TWI711266B

TWI711266B - 靜電致動器及靜電致動器之製造方法

Info

Publication number: TWI711266B
Application number: TW105121956A
Authority: TW
Inventors: 實吉敬二; 中田壮星
Original assignee: 國立大學法人東京工業大學; 日商Ｓｔｒａｗｂ股份有限公司
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2020-11-21
Also published as: CN107710590A; US10931208B2; KR101998500B1; EP3324533A1; CN107710590B; TW201720041A; US20180294743A1; KR20170139628A; JP6616607B2; JP2017022926A; WO2017010367A1; EP3324533A4

Abstract

具備有：複數個第1電極板，以第1圖案將接著劑塗佈於一方的面；及複數個第2電極板，以不同於第1圖案的第2圖案將接著劑塗佈於一方的面，第1電極板與第2圖案板，係使塗佈有接著劑的面不相向而交互地層積。

Description

靜電致動器及靜電致動器之製造方法

本發明，係關於靜電致動器及靜電致動器之製造方法。

由於靜電致動器，係輕量並可獲得較大的驅動力，因此，期待成為動力源以代替利用了磁力的馬達等。例如，在靜電致動器，係層積有多數個電極，靜電致動器因應施加至所層積之電極間的電壓而伸縮。

又，提出一種可比以往更輕易製造之靜電致動器的技術，其係層積使複數個電極膠帶彼此交叉而進行平織所生成的電極板，藉此，具有較大的極板面積(例如，參閱專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2013-243805號公報

以往的靜電致動器，係增加進行平織之電極膠帶的個數，藉此，可增大極板面積。然而，隨著電極膠帶之個數的增加，存在有進行平織而生成電極板需花時間的問題。又，由於在對電極膠帶進行平織時會折彎電極膠帶等，因此，有難以使靜電致動器小型化之虞。

本發明，係以提供一種即便在具有較大的極板面積時，亦可比以往更輕易生成之靜電致動器及靜電致動器之製造方法為自的。

例示本發明之靜電致動器的一態樣，係具備有：複數個第1電極板，以第1圖案將接著劑塗佈於一方的面；及複數個第2電極板，以不同於第1圖案的第2圖案將接著劑塗佈於一方的面，第1電極板與第2電極板，係使塗佈有接著劑的面不相向而交互地層積。

例示本發明之靜電致動器之製造方法的一態樣，係生成被具有預定厚度之介電質所夾住的複數個電極板，將複數個電極板中的一部分作為第1電極板，以第1圖案將接著劑塗佈於一方的面，將複數個電極板中的剩餘部分作為第2電極板，以不同於第1圖案的第2圖案將接著劑塗佈於一方的面，使塗佈有接著劑的面不相向而交互地層積第1電極板與第2電極板。

本發明，係即便在具有較大的極板面積時，可比以往更輕易生成。

10、10a、20、20a‧‧‧電極膜

30‧‧‧端構件

40、50、55‧‧‧區域

60‧‧‧折返部

100、100A‧‧‧靜電致動器

[圖1]表示靜電致動器之一實施形態的圖。

[圖2]表示將接著劑塗佈於圖1所示之電極膜之圖案之一例的圖。

[圖3]表示圖1所示之線段中之XZ平面之靜電致動器之剖面之一例的圖。

[圖4]表示電極膜為三角形及圓形時，塗佈有接著劑之區域之一例的圖。

[圖5]表示圖1所示之靜電致動器之製造方法之一例的圖。

[圖6]表示靜電致動器之其他實施形態的圖。

[圖7]表示圖6所示之線段中之XZ平面之靜電致動器之剖面之一例的圖。

[圖8]表示圖6所示之靜電致動器之製造方法之一例的圖。

[圖9]表示圖8所示之製造方法之後續的圖。

以下，使用圖面說明關於實施形態。

圖1，係表示靜電致動器之一實施形態。

圖1所示之靜電致動器100，係如下述般之層積型靜電致動器，其係於圖1所示之Z軸方向交互地層積分別塗佈有以網格所示之接著劑的電極膜10與電極膜20，且以壓克力板等2個端構件30夾住。

電極膜10、20，係以PET(Polyethylene Terephthalate)膜等之介電質膜夾住例如銅等之金屬膜的電極板。電極膜10、20的厚度，係例如8微米等。而且，在電極膜10、20之Z軸上方的面，係例如以彼此不同的圖案，分別塗佈有矽烷化胺甲酸乙酯等的接著劑。

圖2，係表示將接著劑塗佈於圖1所示之電極膜10、20之圖案的一例。圖2(a)，係表示將接著劑塗佈於電極膜10的區域；圖2(b)，係表示將接著劑塗佈於電極膜20的區域。

如圖2(a)所示，電極膜10，係例如以中心間之距離為距離d的等間隔而配置，在彼此具有相同形狀之4個圓形的區域40分別塗佈有接著劑。另一方面，電極膜20，係如圖2(b)所示，例如以與各區域40相對應的方式，以中心間之距離為距離d的等間隔而配置，於除了彼此具有相同形狀之4個圓形的之區域50以外的區域55塗佈有接著劑。電極膜10中之圓形的區域40與電極膜20中之圓形的區域50，係在將電極膜10與電極膜20重疊時，從Z軸方向觀之，配置為同心狀。

電極膜10中之圓形之區域40的直徑為D1，電極膜20中之圓形之區域50的直徑為D2。另外，區域50的直徑D2，係如圖2所示，比區域40的直徑D1大2△D。亦即，在將電極膜10及電極膜20重疊時，區域40與區域50之間，係存在有寬度△D的間隙。例如，區域40的直徑D1為1-2毫米時，間隙的寬度△D，係設定為100微米。寬度△D的間隙，係藉由電極膜10、20所具有的彈性，在靜電致動器100伸縮時，作為鉸鏈部而動作。而且，區域40的電極膜10與區域50的電極膜20之間的距離，係可限制於2△D以內，區域40的電極膜10與區域50的電極膜20之間所產生的靜電力，係可維持為大於預定值。

另外，區域40之直徑D1、區域50之直徑D2及間隙之寬度△D的大小，係亦可因應靜電致動器100所要求的伸縮動作而適當地決定。例如，亦可以使塗佈有接著劑之區域40的整個面積與塗佈有接著劑之區域55的面積成為彼此相等的方式，決定區域40之直徑D1、區域50之直徑D2及間隙之寬度△D的大小。

又，區域40、50的形狀，係亦可為楕圓或角被弄圓的三角形或四角形等。區域40、50具有圓形、楕圓或角被弄圓的形狀，因此，可抑制靜電致動器100伴隨著伸縮動作而在電極膜10、20產生的歪斜(亦即，可使應力分散)。藉此，因使應力分散，故可省下將切口或孔等設置於電極膜10、20的手續。

圖3，係表示圖1所示之線段A1-A2中之XZ平面之靜電致動器100之剖面的一例。靜電致動器100，係於Z軸方向層積有以圖2(a)所示之圖案塗佈有接著劑的電極膜10與以圖2(b)所示之圖案塗佈有接著劑的電極膜20。而且，寬度△D的間隙作為鉸鏈部而動作，藉此，靜電致動器100，係藉由區域40、50及寬度△D的間隙而具有盤形彈簧構造的複數個空間Sa。又，靜電致動器100，係亦具有使寬度△D之間隙成為鉸鏈部的複數個空間Sb。另外，空間Sa，係從Z軸方向觀之，形成為與區域40相對應的位置；空間Sb，係從Z軸方向觀之，形成為與區域55相對應的位置。又，空間Sa及空間Sb，係在XZ平面中，配列成交錯狀。

例如，在對電極膜10、20施加彼此不同極性的電壓時，空間Sa、Sb中之電極膜10、20間的靜電力，係彼此吸引(亦即，空間Sa、Sb往Z軸方向收縮)。另一方面，在對電極膜10、20施加彼此相同極性的電壓時，空間Sa、Sb中之電極膜10、20間的靜電力，係彼此排斥(亦即，空間Sa、Sb往Z軸方向延伸)。藉此，靜電致動器100便伸縮。

另外，電極膜10、20及端構件30，亦可具有三角形或圓形等的形狀。又，在電極膜10、20及端構件30，亦可於具有4個以外之複數個區域40或複數個區域50的區域55塗佈有接著劑。

圖4，係表示電極膜10、20為三角形及圓形時，塗佈有接著劑之區域的一例。圖4(a)，係表示電極膜10為三角形時，塗佈有接著劑之區域40的圖案。例如，直徑D1之圓形的區域40，係彼此以距離d的等間隔而配置為棱錐型。圖4(b)，係表示電極膜20為三角形時，塗佈有接著劑之區域55的圖案。例如，在電極膜20中，於與圖4(a)所示之各區域40相對應的位置(亦即，彼此以距離d之等間隔而配置的位置)，配置有未塗佈接著劑之直徑D2之圓形的區域50，在電極膜20中，圓形之區域50以外的區域會成為塗佈有接著劑的區域55。

圖4(c)，係表示電極膜10為圓形時，塗佈有接著劑之區域40的圖案。例如，直徑D1之圓形的區域40，係以彼此距離d的等間隔而配置為六角形的形狀。圖4(d)，係表示電極膜20為圓形時，塗佈有接著劑之區域55的圖案。例如，在電極膜20中，於與圖4(c)所示之各區域40相對應的位置(亦即，彼此以距離d之等間隔而配置的位置)，配置有未塗佈接著劑之直徑D2之圓形的區域50，在電極膜20中，圓形之區域50以外的區域會成為塗佈有接著劑的區域55。

另外，區域40、50，係亦可不配置為距離d的等間隔。例如，將區域40、50偏斜地配置，藉此，可生成往因應偏斜之方向伸縮的靜電致動器100。

圖5，係表示圖1所示之靜電致動器100之製造方法的一例。例如，為了生成電極膜10、20，而生成以PET膜夾住銅薄膜的電極片(圖5(a))。圖5(a)所示的電極片，係例如沿著圖中的虛線，切斷成4個板狀(圖5(b))。而且，對圖5(b)所示之切斷成板狀的各個電極片(亦即，電極膜10、20)施予蝕刻處理，去除露出於切剖面的銅薄膜(圖5(c))。圖5(c)所示之已蝕刻的電極片，係以PET膜接合切剖面，從而生成為電極膜10、20(圖5(d))。

另外，在圖5中，電極膜10、20雖係形成為正方形，但例如亦可形成為X軸方向比Y軸方向長的長方形。在該情況下，於層積時，以使電極膜10之一部分露出於X軸之正方向的方式，以區域40之圖案將接著劑塗佈於電極膜10之一方的面。另一方面，於層積時，以使電極膜20之一部分露出於X軸之負方向的方式，以區域55之圖案將接著劑塗佈於電極膜20之一方的面。於層積後，例如在露出於X軸之正方向之電極膜10的部分形成孔，使導電性之塗料等流入，各電極膜10，係亦可以施加彼此相同極性之電壓的方式來連接。又，如在露出於X軸之負方向之電極膜20的部分形成孔，使導電性之塗料等流入，各電極膜20，係亦可以施加與電極膜10彼此不同極性之電壓的方式來連接。

而且，例如以圖2所示的圖案，將接著劑分別塗佈於電極膜10、20之一方的面。使用例如凸版印刷、平版印刷或孔版印刷等的印刷處理，將接著劑分別塗佈於電極膜10的區域40及電極膜20的區域55。抑或，亦可使用噴墨印表機等，將接著劑分別塗佈於電極膜10的區域40及電極膜20的區域55。藉此，即便在電極膜10、20的面積增加時，亦可比以往更精度良好地將接著劑塗佈於區域40、55等之預定圖案的區域。而且，可抑制每個靜電致動器100之伸縮動作的個體差。

此外，雖以區域40、55之圖案，將接著劑分別事先地塗佈於電極膜10、20之一方的面後而進行層積，但並不限定於此。例如，亦可以區域40(或區域55)之圖案，將接著劑塗佈於層積而固定於Z軸方向之電極膜10(或電極膜20)的Z軸之正側的面，且使其次的電極膜20(或電極膜10)搭載並貼合。亦即，剛層積的電極膜10不移動，將接著劑塗佈於區域40，藉此，電極膜10、20間不需要精度良好之定位。

而且，交互地層積以圖2所示之圖案塗佈有接著劑的電極膜10、20，藉此，生成圖1所示的靜電致動器100。

以上，在圖1~圖5所示的實施形態中，靜電致動器100，係交互地層積電極膜10、20而生成，該電極膜10、20，係在以預定圖案所配置的區域40或區域55塗佈有接著劑。而且，由於是藉由印刷處理，以預定圖案將接著劑分別塗佈於電極膜10、20，因此，靜電致動器100，係即便在電極膜10、20的面積增加時，亦可比以往更輕易生成。

又，在電極膜10的區域40、電極膜20的區域50及寬度△D的間隙形成盤形彈簧構造。藉此，靜電致動器100，係可將電極膜10、20間的距離維持在預定範圍(亦即2△D)內，且可將空間Sa、Sb中之電極膜10、20間的靜電力維持在預定值以上。

又，以使用印刷處理的方式，可比以往更精度良好地將接著劑分別塗佈於電極膜10、20。藉此，靜電致動器100，係可使各層中之電極膜10、20的伸縮動作成為均一，並可抑制每個靜電致動器100的個體差。

圖6，係表示靜電致動器的其他實施形態。關於與圖1中說明之要素相同或同樣的要素，係賦予相同或同樣的符號，關於此等，係省略詳細的說明。

圖6所示之靜電致動器100A，係以彼此交叉而彎折的方式，於Z軸方向層積分別塗佈有以網格所示之接著劑的電極膜10a、20a。已層積之電極膜10a、20a，係以壓克力板等的2個端構件30夾住。

電極膜10a、20a，係以PET膜等之介電質膜夾住例如銅等之金屬膜的帶狀電極。電極膜10a、20a的厚度，係例如8微米等。電極膜10a，係例如在被彎折時，以圖2(a)所示之圖案，將矽烷化胺甲酸乙酯等的接著劑塗佈於成為Z軸上方的面。電極膜20a，係例如在被彎折時，以圖2(b)所示之圖案，將接著劑塗佈於成為Z軸上方的面。關於各電極膜10a、20a中之接著劑的塗佈，係以圖9進行說明。

而且，藉由電極膜10a與電極膜20a彼此交叉而彎折的方式，靜電致動器100A中之各層的電極會層積於Z軸方向，並且生成折返部60。因此，在靜電致動器100A中，以相同圖案塗佈有接著劑之各層的電極(亦即，施加相同極性之電壓之各層的電極)，係經由折返部60彼此連接，而使靜電致動器100A之配線將變得容易。

圖7，係表示圖6所示之線段B1-B2中之XZ平面之靜電致動器100A之剖面的一例。靜電致動器100A，係與圖1所示之靜電致動器100相同地，圖2所示之寬度△D的間隙作為鉸鏈部而動作，且具有電極膜10a的區域40、電極膜20a的區域50及寬度△D的間隙所致之盤形彈簧構造的複數個空間Sa。又，靜電致動器100A，係亦具有使寬度△D之間隙成為鉸鏈部的複數個空間Sb。另外，XZ平面中之空間Sa及空間Sb的位置關係，係與圖3的例子相同。

例如，在對電極膜10a、20a施加彼此不同極性的電壓時，空間Sa、Sb中之電極膜10a、20a間的靜電力，係彼此吸引(亦即，空間Sa、Sb往Z軸方向收縮)。另一方面，在對電極膜10a、20a施加彼此相同極性的電壓時，空間Sa、Sb中之電極膜10a、20a間的靜電力，係彼此排斥(亦即，空間Sa、Sb往Z軸方向延伸)。藉此，靜電致動器100A便伸縮。

又，由於靜電致動器100A，係具有盤形彈簧構造的複數個空間Sa，因此，可將電極膜10a、20a間的距離維持在預定範圍(亦即2△D)內，且可將空間Sa、Sb中之電極膜10a、20a間的靜電力維持在預定值以上。而且，折返部60亦與寬度△D間隙一起作為鉸鏈部而動作。

圖8、9，係表示靜電致動器100A之製造方法的一例。例如，為了生成電極膜10a、20a，而與圖5(a)所示之電極膜10、20相同地，生成以PET膜夾住銅薄膜的電極片(圖8(a))。圖8(a)所示的電極片，係例如沿著圖中的虛線，切斷成帶狀(圖8(b))。而且，對圖8(b)所示之切斷成帶狀的電極片(亦即，電極膜10a、20a)施予蝕刻處理，去除露出於切剖面的銅薄膜(圖8(c))。圖8(c)所示之已蝕刻的電極片，係以PET膜接合切剖面，從而生成為電極膜10a、20a。

而且，在圖8(d)所示之生成的電極膜10a、20a，係例如以圖2所示之圖案，分別塗佈有接著劑。亦即，如圖9(a)所示，在被彎折時，以使塗佈有接著劑的面成為相同朝向的方式，在電極膜10a的兩面(圖中之上面及下面)，係將接著劑塗佈於圖2(a)所示之圖案的區域40。此時，在電極膜10a的上面及下面，係分別隔著預定間隔，以區域40之圖案分別塗佈有接著劑，電極膜10a的上面與下面，係塗佈有接著劑的部位彼此偏移。又，電極膜20a，係如圖9(b)所示，在圖2(b)所示之圖案的區域55塗佈有接著劑。此時，在電極膜20a的上面及下面，係分別隔著預定間隔，以區域55之圖案分別塗佈有接著劑，電極膜20a的上面與下面，係塗佈有接著劑的部位彼此偏移。

另外，如圖9所示，在電極膜10a、20a為寬度L時，電極膜10a、20a延伸之方向(圖中之左右方向)的圖2所示之圖案的長度亦設定為L。又，鄰接之圖案間的間隔(亦即，折返部60的長度)，係設成為長度S。在電極膜10a、20a的某個面，塗佈有接著劑之區域彼此的間隔，係形成為2S+L。又，在電極膜10a、20a的一面與另一面，塗佈有接著劑之區域的間隔，係形成為S。又，折返部60中之電極膜10a、20a的寬度，係亦可比寬度L細。

又，對電極膜10a、20a之接著劑的塗佈，係例如使用凸版印刷、平版印刷或孔版印刷等的印刷處理來進行。抑或，對電極膜10a、20a之接著劑的塗佈，係亦可使用噴墨印表機等來進行。藉此，即便在電極膜10a、20a的面積增加時，亦可比以往更精度良好地將接著劑塗佈於區域40、55等之預定圖案的區域。而且，可抑制每個靜電致動器100A之伸縮動作的個體差。

而且，圖9所示之電極膜10a、20a為彼此交叉而配置且彎折，藉此，生成圖6所示之靜電致動器100A。

以上，在圖6~圖9所示的實施形態中，靜電致動器100A，係以使電極膜10a、20a彼此交叉且彎折地進行層積的方式而生成，該電極膜10a、20a，係在以預定圖案所配置的區域40或區域55塗佈有接著劑。而且，由於是藉由印刷處理，以預定圖案將接著劑分別塗佈於電極膜10a、20a，因此，靜電致動器100A，係即便在電極膜10a、20a的面積增加時，亦可比以往更輕易生成。

又，在電極膜10a的區域40、電極膜20a的區域50及寬度△D的間隙形成盤形彈簧構造。藉此，靜電致動器100A，係可將電極膜10a、20a間的距離維持在預定範圍(亦即2△D)內，且可將空間Sa、Sb中之電極膜10a、20a間的靜電力維持在預定值以上。

又，以使用印刷處理的方式，可比以往更精度良好地將接著劑分別塗佈於電極膜10a、20a。藉此，靜電致動器100A，係可使各層中之電極膜10、20間的伸縮動作成為均一，並可抑制每個靜電致動器100A的個體差。

又，以將電極膜10a與電極膜20a彼此交叉且彎折而生成靜電致動器100A的方式，生成折返部60。藉此，靜電致動器100A中施加相同極性的電壓之各層的電極，係經由折返部60彼此連接，而使靜電致動器100A之配線將變得容易。

藉由以上的詳細說明，可明確實施形態之特徵點及優點。其意為申請專利範圍在不脫離該精神及權利範圍的範圍下涉及如前述之實施形態的特徵點及優點。又，只要是該發明所屬之技術領域中具有通常知識者，則可輕易想到所有改良及變更，因此，並非意圖將具有發明性之實施形態的範圍限定於上述範圍，亦可依據包含於實施形態所揭示之範圍的適當改良物及等同物。

[產業上之可利用性]

由於具備有以上所說明之基本構成的靜電致動器，係小型且動作範圍大，而且，可實現較大的作用力，因此，以使家用電器之可動部分動作的致動器為代表，作為使機器手臂之關節等動作的致動器利用。

又，亦可將如上述所構成的靜電致動器作為壓力感測器利用。

10‧‧‧電極膜

20‧‧‧電極膜

30‧‧‧端構件

100‧‧‧靜電致動器

Claims

一種靜電致動器，其特徵係，具備有：複數個第1電極板，以第1圖案將接著劑塗佈於一方的面；及複數個第2電極板，以不同於前述第1圖案的第2圖案將前述接著劑塗佈於一方的面，前述第1電極板與前述第2電極板，係使塗佈有前述接著劑的面不相向而交互地層積，前述第1圖案，係具有複數個彼此等間隔而配置之預定形狀的第1區域，在複數個前述第1區域塗佈有前述接著劑，前述第2圖案，係配置於分別與前述複數個第1區域相對應的位置，且具有複數個與前述第1區域不同大小之前述預定形狀的第2區域，在除了複數個前述第2區域以外的區域塗佈有前述接著劑，前述第1電極板與前述第2電極板，係層積為前述各第1區域的中心與前述各第2區域的中心在層積方向彼此重疊，在前述第1區域與前述第2區域之間，係存在具有預定寬度的間隙，該間隙，係在靜電致動器藉由前述第1電極板與前述第2電極板所具有的彈性而伸縮時，作為鉸鏈部進行動作。
如申請專利範圍第1項之靜電致動器，其中，前述複數個第1區域的整個面積與除了前述複數個第 2區域以外之區域的面積，係彼此相等。
如申請專利範圍第1或2項之靜電致動器，其中，前述預定形狀，係圓、楕圓及角被弄圓之多角形的任一。
一種靜電致動器之製造方法，其特徵係，生成被具有預定厚度之介電質所夾住的複數個電極板，將前述複數個電極板中的一部分作為第1電極板，以第1圖案將接著劑塗佈於一方的面，將前述複數個電極板中的剩餘部分作為第2電極板，以不同於前述第1圖案的第2圖案將接著劑塗佈於一方的面，使塗佈有前述接著劑的面不相向而交互地層積前述第1電極板與前述第2電極板，前述第1圖案，係具有複數個彼此等間隔而配置之預定形狀的第1區域，在複數個前述第1區域塗佈有前述接著劑，前述第2圖案，係配置於分別與前述複數個第1區域相對應的位置，且具有複數個與前述第1區域不同大小之前述預定形狀的第2區域，在除了複數個前述第2區域以外的區域塗佈有前述接著劑，以使前述各第1區域的中心與前述各第2區域的中心在層積方向彼此重疊之方式，層積前述第1電極板與前述第2電極板，在前述第1區域與前述第2區域之間，係存在具有預定寬度的間隙，該間隙，係在靜電致動器藉由前述第1電極板與前述第2電極板所具有的彈性而伸縮時，作為鉸鏈部進行動作。
如申請專利範圍第4項之靜電致動器之製造方法，其中，前述接著劑，係藉由印刷處理進行塗佈。