JPH03169278A - 静電アクチュエータ - Google Patents

静電アクチュエータ

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JPH03169278A
JPH03169278A JP30979089A JP30979089A JPH03169278A JP H03169278 A JPH03169278 A JP H03169278A JP 30979089 A JP30979089 A JP 30979089A JP 30979089 A JP30979089 A JP 30979089A JP H03169278 A JPH03169278 A JP H03169278A
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JP
Japan
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electrodes
moving element
stator
mover
stators
Prior art date
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Pending
Application number
JP30979089A
Other languages
English (en)
Inventor
Masanori Suematsu
末松 正典
Kazunari Matsuzaki
一成 松崎
Shuji Yamazumi
山住 修司
Atsushi Kawahara
敦志 川原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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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、マイクロロポッ1・やマイクロザージェリな
どに使用できる静電アクヂコエータの制御に関する。
[従来の技術] 静電アクチコエー夕は、所定のピッヂで複数個の固定子
電極を配列した固定子と、この固定子に対向させ固定子
電極に対し適切な位置関係に配列した可動子電極を設(
ノて強誘電体部と低誘電体部を形成した可動子とをそな
え、前記固定子電極を順次に充電あるいは放電させ、強
誘電体で構成された可動子電極を静電力によって吸引移
動させるようにしており、たとえば特開昭62−4.4
079号などに示されている。
しかし、静電アクチュエータの発生トルクは、電磁アク
ヂコエータに較べると非常に小さく、このため、固定子
と可動子を非接触で支持させて接触摺動をな<4゛よう
1こずることか望ましく、本出願人は先に、可動rと固
定子との対向而に圧縮空気を吹き出させたり、永久磁石
などにより磁気的あろい(J電気的に反発または吸引作
用を発生さ0て、可動rを両111+1の固定子間1こ
非接触状態で保持させるギャップ保持機構と、非接触の
ため可動子の12動方向を保つために移動方向に沿って
静電吸引電極を設ζノで可動子を吸引し、所定の移動方
向以外への逸走を防ぐ移動方向保持機構とを設(」た静
電アクチコエー夕を提案した。
[発明が解決しようとする課Mj しかるに、この種のアクチュエータにおいては小形化が
重要な課題であり、とくに可動子を小形軽量化する必要
かある。したがって、推力発生用の静電電極のほかに、
可動子を非接触状態に保持するためのギャップ保持機構
と、非接触の可動子を拘束して移動方向を規制する移動
方向保持機構を設lチること(よ、小形化、微細化を妨
げろ要因になっている。
3 [課題を解決するための手段j このため、可動子の両側に固定子を配置させ、両側の固
定子電極と可動子市極相17′間の静電吸弓力により推
力を発生ざせるとともに、同じ電極によって両側の静電
吸引力を甲衡さυてi’iJ動子を非接触状態に保持さ
せるようにして43り、たどえは、固定子に設けた各電
極のすべてにバイアス電圧を印加して平衡した静電力を
発生させ、可動子を非接触状態に支持させるとともに、
必要な電極に躯動用の電圧を重畳ずることによって推力
を発生させるようにしている。
なお、この駆動用電圧はバイアス電圧の(VTI)倍以
]二にすることが望ましい。また、ギ−1・ップを適正
に保持させるため、固定子ど可動子との間に設lノノと
ギャップセンザの検出値?こよりハイアス電圧を制御す
るようにしてある。
[作用] したがって、可動子に推力を発生させる電極によって、
可動子を非接触状態に保持させるどともに、可動子の{
2動方向を現制し、別個のギャップ保持機構や移動方向
保持機構が不要になり、微細化がiiJ能になる。
1実施例コ これを図に示す実施例について説明ずろ。
Iはカラスなどの絶縁体からなる固定子で、可動子2と
対向する而に、アルミニウムなどで形成した複数の固定
子電極11を可動子2の移動方向に一定のピッチで配列
させており、一方側部にギヤップセンザ電極I2を設け
ていろ。可動子2は板状の単結晶シリコンの絶縁支持体
で構成し、エッヂンク処理により固定子との対向面にア
ルミニウムなどで作られた強誘電体の可動子電極21を
前記固定T−電極11と所定の位置関係に配列させてあ
る。22(J可動子電極相互を短絡する接続片、23(
』両面の可動子電極を連結する電極結合部、2イはキャ
ップセンザ電極+2iこ対向して設けたギヤップセンザ
ターケットてあろ。
L側固定子の固定子電極I+と可動子電極21との11
X]にハイアス電厘E。1を、下側固定子の固定r↑l
iFI”: I Iと1す動子電棒21との問にハイア
ス電4 圧E。2を印加して、可動子2の両面に吸引力を完生さ
せ、この吸引力が平衡して可動子両面のギャップd1・
d2が一定になるように、ギヤップセンザ電極I2とギ
ヤップセンザターゲッ1・24の検出値?こより前記バ
イアス電圧を調整するととも7こ、各固定子電極に順次
に駆動用電圧を重畳させ、駆動用電圧を荷電した電極と
所定の位置関係にある可動子電極を吸引し、推力を発生
させる。
これを3相駆動の場合を示す第2図について説明する。
なお、上下の固定子について(J、同様であるため、上
{II1の固定子Iと可動子2についてのみ説明する。
第2図の状態からR相が荷電され、可動子2が距離X移
動した際の各相の静電エネルギーを求める。
固定子1と可動子2のギャップをd,、可動子2の半分
の厚さをhとし、ギャップd.の誘電率をε、可動子絶
縁体の誘電率をε1、電極郎の誘電率をε,とする。ま
た、電極の幅をa、長さを1)、rz相−S{−rlf
,−おIf ;S固定了電イ韻と可動TT[i p4の
電なった部分の幅をa。、各相の固定子電極IIとT’
lT動子電極21間に印加するバイアス電圧を1Σ。、
駆動用電圧をRとする。
R相の固定子電極IIと可動子電極21間に印加ずる電
IJF. v ++ +j、ハイアス電圧E。に駆動用
電圧Eを加えた値(Eo十E)であり、S相・T相の囚
定子電極I1と可動子電極21間に印加される電圧Vs
ないしV,は、バイアス電圧E。のみである。
■(相にJ’; +:lろ固定子と可動了の=lノデン
ザ容量CR(x)は 他相ら同様に 7 (a−a。)bε hε/εl al〕ε hε/ 5 p aabε したがって、 静電エネルギーはそれぞれの相に おいて 推力F(x)は、靜雷エネルギーをXで微分することに
よー・て得られるので、(1)(2)(3)式を微分し
て、その総和を求めろと、 X ( (Eo十E) 2 2Eo’)    ”’ 
”’ (4)(4)式より推力F(χ)が正であるため
の駆動電圧Ei:li, E〉(仔−J)Eo でな(Jればならないことがイつかる。
8 これζこよー》で、静電アクチュエータは、X方向に一
定の推力が得られる。
この吸引力Fp(x)は、静電ユ゛ネルギー=をギャッ
プd,で微分することによって得られる。したかー〕で
、(].02X3)式をd,で微分し7て、その総和を
求めると、 移動粗離Xによqて吸引力は変化−4る結果となるが、
この変化が、との稈度のオーダかを例をとって示すと、 a[l−・−0.25a、Iコ/d+=50、ε/ε.
−I/10、ε/ε,−0、E = Eoとすると、 X−0 とX −’ +l  il oのF,,(x)
の比串+J.、約1 + 7.7となる。
このように、吸引力は移動距MXによって異なるが、J
:下の電極で同時に吸引−aるため、その力の差は小さ
い。
したがって、可動子を非接触状態に浮上保持させるため
には、ギャップdl−d,をキャップセンザにより検出
して、Eoの値を変えることで達戊できる。
これを実現するための回路を第3図に模式的に示す3, ギャップの変動に応じた電汀((]o+−d+)と、ブ
リバイアス電圧ICo1を加算1,ノ.・ハイアス電I
1:.を各相の固定子電極に5え、このハイアス電圧E
0を利用して駆動電圧Eを となるようにし、 各相に順次に切り換えて重骨さ Uる。
したがって、第2図の場合(」、 VR= (Eo+E)” R31/R30V5−Eo−
R3l/R3o VT=EO−R31/R30 が、それぞれの固定子電極に与えられる。
なお、実施例では直線移動するアクチュエータについて
説明しているが、回転形の静電アクチュエー夕について
も同様に適用できる。
「発明の効果コ このように本発明においては、固定子と可動子を非接触
状態で移動させる静電アクチ一エー夕において、可動子
の両側に固定子が配置され、可動子両側で静電吸引力に
よる推力あるいは回転トルクを発生させるとともに、両
側の静電吸引力を平衡させることにより、同一の電極で
駆動用推力の発生と、非接触状態によるギャップの保持
および移動方向の規制を行わせることができ、別個に非
接触保持のための電極などの機構を必要とせず、全体の
構造が簡単になり、微細化が可能になる効果が得られる
また、すべての電極にバイアス電圧を与え、駆4 動用電圧を所要の電極に重畳させるようにすることによ
り、非接触状態を確実安定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す一部の分解斜視図、第2
図は固定子と可動子の関係を示す説明図、第3図は印加
電圧の模式図である。 lは固定子、2は可動子、11は固定子電極、12はギ
ヤップセンザ電極、21は可動子電極、22は接続片、
23は電極結合部、24はギヤ・ソプセンサターゲット
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数個の固定子電極を所定のピッチで配列した固定
    子と、前記ピッチに関連したピッチで固定子電極に対向
    させた可動子電極を設けた可動子とをそなえ、固定子電
    極と可動子電極間の静電力により可動子に推力を与える
    静電アクチュエータにおいて、 可動子の両側に固定子が配置され、可動子両側で静電吸
    引力により推力を発生させるとともに、可動子両側の静
    電吸引力を平衡させて可動子を非接触状態に保持させる
    ことを特徴とする静電アクチュエータ。 2 前記両側の固定子電極のすべてにバイアス電圧を与
    えて可動子を非接触状態に保持させ、この固定子電極に
    順次駆動用電圧を加えて推力を発生させる特許請求の範
    囲第1項記載の静電アクチュエータ。 3 前記駆動用電圧がバイアス電圧の(√2−1)倍以
    上である特許請求の範囲第2項記載の静電アクチュエー
    タ。
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Cited By (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5523639A (en) * 1993-11-25 1996-06-04 Fujitsu Limited Electrostatic actuator having ferroelectrics in which residual dielectric polarization is formed
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CN104058256A (zh) * 2013-03-18 2014-09-24 株式会社延原表 利用静电悬浮的基板移送装置

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