JPH10122809A - Spherical actuator - Google Patents

Spherical actuator

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Publication number
JPH10122809A
JPH10122809A JP28254696A JP28254696A JPH10122809A JP H10122809 A JPH10122809 A JP H10122809A JP 28254696 A JP28254696 A JP 28254696A JP 28254696 A JP28254696 A JP 28254696A JP H10122809 A JPH10122809 A JP H10122809A
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JP
Japan
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spherical
electrode
spherical body
capacitance
actuator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP28254696A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Sakai
信明 酒井
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Publication of JPH10122809A publication Critical patent/JPH10122809A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the rotary angle of a spherical body accurately by a compact and simple configuration by arranging an electrode plate for constituting a capacitance in a space that is formed at an area to an electrode part while the capacitance opposes the electrode part provided on the surface of the spherical body. SOLUTION: A spherical body 10 that is supported so that it can rotate freely is formed nearly spherically of insulation material such as ceramic and a shaft part 11 is connected to an upper surface. A nearly square electrode film 12 is applied to the lower surface of the spherical body 10 and electrode plates 13-16 that are divided into four portions are arranged at the lower part of the electrode film 12. The electrode plates 13-16 form a concentric spherical shape with the spherical part of the spherical body 10 and the gap between the electrode plates 13-16, and the spherical body 10 is constant, thus a capacitance is constituted between the electrode film 12 and the electrode plates 13-16. A capacitance detection circuit detects the capacitance between the electrode film 12 and the electrode plates 13-16, and each output CA, CB, CC, CD, and G are supplied to an operation circuit, thus the rotary angle of the spherical body 10 is calculated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、球面体の回転角度
検出機能を有する球面アクチュエータに関する。
The present invention relates to a spherical actuator having a function of detecting a rotation angle of a spherical body.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信や半導体関連分野では、微
細な光部品や半導体を高精度に組み立てるために、マイ
クロマニピュレータが必要とされている。そのため、マ
イクロマニピュレータに適用され球面体を回転自在に支
持した球面アクチュエータにおいては、球面体の回転角
を精度良くコントロールするために球面体の回転角度を
高精度に検出する必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of optical communications and semiconductors, a micromanipulator is required to assemble fine optical components and semiconductors with high accuracy. Therefore, in a spherical actuator which is applied to a micromanipulator and rotatably supports a spherical body, it is necessary to detect the rotational angle of the spherical body with high accuracy in order to control the rotational angle of the spherical body with high accuracy.

【0003】従来の球面アクチュエータにおける回転角
度の検出方法が、特開平06−210585号公報に開
示されている。これは、球面アクチュエータに歪検出子
を取り付けた二つの屈曲素子を屈曲方向に互いに直交す
るよう接続し、球面体が回転すると、球面体の回転方向
および回転角度に応じて二つの屈曲素子の一方あるいは
両方が屈曲し、その屈曲量を歪検出子により検出するこ
とで、球面体の回転方向および回転角度を検出する方法
である。また、球面体の底部に切欠部を設けており、そ
の切欠部に対向させた電極を配置し、球面体と電極との
間で構成された静電容量を検出することにより、球面体
の回転方向および回転角度を検出する方法である。
A method of detecting a rotation angle in a conventional spherical actuator is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H06-210585. This is because two bending elements with a strain detector attached to a spherical actuator are connected so as to be orthogonal to each other in the bending direction, and when the spherical body rotates, one of the two bending elements according to the rotation direction and the rotation angle of the spherical body. Alternatively, both are bent, and the amount of bending is detected by a strain detector, thereby detecting the rotation direction and rotation angle of the spherical body. In addition, a notch is provided at the bottom of the spherical body, and an electrode facing the notch is arranged, and by detecting a capacitance formed between the spherical body and the electrode, the rotation of the spherical body is performed. This is a method of detecting a direction and a rotation angle.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の方法では、歪ゲージによる屈曲素子の変
形を検出するために、二つの直交している屈曲素子の一
端が支持部材に固定接続されている。そのため、アクチ
ュエータの発生トルクを減少させることになる。また、
歪ゲージ温度ドリフトや貼り方によってアクチェータの
特性が変化しやすく、高精度に検出することが難しい。
また、同公報に提案された静電容量による検出法は、セ
ンサーの出力が非線形になっているため、検出精度が良
くないという問題がある。本発明の目的は、小型軽量か
つ簡単な構成で、球面体の回転角度を高精度に検出でき
る球面アクチュエータを提供することにある。
However, in the conventional method as described above, in order to detect the deformation of the bending element by the strain gauge, one end of two orthogonal bending elements is fixedly connected to the support member. ing. Therefore, the torque generated by the actuator is reduced. Also,
The characteristics of the actuator tend to change depending on the strain gauge temperature drift and how to attach it, making it difficult to detect with high accuracy.
Further, the detection method using capacitance proposed in the publication has a problem that the detection accuracy is not good because the output of the sensor is non-linear. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a spherical actuator capable of detecting the rotation angle of a spherical body with high accuracy with a small size, light weight, and simple configuration.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の球面アクチュエータは以下の
如く構成されている。 (1)本発明の球面アクチュエータは、絶縁体で形成さ
れた球面体を回転自在に支持させた球面アクチュエータ
において、前記球面体の表面上に設けられた電極部と、
この電極部に対向するよう設けられ、前記電極部とのな
す空間に静電容量を構成するよう配置された電極板と、
から構成されている。 (2)本発明の球面アクチュエータは上記(1)に記載
のアクチュエータであり、かつ前記電極部を前記球面体
の底部表面上に設け、かつ前記球面体の球面部分と同心
球面状をなすよう曲成された二組の前記電極板を前記電
極部に対向させ、互いに直交するよう配置した。 (3)本発明の球面アクチュエータは上記(1)に記載
のアクチュエータであり、かつ前記電極部を前記球面体
側面上に互いに直交するよう二つ設け、前記球面体の球
面部分と同心球面状をなすよう曲成された一対の前記電
極板を一組づつ各前記電極部に対向するよう前記球面体
の回転方向に沿って配置した。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems and achieve the object, a spherical actuator of the present invention is constituted as follows. (1) A spherical actuator according to the present invention is a spherical actuator in which a spherical body made of an insulator is rotatably supported, and an electrode unit provided on a surface of the spherical body;
An electrode plate provided so as to face the electrode portion and arranged to constitute a capacitance in a space formed by the electrode portion;
It is composed of (2) The spherical actuator according to the present invention is the actuator according to the above (1), wherein the electrode portion is provided on a bottom surface of the spherical body and curved so as to form a concentric spherical shape with the spherical portion of the spherical body. The two sets of the formed electrode plates were opposed to the electrode portions, and were arranged so as to be orthogonal to each other. (3) The spherical actuator according to the present invention is the actuator according to the above (1), wherein two electrode portions are provided on the side surface of the spherical body so as to be orthogonal to each other, and have a spherical shape concentric with the spherical portion of the spherical body. A pair of the electrode plates bent so as to be formed are arranged along the rotation direction of the spherical body so as to face each of the electrode portions one by one.

【0006】上記手段を講じた結果、それぞれ次のよう
な作用が生じる。 (1)本発明の球面アクチュエータによれば、球面体の
表面上に設けられた電極部に対向し、前記電極部とのな
す空間に静電容量を構成するよう電極板を配置したの
で、前記球面体が回転すると前記球面体に設けられた前
記電極部と前記電極板との間の静電容量が変化するた
め、この静電容量を検出することにより前記球面体の回
転方向と回転角度を検出することができる。
[0006] As a result of taking the above measures, the following operations occur. (1) According to the spherical actuator of the present invention, since the electrode plate is arranged so as to form an electrostatic capacity in a space formed between the electrode unit and the electrode unit provided on the surface of the spherical body and the electrode unit. When the spherical body rotates, the capacitance between the electrode portion provided on the spherical body and the electrode plate changes, and by detecting this capacitance, the rotation direction and the rotation angle of the spherical body are changed. Can be detected.

【0007】このように、従来のように歪ゲージによる
屈曲素子の変形を検出することがなく、また静電容量を
検出する際、センサーの出力が非線形になることがない
ので、高精度で安定した前記球面体の回転方向および回
転角度の検出を行なえ、球面アクチュエータを高精度に
制御することができる。また、構造的に簡単であるた
め、構成をコンパクトに収めることができ、小型軽量の
球面アクチュエータを製作することができる。これは、
特にマイクロアクチュエータの位置決め制御の際有効に
なる。 (2)本発明の球面アクチュエータによれば、前記電極
部を前記球面体の底部表面上に設け、かつ前記球面体の
球面部分と同心球面状をなすよう曲成された二組の前記
電極板を前記電極部に対向させ、互いに直交するよう配
置したので、球面アクチュエータをより一層簡単に構成
できる。 (3)本発明の球面アクチュエータによれば、前記電極
部を前記球面体側面上に互いに直交するよう二つ設け、
前記球面体の球面部分と同心球面状をなすよう曲成され
た一対の前記電極板を一組づつ各前記電極部に対向する
よう前記球面体の回転方向に沿って配置したので、前記
球面体の底部が前記電極部や前記電極板に覆われること
なく露出されるため、前記球面体を底部から支持するこ
とが多い球面アクチュエータとして当該球面アクチュエ
ータを有効に活用できる。
As described above, since the deformation of the bending element by the strain gauge is not detected unlike the prior art, and the output of the sensor does not become non-linear when detecting the capacitance, high accuracy and stability are achieved. By detecting the rotation direction and rotation angle of the spherical body, the spherical actuator can be controlled with high accuracy. In addition, since it is structurally simple, the configuration can be made compact, and a small and lightweight spherical actuator can be manufactured. this is,
This is particularly effective for positioning control of the microactuator. (2) According to the spherical actuator of the present invention, two sets of the electrode plates are provided such that the electrode portion is provided on the bottom surface of the spherical body and is curved so as to be concentric with the spherical portion of the spherical body. Are arranged so as to be opposed to the electrode portion and orthogonal to each other, so that the spherical actuator can be configured more easily. (3) According to the spherical actuator of the present invention, two electrode portions are provided on the side surface of the spherical body so as to be orthogonal to each other,
Since a pair of the electrode plates curved so as to form a concentric spherical shape with the spherical portion of the spherical body are arranged along the rotational direction of the spherical body so as to face each of the electrode portions, one set of the spherical body is formed. Is exposed without being covered by the electrode portion or the electrode plate, the spherical actuator can be effectively used as a spherical actuator that often supports the spherical body from the bottom.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態に係る球面アクチュエータの主要部を示す図であり、
(a)は上面図、(b)は側面図、(c)は下面図であ
る。
(First Embodiment) FIG. 1 is a view showing a main part of a spherical actuator according to a first embodiment of the present invention.
(A) is a top view, (b) is a side view, and (c) is a bottom view.

【0009】図1に示す球面アクチュエータでは、球面
体10が図示しない適当な支持部材により回転自在に支
持されている。球面体10は、セラミック等の絶縁材に
よりほぼ球体状に形成されており、その上面にはアーム
等の出力部を取り付けるための軸部11が連結されてい
る。
In the spherical actuator shown in FIG. 1, a spherical body 10 is rotatably supported by a suitable support member (not shown). The spherical body 10 is formed in a substantially spherical shape by using an insulating material such as ceramics, and a shaft portion 11 for attaching an output unit such as an arm is connected to an upper surface thereof.

【0010】また、球面体10の下面には電極膜12が
塗布されており、この電極膜12の形状はほぼ正方形を
なしている。電極膜12の下方には、球面体10の下半
球を包み込むように四分割された電極板13、14、1
5、16が配置されている。これにより、電極膜12と
各電極板13、14、15、16との間に静電容量が構
成される。そして、各電極板13、14、15、16と
球面体10とのなす空間がエアギャップまたは絶縁膜等
により絶縁されている。
On the lower surface of the spherical body 10, an electrode film 12 is applied, and the shape of the electrode film 12 is substantially square. Below the electrode film 12, electrode plates 13, 14, 1 and 4 divided into four so as to enclose the lower hemisphere of the spherical body 10.
5 and 16 are arranged. Thereby, a capacitance is formed between the electrode film 12 and each of the electrode plates 13, 14, 15, 16. The space between each of the electrode plates 13, 14, 15, 16 and the spherical body 10 is insulated by an air gap or an insulating film.

【0011】なお、電極板13、14、15、16は球
面体10の球面部分と同心球面状をなすよう曲成されて
おり、電極板13、14、15、16と球面体10との
間のギャップが一定になっている。また、電極板13、
14、15、16は、各々隣接するものとなす間隔が等
間隔になるよう配置されている。
The electrode plates 13, 14, 15, and 16 are curved so as to form a concentric spherical surface with the spherical portion of the spherical body 10, and are located between the electrode plates 13, 14, 15, 16 and the spherical body 10. The gap is constant. Also, the electrode plate 13,
14, 15, and 16 are arranged such that the intervals between adjacent ones are equal.

【0012】図2は、図1に示した球面アクチュエータ
の角度検出測定回路の構成を示すブロック図である。こ
の角度検出測定回路において、静電容量検出回路30、
31、32、33は、各々演算回路34に接続されてい
る。静電容量検出回路30、31、32、33は、電極
膜12と各電極板13、14、15、16との間の静電
容量をそれぞれ検出し出力するものである。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the angle detection and measurement circuit of the spherical actuator shown in FIG. In this angle detection measurement circuit, the capacitance detection circuit 30,
Each of 31, 32, and 33 is connected to the arithmetic circuit. The capacitance detection circuits 30, 31, 32, and 33 detect and output the capacitance between the electrode film 12 and each of the electrode plates 13, 14, 15, and 16, respectively.

【0013】静電容量検出回路30、31、32、33
からの各出力CA,CB,CC,CD,Gは、それぞれ
図1の(C)に示すCA,CB,CC,CD,Gに通じ
ている。そして、静電容量検出回路30、31、32、
33からの各出力SCA,SCB,SCC,SCDは、
演算回路34に供給される。そして、演算回路34では
下式(1)(2)に示す演算を行ない、球面体10のθ
X方向の回転角度φxとθY方向の回転角度φyを算出
する。
The capacitance detecting circuits 30, 31, 32, 33
1 are connected to CA, CB, CC, CD, and G shown in FIG. 1C, respectively. Then, the capacitance detection circuits 30, 31, 32,
Each output SCA, SCB, SCC, SCD from 33 is
It is supplied to the arithmetic circuit 34. Then, the arithmetic circuit 34 performs the operations shown in the following equations (1) and (2), and calculates the θ of the spherical body 10.
The rotation angle φx in the X direction and the rotation angle φy in the θY direction are calculated.

【0014】 φx=k{(SCA+SCB)−(SCC+SCD)} …(1) φy=k{(SCA+SCD)−(SCB+SCC)} …(2) 次に、球面体10の回転角度を検出する原理すなわち上
記式(1)(2)が導かれる過程を説明する。まず、電
極膜12と各電極板13、14、15、16とが重なっ
ている部分の面積がそれぞれ等しい状態(初期状態)か
ら、球面体10がθX方向にφx回転したものとする。
このとき、球面体10の半径をa、電極膜12の一辺の
長さをLとし、各電極板間の距離を無視できるものとす
ると、電極膜12と各電極板13、14、15、16と
が重なっている部分の各面積SA、SB、SC、SD
は、下式(3)(4)で表される。
Φx = k {(SCA + SCB) − (SCC + SCD)} (1) φy = k {(SCA + SCD) − (SCB + SCC)} (2) Next, the principle of detecting the rotation angle of the spherical body 10, that is, The process of deriving equations (1) and (2) will be described. First, it is assumed that the spherical body 10 has been rotated by φx in the θX direction from a state (initial state) in which the areas where the electrode film 12 and the electrode plates 13, 14, 15, 16 overlap each other have the same area (initial state).
At this time, assuming that the radius of the spherical body 10 is a, the length of one side of the electrode film 12 is L, and the distance between the respective electrode plates can be ignored, the electrode film 12 and the respective electrode plates 13, 14, 15, 16 Each area SA, SB, SC, SD of the part where
Is represented by the following equations (3) and (4).

【0015】 SA=SB=L/2(L/2+a・φx) …(3) SC=SD=L/2(L/2−a・φx) …(4) また、静電容量は電極の面積に比例することから、電極
膜12と各電極板13、14、15、16との間の静電
容量SCA、SCB、SCC、SCDは、比例定数をk
1とすると下式(5)〜(8)で表される。
SA = SB = L / 2 (L / 2 + a · φx) (3) SC = SD = L / 2 (L / 2−a · φx) (4) The capacitance is the area of the electrode. Therefore, the capacitances SCA, SCB, SCC, and SCD between the electrode film 12 and each of the electrode plates 13, 14, 15, and 16 are proportional to k.
If it is set to 1, it is represented by the following equations (5) to (8).

【0016】 SCA=k1×SA=k1・L/2(L/2+a・φx) …(5) SCB=k1×SB=k1・L/2(L/2+a・φx) …(6) SCC=k1×SC=k1・L/2(L/2−a・φx) …(7) SCD=k1×SD=k1・L/2(L/2−a・φx) …(8) よって、下式(9)が導かれる。SCA = k1 × SA = k1 · L / 2 (L / 2 + a · φx) (5) SCB = k1 × SB = k1 · L / 2 (L / 2 + a · φx) (6) SCC = k1 × SC = k1 · L / 2 (L / 2−a · φx) (7) SCD = k1 × SD = k1 · L / 2 (L / 2−a · φx) (8) 9) is derived.

【0017】 (SCA+SCB)−(SCC+SCD)=k1・2・a・L・φx …(9) 上式(9)は、式(1)により回転角度φxを求めるこ
とができることを示している。
(SCA + SCB) − (SCC + SCD) = k1 · 2 · a · L · φx (9) Expression (9) indicates that the rotation angle φx can be obtained by expression (1).

【0018】また、θY方向についても同様に、式
(2)により回転角度φyを算出することができる。こ
れら式(1)、(2)から分かるように、演算回路34
の演算結果が回転角度に比例している。したがって、第
1の実施の形態の球体アクチュエータによれば、球面体
の回転角度および回転方向を高精度に検出することが可
能になる。
Similarly, in the θY direction, the rotation angle φy can be calculated by equation (2). As can be seen from these equations (1) and (2), the arithmetic circuit 34
Is proportional to the rotation angle. Therefore, according to the spherical actuator of the first embodiment, the rotation angle and the rotation direction of the spherical body can be detected with high accuracy.

【0019】(第2の実施の形態)図3は、本発明の第
2の実施の形態に係る球面アクチュエータの主要部を示
す図であり、(a)は上面図、(b)は側面図、(c)
は下面図である。図3に示す球面アクチュエータでは、
球面体10が図示しない適当な支持部材により回転自在
に支持されている。球面体10は、セラミック等の絶縁
材によりほぼ球体状に形成されており、その上面にはア
ーム等の出力部を取り付けるための軸部11が連結され
ている。
(Second Embodiment) FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a main part of a spherical actuator according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a top view and FIG. 3B is a side view. , (C)
Is a bottom view. In the spherical actuator shown in FIG.
The spherical body 10 is rotatably supported by a suitable support member (not shown). The spherical body 10 is formed in a substantially spherical shape by using an insulating material such as ceramics, and a shaft portion 11 for attaching an output unit such as an arm is connected to an upper surface thereof.

【0020】また、球面体10の下面には電極膜12が
塗布されており、この電極膜12の形状はほぼ正方形を
なしている。電極膜12の下方には、球面体10の下半
球に沿って2組の電極板21、22および23、24が
互いに直交するように配置されている。これにより、電
極膜12と各電極板21、22、23、24との間に静
電容量が構成される。そして、各電極板21、22、2
3、24と球面体10とのなす空間がエアギャップまた
は絶縁膜等により絶縁されている。
An electrode film 12 is applied to the lower surface of the spherical body 10, and the shape of the electrode film 12 is substantially square. Below the electrode film 12, two sets of electrode plates 21, 22 and 23, 24 are arranged so as to be orthogonal to each other along the lower hemisphere of the spherical body 10. Thereby, a capacitance is formed between the electrode film 12 and each of the electrode plates 21, 22, 23, 24. Then, each of the electrode plates 21, 22, 2
The space formed between the spherical bodies 3 and 24 and the spherical body 10 is insulated by an air gap or an insulating film.

【0021】なお、電極板21、22、23、24は球
面体10の球面部分と同心球面状をなすよう曲成されて
おり、電極板21、22、23、24と球面体10との
間のギャップが一定になっている。また、電極板13、
14、15、16は、各々隣接するものとなす間隔が等
間隔になるよう配置されている。
The electrode plates 21, 22, 23, and 24 are curved so as to form a concentric spherical surface with the spherical portion of the spherical body 10, and are located between the electrode plates 21, 22, 23, and 24 and the spherical body 10. The gap is constant. Also, the electrode plate 13,
14, 15, and 16 are arranged such that the intervals between adjacent ones are equal.

【0022】図4は、図3に示した球面アクチュエータ
の角度検出測定回路の構成を示すブロック図である。こ
の角度検出測定回路において、静電容量検出回路30、
31、32、33は、各々演算回路34に接続されてい
る。静電容量検出回路30、31、32、33は、電極
膜12と各電極板21、22、23、24との間の静電
容量をそれぞれ検出し出力するものである。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the angle detection and measurement circuit of the spherical actuator shown in FIG. In this angle detection measurement circuit, the capacitance detection circuit 30,
Each of 31, 32, and 33 is connected to the arithmetic circuit. The capacitance detection circuits 30, 31, 32, and 33 detect and output the capacitance between the electrode film 12 and each of the electrode plates 21, 22, 23, and 24, respectively.

【0023】静電容量検出回路30、31、32、33
からの各出力CX1,CX2,CY1,CY2、Gはそ
れぞれ図3の(C)に示すCX1,CX2,CY1,C
Y2、Gに通じている。そして、静電容量検出回路3
0、31、32、33からの各出力SCX1、SCX
2、SCY1、SCY2は演算回路44に供給される。
そして、演算回路44では下式(3)(4)の演算を行
ない、球面体10のθX方向の回転角度φxとθY方向
の回転角度φyを算出する。
Capacitance detection circuits 30, 31, 32, 33
Output signals CX1, CX2, CY1, CY2, and G are respectively CX1, CX2, CY1, and C shown in FIG.
It leads to Y2 and G. Then, the capacitance detection circuit 3
Each output SCX1, SCX from 0, 31, 32, 33
2, SCY1 and SCY2 are supplied to the arithmetic circuit 44.
The arithmetic circuit 44 calculates the following equations (3) and (4) to calculate the rotation angle φx in the θX direction and the rotation angle φy in the θY direction of the spherical body 10.

【0024】 φx=k(SCX1−SCX2) …(3) φy=k(SCY1−SCY2) …(4) これら式(3)、(4)は、上記第1の実施の形態に示
したと同様の過程で導くことができる。したがって、本
第2の実施の形態の球体アクチュエータによれば、球面
体の回転角度および回転方向を高精度に検出することが
可能になる。
Φx = k (SCX1-SCX2) (3) φy = k (SCY1-SCY2) (4) These expressions (3) and (4) are the same as those described in the first embodiment. Can be guided in the process. Therefore, according to the spherical actuator of the second embodiment, the rotation angle and the rotation direction of the spherical body can be detected with high accuracy.

【0025】(第3の実施の形態)図5は、本発明の第
3の実施の形態に係る球面アクチュエータの主要部を示
す図であり、(a)は上面図、(b)は正面図、(c)
は側面図である。図5に示す球面アクチュエータでは、
球面体10が図示しない適当な支持部材により回転自在
に支持されている。球面体10は、セラミック等の絶縁
材によりほぼ球体状に形成されており、その上面にはア
ーム等の出力部を取り付けるための軸部11が連結され
ている。
(Third Embodiment) FIGS. 5A and 5B are views showing a main part of a spherical actuator according to a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 5A is a top view and FIG. 5B is a front view. , (C)
Is a side view. In the spherical actuator shown in FIG.
The spherical body 10 is rotatably supported by a suitable support member (not shown). The spherical body 10 is formed in a substantially spherical shape by using an insulating material such as ceramics, and a shaft portion 11 for attaching an output unit such as an arm is connected to an upper surface thereof.

【0026】また、互いに直交する二方向の側面にはそ
れぞれ電極膜51、電極膜52が塗布されている。これ
ら電極膜51、電極膜52は、それぞれθX方向、θY
方向の角度を独立に検出するために円形の形状をなして
いる、そして、球面体10の球面部分と同心球面状をな
すように曲成された二対の電極板53、54および5
5、56が、それぞれ電極膜51、52の中心を通るθ
X方向、θY方向に沿い、球面体10との間のギャップ
が一定になるように配置されている。なお、電極板5
3,55は球面体10の上半球に沿って配置されてお
り、電極板54,56は球面体10の下半球に沿って配
置されている。
An electrode film 51 and an electrode film 52 are respectively applied to side surfaces in two directions orthogonal to each other. These electrode films 51 and 52 are respectively formed in the θX direction and the θY direction.
Two pairs of electrode plates 53, 54 and 5 which are circular in shape for independently detecting the angle of direction and are curved so as to be concentric with the spherical portion of the spherical body 10.
5 and 56 pass through the centers of the electrode films 51 and 52, respectively.
It is arranged along the X direction and the θY direction so that the gap with the spherical body 10 is constant. The electrode plate 5
3, 55 are arranged along the upper hemisphere of the spherical body 10, and the electrode plates 54, 56 are arranged along the lower hemisphere of the spherical body 10.

【0027】これにより、電極膜51と各電極板53、
54との間、および電極膜52と電極板55、56との
間にそれぞれ静電容量が構成されている。そして、各電
極板53、54、55、56と球面体10(電極膜5
1、52)とのなす空間がエアギャップまたは絶縁膜等
により絶縁されている。なお、本第3の実施の形態の球
面アクチュエータの動作原理は、上記第2の実施の形態
に示したもの同じであり、静電容量検出回路は図4に示
したものを用いる。
Thus, the electrode film 51 and each electrode plate 53,
, And between the electrode film 52 and the electrode plates 55 and 56. Then, each electrode plate 53, 54, 55, 56 and the spherical body 10 (electrode film 5
1, 52) are insulated by an air gap or an insulating film. The operation principle of the spherical actuator of the third embodiment is the same as that of the second embodiment, and the capacitance detection circuit shown in FIG. 4 is used.

【0028】本第3の実施の形態によれば、球面体10
の底部を電極膜や電極板が覆うことがなく露出すること
ができるいう点で、従来例および上記第1,第2の実施
の形態に示した構成と異なっている。よって、球面体を
底部から支持することが多い球面アクチュエータとして
有効に活用でき、当該球面アクチュエータにおける球面
体10の底部に圧電体が接するようにし、マイクロマニ
ピュレータを構成することができる。このように、本第
3の実施の形態の球体アクチュエータにおいても、球面
体の回転角度および回転方向を高精度に検出することが
可能になる。なお、本発明は上記各実施の形態のみに限
定されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施で
きる。
According to the third embodiment, the spherical body 10
Is different from the structures shown in the conventional example and the first and second embodiments in that the bottom of the first embodiment can be exposed without being covered by the electrode film or the electrode plate. Therefore, the micro-manipulator can be effectively used as a spherical actuator that often supports the spherical body from the bottom, and the piezoelectric body contacts the bottom of the spherical body 10 in the spherical actuator. As described above, also in the spherical actuator according to the third embodiment, the rotation angle and the rotation direction of the spherical body can be detected with high accuracy. The present invention is not limited to only the above embodiments, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the invention.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、小型軽量かつ簡単な構
成で、球面体の回転角度を高精度に検出できる球面アク
チュエータを提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a spherical actuator capable of detecting the rotation angle of a spherical body with high accuracy with a small, lightweight and simple configuration.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る球面アクチュ
エータの主要部を示す図であり、(a)は上面図、
(b)は側面図、(c)は下面図。
FIG. 1 is a diagram showing a main part of a spherical actuator according to a first embodiment of the present invention, where (a) is a top view,
(B) is a side view, (c) is a bottom view.

【図2】本発明の第1の実施の形態に係る球面アクチュ
エータの角度検出測定回路の構成を示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an angle detection and measurement circuit of the spherical actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態に係る球面アクチュ
エータの主要部を示す図であり、(a)は上面図、
(b)は側面図、(c)は下面図。
FIG. 3 is a diagram showing a main part of a spherical actuator according to a second embodiment of the present invention, where (a) is a top view,
(B) is a side view, (c) is a bottom view.

【図4】本発明の第2,第3の実施の形態に係る球面ア
クチュエータの角度検出測定回路の構成を示すブロック
図。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an angle detection and measurement circuit of a spherical actuator according to second and third embodiments of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施の形態に係る球面アクチュ
エータの主要部を示す図であり、(a)は上面図、
(b)は正面図、(c)は側面図。
FIG. 5 is a diagram showing a main part of a spherical actuator according to a third embodiment of the present invention, where (a) is a top view,
(B) is a front view, (c) is a side view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…球面体 11…軸部 12…電極膜 13〜16…電極板 21〜24…電極板 30〜33…静電容量検出回路 34…演算回路 44…演算回路 51…電極膜 52…電極膜 53〜56…電極板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Spherical body 11 ... Shaft part 12 ... Electrode film 13-16 ... Electrode plate 21-24 ... Electrode plate 30-33 ... Capacitance detection circuit 34 ... Operation circuit 44 ... Operation circuit 51 ... Electrode film 52 ... Electrode film 53 ~ 56 ... electrode plate

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁体で形成された球面体を回転自在に支
持させた球面アクチュエータにおいて、 前記球面体の表面上に設けられた電極部と、 この電極部に対向するよう設けられ、前記電極部とのな
す空間に静電容量を構成するよう配置された電極板と、 を具備したことを特徴とする球面アクチュエータ。
A spherical actuator rotatably supporting a spherical body formed of an insulator, comprising: an electrode portion provided on a surface of the spherical body; and an electrode provided to face the electrode portion; And an electrode plate disposed so as to form a capacitance in a space defined by the part.
【請求項2】前記電極部を前記球面体の底部表面上に設
け、かつ前記球面体の球面部分と同心球面状をなすよう
曲成された二組の前記電極板を前記電極部に対向させ、
互いに直交するよう配置したことを特徴とする請求項1
に記載の球面アクチュエータ。
2. The method according to claim 1, wherein the electrode portion is provided on a bottom surface of the spherical body, and two sets of the electrode plates curved so as to form a concentric spherical shape with the spherical portion of the spherical body face the electrode portion. ,
2. The device according to claim 1, wherein the components are arranged to be orthogonal to each other.
3. The spherical actuator according to item 1.
【請求項3】前記電極部を前記球面体側面上に互いに直
交するよう二つ設け、前記球面体の球面部分と同心球面
状をなすよう曲成された一対の前記電極板を一組づつ各
前記電極部に対向するよう前記球面体の回転方向に沿っ
て配置したことを特徴とする請求項1に記載の球面アク
チュエータ。
3. A pair of said electrode plates which are provided on the side surface of said spherical body so as to be orthogonal to each other and which are curved so as to form a concentric spherical shape with a spherical portion of said spherical body. The spherical actuator according to claim 1, wherein the spherical actuator is arranged along a rotation direction of the spherical body so as to face the electrode unit.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004520589A (en) * 2001-01-30 2004-07-08 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー Capacitive displacement sensor
JP2014119078A (en) * 2012-12-18 2014-06-30 Honda Motor Co Ltd Spherical actuator
CN104454962A (en) * 2014-12-01 2015-03-25 杭州电子科技大学 Ball hinge capable of detecting spatial revolution angle
WO2017057635A1 (en) * 2015-09-30 2017-04-06 Necエンベデッドプロダクツ株式会社 Multidirectional drive device, and automatic camera
CN104677257B (en) * 2015-02-05 2017-07-21 杭州电子科技大学 Precision ball hinge joint gap detection method based on sphere capacitance principle
CN109724632A (en) * 2019-01-24 2019-05-07 长春通视光电技术有限公司 Two-dimensional Surfaces capacitance-type encoder
JP2021501310A (en) * 2017-11-09 2021-01-14 ベバスト エスエーWebasto SE Motor positioning by capacitance measurement

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004520589A (en) * 2001-01-30 2004-07-08 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー Capacitive displacement sensor
JP2014119078A (en) * 2012-12-18 2014-06-30 Honda Motor Co Ltd Spherical actuator
CN104454962A (en) * 2014-12-01 2015-03-25 杭州电子科技大学 Ball hinge capable of detecting spatial revolution angle
CN104677257B (en) * 2015-02-05 2017-07-21 杭州电子科技大学 Precision ball hinge joint gap detection method based on sphere capacitance principle
WO2017057635A1 (en) * 2015-09-30 2017-04-06 Necエンベデッドプロダクツ株式会社 Multidirectional drive device, and automatic camera
JP2017067165A (en) * 2015-09-30 2017-04-06 Necエンベデッドプロダクツ株式会社 Multidirectional driving device and automatic camera
US10401711B2 (en) 2015-09-30 2019-09-03 Nec Embedded Products, Ltd. Multidirectional drive device, and automatic camera
JP2021501310A (en) * 2017-11-09 2021-01-14 ベバスト エスエーWebasto SE Motor positioning by capacitance measurement
CN109724632A (en) * 2019-01-24 2019-05-07 长春通视光电技术有限公司 Two-dimensional Surfaces capacitance-type encoder

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