JPH05184161A - 静電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 零またはごくわずかな摩擦力で駆動すること
ができるようにした静電力を利用した空間保持装置を提
供する。 【構成】 固定子１には、移動方向に第１Ａ１，Ａ２，
Ａ３、第２Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３および第３電極Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ３から成る複数の各第１組合せ領域Ｇ１１，Ｇ１
２，Ｇ１３を順次的に設け、移動子２は、第１、第２お
よび第３電極に対向する電気絶縁層上に、第４Ｄ１，Ｄ
２および第５電極Ｅ１，Ｅ２から成る第２組合せ領域Ｇ
２１，Ｇ２２を設け、第４および第５電極には抵抗また
はダイオード１５，１６を接続する。電源によって第
１、第２および第３電極に周期的に変化する各電圧を与
えることによって、移動子２を静電吸引力および静電反
発力によって移動させる。

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】磁気記録媒体として用いられるたとえば
フロッピディスクは、低摩擦力で回転可能に保持される
必要があり、このようなフロッピディスクは、磁界によ
る悪影響を防ぐために、磁力を用いることなく、駆動す
ることが望まれる。先行技術では、フロッピディスク
を、零またはごくわずかな摩擦力で、しかも磁気ヘッド
などと一定のわずかな間隔をあけて駆動するための構成
は実現されていない。また他の用途では、磁界によって
悪影響を受けない部材を、磁力によって、固定位置に設
けられた部材と一定の間隔を保って駆動するための構成
の実現が望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、零ま
たはごくわずかな摩擦力で駆動することができるように
した静電力を利用した空間保持装置を提供することであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、予め定める移
動方向に相対的に移動自在に第１手段と第２手段とが設
けられ、第１手段は、移動方向に隣接して第１、第２お
よび第３電極から成る第１組合せ領域が設けられて構成
され、第２手段は、移動方向に延びる電気絶縁層の第１
手段とは反対側の表面に、移動方向に隣接して第４およ
び第５電極から成る第２組合せ領域が設けられて構成さ
れ、第４および第５電極には、抵抗またはダイオードが
接続され、第１、第２および第３電極には、第１手段と
第２手段とが静電力によって移動方向に移動するための
電圧を与える電源が接続されることを特徴とする静電ア
クチュエータである。

【０００５】また本発明は、第２手段の第２組合せ領域
は、電極のない空白部を介在して移動方向に複数、設け
られることを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明に従えば、第１および第２手段は、相対
的に予め定める移動方向に移動自在であり、第１手段に
設けられている第１組合せ領域は、第１、第２および第
３電極が移動方向に隣接して設けられて構成され、これ
らの電極には、電源から電圧が与えられ、この第１手段
は、たとえば固定子であり、第１手段と相対的に移動す
る第２手段は、たとえば移動子であって、この第２手段
は、移動方向に延びる電気絶縁層と、その第１手段と反
対側の表面に第４および第５電極が移動方向に隣接して
設けられて第２組合せ領域が形成されており、第４およ
び第５電極には抵抗またはダイオードが接続されてい
る。これによってまず、第１および第２電極に正および
負の電圧をそれぞれ与えると、第１および第２電極にわ
たって電気力線が生じ、第４および第５電極間に、抵抗
またはダイオードを介して電流が流れ、これによって電
気絶縁層の第４および第５電極との境界に電荷が蓄積さ
れる。第４および第５電極によって蓄積される電荷の極
性は、対向する第１および第２電極とは逆極性である。
この状態で、第１および第２電極に与える電圧の極性を
逆転させると、第１電極と第４電極との間に反発力が生
じ、また第２電極と第４電極との間に反発力が生じ、こ
うして、第１手段が水平に配置され、その上に第２手段
が配置されているとき、第２手段が浮き上がる。そこで
次に、この浮き上がった状態で、第３電極に、その第３
電極に対向して近接しているたとえば第５電極とは逆極
性の電圧を与えることによって、第３電極と第５電極と
の吸引力が生じて第２手段が移動し、この第２手段が移
動したとき、第１電極と、それに同一電圧である第４電
極との反発力によって、第２手段にさらに駆動力が生じ
る。こうして第２手段が第１手段に対して移動すること
ができる。

【０００７】第４および第５電極間に接続されている抵
抗またはダイオードは、これらの第４および第５電極と
接する電気絶縁層の境界に帯電させて充電を行い、前記
ダイオードは、この充電時間を短くし、放電時間を長く
するのに役立ち、こうしてダイオードを用いることによ
って充電時間の短縮によって電気絶縁層の帯電を迅速に
行って動作速度を向上させ、放電時間を長くして、第２
手段の浮上および移動の時間を長くすることができる。
上述のように、このダイオードに代えて、抵抗を用いて
もよく、このような構成でも、第２手段の浮上および移
動を行わせることは可能である。

【０００８】第２手段を固定位置に設け、第１手段を移
動させるように構成してもよい。

【０００９】第２手段に設けられている第２組合せ領域
を、電極のない空白部を介在して移動方向に複数、配置
することによって、駆動力を増大することができる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の断面図である。
この静電アクチュエータは、固定位置に設けられている
第１手段としての固定子１と、その固定子１に相対的に
予め定める移動方向（図１の左右方向）に移動自在であ
る第２手段である移動子２とを有する。

【００１１】図２は、固定子１の簡略化した底面図であ
る。この固定子１は、電気絶縁性材料から成る基体３の
移動子２と反対側の表面に、複数の第１組合せ領域Ｇ１
１，Ｇ１２，Ｇ１３，…が順次的に設けられて構成され
る。これらの各第１組合せ領域Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３は、第
１電極Ａ１，Ａ２，Ａ３，…、第２電極Ｂ１，Ｂ２，Ｂ
３，…、および第３電極Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…が移動方
向に隣接して配置される。以下の説明では総括的には、
参照符の英文字のみとし、数字を省略して示すことがあ
る。第１電極Ａはライン４に接続され、また第２電極Ｂ
はライン５に接続され、さらに第３電極Ｃはライン６に
接続される。これらのライン４，５，６は電源７の出力
端子８，９，１０にそれぞれ接続される。ライン４，
５，６は、基体３上に形成される。

【００１２】図３は、移動子２の簡略化した平面図であ
る。電気絶縁性材料から成る電気絶縁層１１の固定子１
とは反対側の表面には、移動方向に順次的に複数の第２
組合せ領域Ｇ２１，Ｇ２２，…が形成される。各第２組
合せ領域Ｇ２１，Ｇ２２，…は、第４電極Ｄ１，Ｄ２，
…および第５電極Ｅ１，Ｅ２，…が移動方向に隣接して
配置されて構成される。第２組合せ領域Ｇ２１，Ｇ２２
間には、電極が存在しない空白部Ｆ１が形成されてい
る。固定子１の基体３と電気絶縁層１１とは、たとえば
ポリイミドなどの材料から成り、電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅは、たとえば銅箔である。これらの電極Ａ〜Ｅの幅ａ
は、たとえば５ｍｍであり、移動方向の長さｂはたとえ
ば３０μｍであり、各電極Ａ〜Ｃ，Ｄ，Ｅ間の間隔ｇは
たとえば１０μｍである。図３に示される電極Ｅ１とＤ
２との間の移動方向に沿う空白部Ｆ１の間隔ｈは、ｂ＋
２ｇに定められる。

【００１３】図４はこのような固定子１と移動子２とを
備える静電アクチュエータの斜視図であり、図５は固定
子１の電極Ａ〜Ｃを示す斜視図である。ライン４，５
は、基体３の一側方で、相互に電気的に絶縁されて、い
わば２層配線されて形成される。電極Ａ〜Ｅは、前述の
銅箔の他に、ＡｌおよびＴｉなどの蒸着膜であってもよ
い。

【００１４】図６は、電源７の各出力端子８，９，１０
から導出される第１電極Ａ、第２電極Ｂおよび第３電極
Ｃに与えられる電圧波形を示す。この図６において、図
６の上部に示されている（１），（７），（８），…，
（１５）は、前述の図１および後述の図７〜図１５の各
状態に対応している。電極Ａには、図６（１）の電圧波
形が与えられ、電極Ｂには図６（２）の電圧波形が与え
られ、また電極Ｃには図６（３）の電圧波形が与えられ
る。まず図１の状態において、第１電極Ａ１に正、第２
電極Ｂ１に負の各電圧が与えられ、第３電極Ｃ１の電圧
は地球の電位と等しくてもよく、零であるものとする
と、基体３および電気絶縁層１１にわたって電気力線１
３，１４が発生する。したがって第４電極Ｄ１から第５
電極Ｅ１には、それらの間に接続されているダイオード
１５を経て電流が流れ、図７に示されるようにして、電
気絶縁層１１の第４電極Ｄ１および第５電極Ｅ１との境
界に電荷が蓄積される。第４および第５電極Ｄ１，Ｅ１
による電荷は、対応する第１および第２電極Ａ１，Ｂ１
とは逆極性である。

【００１５】そこで図８に示されるように、固定子１の
第１電極Ａと第２電極Ｂとの極性を逆にし、第３電極Ｃ
１を負電圧とする。これによって移動子２がたとえば第
１電極Ａと第４電極Ｄとの反発力によって、また第２電
極Ｂと第５電極Ｅとの反発力によって浮上する。このと
き第５電極Ｅ１と第３電極Ｃ１は相互に逆極性であるの
で、静電吸引力が作用し、移動子２は矢符１７の移動方
向に移動して、図９の状態となる。移動子２が矢符１７
の方向に移動するとき、第１電極Ａ１と第４電極Ｄ１と
には反発力が働き、移動子２の矢符１７方向の駆動力が
増大される。

【００１６】ダイオード１５，１６は、第４電極Ｄから
第５電極Ｅに電流が流れて電気絶縁層１１の充電を迅速
に行わせて分極または帯電を迅速に行わせるとともに、
この電気絶縁層１１における電荷の放電を抑制して、帯
電状態をできるだけ長く保つ働きをする。

【００１７】次に図１０に示されるようにして、第１電
極Ａを零電位とし、第２電極Ｂを正電圧とし、第３電極
Ｃを負電圧とすることによって、電気力線１８，１９が
形成されて電気絶縁層１１の帯電が行われ、この状態で
図１１に示されるように、第２電極Ｂ１と第３電極Ｃ１
の電圧を逆極性とすることによって、移動子２が静電反
発力によって浮上する。そこで第１電極Ａを負電圧とす
ることによって、第５電極Ｅ１との静電吸引力が働き、
また第４電極Ｄと第１および第２、第３電極Ａ，Ｂ，Ｃ
との静電反発力とによって移動子２は矢符１７の移動方
向に移動して図１２の状態となる。

【００１８】そこでさらに図１３では、第３電極Ｃと第
１電極Ａとに電圧を与えて移動子２の電気絶縁層１１を
第４電極Ｄおよび第５電極Ｅに対応して帯電させ、図１
４に示されるように第３および第１電極Ｃ，Ａの極性を
反転し、第２電極Ｂを負電圧として図１５に示されるよ
うに移動子２を矢符１７の移動方向に移動させる。図１
５の状態の後には、前述の図７に示される状態に戻り、
このようにして移動子２を移動方向に順次的に移動させ
ることができる。

【００１９】移動子２を矢符１７とは逆方向の移動方向
に移動したいときには、図８において第３電極Ｃ１に正
電位を印加すればよく、その後の動作もまた同様であ
る。

【００２０】固定子１と移動子２とにおいて得られる駆
動力Ｆｔと静電引力または静電反発力である静電力Ｆｐ
は第１、第２および第３電極Ａ，Ｂ，Ｃと第４および第
５電極Ｄ，Ｅとの電極間距離をｄとし、各電極Ａ〜Ｅの
面積をＳ（＝ａ・ｂ）とし、駆動ピッチをｐ（＝ｂ＋
ｇ）とし、静電容量をＣとし、電荷をＱとするとき、数
１〜数５で示される。

【００２１】

【数１】

【００２２】

【数２】

【００２３】

【数３】

【００２４】

【数４】

【００２５】

【数５】

【００２６】ここでＶを電極Ａ，Ｂ，Ｃと電極Ｄ，Ｅと
の間に印加される電圧とする。Ｃは静電容量であり、Ｑ
は電荷であり、Ｗはキャパシティの保持エネルギーであ
る。本件発明者の実験によれば、静電容量Ｃは、たとえ
ば２４７μμＦである。

【００２７】図１６は、本発明の他の実施例の斜視図で
ある。固定子２１と移動子２２とは円板状であって、対
向し、移動子２２は矢符２３で示されるように、または
その逆方向に、固定子２１に対して相対的な移動を行
う。

【００２８】図１７は、固定子２１の一部の斜視図であ
る。この固定子２１は、前述の固定子１の構造に類似
し、対応する部分には同一の参照符を付す。第１、第２
および第３電極Ａ，Ｂ，Ｃは、半径方向に延び、周方向
に間隔をあけて配置される。移動子２の第４および第５
電極Ｄ，Ｅに関しても同様である。

【００２９】図１８は、本発明のさらに他の実施例の分
解斜視図である。直円筒状の固定子２４と、その内部に
収納される直円筒状の移動子２５とが設けられ、移動子
２５は矢符２６で示されるように回転駆動される。固定
子２４では、第１、第２および第３電極Ａ，Ｂ，Ｃが周
方向に順次的に形成されており、また移動子２５には第
４および第５電極Ｄ，Ｅと空白部Ｆ１とが形成される。

【００３０】図１９は、本発明の他の実施例の断面図で
ある。この実施例は前述の図１〜図１５に示される実施
例に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。こ
の実施例では前述のダイオード１５，１６に代えて、抵
抗２７，２８が設けられる。この抵抗２７，２８の抵抗
値は、たとえば１０ＭΩであってもよい。

【００３１】図２０は、本発明の他の実施例の断面図で
ある。この実施例では、移動子２の第４電極Ｄと第５電
極Ｅとは共通のライン２９，３０に接続されて共通のダ
イオード３１に接続される。このような構成によれば、
ダイオード３１の数はたとえば１つでよく、したがって
構成が簡略化される。ダイオード３１に代えて、抵抗で
あってもよい。

【００３２】本発明の他の実施例として、図１〜図１５
の実施例において、移動子２を固定位置に設け、固定子
１を移動方向に移動可能に設けてもよく、このことはそ
の他の実施例においてもまた同様である。

【００３３】本発明のさらに他の実施例として図１〜図
１５の実施例において、移動子２には、単一の第２組合
せ領域Ｇ２１だけが、設けられていてもよい。また固定
子１では、単一の第１組合せ領域Ｇ１１だけが設けられ
ていてもよい。

【００３４】固定子１における電気絶縁性材料から成る
基体３は省略されてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１手段
の第１組合せ領域は、単一または複数個設けられ、各第
１組合せ領域は第１、第２および第３電極から成り、電
源によって電圧が与えられ、第２手段では、単一または
複数の第２組合せ領域が電気絶縁層に設けられ、第４お
よび第５電極は抵抗またはダイオードによって接続され
ているので、第１、第２および第３電極に電源から与え
られる電圧を、たとえば周期的に、変化することによっ
て第１手段と第２手段とを相対的に静電吸引力および静
電反発力を利用して移動させることができるようにな
り、したがってフロッピディスクなどを用いる用途で
は、磁力を利用しないので、好適に本発明を実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面図である。

【図２】固定子１の底面図である。

【図３】移動子２の平面図である。

【図４】図１〜図３に示される実施例の静電アクチュエ
ータの斜視図である。

【図５】固定子１の一部を示す斜視図である。

【図６】電源７の出力電圧を示す波形図である。

【図７】固定子１と移動子２の移動方向１７の移動状態
を示す断面図である。

【図８】固定子１と移動子２の移動方向１７の移動状態
を示す断面図である。

【図９】固定子１と移動子２の移動方向１７の移動状態
を示す断面図である。

【図１０】固定子１と移動子２の移動方向１７の移動状
態を示す断面図である。

【図１１】固定子１と移動子２の移動方向１７の移動状
態を示す断面図である。

【図１２】固定子１と移動子２の移動方向１７の移動状
態を示す断面図である。

【図１３】固定子１と移動子２の移動方向１７の移動状
態を示す断面図である。

【図１４】固定子１と移動子２の移動方向１７の移動状
態を示す断面図である。

【図１５】固定子１と移動子２の移動方向１７の移動状
態を示す断面図である。

【図１６】本発明の他の実施例の斜視図である。

【図１７】図１６に示される実施例の固定子２１の一部
の斜視図である。

【図１８】本発明の他の実施例の分解斜視図である。

【図１９】本発明のさらに他の実施例の断面図である。

【図２０】本発明のさらに他の実施例の断面図である。

【符号の説明】

１，２１，２４ 固定子 ２，２２，２５ 移動子 ３ 基体 ７ 電源 １５，１６，３１ ダイオード ２７，２８ 抵抗 Ａ１，Ａ２，Ａ３ 第１電極 Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 第２電極 Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ 第３電極 Ｄ１，Ｄ２ 第４電極 Ｅ１，Ｅ２ 第５電極 Ｆ１ 空白部 Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３ 第１組合せ領域 Ｇ２１，Ｇ２２ 第２組合せ領域

フロントページの続き (71)出願人 390018614 株式会社ヤマトヤ商会 東京都港区虎ノ門５丁目９番７号 (71)出願人 000231464 日本真空技術株式会社 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 (72)発明者 矢野 雅文 千葉県千葉市弥生町１−170 東京大学職 員宿舎１−301 (72)発明者 河野 明夫 大阪市西区千代崎３丁目２番95号 オージ ー情報システム株式会社内 (72)発明者 深谷 典行 大阪市住之江区南港東８丁目２番12号 株 式会社オージー情報システム総研内 (72)発明者 岸田 秀雄 大阪市住之江区南港東８丁目２番12号 株 式会社オージー情報システム総研内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め定める移動方向に相対的に移動自在
   に第１手段と第２手段とが設けられ、 第１手段は、移動方向に隣接して第１、第２および第３
   電極から成る第１組合せ領域が設けられて構成され、 第２手段は、移動方向に延びる電気絶縁層の第１手段と
   は反対側の表面に、移動方向に隣接して第４および第５
   電極から成る第２組合せ領域が設けられて構成され、 第４および第５電極には、抵抗またはダイオードが接続
   され、 第１、第２および第３電極には、第１手段と第２手段と
   が静電力によって移動方向に移動するための電圧を与え
   る電源が接続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】 第２手段の第２組合せ領域は、電極のな
   い空白部を介在して移動方向に複数、設けられることを
   特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。