JPS6395858A

JPS6395858A - 静電アクチユエ−タ

Info

Publication number: JPS6395858A
Application number: JP24124186A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yano; 哲哉矢野; Yasuhiko Ishiwatari; 恭彦石渡; Satoshi Yuasa; 聡湯浅; Masato Niibe; 正人新部; Tomoji Komata; 小俣　智司; Hiroshi Yoneda; 弘米田; Nobuo Watanabe; 信男渡辺; Hiroyasu Nose; 博康能瀬; Eigo Kawakami; 英悟川上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-10-13
Filing date: 1986-10-13
Publication date: 1988-04-26

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］本発明は静電力を用いて可動子を穆勤させる静電アクチ
ュエータに関するものである。

［従来の技術］従来のアクチュエータは主として電磁力を利用したもの
であり、その特質上電磁コイルや永久磁石等を備えなけ
ればならず、構造が複雑で、また消費電力も非常に大き
いものであった。このため、アクチュエータよりの発熱
量も大きかった。

このため、これらの点を解決するため、電磁力に変えて
静電力を利用したものとして、エレクトレットを用いた
同期モータ（例えば実開昭５７−９８１９１号等）が提
案されている。このような静電力を利用したアクチュエ
ータの駆動力は、印加電圧（Ｖ）の２乗に比例し、固定
子と可動子間距離（ｄ）に反比例することがわかってい
る。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、エレクトレットタイプのアクチュエータは特殊
なエレクトレットを用いなければならず、電機子を小型
化するのは難かしく、電極の大きさや距１１１ｊｉｄに
ついても充分考慮されているとは言えないものであった
。

更にエレクトレットの作成には、特殊な工程が必要なた
めコストアップが避けられなかった。

［問題点を解決するための手段］本発明は上述の問題点を解決することを目的として成さ
れたもので、小型かつ構成の簡単な扉側なアクチュエー
タを提供するため本発明の一実施例は以下の構成を備え
る。

即ち、複数の電極を所定の間隔で配設した固定子と、該
固定子の電極配設面と一定の間隙をおいて相対的に移動
可能な誘電材料からなる可動子とから構成され、該可動
子の少なくとも前記電極対向表面の話電率が所定間隔で
変化するよう構成する。

［作用］以上の構成において、電極に順次電圧を印加し、電極よ
り発生する電界を穆動させることによって、該電極によ
り可動子に蓄積される電荷との静電作用により当該可動
子を回転させる。

〔実施例］以下、図面を参照して本発明に係る一実施例を詳細に説
明する。

［第１実施例］第１図は本発明に係る一実施例の分解斜視図であり、第
２図はその断面図である。

図中１はＨｚＭ体より成るロータであり、ロータ１には
回転軸２の軸線より放射状に所定間隔の切り欠き部１ａ
が配設されている。

この切り欠き部１ａを備えるロータ１の正面図を第３図
（Ａ）に、その断面図を第３図（Ｂ）に示す。

本実施例ではロータ１はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛
）により構成されている。なお、このロータ１はＰＺＴ
に限るものではなく、表面抵抗率が約１ｏ１１〜１０１
３程度の微弱な導電性を有する話電体であればよく、チ
タン酸バリウム等でもよい。更に、フェノール樹脂やガ
ラス等で形成することもできる。

２はロータ１の軸着された回転軸であり、上板５に設け
られた軸受７と下板６に設けられた軸受８とにより回動
可能に軸支されている。

なお、ロータ１は厚さ０．４ｍｍ、直径６６ｍｍであり
、回転Ｉ［ｌ１２は直径１．５ｍｍである。

下板６上面のロータ１対向面には基板４が積層されてお
り、基板４のロータ対内面には電極パターン３が配設さ
れている。この電極は、ロータ１の回転軸２の軸線に対
して放射状に所定の間隔となるよう蒸着して形成してい
る。

この電極のバターニングはエツチング等、種々の方法を
取ることができる。なお、電８ｉ３にはＣｒを用いてい
るが、Ａｇ、Ａｕ、Ａｎ、Ｃｕ等の各種導電性金属を用
いてパターニングしてもよく、放電による電極の溶融を
防ぐためＴｉやＴａ（タンタル）等の高融点金属を用い
てもよい。

本実施例では上板５、下板６及び基板４はガラスにより
構成されている。しかし、これらはガラスに限るもので
はなく、絶縁性のあるものであればプラスチックスやセ
ラミックス等であってもよい。

このロータ１と基板４、上板５間は、スペーサ及びネジ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄと軸受７，８により所定間隙に
保持され、図の矢印Ａ又は矢印Ｂ方向に回動可能に構成
されている。

本実施例においては、電極３の平均パターン幅ｉｎｍ、
パターンピッチ２ｍｍに形成し、電極３とロータ１、ロ
ータ１と上板５との間隔は共に０．２５ｍ　ｍとしてい
る。そして、各電極には、駆動回路１０よりφＡ１１．
φＢ１２．φＣ１３の３相の電圧が印加され、基板４上
に回転電界を発生させてロータ１を回転させている。

この電極パターンピッチ及び間隙を微小化することによ
り、ロータ１上に発生するトルクはより大きなものとな
る。

この駆動回路１０による電極３への電圧印加タイミング
を第４図（ａ）、（ｂ）に示す。ここで第４図（ａ）は
各相（各電極）に（ＯＶ／＋Ｖ）■のパルス状電圧を印
加した場合、第４図（ｂ）は（＋Ｖ／−Ｖ）の交流電圧
を印加した場合を示している。φＡ１１．φＢ１２．φ
Ｃ１３の各相に第４図（ａ）に示すようなパルス状の電
圧（横軸は時間ｔを表わす）を加えると、第１図の矢印
Ａの方向に移動電界が発生する。すると、ロータ１にこ
の移動電界により電荷が誘起され、移動電界に対しであ
るすべりをもって同じ矢印Ａ方向に追従する駆動力が働
く。この状態を第５図（ａ）（ｂ）に示す。

ここで、電極３ａに例えば“−”電位が印加されると、
該電５３ａと対向するロータ１面上に電極３ａの印加電
圧と逆の極性をもった電荷２１（この場合には“＋”電
荷）がロータ１上の微弱な導電性により、局所的にチャ
ージされる。この状態時に電極３ａに印加される電位が
変化しく相が切り変わり）、第５図矢印２２のような電
気力線が生じると、力Ｆ＝ｑＥ　（ｑ　；ロータの表面
電荷、Ｅ；電気力線の回転方向の電界の強さ）が働き、
回転力が生じることになる。これは第４図（ｂ）の交流
電圧を印加しても同様である。

但し、相順はＡ、ご、Ｂ、λ、Ｃ９百、Ａ・・・（−”
は１８０＠位相のずれたものを意味する）が望ましい、
逆方向（矢印Ｂ方向）にロータ１を動かすには、印加電
圧の相順を逆にしてやればよく、実施例の場合、３相の
うちの２相を入れ換えてやればよい。また、相数は移動
電界を発生させられるものであれば何相でも構わない。

このとき、ロータ１には切り欠き部１ａが配設されてお
り、これによりロータ１の切り欠き部１ａの無い場合と
比し、単位面積当りの実効誘電率が低くなり、表面の実
効電気抵抗が高くなる。

このロータ１に切り込み部１ａを設けたことにより、ロ
ータ１の電極３よりの電気力線により発生する電荷より
得られる回転トルクが大きくなり、効率のよい静電アク
チュエータを提供することができる。

更に、ロータ１の切り込み部１ａに変え、切り込み凹部
を備える構成としても、同様の効果が得られる。

この切る込み凹部を備える例を第６図に示す。

図中３１が切り込み凹部である。

また、ロータ１の切り欠き部１ａ又は切り込み凹部３１
の形状は、第３図（Ａ）に示す形状に限定されるもので
はなく、種々のパターンとすることができる。このロー
タ１の切り欠き部１ａ又は切り込み凹部３１の種々のパ
ターンの例を第７図（Ａ）〜（Ｃ）に示す。なお、第７
図（Ｂ）は第７図（Ａ）のパターンピッチを細かくした
ものである。第７図に示すように、電極３のパターンと
ロータ１の切り欠き部１ａ又は切り込み凹部３１のパタ
ーンとを非並行としたため、電極３とロータ１との位置
関係に係わらず、電極３対向面には一定の溝等があり、
非常に滑らかな回転が得られる。

なお、以上の説明は全てロータの片側対向面にのみ電極
パターンがあるもので行なったが、両側にあってももち
ろん構わない。両側式とすることで駆動力を２倍にする
ことができる。

［第２実施例］以上の説明は駆動軸２を中心に円運動を行なうモータ構
造の静電アクチュエータについて説明したが、本発明は
これに限るものではなく、ロータ１に変え、可動子が平
行穆勤するタイプの静電アクチュエータに使用すること
もできる。この可動子が平行移動するタイプの静電アク
チュエータを第８図に示す。

図中、５１は固定子でその表面に電極５２が形成されて
いる。本実施例においては、固定子５１にはガラスを使
用し、その表面に電極パターンを蒸着して形成している
。この電極のバターニングはエツチング等、種々の方法
を取ることができる。また、固定子５１及び電極５２は
第１図の基板４及び電８ｉ３と同一材料でよい。

また、５３は誘電体より成る可動子であり、本実施例で
は可動子５３としてガラスを用いている。この可動子５
３は誘電率が低く（例えばε＝１〜１０程度が望ましい
）、また、抵抗値の高いものであればよく、フェノール
樹脂等で形成することもできる。この可動子５３の固定
子５１対向面には、切り込み欠き部５４が配設されてい
る。

この切り欠き部５４の配設された可動子５３の平面図を
第９図に示す。この切り欠き部５４のパターンも、電極
５２と平行なものでも、また、第７図（Ｃ）に示すよう
なパターン等種々のパターンとすることができる。なお
、このパターンを切り欠き部５４でなく切り込み凹部と
してもよいことはもちろんである。このパターンを第９
図に示すように、電極５３のパターンと非並行とすると
、電極５３と可動子５１との位置関係に係わらず、電極
対向面には一定の溝等があり、非常に滑らかな回転が得
られる。

本実施例においては、電極５２のパターン幅を３０μｍ
、パターンピッチを８０μｍに形成し、固定子５１と可
動子５３との間の間隙は１０μｍとしている。このパタ
ーンピッチ及び間隙を微小化することにより、可動子５
３上に発生するトルクはより大きなものとなる。

また、１０は固定子５１の電極５２に所定の電圧を印加
するための駆動回路であり、第１図と同様構成のため説
明を省略する。

駆動回路４よりは図示の如く第１図と同様に、φＡ１１
．φＢ１２．φＣ１３の３相の駆動出力があり、各相は
順次第４図のタイミングチャート図示の如く交互に電極
５２に接続されている。

以上説明したように、基板４等の電極をバターニングで
作成し、ロータ１又は可動体５３として誘電材料を用い
ることにより、以下に示すような効果が得られる。

（１）電極をパターニングで作成するとともに、基板等
とロータ等のギャップの微小化により、小型で薄形のア
クチュエータが可能となる。

（２）ギャップの微小化に伴い、印加電圧が低減でき、
より消費電力の少ないアクチュエータとできる。

（３）ロータとして、ニレクトレットのような特殊な材
料は必要なく、ＰＺＴやガラス、フェノール樹脂のよう
な安価な誘電材料でよい。

（４）静電力で駆動するため、消費電力が極めて少なく
て済み、ジュール熱による発熱のおそれもない。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、特殊な材料でなく
、安価な誘電材料によって低消費電力の静電アクチュエ
ータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の分解斜視図、第２図は
第１図に示す本実施例の断面図、第３図（Ａ）は本実施
例のロータの平面図、第３図（Ｂ）は本実施例のロータ
の断面図、第４図（ａ）、（ｂ）は本実施例の電極駆動
タイミングチャート、第５図（ａ）、（ｂ）は本実施例の回転力発生メカニズ
ムを説明する図、第６図は本発明に係る他の実施例のロータの断面図、第７図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係る他の実施例のロー
タの平面図、第８図は本発明に係る更に他の実施例の斜視図、第９図は第８図に示す可動子の平面図である。図中、１・・・ロータ、ｌａ、５４・・・切り欠き部、
２・・・回転軸、３．５２・・・電極、４・・・基板、
５・・・上板、６・・・下板、７．８・・・軸受、９ａ
〜９ｄ・・・スペーサ及びネジ、１０・・・駆動回路、
２１・・・電荷、２２・・・電気力線、３１・・・切り
込み凹部、５１・・・固定子、５３可動子である。特許出願人　　　　　キャノン株式会社第１図第２図（Ａ）第３図第４図第５図（ＣＩ）第５図　（ｂ）第６図第７図手続補正口（自発）昭和６１年１２月　１日特　　許　　庁　　長　　官　　殿１、事件の表示特願昭６１−２４１２４１号２、発明の名称静電アクチュエータ３、補正をする者コ１を件との関係　　特許出願人東京都大田区下丸子３丁目３０番２号（１００）　　　キャノン株式会社代表者　賀来龍三部４、代　　　理　　　人　　　〒１０５東京都港区虎ノ
門１−２−１２明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面６、補正の内容（１）　明細書第６頁第９行目の「約１０′１〜１０１
３」を「約１０１１〜１０１３Ω」と補正する。（２）明細書第９頁第２行目のｒ　（ＯＶ／＋Ｖ）Ｊを
’　（０／＋Ｖ）Ｊと補正する。（３）　明細書第９頁第４行目の’　（＋Ｖ／−Ｖ）Ｊ
をｒ　（＋　Ｖ　／　−Ｖ　）　Ｖ　Ｊと補正する。（４）明細書第１０頁第３行目の「第５図」を「第５図
（ｂ）」と補正する。（５）明細書第１１頁第１１行目の「切る込み」を「切
り込み」と補正する。（６）明細書第１２頁第６行目「非並行」をを「非平行
」と補正する。（７）　明細書第１４頁第１４行目の「回転が得られる
」を「移動が可能となる」と補正する。（８）明細書第１５頁第８行目の「４より」を「１０か
ら」と補正する。（９）第１図及び第５図（ａ）、第５図（ｂ）を別紙の
通り補正する。第１図ｌａ第５図ＣＧ）ｄ第５図　（ｂ〕

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の電極を所定の間隔で配設した固定子と、該
固定子の電極配設面と一定の間隙をおいて相対的に移動
可能な誘電材料からなる可動子とから構成され、該可動
子の少なくとも前記電極対向表面の誘電率が所定間隔で
変化するよう構成し、前記固定子の電極に順次電圧を印
加し、電極よりの発生電界を移動させることによつて前
記可動子を移動させるようにしたことを特徴とする静電
アクチュエータ。
（２）電極は互いに複数相に接続され、該相毎に印加す
る電圧を変化させて可動子を移動させることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の静電アクチュエータ。
（３）可動子表面の誘電率は、該可動子表面に所定間隔
で切り込み溝を配設して変化させることを特徴とする特
許請求の範囲第１項又は第２項記載の静電アクチュエー
タ。
（４）可動子表面の誘電率は、該可動子表面に所定間隔
で切り欠き部を配設して変化させることを特徴とする特
許請求の範囲第１項又は第２項記載の静電アクチュエー
タ。
（５）可動子は出力軸を備え、固定子に該出力軸を軸支
する軸支手段と前記可動子との対向面に出力軸の軸線に
対して放射状に所定間隔で配列された複数の電極とを備
えることを特徴とする特許請求の範囲第１項より第４項
のいずれかに記載の静電アクチュエータ。