JPH04112683A

JPH04112683A - 静電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH04112683A
Application number: JP22800890A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Funakubo; 朋樹舟窪
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-04-14

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、静電気力を用いた駆動源として利用できる静
電アクチュエータに関する。

〔従来の技術〕

最近、位置決め装置等の駆動源として、薄型。

小型、軽量化を図ることができる静電駆動方式の静電ア
クチュエータが用いられるようになってきた。

この種の静電アクチュエータは、一般に第７図に示すよ
うに、絶縁体内に帯状の電極１が複数形成された固定子
２と、この固定子２上に載置され絶縁体３と高抵抗体４
とからなる移動子５と、固定子２の各電極に多相電圧を
供給する電圧供給回路（不図示）とから構成されている
。

このように構成された静電アクチュエータは、各固定子
電極１に第７図（ａ）に示すような例えば三相の電圧が
印加される。そして、電圧印加開始から所定時間経過す
ると、同図（ｂ）に示すように、各固定子電極１にそれ
ぞれ対向した位置の抵抗体４と絶縁体３の界面に電荷が
誘導される。

この電荷は図中点線で表した位置に置いた仮想的な電荷
で置き換えることができる（仮想電荷の原理）。次に、
電荷が誘導された状態で、各固定子電極コ−に印加する
電圧の極性を同図（ｃ）に示すように変化させると、固
定子電極１の電荷は瞬時に変化するが、移動子５に誘導
されている電荷は抵抗体４の抵抗に妨げられて変化が遅
れる。その結果、同図（ｃ）に示すように固定子２側と
移動子５側の対向位置に同極性の電荷が存在することに
なる。このような状態が生じると、固定子２と移動子５
は互いに反発して移動子５を浮上させる方向の力と移動
子５を図中右側へ移動させる力が作用して、同図（ｄ）
に示すように移動子２が固定子電極１１ピッチ分横へ移
動する。

以上のように動作す込静電アクチュエータは、インダク
タンスを必要としないことから構造が簡単で装置の小型
化を図ることができるといった利点がある。また、静止
状態での保持力が大きく、くし歯状電極を用いれば、オ
ープンループまたはクローズトループで容易に位置決め
装置として使用できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した静電アクチュエータは、移動子
５の抵抗体４の抵抗が高いことから、第７図（ａ）に示
す初期状態から同図（ｂ）に示す電荷誘導状態までの電
荷誘導時間が数秒から数十秒と長くかかるため、初期の
立上りか遅いという欠点がある。

また、移動子５に生じる電荷は静電誘導によるものであ
ることから、移動子側電荷は固定子側の電位で決まり、
移動子に作用する駆動力および電荷分布が固定子電極で
制限されるので、十分な駆動力および位置決め精度を実
現するのが難しかった。

本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、立
上り時間が極めて速く、移動子に作用する駆動力を増大
てき、しかも位置決め精度を向上し得る静電アクチュエ
ータを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明による静電アクチュ
エータは、表面に複数の電極が所定間隔で形成された絶
縁基板を有し、かつこれら各電極表面が絶縁処理されて
いる固定子と、前記固定子上に載置され、該固定子と対
向する面に永久分極された誘電体領域が形成され、該誘
電体領域が前記電極の間隔に応じた間隔で複数配置され
た移動子と、互いに対向する前記電極と前記誘電体領域
との間に、前記移動子を移動せしめる移動電界を形成す
るように、前記複数の電極に多相電圧を印加する駆動手
段とを具備してなるものとした。

〔作用〕

本発明によれば、移動子の固定子に対向面に永久分極さ
れた誘電体領域を形成したので、電荷を誘導する必要が
なくなり、この時間を省くことができることからアクチ
ュエータを瞬時に駆動することができる。また、移動子
の電荷量は誘電体領域の誘電率を変えることによりコン
トロールできるので、駆動力が最大となる最適な電荷量
を実現でき、その結果、大きな駆動力を得ることができ
る。さらに、移動子の電荷分布は誘電体領域に応じて矩
形状の分布となることから、移動子の電荷分布領域と、
固定子側の電極形成領域とを正確に一致させることがで
き、その結果、高精度に位置決めできる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る静電アクチュエータを
示す図であって、断面構造を示している。

本実施例の静電アクチュエータは、固定子１０と、これ
に載置された移動子２０と、アクチュエータを駆動する
ための駆動回路（不図示）とから構成されている。

固定子１０は、絶縁基板１１表面に複数の固定子電極１
２が所定間隔で形成されていて、さらにこれら固定子電
極上１２に絶縁膜１３が成膜されている。また、各固定
子電極１２には、電圧印加端子Ａ−Ｃがそれぞれ設けら
れている。各固定子電極１２には第２図に示す三相駆動
電圧が駆動回路から印加される。移動子２０は、絶縁基
板２１の固定子２０との対向面に永久分極された誘電体
（以下、「エレクトレット」と呼ぶ）２２が複数箇所に
形成されていて、もう一方の面には導電膜２３が形成さ
れている。エレクトレット２２は、固定子電極１２の電
極幅と同一幅で、固定子電極１２の３ピツチに一つ形成
されている。第３図に移動子１０をエレクトレット形成
面側から見た斜視図を示し、第４図に固定子２０を裏面
側から見た斜視図を示す。

次に、以上のように構成された静電アクチュエータの製
造工程について説明する。

先ず、固定子１０は、幅５０　ｍ　ｍ　ｓ厚さ１ｍｍの
ポリイミドフィルムを基板とし、この基板表面にエツチ
ング法により幅５０μｍ１ピット１００μｍの銅電極を
固定子電極１２として形成する。

次に、厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを電極上に蒸
着して絶縁膜１３とする。なお、固定子電極１２は三相
駆動であることから互いに干渉しないように配線する。

一方、移動子２０は、幅５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのテフロ
ン（Ｆ　Ｅ　Ｐ）を基板として用い、その基板の一方の
面に例えば真空蒸着法により銅を蒸着して導電膜２３と
する。次に、基板の他方の面に、コロナ放電法によりエ
レクトレットを形成する。

このエレクトレット化は、第５図に示すように、導電膜
２３をアース電位とし、基板２１の温度は１５０℃〜２
００℃に保持した状態で、エレクトレット形成予定位置
に針３０を接触させて約１０ｋＶの電圧を印加する。こ
れによって所望領域にエレクトレット２２が形成される
。エレクトレット化する領域は、幅５０μｍの帯状とし
、ピッチを３００μｍとする。すなわち、固定子電極１
２の形状と同一形状とする。

次に、本実施例の動作について第６図を参照して説明す
る。

先ず、移動子２０のエレクトレット２２が固定子１０の
所定の固定子電極１２の真上にくるように設定する。こ
の状態で、固定子電極１２の各端子Ａ−Ｃに印加する電
圧を全て負電圧にすると、第６図（ａ）に示すように、
移動子２０側から固定子１０側へ向かう電気力線が生じ
、移動子２０が固定子１０に吸着される（ステップ１）
。

次に、Ａ端子に正電圧、Ｂ端子に負電圧、Ｃ端子に０電
位がそれぞれ印加され、同図（ｂ）に示すような、Ａ端
子電極側から隣接したＢ端子電極側へ向かう電気力線が
形成される（ステップ２）。

その結果、エレクトレット２２の正電荷は電気力線に沿
った力を受けて、浮上し、かつ図中右方向へ電極１ピッ
チ分移動する。同図（ｃ）は移動後の状態である。

次に、全ての固定子電極１２が負電位とされて、同図（
ｄ）に示すような電気力線が形成され、移動子２０が固
定子１０に吸着される（ステップ３）以下、第２図に示
すシーケンスで上記ステップ１〜ステツプ３を繰返すこ
とにより、移動子２０が図中右方向へ移動する。

なお、移動子２０を図中左方向へ移動させる場合は、第
６図（ｂ）および（ｃ）に示す電気力線の向きが逆にな
るように電圧を印加すれば良い。

このように本実施例によれば、移動子に誘導される電荷
を利用するのではなく、エレクトレット２２に永久分極
されている電荷を利用するため、立上がり時間を非常に
高速化することができる。

また、移動子２０の電荷量となるエレクトレット２２の
電荷量は任意に与えることが可能であることから、駆動
力が最大となるような最適の電荷量を与えることができ
、極めて大きな駆動力を得ることができる。

さらに、移動子２０に誘導される電荷分布パターンは、
従来は略正弦波状のものであり、かつその位置も固定子
や移動子の材質１寸法によって変わってしまっていたが
、エレクトレット２２の電荷は略矩形状であることから
電荷の位置３幅およびピッチを固定子電極１２の幅、ピ
ッチに正確に一致させることができ、高精度な位置決め
が可能となる。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、立上り時間が極め
て速く、移動子に作用する駆動力を増大でき、しかも位
置決め精度を向上し得る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図は本発明の一実施例となる静電アクチュエータの
断面図、第２図は同実施例で用いられる三相駆動電圧の
波形図、第３図は移動子の斜視図、第４図は固定子の斜
視図、第５図はエレクトレット形成工程を説明するため
の図、第６図は同実施例の動作説明図、第７図は従来の
静電アクチュエータの構成および動作を説明するための
図である。１０・・・固定子、１１・・・絶縁基板、１２・・・固
定子電極、１３・・・絶縁膜、２０・・・移動子、２１
・・・絶縁基板、２２・・・エレクトレット、２３・・
・導電膜。出願人代理人　弁理士　坪井　　淳第、、（Ｃ）ｖ！Ｊ（ｄ）第図

Claims

【特許請求の範囲】表面に複数の電極が所定間隔で形成された絶縁基板を有
し、かつこれら各電極表面が絶縁処理された固定子と、前記絶縁基板表面に対向して前記固定子上に載置され、
前記絶縁基板表面に対向する面に永久分極された誘電体
領域が形成され、該誘電体領域が前記電極の間隔に応じ
た間隔で複数配置された移動子と、互いに対向する前記電極と前記誘電体領域との間に、前
記移動子を移動せしめる移動電界を形成するように、前
記複数の電極に多相電圧を印加する駆動手段と、を具備したことを特徴とする静電アクチュエータ。