JP2899120B2 - Electrostatic actuator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固定子と可動子との間
に作用するクーロン力により可動子を移動させる静電ア
クチュエータに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic actuator for moving a mover by a Coulomb force acting between a stator and a mover.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、クーロン力を用いた静電アク
チュエータとしては、図１２に示すように、多数の固定
子電極２１を一方向に配列した固定子２と、固定子電極
２１の配列面に対向する誘電体層もしくは高抵抗体層１
５を備えた可動子１と、各固定子電極２１に複数相の駆
動電圧を印加する駆動回路とを設けたものがある（特開
昭６３−９５８６０号公報、特開平２−２８５９７８号
公報参照）。2. Description of the Related Art Conventionally, as an electrostatic actuator using Coulomb force, as shown in FIG. 12, a stator 2 having a large number of stator electrodes 21 arranged in one direction and an arrangement surface of the stator electrodes 21 are shown. Dielectric layer or high resistance layer 1 facing
5 and a drive circuit for applying a plurality of phases of drive voltages to each stator electrode 21 (see JP-A-63-95860 and JP-A-2-285978). ).
【０００３】すなわち、固定子電極２１に駆動電圧を印
加することによって可動子１の誘電体層もしくは高抵抗
層１５に静電誘導された電荷と、固定子電極２１の電荷
との間に作用するクーロン力により可動子１が移動する
ものである。ここに、固定子電極２１は駆動電圧と同じ
相数になるように接続されている。特開昭６３−９５８
６０号公報には、駆動電圧を単極とし、固定子と可動子
との間に吸引力のみを作用させるように駆動電圧の印加
タイミングを設定したものと、駆動電圧を複極とし、固
定子と可動子との間に吸引力および反発力を作用させる
ように駆動電圧の極性および印加タイミングを設定した
ものとが開示されている。また、特開平２−２８５９７
８号公報には、図１２（ｂ）に示すように、可動子１が
移動を開始する際には、固定子２と可動子１との対向面
に直交する方向のクーロン力が反発力になるように駆動
電圧の極性を設定したものが開示されている。That is, a drive voltage is applied to the stator electrode 21 to act between a charge electrostatically induced on the dielectric layer or the high-resistance layer 15 of the mover 1 and a charge on the stator electrode 21. The mover 1 is moved by Coulomb force. Here, the stator electrodes 21 are connected so as to have the same number of phases as the drive voltage. JP-A-63-958
Japanese Patent Application Publication No. 60-26060 discloses that a driving voltage is monopolar, a driving voltage application timing is set so that only an attractive force is applied between a stator and a movable element, It is disclosed that the polarity and application timing of a drive voltage are set so as to apply an attractive force and a repulsive force between the drive voltage and the mover. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-28597
As shown in FIG. 12B, when the mover 1 starts moving, the Coulomb force in the direction orthogonal to the opposing surface of the stator 2 and the mover 1 becomes a repulsive force as shown in FIG. One in which the polarity of the driving voltage is set so as to be disclosed.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記両公報
に記載された静電アクチュエータは、可動子１に静電誘
導された電荷と、固定子電極２１の電荷との間のクーロ
ン力を利用して可動子１を移動させるものであるから、
可動子１を移動させるために固定子電極２１に駆動電圧
を印加すると、可動子１が次の安定位置に移動するまで
の間に可動子１の誘電体層や高抵抗層１５の中で電荷の
移動が生じたり、不要な分極が生じたりする場合があ
る。このような現象が生じると、可動子１の安定位置の
間の距離が一定せず、乱調や脱調の原因になる。The electrostatic actuators described in the above publications use the Coulomb force between the electric charge induced by the mover 1 and the electric charge of the stator electrode 21. To move the mover 1
When a driving voltage is applied to the stator electrode 21 in order to move the mover 1, electric charges are stored in the dielectric layer and the high-resistance layer 15 of the mover 1 until the mover 1 moves to the next stable position. Movement or unnecessary polarization may occur. When such a phenomenon occurs, the distance between the stable positions of the mover 1 is not constant, which may cause a tune up or a step out.
【０００５】こうした問題を解決するには、誘電体層や
高抵抗層１５に電荷の移動度が小さい材料を用いること
が考えられるが、可動子１に電荷が誘導されていない初
期状態から駆動しようとすれば、可動子１に電荷が誘導
されるまでに時間遅れが生じるから、初動時と定常動作
時とで駆動電圧を変えることが必要になり、制御が複雑
になるという問題がある。さらに、可動子１の任意の位
置に電荷を生じさせることができるから、基準位置を再
現性よく設定することができないという問題がある。In order to solve such a problem, it is conceivable to use a material having a small charge mobility for the dielectric layer and the high-resistance layer 15. However, the movable element 1 is driven from an initial state in which no charge is induced. If so, there is a time delay before the electric charge is induced in the mover 1, so that it is necessary to change the drive voltage between the initial operation and the steady operation, which causes a problem that control becomes complicated. Furthermore, since a charge can be generated at any position of the mover 1, there is a problem that the reference position cannot be set with good reproducibility.
【０００６】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、可動子の安定位置間の距離が正確に設定でき
るとともに駆動電圧の制御が容易であって、しかも、基
準位置を再現性よく正確に設定できるようにした静電ア
クチュエータを提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems. The distance between the stable positions of the mover can be accurately set, the driving voltage can be easily controlled, and the reference position can be reproduced. An object of the present invention is to provide an electrostatic actuator capable of setting accurately and accurately.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１では、上記目的
を達成するために、多数の固定子電極を一方向に所定間
隔で配列したフィルム状の固定子と、絶縁体層を介して
固定子電極に対向して配置される多数の可動子電極を上
記一方向に所定間隔で配列したフィルム状の可動子と、
可動子電極と固定子電極との間に生じるクーロン力によ
り可動子が固定子に対して上記一方向に移動するように
固定子電極および可動子電極に複数相の駆動電圧を印加
する駆動電圧制御手段とを備え、固定子電極と可動子電
極との配列間隔は互いに異なる寸法に設定され、固定子
電極への駆動電圧と可動子電極への駆動電圧とは異なる
相数に設定されているのである。According to the first aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a plurality of stator electrodes are fixed in one direction at a predetermined interval with a film-shaped stator via an insulator layer. A film-shaped mover in which a number of mover electrodes arranged opposite to the mover electrodes are arranged at predetermined intervals in the one direction,
Drive voltage control for applying a multi-phase drive voltage to the stator electrode and the mover electrode so that the mover moves in the above-described one direction with respect to the stator due to the Coulomb force generated between the mover electrode and the stator electrode. Means, the arrangement interval between the stator electrode and the mover electrode is set to different dimensions, and the drive voltage to the stator electrode and the drive voltage to the mover electrode are set to different numbers of phases. is there.
【０００８】請求項２では、駆動電圧制御手段は、複極
の駆動電圧を出力するとともに各固定子電極および各可
動子電極に印加する各相の駆動電圧の極性の組を順次切
り換えて可動子を固定子に対して移動させるのであっ
て、各組の駆動電圧の印加を開始した時点で生じるクー
ロン力の合成成分が、固定子と可動子との対向面に直交
する方向では反発力になるように各相の駆動電圧の極性
が設定されているのである。According to a second aspect of the present invention, the drive voltage control means outputs a multi-polar drive voltage and sequentially switches a polarity set of the drive voltage of each phase applied to each stator electrode and each mover electrode. Is moved with respect to the stator, and the combined component of the Coulomb force generated at the time when the application of the drive voltage of each set is started becomes a repulsive force in a direction orthogonal to the opposing surface between the stator and the mover. Thus, the polarity of the drive voltage of each phase is set.
【０００９】請求項３では、固定子および可動子は、そ
れぞれ絶縁基板と絶縁基板の表裏両面を全面に亙って覆
う一対の絶縁体層との間にそれぞれ導電体層を積層した
多層配線板よりなり、絶縁基板の表裏の一面の導電体層
には固定子電極または可動子電極となる導電パターンが
形成され、各導電体層には固定子電極または可動子電極
を各相ごとにまとめて接続する給電ラインが形成されて
いるのである。According to a third aspect of the present invention, the stator and the mover each include a multi-layer wiring board in which a conductor layer is laminated between an insulating substrate and a pair of insulator layers covering both the front and back surfaces of the insulating substrate over the entire surface. A conductive pattern to be a stator electrode or a movable electrode is formed on the conductive layer on one surface of the front and back surfaces of the insulating substrate, and the stator electrode or the movable electrode is grouped for each phase on each conductive layer. The power supply line to be connected is formed.
【００１０】請求項４では、各固定子電極および各可動
子電極は、それぞれ直線状の電極素片の一端同士を所定
の角度で連結した形状に形成されている。According to a fourth aspect, each of the stator electrodes and each of the mover electrodes are formed in a shape in which one ends of linear electrode pieces are connected at a predetermined angle.
【００１１】[0011]
【作用】請求項１の構成によれば、固定子と可動子とに
それぞれ多数の固定子電極と可動子電極とを配列し、固
定子電極と可動子電極とに印加する駆動電圧を制御して
可動子を移動させるので、可動子の安定位置間の距離
は、固定子電極と可動子電極との間隔によって正確に設
定されるのである。また、固定子に固定子電極を設ける
とともに可動子に可動子電極を設けているので、従来の
ように、初動時に静電誘導による電荷を可動子に生じさ
せる必要がなく、初動時と定常動作時とで駆動電圧の制
御状態を変更する必要がないのであり、制御が容易にな
るのである。しかも、固定子電極および可動子電極がそ
れぞれ所定の間隔で配列されているので、固定子電極と
可動子電極との位置関係によって固定子に対する可動子
の基準位置を正確に設定できることになる。さらに、固
定子電極と可動子電極との配列間隔を互いに異なる寸法
に設定し、固定子電極への駆動電圧と可動子電極への駆
動電圧とを異なる相数に設定しているので、可動子の安
定位置間の距離を、固定子電極と可動子電極とのいずれ
か小さいほうの間隔よりも小さい距離に設定することが
可能になるのである。According to the first aspect of the present invention, a plurality of stator electrodes and movable electrodes are arranged on the stator and the movable element, respectively, and the driving voltage applied to the stator electrodes and the movable electrode is controlled. Therefore, the distance between the stable positions of the mover is accurately set by the distance between the stator electrode and the mover electrode. In addition, since the stator electrode is provided on the stator and the mover electrode is provided on the mover, there is no need to generate charges due to electrostatic induction on the mover at the time of the initial movement as in the conventional case. There is no need to change the control state of the drive voltage between times, and control is facilitated. Moreover, since the stator electrodes and the mover electrodes are arranged at predetermined intervals, the reference position of the mover with respect to the stator can be accurately set by the positional relationship between the stator electrodes and the mover electrodes. Furthermore, the arrangement interval between the stator electrode and the mover electrode is set to different dimensions, and the drive voltage to the stator electrode and the drive voltage to the mover electrode are set to different numbers of phases. The distance between the stable positions can be set to a distance smaller than the smaller distance between the stator electrode and the mover electrode.
【００１２】請求項２の構成によれば、各組の駆動電圧
の印加を開始した時点で生じるクーロン力の合成成分
が、固定子と可動子との対向面に直交する方向では反発
力になるように各相の駆動電圧の極性を設定しているの
で、可動子が固定子に対して移動を開始する際に可動子
が固定子から浮上することになり、固定子と可動子との
間に生じる摩擦力が小さくなって、印加電圧に対する駆
動力を大きくすることができるのである。According to the second aspect of the present invention, the combined component of the Coulomb force generated when the application of the driving voltage of each set is started becomes a repulsive force in a direction orthogonal to the opposing surface of the stator and the mover. Since the polarity of the drive voltage of each phase is set as described above, when the mover starts moving with respect to the stator, the mover floats from the stator, and between the stator and the mover. In this case, the frictional force generated during the driving is reduced, and the driving force with respect to the applied voltage can be increased.
【００１３】請求項３の構成によれば、固定子および可
動子をそれぞれ２層の導電体層を有した多層配線板によ
って形成し、一方の導電体層を固定子電極または可動子
電極とし、各導電体層を固定子電極または可動子電極を
各相ごとに接続する給電ラインとしているので、既製の
多層配線基板の加工技術を用いて精密な加工が可能にな
るのであり、固定子電極および可動子電極のそれぞれの
間隔が正確に設定でき、可動子の移動距離を一層精密に
制御できるようになるのである。さらに、２層の導電体
層を用いて給電ラインを形成しているから、固定子電極
と可動子電極とがそれぞれ複数相であるにもかかわら
ず、固定子電極および可動子電極を各相ごとに一括して
接続するのが容易になるのである。According to the third aspect of the present invention, the stator and the mover are each formed by a multilayer wiring board having two conductive layers, and one of the conductive layers is a stator electrode or a mover electrode. Since each conductor layer is a power supply line that connects a stator electrode or a mover electrode for each phase, precise processing can be performed using a processing technology of an already-prepared multilayer wiring board. The distance between the mover electrodes can be accurately set, and the moving distance of the mover can be controlled more precisely. Furthermore, since the power supply line is formed using two conductor layers, the stator electrode and the mover electrode are provided for each phase, even though the stator electrode and the mover electrode each have a plurality of phases. It is easy to connect them all at once.
【００１４】請求項４の構成によれば、各固定子電極お
よび各可動子電極を、それぞれ直線状の電極素片の一端
同士を所定の角度で連結した形状に形成しているので、
固定子と可動子との対向面に平行な面内で、可動子の移
動方向に直交する方向において、各電極素片による拮抗
した力が作用することになり、可動子の横振れが少なく
なるのである。According to the fourth aspect of the present invention, each stator electrode and each mover electrode are formed in a shape in which one ends of linear electrode pieces are connected at a predetermined angle.
In the plane parallel to the opposing surface of the stator and the mover, in the direction perpendicular to the moving direction of the mover, an antagonistic force by each electrode element acts, and the lateral swing of the mover is reduced. It is.
【００１５】[0015]
【実施例】（実施例１）本実施例では、固定子電極を３
相とし可動子電極を４相としているが、これに限定され
るものではなく、相数については各種の組み合わせが可
能である。図２および図５に示すように、可動子１およ
び固定子２は、それぞれ多層配線板３を用いてフィルム
状に形成され、互いに対向するように配置される。多層
配線板３は、絶縁基板３１の表裏両面にそれぞれ絶縁体
層３２、３３を接着材層３６、３７を介して積層し、絶
縁基板３１と各絶縁体層３２、３３との間にそれぞれ銅
箔よりなる導電体層３４、３５を挟装したものであっ
て、全体として２００μｍ程度の厚みのフィルム状に形
成されている。絶縁基板３１、絶縁体層３２、３３に
は、ポリイミドやポリエチレンテレフタレートなどが用
いられる。ただし、摩擦による帯電を避けるために、絶
縁基板３１、絶縁体層３２、３３などには同一材料を用
いる。(Embodiment 1) In this embodiment, three stator electrodes are used.
Although four phases are used for the mover electrodes, the present invention is not limited to this. Various combinations of the number of phases are possible. As shown in FIGS. 2 and 5, the mover 1 and the stator 2 are each formed in a film shape using a multilayer wiring board 3, and are arranged so as to face each other. The multilayer wiring board 3 is formed by laminating insulating layers 32 and 33 on both front and back surfaces of an insulating substrate 31 with adhesive layers 36 and 37 interposed therebetween, and forming a copper layer between the insulating substrate 31 and the insulating layers 32 and 33, respectively. It is formed by sandwiching conductor layers 34 and 35 made of foil, and is formed in a film shape having a thickness of about 200 μm as a whole. Polyimide, polyethylene terephthalate, or the like is used for the insulating substrate 31 and the insulating layers 32, 33. However, in order to avoid electrification due to friction, the same material is used for the insulating substrate 31, the insulating layers 32 and 33, and the like.
【００１６】可動子１となる多層配線板３の導電体層３
４には、図３に示すように、直線帯状に形成した多数の
可動子電極１１を、互いに平行になるように一定間隔ｐ
1 で配列した導電パターンが形成されている。各相の可
動子電極１１は循環的に配列され、各相をＡ〜Ｄ相とす
れば、ＡＢＣＤＡＢ・・・という順に配列される。ま
た、各相の可動子電極１１は、導電体層３４により形成
された給電ライン１２に対して、各相ごとにまとめて接
続される。ここに、４相のうちの２相の給電ライン１２
は可動子電極１１と同じ導電体層３４に形成され、残り
の２相の給電ライン１２は他の導電体層３５に形成され
る。導電体層３５に形成された給電ライン１２と可動子
電極１１とを接続するには、可動子電極１１の一端部に
設けたランド１３の中心に穿孔したスルーホール１４を
用いてめっきスルーホール法などの周知の方法を適用す
る。Conductor layer 3 of multilayer wiring board 3 serving as mover 1
As shown in FIG. 3, a plurality of mover electrodes 11 formed in a linear strip shape are arranged at a fixed interval p so as to be parallel to each other.
The conductive patterns arranged in 1 are formed. The mover electrodes 11 of each phase are arranged cyclically, and if each phase is A to D phases, they are arranged in the order of ABCDAB. The mover electrode 11 of each phase is collectively connected to the power supply line 12 formed by the conductor layer 34 for each phase. Here, two-phase power supply line 12 of the four phases
Are formed on the same conductor layer 34 as the mover electrode 11, and the remaining two-phase power supply lines 12 are formed on another conductor layer 35. In order to connect the power supply line 12 formed on the conductor layer 35 and the mover electrode 11, a plating through hole method is used by using a through hole 14 formed at the center of a land 13 provided at one end of the mover electrode 11. A well-known method such as is applied.
【００１７】固定子２は、可動子１と同様の構成であっ
て、図４に示すように、多層配線板３０の導電体層３４
に直線帯状の多数の固定子電極２１を一定間隔ｐ2 で配
列した導電パターンを有している。各層の固定子電極２
１は循環的に配列され、各相をＥ〜Ｇとすれば、ＥＦＧ
ＥＦ・・・という順に配列されるのである。また、各層
の固定子電極２１は、給電ライン２２に対して、各相ご
とにまとめて接続される。ここに、３相のうちの２相の
給電ライン２２は固定子電極２１と同じ導電体層３４に
形成され、残りの１相の給電ライン２２は他の導電体層
３５に形成される。導電体層３５に形成された給電ライ
ン２２と、固定子電極２１との接続は、可動子１の場合
と同様であって、図５に示すように、固定子電極２１の
両端部に設けたランド２３の中心にそれぞれ穿孔したス
ルーホール２４を用いて、めっきスルーホール法などの
周知の方法を適用する。このようにして、導電体層３５
には同相の給電ライン３２が２本形成されることにな
る。The stator 2 has the same structure as the mover 1, and as shown in FIG.
And a conductive pattern having an array of multiple stator electrodes 21 of the linear strip at regular intervals p 2 in. Stator electrode 2 of each layer
1 are arranged cyclically, and if each phase is EG, EFG
Are arranged in the order of EF ... The stator electrodes 21 of each layer are collectively connected to the power supply line 22 for each phase. Here, the two-phase power supply lines 22 of the three phases are formed on the same conductive layer 34 as the stator electrode 21, and the remaining one-phase power supply lines 22 are formed on the other conductive layer 35. The connection between the power supply line 22 formed on the conductor layer 35 and the stator electrode 21 is the same as that of the mover 1 and is provided at both ends of the stator electrode 21 as shown in FIG. A well-known method such as a plating through-hole method is applied using the through-holes 24 formed in the centers of the lands 23. Thus, the conductor layer 35
, Two in-phase power supply lines 32 are formed.
【００１８】可動子電極１１と固定子電極２１とは、
（可動子電極の相数×可動子電極の間隔）＝（固定子電
極の相数×固定子電極の間隔）という関係が成立するよ
うに配列されている。すなわち、４×ｐ1 ＝３×ｐ2 ＝
ｕになっている。また、固定子電極２１の幅は、可動子
電極１１の幅よりも大きく設定されており、上記寸法ｕ
の間で、いずれか一つの可動子電極１１と固定子電極２
１との中心同士が対向している状態で、他のいずれかの
固定子電極２１に可動子電極１１の半分程度の面が対向
できるように設定されている。The mover electrode 11 and the stator electrode 21
The arrangement is such that a relationship of (number of phases of mover electrodes × interval of mover electrodes) = (number of phases of stator electrodes × interval of stator electrodes) is established. That is, 4 × p 1 = 3 × p 2 =
u. In addition, the width of the stator electrode 21 is set to be larger than the width of the mover electrode 11, and the dimension u
Between any one of the mover electrode 11 and the stator electrode 2
The center of the movable electrode 11 is set so that about half of the surface of the movable electrode 11 can face any of the other stator electrodes 21 in a state where the centers of the movable electrodes 1 face each other.
【００１９】可動子１の各給電ライン１２および固定子
２の各給電ライン２２には、図１に示すように、リレー
接点等からなるスイッチ要素４を介して直流電源５が接
続される。直流電源５は、＋Ｖ、０、−Ｖの３種類の電
圧を出力し、スイッチ要素４は、各給電ライン２２に対
して直流電源５の３種類の出力電圧を駆動電圧として選
択的に印加する。また、スイッチ要素４の切り換えは、
切換制御部６によって制御される。したがって、各給電
ライン１２、２２には、＋Ｖ、０、−Ｖのいずれかの電
圧が選択的に印加される。換言すれば、各可動子電極１
１および各固定子電極２１には、複極の駆動電圧が印加
されるのであって、スイッチ要素４、直流電源５、切換
制御部６によって駆動電圧制御手段が構成されるのであ
る。駆動電圧は、可動子電極１１および固定子電極２１
の各相ごとに制御される。As shown in FIG. 1, a DC power supply 5 is connected to each power supply line 12 of the mover 1 and each power supply line 22 of the stator 2 via a switch element 4 composed of a relay contact or the like. The DC power supply 5 outputs three types of voltages of + V, 0, and −V, and the switch element 4 selectively applies the three types of output voltages of the DC power supply 5 to each power supply line 22 as drive voltages. . Switching of the switch element 4 is performed as follows.
Controlled by the switching control unit 6. Therefore, any one of + V, 0, and -V is selectively applied to each of the power supply lines 12 and 22. In other words, each mover electrode 1
A multi-polar drive voltage is applied to 1 and each stator electrode 21, and the switch element 4, the DC power supply 5, and the switching control unit 6 constitute drive voltage control means. The drive voltage is applied to the mover electrode 11 and the stator electrode 21.
Is controlled for each phase.
【００２０】各相の駆動電圧の印加パターンにはいろい
ろな形式が考えられるが、たとえば図６に示すような駆
動電圧を与えれば、可動子電極１１および固定子電極２
１の極性を図７のように変化させて、可動子１を固定子
２に対して移動させることができる。ここで、ＡＢＣＤ
は可動子電極１１の各相を示し、ＥＦＧは固定子電極２
１の各相を示す。この駆動電圧の印加パターンでは、可
動子電極１１および固定子電極２１のうち中心同士が対
向しているものに＋Ｖを印加し、＋Ｖを印加した可動子
電極１１および固定子電極２１に対して図７における左
隣の可動子電極１１および固定子電極２１に−Ｖを印加
する（図７（ａ）参照）。このように駆動電圧を印加す
れば、−Ｖを印加された可動子電極１１と固定子電極２
１とは中心がずれているために、反発力によって中心の
距離を広げる向きに可動子１を移動させる。また、可動
子１がｕ／１２だけ移動すると、初めに＋Ｖを印加され
た可動子電極１１および固定子電極２１の右隣の可動子
電極１１および固定子電極２１の中心同士が対向するこ
とになるから（図７（ｂ）参照）、この時点で駆動電圧
を切り換えるようにすれば（図７（ｃ）参照）、図７
（ａ）と同じ形に戻り、以後同様にして可動子１を移動
させることができるのである。要するに、各相の駆動電
圧の組を｛（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ），（Ｅ，Ｆ，Ｇ）｝とす
れば、可動子１がｕ／１２進むごとに、｛（−Ｖ，＋
Ｖ，０，０），（−Ｖ，＋Ｖ，０）｝→｛（０，−Ｖ，
＋Ｖ，０），（０，−Ｖ，＋Ｖ）｝というように、１相
分だけ駆動電圧を偏位させるようにするのである。可動
子１を逆向きに移動させる場合には、｛（０，＋Ｖ，−
Ｖ，０），（０，＋Ｖ，−Ｖ）｝→｛（＋Ｖ，−Ｖ，
０，０），（＋Ｖ，−Ｖ，０）｝というように、初動の
向きを逆にするように極性を設定するとともに駆動電圧
を偏位させる向きを逆にすればよい。There are various types of driving voltage application patterns for each phase. For example, if a driving voltage as shown in FIG. 6 is applied, the movable electrode 11 and the stator electrode 2
The movable element 1 can be moved relative to the stator 2 by changing the polarity of the movable element 1 as shown in FIG. Where ABCD
Indicates each phase of the mover electrode 11, and EFG indicates the stator electrode 2.
1 shows each phase. In this drive voltage application pattern, + V is applied to the movable electrode 11 and the stator electrode 21 whose centers are opposed to each other, and the voltage is applied to the movable electrode 11 and the stator electrode 21 to which + V is applied. 7, -V is applied to the mover electrode 11 and the stator electrode 21 on the left side of FIG. 7 (see FIG. 7A). When the driving voltage is applied in this manner, the movable electrode 11 and the stator electrode 2 to which -V is applied are applied.
Since the center is deviated from the center 1, the mover 1 is moved in a direction to increase the center distance by the repulsive force. Further, when the mover 1 moves by u / 12, the centers of the mover electrode 11 and the stator electrode 21 on the right side of the mover electrode 11 and the stator electrode 21 to which + V is applied first face each other. 7 (see FIG. 7B), if the drive voltage is switched at this point (see FIG. 7C),
It returns to the same shape as (a), and the mover 1 can be moved in the same manner thereafter. In short, if the set of driving voltages of each phase is {(A, B, C, D), (E, F, G)}, every time the mover 1 advances by u / 12, {(−V, +
V, 0,0), (− V, + V, 0)｝ → {(0, −V,
+ V, 0), (0, -V, + V)}, so that the drive voltage is shifted by one phase. To move the mover 1 in the opposite direction, ｛(0, + V, −
V, 0), (0, + V, -V)｝ → ｛(+ V, -V,
(0, 0), (+ V, −V, 0)}, the polarity may be set so as to reverse the direction of the initial movement, and the direction in which the drive voltage is displaced may be reversed.
【００２１】上述した駆動電圧の印加パターンによれ
ば、可動子１の移動が開始されるときには、クーロン力
の合力について可動子１と固定子２との対向面に直交す
る方向の成分が反発力になるから、可動子１が固定子２
から浮き上がることになり、可動子１と固定子２との間
の摩擦力を軽減された状態で可動子１が移動することに
なる。その結果、摩擦力による駆動力の損失が少なく、
印加電圧の大きさに対して駆動力を大きくすることがで
きるのである。According to the driving voltage application pattern described above, when the movement of the mover 1 is started, the component of the resultant Coulomb force in the direction orthogonal to the opposing surface of the mover 1 and the stator 2 is a repulsive force. Therefore, the mover 1 becomes the stator 2
, And the mover 1 moves with the frictional force between the mover 1 and the stator 2 reduced. As a result, loss of driving force due to frictional force is small,
The driving force can be increased with respect to the magnitude of the applied voltage.
【００２２】（実施例２）実施例１では、可動子１の移
動時に主として反発力が作用するように駆動電圧の印加
パターンを設定していたが、本実施例では、図８に示す
ように、固定子電極２１に印加する駆動電圧の印加パタ
ーンを実施例１とは異なるように設定したことによっ
て、可動子１の移動時に主として吸引力が作用するよう
にしているものである。他の構成は実施例１と同様であ
る。(Embodiment 2) In Embodiment 1, the driving voltage application pattern is set so that a repulsive force mainly acts when the mover 1 moves. In this embodiment, as shown in FIG. By setting the application pattern of the drive voltage applied to the stator electrode 21 differently from that in the first embodiment, the suction force mainly acts when the mover 1 moves. Other configurations are the same as in the first embodiment.
【００２３】（実施例３）本実施例は、駆動電圧の印加
パターンを図９のように設定したものである。この印加
パターンでは、可動子１の駆動時に対向する可動子電極
１１と固定子電極２１との間の電位差が２Ｖになるよう
に設定しているのであって、可動子１の駆動時に主とし
て反発力が作用する。同じ動作は、複極とする代わり
に、＋２Ｖと０、または、０と−２Ｖという組み合わせ
でも可能である。他の構成は実施例１と同様であるから
説明を省略する。Embodiment 3 In this embodiment, the driving voltage application pattern is set as shown in FIG. In this application pattern, the potential difference between the opposing mover electrode 11 and the stator electrode 21 when the mover 1 is driven is set to 2 V, and the repulsive force is mainly generated when the mover 1 is driven. Works. The same operation is possible with a combination of + 2V and 0 or 0 and -2V, instead of using a double pole. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
【００２４】（実施例４）上記各実施例では、駆動電圧
の波形を矩形状の波形としていたが、この場合には、可
動子１の移動開始直後の加速度と停止直前の減速度が大
きくなり、乱調や脱調の原因になることがある。そこ
で、本実施例では、各極性の駆動電圧の波形を、図１０
のように、正弦波の半サイクルの波形としているのであ
る。このようにすれば、加速と減速とが滑らかになり、
乱調や脱調が起こりにくくなるのである。他の構成は実
施例１と同様であるから説明を省略する。(Embodiment 4) In each of the above embodiments, the drive voltage waveform is a rectangular waveform. In this case, however, the acceleration immediately after the start of the movement of the mover 1 and the deceleration immediately before the stop become large. This can cause upset and step-out. Therefore, in the present embodiment, the waveform of the driving voltage of each polarity is shown in FIG.
Thus, the waveform is a half cycle of a sine wave. In this way, acceleration and deceleration become smooth,
It is less likely that the tongue and the step out will occur. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
【００２５】（実施例５）上記各実施例では、可動子電
極１１および固定子電極２１が直線状に形成されていた
が、本実施例では、図１１に示すように、可動子電極１
１および固定子電極２１を、直線状の電極素片７の一端
同士を所定の角度をなすように連結した略Ｖ形に形成し
ている。(Embodiment 5) In each of the above embodiments, the mover electrode 11 and the stator electrode 21 are formed linearly. However, in this embodiment, as shown in FIG.
1 and the stator electrode 21 are formed in a substantially V shape in which one ends of the linear electrode pieces 7 are connected at a predetermined angle.
【００２６】可動子電極１１および固定子電極２１をこ
のような形状に形成すれば、可動子１の移動方向に直交
する方向に、互いに拮抗する分力が作用するようにな
り、可動子１の横振れが防止されるのである。他の構成
は実施例１と同様であるから説明を省略する。If the mover electrode 11 and the stator electrode 21 are formed in such a shape, component forces opposing each other act on the mover 1 in a direction perpendicular to the moving direction of the mover 1. Lateral run-out is prevented. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
【００２７】[0027]
【発明の効果】上述のように、請求項１の構成によれ
ば、固定子と可動子とにそれぞれ多数の固定子電極と可
動子電極とを配列し、固定子電極と可動子電極とに印加
する駆動電圧を制御して可動子を移動させるので、可動
子の安定位置間の距離は、固定子電極と可動子電極との
間隔によって正確に設定されるのである。また、固定子
に固定子電極を設けるとともに可動子に可動子電極を設
けているので、従来のように、初動時に静電誘導による
電荷を可動子に生じさせる必要がなく、初動時と定常動
作時とで駆動電圧の制御状態を変更する必要がないので
あり、制御が容易になるという利点がある。しかも、固
定子電極および可動子電極がそれぞれ所定の間隔で配列
されているので、固定子電極と可動子電極との位置関係
によって固定子に対する可動子の基準位置を正確に設定
できることになる。さらに、固定子電極と可動子電極と
の配列間隔を互いに異なる寸法に設定し、固定子電極へ
の駆動電圧と可動子電極への駆動電圧とを異なる相数に
設定しているので、可動子の安定位置間の距離を、固定
子電極と可動子電極とのいずれか小さいほうの間隔より
も小さい距離に設定することが可能になるという効果を
奏するのである。As described above, according to the structure of the first aspect, a large number of stator electrodes and movable electrodes are arranged on the stator and the movable element, respectively, Since the movable element is moved by controlling the drive voltage to be applied, the distance between the stable positions of the movable element is accurately set by the distance between the stator electrode and the movable electrode. In addition, since the stator electrode is provided on the stator and the mover electrode is provided on the mover, there is no need to generate charges due to electrostatic induction on the mover at the time of the initial movement as in the conventional case. There is no need to change the control state of the drive voltage between times, and there is an advantage that the control becomes easy. Moreover, since the stator electrodes and the mover electrodes are arranged at predetermined intervals, the reference position of the mover with respect to the stator can be accurately set by the positional relationship between the stator electrodes and the mover electrodes. Furthermore, the arrangement interval between the stator electrode and the mover electrode is set to different dimensions, and the drive voltage to the stator electrode and the drive voltage to the mover electrode are set to different numbers of phases. Has an effect that the distance between the stable positions can be set to be smaller than the smaller one of the stator electrode and the mover electrode.
【００２８】請求項２の構成によれば、各組の駆動電圧
の印加を開始した時点で生じるクーロン力の合成成分
が、固定子と可動子との対向面に直交する方向では反発
力になるように各相の駆動電圧の極性を設定しているの
で、可動子が固定子に対して移動を開始する際に可動子
が固定子から浮上することになり、固定子と可動子との
間に生じる摩擦力が小さくなって、印加電圧に対する駆
動力を大きくすることができるという利点がある。According to the second aspect of the present invention, the combined component of the Coulomb force generated when the application of the driving voltage of each set is started becomes a repulsive force in a direction orthogonal to the opposing surface of the stator and the mover. Since the polarity of the drive voltage of each phase is set as described above, when the mover starts moving with respect to the stator, the mover floats from the stator, and between the stator and the mover. This has the advantage that the frictional force generated at the time of driving can be reduced and the driving force with respect to the applied voltage can be increased.
【００２９】請求項３の構成によれば、固定子および可
動子をそれぞれ２層の導電体層を有した多層配線板によ
って形成し、一方の導電体層を固定子電極または可動子
電極とし、各導電体層を固定子電極または可動子電極を
各相ごとに接続する給電ラインとしているので、既製の
多層配線基板の加工技術を用いて精密な加工が可能にな
るのであり、固定子電極および可動子電極のそれぞれの
間隔が正確に設定でき、可動子の移動距離を一層精密に
制御できるようになるのである。さらに、２層の導電体
層を用いて給電ラインを形成しているから、固定子電極
と可動子電極とがそれぞれ複数相であるにもかかわら
ず、固定子電極および可動子電極を各相ごとに一括して
接続するのが容易になるという効果がある。According to the third aspect of the present invention, the stator and the mover are each formed by a multilayer wiring board having two conductor layers, and one of the conductor layers is a stator electrode or a mover electrode. Since each conductor layer is a power supply line that connects a stator electrode or a mover electrode for each phase, precise processing can be performed using a processing technology of an already-prepared multilayer wiring board. The distance between the mover electrodes can be accurately set, and the moving distance of the mover can be controlled more precisely. Furthermore, since the power supply line is formed using two conductor layers, the stator electrode and the mover electrode are provided for each phase, even though the stator electrode and the mover electrode each have a plurality of phases. Has the effect that it is easy to connect them together.
【００３０】請求項４の構成によれば、各固定子電極お
よび各可動子電極を、それぞれ直線状の電極素片の一端
同士を所定の角度で連結した形状に形成しているので、
固定子と可動子との対向面に平行な面内で、可動子の移
動方向に直交する方向において、各電極素片による拮抗
した力が作用することになり、可動子の横振れが少なく
なるのである。According to the fourth aspect of the present invention, each of the stator electrodes and each of the movable electrodes are formed in a shape in which one end of each linear electrode element is connected at a predetermined angle.
In the plane parallel to the opposing surface of the stator and the mover, in the direction perpendicular to the moving direction of the mover, an antagonistic force by each electrode element acts, and the lateral swing of the mover is reduced. It is.
【図１】実施例を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment.
【図２】実施例の要部断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a main part of the embodiment.
【図３】実施例に用いる可動子を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a mover used in the embodiment.
【図４】実施例に用いる固定子を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a stator used in the embodiment.
【図５】実施例に用いる可動子の要部断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a main part of a mover used in the embodiment.
【図６】実施例１の駆動電圧の印加パターンを示す動作
説明図である。FIG. 6 is an operation explanatory diagram showing a driving voltage application pattern according to the first embodiment.
【図７】実施例１の動作説明図である。FIG. 7 is an operation explanatory diagram of the first embodiment.
【図８】実施例２の駆動電圧の印加パターンを示す動作
説明図である。FIG. 8 is an operation explanatory diagram illustrating a driving voltage application pattern according to the second embodiment.
【図９】実施例３の駆動電圧の印加パターンを示す動作
説明図である。FIG. 9 is an operation explanatory diagram showing a driving voltage application pattern according to the third embodiment.
【図１０】実施例４の駆動電圧の印加パターンを示す動
作説明図である。FIG. 10 is an operation explanatory diagram showing a driving voltage application pattern according to the fourth embodiment.
【図１１】実施例５に用いる固定子を示す平面図であ
る。FIG. 11 is a plan view showing a stator used in a fifth embodiment.
【図１２】従来例の動作説明図である。FIG. 12 is an operation explanatory diagram of a conventional example.
１ 可動子 ２ 固定子 ３ 多層配線板 ４ スイッチ要素 ５ 直流電源 ６ 切換制御部 ７ 電極素片 １１ 可動子電極 １２ 給電ライン ２１ 固定子電極 ２２ 給電ライン ３１ 絶縁基板 ３２ 絶縁体層 ３３ 絶縁体層 ３４ 導電体層 ３５ 導電体層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mover 2 Stator 3 Multilayer wiring board 4 Switch element 5 DC power supply 6 Switching control part 7 Electrode piece 11 Mover element electrode 12 Power supply line 21 Stator electrode 22 Power supply line 31 Insulating substrate 32 Insulator layer 33 Insulator layer 34 Conductor layer 35 Conductor layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−40777（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−114873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−253884（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−172973（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−285978（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−1488（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02N 1/00 H02N 11/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-40777 (JP, A) JP-A-2-114873 (JP, A) JP-A-63-253884 (JP, A) JP-A-4- 172973 (JP, A) JP-A-2-285978 (JP, A) JP-A-64-1488 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H02N 1/00 H02N 11 / 00
Claims (4)
配列したフィルム状の固定子と、絶縁体層を介して固定
子電極に対向して配置される多数の可動子電極を上記一
方向に所定間隔で配列したフィルム状の可動子と、可動
子電極と固定子電極との間に生じるクーロン力により可
動子が固定子に対して上記一方向に移動するように固定
子電極および可動子電極に複数相の駆動電圧を印加する
駆動電圧制御手段とを備え、固定子電極と可動子電極と
の配列間隔は互いに異なる寸法に設定され、固定子電極
への駆動電圧と可動子電極への駆動電圧とは異なる相数
に設定されて成ることを特徴とする静電アクチュエー
タ。1. A film-like stator in which a number of stator electrodes are arranged at predetermined intervals in one direction, and a number of movable electrodes arranged opposite to the stator electrodes via an insulator layer. The film-shaped movers arranged at predetermined intervals in the direction, and the stator electrode and the movable member are moved so that the mover moves in one direction with respect to the stator by the Coulomb force generated between the mover electrode and the stator electrode. Drive voltage control means for applying a plurality of phases of drive voltages to the stator electrodes, wherein the arrangement intervals between the stator electrodes and the mover electrodes are set to different dimensions, and the drive voltage to the stator electrodes and the mover electrode The number of phases is set to be different from the driving voltage of the electrostatic actuator.
出力するとともに各固定子電極および各可動子電極に印
加する各相の駆動電圧の極性の組を順次切り換えて可動
子を固定子に対して移動させるのであって、各組の駆動
電圧の印加を開始した時点で生じるクーロン力の合成成
分が、固定子と可動子との対向面に直交する方向では反
発力になるように各相の駆動電圧の極性が設定されて成
ることを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエー
タ。2. The drive voltage control means outputs a multi-pole drive voltage and sequentially switches a polarity set of a drive voltage of each phase applied to each stator electrode and each mover electrode to change the mover to a stator. So that the combined component of the Coulomb force generated when the application of the driving voltage of each set is started becomes a repulsive force in a direction orthogonal to the opposing surface of the stator and the mover. 2. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the polarity of the phase drive voltage is set.
板と絶縁基板の表裏両面を全面に亙って覆う一対の絶縁
体層との間にそれぞれ導電体層を積層した多層配線板よ
りなり、絶縁基板の表裏の一面の導電体層に固定子電極
または可動子電極となる導電パターンが形成され、各導
電体層には固定子電極または可動子電極を各相ごとにま
とめて接続する給電ラインが形成されて成ることを特徴
とする請求項１記載の静電アクチュエータ。3. The stator and the mover are each formed of a multilayer wiring board in which a conductor layer is laminated between an insulating substrate and a pair of insulator layers covering the entire front and back surfaces of the insulating substrate, respectively. A conductive pattern to be a stator electrode or a movable electrode is formed on a conductive layer on one surface of the front and back surfaces of the insulating substrate, and a power supply line for connecting the stator electrode or the movable electrode for each phase collectively to each conductive layer. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein is formed.
れぞれ直線状の電極素片の一端同士を所定の角度で連結
した形状に形成されて成ることを特徴とする請求項１記
載の静電アクチュエータ。4. The static electricity device according to claim 1, wherein each of the stator electrodes and each of the mover electrodes are formed in a shape in which one ends of linear electrode pieces are connected at a predetermined angle. Electric actuator.
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| JPH04271284A JPH04271284A (en) | 1992-09-28 |
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