JPH0634598B2 - Electrostatic type two-dimensional moving actuator - Google Patents

Electrostatic type two-dimensional moving actuator

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JPH0634598B2
JPH0634598B2 JP108987A JP108987A JPH0634598B2 JP H0634598 B2 JPH0634598 B2 JP H0634598B2 JP 108987 A JP108987 A JP 108987A JP 108987 A JP108987 A JP 108987A JP H0634598 B2 JPH0634598 B2 JP H0634598B2
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mover
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electrodes
actuator
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修司 山住
武 前波
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電磁式アクチュエータに比して発塵や発ガス
が少なく、クリーン中および真空中アクチュエータとし
て使用できる静電エネルギを機械エネルギに変換する機
器としての静電型二次元移動が可能なアクチュエータに
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention generates less dust and gas than an electromagnetic actuator and converts electrostatic energy that can be used as an actuator in clean and vacuum into mechanical energy. The present invention relates to an electrostatic type two-dimensionally movable actuator as a device.

〔従来の技術とその問題点〕[Conventional technology and its problems]

ある平面内において移動子を二次元移動させたい場合、
従来技術としては、 第1例・リニアモータまたはリニアパルスモータ 第2例・圧電アクチュエータ 第3例・リニアモータまたはリニアパルスモータと圧電
アクチュエータの組み合わせ などが駆動源として使用される。
If you want to move the mover two-dimensionally in a plane,
As a conventional technique, a first example, a linear motor or a linear pulse motor, a second example, a piezoelectric actuator, a third example, a linear motor or a combination of a linear pulse motor and a piezoelectric actuator is used as a drive source.

第4例として、発生トルクを電磁モータ並みに出すアイ
デアとしては第5図に示す特願昭61−73730(エ
レクトレットモータ)がある。この方式は金属と絶縁体
を等間隔に配設し、これらの表面に強誘電体をコーティ
ングして成る移動子とこの移動子板の裏表から移動子表
面に僅かに接触する可撓性を具えた少なくとも2対以上
の電極を備えたことを特徴とするエレクトレットモータ
である。
As a fourth example, there is Japanese Patent Application No. 61-73730 (electret motor) shown in FIG. This method is provided with a movable element in which a metal and an insulator are arranged at equal intervals, and a ferroelectric material is coated on the surface of the movable element, and flexibility such that the surface of the movable element is slightly in contact with the surface of the movable element. An electret motor having at least two pairs of electrodes.

さらに、第5例として、特開昭50−85813号がみ
られる。これは平面あるいは曲面上を任意に動ける駆動
機構であり、第6図は支持体上に接合されたエレクトレ
ットの集合体の一部の図、第7図はそのA−A′断面
図、第8図は電極体図、第9図は駆動用電気回路ブロッ
ク図を表わす。すなわち、分割され、各々が電気的に絶
縁され、単独に電荷を与えることのできる電極群63,
64,65と、分割されたエレクトレット61の集合体
66あるいはエレクトレット61を支持物体62に接合
した複合体とが相対し、分割された電極に電荷を与える
ことによって電極とエレクトレットの相対位置を移動さ
せる手段である。
Further, as a fifth example, JP-A-50-85813 can be seen. This is a drive mechanism that can move freely on a flat surface or a curved surface. FIG. 6 is a partial view of an electret assembly joined on a support, FIG. 7 is a sectional view taken along the line AA ′, and FIG. FIG. 9 shows an electrode body diagram, and FIG. 9 shows a drive electric circuit block diagram. That is, the electrode groups 63, which are divided, are electrically insulated from each other, and are capable of independently applying electric charge,
64, 65 and the aggregate 66 of the divided electrets 61 or the composite body in which the electrets 61 are joined to the supporting body 62 face each other, and the relative positions of the electrodes and the electrets are moved by giving an electric charge to the divided electrodes. It is a means.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、第1例のリニアモータまたはリニアパル
スモータでは、機器の小形・軽量化、薄形化に限度があ
り、精密な位置決めが必要な場合には部品の精密加工と
複雑なコントローラを要し、高価となる欠点がある。
However, with the linear motor or linear pulse motor of the first example, there is a limit to downsizing, weight reduction, and thinning of the device, and when precise positioning is required, precision machining of parts and a complicated controller are required, It has the drawback of being expensive.

第2例の圧電エクチュエータでは大きな発生力がある
が、変位量が小さいという欠点があり、粗動にはリニア
モータ等、微動には圧電アクチュエータの使用といった
ように組み合わせて使う第3例の場合が多い。この場合
も、電磁式モータがもつ上記の本質的な欠点は免れられ
ない。
The piezoelectric actuator of the second example has a large generating force, but has a drawback that the amount of displacement is small. In the case of the third example, which is used in combination, such as a linear motor for coarse movement and a piezoelectric actuator for fine movement. There are many. Also in this case, the above-mentioned essential drawbacks of the electromagnetic motor cannot be avoided.

静電気を駆動源とする最初の試みは18世紀前半と非常
に古い。それにもかかわらず、電界のエネルギ密度の限
度が磁界のそれに比べ2万分の1程度と非常に小さいた
め、モータとしての発生トルクを出すことができず現在
まで実用化された例がない。
The first attempt to use static electricity as a driving source is very old in the first half of the 18th century. Nevertheless, since the limit of the energy density of the electric field is very small, about 1 / 20,000 of that of the magnetic field, the generated torque as a motor cannot be produced, and there has been no practical application up to now.

また第4例では、金属と絶縁体を等間隔で一方向に配設
しているため、電極へ印加する電圧を順次切り換えて
も、一方向のみしか移動子は移動しない。すなわち、二
次元移動源としては利用できない。
Further, in the fourth example, since the metal and the insulator are arranged at equal intervals in one direction, even if the voltage applied to the electrodes is sequentially switched, the mover moves only in one direction. That is, it cannot be used as a two-dimensional moving source.

さらに、第5例では、これは小型の駆動機構であり、実
用的な具体的ツールとしての適用に疑問が残る。
Furthermore, in the fifth example, this is a small drive mechanism, and its application as a practical concrete tool remains questionable.

ここにおいて本発明は、従来例の難点を克服し、大きな
力が発生し、粗動,微動および平面内の二次元移動が可
能な静電型アクチュエータを提供することを、その目的
とする。
An object of the present invention is to provide an electrostatic actuator that overcomes the difficulties of the conventional example, generates a large force, and is capable of coarse movement, fine movement, and two-dimensional movement in a plane.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、 移動子は板状の絶縁体に、この絶縁体と厚さがほぼ等し
い複数の金属を所定の位置に埋込み、相互に固着すると
ともに、この絶縁体を金属から成る板の表面に強誘電体
の薄膜を作成し、可動自在に支承されて形成し、 固定子は、移動子を介挿する空隙を経て相対向し、空隙
方向に可撓性を有し、移動子表面に僅かに接触する少な
くとも2対以上の電極にて構成し、移動子の金属とその
金属の裏表に相対向して金属と所定の方向にそれぞれ離
間して位置する固定子電極とから成る静電型2次元移動
アクチュエータである。
According to the present invention, the mover is a plate-shaped insulator, and a plurality of metals having substantially the same thickness as the insulator are embedded at predetermined positions and fixed to each other, and the insulator is attached to the surface of the plate made of metal. A thin film of ferroelectric material is created and movably supported, and the stators face each other through a gap through which the mover is inserted. Electrostatic type 2 composed of at least two pairs of electrodes in contact with each other, and composed of a metal of the mover and a stator electrode facing the front and back of the metal and spaced apart from the metal in a predetermined direction. It is a dimension movement actuator.

〔作 用〕[Work]

固定子のある一つの電極に電圧を印加すると、その近辺
にある誘電率無限大の金属が吸引作用により電極と重な
り位置まで引き込まれ、移動子は移動する。
When a voltage is applied to one electrode having a stator, a metal having an infinite dielectric constant in the vicinity of the electrode is drawn to a position where it overlaps with the electrode due to a suction action, and the mover moves.

別の金属に印加電圧を切り換えると、同様にその近辺に
ある移動子の金属を引き込む。
Switching the applied voltage to another metal also draws in the metal of the moving element in the vicinity thereof.

本発明は、このようにして、固定子の電極に順次電圧を
切り換えることによって、これら電極とあらかじめ方向
と距離が設定して離されている移動子の金属部分を電極
と重なる位置まで次々に引き込んでくるので、粗動や微
動および二次元の移動があらかじめ設定された範囲内に
おいて可能となる。
According to the present invention, by sequentially switching the voltage to the electrodes of the stator in this manner, the metal parts of the mover, which are separated from the electrodes by setting the direction and distance in advance, are sequentially drawn to the position where they overlap the electrodes. Therefore, coarse movement, fine movement, and two-dimensional movement are possible within a preset range.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の一実施例における移動子の側断面図,平面図を
第1図(a),(b)、固定子の側面図,平面図を第2
図(a),(b)、アクチュエータ側断面図を第3図
(a)、上面からの断面図を第3図(b)に示す。
1A and 1B are side sectional views and a plan view of a mover according to an embodiment of the present invention, and a side view and a plan view of a stator are second view.
3 (a) and 3 (b), the actuator side sectional view is shown in FIG. 3 (a), and the sectional view from the upper surface is shown in FIG. 3 (b).

すべての図面において、同一符号は同一もしくは相当部
分を表わす。
In all the drawings, the same symbols represent the same or corresponding parts.

そして、第4図は固定子の4つの電極7,7,7
および7に印加電圧を切り換えたとき移動子の移動軌
跡図を示し、第4図(a)は電極7→7→7→7
に印加電圧を切り換えた場合であり、(b)はその電
極への印加電圧の順番を変えた場合つまり電極7→7
→7→7のときである。
FIG. 4 shows the four electrodes 7 a , 7 b , 7 c of the stator.
Shows a movement locus diagram mover and 7 when switching the applied voltage to the d, FIG. 4 (a) is electrode 7 a → 7 b → 7 c → 7
The case where the applied voltage is switched to d , and (b) shows the case where the order of the applied voltage to the electrode is changed, that is, the electrode 7 a → 7.
This is when c → 7 b → 7 d .

まず、第1図の移動子1において、アルミナセラミック
ス絶縁体2とこの絶縁体2と膨脹係数が同一の42%N
入り炭素鋼3が4箇所(3,3,3,3)絶
縁体2に厚さを同じくして埋込まれ、相互に固着されて
いる。さらにこの絶縁体2と金属3から成る板の表面
に、 B、T、O薄膜4がスパッタリングで形成されて
いる。
First, in the moving element 1 shown in FIG. 1, the alumina ceramic insulator 2 and the insulator 2 having the same expansion coefficient of 42% N
The carbon steel 3 containing i is embedded in the insulator 2 at four locations (3 a , 3 d , 3 c , 3 d ) with the same thickness and fixed to each other. Further on the surface of a plate made of the insulator 2 and the metal 3, B a, T i, O 3 thin film 4 is formed by sputtering.

第2図の固定子においては、可撓性を有するポリイミド
またはポリエステルフィルム6の片面に、第1図の移動
子と重ね合わせたとに金属と所定の方向と距離だけ離し
た位置にて金属と同じ表面積の4つの電極(7
,7,7)を接着もしくは蒸着などで形成す
る。
In the stator shown in FIG. 2, when the polyimide or polyester film 6 having flexibility is overlapped with the mover shown in FIG. Surface area of four electrodes (7 a ,
7 b , 7 c , 7 d ) are formed by adhesion or vapor deposition.

第3図の本発明によるアクチュエータは、第4図に表わ
す動作の2例につき、それぞれの固定電極に電圧を印加
する順序を変えたときの移動子の平面内に移動する軌跡
を示す。
The actuator according to the present invention in FIG. 3 shows the locus of movement in the plane of the mover when the order of applying the voltage to each fixed electrode is changed for the two examples of the operation shown in FIG.

例えば第4図(a)において、まず電極7に電圧を印
加すると第3図(b)から分かるように金属3は電極
の電荷で吸引されて完全に電極7と金属3が重
なるまで移動子1は移動する。
In example 4 (a), completely electrode 7 is attracted by the charge of the metal 3 a as seen from the application of a voltage Figure 3 (b) to the first electrode 7 a electrode 7 a a a metal 3 a The mover 1 moves until the two overlap.

次に電圧を電極7に切り換えると同様に電極7の電
荷の吸引作用で金属3が重なる位置まで引き込まれ
る。
Then it pulled to a position where the metal 3 b overlaps with the suction action of the charge likewise electrode 7 b when switching the voltage to the electrode 7 b.

引き続き電極7および電極7と印加電圧を切り換え
ることによって、第4図(a)に示す軌跡を移動子はた
どることになる。
Continued by switching the applied voltage to the electrode 7 c and the electrode 7 d, so that the trajectory shown in FIG. 4 (a) moving element is traced.

このように、複数の電極へ電圧を印加する順番を適当に
選定することによって、粗動,微動や、移動方向を種々
変えることができる。
As described above, by appropriately selecting the order in which the voltage is applied to the plurality of electrodes, the coarse movement, the fine movement, and the moving direction can be variously changed.

なお、この説明においては、説明を分かり易くするよう
に、電極7と吸引される金属3とは1対しか図示してい
ないが、発生力を大きくするために、第1図および第2
図に示す移動子および固定子を複数対にして、同時に電
圧を印加してもさしつかえない。
It should be noted that, in this description, only one pair of the electrode 7 and the attracted metal 3 is shown in order to make the description easy to understand, but in order to increase the generated force, the electrode 7 and the attracted metal 3 are shown in FIGS.
It does not matter if a plurality of pairs of the mover and the stator shown in the figure are applied and voltage is applied at the same time.

また、第1図および第2図では金属3および電極7を拡
大して図示しているが、最近の超LSIにおける微細加
工技術を適用すれば、電極の大きさは1μmまたはそれ
以下に成形することができるので、微小な位置決めも可
能である。
Further, although the metal 3 and the electrode 7 are shown in an enlarged manner in FIGS. 1 and 2, if the fine processing technology in the recent VLSI is applied, the size of the electrode is 1 μm or less. Therefore, fine positioning is possible.

本発明の他の実施例として、電極をマトリックス状に配
列することもできる。
As another embodiment of the present invention, the electrodes may be arranged in a matrix.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

かくして本発明によれば、あらかじめ複数の電極を移動
子の金属との距離および方向が離された範囲内におい
て、粗動,微動および二次元移動が可能な静電型アクチ
ュエータが実現され、この種装置としてその動作の確実
な信頼性の向上した、かつコストの低減された理想的な
アクチュエータを提供することができる。
Thus, according to the present invention, an electrostatic actuator capable of coarse movement, fine movement and two-dimensional movement is realized within a range in which a plurality of electrodes are separated from the metal of the moving element in the distance and direction in advance. As an apparatus, it is possible to provide an ideal actuator with surely reliable operation and improved cost and reduced cost.

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

第1図は本発明の一実施例における移動子の側断面図と
上面図、第2図は固定子の側面図と上面図、第3図はア
クチュエータの側断面図と上断面図、第4図は移動子の
移動軌跡図、第5図ないし第9図は従来例の説明図であ
る。 1……移動子、2……絶縁体、3,3,3,3
……金属、4……強誘電体、5……固定子、6……
可撓性絶縁体、7,7,7,7,7……電極。
FIG. 1 is a side sectional view and a top view of a mover in one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view and a top view of a stator, and FIG. 3 is a side sectional view and an upper cross section of an actuator. FIG. 5 is a movement locus diagram of the moving element, and FIGS. 5 to 9 are explanatory views of a conventional example. 1 ... mover, 2 ... insulator, 3, 3 a , 3 b , 3 c ,
3 d ... Metal, 4 ... Ferroelectric material, 5 ... Stator, 6 ...
Flexible insulator, 7, 7 a , 7 b , 7 c , 7 d ... Electrodes.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】板状の絶縁体に複数の金属を埋込み、相互
を固着するとともに、板の表面に強誘電体の薄膜を形成
し、可動自在に支承された移動子と、 移動子を介挿する空隙を経て相対向し、空隙方向に可撓
性を有し、移動子表面に僅かに接触する少なくとも2対
以上の電極を設けた固定子と、 をそれぞれ備え、 移動子を移動させる方向と距離だけ金属と電極を予め離
間させた構成にすることを特徴とする静電型二次元移動
アクチュエータ。
1. A plurality of metals are embedded in a plate-shaped insulator and fixed to each other, and a thin film of a ferroelectric is formed on the surface of the plate, and a movable element movably supported and a movable element are interposed. A direction in which the mover is moved, each of which has a stator provided with at least two pairs of electrodes that face each other through the space to be inserted, have flexibility in the direction of the space, and slightly contact the surface of the mover. An electrostatic type two-dimensional movement actuator characterized in that the metal and the electrode are preliminarily separated from each other by the distance.
JP108987A 1987-01-08 1987-01-08 Electrostatic type two-dimensional moving actuator Expired - Lifetime JPH0634598B2 (en)

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JPS63171173A JPS63171173A (en) 1988-07-14
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JPH02206376A (en) * 1989-02-02 1990-08-16 Hitachi Ltd Electrostatic type multidimensional actuator
JP2700992B2 (en) * 1993-10-28 1998-01-21 日本メクトロン株式会社 Planar micro-actuator

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