JPH0942215A - フィルムアクチュエータ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速で流体を送る小型流体アクチュエータを
簡単な構成のフィルムアクチュエータ素子で実現する。 【構成】 導電性材料でできた金属薄膜と絶縁性材料で
できた誘電フィルムからなるフィルム３１〜３９と、フ
ィルム３１〜３９に電荷を与える電極２１〜２９とを有
するアクチュエータ素子であって、フィルム３１〜３９
と電極２１〜２９を交互に複数段積層し、流体の移動方
向はフィルム面の移動方向に対し垂直に流すことによっ
て流体を脈動させることなく連続的に流体の高速の移動
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明のフィルムアクチュエータ
素子は、例えば閉じた形では小型の油圧機器として利用
可能な他、小型のアクチュエータとして様々な分野に応
用できる。

【０００２】

【従来の技術】特開平５−３０２６８４号公報には、変
曲面を有するフィルムがその変曲面を移動することによ
ってフィルムで開口部を開閉するバルブが記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
におけるバルブ方式では、それ自身が流体を流す機構に
する際、バルブ部とポンプ作用部が存在し、流体を脈動
させることなく直接流量の制御を行うことができず、ま
たフィルム面の移動方向に流体が送られるため、流体の
経路は複雑であり流体の高速移動には適していなかっ
た。 本発明の主な目的は高速で流体を送る小型流体ア
クチュエータを簡単な構成のフィルムアクチュエータ素
子で実現することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、フィルムアクチュエータ素子を導電性材料
でできた金属薄膜と絶縁性材料でできた誘電フィルムか
らなるフィルムと、該フィルムに電荷を与える電極とを
有し、前記フィルムと前記電極を交互に複数段積層して
形成したもの及び各請求項に示したようにそれに類した
ものである。

【０００５】

【作用及び発明の効果】本発明のフィルムアクチュエー
タ素子は静電力もしくは電磁力によるフィルムの開閉動
作を連結することによって流体を流す。また、本発明の
フィルムアクチュエータ素子は、フィルムと電極の近接
した部分から順次静電力もしくは電磁力によりフィルム
が閉じてゆくため、流体の移動方向はフィルム面の移動
方向に対し垂直に流れ、連続的な流体の高速の移動を行
う。

【０００６】また、電極の厚みは任意に調整可能であ
る。また、構造上任意数の積層が可能である。従って、
この積層構造によって脈動をなくし、またこの厚みと積
層数によって流量調節ができる。更に、誘電フィルム上
に電極も一体的に蒸着して形成した一体型フィルムを積
層することによって小型化を容易かつ安価に製造可能に
した。

【０００７】

【実施例】図１は本発明のフィルムアクチュエータ素子
の第１実施例の斜視図に各電極と、駆動制御手段１３お
よび電圧印加手段１４との接続状態を示したフィルムア
クチュエータの構成を示す斜視図である。本フィルムア
クチュエータ素子の第１実施例は、金属薄膜の蒸着され
た高誘電率のフィルム３１〜３９と、その両端を支持お
よび駆動する電極２１〜２９と、フィルム３１〜３９
と、電極２１〜２９を保持するアクリル製の外殻１によ
り構成される。これらの全構成物は内部の流体を密封す
る容器の役割も果たす。

【０００８】このフィルムアクチュエータ素子に、前記
電極に図１に図示するように接続される駆動制御手段１
３および電圧印加手段１４が加わってフィルムアクチュ
エータが形成される。電極２１〜２９は銅などの導電性
の良い金属を材料として用いる。電極２１はフィルム３
１を駆動する。以下同様に各電極がフィルムを各１枚ず
つ駆動する。この電極２１〜２９は金属加工によって製
作されるが、蒸着やエッチングによって薄くできる。

【０００９】断面形状は三角形もしくは五角形が良い。
これは図１のように流体通路部に角部を設けることによ
ってフィルムが閉じた際に密封するためである。また、
この電極２１〜２９は流体の流れる空間を確保する役割
も果たす。フィルム３１〜３９は誘電フィルムに金属薄
膜が蒸着されたものである。金属薄膜としてはアルミニ
ウム等の材料が用いられるが、他にポリアニリン等の導
電性液体を誘電フィルムに塗布する方法もある。

【００１０】誘電フィルムとしてはコンデンサ等に用い
られている四ふっ化エチレン樹脂等のフィルムを用いる
が、誘電率が高いほど、電荷を与えた時のフィルム間の
引きつけ合う力が強いため高誘電率フィルムを用いたほ
うが良い。また、樹脂等の材料からなる誘電フィルムを
用いることによりアクチュエータとして柔軟に駆動で
き、金属薄膜単体での駆動より強度および耐久性が向上
する。

【００１１】図２はフィルムの接触部である図１中のＡ
部の拡大図である。図２において３１ａおよび３２ａは
誘電フィルム、３１ｂおよび３２ｂは金属薄膜を示す。
フィルム３１および３２の接触部ではフィルム３１の金
属薄膜３１ｂとフィルム３２の誘電フィルム３２ａが接
触するように構成されており、誘電フィルム３２ａはフ
ィルム３１、３２同士の接触部の絶縁も行っている。

【００１２】フィルムアクチュエータ素子はフィルムと
電極を積層する事によって、発生力を増やし、応答性が
良くなる。図１はアクチュエータの構成の一例である
が、さらに多積層化、小型化するためには電極およびフ
ィルムを薄くすれば良い。但し、誘電フィルムの薄膜化
は絶縁破壊が起こらない程度であることが必要である。
このフィルムアクチュエータ素子のフィルムの駆動は静
電力だけでなく、電磁力での駆動でも可能である。図３
にその磁性フィルムを用いた構成のフィルムアクチュエ
ータ素子の第２実施例を示す。前記第１実施例と異なる
点はフィルムにはコイルのパターンを形成してあり、そ
のフィルム３１〜３５と磁気フィルム５１〜５４を交互
に積層することによって電磁引力で駆動する。このため
４１〜４４の部分は電極である必要がないので空間確保
ができる空間保持部材であれば材料は任意である。

【００１３】また、小型化、多積層化については図４に
示す第３実施例である別の方法によって実現することが
できる。これは誘電フィルム６１上にフィルム駆動用の
金属薄膜６２および電荷供給の役割と空間確保の役割を
兼ねた電極６３を蒸着によってパターニングした一体型
フィルム６を電極６３が図４のように交互に配置される
ように積層し、アクリル等の外殻１で固定するという方
法である。

【００１４】この方法ではより簡便な製造、組付け行程
を用いることができるため、小型で安価なフィルムアク
チュエータ素子が提供できる。図５、図６は図１に示し
たフィルムアクチュエータ素子の第１実施例の正面図で
ある。図５、図６に本発明のフィルムアクチュエータ素
子の第１実施例の動作パターンの一例を示す。

【００１５】まず、電極２２、２６に負の電荷、電極２
４、２８に正の電荷を与えて保つ。次に、電極２１、２
５、２９に正の電荷、電極２３、２７に負の電荷を与え
ると図５のようにフィルム３１と３２、フィルム３３と
３４、フィルム３５と３６、フィルム３７と３８が貼り
付く。この時、フィルム同士の引きつけ合う力は距離の
２乗に反比例するためフィルムが接している図に向かっ
て左側から右側に徐々に閉じてゆく。

【００１６】同様に電極２１、２５、２９に負の電荷、
電極２３、２７に正の電荷を与えると図６のようにフィ
ルム３２と３３、フィルム３４と３５、フィルム３６と
３７、フィルム３８と３９がそれぞれ図に向かって、右
側から左側に徐々に閉じてゆく。以上、電極２１、２
３、２５、２７、２９の電荷を交互に切り換えることに
よって、図５と図６の状態を交互に繰り返す。また、こ
の時この電極配置は電荷切り換えの際に貼り付いたフィ
ルム同士が同じ電荷を帯びるため剥がれやすく、より素
早い動作を行うことができる。

【００１７】図７は本発明におけるフィルムアクチュエ
ータ素子の第４実施例である。アクチュエータとして作
動させる場合の各電極と電圧印加手段および駆動制御手
段との接続、および基本的な動作は前記第１実施例のア
クチュエータと同様である。第４実施例では、図７に示
すフィルム９のように１枚の誘電フィルム上に金属薄膜
を四角形で等間隔にパターニングする。また、電極は金
属薄膜と同じ幅でできており、その間を絶縁物８で接続
する。本第４実施例のフィルムアクチュエータ素子はパ
ターニングの施されたフィルム９と絶縁物８でつながれ
た電極を交互に積層する。これにより２枚のフィルムと
一連の電極によって１つの閉じた空間が形成される。図
７の第４実施例ではその閉じた空間が〜の８つ存在
することになる。この空間内に流体を入れる。隣り合う
電極は絶縁と密封のためアクリル等の絶縁物でつなぐ。
上部の外殻１は一体であってもよい。

【００１８】本第４実施例のフィルムアクチュエータ素
子の駆動の一例を図８に示す。ここで図５の状態をａ、
図６の状態をｂとし、図８に各々のフィルムアクチュエ
ータの状態をａ、ｂで表す。図８のようなフィルムアク
チュエータ素子の駆動パターンで駆動を繰り返すことに
よって、図８のハッチングを施した矢印の示す方向に流
体は流れる。以上の駆動により図７のの口と図
７のの口から交互に流体が流れ、脈動のない直
接流量制御を行うことができる。

【００１９】図９に本発明の第４実施例のフィルムアク
チュエータ素子を用いたアクチュエータの応用例を示
す。これは第４実施例のフィルムアクチュエータ素子を
用いたアクチュエータ１０とベローズ１１と仕切口１２
およびそれらによって密封された流体で構成される。仕
切口１２は図７の空間を塞ぎ、空間と
ベローズ１１の空間をつなぐ役割をする。

【００２０】このアクチュエータ１０の作用により流体
が移動し、ベローズ１１が伸び縮みする。なお、このア
クチュエータ１０は前記図１に示した第１実施例の単体
のアクチュエータでも製作可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のフィルムアクチュエータ
素子を用いたフィルムアクチュエータの構成を示す斜視
図である。

【図２】フィルムの接触部である図１中のＡ部の拡大図
である。

【図３】本発明の第２実施例の磁性フィルムを用いたフ
ィルムアクチュエータ素子によるフィルムアクチュエー
タの構成を示す斜視図である。

【図４】本発明の第３実施例のフィルムアクチュエータ
素子の分解構造図である。

【図５】図１に示した第１実施例のフィルムアクチュエ
ータ素子の作動状態ａを示す正面図である。

【図６】図１に示した第１実施例のフィルムアクチュエ
ータ素子の作動状態ｂを示す正面図である。

【図７】本発明の第４実施例のフィルムアクチュエータ
素子を示す斜視図である。

【図８】図７に示した第４実施例のフィルムアクチュエ
ータ素子の駆動の一例を示す作動説明図である。

【図９】本発明の第４実施例のフィルムアクチュエータ
素子を用いたアクチュエータの応用例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

６ 一体型フィルム ８ 絶縁物 ９、３１〜３９ フィルム ２１〜２９、６３ 電極 ３１〜３５ コイルパターンを形成したフィルム ３１ａ、３２ｂ、６１ 誘電フィルム ３１ｂ、３２ｂ、６２ 金属薄膜 ４１〜４４ 空間保持部材 ５１〜５４ 磁性フイルム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性材料でできた金属薄膜と絶縁性材
   料でできた誘電フィルムからなるフィルムと、該フィル
   ムに電荷を与える電極とを有するアクチュエータ素子で
   あって、前記フィルムと前記電極を交互に複数段積層し
   たことを特徴とするフィルムアクチュエータ素子。
2. 【請求項２】 絶縁性材料上にコイルパターンを形成し
   たフィルムと、磁性フィルムと、前記フィルムに通電す
   る電極と、空間保持部材とを交互に複数段積層したこと
   を特徴とするフィルムアクチュエータ素子。
3. 【請求項３】 絶縁性材料上に導電性材料でできた金属
   薄膜の四角形のパターンを等間隔に形成したフィルム
   と、該フィルムに電荷を与え前記導電性材料でできた金
   属薄膜と同じ幅を持ちその間を絶縁物で接続した電極を
   有するアクチュエータ素子であって、前記フィルムと前
   記電極を交互に複数段積層したことを特徴とするフィル
   ムアクチュエータ素子。
4. 【請求項４】 導電性材料でできた金属薄膜上に電極を
   蒸着することによって一体的に形成した一体型フィルム
   を、前記電極が交互に配置されるように積層することを
   特徴とするフィルムアクチュエータ素子の製造方法。