[发明专利]静电致动器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及致动器，尤其涉及静电致动器及其制造方法。

背景技术

静电致动器是一种其移动部件按照库仑定律被静电力驱动的设备。如图1所示，静电致动器的典型结构包括两个平行的电极板A。当电压电势被施加在该两个平行的电极板之间时，移动的电极板将向固定的电极板移动。在移除了被施加到该两个平行的电极板的电压电势之后，该移动的电极板通过例如来自支撑弯曲部分的回复力回到它的初始位置。静电致动器由于低功率消耗和快速响应广泛地用在许多应用中，例如加速度计、可变形的光学装置、中继器和阀。

在图1所示的静电致动器中所产生的吸引力F能够按照以下等式(1)计算。

其中，V是所施加的电压，d是在两个平行的电极板之间的间隙距离，ε是在两个电极板之间的介质的介电常数，以及，A是电极板的面积。按照以上等式(1)，该吸引力是该间隙距离的平方的倒数。因此，在移动的电极板和固定的电极板之间的初始间隙距离不能是大的，否则该吸引力将会很小。另一方面，在移动过程中，随着该间隙距离减少，该吸引力将比弹力增大得更快。众所周知，当两个电极板之间的间隙距离小于该初始间隙距离的2/3，或者该移动的电极板的移动距离大于该初始间隙距离的1/3时，来自支撑弯曲部分的回复弹力不能抵消该静电力，从而发生吸合失稳(Pull-in Instability)。在某些情况下，该吸合失稳能够毁坏静电致动器，因为它此后不可能再分开电极板。因此，常规的静电致动器的平稳移动距离通常被限制为初始间隙距离的1/3。虽然增大在电极板之间的初始间隙距离是用于增大平稳移动距离的最简单的方案，但是该方案导致低的输出力或者高的驱动电压，这在许多应用中是不合需要的。

日本研究人员Y.Hata、K.Okuda和K.Saneyoshi提出了一种堆栈型静电致动器(请参阅Y.Hata,K.Okuda,K.Saneyoshi,Development of Fish Robot Using Stacked-Type Electrostatic Actuators,the 17th International Conference on Electrical Machines,2006)。通过交替地在相互周围折叠两个带状电极而形成该堆栈型静电致动器，其中，这两个带状电极的每一个由夹在两个薄塑料薄膜之间的薄金属导线形成。通过施加电压到该两个带状电极的其中一个以及将该两个带状电极的另一个接地，每一个电极层被充电，从而产生吸引的静电力。因为静电力垂直于电极，所以该堆栈型静电致动器没有失去任何驱动力，并且因为许多电极部件垂直堆积在一起，所以它能取得大的位移。因此，该堆栈型静电致动器相比其它静电致动器可以输出高静电力和取得大的平稳移动距离。

然而，因为该两个带状电极需要被交替折叠以形成多层结构，因此该堆栈型静电致动器的制造很复杂。当为了获得每单元面积的大静电力的目的而小型化该静电致动器，例如每一个带状电极仅几毫米宽和0.1毫米厚时，该折叠处理将更加困难。

发明内容

本发明实施例提供一种静电致动器及其制造方法，通过该静电致动器及其制造方法，静电致动器能够容易制造。

按照本发明实施例的一种静电致动器，包括：一个弹性的带状物；以及，多个电极板对，其中，所述多个电极板对的每一个电极板对把所述弹性的带状物夹在中间，其中，通过所述弹性的带状物的折叠，所述多个电极板对被堆积成多层结构。

在一种具体实现中，所述多个电极板对的任意两个相邻的电极板对之间的间隙距离是相同的。

在一种具体实现中，所述弹性的带状物是绝缘的。

在一种具体实现中，所述多个电极板对的电极板具有相同的形状和大小。

在一种具体实现中，所述多个电极板对是相互平行的。

在一种具体实现中，所述弹性的带状物包括多个活性聚合体部分和多个非活性聚合体部分，所述多个活性聚合体部分和所述多个非活性聚合体部分交替连接，其中，所述弹性的带状物在所述多个活性聚合体部分处被折叠，以及所述多个电极板对中的每一个电极板对在所述多个非活性聚合体部分的其中一个上把所述弹性的带状物夹在中间。

在一种具体实现中，所述多个聚合体部分是在预定温度收缩的聚酰亚胺铰链或者利用电阻加热致动的形状记忆聚合体元件。

在一种具体实现中，所述多个电极板对中的每一个电极板的表面被涂有绝缘材料。