JP3180242B2 - Electrostatic linear actuator and driving method thereof - Google Patents

Electrostatic linear actuator and driving method thereof

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JP3180242B2
JP3180242B2 JP23951094A JP23951094A JP3180242B2 JP 3180242 B2 JP3180242 B2 JP 3180242B2 JP 23951094 A JP23951094 A JP 23951094A JP 23951094 A JP23951094 A JP 23951094A JP 3180242 B2 JP3180242 B2 JP 3180242B2
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正美 斉藤
陽次郎 田村
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HASHIMOTO ELECTRONIC INDUSTRY CO., LTD.
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、静電力によりスラスト
力を発生する静電リニアアクチエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic linear actuator that generates a thrust force by electrostatic force.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、固定電気絶縁板の表面部に所定方
向へ互いに所定間隔を隔てて多数の固定電極を形成し、
この固定電気絶縁板の上に板状又はフィルム状の可動誘
電体を載置し、可動誘電体の反固定電気絶縁板側の表面
に所定の電気抵抗率を有する抵抗体層をコーティングし
た誘導荷電式の静電リニアアクチエータが提案されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a large number of fixed electrodes are formed on a surface of a fixed electric insulating plate at predetermined intervals in a predetermined direction.
An inductive charging in which a plate-shaped or film-shaped movable dielectric is placed on the fixed electric insulating plate, and a surface of the movable dielectric on the side opposite to the fixed electric insulating plate is coated with a resistor layer having a predetermined electric resistivity. An electrostatic linear actuator of the type has been proposed.

【0003】この静電リニアアクチエータは電磁誘導モ
ータに類似する作動原理で動作するものであり、各固定
電極に例えば3相交流電圧を印加するなどして進行電界
を形成すると、この進行電界により可動誘電体の固定電
気絶縁板側の表面に電荷が誘導され、固定電極の電荷と
可動誘電体の誘導電荷との吸引、反発により可動誘電体
に進行電界の方向への推進力が働く。
[0003] This electrostatic linear actuator operates based on an operation principle similar to an electromagnetic induction motor. When a traveling electric field is formed by applying, for example, a three-phase AC voltage to each fixed electrode, the traveling electric field causes Electric charges are induced on the surface of the movable dielectric on the side of the fixed electric insulating plate, and the driving force in the direction of the traveling electric field acts on the movable dielectric due to the attraction and repulsion of the charges of the fixed electrode and the induced charges of the movable dielectric.

【0004】可動誘電体に誘導される誘導電荷qは、固
定電気絶縁板と可動誘電体との間のギャップを0と見做
し、固定電極が可動誘電体の表面に接すると見做して模
式的に考えると、隣接する2つの固定電極間の電圧を
V、固定電極と抵抗体層との間の静電容量をCとすれ
ば、最終的に
The induced charge q induced in the movable dielectric is such that the gap between the fixed electric insulating plate and the movable dielectric is regarded as 0, and the fixed electrode is considered to be in contact with the surface of the movable dielectric. When schematically considered, if the voltage between two adjacent fixed electrodes is V, and the capacitance between the fixed electrode and the resistor layer is C, finally,

【0005】[0005]

【数1】q=CV=εSV/2t で表される。なお、εは可動誘電体の誘電率、tは可動
誘電体の厚さ、Sは固定電極の面積とする。ただし、隣
接する2つの固定電極間の等価回路はふたつのコンデン
サCと抵抗体層の抵抗Rとを直列接続してなり、隣接す
る2つの固定電極間にステップ状の電圧Vを印加した場
合に可動誘電体の表面に誘導される誘導電荷の量qは時
定数CRで規定される値だけ応答が遅れる。
## EQU1 ## q = CV = εSV / 2t Here, ε is the permittivity of the movable dielectric, t is the thickness of the movable dielectric, and S is the area of the fixed electrode. However, the equivalent circuit between two adjacent fixed electrodes is formed by connecting two capacitors C and the resistor R of the resistor layer in series, and when a step-like voltage V is applied between two adjacent fixed electrodes. The response q of the amount q of the induced charge induced on the surface of the movable dielectric is delayed by a value defined by the time constant CR.

【0006】この静電リニアアクチエータは上記した可
動誘電体の誘導電荷の応答遅れを利用するものであっ
て、進行電界すなわち固定電極の電荷に対して可動誘電
体の表面電荷が瞬時に応答する場合には可動誘電体はク
ーロン力により固定電極に吸着してしまうが、上記応答
遅れにより固定電極の電荷の極性に対してこの固定電極
に対面する可動誘電体の表面に同極性の電荷が残留し、
これにより可動誘電体が固定電極から反発されるととも
に、進行電界下流側の隣接固定電極の吸引力及び進行電
界上流側の隣接固定電極の反発力により可動誘電体にス
ラスト力が生じる。
This electrostatic linear actuator utilizes the response delay of the induced charge of the movable dielectric, and the surface charge of the movable dielectric responds instantaneously to the traveling electric field, that is, the charge of the fixed electrode. In this case, the movable dielectric adsorbs to the fixed electrode due to the Coulomb force, but due to the response delay described above, charges of the same polarity remain on the surface of the movable dielectric facing the fixed electrode with respect to the polarity of the fixed electrode. And
Thereby, the movable dielectric is repelled from the fixed electrode, and a thrust force is generated in the movable dielectric by the attraction force of the adjacent fixed electrode on the downstream side of the traveling electric field and the repulsive force of the adjacent fixed electrode on the upstream side of the traveling electric field.

【0007】この静電リニアアクチエータは、実用され
ている電磁リニアソレノイドに比べて、磁気回路やコイ
ルを必要としないので格段に小型化が可能であり、また
直流電力損失を無視できるので、静止時の電力消費が小
さいという利点を有している。
The electrostatic linear actuator does not require a magnetic circuit or a coil as compared with a practically used electromagnetic linear solenoid, so that it can be remarkably downsized. This has the advantage that power consumption at the time is small.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来の静電リニアアクチエータは、平板構造または平板
を積み重ねた積層板構造であるので、平板のたわみや静
電力などのために例えば10μm以下の微小なすきまを
安定して保持することが極めて困難であるという問題が
ある。クーロン力は距離の二乗に略反比例すると考えら
れるので、現在のところ、1〔N/cm2 〕程度の出力
性能しか得られていない。またガラスビーズにより間隔
を保持するので、このガラスビーズに摺接する可動誘電
体や固定電気絶縁板の磨耗が大きいという問題もある。
However, since the above-mentioned conventional electrostatic linear actuator has a flat plate structure or a laminated plate structure in which flat plates are stacked, a small size of, for example, 10 μm or less due to bending of the flat plate and electrostatic force. There is a problem that it is extremely difficult to stably maintain the clearance. Since the Coulomb force is considered to be substantially inversely proportional to the square of the distance, only an output performance of about 1 [N / cm 2 ] has been obtained at present. Further, since the gap is maintained by the glass beads, there is also a problem that the movable dielectric and the fixed electric insulating plate which are in sliding contact with the glass beads are greatly worn.

【0009】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、スラスト力の向上及び摺動抵抗の低減及び
小型化が可能な静電リニアアクチエータを提供すること
を、その第一の課題としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object of the present invention is to provide an electrostatic linear actuator capable of improving the thrust force, reducing the sliding resistance, and reducing the size. It is an issue.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の構成は、
軸方向に形成された多数の孔を有し、複数の電極板がそ
れぞれ前記孔に静電界を形成しつつ互いに軸方向へ所定
距離離れて配列された柱体と、前記各孔に摺動自在に収
容される多数の可動バーと、前記孔から突出する各前記
可動バーの一端部に固定される作動体と、前記各電極板
に進行電界形成用交流電圧を印加する交流電源とを備
え、前記可動バーは、所定の抵抗率を有する抵抗線と、
前記抵抗線の表面各部において組成が同じで前記電極板
と対面可能な表面部分すべてを被覆する誘電体部とを有
することを特徴とする静電リニアアクチェータである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided:
It has a large number of holes formed in the axial direction, and a plurality of electrode plates
Predetermined axially with each other while forming an electrostatic field in each of the holes
Columns arranged at a distance and slidably housed in each of the holes
A large number of movable bars, each of which protrudes from the hole
An operating body fixed to one end of the movable bar, and each of the electrode plates
And an AC power supply for applying an AC voltage for forming a traveling electric field.
The movable bar includes a resistance wire having a predetermined resistivity,
The composition is the same at each part of the surface of the resistance wire and the electrode plate
And a dielectric portion covering all surface portions that can be faced.
An electrostatic linear actuator characterized in that:

【0011】本発明の第2の構成は、上記第1の構成に
おいて更に、前記柱体は、薄肉長尺の誘電板を巻装して
なるとともに、前記誘電板の表面に軸方向に延設された
突条からなる誘電性のスペーサを有し、前記電極板は、
互いに軸方向に所定間隔を隔てて前記誘電板の表面に略
巻回方向へ延設され、前記多数の孔は、前記スペーサ及
び誘電板により区画形成されることを特徴としている。
A second configuration of the present invention is the same as the first configuration.
In addition, the column body is wound with a thin and long dielectric plate.
And extended in the axial direction on the surface of the dielectric plate.
It has a dielectric spacer consisting of a ridge, and the electrode plate has
The surface of the dielectric plate is substantially separated from each other at a predetermined interval in the axial direction.
Extending in the winding direction, the plurality of holes are provided in the spacer and
And a dielectric plate.

【0012】本発明の第3の構成は、上記第1又は第2
の構成において更に、前記柱体に軸方向に形成された粘
性孔に摺動自在に収容される粘性可動バーと、前記粘性
孔及び前記粘性可動バーとの間にて電圧制御可能な粘性
を発生させる電圧制御粘性機構とを備えることを特徴と
している。本発明の第4の構成は、上記第1ないし
いずれか記載の構成において更に、前記柱体の前記孔
に、潤滑オイル又はシリコンオイルが注入されているこ
とを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the first or second aspect.
Further, a viscous movable bar slidably received in a viscous hole formed in the column body in the axial direction and a viscous voltage controllable are generated between the viscous hole and the viscous movable bar. And a voltage control viscous mechanism for causing the voltage to be controlled. The fourth configuration of the present invention is the first to third configurations .
The structure according to any one of the above, further comprising:
Lubricating oil or silicone oil
It is characterized by.

【0013】本発明の第5の構成は、上記第1ないし4
のいずれか記載の構成において更に、前記交流電源は、
順番に第1〜第4の4群に分けられた前記各電極板に対
して、隣接する第1、第2の前記電極板が高電位とな
り、隣接する第3、第4の前記電板が低電位となる状
態を維持しつつ前記隣接2電極分の高電位エリアを順次
軸方向に移動させる4相駆動電圧を、前記進行電界形成
用交流電圧として発生することを特徴としている。
The fifth configuration of the present invention is characterized in that
In the configuration according to any one of the above, the AC power supply may further include:
Each of the electrode plates divided into the first to fourth groups in order is
As a result, the adjacent first and second electrode plates become high potential.
Ri Zhou third, fourth said collector electrode plate to be adjacent a lower potential
While maintaining the state, the high potential area for the two adjacent electrodes is sequentially
The four-phase driving voltage to be moved in the axial direction is applied to the traveling electric field.
It is characterized by being generated as an AC voltage for use.

【0014】本発明の第6の構成は、上記第5の構成に
おいて更に、前記4相駆動電圧は、互いに90度異なる
位相と、略50%のデューティ比とを有することを特徴
としている。本発明の第7の構成は、上記第1ないし第
6の構成において更に、ストローク終期における前記交
流電圧の位相を変更して逆方向の推進力を発生させるこ
とを特徴としている。
A sixth configuration of the present invention is characterized in that, in the fifth configuration, the four-phase driving voltages have phases different from each other by 90 degrees and a duty ratio of approximately 50%. The seventh aspect of the invention, the first to
In the configuration of the sixth embodiment, further, the exchange at the end of the stroke is performed.
It is possible to change the phase of the
It is characterized by.

【0015】[0015]

【作用及び発明の効果】本発明の第1の構成では、たと
えば交互に積層された誘電板及び電極板からなる柱体の
孔に可動バーを摺動自在に挿入し、この可動バーを各電
極板に多相交流電圧を印加することにより駆動する。こ
のようにすれば、上記従来技術の項で説明した誘導荷電
式の静電リニアアクチエータの原理に基づいて可動バー
を直線駆動することができる。
In a first configuration of the operation and effect of the present invention, it was a
For example , a movable bar is slidably inserted into a hole of a columnar body composed of alternately laminated dielectric plates and electrode plates, and the movable bar is driven by applying a polyphase AC voltage to each electrode plate. With this configuration, the movable bar can be linearly driven based on the principle of the inductively charged electrostatic linear actuator described in the section of the related art.

【0016】なお、本構成の柱体は上記固定電気絶縁板
に相当し、本発明の可動バーは上記可動誘電体に相当
し、本発明の抵抗線は上記抵抗体層に相当する。この静
電リニアアクチエータは、以下の作用効果を奏する。ま
ず第一に、静電力が、摺動孔の内周面と可動バーの外周
面との間に働くので、静電力が作用する隙間をガラスビ
ーズを用いることなく安定かつ微小に保持することがで
き、このためクーロン力を増強することができる。すな
わち、可動バーの誘電体部の誘起電荷及びそれを囲む電
極板間の静電力は、誘電体部の全周に求心方向に形成さ
れるために、従来のような対面する一対の平板間に静電
力が働く場合と異なって静電力が相殺し合うので、隙間
管理が容易となる。すなわち、静止時の静電力は従来の
平板対面駆動形式では吸引方向に働くので、隙間を確保
するためにガラスビーズを必要とするが、本発明では静
電力の各径方向成分の相殺が生じるので、極めて容易に
かつ安定に微小な隙間を維持することができ、この結果
として、大きな静電力すなわち推進力が得られる。すな
わち、静電力は、この隙間の大きさに略反比例するの
で、隙間の縮小により大きな推進力が得られる。また、
従来のガラスビーズの使用は各部の磨耗及び寿命低下及
び隙間のばらつきを招いていたが、本発明はこのガラス
ビーズを必要としないので、寿命及び正確な隙間管理が
実現する。
Note that the columnar body of this configuration corresponds to the fixed electric insulating plate, the movable bar of the present invention corresponds to the movable dielectric, and the resistance wire of the present invention corresponds to the resistor layer. This electrostatic linear actuator has the following functions and effects. First, since the electrostatic force acts between the inner peripheral surface of the sliding hole and the outer peripheral surface of the movable bar, it is possible to stably and minutely maintain the gap where the electrostatic force acts without using glass beads. And therefore the Coulomb force can be enhanced. In other words, the induced charge of the dielectric portion of the movable bar and the electrostatic force between the electrode plates surrounding it are formed in the centripetal direction all around the dielectric portion. Unlike the case where the electrostatic force works, the electrostatic forces cancel each other, and thus the gap management becomes easy. That is, since the static force at rest works in the suction direction in the conventional flat plate face-to-face driving method, glass beads are required to secure a gap. However, in the present invention, each radial component of the electrostatic force is canceled out. The minute gap can be maintained very easily and stably, and as a result, a large electrostatic force, that is, a propulsive force can be obtained. That is, since the electrostatic force is substantially inversely proportional to the size of the gap, a large propulsive force can be obtained by reducing the gap. Also,
Although the use of the conventional glass beads has resulted in wear of each part, reduction of the life, and variation in the gap, the present invention does not require the glass beads, so that the life and accurate gap management are realized.

【0017】また、従来の平板対面駆動形式では、平板
状の可動誘電体のたわみ、変形が大きいので可動体の剛
性確保が容易ではなく、剛性確保のために可動体の大型
化、重量増大を招いたが、本発明によれば、各可動バー
の偏平度が従来のものより格段に小さく、そのたわみが
少ない。また、孔は柱体にレンコン状に設けることがで
きるので、容易に多数形成することができ、かつ、柱体
の剛性を向上でき、かつ柱体の所要スペースを低減し
て、アクチエータを小型化することができる。
Further, in the conventional flat-plate-to-plane drive system, since the flexure and deformation of the planar movable dielectric are large, it is not easy to secure the rigidity of the movable body. As a result, according to the present invention, the flatness of each movable bar is much smaller than that of the conventional movable bar, and the deflection thereof is small. In addition, since the holes can be provided in the pillar body in the form of lotus root, a large number of holes can be easily formed, and the rigidity of the pillar body can be improved, and the required space for the pillar body can be reduced, thereby miniaturizing the actuator. can do.

【0018】すなわち、本発明の静電リニアアクチエー
タは、進行方向と直角な方向へのたわみ、変形を低減す
ることができる。また、本発明の静電リニアアクチェー
タによれば、従来、広いスペースにわたって形成する必
要があった抵抗体層を、それに比較して格段に必要スペ
ースが小さい複数本の抵抗線で代替することができるの
で、この大面積の抵抗体層に比較して抵抗線各部の抵抗
率を容易に均一化することができる。本発明の第2の構
成は、誘電板の表面部に多数の電極が配設された薄肉の
誘電板を螺旋状に巻装して誘電性の柱体を構成する。誘
電板の表面部には電極の上から、又は電極の下に、孔を
確保するための突条からなる誘電性のスペーサが軸方向
に形成され、孔は隣接する一対のスペーサと隣接する外
側及び内側の誘電板とにより区画形成される。
That is, the electrostatic linear actuator of the present invention can reduce bending and deformation in a direction perpendicular to the traveling direction. Further, the electrostatic linear actuator of the present invention
According to the conventional technology, it is necessary to form the
The required resistor layer is much more
Can be replaced with multiple small resistance wires
In comparison with this large-area resistor layer, the resistance of each part of the resistance wire
The rate can be easily made uniform. According to the second configuration of the present invention, a dielectric pillar is formed by spirally winding a thin dielectric plate having a large number of electrodes disposed on the surface of the dielectric plate. On the surface of the dielectric plate, a dielectric spacer consisting of a ridge for securing a hole is formed in the axial direction from above or below the electrode, and the hole is formed on the outer side adjacent to a pair of adjacent spacers. And an inner dielectric plate.

【0019】この孔には第1の構成と同じ構成の可動バ
ーがそれぞれ収容され、各電極に進行電界形成用交流電
圧を印加することにより可動バーに推進力が与えられ
る。このようにすれば、本発明の多数孔式静電リニアア
クチェータを簡単な工程で製造することができる。以
下、本明細書では、上記第2の構成の静電リニアアクチ
エータを巻装式静電リニアアクチエータと称する。
Each of the holes accommodates a movable bar having the same structure as that of the first structure, and a thrust is applied to the movable bar by applying an AC voltage for forming a traveling electric field to each electrode. In this way, the multi-hole electrostatic linear actuator of the present invention can be manufactured by a simple process. Hereinafter, in this specification, it referred electrostatic linear actuator of the upper Symbol second configuration as MakiSoshiki electrostatic linear actuator.

【0020】本発明の第3の構成は、上記第1又は第2
の構成において更に、柱体に軸方向に粘性孔を形成し、
この粘性孔に粘性可動バーを挿入し、この粘性孔と粘性
可動バーとの間に電圧制御可能な粘性を発生させる電圧
制御粘性機構を配設する。電圧制御粘性機構は例えば粘
性孔と粘性可動バーとの間に注入された液晶材料と、こ
の液晶材料を挟んで粘性孔の内周面と粘性可動バーとに
形成された電極とからなる。これらの電極に電圧を印加
することにより、液晶の粘度が変化するので、粘性可動
バーの一端を作動体に固定することにより、作動体の粘
性すなわち運動抵抗特性を制御することができる。
[0020] The third configuration of the present invention is the above-mentioned first or second embodiment.
Further, in the configuration of, forming a viscous hole in the column in the axial direction,
A viscous movable bar is inserted into the viscous hole, and a voltage control viscous mechanism for generating a voltage-controllable viscosity is provided between the viscous hole and the viscous movable bar. The voltage control viscous mechanism includes, for example, a liquid crystal material injected between the viscous hole and the viscous movable bar, and electrodes formed on the inner peripheral surface of the viscous hole and the viscous movable bar with the liquid crystal material interposed therebetween. By applying a voltage to these electrodes, the viscosity of the liquid crystal changes. By fixing one end of the viscous movable bar to the operating body, it is possible to control the viscosity of the operating body, that is, the movement resistance characteristics.

【0021】本発明の第4の構成は、柱体の孔に、シリ
コンオイルが注入されているので、潤滑性向上が向上
し、高電圧駆動が可能となる。本発明の第5の構成は、
上記構成の静電リニアアクチエータにおいて、各電極に
4相駆動電圧を印加する。
In a fourth configuration of the present invention, a hole is formed in a pillar body.
Improved lubricity due to the injection of con oil
In addition, high-voltage driving becomes possible. A fifth configuration of the present invention includes:
In the electrostatic linear actuator having the above configuration, a four-phase drive voltage is applied to each electrode.

【0022】このようにすれば、従来の3相駆動に比較
して後述するように、駆動力を格段に向上することがで
きる。本発明の第6の構成は、上記第5の構成において
更に、互いに90度異なる位相と、略50%のデューテ
ィ比とを有する4相駆動電圧を用いる。このようにすれ
ば、更に駆動力を向上することができる。なお、上記略
50%とは、41%〜59%を意味するものとする。
In this manner, the driving force can be remarkably improved, as will be described later, as compared with the conventional three-phase driving. The sixth configuration of the present invention further uses a four-phase drive voltage having a phase different from that of the fifth configuration by 90 degrees and a duty ratio of approximately 50%. By doing so, the driving force can be further improved. Note that the above-mentioned approximately 50% means 41% to 59%.

【0023】本発明の第7の構成は、上記第1又は第2
の構成又は上記従来の構成の静電リニアアクチエータに
おいて、ストローク終期における多相クロック電圧の位
相又は周波数を変更して逆方向の推進力を発生させる。
このようにすれば、簡単な構成でストローク終了時点に
おける停止ショックを減らし、各部に与える衝撃力を減
らして耐久性の向上、使い勝手の向上を図ることができ
る。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the above-described first or second aspect.
In the electrostatic linear actuator having the above configuration or the above-described conventional configuration, the phase or frequency of the multiphase clock voltage at the end of the stroke is changed to generate the thrust in the reverse direction.
With this configuration, it is possible to reduce the stop shock at the end of the stroke with a simple configuration, reduce the impact force applied to each part, and improve the durability and the usability.

【0024】[0024]

【実施例】【Example】

(実施例1) (構造)本発明の一例として、積層式静電リニアアクチ
エータの原理図を図1に示し、そのX−X線矢視断面図
を図2に示す。
(Example 1) (Structure) As an example of the present invention, FIG. 1 shows a principle diagram of a laminated electrostatic linear actuator, and FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along line XX of FIG.

【0025】この静電リニアアクチエータは、誘電板1
1及び電極板12を交互に積層して形成された6角柱状
の柱体1を有し、柱体1には軸方向に円孔13が多数貫
設され、各円孔13には多数の可動バー2が進退自在に
収容されている。各誘電板11の厚さはそれぞれ等しく
され、各電極板12の厚さもそれぞれ等しくされ、電極
板12と誘電板11とは大体等しい厚さとされている。
This electrostatic linear actuator comprises a dielectric plate 1
1 and an electrode plate 12 are alternately stacked to form a hexagonal columnar column 1. A large number of circular holes 13 are formed in the column 1 in the axial direction. The movable bar 2 is housed so as to be able to advance and retreat. The thickness of each of the dielectric plates 11 is made equal, and the thickness of each of the electrode plates 12 is made equal, so that the electrode plate 12 and the dielectric plate 11 have substantially the same thickness.

【0026】可動バー2は、所定の抵抗率を有するカー
ボン又は金属粉含有棒からなる抵抗線21をポリイミド
などの誘電材料1からなる誘電体部22で被覆してなる
円棒形状を有している。また、各可動バー2の摩擦抵抗
の低減のために、円孔13内にはシリコンオイルが塗布
されている。14は一部の孔13に挿入された固定用の
バーである。
The movable bar 2 has a circular rod shape formed by covering a resistance wire 21 made of a rod containing carbon or metal powder having a predetermined resistivity with a dielectric portion 22 made of a dielectric material 1 such as polyimide. I have. Further, in order to reduce the frictional resistance of each movable bar 2, silicone oil is applied to the inside of the circular hole 13. Reference numeral 14 denotes a fixing bar inserted into some of the holes 13.

【0027】(作動)各電極板12は、電極板12a,
12b、12c,12dを順次重ねてなるものとし、電
極12aに電圧V1を印加し、電極12bに電圧V2を
印加し、電極12cに電圧V3を印加し、電極12dに
電圧V4を印加するものとする。これにより円孔13内
に軸方向一方側又は反対側へ進行する進行電界が形成さ
れ、この進行電界により各可動バー2が駆動される。
(Operation) Each electrode plate 12 has an electrode plate 12a,
12b, 12c, and 12d are sequentially stacked, and a voltage V1 is applied to the electrode 12a, a voltage V2 is applied to the electrode 12b, a voltage V3 is applied to the electrode 12c, and a voltage V4 is applied to the electrode 12d. I do. As a result, a traveling electric field is formed in the circular hole 13 and advances to one side or the other side in the axial direction, and each movable bar 2 is driven by the traveling electric field.

【0028】図3〜図6に、4相交流電圧V1〜V4
(図7参照)を用いる場合の進行電界及びそれによる可
動バー2の移動を示す。図3は、電圧V1、V2がハイ
レベル、電圧V3、V4がローレベルで変化しない安定
状態を示す。これにより、各電極板12a〜12dにそ
れぞれ対面する誘電体部22の各領域a〜dにはそれぞ
れ電荷が誘起される。すなわち、隙間d(図3〜図6で
は極端に拡大して図示されている)が形成する隙間コン
デンサの静電容量をCd、各領域a〜dの部分的な静電
容量をCとすれば、この回路は、隣接する一対の電極板
(例えば12aと12b)間において、0.5CdとC
と抵抗rとが直列接続された充電回路に等しく、この状
態が安定して持続されているので、各領域a〜dには静
電容量CdとCとの比率で分圧された電圧に相当する電
荷が誘起される。
FIGS. 3 to 6 show four-phase AC voltages V1 to V4.
Fig. 7 shows a traveling electric field when using (see Fig. 7) and the movement of the movable bar 2 due to it. FIG. 3 shows a stable state in which the voltages V1 and V2 are at a high level and the voltages V3 and V4 are at a low level and do not change. As a result, electric charges are induced in the respective regions a to d of the dielectric part 22 facing the respective electrode plates 12a to 12d. That is, if the capacitance of the gap capacitor formed by the gap d (extremely enlarged in FIGS. 3 to 6) is Cd, and the partial capacitance of each of the regions a to d is C. In this circuit, 0.5 Cd and C are applied between a pair of adjacent electrode plates (for example, 12 a and 12 b).
And the resistance r are equal to the charging circuit connected in series, and this state is stably maintained, so that each of the areas a to d corresponds to the voltage divided by the ratio of the capacitance Cd to the capacitance C. Is induced.

【0029】次に、4相交流電圧V1〜V4(図7参
照)がフェーズ0からフェーズ1に変化して、電圧V1
がローレベル、電圧V3がハイレベルに変化する場合
(図4参照)を考える。この場合、抵抗線21と等価静
電容量との時定数により規定される遅れ時間があるの
で、誘電体部22の各領域a〜dの電荷は即座に変化し
ないので、図4に示すように、可動バー2の誘電体部2
2の各領域a〜dの全ての誘起電荷とそれらに径方向に
隣接(対面)する各電極板12a〜12dとの間の径方
向吸引力は相殺される。
Next, the four-phase AC voltages V1 to V4 (see FIG. 7) change from phase 0 to phase 1, and the voltage V1
Changes to a low level and the voltage V3 changes to a high level (see FIG. 4). In this case, since there is a delay time defined by the time constant between the resistance wire 21 and the equivalent capacitance, the charges in the respective regions a to d of the dielectric portion 22 do not change immediately, as shown in FIG. , Dielectric part 2 of movable bar 2
The radial attractive force between all the induced charges in each of the regions a to d and the electrode plates 12a to 12d radially adjacent (facing) to each other is canceled out.

【0030】しかし、各領域a〜dの全ての誘起電荷
は、上流側に1ピッチずれて近接する電極板12a〜1
2dから反発されるとともに、下流側に1ピッチずれて
近接する電極板12a〜12dから吸引され、これによ
り各領域a〜dには下流方向(図3〜図6では下方向)
へ推進力が生じる。次に、4相交流電圧V1〜V4(図
7参照)がフェーズ1からフェーズ2に変化して、電圧
V2がローレベル、電圧V4がハイレベルに変化する場
合(図5参照)を考える。
However, all the induced charges in each of the regions a to d are displaced by one pitch toward the upstream side and the electrode plates 12a to
While being repelled from 2d, it is sucked from the electrode plates 12a to 12d which are shifted by one pitch to the downstream side, whereby the respective regions a to d are directed in the downstream direction (downward in FIGS. 3 to 6).
Propulsion is generated. Next, consider a case in which the four-phase AC voltages V1 to V4 (see FIG. 7) change from phase 1 to phase 2, and the voltage V2 changes to low level and the voltage V4 changes to high level (see FIG. 5).

【0031】なお、4相交流電圧V1〜V4は上記時定
数に対応するタイミングで変化される場合、フェーズ2
において領域aの電荷は漸く+に、領域cの電荷は漸く
−に変化するものとする。この結果、図5に示すよう
に、フェーズ1と同様の状況が生じ、誘電体部22には
推進力が生じる。次に、4相交流電圧V1〜V4(図7
参照)がフェーズ2からフェーズ3に変化して、電圧V
1がハイレベル、電圧V3がローレベルに変化する場合
(図6参照)を考える。
When the four-phase AC voltages V1 to V4 are changed at a timing corresponding to the above time constant, the phase 2
, The charge in the region a gradually changes to +, and the charge in the region c gradually changes to-. As a result, as shown in FIG. 5, a situation similar to that in the phase 1 occurs, and a propulsive force is generated in the dielectric portion 22. Next, four-phase AC voltages V1 to V4 (FIG. 7)
Changes from phase 2 to phase 3 and the voltage V
Consider a case where 1 changes to a high level and the voltage V3 changes to a low level (see FIG. 6).

【0032】この場合もフェーズ2と同様に4相交流電
圧V1〜V4は上記時定数に対応するタイミングで変化
し、フェーズ3において領域bの電荷は漸く+に、領域
dの電荷は漸く−に変化するものとする。この結果、図
5に示すように、フェーズ1と同様の状況が生じ、誘電
体部22には推進力が生じる。以下、同様にして順次位
相シフトにより誘電体部22に推進力が生じる。
Also in this case, the four-phase AC voltages V1 to V4 change at the timing corresponding to the above time constant, similarly to the phase 2, and in the phase 3, the charges in the region b gradually become + and the charges in the region d gradually become-. Shall change. As a result, as shown in FIG. 5, a situation similar to that in the phase 1 occurs, and a propulsive force is generated in the dielectric portion 22. Hereinafter, similarly, a thrust is generated in the dielectric portion 22 by the phase shift.

【0033】なお、以下のように考えることもできる。
いま、上記時定数がクロック電圧V1〜V4の周期に比
べて非常に長いとする場合、電極板12a〜12dによ
り形成される4相進行電界に対して、誘電体部22は上
記充放電で対応するより、生じた推進力により次々と進
行方向へ上記タイミングでシフトしていく方が簡単であ
り、その結果、可動バー2に推進力が与えられる。クロ
ック周波数の設定により上記二つの推進力発生原理が考
えられるがどちらにせよ、可動バー2には進行電界の方
向へ推進力が与えられる。
The following can also be considered.
If the time constant is much longer than the period of the clock voltages V1 to V4, the dielectric portion 22 responds to the four-phase traveling electric field formed by the electrode plates 12a to 12d by the charging and discharging. Rather, it is easier to shift in the traveling direction one after another by the generated propulsion force at the above timing, and as a result, the propulsion force is applied to the movable bar 2. Depending on the setting of the clock frequency, the above two principles of generating the propulsion force can be considered. In any case, the propulsion force is applied to the movable bar 2 in the direction of the traveling electric field.

【0034】図8に、クロック電圧V1〜V4の発生回
路の一例を示す。2段シフトレジスタを2個用いれば図
7の4相クロック電圧は容易に発生できる。上記駆動原
理について更に説明を追加する。通常得られるCR時定
数(例えば、C=10-11 ファラド、R=107 オー
ム)に比較して、特に始動初期における可動バー2の移
動速度は遅い。この状況では、安定状態(例えば図3参
照)から進行電界が1電極ピッチだけシフトした後の短
い期間だけスラスト(前進力)が図示するように生じ、
その後、CR時定数が小さいのですぐに安定状態とな
り、その後、再び次の進行電界の1電極ピッチだけのシ
フトが生じるまでスラストが生じない状態が生じる。し
たがって、周期がCR時定数より多少短い程度の周波数
のクロック電圧を印加することが好ましい。
FIG. 8 shows an example of a circuit for generating the clock voltages V1 to V4. If two two-stage shift registers are used, the four-phase clock voltage shown in FIG. 7 can be easily generated. The driving principle will be further described. The moving speed of the movable bar 2 is particularly slow in the early stage of the start, as compared with the CR time constant (for example, C = 10 -11 farad, R = 10 7 ohms) which is usually obtained. In this situation, a thrust (forward force) is generated as shown in the drawing for a short period after the traveling electric field is shifted by one electrode pitch from a stable state (for example, see FIG. 3).
Thereafter, since the CR time constant is small, the state immediately becomes stable, and thereafter, a state occurs in which thrust does not occur until the next traveling electric field shifts by one electrode pitch again. Therefore, it is preferable to apply a clock voltage having a frequency whose cycle is slightly shorter than the CR time constant.

【0035】(本実施例の作用効果)このようにすれ
ば、小型軽量な静電リニアアクチエータの利点を一層向
上できるとともに、可動バー2の捩じれや撓みが少な
く、円滑なスラスト発生が可能となり、またガラスビー
ズの使用も省略することができる。さらに、可動バー2
の周囲の電位分布はほぼ均一でかつ軸対称であるため、
極性切り替え時に吸引力が発生しても、全体としては求
心力として作用するので、隙間は常に均一に保たれる。
(Effects of the present embodiment) In this way, the advantages of the small and lightweight electrostatic linear actuator can be further improved, and the movable bar 2 is less twisted or bent, and a smooth thrust can be generated. The use of glass beads can also be omitted. Furthermore, movable bar 2
Is almost uniform and axially symmetric,
Even if suction force is generated at the time of polarity switching, the gap acts as a centripetal force as a whole, so that the gap is always kept uniform.

【0036】更に、この実施例では4相クロック電圧に
より各電極板12を駆動しているので、図3〜図6に示
すように、可動バー2の各誘電体部22それぞれに吸引
力及び斥力が働くので、可動バー2の推進力が従来の3
相駆動に比べて格段に増大する。 (実施例2)次に、実施例1の静電リニアアクチエータ
を用いた筋肉と同じ特性を有するリニアアクチエータか
らなる筋肉繊維型のユニット(以下、粘性可変粘弾性ユ
ニットと称する)を図9に示し、その力学モデルを図1
0に示す。
Further, in this embodiment, since each electrode plate 12 is driven by a four-phase clock voltage, as shown in FIGS. 3 to 6, each of the dielectric portions 22 of the movable bar 2 has an attractive force and a repulsive force. Works, the propulsive force of the movable bar 2 is 3
The number is significantly increased as compared with the phase drive. (Embodiment 2) Next, a muscle fiber type unit (hereinafter referred to as a variable viscosity viscoelastic unit) comprising a linear actuator having the same characteristics as the muscle using the electrostatic linear actuator of the embodiment 1 is shown in FIG. Fig. 1 shows the dynamic model.
0 is shown.

【0037】(構造)誘電板11と電極板12とからな
る柱体1は両端開口のケース41に収容され、ケース4
1の一端は空気流通穴42を有する底板43で閉鎖され
ている。各可動バー2の外端はプレート(本発明でいう
作動体)5に固定され、プレート5は弱いばね6を通じ
てケース41に連結されるとともに強いばね7を通じて
ヘッド8に連結されている。
(Structure) The column 1 composed of the dielectric plate 11 and the electrode plate 12 is accommodated in a case 41 having both ends opened.
One end is closed by a bottom plate 43 having an air flow hole 42. The outer end of each movable bar 2 is fixed to a plate (operating body in the present invention) 5, and the plate 5 is connected to the case 41 through a weak spring 6 and to the head 8 through a strong spring 7.

【0038】一方、柱体1の軸心に形成された軸心貫通
孔13aには、円筒電極91が嵌入され、円筒電極91
にはチューブ状の電極92が軸方向変位自在に挿入され
ている。また、上記軸心貫通孔には、円筒電極91を挟
んでゴムからなる円筒状のシール部材93が嵌入されて
おり、電極92はシール部材93を摺動自在に貫通して
いる。チューブ状の電極92の外端はプレート6に固定
されている。なお94は樹脂からなる絶縁膜であり、円
筒電極91を電極板12から電気絶縁している。
On the other hand, a cylindrical electrode 91 is fitted into an axial through hole 13a formed in the axis of the column 1 and the cylindrical electrode 91
, A tube-shaped electrode 92 is inserted to be axially displaceable. A cylindrical sealing member 93 made of rubber is fitted in the shaft center through hole with the cylindrical electrode 91 interposed therebetween, and the electrode 92 slidably penetrates the sealing member 93. The outer end of the tubular electrode 92 is fixed to the plate 6. An insulating film 94 made of resin electrically insulates the cylindrical electrode 91 from the electrode plate 12.

【0039】電極92の開口は栓95により閉塞されて
おり、その内部には液晶等の電気粘性流体が封入されて
いる。電極92と円筒電極91との間の隙間は約0.1
mmとされ、上記電気粘性流体がシール部材93に封止
されつつ注入されている。なお、電極92の外周面には
微小な孔(図示せず)が開口され、上記隙間の電気粘性
流体のリークに応じて電極92の内部から電気粘性流体
が補給される。
The opening of the electrode 92 is closed by a stopper 95, and an electrorheological fluid such as a liquid crystal is sealed in the inside. The gap between the electrode 92 and the cylindrical electrode 91 is about 0.1
mm, and the electrorheological fluid is injected while being sealed by the seal member 93. A small hole (not shown) is opened in the outer peripheral surface of the electrode 92, and an electrorheological fluid is supplied from the inside of the electrode 92 in response to leakage of the electrorheological fluid in the gap.

【0040】電極92はそれぞれ良導電性の作動体5、
ばね6及びケース41を通じてケース91に接続された
接地電極(図示せず)にアースされており、円筒電極9
1はコントローラ(本発明でいう交流電源)10から制
御電圧V5を印加されている。 (作動)電極91、92間に印加される電圧の制御によ
り電気粘性流体の粘性が制御されるので、図9のユニッ
トは図10に示すような粘性可変の粘弾性リニアアクチ
エータとなる。
Each of the electrodes 92 is a highly conductive working body 5,
The cylindrical electrode 9 is grounded to a ground electrode (not shown) connected to the case 91 through the spring 6 and the case 41.
1 is supplied with a control voltage V5 from a controller (AC power supply in the present invention) 10. (Operation) Since the viscosity of the electrorheological fluid is controlled by controlling the voltage applied between the electrodes 91 and 92, the unit in FIG. 9 becomes a viscoelastic linear actuator with variable viscosity as shown in FIG.

【0041】図11は、図9に示される粘性可変粘弾性
ユニット(筋繊維ユニット)を7個ハニカム状に重ねた
ものである。なお、ケース41は六角柱形状を有してお
り、このようにハニカム状に容易に連結することができ
る。ただし、各ユニットの後端は各底板43を円盤状の
固定部材96に支持することにより固定され、各ユニッ
トの前端部は図示しない穴明き円盤の穴にケース41を
嵌入することにより固定されている。また、ヘッド80
は、各ユニットのばね7の付勢端にそれぞれ固定されて
いる。
FIG. 11 shows a structure in which seven viscous variable viscoelastic units (muscle fiber units) shown in FIG. 9 are stacked in a honeycomb shape. The case 41 has a hexagonal column shape, and thus can be easily connected in a honeycomb shape. However, the rear end of each unit is fixed by supporting each bottom plate 43 on a disk-shaped fixing member 96, and the front end of each unit is fixed by fitting the case 41 into a hole of a perforated disk (not shown). ing. The head 80
Are fixed to the biasing ends of the springs 7 of the respective units.

【0042】上記説明したように、この粘性可変粘弾性
ユニットを多数組み合わせることにより、必要な推進力
を発生させることができる。なお、図9の粘性可変粘弾
性ユニットの可動バー2は、ヘッド8に外力が働かない
場合、非駆動時にばね6の作用により図9中左方向へ突
出しており、クロック電圧V1〜V4の印加により可動
バー2を柱体1内に収容する方向へ動作するものである
が、進行電界の方向を逆転することにより可動バー2を
柱体1から突出させる方向に駆動することも当然可能で
ある。
As described above, a necessary propulsion force can be generated by combining a plurality of the variable viscosity viscoelastic units. When no external force acts on the head 8, the movable bar 2 of the variable viscosity viscoelastic unit shown in FIG. 9 protrudes leftward in FIG. 9 by the action of the spring 6 when it is not driven, and the clock voltages V1 to V4 are applied. Moves the movable bar 2 in the direction in which the movable bar 2 is accommodated in the column 1, but it is naturally possible to drive the movable bar 2 in a direction to protrude from the column 1 by reversing the direction of the traveling electric field. .

【0043】また、コントローラ10が各粘性可変粘弾
性ユニットを一個づつ又は複数の群毎に駆動制御しても
よい。このようにすれば、ばね6、7の弾性要素の弾性
力は常に一定であるので、推進力及び粘性だけが可変制
御され弾性力が一定のリニアアクチエータを構成するこ
とができる。この他、各粘性可変粘弾性ユニットに共通
のクロック電圧V1〜V4を印加し、このクロック電圧
V1〜V4の周波数や電圧を制御することによっても推
進力(スラスト)を任意に制御することができる。
Further, the controller 10 may control the driving of each of the variable viscosity viscoelastic units one by one or in groups. By doing so, the elastic force of the elastic elements of the springs 6 and 7 is always constant, so that only the propulsive force and the viscosity are variably controlled, and a linear actuator having a constant elastic force can be configured. In addition, the thrust can be arbitrarily controlled by applying a common clock voltage V1 to V4 to each of the viscosity variable viscoelastic units and controlling the frequency and voltage of the clock voltages V1 to V4. .

【0044】(作用効果)このように構成したリニアア
クチエータは、上記説明したように粘性及びスラストを
制御可能な粘弾性を備え、極めて筋肉に似た特性を有す
るにもかかわらずコンパクトに構成することができる。 (実施例3) (構造)本発明の他例として、巻装式静電リニアアクチ
エータを図12及び図13を参照して説明する。図12
はこの巻装式静電リニアアクチエータを径方向に切断し
た断面の一部を示し、図13はそのA−A線矢視断面
(周方向断面)を示す。
(Function and Effect) The linear actuator configured as described above has the viscoelasticity capable of controlling the viscosity and the thrust as described above, and has a compact structure despite having extremely similar characteristics to muscles. be able to. (Embodiment 3) (Structure) As another example of the present invention, a wound-type electrostatic linear actuator will be described with reference to FIGS. FIG.
Fig. 13 shows a part of a cross section of the wound electrostatic linear actuator cut in the radial direction, and Fig. 13 shows a cross section taken along line AA (circumferential section).

【0045】この巻装式静電リニアアクチエータは、帯
状の電極板120が両面に配設された誘電性及び可撓性
を有する誘電板110を図示しない円柱に所定回数だけ
巻き付けた構造の柱体100を有している。この実施例
では、誘電板110は所定厚さ(たとえば1mm)のポ
リイミドフィルムからなり、電極板120はこの誘電板
110の両面に張りつけられた銅板のエッチングなどで
正確な寸法に形成されている。
This wound type electrostatic linear actuator has a columnar structure in which a dielectric and flexible dielectric plate 110 having a strip-shaped electrode plate 120 disposed on both sides is wound a predetermined number of times around a cylindrical column (not shown). It has a body 100. In this embodiment, the dielectric plate 110 is made of a polyimide film having a predetermined thickness (for example, 1 mm), and the electrode plate 120 is formed to have accurate dimensions by etching a copper plate attached to both surfaces of the dielectric plate 110.

【0046】各電極板120は、図13に示すように軸
方向にそれぞれ一定間隔を隔ててそれぞれ帯状に配設さ
れており、各電極板120は図示しないコントローラの
各相電圧出力端子に接続されている。なお、各電極板1
20が誘電板110の両面に配設された後、その上に樹
脂層130が被着される。樹脂層130は塗布、浸漬、
吹きつけなどの手法で形成されるが樹脂フィルムを貼付
した後、加熱により軟化させて各電極板12及び誘電板
110の表面に固着するのが好ましい。これにより各電
極板120間の電気絶縁が良好に確保される。
As shown in FIG. 13, each electrode plate 120 is disposed in a strip shape at a predetermined interval in the axial direction, and each electrode plate 120 is connected to each phase voltage output terminal of a controller (not shown). ing. In addition, each electrode plate 1
After 20 are disposed on both surfaces of the dielectric plate 110, a resin layer 130 is applied thereon. The resin layer 130 is applied, dipped,
It is formed by a method such as spraying, but it is preferable that after the resin film is attached, the resin film is softened by heating and fixed to the surface of each electrode plate 12 and the dielectric plate 110. Thereby, good electrical insulation between the electrode plates 120 is ensured.

【0047】また、樹脂層130の一面には、誘電板1
10の上記巻取り前に、電気絶縁性のスペーサ140が
貼付される。スペーサ140は、周方向へそれぞれ一定
間隔を隔てつつそれぞれ軸方向に延設されている。な
お、スペーサ140もホトリソグラフィ技術で正確にパ
ターニングできる他、スペーサ140や電極板120は
印刷手法で形成されることもできる。これにより、誘電
板110の巻取り後、周方向に隣接するスペーサ14
0、140間に軸方向に延在するスロット150が多数
形成される。
On one surface of the resin layer 130, the dielectric plate 1
Before the above winding of 10, an electrically insulating spacer 140 is attached. The spacers 140 extend in the axial direction at regular intervals in the circumferential direction. The spacer 140 can be accurately patterned by photolithography, and the spacer 140 and the electrode plate 120 can be formed by a printing method. Thus, after winding of the dielectric plate 110, the spacers 14 adjacent in the circumferential direction are
A number of axially extending slots 150 are formed between 0 and 140.

【0048】各スロット150には、それぞれ実施例1
と同様な可動バー200が軸方向変位自在に収容されて
いる。ただし、この実施例の可動バー200は実施例1
の可動バー2とは異なる断面形状を有している。すなわ
ち、可動バー200の抵抗板は所定の抵抗率を有する帯
状の抵抗板210を樹脂層からなる誘電体部220で被
覆してなる。もちろん、本実施例においても、各スロッ
ト150内に潤滑オイルやシリコンオイルなどを封入す
ることができる。これらオイルは、摩擦抵抗及び磨耗を
低減するとともに、ギャップの静電容量を増大させて出
力向上を実現する。
Each slot 150 has the first embodiment.
A movable bar 200 similar to the above is accommodated so as to be axially displaceable. However, the movable bar 200 of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
Has a cross-sectional shape different from that of the movable bar 2. That is, the resistance plate of the movable bar 200 is formed by covering a strip-shaped resistance plate 210 having a predetermined resistivity with the dielectric portion 220 made of a resin layer. Of course, also in the present embodiment, lubricating oil, silicon oil, or the like can be sealed in each slot 150. These oils reduce frictional resistance and wear and increase the capacitance of the gap to achieve improved output.

【0049】(作動)このように構成することにより、
各電極板120に所定相のクロック電圧を印加して進行
電界を形成すれば、可動バー200は進行電界の進行方
向に推進される。 (作用効果)このようにすれば、実施例1と同様の利点
を奏する他、円柱(図示せず)に上記誘電板110を所
定回数巻き付けるだけで柱体100を形成でき、製造行
程が簡単であるという効果を奏する。また、実施例1の
積層型に比較してスラスト発生に無関係な浮遊(並列)
静電容量を低減でき、駆動電力を低減することができ
る。
(Operation) With this configuration,
When a predetermined phase clock voltage is applied to each electrode plate 120 to form a traveling electric field, the movable bar 200 is propelled in the traveling direction of the traveling electric field. (Effects) In this way, in addition to the same advantages as in the first embodiment, the column 100 can be formed only by winding the dielectric plate 110 around a column (not shown) a predetermined number of times, and the manufacturing process is simplified. There is an effect that there is. In addition, floating (parallel) irrespective of thrust generation as compared with the stacked type of the first embodiment.
The capacitance can be reduced, and the driving power can be reduced.

【0050】なお、上記各実施例において、前進行程又
は後退行程の終了に際し、各電極に進行電界と逆方向の
進行電界を発生させたり、又は各電極板12、120に
直流電圧を印加したりすることができる。これにより、
丁度ばねを圧縮するような効果や粘性抵抗に類似の効果
を得ることができる。このようにすれば、可動体(可動
バーを含む)をスムースに停止させることができるの
で、ショックが少なくソフトな動きをするリニアアクチ
エータを構成することができる。
In each of the above embodiments, at the end of the forward travel or the backward travel, a traveling electric field is generated in each electrode in a direction opposite to the traveling electric field, or a DC voltage is applied to each of the electrode plates 12 and 120. can do. This allows
An effect similar to compression of a spring or an effect similar to viscous resistance can be obtained. With this configuration, the movable body (including the movable bar) can be stopped smoothly, so that a linear actuator that performs a soft movement with less shock can be configured.

【0051】例えば、各電極板12に直流電圧を印加す
ると、可動バー2と電極板12との間に静止的な吸引力
が働き、可動バー2の動きが抑制される。また、各電極
板12に逆方向進行電界形成用交流電圧を印加する場合
は更に一層、可動体の動きを抑制することができる。 (実施例4)本実施例では、ストローク終期において多
相クロック電圧の位相を変更して逆方向の推進力を発生
させるものである。
For example, when a DC voltage is applied to each electrode plate 12, a static attraction force acts between the movable bar 2 and the electrode plate 12, and the movement of the movable bar 2 is suppressed. Further, when an AC voltage for forming a backward traveling electric field is applied to each electrode plate 12, the movement of the movable body can be further suppressed. (Embodiment 4) In the present embodiment, the phase of the multiphase clock voltage is changed at the end of a stroke to generate a thrust in the reverse direction.

【0052】本実施例では、予め負荷の大きさがわかっ
ており、したがって、発生するスラストが一定であると
すれば、多相クロック電圧印加開始時点からストローク
終了時点が予想できる。したがって、多相クロック電圧
印加開始時点から所定時間(できればストロークの80
%程度の時点で)経過後、多相クロック電圧の一部の相
電圧の位相を反転して逆方向の進行電界を発生させる。
In this embodiment, the magnitude of the load is known in advance, and therefore, assuming that the generated thrust is constant, it is possible to predict the stroke end time from the multiphase clock voltage application start time. Therefore, a predetermined time (preferably 80 strokes) from the start of multiphase clock voltage application.
%), The phase of some of the multiphase clock voltages is inverted to generate a traveling electric field in the opposite direction.

【0053】このようにすれば、ストローク終了時点に
おける停止ショックを減らし、各部に与える衝撃力を減
らして耐久性の向上、使い勝手の向上を図ることができ
る。なお、多相クロック電圧印加開始時点からの上記時
間遅延は通常のタイマを用いればよく、上記多相クロッ
ク電圧の位相切り換えは、位相が互いに180度異なる
例えば1対の相電圧を入れ換えて印加すればよく、図示
説明は省略する。
In this way, it is possible to reduce the stop shock at the end of the stroke, reduce the impact force applied to each part, and improve the durability and the usability. The time delay from the start of the application of the multi-phase clock voltage may be performed by using a normal timer. The phase of the multi-phase clock voltage is switched by, for example, exchanging a pair of phase voltages whose phases are different from each other by 180 degrees. The illustration is omitted.

【0054】なお、このソフトストップ手法は、アクチ
エータの後退ストロークの終期においても用いることが
でき、この場合には、後退開始時点から上記所定時間経
過後、上記位相切り換えにより前進スラストを発生させ
ればよい。なお、上記実施例では、タイマを用いた位相
切り換えを説明したが、移動する可動バー2の誘電体部
22の端部に溝を掘ったりして誘電体部22の主要部分
に比べて静電容量を減少しておき、一方、固定電極群の
一端部に位置検出用の電極板12を一対設けておき、こ
の位置検出用の電極板12、12間に所定の交流電圧を
所定の抵抗を介して印加しておき、この抵抗の電圧降下
を検出することにより可動バー2の位置を検出すること
ができる。
Note that this soft stop method can be used even at the end of the retreat stroke of the actuator. In this case, after the predetermined time has elapsed from the start of retreat, the forward switching thrust is generated by the phase switching. Good. In the above-described embodiment, the phase switching using the timer has been described. However, a groove is formed in the end of the dielectric portion 22 of the movable bar 2 to be moved, and the electrostatic capacitance is compared with the main portion of the dielectric portion 22. The capacitance is reduced, and a pair of electrode plates 12 for position detection are provided at one end of the fixed electrode group, and a predetermined AC voltage is applied between the electrode plates 12 for position detection and a predetermined resistance. The position of the movable bar 2 can be detected by detecting the voltage drop of the resistor.

【0055】すなわち、誘電体部22の端部が位置検出
用の電極板12、12間に入ってくると、抵抗の電圧降
下が相対的に小さくなり、これにより可動バー2が、制
動用の多相クロック電圧の印加開始位置にきたことを検
出できる。したがって、このような簡単な位置センサに
より位置を検出して多相クロック電圧の大きさ(又はデ
ューティ比)や位相を制御して所望のスラスト力を得る
ことができる。
That is, when the end of the dielectric portion 22 enters between the electrode plates 12 for position detection, the voltage drop of the resistance becomes relatively small. It can be detected that the multi-phase clock voltage application start position has been reached. Therefore, a desired thrust force can be obtained by detecting the position with such a simple position sensor and controlling the magnitude (or duty ratio) and phase of the multiphase clock voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1の静電リニアアクチエータの
原理を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating the principle of an electrostatic linear actuator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のX−X線矢視断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG.

【図3】図1の静電リニアアクチエータのフェーズ0の
状態を示す図1の要部軸方向断面図である。
3 is an axial sectional view of a main part of FIG. 1 showing a state of phase 0 of the electrostatic linear actuator of FIG. 1;

【図4】図1の静電リニアアクチエータのフェーズ1の
状態を示す図1の要部軸方向断面図である。
4 is an essential part axial sectional view of FIG. 1 showing a state of phase 1 of the electrostatic linear actuator of FIG. 1;

【図5】図1の静電リニアアクチエータのフェーズ2の
状態を示す図1の要部軸方向断面図である。
5 is an axial sectional view of a main part of FIG. 1 showing a state of phase 2 of the electrostatic linear actuator of FIG. 1;

【図6】図1の静電リニアアクチエータのフェーズ3の
状態を示す図1の要部軸方向断面図である。
6 is an essential part axial sectional view of FIG. 1 showing a state of phase 3 of the electrostatic linear actuator of FIG. 1;

【図7】図1の静電リニアアクチエータに印加するクロ
ック電圧V1〜V4の波形図である。
FIG. 7 is a waveform diagram of clock voltages V1 to V4 applied to the electrostatic linear actuator of FIG.

【図8】図7のクロック電圧V1〜V4を発生する回路
の一例を示すブロック回路図である。
8 is a block circuit diagram showing an example of a circuit for generating clock voltages V1 to V4 of FIG.

【図9】(a)実施例1の静電リニアアクチエータを用
いた粘性可変粘弾性ユニットを示す軸方向断面図であ
る。 (b) (a)のX−X線矢視断面図である。
FIG. 9A is an axial sectional view showing a variable viscosity viscoelastic unit using the electrostatic linear actuator of the first embodiment. (B) It is the XX sectional view taken on the line of (a).

【図10】図9の粘性可変粘弾性ユニットの力学モデル
図である。
FIG. 10 is a mechanical model diagram of the variable viscosity viscoelastic unit of FIG. 9;

【図11】(a)図9の粘性可変粘弾性ユニットを7個
組み合わせてなる合成粘性可変粘弾性リニアアクチエー
タを示す側面図である。 (b) (a)のX−X線矢視模式断面図である。
11A is a side view showing a synthetic viscosity variable viscoelastic linear actuator formed by combining seven variable viscosity viscoelastic units of FIG. 9; FIG. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along line XX of FIG.

【図12】実施例3の巻装式静電リニアアクチエータの
要部軸方向断面図である。
FIG. 12 is an axial sectional view of a main part of a wound electrostatic linear actuator according to a third embodiment.

【図13】図12の静電リニアアクチエータのX−X線
矢視断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the electrostatic linear actuator of FIG. 12 taken along line XX.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1は柱体、2は可動バー、11は誘電板、12は電極
板、10は交流電源、5は作動体、21は抵抗線、22
は誘電体部、100は柱体、120は電極板(電極)、
110は誘電板、200は可動バー。210は抵抗板
(抵抗線)、220は誘電体部。
1 is a column, 2 is a movable bar, 11 is a dielectric plate, 12 is an electrode plate, 10 is an AC power source, 5 is an operating body, 21 is a resistance wire, 22
Is a dielectric portion, 100 is a column, 120 is an electrode plate (electrode),
110 is a dielectric plate, 200 is a movable bar. 210 is a resistance plate (resistance wire), 220 is a dielectric part.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 1/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02N 1/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】軸方向に形成された多数の孔を有し、複数
の電極板がそれぞれ前記孔に静電界を形成しつつ互いに
軸方向へ所定距離離れて配列された柱体と、 前記各孔に摺動自在に収容される多数の可動バーと、 前記孔から突出する各前記可動バーの一端部に固定され
る作動体と、 前記各電極板に進行電界形成用交流電圧を印加する交流
電源と、 を備え、 前記可動バーは、 所定の抵抗率を有する抵抗線と、前記抵抗線の表面各部
において組成が同じで各部前記電極板と対面可能な表面
部分すべてを被覆する誘電体部とを有することを特徴と
する静電リニアアクチェータ。
A plurality of holes formed in an axial direction;
Electrode plates form an electrostatic field in the hole,
Columns arranged at a predetermined distance apart in the axial direction, a number of movable bars slidably housed in the holes , and fixed to one end of each of the movable bars projecting from the holes.
And an AC for applying an AC voltage for forming a traveling electric field to each of the electrode plates.
And a power supply , wherein the movable bar has a resistance wire having a predetermined resistivity, and each part of a surface of the resistance wire.
Surfaces that have the same composition and can face each part of the electrode plate
And a dielectric part covering all the parts.
Electrostatic linear actuator.
【請求項2】前記柱体は、薄肉長尺の誘電板を巻装して
なるとともに、前記誘電板の表面に軸方向に延設された
突条からなる誘電性のスペーサを有し、 前記電極板は、互いに軸方向に所定間隔を隔てて前記誘
電板の表面に略巻回方向へ延設され、 前記多数の孔は、前記スペーサ及び誘電板により区画形
成されることを特徴とする請求項1記載の静電リニアア
クチェータ。
2. The column body is formed by winding a thin and long dielectric plate.
And extended in the axial direction on the surface of the dielectric plate.
The electrode plate has a dielectric spacer formed of a ridge, and the electrode plates are spaced apart from each other at a predetermined interval in the axial direction.
The plurality of holes extend substantially in the winding direction on the surface of the electric plate, and the plurality of holes are partitioned by the spacer and the dielectric plate.
The electrostatic linear amplifier according to claim 1, wherein
Kucheta.
【請求項3】前記柱体に軸方向に形成された粘性孔に摺
動自在に収容される粘性可動バーと、前記粘性孔及び前
記粘性可動バーとの間にて電圧制御可能な粘性を発生さ
せる電圧制御粘性機構とを備えることを特徴とする請求
項1又は2記載の静電リニアアクチェータ
3. A viscous movable bar slidably housed in a viscous hole formed in the column in the axial direction, and a voltage controllable viscosity is generated between the viscous hole and the viscous movable bar. claims, characterized in that it comprises a voltage controlled viscous mechanism for
Item 3. The electrostatic linear actuator according to Item 1 or 2 .
【請求項4】前記柱体の前記孔に、潤滑オイル又はシリ
コンオイルが注入されていることを特徴とする請求項1
ないし3のいずれか記載の静電リニアアクチェータ。
4. A lubricating oil or a silicone oil is provided in said hole of said column.
2. A con oil is injected.
4. The electrostatic linear actuator according to any one of items 3 to 3.
【請求項5】前記交流電源は、順番に第1〜第4の4群
に分けられた前記各電極板に対して、隣接する第1、第
2の前記電極板が高電位となり、隣接する第3、第4の
前記電極板が低電位となる状態を維持しつつ前記隣接2
電極分の高電位エリアを順次軸方向に移動させる4相駆
動電圧を、前記進行電界形成用交流電圧として発生する
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか記載の静
電リニアア クチェータの駆動方法。
5. The AC power supply includes a first to a fourth group in order.
For each of the electrode plates divided into
2 has a high potential, and the third and fourth adjacent
While maintaining the state where the electrode plate is at a low potential, the adjacent 2
Four-phase drive that sequentially moves the high-potential area for the electrodes in the axial direction
A dynamic voltage is generated as the AC voltage for forming the traveling electric field.
The static electricity according to any one of claims 1 to 4, wherein
Method of driving the electric Riniaa Kucheta.
【請求項6】前記4相駆動電圧は、互いに90度異なる
位相と、略50%のデューティ比とを有することを特徴
とする請求項5記載の静電リニアアクチェータの駆動方
法。
6. The driving method for an electrostatic linear actuator according to claim 5, wherein said four-phase driving voltages have phases different from each other by 90 degrees and a duty ratio of about 50%.
【請求項7】トローク終期における前記交流電圧の位
相を変更して逆方向の推進力を発生させることを特徴と
する請求項1ないし6記載の静電リニアアクチェータの
駆動方法。
7. The method of claim 1 to the driving method of the electrostatic linear actuator according 6, characterized in that to generate a reverse thrust by changing the phase of the AC voltage at the stroke end.
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