一般に、アクチュエータはエネルギー源を使用して機械部品を動かしたり制御したりします。これらは、さまざまなマシンで頻繁に見られ、 電気モーター .長年にわたり、さまざまな種類の機械装置が小型化されてきましたが、この手順では通常、個人の非常に小さなコンポーネントが必要です。 21 世紀には、マイクロアクチュエータが開発され、マイクロマシニングやリソグラフィなどの産業プロセスが主にマイクロアクチュエータの製造に使用されました。この記事では、 マイクロアクチュエータ r – アプリケーションの操作。
マイクロアクチュエータの定義
システムまたは別の機構操作のために測定された量のエネルギーを供給および伝達するために使用される微視的なサーボ機構は、マイクロアクチュエータとして知られています。一般的なアクチュエータと同様に、マイクロアクチュエータは、高速スイッチング、大きな移動量、高精度、低消費電力などのこれらの基準を満たす必要があります。これらのアクチュエータは、ミリメートルからマイクロメートルまでさまざまなサイズで入手できますが、パッケージ化されれば達成できます全体のサイズをセンチメートルで、
固体の機械的運動が生成されると、これらのアクチュエータの典型的な変位はナノメートルからミリメートルの範囲になります。同様に、これらのアクチュエータで生成される典型的な流量は、ピコリットルまたは分からマイクロリットルまたは分の範囲に及びます。マイクロアクチュエータの図を以下に示します。
マイクロアクチュエータ構造
次の図は、3 つのサーマル マイクロアクチュエータ設計の生体材料アクチュエータ、ベントビーム アクチュエータ、屈曲アクチュエータを示しています。熱の設計 アクチュエーター 曲がったビームまたは V 字型として知られている単一の材料と対称です。
バイマテリアル アクチュエータには、熱膨張係数が異なる材料が含まれており、バイメタル サーモスタットと同等に機能します。アクチュエータに埋め込まれたヒーターのために温度が変化するときはいつでも、マイクロアクチュエータは、温度内の変動に関連する膨張内の変動のために動くことができます。
曲げビーム アクチュエータには角度の付いた脚が含まれており、加熱すると膨張し、力と変位の出力を提供します。フレクシャ アクチュエータは非対称で、ホット アームとコールド アームが含まれます。これらのアクチュエータには、加熱されると膨張差により表面に曲がる非対称脚が含まれます。
マイクロアクチュエータの働き
マイクロアクチュエータの動作原理は、流体または固体の機械的運動を生成することです。この運動は、熱、電磁気、または電気から可動コンポーネントの運動エネルギー (K.E) へのように、ある形式のエネルギーを別のエネルギーに変換することによって生成されます。ほとんどのアクチュエータでは、ピエゾ効果、バイメタル効果、静電力、形状記憶効果など、さまざまな力発生原理が使用されています。一般的なアクチュエータと同様に、マイクロアクチュエータは、高速スイッチング、大きな移動量、高精度、低消費電力などの基準を満たす必要があります。
機械式アクチュエータには、電源、変換ユニット、作動要素、および出力アクションが含まれます。
- 電源は電流/電圧です。
- 変換ユニットは、電源の正しい形式を作動要素の動作の好ましい形式に変換します。
- 作動要素は、電源内を移動するコンポーネントまたは材料です。
- 出力アクションは、通常、所定のモーションです。
マイクロアクチュエータの種類
マイクロアクチュエータには、以下で説明するさまざまなタイプがあります。
- サーマルマイクロアクチュエータ
- MEMSマイクロアクチュエータ
- 静電マイクロアクチュエータ
- 圧電
サーマルマイクロアクチュエータ
サーマル マイクロアクチュエータは、Microsystems で使用される標準コンポーネントです。これらのコンポーネントは、ジュール熱によって電力を供給されます。それ以外の場合は、レーザーを使用して光学的に活性化されます。これらのアクチュエータは、ナノポジショナーと光スイッチを含む MEMS 設計で使用されます。熱マイクロアクチュエータの主な利点には、主に、静電アクチュエータと比較して、動作電圧が低く、力が大きく発生し、接着不良が発生しにくいことが含まれます。これらのアクチュエータはより多くの電力を必要とし、冷却時間によってスイッチング速度が制限されます。
これらのマイクロアクチュエータを設計およびテストするには、さまざまな作業を行う必要があります。そのため、これらのマイクロアクチュエータは、シリコン オン インシュレータ処理や表面微細加工などのさまざまな微細加工方法で設計されています。マイクロアクチュエータのアプリケーションには、主に調整可能なインピーダンス RF ネットワーク、マイクロリレー、非常に正確な医療機器などが含まれます。
MEMSマイクロアクチュエータ
MEMS マイクロアクチュエータは、微小電気機械システムの一種であり、その主な機能は、エネルギーを運動に変えることです。これらのアクチュエータは、電気部品と機械部品をマイクロメートルの寸法で組み合わせています。したがって、これらのアクチュエータによって達成される典型的な動きはマイクロメートルです。 MEMS マイクロアクチュエータは、主に超音波エミッター、光ビーム偏向マイクロミラー、カメラ フォーカス システムなどのさまざまなアプリケーションで使用されます。したがって、これらのタイプのマイクロアクチュエータは、主に制御されたたわみを生成するために使用されます。
静電マイクロアクチュエータ
静電力によって駆動されるマイクロアクチュエータ駆動ユニットは、静電マイクロアクチュエータとして知られている。静電マイクロアクチュエータは、高密度、小型、低消費電力、および高速であるため、コンピューティング システムおよび光信号処理において最も重要なビルディング ブロックになりつつあります。一般に、これらのシステム内の動作原理は、機械的な回転、変換、またはミラー プレートの変形を引き起こし、自由空間または媒体全体に伝達されるときに、位相、電力、または光線の方向を制御する静電引力エネルギーとして説明できます。
このタイプのマイクロアクチュエータでは、各駆動ユニットは波状の電極を含み、これらの電極は静電力によって互いに引き寄せられて絶縁されます。このタイプのアクチュエータの変形は、主に静電力、外力、および構造の弾性に依存します。
このアクチュエータの動きは、FEM (有限要素法) によって簡単に解析され、このアクチュエータのマクロ モデルが作成され、その動きが検証されました。そのため、アクチュエータの見かけのコンプライアンスは、静電容量式変位センシングと静電駆動を使用したフィードバック制御システムによって制御できることが確認されました。
圧電マイクロアクチュエータ
圧電マイクロアクチュエータは非常に有名で、さまざまな分野で最も頻繁に使用されています。これらはピエゾ素子を重ね合わせて設計されています。これらの要素の両側に電圧が与えられると、それらは膨張することができます。ただ、構造が複雑なので組み立てが大変です。圧電マイクロアクチュエータは、さまざまなサーボ制御システムで使用され、超精密な位置決めと潜在的な補償を提供します。
については、このリンクを参照してください。 圧電アクチュエータ .
長所と短所
の マイクロアクチュエータの利点 以下のものが含まれます。
- 熱マイクロアクチュエータの利点は、動作電圧が低く、力の生成が高く、静電アクチュエータと比較して接着不良の影響を受けにくいことです。
- マイクロアクチュエータは、より小さなサイズで利用でき、消費電力が少なく、応答システムが高速です。
の マイクロアクチュエータの欠点 以下のものが含まれます。
- 熱マイクロアクチュエータには、より多くの電力が必要です。
- 熱マイクロアクチュエータのスイッチング速度は、冷却時間によって制限されます。
マイクロアクチュエータ アプリケーション
マイクロアクチュエータのアプリケーションには、次のものがあります。
- マイクロアクチュエータは、流体/固体の機械的運動を生成するために使用される小型のアクティブ デバイスです。ここで、運動は、ある形態のエネルギーを別の形態に変えることによって生成されます。
- マイクロアクチュエータは、ラボオンチップおよび移植可能な薬物送達システムのマイクロフルイディクスに適用できます。
- これは、別のシステム/メカニズム操作のために測定された量のエネルギーを伝達および供給する微視的なサーボメカニズムです。
- マイクロアクチュエータは、プロジェクターやディスプレイ用の小さなミラーを構築するために使用されます。
- MEMS マイクロアクチュエータは主に、超音波エミッター、カメラ フォーカス システム、光ビーム偏向マイクロミラーなどのさまざまなアプリケーションで使用されます。
- 電気マイクロアクチュエータによって生成される力は、主に対象の材料内で機械的変形を生成するために利用されます。
したがって、これはすべてについてです マイクロアクチュエータの概要 マクロの世界で従来のツールのタスクを実行できますが、サイズが非常に小さく、精度が向上します。マイクロアクチュエータの例には、主に、静電力によって駆動されるねじれマイクロミラーで収集された光マトリックススイッチ、マイクロ波アンテナスキャンに使用されるマイクロアクチュエータ、薄膜記憶合金を備えたマイクロアクチュエータ、およびスクラッチ駆動マイクロアクチュエータを備えた 3 次元微細構造自己組織化が含まれます。ここであなたに質問です。MEMS とは何ですか?
