JPH06101938B2

JPH06101938B2 - 静電アクチユエ−タ

Info

Publication number: JPH06101938B2
Application number: JP61241243A
Authority: JP
Inventors: 英悟川上; 信男渡辺; 弘米田; 博康能瀬; 哲哉矢野; 智司小俣; 聡湯浅; 恭彦石渡; 正人新部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-10-13
Filing date: 1986-10-13
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS6395860A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は静電力を用いて可動子を移動させる静電アクチ
ユエータに関するものである。

［従来の技術］従来のアクチユエータは主として電磁力を利用したもの
であり、その特質上電磁コイルや永久磁石等を備えなけ
ればならず、構造が複雑で、また消費電力も非常に大き
いものであつた。このため、アクチユエータよりの発熱
量も大きかつた。

このため、これらの点を解決するため、電磁力に変えて
静電力を利用したものとして、エレクトレツトを用いた
同期モータ（例えば実開昭57−98191号等）が提案され
ている。このような静電力を利用したアクチユエータの
駆動力は、印加電圧（Ｖ）の２乗に比例し、固定子と可
動子間距離（ｄ）に反比例することがわかつている。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、エレクトレツトタイプのアクチユエータはエレ
クトレツトを用いなければならず、電機子を小型化する
のは難かしく、電極の大きさや距離ｄについても充分考
慮されているとは言えないものであつた。

更にエレクトレツトの作成には、特殊な工程が必要なた
めコストアツプが避けられなかつた。

［問題点を解決するための手段］本発明は上述の問題点を解決することを目的として成さ
れたもので、小型かつ構成の簡単な廉価なアクチユエー
タを提供するため本発明の一実施例は以下の構成を備え
る。

即ち、複数の電極を所定の間隔で配設した固定子と、該
固定子に対して相対移動可能な少なくとも前記固定子の
電極配設位置の対向部分を誘電材料で形成した可動子
と、該可動子が前記固定子に対して相対移動可能に前記
固定子の電極配設面と所定の間隙を転動部材により所定
間隙に保持する保持手段とを備える。

［作用］以上の構成において、保持手段により固定子と可動子と
の間隙を所定間隙に維持しながら前記固定子の電極に順
次電圧を印加し、電極よりの発生電界を移動させること
によつて前記可動子を移動させる。

［実施例］以下、図面を参照して本発明に係る一実施例を詳細に説
明する。

［第１実施例］第１図は本発明に係る一実施例の斜視図であり、図中、
１は固定子でその表面に電極２が形成されている。本実
施例においては、固定子１にはガラスを使用し、その表
面に電極パターンを蒸着して形成している。その電極の
パターニングはエツチング等、種々の方法を取ることが
できる。また、固定子１はガラスに限るものではなく、
絶縁性のあるものであればプラスチツクスやセラミツク
ス等であつてもよい。なお、電極にはCrを用いている
が、Ag,Au,Al,Cu等の各種導電性金属を用いてパターニ
ングしてもよい。

また、３は誘電体より成る可動子であり、本実施例では
可動子３としてガラスを用いている。この可動子は誘電
率が低く（例えば誘電率ε＝１〜10程度が望ましい）、
また、抵抗値の高いものであればよく、フエノール樹脂
等で形成することもできる。

この可動子３と固定子１間は、不図示の両者を所定間隙
に保持するための保持手段により一定間隙に保たれ、図
の矢印ａ又は矢印ｂ方向に移動可能に構成されている。

本実施例においては、電極２のパターン幅30μｍ、パタ
ーンピツチ80μｍに形成し、固定子１と可動子３との間
の間隙は10μｍとしている。このパターンピツチ及び間
隙を微小化することにより、可動子３上に発生するトル
クはより大きなものとなる。

また、４は固定子１表面の電極に所定の電圧を印加する
ための駆動回路であり、駆動回路４からは図示の如く、
φＡ（５），φＢ（６），φＣ（７）の３相の駆動出力
があり、各相は順次図示の如く交互に電極２に接続され
ている。

この駆動回路４による電極への電圧印加タイミングを第
２図（ａ），（ｂ）に示す。ここで第２図（ａ）は各相
（各電極）に（0/＋Ｖ）Ｖのパルス状電圧を印加した場
合、第２図（ｂ）は（＋V/−Ｖ）Ｖの交流電圧を印加し
た場合を示している。

φＡ（５），φＢ（６），φＣ（７）の各相に第２図
（ａ）に示すようなパルス状の電圧（横軸は時間ｔを表
わす）を加えると、第１図の矢印ａの方向に移動電界が
発生する。すると、可動子３にこの移動電界により電荷
が誘起され、移動電界に対してあるすべりをもつて同じ
矢印ａ方向に追従する駆動力が働く。第２図（ｂ）に示
す交流電圧を印加しても同様である。

但し、相順はA,,B,,C,,A…（￣は180°位相のず
れたものを意味する）が望ましい。逆方向（矢印ｂ方
向）に可動子３を動かすには、印加電圧の相順を逆にし
てやればよく、実施例の場合、３相のうちの２相を入れ
換えてやればよい。また、相数は移動電界を発生させら
れるものであれば何相でも構わない。

［第２実施例］固定子１と可動子３を所定間隙に保持する保持手段を備
えた本発明に係る他の実施例の第３図、第４図に示す。
ここで、第３図は側面断面図、第４図は正面断面図を示
す。

図中、10は非導電性のビーズであり、外径約50μｍのガ
ラスを用いている。本例においては固定子１上の電極パ
ターンは埋込型となつており、固定子１表面をビーズ10
が自由に回動可能に形成されている。なお、このビーズ
10に変え、コロタイプのものを用いてもよい。

以上の構成において、ビーズ10により、固定子１と可動
子３間の微小ギヤツプを保持しつつ可動子３が移動可能
である。電極２のパターン幅120μｍ、パターンピツチ3
20μｍとした時に、電極２に最大DC500Vの電圧を印加し
た時の可動子３に発生する推力は約0.7gであつた。

［第３実施例］更に本発明に係る他の実施例を第５図（Ａ），（Ｂ）に
示し、第５図（Ａ）は他の実施例の斜視図、第５図
（Ｂ）はそのＡ−Ａ′面断面図である。

図中１は第１図と同様ガラス等の表面にCu、Cr等の電極
がパターニングされた固定子である。ここでは、固定子
１と可動子３との間隙を挟めるため、固定子１をベース
20に固定し、ベース20上の固定子１外方部にリテーナ22
a,22bを配設し、リテーナ22a,22b内に一定間隙で非導電
性のボール23を保持している。なお、第５図（Ａ）にお
いては、固定子１表面の電極は不図示としているが、第
１図と同様に配設されている。ボール23はその直径から
固定子１の厚みを差し引いた距離に固定子１と可動子３
とのギヤツプを保持する。

以上の構成によりボール23の良好な転動状態を維持しつ
つ固定子１と可動子３間の間隙を狭くすることができ
る。固定子１と可動子３の間隙はボール23の大きさに影
響される。しかし、ボール23が良好に転動するために
は、ある程度の大きさがあつたほうがよく、このため本
例ではボール23の外径800μｍ、固定子１の厚さ790μｍ
とし、間隙10μｍを実現している。なお、この時の固定
子１表面の電極パターンを幅30μｍ、ピツチ80μｍと
し、電極に最大200Vの電圧を印加した時の可動子３に発
生する推力は約1.0gとなつた。

なお、以上の説明は全て可動子の片側に固定子があるも
ので行なつたが、両側にあつてももちろん構わない。両
側式とすることで駆動力を２倍にすることができる。

以上説明したように、固定子の電極をパターニングで作
成し、可動子として誘電材料を用い、ビーズやボールを
介して支持することにより以下に示すような効果が得ら
れる。

（１）電極をパターニングで作成するとともに、固定子
と可動子のギヤツプの微小化により、小型で薄形のアク
チユエータが可能となる。

（２）ギヤツプの微小化に伴い、印加電圧が低減でき、
より消費電力の少ないアクチユエータが可能である。

（３）可動子として、エレクトレツトのような特殊な材
料は必要なく、ガラスやフエノール樹脂のような安価な
誘電材料でよい。

（４）部分的に誘電材料をつけることにより、カードや
シートそのものを可動子とするような搬送システムを構
築できる。

（５）静電力で駆動するため、消費電力が極めて少なく
て済み、ジユール熱による発熱のおそれもない。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、特殊な材料でな
く、安価な誘電材料によつて低消費電力の静電アクチユ
エータを提供できる。特に駆動力に大きな影響を有する
固定子と可動子間の間隙を保持手段の転動部材で保持す
る構成を備えることにより、一部に負荷が偏るようなこ
とも無く、且つ可動子の滑らかな移動が可能となる。更
に転動部材により固定子と可動子との間隙が決まるた
め、極めて容易に微小間隙が実現でき、効率の良い静電
アクチユエータが実現できる。

更に、固定子の外方部に配設したりリテーナ内に球を保
持する構成とすることにより固定子と可動子間の間隙を
決めることができるため、微小間隙であってもより滑ら
かな可動子の移動が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の斜視図、第２図（ａ），（ｂ）は本実施例の電極への印加電圧駆
動タイミングチヤート、第３図、第４図は本発明に係る他の実施例の断面図、第５図（Ａ）は本発明に係る更に他の実施例の一部切欠
斜視図、第５図（Ｂ）は第５図（Ａ）のＡ−Ａ′面断面図であ
る。図中、１……固定子、２……電極、３……可動子、４…
…駆動回路、10……ビーズ、20……ベース、22a,22b…
…リテーナ、23……ボールである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者能瀬博康東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者矢野哲哉東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者小俣智司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者湯浅聡東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者石渡恭彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者新部正人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献実開昭58−171252（ＪＰ，Ｕ) 実開昭58−182426（ＪＰ，Ｕ) ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆｔｈｅＩＥＥＥＶｏｌ，59，Ｎｏ．５ＭＡＹ 1971 Ｐ．737〜748

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電極を所定の間隔で配設した固定子
と、該固定子に対して相対移動可能な少なくとも前記固定子
の電極配設位置の対向部分を誘電材料で形成した可動子
と、該可動子が前記固定子に対して相対移動可能に前記固定
子の電極配設面と所定の間隙を転動部材により所定間隙
に保持する保持手段とから構成され、前記固定子の電極に順次電圧を印加し、電極よりの発生
電界を移動させることによつて前記可動子を移動させる
ようにしたことを特徴とする静電アクチユエータ。
【請求項２】電極は互いに複数相に接続され、該相毎に
印加する電圧を変化させて前記可動子を移動させること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の静電アクチユ
エータ。
【請求項３】前記固定子の電極は表面が略平滑となる様
に埋め込まれて形成されており、前記保持手段の転動部
材は非導電性材料で形成され前記固定子と前記可動子間
におかれていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
又は第２項記載の静電アクチユエータ。
【請求項４】転動部材は、外径が前記固定子と前記可動
子との所望間隙の球であることを特徴とする特許請求の
範囲第３項記載の静電アクチユエータ。
【請求項５】固定子は基体上に固定されており、保持手段は前記固定子の固定されている基体の前記固定
子の外方部に配設されたリテーナと、該リテーナ内に所
定間隔で保持された非導電性材料で形成された球を含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の静電アクチユエータ。
【請求項６】固定子の電極はパターニングで形成されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項
のいずれかに記載の静電アクチユエータ。