JPS63171173A - 静電型二次元移動アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔従来の技術とその問題点〕

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。

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。

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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第１例のり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。

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、粗動にはりニアモ
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。

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。

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。

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。

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。

〔問題点を解決するための手段〕

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、相互を固着すると
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。

〔作　用〕

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
る位置まで引き込まれ、移動子は移動する。

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。

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１、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。

〔実施例〕

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１
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。

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。

そして、第４図は固定子の４つの電極７ａ。

７　７　および７ｄに印加電圧を切り換えたとｂ’　　
　　ｃ き移動子の移動軌跡図を示し、第４図（ａ）は電極７ａ
→７ｂ→７ｏ→７ｄ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　、−１−７　、−ｗ　７　ｂ＝７、のとき
である。

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と膨張係数が同一の４２％Ｎ
、入り炭素鋼３が４箇所（３ａ。

３ｂ、３ｏ、３ｄ）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、 ＢａＴｉＯ３薄膜４がスパッタ！ルグで形成されている
。

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き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（７ａ、７
ｂ、７ｏ、７ｄ）を接着もしくは蒸着などで形成する。

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の移動する軌跡
を示す。

例えば第４図（ａ）において、まず電極７ａ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
７　の電荷で吸引されて完全に電ａ　　　　　　　　ａ 極７　と金属３　が重なるまで移動子１は移動すａ る。

次に電圧を電極７５に切り換えると同様に電極７　の電
荷の吸引作用で金属３ｂが重なる位置まで引き込まれる
。

引き続き電極７　および電極７ｄ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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

【図面の簡単な説明】

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訴面図、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、３．３ａ、３．。 ３ｏ、３．・・・金属、４・・・強誘電体、５・・・固
定子、６・・・可撓性絶縁体、７．７ａ、７．．７．．
７ｄ・・・電極。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第２図 （ａ）　７ａ　−’７ｂ　→１ｃ　−７ｄ／Ｃ （ｂ）　’７ａ　−７Ｇ−’７ｂ　−７ｄ／ｂ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。