JPH04236179A - 静電アクチュエータ - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電力を用いて駆動力
を発生する静電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】典型的な先行技術は、図１６に簡略化し
て示されている。固定子１と可動子２とは、上下に間隔
をあけて配置されており、可動子２は、たとえば矢符３
の方向に駆動力が与えられて移動することができる。

【０００３】図１７は、図１６に示される先行技術の簡
略化した平面図である。可動子１は、電気絶縁性基板４
上に、間隔をあけて広い幅にわたる電極Ｄ１，Ｄ２，…
が形成されて構成される。可動子２は、電気絶縁性基板
５上に、幅方向に３つのグループから成る電極Ａ１，Ａ
２，Ａ３，…と、電極Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…と、電極Ｃ
１，Ｃ２，Ｃ３，…とが間隔をあけて形成されて構成さ
れる。これらの電極を総括的に示すとき、英文字に付し
てある数字を省略して示すことがある。電極Ａ，Ｂ，Ｃ
は、スイッチング素子ＳＡ，ＳＢ，ＳＣを介して電源６
の一方の電極に接続される。電極Ｄは、電源６の他方の
電極に接続される。これらの各グループ毎の電極Ａ，Ｂ
，Ｃは、走行方向３に垂直な幅方向に前述のように配列
される。

【０００４】スイッチング素子ＳＡは、図１８（１）で
示されるように、スイッチング状態が周期的に変化され
、スイッチング素子ＳＢは、図１８（２）で示されるよ
うに、前記スイッチング素子ＳＡからずれた位相でスイ
ッチング状態が周期的に変化され、さらにスイッチング
素子ＳＣは図１８（３）で示されるように、スイッチン
グ素子ＳＡ，ＳＢからずれた位相で、スイッチング状態
が変化され、このようにして、時刻ｔ１〜ｔ２の期間で
は、電極Ａと電極Ｄとの間に静電吸引力が作用し、次に
電極Ｂ，Ｄが近接した状態で時刻ｔ２〜ｔ３の期間で、
それらの電極Ｂ，Ｄ間に静電吸引力が作用し、さらに電
極Ｃが電極Ｄに近接した状態で時刻ｔ３〜ｔ４の期間で
これらの電極Ｃ，Ｄ間に静電吸引力が発生し、したがっ
て可動子２が移動方向３に移動する。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】このような図１６〜図１８に
示される先行技術では、固定子１および可動子２の幅Ｗ
１が比較的大きく、したがって構成が大形化するという
問題がある。

【０００６】本発明の目的は、構成を小形化することが
できる静電アクチュエータを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、固定子と、そ
の固定子に間隔をあけて配置される可動子とに、可動子
の移動方向に隣接して配置される複数の電極と、その電
極のない空白部とから成る複数の各組合せ領域が、順次
的にそれぞれ設けられ、固定子と可動子の各電極に、移
動方向に沿う吸引力が発生するように電圧が印加される
ことを特徴とする静電アクチュエータである。

【０００８】また本発明は、前記電圧は、相互に逆極性
の直流電圧であることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、前記電圧は、相互に約１８
０度ずれた交流電圧であることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明に従えば、固定子と可動子には、複数の
組合せ領域が順次的にそれぞれ設けられており、これら
の各組合せ領域は、可動子の移動方向に隣接して配置さ
れる複数の電極と、その電極のない空白部とから成り、
これら固定子と可動子の各電極に、移動方向に沿う静電
吸引力が発生するようにたとえば地球の電位に関して相
互に逆極性の電圧が印加される。したがって移動方向に
垂直な幅を小さくして、本件静電アクチュエータを小形
化することができる。この電圧は、相互に逆極性の直流
電圧であってもよいし、あるいはまた相互に約１８０度
ずれた交流電圧であってもよく、その他、静電吸引力が
発生する電圧波形が与えられればよい。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例の簡略化した斜視図
であり、図２はその実施例の電気回路図である。これら
の図面を参照して、固定子７と、その固定子７に間隔δ
をあけて配置される可動子８とが設けられる。この可動
子８は、移動方向９ａ，９ｂ（総括的に９で示すことが
ある）に移動可能に、案内される。固定子７は、電気絶
縁性材料から成る基板１０上に、移動方向９に沿って順
次的に複数の組合せ領域Ｅ１，Ｅ２，…が形成され、ま
た同様に可動子８の電気絶縁性基板１１上には、組合せ
領域Ｅ１，Ｅ２，…に対向して、複数の各組合せ領域Ｆ
１，Ｆ２，…が順次的に、移動方向９に沿って形成され
る。

【００１２】固定子７における組合せ領域Ｅ１において
、電極Ｅ１１，Ｅ１２と、その電極が存在しない空白部
Ｅ１３とが移動方向９に隣接して配置される。これらの
電極Ｅ１１，Ｅ１２の移動方向９に沿う長さＬ１，Ｌ２
は等しく、また空白部Ｅ１３の移動方向９に沿う長さＬ
３もまた等しい（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３）。

【００１３】もう１つの組合せ領域Ｅ２もまた同様な構
成となっており、電極Ｅ２１，Ｅ２２と空白部Ｅ２３と
が設けられる。さらにまた可動子８における各組合せ領
域Ｆ１，Ｆ２もまた、前記組合せ領域Ｅ１と同様な構成
となっており、電極Ｆ１１，Ｆ１２；Ｆ２１，Ｆ２２と
空白部Ｆ１３，Ｆ２３とが設けられる。

【００１４】固定子７において各組合せ領域Ｅ１，Ｅ２
の対応する電極Ｅ１１，Ｅ２１は、ライン１３に共通に
接続され、また対応する電極Ｅ１２，Ｅ２２はライン１
４に共通に接続される。さらにまた可動子８における組
合せ領域Ｆ１，Ｆ２の対応する電極Ｆ１１，Ｆ２１はラ
イン１５に共通に接続され、さらにまた対応する電極Ｆ
１２，Ｆ２２はライン１６に共通に接続される。これら
のライン１３，１４はスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を介
して、直流電源１７の負極に接続される。またライン１
５，１６はスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を介して直流電
源１７の正極に接続される。

【００１５】これらのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は制
御回路１８によって、スイッチング態様が周期的に変化
される。

【００１６】図３は可動子９に静電吸引力が発生される
ときにおける各組合せ領域Ｅ１，Ｅ２，…と組合せ領域
Ｆ１，Ｆ２，…とに与えられる電圧の極性を示し、図４
はこのような電圧を印加するためのスイッチング素子Ｓ
１〜Ｓ４の動作を説明するための波形図である。図４の
時刻ｔ１１〜ｔ１２において、スイッチング素子Ｓ１は
図４（１）で示されるように遮断しており、スイッチン
グ素子Ｓ２は図４（２）に示されるように導通しており
、したがって電極Ｅ１２，Ｅ２２に負の電圧が印加され
る。またスイッチング素子Ｓ３は、図４（３）に示され
るように導通しており、したがって電極Ｆ１１，Ｆ２１
に正の電圧が印加される。スイッチング素子Ｓ４は、図
４（４）に示されるように遮断している。このようにし
て、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間では、図３（１）に示さ
れるように、電極Ｅ１２とＦ１１との間に静電吸引力が
発生し、また電極Ｅ２２とＦ２１との間に静電吸引力が
発生する。

【００１７】時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間では、スイッチ
ング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ４とが導通し、した
がって電極Ｅ２１とＦ１２との間に静電吸引力が、図３
（２）に示されるように、作用する。　　時刻ｔ１３〜
ｔ１４では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４が導通し、し
たがって電極Ｅ２２と電極Ｆ１２との間に静電吸引力が
作用する。その後、再びｔ１１〜ｔ１２と同様な状態、
したがって図３（１）と同様な状態に戻り、このような
動作が繰返される。このようにして、可動子８には移動
方向９ａに、移動する静電吸引力が発生し、可動子８が
移動する。

【００１８】可動子８を、移動方向９ｂに移動するため
の動作を、図５および図６を参照して説明する。図６に
おける時刻ｔ２１〜ｔ２２において、スイッチング素子
Ｓ１を図６（１）で示されるように導通し、またスイッ
チング素子Ｓ４を図６（４）に示されるように導通し、
こうして電極Ｅ２１と電極Ｆ２２との静電吸引力を図５
（１）に示されるように作用させる。

【００１９】次の時刻ｔ２２〜ｔ２３では、スイッチン
グ素子Ｓ２を図６（２）で示されるように導通し、また
スイッチング素子Ｓ３は図６（３）で示されるように導
通し、こうして図５（２）のように、電極Ｅ１２と電極
Ｆ２１との間の静電吸引力を作用する。

【００２０】次の時刻ｔ２３〜ｔ２４の期間では、スイ
ッチング素子Ｓ１，Ｓ３を導通し、これによって図５（
３）に示されるように、電極Ｅ１１と電極Ｆ２１との間
で静電吸引力を作用させる。このようにして、可動子８
を移動方向９ｂに移動させることが可能となる。

【００２１】図７は本発明の他の実施例の簡略化した電
気回路図である。この実施例は前述の実施例の図７に対
応し、固定子７と可動子８は同様な構成を有している。 この実施例では、交流電源２１の出力は、移相器２２〜
２５がそれぞれ設けられており、移相器２２は交流電源
２１の出力を＋６０度、移相し、移相器２３は−６０度
、移相し、移相器２４は−１２０度、移相し、また移相
器２５は＋１２０度、移相する働きをする。移相器２２
，２３の出力は、可動子８の電極Ｆ１１，Ｆ２１，…と
、電極Ｆ１２，Ｆ２２，…とに、それぞれライン１５，
１６を介して与えられる。

【００２２】移相器２４の出力は、スイッチング素子Ｓ
１１，Ｓ１２を介して、ライン１３，１４から電極Ｅ１
１，Ｅ２１，…とＥ１２，Ｅ２２，…とにそれぞれ与え
られる。また移相器２５の出力は、スイッチング素子Ｓ
１３，Ｓ１４を経てライン１３，１４に同様に与えられ
る。スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４は、制御回路２０
によってその開閉動作が制御される。

【００２３】図８は、固定子７と可動子８に与えられる
電圧位相を示している。図８における各矢印は、図９に
示されるとおりであって、ベクトルである矢印２６は、
交流電源２１の出力電圧に対して６０度進んだ移相器２
２の出力を示し、また矢印２７は移相器２３の出力を示
し、さらに矢印２８は移相器２４の出力を示し、矢印２
９は移相器２５の出力を示す。

【００２４】図１０を参照して、交流電源２１の出力電
圧の波形は図１０（１）に示されており、移相器２２の
出力波形は図１０（２）に示されており、移相器２３の
出力波形は図１０（３）に示されており、また同様にし
て移相器２４，２５の各出力波形は図１０（４）および
図１０（５）にそれぞれ示されている。

【００２５】図１１は制御回路２０によるスイッチング
素子Ｓ１１〜Ｓ１４のスイッチング状態を示す。時刻ｔ
３１〜ｔ３２では、スイッチング素子Ｓ１１を図１１（
１）に示されるように遮断しており、スイッチング素子
Ｓ１２は図１１（２）に示されるように導通し、スイッ
チング素子Ｓ１３は図１１（３）に示されるように遮断
し、またスイッチング素子Ｓ１４は図１１（４）に示さ
れるように遮断している。したがって図８（１）で示さ
れるように、電極Ｅ１２と電極Ｆ１１との静電吸引力が
作用し、また電極Ｅ２２と電極Ｆ２１との間の静電吸引
力が作用し、こうして可動子８が移動方向９ａに移動す
る。

【００２６】時刻ｔ３２〜ｔ３３の期間では、スイッチ
ング素子Ｓ１３が導通し、図８（２）に示されるように
して、電極Ｅ２１と電極Ｆ２２との間の静電吸引力が発
生される。さらに時刻ｔ３３〜ｔ３４の期間では、スイ
ッチング素子Ｓ１１，Ｓ１４が導通し、図８（３）で示
されるように、電極Ｅ２１とＦ１１との静電吸引力が作
用し、また電極Ｅ２２と電極Ｆ１２との静電吸引力が作
用する。このようにして可動子８が前記移動方向９ａに
移動する。

【００２７】このようにして、静電吸引力は、固定子７
と可動子８とにおける各電極の位相差が１８０度ずれた
電圧が与えられる電極の相互間で発生される。

【００２８】図１２は図７に示される実施例において、
可動子８が移動方向９ｂに移動するときの状態を示し、
図１３はそのときのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４の
スイッチング状態を示す。図１２（１）で示されるよう
に、図１３の時刻ｔ４１〜ｔ４２では、スイッチング素
子Ｓ１１は図１３（１）に示されるように遮断しており
、またスイッチング素子Ｓ１２は図１３（２）で示され
るように遮断しており、スイッチング素子Ｓ１３は図１
３（３）で示されるように導通し、スイッチング素子Ｓ
１４は、図１３（４）で示されるように遮断している。 こうして、電極Ｅ１１とＦ１２との間に静電吸引力が作
用し、また同様に電極２１と電極Ｆ２２との間に静電吸
引力が作用する。

【００２９】次の図１２（２）では、図１３の時刻ｔ４
２〜ｔ４３の期間中、スイッチング素子Ｓ１２が導通し
、したがって電極Ｅ１２とＦ２１との間で静電吸引力が
作用する。

【００３０】図１２（３）で示されるように図１３の時
刻ｔ４３〜ｔ４４の期間中、スイッチング素子Ｓ１３，
Ｓ１４が導通し、したがって電極Ｅ１１と電極Ｆ２１と
の間に静電吸引力が作用し、また電極Ｅ１２とＦ２２と
の間に静電吸引力が作用する。このようにして、可動子
８は移動方向９ｂに移動することができる。

【００３１】図１４は、本発明の他の実施例の簡略化し
た斜視図である。この実施例では、円板状の固定子３１
と、その上に間隔をあけて配置される回転可能な円板状
の可動子３２とが設けられる。

【００３２】図１５（１）は固定子３１に形成されてい
る組合せ領域Ｅ１，Ｅ２，…を示し、前述の実施例に対
応する部分には同一の参照符を付す。また図１５（２）
は、この可動子３２の固定子３１に対向する表面に形成
されている組合せ領域Ｆ１，Ｆ２，…を示し、前述の実
施例に対応する部分には同一の参照符を付す。このよう
な実施例においても、本発明は関連して実施することが
でき、可動子３２を正逆回転方向に駆動可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、固定子と
固定子に間隔をあけて配置される可動子とには、複数の
各組合せ領域が順次的にそれぞれ設けられており、これ
らの各組合せ領域は、可動子の移動方向に隣接して配置
される複数の電極と、その電極のない空白部とから成り
、固定子と可動子の各電極に、移動方向に沿う静電吸引
力が発生するように電圧が印加されるので、これらの電
極の前記移動方向に垂直な幅を小さくして、本件静電ア
クチュエータを小形化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の簡略化した斜視図である。

【図２】図１に示される実施例の電気回路図である。

【図３】可動子８が移動方向９ａに移動するときの状態
を示す図である。

【図４】そのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の動作を説明
するための図である。

【図５】可動子８が移動方向９ｂに移動するときの状態
を示す図である。

【図６】そのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のスイッチン
グ状態を示す図である。

【図７】本発明の他の実施例の電気回路図である。

【図８】図７に示される実施例の可動子８が移動方向９
ａに移動するときの状態を示す図である。

【図９】図８の矢印の記号を説明するための図である。

【図１０】図７に示される実施例の電圧の波形を示す図
である。

【図１１】スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４のスイッチ
ング状態を示す図である。

【図１２】図７に示される実施例の可動子８が移動方向
９ｂに移動するときの状態を説明するための図である。

【図１３】そのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４のスイ
ッチング状態を示す図である。

【図１４】本発明の他の実施例の簡略化した斜視図であ
る。

【図１５】図１４に示される固定子３１と可動子３２の
電極を示す図である。

【図１６】先行技術の簡略化した斜視図である。

【図１７】図１６に示される先行技術の電気回路図であ
る。

【図１８】図１６および図１７に示される先行技術の動
作を説明するための波形図である。

【符号の説明】 ７，３１　　固定子 ８，３２　　可動子 ９　　移動方向 １７　　直流電源 ２１　　交流電源 ２２〜２５　　移相器 Ｅ１，Ｅ２，Ｆ１，Ｆ２　　組合せ領域Ｅ１１，Ｅ１２
，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ２１，Ｆ２２　
　電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　固定子と、その固定子に間隔をあけて
   配置される可動子とに、可動子の移動方向に隣接して配
   置される複数の電極と、その電極のない空白部とから成
   る複数の各組合せ領域が、順次的にそれぞれ設けられ、
   固定子と可動子の各電極に、移動方向に沿う吸引力が発
   生するように電圧が印加されることを特徴とする静電ア
   クチュエータ。
2. 【請求項２】　　前記電圧は、相互に逆極性の直流電圧
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の静
   電アクチュエータ。
3. 【請求項３】　　前記電圧は、相互に約１８０度ずれた
   交流電圧であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の静電アクチュエータ。