JPH05344753A - Inchworm - Google Patents

Inchworm

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Publication number
JPH05344753A
JPH05344753A JP15168392A JP15168392A JPH05344753A JP H05344753 A JPH05344753 A JP H05344753A JP 15168392 A JP15168392 A JP 15168392A JP 15168392 A JP15168392 A JP 15168392A JP H05344753 A JPH05344753 A JP H05344753A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrodes
electrode
inchworm
capacitor
switch
Prior art date
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Pending
Application number
JP15168392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Kabei
信之 壁井
Kiichi Tsuchiya
喜一 土屋
Tomohiro Murayama
知寛 村山
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP15168392A priority Critical patent/JPH05344753A/en
Publication of JPH05344753A publication Critical patent/JPH05344753A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an inchworm in which micro-displacement is realized with high resolution. CONSTITUTION:The inchworm comprises a telescopic body being arranged on an arbitrary surface and opposite ends to be sucked detachably on the surface, wherein the inchworm moves by alternating telescopic operation of the body and detachable suction at the opposite ends. The body is constituted of one or a plurality of series or parallel connected capacitors each having electrodes 101, 102 coupled through a resilient member, a power supply 150 for each capacitor, and a switch 140 for connecting each capacitor with the power supply 150, and the body telescopes through the use of displacement of inter-electrode distance caused by variation of electrostatic power due to charge/discharge of the capacitor.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

[発明の目的] [Object of the Invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、精密測定器、精密加工
機、ロボット、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、医療福祉機器等の機械の駆動
に利用可能なインチワームに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inchworm that can be used to drive machines such as precision measuring instruments, precision processing machines, robots, automobile equipment parts, home appliances, office automation equipment, medical welfare equipment and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】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、医療福
祉機器等の機械の駆動は、従来より磁気力を利用した回
転型モータやリニアモータ、ステッピングモータ等が主
流である。一方で、高分解能・微小変位可能なアクチュ
エータのニーズが高まってきたが、従来の磁気方式等の
アクチュエータではかかるニーズに応えられない。
2. Description of the Related Art Robots, precision machines, automobile equipment parts,
BACKGROUND ART Conventionally, rotary motors, linear motors, stepping motors and the like that use magnetic force have been the mainstream for driving machines such as home appliances, office automation equipment, and medical / welfare equipment. On the other hand, although there has been a growing need for actuators with high resolution and small displacement, conventional actuators of the magnetic type or the like cannot meet such needs.

【0003】このため、一部で圧電素子を利用したイン
チワームが開発されている。しかし、圧電素子はセラミ
ックス系の難加工材質であり製造上の欠点がある。ま
た、一回の総変位量が小さいことから、別の粗動機構と
組み合わせたり、変位拡大機構を設ける必要がある。さ
らに、圧電素子がヒステリシス特性を有するため制御が
容易でない。
For this reason, an inchworm, which partially uses a piezoelectric element, has been developed. However, the piezoelectric element is a ceramic-based difficult-to-machine material and has a manufacturing defect. Further, since the total amount of displacement at one time is small, it is necessary to combine it with another coarse movement mechanism or provide a displacement magnifying mechanism. Further, since the piezoelectric element has a hysteresis characteristic, control is not easy.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記問題点を解決すべく、高分解能でかつ微小変位可能な
インチワームを提供することを目的とする。 [発明の構成]
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an inchworm which has a high resolution and can be displaced minutely in order to solve the above problems. [Constitution of Invention]

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、任意面上に配
置され、伸縮可能な胴体と、前記面上に吸着・離脱可能
な両端を有し、前記胴体の伸縮と前記両端の吸着・離脱
とを交互に行うことによって移動可能なインチワームに
おいて、前記胴体は電極間を弾性体で連結される1個ま
たは複数個の直列若しくは並列されたコンデンサと、各
コンデンサに電荷を供給する電源と、前記各コンデンサ
と前記電源との接続を司るスイッチで構成され、前記コ
ンデンサの充放電に伴う静電力の変化による電極間距離
の変位を利用して伸縮することを特徴とするインチワー
ムである。
According to the present invention, there is provided a body which is arranged on an arbitrary surface and is capable of expanding and contracting, and both ends capable of adsorbing and releasing on the surface, and the expansion and contraction of the body and the adsorption and adsorption of the both ends. In an inchworm that can be moved by alternately performing detachment and separation, the body has one or more series or parallel capacitors in which electrodes are connected by an elastic body, and a power source for supplying electric charge to each capacitor. An inchworm that is configured by a switch that controls the connection between each of the capacitors and the power source, and expands and contracts by utilizing the displacement of the distance between the electrodes due to a change in electrostatic force due to charging and discharging of the capacitor.

【0006】また、本発明は、任意面上に配置され、伸
縮可能な胴体と、前記面上に吸着・離脱可能な両端を有
し、前記胴体の伸縮と前記両端の吸着・離脱とを交互に
行うことによって移動可能なインチワームにおいて、前
記胴体は移動方向に対向配置される複数個の電極と、各
電極に電荷を供給する電源と、各電極と電源との接続を
司るスイッチで構成され、各々の電極に帯電した電荷の
極性と静電容量に応じた引力または斥力を受けて各電極
間距離が変位することを利用して伸縮することを特徴と
するインチワームである。
Further, the present invention has a body which is arranged on an arbitrary surface and is expandable and contractible, and has both ends capable of adsorbing and detaching on the surface, and the expansion and contraction of the body and the adsorption and detachment of the both ends are alternated. In an inchworm that can be moved by performing the above, the body is composed of a plurality of electrodes arranged to face each other in the moving direction, a power supply for supplying electric charge to each electrode, and a switch for controlling the connection between each electrode. The inchworm is characterized in that it expands and contracts by utilizing the fact that the distance between the electrodes is displaced by receiving an attractive force or a repulsive force according to the polarity of the charge charged on each electrode and the electrostatic capacitance.

【0007】[0007]

【作用】上記構成を備えたことにより、高分解能かつ微
小変位なインチワームを実現することができる。
With the above structure, an inchworm with high resolution and small displacement can be realized.

【0008】[0008]

【実施例】本発明に係るインチワームは、図1,図3,
図5,図7,図11,図14または図16に示す静電ア
クチュエータ素子を複数組合せて構成される。各静電ア
クチュエータ素子は、両極間を弾性体で連結されるコン
デンサを形成しており、電荷の授受に伴う電極間吸引力
の変化により弾性体が変形することから静電エネルギー
を機械的エネルギーに変換することができるものであ
る。以下、図1乃至図18を用いて各静電アクチュエー
タ素子の構成及び作用について説明した後、図19乃至
図42を用いて本発明の実施例であるインチワームの構
成及び作用について説明を行う。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The inchworm according to the present invention is shown in FIGS.
It is configured by combining a plurality of electrostatic actuator elements shown in FIGS. 5, 7, 11, 14 or 16. Each electrostatic actuator element forms a capacitor in which both electrodes are connected by an elastic body, and the elastic body is deformed by the change in the attractive force between the electrodes due to the transfer of electric charge, so electrostatic energy is converted into mechanical energy. It can be converted. Hereinafter, the configuration and operation of each electrostatic actuator element will be described with reference to FIGS. 1 to 18, and then the configuration and operation of the inchworm according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 to 42.

【0009】まず、図1に示す静電アクチュエータ素子
の構成について説明する。対向する電極101,102
及びこれらに接続された端子121,122によってコ
ンデンサが形成されている。端子121の他端にはスイ
ッチ140が接続されている。スイッチ140は、電源
150を介して端子122の他端に接続するか端子12
2の他端に短絡するかを切換える機能を有している。ま
た、端子122にはアース151が接続されている。ま
た、電極101,102はそれぞれ電極支持体111,
112により支持固定され、電極支持体111,112
はその両端を弾性体からなるスペーサ161,162で
連結されている。電極102の表面は絶縁膜132によ
って被覆され変形時に電極101と短絡しないようにな
っている。
First, the structure of the electrostatic actuator element shown in FIG. 1 will be described. Opposing electrodes 101 and 102
Also, a capacitor is formed by the terminals 121 and 122 connected to these. The switch 140 is connected to the other end of the terminal 121. The switch 140 is connected to the other end of the terminal 122 via the power supply 150 or the terminal 12
2 has a function of switching to the other end. A ground 151 is connected to the terminal 122. Further, the electrodes 101 and 102 are respectively electrode supports 111 and
The electrode supports 111 and 112 are supported and fixed by 112.
Both ends of the are connected by spacers 161 and 162 made of elastic material. The surface of the electrode 102 is covered with an insulating film 132 so as not to short-circuit with the electrode 101 during deformation.

【0010】次に、この静電アクチュエータ素子の作用
について説明する。スイッチ140により端子121と
端子122が短絡され電荷未供給時を電極支持体11
1,112の初期位置とする。スイッチ140が電源1
50側に切換えられると、コンデンサには電荷が供給さ
れる。ここで、電源150の印加電圧をV,コンデンサ
の面積をS,電極間距離d,電極間の誘電率をεとおく
と、両電極間には
Next, the operation of this electrostatic actuator element will be described. The terminal 121 and the terminal 122 are short-circuited by the switch 140 and the electrode support 11
The initial position is 1,112. Switch 140 is power supply 1
When switched to the 50 side, electric charge is supplied to the capacitor. Here, when the applied voltage of the power source 150 is V, the area of the capacitor is S, the distance d between the electrodes, and the dielectric constant between the electrodes are ε, the two electrodes are

【0011】[0011]

【数1】 なる電極間吸引力Fが働く。電極支持体111,112
がスペーサ161,162から受ける弾性反発力が等し
ければ、電極支持体111,112は平行を保ちつつ接
近する。一方、この変位によりスペーサ161,162
は変形するため、その反作用として弾性反発力が働く。
ここで、スペーサ161,162を弾性係数kのバネと
みなせば、両電極が初期位置からΔxだけ変位した場
合、k・Δxなる弾性反発力が電極支持体111、11
2間に働く。その結果、電極間吸引力と弾性反発力とが
釣り合う位置、即ち
[Equation 1] The inter-electrode attraction force F acts. Electrode support 111, 112
If the elastic repulsive forces received from the spacers 161 and 162 are equal, the electrode supports 111 and 112 approach each other while maintaining parallelism. On the other hand, due to this displacement, the spacers 161, 162
Is deformed, and as a reaction thereof, elastic repulsion acts.
Here, if the spacers 161 and 162 are regarded as springs having an elastic coefficient k, when both electrodes are displaced from the initial position by Δx, the elastic repulsive force k · Δx is applied to the electrode supports 111 and 11.
Work between two. As a result, the position where the attraction force between the electrodes and the elastic repulsion force balance, that is,

【0012】[0012]

【数2】 だけ収縮した位置にて電極支持体111,112は支持
される。従って、電荷の供給により静電アクチュエータ
素子を微小量Δxだけ収縮させることができる。なお、
収縮量Δxは、スペーサ161,162の弾性係数や電
源150の印加電圧、電極101,102の表面積等に
よって調整できる。
[Equation 2] The electrode supports 111 and 112 are supported at the positions contracted only. Therefore, the electrostatic actuator element can be contracted by the minute amount Δx by supplying the electric charge. In addition,
The contraction amount Δx can be adjusted by the elastic coefficients of the spacers 161, 162, the applied voltage of the power source 150, the surface areas of the electrodes 101, 102, and the like.

【0013】次に、図3に示す静電アクチュエータ素子
について説明する。電極支持体211,212に支持さ
れた電極201,202によってコンデンサを形成し、
スイッチ240の切換によって電荷を供給する点は図1
に示す素子と同様である。スペーサ260は絶縁性の均
質な弾性体でできており、電極201,202間に挿入
されている。
Next, the electrostatic actuator element shown in FIG. 3 will be described. A capacitor is formed by the electrodes 201 and 202 supported by the electrode supports 211 and 212,
The point where electric charge is supplied by switching the switch 240 is shown in FIG.
It is similar to the element shown in. The spacer 260 is made of an insulating homogeneous elastic body, and is inserted between the electrodes 201 and 202.

【0014】コンデンサへの電荷未供給時の電極支持体
211,212の位置を初期位置とする。スイッチ24
0を電源250側に切換え電荷を供給したとき、両電極
支持体211,212には電極間吸引力が働き平行を保
ちつつ接近する。一方、この変位によりスペーサ260
は圧縮変形するため、その反作用として弾性反発力が働
く。その結果、電極間吸引力と弾性反発力の釣り合う位
置にて電極支持体211,212は支持され、素子は収
縮したこととなる。
The positions of the electrode supports 211 and 212 when no charge is supplied to the capacitors are the initial positions. Switch 24
When 0 is switched to the side of the power source 250 and electric charge is supplied, an attraction force between the electrodes acts on both the electrode supports 211 and 212 to approach them while maintaining parallelism. On the other hand, due to this displacement, the spacer 260
Is compressed and deformed, so that an elastic repulsive force acts as its reaction. As a result, the electrode supports 211 and 212 are supported at the position where the attraction force between the electrodes and the elastic repulsion force are balanced, and the element contracts.

【0015】なお、上記弾性体としては、バネの他、圧
縮性流体、ゴム弾性を持つ高分子物質等も用いることが
できる。また、スペーサ260として誘電率の大きな誘
電体を用いれば、コンデンサの電極間距離を大きくとっ
た場合であっても電極間吸引力の低下を防止することが
できる。
As the elastic body, a compressive fluid, a polymer material having rubber elasticity, or the like can be used in addition to the spring. Further, if a dielectric material having a large dielectric constant is used as the spacer 260, it is possible to prevent the attraction force between the electrodes from decreasing even when the distance between the electrodes of the capacitor is large.

【0016】次に、図5に示す静電アクチュエータ素子
について説明する。なお、コンデンサの構成やスイッチ
340,電源350の接続状況は図1に示す素子と同様
である。電極支持体311と電極支持体312とはその
両端でスペーサ361,362によって連結されている
が、肉厚の差によりスペーサ362の方がスペーサ36
1よりも弾性反発力が大となっている。
Next, the electrostatic actuator element shown in FIG. 5 will be described. The configuration of the capacitor and the connection status of the switch 340 and the power source 350 are the same as those of the element shown in FIG. The electrode support 311 and the electrode support 312 are connected at both ends by spacers 361 and 362. However, the spacer 362 is the spacer 36 due to the difference in wall thickness.
The elastic repulsive force is greater than 1.

【0017】図5に示すように、コンデンサに電荷が蓄
えられてない状態では電極301,302には何ら力が
作用せず、電極支持体311,312は平行になるとす
る。ここで、スイッチ340を切換えてコンデンサに電
荷を供給する。すると、電極301,302間には吸引
力が作用して素子は収縮しようとする。しかし、弾性反
発力の相違によりスペーサ361の方がスペーサ362
よりも大きな曲率で変形し、図6に示すようにスペーサ
361側が尖鋭な楔形になる。なお、スペーサ361と
スペーサ362の弾性反発力の差は、肉厚によるもので
なくても、例えば、材質や形状等の相違によるものであ
ってもよい。次に、図7に示す静電アクチュエータ素子
について説明する。
As shown in FIG. 5, it is assumed that no force acts on the electrodes 301 and 302 and the electrode supports 311 and 312 are parallel to each other in a state where no charge is stored in the capacitor. Here, the switch 340 is switched to supply the electric charge to the capacitor. Then, an attractive force acts between the electrodes 301 and 302, and the element tries to contract. However, due to the difference in elastic repulsive force, the spacer 361 has a larger spacer 362.
It deforms with a larger curvature and becomes a sharp wedge shape on the spacer 361 side as shown in FIG. The difference in elastic repulsive force between the spacer 361 and the spacer 362 may not be due to the wall thickness, but may be due to, for example, a difference in material, shape, or the like. Next, the electrostatic actuator element shown in FIG. 7 will be described.

【0018】対向する2対の電極401,402及び4
03,404によって形成される2つのコンデンサは並
列接続されている。各電極は弾性体からなる電極支持体
460によって支持される。電極401,403から出
た端子はそれぞれスイッチ441,442を介して電源
450の正極に接続されている。また、電極402,4
04から出た端子はともに電源450の負極に接続され
ている。電極401,403の表面はそれぞれ絶縁膜4
31,433によって被覆され対向する電極と短絡しな
いようになっている。
Two pairs of electrodes 401, 402 and 4 facing each other
The two capacitors formed by 03 and 404 are connected in parallel. Each electrode is supported by an electrode support 460 made of an elastic body. The terminals output from the electrodes 401 and 403 are connected to the positive electrode of the power source 450 via the switches 441 and 442, respectively. Also, the electrodes 402, 4
The terminals from 04 are both connected to the negative electrode of the power supply 450. The surfaces of the electrodes 401 and 403 are insulating films 4 respectively.
It is covered with 31, 433 so as not to short-circuit with the opposing electrode.

【0019】スイッチ441,442を開放しコンデン
サに電荷を蓄積していない場合、図7に示すように電極
支持体460によって2対の電極はともに平行に支持さ
れている。次に、スイッチ441だけを接続して電極4
01,402にそれぞれ正電荷,負電荷を供給した場
合、電極401,402間にのみ吸引力が作用するた
め、図8に示すように電極支持体460は電極401,
402側が尖鋭となる楔形に変形する。次に、スイッチ
442も接続し電極403,404にそれぞれ正電荷,
負電荷を供給した場合、2対の電極は等しい静電気力に
よって引き寄せられるため、図9に示すように電極支持
体460は平板状に収縮する。次に、スイッチ401の
みを開放し電極401,402の電荷を放出した場合、
電極403,404側にのみ電荷が蓄積され吸引力が働
くため、図10に示すように電極401,402側は電
極支持体460の弾性力によって膨脹して電極403,
404側が尖鋭となる楔形に変形する。以上のように、
素子内で並列接続された各々のコンデンサに接続された
電源スイッチのオン・オフの組合せによって、素子の膨
脹・収縮の他、2通りの楔形変形を行うことができる。
なお、図7では電極支持体460内に2対のコンデンサ
が並列接続された構造となっているが、3対以上のコン
デンサが並列接続された場合であっても各コンデンサに
別個に接続された電源スイッチの切換動作により同様の
作用を得ることができる。次に、図11に示す静電アク
チュエータ素子について説明する。
When the switches 441 and 442 are opened to store no charge in the capacitor, the two pairs of electrodes are supported in parallel by the electrode support 460 as shown in FIG. Next, connect only the switch 441 and connect the electrode 4
When positive charges and negative charges are supplied to 01 and 402, respectively, an attractive force acts only between the electrodes 401 and 402, so that the electrode support 460 is connected to the electrodes 401 and 402 as shown in FIG.
It is deformed into a wedge shape in which the side 402 is sharp. Next, the switch 442 is also connected to connect the electrodes 403 and 404 with positive charges,
When a negative charge is supplied, the two pairs of electrodes are attracted by the same electrostatic force, so that the electrode support 460 contracts in a flat plate shape as shown in FIG. Next, when only the switch 401 is opened and the charges of the electrodes 401 and 402 are discharged,
Since charges are accumulated only on the electrodes 403 and 404 side and an attractive force is exerted, the electrodes 401 and 402 side are expanded by the elastic force of the electrode support 460 and the electrodes 403 and 403 are expanded as shown in FIG.
It is transformed into a wedge shape with a sharp edge on the 404 side. As mentioned above,
In addition to expansion / contraction of the element, two wedge-shaped deformations can be performed by a combination of turning on / off the power switches connected to the capacitors connected in parallel in the element.
Note that, in FIG. 7, two pairs of capacitors are connected in parallel in the electrode support 460, but even when three or more pairs of capacitors are connected in parallel, they are separately connected to each capacitor. The same operation can be obtained by the switching operation of the power switch. Next, the electrostatic actuator element shown in FIG. 11 will be described.

【0020】電極支持体511,512は円弧状をな
し、電極支持体511は弾性体でできており、電極支持
体512よりも曲率を大きくつくられている。電極50
1は電極支持体511の内周に、電極502は電極支持
体512の外周に支持固定されている。電極502の表
面は絶縁体532で被覆され、電極501とは短絡しな
いようになっている。電極501,502は対向配置さ
れ中央部cで固定されている。電極501,502から
はそれぞれ端子が出ており、電極501は電源550の
正極に接続され、電極502はスイッチ540に接続さ
れている。スイッチ540は電源550の正極・負極の
いずれにも切換える機能を有し、その切換え動作により
電極502に正負いずれの電荷を供給することができ
る。
The electrode supports 511 and 512 have an arc shape, and the electrode support 511 is made of an elastic body, and has a larger curvature than the electrode support 512. Electrode 50
1 is supported and fixed to the inner circumference of the electrode support 511, and the electrode 502 is supported and fixed to the outer circumference of the electrode support 512. The surface of the electrode 502 is covered with an insulator 532 so as not to short-circuit with the electrode 501. The electrodes 501 and 502 are arranged opposite to each other and are fixed at the central portion c. Terminals are respectively output from the electrodes 501 and 502, the electrode 501 is connected to the positive electrode of the power source 550, and the electrode 502 is connected to the switch 540. The switch 540 has a function of switching between a positive electrode and a negative electrode of the power source 550, and can supply either positive or negative electric charge to the electrode 502 by the switching operation.

【0021】図11ではスイッチ540が開放されてお
り、電極支持体511の弾性力によりその両端a,bは
離れた状態となっている。次に、スイッチ540を電源
550の負極側に切換えた場合、電極501,502に
は互いに異符号の電荷が蓄積されるため両電極間に吸引
力が働く。すると、図12に示すように電極の両端a,
bでは電極間距離が短くなり、電極支持体511の曲率
は大きくなる。次に、スイッチ540を電源550の正
極側に切換えた場合、電極501,502には同符号の
電荷が蓄積されるため両電極間には斥力が働く。する
と、図13に示すように電極の両端a,bでは電極間距
離が拡がり、電極支持体511の曲率は小さくなる。次
に、図14に示す静電アクチュエータ素子について説明
する。
In FIG. 11, the switch 540 is open and both ends a and b are separated by the elastic force of the electrode support 511. Next, when the switch 540 is switched to the negative electrode side of the power source 550, charges having different signs from each other are accumulated in the electrodes 501 and 502, so that an attractive force acts between both electrodes. Then, as shown in FIG. 12, both ends a of the electrode,
In b, the distance between the electrodes becomes short, and the curvature of the electrode support 511 becomes large. Next, when the switch 540 is switched to the positive electrode side of the power source 550, electric charges of the same sign are accumulated in the electrodes 501 and 502, so that a repulsive force acts between both electrodes. Then, as shown in FIG. 13, the distance between the electrodes expands at both ends a and b of the electrodes, and the curvature of the electrode support 511 decreases. Next, the electrostatic actuator element shown in FIG. 14 will be described.

【0022】断面が楕円をなす電極支持体610の短軸
方向の側面に電極601,602が支持固定されてい
る。両電極はスイッチ640と電源650を介して端子
で接続され、スイッチ640をオンすることによって電
極601,602にはそれぞれ正電荷,負電荷が供給さ
れるようになっている。また、電極支持体610の外側
は弾性体からなる誘電体660で覆われている。誘電体
660は両電極の中央部Cでのみ支持固定されており、
無負荷状態においてはC点以外は自然形状または弾性力
により電極601,602から離れている。
Electrodes 601 and 602 are supported and fixed to the side surfaces in the minor axis direction of an electrode support 610 having an elliptical cross section. Both electrodes are connected to the switch 640 via a power source 650 by terminals, and when the switch 640 is turned on, positive charges and negative charges are supplied to the electrodes 601 and 602, respectively. The outside of the electrode support 610 is covered with a dielectric 660 made of an elastic body. The dielectric 660 is supported and fixed only at the central portion C of both electrodes,
In the unloaded state, apart from the point C, they are separated from the electrodes 601 and 602 by a natural shape or elastic force.

【0023】スイッチ640がオフの状態では、電極6
01,602に電荷は蓄えられないので誘電体660は
吸引力を受けない。従って、図14に示すように誘電体
660はC点以外は自然形状または弾性力により膨らみ
電極601,602から離れている。次に、スイッチ4
00をオンにしたとき、電極601,602にはそれぞ
れ正電荷,負電荷が供給される。すると、電極601,
602と誘電体660の間には吸引力が働いて、図15
に示すように誘電体660は変形して電極601,60
2に吸着されて長軸方向eに伸びることとなる。次に、
図16に示す静電アクチュエータ素子について説明す
る。
With switch 640 off, electrode 6
Since no electric charge is stored in 01 and 602, the dielectric 660 is not attracted. Therefore, as shown in FIG. 14, the dielectric 660 is apart from the bulging electrodes 601 and 602 due to its natural shape or elastic force except for the point C. Then switch 4
When 00 is turned on, positive charges and negative charges are supplied to the electrodes 601 and 602, respectively. Then, the electrode 601,
A suction force acts between 602 and the dielectric 660, and
The dielectric 660 is deformed as shown in FIG.
It is adsorbed by 2 and extends in the major axis direction e. next,
The electrostatic actuator element shown in FIG. 16 will be described.

【0024】電極701,703は断面コの字形状の電
極支持体711の内側に支持固定されている。電極70
1,703間には電極702が挿入されている。電極7
02は、電極支持体711とは逆方向に口の開いた断面
コの字形状の電極支持体712の一片をなしており、電
極701,703に対向する両側面はそれぞれ絶縁体7
31,732で被覆されている。電極701,703
は、それぞれ電源750の負電極,正電極に接続され、
常時負電位、正電位に帯電している。また、電極702
はスイッチ740に接続されており、スイッチ740の
切換によって電源750の正電極,負電極のいずれかに
接続できるようになっている。
The electrodes 701 and 703 are supported and fixed inside an electrode support 711 having a U-shaped cross section. Electrode 70
An electrode 702 is inserted between 1 and 703. Electrode 7
Reference numeral 02 denotes a piece of an electrode support 712 having a U-shaped cross section with an open mouth in the opposite direction to the electrode support 711, and both side surfaces facing the electrodes 701 and 703 are made of the insulator 7 respectively.
It is covered with 31,732. Electrodes 701,703
Are respectively connected to the negative electrode and the positive electrode of the power source 750,
Always charged with negative potential and positive potential. In addition, the electrode 702
Is connected to the switch 740, and by switching the switch 740, it can be connected to either the positive electrode or the negative electrode of the power source 750.

【0025】図16では、スイッチ740は開放されて
おり、電極702には電荷は蓄積されていない。従って
電極支持体712は自由に移動することができる。次
に、スイッチ740を電源750の正電極側に接続した
場合、電極702には正電荷が蓄積されて、電極701
との間に引力が、電極703との間に斥力が作用する。
このため図17に示すように電極支持体712は電極7
01側に移動する。次に、スイッチ740を電源750
の負電極側に接続した場合、電極702には正電荷が蓄
積されて、電極701との間に斥力が、電極703との
間に引力が作用する。このため図18に示すように電極
支持体712は電極703側に移動する。次に、図19
に示す静電アクチュエータ素子について説明する。
In FIG. 16, switch 740 is open and no charge is stored on electrode 702. Therefore, the electrode support 712 can move freely. Next, when the switch 740 is connected to the positive electrode side of the power source 750, positive charge is accumulated in the electrode 702 and
And an repulsive force between the electrode 703 and the electrode 703.
For this reason, as shown in FIG.
Move to 01 side. Next, switch 740 to power supply 750
When it is connected to the negative electrode side of, the positive charge is accumulated in the electrode 702, and the repulsive force acts on the electrode 701 and the attractive force acts on the electrode 703. Therefore, as shown in FIG. 18, the electrode support 712 moves to the electrode 703 side. Next, FIG.
The electrostatic actuator element shown in will be described.

【0026】同図は、図1に示す素子を6個直列に接続
したものである。電極801と802,電極803と8
04,…とがそれぞれコンデンサを形成している。電極
801は電極支持体811に,電極802と803は電
極支持体812に,電極804と805は電極支持体8
13に,…それぞれ支持固定されている。電極支持体8
11,812,…の間はその両端で弾性体からなるスペ
ーサ861,862,…によって連結されている。電極
801,804,805,808,809及び80Cは
アース851に接続されている。電極802,803,
806,807,80A及び80Bはスイッチ840に
接続されており、スイッチ840の切換えによって電極
850の正電極側に接続することができる。
In the figure, the six elements shown in FIG. 1 are connected in series. Electrodes 801 and 802, Electrodes 803 and 8
04, ... Form capacitors respectively. The electrode 801 is on the electrode support 811, the electrodes 802 and 803 are on the electrode support 812, and the electrodes 804 and 805 are on the electrode support 8.
13 are respectively supported and fixed. Electrode support 8
The ends of 11, 11, 12, ... Are connected by spacers 861, 862 ,. Electrodes 801, 804, 805, 808, 809 and 80C are connected to ground 851. Electrodes 802, 803
806, 807, 80A and 80B are connected to the switch 840, and can be connected to the positive electrode side of the electrode 850 by switching the switch 840.

【0027】図19では、スイッチ840がアース側に
つながれ各コンデンサの対向する電極に電位差はない。
従って、電極間で吸引力は働かずスペーサ861,86
2,…の弾性力によって静電アクチュエータ素子800
は膨張している。次に、スイッチ840を切換えて電源
850の正電極側につないだ場合、電極802,80
3,806,807,80A及び80Bに正電荷が供給
されて各コンデンサの電極間には吸引力が働き、図20
に示すように静電アクチュエータ素子800は収縮す
る。
In FIG. 19, the switch 840 is connected to the ground side and there is no potential difference between the electrodes facing each other.
Therefore, the attraction force does not work between the electrodes and the spacers 861 and 86
The electrostatic actuator element 800 is driven by the elastic force of 2 ,.
Is expanding. Next, when the switch 840 is switched to connect to the positive electrode side of the power source 850, the electrodes 802 and 80
The positive charge is supplied to 3, 806, 807, 80A, and 80B, and the attractive force acts between the electrodes of each capacitor.
The electrostatic actuator element 800 contracts as shown in FIG.

【0028】以上のように、図1に示すような微細な素
子を直列に多数接続することによってストローク長を大
きくすることができる。なお、複数の静電アクチュエー
タ素子を並列に接続することにより駆動力を増大させる
ことも可能であり、直列接続と並列接続とを組合せるこ
とにより所望のストローク長と駆動力を有するアクチュ
エータを提供することができる。次に、本発明の第1の
実施例に係るインチワームについて図21乃至図26を
参照して説明する。
As described above, the stroke length can be increased by connecting a large number of fine elements as shown in FIG. 1 in series. It is also possible to increase the driving force by connecting a plurality of electrostatic actuator elements in parallel, and to provide an actuator having a desired stroke length and driving force by combining series connection and parallel connection. be able to. Next, an inchworm according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0029】インチワーム910は、対向する平行平面
941,942内において、上記平面941の法線方向
に伸縮する2組の直列接続素子群911,913と、9
11と913とを連結し上記平面と平行方向に伸縮する
直列接続素子群912によって構成される。直列接続素
子群911,912,913は、図8に示した静電アク
チュエータ素子と同一の構成であり、各々のスイッチの
動作により各自別個に膨張・収縮が可能である。なお、
インチワーム910内での電源等の配線状況は繁雑とな
るので同図中では省略してある。
The inchworm 910 includes two sets of series connection element groups 911, 913, 9 extending and contracting in the normal direction of the plane 941 in the parallel planes 941, 942 facing each other.
A series connection element group 912 is formed by connecting 11 and 913 and expanding and contracting in a direction parallel to the plane. The series-connected element groups 911, 912, 913 have the same structure as the electrostatic actuator element shown in FIG. 8, and can be individually expanded / contracted by the operation of each switch. In addition,
The wiring of the power source and the like in the inchworm 910 is complicated, and is therefore omitted in FIG.

【0030】図21では、直列接続素子群911及び9
12が膨張し、913は収縮している。従って、膨張し
た直列接続素子群911は平面941,942に圧縮さ
れる形となり、この圧縮力によってインチワーム910
は平面間で支持固定されている。次に、図22に示すよ
うに直列接続素子群912を収縮させ、図23に示すよ
うに直列接続素子群913を膨張させ、図24に示すよ
うに直列接続素子群911を収縮させる。この状態で
は、インチワーム910は直列接続素子群913の圧縮
力のみによって平面間で支持固定されている。次に、図
25に示すように直列接続素子群912を膨張させる
と、直列接続素子群911は左側に進行する。さらに図
26に示すように再び直列接続素子群911を膨張させ
れば、インチワーム910は直列接続素子群912の1
ストローク長だけ同図中左側へ移動したことになる。こ
こで、直列接続素子群913を収縮させれば、同図
(a)の状態に戻る。
In FIG. 21, the series connection element groups 911 and 9 are connected.
12 is expanded and 913 is contracted. Therefore, the expanded series connection element group 911 is compressed into the planes 941 and 942, and the compression force causes the inchworm 910.
Is supported and fixed between the planes. Next, the series connection element group 912 is contracted as shown in FIG. 22, the series connection element group 913 is expanded as shown in FIG. 23, and the series connection element group 911 is contracted as shown in FIG. In this state, the inchworm 910 is supported and fixed between the planes only by the compressive force of the series connection element group 913. Next, when the series connection element group 912 is expanded as shown in FIG. 25, the series connection element group 911 advances to the left. Further, as shown in FIG. 26, if the series connection element group 911 is expanded again, the inchworm 910 becomes 1 of the series connection element group 912.
This means that the stroke length has moved to the left in the figure. Here, if the series connection element group 913 is contracted, the state shown in FIG.

【0031】上記一連の動作を繰返し行うことによって
インチワーム910を左側へ連続移動させることができ
る。また、同様に全く逆の動作を行うことによってイン
チワーム910を右側へ移動させることもできる。な
お、インチワーム910は直列接続素子群911,91
3の伸縮によって2面の間に支持固定できるのであれ
ば、941,942は平行平面でなくて管状のものであ
っても、また、曲面であってもよい。次に、本発明の第
2の実施例に係るインチワームについて図27乃至図3
2を参照して説明する。
By repeating the above series of operations, the inchworm 910 can be continuously moved to the left side. Similarly, the inchworm 910 can also be moved to the right by performing the opposite operation. The inch worm 910 is a series connection element group 911, 91.
As long as it can be supported and fixed between the two surfaces by the expansion and contraction of 3, 941 and 942 may be tubular ones or curved ones instead of parallel planes. Next, the inchworm according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
2 will be described.

【0032】インチワーム1000は、平面1040上
に置かれ、直列接続素子群1001と、直列接続素子群
1001の両端に結合される支持体1011,1012
と、支持体1011,1012のそれぞれの他端に結合
される固定体1021,1022とからなる。直列接続
素子群1001は図8に示す静電アクチュエータ素子と
同一の構成であり、平面1040と略平行方向に伸縮す
るように配置されている。支持体1011,1012は
弾性体でできており、直列接続素子群1001の伸縮と
直交方向に可撓性を有する。固定子1021,1022
と平面1040とは対向して電極としての機能を有す
る。固定子と平面に同符号の電荷が供給された場合、斥
力が作用して反発し合うので、支持体が撓んで固定子が
平面から浮揚する。固定子と平面に互いに異符号の電荷
が供給された場合は、吸引力が作用して固定子は平面に
吸着する。平面1040の表面は絶縁膜1030で被覆
され、固定子1021,1022と短絡しないようにな
っている。なお、インチワーム1000内での電源等の
配線状況は繁雑となるので同図中では省略してある。以
下、インチワーム1000の作用について説明する。図
27においては、固定子1021には平面1040と異
符号の、固定子1022には平面1040と同符号の電
荷がそれぞれ供給されているので、支持体1011,1
012が撓んで固定子1021が平面1040と吸着し
固定子1022が平面1040から浮揚した状態となっ
ている。直列接続素子群1001は膨張した状態となっ
ている。次に、図28に示すように直列接続素子群10
01を収縮させる。次に、固定子1022に平面104
0と異符号の電荷を供給して、図29に示すように固定
子1022を平面1040に吸着させる。次に、固定子
1021に平面1040と同符号の電荷を供給させて、
図30に示すように固定子1021を浮揚させる。次
に、直列接続素子群1001を膨張させると、図31に
示すように固定子1021は左側に進行する。次に、固
定子1021に平面1040と異符号の電荷を供給する
と、図32に示すように固定子1021は図27のとき
よりも左側の位置で平面1040に吸着する。再び固定
子1022に平面1040と同符号の電荷を供給する
と、固定子1022は平面1040から浮揚し、インチ
ワーム1000は左側に進行した位置で図27の状態に
戻る。
The inchworm 1000 is placed on the plane 1040, and the series connection element group 1001 and the supports 1011 and 1012 connected to both ends of the series connection element group 1001.
And the fixed bodies 1021 and 1022 coupled to the other ends of the supports 1011 and 1012, respectively. The series connection element group 1001 has the same configuration as the electrostatic actuator element shown in FIG. 8 and is arranged so as to expand and contract in a direction substantially parallel to the plane 1040. The supports 1011 and 1012 are made of an elastic body and have flexibility in the direction orthogonal to the expansion and contraction of the series connection element group 1001. Stator 1021, 1022
And the flat surface 1040 face each other and have a function as an electrode. When electric charges having the same sign are supplied to the stator and the plane, repulsive forces act and repel each other, so that the support body bends and the stator floats from the plane. When electric charges having different signs are supplied to the stator and the flat surface, a suction force acts and the stator is attracted to the flat surface. The surface of the flat surface 1040 is covered with an insulating film 1030 so as not to short-circuit with the stators 1021 and 1022. The wiring of the power source and the like in the inchworm 1000 is complicated and is omitted in FIG. Hereinafter, the operation of the inchworm 1000 will be described. In FIG. 27, the stator 1021 is supplied with electric charges having a different sign from the plane 1040, and the stator 1022 is supplied with electric charges having the same sign as the plane 1040.
012 is bent and the stator 1021 is attracted to the flat surface 1040, and the stator 1022 is levitated from the flat surface 1040. The series connection element group 1001 is in an expanded state. Next, as shown in FIG. 28, the series connection element group 10
Shrink 01. Next, a flat surface 104 is attached to the stator 1022.
Charges having a sign different from 0 are supplied to attract the stator 1022 to the flat surface 1040 as shown in FIG. Next, the stator 1021 is supplied with electric charges having the same sign as the plane 1040,
The stator 1021 is levitated as shown in FIG. Next, when the series connection element group 1001 is expanded, the stator 1021 advances to the left as shown in FIG. Next, when a charge having a sign different from that of the flat surface 1040 is supplied to the stator 1021, the stator 1021 is attracted to the flat surface 1040 at a position on the left side of that in FIG. 27, as shown in FIG. When the electric charge having the same sign as that of the plane 1040 is supplied to the stator 1022 again, the stator 1022 levitates from the plane 1040 and the inchworm 1000 returns to the state of FIG.

【0033】上記動作を繰返し行うことによってインチ
ワーム1000を左側へ連続移動させることができる。
また、同様に全く逆の動作を行うことによってインチワ
ーム1000を右側へ移動させることもできる。なお、
インチワーム1000は、1040が平面でなく曲面で
あっても動作可能である。次に、本発明の第3の実施例
に係るインチワームについて図33乃至図36を参照し
て説明する。
By repeating the above operation, the inchworm 1000 can be continuously moved to the left side.
Further, similarly, the inchworm 1000 can be moved to the right side by performing a completely opposite operation. In addition,
The inchworm 1000 can operate even if 1040 is a curved surface instead of a flat surface. Next, an inchworm according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 33 to 36.

【0034】インチワーム1100は2つの平行平板電
極1112,1114の間に配置され、図7に示すよう
な楔形に変形可能な素子を平板の法線方向に直列接続し
た素子群1101,1102と、素子群の両端に結合し
た固定用電極1111,1113とからなる。素子群1
101,1102を構成する各静電アクチュエータ素子
は、インチワーム1100の進退方向に楔形となるよう
に変形し、変形時には素子群1101と1102とでは
常に略同一曲率にかつ逆向きに屈曲するようコンデンサ
の極性及び電圧を設定するものとする。固定用電極11
11,1113はそれぞれスイッチ1141,1142
に接続され、それらの切換えにより電源1150の正電
極またはアース1151のいずれかにつながれる。2つ
の平行平板電極1112,1114はともにアース11
51に接続されている。固定用電極1111,1113
は、それぞれ平行平板電極1112,1114に対向
し、スイッチ1141,1142の切換えによって、対
向する平行平板電極と極性が異なればそれに支持固定さ
れ極性が一致すれば離脱するようになっている。固定用
電極1111,1113の表面はそれぞれ絶縁膜113
1,1132で被覆され平行平板電極1112,111
4とは短絡しないようになっている。なお、インチワー
ム1100内での電源等の配線状況は繁雑となるので同
図中では省略してある。
The inchworm 1100 is arranged between two parallel plate electrodes 1112 and 1114, and element groups 1101 and 1102 in which wedge-shaped deformable elements as shown in FIG. 7 are connected in series in the normal direction of the plate, It is composed of fixing electrodes 1111 and 1113 coupled to both ends of the element group. Element group 1
Each of the electrostatic actuator elements constituting 101 and 1102 is deformed into a wedge shape in the advancing / retreating direction of the inchworm 1100, and at the time of deformation, the capacitor groups are arranged so that the element groups 1101 and 1102 always have substantially the same curvature and opposite directions. The polarity and voltage shall be set. Fixed electrode 11
11 and 1113 are switches 1141 and 1142, respectively.
Are connected to either the positive electrode of the power supply 1150 or the ground 1151 by switching them. The two parallel plate electrodes 1112 and 1114 are both ground 11
It is connected to 51. Fixed electrodes 1111 and 1113
Are opposed to the parallel plate electrodes 1112 and 1114, respectively, and by switching the switches 1141 and 1142, the electrodes are supported and fixed if the polarities are different from those of the parallel plate electrodes facing each other, and are separated if the polarities match. The surfaces of the fixing electrodes 1111 and 1113 are insulating films 113, respectively.
Parallel plate electrodes 1112, 111 covered with 1, 1132
It is designed not to short-circuit with 4. The wiring of the power source and the like in the inchworm 1100 is complicated and therefore omitted in FIG.

【0035】以下、インチワーム1100の作用につい
て説明する。図33ではインチワーム1100の各素子
は収縮した状態であり、固定用電極1111,1113
にはスイッチ1141,1142によりそれぞれ電源1
150の正電極,アース1151に接続されてインチワ
ーム1100は固定用電極1111によって平行平板1
112に支持固定されている。次に、インチワーム11
00の素子群11101を進行方向に屈曲させかつ素子
群1102をその反対方向に屈曲させるとともに、スイ
ッチ1142を電源1150の正電極側に切換える。す
ると、図34に示すように固定用電極1113は素子群
の屈曲に伴う変位分だけ固定用電極1111の支持位置
よりも左側で平行平板1114に支持固定される。次
に、インチワーム1100の各素子を収縮させるととも
にスイッチ1141をアース1151に切換える。する
と、図35に示すように、固定用電極1111は平面1
112から離脱し、インチワーム1100は図33に対
して素子群の屈曲に伴う変位分だけ左側に移動したこと
になる。次に、インチワーム1100の素子群1102
を進行方向に屈曲させかつ素子群1101をその反対方
向に屈曲させるとともに、スイッチ1141を電源11
50の正電極側に切換える。すると、図36に示すよう
に固定用電極1111は素子群の屈曲に伴う変位分だけ
左側の位置で平面1112に支持固定される。さらに、
インチワーム1100の各素子を収縮させるとともにス
イッチ1142をアース1151に切換えると、2回の
屈曲変位分だけ左側の支持位置で図33の状態に戻る。
The operation of the inchworm 1100 will be described below. In FIG. 33, each element of the inchworm 1100 is in a contracted state, and the fixing electrodes 1111 and 1113 are fixed.
Switch 1141 and 1142 for power supply 1
The inch worm 1100 is connected to the positive electrode of 150 and the earth 1151.
It is supported and fixed to 112. Next, the inch worm 11
The element group 11101 of No. 00 is bent in the traveling direction and the element group 1102 is bent in the opposite direction, and the switch 1142 is switched to the positive electrode side of the power source 1150. Then, as shown in FIG. 34, the fixing electrode 1113 is supported and fixed to the parallel plate 1114 on the left side of the supporting position of the fixing electrode 1111 by the displacement caused by the bending of the element group. Next, each element of the inchworm 1100 is contracted, and the switch 1141 is switched to the ground 1151. Then, as shown in FIG.
It means that the inchworm 1100 is separated from 112 and has moved to the left side by a displacement corresponding to the bending of the element group with respect to FIG. Next, the element group 1102 of the inchworm 1100.
Is bent in the traveling direction and the element group 1101 is bent in the opposite direction, and the switch 1141 is connected to the power supply 11
Switch to the positive electrode side of 50. Then, as shown in FIG. 36, the fixing electrode 1111 is supported and fixed to the plane 1112 at a position on the left side by a displacement corresponding to the bending of the element group. further,
When each element of the inchworm 1100 is contracted and the switch 1142 is switched to the ground 1151, the state shown in FIG. 33 is restored at the supporting position on the left side by the bending displacement of two times.

【0036】上記動作を繰返し行うことによってインチ
ワーム1100を左側へ連続移動させることができる。
また、同様に全く逆の動作を行うことによってインチワ
ーム1100を右側へ移動させることもできる。なお、
インチワーム1100が素子群1101,1102の屈
曲によって面内部で支持固定できるのであれば、111
2,1114は平行平面でなくて管状のものであって
も、また、曲面で囲まれた空間であってもよい。次に、
本発明の第4の実施例に係るインチワームについて図3
7乃至図42を参照して説明する。
By repeating the above operation, the inchworm 1100 can be continuously moved to the left side.
Similarly, the inchworm 1100 can be moved to the right side by performing the opposite operation. In addition,
If the inchworm 1100 can be supported and fixed inside the surface by bending the element groups 1101 and 1102,
2, 1114 may be tubular ones instead of parallel planes, or may be spaces surrounded by curved surfaces. next,
FIG. 3 shows an inchworm according to a fourth embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIGS.

【0037】インチワーム1200が移動する面は面電
極1240とその表面を覆う絶縁体1230より形成さ
れている。電極1201と1203、1204と120
6及び1207と1209はそれぞれ互いに電極支持体
1211上に対向する位置関係に設置され、電源に接続
されコンデンサを形成している。電極1202,120
5及び1208は電極支持体1212に設置され、それ
ぞれ電極1201と1203、1204と1206及び
1207と1209の間に挿入されている。電極120
2,1205及び1208の表面はそれぞれ薄い絶縁膜
によって覆われている。電極支持体1211の下端の左
右に面電極1240に対して平行に固定用電極1220
及び1222が設置されている。また、電極支持体12
12の下面に固定用電極1221が面電極1240に対
して平行に設置されている。これらの固定用電極122
0,1221及び1222は、面電極1240と異符号
の電荷が供給された場合は面電極1240に吸着固定
し、同符号の電荷が供給された場合は面電極1240か
ら反発離脱するようになっている。これらの構成要素に
よりインチワーム1200が形成されている。
The surface on which the inchworm 1200 moves is formed of a surface electrode 1240 and an insulator 1230 covering the surface. Electrodes 1201 and 1203, 1204 and 120
6 and 1207 and 1209 are installed on the electrode support 1211 so as to face each other, and are connected to a power source to form a capacitor. Electrodes 1202, 120
5 and 1208 are installed on the electrode support 1212 and inserted between the electrodes 1201 and 1203, 1204 and 1206 and 1207 and 1209, respectively. Electrode 120
The surfaces of 2, 1205 and 1208 are covered with thin insulating films. The fixing electrodes 1220 are provided on the left and right of the lower end of the electrode support 1211 in parallel with the surface electrode 1240.
And 1222 are installed. In addition, the electrode support 12
A fixing electrode 1221 is installed on the lower surface of 12 in parallel with the surface electrode 1240. These fixing electrodes 122
0, 1221 and 1222 are fixed by adsorption to the surface electrode 1240 when electric charges having a different sign from the surface electrode 1240 are supplied, and repelled from the surface electrode 1240 when electric charges having the same sign are supplied. There is. These components form the inchworm 1200.

【0038】以下、インチワーム1200の作用につい
て説明する。ここで、説明を簡略化するために特に断ら
ない限りは電極1201,1204及び1207には正
電荷が、電極1203,1206及び1209には負電
荷が供給されているものとし、面電極1240には負電
荷が供給されているものとする。図37では、固定用電
極1221には負電荷が供給され、固定用電極1221
及び電極支持体1212は面電極1240から反発離脱
している。また、固定用電極1220及び1222には
正電荷が供給されて面電極1240に吸着固定されてい
る。ここで、電極1202,1205及び1208に負
電荷を供給すると、これらの電極はそれぞれ電極120
1,1204及び1207に吸着される。次に、電極1
202,1205及び1208の電荷と電極1201,
1204及び1207の電荷をアースに落とし、固定用
電極1221に正電荷を供給すると、図38に示すよう
に固定用電極1221及び電極支持体1212は下方に
移動し面電極1240に吸着固定される。次に、電極1
202,1205及び1208と電極1201,120
4及び1207をアースしたままで、固定用電極122
0及び1222に負電荷を供給すると、図39に示すよ
うに固定用電極1220及び1222と電極支持体12
11は面電極1240から反発浮揚する。次に、電極1
202,1205及び1208に正電荷を供給すると、
図40に示すように電極1202,1205及び120
8はそれぞれ電極1203,1206及び1209に吸
着固定される。次に、電極1202,1205及び12
08と電極1203,1206及び1209の電荷をア
ースに落とし固定用電極1220,1222に正電荷を
供給すると、図41に示すように電極1220,122
2と電極支持体1211は下方に移動し面電極1240
に吸着固定される。次に、電極1202,1205及び
1208と電極1203,1206及び1209をアー
スしたままで固定用電極1221に負電荷を供給する
と、図42に示すように固定用電極1221と電極支持
体1212は面電極1240から反発浮揚する。次に、
電極1202,1205及び1208に負電荷を供給す
ると、電極1202,1205及び1208はそれぞれ
電極1203,1206及び1209から反発力を受
け、また、電極1201,1204及び1207に吸引
され、電極1202,1205及び1208と電極支持
体1212は左方向に移動し図37の状態に戻る。上記
動作を繰返し行うことによってインチワーム1200を
左側へ連続移動させることができる。また、同様に全く
逆の動作を行うことによってインチワーム1200を右
側へ移動させることもできる。
The operation of the inchworm 1200 will be described below. Here, in order to simplify the explanation, unless otherwise specified, it is assumed that the electrodes 1201, 1204 and 1207 are supplied with positive charges and the electrodes 1203, 1206 and 1209 are supplied with negative charges, and the surface electrode 1240 is It is assumed that a negative charge is supplied. In FIG. 37, the fixed electrode 1221 is supplied with a negative charge, and the fixed electrode 1221 is
Also, the electrode support 1212 is repulsively separated from the surface electrode 1240. Further, a positive charge is supplied to the fixing electrodes 1220 and 1222 and is adsorbed and fixed to the surface electrode 1240. Here, when negative charges are supplied to the electrodes 1202, 1205, and 1208, these electrodes are respectively connected to the electrode 120.
1, 1204 and 1207 are adsorbed. Next, electrode 1
202, 1205 and 1208 charge and electrode 1201,
When the charges of 1204 and 1207 are dropped to ground and a positive charge is supplied to the fixing electrode 1221, the fixing electrode 1221 and the electrode support 1212 move downward and are adsorbed and fixed to the surface electrode 1240, as shown in FIG. Next, electrode 1
202, 1205 and 1208 and electrodes 1201, 120
4 and 1207 are grounded, and the fixing electrode 122
When a negative charge is supplied to 0 and 1222, the fixing electrodes 1220 and 1222 and the electrode support 12 as shown in FIG.
11 repels and floats from the surface electrode 1240. Next, electrode 1
When a positive charge is applied to 202, 1205 and 1208,
As shown in FIG. 40, electrodes 1202, 1205 and 120
8 is adsorbed and fixed to the electrodes 1203, 1206 and 1209, respectively. Next, the electrodes 1202, 1205 and 12
08 and the electrodes 1203, 1206 and 1209 are grounded and positive charges are supplied to the fixing electrodes 1220 and 1222, as shown in FIG.
2 and the electrode support 1211 move downward to move the surface electrode 1240.
Is fixed by adsorption. Next, when the negative charges are supplied to the fixing electrode 1221 while the electrodes 1202, 1205 and 1208 and the electrodes 1203, 1206 and 1209 are grounded, as shown in FIG. 42, the fixing electrode 1221 and the electrode supporting body 1212 become surface electrodes. Levitated from 1240. next,
When negative charges are supplied to the electrodes 1202, 1205 and 1208, the electrodes 1202, 1205 and 1208 receive repulsive force from the electrodes 1203, 1206 and 1209, respectively, and are attracted to the electrodes 1201, 1204 and 1207, and the electrodes 1202, 1205 and 1208. 1208 and the electrode support 1212 move to the left and return to the state of FIG. The inchworm 1200 can be continuously moved to the left by repeating the above operation. Similarly, the inchworm 1200 can be moved to the right side by performing the opposite operation.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上詳記したように本発明の静電アクチ
ュエータによれば、以下のような効果を生ずることがで
き、大きな工業的意義を有する。
As described in detail above, according to the electrostatic actuator of the present invention, the following effects can be produced, which has great industrial significance.

【0040】(1) 高い分解能で微小変位を行うことが可
能である。素子は、電極以外はその用途に合わせて任意
の材料を用いることが可能であるため、加工性、耐久
性、軽量化等の問題を容易に回避できる。
(1) It is possible to perform minute displacement with high resolution. Since the element can be made of any material other than the electrode depending on its use, problems such as workability, durability, and weight reduction can be easily avoided.

【0041】(2) 変形の際の応力歪特性にヒステリシス
を持たない材料を使用することにより、圧電素子では回
避することができなかったヒステリシスの問題を解決
し、制御を容易にすることが可能となった。
(2) By using a material that does not have hysteresis in the stress-strain characteristic at the time of deformation, it is possible to solve the problem of hysteresis that could not be avoided by the piezoelectric element and facilitate control. Became.

【0042】(3) 出力特性は電極間距離によって大幅に
調整できることから、用途に合った変位や力特性を持た
せることが容易である。また、種々の出力特性を持つ素
子を組合わせることにより、単一の構造で粗動から微動
までの広い動作範囲をカバーすることができる。
(3) Since the output characteristics can be greatly adjusted by the distance between the electrodes, it is easy to provide the displacement and force characteristics suitable for the application. Further, by combining elements having various output characteristics, it is possible to cover a wide operation range from coarse movement to fine movement with a single structure.

【0043】(4) 静電力を利用しているため、電荷リー
クがない限りエネルギーを消費せずに長時間に亘って所
定の位置にインチワームを保持することができるように
なる。これによって、間欠運動をさせる場合のエネルギ
ー変換効率を飛躍的に向上させることができる。
(4) Since the electrostatic force is used, the inchworm can be held at a predetermined position for a long time without consuming energy unless charge leakage occurs. As a result, the energy conversion efficiency when performing intermittent motion can be dramatically improved.

【0044】(5) 製造に関しては、半導体製造技術のリ
ソグラフィーや薄膜体積法の技術を用いることができる
ため、極めて微小で精密な構造とし、なおかつ集積化が
可能である。これらの特徴から、従来の電磁式モータで
は不可能であった微小アクチュエータの開発が可能とな
る。
(5) As for the manufacturing, since the lithography of the semiconductor manufacturing technology and the technology of the thin film volume method can be used, the structure is extremely minute and precise, and the integration is possible. Due to these features, it becomes possible to develop a minute actuator that was impossible with the conventional electromagnetic motor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図15】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図20】本発明の実施例に係る静電アクチュエータを
示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing an electrostatic actuator according to an embodiment of the present invention.

【図21】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 21 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図22】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 22 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図23】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 23 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図24】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 24 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図25】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 25 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図26】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 26 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図27】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 27 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図28】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 28 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図29】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 29 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図30】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 30 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図31】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 31 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図32】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 32 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図33】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 33 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図34】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 34 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図35】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 35 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図36】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 36 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図37】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 37 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図38】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 38 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図39】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 39 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図40】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 40 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図41】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 41 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【図42】本発明の実施例に係るインチワームを示す図
である。
FIG. 42 is a diagram showing an inchworm according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,102…電極、111,112…電極支持体、
121,122…端子、140…スイッチ、150…電
源、161,162…スペーサ、
101, 102 ... Electrodes, 111, 112 ... Electrode support,
121, 122 ... Terminal, 140 ... Switch, 150 ... Power supply, 161, 162 ... Spacer,

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 任意面上に配置され、伸縮可能な胴体
と、前記面上に吸着・離脱可能な両端を有し、前記胴体
の伸縮と前記両端の吸着・離脱とを交互に行うことによ
って移動可能なインチワームにおいて、前記胴体は電極
間を弾性体で連結される1個または複数個の直列若しく
は並列されたコンデンサと、各コンデンサに電荷を供給
する電源と、前記各コンデンサと前記電源との接続を司
るスイッチで構成され、前記コンデンサの充放電に伴う
静電力の変化による電極間距離の変位を利用して伸縮す
ることを特徴とするインチワーム。
1. A body, which is arranged on an arbitrary surface and is capable of expanding and contracting, and has both ends capable of adsorbing / removing on the surface, and by performing expansion / contraction of the body and adsorption / desorption of the both ends alternately. In the movable inchworm, the body has one or a plurality of capacitors connected in series or in parallel, whose electrodes are connected by an elastic body, a power supply for supplying electric charge to each capacitor, each capacitor and the power supply. Inch worm, which is constituted by a switch for controlling the connection of the capacitor, and expands and contracts by utilizing the displacement of the distance between the electrodes due to a change in electrostatic force due to charging and discharging of the capacitor.
【請求項2】 任意面上に配置され、伸縮可能な胴体
と、前記面上に吸着・離脱可能な両端を有し、前記胴体
の伸縮と前記両端の吸着・離脱とを交互に行うことによ
って移動可能なインチワームにおいて、前記胴体は移動
方向に対向配置される複数個の電極と、各電極に電荷を
供給する電源と、各電極と電源との接続を司るスイッチ
で構成され、各々の電極に帯電した電荷の極性と静電容
量に応じた引力または斥力を受けて各電極間距離が変位
することを利用して伸縮することを特徴とするインチワ
ーム。
2. A body, which is arranged on an arbitrary surface and has an expandable and contractible body, and both ends capable of adsorbing and detaching on the surface, and by performing expansion and contraction of the body and adsorption and detachment of the both ends alternately. In a movable inchworm, the body is composed of a plurality of electrodes arranged to face each other in the moving direction, a power source for supplying electric charges to each electrode, and a switch for controlling connection between each electrode and each electrode. An inch worm that expands and contracts by utilizing the displacement of the distance between the electrodes when receiving an attractive force or a repulsive force according to the polarity of the charged electric charge and the electrostatic capacitance.
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