JPH02114872A - 静電アクチュエータ - Google Patents

静電アクチュエータ

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JPH02114872A
JPH02114872A JP26765688A JP26765688A JPH02114872A JP H02114872 A JPH02114872 A JP H02114872A JP 26765688 A JP26765688 A JP 26765688A JP 26765688 A JP26765688 A JP 26765688A JP H02114872 A JPH02114872 A JP H02114872A
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movable
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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移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。
〔従来の技術〕
近年、物体を微小量移動させる手段として、静電アクチ
ュエータか注目されている。第10図は静電アクチュエ
ータの動作原理を示す図で、図中1゜2は互いにずれて
対向配置された一対の電極である。これらの電極]、2
間には摺動画3を持つ2つの誘電体4,5が配置され、
この誘電体4.5の表面に前記電極1.2が固定されて
いる。ここで、電極1,2に電圧■を印加すると、電極
1゜2間には電極面に水平な方向の静電力Fxと電極面
に垂直な方向の静電引力Fyが発生する。
上記静電力Fxは電極1,2間の距離をd、電極1,2
の幅をW、電極]と電極2の重なり部分の長さをa1誘
電体4,5の比誘電率を特徴とする特許 で表わされ、また静電引力Fyは て表わされる。なお、ε。:真空中の誘電率である。
したかって、静電力Fxで移動子を移動させる条件は摺
動面3の摩擦係数をμとすると、Fx−μFy>Q  
       ・・・・・・(3)を満たせばよいこと
になり、電極1,2の長さをlとすると移動子はa=1
になるまで移動する。
このような静電力を利用した従来の静電アクチュエータ
としては、特開昭BL−95858号や特願昭63−1
82173号などに示されているものがある。しかしな
がら、これらの静電アクチュエータは移動子の移動方向
が一方向のみであるため、例えば物体を多方向に移動さ
せる場合には適用できないという問題があった。また、
従来の静電アクチュエ−タは物体を直線運動させる場合
、多数の電極を移動子の移動方向に沿って配列し、かつ
これらの電極を多相駆動する必要があるため、配線が1
夏雑になったり、装置自体が大型化するという問題かあ
った。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、
その第1の目的は移動子を多方向に移動させることがで
きる静電アクチュエータを提供することにある。また、
本発明の第2の目的は移動子の移動方向に多数の電極を
配列することなく物体を直線運動させることができる静
電アクチュエータを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
!−記第1のl」的を達成するために本発明は、所定の
間隔で互いに離間して配置された複数の固定電極を有す
る固定子と、この固定子の固定電極に対向して表面上に
可動電極を有し1−記固定電極の電極面と一定の間隔を
おいて相対的に移動可能な移動子とこの移動子の可動電
極と前記固定子の固定電極との間に設けられ少なくとも
どちらか一方の電極面を覆う誘電体層と、前記固定電極
のうち少なくとも1つの固定電極を選択し、選択された
固定電極と前記可動電極との間に電圧を印加する手段と
を具備してなることを特徴とするものである。
また、第2の目的を達成するために本発明は、」1記固
定子または移動子のどちらか一方に上記固定電極及び可
動電極の電極面に垂直な方向に伸縮する圧電アクチュエ
ータを設けた請求項1記載の静電アクチュエータを少な
くとも2つ以上組み合せたことを特徴とするものである
〔作 用〕
本発明においては、固定子に設けられた複数の固定電極
のうち少なくとも1つの固定電極を選択し、選択された
固定電極と可動電極との間に電圧を印加することにより
移動子を多方向に移動させることかできる。また、上記
固定子または可動子のどちらか一方に」1記固定電極及
び可動電極の電極面に垂直な方向に伸縮する圧電アクチ
ュエータを設け、この圧電アクチュエータを設けた静電
アクチュエータを同一平面上に少なくとも2つ以上組み
合せることにより、移動子の移動方向に多数の電極を配
列することなく物体を直線運動させることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図〜第9図を参照して説明
する。
第1図及び第2図は本発明の第1目的を達成するための
一実施例を示すもので、第1図は平面図、第2図は第1
図の■−■矢視断面図である。
図中10は例えばアルミナ、ジルコニア等の絶縁材料か
らなる板状の固定子で、この固定子10の表面(平面列
こは複数の固定電極11a、1lb11c、1.]、d
が所定間隔で互いに離間して配設されている。また、1
2は」1記固定子10−1−に摺動可能に配置された移
動子で、この移動子]2の摺動面には前記固定電極]]
、a、llb、]、1.c。
11dに対向して可動電極13が設けられている。
この可動電極13はリード線を介して直流電源16に接
続され、また固定電極11a、llb。
11c  lldはそれぞれリード線を介して前記直流
電源16と接続した切換スイッチボックス15に接続さ
れている。この切換スイッチボックス15は電圧を印加
する固定電極を選択するだめのもので、切換信号によっ
て動作するようになっている。
また、14は前記固定電極11a、llb。
11c、lldを覆うように固定子10の表面に一定厚
さで形成された誘電体層である。この誘電体層14は例
えばジルコンチタン酸鉛(PZT)。
チタン酸バリウム等からなり、固定電極1]a。
11、b、1.1c、11.dと可動電極13との間を
一定間隔に保っている。なお、可動電極13は人なり小
なり全ての固定電極11 a、  1.1. b。
1、]c、lldと重なり合う部分を持っており、例え
ば固定電極の寸法をaxamm、固定電極間の間隔をb
 mm、可動電極の寸法をCX C111mとするとc
>a+bとなっている。
このような構成において、固定子10に設けられた固定
電極11a、llb、llc、lldのうち例えば固定
電極11aを切換スイッチボックス15で選択し、この
固定電極11aと可動電極13との間に電圧Vを印加す
ると、移動子12は上記電極11a、13間に生じる静
電力Fxによって第3図中矢印a方向に移動する。また
、固定電極11a、1]、b、]、1c、lldのうち
例えば固定電極11a、11.bを切換スイッチボック
ス15で選択し、これら固定電極1.1a、llbとn
J動主電極13の間に電圧Vを印加すると、移動子12
は上記電極11a、13間及び11b。
13間に生じる2つの静電力Fxによって第3図中矢印
す方向に移動する。つまり、切換スイッチボックス15
で1つの固定電極を選択すると移動子12は固定子10
の対角線方向(矢印a、c。
e、g方向)に移動し、また隣り合う2つの固定電極を
選択すると移動子12は固定子10の縦方向及び横方向
(矢印す、d、f、h方向)に移動する。
このように本実施例では、固定子10の平面上に互いに
所定間隔で離間した複数の固定電極11a、llb、l
lc、lldを設けるとともに、」1記固定子10の表
面に前記固定電極11a。
11b  llc、lidを覆う一定厚さの誘電体層1
4を形成し、この誘電体層14I:に固定電極]1.a
、1.1b、1]、c、lldと対向する可動電極13
を有する移動子12を摺動可能に配置しだので、前記固
定電極] 1.a、  1 lb、  11.c。
11dのうち少なくとも1つの固定電極を切換スイッチ
ボックス15で選択し、選択された固定電極と可動電極
13との間に電圧を印加することにより、移動子12を
多方向に移動させることかできる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば上記実施例では誘電体層14を固定子10に設け
たが、誘電体層14を可動電極13を覆うように移動子
12の表面に設けてもよい。また、第4図に示すように
固定r−10の下面に圧電体18と電極19.20とか
らなる圧電アクチュエータ17を設け、固定子10を」
二下方向に変位させるようにしてもよい。さらに第5図
に示すように固定子10の下面に積層型の圧電アクチュ
エータ17を設けてもよい。なお、第4図及び第5図中
21は圧電アクチュエータ]7を駆動するための電源で
ある。
第6図及び第7図は本発明の第2目的を達成するための
一実施例を示すもので、第6図は平面図第7図は−断面
図である。この 静電アクチュエータは第1図に示した静電アクチュエー
タを同一平面上に4つ組み合せたもので、各固定子10
 A 、  10 B 、  1.0 C、10Dには
圧電アクチュエータ17A、17B、17C。
17Dが固定電極11 a 、  1.1 b 、  
1.1. c11d側と反対側に設けられている。これ
らの圧電アクチュエータ17A、1.7B、17C。
17Dは−1−足固定電極11.a、  1 lb、 
 ]、1.c11dの電極面に垂直な方向に厚み変位(
伸縮)する圧電体18と、この圧電体18に電圧を印加
する電極19.20(電極20は共用電極)とを備えて
構成されている。なお、図中22は移動面である。
このように構成される静電アクチュエータを図中矢印方
向に移動させる場合は、まず圧電アクチュエータ1.7
A17Cに電圧を印加し、これら圧電アクチュエータ1
7A、17Cの圧電体18を第8図(a)(b)に示す
ように収縮方向に厚み変位させる。次にこの状態で固定
子]OA。
10Cの固定電極11a、llbと移動子12A。
1、2 Cの可動電極13との間に電圧を印加し、これ
ら電極11a、1.3および1.1b、13間に静電力
を発生させる。これにより移動子12A12Cは静電力
によって移動し、節季〇図(a)に示す位置に来たとこ
ろで停止する。
次に圧電アクチュエータ17A、17Cへの電圧印加を
停止し、これら圧電アクチュエータ17A  17Cの
圧電体18を元の厚みに戻す。
その後、圧電アクチュエータ17B、17Dに電圧を印
加し、これら圧電アクチュエータ17B1、7 Dの圧
電体18を収縮方向に厚み変位させる。
そして、この状態で固定子10B、1.0Dの固定]1 電極11a、11bと移動子12B、12Dの可動電極
13との間に電圧を印加し、これら電極11a、13お
よび1.1. b、  13間に静電力を発生させる。
これにより移動子1.2B、12Dは静電力によって移
動し、第キ0図(b)に示す位置に来たところで停止す
る。
次に圧電アクチュエータ17B、17Dへの電圧印加を
停止し、これら圧7uアクチュエータ17B  17D
の圧電体18を元の厚みに戻す。
その後、固定子10A、IOB、IOC,IODの固定
電極1.1c、lldと移動子12A12B、12C,
12DのnJ動電極13との間に電圧を印加する。これ
によりに記同定電極11C211dと可動電極]3との
間には移動子12A12B、12C,12Dを矢印方向
と逆方向に移動させるようとする静電力が発生するが、
このとき移動子12A、12B、12C,12Dは移動
面22に接地しており、移動子12A、1.2B。
12C,12Dと移動面22との摩擦係数が移動子1.
2A、1.2B、12C,12Dと固定子]、OA、I
OB、IOC,IODとの間の摩擦係数より大きいため
、固定子1.OA、1.OB。
10C,]、ODが矢印方向に移動し、第一に:→図(
C)に示す位置に来たところで停止する。したかって、
このような動作を繰り返して行なうことにより、移動子
の移動方向に多数の電極を配列することなく物体を直線
運動させることができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば上記実施例では圧電アクチュエタ1.7A、17
B、17C,17Dを固定子10A、IOB、IOC,
IODに設けたが、移動子12A、12B、12C,1
2Dに設けてもよい。また、上記実施例では第1図に示
した静電アクチュエータを同一平面」二に4つ組み合せ
たが、2つ以]二組み合せても同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以−1−説明したように本発明によれば、移動子を多方
向に移動させることができる静電アクチュエータを得る
ことができる。また、移動子の移動方向に多数の電極を
配列することなく物体を直線運】3 動させることができる静電アクチュエータを得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の第1実施例を示す図で、第
1図は静電アクチュエータの・1う面図、第2図は第1
図の■−■矢視断面図、第3図は同実施例の作用を示す
図、第4図は本発明の第2実施例を示す静電アクチュエ
ータの断面図、第5図は本発明の第3実施例を示す静電
アクチュエータの断面図、第6図及び第7図は本発明の
第4実施例は静電アクチュエータの動作原理を示す図で
ある。 1、0. 10A 〜1.0D・・固定子、]−1,a
 −11、d・・・固定電極、12.12A〜12D・
・移動子、13・・・可動電極、14・・・誘電体層、
15・・・切換スイッチボックス、16・・・電源、1
7A〜17D・・・圧電アクチュエータ。 第 図 第 図 (J(J トO L) () (J() 第10図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)所定の間隔で互いに離間して配置された複数の固
    定電極を有する固定子と、この固定子の固定電極に対向
    して表面上に可動電極を有し上記固定電極の電極面と一
    定の間隔をおいて相対的に移動可能な移動子と、この移
    動子の可動電極と前記固定子の固定電極との間に設けら
    れ少なくともどちらか一方の電極面を覆う誘電体層と、
    前記固定電極のうち少なくとも1つの固定電極を選択し
    、選択された固定電極と前記可動電極との間に電圧を印
    加する手段とを具備してなることを特徴とする静電アク
    チュエータ。
  2. (2)上記固定子または移動子のどちらか一方に上記固
    定電極及び可動電極の電極面に垂直な方向に伸縮する圧
    電アクチュエータを設けた請求項1記載の静電アクチュ
    エータを同一平面上に少なくとも2つ以上組み合せたこ
    とを特徴とする静電アクチュエータ。
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