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静電アクチュエータ 新技術説明会 外国出願あり

国内特許コード P07P005327
整理番号 IP293
掲載日 2007年12月28日
出願番号 特願2006-143875
公開番号 特開2007-318861
登録番号 特許第4882065号
出願日 平成18年5月24日(2006.5.24)
公開日 平成19年12月6日(2007.12.6)
登録日 平成23年12月16日(2011.12.16)
発明者
  • 南 和幸
出願人
  • 国立大学法人山口大学
発明の名称 静電アクチュエータ 新技術説明会 外国出願あり
発明の概要

【課題】静電エネルギーを非線形ばねに蓄積することで、効率よく機械的仕事に変換でき、大きな変位を得ることができる静電アクチュエータを提供する。
【解決手段】第1電極と、前記第1電極に対向し、相対的に前記対向する方向に移動可能に所定の間隔をもって配設された第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に静電引力を生成させるための静電気力生成手段と、前記第1電極と前記第2電極との間の静電引力による仕事を弾性エネルギーとして蓄積するための弾性手段と、前記弾性手段の前記弾性エネルギーの開放により駆動される出力部とを備えた動作部と、前記動作部が表面上に配置された基板と、前記基板表面に沿っての前記動作部と前記基板との間欠的な相対的移動を制御する制御手段と、を備え、前記動作部と前記基板との相対的移動を可能とする。
【選択図】 図6

従来技術、競合技術の概要


従来の電磁アクチュエータの場合には電流を流し放しの状態となるのに対し、静電アクチュエータの場合には、初期の充電時のみに電流が流れるため省エネルギーにも寄与するものである。



また、静電アクチュエータは、半導体製造技術を適用した、いわゆる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。



従来の平行平板型静電アクチュエータは、固定電極Kと可動電極Mとを対向配置し、両者に電圧を印加して電極間隔を小さくする方向の静電駆動力を得るものである。この場合の静電駆動力Feはεを比誘電率、真空の誘電率をε、dを電極間隔、Sを対向電極面積、Vを印加電圧とすれば、
Fe=ε・ε・S・V/2d ・・・・(1)
として表される。



上記(1)式より明らかなように、静電引力は電極間隔が小さくなるにつれて、急激に増加していく特性を持っている。従来は静電引力を仕事に変換することができるポテンシャルを持ちながら、初期発生力が弱く、実際には十分な仕事量を取り出すことが出来ない問題を有していた。



そして、変位量が極めて小さいためその適用範囲や用途が制限されていた。そこで、特許文献1では、大きな変位量を発生させることを目的として、ラチェット機構を含む板ばねのばね力を利用した静電式アクチュエータが開示されている。



即ち、可動部材と、板ばねを持ち前記可動部材を第1の方向に変位させる1対の第1駆動部材と、板ばねを持ち前記可動部材を第2の方向に変位させる1対の第2駆動部材とを固定部材上に配置し、前記各駆動部材と固定部材との静電力を利用して可動部材を双方向に変位可能とし、前記固定部材と可動部材との間の静電力を利用して一定位置に保持させる静電式アクチュエータが開示されている。



しかしながら、特許文献1の装置では、駆動力が、可動部材を支持する部材の変形(弾性エネルギー)に消費されているため、外部に取り出せる力はどんどん弱くなるものである。そして、単に大きな変位を得ようとしたものであり、駆動の為の発生力に関しては考慮されていなかった。

【特許文献1】特開平5-220680号公報

産業上の利用分野


本発明は、電極間の静電引力を効率良く機械的仕事に変換することができる超小型の静電アクチュエータに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
静電アクチュエータであって、次の(a)~(e)の構成を有する、
(a)上基板と、これに所定の間隔を持って配置された下基板よりなり、
(b)上又は下基板には、少なくとも一方が移動可能な部材が支持部材を介して移動可能に接続され、該移動可能な部材(一方のみが移動可能な場合は該部材と基板)には、それぞれ駆動用電極である第1電極及び第2電極が対向して備わり、該駆動用電極は電圧が印加された時対向方向に移動し得る如く構成されており、
(c)駆動用電極間には両端に吸着電極が存在する弾性部材が配置され、該弾性部材は、両駆動用電極による押圧で歪みを生じエネルギーを蓄積すると共に、長手方向の長さが伸長又は短縮する如く構成され、
(d)弾性部材と上又は下基板との間に出力シートが移動可能に挿入されており、出力シートには弾性部材の一方の端部に存在する吸着電極に対向する位置に対極となる電極を備えており、且つ上又は下基板も弾性部材及び出力シートが有する吸着電極の対極となる電極を対向して有しており、
(e)各吸着電極は、それぞれ別個に対極との間に電圧を印加する手段に電気的に接続され、吸着電極はそれぞれ対極との間に電圧を印加されることにより静電気的に吸着固定される機能を有している、
(a)~(e)を特徴とする静電アクチュエータ。

【請求項2】
前記弾性部材は、前記第1電極と前記第2電極との間に配設された非線形ばねであることを特徴とする請求項1記載の静電アクチュエータ。

【請求項3】
前記弾性部材が板ばねであることを特徴とする請求項1又は2記載の静電アクチュエータ。

【請求項4】
前記弾性部材が弓幹状ばねであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電アクチュエータ。

【請求項5】
前記第1電極と前記第2電極が共に可動電極であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の静電アクチュエータ。

【請求項6】
前記第1電極と前記第2電極の一方が固定電極、他方が可動電極であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の静電アクチュエータ。

【請求項7】
前記第1電極が基板に固定され、前記第2電極が移動可能に構成されていることを特徴とする請求項6記載の静電アクチュエータ。

【請求項8】
前記第2電極が基板に固定され、前記第1電極が移動可能に構成されていることを特徴とする請求項6記載の静電アクチュエータ。
産業区分
  • 発電、電動
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2006143875thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
山口TLOは平成11年11月に山口大学の教官50名の出資により設立された、リエゾン一体型のTLO活動会社です。山口大学を主とし、山口県内の大学・高専の研究成果をご紹介致します。特許の内容に興味を持たれた方は、下記までご連絡ください。


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