膠和聚合物、和離子或電子的導(dǎo)電聚合 物。應(yīng)理解的是，某些電極材料可適用特定的聚合物，但不適用其它的聚合物。舉例來說， 碳纖維適用丙烯酸彈性體聚合物但不適用硅樹脂聚合物。合適的壓電材料包括但不意在局限于無機(jī)化合物、有機(jī)化合物、和金屬。關(guān)于有機(jī) 材料，可將在分子內(nèi)的主鏈或側(cè)鏈上、或者在兩條鏈上具有非中心對稱結(jié)構(gòu)和(一個(gè)或多 個(gè))大基團(tuán)偶極矩的所有聚合材料用作用于壓電膜合適的備選物。例如，示例性聚合物包 括但不局限于聚(鈉4-苯乙烯磺酸)、聚(聚(乙烯胺)主鏈偶氮色基)、和它們的衍生物； 聚氟烴，包括聚偏氟乙烯、其偏二氟乙烯共聚物(“VDF”)、三氟乙烯共聚物、和它們的衍生 物；聚氯烴，包括聚(氯乙烯)、聚偏氯乙烯、和它們的衍生物；聚丙烯腈、和它們的衍生物； 多聚羧酸、包括聚(甲基丙烯酸)、和它們的衍生物；聚脲、和它們的衍生物；聚氨酯、和它 們的衍生物；諸如聚L乳酸之類的生物分子和它們的衍生物、細(xì)胞膜蛋白質(zhì)、以及諸如磷酸 二酯的磷酸脂生物分子；聚苯胺和它們的衍生物、以及四胺的所有衍生物；包括芳族聚酰胺和聚酰亞胺的聚酰胺、包括Kapton和聚醚酰亞胺、以及它們的衍生物；所有的膜聚合物； 聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVP)均聚物、和其衍生物、以及隨機(jī)的PVP-共-醋酸乙烯酯共聚 物；和在主鏈或側(cè)鏈、或者在主鏈和側(cè)鏈兩者上具有偶極矩基團(tuán)的所有芳族聚合物、和它們 的混合物。壓電材料可包括選自如下組的金屬鉛、銻、錳、鉭、鋯、鈮、鑭、鉬、鈀、鎳、鎢、鋁、 鍶、鈦、鋇、鈣、鉻、銀、鐵、硅、銅、包括至少一種前述金屬的合金、和包括至少一種前述金屬 的氧化物。合適的金屬氧化物包括 SiO2, A1203、ZrO2, TiO2, SrTiO3> PbTi03、BaTiP3、Fe03、 Fe3O4, ZnO,以及它們的混合物，以及與族VIA和IIB的化合物、諸如CdSe, CdS、GaAs, AgCaSe2, ZnSe,GaP, hP、SiS、和它們的混合物。優(yōu)選地，壓電材料選自如下組聚偏二氟乙 烯、鋯鈦酸鉛、和鈦酸鋇、以及它們的混合物。應(yīng)意識(shí)到的是，還可采用壓電陶瓷，以在施加電荷時(shí)產(chǎn)生力和變形。PZT陶瓷由 切割、磨碎、研磨、及以其他方式成形為預(yù)期的構(gòu)造和公差的鐵電和石英材料構(gòu)成。鐵電 材料包括鈦酸鋇、鈦酸鉍、鈮鎂酸鉛、偏鈮酸鉛、鈮鎳酸鉛、鉛鋅鈦酸鹽(PZT)、鋯鈦酸鉛鑭 (PLZT)和鋯鈦酸鉛鈮(PNZT)。通過濺射或絲網(wǎng)印刷過程應(yīng)用電極，所述塊被經(jīng)過極化處 理，使其顯示出宏觀的壓電特性。多層壓電致動(dòng)器通常需要允許層厚降至20 μ m的箔材鑄 造過程。在此，電極被絲網(wǎng)印刷并且為層壓的片；壓實(shí)過程提高了生坯陶瓷的密度并去除困 在層之間的空氣。最后的步驟包括粘合劑燃盡、以低于1100°C的溫度燒結(jié)(共燒)、引線接 線終端、和極化。鈦酸鋇和鈦酸鉍是普通類型的壓電陶瓷。改變的鈦酸鋇成分將高電壓靈敏度與 在-10°C至60°C的范圍內(nèi)的溫度相結(jié)合。鈦酸鋇壓電陶瓷對水聽器及其他接收裝置有用。 這些壓電陶瓷還用于小功率的投影儀。鈦酸鉍用于高溫應(yīng)用、諸如壓力傳感器和加速度計(jì)。 鈦酸鉍屬于軟鉍礦結(jié)構(gòu)基的陶瓷組(Bi12MO2O，其中M = Si、Ge、Ti)。在有些壓電陶瓷中使用鈮鎂酸鉛、偏鈮酸鉛、和鈮鎳酸鉛材料。鈮鎂酸鉛具有應(yīng)變 非線性改變的電致伸縮或張弛振蕩器性能。這些壓電陶瓷用于水聽器、致動(dòng)器、接收器、投 影儀、聲納換能器中，并且由于它們具有通常在其他類型的壓電陶瓷中不存在的特性，所以 它們用于微型定位裝置。鈮鎂酸鉛還具有可以忽略的老化、寬的工作溫度范圍和低的介電 常數(shù)。同鈮鎂酸鉛一樣，鈮鎳酸鉛可具有應(yīng)變非線性改變的電致伸縮或張弛振蕩器性能。壓電陶瓷包括PZN、PLZTJP PNZT。PZN陶瓷材料具有鋅改性的鈮酸鉛成分，其在 出現(xiàn)非線性應(yīng)變時(shí)具有電致伸縮或張弛振蕩器性能。張弛振蕩器壓電陶瓷材料在從鐵電相 到順電相的轉(zhuǎn)變期間在一定的溫度范圍內(nèi)具有高的介電常數(shù)。PLZT壓電陶瓷被開發(fā)用于中 等功率應(yīng)用，但還可用于超聲波應(yīng)用。通過向PZT成分中添加鑭離子形成PLZT材料。通過 向PZT成分中添加鈮離子形成PNZT陶瓷材料。PNZT陶瓷材料應(yīng)用于高靈敏度應(yīng)用，諸如水 聽器、發(fā)聲器和揚(yáng)聲器。壓電陶瓷包括可以天然礦物質(zhì)形式或人造熔凝石英形式獲得的石英。熔凝石英是 用于諸如半導(dǎo)體晶片舟、爐管、鐘罩或石英器皿、硅熔體坩堝、高性能材料、和高溫產(chǎn)品之類 的專門應(yīng)用的高純度晶體形式的硅。還可得到諸如單晶石英之類的壓電陶瓷。最后，合適的MR彈性體材料包括但不局限于包括鐵磁或順磁顆粒的彈性聚合物 母體，其中顆粒如上所述。合適的聚合物母體包括但不局限于聚α烯烴、天然橡膠、硅樹 脂、聚丁二烯、聚乙烯、聚異戊二烯，等等。磁致伸縮的通常稱為活性材料，然而磁致伸縮效應(yīng)的相對值隨混入該類的不同的材料而變化很大，例如“Terfinol” (SP)具有巨大的磁致 伸縮效應(yīng)，而feilfenol (Sp)則具有“大的”磁致伸縮效應(yīng)。II .示例性活性密封架構(gòu)和使用方法如圖示的實(shí)施例(圖2_13b)所示和以下進(jìn)一步描述的，創(chuàng)新性的活性密封架構(gòu) 可尤其包括層狀疊層、雙腔室和止回閥、側(cè)向成拱元件、縱向成拱元件、橡膠凸緣和織帶、橡 膠凸緣和彎曲平面物體、橡膠凸緣和滑動(dòng)板、雙穩(wěn)態(tài)拱、雙穩(wěn)態(tài)雙拱、直接閉鎖、橡膠凸輪和 卷軸致動(dòng)器、反彎曲疊層、扭轉(zhuǎn)芯、軸向取向的彎曲物體、其他相似的幾何構(gòu)造、或以上的組I=I O尤其地，在圖2_2b中，密封件10包括柔性外層22、剛性安裝夾觀、和例如由單獨(dú) 地EAP平面構(gòu)件32構(gòu)成的三作用介電(DE)疊層30。示出了多個(gè)四EAP構(gòu)件32 ；然而，利 用較大或較小的多數(shù)個(gè)當(dāng)然也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在此，層22限定以拱的形式的水平順應(yīng) (例如橡膠)接合部34和由構(gòu)件32接合并在高度上與構(gòu)件32 —致的豎直側(cè)壁36。層22 的柔性在拱34和壁36的連接點(diǎn)處限定順應(yīng)接頭。如圖加所示，當(dāng)面板(例如門)打開時(shí)，可激活EAP疊層30，使得泊松效應(yīng)促使構(gòu) 件32向外推壓抵靠壁36。這使接合部34變平和變寬，從而產(chǎn)生不太剛性的構(gòu)造，并且密 封件10從最大的未接合高度(Du)壓縮至壓縮高度(D。)。結(jié)果，由于與高度的減小向聯(lián)系 的降低的剛度允許艙室內(nèi)較多的空氣在關(guān)閉操作期間散逸，以及在艙室16中看到的誘發(fā) 壓力增大中的減少，所以僅需要較小的閉合力便可以關(guān)閉門。一旦關(guān)閉，并如圖2b所示，則 EAP疊層30失活(或釋放)，使得向內(nèi)拉拽壁36，并使部分34和疊層30推壓抵靠門16，從 而產(chǎn)生較大的密封力。替代性地，應(yīng)意識(shí)到的是，密封件10可包括反彎曲疊層30a，其由與EAP疊層30相 似地起作用的PZT、PVDF(或其他相似的活性材料)構(gòu)件3 構(gòu)成。如圖3- 所示，反彎曲 構(gòu)件3 設(shè)置在空間M內(nèi)并疊置在夾觀的頂上。內(nèi)膜2 使反彎曲疊層30a和外層22的 接合部34互連。當(dāng)門16打開時(shí)，疊層30a被激活，以使構(gòu)件32a收縮，從而將內(nèi)膜2 和 外層22的接合部34向下拉。同樣，這促使密封件10從最大的未接合高度(Du)壓縮至壓 縮高度(D。)。當(dāng)門16關(guān)閉時(shí)，釋放疊層30a，以便由于疊層30a試圖恢復(fù)其初始(或失活) 構(gòu)造，從而使接合部34向上推壓抵靠門16。同樣，應(yīng)意識(shí)到的是，這增大了密封力。此外， 還應(yīng)意識(shí)到的是，使密封件10恢復(fù)到初始構(gòu)造可通過恢復(fù)機(jī)構(gòu)(例如結(jié)構(gòu)沈的彈性、氣動(dòng) 泵等)來實(shí)現(xiàn)，該恢復(fù)機(jī)構(gòu)提供了與由活性材料元件20所提供的力相反的力，或者使密封 件10恢復(fù)到初始構(gòu)造可通過可操作以便經(jīng)由在特性方面的反向變化來恢復(fù)結(jié)構(gòu)的雙向活 性材料元件20來實(shí)現(xiàn)。在圖4- 中示出了另一示例，其中密封件10具有三作用雙腔架構(gòu)38。在此，順應(yīng) 層22再次限定了最上面的拱或接合部34，部分34連接至橫跨密封件10側(cè)向延伸的上柔順 底板40。下柔順底板42在下方與上底板40間隔開，并且兩底板40、42通過水平順應(yīng)的側(cè) 垂部44互連。底板40、42和垂部44在空間M內(nèi)合作地限定第一(或上)腔室46。一對 豎直順應(yīng)腔室壁48在下底板42下方擴(kuò)張至夾28，并與下底板42、壁48和夾28 一起限定 第二(或下)腔室50。在下底板42內(nèi)限定有基于活性材料的止回閥52 ；例如，在底板42限定流體地聯(lián) 接第一和第二腔室46、50的通孔42a的情況下，閥52通?？捎芍T如PVDF彎曲面板之類的活性翼片(flap)構(gòu)成。在此，翼片52構(gòu)造成當(dāng)處于平直或失活狀態(tài)時(shí)覆蓋并關(guān)閉通孔 42a (圖如)，而當(dāng)激活時(shí)允許空氣流入第二腔室(圖4-4b)。最后，活性材料元件20包括從 動(dòng)地互連下底板42和夾觀的至少一根SMA線或織帶M，使得當(dāng)使線M收縮時(shí)，壓縮下腔 室50，從而使空氣流入上腔室46。這將向外推垂部44，以使上腔室46和部分34變寬和變 平。結(jié)果，密封力減小。在操作中，當(dāng)打開門16時(shí)可激活元件54，以便將空氣推入上腔室46并使密封件 10變軟(圖如)。一旦完全激活，則翼片52關(guān)閉，保持壓縮位置。在門關(guān)閉之后(圖4b)， 激活活性翼片52并且使SMA線M失活，以便允許空氣回流到下腔室50中。由于垂部的剛 性迫使空氣從上腔室46出來，所以這增大了密封力；并且將接合部34壓縮成抵靠門16。當(dāng) 再打開門16時(shí)，密封件10能夠達(dá)到圖4所示的初始構(gòu)造。在圖5中，提出一種密封架構(gòu)，其中結(jié)構(gòu)沈包括第一和第二側(cè)向取向并且彈性的 彎曲拱56。拱56從動(dòng)地聯(lián)接至活性材料、并且更優(yōu)選地由活性材料一體形成，以便由此產(chǎn) 生構(gòu)造方面的改變。在所例示的實(shí)施例中，拱56源自夾28，并被鏡像，以便相對地接合層 22的豎直壁36。拱56在活性材料激活時(shí)限定第一曲率，而在失活時(shí)限定第二曲率。如圖 5- 所示，第一和第二曲率合作地促使層22獲得其中密封力改變了的不同的側(cè)向構(gòu)造。尤 其地，并如圖fe所示，當(dāng)門16打開時(shí)，可激活SMA彎曲拱56，以壓縮層壁36并使由外層22 限定的接合部34變平。一旦門16關(guān)閉(圖恥)，則使彎曲拱56失活或松弛，使得密封件 10推壓抵靠門16，從而增大密封力。替代性地，并如圖6_6b所示，彎曲拱56可以是軸向(即“縱向”)取向的，并具有 重復(fù)的構(gòu)造。在此，拱56可包括向外層22傳遞壓縮的豎直連接織帶56a(圖6)。各彎曲部 56同樣由活性材料組成，并構(gòu)造成當(dāng)激活時(shí)具有向?qū)?2的接合部34施加向上力的第一曲 率(圖6a)，和當(dāng)失活時(shí)具有施加第二向上力的第二曲率(圖6b)。更優(yōu)選地，可沿部分34 的頂點(diǎn)具有加強(qiáng)件34a，以便沿接合區(qū)域相等地傳遞力(圖6)。在操作中，當(dāng)門16打開時(shí)， 彎曲部56可構(gòu)造和激活成具有使部分34變平的較小的曲率半徑；而當(dāng)門16關(guān)閉時(shí)，成分 材料失活，以允許彎曲部56的彈性模量在部分34上施加向上力，從而產(chǎn)生增大的密封力。在圖7中，結(jié)構(gòu)沈包括側(cè)向延伸的柔性凸緣58。凸緣58從夾觀懸伸并彎曲，以 便限定拱以及自由端部和固定端部。凸緣58從動(dòng)地聯(lián)接至活性材料元件M或與活性材料 元件M —體地形成，以便當(dāng)激活和/或失活時(shí)可操作地改變凸緣58的彎曲度。例如，如圖 7-7b所示，致動(dòng)器可以是SMA線或織帶M、活性材料的上覆層、或從動(dòng)地聯(lián)接至滑動(dòng)板60 的至少一根SMA線M。在優(yōu)選實(shí)施例中，密封件10還包括用于自鎖能力的障礙擱板62。如圖7c所示，當(dāng)門16打開時(shí)，線M保持失活。門16的關(guān)閉使外層22和凸緣58 變平，并且如所示在由SMA線構(gòu)成的情況下，元件M機(jī)械地展開(圖7d)。在門16關(guān)閉之 后，可激活線54，以便朝固定端部拉凸緣58的自由端部。該動(dòng)作使自由端部滑動(dòng)地接合擱 板62，直到消除該擱板62的跨距以達(dá)到閉鎖位置為止(圖7e)。門16和擱板62合作，以 便即使SMA線M失活，也將凸緣58保持在閉鎖位置中。然而，在線M失活并且門16打開 的情況下，凸緣58能夠?qū)⒆杂啥瞬刻嵘粮哂跀R板高度，并獲得圖7f所示的初始未閉鎖的 構(gòu)造。在圖8-8d中，示出了以滑動(dòng)板60和閉鎖機(jī)構(gòu)(即“閉鎖”)64為特征的替代性實(shí) 施例。在此，凸緣58在其遠(yuǎn)端部或自由端部限定圓柱形搭扣66，并且滑動(dòng)板60限定凹部68，該凹部68構(gòu)造成當(dāng)使凸緣58達(dá)到增大的密封力的位置時(shí)牢固可靠地接納搭扣66。滑 動(dòng)板60能延伸超過夾28，以便有選擇地卡住由門16限定的唇緣16a。尤其地，并如圖8a 所示，當(dāng)門16打開時(shí)，活性材料元件20 (例如SMA線或織帶54)失活，以使凸緣58能夠獲 得其靜止時(shí)的弓形構(gòu)造，并且滑動(dòng)板60相對于夾觀處于未閉鎖的位置。在門關(guān)閉期間，使凸緣58變平，線M機(jī)械地展開，并由凸緣58相對于夾觀和唇 緣16a朝閉鎖位置向外推板60。一旦門16完全關(guān)閉，則部分地激活線M，以便使搭扣66 沿板60平移并插入凹部68內(nèi)。凸緣58和板60合作地構(gòu)造成當(dāng)凸緣58的遠(yuǎn)端部大致垂直地接合板60時(shí)，上述 情形出現(xiàn)。在該構(gòu)造中，凸緣58向門16施加最大的密封力。一旦將搭扣66接納在凹部68 內(nèi)。則盡管使SMA線M失活，但將維持增大的密封力。為了解鎖門16，完全致動(dòng)線M，以 便向內(nèi)拉凸緣58的遠(yuǎn)端部，并因此朝固定端部拉動(dòng)板60，直到板60脫離唇緣16a為止。當(dāng) 從密封件10提升門16時(shí)，凸緣58的彈性使得從凹部68移開搭扣66，并使凸緣58恢復(fù)其 初始構(gòu)造。在圖9中，結(jié)構(gòu)沈通常由設(shè)置在空間M內(nèi)并在密封件10內(nèi)縱長地延伸的柔性構(gòu) 件70構(gòu)成。構(gòu)件70的側(cè)向截面限定雙穩(wěn)態(tài)拱，其中拱的遠(yuǎn)端部沿夾觀自由平移。端部由 諸如多根SMA線或織帶M的活性材料元件聯(lián)接，以便當(dāng)元件激活時(shí)使端部平移。為便于平 移，端部優(yōu)選地在端部處具有旋轉(zhuǎn)軸承72或順應(yīng)接頭。尤其地，朝彼此拉動(dòng)端部，從而使拱 的頂點(diǎn)向由層22限定的接合部34越來越向上擠。這產(chǎn)生較大的密封力。因此，在該構(gòu)造中，并如圖9a_d所示，關(guān)閉門16將使層22和構(gòu)件70變平、并使端 部分開，從而機(jī)械地展開SMA織帶M。一旦關(guān)閉，則可激活SMA材料，以使順應(yīng)接頭平移并 使拱的截面試圖具有更弓形的狀態(tài)。這推壓抵靠門16并實(shí)現(xiàn)增大的密封力。當(dāng)門16打開 時(shí)，織帶M失活，使得順應(yīng)接頭72能夠回彈至默認(rèn)構(gòu)造(圖9d)。在圖10中，密封件10通常具有雙穩(wěn)態(tài)雙拱架構(gòu)。在此，結(jié)構(gòu)沈包括分別具有弧 形截面的互連的上、下構(gòu)件以及鏡像的側(cè)向構(gòu)件74、76、78。尤其地，在默認(rèn)構(gòu)造中，上構(gòu)件 74具有向上拱起的弓形拱；下構(gòu)件76具有向下拱的弓形拱；而側(cè)向構(gòu)件78具有向內(nèi)拱的 弓形拱。如圖IO-IOc所示，側(cè)向構(gòu)件78在徑向內(nèi)表面上優(yōu)選地具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)78a，以便在 激活期間控制剛度。最后，諸如示出的SMA線Ma、b的至少一組活性材料元件使相對的上、 下構(gòu)件74、76以及相對的側(cè)向構(gòu)件78互連。在操作中，當(dāng)門打開時(shí)(圖IOa)，可激活豎直元件Ma，以便使上、下構(gòu)件74、76收 縮和向內(nèi)拉上、下構(gòu)件74、76。這使層壁36塌陷，側(cè)向構(gòu)件78變成向外拱的弓形，從而機(jī)械 地拉伸水平線Mb，而下拱形構(gòu)件76變成向內(nèi)拱的弓形，從而達(dá)到第二穩(wěn)定位置。在門16 關(guān)閉的同時(shí)，密封件10維持其壓縮構(gòu)造，從而由此產(chǎn)生減小的密封力和易化的作業(yè)。一旦 門關(guān)閉，則使豎直的SMA線5 失活，并激活水平線Mb，以便向內(nèi)拉側(cè)向構(gòu)件78 (圖IOb)。 這向外驅(qū)動(dòng)上、下構(gòu)件74、76 (即離開空間M的中心線)，以便推壓抵靠門16和夾28，從而 產(chǎn)生較大的密封力。在此，應(yīng)意識(shí)到的是，側(cè)向構(gòu)件78達(dá)到第二穩(wěn)定位置，并且即使當(dāng)水平 線54b失活時(shí)同樣地保持向內(nèi)的弓形。在圖Il-Ilc中，結(jié)構(gòu)沈可包括固定電極80、和源自夾觀的有選擇地接合的彎曲 部致動(dòng)器(即“彎曲部”)82。固定電極80優(yōu)選地連接至外層22的接合部34并從該接合部 34豎直地?cái)U(kuò)張。電極80限定“L”形構(gòu)造，其包括大致豎直部80a、和從該豎直部80a大致正交延伸的橫向部80b。彎曲部82具有倒置的“L”形縱向截面，其同樣由大致豎直部82a、 以及從該豎直部8 大致正交延伸的橫向部82b構(gòu)成。彎曲部82的豎直部8 優(yōu)選地包 括活性材料，以便使該豎直部8 獲得(例如直的(圖lib)和彎的(圖Ila))第一和第二 縱向構(gòu)造。電極80和彎曲部82合作地定位，使得當(dāng)彎曲部82失活時(shí)，對應(yīng)的橫向部80b、82b 重疊。當(dāng)彎曲部82激活時(shí)，橫向部80b、82b彼此脫離，以便允許相對運(yùn)動(dòng)。為此，結(jié)構(gòu)沈 還包括從動(dòng)地聯(lián)接至電極80的諸如SMA線或織帶M的至少一個(gè)活性材料元件20。如圖lla-c所示，SMA線M豎直地互連電極80和夾觀，使得當(dāng)使線M激活并收 縮(并且彎曲部82處于彎曲構(gòu)造)時(shí)，使電極80和接合部M向下平移。這在層22獲得 變平構(gòu)造時(shí)產(chǎn)生減小的密封力。使電極80平移，使得其橫向部80b脫離彎曲部82的橫向 部82b。在該構(gòu)造中，可使彎曲部82失活，使得豎直部8 變直，并且橫向部82b卡住電極 80的橫向部80a，以便即使當(dāng)線M失活時(shí)也防止電極80和層22恢復(fù)初始狀態(tài)。一旦門16 關(guān)閉(圖恥)，則通過激活彎曲部82來釋放閉鎖64，使得層22的彈性模量能夠推壓抵靠門 16，從而增大密封力。在圖12-1 所示的其他實(shí)施例中，活性材料元件20可操作，以使結(jié)構(gòu)沈的至少 一部分旋轉(zhuǎn)，并且結(jié)構(gòu)26的旋轉(zhuǎn)改變密封力。例如，在圖12-12C中，結(jié)構(gòu)沈包括優(yōu)選地由 高剛度橡膠形成的“S”形凸輪84。凸輪84與卷軸86同心地對準(zhǔn)，并且至少一根SMA線M 纏繞卷軸86。應(yīng)意識(shí)到的是，密封件10包括串聯(lián)地接合卷軸86的多個(gè)凸輪84和線54 (圖 12a)。更優(yōu)選地，線M沿交替的方向纏繞，以便當(dāng)激活時(shí)實(shí)現(xiàn)相反的旋轉(zhuǎn)方向。凸輪84間 隔開，使得維持外層22與門16之間充分的接觸。更優(yōu)選地，可沿接合部34的頂點(diǎn)具有加 強(qiáng)件34，以便沿接合面積相等地傳遞力(圖12b)。如圖12和圖12b所示，凸輪84可通過線M在大致豎直取向與大致水平取向之間 旋轉(zhuǎn)，其中該豎直取向向上推層22的接合部34，而該水平取向使層22變平。當(dāng)門16打開 時(shí)，使凸輪84獲得水平狀態(tài)，以便于關(guān)閉。一旦門16關(guān)閉(圖12b)，則使第一組線5 失 活，并激活第二組線Md，以使凸輪84向豎直狀態(tài)旋轉(zhuǎn)。這壓縮并使凸輪84向外推壓接合 部34和夾28，從而增大密封力。在另一旋轉(zhuǎn)實(shí)施例中，凸輪84被限定了上、下翼瓣(wing)88a和芯88b的扭轉(zhuǎn)膜 88替代(圖13-1 )，其使層22的接合部34和夾觀互連。膜88可沿密封件10的縱向輪 廓分段或連續(xù)。在圖示的實(shí)施例中，致動(dòng)器90設(shè)置在芯88b內(nèi)，并包括活性材料元件20。 致動(dòng)器90構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)移位，并且同樣地可具有SMA扭矩管等。如圖13a所示，當(dāng)激活 活性材料時(shí)，(取決于翼瓣88a的取向)使膜88沿第一方向旋轉(zhuǎn)，這使膜88降低高度，并使 層22變平，從而便于門封閉。一旦門16關(guān)閉，可終止致動(dòng)，使得膜88的構(gòu)造和彈性能用于 使膜88恢復(fù)初始(或失活)狀態(tài)。同樣地，使膜88推壓抵靠門16，以產(chǎn)生較大的密封力。最后，在通常的操作中，應(yīng)意識(shí)到的是，活性材料元件20優(yōu)選地能在狀態(tài)(或事 件)出現(xiàn)時(shí)自激活。同樣地，優(yōu)選的密封件10通訊地聯(lián)接至控制器92和可操作以確定狀 態(tài)的至少一個(gè)傳感器94 (圖1)。當(dāng)狀態(tài)停止時(shí)(例如門打開、解鎖等)，能使活性材料元件 20失活和/或在可應(yīng)用的情況下使閉鎖64脫離，使得密封件10能夠恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)。該過 程可在密封件10的整個(gè)壽命中重復(fù)。例如，狀態(tài)可以是門關(guān)閉或打開事件。在此，當(dāng)傳感器94檢測到門16關(guān)閉時(shí)，自主地增大密封力，而當(dāng)門16打開時(shí)，自主地減小密封力?？删S持減小的密封力的構(gòu)造，只要 門16保持打開即可，或者在門16打開的同時(shí)在暫停時(shí)間段到期之后，使該減小的密封力的 構(gòu)造松弛回增大的力的構(gòu)造。在后一種情況下，應(yīng)意識(shí)到的是，控制器92包括計(jì)時(shí)器92a， 傳感器94可操作以確定門16在關(guān)閉事件期間的運(yùn)動(dòng)，而密封架構(gòu)能夠快速地實(shí)現(xiàn)減小的 密封力的構(gòu)造(在門到達(dá)關(guān)閉狀態(tài)之前)。在第二示例中，狀態(tài)可以是門鎖定或解鎖事件， 其中當(dāng)確定門16鎖定(和推測關(guān)閉)時(shí)增大密封力。最后，在第三示例中，拉動(dòng)或釋放門 把手96可觸發(fā)激活。在此，當(dāng)拉動(dòng)把手96 (并且門16關(guān)閉和解鎖)時(shí)可減小密封力；而當(dāng) 釋放把手96或當(dāng)鎖定門時(shí)，可增大密封力。應(yīng)意識(shí)到的是，可能出現(xiàn)在拉動(dòng)把手96與門打 開之間相對短的時(shí)間段，同樣地，到減小的密封力的構(gòu)造的過渡優(yōu)選地為快速響應(yīng)。
該書面的說明使用了示例以公開包括最佳模式的本發(fā)明，并且還使得本領(lǐng)域的技 術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并使用本發(fā)明。本發(fā)明可獲得的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本 領(lǐng)域的技術(shù)人員能想到的其他示例。如果其他的示例具有與權(quán)利要求的文字語言相同的結(jié) 構(gòu)元件、或者它們包括與權(quán)利要求的文字語言無實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)元件，則這樣的實(shí)施 例應(yīng)當(dāng)落入權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種活性密封件，其產(chǎn)生可變密封力和/或閉合力，并適于與限定周界的開口和構(gòu) 造成接合所述周界的封閉面板一起使用，以便關(guān)閉所述開口，所述密封件包括安裝夾；柔性外層，其固定地連接至所述夾，限定內(nèi)部空間并沿所述周界縱向延伸；以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其包括活性材料元件，具有縱向和側(cè)向輪廓，并構(gòu)造成當(dāng)所述元件失活時(shí)向 所述層施加第一力或產(chǎn)生第一剛度，而當(dāng)所述元件激活時(shí)向所述層施加第二力或產(chǎn)生第二 剛度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封件，其中，所述結(jié)構(gòu)包括層狀的疊層，并且所述材料選自 基本由ΕΑΡ、PZTJP PVDF構(gòu)成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封件，其中，所述層和結(jié)構(gòu)合作地限定雙腔室，所述結(jié)構(gòu)包 括流體聯(lián)接所述腔室的止回閥，并且所述元件可操作以有選擇地打開和關(guān)閉所述閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的密封件，其中，所述元件包括可操作以使所述腔室中的一個(gè) 塌陷的至少一根SMA線或織帶，以便使空氣從所述腔室中的所述一個(gè)流向另一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封件，其中，所述結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)拱，其在所述元件激活 時(shí)具有第一曲率，而在所述元件失活時(shí)具有第二曲率，并且所述第一和第二曲率合作地產(chǎn) 生所述可變力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封件，其中，所述層限定第一和第二相對的壁，所述結(jié)構(gòu)包 括包含所述活性材料的第一和第二側(cè)向延伸并鏡像的拱，并且所述各拱從所述夾延伸至相 應(yīng)的壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封件，其中，所述結(jié)構(gòu)包括多個(gè)軸向取向的拱。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封件，其中，所述至少一個(gè)懸臂拱由從所述層延伸并限定 自由遠(yuǎn)端部的橡膠凸緣提供，并且所述元件從動(dòng)地聯(lián)接至所述端部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的密封件，其中，所述結(jié)構(gòu)還包括限定凹部的滑動(dòng)板，并且所述 凹部構(gòu)造成卡住所述端部，以便當(dāng)所述元件激活時(shí)將所述凸緣保持在第一狀態(tài)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封件，其中，所述結(jié)構(gòu)在所述元件激活時(shí)使所述層獲得第 一構(gòu)造，并在所述元件失活時(shí)使所述層獲得第二構(gòu)造，并包括可操作以將所述層維持在所 述第一和第二構(gòu)造中的一個(gè)中的閉鎖。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的密封件，其中，所述閉鎖具有彎曲部致動(dòng)器，其包括可操作 以在激活時(shí)使所述閉鎖釋放的第二活性材料元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封件，其中，所述元件在激活時(shí)使所述結(jié)構(gòu)的至少一部分 旋轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的密封件，其中，所述結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)橡膠凸輪和與所述 凸輪同心對準(zhǔn)的卷軸，并且所述元件可操作以使所述凸輪在大致豎直與水平位置之間旋 轉(zhuǎn)，其中分別施加所述第一和第二力。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封件，其中，所述結(jié)構(gòu)具有雙穩(wěn)態(tài)構(gòu)造。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封件，還包括控制器，其通訊地聯(lián)接至所述活性材料元件；以及傳感器，其通訊地聯(lián)接至所述控制器并且可操作以檢測第一狀態(tài)；所述控制器和傳感器合作地構(gòu)造成在檢測到所述狀態(tài)時(shí)激活所述元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的密封件，其中，所述狀態(tài)是門打開或關(guān)閉事件。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的密封件，其中，所述狀態(tài)是門鎖定或解鎖事件。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的密封件，其中，所述狀態(tài)是把手拉動(dòng)或釋放事件。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的密封件，其中，所述控制器還包括計(jì)時(shí)器，并且在檢測到所 述狀態(tài)之后當(dāng)經(jīng)過一時(shí)間段時(shí)激活所述活性材料。
20.一種活性密封件，其產(chǎn)生可變密封力和/或閉合力，并適于與限定周界的開口和構(gòu) 造成接合所述周界的封閉面板一起使用，以便關(guān)閉所述開口，所述密封件包括安裝夾；柔性外層，其固定地連接至所述夾，限定內(nèi)部空間并沿所述周界縱向延伸；以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其包括活性材料，具有縱向和側(cè)向輪廓，并構(gòu)造成當(dāng)所述元件失活時(shí)向所 述層施加第一力或產(chǎn)生第一剛度，而當(dāng)所述元件激活時(shí)向所述層施加第二力或產(chǎn)生第二剛 度；其中，所述結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)拱，其在所述元件激活時(shí)具有第一曲率，而在所述元件失 活時(shí)具有第二曲率，并且所述第一和第二曲率合作地提供所述可變力；其中，所述結(jié)構(gòu)在所述元件激活時(shí)使所述層獲得第一構(gòu)造，并在所述元件失活時(shí)使所 述層獲得第二構(gòu)造，并包括閉鎖或具有雙穩(wěn)態(tài)構(gòu)造，其可操作以將所述層維持在所述第一 和第二構(gòu)造中的一個(gè)中。
全文摘要
適于在封閉面板與周界之間產(chǎn)生可變密封力和/或閉合力的活性密封架構(gòu)，包括安裝夾；柔性外層，其固定地連接至夾，限定內(nèi)部空間并沿周界縱向延伸；以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其包括設(shè)置在空間內(nèi)的活性材料并可由設(shè)置在空間內(nèi)的活性材料重新構(gòu)造，并且可操作以分別在材料激活和失活時(shí)向?qū)雍兔姘迨┘硬煌牡谝涣偷诙Α?br> 文檔編號(hào)B60J10/08GK102056759SQ200980121849
公開日2011年5月11日 申請日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月10日
發(fā)明者A·L·布朗, D·布雷, J·E·倫茨, M·C·托馬, N·L·約翰遜, P·W·亞歷山大 申請人:密執(zhí)安大學(xué)評(píng)議會(huì), 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司