JP2923974B2 - 静電アクチュエータ - Google Patents
静電アクチュエータInfo
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- JP2923974B2 JP2923974B2 JP13355489A JP13355489A JP2923974B2 JP 2923974 B2 JP2923974 B2 JP 2923974B2 JP 13355489 A JP13355489 A JP 13355489A JP 13355489 A JP13355489 A JP 13355489A JP 2923974 B2 JP2923974 B2 JP 2923974B2
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- phase electrode
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は静電力を用いて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。
チュエータに関するものである。
［従来の技術］ 従来、静電アクチュエータは電磁式の可変レラクタン
ス形ステッピングモータと同様に多相の電源を切り替え
で動作させることができる。静電力は電磁力にくらべて
発生エネルギが小さいので、一般には出力を向上させる
ために一定のピッチで同相の電極を並列に連結して多極
化を図っている。静電アクチュエータの従来例として特
開昭63−95868号および特開昭63−95866号が開示されて
いる。
ス形ステッピングモータと同様に多相の電源を切り替え
で動作させることができる。静電力は電磁力にくらべて
発生エネルギが小さいので、一般には出力を向上させる
ために一定のピッチで同相の電極を並列に連結して多極
化を図っている。静電アクチュエータの従来例として特
開昭63−95868号および特開昭63−95866号が開示されて
いる。
［発明が解決しようとする課題］ ところが前者においては、固定子は基板上に電源の相
毎に積層して３相の電源が交差した点で短絡しないよう
に工夫されているが、積層の厚さ分だけ固定子と可動子
電極との距離が大きくなるため、静電力の発生が低下す
るという課題がある。後者においては電極の径を各相毎
に変えて形成し、一定の箇所から給電口を取り出してい
るが、出力は電極の径方向の長さに比例するため、内側
の相になるにしたがって出力が小さくなり、各相ごとの
出力がバランスしないという欠点がある。
毎に積層して３相の電源が交差した点で短絡しないよう
に工夫されているが、積層の厚さ分だけ固定子と可動子
電極との距離が大きくなるため、静電力の発生が低下す
るという課題がある。後者においては電極の径を各相毎
に変えて形成し、一定の箇所から給電口を取り出してい
るが、出力は電極の径方向の長さに比例するため、内側
の相になるにしたがって出力が小さくなり、各相ごとの
出力がバランスしないという欠点がある。
本発明は、多相の微細電極とその給電口を交差させず
に同一平面で形成することにより、上記欠点を除くこと
を目的とするものである。
に同一平面で形成することにより、上記欠点を除くこと
を目的とするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、誘電率が無限大の金属部と低誘電率の絶縁
体部とが交互に等間隔のピッチで移動方向に配設され、
前記金属部と前記絶縁体部のそれぞれの表面が絶縁性の
強誘電体薄膜で被覆され、かつ可動自在に支持された可
動子と、絶縁体の表面に多相の給電口と電極とを平面上
で交差することなく連続して連結した固定子とからな
り、前記可動子に前記固定子を空隙を介して対向さた静
電アクチュエータにおいて、前記固定子および前記可動
子は略矩形状に形成され、前記固定子の電極は、方形波
状のものが長手方向に直線的に設けられた第一相電極
と、前記第一相電極の両側に平行に形成された直線状の
第二相電極および第三相電極からなり、かつ、前記第二
相電極および前記第三相電極はそれぞれ前記第一相電極
の空白部に向かって直角方向に伸延する枝部を有し、１
サイクルの電極が所定の順序で配列された配線としこの
配線が同一ピッチで複数組形成されたものからなり、前
記可動子の電極は長手方向と直角方向に同一ピッチで複
数形成されたものからなる構成にしている。
体部とが交互に等間隔のピッチで移動方向に配設され、
前記金属部と前記絶縁体部のそれぞれの表面が絶縁性の
強誘電体薄膜で被覆され、かつ可動自在に支持された可
動子と、絶縁体の表面に多相の給電口と電極とを平面上
で交差することなく連続して連結した固定子とからな
り、前記可動子に前記固定子を空隙を介して対向さた静
電アクチュエータにおいて、前記固定子および前記可動
子は略矩形状に形成され、前記固定子の電極は、方形波
状のものが長手方向に直線的に設けられた第一相電極
と、前記第一相電極の両側に平行に形成された直線状の
第二相電極および第三相電極からなり、かつ、前記第二
相電極および前記第三相電極はそれぞれ前記第一相電極
の空白部に向かって直角方向に伸延する枝部を有し、１
サイクルの電極が所定の順序で配列された配線としこの
配線が同一ピッチで複数組形成されたものからなり、前
記可動子の電極は長手方向と直角方向に同一ピッチで複
数形成されたものからなる構成にしている。
また、前記固定子および前記可動子を円形状または円
筒状に形成し、前記固定子の電極は、方形波状のものが
円周方向に設けられた第一相電極と、前記第一相電極の
外径側に設けた第二相電極および内径側に設けた第三相
電極とからなり、かつ、前記第二相電極および前記第三
相電極はそれぞれ前記第一相電極の空白部に向かって径
方向に伸延する枝部を有し、１サイクルの電極が所定の
順序で配列された配線としこの配線が同一ピッチで複数
組形成されたものからなり、前記可動子の電極は、放射
状に同一ピッチで複数形成された構成にしている。
筒状に形成し、前記固定子の電極は、方形波状のものが
円周方向に設けられた第一相電極と、前記第一相電極の
外径側に設けた第二相電極および内径側に設けた第三相
電極とからなり、かつ、前記第二相電極および前記第三
相電極はそれぞれ前記第一相電極の空白部に向かって径
方向に伸延する枝部を有し、１サイクルの電極が所定の
順序で配列された配線としこの配線が同一ピッチで複数
組形成されたものからなり、前記可動子の電極は、放射
状に同一ピッチで複数形成された構成にしている。
［作用］ 所定の順序で配列された固定子の各相の電極は一平面
上に配置され、各相の電極の間隔は、一定間隔で平行に
形成された可動子電極と対向したときに所定の位置関係
にあるように形成されて、一平面上で交差することなく
連続して連結されているので、固定子と可動子の電極間
の空隙を増やすこと無く静電力を作用させることができ
る。また、可動子の移動動作は例えばＲ相電極に可動子
電極が半分重なったときに、Ｒ相電極にプラスの電圧を
加えることにより、可動子電極の表面にマイナス電荷が
発生させて、プラス電荷をもつ固定子のＲ相電極の中央
部まで可動子電極を引き込ませ、可動子を移動させる。
この動作を各相で行なうことにより連続した可動子の移
動を行なうことができる。
上に配置され、各相の電極の間隔は、一定間隔で平行に
形成された可動子電極と対向したときに所定の位置関係
にあるように形成されて、一平面上で交差することなく
連続して連結されているので、固定子と可動子の電極間
の空隙を増やすこと無く静電力を作用させることができ
る。また、可動子の移動動作は例えばＲ相電極に可動子
電極が半分重なったときに、Ｒ相電極にプラスの電圧を
加えることにより、可動子電極の表面にマイナス電荷が
発生させて、プラス電荷をもつ固定子のＲ相電極の中央
部まで可動子電極を引き込ませ、可動子を移動させる。
この動作を各相で行なうことにより連続した可動子の移
動を行なうことができる。
［実施例］ 本発明を図に示す実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例を示す斜視図で、１は静電ア
クチュエータで、低誘電率の単結晶シリコンからなる可
動子２と、可動子２の両面に対向して設けられた、同じ
く低誘電率の単結晶シリコンからなる固定子３、３′
と、可動子２と固定子３および３′との間に微小空隙
４、４′を形成して可動子を支持する軸受５、５′とか
ら構成されている。固定子３、３′の可動子２との対向
面31、31′には第２図（ａ）に示す電極パターンが、可
動子２の固定子３、３′との対向面21、21′には第２図
（ｂ）に示す誘電率が無限大の金属の電極パターンが形
成され、その電極パターンは絶縁性のPZTなどからなる
強誘電体薄膜６で被覆されている。
クチュエータで、低誘電率の単結晶シリコンからなる可
動子２と、可動子２の両面に対向して設けられた、同じ
く低誘電率の単結晶シリコンからなる固定子３、３′
と、可動子２と固定子３および３′との間に微小空隙
４、４′を形成して可動子を支持する軸受５、５′とか
ら構成されている。固定子３、３′の可動子２との対向
面31、31′には第２図（ａ）に示す電極パターンが、可
動子２の固定子３、３′との対向面21、21′には第２図
（ｂ）に示す誘電率が無限大の金属の電極パターンが形
成され、その電極パターンは絶縁性のPZTなどからなる
強誘電体薄膜６で被覆されている。
固定子３、３′の対向面31、31′には第２図（ａ）に
示すように、長手方向の一方端部にそれぞれ３相の電源
に接続するＲ相給電口７、Ｓ相給電口７′、Ｔ相給電口
７″が設けられている。さらに一方端部から互いに平行
に間隔をあけて長手方向に対し直角方向に伸びた短冊状
のＲ相電極８、Ｓ相電極８′、Ｔ相電極８″が、Ｒ、
Ｔ、Ｓ、Ｓ、Ｔ、Ｒ相の順に配置されて１サイクルの電
極群を形成し、同様の電極群が同一ピッチで複数サイク
ル設けられている。Ｒ相の給電口７には長手方向の一方
の辺縁部に伸びる給電電極９が接続され、さらに複数の
Ｒ相電極８に接続されている。Ｓ相の給電口７′には長
手方向の他方の辺縁部に給電電極９′が接続され、さら
に複数のＳ相電極８′に接続されている。Ｔ相の給電口
７″には電極８、８′の間を交差しないように方形波状
にジグザグに連続した形状のＴ相電極８″が接続されて
いる。平行に並べられた固定子３、３′の各相の電極
８、８′、８″の間隔は必ずしも一定ではなく、第２図
（ｂ）に示すように一定間隔のピッチで平行に形成され
た可動子電極10と対向したときに所定の位置関係にある
ように形成されている。
示すように、長手方向の一方端部にそれぞれ３相の電源
に接続するＲ相給電口７、Ｓ相給電口７′、Ｔ相給電口
７″が設けられている。さらに一方端部から互いに平行
に間隔をあけて長手方向に対し直角方向に伸びた短冊状
のＲ相電極８、Ｓ相電極８′、Ｔ相電極８″が、Ｒ、
Ｔ、Ｓ、Ｓ、Ｔ、Ｒ相の順に配置されて１サイクルの電
極群を形成し、同様の電極群が同一ピッチで複数サイク
ル設けられている。Ｒ相の給電口７には長手方向の一方
の辺縁部に伸びる給電電極９が接続され、さらに複数の
Ｒ相電極８に接続されている。Ｓ相の給電口７′には長
手方向の他方の辺縁部に給電電極９′が接続され、さら
に複数のＳ相電極８′に接続されている。Ｔ相の給電口
７″には電極８、８′の間を交差しないように方形波状
にジグザグに連続した形状のＴ相電極８″が接続されて
いる。平行に並べられた固定子３、３′の各相の電極
８、８′、８″の間隔は必ずしも一定ではなく、第２図
（ｂ）に示すように一定間隔のピッチで平行に形成され
た可動子電極10と対向したときに所定の位置関係にある
ように形成されている。
第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）は第２図に示した実施
例の電極形状をもつ静電アクチュエータについて、各相
の電極８、８′、８″の間隔と、３相電源を切り替えた
場合の動作原理を電極の側面からみた説明図で示したも
のである。
例の電極形状をもつ静電アクチュエータについて、各相
の電極８、８′、８″の間隔と、３相電源を切り替えた
場合の動作原理を電極の側面からみた説明図で示したも
のである。
第３図（ａ）はＲ相電極８に可動子電極10が半分重な
ったときに、Ｒ相電極８にプラスの電圧を加え直後の状
態を示してあり、可動子電極10の表面にはマイナス電荷
が発生して、プラス電荷をもつ固定子のＲ相電極８の中
央部まで可動子電極10が引き込まれ、可動子２は左側に
移動する。第３図（ｂ）は可動子電極10が、Ｒ相電極８
に完全に引き込まれてしまった状態を示しており、この
時可動子電極10の左半分はＳ相電極８′と重なるように
してあり、この状態でＲ相からＳ相に電圧を切り替える
と、第３図（ｃ）に示すようにＲ相の動作説明で述べた
ときと同様な動作原理でＳ相電極８′に可動子電極10が
引き込まれ、この状態でＴ相に電圧を切り替えると可動
子２は連続して左側に移動する。
ったときに、Ｒ相電極８にプラスの電圧を加え直後の状
態を示してあり、可動子電極10の表面にはマイナス電荷
が発生して、プラス電荷をもつ固定子のＲ相電極８の中
央部まで可動子電極10が引き込まれ、可動子２は左側に
移動する。第３図（ｂ）は可動子電極10が、Ｒ相電極８
に完全に引き込まれてしまった状態を示しており、この
時可動子電極10の左半分はＳ相電極８′と重なるように
してあり、この状態でＲ相からＳ相に電圧を切り替える
と、第３図（ｃ）に示すようにＲ相の動作説明で述べた
ときと同様な動作原理でＳ相電極８′に可動子電極10が
引き込まれ、この状態でＴ相に電圧を切り替えると可動
子２は連続して左側に移動する。
以上、第２図および第３図で説明した動作は固定子の
各相電極８、8I、8Mが１サイクル（R,T,S,S,T）中に同
一相が２個並列に連結された場合であるが、第４図
（ａ）、（ｂ）にそれぞれ平面図および側面図で示すよ
うに、同一相が１サイクル中に１個の場合でもよく、ま
た第５図（ａ）、（ｂ）および第６図（ａ）、（ｂ）に
示すように同一相を３個、または３個以上並列に連結し
てもよい。
各相電極８、8I、8Mが１サイクル（R,T,S,S,T）中に同
一相が２個並列に連結された場合であるが、第４図
（ａ）、（ｂ）にそれぞれ平面図および側面図で示すよ
うに、同一相が１サイクル中に１個の場合でもよく、ま
た第５図（ａ）、（ｂ）および第６図（ａ）、（ｂ）に
示すように同一相を３個、または３個以上並列に連結し
てもよい。
なお、第４図（ａ）、（ｂ）では１サイクル中にＴ相
電極８″が２回形成されているが、図中に示すように推
力に影響を及ぼさない程度に片方の電極幅を小さくして
いる。
電極８″が２回形成されているが、図中に示すように推
力に影響を及ぼさない程度に片方の電極幅を小さくして
いる。
以上、リニア形の静電アクチュエータについて述べた
が、回転形の静電アクチュエータについても同様に適用
できる。
が、回転形の静電アクチュエータについても同様に適用
できる。
３相の回転形の静電アクチュエータを説明すると、第
７図（ａ）は固定子３の電極形状を示し、外周側に各相
の給電口７、７′、７″が設けられ、各相電極８、
８′、８″はR,T,S相の順に放射状に配置されている。
複数のＲ相電極８は内径側に設けられた給電電極９によ
って接続され、複数のＳ相電極８′は外径側に設けられ
た給電電極９′によって接続され、Ｔ相電極８″は第７
図（ｂ）に一部を拡大して示すように、Ｒ相電極８とＳ
相電極８′の間に推力を影響しない程度に小さな一定の
幅のダミー電極９″を形成し、連続的に同一相に給電口
７″を接続している。回転子２の回転子電極10は第７図
（ｃ）に示すように放射状に等間隔に記直されている。
７図（ａ）は固定子３の電極形状を示し、外周側に各相
の給電口７、７′、７″が設けられ、各相電極８、
８′、８″はR,T,S相の順に放射状に配置されている。
複数のＲ相電極８は内径側に設けられた給電電極９によ
って接続され、複数のＳ相電極８′は外径側に設けられ
た給電電極９′によって接続され、Ｔ相電極８″は第７
図（ｂ）に一部を拡大して示すように、Ｒ相電極８とＳ
相電極８′の間に推力を影響しない程度に小さな一定の
幅のダミー電極９″を形成し、連続的に同一相に給電口
７″を接続している。回転子２の回転子電極10は第７図
（ｃ）に示すように放射状に等間隔に記直されている。
以上、３相の場合について説明したが、更に多相の場
合でも同様な方法で同一表面上に多相の電極を形成し、
互いに交差しないように電極を接続することができる。
合でも同様な方法で同一表面上に多相の電極を形成し、
互いに交差しないように電極を接続することができる。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、電極を多層にす
るなど、複雑の工程を必要とせずに多相の静電アクチュ
エータの固定子電極を同一平面上で高密度な形成できる
ため、構造が簡単で、かつ推力が大きい低コストの静電
アクチュエータを提供することができる効果がある。
るなど、複雑の工程を必要とせずに多相の静電アクチュ
エータの固定子電極を同一平面上で高密度な形成できる
ため、構造が簡単で、かつ推力が大きい低コストの静電
アクチュエータを提供することができる効果がある。
第１図は本発明のリニア型の静電アクチュエータを示す
斜視図、第２図は第１図の平面状態を説明する説明図
で、（ａ）は固定子の説明図、（ｂ）は可動子の説明
図、第３図は第１図の側面からみた説明図、第４図、第
５図、第６図はリニア型の静電アクチュエータの他の実
施例を説明する説明図、第７図は回転型の静電アクチュ
エータを示す平面図で、（ａ）は固定子の説明図、
（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は可動子の説明図
である。 １……静電アクチュエータ、２……可動子、３……固定
子、６……強誘電体薄膜、７……Ｒ相給電口、７′……
Ｓ相給電口、７″……Ｔ相給電口,8……Ｒ相電極、８′
……Ｓ相電極、８″……Ｔ相電極、９、９′……給電電
極、９″……ダミー電極、10……可動子電極
斜視図、第２図は第１図の平面状態を説明する説明図
で、（ａ）は固定子の説明図、（ｂ）は可動子の説明
図、第３図は第１図の側面からみた説明図、第４図、第
５図、第６図はリニア型の静電アクチュエータの他の実
施例を説明する説明図、第７図は回転型の静電アクチュ
エータを示す平面図で、（ａ）は固定子の説明図、
（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は可動子の説明図
である。 １……静電アクチュエータ、２……可動子、３……固定
子、６……強誘電体薄膜、７……Ｒ相給電口、７′……
Ｓ相給電口、７″……Ｔ相給電口,8……Ｒ相電極、８′
……Ｓ相電極、８″……Ｔ相電極、９、９′……給電電
極、９″……ダミー電極、10……可動子電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−95863（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−95866（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−69269（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−95868（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02N 1/00
Claims (2)
- 【請求項１】誘電率が無限大の金属部と低誘電率の絶縁
体部とが交互に等間隔のピッチで移動方向に配設され、
前記金属部と前記絶縁体部のそれぞれの表面が絶縁性の
強誘電体薄膜で被覆され、かつ可動自在に支持された可
動子と、絶縁体の表面に多相の給電口と電極とを平面上
で交差することなく連続して連結した固定子とからな
り、前記可動子に前記固定子を空隙を介して対向さた静
電アクチュエータにおいて、前記固定子および前記可動
子は略矩形状に形成され、前記固定子の電極は、方形波
状のものが長手方向に直線的に設けられた第一相電極
と、前記第一相電極の両側に平行に形成された直線状の
第二相電極および第三相電極からなり、かつ、前記第二
相電極および前記第三相電極はそれぞれ前記第一相電極
の空白部に向かって直角方向に伸延する枝部を有し、１
サイクルの電極が所定の順序で配列された電極群が同一
ピッチで複数組形成されたものからなり、前記可動子の
電極は長手方向と直角方向に同一ピッチで複数形成され
たものからなることを特徴とする静電アクチュエータ。 - 【請求項２】誘電率が無限大の金属部と低誘電率の絶縁
体部とが交互に等間隔のピッチで移動方向に配設され、
前記金属部と前記絶縁体部のそれぞれの表面が絶縁性の
強誘電体薄膜で被覆され、かつ可動自在に支持された可
動子と、絶縁体の表面に多相の給電口と電極とを平面上
で交差することなく連続して連結した固定子とからな
り、前記可動子に前記固定子を空隙を介して対向さた静
電アクチュエータにおいて、前記固定子および前記可動
子は円形状または円筒状に形成され、前記固定子の電極
は、方形波状のものが円周方向に設けられた第一相電極
と、前記第一相電極の外径側に設けた第二相電極および
内径側に設けた第三相電極とからなり、かつ、前記第二
相電極および前記第三相電極はそれぞれ前記第一相電極
の空白部に向かって径方向に伸延する枝部を有し、１サ
イクルの電極が所定の順序で配列された電極群が同一ピ
ッチで複数組形成されたものからなり、前記可動子の電
極は、放射状に同一ピッチで複数形成されたものからな
ることを特徴とする静電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13355489A JP2923974B2 (ja) | 1989-05-25 | 1989-05-25 | 静電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13355489A JP2923974B2 (ja) | 1989-05-25 | 1989-05-25 | 静電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02311186A JPH02311186A (ja) | 1990-12-26 |
| JP2923974B2 true JP2923974B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=15107527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13355489A Expired - Fee Related JP2923974B2 (ja) | 1989-05-25 | 1989-05-25 | 静電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2923974B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2682181B2 (ja) * | 1990-02-02 | 1997-11-26 | 日本電気株式会社 | 微小可動機械機構 |
| JP3414467B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2003-06-09 | 財団法人神奈川科学技術アカデミー | 静電モータ |
| US5869916A (en) * | 1995-05-26 | 1999-02-09 | Asmo Co., Ltd. | Electrostatic actuator with different electrode spacing |
-
1989
- 1989-05-25 JP JP13355489A patent/JP2923974B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02311186A (ja) | 1990-12-26 |
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