静电致动器和用于生产其的方法_2

文档序号:9634701阅读:来源:国知局
[(K)郎]图化示出图la中的装置的俯视图。在其被夹紧的端处,通过弯折件22的整个宽 度的侧向伸展W固定的方式夹紧弯折件22。弯折件22包括形成悬臂28W使从悬臂28到 弯折件22的过渡部邻近弯折件22的可偏转端设置的凹槽34,使得如图la所示,在朝向夹 具18的一侧,悬臂28从在其内沿静止电极的方向设置弯折件的平面偏转出。凹槽35能够 在生产过程中或通过不在凹槽35的位置形成弯折件或通过随后移除材料实现。
[0059] 除了在接触点31处部分地关闭悬臂电极29和静止电极14之间的间隙17,从而 减少偏转弯折件的可偏转端所需的张力之外,悬臂电极29和电极14之间的接近导致弯折 件22和静止电极14之间的增加的力生成,运增加弯折件22的有用行程,因此增加致动器 的有用行程并减少所需的控制电压。进一步地,能够影响悬臂的几何形状、能够发生的偏转 行为的改变W及达到吸和效应的最大行程,其中吸和效应具有沿静止电极14的方向突然 地偏转弯折件22的效果。通过改变生产参数并通过电极14、26和29的稍微不同的几何形 状,结合将悬臂电极29朝向静止电极移动的机械预加载,两个电极14和29之间的间隙被 关闭W使在电极14和29之间仅设置绝缘层W防止短路。由此,致动器的偏转在较低电压 下也是可能的。
[0060] 当前的生产过程只是稍微改变W实现具有悬臂电极的静电致动器。悬臂在与平行 于静止电极14的平面延伸的生产平面垂直的方向上偏转,由此电极14和29之间的间隙17 在接触点31处被部分地关闭并因此显著提高性能。
[0061] 悬臂28或悬臂电极29的几何形状、位置或基本设计的适当改变额外地能够调整 施加到电极14、26或29上的电压和致动器的偏转之间的比例,特别地,能够使得该比例线 性化。在基于聚合物的静电致动器中,运能够通过生产参数的稍微改变而发生。此处,利用 了悬臂28接近静止电极14产生增加的静电力的事实,其中该力由悬臂28和/或悬臂电极 29W及静止电极14的几何形状限定,从而减少所需的供给电压或防止吸和效应,其中几何 形状也能够被实现为调整施加到致动器的电压和导致的致动器行程之间的线性化比例。此 处,全部电极26和29也能够被单独地或择一地控制,全部的电极26和29能够彼此相连。
[0062] 悬臂28包括悬臂电极29,两者均能够连接到弯折件22所包括的弯折件电极26, 但也能够被单独地控制。能够根据对致动器的需求,根据悬臂的位置和设计改变静电致动 器的偏转曲线,如将在下面的实施例中所描述的。通过相对于静止电极的预偏转产生的反 向力能够被用作机械阻力或弹黃元件或在电激励情况下,用作额外的吸引元件。
[0063] 在可选的实施例中,弯折件电极和悬臂电极一体形成,W使向弯折件或悬臂电极 施加电压也导致向各个其他电极施加电压。
[0064] 根据可选的实施例,致动器材料或衬底与弯折件电极和/或悬臂电极一体形成, W使例如导电材料的平面部分设置在固定夹具上并包括悬臂。 W65] 实施例包括多个如下结构,包括自支撑和/或夹紧的弯折梁、脊、弹黃元件和悬 臂。进一步地,实施例示出一个装置中的多个该结构的布置,其中他们的布置可W为基本并 排、平行、径向或作为更大系统中的较小元件。
[0066] 图3示出类似于图la的静电致动器的侧视图,其中沿静止电极14的方向偏转悬 臂28,W使间隙17横跨弯折件的轴向伸展被部分地减小,悬臂28在无电压状态与绝缘层 16间隔设置。
[0067] 依赖于悬臂相对于静止电极的布置或偏转,悬臂和静止电极之间的间隙能够被部 分地减少或部分地关闭。间隙的不断减小导致偏转静电致动器所需电压的不断减小,W使 静电致动器的偏转行为能够被间隙的部分较小或部分关闭影响。
[0068] 图4a示出类似于图la的静电致动器的侧视图,其中与图1中的弯折件22相比, 弯折件22'被机械地预加载W使与固定夹具18相对设置的可偏转端33'朝远离固定电极 14的方向偏转。由此,将弯折件22'的中性纤维27'所在的平面设置为具有弯曲。类似于 图1中的悬臂28,弯折件22'包括的并由凹槽35'限定的悬臂28'具有电压梯度并因此具 有相对于弯折件22'的机械预加载,W使悬臂电极29和静止电极14之间的间隙17'在空 闲状态下并因此在没有施加电场的情况下被部分地关闭,使得在接触点3Γ处,在电极14 和29之间仅设置绝缘层16。
[0069] 弯折件22'的机械预加载导致可偏转端33'和静止电极之间的距离相对于图1被 增大,并且因此导致致动器的有用行程增加。同时,弯折件22'额外地包括悬臂28'的恢复 力。
[0070] 图4b示出图4a中的静电致动器的俯视图。该俯视图与图化相同,由于设置在固 定夹具18上的弯折件22'的机械预加载和悬臂28'导致弯折件22'和悬臂28'在观察者 方向上的弯曲,使得俯视图保持不变。
[0071] 图5a-d每个示出由凹槽限定并被弯折件56包括的悬臂的不同可能实施。
[0072] 图5a示出悬臂58,与上述实施例类似,悬臂58由凹槽57W方形的方式形成并包 括邻近固定夹具18设置的可偏转端。
[0073] 图化示出供选择的悬臂58',悬臂58'由凹槽27' 角形的方式形成,其中悬臂 58'从可偏转端朝向相对的、邻近固定夹具18的固定端形成锥形。该实施具有如下效果:沿 悬臂58'的曲线对悬臂58'和静止电极之间的机械力进行调整,并且通过凹槽57'(因此由 悬臂58')的几何形状,将通过在悬臂电极和静止电极之间施加电压引起的力限定在悬臂 58'和/或弯折件56相对于静止电极之间。锥形悬臂58'在锥形端处具有较小的刚性,因 此具有较小的恢复力。同时,悬臂电极和静止电极彼此相对的区域也形成锥形,使得在锥形 位置,电极之间的吸引力较小。
[0074] 图5c示出具有W梯形方式形成的悬臂58"的弯折件56,其中悬臂58"从设置在固 定夹具18上的不可移动端开始朝向相对的可偏转端逐渐变细。 阳0巧]在图5d中,悬臂58"'也具有矩形形状,但是相对于图5a-c被定向为悬臂58"'的 可偏转端沿从邻近固定夹具18设置的固定夹紧端朝向相对的可偏转端的方向延伸,使得 悬臂相对于图5a-c旋转90°,并且悬臂58"'和静止电极或绝缘层之间的接触点沿静止电 极的轴向曲线延伸,作为上述实施例的替代。
[0076] 基本上,能够实现弯折件内的悬臂的任何实施。根据W下各个应用的需求改变悬 臂的定向和几何形状。没有静电功能的悬臂(例如由于没有电压与电极接触或没有对电极 施加电压)允许将悬臂用作弹黃元件W通过几何形状和材料选择使得静电致动器的偏转 曲线适于限定的需求,其中根据限定的需求,实施悬臂的位置、长度、几何形状和/或机械 预加载。
[0077] 图5a-d中描述的电极几何形状的改变导致弯折件致动期间的电容变化。致动器 的偏转导致悬臂和静止电极之间的距离的减小,其中电容变化由可变的距离触发,由此致 动器额外地示出非线性偏转行为。该非线性偏转行为能够通过悬臂和/或静止电极的几何 形状的改变进行调整,例如用于调整电容变化的线性曲线或电容的恒定曲线。通过改变电 极形状,能够影响致动器的偏转行为,此外,能够完全防止吸和效应。由此,电极的形状与随 着增加的偏转而在致动器中产生的电容的变化相适应。
[007引图6a示出图5a的弯折件56的俯视图,具有可偏转端61和供选择的悬臂60,其中 悬臂60与图5a中的悬臂58相比是被减小的。悬臂60邻近弯折件56的固定夹紧端设置。
[0079] 图化示出具有类似于图6a的悬臂60的悬臂60'的弯折件56的俯视图,其中悬 臂60'邻近弯折件56的可偏转端6Γ设置。
[0080] 图6c示出包括类似于图6a的悬臂60和类似于图化的悬臂60'的弯折件56的 俯视图,W使两个悬臂60和60'被弯折件56包括,根据上述实施例能够单独地控制设置在 其上的电极。供选择地或额外地,两个悬臂60和60'也可W具有不同的机械预加载,W实 现弯折件和静止电极之间的不同力和距离。
[0081] 可选的实施例包括任意数量的相同地或不同地形成的悬臂。
[0082] 基本上,弯折件包括的多个电极能够被实施为电分隔,或可单独控制,或电连接并 因此可共同控制。
[0083] 图7示出包括通过弹黃元件相互连接的根据图4的两个静电致动器的装置20。
[0084] 图7a示出装置20的侧视图,其中两个静电致动器彼此布置成:弯折件22'a和 22'b的两个可偏转端33'a和33'b彼此相对。设置弹黃元件62W使弹黃元件62将弯折 件22'a和22'b的两个可偏转端33'a和33'b彼此连接。如果控制一个或两个静电致动 器,弯折件22'a的可偏转端33'a沿路径64a移动,弯折件22'b的可偏转端33'b沿路径 64b移动,其中弯折件22'a和22'b的两个可偏转端33'a和33'b之间的距离随着同步 控制减小。随着弯折件22'a和22'b的两个可偏转端33'a和33'b之间的距离的不断减 小,弹黃元件62不断地被致动力Fai和FA2的一部分FW或FH2压缩,并产生阻碍弯折件22'a 和22'b的偏转的力Fhi。随着弯折件22'a和22'b的偏转的增加,力Fi增加,W便当部分 Fhi或Fh2与反向力F1相等并发生力的平衡时,存在弯折件22'a和22'b的最大偏转,运受 弹黃元件62产生的反向力Fhi的限制。
[00化]通过弹黃元件62的布置W及通过限制致动器的行程,依赖于弹黃常数或弹黃几 何形状影响致动器的偏转行为。通过根据致动器的后续应用导致的需求进行弹黃常数的非 线性设计或由弹黃几何形状所限定的弹黃常数的设计,吸和效应能够被完全地防止或能够 被调整W使吸和效应示出先前限定的操作点。
[0086] 图化示出图7a中的装置20的俯视图。弹黃元件62近似沿弯折件22'a和22'b 的可偏转端33'a和33'b的侧向伸展中屯、地布置,W当压缩弹黃元件62时,减少弯折件 22'a相对于弯折件22'b的倾斜,产生力Fi。在供选择的实施例中,设置弹黃元件62W便 获得一个弯折件相对于另一个弯折件的预限定的倾斜。在进一步的实施例中,沿弯折件的 各自的可偏转端W平面的方式设置弹黃元件,W便也W平面的方式
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