JPH0819271A - Moving element for electrostatic actuator and driving method thereof - Google Patents
Moving element for electrostatic actuator and driving method thereofInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 効率良い駆動が可能な静電アクチュエータ用
移動子およびその駆動方法を提供する。
【構成】 固定子10には所定ピッチで電極が埋設さ
れ、3相の駆動信号φ1〜φ3が供給される。移動子2
0は、PETフィルムからなる支持絶縁体層21上に、
電荷保持媒体層23が形成されている。電荷保持媒体層
23には、固定子10内の電極ピッチの3倍の周期で、
正の電荷が蓄積されている。電荷保持媒体層23の材料
として、体積抵抗率が1018Ω・cm以上の環状構造
を有する弗素重合体を用いると、気中放電を用いた電荷
像形成処理を行うことが可能で、この処理により蓄積さ
れた電荷は長期間にわたり保持される。固定子10上の
移動子20は、3相の駆動信号により左右の方向に駆動
することができる。
(57) [Summary] [Object] To provide a moving element for an electrostatic actuator that can be efficiently driven and a driving method thereof. [Structure] Electrodes are embedded in a stator 10 at a predetermined pitch, and three-phase drive signals φ1 to φ3 are supplied. Mover 2
0 is on the support insulator layer 21 made of PET film,
The charge holding medium layer 23 is formed. In the charge retentive medium layer 23, at a cycle three times the electrode pitch in the stator 10,
Positive charge is stored. When a fluoropolymer having a cyclic structure having a volume resistivity of 10 18 Ω · cm or more is used as the material of the charge retaining medium layer 23, it is possible to perform a charge image forming process using air discharge. The electric charge accumulated by is retained for a long period of time. The mover 20 on the stator 10 can be driven in the left and right directions by three-phase drive signals.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は静電アクチュエータ用移
動子、特に、長時間にわたって電荷を保持する機能をも
った電荷保持媒体を用いた静電アクチュエータ用移動子
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a moving element for an electrostatic actuator, and more particularly to a moving element for an electrostatic actuator using a charge holding medium having a function of holding charges for a long time.
【0002】[0002]
【従来の技術】これまで機械工学の分野で主として用い
られてきたアクチュエータは、電磁力を利用したもので
あったが、近年、静電力を利用した静電アクチュエータ
の研究が盛んに行われている。電磁力を利用したアクチ
ュエータは、モータなどに代表されるように、強い磁場
を発生させる必要があり、ある程度の大きさをもった鉄
心とコイルが不可欠な要素になる。このため、アクチュ
エータ全体がある程度の重量をもつのは避けられず、小
形軽量化が困難である。これに対して、静電アクチュエ
ータは、静電力を利用して駆動力を発生させる機構であ
るため、鉄心やコイルが不要であり、小形軽量化が容易
であるという利点をもっている。2. Description of the Related Art An actuator which has been mainly used in the field of mechanical engineering so far uses an electromagnetic force, but in recent years, an electrostatic actuator using an electrostatic force has been actively researched. . An actuator using electromagnetic force needs to generate a strong magnetic field, as represented by a motor, and an iron core and a coil having a certain size are indispensable elements. Therefore, it is inevitable that the entire actuator has a certain weight, and it is difficult to reduce the size and weight. On the other hand, the electrostatic actuator has a merit that it does not require an iron core or a coil because it is a mechanism that generates a driving force by using an electrostatic force, and that it is easy to reduce its size and weight.
【0003】このような静電アクチュエータの原理自体
の歴史は古く、18世紀頃から既に研究がなされていた
との記録もあるが、最近では、材料技術の進歩により、
非常に小形で効率の良い静電アクチュエータが実用化さ
れつつある。たとえば、特開平2−285978号公報
には、ポリエチレン・テレフタレートなどの高分子フィ
ルムを用いた静電アクチュエータが開示されている。The history of the principle of such an electrostatic actuator has a long history, and there is a record that research has already been done since the 18th century, but recently, due to the progress of material technology,
Very small and efficient electrostatic actuators are being put to practical use. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-285978 discloses an electrostatic actuator using a polymer film such as polyethylene terephthalate.
【0004】静電アクチュエータの基本原理は、所定ピ
ッチで多数の電極を配置してなる固定子の上に、誘電体
を有する移動子をのせ、固定子側の電極に多相の駆動信
号を与えることにより、移動子を固定子上で移動させる
ものである。固定子側の各電極に所定の極性の電圧を印
加すると、移動子側の誘電体には、それぞれ逆極性の電
荷が誘起される。続いて、固定子側の各電極の極性の位
相を次の位相に切り替えると、移動子側に誘起された各
電荷は、固定子側の隣の電極と吸引力を生じるようにな
り、移動子全体が、電極の1ピッチ分移動することにな
る。こうして、固定子側の各電極に与える駆動信号の周
期に応じて、移動子は固定子上を所定の速度で移動する
ことになる。The basic principle of the electrostatic actuator is that a movable element having a dielectric is placed on a stator having a large number of electrodes arranged at a predetermined pitch, and multi-phase drive signals are applied to the electrodes on the stator side. As a result, the mover is moved on the stator. When a voltage having a predetermined polarity is applied to each electrode on the stator side, electric charges having opposite polarities are induced in the dielectric material on the mover side. Next, when the polarity phase of each electrode on the stator side is switched to the next phase, each charge induced on the mover side starts to generate an attractive force with the adjacent electrode on the stator side, and the mover The whole will move by one pitch of the electrodes. In this way, the mover moves on the stator at a predetermined speed according to the cycle of the drive signal given to each electrode on the stator side.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の静電アクチュエータでは、移動子に誘電体を用い、固
定子側の電極に与えられた電荷と逆極性の電荷をこの誘
電体側に誘起させて駆動を行っている。このため、初期
駆動時には、誘電体側に電荷が誘導されるまで所定の充
電時間τが必要になる。この充電時間τは、固定子と移
動子との間の静電容量と抵抗率との積で決まる時定数で
ある。したがって、この充電時間τが長くなると、それ
だけ初期駆動に時間がかかることになる。また、駆動中
に移動子の電荷は放電などにより多少変化するため、移
動子が所定の電荷を維持できるように再充電を行いなが
ら駆動を行う必要がある。この再充電は、初期駆動時の
充電に比べれば短時間ですむが、再充電に必要な時間が
長くなれば、それだけ移動子を高速に動かすことができ
なくなる。また、移動子として用いた誘電体の誘電率が
低いと、十分な充電を行うことができないため、十分な
駆動力を得ることができなくなる。As described above, in the conventional electrostatic actuator, the dielectric is used for the moving element, and the electric charge having the opposite polarity to the electric charge given to the electrode on the stator side is induced on the dielectric side. I am driving. Therefore, at the time of initial driving, a predetermined charging time τ is required until electric charges are induced on the dielectric side. This charging time τ is a time constant determined by the product of the electrostatic capacity between the stator and the mover and the resistivity. Therefore, the longer the charging time τ, the longer the initial drive takes. In addition, since the electric charge of the moving element changes a little during the driving due to discharge or the like, it is necessary to perform the driving while recharging so that the moving element can maintain a predetermined electric charge. This recharge takes a shorter time than the charge at the time of initial drive, but if the time required for recharge becomes long, the mover cannot be moved at a high speed. If the dielectric used as the mover has a low dielectric constant, sufficient charging cannot be performed, so that sufficient driving force cannot be obtained.
【0006】このように、従来の静電アクチュエータ用
移動子は、固定子側の電極に与えられた電荷に基づいて
所定の電荷を誘起して動作するため、効率的に駆動させ
ることができないという問題があった。As described above, since the conventional electrostatic actuator moving element operates by inducing a predetermined electric charge based on the electric charge given to the electrode on the stator side, it cannot be efficiently driven. There was a problem.
【0007】そこで本発明は、効率良い駆動が可能な静
電アクチュエータ用移動子およびその駆動方法を提供す
ることを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a moving element for an electrostatic actuator which can be efficiently driven and a driving method thereof.
【0008】[0008]
(1) 本発明の第1の態様は、所定ピッチで配置された
複数の電極を有する固定子とともに用いることにより静
電アクチュエータを構成する静電アクチュエータ用移動
子において、体積抵抗率が1018Ω・cm以上の樹脂
からなる電荷保持媒体層を用い、この電荷保持媒体体層
に、固定子電極と同じピッチで複数の単位領域を定義
し、各単位領域は、正の電荷を保持した状態、負の電荷
を保持した状態、いずれの電荷も保持しない状態、なる
3つの状態群の中から選ばれた1つの状態をとるように
し、かつ、単位領域のとる状態分布が周期的な分布とな
るようにしたものである。(1) A first aspect of the present invention is a moving body for an electrostatic actuator, which constitutes an electrostatic actuator by being used with a stator having a plurality of electrodes arranged at a predetermined pitch, and has a volume resistivity of 10 18 Ω. A state in which a charge holding medium layer made of a resin of cm or more is used, and a plurality of unit regions are defined in the charge holding medium body layer at the same pitch as the stator electrodes, and each unit region holds a positive charge, A state in which a negative charge is held, a state in which no charge is held, and one state selected from the three state groups are taken, and the state distribution of the unit region is a periodic distribution. It was done like this.
【0009】(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1
の態様に係る静電アクチュエータ用移動子において、電
荷保持媒体層として、体積抵抗率が1018Ω・cm以
上の環状構造を有する弗素重合体を用いるようにしたも
のである。(2) A second aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the electrostatic actuator moving element according to the above aspect, a fluoropolymer having a cyclic structure having a volume resistivity of 10 18 Ω · cm or more is used as the charge retention medium layer.
【0010】(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1
または第2の態様に係る静電アクチュエータ用移動子に
おいて、隣接する3つの単位領域における状態分布を1
周期として、単位領域のとる状態分布が周期的になるよ
うにしたものである。(3) A third aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
Alternatively, in the electrostatic actuator moving element according to the second aspect, the state distribution in three adjacent unit regions is set to 1
As a cycle, the state distribution of the unit area is periodic.
【0011】(4) 本発明の第4の態様は、上述の第1
または第2の態様に係る静電アクチュエータ用移動子に
おいて、保持させる電荷の極性を正または負のいずれか
一方の極性だけに定め、隣接するn個の単位領域のう
ち、第1の単位領域には上記一方の極性の電荷を保持さ
せ、第2の単位領域〜第nの単位領域には、電荷を保持
させず、n個の単位領域を1周期として、単位領域のと
る状態分布が周期的になるようにしたものである。(4) A fourth aspect of the present invention relates to the above-mentioned first aspect.
Alternatively, in the electrostatic actuator moving element according to the second aspect, the polarity of the electric charge to be retained is set to only one of positive and negative polarities, and the first unit area is selected from the n unit areas adjacent to each other. Holds the electric charge of one polarity and does not hold the electric charges in the second unit area to the nth unit area, and the state distribution of the unit areas is periodic with n unit areas as one cycle. It was made to become.
【0012】(5) 本発明の第5の態様は、上述の第4
の態様に係る静電アクチュエータ用移動子において、n
=3に設定したものである。(5) A fifth aspect of the present invention is based on the above-mentioned fourth aspect.
In the mover for the electrostatic actuator according to the aspect,
= 3 is set.
【0013】(6) 本発明の第6の態様は、上述の第5
の態様に係る静電アクチュエータ用移動子を駆動させる
方法において、固定子に配置された第(i+1)番目
(ただし、iは0,1,2,…)の電極には第1の駆動
信号を与え、第(i+2)番目の電極には第2の駆動信
号を与え、第(i+3)番目の電極には第3の駆動信号
を与え、正の極性または負の極性のいずれか一方を第1
の極性、他方を第2の極性と定義し、3つの駆動信号の
いずれもが、第1の極性状態、第2の極性状態、第2の
極性状態、なる3つの単位時間ごとの状態をこの順に周
期的にとる信号になるようにし、かつ、それぞれ位相の
異なる信号になるようにしたものである。(6) A sixth aspect of the present invention is the above-mentioned fifth aspect.
In the method of driving the mover for an electrostatic actuator according to the above aspect, the first drive signal is applied to the (i + 1) th electrode (where i is 0, 1, 2, ...) Arranged on the stator. The second drive signal is applied to the (i + 2) th electrode, the third drive signal is applied to the (i + 3) th electrode, and either the positive polarity or the negative polarity is applied to the first
And the other is defined as the second polarity, and any of the three drive signals has three states per unit time, which are the first polarity state, the second polarity state, and the second polarity state. The signals are periodically taken in order, and the signals have different phases.
【0014】(7) 本発明の第7の態様は、上述の第5
の態様に係る静電アクチュエータ用移動子を駆動させる
方法において、固定子に配置された第(i+1)番目
(ただし、iは0,1,2,…)の電極には第1の駆動
信号を与え、第(i+2)番目の電極には第2の駆動信
号を与え、第(i+3)番目の電極には第3の駆動信号
を与え、正の極性または負の極性のいずれか一方を第1
の極性、他方を第2の極性と定義し、3つの駆動信号の
いずれもが、第1の極性状態、第2の極性状態、接地状
態、なる3つの単位時間ごとの状態をこの順に周期的に
とる信号になるようにし、かつ、それぞれ位相の異なる
信号になるようにしたものである。(7) A seventh aspect of the present invention is the above-mentioned fifth aspect.
In the method of driving the mover for an electrostatic actuator according to the above aspect, the first drive signal is applied to the (i + 1) th electrode (where i is 0, 1, 2, ...) Arranged on the stator. The second drive signal is applied to the (i + 2) th electrode, the third drive signal is applied to the (i + 3) th electrode, and either the positive polarity or the negative polarity is applied to the first
And the other is defined as the second polarity, and all of the three drive signals are cyclically defined in the order of three unit times, that is, the first polarity state, the second polarity state, and the ground state. In this case, the signals have different phases, and the signals have different phases.
【0015】[0015]
【作 用】従来の静電アクチュエータ用移動子に用いら
れている一般的な誘電体では、固定子側の電極に与えら
れた電荷の作用により、これとは逆極性の電荷が誘起さ
れる。しかし、この誘起電荷は一時的なものであり、再
充電を行わなければ、数秒後には消滅してしまう。これ
に対して、一度電荷を蓄積させる処理を行うと、この電
荷を長時間にわたって保持する機能をもった電荷保持媒
体の存在が、最近確認されている。本願発明者は、この
ような電荷保持媒体の中でも、特に、体積抵抗率が10
18Ω・cm以上の樹脂からなる電荷保持媒体が、静電
アクチュエータの移動子として利用するのに適した性質
をもつことを見出だした。本願発明者は、このような条
件を満たす樹脂として、環状構造を有する弗素重合体の
いくつかが存在することをこれまでに確認している。こ
れらの電荷保持媒体に対して、気中放電を用いた電荷像
形成方法で電荷を蓄積させると、ほぼ1週間程度、電荷
が保持される。[Operation] In a general dielectric used in a conventional electrostatic actuator moving element, an electric charge having an opposite polarity is induced by the action of an electric charge given to an electrode on the stator side. However, this induced charge is temporary and disappears after a few seconds unless recharged. On the other hand, it has recently been confirmed that there is a charge holding medium having a function of holding the electric charge for a long time once the process of accumulating the electric charge is performed. The inventor of the present application has found that, among such charge retention media, the volume resistivity is 10 in particular.
It has been found that a charge retention medium made of a resin of 18 Ω · cm or more has properties suitable for use as a moving element of an electrostatic actuator. The inventor of the present application has confirmed that there are some fluoropolymers having a cyclic structure as resins satisfying such conditions. When charges are accumulated in these charge holding media by a charge image forming method using air discharge, the charges are held for about one week.
【0016】本発明は、このような性質をもった電荷保
持媒体を静電アクチュエータ用の移動子として利用した
ものである。すなわち、移動子側にこの電荷保持媒体か
らなる層を設けておき、固定子側の電極ピッチと同じピ
ッチで、この電荷保持媒体層に所定の電荷を周期的に保
持させておけば、従来の静電アクチュエータと同様の原
理での動作が可能になる。しかも、移動子側の電荷はも
ともと保持されている電荷であるため、初期駆動時に充
電時間τだけ待つ必要もなく、駆動中に再充電する必要
もないため、非常に効率的な駆動が可能になる。The present invention utilizes the charge holding medium having such properties as a moving element for an electrostatic actuator. That is, if a layer made of this charge holding medium is provided on the mover side and a predetermined charge is periodically held on this charge holding medium layer at the same pitch as the electrode pitch on the stator side, the conventional It is possible to operate on the same principle as the electrostatic actuator. Moreover, since the charge on the mover side is originally held, there is no need to wait for the charging time τ at the time of initial drive, and there is no need to recharge during drive, enabling extremely efficient drive. Become.
【0017】本発明に係る移動子の駆動は、従来の静電
アクチュエータと同様に3相の駆動信号を用いることに
より可能である。しかも、本願発明者は、移動子側に保
持させておく電荷の極性が、正または負のいずれか一方
だけであっても、静電アクチュエータとして十分に駆動
させることが可能であることを発見した。このように移
動子側に保持させておく電荷を単極性にできれば、電荷
を蓄積させるために行う分離放電処理が単純になり、ま
た、逆極性の電荷を隣接して配置することにより生じる
相互消滅も起こらないため、より長時間の電荷保持が可
能になる。The moving element according to the present invention can be driven by using three-phase driving signals as in the conventional electrostatic actuator. Moreover, the inventor of the present application has discovered that even if the polarity of the electric charge held on the mover side is only positive or negative, it can be sufficiently driven as an electrostatic actuator. . If the charges held on the mover side can be made unipolar in this way, the separation discharge process for accumulating the charges will be simplified, and mutual annihilation caused by arranging charges of opposite polarities adjacent to each other. Does not occur, it becomes possible to retain charges for a longer time.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて説
明する。The present invention will be described below based on illustrated embodiments.
【0019】§1. 静電アクチュエータの基本原理 はじめに、一般的な静電アクチュエータの基本原理を説
明しておく。図1は、従来の一般的な静電アクチュエー
タを示す斜視図である。固定子10には、図のように帯
状の電極11〜18が所定ピッチで配置されており、こ
の固定子10の上に移動子20が載置されている。移動
子20は、たとえばプラスチックフィルムなどの誘電体
から構成されている。固定子10側の電極11〜18に
は、3相の駆動信号φ1〜φ3がそれぞれ3本周期で供
給されている。ここで、駆動信号φ1〜φ3は、互いに
位相がずれた周期信号である。 §1. Basic Principle of Electrostatic Actuator First, the basic principle of a general electrostatic actuator will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a conventional general electrostatic actuator. As shown in the figure, band-shaped electrodes 11 to 18 are arranged on the stator 10 at a predetermined pitch, and the mover 20 is mounted on the stator 10. The mover 20 is made of a dielectric material such as a plastic film. Three-phase drive signals φ1 to φ3 are supplied to the electrodes 11 to 18 on the side of the stator 10 in a cycle of three lines, respectively. Here, the drive signals φ1 to φ3 are periodic signals that are out of phase with each other.
【0020】続いて、この静電アクチュエータの動作原
理を、図2〜図5の断面図に基づいて説明する。いま、
図2に示すように、固定子10内には電極11〜18が
埋設されており、各電極には図示のとおり、駆動信号φ
1〜φ3が供給されているものとする。一方、移動子2
0は、支持絶縁体層21と電荷誘導体層22との2層構
造からなるものとする。支持絶縁体層21は、ある程度
の剛性をもった絶縁材料からなり、電荷誘導体層22
は、電荷誘導に適した高抵抗材料からなる。実際には、
移動子20は固定子10の上に載置されるが、ここで
は、図示の便宜上、両者間にある程度の空隙を設けて示
すことにする。Next, the principle of operation of this electrostatic actuator will be described with reference to the sectional views of FIGS. Now
As shown in FIG. 2, electrodes 11 to 18 are embedded in the stator 10, and each electrode has a drive signal φ as shown in the drawing.
1 to φ3 is supplied. On the other hand, mover 2
0 has a two-layer structure of a supporting insulator layer 21 and a charge dielectric layer 22. The support insulator layer 21 is made of an insulating material having a certain degree of rigidity, and the charge dielectric layer 22
Consists of a high resistance material suitable for charge induction. actually,
The mover 20 is placed on the stator 10, but here, for convenience of illustration, a certain amount of space is provided between the two.
【0021】いま、図3に示すように、駆動信号φ1と
して正の電圧、φ2として負の電圧、φ3として接地電
圧、をそれぞれ与えるようにすると、固定子10内の各
電極には、図示のような電荷が供給される(円で囲った
“+”記号は正電荷の存在を、円で囲った“−”記号は
負電荷の存在を、“0”なる記号は電荷の不存在を、そ
れぞれ示す)。固定子10側にこのような電荷分布が生
じると、移動子20の電荷誘導体層22には、それぞれ
逆極性の電荷が誘起される。図3は、このときの状態を
示したものである。もっとも、このように電荷誘導体層
22側に電荷が誘起されるまでには、所定の充電時間τ
が必要である。なお、実際には、電荷誘導体層22側に
発生する電荷は、図における電荷誘導体層22の上面付
近に集中することになるが、本明細書では、説明の便宜
上、電荷誘導体層22の中央部分に発生電荷を示す記号
を記している。Now, as shown in FIG. 3, when a positive voltage is applied as the driving signal φ1, a negative voltage is applied as φ2, and a ground voltage is applied as φ3, respectively, each electrode in the stator 10 is shown in the drawing. Such a charge is supplied (the circled "+" sign indicates the presence of a positive charge, the circled "-" sign indicates the presence of a negative charge, and the "0" sign indicates the absence of a charge. Respectively). When such a charge distribution is generated on the side of the stator 10, charges of opposite polarities are induced in the charge derivative layer 22 of the mover 20. FIG. 3 shows the state at this time. However, it takes a predetermined charging time τ until the charges are induced on the charge derivative layer 22 side.
is necessary. Note that, in reality, the charges generated on the charge derivative layer 22 side are concentrated near the upper surface of the charge derivative layer 22 in the drawing, but in the present specification, for convenience of description, the central portion of the charge derivative layer 22 is described. The symbol indicating the generated charge is described in.
【0022】さて、充電時間τの経過により、図3に示
すような電荷分布が電荷誘導体層22内に得られた時点
で、各駆動信号φ1〜φ3の電圧を切り替える。すなわ
ち、図4に示すように、駆動信号φ1として負の電圧、
φ2として正の電圧、φ3として負の電圧、をそれぞれ
与えるようにすると、固定子10内の各電極には、図示
のような電荷が供給される。このとき、移動子20側の
電荷は、まだ前の状態(図3)のままである。したがっ
て、移動子20側の負の電荷は、固定子10側の負の電
荷と反発し、移動子20側の正の電荷は、固定子10側
の正の電荷と反発することになり、移動子20は固定子
10上からやや浮き上がった状態になる。しかも、移動
子20側の負の電荷は、固定子10側の1ピッチ分右隣
の正の電荷に吸引され、移動子20側の正の電荷は、固
定子10側の1ピッチ分右隣の負の電荷に吸引されるこ
とになるため、結局、図5に示すように、移動子20は
固定子10上を1ピッチ分右方へ移動することになる。Now, when the charge distribution τ elapses and a charge distribution as shown in FIG. 3 is obtained in the charge derivative layer 22, the voltages of the drive signals φ1 to φ3 are switched. That is, as shown in FIG. 4, as the drive signal φ1, a negative voltage,
When a positive voltage is applied as φ2 and a negative voltage is applied as φ3, electric charges as shown are supplied to each electrode in the stator 10. At this time, the charges on the side of the mover 20 are still in the previous state (FIG. 3). Therefore, the negative charge on the side of the mover 20 repels the negative charge on the side of the stator 10, and the positive charge on the side of the mover 20 repels the positive charge on the side of the stator 10 to move. The child 20 is slightly raised above the stator 10. Moreover, the negative charge on the side of the mover 20 is attracted to the positive charge on the right side by one pitch on the side of the stator 10, and the positive charge on the side of the mover 20 is adjacent to the right by one pitch on the side of the stator 10. As a result, the mover 20 moves to the right on the stator 10 by one pitch, as shown in FIG.
【0023】以下、同様に、各駆動信号φ1〜φ3の電
圧を適宜切り替えてゆけば、移動子20を図の右方向に
所定速度(駆動信号の切り替え周期に応じた速度)で移
動させることができる。各駆動信号φ1〜φ3の波形を
変えれば、図の左方向に移動させることもできる。Similarly, by appropriately switching the voltages of the drive signals φ1 to φ3, the mover 20 can be moved to the right in the figure at a predetermined speed (speed corresponding to the switching cycle of the drive signals). it can. By changing the waveforms of the drive signals φ1 to φ3, the drive signals can be moved to the left in the figure.
【0024】しかし、このような従来の静電アクチュエ
ータ用移動子では、初期移動時に、移動子20側に所定
の電荷を誘導する必要があり、充電時間τだけ待つ必要
がある。また、駆動中も移動子20内の電荷量は次第に
失われてゆくため、駆動中に再充電を行う必要がある
(たとえば、図5に示す状態をしばらく維持させておけ
ば、再充電が行われる)。このように、従来の静電アク
チュエータ用移動子には、効率的な駆動を行うことがで
きないという問題がある。However, in such a conventional electrostatic actuator moving element, it is necessary to induce a predetermined charge to the moving element 20 side at the time of initial movement, and it is necessary to wait for the charging time τ. In addition, the amount of electric charge in the moving element 20 is gradually lost during driving, so it is necessary to recharge during driving (for example, if the state shown in FIG. 5 is maintained for a while, recharging is performed. Will be). As described above, the conventional electrostatic actuator moving element has a problem that it cannot be efficiently driven.
【0025】§2. 気中放電を用いた電荷像形成方法
による電荷保持媒体への電荷の蓄積 本発明に係る移動子20では、従来の一般的な電荷誘導
体層22の代わりに、一度電荷を蓄積させる処理を行う
と、この電荷を長時間にわたって保持する機能をもった
電荷保持媒体からなる層が用いられる。この電荷保持媒
体として好ましい材料については、後に詳述するが、本
願発明者は、体積抵抗率が1018Ω・cm以上の環状
構造を有する樹脂、特に、弗素重合体が、静電アクチュ
エータ用移動子として利用するのに最適であると考えて
いる。このような電荷保持媒体では、一度、電荷を蓄積
させると、1週間以上の長期間にわたって電荷が保持さ
れる。 §2. Charge image formation method using air discharge
Accumulation of Charge in Charge Retaining Medium Due to the function of the mover 20 according to the present invention, once the process of accumulating the charge is performed, the charge is retained for a long time instead of the conventional general charge derivative layer 22. A layer composed of a charge-retaining medium having a layer is used. The material preferable as the charge holding medium will be described in detail later, but the present inventor has found that a resin having a ring structure having a volume resistivity of 10 18 Ω · cm or more, particularly a fluoropolymer, is used for the electrostatic actuator. I think it is the best to use as a child. In such a charge retention medium, once the charge is accumulated, the charge is retained for a long period of one week or more.
【0026】移動子として用いる電荷保持媒体に電荷を
蓄積させるには、気中放電を用いた電荷像形成方法が適
している。この方法の基本的な手法は、たとえば、電子
写真学会誌第17巻第3号(1979)第36〜51頁
などに記載があるが、ここでは、静電アクチュエータ用
移動子として用いるのに適した手法を以下に述べる。A charge image forming method using air discharge is suitable for accumulating charges in the charge holding medium used as a moving element. The basic technique of this method is described in, for example, the Electrophotographic Society of Japan, Vol. 17, No. 3, (1979), pp. 36 to 51, but here, it is suitable for use as a moving element for an electrostatic actuator. The method used is described below.
【0027】まず、図6に示すように、支持絶縁体層2
1と電荷保持媒体層23との積層構造をもった移動子2
0を用意する。この実施例では、支持絶縁体層21とし
ては、厚み25μmのPET(ポリエチレン・テレフタ
レート)あるいはポリイミドフィルムを用い、電荷保持
媒体層23としては、厚み2μmの弗素樹脂の層を用い
た。First, as shown in FIG. 6, the supporting insulator layer 2
1 and a carrier 2 having a laminated structure of a charge retentive medium layer 23.
Prepare 0. In this example, a 25 μm thick PET (polyethylene terephthalate) or polyimide film was used as the support insulator layer 21, and a 2 μm thick fluororesin layer was used as the charge retention medium layer 23.
【0028】一方、この移動子20に電荷を蓄積させる
ための装置として、電極基板30、枠体40、対向電極
50を用意する。電極基板30は、ガラスなどの絶縁性
の基板31の上面に、導電性材料(たとえば、クロム、
アルミニウム、銅などの金属)からなるパターン電極3
2を形成したものである。このパターン電極32は、電
荷保持媒体層23に蓄積させるべき電荷の分布パターン
に応じたパターンを有し、この例では、所定ピッチに配
置された帯状のパターン電極32が形成されている。こ
こで、パターン電極32の配置ピッチは、移動子20と
ともに用いる固定子10の電極ピッチに等しくなるよう
に設定しておく。この実施例では、パターン電極32と
して幅160μm、厚み0.2μm、長さ5cmのもの
を用い、配置ピッチを320μmに設定している。枠体
40は、パターン電極32と電荷保持媒体層23との間
に所定の放電距離を確保するためのもので、この実施例
では、厚みが5〜10μm程度のポリイミドフィルムの
中央に開口窓を形成したものを用いている。対向電極5
0は、放電を行う上で、パターン電極32に対向する電
極として用いられるもので、この実施例では、アルミニ
ウム層により構成している。On the other hand, an electrode substrate 30, a frame 40, and a counter electrode 50 are prepared as a device for accumulating charges in the mover 20. The electrode substrate 30 includes a conductive material (for example, chromium,
Pattern electrode 3 made of metal such as aluminum or copper)
2 is formed. The pattern electrode 32 has a pattern corresponding to the distribution pattern of the charges to be accumulated in the charge holding medium layer 23, and in this example, the band-shaped pattern electrodes 32 arranged at a predetermined pitch are formed. Here, the arrangement pitch of the pattern electrodes 32 is set to be equal to the electrode pitch of the stator 10 used with the mover 20. In this embodiment, the pattern electrodes 32 having a width of 160 μm, a thickness of 0.2 μm and a length of 5 cm are used, and the arrangement pitch is set to 320 μm. The frame body 40 is for ensuring a predetermined discharge distance between the pattern electrode 32 and the charge retention medium layer 23. In this embodiment, an opening window is formed at the center of a polyimide film having a thickness of about 5 to 10 μm. The one that is formed is used. Counter electrode 5
0 is used as an electrode facing the pattern electrode 32 in discharging, and is formed of an aluminum layer in this embodiment.
【0029】さて、図6に示すように、電極基板30、
枠体40、移動子20、対向電極50、をこの順番に重
ね、図7に示すような構造を構成する。移動子20は電
荷保持媒体層23側を下にして置かれ、その上に対向電
極50がのっている。また、基板31上に形成された各
パターン電極32は、枠体40によって形成された所定
の放電空間を隔てて、電荷保持媒体層23に対向してい
る。Now, as shown in FIG. 6, the electrode substrate 30,
The frame 40, the mover 20, and the counter electrode 50 are stacked in this order to form a structure as shown in FIG. The mover 20 is placed with the charge holding medium layer 23 side down, and the counter electrode 50 is placed thereon. In addition, each pattern electrode 32 formed on the substrate 31 is opposed to the charge retentive medium layer 23 with a predetermined discharge space formed by the frame 40 interposed therebetween.
【0030】このような状態で、各パターン電極32と
対向電極50との間に所定の放電電圧を印加したとす
る。図8は、このような状態を示す断面図である。図8
の左半分に示されているように、パターン電極32側が
負、対向電極50側が正となるような極性で放電電圧
(この実施例では、約1000V)を印加すると、気中
放電によりパターン電極32から電子が放出され、この
電子は、電荷保持媒体層23へと到達する。このとき、
電荷保持媒体層23の表面(図8における電荷保持媒体
層23の下面)には、負の電荷が蓄積されることが知ら
れている。これは、支持絶縁体層21と電荷保持媒体層
23とが誘電体として機能し、分極作用が起こるためと
考えられている。逆に、図8の右半分に示されているよ
うに、パターン電極32側が正、対向電極50側が負と
なるような極性で放電電圧を印加すると、気中放電によ
り電荷保持媒体層23の下面側から電子が放出され、こ
の電子は、パターン電極32に到達する。このとき、電
荷保持媒体層23の表面(図8における電荷保持媒体層
23の下面)には、電子の放出により正の電荷が蓄積さ
れることになる。なお、実際には、上述のように、電荷
保持媒体層23の表面(図8における電荷保持媒体層2
3の下面)に各電荷が発生するが、ここでは説明の便宜
上、電荷保持媒体層23の中央部分に発生電荷を示す記
号を記している。It is assumed that a predetermined discharge voltage is applied between each pattern electrode 32 and the counter electrode 50 in such a state. FIG. 8 is a sectional view showing such a state. FIG.
As shown in the left half of FIG. 1, when a discharge voltage (about 1000 V in this embodiment) is applied with a polarity such that the pattern electrode 32 side is negative and the counter electrode 50 side is positive, the pattern electrode 32 is caused by air discharge. From which electrons are emitted, and the electrons reach the charge retention medium layer 23. At this time,
It is known that negative charges are accumulated on the surface of the charge retaining medium layer 23 (the lower surface of the charge retaining medium layer 23 in FIG. 8). It is considered that this is because the supporting insulator layer 21 and the charge retention medium layer 23 function as a dielectric and a polarization action occurs. On the contrary, as shown in the right half of FIG. 8, when a discharge voltage is applied with a polarity such that the pattern electrode 32 side is positive and the counter electrode 50 side is negative, the lower surface of the charge retentive medium layer 23 is caused by air discharge. Electrons are emitted from the side, and the electrons reach the pattern electrode 32. At this time, positive charges are accumulated on the surface of the charge holding medium layer 23 (the lower surface of the charge holding medium layer 23 in FIG. 8) due to the emission of electrons. Note that, in practice, as described above, the surface of the charge retentive medium layer 23 (the charge retentive medium layer 2 in FIG.
Each charge is generated on the lower surface of No. 3), but here, for convenience of description, a symbol indicating the generated charge is shown in the central portion of the charge holding medium layer 23.
【0031】このように、電荷保持媒体層23の下面と
パターン電極32との間に放電電流を流すことにより、
電荷保持媒体層23の表面に所定極性の電荷が分極して
現われる現象は、一般に気中放電を用いた電荷像形成方
法として知られているが、この現象の理論的な解析につ
いては、いまのところ学会においても議論されていると
ころである。ここで重要な点は、図6に示すような特有
の形状および配列をもったパターン電極32を用いて、
所定の極性をもった放電電圧を与えて気中放電を行うこ
とにより、電荷保持媒体層23内の所望の単位領域に、
所望の極性をもった電荷を蓄積させることができるとい
う点である。As described above, by causing a discharge current to flow between the lower surface of the charge retention medium layer 23 and the pattern electrode 32,
The phenomenon in which charges of a predetermined polarity appear on the surface of the charge retentive medium layer 23 by polarization is generally known as a charge image forming method using air discharge, but the theoretical analysis of this phenomenon is as follows. However, it is being discussed at academic societies. The important point here is to use a pattern electrode 32 having a unique shape and arrangement as shown in FIG.
By applying a discharge voltage having a predetermined polarity to perform an air discharge, a desired unit region in the charge retentive medium layer 23,
The point is that charges having a desired polarity can be accumulated.
【0032】ここで、基板31上に形成されたパターン
電極32に対して、たとえば、図9(上面図)に示すよ
うな配線を行い、対向電極50に対して+Vまたは−V
なる電圧を印加して気中放電を行った場合を考える(実
際には、+Vを印加する放電と、−Vを印加する放電と
は、別個に行われる)。この場合、各パターン電極32
には、図10の断面図に示すような電荷が与えられるの
で、電荷保持媒体層23には、同じく図10の断面図に
示すような電荷が蓄積されることになる。すなわち、
“+”,“−”,“0”,“+”,“−”,“0”,…
というような、3つの単位領域ごとに繰り返す周期的な
電荷パターンが得られる。このような電荷パターンの蓄
積が行われたら、移動子20だけを取り出せば、これを
静電アクチュエータ用の移動子として用いることができ
る。Here, for example, wiring as shown in FIG. 9 (top view) is performed on the pattern electrode 32 formed on the substrate 31, and + V or −V is applied to the counter electrode 50.
Consider a case in which the following voltage is applied to perform air discharge (actually, + V application discharge and -V application discharge are performed separately). In this case, each pattern electrode 32
Since electric charges as shown in the sectional view of FIG. 10 are given to the charge holding medium layer 23, electric charges as shown in the sectional view of FIG. 10 are also accumulated. That is,
"+", "-", "0", "+", "-", "0", ...
A periodic charge pattern that repeats every three unit regions is obtained. When the charge pattern is accumulated in this way, only the mover 20 can be taken out and used as a mover for the electrostatic actuator.
【0033】§3. 本発明に係る静電アクチュエータ
用移動子の駆動方法 続いて、上述の§2で説明した気中放電を用いた電荷像
形成方法により電荷を蓄積させた移動子20、を用いた
静電アクチュエータの駆動方法を説明する。まず、図1
1の断面図に示すように、固定子10上に移動子20を
載せる。§2で述べた分離放電では、移動子20を電荷
保持媒体層23側を下方に向けてセットしたが、静電ア
クチュエータとして用いる場合には、逆に電荷保持媒体
層23側を上方に向けてセットすることになる。なお、
電荷は電荷保持媒体層23の表面(図11における上
面)に蓄積されるが、ここでは説明の便宜上、電荷保持
媒体層23の中央部分に蓄積電荷を示す記号を記すこと
にする。このように蓄積された電荷は、そのままの状態
で1週間以上保持される。 §3. Electrostatic actuator according to the present invention
Driving Method for Mobile Movable Device Next, a driving method for the electrostatic actuator using the moving device 20 in which electric charges are accumulated by the charge image forming method using the air discharge described in the above-mentioned §2 will be described. First, FIG.
As shown in the sectional view of FIG. 1, the mover 20 is placed on the stator 10. In the separation discharge described in §2, the mover 20 is set with the charge holding medium layer 23 side facing downward, but when used as an electrostatic actuator, conversely, the charge holding medium layer 23 side is facing upward. Will be set. In addition,
The charges are accumulated on the surface of the charge retaining medium layer 23 (the upper surface in FIG. 11), but here, for convenience of description, a symbol indicating the accumulated charge is described in the central portion of the charge retaining medium layer 23. The charges thus accumulated are retained as they are for one week or more.
【0034】この状態で、図12に示すように、駆動信
号φ1として正の電圧、φ2として接地電圧、φ3とし
て負の電圧、をそれぞれ与えるようにする。すると、移
動子20側の正の電荷“+”が蓄積された単位領域で
は、固定子10側の電極に与えられた正の電荷“+”と
反発作用を生じ、移動子20は固定子10上からやや浮
き上がった状態になる。この状態で、各駆動信号φ1〜
φ3の電圧を切り替える。すなわち、図13に示すよう
に、駆動信号φ1として接地電圧、φ2として負の電
圧、φ3として正の電圧、をそれぞれ与えるようにする
と、固定子10内の各電極には、図示のような電荷が供
給される。もちろん、移動子20側の電荷については変
わりがない。この図13に示す固定子10側に現われる
極性パターンは、図12に示す固定子10側の極性パタ
ーンを、1単位領域分左へシフトしたものである。する
と、図14において矢印を付したように、移動子20側
の正の電荷“+”が蓄積された単位領域は、固定子10
側の1単位領域分右側の位置の電極に与えられた負の電
荷“−”との間で吸引力を生じ、同様に、移動子20側
の負の電荷“−”が蓄積された単位領域は、固定子10
側の1単位領域分右側の位置の電極に与えられた正の電
荷“+”との間で吸引力を生じ、移動子20全体は図の
右方へと1単位領域分だけ動くことになる。図15は、
このような移動が完了した状態を示すものである。In this state, as shown in FIG. 12, a positive voltage is applied as the drive signal φ1, a ground voltage is applied as φ2, and a negative voltage is applied as φ3. Then, in the unit region where the positive charge “+” on the side of the mover 20 is accumulated, a repulsive action is generated with the positive charge “+” given to the electrode on the side of the stator 10, and the mover 20 moves to the stator 10 It will be slightly raised from above. In this state, each drive signal φ1-
Switch the voltage of φ3. That is, as shown in FIG. 13, when a ground voltage is applied as the drive signal φ1, a negative voltage is applied as φ2, and a positive voltage is applied as φ3, the respective electrodes in the stator 10 are charged as shown in the figure. Is supplied. Of course, the charges on the side of the mover 20 remain unchanged. The polarity pattern appearing on the stator 10 side shown in FIG. 13 is obtained by shifting the polarity pattern on the stator 10 side shown in FIG. 12 to the left by one unit area. Then, as indicated by an arrow in FIG. 14, the unit area in which the positive charge “+” on the side of the mover 20 is accumulated is the stator 10
Side one unit area, an attractive force is generated between the negative charge “−” given to the electrode at the position on the right side, and similarly, the unit area where the negative charge “−” on the mover 20 side is accumulated. Is the stator 10
An attractive force is generated between the positive charge "+" applied to the electrode on the right side of one unit area on the side, and the entire mover 20 moves one unit area to the right in the figure. . Figure 15 shows
This shows a state in which such movement has been completed.
【0035】さて、図15に示す状態において、固定子
10側に現われる極性パターンを、更に左方へ1単位領
域分シフトした状態を考えると、このときの固定子10
と移動子20との極性パターンに関する相対的な位置関
係は、移動前の図12と全く同じになることがわかる。
結局、上述した1単位領域分の移動過程を繰り返し実行
すれば、移動子20は図の右方向へ順次移動してゆくこ
とになる。別言すれば、移動子20を図の右方へ移動さ
せるには、図12における固定子10側の極性パターン
を図の左方へシフトさせるように、各駆動信号φ1〜φ
3を供給すればよいことになる。図16は、このような
駆動信号の波形図である。移動子20を図の左方へと移
動させるのであれば、固定子10側の極性パターンを上
述の例とは左右逆にして、これを図の右方へシフトさせ
ればよい。Considering the state shown in FIG. 15 in which the polarity pattern appearing on the side of the stator 10 is further shifted to the left by one unit area, the stator 10 at this time is considered.
It can be seen that the relative positional relationship between the moving element 20 and the mover 20 is exactly the same as in FIG. 12 before the movement.
After all, if the moving process for one unit area described above is repeatedly executed, the mover 20 sequentially moves to the right in the figure. In other words, in order to move the mover 20 to the right in the figure, each drive signal φ1 to φ is changed so that the polarity pattern on the side of the stator 10 in FIG. 12 is shifted to the left in the figure.
3 should be supplied. FIG. 16 is a waveform diagram of such a drive signal. If the mover 20 is to be moved to the left in the figure, the polarity pattern on the side of the stator 10 may be reversed left and right from the above example, and this may be shifted to the right in the figure.
【0036】このように、本発明に係る移動子20は、
従来の移動子20と同様に、固定子10側に3相の駆動
信号を用意すれば、左右に自由に駆動することが可能で
ある。しかも、移動子20側には、もともと所定の電荷
が蓄積しているため、従来の移動子20を用いた場合の
ように、初期移動時に、充電時間τだけ待つ必要はな
い。また、駆動中も移動子20内の電荷量は、ほぼ一定
に保たれると考えてよいので、駆動中の再充電も必要な
い。このように、本発明に係る静電アクチュエータ用移
動子を用いれば、効率的な駆動を行うことが可能にな
る。As described above, the mover 20 according to the present invention is
Similar to the conventional mover 20, if three-phase drive signals are prepared on the side of the stator 10, it is possible to freely drive right and left. Moreover, since a predetermined electric charge is originally accumulated on the side of the moving element 20, it is not necessary to wait for the charging time τ at the time of initial movement unlike the case of using the conventional moving element 20. Further, since it can be considered that the charge amount in the mover 20 is kept substantially constant during driving, recharging during driving is not necessary. As described above, by using the electrostatic actuator moving element according to the present invention, efficient driving can be performed.
【0037】§4. 単極性の静電アクチュエータ用移
動子 上述の§3で説明した移動子20は、気中放電を用いた
電荷像形成方法により、正の電荷および負の電荷の両方
が所定位置に保持された状態になっている「双極性の静
電アクチュエータ用移動子」である。ここでは、正の電
荷または負の電荷のいずれか一方のみが保持されている
「単極性の静電アクチュエータ用移動子」について述べ
る。 §4. Transfer for unipolar electrostatic actuator
Mover described in Doko above §3 20 is a charge image forming method using the air discharge, positive "bipolar both charges and negative charges are in a state of being held in place For the electrostatic actuator ”. Here, the "moving element for a unipolar electrostatic actuator" in which only one of positive charge and negative charge is held will be described.
【0038】たとえば、図17に示す移動子20では、
第1の単位領域は、正の電荷“+”が保持された状態
(“+”)になっており、第2および第3の単位領域
は、いずれの電荷も保持されていない状態(“0”)に
なっており、第4の単位領域以後はこの極性パターンを
繰り返している。このような「単極性の静電アクチュエ
ータ用移動子」は、これまでに述べた「双極性の静電ア
クチュエータ用移動子」に比べて、次のような利点があ
る。For example, in the moving element 20 shown in FIG.
The first unit region is in a state where positive charges “+” are held (“+”), and the second and third unit regions are in a state where neither charges are held (“0”). "), And this polarity pattern is repeated after the fourth unit area. Such a “moving element for unipolar electrostatic actuator” has the following advantages over the “moving element for bipolar electrostatic actuator” described above.
【0039】第1の利点は、電荷を蓄積させるために行
う気中放電を用いた電荷像形成処理が単純になるという
点である。図8の原理図では、蓄積させる電荷の極性が
反対の2とおりの気中放電を同時に行っているような図
が示されているが、回路絶縁上の理由などにより、実際
は各極性ごとに別個に気中放電を行うのが好ましい。し
たがって、図9において、電圧+Vを印加して行う第1
回目の気中放電と、電圧−Vを印加して行う第2回目の
気中放電とを、それぞれ別個に実施する必要がある。と
ころが、「単極性の静電アクチュエータ用移動子」にお
ける電荷の蓄積処理は、1回の気中放電だけですむ。た
とえば、図17に示す移動子20の場合は、図9におい
て、電圧+Vを印加した気中放電だけを行えばよい。The first advantage is that the charge image forming process using air discharge for accumulating charges is simplified. In the principle diagram of FIG. 8, a figure is shown in which two kinds of air discharges with opposite polarities of the charges to be accumulated are simultaneously performed. However, due to reasons such as circuit insulation, each polarity is actually different. It is preferable to perform the air discharge. Therefore, in FIG. 9, the first operation is performed by applying the voltage + V.
It is necessary to separately perform the air discharge for the second time and the air discharge for the second time by applying the voltage -V. However, the electric charge accumulation process in the "moving element for unipolar electrostatic actuator" requires only one air discharge. For example, in the case of the mover 20 shown in FIG. 17, only the air discharge to which the voltage + V is applied in FIG. 9 may be performed.
【0040】第2の利点は、逆極性の電荷を隣接して配
置することにより生じる電荷の相互消滅が起こらないた
め、より長時間の電荷保持が可能になる点である。図1
1に示す移動子20では、正の電荷と負の電荷とが隣接
して蓄積されているため、単位領域のピッチが小さくな
ればなるほど、両電荷が結合によって消滅しやすくな
る。これに対し、図17に示す移動子20では、正の電
荷のみしか蓄積されていないため、このような現象は生
じないのである。The second advantage is that the mutual annihilation of charges caused by arranging charges of opposite polarities adjacent to each other does not occur, so that the charges can be held for a longer time. FIG.
In the mover 20 shown in FIG. 1, the positive charges and the negative charges are adjacently accumulated, and therefore, the smaller the pitch of the unit regions, the easier the two charges are to disappear due to bonding. On the other hand, in the mover 20 shown in FIG. 17, since only positive charges are accumulated, such a phenomenon does not occur.
【0041】§5. 単極性の静電アクチュエータ用移
動子の駆動方法 続いて、このような「単極性の静電アクチュエータ用移
動子」でも、問題なく固定子上で駆動させることができ
ることを示そう。いま、図17に示すように、正の電荷
のみが蓄積された移動子20を、固定子10の上に載せ
た場合を考える。この状態で、図18に示すように、駆
動信号φ1として正の電圧、φ2として負の電圧、φ3
として負の電圧、をそれぞれ与えるようにする。する
と、移動子20側の正の電荷“+”が蓄積された単位領
域では、固定子10側の電極に与えられた正の電荷
“+”と反発作用を生じ、移動子20は固定子10上か
らやや浮き上がった状態になる。しかも、図において矢
印を付したように、移動子20側の正の電荷“+”が蓄
積された単位領域は、固定子10側の1単位領域分右側
の位置の電極に与えられた負の電荷“−”との間で吸引
力を生じ、移動子20全体は図の右方へと1単位領域分
だけ動くことになる。図19は、このような移動が完了
した状態を示すものである。[0041]§5. Transfer for unipolar electrostatic actuator
How to drive the pendulum Then, such a "transfer for a monopolar electrostatic actuator is performed.
Even with a "mover", it can be driven on the stator without problems.
Let's show that Now, as shown in FIG. 17, positive charge
Place the mover 20 with only accumulated on the stator 10.
Think about the case. In this state, as shown in FIG.
A positive voltage as the motion signal φ1, a negative voltage as φ2, and φ3
As a negative voltage, respectively. Do
And the unit area in which the positive charge “+” on the side of the mover 20 is accumulated.
Region, the positive charge applied to the electrode on the side of the stator 10
A repulsive action is generated with "+", and the mover 20 is on the stator 10.
It will be slightly raised. Moreover, the arrow in the figure
As marked, the positive charge “+” on the side of the mover 20 is accumulated.
The stacked unit area is on the right side of one unit area on the side of the stator 10.
Attraction between the negative charge "-" given to the electrode at the position
A force is generated, and the entire mover 20 moves to the right in the figure by one unit area.
It will only move. Figure 19 shows the completion of such a move.
It shows the state of being done.
【0042】この図19に示す状態において、各駆動信
号φ1〜φ3の電圧を切り替える。すなわち、図20に
示すように、駆動信号φ1として負の電圧、φ2として
正の電圧、φ3として負の電圧、をそれぞれ与えるよう
にすると、固定子10内の各電極には、図示のような電
荷が供給される。もちろん、移動子20側の電荷につい
ては変わりがない。この図20に示す固定子10側に現
われる極性パターンは、図19に示す固定子10側の極
性パターンを、1単位領域分右へシフトしたものであ
る。すると、図20において矢印を付したように、移動
子20側の正の電荷“+”が蓄積された単位領域は、固
定子10側の1単位領域分右側の位置の電極に与えられ
た負の電荷“−”との間で吸引力を生じ、移動子20全
体は図の右方へと更に1単位領域分だけ動くことにな
る。In the state shown in FIG. 19, the voltages of the drive signals φ1 to φ3 are switched. That is, as shown in FIG. 20, when a negative voltage is applied as the drive signal φ1, a positive voltage is applied as φ2, and a negative voltage is applied as φ3, the electrodes in the stator 10 are provided with the voltages as shown in the figure. Electric charge is supplied. Of course, the charges on the side of the mover 20 remain unchanged. The polarity pattern appearing on the side of the stator 10 shown in FIG. 20 is obtained by shifting the polarity pattern on the side of the stator 10 shown in FIG. 19 to the right by one unit area. Then, as indicated by the arrow in FIG. 20, the unit region on the side of the mover 20 where the positive charge “+” is accumulated is given to the electrode at the position on the right side by one unit region on the side of the stator 10. An attractive force is generated between the electric charge “−” and the electric charge “−”, and the entire mover 20 moves one unit area further to the right in the figure.
【0043】結局、「+,−,−,+,−,−,+,
−,−,…」という周期的な極性パターンを、固定子1
0側で1単位領域分ずつ右方へシフトさせてゆくことに
より、単極性の移動子20を右方へと移動させることが
できる。すなわち、双極性の移動子と同様に、3相の駆
動信号によって駆動可能なことがわかる。After all, "+,-,-, +,-,-, +,
−, −, ...
The unipolar mover 20 can be moved to the right by shifting to the right by one unit area on the 0 side. That is, it can be seen that, like a bipolar mover, it can be driven by three-phase drive signals.
【0044】ただ、初期移動時の動作について、少し触
れておくことがある。上述の説明においては、図20で
矢印を付した部分に吸引力が生じるため、移動子20が
右方へ移動すると述べたが、これは初期移動時について
は必ずしも正しくない。図20において位置aに作用す
る力を考えると、直下の電極(“+”)からは反発力、
右下の電極(“−”)からは吸引力、左下の電極
(“−”)からは吸引力、がそれぞれ作用していること
になる。したがって、位置aは図の右方へ吸引されると
ともに、図の左方にも吸引されることになる。それにも
かかわらず、図20において、移動子20が右方へと移
動したのは、図19に示す前段階からの移動により、移
動子20が図の右方への慣性力をもっているためであ
る。すなわち、図20が静止状態であると、移動子20
は左右どちらに動き出すかは定まらないが、一旦、移動
し始めると、必ず慣性力の方向へと動き続けるようにな
るのである。これは、2極モータなどの動作原理と同じ
である。However, the operation during the initial movement may be briefly mentioned. In the above description, it was described that the moving element 20 moves to the right because the suction force is generated in the portion indicated by the arrow in FIG. 20, but this is not always correct at the time of initial movement. Considering the force acting on the position a in FIG. 20, the repulsive force from the electrode (“+”) immediately below,
The attraction force is exerted from the lower right electrode (“−”), and the attraction force is exerted from the lower left electrode (“−”). Therefore, the position a is sucked to the right side of the drawing and also to the left side of the drawing. Nevertheless, in FIG. 20, the mover 20 has moved to the right because the mover 20 has an inertial force to the right in the figure due to the movement from the previous stage shown in FIG. . That is, when FIG.
It is not decided which side will move to the left or right, but once it starts moving, it will always continue to move in the direction of inertial force. This is the same as the operating principle of a two-pole motor or the like.
【0045】そこで、初期移動時に起こる現象について
考えてみる。ここでは、説明の便宜上、図21に示すよ
うに、移動子側には、正の電荷を帯びた1点aのみが存
在するものとして考える。この状態で、図に示すような
極性パターンの駆動信号を固定子10側に与えると、上
述したように、点aに対しては、左右両側から吸引力が
作用する。点aが静止状態であったとすると、実際に点
aが左右どちらに動くかは、点aの位置が図に示す平衡
状態から左右どちらに片寄っていたか、という事実に基
づいて決定される。別言すれば、点aが図の区間Xの範
囲内にあったとすれば左へ動き、図の区間Yの範囲内に
あったとすれば右へ動くことになる。したがって、移動
子20を右方向に移動させるつもりで、図21に示すよ
うな極性パターンをもった駆動信号を与えたとしても、
たまたま、点aが図の区間Xの範囲内にあったとする
と、意図した方向とは逆の左方向へと動いてしまうこと
になる。図22は、このように、点aが左方へと移動し
たときの状態を示している。しかしながら、移動子20
を右方向へ移動させる意図をもっている場合、「+,
−,−,+,−,−,+,−,−,…」という周期的な
極性パターンを、固定子10側で1単位領域分ずつ右方
へシフトさせる駆動動作を行うので、次の段階では、固
定子10側の極性パターンは図23に示すような状態に
なっている。この状態では、点aに対しては、右方から
の吸引力のみしか作用せず、必ず右方へと移動すること
になる。Therefore, let us consider the phenomenon that occurs during the initial movement. Here, for convenience of explanation, as shown in FIG. 21, it is assumed that there is only one point a having a positive charge on the mover side. In this state, when a drive signal having a polarity pattern as shown in the figure is applied to the stator 10 side, the attraction force acts on the point a from both left and right sides as described above. If the point a is in a stationary state, whether the point a actually moves to the left or right is determined based on the fact that the position of the point a deviates to the left or right from the equilibrium state shown in the figure. In other words, if the point a is within the range of section X in the figure, it moves to the left, and if it lies within the range of section Y in the figure, it moves to the right. Therefore, even if a drive signal having a polarity pattern as shown in FIG. 21 is given with the intention of moving the mover 20 to the right,
If the point a happens to be within the range of the section X in the figure, the point a moves to the left, which is the opposite direction to the intended direction. FIG. 22 shows the state when the point a moves to the left in this way. However, the mover 20
If you intend to move the arrow to the right,
Since a cyclic polarity pattern "-,-, +,-,-, +,-,-, ..." is shifted rightward by one unit area on the stator 10 side, the next step is performed. Then, the polarity pattern on the side of the stator 10 is as shown in FIG. In this state, only the suction force from the right acts on the point a, and it always moves to the right.
【0046】このように、単極性の移動子を用いた場
合、初期移動時に、意図した方向とは逆方向に最大1ピ
ッチ分だけ動いてしまうことがあるが、直ちに、移動方
向は意図した方向へ反転するため、大きな問題は生じな
い。特に、実用の静電アクチュエータでは、1ピッチが
数100μm程度のオーダであるため、このような逆方
向への初期移動が生じても全く問題にはならない。As described above, when a unipolar moving element is used, at the initial movement, it may move up to 1 pitch in the opposite direction to the intended direction, but the moving direction is immediately changed to the intended direction. Since it reverses to, there is no big problem. Particularly, in a practical electrostatic actuator, since one pitch is on the order of several hundreds of μm, even if such an initial movement in the opposite direction occurs, no problem occurs.
【0047】以上、正の電荷のみを保持した単極性の移
動子の駆動方法を述べたが、逆に、負の電荷のみを保持
した単極性の移動子も、同様に、「+,−,−,+,
−,−,+,−,−,…」という周期的な極性パターン
を、固定子10側で1単位領域分ずつ右方へシフトさせ
ることにより、右方へと移動させることが可能である。
たとえば、図24に示すように、負の電荷のみが蓄積さ
れた移動子20を、固定子10の上に載せた場合を考え
る。この状態で、図25に示すように、駆動信号φ1と
して正の電圧、φ2として負の電圧、φ3として負の電
圧、をそれぞれ与えるようにする。この極性パターン
は、図18において示した正の電荷を保持した移動子を
初期移動させるときのパターンと同じである。この状態
では、移動子20側の負の電荷“−”が蓄積された単位
領域は、その直下の固定子10側の電極に与えられた正
の電荷“+”と吸引力を生じ、左右への移動は起こらな
い。しかし、固定子10側の周期的な極性パターンを右
へシフトさせると、図26に示す状態になる。この状態
では、移動子20側の負の電荷“−”が蓄積された単位
領域と、その直下の固定子10側の電極に与えられた負
の電荷“−”との間に反発作用が生じ、移動子20は固
定子10上からやや浮き上がった状態になる。しかも、
図において矢印を付したように、移動子20側の負の電
荷“−”が蓄積された単位領域は、固定子10側の1単
位領域分右側の位置の電極に与えられた正の電荷“+”
との間で吸引力を生じ、移動子20全体は図の右方へと
1単位領域分だけ動くことになる。図27は、このよう
な移動が完了した状態を示すものである(初期移動時
に、逆方向の左方へと動くこともあるが、やはり直ちに
正しい移動方向に反転する)。Although the method of driving the unipolar mover holding only the positive charges has been described above, conversely, for the unipolar mover holding only the negative charges, "+,-, -, +,
It is possible to move to the right by shifting the periodic polarity pattern "-,-, +,-,-, ..." By one unit area on the stator 10 side to the right.
For example, as shown in FIG. 24, consider a case where a moving element 20 in which only negative charges are accumulated is placed on the stator 10. In this state, as shown in FIG. 25, a positive voltage is applied as the drive signal φ1, a negative voltage is applied as φ2, and a negative voltage is applied as φ3. This polarity pattern is the same as the pattern shown in FIG. 18 when the mover holding the positive charge is initially moved. In this state, the unit area in which the negative charge “−” on the side of the mover 20 is accumulated generates a positive charge “+” given to the electrode on the side of the stator 10 directly below the unit area and attracts the unit area to the left and right. Does not happen. However, when the periodic polarity pattern on the stator 10 side is shifted to the right, the state shown in FIG. 26 is obtained. In this state, a repulsive action occurs between the unit area where the negative charge “−” on the side of the mover 20 is accumulated and the negative charge “−” given to the electrode on the side of the stator 10 directly below the unit area. The mover 20 is slightly raised above the stator 10. Moreover,
As indicated by the arrow in the figure, the unit area in which the negative charge “−” on the side of the mover 20 is accumulated is the positive charge “” given to the electrode on the right side of one unit area on the side of the stator 10. + ”
A suction force is generated between the and, and the entire mover 20 moves to the right in the figure by one unit area. FIG. 27 shows a state in which such movement is completed (at the time of initial movement, it may move to the left in the opposite direction, but it is immediately reversed in the correct movement direction).
【0048】さて、これまでの説明により、「+,−,
−,+,−,−,+,−,−,…」という周期的な極性
パターン(以下、周期的な繰り返し単位の部分だけを用
いて「(+,−,−)パターン」と呼ぶことにする)
を、固定子10側で右方にシフトさせることにより、正
の電荷のみを保持した移動子20も、負の電荷のみを保
持した移動子20も、いずれも右方へと駆動させること
ができることがわかった。逆に、この極性パターンを、
固定子10側で左方にシフトさせることにより、これら
の移動子20を左方へ駆動させることができることが容
易に理解できよう。図28は、この駆動動作の概念を示
す図である。図28(a) は、正の電荷のみを蓄積した移
動子(「+,0,0,+,0,0,…」という極性パタ
ーンをもった移動子)に対して、固定子側に(+,−,
−)パターンを与え、これを右方にシフトさせることに
より、移動子を右方に駆動させている状態を示してい
る。要するに、移動子側の電荷“+”が、固定子側の電
荷“−”を常に追いかけるような状態で、移動子が右方
へと進行することになる。図28(b) は、負の電荷のみ
を蓄積した移動子(「−,0,0,−,0,0,…」と
いう極性パターンをもった移動子)に対して、固定子側
に同じく(+,−,−)パターンを与え、これを右方に
シフトさせることにより、移動子を右方に駆動させてい
る状態を示している。この場合は、移動子側の電荷
“−”が、固定子側の電荷“+”を常に追いかけるよう
な状態で、移動子が右方へと進行することになる。By the above explanation, "+,-,
-, +,-,-, +,-,-, ... "Periodic polarity pattern (hereinafter, referred to as" (+,-,-) pattern "by using only the portion of the periodic repeating unit. Do)
Is shifted to the right on the side of the stator 10, both the mover 20 holding only positive charges and the mover 20 holding only negative charges can be driven to the right. I understood. Conversely, this polarity pattern
It will be easily understood that these movers 20 can be driven to the left by shifting to the left on the side of the stator 10. FIG. 28 is a diagram showing the concept of this driving operation. FIG. 28 (a) shows that on the stator side (moving element having a polarity pattern of “+, 0, 0, +, 0, 0, ...)” that accumulates only positive charges, +,-,
−) A pattern is given and the pattern is shifted to the right to drive the mover to the right. In short, the mover moves to the right in a state where the charge “+” on the mover side always follows the charge “−” on the stator side. FIG. 28 (b) shows that the moving element storing only negative charges (moving element having a polar pattern of “−, 0, 0, −, 0, 0, ...)” is the same on the stator side. A (+,-,-) pattern is given, and the pattern is shifted to the right to drive the mover to the right. In this case, the mover moves to the right in a state where the charge “−” on the mover side always follows the charge “+” on the stator side.
【0049】もっとも、単極性の移動子を駆動させるこ
とができる3相駆動信号の電極パターンは、これまでに
述べた(+,−,−)パターンだけではない。本願発明
者は、この他にも、(−,+,+)パターン、(+,
−,0)パターン、(−,+,0)パターンが存在する
ことを確認した。これら3種類の駆動パターンによる駆
動動作の概念図を、図29,図30,図31に示す。い
ずれも図(a) は、正の電荷のみを蓄積した移動子に適用
した場合を示し、図(b) は、負の電荷のみを蓄積した移
動子に適用した場合を示す。However, the electrode patterns of the three-phase drive signals capable of driving the unipolar mover are not limited to the (+,-,-) patterns described above. In addition to the above, the inventor of the present application has (−, +, +) patterns, (+,
It was confirmed that the −, 0) pattern and the (−, +, 0) pattern existed. 29, 30, and 31 are conceptual diagrams of the driving operation by these three types of driving patterns. In each case, Fig. (A) shows the case where it is applied to the mover that accumulates only positive charges, and Fig. (B) shows the case where it is applied to the mover that accumulates only negative charges.
【0050】また、上述の例では、移動子20側に蓄積
させておく単極性の極性パターンは、「+,0,0,
+,0,0,…」あるいは「−,0,0,−,0,0,
…」という3つの単位領域ごとに繰り返すパターンであ
ったが、「+,0,0,0,+,0,0,0,…」ある
いは「−,0,0,0,−,0,0,0,…」という4
つの単位領域ごとに繰り返すパターンを用いても、静電
アクチュエータとして駆動可能である(この場合、固定
子10側に与える駆動信号も、これに応じた信号にする
必要はある)。一般に、隣接するn個の単位領域のう
ち、第1の単位領域にいずれか一方の極性の電荷を保持
させ、第2〜第nの単位領域には電荷を保持させず、第
1〜第nのn個の単位領域を1周期として、単位領域の
とる状態分布を周期的に設定すれば、静電アクチュエー
タとして機能する単極性の移動子が実現できる。ただ
し、駆動効率の面では、n=3に設定した上述の実施例
が最も好ましい。In the above example, the unipolar polarity pattern to be accumulated on the side of the mover 20 is "+, 0, 0,
+, 0,0, ... "or"-, 0,0,-, 0,0,
The pattern is repeated for each of the three unit areas "...," but "+, 0, 0, 0, +, 0, 0, 0, ..." or "-, 0, 0, 0,-, 0, 0 , 0, ... ”4
The pattern can be driven as an electrostatic actuator by using a pattern repeated for each unit area (in this case, the drive signal given to the stator 10 side also needs to be a signal corresponding to this). In general, of the n unit areas adjacent to each other, the first unit area is made to hold the charge of either polarity, and the second to nth unit areas are not made to hold the charge, and If the state distribution of the unit areas is set periodically with n unit areas of 1 as one cycle, a unipolar mover that functions as an electrostatic actuator can be realized. However, in terms of driving efficiency, the above-described embodiment in which n = 3 is most preferable.
【0051】なお、駆動信号として与える極性パターン
は、たとえば、図16に示すような矩形波パターンとし
て与えることもできるが、正弦波状のパターンとして与
えることも可能である。The polarity pattern given as the drive signal can be given as a rectangular wave pattern as shown in FIG. 16, for example, but it can also be given as a sinusoidal pattern.
【0052】§6. 対向電極を移動子側に形成する実
施例 これまでに述べてきた移動子20は、支持絶縁体層21
と電荷保持媒体層23とを積層した2層構造のものであ
ったが、これに更に導電層を追加して3層構造にするこ
とも可能である。このような導電層は、電荷蓄積装置で
用いる対向電極50の代用として利用することができ
る。以下に、このような利用態様を説明する。 §6. Form the counter electrode on the mover side
The moving element 20 described so far has the supporting insulator layer 21.
The charge retaining medium layer 23 and the charge retaining medium layer 23 are laminated to each other, but a conductive layer may be further added thereto to form a three layer structure. Such a conductive layer can be used as a substitute for the counter electrode 50 used in the charge storage device. Hereinafter, such a usage mode will be described.
【0053】本発明に係る移動子を静電アクチュエータ
として用いる場合には、図6に示すような電荷蓄積装置
を用いて、電荷保持媒体層23に所定の静電パターンを
形成する必要があることは既に述べたとおりである。こ
の装置では、移動子20を電極基板30と対向電極50
との間に挟むようにして、分離放電を行っている。ここ
で、移動子20の上にのせた対向電極50の働きを考え
てみると、分離放電を行う上で、パターン電極32の対
向電極として機能するものであり、特に厚みが必要なも
のでもなく、電極として機能する導電層であればどのよ
うな層であってもかまわない。そこで、この対向電極5
0の代わりになる導電層を移動子20側に形成してしま
うことも可能である。すなわち、図6において、移動子
20を、電荷保持媒体層23、支持絶縁体層21、導電
層(対向電極50の代用)、という3層構造のものから
構成しておくのである。このような3層構造をもった移
動子20であっても、静電アクチュエータとして利用す
るのに何ら支障はない。When the mover according to the present invention is used as an electrostatic actuator, it is necessary to form a predetermined electrostatic pattern on the charge holding medium layer 23 by using a charge storage device as shown in FIG. Is as described above. In this device, the mover 20 is connected to the electrode substrate 30 and the counter electrode 50.
A separate discharge is performed so as to be sandwiched between and. Here, considering the function of the counter electrode 50 placed on the mover 20, it functions as the counter electrode of the pattern electrode 32 in performing the separate discharge, and does not require a particular thickness. Any layer may be used as long as it is a conductive layer that functions as an electrode. Therefore, this counter electrode 5
It is also possible to form a conductive layer instead of 0 on the side of the mover 20. That is, in FIG. 6, the mover 20 is composed of a three-layer structure including a charge holding medium layer 23, a supporting insulator layer 21, and a conductive layer (in place of the counter electrode 50). Even the mover 20 having such a three-layer structure has no problem in using it as an electrostatic actuator.
【0054】具体的には、このような3層構造の移動子
20としては、PET(ポリエチレン・テレフタレー
ト)やポリイミドフィルムの一方の面にアルミニウムな
どの金属を蒸着し、他方の面に後述するような電荷保持
媒体としての機能をもった弗素樹脂の層を形成したもの
を用いることができる。PETやポリイミドフィルムが
支持絶縁体層21として機能し、弗素樹脂層が電荷保持
媒体層23として機能し、アルミニウムなどの金属蒸着
層が移動子20側に形成された導電層(対向電極50の
代用)として機能する。この導電層は、分離放電時に対
向電極として機能することができればよいので、厚みは
数100nm程度あれば十分である。Specifically, as the mover 20 having such a three-layer structure, a metal such as aluminum is vapor-deposited on one surface of a PET (polyethylene terephthalate) or polyimide film, and the other surface will be described later. It is possible to use the one in which a layer of a fluororesin having a function as a charge holding medium is formed. A PET or polyimide film functions as the supporting insulator layer 21, a fluororesin layer functions as the charge retention medium layer 23, and a metal vapor deposition layer such as aluminum is formed on the side of the moving element 20 as a conductive layer (instead of the counter electrode 50). ). This conductive layer only needs to be able to function as a counter electrode at the time of separation discharge, and therefore, a thickness of several hundreds nm is sufficient.
【0055】このような3層構造の移動子20に対して
静電パターンを形成するのであれば、電荷蓄積装置側に
は、対向電極50を用意しておく必要はなくなり構造が
簡単になる。もっとも、3層構造をもった移動子20を
用いる場合であっても、図6に示すように、電荷蓄積装
置側に対向電極50を用意しておいても勿論かまわな
い。この場合は、移動子20側の導電層上に対向電極5
0がのせられて、電気的に接触することになる。また、
移動子20側をより多くの層で構成することも可能であ
る。If an electrostatic pattern is formed on the mover 20 having such a three-layer structure, it is not necessary to prepare the counter electrode 50 on the charge storage device side, and the structure is simplified. However, even when the mover 20 having a three-layer structure is used, the counter electrode 50 may be prepared on the charge storage device side as shown in FIG. In this case, the counter electrode 5 is formed on the conductive layer on the mover 20 side.
0 is put on and it makes electrical contact. Also,
It is also possible to configure the moving element 20 side with more layers.
【0056】§7. 電荷保持媒体として好ましい材料 最後に、本発明に係る静電アクチュエータ用移動子に利
用するための電荷保持媒体として好ましい材料を挙げて
おく。本願発明者の認識によれば、体積抵抗率が10
18Ω・cm以上の樹脂であれば、本発明における電荷
保持媒体として利用できると思われ、特に、体積抵抗率
が1018Ω・cm以上の環状構造を有する弗素重合体
を用いるのが好ましい。これらの重合体は、180℃程
度で加熱し乾燥させると固化するので、スピンコート法
や、バーコート法などの手法で、支持フィルム上に塗布
した後、加熱乾燥させれば、電荷保持媒体層を形成する
ことができる。 §7. Materials Preferred as Charge Retaining Medium Finally, materials preferred as a charge retaining medium for use in the moving element for electrostatic actuator according to the present invention will be mentioned. According to the inventor's recognition, the volume resistivity is 10
A resin having a resistance of 18 Ω · cm or more is considered to be usable as the charge retention medium in the present invention, and it is particularly preferable to use a fluoropolymer having a cyclic structure having a volume resistivity of 10 18 Ω · cm or more. Since these polymers solidify when heated and dried at about 180 ° C., they can be applied to the support film by a method such as a spin coating method or a bar coating method, and then dried by heating. Can be formed.
【0057】以下に、より具体的な材料名を挙げてお
く。 (1) ポリテトラフルオロエチレン(PTFE) 以下
に化学式を記す。More specific material names will be listed below. (1) Polytetrafluoroethylene (PTFE) The chemical formula is shown below.
【0058】[0058]
【化1】 (2) テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピ
レン共重合体(FEP)以下に化学式を記す。Embedded image (2) Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) The chemical formula is shown below.
【0059】[0059]
【化2】 (3) テトラフルオロエチレン−パーフルオロ(アルキ
ルビニルエーテル)共重合体(PFA) 以下に化学式
を記す。Embedded image (3) Tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer (PFA) The chemical formula is shown below.
【0060】[0060]
【化3】 (4) テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピ
レン−パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)三元共
重合体(EPE) 以下に化学式を記す。Embedded image (4) Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoro (propyl vinyl ether) terpolymer (EPE) The chemical formula is shown below.
【0061】[0061]
【化4】 (5) 一般式[Chemical 4] (5) General formula
【0062】[0062]
【化5】 および/またはEmbedded image And / or
【0063】[0063]
【化6】 で表される環構造の繰り返し単位の群(a)から本質的
になり、固有粘度が少なくとも0.1であるような分子
量を有する含弗素熱可塑性樹脂状重合体 (6) 上述の(5) に示した重合体において、繰り返し単
位の群(a)がパーフルオロアリルビニルエーテルおよ
び/またはパーフルオロブテニルビニルエーテルから誘
導されるもの (7) 一般式[Chemical 6] A fluorine-containing thermoplastic resin-like polymer having a molecular weight such that it essentially consists of a repeating unit group (a) represented by the formula (a) and has an intrinsic viscosity of at least 0.1 (6). In the polymer shown in, the group (a) of repeating units is derived from perfluoroallyl vinyl ether and / or perfluorobutenyl vinyl ether. (7) General formula
【0064】[0064]
【化7】 および/または[Chemical 7] And / or
【0065】[0065]
【化8】 で表される環構造の繰り返し単位の群(a)と、一般式Embedded image A group (a) of repeating units having a ring structure represented by
【0066】[0066]
【化9】 で表される繰り返し単位の群(b)から本質的になり、
少なくとも80重量%の繰り返し単位の群(a)を含
み、固有粘度が少なくとも0.1であるような分子量を
有する含弗素熱可塑性樹脂状重合体 (8) 上述の(7) に示した重合体において、繰り返し単
位の群(a)がパーフルオロアリルビニルエーテルおよ
び/またはパーフルオロブテニルビニルエーテルから誘
導されるもの (9) 上述の(7) あるいは(8) に示した重合体におい
て、繰り返し単位の群(b)が、一般式[Chemical 9] Essentially consists of the group (b) of repeating units represented by
Fluorine-containing thermoplastic resin-like polymer containing at least 80% by weight of group (a) of repeating units and having a molecular weight such that the intrinsic viscosity is at least 0.1 (8) The polymer described in (7) above. In which the group (a) of repeating units is derived from perfluoroallyl vinyl ether and / or perfluorobutenyl vinyl ether (9) In the polymer shown in (7) or (8) above, the group of repeating units (B) is a general formula
【0067】[0067]
【化10】 で表されるコモノマーから誘導される重合体[Chemical 10] Polymer derived from comonomer represented by
【0068】[0068]
【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、電荷保持
媒体を静電アクチュエータ用の移動子として利用するよ
うにしたため、移動子側に電荷を保持させておくことが
でき、初期駆動時の充電時間τや駆動中の再充電が不要
になり、非常に効率的な駆動が可能になる。As described above, according to the present invention, since the charge holding medium is used as the moving element for the electrostatic actuator, the electric charge can be held on the moving element side, and the charge holding medium can be held at the time of initial driving. The charging time τ and recharging during driving are unnecessary, and very efficient driving becomes possible.
【図1】従来の一般的な静電アクチュエータを示す斜視
図である。FIG. 1 is a perspective view showing a conventional general electrostatic actuator.
【図2】図1に示す静電アクチュエータの駆動動作を説
明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a driving operation of the electrostatic actuator shown in FIG.
【図3】図2に示す静電アクチュエータを駆動する場合
の初期段階の状態を説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state at an initial stage when driving the electrostatic actuator shown in FIG.
【図4】図3に示す状態から、駆動信号を次の段階へ進
めた状態を説明する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a state in which a drive signal is advanced to the next stage from the state shown in FIG.
【図5】図4に示す状態において、移動子が1段階だけ
移動した状態を説明する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which the mover has moved by one step in the state shown in FIG.
【図6】本発明に係る移動子20に電荷を蓄積させるた
めの電荷蓄積装置の構成を示す分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view showing the configuration of a charge storage device for storing charges in the mover 20 according to the present invention.
【図7】図6に示す電荷蓄積装置を動作させる状態を示
す斜視図である。7 is a perspective view showing a state in which the charge storage device shown in FIG. 6 is operated.
【図8】図6に示す電荷蓄積装置の動作状態を示す断面
図である。8 is a cross-sectional view showing an operating state of the charge storage device shown in FIG.
【図9】図6に示す電荷蓄積装置の基板31の上面図で
ある。9 is a top view of a substrate 31 of the charge storage device shown in FIG.
【図10】図6に示す電荷蓄積装置により、電荷保持媒
体層23に所望の電荷蓄積を完了した状態を示す断面図
である。10 is a cross-sectional view showing a state where desired charge storage in the charge storage medium layer 23 is completed by the charge storage device shown in FIG.
【図11】本発明に係る双極性移動子を用いた静電アク
チュエータの駆動動作を説明するための断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the driving operation of the electrostatic actuator using the bipolar mover according to the present invention.
【図12】図11に示す静電アクチュエータを駆動する
場合の初期段階の状態を説明する断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a state at an initial stage when driving the electrostatic actuator illustrated in FIG.
【図13】図12に示す状態から、駆動信号を次の段階
へ進めた状態を説明する断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a state in which the drive signal is advanced to the next stage from the state shown in FIG.
【図14】図13に示す状態から、移動子が右方へと移
動し始めた状態を説明する断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a state in which the mover has started to move rightward from the state shown in FIG.
【図15】図13に示す状態において、移動子が1段階
だけ移動した状態を説明する断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a state in which the mover has moved by one step in the state shown in FIG.
【図16】本発明に係る双極性移動子を用いた静電アク
チュエータの駆動動作に必要な3相の駆動信号の波形図
である。FIG. 16 is a waveform diagram of three-phase drive signals necessary for driving operation of the electrostatic actuator using the bipolar mover according to the present invention.
【図17】本発明に係る正の電荷のみを保持した単極性
移動子を用いた静電アクチュエータの駆動動作を説明す
るための断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining a driving operation of an electrostatic actuator using a unipolar moving element that holds only positive charges according to the present invention.
【図18】図17に示す静電アクチュエータを駆動する
場合の初期段階の状態を説明する断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a state at an initial stage when driving the electrostatic actuator illustrated in FIG. 17.
【図19】図18に示す状態から、移動子が1段階だけ
移動した状態を説明する断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a state in which the mover has moved by one step from the state shown in FIG.
【図20】図19に示す状態から、駆動信号を次の段階
へ進めた状態を説明する断面図である。20 is a cross-sectional view illustrating a state in which the drive signal is advanced to the next stage from the state shown in FIG.
【図21】単極性移動子を用いた静電アクチュエータの
初期移動時の移動方向が決定される要因を説明する断面
図である。FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a factor that determines the moving direction of an electrostatic actuator using a unipolar moving element at the time of initial movement.
【図22】単極性移動子を用いた静電アクチュエータの
初期移動時に、意図した方向とは逆方向に移動子が移動
した状態を説明する断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating a state in which the moving element moves in a direction opposite to the intended direction when the electrostatic actuator using the unipolar moving element initially moves.
【図23】単極性移動子を用いた静電アクチュエータの
初期移動時に、意図した方向とは逆方向に移動した移動
子が、反転した正しい移動方向に移動することを説明す
る断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating that, when an electrostatic actuator using a unipolar moving element is initially moved, a moving element that has moved in a direction opposite to an intended direction moves in a reversed and correct moving direction.
【図24】本発明に係る負の電荷のみを保持した単極性
移動子を用いた静電アクチュエータの駆動動作を説明す
るための断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining a driving operation of an electrostatic actuator using a unipolar moving element that holds only negative charges according to the present invention.
【図25】図24に示す静電アクチュエータを駆動する
場合の初期段階の状態を説明する断面図である。25 is a cross-sectional view illustrating a state at an initial stage when driving the electrostatic actuator illustrated in FIG.
【図26】図25に示す状態から、駆動信号を次の段階
へ進めた状態を説明する断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view illustrating a state where the drive signal is advanced to the next stage from the state shown in FIG. 25.
【図27】図26に示す状態から、移動子が1段階だけ
移動した状態を説明する断面図である。27 is a cross-sectional view illustrating a state in which the mover has moved by one step from the state shown in FIG.
【図28】本発明に係る移動子に対して、固定子側に
(+,−,−)なる極性パターンを与え、このパターン
を右方にシフトさせることにより、移動子を右方に駆動
させる駆動動作を示す概念図である。FIG. 28 is a diagram showing a stator according to the present invention, which is provided with a polarity pattern of (+, −, −) on the stator side and is shifted to the right to drive the slider to the right. It is a conceptual diagram which shows a drive operation.
【図29】本発明に係る移動子に対して、固定子側に
(−,+,+)なる極性パターンを与え、このパターン
を右方にシフトさせることにより、移動子を右方に駆動
させる駆動動作を示す概念図である。FIG. 29 is a schematic diagram showing that a polarity pattern of (−, +, +) is given to the stator side of the mover according to the present invention, and this pattern is shifted rightward to drive the mover rightward. It is a conceptual diagram which shows a drive operation.
【図30】本発明に係る移動子に対して、固定子側に
(+,−,0)なる極性パターンを与え、このパターン
を右方にシフトさせることにより、移動子を右方に駆動
させる駆動動作を示す概念図である。FIG. 30: For the mover according to the present invention, a polarity pattern of (+, −, 0) is applied to the stator side, and this pattern is shifted to the right to drive the mover to the right. It is a conceptual diagram which shows a drive operation.
【図31】本発明に係る移動子に対して、固定子側に
(−,+,0)なる極性パターンを与え、このパターン
を右方にシフトさせることにより、移動子を右方に駆動
させる駆動動作を示す概念図である。FIG. 31 is a diagram showing a stator according to the present invention in which a polarity pattern of (-, +, 0) is applied to the stator side, and the pattern is shifted to the right to drive the mover to the right. It is a conceptual diagram which shows a drive operation.
10…固定子 11〜18…電極 20…移動子 21…支持絶縁体層 22…電荷誘導体層 23…電荷保持媒体層 30…電極基板 31…基板 32…パターン電極 40…枠体 50…対向電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Stator 11-18 ... Electrode 20 ... Mover 21 ... Support insulator layer 22 ... Charge induction layer 23 ... Charge holding medium layer 30 ... Electrode substrate 31 ... Substrate 32 ... Pattern electrode 40 ... Frame body 50 ... Counter electrode
Claims (7)
する固定子とともに用いることにより静電アクチュエー
タを構成する静電アクチュエータ用移動子であって、 体積抵抗率が1018Ω・cm以上の樹脂からなる電荷
保持媒体層を有し、この電荷保持媒体体層に、前記ピッ
チと同じピッチで複数の単位領域が定義され、各単位領
域は、正の電荷を保持した状態、負の電荷を保持した状
態、いずれの電荷も保持しない状態、なる3つの状態群
の中から選ばれた1つの状態をとり、かつ、単位領域の
とる状態分布が周期的な分布となっていることを特徴と
する静電アクチュエータ用移動子。1. A moving body for an electrostatic actuator, which constitutes an electrostatic actuator when used together with a stator having a plurality of electrodes arranged at a predetermined pitch, the resin having a volume resistivity of 10 18 Ω · cm or more. And a plurality of unit areas are defined at the same pitch as the pitch, and each unit area holds a positive charge and holds a negative charge. Is a selected state, a state in which none of the charges is held, a state selected from three state groups, and a state distribution of the unit region is a periodic distribution. Mover for electrostatic actuator.
移動子において、 電荷保持媒体層として、体積抵抗率が1018Ω・cm
以上の環状構造を有する弗素重合体を用いたことを特徴
とする静電アクチュエータ用移動子。2. The electrostatic actuator moving element according to claim 1, wherein the charge holding medium layer has a volume resistivity of 10 18 Ω · cm.
A mover for an electrostatic actuator, which is characterized by using the above-mentioned fluoropolymer having a cyclic structure.
エータ用移動子において、 隣接する3つの単位領域における状態分布を1周期とし
て、単位領域のとる状態分布が周期的になるようにした
ことを特徴とする静電アクチュエータ用移動子。3. The electrostatic actuator moving element according to claim 1, wherein the state distribution in three adjacent unit areas is set as one cycle, and the state distributions of the unit areas are cyclic. A mover for an electrostatic actuator characterized by:
エータ用移動子において、 保持させる電荷の極性を正または負のいずれか一方の極
性だけに定め、隣接するn個の単位領域のうち、第1の
単位領域には前記一方の極性の電荷を保持させ、第2の
単位領域〜第nの単位領域には、電荷を保持させず、前
記n個の単位領域を1周期として、単位領域のとる状態
分布が周期的になるようにしたことを特徴とする静電ア
クチュエータ用移動子。4. The electrostatic actuator moving element according to claim 1, wherein the polarity of the electric charge to be retained is set to only one of positive and negative polarities, and among the n unit regions adjacent to each other, The first unit region is made to hold the charge of the one polarity, the second unit region to the nth unit region are not made to hold the charge, and the n unit regions are set as one cycle. A moving element for an electrostatic actuator, characterized in that the state distribution of is taken to be periodic.
移動子において、 n=3に設定したことを特徴とする静電アクチュエータ
用移動子。5. The mover for an electrostatic actuator according to claim 4, wherein n = 3 is set.
移動子の駆動方法であって、 固定子に配置された第(i+1)番目(ただし、iは
0,1,2,…)の電極には第1の駆動信号を与え、第
(i+2)番目の電極には第2の駆動信号を与え、第
(i+3)番目の電極には第3の駆動信号を与え、 正の極性または負の極性のいずれか一方を第1の極性、
他方を第2の極性と定義し、 前記3つの駆動信号のいずれもが、第1の極性状態、第
2の極性状態、第2の極性状態、なる3つの単位時間ご
との状態をこの順に周期的にとる信号になるようにし、
かつ、それぞれ位相の異なる信号になるようにすること
を特徴とする静電アクチュエータ用移動子の駆動方法。6. The method for driving a slider for an electrostatic actuator according to claim 5, wherein the (i + 1) th (where i is 0, 1, 2, ...) Electrodes arranged on the stator. A first drive signal, a (i + 2) th electrode is supplied with a second drive signal, and a (i + 3) th electrode is supplied with a third drive signal. One of the polarities is the first polarity,
The other is defined as the second polarity, and each of the three drive signals is cycled in this order in three unit time states: a first polarity state, a second polarity state, a second polarity state. So that it becomes a signal that
A method for driving a moving element for an electrostatic actuator, which is characterized in that signals having different phases are provided.
移動子の駆動方法であって、 固定子に配置された第(i+1)番目(ただし、iは
0,1,2,…)の電極には第1の駆動信号を与え、第
(i+2)番目の電極には第2の駆動信号を与え、第
(i+3)番目の電極には第3の駆動信号を与え、 正の極性または負の極性のいずれか一方を第1の極性、
他方を第2の極性と定義し、 前記3つの駆動信号のいずれもが、第1の極性状態、第
2の極性状態、接地状態、なる3つの単位時間ごとの状
態をこの順に周期的にとる信号になるようにし、かつ、
それぞれ位相の異なる信号になるようにすることを特徴
とする静電アクチュエータ用移動子の駆動方法。7. The method for driving a slider for an electrostatic actuator according to claim 5, wherein the (i + 1) th (where i is 0, 1, 2, ...) Electrodes arranged on the stator. A first drive signal, a (i + 2) th electrode is supplied with a second drive signal, and a (i + 3) th electrode is supplied with a third drive signal. One of the polarities is the first polarity,
The other is defined as the second polarity, and all of the three drive signals periodically take three unit time states, that is, the first polarity state, the second polarity state, and the ground state. Be a signal, and
A method of driving a moving element for an electrostatic actuator, characterized in that signals having different phases are provided.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17324494A JPH0819271A (en) | 1994-07-01 | 1994-07-01 | Moving element for electrostatic actuator and driving method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17324494A JPH0819271A (en) | 1994-07-01 | 1994-07-01 | Moving element for electrostatic actuator and driving method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0819271A true JPH0819271A (en) | 1996-01-19 |
Family
ID=15956839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17324494A Pending JPH0819271A (en) | 1994-07-01 | 1994-07-01 | Moving element for electrostatic actuator and driving method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0819271A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1048275A2 (en) | 1999-04-28 | 2000-11-02 | MLC Limited Company | Apparatus for intubation of lacrimal duct |
| JP2009536015A (en) * | 2007-06-22 | 2009-10-01 | コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー | Electrostatic actuator |
-
1994
- 1994-07-01 JP JP17324494A patent/JPH0819271A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1048275A2 (en) | 1999-04-28 | 2000-11-02 | MLC Limited Company | Apparatus for intubation of lacrimal duct |
| JP2009536015A (en) * | 2007-06-22 | 2009-10-01 | コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー | Electrostatic actuator |
| JP4864141B2 (en) * | 2007-06-22 | 2012-02-01 | コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー | Electrostatic actuator |
| US8120451B2 (en) | 2007-06-22 | 2012-02-21 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Electrostatic actuator |
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