特許 7048050 アクチュエータおよびアクチュエータの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-28

(45)【発行日】2022-04-05

(54)【発明の名称】アクチュエータおよびアクチュエータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02N 1/00 20060101AFI20220329BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20220329BHJP

【ＦＩ】

H02N1/00

H02N11/00 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018073799

(22)【出願日】2018-04-06

(65)【公開番号】P2019187038

(43)【公開日】2019-10-24

【審査請求日】2021-03-18

(73)【特許権者】

【識別番号】310001067

【氏名又は名称】ストローブ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100072718

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 史旺

(74)【代理人】

【識別番号】100097319

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 彰

(74)【代理人】

【識別番号】100151002

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 剛之

(74)【代理人】

【識別番号】100201673

【弁理士】

【氏名又は名称】河田 良夫

(72)【発明者】

【氏名】實吉 敬二

(72)【発明者】

【氏名】奥田 一雄

【審査官】小林 紀和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２４３８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－３１１７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２７０２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６４２０８１４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－０１３９６２８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｎ １／００

Ｈ０２Ｎ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面上に所定の間隔で並行して配置された複数の第１帯状電極を有する第１電極群と、前記第１電極群の前記複数の第１帯状電極が配置された方向と交差する方向に、前記第１電極群の平面上に前記所定の間隔で並行して配置され、前記第１電極群と逆極性の電圧が印加される複数の第２帯状電極を有する第２電極群と、前記第１電極群とは反対側で対向する前記第２電極群の平面上で前記複数の第１帯状電極の各々の間に並行して配置され、前記第１電極群と同じ極性の電圧が印加される複数の第３帯状電極を有する第３電極群と、前記第２電極群とは反対側で対向する前記第３電極群の平面上で前記複数の第２帯状電極の各々の間に並行して配置され、前記第１電極群と逆極性の電圧が印加される複数の第４帯状電極を有する第４電極群との組を複数備え、
複数の前記組は、前記第１電極群の平面の垂直方向に積層され、
前記第１電極群と前記第２電極群とは、前記複数の第１帯状電極と前記複数の第２帯状電極とがそれぞれ交差する位置において接合され、
前記第２電極群と前記第３電極群とは、前記複数の第２帯状電極と前記複数の第３帯状電極とがそれぞれ交差する位置において接合され、
前記第３電極群と前記第４電極群とは、前記複数の第３帯状電極と前記複数の第４帯状電極とがそれぞれ交差する位置において接合され、
前記第４電極群と隣接する組の前記第１電極群とは、前記複数の第４帯状電極と前記隣接する組の前記複数の第１帯状電極とがそれぞれ交差する位置において接合される
ことを特徴とするアクチュエータ。

【請求項2】

請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
前記第１帯状電極、前記第２帯状電極、前記第３帯状電極および前記第４帯状電極は、互いに同じ幅を有し、
前記所定の間隔は、前記第１帯状電極の幅である
ことを特徴とするアクチュエータ。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のアクチュエータにおいて、
前記第１帯状電極、前記第２帯状電極、前記第３帯状電極および前記第４帯状電極は、誘電体で覆われていることを特徴とするアクチュエータ。

【請求項4】

所定の厚みを有する誘電体に挟み込まれた複数の帯状電極を形成し、
前記複数の帯状電極のうち一部を第１電極群として所定の間隔で並行に平面上に配置し、
前記複数の帯状電極のうちの一部を第２電極群として、前記第１電極群の複数の帯状電極が配置された方向と交差する方向に、前記第１電極群の平面上に前記所定の間隔で並行して配置して、前記第１電極群の複数の第１帯状電極と前記第２電極群の複数の第２帯状電極とがそれぞれ交差する位置において前記第１電極群と前記第２電極群とを接合し、
前記複数の帯状電極のうちの一部を第３電極群として、前記第１電極群とは反対側で対向する前記第２電極群の平面上で前記複数の第１帯状電極の各々の間に並行して配置して、前記複数の第２帯状電極と前記第３電極群の複数の第３帯状電極とがそれぞれ交差する位置において前記第２電極群と前記第３電極群とを接合し、
前記複数の帯状電極のうちの残りを第４電極群として、前記第２電極群とは反対側で対向する前記第３電極群の平面上で前記複数の第２帯状電極の各々の間に並行して配置して、前記複数の第３帯状電極と前記第４電極群の複数の第４帯状電極とがそれぞれ交差する位置において前記第３電極群と前記第４電極群とを接合し、
前記第１電極群、前記第２電極群、前記第３電極群および前記第４電極群との組の複数を、前記複数の第４帯状電極と隣接する組の前記複数の第１帯状電極とがそれぞれ交差する位置において前記第４電極群と前記隣接する組の前記第１電極群とを接合して、前記隣接する組の前記第１電極群の平面の垂直方向に積層する
ことを特徴とするアクチュエータの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクチュエータおよびアクチュエータの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アクチュエータは、軽量でありながら大きな駆動力を得ることができるため、磁力を利用したモータ等に代わるものとして期待されている。

【0003】

例えば、多数の電極を積層し、電極と電極の間に印加される電圧に応じて伸縮させる積層型静電アクチュエータの技術が提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－２４３８０５号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来技術では、同じ極性の電圧が印加される電極は、積層される方向で互いに接合されるが、異なる極性の電圧が印加される電極とは接合されないため、重力等の外力によりアクチュエータの構造が変形し易く、アクチュエータの出力が安定しないという問題がある。

【0006】

本発明は、従来と比べて安定した構造を有し大きな力を出力できるアクチュエータおよびアクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明を例示するアクチュエータの一態様は、平面上に所定の間隔で並行して配置された複数の第１帯状電極を有する第１電極群と、第１電極群の複数の第１帯状電極が配置された方向と交差する方向に、第１電極群の平面上に所定の間隔で並行して配置され、第１電極群と逆極性の電圧が印加される複数の第２帯状電極を有する第２電極群と、第１電極群とは反対側で対向する第２電極群の平面上で複数の第１帯状電極の各々の間に並行して配置され、第１電極群と同じ極性の電圧が印加される複数の第３帯状電極を有する第３電極群と、第２電極群とは反対側で対向する第３電極群の平面上で複数の第２帯状電極の各々の間に並行して配置され、第１電極群と逆極性の電圧が印加される複数の第４帯状電極を有する第４電極群との組を複数備え、複数の組は、第１電極群の平面の垂直方向に積層され、第１電極群と第２電極群とは、複数の第１帯状電極と複数の第２帯状電極とがそれぞれ交差する位置において接合され、第２電極群と第３電極群とは、複数の第２帯状電極と複数の第３帯状電極とがそれぞれ交差する位置において接合され、第３電極群と第４電極群とは、複数の第３帯状電極と複数の第４帯状電極とがそれぞれ交差する位置において接合され、第４電極群と隣接する組の第１電極群とは、複数の第４帯状電極と隣接する組の複数の第１帯状電極とがそれぞれ交差する位置において接合される。

【0008】

また、第１帯状電極、第２帯状電極、第３帯状電極および第４帯状電極は、互いに同じ幅を有し、所定の間隔は、第１帯状電極の幅であってもよい。

【0009】

また、第１帯状電極、第２帯状電極、第３帯状電極および第４帯状電極は、誘電体で覆われていてもよい。

【0010】

本発明を例示するアクチュエータの製造方法の一態様は、所定の厚みを有する誘電体に挟み込まれた複数の帯状電極を形成し、複数の帯状電極のうち一部を第１電極群として所定の間隔で並行に平面上に配置し、複数の帯状電極のうちの一部を第２電極群として、第１電極群の複数の帯状電極が配置された方向と交差する方向に、第１電極群の平面上に所定の間隔で並行して配置して、第１電極群の複数の第１帯状電極と第２電極群の複数の第２帯状電極とがそれぞれ交差する位置において第１電極群と第２電極群とを接合し、複数の帯状電極のうちの一部を第３電極群として、第１電極群とは反対側で対向する第２電極群の平面上で複数の第１帯状電極の各々の間に並行して配置して、複数の第２帯状電極と第３電極群の複数の第３帯状電極とがそれぞれ交差する位置において第２電極群と第３電極群とを接合し、複数の帯状電極のうちの残りを第４電極群として、第２電極群とは反対側で対向する第３電極群の平面上で複数の第２帯状電極の各々の間に並行して配置して、複数の第３帯状電極と第４電極群の複数の第４帯状電極とがそれぞれ交差する位置において第３電極群と第４電極群とを接合し、第１電極群、第２電極群、第３電極群および第４電極群との組の複数を、複数の第４帯状電極と隣接する組の複数の第１帯状電極とがそれぞれ交差する位置において第４電極群と隣接する組の第１電極群とを接合して、隣接する組の第１電極群の平面の垂直方向に積層する。

【発明の効果】

【0011】

本発明は、従来と比べて安定した構造を有し大きな力を出力できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】アクチュエータの一実施形態を示す図である。

【図2】図１に示した電極フィルムの配置のパターンと、塗布される接着剤のパターンとの一例を示す図である。

【図3】図１に示したアクチュエータの製造方法の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を用いて実施形態を説明する。

【0014】

図１は、アクチュエータの一実施形態を示す。

【0015】

図１に示したアクチュエータ１００は、網掛けで示した接着剤がそれぞれ塗布された電極フィルム１０－４０の順序に積層された一組がＺ軸方向に積層され、アクリル板等の２つの端部材５０で挟まれた積層型静電アクチュエータである。

【0016】

電極フィルム１０－４０の各々は、例えば、銅等の金属膜をＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルム等の誘電体膜で挟まれた帯状の電極板である。電極フィルム１０－４０の厚さは、例えば、４マイクロメートル等である。そして、電極フィルム１０－４０のＺ軸上方の面の各々には、例えば、互いに異なるパターンでシリル化ウレタン等の接着剤が塗布される。なお、電極フィルム１０－４０の各々の長さおよび幅は、互いに同じとする。

【0017】

図２は、図１に示した電極フィルム１０－４０の配置のパターンと、塗布される接着剤のパターンの一例を示す。図２（ａ）は、電極フィルム１０の配置のパターンと、電極フィルム１０に塗布される接着剤のパターンとを示し、図２（ｂ）は、電極フィルム２０の配置のパターンと、電極フィルム２０に塗布される接着剤のパターンとを示す。図２（ｃ）は、電極フィルム３０の配置のパターンと、電極フィルム３０に塗布される接着剤のパターンとを示し、図２（ｄ）は、電極フィルム４０の配置のパターンと、電極フィルム４０に塗布される接着剤のパターンとを示す。

【0018】

図２（ａ）に示すように、例えば、４本の電極フィルム１０は、第１電極群として、端部材５０のＸＹ平面上のＹ軸方向に延在して、Ｘ軸方向に電極フィルム１０の幅の間隔で配置される。そして、各電極フィルム１０には、Ｚ軸方向に積層する４本の電極フィルム２０がＸ軸方向に延在して、Ｙ軸方向に電極フィルム２０の幅の間隔で配置される位置に、網掛けで示した接着剤が塗布される。なお、接着剤が塗布される代わりに、両面テープ等が配置されてもよい。

【0019】

図２（ｂ）に示すように、４本の電極フィルム２０の各々は、図２（ａ）で塗布された接着剤で電極フィルム１０と接合され、第２電極群として配置される。そして、各電極フィルム２０には、Ｚ軸方向に積層する３本の電極フィルム３０がＹ軸方向に延在して、１層目の４本の電極フィルム１０それぞれの間に、すなわち電極フィルム３０の幅の間隔で配置される位置に接着剤が塗布される。なお、図２（ｂ）では、電極フィルム２０は、電極フィルム１０に印加される電圧と逆極性の電圧が印加されるため、網掛けで示す。

【0020】

図２（ｃ）に示すように、３本の電極フィルム３０の各々は、図２（ｂ）で塗布された接着剤で電極フィルム２０と接合され、第３電極群として配置される。そして、各電極フィルム３０には、Ｚ軸方向に積層する３本の電極フィルム４０がＸ軸方向に延在して、２層目の４本の電極フィルム２０それぞれの間に、すなわち電極フィルム４０の幅の間隔で配置される位置に接着剤が塗布される。

【0021】

図２（ｄ）に示すように、３本の電極フィルム４０の各々は、図２（ｃ）で塗布された接着剤で電極フィルム３０と接合され、第４電極群として配置される。そして、各電極フィルム４０には、Ｚ軸方向に積層する次の組の１層目の４本の電極フィルム１０それぞれが配置される位置に接着剤が塗布される。なお、図２（ａ）に示した４本の電極フィルム１０は、図２（ｄ）に示したパターンで接着剤が塗布された端部材５０のＸＹ平面上に配置されるのが好ましい。

【0022】

このように、互いに異なる極性の電圧が印加される電極フィルム１０と電極フィルム２０、電極フィルム２０と電極フィルム３０、電極フィルム３０と電極フィルム４０、電極フィルム４０と隣接する組の電極フィルム１０とが互いに接着される。これにより、アクチュエータ１００は、Ｘ軸またはＹ軸方向等から外力が加えられたとしても構造を安定して維持できる。

【0023】

また、同じ極性の電圧が印加される電極フィルム１０と電極フィルム３０、および電極フィルム２０と電極フィルム４０とは、Ｘ軸またはＹ軸方向に、電極フィルムの幅の間隔で交互に配置されるため、従来のヒンジ部として動作する部分を省略できる。これにより、アクチュエータ１００は、Ｚ軸方向に伸びにくい構造となり、Ｚ軸方向の電極フィルム間の距離を小さくすることができ、従来と比べて大きな力を出力できる。

【0024】

なお、図２では、第１電極群の電極フィルム１０は４つ、第２電極群の電極フィルム２０は４つ、第３電極群の電極フィルム３０は３つ、第４電極群の電極フィルム４０は３つとしたが、これに限定されない。電極フィルム１０－４０の各々の数は、アクチュエータ１００のＸＹ平面の大きさや、アクチュエータ１００に要求される出力の大きさ等に応じて適宜決定されることが好ましい。

【0025】

また、アクチュエータ１００のＸＹ平面の形状は、正方形としたが、長方形等の矩形でもよい。そして、電極フィルム１０－４０の各々の数は、アクチュエータ１００のＸＹ平面の形状や、アクチュエータ１００に要求される出力の大きさ等に応じて適宜決定されることが好ましい。

【0026】

図３は、図１に示したアクチュエータ１００の製造方法の一例を示す。例えば、電極フィルム１０－４０を生成するために、銅薄膜をＰＥＴフィルムで挟んだ電極シートが生成される（図３（ａ））。図３（ａ）に示した電極シートは、例えば、図中の破線に沿って帯状に切断される（図３（ｂ））。そして、図３（ｂ）に示した帯状に切断された電極シート（すなわち電極フィルム１０－４０）には、エッチング処理が施され、切断面に露出している銅薄膜が除去される（図３（ｃ））。図３（ｃ）に示したエッチングされた電極シートは、切断面がＰＥＴフィルムで接合され、電極フィルム１０－４０として生成される。

【0027】

生成された電極フィルム１０－４０の各々は、図２（ａ）から図２（ｄ）に示した順序で配置され、Ｚ軸方向に積層される。これにより、アクチュエータ１００は生成される。

【0028】

以上、図１から図３に示した実施形態では、アクチュエータ１００は、互いに異なる極性の電圧が印加される電極フィルム１０と電極フィルム２０、電極フィルム２０と電極フィルム３０、電極フィルム３０と電極フィルム４０、電極フィルム４０と隣接する組の電極フィルム１０とがＺ軸方向で互いに接着される。これにより、アクチュエータ１００は、重力等の外力が加えられたとしても構造を安定して維持できる。

【0029】

また、同じ極性の電圧が印加される電極フィルム１０と電極フィルム３０、および電極フィルム２０と電極フィルム４０とは、Ｘ軸またはＹ軸方向に、電極フィルムの幅の間隔で交互に配置されることで、従来のヒンジ部として動作する部分を省略できる。これにより、アクチュエータ１００は、Ｚ軸方向に伸びにくい構造となり、Ｚ軸方向の電極フィルム間の距離を小さくすることができ、従来と比べて大きな力を出力できる。

【0030】

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図する。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物によることも可能である。

【符号の説明】

【0031】

１０，２０，３０，４０…電極フィルム；５０…端部材；１００…アクチュエータ

【図1】

【図2】

【図3】