JP2005245151A - Electrostatic actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対向配置した可動体電極と固定基板電極間に電圧を印加することで働く静電引力と、弾性可動体の機械的復元力とにより、弾性可動体の変形形状を制御する静電アクチュエータに関し、特に、弾性可動体と固定基板の間隔が固定端から先端に向かうに従い次第に変化するカールドアップ型静電アクチュエータに関する。 The present invention provides an electrostatic force that controls the deformed shape of an elastic movable body by an electrostatic attractive force that works by applying a voltage between the movable electrode and the fixed substrate electrode that are arranged to face each other and a mechanical restoring force of the elastic movable body. In particular, the present invention relates to a curled-up electrostatic actuator in which the distance between the elastic movable body and the fixed substrate is gradually changed from the fixed end toward the tip.
小型の携帯機器が普及し、さらに携帯機器に自動駆動部品を搭載する要望が高まるに連れ、小型且つ低消費電力のアクチュエータが望まれている。これに伴い、従来の電磁式アクチュエータに変えて静電式アクチュエータが提案されている。 As small-sized portable devices become widespread and further, there is a growing demand for mounting automatic drive parts on portable devices, actuators with small size and low power consumption are desired. Accordingly, electrostatic actuators have been proposed in place of conventional electromagnetic actuators.
静電式アクチュエータは、比較的簡単な構成で、静電気力により駆動力と得る為、小型化、低消費電力化に向いている。 An electrostatic actuator has a relatively simple configuration and obtains a driving force by an electrostatic force, which is suitable for downsizing and low power consumption.
また、半導体製造技術を適用した、所謂MEMS(Micro Electro-Mechanical System)技術を適用することによって、低コスト・高精度の製作が期待できる。 In addition, by applying so-called MEMS (Micro Electro-Mechanical System) technology to which semiconductor manufacturing technology is applied, low-cost and high-precision production can be expected.
このような静電アクチュエータとして、特許文献1には、図15に示すような構成の静電マイクロアクチュエータが提案されている。即ち、この静電マイクロアクチュエータ1は、基板2と、基板電極絶縁層3と、基板電極4と、駆動電極絶縁層5と、駆動電極6とを備えている。駆動電極6は螺旋状を呈しており、過冷却液体域を有する非晶質合金から作製されている。この駆動電極6の6A部分には駆動すべき物体が取り付けられるようになっている。そして、駆動電極パッド部7と基板電極パッド部との間に電圧を印加することによって発生させた電場により、螺旋中心軸A−A線に沿って上下方向に駆動できるようになっている。
上記特許文献1に開示の構成では、駆動電極6を、完全に伸張するか、基板2に吸着するか、の2値駆動をする場合は問題とならないが、駆動電極6の変形量を任意に設定するアナログ的な制御をする場合には、初期ギャップに対して実際に駆動電極6の変形量を制御できる範囲が狭い。また、印加電圧と駆動電極6の変形量とは非線形の関係となっている。従って、上記特許文献1に開示された構成の静電アクチュエータは、制御上、問題点が多い。
In the configuration disclosed in
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、変形制御可能な領域が広く、また、変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定したりすることが可能な静電アクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and has a wide area in which deformation can be controlled. Further, the present invention can statically set a deformation characteristic linearly or a characteristic intended by a user. An object is to provide an electric actuator.
上記の目的を達成するために、本発明の一態様による静電アクチュエータは、対向配置した可動体電極と固定基板電極との間に電圧を印加することで働く静電引力と、弾性可動体の機械的復元力とにより、上記弾性可動体の変形形状を制御する静電アクチュエータであって、
上記弾性可動体の一端は、上記固定基板に固定された固定端であり、
上記弾性可動体と上記固定基板との間隔が、上記弾性可動体の固定端から先端に向かうに従い次第に変化し、
上記弾性可動体の固定端から先端に向かう可動体経路の所定部位に作用する静電引力または上記弾性可動体の曲げ剛性を制御したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an electrostatic actuator according to an aspect of the present invention includes an electrostatic attractive force that works by applying a voltage between a movable body electrode and a fixed substrate electrode that are arranged to face each other, and an elastic movable body. An electrostatic actuator that controls the deformation shape of the elastic movable body by a mechanical restoring force,
One end of the elastic movable body is a fixed end fixed to the fixed substrate,
The distance between the elastic movable body and the fixed substrate gradually changes from the fixed end to the tip of the elastic movable body,
The electrostatic attraction acting on a predetermined part of the movable body path from the fixed end of the elastic movable body toward the tip or the bending rigidity of the elastic movable body is controlled.
本発明によれば、変形制御可能な領域が広く、また、変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定したりすることが可能な静電アクチュエータを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the area | region which can control a deformation | transformation is wide, and the electrostatic actuator which can set a deformation | transformation characteristic linearly or can set it to the characteristic which a user intends can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図2は、本発明の適用されるカールドアップ型静電アクチュエータの斜視図である。同図に示すように、静電アクチュエータは、弾性可動体10、可動体電極20、絶縁層30、固定基板電極40、及び固定基板50からなる。なお、弾性可動体10を金属薄膜で成形するなどして、弾性可動体10が可動体電極20を含む構成や、絶縁層30を形成しない構成等、その他の構成も考えられる。
FIG. 2 is a perspective view of a curled up electrostatic actuator to which the present invention is applied. As shown in the figure, the electrostatic actuator includes an elastic
このようなカールドアップ型の静電アクチュエータは、弾性可動体10の一端が固定基板50に固定されており、他端が固定基板50から離れた構成をしている。以降、弾性可動体10の固定された側を固定端と呼び、他端を先端と呼ぶ。
In such a curled-up type electrostatic actuator, one end of the elastic
次に、係る構成の静電アクチュエータの動作について説明する。 Next, the operation of the electrostatic actuator having such a configuration will be described.
図2に示す静電アクチュエータにおいて、可動体電極20と固定基板電極40との間に電圧を印加すると、両電極間に静電引力が働き、弾性可動体10は固定基板50側に引き付けられる。弾性可動体10の変形量は、弾性可動体10の機械的復元力と両電極間に働く静電引力とにより決定され、両力が釣り合った時点で弾性可動体10の変形は停止する。そして、両電極間に働く静電引力が弾性可動体10の機械的復元力を上回ると、弾性可動体10は固定基板50に吸着する。
In the electrostatic actuator shown in FIG. 2, when a voltage is applied between the
次に、このような静電アクチュエータの制御について説明する。 Next, control of such an electrostatic actuator will be described.
上述のように、静電アクチュエータの弾性可動体10の変形量は、弾性可動体10の機械的復元力と両電極間に働く静電引力とにより決定されるため、両電極に印加する電圧を制御することで弾性可動体10の変形量を制御することができる。しかしながら、一般的に弾性可動体10の機械的復元力は、弾性可動体10の変形量に比例し、両電極間に働く静電引力は、両電極間の電界の2乗に比例するため、以下に示す特性を持つ。
As described above, the amount of deformation of the elastic
・両電極間に印加する電圧に対する弾性可動体10の変形量は非線形となる。
The amount of deformation of the elastic
・両電極間に印加する電圧に対する弾性可動体10の変形量の感度は、低電圧領域では非常に低く、ある電圧を境に急激に高くなる。
The sensitivity of the deformation amount of the elastic
・両電極間に印加する電圧を上げていくと突然、弾性可動体10が固定基板50に張り付く(スタック現象)ため、実際に弾性可動体10の変形量を制御できるのは、両電極の初期ギャップの1/3程度である。
When the voltage applied between the electrodes is increased, the elastic
両電極間に印加する電圧に対する弾性可動体10の変形量をシミュレーションした結果を用いて、上述の特性を詳しく説明する。
The above-described characteristics will be described in detail using the result of simulating the deformation amount of the elastic
ここで、シミュレーションに用いたモデルを図3に示す。即ち、本モデルは、弾性可動体10(本例では可動体電極20を兼ねる)、絶縁層30、固定基板電極40からなる。弾性可動体10は、固定基板電極40に水平で固定端から固定基板電極40の長手方向をx、固定基板電極40と垂直方向をyとすると、y=200x2の曲率を持つものとする。
Here, the model used for the simulation is shown in FIG. In other words, this model includes the elastic movable body 10 (also serving as the
また、本モデルの設定値及び弾性可動体10の物性値等は、以下に示すようなものである。
Moreover, the set value of this model, the physical property value of the elastic
固定基板電極40の長さl=1000μm
固定基板電極40の幅w=200μm
絶縁層30の厚さdi=0.5μm
絶縁層30の誘電率ε=4
弾性可動体10の縦弾性係数E=69.7GPa
弾性可動体10の断面二次モーメントI=1.04×10-21
弾性可動体10の曲率y=200x2
図4は、このようなモデルにおいて、横軸に弾性可動体10の先端の高さh、縦軸に両電極に印加する電圧をパラメータとした、静電引力Feと弾性可動体10の機械的復元力Frとを示したグラフである。このグラフにおいて、静電引力Feと機械的復元力Frとが釣り合う点、つまりFeとFrの交点が、両電極に電圧を印加した場合の弾性可動体10の変形量を示している。この図4から分かるように、弾性可動体10は、両電極に印加する電圧が低い場合には殆ど変形せず、ある電圧(このシミュレーション結果では30V付近)で急激に変形し、さらに電圧を高くすると固定基板50に張り付いてしまう。
Fixed
Fixed
Dielectric constant ε = 4 of
Longitudinal elastic modulus E = 69.7 GPa of the elastic
Sectional moment of inertia I = 1.04 × 10 −21 of the elastic
Curvature y of elastic
FIG. 4 shows a mechanical model of the electrostatic attraction force Fe and the elastic
そこで、本発明に係る静電アクチュエータにおいては、弾性可動体10の固定端から先端に向かう可動体経路の所定部位に作用する静電引力または弾性可動体10の曲げ剛性を制御するようにしている。ここで、図5(A)に太矢印線で示される経路が、上述の弾性可動体10の固定端11から先端12に向かう可動体経路13を意味し、また、同図に両矢印線で示される幅が、上述の可動体経路13の所定部位における幅14を意味するものとする。
Therefore, in the electrostatic actuator according to the present invention, the electrostatic attractive force acting on a predetermined portion of the movable body path from the fixed end of the elastic
なお、本発明に係る静電アクチュエータの弾性可動体10は、図2及び図5(A)に示すような直線形状に限らず、図5(B)に示すようなコ字形状、図5(C)に示すような(楕)円弧形状、図5(D)に示すようなフリー形状、等、様々な形状が存在し、その場合の可動体経路13はそれぞれ図示する通りである。
The elastic
以下、説明及び図示を簡単にするため、弾性可動体10が直線形状の場合を例に、幾つかの実施形態を説明するが、図5(B)乃至(D)に示すような様々な形状の弾性可動体10の場合においても適用できることは言うまでもない。
Hereinafter, in order to simplify the explanation and illustration, several embodiments will be described by taking the case where the elastic
[第1実施形態]
次に、本発明の第1実施形態に係る静電アクチュエータの構成について説明する。
[First Embodiment]
Next, the configuration of the electrostatic actuator according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1(A)は、弾性可動体10と可動体電極20及び絶縁層30を透過して示す半透過斜視図であり、図1(B)は、同静電アクチュエータを上部から見た上面図である。なお、弾性可動体10と可動体電極20及び絶縁層30は破線を用いて示し、固定基板電極40の領域は斜線で示している。
FIG. 1A is a semi-transparent perspective view showing the elastic
図1(A)及び(B)に示すように、本実施形態に係る静電アクチュエータは、固定基板電極40の幅に分布を持たせることで、弾性可動体10の幅に対する可動体電極20と固定基板電極40の対向する領域の幅の比を可動体経路13に沿って変化させている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the electrostatic actuator according to this embodiment has a distribution in the width of the fixed
可動体電極20と固定基板電極40との間に電圧を印加して生じる静電引力は、可動体電極20と固定基板電極40とが重なり合う面積に比例する。そのため、上述のような構成により、両電極間に働く静電引力を可動体経路13に沿って制御することができる。
The electrostatic attraction generated by applying a voltage between the
次に、この構成の効果について説明する。 Next, the effect of this configuration will be described.
図3に示したシミュレーションモデルと同様のモデルを用いて、固定基板電極40の幅wを弾性可動体10の固定端11から先端12に向かう方向をXとして次式で表される形状とする。なお、次式で表される電極は、先端12に向かうに従い次第に細くなる形状である。
Using a model similar to the simulation model shown in FIG. 3, the width w of the fixed
w=p/(X+q)
但し、p=22.2×10-9
q=0.11×10-3
このモデルにおいて、図4に示したグラフ同様に横軸に弾性可動体10の先端12の高さh、縦軸に両電極に印加する電圧をパラメータとした静電気力Feと弾性可動体10の機械的復元力Frを示したグラフを図6に示す。このグラフより、静電引力Feと機械的復元力Frの交点から、両電極間に印加した電圧に対する弾性可動体10が変形した時の先端12の高さを以下に示す。
However, p = 22.2 × 10 -9
q = 0.11 × 10 −3
In this model, as in the graph shown in FIG. 4, the horizontal axis represents the height h of the
上述のように、本実施形態の構成とすることで、図3で示したモデルと比較すると、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体10の変形特性がより線形的になり、制御性を向上させることが可能となる。
As described above, the configuration of the present embodiment makes the deformation characteristics of the elastic
また、上述の効果を発展させると、以下に示す効果が期待される。 Further, when the above-described effects are developed, the following effects are expected.
図7は、可動体電極20と固定基板電極40との間に印加する電圧に対する弾性可動体10の変形量を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing a deformation amount of the elastic
通常の構成では、図7の波形Aに示すように、印加電圧に対する弾性可動体10の変形量は、低電圧では殆ど変形しないが、次第に感度が上がり、ある電圧で急激に変形し、弾性可動体10が固定基板電極40に張り付いてしまう。ここで、波形Aが最終的に一定値になっているのは、弾性可動体10が固定基板50に張り付いたこと(初期ギャップ分変形したこと)を意味する。
In the normal configuration, as shown by the waveform A in FIG. 7, the amount of deformation of the elastic
これに対して、本実施形態に示したように弾性可動体10の幅に対する可動体電極20と固定基板電極40の対向する領域の幅の比を可動体経路13に沿って適切に設定することで、図7の波形Bに示すように、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体10の変形特性を線形に設定したり、波形Cに示すように、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。また、可動体電極20と固定基板電極40の初期ギャップに対する弾性可動体10の変形制御可能な領域を拡大することができる。
On the other hand, as shown in this embodiment, the ratio of the width of the region where the
また、上述の形態の他に、以下の形態を用いても同様の効果を得ることができる。 Moreover, the same effect can be acquired even if it uses the following forms other than the above-mentioned form.
図8は、固定基板電極40をメッシュ状に形成したものであり、図9は、同じく網目状に形成したものである。これらの形態により、可動体経路13の所定部位における単位面積あたりの固定基板電極40の占める割合を適切に設定することが可能になり、両電極間に働く静電引力を可動体経路13に沿って適切に制御することができる。
FIG. 8 shows the fixed
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る静電アクチュエータの構成について説明する。
[Second Embodiment]
Next, the configuration of the electrostatic actuator according to the second embodiment of the present invention will be described.
図10は、本実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す図である。この図は、本実施形態に係る静電アクチュエータを中央で切断して示すと共に各電極に接続した電気回路を模式的に表した図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the electrostatic actuator according to the present embodiment. This figure is a diagram schematically showing an electric circuit in which the electrostatic actuator according to the present embodiment is cut at the center and connected to each electrode.
即ち、本実施形態に係る静電アクチュエータは、弾性可動体10及び可動体電極20、絶縁層30、複数に分割された固定基板電極40、固定基板50、及び可変電圧源群60を備えている。そして、可変電圧源群60の各出力は対応する固定基板電極40に接続され、GNDは全て可動体電極20に接続されている。
That is, the electrostatic actuator according to the present embodiment includes the elastic
次に、本実施形態に係る静電アクチュエータの駆動方法について説明する。 Next, a method for driving the electrostatic actuator according to the present embodiment will be described.
通常の静電アクチュエータでは、可動体電極20と固定基板電極40との間隔は多くても数百μm程度であり、形状のアスペクト比からすると、可動体電極20に働く静電引力は、対向する部分に位置する固定基板電極40に印加する電圧によるものが支配的となる。
In a normal electrostatic actuator, the distance between the
本実施形態においては、可変電圧源群60により、各々の固定基板電極40に印加する電圧を適切に設定し、可動体経路13の所定部位における両電極間に働く静電引力を制御することができる。よって、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体10の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。また、可動体電極20と固定基板電極40の初期ギャップに対する弾性可動体10の変形制御可能な領域を拡大することができる。
In the present embodiment, the voltage applied to each fixed
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る静電アクチュエータの構成について説明する。
[Third Embodiment]
Next, the configuration of the electrostatic actuator according to the third embodiment of the present invention will be described.
図11は、本実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す図である。この図は、本実施形態に係る静電アクチュエータを中央で切断して示すと共に、該静電アクチュエータに接続した電気回路を模式的に表した図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the electrostatic actuator according to the present embodiment. This figure is a diagram schematically showing an electric circuit connected to the electrostatic actuator while the electrostatic actuator according to the present embodiment is cut at the center.
即ち、本実施形態に係る静電アクチュエータは、弾性可動体10、可動体電極20、絶縁層30、固定基板50、可変駆動電源70、可変基準電源80、抵抗体で形成された固定基板抵抗体90、及び可変抵抗100を備えている。ここで、上記固定基板抵抗体90の一端には上記可変基準電源80が接続され、他端には上記可変抵抗100が接続されている。
That is, the electrostatic actuator according to the present embodiment includes the elastic
次に、このような構成の本実施形態に係る静電アクチュエータの駆動方法について説明する。 Next, a driving method of the electrostatic actuator according to the present embodiment having such a configuration will be described.
図12は、可動体電極20及び固定基板抵抗体90の位置に対する可動体電極20の電位、固定基板抵抗体90の電位、及び両電極間の電位差の例を示す図である。ここで、可動体電極20の電位は一点鎖線で、固定基板抵抗体90の電位は破線で、両電極間の電位差は実線で示している。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the potential of the
可動体電極20の電位Cは、可変駆動電源70の出力により決まる。固定基板抵抗体90の弾性可動体固定端11側の電位Aは、可変基準電源80の出力で決まり、弾性可動体先端12側の電位Bは、可変抵抗100の設定値で決めることができる。従って、上記可変駆動電源70、可変基準電源80、及び可変抵抗100の抵抗値を設定することにより、可動体経路13における両電極間の電位差の増減及びこれらの勾配を設定することができる。仮に、図12で示すように可動体電極20の電位及び固定基板抵抗体90の電位を設定すると、可動体経路13に沿った両電極間の電位差は次第に低減した後、増加するように設定される。
The potential C of the
上述のように、本実施形態を用いて、可動体電極20及び固定基板抵抗体90の電位を可動体経路13に沿って適切に設定し、可動体経路13の所定部位における両電極間に働く静電引力を制御することで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体10の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。また、可動体電極20と固定基板電極40の初期ギャップに対する弾性可動体10の変形制御可能な領域を拡大することができる。
As described above, by using this embodiment, the potentials of the
なお、ここでは、固定基板抵抗体90として固定基板電極40を抵抗体で形成した場合の例を説明したが、可動体電極20側を抵抗体で構成しても、同様の効果が得られることは勿論である。
Here, an example in which the fixed
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係る静電アクチュエータの構成について説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, the configuration of the electrostatic actuator according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
可動体電極20と固定基板電極40との間に働く静電引力は、両電極間に印加する電圧、両電極間の間隔及び誘電率により決定される。
The electrostatic attractive force acting between the
通常の静電アクチュエータでは、可動体電極20と固定基板電極40の間には、空気層と絶縁層30とが存在する。半導体製造技術で絶縁層30として頻繁に用いられる酸化シリコン膜の誘電率は、空気の約4倍程度の値である。また、その他の材料を用いることにより、絶縁層30の誘電率を種々の値に設定することができる。また、絶縁層30の厚さを変えると、両電極間の空気と絶縁層30が占める割合が変わり、総誘電率(空気と絶縁層30を一つの層とみなした場合の誘電率)を調整することができる。
In a normal electrostatic actuator, an air layer and an insulating
よって、可動体経路13に沿って、絶縁層30の誘電率に分布を持たせる、または、絶縁層30の厚さに分布を持たせることにより、弾性可動体10に働く静電引力の分布を設定することができる。
Therefore, the distribution of the electrostatic attractive force acting on the elastic
半導体製造技術では、絶縁層30の厚さに分布を持たせる方法として、絶縁層30上に成形技術により厚さの分布を持たせた保護膜を形成し、ドライエッチングをかけることで絶縁層30に保護層の厚さ分布を転写する等、様々な技術が提案されている。また、絶縁層30の誘電率に分布を持たせる方法として、複数の素材を用いて絶縁層30を形成し、可動体経路13に沿ってその組成に分布を持たせる等が考えられる。
In the semiconductor manufacturing technology, as a method of giving a distribution to the thickness of the insulating
図13は、本実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す図である。この図は、本実施形態に係る静電アクチュエータを中央で切断して示すと共に、該静電アクチュエータに接続した電気回路を模式的に表した図である。 FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the electrostatic actuator according to the present embodiment. This figure is a diagram schematically showing an electric circuit connected to the electrostatic actuator while the electrostatic actuator according to the present embodiment is cut at the center.
即ち、本実施形態に係る静電アクチュエータは、弾性可動体10、可動体電極20、絶縁層30、固定基板電極40、固定基板50、及び可変駆動電源70を備えている。そして、絶縁層30は、その厚さが可動体経路13に沿って分布を持っているものとしている。このように絶縁層30の厚さを変えることにより、可動体経路13に沿った所定部位における総誘電率に分布を持たせ、弾性可動体10に働く静電引力の分布を設定することができる。
That is, the electrostatic actuator according to the present embodiment includes the elastic
上述のように、本実施形態を用いて、絶縁層30の厚さ、または誘電率を適切に設定し、可動体経路13の所定部位における両電極間に働く静電引力を制御することで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体10の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。また、可動体電極20と固定基板電極40の初期ギャップに対する弾性可動体10の変形制御可能な領域を拡大することができる。
As described above, by using the present embodiment, the thickness of the insulating
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態に係る静電アクチュエータの構成について説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, the configuration of the electrostatic actuator according to the fifth embodiment of the present invention will be described.
弾性可動体10の変形量は、弾性可動体10の機械的復元力と両電極間に働く静電引力とにより決定され、両力が釣り合った時点で、弾性可動体10の変形は停止する。ここで、弾性可動体10の機械的復元力は、弾性可動体10の厚さに代表される幾何形状、及び弾性係数に代表される物性値で決まる。よって、可動体経路13に沿って弾性可動体10の厚さに分布を持たせる、または弾性係数に分布を持たせることによって、弾性可動体10の曲げ剛性、つまり機械的復元力の分布を設定することができる。
The amount of deformation of the elastic
このように、弾性可動体10の厚さ、または弾性係数を制御する方法としては、上記第4実施形態に述べたような、保護膜の厚さ分布を転写する方法や、複合素材を用いる方法が考えられる。
As described above, as a method of controlling the thickness or elastic coefficient of the elastic
図14は、本実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す図である。この図は、本実施形態に係る静電アクチュエータを中央で切断して示すと共に、該静電アクチュエータに接続した電気回路を模式的に表した図である。 FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of the electrostatic actuator according to the present embodiment. This figure is a diagram schematically showing an electric circuit connected to the electrostatic actuator while the electrostatic actuator according to the present embodiment is cut at the center.
即ち、本実施形態に係る静電アクチュエータは、弾性可動体10、可動体電極20、絶縁層30、固定基板電極40、固定基板50、及び可変駆動電源70を備えている。そして、弾性可動体10は、その厚さが可動体経路13に沿って分布を持っているものとなっている。このように、弾性可動体10の厚さを可動体経路13に沿って分布を持たせることによって、弾性可動体10の曲げ剛性に分布を設定することができる。
That is, the electrostatic actuator according to the present embodiment includes the elastic
図14に示す例では、弾性可動体10の厚さが固定端11から先端12に向う可動体経路13に沿って次第に厚くなる構成となっている。このような構成とすることで、弾性可動体10の曲げ剛性は次第に強くなり、機械的復元力が増加することになる。よって、前述の第1実施形態で示したような可動体経路13に沿って固定基板電極40の幅を次第に細くした構成と同様の効果を得ることができる。
In the example shown in FIG. 14, the thickness of the elastic
上述のように、本実施形態を用いて、弾性可動体10の厚さ、または弾性係数を適切に設定し、可動体経路13の所定部位における弾性可動体10の曲げ剛性を制御することで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体10の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。また、可動体電極20と固定基板電極40の初期ギャップに対する弾性可動体10の変形制御可能な領域を拡大することができる。
As described above, by using the present embodiment, the thickness or elastic coefficient of the elastic
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are naturally possible within the scope of the gist of the present invention.
(付記)
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
(Appendix)
The invention having the following configuration can be extracted from the specific embodiment.
(1) 対向配置した可動体電極と固定基板電極との間に電圧を印加することで働く静電引力と、弾性可動体の機械的復元力とにより、上記弾性可動体の変形形状を制御する静電アクチュエータであって、
上記弾性可動体の一端は、上記固定基板に固定された固定端であり、
上記弾性可動体と上記固定基板との間隔が、上記弾性可動体の固定端から先端に向かうに従い次第に変化し、
上記弾性可動体の固定端から先端に向かう可動体経路の所定部位に作用する静電引力または上記弾性可動体の曲げ剛性を制御したことを特徴とする静電アクチュエータ。
(1) The deformation shape of the elastic movable body is controlled by an electrostatic attractive force that works by applying a voltage between the movable electrode and the fixed substrate electrode that are arranged to face each other and a mechanical restoring force of the elastic movable body. An electrostatic actuator,
One end of the elastic movable body is a fixed end fixed to the fixed substrate,
The distance between the elastic movable body and the fixed substrate gradually changes from the fixed end to the tip of the elastic movable body,
An electrostatic actuator, wherein electrostatic attraction acting on a predetermined part of a movable body path from the fixed end of the elastic movable body toward the tip or the bending rigidity of the elastic movable body is controlled.
(対応する実施形態)
この(1)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第1乃至第5実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The first to fifth embodiments correspond to the embodiments related to the electrostatic actuator described in (1).
(作用効果)
この(1)に記載の静電アクチュエータは、可動体経路において、電極の構成、絶縁層の構成または組成、電圧印加方法、弾性可動体形状または組成等を制御するようにしている。
(Function and effect)
The electrostatic actuator described in (1) controls the configuration of the electrode, the configuration or composition of the insulating layer, the voltage application method, the shape or composition of the elastic movable body, and the like in the movable body path.
従って、この(1)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力、または弾性可動体の曲げ剛性を制御することで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。また、可動体電極と固定基板電極の初期ギャップに対する弾性可動体の変形制御可能な領域を拡大することができる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (1), the electrostatic attractive force acting between the two electrodes at a predetermined portion of the movable body path or the bending rigidity of the elastic movable body is controlled to be applied to both electrodes. It is possible to set the deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage linearly or to the characteristics intended by the user. In addition, it is possible to enlarge a region where the deformation of the elastic movable body can be controlled with respect to the initial gap between the movable body electrode and the fixed substrate electrode.
(2) 上記弾性可動体の幅に対する可動体電極と上記固定基板電極の対向する部位の幅の比が、上記可動体経路に沿って変化するよう構成することによって、上記可動体経路の所定部位における静電引力を制御することを特徴とする(1)に記載の静電アクチュエータ。 (2) By configuring the ratio of the width of the portion of the movable body electrode and the fixed substrate electrode facing each other to the width of the elastic movable body so as to change along the movable body path, the predetermined portion of the movable body path The electrostatic actuator according to (1), wherein the electrostatic attraction force is controlled.
(対応する実施形態)
この(2)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第1実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the electrostatic actuator described in (2) corresponds to the first embodiment.
(作用効果)
この(2)に記載の静電アクチュエータは、可動体電極に対向する固定基板電極の幅が弾性可動体に比べ細くなるような分布を持たせるようにしたものである。なお、弾性可動体を金属部材で形成することで可動体電極を兼ねるよう構成しても構わない。
(Function and effect)
The electrostatic actuator described in (2) has a distribution in which the width of the fixed substrate electrode facing the movable body electrode is narrower than that of the elastic movable body. In addition, you may comprise so that a movable body electrode may be combined by forming an elastic movable body with a metal member.
従って、この(2)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (2), by controlling the electrostatic attractive force acting between both electrodes in a predetermined part of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage applied to both electrodes can be set linearly or set to the characteristics intended by the user.
(3) 上記弾性可動体の幅に対する上記可動体電極及び固定基板電極の少なくとも一方の幅の比が上記可動体経路に沿って変化することを特徴とする(2)に記載の静電アクチュエータ。 (3) The electrostatic actuator according to (2), wherein a ratio of a width of at least one of the movable body electrode and the fixed substrate electrode to a width of the elastic movable body varies along the movable body path.
(対応する実施形態)
この(3)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第1実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the electrostatic actuator described in (3) corresponds to the first embodiment.
(作用効果)
この(3)に記載の静電アクチュエータは、可動体電極に対向する固定基板電極の形状を弾性可動体に比べ細くなるような分布を持たせるようにしたものである。
(Function and effect)
The electrostatic actuator described in (3) has a distribution in which the shape of the fixed substrate electrode facing the movable body electrode is narrower than that of the elastic movable body.
従って、この(3)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (3), by controlling the electrostatic attractive force acting between both electrodes at a predetermined part of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage applied to both electrodes can be set linearly or set to the characteristics intended by the user.
(4) 上記可動体電極及び固定基板電極の少なくとも一方をメッシュ状または網目状に構成することによって、上記可動体経路の所定部位における静電引力を制御することを特徴とする(1)に記載の静電アクチュエータ。 (4) The electrostatic attractive force at a predetermined portion of the movable body path is controlled by configuring at least one of the movable body electrode and the fixed substrate electrode in a mesh shape or a mesh shape. Electrostatic actuator.
(対応する実施形態)
この(4)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第1実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the electrostatic actuator described in (4) corresponds to the first embodiment.
(作用効果)
この(4)に記載の静電アクチュエータは、可動体電極に対向する固定基板電極の形状をメッシュ状または網目状としたものである。なお、弾性可動体を金属部材で形成することで可動体電極を兼ねるよう構成しても構わない。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (4), the shape of the fixed substrate electrode facing the movable body electrode is a mesh shape or a mesh shape. In addition, you may comprise so that a movable body electrode may be combined by forming an elastic movable body with a metal member.
従って、この(4)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (4), by controlling the electrostatic attractive force acting between both electrodes in a predetermined part of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage applied to both electrodes can be set linearly or set to the characteristics intended by the user.
(5) メッシュ状または網目状となっていない電極の面積に対する上記メッシュ状または網目状となっている電極の面積の比が、上記可動体経路に沿って変化することを特徴とする(4)に記載の静電アクチュエータ。 (5) The ratio of the area of the meshed or meshed electrode to the area of the electrode that is not meshed or meshed varies along the movable body path (4) The electrostatic actuator described in 1.
(対応する実施形態)
この(5)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第1実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the electrostatic actuator described in (5) corresponds to the first embodiment.
(作用効果)
この(5)に記載の静電アクチュエータは、可動体電極に対向する固定基板電極の形状をメッシュ状または網目状とし、この電極面積を可動体経路に沿って変化させるようにしたものである。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (5), the shape of the fixed substrate electrode facing the movable body electrode is a mesh shape or a mesh shape, and the electrode area is changed along the movable body path.
従って、この(5)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (5), by controlling the electrostatic attractive force acting between the two electrodes at a predetermined portion of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage applied to both electrodes can be set linearly or set to the characteristics intended by the user.
(6) 上記可動体電極と固定基板電極との間の電位差に上記可動体経路に沿って分布を持たせるよう構成することによって、上記可動体経路の所定部位における静電引力を制御することを特徴とする(1)に記載の静電アクチュエータ。 (6) Controlling the electrostatic attractive force at a predetermined portion of the movable body path by configuring the potential difference between the movable body electrode and the fixed substrate electrode to have a distribution along the movable body path. The electrostatic actuator according to (1), which is characterized.
(対応する実施形態)
この(6)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第2及び第3実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the electrostatic actuator described in (6) corresponds to the second and third embodiments.
(作用効果)
この(6)に記載の静電アクチュエータは、可動体電極と固定基板電極との間の電位差に可動体経路に沿って分布を持たせるようにしたものである。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (6), the potential difference between the movable body electrode and the fixed substrate electrode is distributed along the movable body path.
従って、この(6)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in this (6), by controlling the electrostatic attraction acting between both electrodes at a predetermined part of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage applied to both electrodes can be set linearly or set to the characteristics intended by the user.
(7) 上記可動体電極または固定基板電極の何れか一方が上記可動体経路に沿って分割して形成され、
上記分割形成された各々の電極に任意の電圧を印加する手段を設けたことを特徴とする(6)に記載の静電アクチュエータ。
(7) Either the movable body electrode or the fixed substrate electrode is formed by being divided along the movable body path,
The electrostatic actuator according to (6), wherein means for applying an arbitrary voltage to each of the divided electrodes is provided.
(対応する実施形態)
この(7)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第2実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The second embodiment corresponds to the embodiment related to the electrostatic actuator described in (7).
(作用効果)
この(7)に記載の静電アクチュエータは、固定基板電極を可動体経路に沿って複数に分割し、各々の電極に印加する電圧を制御し得る可変電圧源群を接続するようにしたものである。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (7), the fixed substrate electrode is divided into a plurality along the movable body path, and a variable voltage source group capable of controlling the voltage applied to each electrode is connected. is there.
従って、この(7)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (7), by controlling the electrostatic attractive force acting between both electrodes at a predetermined portion of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage applied to both electrodes can be set linearly or set to the characteristics intended by the user.
(8) 上記分割形成された電極の分割形成されていない電極に対する電位差が上記可動体経路に沿って減少することを特徴とする(7)に記載の静電アクチュエータ。 (8) The electrostatic actuator according to (7), wherein the potential difference between the divided electrode and the non-divided electrode decreases along the movable body path.
(対応する実施形態)
この(8)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第2実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The second embodiment corresponds to the embodiment related to the electrostatic actuator described in (8).
(作用効果)
この(8)に記載の静電アクチュエータは、固定基板電極を可動体経路に沿って複数に分割し、各々の電極に印加する電圧を制御得る可変電圧源群を接続すると共に、その可変電圧源群の出力が可動体経路に沿って減少するように設定したものである。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (8), the fixed substrate electrode is divided into a plurality along the movable body path, and a variable voltage source group capable of controlling a voltage applied to each electrode is connected to the variable voltage source. The group output is set to decrease along the movable body path.
従って、この(8)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、可動体電極と固定基板電極の初期ギャップに対する弾性可動体の変形制御可能な領域を拡大することができる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (8), by controlling the electrostatic attractive force acting between the two electrodes at a predetermined portion of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The region in which the deformation of the elastic movable body can be controlled with respect to the initial gap between the movable body electrode and the fixed substrate electrode can be enlarged.
(9) 上記可動体電極または固定基板電極の何れか一方が抵抗体で形成され、
上記抵抗体で形成された電極の両端に電位差を与えたことを特徴とする(6)に記載の静電アクチュエータ。
(9) Either the movable body electrode or the fixed substrate electrode is formed of a resistor,
The electrostatic actuator according to (6), wherein a potential difference is applied to both ends of the electrode formed of the resistor.
(対応する実施形態)
この(9)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第3実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the electrostatic actuator described in (9) corresponds to the third embodiment.
(作用効果)
この(3)に記載の静電アクチュエータは、可動体電極または固定基板電極を抵抗体で形成し、その抵抗体の一端に可変電圧源を接続し、他端に可変抵抗を接続して閉回路としたものである。
(Function and effect)
The electrostatic actuator described in (3) is a closed circuit in which a movable body electrode or a fixed substrate electrode is formed of a resistor, a variable voltage source is connected to one end of the resistor, and a variable resistor is connected to the other end. It is what.
従って、この(3)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (3), by controlling the electrostatic attractive force acting between both electrodes at a predetermined part of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage applied to both electrodes can be set linearly or set to the characteristics intended by the user.
(10) 上記固定基板電極の上記可動体電極と対向する面に形成れた絶縁層の厚さが上記可動体経路に沿って変化するよう構成することによって、上記可動体経路の所定部位における静電引力を制御することを特徴とする(1)に記載の静電アクチュエータ。 (10) The thickness of the insulating layer formed on the surface of the fixed substrate electrode facing the movable body electrode is configured to change along the movable body path. The electrostatic actuator according to (1), wherein the electrostatic attraction is controlled.
(対応する実施形態)
この(10)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第4実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The fourth embodiment corresponds to the embodiment relating to the electrostatic actuator described in (10).
(作用効果)
この(10)に記載の静電アクチュエータは、可動体経路に沿って例えば絶縁層のエッチング量を制御し、絶縁層の厚さを変化させるようにしたものである。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (10), for example, the etching amount of the insulating layer is controlled along the movable body path to change the thickness of the insulating layer.
従って、この(10)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (10), by controlling the electrostatic attractive force acting between the two electrodes at a predetermined portion of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage applied to both electrodes can be set linearly or set to the characteristics intended by the user.
(11) 上記絶縁層の厚さを上記可動体経路に沿って次第に厚くすることを特徴とする(10)に記載の静電アクチュエータ。 (11) The electrostatic actuator according to (10), wherein the thickness of the insulating layer is gradually increased along the movable body path.
(対応する実施形態)
この(11)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第4実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The fourth embodiment corresponds to the embodiment related to the electrostatic actuator described in (11).
(作用効果)
この(11)に記載の静電アクチュエータは、固定端から先端に向かう可動体経路に沿って例えば絶縁層のエッチング量が次第に少なくなるように制御し、絶縁層の厚さを次第に厚くさせたものである。
(Function and effect)
The electrostatic actuator described in (11) is controlled such that the etching amount of the insulating layer gradually decreases along the movable body path from the fixed end to the tip, and the thickness of the insulating layer is gradually increased. It is.
従って、この(11)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、可動体電極と固定基板電極の初期ギャップに対する弾性可動体の変形制御可能な領域を拡大することができる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (11), by controlling the electrostatic attractive force acting between both electrodes in a predetermined part of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The region in which the deformation of the elastic movable body can be controlled with respect to the initial gap between the movable body electrode and the fixed substrate electrode can be enlarged.
(12) 上記固定基板電極の上記可動体電極と対向する面に形成れた絶縁層の誘電率が上記可動体経路に沿って変化するよう構成することによって、上記可動体経路の所定部位における静電引力を制御することを特徴とする(1)に記載の静電アクチュエータ。 (12) The dielectric constant of the insulating layer formed on the surface of the fixed substrate electrode facing the movable body electrode is configured to change along the movable body path. The electrostatic actuator according to (1), wherein the electrostatic attraction is controlled.
(対応する実施形態)
この(12)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第4実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment related to the electrostatic actuator described in (12) corresponds to the fourth embodiment.
(作用効果)
この(12)に記載の静電アクチュエータは、絶縁層に例えば複合素材を用いることで可動体経路に沿った絶縁層の組成を変え誘電率を変化させるようにしたものである。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (12), the dielectric constant is changed by changing the composition of the insulating layer along the movable body path by using, for example, a composite material for the insulating layer.
従って、この(12)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御し、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (12), by controlling the electrostatic attractive force acting between both electrodes in a predetermined part of the movable body path, and balancing the mechanical restoring force of the elastic movable body, The deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage applied to both electrodes can be set linearly or set to the characteristics intended by the user.
(13) 上記絶縁層の誘電率を上記可動体経路に沿って次第に低くすることを特徴とする(12)に記載の静電アクチュエータ。 (13) The electrostatic actuator according to (12), wherein the dielectric constant of the insulating layer is gradually lowered along the movable body path.
(対応する実施形態)
この(13)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第4実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The fourth embodiment corresponds to the embodiment related to the electrostatic actuator described in (13).
(作用効果)
この(13)に記載の静電アクチュエータは、絶縁層に例えば複合素材を用いることで可動体経路に沿った絶縁層の組成を変え誘電率を次第に低くさせたものである。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (13), the dielectric constant is gradually lowered by changing the composition of the insulating layer along the movable body path by using, for example, a composite material for the insulating layer.
従って、この(13)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において両電極間に働く静電引力を制御することで、弾性可動体の機械的復元力とバランスをとることで、可動体電極と固定基板電極の初期ギャップに対する弾性可動体の変形制御可能な領域を拡大することができる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (13), the electrostatic attraction force acting between both electrodes at a predetermined portion of the movable body path is controlled to balance the mechanical restoring force of the elastic movable body. Thus, the region in which the deformation of the elastic movable body can be controlled with respect to the initial gap between the movable body electrode and the fixed substrate electrode can be enlarged.
(14) 上記弾性可動体の厚さが上記可動体経路に沿って変化するよう構成することによって、上記可動体経路の所定部位における弾性可動体の曲げ剛性を制御することを特徴とする(1)に記載の静電アクチュエータ。 (14) The bending rigidity of the elastic movable body at a predetermined portion of the movable body path is controlled by configuring the elastic movable body so that the thickness of the elastic movable body changes along the movable body path (1). ) Electrostatic actuator described in).
(対応する実施形態)
この(14)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第5実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The fifth embodiment corresponds to the embodiment of the electrostatic actuator described in (14).
(作用効果)
この(14)に記載の静電アクチュエータは、弾性可動体を成形した後に可動体経路に沿って部分的にエッチングする等して、弾性可動体の厚さを変化させるようにしたものである。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (14), the thickness of the elastic movable body is changed by, for example, partially etching the movable movable body after the elastic movable body is formed.
従って、この(14)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において弾性可動体の機械的復元力を制御し、両電極間に働く静電引力とバランスをとることで、両電極に印加する電圧に対する弾性可動体の変形特性を線形的に設定したり、ユーザの意図する特性に設定することが可能となる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (14), by controlling the mechanical restoring force of the elastic movable body at a predetermined portion of the movable body path and balancing the electrostatic attractive force acting between both electrodes, The deformation characteristics of the elastic movable body with respect to the voltage applied to both electrodes can be set linearly or set to the characteristics intended by the user.
(15) 上記弾性可動体の厚さを上記可動体経路に沿って次第に厚くすることを特徴とする(14)に記載の静電アクチュエータ。 (15) The electrostatic actuator according to (14), wherein the thickness of the elastic movable body is gradually increased along the movable body path.
(対応する実施形態)
この(15)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第5実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The fifth embodiment corresponds to the embodiment related to the electrostatic actuator described in (15).
(作用効果)
この(15)に記載の静電アクチュエータは、弾性可動体を成形した後に可動体経路に沿って部分的にエッチングする等して、弾性可動体の厚さを次第に厚くさせたものである。
(Function and effect)
The electrostatic actuator described in (15) is obtained by gradually increasing the thickness of the elastic movable body by, for example, partially etching the movable movable body after forming the elastic movable body.
従って、この(15)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において弾性可動体の機械的復元力を制御し、両電極間に働く静電引力とバランスをとることで、可動体電極と固定基板電極の初期ギャップに対する弾性可動体の変形制御可能な領域を拡大することができる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (15), by controlling the mechanical restoring force of the elastic movable body at a predetermined portion of the movable body path and balancing the electrostatic attractive force acting between both electrodes, The region in which the deformation of the elastic movable body can be controlled with respect to the initial gap between the movable body electrode and the fixed substrate electrode can be enlarged.
(16) 上記弾性可動体の弾性係数が上記可動体経路に沿って変化するよう構成することによって、上記可動体経路の所定部位における弾性可動体の曲げ剛性を制御することを特徴とする(1)に記載の静電アクチュエータ。 (16) The elastic rigidity of the elastic movable body at a predetermined portion of the movable body path is controlled by configuring the elastic coefficient of the elastic movable body to change along the movable body path (1). ) Electrostatic actuator described in).
(対応する実施形態)
この(16)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第5実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The fifth embodiment corresponds to the electrostatic actuator described in (16).
(作用効果)
この(16)に記載の静電アクチュエータは、弾性可動体を例えば複合素材で形成し、可動体経路に沿って組成を変え弾性係数を変化させるようにしたものである。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (16), an elastic movable body is formed of a composite material, for example, and the elastic modulus is changed by changing the composition along the path of the movable body.
従って、この(16)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において弾性可動体の機械的復元力を制御し、両電極間に働く静電引力とバランスをとることで、可動体電極と固定基板電極の初期ギャップに対する弾性可動体の変形制御可能な領域を拡大することができる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (16), by controlling the mechanical restoring force of the elastic movable body at a predetermined portion of the movable body path and balancing the electrostatic attractive force acting between both electrodes, The region in which the deformation of the elastic movable body can be controlled with respect to the initial gap between the movable body electrode and the fixed substrate electrode can be enlarged.
(17) 上記弾性可動体の弾性係数を上記可動体経路に沿って次第に高くすることを特徴とする(16)に記載の静電アクチュエータ。 (17) The electrostatic actuator according to (16), wherein an elastic coefficient of the elastic movable body is gradually increased along the movable body path.
(対応する実施形態)
この(17)に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第5実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The fifth embodiment corresponds to the embodiment related to the electrostatic actuator described in (17).
(作用効果)
この(17)に記載の静電アクチュエータは、弾性可動体を例えば複合素材で形成し、可動体経路に沿って組成を変え弾性係数を次第に高くさせたものである。
(Function and effect)
In the electrostatic actuator described in (17), the elastic movable body is formed of, for example, a composite material, and the composition is changed along the path of the movable body to gradually increase the elastic coefficient.
従って、この(17)に記載の静電アクチュエータによれば、可動体経路の所定部位において弾性可動体の機械的復元力を制御し、両電極間に働く静電引力とバランスをとることで、可動体電極と固定基板電極の初期ギャップに対する弾性可動体の変形制御可能な領域を拡大することができる。 Therefore, according to the electrostatic actuator described in (17), by controlling the mechanical restoring force of the elastic movable body at a predetermined portion of the movable body path and balancing the electrostatic attractive force acting between both electrodes, The region in which the deformation of the elastic movable body can be controlled with respect to the initial gap between the movable body electrode and the fixed substrate electrode can be enlarged.
10…弾性可動体、 11…固定端、 12…先端、 13…可動体経路、 20…可動体電極、 30…絶縁層、 40…固定基板電極、 50…固定基板、 60…可変電圧源群、 70…可変駆動電源、 80…可変基準電源、 90…固定基板抵抗体、 100…可変抵抗。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
上記弾性可動体の一端は、上記固定基板に固定された固定端であり、
上記弾性可動体と上記固定基板との間隔が、上記弾性可動体の固定端から先端に向かうに従い次第に変化し、
上記弾性可動体の固定端から先端に向かう可動体経路の所定部位に作用する静電引力または上記弾性可動体の曲げ剛性を制御したことを特徴とする静電アクチュエータ。 An electrostatic actuator that controls the deformation shape of the elastic movable body by an electrostatic attractive force that works by applying a voltage between the movable body electrode and the fixed substrate electrode that are arranged opposite to each other and a mechanical restoring force of the elastic movable body Because
One end of the elastic movable body is a fixed end fixed to the fixed substrate,
The distance between the elastic movable body and the fixed substrate gradually changes from the fixed end to the tip of the elastic movable body,
An electrostatic actuator, wherein an electrostatic attractive force acting on a predetermined portion of a movable body path from a fixed end of the elastic movable body toward a tip or a bending rigidity of the elastic movable body is controlled.
上記分割形成された各々の電極に任意の電圧を印加する手段を設けたことを特徴とする請求項6に記載の静電アクチュエータ。 Either the movable body electrode or the fixed substrate electrode is formed by being divided along the movable body path,
7. The electrostatic actuator according to claim 6, further comprising means for applying an arbitrary voltage to each of the divided electrodes.
上記抵抗体で形成された電極の両端に電位差を与えたことを特徴とする請求項6に記載の静電アクチュエータ。 Either the movable body electrode or the fixed substrate electrode is formed of a resistor,
The electrostatic actuator according to claim 6, wherein a potential difference is applied to both ends of the electrode formed of the resistor.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006280180A (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Yamaguchi Univ | Electrostatic actuator |
JP2006280181A (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Yamaguchi Univ | Electrostatic actuator |
JP2007316111A (en) * | 2006-05-23 | 2007-12-06 | Ricoh Co Ltd | Fixing device and image forming apparatus using same |
CN102192735A (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-21 | 精工爱普生株式会社 | Vibration gyro element, vibration gyro sensor, electronic device, and method of detecting physical quantity of vibration |
JP2011196822A (en) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Seiko Epson Corp | Vibration gyro element, vibration gyro sensor, detection method of angular velocity by vibration gyro sensor and electronic device |
EP3982532A1 (en) * | 2020-10-12 | 2022-04-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Actuator |
-
2004
- 2004-02-27 JP JP2004053017A patent/JP2005245151A/en active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006280180A (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Yamaguchi Univ | Electrostatic actuator |
JP2006280181A (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Yamaguchi Univ | Electrostatic actuator |
JP4625951B2 (en) * | 2005-03-30 | 2011-02-02 | 国立大学法人山口大学 | Electrostatic actuator |
JP4660758B2 (en) * | 2005-03-30 | 2011-03-30 | 国立大学法人山口大学 | Electrostatic actuator |
JP2007316111A (en) * | 2006-05-23 | 2007-12-06 | Ricoh Co Ltd | Fixing device and image forming apparatus using same |
US20110226057A1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Seiko Epson Corporation | Vibration gyro element, vibration gyro sensor, electronic device, and method of detecting physical quantity of vibration |
CN102192735A (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-21 | 精工爱普生株式会社 | Vibration gyro element, vibration gyro sensor, electronic device, and method of detecting physical quantity of vibration |
JP2011196822A (en) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Seiko Epson Corp | Vibration gyro element, vibration gyro sensor, detection method of angular velocity by vibration gyro sensor and electronic device |
JP2011196823A (en) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Seiko Epson Corp | Vibration gyro element, vibration gyro sensor, method of detecting angular velocity by vibration gyro sensor and electronic device |
US8783104B2 (en) | 2010-03-19 | 2014-07-22 | Seiko Epson Corporation | Vibration gyro element, vibration gyro sensor, electronic device, and method of detecting physical quantity of vibration |
EP3982532A1 (en) * | 2020-10-12 | 2022-04-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Actuator |
KR20220048427A (en) * | 2020-10-12 | 2022-04-19 | 도요타 지도샤(주) | Actuator |
US11601072B2 (en) | 2020-10-12 | 2023-03-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Actuator |
KR102570144B1 (en) | 2020-10-12 | 2023-08-23 | 도요타 지도샤(주) | Actuator |
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