TW202130109A - 靜電致動器 - Google Patents

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TW202130109A
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奥田一雄
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Abstract

本發明之目的係在於提供一種即使由絲帶狀之電極薄膜所構成，亦可使大的靜電力產生的靜電致動器。
在具有絲帶狀之第一電極薄膜11及絲帶狀之第二電極薄膜12的靜電致動器10、20中，由前述第一電極薄11所形成之複數個第一電極1及由前述第二電極薄膜12所形成之複數個第二電極2係在前述靜電致動器10、20之一端13與另一端14之間折疊而積層，複數個前述第一電極1係包含：一對端部電極1a，前述第一電極薄膜11沿著以絲帶狀延伸之方向相鄰，並且當被積層時分別位在前述一端13與前述另一端14；以及中間電極1b，係當被積層時位於前述端部電極1a間。

Description

靜電致動器
本發明係關於一種靜電致動器。
以往，習知有一種利用依據產生在電極間之靜電引力的發生力作為驅動力之靜電致動器(例如參照專利文獻1)。該種靜電致動器係發生力與電極之面積成正比，因此為了獲得大的發生力，必須使電極之面積變大。
再者，在使2個絲帶狀之電極薄膜折疊而構成之靜電致動器中，使絲帶狀之電極薄膜的電極部變厚，並且使鉸鏈部變薄，藉此實現在施加電壓時收縮之驅動區域會變柔軟，在施加有大荷重時延伸之過負載區域會變硬的彈簧特性。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2017-22926
然而，使上述習知技術之二個絲帶狀之電極薄膜重疊而構成之靜電致動器係由於具有紙彈簧狀之構造，因此雖可獲得長的衝程，但難以產生大的靜電力。
本發明之目的係在於提供一種解決上述之習知技術所具有之課題，即使由絲帶狀之電極薄膜所構成，亦可使大的靜電力產生的靜電致動器。
本發明係在具有絲帶狀之第一電極薄膜及絲帶狀之第二電極薄膜的靜電致動器中，由前述第一電極薄所形成之複數個第一電極及由前述第二電極薄膜所形成之複數個第二電極係在前述靜電致動器之一端與另一端之間折疊而積層，複數個前述第一電極係包含：一對端部電極，係沿著前述第一電極以絲帶狀延伸之方向相鄰，並且當被積層時分別位在前述一端與前述另一端；以及中間電極，係當被積層時位於前述端部電極間。
此時，前述第一電極薄膜亦可沿著以絲帶狀延伸之方向反覆地朝相同方向折曲，且在一對前述端部電極間形成有前述中間電極。前述第一電極薄膜係沿著以絲帶狀延伸之方向反覆地朝相同方向折曲，且以使複數個前述中間電極重疊之方式形成。前述中間電極亦可沿著以絲帶狀延伸之方向交互地折曲成山折及谷折，且以使複數個前述第一電極重疊之方式形成。前述第二電極薄膜亦可沿著以絲帶狀延伸之方向交互地折曲成山折及谷折，且形成有通過前述第一電極薄膜之前述第一電極之各個之間的複數個前述第二電極。前述第一電極薄膜之前端亦可在前述一端與前述另一端之中間位置接合於前述第二電極薄膜。
在本發明中，可提供一種即使由絲帶狀之電極薄膜所構成，亦可使大的靜電力產生之靜電致動器。
1:第一電極
1a:端部電極
1b:中間電極
2:第二電極
3:鉸鏈部
3a:外側鉸鏈部
3b:內側鉸鏈部
4:鉸鏈部
5:外側部分
6:內側部分
10:靜電致動器
11:第一電極薄膜
11a:前端
12:第二電極薄膜
13:一端
14:另一端
20:靜電致動器
圖1係顯示第1實施形態之靜電致動器的立體圖。
圖2(a)係顯示靜電致動器之前視圖，圖2(b)係顯示靜電致動器之側面圖。
圖3係顯示靜電致動器縮短之情形的立體圖。
圖4係顯示靜電致動器伸長之情形的立體圖。
圖5係顯示靜電致動器之彈簧特性的曲線圖。
圖6係顯示第2實施形態之靜電致動器的立體圖。
圖7(a)係顯示靜電致動器之前視圖，圖7(b)係顯示靜電致動器之側面圖。
圖8係顯示靜電致動器縮小之情形的立體圖。
圖9係顯示靜電致動器伸長之情形的立體圖。
圖10係顯示靜電致動器之彈簧特性的曲線圖。
以下，參照圖式，針對本發明之較佳實施形態加以說明。
(第1實施形態)
圖1係顯示第1實施形態之靜電致動器的立體圖，圖2(a)係顯示靜電致動器之前視圖，圖2(b)係顯示靜電致動器之側面圖。
本實施形態之靜電致動器10係如圖1所示，使絲帶狀之第一電極薄膜11與絲帶狀之第二電極薄膜12折疊或接合，而使之積層的積層型靜電致動器。
第一電極薄膜11及第二電極薄膜12係以電性絶緣體使電傳導體絶緣之薄膜狀的電極，且以絲帶狀細長地形成。亦即，第一電極薄膜11及第二電極薄膜12係在未折疊之狀態下形成為細長之矩形形狀。電傳導體係使用例如銅箔等，且電性絶緣體係使用PET(Polyethylene Terephthalate，聚對苯二甲酸乙二酯)等。
靜電致動器10之衝程量係與電極積層片數成正比，因此藉由使複數之電極積層而可獲得長衝程。靜電致動器10係當對於所積層之第一電極薄膜11及第二電極薄膜12施加電壓時，會在第一電極薄膜11及第二電極薄膜12之間產生靜電力，且靜電致動器10之整體會依施加於第一電極薄膜11及第二電極薄膜12之電壓的極性而伸長或縮短。
以下，針對本實施形態之靜電致動器10的構造具體地說明。
靜電致動器10係使絲帶狀之第一電極薄膜11與絲帶狀之第二電極薄膜12在靜電致動器10之一端13與另一端14之間折疊而形成。藉此，靜電致動器10係具有複數個第一電極1及複數個複數個第二電極2之構造，該複數個第一電極1係由第一電極薄膜11所形成，該複數個第二電極2係由第二電極薄膜12所形成。第一電極1彼此係由與第一電極1同樣地屬於第一電極薄膜11之部分的鉸鏈部3所連接。同樣地，第二電極2彼此係由與第二電極2同樣地屬於第二電極薄膜12之一部分的鉸鏈部4所連接。
複數個第一電極1係如圖2(a)所示，由一對端部電極1a、1a及五個中間電極1b所構成。
端部電極1a、1a係當積層有第一電極薄膜11及第二電極薄膜12時分別位在靜電致動器10之一端13與另一端14。該等端部電極1a、1a係沿著朝第一電極薄膜11之絲帶狀延伸之方向相鄰接，且在折疊第一電極薄膜11之前的筆直之絲帶狀的狀態下，以使相當於中間電極1b之部分不會位在相當於端部電極1a、1a之部分彼此之間的方式形成在第一電極薄膜11上。
中間電極1b係以當將第一電極薄膜11及第二電極薄膜12積層後時會位在端部電極1a、1a間之方式形成在第一電極薄膜11上。
第一電極薄膜11係沿著以絲帶狀延伸之方向反覆地朝相同方向折曲，而在一對端部電極1a、1a間形成有中間電極1b。亦即，第一電極薄膜11係具有從側方觀看時捲繞成旋渦狀的形狀。在此，第一電極薄膜11係沿著以絲帶狀延伸之方向更進一步反覆地朝相同方向折曲成旋渦狀，藉此以使複數個中間電極1b重疊之方式形成。
靜電致動器10係以巢狀方式構成外側部分5及內側部分6，該外側部分5係由以外側之外側鉸鏈部3a所結合之一對端部電極1a所構成，該內側部分6係由內側之內側鉸鏈部3b所結合之複數個中間電極1b所構成。
另一方面，第二電極薄膜12係如圖2(b)所示，沿著朝第二電極薄膜12之絲帶狀延伸之方向，以山折及谷折交互地折曲。亦即，第二電極薄膜12係具有從側方觀看時折曲成鋸齒的形狀。第二電極薄膜12係形成有通過第一電極薄膜11之第一電極1之各者之間的六個第二電極2。
第一電極薄膜11之前端11a(參照圖2(a))係在靜電致動器10之一端13與另一端14之中間位置接合於第二電極薄膜12。亦即，第一電極薄膜11及第 二電極薄膜12係在折疊前之接合狀態下，第一電極薄膜11之前端11a與第二電極薄膜12之中央垂直地接合而成為T字形狀。
圖3係顯示靜電致動器縮小之情形的立體圖。圖4係顯示靜電致動器伸長之情形的立體圖。使用於該模擬之絲帶狀的電極薄膜係使用寬度0.5mm、厚度4μm者。
靜電致動器10係當對第一電極薄膜11及第二電極薄膜12施加有不同之極性的電壓時，如圖3所示，第一電極1及第二電極2會被靜電力拉動而縮小。
另一方面，靜電致動器10係當對第一電極薄膜11及第二電極薄膜12施加相同極性之電壓時，如圖4所示，第一電極1與第二電極2會因靜電力相斥而延伸。
圖5係靜電致動器之彈簧特性的曲線圖。在圖5中，縦軸係以mN之單位顯示勁度係數，橫軸係以μm之單位顯示一端13或另一端14之移位量。
如圖5所示，靜電致動器10係成為一端13或另一端14之移位量小的驅動區域之勁度係數變小，一端13或另一端14之移位量大的過負載區域之勁度係數變大的構造，驅動區域與過負載區域之比係5倍以上而可獲得如圓形彈簧之理想的彈簧特性。
本實施形態之靜電致動器10係包含：一對端部電極1a、1a，沿著第一電極薄膜11以絲帶狀延伸之方向相鄰接，當被積層時分別位於靜電致動器10之一端13及另一端14；以及中間電極1b，當被積層時位於端部電極1a、1a間。藉此，過負載區域之彈簧特性會大幅地改善，亦可使絲帶狀之電極薄膜變薄，因此即使由絲帶狀之電極薄膜所構成，亦可使大的靜電力產生。
(第2實施形態)
圖6係顯示第2實施形態之靜電致動器的立體圖。圖7(a)係顯示第2實施形態之靜電致動器之前視圖，圖7(b)係顯示第2實施形態之靜電致動器之側面圖。
以下，對與第1實施形態實質上相同之構件採用相同之符號加以說明。
第2實施形態之靜電致動器20係如圖6所示，第一電極薄膜11之外側部分5雖係與第1實施形態相同，但內側部分6不會與第1實施形態不同。具體而言，第2實施形態之靜電致動器20係如圖7(a)所示，內側部分6係沿著第一電極薄膜11以絲帶狀延伸之方向以山折及谷折交互地折曲。此時，如圖7(b)所示，第二電極薄膜12亦沿著以絲帶狀延伸之方向以山折及谷折交互地折曲。因此，第一電極薄膜11之中間電極1b係以與第二電極薄膜12之第二電極2交互地空出間隔而積層之方式構成。
圖8係顯示靜電致動器縮小之情形的立體圖。圖9係顯示靜電致動器伸長之情形的立體圖。
靜電致動器20係當對第一電極薄膜11及第二電極薄膜12施加不同之極性的電壓時，如圖8所示，第一電極1與第二電極2會被靜電力拉動而縮小。
相對地，靜電致動器20係當對第一電極薄膜11及第二電極薄膜12施加相同之極性的電壓時，如圖9所示，第一電極1與第二電極2會因靜電力相斥而延伸。
圖10係顯示靜電致動器之彈簧特性的曲線圖。在圖10中，縦軸係以mN之單位顯示勁度係數，橫軸係以μm之單位顯示一端13或另一端14之移位量。
如圖10所示，靜電致動器20係成為一端13或另一端14之移位量小的驅動區域之勁度係數變小，一端13或另一端14之移位量大的過負載區域之勁度係數變大的構造，驅動區域與過負載區域之比係5倍以上而可獲得如圓形彈簧般之理想的彈簧特性。
以上，雖依據實施形態來說明本發明，但本發明並不限定於此。例如，在上述實施形態中，第二電極薄膜12係沿著第二電極薄膜12以絲帶狀延伸之方向以山折及谷折交互地折曲，但並不限定於此。第二電極薄膜12亦可與第1實施形態之第一電極薄膜11相同地沿著以絲帶狀延伸之方向反覆地朝相同方向折曲成旋渦狀。
1:第一電極
1a:端部電極
1b:中間電極
2:第二電極
3:鉸鏈部
3a:外側鉸鏈部
3b:內側鉸鏈部
4:鉸鏈部
5:外側部分
6:內側部分
10:靜電致動器
11:第一電極薄膜
11a:前端
12:第二電極薄膜
13:一端
14:另一端

Claims (6)

  1. 一種靜電致動器，係在具有絲帶狀之第一電極薄膜及絲帶狀之第二電極薄膜的靜電致動器中，
    由前述第一電極薄所形成之複數個第一電極及由前述第二電極薄膜所形成之複數個第二電極係在前述靜電致動器之一端與另一端之間折疊而積層，
    複數個前述第一電極係包含：一對端部電極，係沿著前述第一電極薄膜以絲帶狀延伸之方向相鄰，並且當被積層時分別位在前述一端與前述另一端；以及中間電極，係當被積層時位於前述端部電極間。
  2. 如請求項1所述之靜電致動器，其中，前述第一電極薄膜係沿著以絲帶狀延伸之方向反覆地朝相同方向折曲，且在一對前述端部電極間形成有前述中間電極。
  3. 如請求項2所述之靜電致動器，其中，前述第一電極薄膜係沿著以絲帶狀延伸之方向反覆地朝相同方向折曲，且以使複數個前述中間電極重疊之方式形成。
  4. 如請求項1所述之靜電致動器，其中，前述中間電極係沿著以絲帶狀延伸之方向交互地折曲成山折及谷折，且以使複數個前述第一電極重疊之方式形成。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之靜電致動器，其中，前述第二電極薄膜係沿著以絲帶狀延伸之方向交互地折曲成山折及谷折，且形成有通過前述第一電極薄膜之前述第一電極之各個之間的複數個前述第二電極。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之靜電致動器，其中，前述第一電極薄膜之前端係在前述一端與前述另一端之中間位置接合於前述第二電極薄膜。
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