JPH0322886A - Electrostatic actuator - Google Patents

Electrostatic actuator

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JPH0322886A
JPH0322886A JP15629789A JP15629789A JPH0322886A JP H0322886 A JPH0322886 A JP H0322886A JP 15629789 A JP15629789 A JP 15629789A JP 15629789 A JP15629789 A JP 15629789A JP H0322886 A JPH0322886 A JP H0322886A
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JP
Japan
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electrodes
electrode
voltage
dielectric
electrostatic actuator
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Application number
JP15629789A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Kabei
信之 壁井
Kiichi Tsuchiya
土屋 喜一
Kazuo Nagatake
和夫 長竹
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce frictional force acting on a movable section and to improve effective thrust by providing an auxiliary power source which applies AC voltage or pulsating DC voltage across electrodes arranged to form a capacitor. CONSTITUTION:With each electrode 13a to 13e and 14a to 14e each capacitor is formed. Each fixed contact A is connected to corresponding electrodes 13a to 13e respectively, while each common contact C is connected to a line 17 in common. Between each fixed contact B of changeover switches 19a to 19e and electrodes 14a to 14e AC power sources 20a to 20e, which are auxiliary power sources, are respectively connected. In the condition where AC voltage or pulsating DC voltage is applied across electrodes 13a to 13e and 14a to 14e from the auxiliary power sources 20a to 20e, periodically fluctuating attractive forces are generated between electrodes 13a to 13e and 14a to 14e, so that the electrodes 13a to 13e and 14a to 14e will be oscillated.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、静電力を利用して負荷の駆動を行なうように
した静電アクチュエータ、特には産業用ロボット.精密
機械,自動車機器部品,家庭電化製品.オフィスオート
メーション機器,医療用機器などの機構部分の駆動に利
用される静電アクチュエータに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an electrostatic actuator that uses electrostatic force to drive a load, particularly an industrial robot. Precision machinery, automobile equipment parts, home appliances. This relates to electrostatic actuators used to drive mechanical parts of office automation equipment, medical equipment, etc.

(従来の技術) 従来より、産業用ロボット,精密機械,自動車機器部品
,家庭電化製品,オフィスオートメーション機器,医療
用機器などの機構部分の駆動には、専らサーボモー夕,
リニアモー夕,ステッピングモータなどの磁気式のアク
チュエータが使用されており、上記機構部分の駆動を静
電アクチュエータにより行うものは、まだ実用化の端緒
についたばかりである。
(Conventional technology) Traditionally, servo motors,
Magnetic actuators such as linear motors and stepping motors are used, and electrostatic actuators for driving the above-mentioned mechanical parts have only just begun to be put into practical use.

(発明が解決しようとする課題) 近年においては、上述のような機構部分を駆動するため
のアクチュエータの高出力密度化,駆動パターンの複雑
化及び微少変位の制御を必要とする技術需要が増えつつ
ある。しかしながら、従来の磁気アクチュエータでは、
斯様な技術的要望を全て満足させることが困難である。
(Problem to be solved by the invention) In recent years, there has been an increase in the demand for technologies that require higher output density of actuators for driving the above-mentioned mechanical parts, more complex drive patterns, and control of minute displacements. be. However, with conventional magnetic actuators,
It is difficult to satisfy all such technical demands.

これに対して、上記のような要望を満足させる可能性が
あるものとしては、出力/重量比が磁気アクチュエータ
に比べ大きくなるという利点がある静電アクチュエータ
が考えられるが、実用に耐え得るような静電アクチュエ
ータは出現していない。
On the other hand, an electrostatic actuator that has the advantage of having a larger output/weight ratio than a magnetic actuator is considered to have the potential to satisfy the above requirements, but it is not practical. Electrostatic actuators have not appeared.

即ち、例えば対をなす電極間に誘電体より成る可動子を
配置した一般的な構成の静電アクチュエータにおいて推
力を効率良く得るためには、電極と誘電体との間の空隙
を数μmオーダー以下に設定することが肝要となってく
る。しかし、出力/重量比を大きくするためには、電極
を支持する部材並びに可動子などを極力薄形化すること
が必要であるが、現在の技術レベルでは、剛性が高い材
料を利用したとしても上記のような数μmオーダー以下
の空隙を管理することは非常に困難である。
For example, in order to efficiently obtain thrust in an electrostatic actuator with a general configuration in which a mover made of a dielectric material is arranged between a pair of electrodes, the gap between the electrodes and the dielectric material must be on the order of several μm or less. It is important to set it to . However, in order to increase the output/weight ratio, it is necessary to make the members supporting the electrodes and the mover as thin as possible, but at the current technological level, even if highly rigid materials are used, It is very difficult to manage the above-mentioned voids on the order of several μm or less.

従って、出力/重量比が高い静電アクチュエータを得よ
うとする場合、実質的には電極と可動子とが部分的に接
触した状態となることが避けられない。このため、電極
及び可動子間に比較的大きな摩擦力が発生することが避
けられず、これが可動子の推力を減少させる原因となる
。勿論、その推力減少が甚だしい場合には、実効推力が
発生しないことになる。
Therefore, when trying to obtain an electrostatic actuator with a high output/weight ratio, it is unavoidable that the electrode and the movable element are substantially in a state of being in partial contact. Therefore, it is inevitable that a relatively large frictional force is generated between the electrode and the movable element, which causes a reduction in the thrust of the movable element. Of course, if the reduction in thrust is severe, no effective thrust will be generated.

一般的に、推力を増大させるためには可動子に働く水平
力(電極と平行した方向への力)を大きくすれば良いが
、上述のように電極と可動子とが接触した状態にある場
合には、その接触面に働く垂直力も比例して大きくなっ
て摩擦力も増大することになるから、実効推力の増大を
期待できない。
Generally, in order to increase the thrust force, it is sufficient to increase the horizontal force (force in the direction parallel to the electrodes) acting on the mover, but as mentioned above, when the electrodes and the mover are in contact with each other, In this case, the normal force acting on the contact surface increases proportionally and the frictional force also increases, so we cannot expect an increase in the effective thrust.

また、この逆に接触面に働く垂直力を小さくして摩擦力
の減少を図った場合には、これに応じて推力も同時に低
下するから本来の目的を達戊できなくなる。つまり、電
極及び可動子間に働く摩擦力のみを低下させるためには
、電極及び可動子の摩擦係数を低下させる以外に手段は
ない。しかしながら、摩擦係数は、一般的に接触面(摩
擦面)を構戊する部材の材質と、その表面粗さに大きく
依存するものであるため、静電アクチュエータにおいて
は可動部分に作用する摩擦力を減少させるのに自ずと限
昇があり、この点が未解決の課題となっていた。
On the other hand, if the normal force acting on the contact surface is reduced to reduce the frictional force, the thrust force will also decrease accordingly, making it impossible to achieve the original purpose. In other words, in order to reduce only the frictional force acting between the electrode and the movable element, there is no other way than to reduce the coefficient of friction between the electrode and the movable element. However, the coefficient of friction generally depends largely on the material of the member that makes up the contact surface (friction surface) and its surface roughness, so in electrostatic actuators, the frictional force acting on the moving part is In order to reduce the amount, there is naturally a limit increase, and this point has remained an unresolved issue.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、可動部分の摩擦面を構成する部材の材質に関係な
くその可動部分に作用する摩擦力を減少させることがで
き、以て実効推力の向上を図り得るなどの効果を奏する
静電アクチュエータを提供するにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to reduce the frictional force acting on the movable part regardless of the material of the member constituting the friction surface of the movable part, and thereby to reduce the frictional force acting on the movable part. An object of the present invention is to provide an electrostatic actuator that has effects such as improving thrust.

〔発明の構成コ (課題を解決するための手段) 本発明は、コンデンサを形成するように配置された電極
間に誘電体を配置すると共に、rfJ記電極間に電源電
圧を与えることにより前記誘電体と電極との間或は電極
相互間に推力を生起させるようにした静電アクチュエー
タにおいて、前記電極間に交流電圧若しくは脈動直流電
圧を印加する補助電源を設ける構成としたものである。
[Configuration of the Invention (Means for Solving the Problems) The present invention provides a dielectric material that is arranged between electrodes arranged to form a capacitor, and a power supply voltage applied between the rfj electrodes. In an electrostatic actuator that generates thrust between a body and an electrode or between electrodes, an auxiliary power source is provided for applying an AC voltage or a pulsating DC voltage between the electrodes.

この場合において、複数対の電極を1対の弾性体製電極
支持体に列状に配設して或る1対の岡定子を設けると共
に、誘電体を上記1対の固定−r間に可動子として配置
し、補助電源を、前記固定子に前記可動子の移動方向と
逆方向に進行する表面波が生成されるような交流電圧若
しくは脈動直流電圧を前記対をなす電極間に印加する構
成としても良い。
In this case, a plurality of pairs of electrodes are arranged in a row on a pair of elastic electrode supports to provide a pair of Oka stators, and a dielectric is movable between the pair of fixed electrodes and r. A configuration in which an auxiliary power source applies an AC voltage or a pulsating DC voltage between the pair of electrodes such that a surface wave traveling in a direction opposite to the moving direction of the movable element is generated on the stator. It's good as well.

また、コンデンサを形成する電極及びこの電極間に配置
された誘電体を借え、前記電極間に電源電圧を与えるこ
とにより前記誘電体若しくは電極を変位させるようにし
た静電アクチュエータにおいて、前記電極及び誘電体間
に形成される空間部に潤滑性ある電気絶縁材料を配置す
る構成とすることもできる。
Further, in the electrostatic actuator, an electrode forming a capacitor and a dielectric body disposed between the electrodes are used, and the dielectric body or the electrode is displaced by applying a power supply voltage between the electrodes. It is also possible to arrange a lubricating electrically insulating material in the space formed between the dielectrics.

(作用) 電極間に電源電圧を与えた場合には、誘電体と電極との
間、或は電極相互間に推力が生起される。従って、誘電
体が固定された状態では電極が変位され、また両電極が
固定された状態では誘電体が変位され、或は一方の電極
及び誘電体が固定された状態では他方の電極が変位され
ることになる。
(Operation) When a power supply voltage is applied between the electrodes, thrust is generated between the dielectric and the electrodes or between the electrodes. Therefore, when the dielectric is fixed, the electrode is displaced, when both electrodes are fixed, the dielectric is displaced, or when one electrode and dielectric are fixed, the other electrode is displaced. That will happen.

そして、電極間に補助電源から交流電圧若しくは脈動直
流電圧が印加された状態では、電極間に周期的に変動す
る吸引力が生し、これにより電極が振動するようになる
。ここで一般的に、二つの物体の接触面に両物体間の相
対的な振動現象が見られる場合には、両物体間の摩擦係
数が低下する現象を生ずることが経験的に知られている
。従って、上述のような電極の振動に応じで、これと接
触する面(摩擦面)の摩擦係数が低下するようになり、
実効推力が向上するようになる。
When an AC voltage or a pulsating DC voltage is applied between the electrodes from an auxiliary power source, a periodically varying attractive force is generated between the electrodes, which causes the electrodes to vibrate. In general, it is empirically known that when a relative vibration phenomenon between two objects is observed at the contact surface between the two objects, a phenomenon occurs in which the coefficient of friction between the two objects decreases. . Therefore, in response to the vibration of the electrode as described above, the friction coefficient of the surface (friction surface) that comes into contact with the electrode decreases.
Effective thrust will improve.

一方、複数対の電極が1対の弾性体製電極支持体に列状
に配設されるなどの構成とされた場合には、電極間に電
源電圧を与えたときに、1対の固定子間に配置された誘
電体より成る可動子及び電極間に推力が生起されて、そ
の可動子が変位されることになる。そして、補助電源か
ら前記対をなす電極間に対して、固定子上に前記可動子
の移動方向と逆方向に進行する表面波が生成されるよう
な交流電圧若しくは脈動直流電圧が印加された状態では
、固定子及び町動子間の接触面か振動することになり、
前述同様に接触面の摩擦係数が低下するようになる。ま
た、このときには、可動子には、固定子との間に残存す
る摩擦力並びに固定子上の表面波によって、その表面波
と逆の方向つまり前記椎力が働く方向への移動力が加わ
るようになる。
On the other hand, when a plurality of pairs of electrodes are arranged in a row on a pair of elastic electrode supports, when a power supply voltage is applied between the electrodes, one pair of stator A thrust is generated between the movable element made of a dielectric material and the electrodes disposed therebetween, and the movable element is displaced. A state in which an AC voltage or a pulsating DC voltage is applied from an auxiliary power source to between the pair of electrodes such that a surface wave traveling in a direction opposite to the moving direction of the movable element is generated on the stator. Then, the contact surface between the stator and the mover will vibrate,
Similarly to the above, the friction coefficient of the contact surface decreases. In addition, at this time, due to the frictional force remaining between the movable element and the stator and the surface waves on the stator, a moving force is applied to the movable element in the direction opposite to the surface waves, that is, in the direction in which the vertebral force acts. become.

さらに、電極及び誘電体間に形威される空間部に潤滑性
ある電気絶縁材料を配置した場合には、その電気絶縁材
料の比誘電率は空気或は真空の誘電率より高いものであ
るから、電極により形成されるコンデンサの静電容量を
増加させることができ、これにより可動子に作用する推
ノjを高めることができる。このとき、上記電気絶縁材
料は潤滑性を有し、しかも、その電気絶縁材料により電
極及び誘電体間の空隙が一定に保ち得る結果、電極及び
誘電体間の摩擦係数が低下するようになり、実効推力が
向上する。
Furthermore, if a lubricating electrical insulating material is placed in the space formed between the electrode and the dielectric material, the dielectric constant of the electrical insulating material is higher than that of air or vacuum. , it is possible to increase the capacitance of the capacitor formed by the electrodes, thereby increasing the thrust force acting on the movable element. At this time, the electrically insulating material has lubricating properties, and the gap between the electrode and the dielectric can be maintained constant by the electrically insulating material, so that the coefficient of friction between the electrode and the dielectric decreases. Effective thrust is improved.

(実施例) 以下、本発明の複数の実施例について図面を参照しなが
ら説明するに、まず第1乃至第3の実施例の基本原理に
ついて第5図乃至第7図に基づいて説明しておく。
(Embodiments) Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be explained with reference to the drawings. First, the basic principles of the first to third embodiments will be explained based on FIGS. 5 to 7. .

第5図において、静電アクチュエータ1の固定子2及び
3は、互いに所定間隔を存するように平行配置された1
対の電極支持体2a及び3aと、これら電極支持体2a
及び3aの各対向而に夫々支持固定された1対の電極2
b及び3bとにより構成されている。この横或の結果、
固定子2及び3の各電極2b及び3bによってコンデン
サが形成される。また、静電アクチュエータ1の可動子
4は誘電体より成るもので、これは固定子2.3間に電
極2b,3bと平行した方向(図中左右方向)へ移動可
能に設けられている。このとき、可動子4と固定子2,
3との各間の空隙は極力小さくなるように設定しており
、これに伴い可動子4は固定子2.3には部分的に接触
した状態を呈している。
In FIG. 5, stators 2 and 3 of an electrostatic actuator 1 are arranged in parallel with each other at a predetermined distance.
A pair of electrode supports 2a and 3a and these electrode supports 2a
and 3a, a pair of electrodes 2 supported and fixed respectively on opposite sides of the electrodes 3a.
b and 3b. As a result of this sideways,
Each electrode 2b and 3b of the stators 2 and 3 forms a capacitor. Further, the movable element 4 of the electrostatic actuator 1 is made of a dielectric material, and is provided between the stators 2 and 3 so as to be movable in a direction parallel to the electrodes 2b and 3b (left-right direction in the figure). At this time, the mover 4 and the stator 2,
3 is set to be as small as possible, and accordingly, the movable element 4 is in a state in which it is partially in contact with the stator 2.3.

そして、第5図のように可動子4が電極2b,3bの中
心位置からずれた位置にある状態で、電極2b、3b間
に直流電圧を印加し、以てこれら電極2b,3bにより
形成されるコンデンサを充電すると、誘電体より或る可
動子4は、上記コンデンサの静電エネルギを減らす方向
への吸引力(推力)を受けて移動し、その静電エネルギ
が最少となった位置(可動子4及び電極2b,3bの各
中心が一致した位置)に停止保持される。
Then, with the movable element 4 at a position offset from the center position of the electrodes 2b, 3b, as shown in FIG. 5, a DC voltage is applied between the electrodes 2b, 3b. When a capacitor 4 is charged, a certain movable element 4 receives an attractive force (thrust) from the dielectric in the direction of reducing the electrostatic energy of the capacitor and moves to the position where the electrostatic energy is minimum (the movable element 4 It is stopped and held at a position where the centers of the child 4 and the electrodes 2b and 3b coincide.

ところで、可動子4の移動速度(すべり速度)が比較的
小さい場合おいて、可動子4と固定子2及び3との間の
各摩擦力Ffは、良く知られているように、 Fl’一μFv 但し、μ:接触面のすべり摩擦係数 Fv:接触面に働く垂直力 で得られる。
By the way, when the moving speed (sliding speed) of the mover 4 is relatively small, each frictional force Ff between the mover 4 and the stators 2 and 3 is expressed as Fl' - μFv However, μ: Sliding friction coefficient of the contact surface Fv: Obtained from the normal force acting on the contact surface.

静電アクチュエータ1の実効推力Faは、電極2b,3
b間に対する直流電圧の印加に応じて可動子4に作用す
る吸引力Fhと、可動子4が移動する際に固定子2,3
との各接触面で生じる摩擦力2Frとの差として求めら
れる。つまり、Fa −Fh −2Fr −Fh−2μFv であるから、接触面の11I擦係数μを低下させれば実
効推力Faを向上させることができる。
The effective thrust Fa of the electrostatic actuator 1 is
The attraction force Fh that acts on the mover 4 in response to the application of a DC voltage between
It is determined as the difference between the frictional force 2Fr generated at each contact surface with the In other words, Fa - Fh - 2Fr - Fh - 2μFv Therefore, if the 11I friction coefficient μ of the contact surface is reduced, the effective thrust Fa can be improved.

ここで、一般的な現象として、互いに接触状態にある二
物体を相対移動させる場合、その移動速度が高速度であ
る場合には、両者間の摩擦係数が大幅に低下することが
経験的に知られており、この現象は接触する物体が互い
に振動することによるものであると推定されている。事
実、明確な物理的説明はなされていないが、高い周波数
で振動している物体間の摩擦は大幅に低下することが確
かめられている。
Here, as a general phenomenon, when two objects that are in contact with each other are moved relative to each other, it is empirically known that when the moving speed is high, the coefficient of friction between the two objects decreases significantly. It is assumed that this phenomenon is caused by the mutual vibration of the objects in contact. In fact, although no clear physical explanation has been given, it has been confirmed that the friction between objects vibrating at high frequencies is significantly reduced.

しかして、第5図の例では、可動子4と固定子2及び3
との間に上記のような摩擦係数の低下現象を生起させる
ために、電極2b,3b間に前記直流電圧を与えるため
の直流1t[5の出力に対して、比較的高い周波数(例
えばKHzオーダー)の交流電圧を重畳させるための補
助電源たる交流電源6を設ける構成としている。この構
成の結果、電極2b.3b間には比較的高い周波数で脈
動する電圧が印加されるようになるから、可動子4と固
定子2及び3との各接触面に働く垂直力Fvが経時的に
変化して、固定子2.3が振動するようになり、以て可
動子4と固定子2及び3との各間の摩擦係数が大幅に低
下する。
Therefore, in the example of FIG. 5, the mover 4 and stators 2 and 3
In order to cause the above-mentioned reduction in the coefficient of friction between the electrodes 2b and 3b, a relatively high frequency (for example, on the order of KHz) is applied to the output of the DC 1t [5] for applying the DC voltage between the electrodes 2b and 3b. ) is provided with an AC power source 6 as an auxiliary power source for superimposing the AC voltage. As a result of this configuration, electrode 2b. Since a voltage that pulsates at a relatively high frequency is applied between 3b and 3b, the vertical force Fv acting on each contact surface between the movable element 4 and the stators 2 and 3 changes over time, causing the stator 2.3 begins to vibrate, and as a result, the coefficient of friction between the movable element 4 and the stators 2 and 3 is significantly reduced.

尚、第5図では誘電体が可動子側となる例を示したが、
第6図に示すように、誘電体より成る固定子7の両側に
1対の可動子8.9を平行配置する構成とすることもで
きる。即ち、この第6図において、可動子8及び9は、
1対の電極支持体8a及び9aと、これら電極支持体8
a及び9aの各対向面に夫々支持固定された1対の電極
8b及び9bとにより構戊されたもので、各電極8b及
び9bには、直流電源5及び交流電源6から摺動接点8
C及び9Cを介して通電されるようになっている。従っ
て、この構成では電極8b,9b間に′Iji源が与え
られたときに可動子8.9が変位するようになる。
In addition, although FIG. 5 shows an example in which the dielectric body is on the mover side,
As shown in FIG. 6, it is also possible to arrange a pair of movers 8.9 in parallel on both sides of a stator 7 made of a dielectric material. That is, in this FIG. 6, movers 8 and 9 are
A pair of electrode supports 8a and 9a, and these electrode supports 8
It is composed of a pair of electrodes 8b and 9b supported and fixed on the opposing surfaces of electrodes a and 9a, respectively, and a sliding contact 8 is connected to each electrode 8b and 9b from a DC power source 5 and an AC power source 6.
It is designed to be energized via C and 9C. Therefore, in this configuration, the mover 8.9 is displaced when the 'Iji source is applied between the electrodes 8b and 9b.

また、第7図に示すように、電極相互間に推力が働く構
成とすることもできる。即ち、この第7図において、固
定子10は、電極支持体10a上に電極10bを配置す
ると共に、この電極10bを覆うように誘電体たる薄肉
な絶縁体10cを配置して構成されており、その電極1
0bには、直流電源5及び交流電源6から直接的に通電
されるようになっている。可動子11は、固定子10上
にこれと接触した状態で配置されており、これは電極支
持体11aの下面に電極1lbを配置して構成されてお
り、その電極11bには、直流電源5及び補助電源6か
ら摺動接点11cを介して通電されるようになっている
。従って、この構成では電極10b,llb間に電源が
与えられたときに、その電極10b,llb相互間に推
力が働くようになり、以て可動子11が変位するように
なる。
Further, as shown in FIG. 7, a configuration in which a thrust force acts between the electrodes can also be adopted. That is, in FIG. 7, the stator 10 is constructed by arranging an electrode 10b on an electrode support 10a, and arranging a thin insulator 10c, which is a dielectric, to cover the electrode 10b. The electrode 1
0b is directly energized from a DC power source 5 and an AC power source 6. The movable element 11 is placed on the stator 10 in contact with the stator 10, and has an electrode 1lb arranged on the lower surface of the electrode support 11a. Electricity is supplied from the auxiliary power source 6 through the sliding contact 11c. Therefore, in this configuration, when power is applied between the electrodes 10b and llb, a thrust force acts between the electrodes 10b and llb, and the mover 11 is thereby displaced.

さて、第1図及び第2図には本発明の第1の実施例が示
されており、以下これについて説明する。
Now, FIG. 1 and FIG. 2 show a first embodiment of the present invention, which will be described below.

尚、この第1の実施例は、前記第5図に示した基本原理
構造のものを拡張したものである。
Incidentally, this first embodiment is an extension of the basic principle structure shown in FIG. 5 above.

第1図及び第2図において、静電アクチュエータ12の
固定子13及び14は、互いに所定間隔を存するように
平行配置された1対の電極支持体13X及び14xと、
これら電極支持体13x及び14xの各対向面に列状に
支持固定された例えば5対の電極13a〜13e及び1
4a〜14eとにより構成されている。この構戊の結果
、上記各電極13a〜13e及び14a〜14eによっ
て夫々コンデンサが形戊される。また、静電アクチュエ
ータ12の可動子15は誘電体より或るもので、これは
固定子13.14間に各電極列と平行した方向(図中左
右方向)へ移動可能に設けられている。このとき、可動
子15と固定子13.14との各間の空隙は、第5図の
場合と同様に極力小さくなるように設定している。
In FIGS. 1 and 2, the stators 13 and 14 of the electrostatic actuator 12 include a pair of electrode supports 13X and 14x arranged in parallel with each other at a predetermined distance;
For example, five pairs of electrodes 13a to 13e and 1 are supported and fixed in a row on each opposing surface of these electrode supports 13x and 14x.
4a to 14e. As a result of this structure, each of the electrodes 13a to 13e and 14a to 14e forms a capacitor. Further, the movable element 15 of the electrostatic actuator 12 is made of a dielectric material, and is provided between the stators 13 and 14 so as to be movable in a direction parallel to each electrode row (horizontal direction in the figure). At this time, the gaps between the movable element 15 and the stators 13 and 14 are set to be as small as possible, as in the case of FIG. 5.

電極13a〜13eには、各々と対応するようにして第
1の切換スイッチ16a〜16eが夫々接続されている
。これら切換スイッチ16a〜16eは二回路形のもの
で、各固定接点Aが対応する電極13a〜13eに夫々
接続されていると共に、各共通接点Cがライン17に共
通に接続されている。また、第1の切換スイッチ16a
〜16eの各固定接点Bと電極13a〜13eとの各間
には直流電iX 1 8 a〜18eが夫々接続されて
いる。
First changeover switches 16a to 16e are connected to the electrodes 13a to 13e, respectively, so as to correspond to each other. These changeover switches 16a to 16e are of a two-circuit type, and each fixed contact A is connected to a corresponding electrode 13a to 13e, respectively, and each common contact C is commonly connected to a line 17. In addition, the first changeover switch 16a
DC currents iX 18a to 18e are connected between each of the fixed contacts B to 16e and the electrodes 13a to 13e, respectively.

電極14a〜14eには、各々と対応するようにして第
2の切換スイッチ19a〜19eが夫々接続されている
。これら切換スイッチ19a〜19eも二回路形のもの
で、各固定接点Aが対応する電極13a〜13eに夫々
接続されていると共に、各共通接点Cが前記ライン17
に共通に接続されている。また、切換スイッチ19a〜
19eの各固定接点Bと電極14a〜14eとの各間に
は補助電源たる交流電源20a〜20eが夫々接続され
ている。尚、上記交流電源20a〜20eの出力周波数
は、例えばKHzオーダーに設定されている。また、前
記第1及び第2の切換スイッチ16a〜16e,19a
〜19eは、接点記号で図示したが、静止形スイッチン
グ素子の組合せにより構或することもできる。
Second changeover switches 19a to 19e are connected to the electrodes 14a to 14e, respectively, so as to correspond to the electrodes 14a to 14e. These changeover switches 19a to 19e are also of a two-circuit type, and each fixed contact A is connected to a corresponding electrode 13a to 13e, respectively, and each common contact C is connected to the line 17.
are commonly connected. In addition, the changeover switch 19a~
AC power sources 20a to 20e, which are auxiliary power sources, are connected between each fixed contact B of 19e and each of the electrodes 14a to 14e, respectively. Note that the output frequency of the AC power supplies 20a to 20e is set, for example, on the order of KHz. Further, the first and second changeover switches 16a to 16e, 19a
19e are illustrated using contact symbols, but they can also be configured by a combination of static switching elements.

上記構或においては、可動子15の位置に応じて第1の
切換スイッチ16a〜16eの切換状態を選択すること
により、電極13a〜13e及び14a〜14eの各間
に、可動子15に吸引力(推力)Fhが働くような直流
電圧を直流電源18a〜18eから与えるように制御す
ることができる。つまり、可動子15が例えば第1図に
示すような位置にある状態では、第1の切換スイッチ1
6bのみを接点(C−B)間オン状態に切換えると共に
、他の第1の切換スイッチ16a,16C〜16eを接
点(C−A)間オン状態に切換えることにより、可動子
15に図中矢印方向の推力Fhを与えることができる。
In the above structure, by selecting the switching states of the first changeover switches 16a to 16e according to the position of the movable element 15, an attractive force is applied to the movable element 15 between each of the electrodes 13a to 13e and 14a to 14e. (Thrust) It is possible to control the DC power sources 18a to 18e to apply a DC voltage that causes Fh to work. In other words, when the mover 15 is in the position shown in FIG.
By switching only the switch 6b to the ON state between the contacts (C-B) and switching the other first changeover switches 16a, 16C to 16e to the ON state between the contacts (C-A), the movable member 15 is turned on as shown by the arrow in the figure. A thrust Fh in the direction can be given.

このように可動子15を移動させる場合において、第1
図に示すように第2の切換スイッチ198〜19eがす
べて接点(C−B)間オン状態にあるとすると、各電極
13a〜13e及び14a〜14e間に、対応する交流
電IFj. 2 0 a 〜2 0 eから比較的高い
周波数の交流電圧が印加されるため、電極13a〜13
e及び14a〜14eの各間に周期的に変動する吸引力
が発生する。つまり、可動子15と固定子13及び14
との各接触面に働く垂直力が経時的に変化するものであ
り、これに応じて固定子13及び14が比較的高い周波
数で振動するようになり、以て可動子15と固定子13
及び14との各間の摩擦係数が大幅に低下し、静電アク
チュエータ12の実効推力が向上するようになる。
When moving the mover 15 in this way, the first
Assuming that all of the second changeover switches 198 to 19e are in the ON state between their contacts (CB) as shown in the figure, a corresponding AC voltage IFj. Since a relatively high frequency AC voltage is applied from 20a to 20e, the electrodes 13a to 13
A periodically fluctuating suction force is generated between e and each of 14a to 14e. In other words, the mover 15 and the stators 13 and 14
The vertical force acting on each contact surface with the movable element 15 and the stator 13 changes over time, and the stators 13 and 14 vibrate at a relatively high frequency accordingly.
and 14 are significantly reduced, and the effective thrust of the electrostatic actuator 12 is improved.

尚、上記のような摩擦係数低減効果を得るためには、固
定子13及び〕4の全体ではなく、可動子15に対応し
た部分のみを振動させれば良いものである。従って、第
2図に示す如く、可動子15が対応された電極13b.
13c及び14b,14C並びに可動子15の近傍に位
置された電極13d.14dに対してのみ交流電圧が印
加されるように、第2の切換スイッチ19a〜19eの
切換状態を選択しても良いものであり、このような制御
を行った場合には、消費電力の低減を図り得る。
In order to obtain the effect of reducing the coefficient of friction as described above, it is sufficient to vibrate only the portion corresponding to the movable element 15, rather than the entirety of the stator 13 and [4]. Therefore, as shown in FIG. 2, the movable element 15 corresponds to the corresponding electrode 13b.
13c and 14b, 14C and electrodes 13d located near the mover 15. The switching states of the second changeover switches 19a to 19e may be selected so that the AC voltage is applied only to the switch 14d, and when such control is performed, power consumption can be reduced. can be achieved.

第3図には本発明の第2の実施例が示されており、以下
これについて説明する。尚、この第2の実施例も前記第
5図に示した基本原理構造のものを拡張したものである
A second embodiment of the invention is shown in FIG. 3 and will be described below. Incidentally, this second embodiment is also an extension of the basic principle structure shown in FIG. 5 above.

即ち、第3図において、静電アクチュエータ21の固定
子22及び23は、互いに所定間隔を存するように平行
配置された1対の電極支持体22a及び23aと、これ
ら電極支持体22a及び23aの各対向面に列状に支持
固定された例えば3対の電極22b〜22d及び23b
〜23dとにより構成されている。この構成の結果、上
記各電極22b〜22d及び23b〜23dによって夫
々コンデンサが形戊される。
That is, in FIG. 3, the stators 22 and 23 of the electrostatic actuator 21 include a pair of electrode supports 22a and 23a arranged in parallel with each other at a predetermined distance, and each of these electrode supports 22a and 23a. For example, three pairs of electrodes 22b to 22d and 23b supported and fixed in a row on opposing surfaces.
~23d. As a result of this configuration, each of the electrodes 22b to 22d and 23b to 23d forms a capacitor.

固定子22の電極支持体22aにおける上面側には、前
記電極22b〜22d列に沿った両端縁部に帯状の補助
電極24a,24bが設けられている。また、固定子2
3の電極支持体23aにおける下面側には、前記電極2
3b〜23d列に沿った両端縁部に前記補助電極24a
,24bと対向するようにして帯状の補助電極25a,
25bが設けられている。この結果、補助t’J5 m
 2 4 a ,24b及び25a,25bによっても
夫々コンデンサが形戊された状態となる。一方、静電ア
クチュエータ21の可動子26は誘電体より成るもので
、これは固定子22.23間に各電極列と平行した方向
へ移動可能に設けられている。このとき、iJ動子26
と固定子22.23との各間の空隙は、第5図の場合と
同様に極力小さくなるように設定している。
On the upper surface side of the electrode support 22a of the stator 22, strip-shaped auxiliary electrodes 24a and 24b are provided at both end edges along the rows of the electrodes 22b to 22d. Also, stator 2
On the lower surface side of the electrode support 23a of No. 3, the electrode 2
The auxiliary electrode 24a is provided at both end edges along rows 3b to 23d.
, 24b, a strip-shaped auxiliary electrode 25a,
25b is provided. As a result, the auxiliary t'J5 m
2 4 a , 24 b and 25 a , 25 b each form a capacitor. On the other hand, the movable element 26 of the electrostatic actuator 21 is made of a dielectric material, and is provided between the stators 22 and 23 so as to be movable in a direction parallel to each electrode row. At this time, iJ Moko 26
The gaps between the stator 22 and the stator 22, 23 are set to be as small as possible, as in the case of FIG.

そして、前記補助電極24a,24bと補助電極25a
,25bとの間には、出力周波数が例えばKHzオーダ
ーに設定された補助電源たる交流電源27の出力がスイ
ッチ28を介して印加されるようになっている。尚、図
示しないが、固定子22 23の各電極22b〜22d
及び23b〜23dの各間には、直流電源出力が前記第
1の実施例と同様に選択的に印加される構成となってい
る。
The auxiliary electrodes 24a, 24b and the auxiliary electrode 25a
, 25b, the output of an AC power supply 27 serving as an auxiliary power supply whose output frequency is set, for example, on the order of KHz is applied via a switch 28. Although not shown, each electrode 22b to 22d of the stator 22 23
and 23b to 23d, the DC power output is selectively applied as in the first embodiment.

このような構成によれば、スイッチ28をオンさせた状
態では、補助電極24a,24b間及び25a.25b
間に、交流電源27から比較的高い周波数の交流電圧が
印加されて、各間に周期的に変動する吸引力が発生する
。従って、この場合にも固定子22及び23が比較的高
い周波数で振動して、可動子26と固定子22及び23
との各間の摩擦係数が大幅に低下するようになるから、
静電アクチュエータ21の実効推力の向上を実現できる
According to such a configuration, when the switch 28 is turned on, the auxiliary electrodes 24a and 24b and between the auxiliary electrodes 25a. 25b
During this period, an AC voltage with a relatively high frequency is applied from the AC power source 27, and an attractive force that periodically fluctuates between each period is generated. Therefore, in this case as well, the stators 22 and 23 vibrate at a relatively high frequency, causing the movable element 26 and the stators 22 and 23 to vibrate at a relatively high frequency.
Since the coefficient of friction between the
The effective thrust of the electrostatic actuator 21 can be improved.

第4図には本発明の第3の実施例が示されており、以下
これについて説明する。尚、この第3の実施例も前記第
5図に示した話本原理構造のものを拡張したものである
FIG. 4 shows a third embodiment of the invention, which will be described below. It should be noted that this third embodiment is also an extension of the storybook structure shown in FIG. 5 above.

即ち、箇4図において、静電アクチュエータ29の固走
子30及び31は、弾性変形し易い横造となっている。
That is, in FIG. 4, the fixed rods 30 and 31 of the electrostatic actuator 29 have a horizontal structure that is easily elastically deformed.

つまり、固定子30及び31は、互いに所定間隔を存す
るように平行配置された1対の弾性体製の電極支持体3
0a及び31aと、これら電極支持体30a及び31a
の各対向而に列状に支持固定された例えば2対の弾性変
形可能な薄膜状電極30b,30c及び31b  31
cとにより構戊されている。この構戊の結果、上記各電
極30b.30c及び31b,31cによって夫々コン
デンサが形戊される。また、静電アクチュエータ29の
可動子32は誘電体より成るもので、これは固定子30
.31間に各電極列と平行した方向へ移動可能に設けら
れている。このとき、可動子32と固定子30.31と
の各間の空隙は、第5図の場合と同様に極力小さくなる
ように設定している。
In other words, the stators 30 and 31 are a pair of elastic electrode supports 3 arranged in parallel with a predetermined distance from each other.
0a and 31a, and these electrode supports 30a and 31a
For example, two pairs of elastically deformable thin film electrodes 30b, 30c and 31b 31 are supported and fixed in a row on opposite sides of the electrodes 30b, 30c and 31b.
It is composed of c. As a result of this configuration, each of the electrodes 30b. A capacitor is formed by 30c, 31b, and 31c, respectively. Further, the movable element 32 of the electrostatic actuator 29 is made of a dielectric material, and this
.. 31 so as to be movable in a direction parallel to each electrode row. At this time, the gaps between the movable element 32 and the stators 30, 31 are set to be as small as possible, as in the case of FIG. 5.

電極30bは二回路形の切換スイッチ33の共通接点C
に接続されており、この切換スイッチ33の固定接点A
と電極3lbとの間には、出力周波数が例えば数KHz
オーダーの補助電源たる交流電源34が接続されている
。また、切換スイッチ33の固定接点Bと交流Trir
i.34との間には直流電源35が接続されている。そ
して、電極30c,31cに対しても、切換スイッチ3
6,補助電源たる交流電源37及び直流電源38が同様
に接続されている。
The electrode 30b is a common contact C of a two-circuit type changeover switch 33.
The fixed contact A of this changeover switch 33
and the electrode 3lb, the output frequency is, for example, several KHz.
An AC power source 34, which is an auxiliary power source for orders, is connected. In addition, the fixed contact B of the changeover switch 33 and the AC Trir
i. A DC power supply 35 is connected between the power supply 34 and the power supply 34 . Then, the changeover switch 3 is also connected to the electrodes 30c and 31c.
6. An AC power source 37 and a DC power source 38, which are auxiliary power sources, are similarly connected.

このとき、各交流電源34.37は、その出力電圧波形
の位相が互いに異なるように設定されている。具体的に
は、それら交流電源34.37の出力電圧が電極30b
,3lb間及び電極30c及び31c間に印加された状
態で、固定子30.31に可動子32の移動方向(矢印
j方向)と逆方向に進行する表面波(矢印Sで示す)が
生成されるように設定している。
At this time, the AC power supplies 34 and 37 are set so that the phases of their output voltage waveforms are different from each other. Specifically, the output voltage of these AC power supplies 34 and 37 is
, 3lb and between the electrodes 30c and 31c, a surface wave (indicated by arrow S) is generated in the stator 30, 31 that travels in the opposite direction to the moving direction of the mover 32 (arrow j direction). It is set so that

上記構成によれば、切換スイッチ33.36が何れの切
換状態にあるときにおいても、電極3ob,31b間及
び電極30c及び31c間に交流電源34及び37の出
力電圧が印加された状態となり、これにより固定子30
.31は、矢印Sで示す表面波が生成された状態で振動
している。このとき、可動子32が第4図の位置にある
状態で、切換スイッチ33の接点(C−A)間をオンし
、且つ切換スイッチ36の接点(C−B)間をオンする
と、電極30c,31c間に直流電源38の出力が与え
られて、可動子32が矢印j方向一・移動するようにな
るが、固定子30.31が振動した状態にあるから、可
動子32との間の摩擦係数が大幅に低下した状態となり
、静電アクチュエータ29の実効推力が向上するように
なる。そして、この場合可動子32には、固定子30.
31との間に残存する摩擦力並びに固定子30.31上
の表面波によってその表面波と逆の方向、つまりその移
動方向jへの前記推力が加わるようになるから、実効推
力をさらに向上させることができる。
According to the above configuration, the output voltages of the AC power supplies 34 and 37 are applied between the electrodes 3ob and 31b and between the electrodes 30c and 31c, no matter which switching state the changeover switches 33 and 36 are in. Stator 30
.. 31 is vibrating in a state where a surface wave indicated by an arrow S is generated. At this time, with the movable element 32 in the position shown in FIG. , 31c, and the movable element 32 begins to move in the direction of arrow j. However, since the stators 30 and 31 are in a vibrating state, the The coefficient of friction is significantly reduced, and the effective thrust of the electrostatic actuator 29 is improved. In this case, the movable element 32 includes the stator 30.
31 and the surface waves on the stator 30.31, the thrust force is applied in the opposite direction to the surface waves, that is, in the moving direction j, thereby further improving the effective thrust force. be able to.

しかも、固定子30.31が弾性変形可能であって静電
アクチュエータ29に柔軟性を持たせることができるか
ら、静電アクチュエータ29を曲面部分に装着したり、
可動子32を曲線的に移動させることか可能となるもの
である。
Moreover, since the stators 30 and 31 are elastically deformable and the electrostatic actuator 29 can be made flexible, the electrostatic actuator 29 can be mounted on a curved part,
This makes it possible to move the mover 32 in a curved manner.

尚、上記第3の実施例では、固定子30.31を双方と
も弾性変形可能な構成としたが、一方の固定子のみを弾
性変形可能な構戊としても良いものである。また、前記
第1乃至第3の実施例は、何れも前記第5図に示した構
造のものを対象としているが、前記第6図及び第7図に
示した基本原理構造のものも同様に対象とできるもので
ある。
In the third embodiment, both stators 30 and 31 are configured to be elastically deformable, but only one stator may be configured to be elastically deformable. Furthermore, although the first to third embodiments are all directed to the structure shown in FIG. 5, the basic principle structure shown in FIGS. 6 and 7 also applies. It is something that can be targeted.

さらに、第1乃至第3の実施例では、補助電源として交
流電源を利用する構成としたが、これに代えて脈動直流
電圧を発坐する電源を利用することもできる。
Further, in the first to third embodiments, an AC power source is used as an auxiliary power source, but a power source that generates a pulsating DC voltage may be used instead.

さて、以下においては本発明の第4乃至第6の実施例に
ついて説明するに、これに先立って、各実施例の基本原
理について第13図に基づいて説明する。
Now, the fourth to sixth embodiments of the present invention will be described below. Prior to this, the basic principle of each embodiment will be explained based on FIG. 13.

第13図に示した静電アクチュエータ41において、コ
ンデンサを形成する一対の電極42.43間には、誘電
体より成る可動子44が配置されていると共に、液体状
電気絶縁材料45(現史的には真空の誘電率より高い比
誘電率を有する)が満たされている。
In the electrostatic actuator 41 shown in FIG. 13, a mover 44 made of a dielectric material is disposed between a pair of electrodes 42 and 43 forming a capacitor, and a liquid electric insulating material 45 (currently has a dielectric constant higher than that of vacuum).

斯かる静電アクチュエータ41にあっては、電極42.
43間に直流電圧を印加した場合に、それら電極42.
43同士間に垂直に働く吸引力FVと、電極42.43
と可動子44との間に働く吸引力(推力)Fhが生じ、
この吸引力Fhは次式で得られる。
In such an electrostatic actuator 41, electrodes 42.
When a DC voltage is applied between the electrodes 42.
Attraction force FV acting perpendicularly between 43 and electrode 42.43
An attractive force (thrust force) Fh is generated between the movable member 44 and the
This suction force Fh is obtained by the following equation.

Fh−C(X)V2/2X −εo εg  (εr −εg ) WdV2/2 
(2g+d)(2gεr +εg d)・・・・・0) 但し、C (X)は電極42.43間の静電容量、Xは
可動子44の電極42.43間に位置した部分の変位量
(移動方向長さ>、Vは電極42、43間に供給される
電圧、gは電極42.4.3と可動子44との各間の空
隙寸法、Wは電極42,43の間口寸法、εo lj真
空の誘電率、dは可動子44の厚さ寸法、εrは可動子
44の比誘電率、ξgは電気絶縁材料45の比誘電率を
示す。
Fh-C(X)V2/2X -εo εg (εr -εg) WdV2/2
(2g+d) (2gεr +εg d)...0) However, C (X) is the capacitance between the electrodes 42.43, and X is the displacement amount of the portion of the movable element 44 located between the electrodes 42.43. (Length in moving direction>, V is the voltage supplied between the electrodes 42, 43, g is the gap size between the electrodes 42.4.3 and the mover 44, W is the frontage size of the electrodes 42, 43, εo lj is the dielectric constant of the vacuum, d is the thickness dimension of the movable element 44, εr is the relative dielectric constant of the movable element 44, and ξg is the relative dielectric constant of the electrically insulating material 45.

上式からは、εrに比してεgが比較的小さい領域では
、(ε『−εg)は略「1」と見做すことができるから
電気絶縁材料45の比誘電率εgを高めていくと吸引力
Fhは増大していき、εgがある程度大きな値となった
ときに吸引力Fhが最大となることが分かる。
From the above equation, in a region where εg is relatively small compared to εr, (ε'-εg) can be regarded as approximately "1", so the relative dielectric constant εg of the electrical insulating material 45 is increased. It can be seen that the suction force Fh increases and reaches its maximum when εg reaches a certain large value.

一方、静電アクチュエータ41の実効推力は、上記吸引
力Fhから可動子44及び電極42,43間の摩擦力を
差し引いた値で得られる。このとき、可動子44及び電
極42.43間の摩擦力は、可動子44の移動速度(す
べり速度)が比較的小さい場合には、それらの接触面の
摩擦係数μを低くすることにより小さくできる。このよ
うな摩擦係数μを低くするためには、潤滑材を利用する
ことが有効であるから、前記電気絶縁材料45として、
潤滑性の高いのものを利用すると共にその電気絶縁材料
の比誘電率εgを適宜に選定すれば、実効推力を増大さ
せることができる。
On the other hand, the effective thrust of the electrostatic actuator 41 is obtained by subtracting the friction force between the movable element 44 and the electrodes 42 and 43 from the attraction force Fh. At this time, if the moving speed (sliding speed) of the mover 44 is relatively small, the frictional force between the mover 44 and the electrodes 42 and 43 can be reduced by lowering the friction coefficient μ of their contact surfaces. . In order to reduce such a coefficient of friction μ, it is effective to use a lubricant, so as the electrical insulating material 45,
If a material with high lubricity is used and the dielectric constant εg of the electrical insulating material is appropriately selected, the effective thrust can be increased.

第8図には上記のような原理を利用した本発明の第4の
実施例が示されており、以下これについて説明する。
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention that utilizes the above principle, and will be described below.

即ち、第8図において、静電アクチュエータ46の固定
子47及び48は、互いに所定間隔を存するように平行
配置された1対の電極支持体47a及び48gと、これ
ら電極支持体47a及び48aの各対向面に支持固定さ
れた例えば1対の電極47b及び48bにより構成され
ている。この構成の結果、上記各電極47b及び48b
によってコンデンサが形成される。そして、固定子47
,48間には、誘電体より成る可動子4つが配置されて
いると共に、これら固定子47.48及び可動子49間
に形威される空間部には潤滑性ある液体状電気絶縁材料
50が充填されている。
That is, in FIG. 8, the stators 47 and 48 of the electrostatic actuator 46 include a pair of electrode supports 47a and 48g arranged in parallel with each other at a predetermined distance, and each of these electrode supports 47a and 48a. It is composed of, for example, a pair of electrodes 47b and 48b supported and fixed on opposing surfaces. As a result of this configuration, each of the electrodes 47b and 48b
A capacitor is formed by And stator 47
, 48 are disposed between the stators 47, 48 and the movable elements 49. Four movers made of dielectric material are disposed between the stators 47, 48 and the mover 49, and a lubricating liquid electric insulating material 50 is provided in the space formed between the stators 47, 48 and the mover 49. Filled.

この構成において、第8図の状態から電極47b,48
b間に直流電源51から電圧を印加すると、可動子4つ
に矢印方向の吸引力が作用してこれが変位されるように
なる。
In this configuration, the electrodes 47b, 48 from the state shown in FIG.
When a voltage is applied from the DC power supply 51 between the movable elements b, an attractive force acts on the four movers in the direction of the arrow, causing them to be displaced.

ここで、第9図には、電極47b,48bの間口寸法W
が20+m、可動子49の厚さ寸法dが11、可動子4
つの比誘電率ε『がrl200Jの条件下において、電
気絶縁材料50の比誘電率εgを「1」からrl200
0Jまで変化させたとキノ電極47b,48b間の静電
容mc(X)の変化状態を、可動子49の変位量Xに対
する変化の割合(C(X)/X)で示した。但し、この
第9図では、電極47b,48bと可動子49との各間
の空隙寸法g(−1μm、5μm110μm)をパラメ
ータとしている。この第9図からは、電気絶縁材料50
の比誘電率εgが「1〜IOOOJ程度の範囲では、そ
の比誘電率εgが増加するのに応じてC(X)/Xが急
速に増加することが分かる。
Here, in FIG. 9, the frontage dimension W of the electrodes 47b and 48b is shown.
is 20+m, the thickness d of the mover 49 is 11, the mover 4
Under the condition that the dielectric constant ε' of the electric insulating material 50 is rl200J, the dielectric constant εg of the electrical insulating material 50 is changed from "1" to rl200J.
The state of change in the capacitance mc(X) between the kino electrodes 47b and 48b when the capacitance was changed to 0 J is shown as the ratio of change (C(X)/X) to the displacement amount X of the movable element 49. However, in FIG. 9, the gap size g (-1 μm, 5 μm, 110 μm) between the electrodes 47b, 48b and the mover 49 is used as a parameter. From this FIG. 9, the electrical insulating material 50
It can be seen that when the relative permittivity εg of the material is in the range of about 1 to IOOOJ, C(X)/X increases rapidly as the relative permittivity εg increases.

しかして、前記(1)式に示したように、直流電源51
の出力電圧■が一定であれば、可動子49に働く吸引力
Fhは、第9図に示したC(X)/Xに正比例すること
になる。そこで、第10図には、電気絶縁材料50の比
誘電率εgと上記吸引力Fhの増加率との関係を、前記
空隙寸法g (−1μms 5μm1 10μm)をパ
ラメータとして示した。但し、上記吸引力Fhの増加率
は、比誘電率εgかrlJの状態(つまり電気絶縁材料
50が充填されていない状態)を「1」としている。
Therefore, as shown in equation (1) above, the DC power supply 51
If the output voltage ■ is constant, the attractive force Fh acting on the movable element 49 will be directly proportional to C(X)/X shown in FIG. Therefore, FIG. 10 shows the relationship between the dielectric constant εg of the electrically insulating material 50 and the rate of increase in the attractive force Fh using the gap size g (-1 μm 5 μm 1 10 μm) as a parameter. However, the rate of increase of the attractive force Fh is set to "1" when the dielectric constant is εg or rlJ (that is, when the electric insulating material 50 is not filled).

この第10図は、可動子4つに働く吸引力Fh(つまり
静電アクチュエータ41の推力)は、電気絶縁材料50
の充填の有無によって大きく変わることを示している。
FIG. 10 shows that the attractive force Fh acting on the four movers (that is, the thrust of the electrostatic actuator 41) is
This shows that the condition varies greatly depending on whether or not it is filled.

つまり、上記吸引力Fhは、電気絶縁材料50の比誘電
率εgを適当な値に選定することによって、空隙寸法g
が、1μmの場合には約20倍、5μmの場合には約1
00倍、10μmの場合には約180倍まで土曽加する
In other words, the above-mentioned attractive force Fh can be determined by selecting the relative dielectric constant εg of the electrical insulating material 50 to an appropriate value.
However, in the case of 1 μm, it is about 20 times, and in the case of 5 μm, it is about 1
00 times, and in the case of 10 μm, the soil is added up to about 180 times.

以上要するに、本実施例によれば、可動子4つに働く吸
引力が増加するようになると共に、潤滑性ある電気絶縁
材料50の存在によって可動子4つ及び固定子47.4
8間の摩擦係数を低減させることができ、結果的に静電
アクチュエータ46の実効推力の向上を実現できるもの
である。
In summary, according to this embodiment, the attraction force acting on the four movers increases, and the presence of the lubricating electrical insulating material 50 causes the four movers and the stator 47.
As a result, the effective thrust of the electrostatic actuator 46 can be improved.

第11図には、上記第4の実施例と同様の原理を利用し
た本発明の第5の実施例が示されており、以下これにつ
いて説明する。
FIG. 11 shows a fifth embodiment of the present invention that utilizes the same principle as the fourth embodiment, and will be described below.

即ち、第11図において、静電アクチュエータ52の固
定子53及び54は、互いに所定間隔を存するように平
行配置された1対の電極支持体53a及び54aと、こ
れら電極支持体53a及び54aの各対向面に支持固定
された例えば1対の電極53b及び54bにより構成さ
れている。この構成の結果、上記各電極53b及び54
bによってコンデンサが形成される。そして、固定子5
3 54間には、誘電体より或る可動子55が配置され
ている。さらに、上記電極支持体53a及び54aの各
対向面には、例えばN−メチルホルムアミド等の潤滑性
あるゲル状或は固体状の電気絶縁材料56a及び56b
が、電極53b及び54bを覆うようにして接着または
コーティングされており、これにより、固定子53.5
4及び可動子55間に形成される空間部に電気絶縁材料
56a.56bが配置された状態となっている。
That is, in FIG. 11, the stators 53 and 54 of the electrostatic actuator 52 include a pair of electrode supports 53a and 54a arranged in parallel with each other at a predetermined distance, and each of these electrode supports 53a and 54a. It is composed of, for example, a pair of electrodes 53b and 54b supported and fixed on opposing surfaces. As a result of this configuration, each of the electrodes 53b and 54
b forms a capacitor. And stator 5
A movable element 55 made of dielectric material is arranged between 3 and 54. Furthermore, on each opposing surface of the electrode supports 53a and 54a, a lubricating gel-like or solid electrically insulating material 56a and 56b such as N-methylformamide is applied.
is adhered or coated to cover the electrodes 53b and 54b, thereby making the stator 53.5
4 and the movable element 55, an electrically insulating material 56a. 56b is arranged.

このような構成の本実施例によっても前記第4の実施例
と同様の効果を奏するものであり、特に本実施例によれ
ば、固定子53.54及び可動子55間に形成される空
隙の寸法を実効的に小さく維持でき、これにより推力の
一層の向上を期待できる。
This embodiment having such a configuration also achieves the same effects as the fourth embodiment, and in particular, according to this embodiment, the gap formed between the stator 53, 54 and the movable element 55 can be reduced. The dimensions can be effectively kept small, which can be expected to further improve the thrust.

第12図には、上記第5の実施例と同様の効果を奏する
本発明の第6の実施例が示されており、以下これについ
て説明する。
FIG. 12 shows a sixth embodiment of the present invention which has the same effects as the fifth embodiment, and will be described below.

即、第12図において、静電アクチュエータ57の固定
子58及び59は、互いに所定間隔を存するように平行
配置された1対の電極支持体58a及び59aと、これ
ら電極支持体58a及び59aの各対向面に列状に支持
固定された例えば2対の電極58b,58c及び59b
,59cにより構成されている。この構成の結果、上記
各電極58b,58c及び59b,59cによって夫々
コンデンサが形成される。そして、固定子58,59間
には、所定間隔で配置された誘電体60a,60bを一
体に有した可動子60が配置されている。さらに、上記
電極支持体58a及び59aの各対向而には、潤滑性あ
るゲル状或は固体状の電気絶縁材料61a及び61bが
、電極58b,58C及び59b,59cを覆うように
して接着またはコーティングされていると共に、固定子
53,54及び可動子55間に形成される他の空間部に
液体状の電気絶縁材料62が充填されている。
That is, in FIG. 12, the stators 58 and 59 of the electrostatic actuator 57 include a pair of electrode supports 58a and 59a arranged in parallel with each other at a predetermined distance, and each of these electrode supports 58a and 59a. For example, two pairs of electrodes 58b, 58c and 59b supported and fixed in a row on opposing surfaces.
, 59c. As a result of this configuration, a capacitor is formed by each of the electrodes 58b, 58c and 59b, 59c. A movable element 60 integrally having dielectric bodies 60a and 60b arranged at a predetermined interval is arranged between the stators 58 and 59. Further, on the opposite sides of the electrode supports 58a and 59a, gel-like or solid electrically insulating materials 61a and 61b having lubricity are adhered or coated so as to cover the electrodes 58b, 58C and 59b, 59c. At the same time, another space formed between the stators 53, 54 and the movable element 55 is filled with a liquid electrically insulating material 62.

[発明の効果コ 請求項1紀載の静電アクチュエータにあっては、電極間
に電源電圧を与えることによって、その電極間に配置さ
れた誘電体と電極との間或は電極相互間に推力を生起す
るようにしたものにおいて、前記電極間に交流電圧若し
くは脈動直流電圧を印加することによりそれら電極を振
動させる構成としたので、可動部分の摩擦面を構成する
部材の材質に関係なくその可動部分に作用する摩擦力を
減少させることができ、以て実効推力の向上を図り得る
ようになる。また、上記空隙を限りなく零に近付けるこ
とができるから、これに伴い失効推力の一層の向上を実
現できると共に、出力/容積比を高めることができる。
[Effects of the Invention] In the electrostatic actuator recited in claim 1, by applying a power supply voltage between the electrodes, a thrust is generated between the dielectric material disposed between the electrodes and the electrodes or between the electrodes. In this device, the electrodes are vibrated by applying an alternating current voltage or a pulsating direct current voltage between the electrodes, so that the movable portion is made to vibrate regardless of the material of the member constituting the friction surface of the movable part. It is possible to reduce the frictional force acting on the parts, thereby making it possible to improve the effective thrust. Further, since the above-mentioned air gap can be made as close to zero as possible, it is possible to further improve the expired thrust and increase the output/volume ratio.

しかも、可動部分と静止部分との間の空隙を厳密に管理
する必要がなくなる結果、構造上の剛性が大幅に低下し
ても支障がなくなり、その出力/質量比も高めることが
できる。
Furthermore, since there is no need to strictly control the air gap between the movable part and the stationary part, there is no problem even if the structural rigidity is significantly reduced, and the output/mass ratio can be increased.

請求項2記載の静電アクチュエータにあっては、複数対
の本極が設けられる固定子を弾性変形可能に構成すると
共に、誘電体より成る可動子を設け、前記電極に対して
、固定子上に可動子の移動方向と逆方向に進行する表面
波が生成されるような交流電圧若しくは脈動直流電圧を
印加する構成としたので、その表面波による振動によっ
て可動部分二作用する摩擦力を減少させることができ、
実効推力を向上させ得る。このとき、可動子に対しては
、可動子及び固定子間に残存する摩擦力並びに上記表面
波によって順方向の移動力が重畳されるものであり、こ
れにより摩擦力による推力への悪影響を実質的に無視で
きるようになる。
In the electrostatic actuator according to claim 2, the stator provided with a plurality of pairs of main poles is configured to be elastically deformable, and a movable element made of a dielectric material is provided, and a movable element is provided on the stator with respect to the electrode. Since the configuration is such that an AC voltage or pulsating DC voltage is applied to generate a surface wave traveling in the opposite direction to the moving direction of the movable element, the vibration caused by the surface wave reduces the frictional force acting on the two moving parts. It is possible,
Effective thrust can be improved. At this time, forward moving force is superimposed on the movable element due to the frictional force remaining between the movable element and the stator and the above-mentioned surface waves, and this substantially eliminates the negative effect of the frictional force on the thrust force. can be ignored.

請求項3記載の静電アクチュエータにあっては、電極間
に電源電圧を与えることによって、その電極間に配置さ
れた誘電体と電極との間に推力を生起するようにしたも
のにおいて、電極及び誘電体間に形成される空間部に潤
滑性ある電気絶縁材料を配置する構成としたので、電極
間の吸引力ひいては推力を向上させ得ると共に、電極及
び誘電体間の摩擦力が威少するようになり、以て実効推
力が向上するようになる。
In the electrostatic actuator according to claim 3, a thrust force is generated between the electrode and a dielectric material disposed between the electrodes by applying a power supply voltage between the electrodes. Since the structure is such that a lubricating electrical insulating material is placed in the space formed between the dielectric materials, the attraction force between the electrodes and the thrust force can be improved, and the frictional force between the electrodes and the dielectric material can be reduced. As a result, the effective thrust will improve.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は本発明の第1の実施例を電気的構成
と共に概略的に示す側面図、第3図は本発明の第2の実
施例を電気的構成と共に概略的に示す斜視図、第4図は
本発明の第3の実施例を示す第1図相当図、第5図乃至
第7図は第1乃至第3の実施例の基本原理構造を示した
第1図相当図である。第8図乃至第10図は本発明の第
4の実施例を示すもので、第8図(a)及び(6)は夫
々第1図相当図及び概略的な正面図、第9図及び第10
図は作用説明用の特性曲線図である。また、第11図は
本発明の第5の実施例を示す第1図相当図、第12図は
本発明の第6の実施例を示す第1図相当図、第13図(
a)及び(b)は第4乃至第6の実施例の基本原理構造
を示した夫々第1図相当図及び正面図である。 図中、1,12.21,29,41,46.52.57
は静電アクチュエータ、2,3,7,]0,  13,
  14、 22,  23,  30,  31, 
 4748、5B,5J.58.59は固定子、2a,
3a,  8b,  9b,  10b,  llb,
  13a 〜]3  e ,  1 4  a 〜1
 4  e ,  2 2 b 〜2 2  d , 
 2  3  b〜23d,  30b,  30c,
  3lb,  31c,  42,  43,  4
7b,  48b,  53b,  54b,  58
b,58c.59b,59cは電極、4,8,9,  
11,  15,  26,  32.  44,  
49.  55は可動子(誘電体)、5.18a〜18
e,3538.51は直流電源、6 .  2 0 a
 〜2 0 e ,  27.34.37は交流電lf
i.(補助電源)、10cは絶縁体(誘電体) 、24
a,24b,25a,25bは補助電極、30a.31
.aは電極支持体、45,50.56a,56b,61
a,61.b,62は電気絶縁材料、60は可動子、6
0a,60 bは誘電体を示す。 l 第 3 図 29 第 4 図 第 1 :・ 第 2 図 5 刃 6 ス 工 (8) 渠 7 ヌ 第 8 X (b) 第 9 図
1 and 2 are side views schematically showing a first embodiment of the present invention together with an electrical configuration, and FIG. 3 is a perspective view schematically showing a second embodiment of the present invention together with an electrical configuration. 4 is a diagram equivalent to FIG. 1 showing the third embodiment of the present invention, and FIGS. 5 to 7 are diagrams equivalent to FIG. 1 showing the basic principle structure of the first to third embodiments. It is. 8 to 10 show a fourth embodiment of the present invention, and FIGS. 8(a) and (6) are a view corresponding to FIG. 1 and a schematic front view, and FIG. 9 and FIG. 10
The figure is a characteristic curve diagram for explaining the action. 11 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a fifth embodiment of the present invention, FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a sixth embodiment of the present invention, and FIG.
1A and 1B are a view corresponding to FIG. 1 and a front view, respectively, showing the basic principle structure of the fourth to sixth embodiments. In the figure, 1, 12.21, 29, 41, 46.52.57
is an electrostatic actuator, 2, 3, 7, ] 0, 13,
14, 22, 23, 30, 31,
4748, 5B, 5J. 58.59 is a stator, 2a,
3a, 8b, 9b, 10b, llb,
13a~]3e, 14a~1
4 e, 2 2 b ~ 2 2 d,
2 3 b~23d, 30b, 30c,
3lb, 31c, 42, 43, 4
7b, 48b, 53b, 54b, 58
b, 58c. 59b, 59c are electrodes, 4, 8, 9,
11, 15, 26, 32. 44,
49. 55 is a mover (dielectric), 5.18a to 18
e, 3538.51 is a DC power supply, 6. 2 0 a
~20e, 27.34.37 is AC power lf
i. (auxiliary power supply), 10c is an insulator (dielectric), 24
a, 24b, 25a, 25b are auxiliary electrodes, 30a. 31
.. a is an electrode support, 45, 50.56a, 56b, 61
a, 61. b, 62 is an electrically insulating material, 60 is a mover, 6
0a and 60b indicate dielectric materials. l Fig. 3 Fig. 29 Fig. 4 Fig. 1:・ Fig. 2 Fig. 5 Blade 6 Steering (8) Ditch 7 Nu No. 8 X (b) Fig. 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、コンデンサを形成するように配置された電極と、こ
の電極間に配置された誘電体とを備え、前記電極間に電
源電圧を与えることにより前記誘電体と電極との間或は
電極相互間に推力を生起させるようにした静電アクチュ
エータにおいて、前記電極間に交流電圧若しくは脈動直
流電圧を印加する補助電源を設けたことを特徴とする静
電アクチュエータ。 2、複数対の電極を1対の弾性体製電極支持体に列状に
配設して成る1対の固定子を有すると共に、誘電体は前
記1対の固定子間に配置された可動子として構成され、
補助電源は、前記固定子上に前記可動子の移動方向と逆
方向に進行する表面波が生成されるような交流電圧若し
くは脈動直流電圧を前記対をなす電極間に印加するよう
に構成されてい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、コンデンサを形成する電極と、この電極間に配置さ
れた誘電体とを備え、前記電極間に電源電圧を与えるこ
とにより前記誘電体若しくは電極を変位させるようにし
た静電アクチュエータにおいて、前記電極及び誘電体間
に形成される空間部に潤滑性ある電気絶縁材料を配置し
たことを特徴とする静電アクチュエータ。
[Scope of Claims] 1. Comprising electrodes arranged to form a capacitor and a dielectric arranged between the electrodes, the dielectric and the electrodes can be connected by applying a power supply voltage between the electrodes. 1. An electrostatic actuator that generates thrust between electrodes or between electrodes, characterized in that an auxiliary power source is provided for applying an alternating current voltage or a pulsating direct current voltage between the electrodes. 2. It has a pair of stators in which a plurality of pairs of electrodes are arranged in rows on a pair of elastic electrode supports, and the dielectric is a mover disposed between the pair of stators. configured as,
The auxiliary power source is configured to apply an AC voltage or a pulsating DC voltage between the pair of electrodes such that a surface wave traveling in a direction opposite to the moving direction of the movable element is generated on the stator. The electrostatic actuator according to claim 1, characterized in that: 3. An electrostatic actuator comprising electrodes forming a capacitor and a dielectric disposed between the electrodes, the dielectric or the electrode being displaced by applying a power supply voltage between the electrodes, wherein the electrode and an electrostatic actuator, characterized in that a lubricating electrical insulating material is disposed in a space formed between dielectrics.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5477097A (en) * 1993-10-20 1995-12-19 Nippon Mektron, Ltd. Electrostatic micro-actuator
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