JP2007252043A - Electrostatic actuator - Google Patents

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JP2007252043A JP2006069710A JP2006069710A JP2007252043A JP 2007252043 A JP2007252043 A JP 2007252043A JP 2006069710 A JP2006069710 A JP 2006069710A JP 2006069710 A JP2006069710 A JP 2006069710A JP 2007252043 A JP2007252043 A JP 2007252043A
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Tokuo Takahashi
徳男 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic actuator which can get stable driving force by enabling two pole plates to be installed at an equal interval. <P>SOLUTION: The pole plates 11 and 12 are made in the same spiral form, and are stuck together in double spiral form, using an insulating seal material 13, thus the pole plates 11 and 12 are insulated from each other, and at the same time the entire strength of the insulated electrostatic actuator 1 is improved, whereby it generates equal electrostatic force over the entire length by preventing the deformation due to deadweight of the electrostatic actuator 1 and minimizing the deformation of a lead L. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、静電力によって駆動する静電アクチュエータに関するものである。   The present invention relates to an electrostatic actuator driven by an electrostatic force.

従来、絶縁された2枚の極板を、重ね合わせるように折り込んで積層し、電圧をかけたときに、両極板に発生する静電力を、駆動力として利用する静電アクチュエータがあった(例えば、非特許文献1)。
しかし、このアクチュエータは、自重により極板が変形するために、上層に至る程、極板間の隙間が徐々に大きくなるために、静電力が低下し、安定した駆動力を得られないという問題がある。
一方、極板間の隙間を安定させるためには、極板の硬度を向上させて、極板の形状維持を図ることが考えられるが、この場合、極板自身の弾性力によって伸縮率が低下し、駆動ストロークが減少してしまうという問題がある。
“静電アクチュエータ”、東京工業大学 実吉研究室、[online]、[平成18年2月7日検索]、インターネット<URL http://www.ric.titech.ac.jp/saneken/actuater.html>
Conventionally, there has been an electrostatic actuator that uses, as a driving force, an electrostatic force generated in both electrode plates when two insulated electrode plates are folded and stacked so as to overlap each other and a voltage is applied (for example, Non-Patent Document 1).
However, this actuator has a problem in that since the electrode plate is deformed by its own weight, the gap between the electrode plates gradually increases as it reaches the upper layer, so that the electrostatic force decreases and a stable driving force cannot be obtained. There is.
On the other hand, in order to stabilize the gap between the electrode plates, it is conceivable to improve the hardness of the electrode plates and maintain the shape of the electrode plates, but in this case, the expansion / contraction rate decreases due to the elastic force of the electrode plates themselves. However, there is a problem that the drive stroke is reduced.
“Electrostatic Actuator”, Tokyo Institute of Technology, Miyoshi Laboratory, [online], [Search February 7, 2006], Internet <URL http://www.ric.titech.ac.jp/saneken/actuater.html >

本発明の課題は、対向した2つの極板の距離が均一になるように設置でき、安定した駆動力を得ることができる静電アクチュエータを提供することである。   The subject of this invention is providing the electrostatic actuator which can be installed so that the distance of the two electrode plates which opposes may become uniform, and can obtain the stable drive force.

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項1の発明は、異なる導電性部材に電圧が印加されることにより発生する静電力を駆動力として利用する静電アクチュエータであって、らせん状に形成され、所定の方向に伸縮可能な第1導電性部材(11)と、らせん状に形成され、前記所定の方向に伸縮可能であり、前記第1導電部材(11)と交互に、2重らせん状に配置された第2導電性部材(12)と、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)間に配置され、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)間を絶縁する絶縁部材(13)と、を備えた静電アクチュエータである。
The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to the Example of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this.
The invention according to claim 1 is an electrostatic actuator that uses an electrostatic force generated when a voltage is applied to different conductive members as a driving force, and is formed in a spiral shape and expandable and contractable in a predetermined direction. 1 conductive member (11) and a second conductive member formed in a spiral shape, expandable and contractable in the predetermined direction, and alternately arranged in a double spiral shape with the first conductive member (11) (12) and an insulating member (13) disposed between the first (11) and the second conductive member (12) and insulating between the first (11) and the second conductive member (12) And an electrostatic actuator.

請求項2の発明は、請求項1に記載の静電アクチュエータにおいて、前記絶縁部材(13)は、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)に密着するように設けられていること、を特徴とする静電アクチュエータである。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の静電アクチュエータにおいて、前記絶縁部材(13)は、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)を接着すること、を特徴とする静電アクチュエータである。
請求項4の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の静電アクチュエータにおいて、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)は、らせん状に形成された板状部材であること、を特徴とする静電アクチュエータである。
請求項5の発明は、請求項4に記載の静電アクチュエータにおいて、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)は、同形状であり、前記絶縁部材(13)は、層状に設けられていること、を特徴とする静電アクチュエータである。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の静電アクチュエータにおいて、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)の外縁部を覆い、外部からの衝撃を吸収する衝撃吸収部材(30,130)を備えること、を特徴とする静電アクチュエータである。
請求項7の発明は、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の静電アクチュエータにおいて、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)の外縁部を覆い、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)と前記第1(11)及び第2導電性部材(12)の外部とを絶縁する絶縁保護部材(30,130)を備えること、を特徴とする静電アクチュエータである。
請求項8の発明は、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の静電アクチュエータにおいて、直流電源(41)から前記第1(11)及び第2導電性部材(12)に電圧を印加し、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)に蓄えられた電荷の量に応じて、前記第1(11)及び第2導電性部材(12)の伸縮量を制御する制御部を備えること、を特徴とする静電アクチュエータである。
According to a second aspect of the present invention, in the electrostatic actuator according to the first aspect, the insulating member (13) is provided in close contact with the first (11) and the second conductive member (12). It is an electrostatic actuator characterized by this.
The invention according to claim 3 is the electrostatic actuator according to claim 1 or 2, wherein the insulating member (13) bonds the first (11) and the second conductive member (12), Is an electrostatic actuator.
According to a fourth aspect of the present invention, in the electrostatic actuator according to any one of the first to third aspects, the first (11) and the second conductive member (12) are formed in a spiral shape. It is an electrostatic actuator characterized by being a plate-shaped member.
According to a fifth aspect of the present invention, in the electrostatic actuator according to the fourth aspect, the first (11) and the second conductive member (12) have the same shape, and the insulating member (13) is layered. It is an electrostatic actuator characterized by being provided.
According to a sixth aspect of the present invention, in the electrostatic actuator according to any one of the first to fifth aspects, the outer edge portions of the first (11) and the second conductive member (12) are covered, It is an electrostatic actuator characterized by including the impact-absorbing member (30,130) which absorbs the impact from.
The invention according to claim 7 is the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 6, wherein the electrostatic actuator covers outer edge portions of the first (11) and the second conductive member (12), and Insulation protection members (30, 130) for insulating the first (11) and second conductive members (12) from the outside of the first (11) and second conductive members (12). It is an electrostatic actuator.
According to an eighth aspect of the present invention, in the electrostatic actuator according to any one of the first to seventh aspects, the direct current power source (41) to the first (11) and second conductive members (12). A voltage is applied, and the amount of expansion / contraction of the first (11) and second conductive member (12) is determined according to the amount of charge stored in the first (11) and second conductive member (12). It is an electrostatic actuator characterized by including a control part to control.

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)本発明は、第1及び第2導電性部材が絶縁された状態で、2重らせん状に配置され、第1及び第2導電性部材間の静電力が全長にわたって連続して働くため、大きな駆動力を得ることができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) In the present invention, the first and second conductive members are insulated and are arranged in a double spiral shape, and the electrostatic force between the first and second conductive members works continuously over the entire length. A large driving force can be obtained.

(2)本発明は、絶縁部材が第1及び第2導電性部材に密着しているため、第1及び第2導電性部材間を均一に保つことができるので、全長にわたって安定した静電力を発生させ、安定した駆動力を得ることができる。 (2) In the present invention, since the insulating member is in close contact with the first and second conductive members, the first and second conductive members can be kept uniform. And a stable driving force can be obtained.

(3)本発明は、絶縁部材が第1及び第2導電性部材を接着しているため、全体の強度を向上させ、自重等によって変形し、第1及び第2導電性部材間の距離が変化することを防止することができる。 (3) In the present invention, since the insulating member bonds the first and second conductive members, the overall strength is improved, the deformation is caused by its own weight, and the distance between the first and second conductive members is increased. It is possible to prevent the change.

(4)本発明は、第1及び第2導電性部材が板状部材であるので、面積が大きい面同士が対向するように配置して、この面同士間に静電力を発生させることができるので、大きな駆動力を得ることができる。 (4) In the present invention, since the first and second conductive members are plate-like members, they can be arranged so that the surfaces with large areas face each other, and an electrostatic force can be generated between the surfaces. Therefore, a large driving force can be obtained.

(5)本発明は、絶縁部材が、層状に設けられているので、第1及び第2導電性部材をより確実に接着して、全体の強度をさらに向上できると同時に、第1及び第2導電性部材間を完全に絶縁することができる。 (5) In the present invention, since the insulating members are provided in layers, the first and second conductive members can be more securely bonded to further improve the overall strength, and at the same time, the first and second It is possible to completely insulate between the conductive members.

(6)本発明は、第1及び第2導電性部材の外縁部を覆う衝撃吸収部材を備えるので、この静電アクチュエータを外部の衝撃から保護することができる。 (6) Since this invention is provided with the impact-absorbing member which covers the outer edge part of the 1st and 2nd electroconductive member, this electrostatic actuator can be protected from an external impact.

(7)本発明は、第1及び第2導電性部材の外縁部を覆い、第1及び第2導電性部材とその外部とを絶縁する絶縁保護部材を備えるので、外部から導電部材が接触した場合に、第1及び第2導電性部材間の短絡防止をすることができる。 (7) Since the present invention includes an insulating protective member that covers the outer edge portions of the first and second conductive members and insulates the first and second conductive members from the outside thereof, the conductive member is in contact with the outside. In this case, it is possible to prevent a short circuit between the first and second conductive members.

(8)本発明は、制御部が、直流電源から第1及び第2導電性部材に電圧を印加し、蓄えられた電荷の量に応じて、第1及び第2導電性部材の伸縮量を制御するので、電圧の印加を停止しても伸縮量が変わらず、省電力で駆動することができる。 (8) In the present invention, the control unit applies a voltage from the DC power source to the first and second conductive members, and determines the amount of expansion and contraction of the first and second conductive members according to the amount of the stored charge. Since the control is performed, the amount of expansion / contraction does not change even when the application of voltage is stopped, and the driving can be performed with power saving.

本発明は、2つの極板の距離が均一になるように設置でき、安定した駆動力を得ることができる静電アクチュエータを提供するという目的を、同形状のらせん状に形成した2つの極板を、絶縁シール材を用いて2重らせん状に貼り合わせ、2つの極板間を絶縁させると同時に、絶縁静電アクチュエータ全体の強度を向上させることにより、静電アクチュエータの自重による変形を防止して、リードの変化を最小限に抑え、全長にわたって均一な静電力を発生させることによって実現した。   It is an object of the present invention to provide an electrostatic actuator that can be installed so that the distance between two electrode plates is uniform and can obtain a stable driving force. Are bonded in a double spiral shape using an insulating sealing material to insulate the two electrode plates and at the same time improve the strength of the entire insulated electrostatic actuator, thereby preventing deformation due to its own weight. This is achieved by minimizing lead changes and generating uniform electrostatic force over the entire length.

以下、図面等を参照して、本発明の静電アクチュエータの実施例1をあげて、さらに詳しく説明する。
図1(a)、図1(b)は、本実施例の静電アクチュエータ1の極板11,12(導電性部材)の正面図、図1(c)は、静電アクチュエータ1の正面図である。図2は、極板11,12を組み合わせた状態の斜視図である。図3は、極板11,12のらせん軸Z(所定の軸)を通る面による縦断面図(図2のIII−III部矢視断面図)である。
図1(c)に示すように、静電アクチュエータ1は、極板11(第1導電性部材)と、極板12(第2導電性部材)と、端子21,22と、スリーブ30とを備えている。
極板11,12は、図1(a)、図1(b)、図2に示すように、導電性を有する材料(例えば、りん青銅等)により形成された、らせん状の板状部材である。極板11,12の強度は、これら単体では、形状を維持することができない程度の剛性(例えば、自重により変形する程度)である。極板11,12は、リードL(らせん軸Z回りにひとまわりしたときに進む距離)が一定の長さなるように形成されている。
Hereinafter, the electrostatic actuator according to the first embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
1A and 1B are front views of the electrode plates 11 and 12 (conductive members) of the electrostatic actuator 1 of this embodiment, and FIG. 1C is a front view of the electrostatic actuator 1. It is. FIG. 2 is a perspective view of a state in which the electrode plates 11 and 12 are combined. FIG. 3 is a longitudinal sectional view (sectional view taken along the line III-III in FIG. 2) taken along a plane passing through the spiral axis Z (predetermined axis) of the electrode plates 11 and 12.
As shown in FIG. 1 (c), the electrostatic actuator 1 includes an electrode plate 11 (first conductive member), an electrode plate 12 (second conductive member), terminals 21 and 22, and a sleeve 30. I have.
As shown in FIGS. 1A, 1B, and 2, the electrode plates 11 and 12 are spiral plate-like members formed of a conductive material (for example, phosphor bronze). is there. The strength of the electrode plates 11 and 12 is such a rigidity that the shape cannot be maintained by these single bodies (for example, the degree of deformation due to its own weight). The electrode plates 11 and 12 are formed so that the lead L (the distance traveled when the circuit moves once around the helical axis Z) has a certain length.

極板11,12の組み合わせは、図1(a)、図1(c)に示すように、極板11上面に、例えば、シリコン樹脂系の絶縁シール材13(絶縁部材)を塗布し、この上に、極板12を、2重らせん状に貼り合わせることにより行われる。これにより、シール材13は、層状にされるので、極板11,12の表面に密着して極板11,12を強力に接着すると同時に、極板11,12間を完全に絶縁することができる。このように、極板11,12は、シール材13により、面同士が全長にわたって接着されるため、極板11,12単品では強度が低くても全体の強度を向上することができるので、らせん軸Zが鉛直方向になるように配置されても、自重による変形を防止することができる。これにより、静電アクチュエータ1は、リードLを全長にわたって均一にできるため、対向する極板11,12(図3に示す対向する極板11A,12A及び極板11B,12B参照)間の距離の変化を少なくでき、全長にわたって均一な静電力を発生させることができる。   As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (c), the electrode plates 11 and 12 are combined by applying, for example, a silicon resin insulating seal material 13 (insulating member) to the upper surface of the electrode plate 11, It is performed by laminating the electrode plate 12 in a double spiral shape. Thereby, since the sealing material 13 is layered, the electrode plates 11 and 12 can be strongly bonded to each other by being in close contact with the surfaces of the electrode plates 11 and 12, and at the same time, the electrode plates 11 and 12 can be completely insulated. it can. In this way, since the electrodes 11 and 12 are bonded to each other over the entire length by the sealing material 13, the entire strength of the electrode plates 11 and 12 can be improved even if the strength is low. Even if the axis Z is arranged in the vertical direction, deformation due to its own weight can be prevented. Thereby, since the electrostatic actuator 1 can make the lead L uniform over the entire length, the distance between the opposing electrode plates 11 and 12 (refer to the opposing electrode plates 11A and 12A and electrode plates 11B and 12B shown in FIG. 3) can be reduced. The change can be reduced, and a uniform electrostatic force can be generated over the entire length.

また、極板11,12は、板状部材であり、その縦断面の形状は、図3に示すように、径方向(矢印R方向)の長さd1が、らせん軸Z方向(らせん軸Zに沿った方向)の長さd2よりも大きい。このため、極板11,12は、配置されたときに、面積が大きい面11a,12a同士が対向する。このように、極板11,12は、表面同士が、全長にわたって等間隔に対向配置されることにより、大きな静電力を全長にわたって連続して発生させることができる。これより、静電アクチュエータ1は、大きな駆動力、十分な伸縮量を得ることができる。
極板11,12の大きさは、静電アクチュエータ1の用途によって異なる。後述するように、静電力によって、極板間の距離が変化すればよいので、例えば、直径又はらせん軸方向の長さが1mm以下の小型のものから、50mm程度の大型のものまで可能である。
端子21,22は、直流電源41(後述する)に接続されたケーブルを、極板11,12に接続するための部材であり、極板11,12の終端部に設けられている。
Further, the electrode plates 11 and 12 are plate-like members, and the longitudinal cross-sectional shape thereof is such that the length d1 in the radial direction (arrow R direction) is the helical axis Z direction (helical axis Z) as shown in FIG. In the direction along the length d2). For this reason, when the electrode plates 11 and 12 are arranged, the surfaces 11a and 12a having large areas face each other. Thus, the electrode plates 11 and 12 can generate a large electrostatic force continuously over the entire length because the surfaces of the electrode plates 11 and 12 are opposed to each other at equal intervals over the entire length. Thus, the electrostatic actuator 1 can obtain a large driving force and a sufficient expansion / contraction amount.
The size of the electrode plates 11 and 12 varies depending on the application of the electrostatic actuator 1. As will be described later, the distance between the electrode plates only needs to be changed by the electrostatic force. For example, the diameter or the length in the direction of the helical axis is 1 mm or less to a large size of about 50 mm. .
The terminals 21 and 22 are members for connecting a cable connected to a DC power source 41 (described later) to the electrode plates 11 and 12, and are provided at terminal portions of the electrode plates 11 and 12.

スリーブ30は、図1(c)に示すように、静電アクチュエータ1に外部から衝撃があった場合に、この衝撃を吸収し、さらに、外部から導電体が接触した場合に、極板11,12が短絡することを防止するための部材である(図中、スリーブ30は、断面で示す。)。スリーブ30は、その中心軸がらせん軸Zと同軸の円筒状の部材であり、その内径が極板11,12の直径とほぼ等しく、その内周面に、極板11,12の外縁部が、接着材31を用いて固定されている。スリーブ30は、絶縁性を有し、柔軟性を有する弾性体(例えば、シリコンゴム等の高分子材料等)から形成される。これにより、スリーブ30は、外部から導電体が接触した場合に、極板11,12が短絡することを防止する絶縁保護部材として機能し、また、静電アクチュエータ1に外部から衝撃があった場合に、この衝撃を吸収する衝撃吸収部材として機能する。なお、スリーブ30の柔軟性は、極板11,12の伸縮を阻害しない程、十分なものである。   As shown in FIG. 1C, the sleeve 30 absorbs the impact when the electrostatic actuator 1 is impacted from the outside, and further, when the conductor comes into contact with the exterior, 12 is a member for preventing a short circuit (in the figure, the sleeve 30 is shown in cross section). The sleeve 30 is a cylindrical member whose central axis is coaxial with the helical axis Z, and the inner diameter thereof is substantially equal to the diameter of the electrode plates 11 and 12, and the outer edge portions of the electrode plates 11 and 12 are formed on the inner peripheral surface thereof. It is fixed using an adhesive 31. The sleeve 30 has an insulating property and is formed of a flexible elastic body (for example, a polymer material such as silicon rubber). Thereby, the sleeve 30 functions as an insulation protection member for preventing the electrode plates 11 and 12 from being short-circuited when a conductor contacts from the outside, and when the electrostatic actuator 1 is impacted from the outside. Moreover, it functions as an impact absorbing member that absorbs this impact. The flexibility of the sleeve 30 is sufficient so as not to hinder the expansion and contraction of the electrode plates 11 and 12.

次に、静電アクチュエータ1の動作について説明する。
図4は、本実施例の静電アクチュエータ1の動作を示す図であり、図4(a)は、標準の状態、図4(b)は、縮んだ状態、図4(c)は、伸びた状態を示す図である。
図4(a)に示すように、静電アクチュエータ1は、端子21,22が、ケーブル41により短絡されGndに接続された状態では、極板11,12が同電位となり、極板11,12間に静電力が働かないため、リードLを保った標準の状態となる。
Next, the operation of the electrostatic actuator 1 will be described.
4A and 4B are diagrams illustrating the operation of the electrostatic actuator 1 according to the present embodiment. FIG. 4A is a standard state, FIG. 4B is a contracted state, and FIG. FIG.
As shown in FIG. 4A, in the electrostatic actuator 1, in the state where the terminals 21 and 22 are short-circuited by the cable 41 and connected to the Gnd, the electrode plates 11 and 12 have the same potential, and the electrode plates 11 and 12 are in the same potential. Since the electrostatic force does not work in the meantime, the lead L is kept in a standard state.

図4(b)に示すように、端子21が直流電源41のマイナス端子に電気的に接続されると、極板11には、マイナスの電荷が蓄えられ、一方、端子22が直流電源41のプラス端子に電気的に接続されると、極板12には、プラスの電荷が蓄えられる。そして、図3に示すように、対向する極板11,12間には、静電力による引力Fが発生し、極板11,12間の距離が小さくなり、極板11,12は、全長が小さくなる。リードLは、全長にわたって等しいため、引力Fは、静電アクチュエータ1の全長にわたって等しい。これにより、静電アクチュエータ1は、安定した駆動力を得ることができる。   As shown in FIG. 4B, when the terminal 21 is electrically connected to the negative terminal of the DC power supply 41, negative charges are stored in the electrode plate 11, while the terminal 22 is connected to the DC power supply 41. When electrically connected to the positive terminal, positive charge is stored in the electrode plate 12. And as shown in FIG. 3, the attractive force F by an electrostatic force generate | occur | produces between the electrode plates 11 and 12 which oppose, the distance between the electrode plates 11 and 12 becomes small, and the electrode plates 11 and 12 have the full length. Get smaller. Since the lead L is equal over the entire length, the attractive force F is equal over the entire length of the electrostatic actuator 1. Thereby, the electrostatic actuator 1 can obtain a stable driving force.

図4(b)に示すように、極板11,12が縮むと、これにともなって、静電アクチュエータ1は、縮んで、らせん軸Z方向の長さが短くなる。スリーブ30は、十分な柔軟性を有しているので、波状に変形し、極板11,12の外縁部に追従して縮む。これにより、静電アクチュエータ1は、十分な縮み量を確保することができる。
なお、電極の極性を逆にして、極板11にプラスの電荷、極板12にマイナスの電荷が蓄えられた場合にも、極板11,12間には、同様に引力が働き、静電アクチュエータ1は、縮むことができる。
As shown in FIG. 4B, when the electrode plates 11 and 12 are contracted, the electrostatic actuator 1 is contracted and the length in the spiral axis Z direction is shortened. Since the sleeve 30 has sufficient flexibility, the sleeve 30 is deformed into a wave shape and contracts following the outer edge portions of the electrode plates 11 and 12. Thereby, the electrostatic actuator 1 can ensure a sufficient amount of shrinkage.
Even when the polarity of the electrode is reversed and a positive charge is stored in the electrode plate 11 and a negative charge is stored in the electrode plate 12, an attractive force acts between the electrode plates 11 and 12 in the same manner. The actuator 1 can be contracted.

図4(c)に示すように、静電アクチュエータ1は、端子21,22が直流電源41のマイナス端子に電気的に接続されると、極板11,12にマイナスの電荷が蓄えられ、対向する極板11,12間には、静電力により斥力が発生し、極板11,12は、伸びる。これにともなって、静電アクチュエータ1は、伸びて、らせん軸Z方向の長さが長くなる。スリーブ30は、柔軟性を有しているので、極板11,12の外縁部に追従して伸びる。これにより、静電アクチュエータ1は、十分な伸び量を確保することができる。
このとき、静電アクチュエータ1は、縮むときと同様に、極板11,12に発生する斥力が全長にわたって等しく、安定した駆動力を得ることができる。
As shown in FIG. 4 (c), when the terminals 21 and 22 are electrically connected to the negative terminal of the DC power supply 41, the electrostatic actuator 1 stores negative charges on the electrode plates 11 and 12, A repulsive force is generated between the electrode plates 11 and 12 by the electrostatic force, and the electrode plates 11 and 12 extend. Along with this, the electrostatic actuator 1 expands and the length in the spiral axis Z direction becomes longer. Since the sleeve 30 has flexibility, it extends following the outer edges of the electrode plates 11 and 12. Thereby, the electrostatic actuator 1 can ensure sufficient elongation.
At this time, the electrostatic actuator 1 can obtain a stable driving force because the repulsive force generated in the electrode plates 11 and 12 is equal over the entire length, as in the case of contraction.

また、静電アクチュエータ1は、電圧駆動であり電流消費が少ないため、省電力で駆動することができる。さらに、直流電源41から極板11,12に印加される電圧を制御する制御部(図示せず)を設け、極板11,12に蓄えられた電荷の量に応じて、極板11,12の伸縮量を制御してもよい。静電力は、極板に電荷が蓄えられている限り働くという性質を有するので、この制御部が、極板11,12に蓄えられた電荷の量に応じて、電圧の印加を停止しても、極板11,12の伸縮量が変わらず、さらに省電力で駆動することができる。   Further, since the electrostatic actuator 1 is voltage driven and consumes little current, it can be driven with power saving. Furthermore, a control unit (not shown) for controlling the voltage applied to the electrode plates 11 and 12 from the DC power supply 41 is provided, and the electrode plates 11 and 12 are selected according to the amount of charge stored in the electrode plates 11 and 12. The amount of expansion / contraction may be controlled. Since the electrostatic force has the property that it works as long as electric charges are stored in the electrode plates, even if this control unit stops applying voltage according to the amount of electric charges stored in the electrode plates 11 and 12. The expansion and contraction amounts of the electrode plates 11 and 12 do not change and can be driven with further power saving.

静電アクチュエータ1の駆動ストロークは、例えば、極板11,12のらせんの内径10mm、外径50mm、全長3mm、3巻き、印加電圧が500Vのとき、0.01N程度である。   The driving stroke of the electrostatic actuator 1 is, for example, about 0.01 N when the spirals of the electrode plates 11 and 12 have an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 50 mm, a total length of 3 mm, and three turns, and an applied voltage of 500V.

以上説明したように、本実施例の静電アクチュエータ1は、同形状のらせん状に形成された極板11(第1導電部材)と極板12(第2導電性部材)とが、2重らせん状に配置され、絶縁シール材13(絶縁部材)が、極板11,12に密着して極板11,12を強力に接着する。これにより、静電アクチュエータ1は、全体の強度を向上し、対向する極板11,12間の距離が自重等によって変化することを防止できるので、安定した静電力を発生させ、安定した駆動力を得ることができる。
また、静電アクチュエータ1は、極板11,12の面積が大きい面同士が対向するように配置して、この面同士間に全長にわたって連続して静電力を発生させることができるので、大きな駆動力、十分な伸縮量を得ることができる。
As described above, the electrostatic actuator 1 according to the present embodiment includes the electrode plate 11 (first conductive member) and the electrode plate 12 (second conductive member) formed in the same spiral shape. The insulating sealing material 13 (insulating member) is arranged in a spiral shape, and is in close contact with the electrode plates 11 and 12 to strongly bond the electrode plates 11 and 12. As a result, the electrostatic actuator 1 can improve the overall strength and prevent the distance between the opposing electrode plates 11 and 12 from changing due to its own weight, etc., thereby generating a stable electrostatic force and a stable driving force. Can be obtained.
Further, the electrostatic actuator 1 is arranged so that the surfaces of the electrode plates 11 and 12 having large areas face each other, and can generate an electrostatic force continuously across the entire length between the surfaces. A sufficient amount of expansion and contraction can be obtained.

次に、本発明を適用した静電アクチュエータの実施例2について説明する。
実施例2の静電アクチュエータ101は、ロボットのアームを駆動するためのものである。
なお、以下の説明において、前述した実施例1と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を末尾に付して、重複する説明を適宜省略する。
図5は、本実施例の静電アクチュエータ101とこれを取り付けたロボット100を示す図である。
図5に示すように、ロボット100は、基部102に、第1アーム103が固定されており、第1アーム103の先端に、第2アーム104が軸Xを中心に回転可能に設けられている。第2アーム104の一端には、対象物を把持するためのハンド105が設けられている。第1アーム103、第2アーム104の全長は、ともに、約300mm程度である。
Next, a second embodiment of the electrostatic actuator to which the present invention is applied will be described.
The electrostatic actuator 101 according to the second embodiment is for driving a robot arm.
In the following description, parts having the same functions as those of the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate.
FIG. 5 is a diagram showing the electrostatic actuator 101 of this embodiment and the robot 100 to which the electrostatic actuator 101 is attached.
As shown in FIG. 5, in the robot 100, a first arm 103 is fixed to a base 102, and a second arm 104 is provided at the tip of the first arm 103 so as to be rotatable about an axis X. . One end of the second arm 104 is provided with a hand 105 for gripping an object. The total length of the first arm 103 and the second arm 104 is about 300 mm.

静電アクチュエータ101は、スリーブ130内に、実施例1と同様な極板が収容されており、らせん軸Z2が、第1アーム103の長手方向になるように配置される。また、静電アクチュエータ101は、スリーブ130の両端部に、ロッド131,132が、設けられている。ロッド131,132の軸方向は、らせん軸Z2と同軸である。ロッド131の先端は、基部102に回転可能に接続され、ロッド132の先端は、第2アーム104のハンド105とは反対側に設けられた取り付け孔104aに、回転可能に接続される。静電アクチュエータ101の全長は、約200mm程度である。   The electrostatic actuator 101 contains a pole plate similar to that of the first embodiment in a sleeve 130, and is arranged such that the helical axis Z2 is in the longitudinal direction of the first arm 103. In addition, the electrostatic actuator 101 is provided with rods 131 and 132 at both ends of the sleeve 130. The axial directions of the rods 131 and 132 are coaxial with the helical axis Z2. The distal end of the rod 131 is rotatably connected to the base portion 102, and the distal end of the rod 132 is rotatably connected to an attachment hole 104 a provided on the side opposite to the hand 105 of the second arm 104. The total length of the electrostatic actuator 101 is about 200 mm.

ロボット100及び静電アクチュエータ101の動作を説明する。
スリーブ130内の極板に、実施例1と同様に電源(図示せず)から電圧が供給されると、静電アクチュエータ101は、らせん軸方向に伸縮し(矢印Z3参照)、ロッド131,132がらせん軸方向に移動する。これともない、ロボット100の第2アーム104は、軸Xを中心に矢印θ2方向に回転することができる。
Operations of the robot 100 and the electrostatic actuator 101 will be described.
When a voltage is supplied to the electrode plate in the sleeve 130 from a power source (not shown) as in the first embodiment, the electrostatic actuator 101 expands and contracts in the direction of the helical axis (see arrow Z3), and the rods 131 and 132 Move in the direction of the helical axis. At the same time, the second arm 104 of the robot 100 can rotate about the axis X in the direction of the arrow θ2.

以上説明したように、本実施例の静電アクチュエータ101は、ロボット100の第2アーム104を、軸Xを中心に回転駆動することができる。つまり、静電アクチュエータ101は、機械を駆動する駆動源として、用いることができる。   As described above, the electrostatic actuator 101 according to this embodiment can rotationally drive the second arm 104 of the robot 100 about the axis X. That is, the electrostatic actuator 101 can be used as a drive source for driving the machine.

本発明による静電アクチュエータ及び極板の実施例1の正面図である。It is a front view of Example 1 of an electrostatic actuator and an electrode plate according to the present invention. 実施例1の極板を組み合わせた状態の斜視図である。It is a perspective view of the state which combined the electrode plate of Example 1. FIG. 実施例1の極板の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of an electrode plate of Example 1. FIG. 実施例1の静電アクチュエータの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the electrostatic actuator of Example 1. FIG. 本発明による静電アクチュエータの実施例2を取り付けたロボットを示す図である。It is a figure which shows the robot which attached Example 2 of the electrostatic actuator by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,101 静電アクチュエータ
11,12 極板
13 絶縁シール材
21,22 端子
30,130 スリーブ
100 ロボット
103 第1アーム
104 第2アーム
131,132 ロッド
L リード
Z,Z2 らせん軸

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Electrostatic actuator 11, 12 Electrode plate 13 Insulating seal material 21, 22 Terminal 30, 130 Sleeve 100 Robot 103 First arm 104 Second arm 131, 132 Rod L Lead Z, Z2 Spiral shaft

Claims (8)

異なる導電性部材に電圧が印加されることにより発生する静電力を駆動力として利用する静電アクチュエータであって、
らせん状に形成され、所定の方向に伸縮可能な第1導電性部材と、
らせん状に形成され、前記所定の方向に伸縮可能であり、前記第1導電部材と交互に、2重らせん状に配置された第2導電性部材と、
前記第1及び第2導電性部材間に配置され、前記第1及び第2導電性部材間を絶縁する絶縁部材と、
を備えた静電アクチュエータ。
An electrostatic actuator that uses an electrostatic force generated when a voltage is applied to different conductive members as a driving force,
A first conductive member formed in a spiral shape and capable of expanding and contracting in a predetermined direction;
A second conductive member that is formed in a spiral shape, is extendable in the predetermined direction, and is arranged in a double spiral shape alternately with the first conductive member;
An insulating member disposed between the first and second conductive members and insulating between the first and second conductive members;
Electrostatic actuator with
請求項1に記載の静電アクチュエータにおいて、
前記絶縁部材は、前記第1及び第2導電性部材に密着するように設けられていること、
を特徴とする静電アクチュエータ。
The electrostatic actuator according to claim 1,
The insulating member is provided in close contact with the first and second conductive members;
An electrostatic actuator characterized by
請求項1又は請求項2に記載の静電アクチュエータにおいて、
前記絶縁部材は、前記第1及び第2導電性部材を接着すること、
を特徴とする静電アクチュエータ。
The electrostatic actuator according to claim 1 or 2,
The insulating member is to bond the first and second conductive members;
An electrostatic actuator characterized by
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の静電アクチュエータにおいて、
前記第1及び第2導電性部材は、らせん状に形成された板状部材であること、
を特徴とする静電アクチュエータ。
In the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 3,
The first and second conductive members are plate-like members formed in a spiral shape,
An electrostatic actuator characterized by
請求項4に記載の静電アクチュエータにおいて、
前記第1及び第2導電性部材は、同形状であり、
前記絶縁部材は、層状に設けられていること、
を特徴とする静電アクチュエータ。
The electrostatic actuator according to claim 4, wherein
The first and second conductive members have the same shape,
The insulating member is provided in layers;
An electrostatic actuator characterized by
請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の静電アクチュエータにおいて、
前記第1及び第2導電性部材の外縁部を覆い、外部からの衝撃を吸収する衝撃吸収部材を備えること、
を特徴とする静電アクチュエータ。
In the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 5,
Comprising an impact absorbing member that covers outer edges of the first and second conductive members and absorbs external impacts;
An electrostatic actuator characterized by
請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の静電アクチュエータにおいて、
前記第1及び第2導電性部材の外縁部を覆い、前記第1及び第2導電性部材と前記第1及び第2導電性部材の外部とを絶縁する絶縁保護部材を備えること、
を特徴とする静電アクチュエータ。
In the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 6,
An insulating protective member that covers outer edges of the first and second conductive members and insulates the first and second conductive members from the outside of the first and second conductive members;
An electrostatic actuator characterized by
請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の静電アクチュエータにおいて、
直流電源から前記第1及び第2導電性部材に電圧を印加し、前記第1及び第2導電性部材に蓄えられた電荷の量に応じて、前記第1及び第2導電性部材の伸縮量を制御する制御部を備えること、
を特徴とする静電アクチュエータ。

The electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 7,
A voltage is applied to the first and second conductive members from a DC power source, and the amount of expansion and contraction of the first and second conductive members depends on the amount of charge stored in the first and second conductive members. A control unit for controlling
An electrostatic actuator characterized by

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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