JP5804374B2 - Electrostatic actuator - Google Patents
Electrostatic actuator Download PDFInfo
- Publication number
- JP5804374B2 JP5804374B2 JP2011257356A JP2011257356A JP5804374B2 JP 5804374 B2 JP5804374 B2 JP 5804374B2 JP 2011257356 A JP2011257356 A JP 2011257356A JP 2011257356 A JP2011257356 A JP 2011257356A JP 5804374 B2 JP5804374 B2 JP 5804374B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- movable
- movable electrode
- fixed
- fixed electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は電極間に印加した電圧による静電力を利用した静電アクチュエータに関し、さらに詳しくは、可動電極等の形状を工夫することにより静電エネルギーを効率よく機械的な弾性エネルギーとして蓄積し、その弾性エネルギーによって高効率の機械的な動作を行う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 using an electrostatic force generated by a voltage applied between electrodes, and more specifically, electrostatic energy is efficiently accumulated as mechanical elastic energy by devising the shape of a movable electrode and the like. The present invention relates to an electrostatic actuator that performs mechanical operation with high efficiency by elastic energy.
電極間に電圧を印加し、それらの電極間に作用する静電力を利用した静電アクチュエータは、インクジェットプリンタの印字ヘッドやその他の微小ポンプ、微小駆動機構として使用されている。このような静電アクチュエータとしては、下記の特許文献1、特許文献2に記載されたようなものがある。特許文献1には、可動電極と固定電極がともに平行な平板状の電極で構成されたインクジェットの記録ヘッドが記載されている。特許文献2には、可動電極と固定電極がともに平板状の電極で構成され、それらの電極が非平行に配置されたインクジェット記録装置の記録ヘッドが記載されている。
An electrostatic actuator that applies a voltage between electrodes and uses an electrostatic force acting between the electrodes is used as a print head of an ink jet printer, another micro pump, or a micro drive mechanism. Such electrostatic actuators include those described in
このような平板状の電極による静電アクチュエータの動作を説明する。図11は静電アクチュエータを利用したポンプ10の構成を示す断面図である。可動電極2は、周辺部が固定されているが、中央部は弾性変形により上下の変位が可能である。ポンプ10の底部には固定電極3が固定されている。また、固定電極3の上面には絶縁被膜4が形成されており、可動電極2と固定電極3とが電気的に短絡してしまうことを防止している。駆動電源9は断続的な直流電圧を可動電極2と固定電極3とに印加するものである。
The operation of the electrostatic actuator using such flat electrodes will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the
可動電極2と固定電極3に電圧が印加されていない状態では、可動電極2は実線で示すように固定電極3と平行な状態となっている。可動電極2と固定電極3間に電圧が印加されると、可動電極2は印加電圧による静電引力により固定電極3側に引き寄せられて弾性変形し、二点鎖線で示された位置に移動する。このように、駆動電源9から断続的な直流電圧を可動電極2と固定電極3間に印加することにより、可動電極2は上下方向の矢印で示すように上下方向に振動する。
In a state where no voltage is applied to the
可動電極2が振動することにより、ポンプ10の流体収容室11の容積が変動するため、流体が流入路12から流入し、次いで、流体が流出路13から流出する。なお、流入路12および流出路13には、逆止弁を設けたり、流体抵抗に差を設けたりすることで、流体が矢印で示すように一定方向に駆動されるようになっている。このようにして、静電アクチュエータによりポンプ10の動作が実現されている。
When the
図11のような静電アクチュエータにおいては、印加電圧による静電引力により可動電極2が弾性変形し、弾性エネルギーが可動電極2に蓄積される。次に、可動電極2と固定電極3間への電圧印加を停止すれば、可動電極2に蓄積された弾性エネルギーにより、可動電極2を元の位置に戻すような力が作用して、その力によりアクチュエータとしての動作が実現されるのである。すなわち、可動電極2に蓄積される弾性エネルギーが大きいほど、アクチュエータとしての性能も向上する。
In the electrostatic actuator as shown in FIG. 11, the
図11のような静電アクチュエータにおいて、アクチュエータの動作範囲を拡大するために、可動電極2と固定電極3間に印加する電圧を増大させた場合を考える。図12は可動電極2と固定電極3間の電圧を増大させた状態を示す図である。可動電極2はさらに固定電極3側に引き寄せられ、可動電極2の中央部分が固定電極3上面の絶縁被膜4に接触している。この絶縁被膜4は可動電極2の移動を制限する手段(移動制限手段)として機能している。
In the electrostatic actuator as shown in FIG. 11, consider a case where the voltage applied between the
可動電極2において絶縁被膜4との接触によりそれ以上の移動を制限された領域、言い換えれば、移動が終端位置に達した領域を移動終端領域2aと呼ぶことにする。図12に示すように、移動終端領域2aにおける可動電極2は平坦な形状となっている。この部分の可動電極2の形状は電圧を印加しない時の形状とほぼ同様である。すなわち、可動電極2全体に作用する引っ張り力による弾性変形を除けば、移動終端領域2aでは曲げ変形による形状変化がなくなっている。
In the
したがって、この場合、可動電極2に蓄積される弾性エネルギーは、移動終端領域2aではかえって減少し、その分が可動電極2の周辺部分に集中して蓄積されることになる。このように、従来の静電アクチュエータにおいては、電極間に印加する電圧を増大させても、移動終端領域2aに蓄積される弾性エネルギーは減少してしまい、静電エネルギーを効率よく弾性エネルギーに変換して蓄積できないことが分かる。また、弾性エネルギーは可動電極2の周辺部分に集中して蓄積されることになるので、弾性ひずみもその部分に集中してしまい、可動電極2の強度および耐久性の観点からも問題がある。弾性ひずみの集中する部分で電極の疲労破壊等が発生しやすくなってしまい、静電アクチュエータとしての信頼性が低下してしまう。
Therefore, in this case, the elastic energy accumulated in the
そこで、本発明は、可動電極等の形状を工夫することにより静電エネルギーを効率よく機械的な弾性エネルギーとして蓄積し、その弾性エネルギーによって高効率の機械的な動作を行う静電アクチュエータを提供することを目的とする。また、可動電極に蓄積する弾性エネルギーを可動電極全体に分散して蓄積するようにして、疲労破壊等を減少させ、信頼性の高い静電アクチュエータを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides an electrostatic actuator that efficiently accumulates electrostatic energy as mechanical elastic energy by devising the shape of a movable electrode or the like, and performs high-efficiency mechanical operation using the elastic energy. For the purpose. It is another object of the present invention to provide a highly reliable electrostatic actuator that reduces fatigue fracture and the like by dispersing and storing elastic energy accumulated in the movable electrode over the entire movable electrode.
上記目的を達成するために、本発明の静電アクチュエータは、弾性変形により位置および形状が変化可能な可動電極と、前記可動電極と距離を隔てて固定位置に配置された固定電極と、前記可動電極と前記固定電極との電気的接触を防止するように前記可動電極の移動を制限する移動制限手段と、前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加し、静電力により前記可動電極を前記固定電極方向に変位させる駆動電源とを有する。前記可動電極は、前記移動制限手段を介する前記固定電極との接触によって移動が終端位置に達した移動終端領域において、弾性的な曲げ変形による弾性エネルギーを蓄積するものであり、前記駆動電源は、前記可動電極に対して前記移動制限手段による移動制限が開始される電圧より大きな電圧を前記可動電極と前記固定電極との間に印加するものである。 In order to achieve the above object, an electrostatic actuator according to the present invention includes a movable electrode whose position and shape can be changed by elastic deformation, a fixed electrode disposed at a fixed position at a distance from the movable electrode, and the movable actuator. A movement restricting means for restricting movement of the movable electrode so as to prevent an electrical contact between the electrode and the fixed electrode; a voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode; And a driving power source for displacing in the fixed electrode direction. The movable electrode accumulates elastic energy due to elastic bending deformation in a movement termination region where movement reaches a termination position by contact with the fixed electrode via the movement limiting means , and the drive power supply A voltage larger than a voltage at which movement restriction by the movement restriction means is started is applied to the movable electrode between the movable electrode and the fixed electrode.
また、上記の静電アクチュエータにおいて、前記可動電極は、周辺部が固定位置に固定されており、弾性変形により中央部近傍が変位可能なものであることが好ましい。 In the electrostatic actuator described above, it is preferable that the movable electrode has a peripheral portion fixed at a fixed position, and the vicinity of the central portion can be displaced by elastic deformation.
また、上記の静電アクチュエータにおいて、前記可動電極は、厚さが一定ではなく位置に応じて異なる形状とすることができる。 Further, in the above electrostatic actuator, the movable electrode may have a shape that is not constant and varies depending on the position.
また、上記の静電アクチュエータにおいて、前記可動電極は、前記可動電極と前記固定電極との間に印加する電圧が増大するにつれて前記移動終端領域が連続的に増加する形状であることが好ましい。 In the electrostatic actuator, it is preferable that the movable electrode has a shape in which the movement termination region continuously increases as a voltage applied between the movable electrode and the fixed electrode increases .
また、上記の静電アクチュエータにおいて、前記可動電極および固定電極は、前記駆動電源による電圧印加がないときの前記可動電極と前記固定電極との間の距離が一定ではなく位置に応じて連続的に変化するような形状のものであることが好ましい。 In the electrostatic actuator described above, the movable electrode and the fixed electrode may be continuously arranged according to a position instead of a constant distance between the movable electrode and the fixed electrode when no voltage is applied by the driving power source. It is preferable that the shape changes .
また、本発明の静電アクチュエータは、弾性変形により位置および形状が変化可能な可動部材と、前記可動部材に一体的に設けられた可動電極と、前記可動部材と距離を隔てて固定位置に配置された固定電極と、前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加し、静電力により前記可動電極を前記固定電極方向に変位させる駆動電源とを有する。前記可動部材は、前記可動電極に対して前記固定電極側に配置され、前記可動電極と前記固定電極との電気的接触を防止するとともに、前記固定電極との接触により前記可動電極の移動を制限するものであり、前記可動部材は、前記固定電極との接触によって移動が終端位置に達した移動終端領域において、弾性的な曲げ変形による弾性エネルギーを蓄積するものであり、前記駆動電源は、前記可動部材と前記固定電極との接触による移動制限が開始される電圧より大きな電圧を前記可動電極と前記固定電極との間に印加するものである。 The electrostatic actuator of the present invention is arranged at a fixed position with a movable member whose position and shape can be changed by elastic deformation, a movable electrode integrally provided on the movable member, and a distance from the movable member. having a fixed electrode that is, the voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode, and a driving power source for displacing the movable electrode to the fixed electrode direction by an electrostatic force. The movable member is disposed on the fixed electrode side with respect to the movable electrode, prevents electrical contact between the movable electrode and the fixed electrode, and restricts movement of the movable electrode by contact with the fixed electrode. The movable member accumulates elastic energy due to elastic bending deformation in a movement terminal region where the movement reaches a terminal position by contact with the fixed electrode, and the drive power supply A voltage larger than a voltage at which movement restriction due to contact between the movable member and the fixed electrode is started is applied between the movable electrode and the fixed electrode.
また、上記の静電アクチュエータにおいて、前記可動部材は、周辺部が固定位置に固定されており、弾性変形により中央部近傍が変位可能なものであることが好ましい。 In the electrostatic actuator described above, it is preferable that the movable member has a peripheral portion fixed at a fixed position, and the vicinity of the central portion can be displaced by elastic deformation.
また、上記の静電アクチュエータにおいて、前記可動部材は、厚さが一定ではなく位置に応じて異なる形状とすることができる。 Further, in the above electrostatic actuator, the movable member may have a shape that is not constant and varies depending on the position.
また、上記の静電アクチュエータにおいて、前記可動部材は、前記可動電極と前記固定電極との間に印加する電圧が増大するにつれて前記移動終端領域が連続的に増加する形状であることが好ましい。 In the electrostatic actuator, it is preferable that the movable member has a shape in which the movement termination region continuously increases as a voltage applied between the movable electrode and the fixed electrode increases .
また、上記の静電アクチュエータにおいて、前記可動部材および固定電極は、前記駆動電源による電圧印加がないときの前記可動部材と前記固定電極との間の距離が一定ではなく位置に応じて連続的に変化するような形状のものであることが好ましい。 Further, in the above electrostatic actuator, the movable member and the fixed electrode are not continuously constant according to the position but the distance between the movable member and the fixed electrode when no voltage is applied by the driving power source. It is preferable that the shape changes .
また、本発明の静電アクチュエータは、弾性変形により位置および形状が変化可能な可動部材と、前記可動部材と距離を隔てて固定位置に配置された固定電極と、前記可動部材に対して前記固定電極側に一体的に設けられた可動電極と、前記可動電極と前記固定電極との電気的接触を防止するように前記可動電極の移動を制限する移動制限手段と、前記可動電極と前記固定電極との間に電圧を印加し、静電力により前記可動電極を前記固定電極方向に変位させる駆動電源とを有する。前記可動部材は、前記可動電極および前記移動制限手段を介する前記固定電極との接触によって移動が終端位置に達した移動終端領域において、弾性的な曲げ変形による弾性エネルギーを蓄積するものであり、前記駆動電源は、前記可動部材に対して前記移動制限手段による移動制限が開始される電圧より大きな電圧を前記可動電極と前記固定電極との間に印加するものである。Further, the electrostatic actuator of the present invention includes a movable member whose position and shape can be changed by elastic deformation, a fixed electrode disposed at a fixed position at a distance from the movable member, and the fixed to the movable member. A movable electrode integrally provided on the electrode side; movement limiting means for restricting movement of the movable electrode so as to prevent electrical contact between the movable electrode and the fixed electrode; and the movable electrode and the fixed electrode And a driving power source that displaces the movable electrode in the direction of the fixed electrode by electrostatic force. The movable member accumulates elastic energy due to elastic bending deformation in a movement termination region where movement has reached a termination position by contact with the movable electrode and the fixed electrode via the movement limiting means, The drive power supply applies a voltage between the movable electrode and the fixed electrode that is greater than a voltage at which movement restriction by the movement restriction unit is started on the movable member.
また、上記の静電アクチュエータにおいて、前記可動部材は、前記可動電極と前記固定電極との間に印加する電圧が増大するにつれて前記移動終端領域が連続的に増加する形状であることが好ましい。In the electrostatic actuator, it is preferable that the movable member has a shape in which the movement termination region continuously increases as a voltage applied between the movable electrode and the fixed electrode increases.
また、上記の静電アクチュエータにおいて、前記可動部材および固定電極は、前記駆動電源による電圧印加がないときの前記可動部材と前記固定電極との間の距離が一定ではなく位置に応じて連続的に変化するような形状のものであることが好ましい。Further, in the above electrostatic actuator, the movable member and the fixed electrode are not continuously constant according to the position but the distance between the movable member and the fixed electrode when no voltage is applied by the driving power source. It is preferable that the shape changes.
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。 Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects.
静電アクチュエータの可動電極または可動部材の移動終端領域に弾性的な曲げ変形を生じさせて弾性エネルギーを蓄積することにより、弾性エネルギーを広い領域に分散して蓄積することができ、蓄積する弾性エネルギーを増大させることができる。そして、静電アクチュエータの動作効率や性能を向上させることができる。また、可動電極または可動部材の疲労破壊等を減少させ、静電アクチュエータの信頼性を向上させることができる。 By generating elastic bending deformation in the movable terminal area of the movable electrode or movable member of the electrostatic actuator and accumulating elastic energy, the elastic energy can be distributed and accumulated in a wide area, and the accumulated elastic energy Can be increased. And the operating efficiency and performance of an electrostatic actuator can be improved. In addition, fatigue failure of the movable electrode or the movable member can be reduced, and the reliability of the electrostatic actuator can be improved.
印加する電圧が増大するにつれて可動電極または可動部材の移動終端領域が連続的に増加するものでは、静電アクチュエータの動作量を印加電圧によって容易に制御することができる。 In the case where the movement termination region of the movable electrode or the movable member continuously increases as the applied voltage increases, the operation amount of the electrostatic actuator can be easily controlled by the applied voltage.
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の静電アクチュエータを利用したポンプ1の構成を示す断面図である。可動電極2は、周辺部がポンプ1の本体に固定されているが、中央部は弾性変形により上下の変位が可能である。ポンプ1の底部には固定電極3が固定されている。また、固定電極3の上面には絶縁被膜4が形成されており、可動電極2と固定電極3とが電気的に短絡してしまうことを防止している。可動電極2は下方向に変位しても、絶縁被膜4に接触するとそれ以上は変位できない。このように、絶縁被膜4は可動電極2の移動を制限する移動制限手段として機能する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a
可動電極2は、外力が作用しない状態で、図示のような断面形状となるように形成されている。すなわち、上面は平面形状であるが、下面は凹面となるような曲面形状に形成されている。したがって、可動電極2の周辺部の厚さは中央部の厚さよりも大きくなっている。また、固定電極3の上面は平面形状であるので、可動電極2と固定電極3の両電極間の距離も一定ではない。可動電極2の周辺部における両電極間の距離は、中央部における両電極間の距離よりも小さくなっている。
The
駆動電源9は断続的な直流電圧を可動電極2と固定電極3との間に印加するものである。可動電極2と固定電極3間に電圧が印加されていない状態では、可動電極2に静電引力は働かず、可動電極2は図1に示すような状態となっている。可動電極2と固定電極3間に電圧が印加されると、可動電極2は印加電圧による静電引力により固定電極3側に引き寄せられ弾性変形して変位する。このように、駆動電源9から断続的な直流電圧を可動電極2と固定電極3間に印加することにより、可動電極2は上下方向の矢印で示すように上下方向に振動する。
The
なお、駆動電源9が電極間に印加する電圧は、断続的な直流電圧には限らず、極性が交互に変化する交流電圧であってもよい。可動電極2と固定電極3は、電極間に電圧が印加されるとその極性には無関係に電極間に静電引力が作用する。したがって、電極間に交流電圧を印加することによっても可動電極2を振動させることができる。
The voltage applied between the electrodes by the
可動電極2が振動することにより、ポンプ1の流体収容室11の容積が変動するため、流体が流入路12から流入し、次いで、流体が流出路13から流出する。なお、流入路12および流出路13には、逆止弁を設けたり、流体抵抗に差を設けたりすることで、流体が矢印で示すように一定方向に駆動されるようになっている。このようにして、静電アクチュエータによるポンプ1が実現できる。
When the
図1のような静電アクチュエータにおいては、印加電圧による静電引力により可動電極2が弾性変形し、弾性エネルギーが可動電極2に蓄積される。次に、可動電極2と固定電極3間への電圧印加を停止すれば、可動電極2に蓄積された弾性エネルギーにより、可動電極2を元の位置に戻すような力が作用して、その力によりアクチュエータとしての動作が実現されている。一般的に、可動電極2に蓄積される弾性エネルギーが大きいほど、アクチュエータとしての性能も向上する。
In the electrostatic actuator as shown in FIG. 1, the
この静電アクチュエータにおいて、アクチュエータの動作範囲を拡大するために、可動電極2と固定電極3間に印加する電圧を増大させた場合を説明する。図2は可動電極2と固定電極3間の電圧を増大させた状態を示す図である。可動電極2は固定電極3側に引き寄せられ、可動電極2の中央部分が固定電極3上面の絶縁被膜4に接触している。この絶縁被膜4は可動電極2の移動を制限する手段(移動制限手段)として機能している。
In this electrostatic actuator, a case where the voltage applied between the
可動電極2において絶縁被膜4との接触によりそれ以上の移動を制限された領域、言い換えれば、移動が終端位置に達した領域を移動終端領域2aと呼ぶことにする。図2に示すように、移動終端領域2aにおける可動電極2の下面は平面形状となっている。静電引力が作用しないときの可動電極2の形状は、上面が平面、下面が凹面であったので、移動終端領域2aにおける可動電極2は弾性的な曲げ変形を受けている。すなわち、可動電極2全体に作用する引っ張り力による弾性変形に加えて、移動終端領域2aでは曲げ変形による形状変化が生じている。
In the
したがって、可動電極2に蓄積される弾性エネルギーは、移動終端領域2aにおいても曲げ変形による弾性エネルギーが蓄積されることになる。このように、本発明の静電アクチュエータにおいては、可動電極2の移動終端領域2aにおいても曲げ変形による弾性エネルギーが蓄積されるため、弾性エネルギーを可動電極2の広い領域に分散して蓄積することができ、蓄積可能な弾性エネルギーを増大させることができる。また、可動電極2の疲労破壊等を減少させ、静電アクチュエータの信頼性を向上させることができる。
Therefore, the elastic energy accumulated in the
なお、この実施の形態においては、絶縁被膜4を固定電極3の上面に設けるようにしているが、必ずしもこのような構成とする必要はなく、絶縁被膜4を可動電極2の下面に設けるようにしてもよい。または、絶縁被膜4を固定電極3の上面と可動電極2の下面の両方に設けてもよい。
In this embodiment, the insulating
次に、本発明の他の形態の静電アクチュエータについて説明する。図3は、本発明の他の形態の静電アクチュエータを利用したポンプ1aの構成を示す断面図である。図1の静電アクチュエータでは可動電極2自体に弾性エネルギーを蓄積するようにしていたが、図3の静電アクチュエータは、可動電極2および可動部材21とを一体的に設け、これらの可動電極2および可動部材21に弾性エネルギーを蓄積するようにしたものである。
Next, an electrostatic actuator according to another embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a
可動電極2は薄板平板状の金属板であり、可動部材21の上面に一体的に固定されている。可動部材21は電気絶縁性の弾性材料からなっている。この場合、可動部材21自体が可動電極2の移動を制限する移動制限手段として機能する。この可動電極2および可動部材21は、周辺部がポンプ1aの本体に固定されているが、中央部は弾性変形により上下の変位が可能である。ポンプ1aの底部には固定電極3が固定されている。
The
可動部材21は、静電引力が作用しない状態で、図示のような断面形状となるように形成されている。すなわち、上面は平面形状であるが、下面は凹面となるような曲面形状に形成されている。したがって、可動部材21の周辺部の厚さは中央部の厚さよりも大きくなっている。また、固定電極3の上面は平面形状であるので、可動部材21と固定電極3の両部材間の距離も一定ではない。可動部材21の周辺部における両部材間の距離は、中央部における両部材間の距離よりも小さくなっている。
The
ポンプ1aの動作すなわち静電アクチュエータの動作は、図1のポンプ1と同様であるため説明を省略する。アクチュエータの動作範囲を拡大するために、可動電極2と固定電極3間に印加する電圧を増大させた場合は、図4に示されている。可動電極2および可動部材21は固定電極3側に引き寄せられ、可動部材21の中央部分が固定電極3の上面に接触している。
The operation of the
移動終端領域2aにおける可動部材21の下面は平面形状となっている。静電引力が作用しないときの可動部材21の形状は、上面が平面、下面が凹面であったので、移動終端領域2aにおける可動部材21は弾性的な曲げ変形を受けている。すなわち、可動部材21全体に作用する引っ張り力による弾性変形に加えて、移動終端領域2aでは曲げ変形による形状変化が生じている。
The lower surface of the
したがって、この形態の静電アクチュエータにおいても、可動電極2および可動部材21に蓄積される弾性エネルギーは、可動電極2および可動部材21の広い領域に分散して蓄積することができ、蓄積可能な弾性エネルギーを増大させることができる。また、可動部材21の疲労破壊等を減少させ、静電アクチュエータの信頼性を向上させることができる。
Therefore, also in this form of the electrostatic actuator, the elastic energy accumulated in the
次に、可動電極2、可動部材21、固定電極3の種々の変形例について説明する。図5に示すポンプ1bの静電アクチュエータは、図3の静電アクチュエータと類似した構成である。可動電極2と可動部材21とが一体的に設けられているが、可動電極2は可動部材21の上面ではなく下面に設けられている。また、固定電極3の上面には絶縁被膜4が形成されている。
Next, various modifications of the
図6に示すポンプ1cの静電アクチュエータは、可動電極2の形状が図1の静電アクチュエータとは異なっている。静電引力が作用しない状態の可動電極2は、上面は平面形状であり、下面が凸面となるような曲面形状に形成されている。したがって、可動電極2の周辺部の厚さは中央部の厚さよりも小さくなっている。また、固定電極3の上面は平面形状であるので、可動電極2の周辺部における電極間の距離は、中央部における電極間の距離よりも大きくなっている。
The electrostatic actuator of the
図7に示すポンプ1dの静電アクチュエータは、可動電極2の下面形状が曲面であると同時に、固定電極3の上面形状も曲面としたものである。可動電極2の下面を凸面となるような曲面形状とし、固定電極3の上面も凸面となるような曲面形状とした。図8に示すポンプ1eの静電アクチュエータは、可動電極2を従来のような平板状としたものである。その代わり、固定電極3の上面形状を凸面となるような曲面形状とした。
In the electrostatic actuator of the
図9に示すポンプ1fの静電アクチュエータは、可動電極2の上面形状は平面であるが、下面形状が複数の凹凸部を有する曲面となっているものである。図10に示すポンプ1gの静電アクチュエータは、可動電極2の上面形状および下面形状が複数の凹凸部を有する曲面となっている。すなわち可動電極2は波板状となっている。図9または図10に示すように凹凸部の数を増やすことにより、可動電極2における曲げ変形による弾性エネルギーの蓄積量が増大する。
In the electrostatic actuator of the
図5から図10に示す変形例においても、移動終端領域における可動電極2および可動部材21は弾性的な曲げ変形を受けて、曲げ変形による弾性エネルギーを蓄積する。それにより弾性エネルギーを広い領域に分散して蓄積することができ、蓄積する弾性エネルギーを増大させることができる。なお、図6から図10に示す変形例は、可動電極2自体に弾性エネルギーを蓄積するものであるが、図3または図5のように可動部材21を可動電極2と一体的に設けて、可動電極2および可動部材21に弾性エネルギーを蓄積するようにしてもよい。
Also in the modified examples shown in FIGS. 5 to 10, the
以上の実施の形態および変形例に示すように、可動電極2または可動部材21の形状と、固定電極3の形状は種々の形態が可能である。可動電極2または可動部材21が移動終端領域において弾性的な曲げ変形を受けることが重要である。したがって、静電引力が作用しない状態での可動電極2または可動部材21の下面形状と、固定電極3の上面形状とは互いに異なる形状である。また、可動電極2または可動部材21の下面と固定電極3の上面との間の距離は一定ではなく位置によって異なるものとなる。
As shown in the above embodiments and modifications, the shape of the
以上のように、本発明の静電アクチュエータでは、可動電極2または可動部材21の移動終端領域に弾性的な曲げ変形を生じさせて弾性エネルギーを蓄積することにより、弾性エネルギーを広い領域に分散して蓄積することができ、蓄積する弾性エネルギーを増大させることができる。そして、静電アクチュエータの動作効率や性能を向上させることができる。また、可動電極2または可動部材21の疲労破壊等を減少させ、静電アクチュエータの信頼性を向上させることができる。
As described above, in the electrostatic actuator of the present invention, the elastic energy is accumulated in a wide region by causing elastic bending deformation in the movable terminal region of the
さらに、可動電極2または可動部材21の形状は、両電極間に印加する電圧を徐々に増大させた場合に、印加する電圧が増大するにつれての移動終端領域2aが連続的に増加するような形状となっている。したがって、静電アクチュエータの動作量(例えば、ポンプの容量)を印加電圧によって容易に制御することができる。
Further, the shape of the
本発明の静電アクチュエータにより、弾性エネルギーを広い領域に分散して蓄積することができ、蓄積する弾性エネルギーを増大させて、静電アクチュエータの動作効率や性能を向上させることができる。また、静電アクチュエータの可動電極または可動部材の疲労破壊等を減少させ、静電アクチュエータの信頼性を向上させることができる。 According to the electrostatic actuator of the present invention, elastic energy can be distributed and stored in a wide area, and the stored elastic energy can be increased to improve the operation efficiency and performance of the electrostatic actuator. Further, it is possible to reduce fatigue damage of the movable electrode or the movable member of the electrostatic actuator, and to improve the reliability of the electrostatic actuator.
1,1a ポンプ
2 可動電極
2a 移動終端領域
3 固定電極
4 絶縁被膜
9 駆動電源
10 ポンプ
11 流体収容室
12 流入路
13 流出路
21 可動部材
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記可動電極(2)と距離を隔てて固定位置に配置された固定電極(3)と、
前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との電気的接触を防止するように前記可動電極(2)の移動を制限する移動制限手段(4)と、
前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との間に電圧を印加し、静電力により前記可動電極(2)を前記固定電極(3)方向に変位させる駆動電源(9)とを有し、
前記可動電極(2)は、前記移動制限手段(4)を介する前記固定電極(3)との接触によって移動が終端位置に達した移動終端領域(2a)において、弾性的な曲げ変形による弾性エネルギーを蓄積するものであり、
前記駆動電源(9)は、前記可動電極(2)に対して前記移動制限手段(4)による移動制限が開始される電圧より大きな電圧を前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との間に印加するものである静電アクチュエータ。 A movable electrode (2) whose position and shape can be changed by elastic deformation;
A fixed electrode (3) disposed at a fixed position at a distance from the movable electrode (2);
Movement limiting means (4) for limiting the movement of the movable electrode (2) so as to prevent electrical contact between the movable electrode (2) and the fixed electrode (3);
A driving power source (9) for applying a voltage between the movable electrode (2) and the fixed electrode (3) and displacing the movable electrode (2) in the direction of the fixed electrode (3) by electrostatic force; And
The movable electrode (2) has elastic energy due to elastic bending deformation in the movement termination region (2a) where the movement reaches the termination position by contact with the fixed electrode (3) via the movement limiting means (4). Is accumulated,
The drive power supply (9) applies a voltage higher than the voltage at which movement restriction by the movement restriction means (4) to the movable electrode (2) is started to the movable electrode (2) and the fixed electrode (3). An electrostatic actuator that is applied between the two.
前記可動電極(2)は、周辺部が固定位置に固定されており、弾性変形により中央部近傍が変位可能なものである静電アクチュエータ。 The electrostatic actuator according to claim 1,
The movable electrode (2) is an electrostatic actuator in which a peripheral portion is fixed at a fixed position, and the vicinity of the central portion can be displaced by elastic deformation.
前記可動電極(2)は、厚さが一定ではなく位置に応じて異なる形状である静電アクチュエータ。 An electrostatic actuator according to claim 2, wherein
The movable electrode (2) is an electrostatic actuator in which the thickness is not constant but has a different shape depending on the position.
前記可動電極(2)は、前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との間に印加する電圧が増大するにつれて前記移動終端領域(2a)が連続的に増加する形状である静電アクチュエータ。 The electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 3,
The movable electrode (2) has a shape in which the movement termination region (2a) continuously increases as the voltage applied between the movable electrode (2) and the fixed electrode (3) increases. Actuator.
前記可動電極(2)および固定電極(3)は、前記駆動電源(9)による電圧印加がないときの前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との間の距離が一定ではなく位置に応じて連続的に変化するような形状のものである静電アクチュエータ。 The electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein
The movable electrode (2) and the fixed electrode (3) are not located at a constant distance between the movable electrode (2) and the fixed electrode (3) when no voltage is applied by the driving power source (9). An electrostatic actuator that has a shape that continuously changes in response to the.
前記可動部材(21)に一体的に設けられた可動電極(2)と、
前記可動部材(21)と距離を隔てて固定位置に配置された固定電極(3)と、
前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との間に電圧を印加し、静電力により前記可動電極(2)を前記固定電極(3)方向に変位させる駆動電源(9)とを有し、
前記可動部材(21)は、前記可動電極(2)に対して前記固定電極(3)側に配置され、前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との電気的接触を防止するとともに、前記固定電極(3)との接触により前記可動電極(2)の移動を制限するものであり、
前記可動部材(21)は、前記固定電極(3)との接触によって移動が終端位置に達した移動終端領域(2a)において、弾性的な曲げ変形による弾性エネルギーを蓄積するものであり、
前記駆動電源(9)は、前記可動部材(2)と前記固定電極(3)との接触による移動制限が開始される電圧より大きな電圧を前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との間に印加するものである静電アクチュエータ。 A movable member (21) whose position and shape can be changed by elastic deformation;
A movable electrode (2) provided integrally with the movable member (21);
A fixed electrode (3) disposed at a fixed position at a distance from the movable member (21) ;
A driving power source (9) for applying a voltage between the movable electrode (2) and the fixed electrode (3) and displacing the movable electrode (2) in the direction of the fixed electrode (3) by electrostatic force; And
The movable member (21) is disposed on the fixed electrode (3) side with respect to the movable electrode (2), and prevents electrical contact between the movable electrode (2) and the fixed electrode (3). The movement of the movable electrode (2) is restricted by contact with the fixed electrode (3),
The movable member (21) accumulates elastic energy due to elastic bending deformation in the movement termination region (2a) where the movement reaches the termination position by contact with the fixed electrode (3) ,
The drive power source (9) generates a voltage larger than a voltage at which movement limitation due to contact between the movable member (2) and the fixed electrode (3) is started, to the movable electrode (2) and the fixed electrode (3). An electrostatic actuator that is applied between the two.
前記可動部材(21)は、周辺部が固定位置に固定されており、弾性変形により中央部近傍が変位可能なものである静電アクチュエータ。 An electrostatic actuator according to claim 6, wherein
The movable member (21) is an electrostatic actuator in which a peripheral portion is fixed at a fixed position, and the vicinity of the central portion can be displaced by elastic deformation.
前記可動部材(21)は、厚さが一定ではなく位置に応じて異なる形状である静電アクチュエータ。 The electrostatic actuator according to claim 7,
The movable member (21) is an electrostatic actuator in which the thickness is not constant but has a different shape depending on the position.
前記可動部材(21)は、前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との間に印加する電圧が増大するにつれて前記移動終端領域(2a)が連続的に増加する形状である静電アクチュエータ。 It is an electrostatic actuator given in any 1 paragraph of Claims 6-8,
The movable member (21) has an electrostatic shape in which the movement termination region (2a) continuously increases as the voltage applied between the movable electrode (2) and the fixed electrode (3) increases. Actuator.
前記可動部材(21)および固定電極(3)は、前記駆動電源による電圧印加がないときの前記可動部材(21)と前記固定電極(3)との間の距離が一定ではなく位置に応じて連続的に変化するような形状のものである静電アクチュエータ。 The electrostatic actuator according to any one of claims 6 to 9,
In the movable member (21) and the fixed electrode (3), the distance between the movable member (21) and the fixed electrode (3) when the voltage is not applied by the driving power source is not constant, depending on the position. An electrostatic actuator that has a shape that changes continuously.
前記可動部材(21)と距離を隔てて固定位置に配置された固定電極(3)と、 A fixed electrode (3) disposed at a fixed position at a distance from the movable member (21);
前記可動部材(21)に対して前記固定電極(3)側に一体的に設けられた可動電極(2)と、 A movable electrode (2) integrally provided on the fixed electrode (3) side with respect to the movable member (21);
前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との電気的接触を防止するように前記可動電極(2)の移動を制限する移動制限手段(4)と、 Movement limiting means (4) for limiting the movement of the movable electrode (2) so as to prevent electrical contact between the movable electrode (2) and the fixed electrode (3);
前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との間に電圧を印加し、静電力により前記可動電極(2)を前記固定電極(3)方向に変位させる駆動電源(9)とを有し、 A driving power source (9) for applying a voltage between the movable electrode (2) and the fixed electrode (3) and displacing the movable electrode (2) in the direction of the fixed electrode (3) by electrostatic force; And
前記可動部材(21)は、前記可動電極(2)および前記移動制限手段(4)を介する前記固定電極(3)との接触によって移動が終端位置に達した移動終端領域(2a)において、弾性的な曲げ変形による弾性エネルギーを蓄積するものであり、 The movable member (21) is elastic in the movement termination region (2a) where the movement reaches the termination position by contact with the movable electrode (2) and the fixed electrode (3) via the movement limiting means (4). It stores elastic energy due to typical bending deformation,
前記駆動電源(9)は、前記可動部材(2)に対して前記移動制限手段(4,21)による移動制限が開始される電圧より大きな電圧を前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との間に印加するものである静電アクチュエータ。 The drive power source (9) applies a voltage larger than the voltage at which movement restriction by the movement restriction means (4, 21) to the movable member (2) is started, to the movable electrode (2) and the fixed electrode (3). ) Electrostatic actuator that is applied between.
前記可動部材(21)は、前記可動電極(2)と前記固定電極(3)との間に印加する電圧が増大するにつれて前記移動終端領域(2a)が連続的に増加する形状である静電アクチュエータ。 The movable member (21) has an electrostatic shape in which the movement termination region (2a) continuously increases as the voltage applied between the movable electrode (2) and the fixed electrode (3) increases. Actuator.
前記可動部材(21)および固定電極(3)は、前記駆動電源による電圧印加がないときの前記可動部材(21)と前記固定電極(3)との間の距離が一定ではなく位置に応じて連続的に変化するような形状のものである静電アクチュエータ。 In the movable member (21) and the fixed electrode (3), the distance between the movable member (21) and the fixed electrode (3) when the voltage is not applied by the driving power source is not constant, depending on the position. An electrostatic actuator that has a shape that changes continuously.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011257356A JP5804374B2 (en) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | Electrostatic actuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011257356A JP5804374B2 (en) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | Electrostatic actuator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013115854A JP2013115854A (en) | 2013-06-10 |
JP5804374B2 true JP5804374B2 (en) | 2015-11-04 |
Family
ID=48710940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011257356A Active JP5804374B2 (en) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | Electrostatic actuator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5804374B2 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004209874A (en) * | 2003-01-07 | 2004-07-29 | Canon Inc | Liquid discharging head |
JP2005184903A (en) * | 2003-12-17 | 2005-07-07 | Seiko Epson Corp | Electrostatic actuator, droplet ejection head and droplet ejection device |
JP4477415B2 (en) * | 2004-05-25 | 2010-06-09 | 株式会社リコー | Droplet discharge head and method of manufacturing droplet discharge head |
JP4661354B2 (en) * | 2005-05-20 | 2011-03-30 | ブラザー工業株式会社 | Liquid transfer device |
-
2011
- 2011-11-25 JP JP2011257356A patent/JP5804374B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013115854A (en) | 2013-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3173616B1 (en) | Wind power generation device | |
JP2004006238A (en) | Liquid metal switch | |
JP4793441B2 (en) | Piezoelectric micro pump | |
KR101100484B1 (en) | Flat resonating electromechanical drive unit | |
US20130255427A1 (en) | Piezoelectric motor, robot hand, and robot | |
CN111954976B (en) | Compact piezoelectric inertia driving platform | |
US7420321B2 (en) | Heat efficient micromotor | |
JP5097853B2 (en) | Actuator device and input device | |
US9455394B2 (en) | Displacement member, driving member, actuator, and driving device | |
JP5804374B2 (en) | Electrostatic actuator | |
US8814134B2 (en) | Piezoelectric drive and microvalve comprising said drive | |
JP6509189B2 (en) | Low resonance acoustic synthetic jet structure | |
JP4826660B2 (en) | Piezoelectric generator | |
JP2009050135A (en) | Micro actuator | |
US8829765B2 (en) | Piezoelectric actuator device | |
JP2005279784A (en) | Electrostatic mems actuator, microfluid driving device including micropump, microfluid discharging device including ink jet printer head and printing apparatus including ink jet printer | |
US20060261682A1 (en) | Impact drive actuator | |
US20130034252A1 (en) | Transducer module | |
JP5160299B2 (en) | Micro movable device and driving method thereof | |
JP2015144557A (en) | Drive control method of ultrasonic motor and drive control device of ultrasonic motor | |
JP2015144558A (en) | Drive control method of ultrasonic motor | |
JP5751044B2 (en) | Electrostrictive actuator | |
US6611081B1 (en) | Vibration actuator with two vibration modes | |
KR100280257B1 (en) | Piezo / electric distortion actuator | |
JP5002474B2 (en) | Piezoelectric pump |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140811 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150415 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150421 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150622 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150624 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150728 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150820 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5804374 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |