コームドライブ

コームドライブは、2 つの導電性コームの間に作用する静電力を利用する、リニア アクチュエータとしてよく使用されるマイクロエレクトロメカニカルアクチュエータです。コームドライブ アクチュエータは、通常、マイクロまたはナノメートル スケールで動作し、一般にシリコンウェーハ基板のバルク マイクロマシニングまたは表面マイクロマシニングによって製造されます。

静電気による吸引力は、静止した櫛歯と動いている櫛歯の間に電圧がかかり、櫛歯が引き寄せられるときに発生します。アクチュエータによって発生する力は、2 つの櫛歯間の静電容量の変化に比例し、駆動電圧、櫛歯の数、および櫛歯間の隙間に応じて増加します。櫛歯は、決して接触しないように配置されています (接触すると電圧差がなくなるため)。通常、櫛歯は、各櫛歯が反対側の櫛歯のスロットを占めるまで、互いにすれ違うように配置されています。

モーターの直線動作を回転動作やその他の動作に変換する場合は、 復元スプリング、レバー、クランクシャフトを追加できます。

力は、まずコンデンサに蓄えられたエネルギーから始めて、次に力の方向で微分することによって導き出すことができます。コンデンサのエネルギーは次のように表されます。

${\displaystyle E={\frac {1}{2}}CV^{2}}$

${\displaystyle F={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial dx_{drive}}}V^{2}}$

平行板コンデンサの静電容量を使用すると、力は次のようになります。

${\displaystyle F={\frac {-1}{2}}{\frac {nt\epsilon _{o}\epsilon _{r}V^{2}}{d}}}$

${\displaystyle V}$= 印加電位、 = 誘電体の比誘電率、 = 自由空間の誘電率 (8.85 pF/m)、= 電極両側のフィンガーの総数、 = 電極の面外方向の厚さ、 = 電極間のギャップ。 ${\displaystyle \epsilon_{r}}$${\displaystyle \epsilon_{o}}$
${\displaystyle n}$${\displaystyle t}$${\displaystyle d}$

• 連結歯の列 • 半分は固定 • 半分は可動アセンブリの一部 • 電気的に絶縁 • 静電引力/反発力 - CMOS 駆動電圧 • 歯の数が多いほど力が増す - 通常 10μm の長さで強力

コームドライブは、大きなギャップ距離（作動距離と同等）まで拡張できません。大きなギャップ距離で有効な力を発生させるには高電圧が必要となり、電気的な破壊によって制限されるからです。さらに重要なのは、ギャップ距離によって課せられる制限によって作動距離が制限されることです。

• 静電モーター
• インターデジタルトランスデューサ
• マイクロエレクトロメカニカルシステム

• Legtenberg, Rob; Growenveld, AW; Elwenspoek, M (1996). 「大変位用コームドライブアクチュエータ」J. Micromech. Microeng . 6 (3): 320–9. Bibcode :1996JMiMi...6..320L. doi :10.1088/0960-1317/6/3/004. S2CID  250827894.