JPH0965667A

JPH0965667A - 静電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH0965667A
Application number: JP21473495A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Koshikawa; 誉生越川; Takahiro Imamura; 孝浩今村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は静電力を駆動力とした静電アクチュ
エータに関し、大きな駆動力を得るのが容易で且つ可動
子の高精度な位置決めが可能な静電アクチュエータの提
供を目的とする。【解決手段】一定ピッチの複数の溝４及び電極６を有
する固定子２と、溝ピッチの整数倍のピッチで設けられ
る凸部１０を有する可動子８と、絶縁層５と、可動子８
と電極６の間に交互に電圧を印加する手段と、可動子８
を固定子２から遠ざかる方向に付勢する手段とから構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電力を駆動力と
した静電アクチュエータに関する。超小型化に適した新
規な磁気記憶装置が提案されており（例えば特開平５−
７３８５０号）、この種の装置における磁気記憶媒体或
いは磁気ヘッドの高精度な位置決めに適した静電アクチ
ュエータの実用化が要望されている。

【０００２】

【従来の技術】従来、絶縁体内に配線される複数の帯状
電極を有する固定子と、固定子上に摺動可能に配置され
る誘電体からなる可動子とを備え、帯状電極に印加する
電圧の切り換えにより可動子を移動させるようにした静
電アクチュエータが知られている。

【０００３】例えば三相電極として機能する上述の帯状
電極に交互に正負及び零電圧を印加することによって、
可動子の誘電体表面に電荷を発生させ、固定子及び可動
子間に反発力及び駆動力が発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
静電アクチュエータにあっては、駆動力となる吸引／反
発力が１つの平面上に並んだ帯状電極上の電荷によるた
め、大きな駆動力を得ることが困難であるという問題が
あった。

【０００５】また、誘電体からなる可動子が一様な形状
及び性質を有しているので、固定子の帯状電極によって
誘発される電荷密度の変化が緩やかになり、可動子の正
確な位置決めが困難であるという問題もあった。

【０００６】よって、本発明の目的は、大きな駆動力を
得るのが容易で且つ可動子の高精度な位置決めが可能な
静電アクチュエータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によると、表面に
一定のピッチで複数の溝が形成され、該複数の溝に沿っ
て設けられる複数の電極を有する固定子と、上記溝のピ
ッチの整数倍のピッチで設けられる上記溝に対応する形
状の複数の凸部を有し、少なくとも該凸部の一部は導体
からなる可動子と、上記固定子及び上記可動子の間に介
在する絶縁層と、上記可動子の導体と上記複数の電極の
それぞれとの間に交互に電圧を印加する第１の手段と、
少なくとも上記電圧が印加されていないときに上記可動
子を上記固定子から遠ざかる方向に付勢する第２の手段
とを備えた静電アクチュエータが提供される。

【０００８】本発明の構成によると、固定子の電極を溝
に沿って設けているので、電極と可動子の導体との間に
作用する吸引力の可動子進行方向の成分を駆動力として
用いることができるので、大きな駆動力を得ることがで
きる。また、可動子が固定子の溝に対応する形状の複数
の凸部を有しており、この凸部の一部は導体からなるの
で、可動子のステップ駆動が容易となり、可動子の高精
度な位置決めが可能になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に従って詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例を
示す静電アクチュエータの主要部の破断斜視図、図２は
同静電アクチュエータの主要部の平面図、図３は同静電
アクチュエータの配線図である。

【００１０】固定子２の表面には一定のピッチで複数の
溝４が形成されており、固定子２は、各溝に沿って設け
られる複数の電極６を有している。溝４上には、各電極
６を覆うようにこの実施例では一様の厚みの絶縁層５が
形成されている。

【００１１】この実施例では、溝４の形状は鋸歯状であ
るが、周期的な曲面形状の溝であってもよい。固定子２
上に着座する可動子８は、その下面に、固定子２の溝４
のピッチの整数倍のピッチで設けられる複数の凸部１０
を有している。凸部１０の形状は、溝４の形状に対応し
ており、この実施例では三角柱である。

【００１２】この実施例では、後述するように三相の駆
動電圧パルスが採用されるので、凸部１０の配列ピッチ
は溝４の配列ピッチの３倍である。凸部１０の少なくと
も一部分は、当該部分と電極６との間に電圧を印加する
ために、導体から形成される。この実施例では、可動子
８全体が導体から形成されている。

【００１３】少なくとも上述の電圧が印加されていない
ときに可動子８を固定子２から遠ざかる方向に付勢する
ために、この実施例では、可動子８の固定子２と反対の
側に背面電極１２が設けられている。背面電極１２と可
動子８との間には、常時或いは後述する特定のタイミン
グで電圧が印加される。背面電極１２はまた可動子８と
固定子２の間の最大間隔を決定する。

【００１４】図２によく示されるように、固定子２の溝
４及び電極６は、可動子８の進行方向Ａに対して直交す
るように配列されている。各溝４は互いに平行である。
図３に示されるように、固定子２の電極６は、端子１４
（＃１）に接続される複数の電極６（＃１）と、端子１
４（＃２）に接続される複数の電極６（＃２）と、端子
１４（＃３）に接続される複数の電極６（＃３）とを含
む。電極（＃１，＃２，＃３）はこの順序が繰り返され
るように配列されている。

【００１５】端子１４（＃１，＃２，＃３）は駆動回路
１６に接続される。駆動回路１６は、電極６（＃１，＃
２，＃３）へこの順序でまたは逆の順序で可動子８の進
行方向に応じて順次パルス電圧を供給する。

【００１６】導体からなる可動子８は接地され、背面電
極１２は端子１８を介して駆動回路１６に接続される。
図４はこの静電アクチュエータの駆動波形の例を示す図
である。端子１４（＃１，＃２，＃３）にはこの順序で
規則正しくパルス状電圧＋Ｖが供給され、この駆動パル
スの切り換えのタイミングを含む比較的小さなパルス幅
のパルス電圧が周期的に端子１８へ供給されている。

【００１７】このような駆動波形が与えられると、可動
子８は、電極６（＃１，＃２，＃３）の配列方向に進行
する。具体的な動作は次の通りである。先ず、端子１４
（＃１）を介して電極６（＃１）に電圧が印加されてい
るときには、可動子８の凸部１０は電極６（＃１）に吸
引されている。

【００１８】電極６（＃１）への電圧の印加が停止さ
れ、背面電極１２へ電圧が印加されると、可動子８は背
面電極１２に吸引されて一旦持ち上がる。続いて電極６
（＃２）へ電圧が印加されて背面電極１２への電圧の印
加が停止すると、可動子８の凸部１０は電極６（＃２）
に吸引されて、図３の右方向へ１ステップ移動する。

【００１９】電極６（＃２）への電圧の印加が停止して
背面電極１２へ電圧が印加されると、可動子８は背面電
極１２に吸引されて持ち上がる。そして、電極６（＃
３）へ電圧が印加されて背面電極１２への電圧の印加が
停止されると、可動子８の凸部１０は電極６（＃３）に
吸引されて、更に１ステップ駆動される。

【００２０】このような動作が繰り返されることによっ
て、可動子８は図３において右方向に１ステップずつ正
確に移動していく。このように本実施例においては、三
相のパルス電圧を電極６（＃１，＃２，＃３）へ順次印
加するようにしているので、所望の方向に可動子８を進
行させることができる。尚、可動子８を図３において左
方向へ進行させる場合には、図４の駆動波形における端
子１４（＃１）への印加電圧パルスと端子１４（＃３）
への印加電圧パルスとを逆にすればよい。

【００２１】この実施例では電圧パルスの印加のタイミ
ングによって３種類の電極群が採用されているが、４種
類以上の電極群を採用して同じように順次電圧パルスを
各電極群へ与えるようにしてもよい。３種類以上の電極
群を採用することによって、電圧パルスの印加順序に従
って可動子の駆動方向を確定することができる。

【００２２】この実施例では、各電極６はＶ字断面を有
しているので、可動子８を図３の左右方向に変位させる
のに必要な静電力を大きく採ることができる。即ち、従
来のような１つの平面上に位置する平坦な複数の帯状電
極が採用されている場合と比べて、電極６と可動子８の
凸部１０の間に作用する吸引力の図３における左右方向
の成分を有効に利用することができるので、大きな駆動
力を得ることができるのである。

【００２３】この実施例では、電極６（＃１，＃２，＃
３）への電圧の印加の切り換えタイミングに合わせて背
面電極１２へパルス状の電圧を印加しているが、ＤＣ電
圧を背面電極１２へ供給しておき常時可動子８を付勢す
るようにしてもよい。尚、この場合には、直流電圧の大
きさは各電極６へ印加するパルス状電圧で発生する吸引
力よりも小さな力を発生するように設定される。

【００２４】この実施例では、絶縁層５が固定子２に設
けられているが、絶縁層は可動子８に設けられていても
よい。また、絶縁層を固定子２又は可動子８に固定せず
に、可撓性フィルム等からなる絶縁層を固定子２及び可
動子８間に介在させるようにしてもよい。絶縁層を用い
ているのは、固定子２の電極６と可動子８の凸部１０の
導体とが短絡することを防止するためである。

【００２５】図５は本発明の第２実施例を示す静電アク
チュエータの主要部の構成図である。この実施例では、
可動子８′の本体は絶縁体からなり、その下面には固定
子２の溝４と同ピッチで凸部１０′が形成されている。
そして、凸部１０′には２つ置きにＶ字断面の導体２０
が設けられている。各導体２０は接地される。

【００２６】固定子２における電極６（＃１，＃２，＃
３）の配置形態は第１実施例におけるのと同様である。
固定子２上には絶縁層は形成されておらず、この実施例
では、可動子８′の凸部１０′に沿って均一厚みの絶縁
層５′が設けられている。

【００２７】この実施例においても、第１実施例におけ
るのと同様に背面電極１２及び駆動回路１６が設けられ
ているが、その図示は省略されている。この実施例にお
ける動作原理は第１実施例におけるものと同じであるの
で、その説明を省略する。

【００２８】本実施例によっても、可動子８′の進行方
向に応じて各電極６（＃１，＃２，＃３）へ順次パルス
電圧を供給することによって、可動子８′を所望の方向
に位置決め精度よく駆動することができる。

【００２９】また、第１実施例におけるのと同様にＶ字
断面の電極形状を採用しているので、可動子の大きな駆
動力を得ることができる。図６は本発明の第３実施例を
示す静電アクチュエータの主要部の構成図である。この
実施例は、第１実施例と対比して、均一な厚みでない絶
縁層５”が用いられている点で特徴づけられる。

【００３０】絶縁層５”は、固定子２の溝４を充填して
平坦面を形成するように設けられている。可動子８その
他の構成は第１実施例と同じである。この実施例による
と、可動子８を駆動するに際して、可動子８と固定子２
の間の突起部同士の接触を回避することができ、突起部
の破損を防止することができる。また、固定子２におけ
る溝等に塵等が付着することが防止され、可動子８の位
置決め精度を長期間に渡って維持することができる。

【００３１】尚、可動子８の凸部１０によって形成され
る凹部に絶縁層を充填して、可動子８の下面が平坦にな
るようにしてもよい。図７の（Ａ）は本発明の第４実施
例を示す静電アクチュエータの主要部の平面図、図７の
（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ方向矢視図である。

【００３２】この実施例は、可動子８を固定子２から遠
ざかる方向に付勢するために、固定子２に固定され可動
子８に摺動可能に接触する板状バネ２２を用いている点
で特徴づけられる。

【００３３】板状バネ２２は概略直方体形状の可動子８
の進行方向両サイドに沿ってそれぞれ複数ずつ設けられ
ている。この実施例によると、第１実施例における背面
電極１２及び背面電極１２へ電圧を印加する手段が不要
になるので、構成が簡単で薄型化に適した静電アクチュ
エータの提供が可能になる。

【００３４】尚、図示はしないが、可動子を固定子から
遠ざかる方向に付勢するために、可動子に固定され固定
子に摺動可能に接触するバネを用いてもよい。図８は本
発明の第５実施例を示す静電アクチュエータの主要部の
平面図である。この実施例は、第１実施例（特に図２参
照）と対比して、固定子２の溝４をそれぞれ図中の左右
部分に分割し、溝４の左部分と右部分とがそれぞれ可動
子８の進行方向に対して同じ角度だけ傾斜するようにし
ている点で特徴づけられる。これに伴い、溝４に沿って
形成される電極及び可動子８の凸部の配置形態も溝４に
対応したものになっている。

【００３５】溝４の左部分及び右部分の傾斜角は可動子
８の進行方向に対して例えば１５度乃至４５度の範囲に
ある。この実施例によると、可動子８を駆動するに際し
て可動子８の進行方向に対して垂直な方向に可動子８が
固定子２の電極の左部分及び右部分から均等に力を受け
るので、可動子８の左右の振れを抑制して可動子８の安
定した直線駆動力を得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
大きな駆動力を得るのが容易で且つ可動子の高精度な位
置決めが可能な静電アクチュエータの提供が可能になる
という効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す静電アクチュエータ
の主要部の斜視図である。

【図２】本発明の第１実施例を示す静電アクチュエータ
の主要部の平面図である。

【図３】本発明の第１実施例を示す静電アクチュエータ
の配線図である。

【図４】本発明の第１実施例における駆動波形の例を示
す図である。

【図５】本発明の第２実施例を示す静電アクチュエータ
の主要部の構成図である。

【図６】本発明の第３実施例を示す静電アクチュエータ
の主要部の構成図である。

【図７】本発明の第４実施例を示す静電アクチュエータ
の主要部の平面図（Ａ）及びＢ方向部矢視図（Ｂ）であ
る。

【図８】本発明の第５実施例を示す静電アクチュエータ
の主要部の平面図である。

【符号の説明】

２可動子４溝５，５′，５” 絶縁層６電極８可動子１０凸部１２背面電極１６駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に一定のピッチで複数の溝が形成さ
れ、該複数の溝に沿って設けられる複数の電極を有する
固定子と、上記溝のピッチの整数倍のピッチで設けられる上記溝に
対応する形状の複数の凸部を有し、少なくとも該凸部の
一部は導体からなる可動子と、上記固定子及び上記可動子の間に介在する絶縁層と、上記可動子の導体と上記複数の電極のそれぞれとの間に
交互に電圧を印加する第１の手段と、少なくとも上記電圧が印加されていないときに上記可動
子を上記固定子から遠ざかる方向に付勢する第２の手段
とを備えた静電アクチュエータ。
【請求項２】上記複数の電極は、第１の端子に接続さ
れる複数の第１の電極と、第２の端子に接続される複数
の第２の電極と、第３の端子に接続される複数の第３の
電極とを含み、該第１乃至第３の電極はこの順序が繰り返されるように
配列され、上記可動子の導体は接地され、上記第１の手段は、上記第１乃至第３の端子へこの順序
で又は逆の順序で上記可動子の進行方向に応じて順次パ
ルス電圧を供給する請求項１に記載の静電アクチュエー
タ。
【請求項３】上記可動子の上記固定子と反対の側に設
けられる背面電極をさらに備え、上記第２の手段は、上記可動子の導体と上記背面電極の
間に電圧を印加する手段を含む請求項１に記載の静電ア
クチュエータ。
【請求項４】上記第２の手段は、上記固定子及び上記
可動子のいずれか一方に固定され他方に摺動可能に接触
するバネを含む請求項１に記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】上記絶縁層は上記固定子に固定され上記
溝を充填して平坦面を形成する請求項１に記載の静電ア
クチュエータ。