JP2005341675A - Electret driver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エレクトレットを利用して移動子の駆動を行うエレクトレット駆動装置に関する。 The present invention relates to an electret driving device that drives a moving element using an electret.
従来より、静電アクチュエータについての提案は成されており、例えば特許文献1では、複数の帯状の電極に印加された電圧により薄膜で構成された移動子に電荷を誘起し、移動子に誘起させた電荷と電極の電荷との間の静電力を利用して移動子を静電駆動する静電アクチュエータが提案されている。
Conventionally, proposals for electrostatic actuators have been made. For example, in
また、静電アクチュエータの中には、特許文献2の提案のように、移動子を予め帯電処理が施されたエレクトレットフィルムで構成し、このエレクトレットフィルムに保持された電荷を利用して移動子を駆動するエレクトレット駆動装置も提案されている。このようなエレクトレットフィルムを利用したエレクトレット駆動装置では、移動子の駆動時に電荷を誘起させる必要がなく、特許文献1の静電アクチュエータと比較して低電圧の駆動が可能である。
このようなエレクトレット駆動装置において、移動子を封止することで、装置内部に塵埃などが侵入しないように構成することが考えられるが、このような場合において、移動子を駆動させた時にその駆動方向が所望の駆動方向よりもずれている場合には、そのずれた方向に存在する壁面から摩擦力を受けるなどして移動子の駆動速度が低下してしまう可能性がある。 In such an electret driving device, it is conceivable that the moving element is sealed so that dust or the like does not enter the apparatus. In such a case, the driving is performed when the moving element is driven. When the direction is deviated from the desired driving direction, there is a possibility that the driving speed of the moving element is lowered by receiving a frictional force from the wall surface existing in the deviated direction.
また、移動子を高速駆動している状態から、移動子を停止させる制御を行う際に、電極と移動子との間の吸引力のみで停止させた場合には、慣性などの影響で所望の停止位置から少しずれた位置で停止してしまう可能性もある。 In addition, when control is performed to stop the moving element from a state where the moving element is driven at a high speed, if the moving element is stopped only by the suction force between the electrode and the moving element, the desired effect is obtained due to the influence of inertia or the like. There is also a possibility of stopping at a position slightly deviated from the stop position.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、移動子の駆動方向の制御性及び移動子の停止時の制御性を向上させることができるエレクトレット駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an electret driving device capable of improving the controllability in the driving direction of the moving element and the controllability when the moving element is stopped.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様によるエレクトレット駆動装置は、駆動方向に沿って形成された複数の第1のエレクトレット化部位と、上記駆動方向に沿った2つの端面部に形成された少なくとも1対の第2のエレクトレット化部位とを有する移動子と、上記第1のエレクトレット化部位と対向するように配列された第1の電極と、上記2つの端面部それぞれの近傍に配置された少なくとも1対の第2の電極とを有する固定子とを具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an electret driving device according to a first aspect of the present invention includes a plurality of first electret portions formed along a driving direction and two end face portions along the driving direction. A movable body having at least one pair of second electret sites formed on the first electrode, a first electrode arranged to face the first electret sites, and the vicinity of each of the two end surface portions And a stator having at least one pair of second electrodes disposed on the substrate.
この第1の態様によれば、移動子を駆動するための第1のエレクトレット化部位、第1の電極のほかに、第2のエレクトレット化部位、第2の電極を設けたことにより、移動子の駆動方向の制御性及び移動子の停止時の制御性を向上させることができる。 According to the first aspect, in addition to the first electret site and the first electrode for driving the mover, the second electret site and the second electrode are provided. It is possible to improve the controllability in the driving direction and the controllability when the moving element is stopped.
本発明によれば、移動子の駆動方向の制御性及び移動子の停止時の制御性を向上させることができるエレクトレット駆動装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electret drive device which can improve the controllability of the drive direction of a slider and the controllability at the time of a stop of a slider can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
はじめに、エレクトレットを利用したエレクトレット駆動装置の駆動原理について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the drive principle of the electret drive device using the electret will be described.
本エレクトレット駆動装置は、基本的に固定子1と移動子2とを備えており、移動子2は固定子1に対して図1(a)及び(b)において左右方向に移動自在に構成されている。更に、この固定子1には、上記移動子2の移動方向と直交する方向に、帯状の複数の延出された第1の電極(駆動電極)4が互いに平行に所定の間隔で並設されている。
The electret drive device basically includes a
上記移動子2は、永久分極され、延出された第1の電極4に対して平行に並べられた誘導体(第1のエレクトレット化部位)の部位を複数備えている。
The
このような構成において、第1の電極4に周波電圧を印加すると、第1の電極4と上述した第1のエレクトレット化部位との間に吸引力若しくは反発力が発生し、結果的に移動子2が固定子1に対して相対移動する。
In such a configuration, when a frequency voltage is applied to the
図2は、こうしたエレクトレット駆動装置の断面を模式的に示すと共に該静電アクチュエータの駆動回路を示した図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of such an electret driving device and a driving circuit for the electrostatic actuator.
エレクトレット駆動装置において、固定子1に並設されたそれぞれの第1の電極4には、駆動回路10からの電圧信号線が接続されている。これらの電圧信号線には、4相の電圧信号が印加されるようになっており、従って、第1の電極4には、4本毎に同一の電圧信号が印加される。図2では、第1の電極4にA、B、C、Dの符号を付してこの電圧信号を区別している。
In the electret driving device, voltage signal lines from the
なお、この図は、あくまでも模式図であり、実際の第1の電極や第1のエレクトレット化部位の数や配置間隔は、装置の大きさ、開口部の面積、第1のエレクトレット化部位の極性、その配置形態、エレクトレット駆動装置として要求される駆動分解能やその駆動速度等の様々な要因によって適宜決定されるものである。また、このエレクトレット駆動装置の場合、正負の極性を有する第1のエレクトレット化部位が交互に配置されたタイプであるが、何れか一方の極性を省略しても良い。 In addition, this figure is a schematic diagram to the last, and the actual number of first electrodes and first electret sites and the arrangement interval are the size of the device, the area of the opening, and the polarity of the first electret site. These are determined as appropriate according to various factors such as the arrangement, the drive resolution required for the electret drive device, and the drive speed. Moreover, in the case of this electret drive device, although the 1st electret part which has a positive / negative polarity is a type arrange | positioned alternately, either polarity may be abbreviate | omitted.
図2の左側には、上述したエレクトレット駆動装置の構成と共に、エレクトレット駆動装置に印加する電圧信号を発生するための駆動回路10の構成が示されている。
The left side of FIG. 2 shows the configuration of the
パルス発生回路12で生成した矩形波列(駆動パルス信号)は、昇圧回路14及び位相器15に供給される。昇圧回路14では、入力された矩形波列が100V程度まで昇圧されると共に、2つの極性を有する電圧信号に分岐されて、第1の電極4A及び4Cに供給される。一方、位相器15に入力された矩形波列は、90°位相が遅れた波形となり、その後、昇圧回路14に入力されて、上述と同様の2つの矩形波列となり、第1の電極4B及び4Dに供給される。
The rectangular wave train (drive pulse signal) generated by the
図3は、上記駆動回路10によって作成されて、第1の電極4A〜4Dに印加される電圧信号列の例を示したタイミングチャートである。このうち、図3(a)は第1の電極4A、図3(b)は第1の電極4B、図3(c)は第1の電極4C、図3(d)は第1の電極4Dのタイミングチャートである。
FIG. 3 is a timing chart showing an example of a voltage signal sequence created by the
なお、第1の電極4A〜4Dの電圧の状態は、時間t1〜t4の4つの状態が、時間経過に対応して繰り返して変化するものである。 The voltage states of the first electrodes 4A to 4D are such that the four states from time t1 to time t4 change repeatedly as time elapses.
図4(a)〜(d)は、上述したエレクトレット駆動装置の動作を説明する図である。なお、図4(a)〜(d)において、同図右側方向を移動子2の進行方向として、後方側(左側)に正極(プラス)の第1のエレクトレット化部位5a、前方側(右側)に負極(マイナス)の第1のエレクトレット化部位5bが配列されているものとする。
4A to 4D are diagrams for explaining the operation of the electret driving device described above. 4A to 4D, the right side direction in FIG. 4 is the traveling direction of the
図4(a)は、図3に示される時間t1に切り替わった直後の第1のエレクトレット化部位と第1の電極4の電圧の状態(極性)を示している。
FIG. 4A shows the voltage state (polarity) of the first electret site and the
この状態において、正極の第1のエレクトレット化部位5aは、第1の電極4A(正極)から反発力を受け、第1の電極4B(負極)から吸引力を受ける。また、負極の第1のエレクトレット化部位5bは、第1の電極4C(負極)から反発力を受け、第1の電極4D(正極)から吸引力を受ける。このため、移動子2は、図4(a)の右方向に力を受けて、1つの電極ピッチd分右方向に移動する。
In this state, the first
図4(b)は、時間t2に切り替わった直後の第1のエレクトレット化部位と第1の電極の電圧の状態を示している。 FIG. 4B shows the voltage state of the first electret site and the first electrode immediately after switching at time t2.
この状態において、第1のエレクトレット化部位5aは、第1の電極4B(正極)から反発力を受け、第1の電極4C(負極)から吸引力を受ける。また、第1のエレクトレット化部位5bは、第1の電極4D(負極)から反発力を受け、もう1つの第1の電極4A(正極)から吸引力を受ける。このため、移動子2は、図4(b)の右方向に力を受けて、1つの電極ピッチd分移動する。
In this state, the first
同様に、図4(c)は、時間t3に切り替わった直後の第1のエレクトレット化部位と第1の電極の電圧の状態を示している。 Similarly, FIG. 4C shows a voltage state of the first electret site and the first electrode immediately after switching at time t3.
この状態において、第1のエレクトレット化部位5aは、第1の電極4C(正極)から反発力を受け、第1の電極4D(負極)から吸引力を受ける。また、第1のエレクトレット化部位5bは、第1の電極4A(負極)から反発力を受け、第1の電極4B(正極)から吸引力を受ける。このため、移動子2は、図4(c)の右方向に力を受けて、1つの電極ピッチd分移動する。
In this state, the first
更に、図4(d)は、時間t4に切り替わった直後の第1のエレクトレット化部位と第1の電極の電圧の状態を示している。 Further, FIG. 4D shows the voltage state of the first electret site and the first electrode immediately after switching at time t4.
この状態において、第1のエレクトレット化部位5aは、第1の電極4D(正極)から反発力を受け、第1の電極4A(負極)から吸引力を受ける。また、第1のエレクトレット化部位5bは、第1の電極4A(負極)から反発力を受け、第1の電極4C(正極)から吸引力を受ける。このため、移動子2は、図4(d)の右方向に力を受けて、1つの電極ピッチd分移動する。
In this state, the
上述したように、移動子2は1つの電極ピッチd移動し、この動作が繰り返されることで、移動子2は図4(a)→(b)→(c)→(d)のように右方向(図示矢印F方向)に移動する。なお、移動子2を図の左方向に移動するためには、第1の電極4に印加する電圧の極性を逆順で切り替えれば良い。
As described above, the
また、本エレクトレット駆動装置の固定子1には、図5に示すように、支持部材1aが取り付けられており、更に支持部材1aを介して保護部材1bが取り付けられている。ここで、支持部材1aは固定子1の周囲に取り付けられているものであるが、図5では紙面前側と紙面奥側の支持部材1aについては図示を省略している。このように、本エレクトレット駆動装置の移動子2は、固定子1と、支持部材1aと、保護部材1bとによって封止されており、装置内部への塵埃の侵入などが防止される構造になっている。このような移動子2が封止された構造のエレクトレット駆動装置では、移動子2の駆動方向がずれてしまうと、移動子2と支持部材1aとが接触し、このときの摩擦などの影響で移動子2の駆動速度が低下してしまうことなどが考えられる。
Further, as shown in FIG. 5, a
図6は、本発明の一実施形態に係るエレクトレット駆動装置の構成を示す図である。ここで、図6は、保護部材1bを省略して図示されている。本一実施形態では、図6に示すように、移動子2を駆動するための第1のエレクトレット化部位に加えて、移動子2の駆動方向に沿った2つの端面部に1対の第2のエレクトレット化部位5cが形成されている。更に、これら1対の第2のエレクトレット化部位5cに対応する第2の電極4a、4bが支持部材1aに設けられている。これら第2の電極4a、4bは、それぞれ移動子2の側方端面に対向するように設けられている。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an electret driving device according to an embodiment of the present invention. Here, FIG. 6 is illustrated with the
図7は、図6のエレクトレット駆動装置を移動子2の駆動方向(進行方向)側から見た図である。図7のような構成とすることにより、移動子2は、第1の電極4と第2の電極4a、4bの両方から静電力を受けるようになる。
FIG. 7 is a view of the electret drive device of FIG. 6 as viewed from the drive direction (traveling direction) side of the
図8は、図6、図7のエレクトレット駆動装置の駆動回路について示した図である。ここで、図2と同様の構成については説明を省略する。
図8において、パルス発生回路12で生成された矩形波列は、インダクタンスからなる昇圧回路14bに供給される。昇圧回路14bでは、入力された矩形波列が100V程度まで昇圧され、さらに正負2つの極性を有する電圧に分岐される。また、図8に示す昇圧回路14bの正極出力及び負極出力のそれぞれにはダイオードが直列に接続され、更に平滑コンデンサが並列に接続されている。更に、第2の電極4aと昇圧回路14bの正極出力との間にはフォトリレーなどからなるスイッチング回路14cが設けられている。
FIG. 8 is a diagram showing a drive circuit of the electret drive device of FIGS. 6 and 7. Here, the description of the same configuration as in FIG. 2 is omitted.
In FIG. 8, the rectangular wave train generated by the
このような回路構成において、スイッチング回路14cのスイッチが図の実線側にあるときには、昇圧回路14bの負極出力から矩形状の交流電圧が出力された後、交流電圧の正側の成分がダイオードにおいて除去される。更に、ダイオードからの出力電圧が平滑コンデンサにおいて平滑化され、略一定の負の電圧として第2の電極4a、4bのそれぞれに供給される。一方、スイッチング回路14cのスイッチが図の破線側にあるときには、昇圧回路14bの正極出力から矩形状の交流電圧が出力された後、交流電圧の負側の成分がダイオードにおいて除去される。更に、ダイオードからの出力電圧が平滑コンデンサにおいて平滑化され、略一定の正の電圧として第2の電極4aに供給される。
In such a circuit configuration, when the switch of the
ここで、スイッチング回路14cにおけるスイッチの切り換え制御は、CPUから構成されている制御部100において行われる。即ち、移動子2の駆動開始から停止直前までの間、制御部100は、スイッチング回路14cのスイッチを図8の実線側に切り換えて第2の電極4a、4bのそれぞれに略一定の負の電圧が供給されるようにする。一方、移動子2の停止時に、制御部100は、スイッチング回路14cのスイッチを図8の破線側に切り換えて第2の電極4aのみに略一定の正の電圧が供給されるようにする。なお、制御部100では、パルス発生回路12の動作制御も行われる。
Here, the switching control of the switch in the
図9は、移動子2の駆動開始から駆動停止までの処理について示すフローチャートである。
移動子2の駆動開始時において、制御部100は、第1の所定電圧を第2の電極4a、4bに印加するように、パルス発生回路12とスイッチング回路14cとに指示を送る(ステップS1)。このステップS1の第1の所定電圧とは、第2のエレクトレット化部位と第2の電極との間に反発力が発生するような電圧である。例えば、第2のエレクトレット化部位5cが負に帯電している場合には、スイッチング回路14cのスイッチを図8の実線側に切り換えるようにする。これにより、図10の矢印F1、F2のような静電力が移動子2に作用するので、移動子2の駆動方向が安定する。
FIG. 9 is a flowchart showing processing from the start of driving of the moving
At the start of driving of the
なお、図10は、第2のエレクトレット化部位5cが負に帯電している場合の例であり、第2のエレクトレット化部位5cが正に帯電している場合には、第2の電極4a、4bにそれぞれ正の電圧を印加するようにすることは言うまでもない。
FIG. 10 shows an example in which the
ステップS1の処理の後、移動子2を駆動するために、制御部100は、第1の電極4に電圧を印加するように、パルス発生回路12に指示を送る(ステップS2)。このステップS2の処理は、図1〜図4を参照して説明したので、ここでは説明を省略する。
After the process of step S1, in order to drive the
ステップS2の処理の後、制御部100は、移動子2の駆動を終了するか否かを判定し(ステップS3)、移動子2の駆動を終了すると判定するまでステップS2の判定を継続する。
After the process of step S2, the
一方、ステップS3において、移動子2の駆動を終了する場合に、制御部100は、第2の所定電圧を第2の電極4a、4bに印加するように、パルス発生回路12とスイッチング回路14cとに指示を送る(ステップS4)。このステップS4の第2の所定電圧とは、第2のエレクトレット化部位の何れか一方と、その第2のエレクトレット化部位に対応する第2の電極との間に吸引力が発生するような電圧である。例えば、第2のエレクトレット化部位5cが負側に帯電している場合には、スイッチング回路14cのスイッチを図8の破線側に切り換えるようにする。これにより、図11(a)の矢印F3、F4のような静電力が移動子2に作用するので、図11(b)のように移動子2が第2の電極4aに吸着して移動子2が停止する。即ち、この吸着によって移動子2と第2の電極4aとの間に摩擦力を生じさせ、この摩擦力により、移動子2の慣性力による運動エネルギーを消費させて、移動子2の移動を停止させる。
On the other hand, in step S3, when the driving of the moving
なお、図11(a)、図11(b)は、第2のエレクトレット化部位が負に帯電している場合の例であり、第2のエレクトレット化部位が正に帯電している場合には、第2の電極4a、4bの極性が逆になることは言うまでもない。また、図11(a)の例では、第2の電極4aに正、第2の電極4bに負の電圧を印加することで第2の電極4aの側に移動子2を吸着させるようにするが、電圧の極性を逆にして、第2の電極4b側に移動子2を吸着させるようにしても良い。
FIG. 11A and FIG. 11B are examples when the second electret site is negatively charged, and when the second electret site is positively charged. Needless to say, the polarities of the
以上説明したように、本一実施形態によれば、移動子2に第2のエレクトレット化部位を設け、固定子側に第2の電極を設けたことにより、移動子の駆動方向の制御性及び移動子の停止時の制御性を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, by providing the second electret portion on the
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、上記した一実施形態では、第2のエレクトレット化部位と第2の電極とをそれぞれ1対づつ設けるようにしているが、2対以上にしても良い。また、第2のエレクトレット化部位と第2の電極との間に静電力が発生するのであれば、両者を必ずしも対向して配置する必要はない。即ち、第2のエレクトレット化部位の近傍に第2の電極が配置されていればよい。 Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are naturally possible within the scope of the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, one pair of the second electret site and the second electrode are provided, but two or more pairs may be provided. Moreover, if an electrostatic force generate | occur | produces between a 2nd electret site | part and a 2nd electrode, it is not necessary to arrange | position both facing each other. That is, it is only necessary that the second electrode be disposed in the vicinity of the second electretization site.
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。 Further, the above-described embodiments include various stages of the invention, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be extracted as an invention.
1…固定子、1a…支持部材、1b…保護部材、2…移動子、4、4A〜4D…第1の電極、4a.4b…第2の電極、5a,5b…第1のエレクトレット化部位、5c…第2のエレクトレット化部位、10…駆動回路、12…パルス発生回路、14,14b…昇圧回路、14c…スイッチング回路、15…位相器、100…制御部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記第1のエレクトレット化部位と対向するように配列された第1の電極と、上記2つの端面部それぞれの近傍に配置された少なくとも1対の第2の電極とを有する固定子と、
を具備することを特徴とするエレクトレット駆動装置。 A mover having a plurality of first electret sites formed along the drive direction, and at least one pair of second electret sites formed on two end face portions along the drive direction;
A stator having a first electrode arranged so as to face the first electretization site, and at least one pair of second electrodes arranged in the vicinity of each of the two end face portions;
An electret driving device comprising:
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10622917B2 (en) | 2016-03-17 | 2020-04-14 | Citizen Watch Co., Ltd. | Electrostatic-type electromechanical transducer |
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2004
- 2004-05-25 JP JP2004154899A patent/JP2005341675A/en not_active Withdrawn
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US10622917B2 (en) | 2016-03-17 | 2020-04-14 | Citizen Watch Co., Ltd. | Electrostatic-type electromechanical transducer |
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