JPH06261569A - 静電力による支持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】静電反発力を用いて、小型で反発力が大きく、
かつ制御性のよい支持機構を得る。 【構成】基体(11)の表面に設けた第１の固定体電極(12
1) と第１の固定体電極の上に絶縁体(13)または強誘電
体を設けさらに、その上に第２の固定体電極(122)を設
けた固定体と、固定体と微少な空隙(G) を介して配置さ
れ、その対向する面に基体(21)の表面に第１の移動体電
極(221) と第１の移動体電極の上に絶縁体(23)または強
誘電体を設けさらに、その上に第２の移動体電極(222)
を設けた移動体(2) とを備え、第２の固定体電極と第２
の移動体電極との間に同極性の電圧を加え、第１の固定
体電極および前記第１の移動体電極には第２の固定体電
極および第２の移動体電極に加える極性とは異なる極性
の電圧を加える構成にしている。また、第２の固定体電
極および第２の移動体電極の少なくとも一方の表面に絶
縁膜(3) を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロアクチュエー
タなどに利用される支持機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、静電力は静電チャックなどの応用
例でもわかるように、反発力を使うよりも静電吸引力を
利用した方法が用いられている。静電力が電極間の距離
の自乗に反比例するため、電極間の距離を限りなく近づ
けるとコンパクトでシンプルな機構で比較的大きな力が
得られるためである。この静電力を用いて、アクチュエ
ータ等を支持する場合、静電吸引力によって吊り上げる
方式では浮上体の自重と静電吸引力を釣り合わせねばな
らない。そのためには位置センサと組み合わせて電極間
の印加電圧を高速に制御することが必要になるため、反
発力による支持が望ましい。その例として図４に示すよ
うな微少空気すきま（空隙と呼ぶ）を介して対向する電
極間に同じ極性の電圧を与える方法が考えられる。その
解析例として、印加電圧が１００Ｖの時の空隙に対する
反発力を電界解析により計算した例を図４に示す。空気
すきまが２μｍの時の単位面積あたりの反発力は、４．
２６×１０^-6Ｎ／ｍｍ² であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが，静電吸引力
によって吊り上げる方式では、電極間の距離が近づく
程、吸引力が増大するため、非接触支持を考えた場合、
電極間距離の制御が難しいといった問題や接触した時の
摩擦力増大の問題があった。また、反発力による支持の
方式による場合でも電極周囲に発生する電界が弱く、そ
の結果反発力も非常に小さくなり、実用的でないという
問題点があった。そこで、本発明は静電反発力を用い
て、小型で反発力が大きく、かつ制御性のよい支持機構
を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め，本発明は基体の表面に設けた第１の固定体電極と第
１の固定体電極の上に絶縁体または強誘電体を設けさら
に、その上に第２の固定体電極を設けた固定体と、固定
体と微少空隙を介して配置され、その対向する面に基体
の表面に第１の移動体電極と第１の移動体電極の上に絶
縁体または強誘電体を設けさらに、その上に第２の移動
体電極を設けた移動体とを備え、第２の固定体電極と第
２の移動体電極との間に同極性の電圧を加え、第１の固
定体電極および前記第１の移動体電極には第２の固定体
電極および第２の移動体電極に加える極性とは異なる極
性の電圧を加える構成にしている。また、第２の固定体
電極および第２の移動体電極の少なくとも一方の表面に
絶縁膜を設けている。

【０００５】

【作用】上記手段により、固定体および移動体のいずれ
も第１の電極と第２の電極の間隔が小さくなるため、そ
の間に設けた絶縁体または強誘電体の分極が大きくなる
ので、第２の電極に帯電する同じ極性の電荷密度が高く
なり、反発力が大幅に向上する。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を図を用いて詳述する。図１
は本発明に用いた静電力支持機構のモデルを示す断面図
である。図において、１は固定体、２は移動体、３は絶
縁膜、４は電源である。固定体１は絶縁物からなる基体
１１上に第１の固定体電極１２１を設けさらに、絶縁体
１３を設けその上に第２の移動体電極１２２を設けさら
にその上に絶縁膜３で被覆している。移動体２は固定体
と同様に、絶縁物からなる基体２１上に第１の移動体電
極２２１を設けさらに、絶縁体２３を設けその上に第２
の移動体電極２２２を設けている。したがって、固定体
電極および移動体電極とも、それぞれ、第１の電極と第
２の電極とは電気的に絶縁されている。いま、第１の固
定体電極１２１に−電位または０電位を与え、第２の固
定体電極１２２に＋電位を与えると、第２の固定体電極
１２２には＋の電荷が励起される。同様に第１の移動体
電極２２１に−電位または０電位を与え、第２の移動体
電極２２２に＋電位を与えると、第２の移動体電極２２
２には＋の電荷が励起される。したがって、空隙あるい
は絶縁体を介して対向する第２の固定体電極１２２と第
２の移動体電極２２２同じ極性の電荷が励起さているた
め、両電極間に反発力が働くことになる。図２に電極間
の空隙と反発力との関係について解析を行った結果を示
す。この時の条件は絶縁体の膜厚を２μｍ、比誘電率を
３．６、電極間の空隙Ｇを２μｍ、印加電圧を１００Ｖ
とした。単位面積あたりの反発力は１．０４×１０^-2Ｎ
／ｍｍ^-2であるという結果を得た。この結果、従来例に
比べて約４桁の出力向上ができることがわかった。空隙
Ｇが１０μｍでは６００×１０^-6Ｎ／ｍｍ² であり、約
３００倍に増加した。また、電圧と空隙Ｇをパラメータ
とした時の解析結果を図３に示す。これより、移動体の
重量によって印加電圧を適宜調整すれば目的とする浮上
量を得ることができる。なお、本実施例では絶縁体１
３、２３の膜厚を２μｍとし、比誘電率を３．６とした
が、さらに、薄くしたり強誘電体の比誘電率を高くする
ことにより、反発力を増加できる。

【０００７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、反
発力が大きいため、コンパクトで、かつ浮上量を自由に
調整できる制御性のよい非接触の支持機構を提供できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電反発支持方式のモデルを示す断面
図である。

【図２】図１における電極間ギャップＧと反発力との関
係を示す図である。

【図３】図１のモデルにおいて印加電圧をパラメータと
して電極間の空隙Ｇと反発力との関係を示す図である。

【図４】従来の反発支持機構のモデルを示す断面図であ
る。

【図５】図４における電極間の空隙Ｇと反発力との関係
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 固定体 ３ 絶縁膜 １１ 基体 ４ 電源 １２ 固定体電極 Ｇ 固定体
と移動体間の空隙 １２１ 第１の固定体電極 １２２ 第２の固定体電極 １３ 絶縁体 ２ 移動体 ２１ 基体 ２２ 移動体電極 ２２１ 第１の移動体電極 ２２２ 第２の移動体電極 ２３ 絶縁体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 晃治 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電気の反発力を利用した支持機構であっ
   て、基体の表面に設けた第１の固定体電極と前記第１の
   固定体電極の上に絶縁体または強誘電体を設けさらに、
   その上に第２の固定体電極を設けた固定体と、前記固定
   体と微少空隙を介して配置され、その対向する基体表面
   に前記第１の移動体電極と前記第１の移動体電極の上に
   絶縁体または強誘電体を設けさらに、その上に第２の移
   動体電極を設けた移動体とを備え、前記第２の固定体電
   極と前記第２の移動体電極との間に同極性の電圧を加
   え、前記第１の固定体電極および前記第１の移動体電極
   には前記第２の電極に印加した極性とは異なる極性の電
   圧を加えることを特徴とする静電力による支持機構。
2. 【請求項２】前記第２の固定体電極および前記第２の移
   動体電極の少なくとも一方の表面に絶縁膜を設けたこと
   を特徴とする請求項１記載の静電力による支持機構。