JPS6395868A - 静電アクチユエ−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］ 本発明は静電力を用いて可動子を移動させる静電アクチ
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。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述の問題点を解決し、小型かつ構成の簡単な
廉価なアクチュエータを提供することを目的として成さ
れたものである。

［問題点を解決するための手段］ 上述の目的を達成するため、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、前記固
定子の電極は相毎に積層構造とする。

［作用］ 以上の構成において、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って前記可
動子を８勤させる。

［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図は本発明に係る一実施例の斜視図であり、図中、
１は固定子で、その表面には後述するφＡ相電極パター
ン１０が形成されている。そして、該φＡ相電極パター
ン１０の上面に、該φＡ相電極パターン１０と他の電極
パターン（φＢ相電極パターン１２）とを絶縁するφＡ
ｌｊ！ｍ＠ｘ１を形成する。そして、φＡ絶縁膜１１上
にφＡ相電極パターン１０と所定位置関係と成るように
φＢ相電極パターン１２を形成する。その上に更にφＢ
相電極パターン１２と他の電極パターン（φＣ相電極パ
ターン１４）とを絶縁するφＢ絶縁膜１３を形成する。

そして、φＢ絶縁膜１３上にφＡ相電極パターン１０と
所定位置関係と成るようにφＣ相電極パターン１４を形
成する。

３つの相電極にはＣｒが用いられており、これを蒸着し
、フォトリソ・エツチングにより形成している。この電
極はＣｒ以外にも、Ａｇ、Ａｕ。

Ａ見、Ｃｕ等の各種導電性金属を用いても、又、放電に
よりパターンがとけないようＴｉ、Ｔａ（タンタル）等
の高融点金属により、パターニングしてもよい。また、
絶縁膜はＡＪ１２０３（アルミナ）、５ｉＯｚ、ＳｉＮ
ｘ　（窒化シリコン）等の通常の薄膜絶縁物でよく、又
、有機系のポリアミド等を用いてもよい。最上相のφＣ
相電極パターン１４は、電極剥き出しのままでもよいが
、ｉ＝極の保護のために更にその上に絶縁膜を形成する
のが望ましい。

これらの各相の電極パターンは、互いに一定間隔と成る
ように積層されており、パターン幅３０μｍ、各相のパ
ターンピッチ２４０μｍ、ＩＷ接する相とのパターンの
間隔は５０μｍに形成し、絶縁膜の厚さは０．５〜２μ
ｍ程度に形成される。そして固定子１の最上面の電極と
可動子３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３
上に発生するトルクはより大きなものとなる。

本実施例においては、固定子１にはソーダ石灰、硼珪酸
、石英等の各種ガラス材料や各種セラミックス材料等を
使用すればよい。又、これ以外でも絶縁性のあるもので
あれば、フエーノール樹脂、ポリカーボネイト等の有機
材料のバルク材であってもよい。

また、３は誘電体より成る可動子であり、本実施例では
可動子３としてガラスを用いている。この可動子は誘電
率６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、固定子１と同様の
材料で形成できる。

この可動子３と固定子１間は、不図示の両者を所定間隙
に保持するための保持手段により一定間隙に保たれ、図
の矢印Ａ又は矢印Ｂ方向に移動可能に構成されている。

また、４は固定子１表面の電極に所定の電圧を印加する
ための駆動回路であり、駆動回路４よりはφＡ、φＢ、
φＣの３相の駆動出力があり、それぞれφＡ相はφＡ相
電極パターン１０に、φＢ相はφＢ相電極パターン１２
に、φＣ相はφＣ相電極パターン１４にそれぞれ接続さ
れている。

この駆動回路４による電極への電圧印加タイミングを第
２図（ａ）、（ｂ）に示す、ここで第２図（ａ）は各相
（各電極）にＯＶ／＋ＶＶのパルス状電圧を印加した場
合、第２図（ｂ）は＋Ｖ／−■の交流電圧を印加した場
合を示している。

φＡ、φＢ、φＣの各相に第２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、可
動子３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入方向に追従する
駆動力が働く。第２図（ｂ）に示す交流電圧を印加して
も同様である。

但し、相順はＡ、Ｑ、Ｂ、λ、Ｃ１百、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）に可動子３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信相でも構わない。

固定子１の各電極と駆動回路４間の接続は、ケーブル１
５を介して各相毎に１本の信号線でそれぞれ接続されて
おり、φＡ、−φＢ、φＣの各相の信号電圧を印加して
いる。

第３図に示すように各電極パターンを多層配線としない
で、各電極パターン毎に１木の信号線を割り当て、多数
の信号ケーブル８ａ、８ｂ、８ｃ等で駆動回路４と接続
した場合には、固定子１の電極数分の配線が必要であり
、信号線の構成も複雑であり、コストも高くなってしま
う、これに比し、第１図のように配線した場合には、配
線すべき信号線は電極相数分の３木で済む、また、第３
図の配線方法を避けるため、固定子１上に、信号線数を
減らすための電極パターンを配設することも考えられる
が、このためには、固定子１の大きさが大きくなるか、
可動子３駆動用の電極パターンが小さくなることは避け
られず、体積当りの出力が小さくなってしまう、これら
の場合に比しても第１図の実施例は優れているものであ
る。

第１図に示す固定子１と可動子３を、所定間隔に保持す
る保持手段を備えた本発明に係る他の実施例を、第４図
（Ａ）、（Ｂ）に示す。

ここでは、固定子１と可動子３との間隙を挟めるため、
固定子１をベース２０に固定し、ベース２０上の固定子
１外方部にリテーナ２２ａ。

２２ｂを配設し、リテーナ２２ａ、２２ｂ内に一定間隙
で非導電性のボール２３を保持している。

なお、第５図（Ａ）においては、固定子１表面の多層電
極は不図示としているが、第１図と同様に配設されてい
る。ボール２３はその直径から（固定子１＋多層電極）
分の厚みを差し引いた距離に電極表面と可動子３とのギ
ャップを保持する。

以上の構成によりボール２３の良好な転勤状態を維持し
つつ固定子１上の多層電極面と可動子３との間の間隙を
狭くすることができる。この間隙はボール２３の大きさ
に影響される。しかし、ボール２３が良好に転勤するた
めには、ある程度の大きさがあったほうがよく、このた
め本例ではボール２３の外径８００μｍｓ（固定子１＋
多層電極）の厚さ７９０μｍとし、間隙１０μｍを実現
している。

なお、以上の説明は全て可動子の片側に固定子があるも
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。

以上説明したように、固定子の電極をバターニングで作
成ししかも多層構造とし、可動子として誘電材料を用い
、ボールを介して支持することにより以下に示すような
効果が得られる。

（１）電極をバターニングで作成するとともに、固定子
と可動子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が可能である。

（３）可動子として、エレクトレットのような特殊な材
料は必要なく、ガラスやフェノール樹脂のような安価な
誘電材料でよい。

（４）部分的に誘電材料をつけるか、電極をバターニン
グすることにより、カードやシートそのものを可動子と
するような搬送システムを構築できる。

（５）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。

（６）固定子上の電極を第１図の如く配線することによ
り、固定子と駆動回路間の配線の占める割合が極小とな
り、体積当りの出力の大きなものとすることができると
共に、配線数も相数分でよく、低コストの静電アクチュ
エータとすることができる。

［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、また、電極配線も非常に簡単なものと
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の斜視図、第２図（ａ）
、（ｂ）は本実施例の電極駆動タイミングチャート、 第３図は固定子上の電極配線例を示す図、第４図（Ａ）
は本発明に係る更に他の実施例の一部切欠斜視図、 第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）のＡ−Ａ面断面図である。 図中、１・・・固定子、３・・・可動子、４・・・駆動
回路、８ａ〜８ｃ、１５・・・配線ケーブル、１０・・
・φＡ相電極パターン、１１．１３・・・絶縁膜、１２
・・・φＢ相電極パターン、１４・・・φＣ相電極パタ
ーン、２０・・・ベース、２２ａ、２２ｂ・・・リテー
ナ、２３・・・ボールである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記固
   定子の電極は相毎に積層構造とすることを特徴とする静
   電アクチュエータ。
2. （２）電極の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。