JP2001119917A

JP2001119917A - 静電平面アクチュエータ

Info

Publication number: JP2001119917A
Application number: JP29935799A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Enomoto; 茂男榎本
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】超薄型の平面駆動アクチュエータにおいて、
マイクロメートルのオーダで位置決めを可能にする。【解決手段】ステータ１０において、上面板１１にエッ
チング加工により揺動部１３を形成し、底面板１２に揺
動部１３の第１揺動電極部１５Ｅと第２揺動電極部１５
Ｆに対向するように固定電極１５Ａ、１５Ｂをそれぞれ
配置する。固定電極１５Ａ，１５Ｂに電圧を印可させ
て、固定電極１５Ａと第１揺動電極部１５Ｅおよび固定
電極１５Ｂと第２揺動電極部１５Ｆとの間に静電気力を
作用させる。これにより、揺動部１３が揺動し、揺動部
１３の支持面１３Ｄに支持された平面移動板がステータ
１０に対して平行移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気力を駆動力
とする静電アクチュエータ（静電モータ）に関し、特
に、移動部材（スライダ）が平面上を移動する静電平面
アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被駆動体を２次元平面上において
移動させることができる平面駆動アクチュエータが知ら
れている。このようなアクチュエータでは、直進方向に
駆動する２つのモータ（例えば、ステッピングモータ）
が互いに直交する２軸方向に沿ってそれぞれ設けられて
おり、必要に応じて、被駆動体が２次元平面上を移動す
る。平面駆動アクチュエータは、部材の位置決めなどに
利用可能で、例えば、カメラの像ブレ補正用レンズの位
置決めに使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステッ
ピングモータなどによる平面アクチュエータでは、減速
機構を必要とするためにバックラッシュなどが生じ、マ
イクロメートル（μｍ＝１０^-6ｍ）のオーダで精度よく
位置決めすることができない。また、ステッピングモー
タの小型化には限界があり、アクチュエータを超薄型の
サイズまで小型化することができない。

【０００４】本発明は、マイクロメートルのオーダで位
置決めをすることができる超薄型の平面駆動アクチュエ
ータを得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の静電平面アクチ
ュエータは、互いにほぼ平行に向かい合う第１の平面板
と第２の平面板から成り、第１の平面板に揺動可能に設
けられた複数の導電性の揺動要素と、揺動要素と対向す
るように第２の平面板において互いに絶縁状態で配置さ
れる複数の固定電極とを有するステータと、揺動要素に
支持され、第１の平面板と平行に向かい合う平面移動板
とを備え、固定電極に電圧が印加されることで揺動要素
と固定電極との間に生じる静電気力の作用に応じて揺動
要素が揺動することによって、平面移動板が、第１の平
面板に対して相対的にほぼ平行に移動することを特徴と
する。

【０００６】揺動要素の揺動は、揺動要素に形成された
平面移動板と接する支持面が傾く運動と、支持面が傾い
た状態から第２の平面板の方へ沈み込む運動とを含むこ
とことが望ましい。このような揺動要素の揺動により、
精度よく平面移動板を平行移動させることができる。

【０００７】複数の前記揺動要素は、第１の平面板にお
いて互いに直交する第１の軸および第２の軸に沿ってマ
トリクス状に配置されていることが望ましい。

【０００８】さらに、複数の前記揺動要素は、第２の軸
に沿って第１の平面板に支持され、第１の軸に沿って揺
動することが望ましい。これにより、平面移動板６０は
第１の軸に沿って移動する。この場合、複数の揺動要素
において、第１のグループの揺動要素および第２のグル
ープの揺動要素がともに揺動するとともに、第１のグル
ープの揺動要素が平面移動板と接しているときには第２
のグループの揺動要素は平面移動板を支持せず、前第２
のグループの揺動要素が平面移動板と接しているときに
は第１のグループの揺動要素は平行移動板を支持しない
ことが望ましい。

【０００９】あるいは、複数の揺動要素は、第１の平面
板において、交互に、第１および第２の軸のうちどちら
か一方の軸に沿って支持され、第１の軸に沿って支持さ
れていれば第２の軸に沿って揺動し、第２の軸に沿って
支持されていれば第１の軸に沿って揺動することが望ま
しい。これにより、平面移動板６０は第１の軸および第
２の軸に沿って移動可能となる。この場合、複数の前記
揺動要素において、第２の軸に沿って支持される第３の
グループの揺動要素と第１の軸に沿って支持される第４
のグループの揺動要素がともに揺動するとともに、第３
のグループの揺動要素が平面移動板と接しているときに
は第４のグループの揺動要素は平面移動板を支持せず、
第４のグループの揺動要素が平面移動板と接していると
きには第３のグループの揺動要素は平面移動板を支持し
ないことが望ましい。

【００１０】ステータは、第１の平面板に対するエッチ
ング加工により形成され、第１の軸もしくは第２の軸に
沿ってトーションアーム部を介して第１の平面板と連結
された揺動電極部と、揺動電極部を２分するように揺動
電極部上に形成され、平面移動板と接する支持面を有す
る突起部とから成る揺動要素と、２分された揺動電極部
をそれぞれ第１揺動電極部および第２揺動電極部とした
とき、第１および第２揺動電極部にそれぞれ対向するよ
うに第２の平面板に配置された固定電極部とを有するこ
とが望ましい。このようなステータの構成によれば、静
電平面アクチュエータを超薄型のサイズにすることが可
能となる。

【００１１】固定電極に対する電圧印加は、電圧値およ
び電圧印加タイミングを調整可能な電圧印加制御手段に
より実行されることが望ましい。さらに、電圧印加制御
手段は、固定電極に対する電圧印加は、各揺動要素に対
して２つずつ配置された固定電極のうちどちらか一方に
所定電圧を印加する片電圧印加と、両方の前記電極に前
記所定電圧を印加させる両電圧印加と、両方の前記固定
電極とも電圧を印加させない電圧無印加を、選択的に実
行することが望ましい。このような電圧印加が施される
ことによって、揺動要素が規則的に揺動する。

【００１２】揺動要素は、片電圧印加により、第１揺動
電極部もしくは第２揺動電極部と電圧が印加された固定
電極との間に静電気力が生じることによって、電圧が印
加された固定電極の方へ傾くことが望ましい。さらに、
揺動要素は、片電圧印加から両電圧印加の切り替えによ
り第１揺動電極部および第２揺動電極部とそれぞれ対向
する固定電極との間に静電気力が生じることによって、
傾いた状態から固定電極の方へ沈み込み、電圧無印加の
時の位置よりも、固定電極の方へ下がった位置に留まる
ことが望ましい。このような揺動要素の揺動により、平
面移動板が確実かつ精度よく平行移動することが可能と
なる。

【００１３】電圧印加制御手段は、第１のグループの揺
動要素に対向する２つの固定電極に対して片電圧印加と
両電圧印加を順番に施すとともに第２のグループの揺動
要素に対向する２つの固定電極に対しては電圧無印加を
施すか、もしくは、第２のグループの揺動要素に対向す
る固定電極に対して片電圧印加と両電圧印加を順番に施
すとともに第１のグループの揺動要素に対向する２つの
固定電極に対しては電圧無印加を施すことが望ましい。
これにより、平面移動板が第１の軸に沿って連続的ある
いは間欠的に平行移動することが可能となる。

【００１４】電圧印加制御手段は、第３のグループの揺
動要素に対向する２つの固定電極に対して片電圧印加と
両電圧印加を順番に施すとともに第４のグループの揺動
要素に対向する２つの固定電極に対しては電圧無印加を
施すか、もしくは、第４のグループの揺動要素に対向す
る２つの固定電極に対して片電圧印加と両電圧印加を順
番に施すととも第３のグループの揺動要素に対向する２
つの固定電極に対しては電圧無印加を施すことが望まし
い。これにより、平面移動板６０が第１および第２の軸
に沿って連続的あるいは間欠的に平行移動することが可
能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下では、図面を参照して本発明
の実施形態である静電平面アクチュエータについて説明
する。

【００１６】図１は、第１の実施形態である静電平面ア
クチュエータを部分的に示した斜視図である。

【００１７】静電平面アクチュエータは、移動体となる
平面移動板６０と、ステータ１０から構成される。ステ
ータ１０は、金属製の上面板（第１の平面板）１１と、
セラミックス等で成形された底面板（第２の平面板）１
２から成る。図１では、ステータ１０の上に載せられた
平面移動板６０を取り外した状態が示されている。

【００１８】上面板１１と底面板１２は、ともに薄厚な
平板で、互いに所定間隔をおいて平行関係にある。ま
た、上面板１１と底面板１２との間には、上面板１１と
底面板１２を固定するための支柱（図示せず）が複数設
けられている。底面板１２は、支持台（図示せず）に固
定されており、これによりステータ１０が固定される。
ステータ１０の厚さは、ここでは約１mmである。

【００１９】上面板１１には、互いに直交するｘ軸（第
１の軸）、ｙ軸（第２の軸）に沿って２次元マトリクス
状に並んだ複数の揺動部（揺動要素）１３が形成されて
いる。本実施形態における静電平面アクチュエータに
は、ｘ軸、ｙ軸に沿ってそれぞれ２００個ずつ揺動部１
３が形成されているが、図１では、９つの揺動部１３だ
けを示している。

【００２０】揺動部１３には、突起部１３Ｂが形成され
ており、突起部１３Ｂの支持面１３（接触部）Ｄによっ
て、平面移動板６０が支持される。平面移動板６０にお
けるステータ１０側の接面６０Ａおよび支持面１３Ｄは
ともに平面であり、平面移動板６０は、揺動部１３の支
持面１３Ｄと密接する。このとき、支持面１３Ｄと平面
移動板６０との間には摩擦力が働いている。なお、平面
移動板６０は、軽金属により形成されており、例えば、
アルミにより形成されている。

【００２１】上面板１１に形成されたすべての揺動部１
３は、後述するように、ｘ軸方向に沿って揺動可能であ
り、揺動部１３が揺動すると、支持面１３Ｄと密接する
平面移動板６０は、ステータ１０に対し、ｘ軸に沿って
平行移動する。すなわち、平面移動板６０は、支持面１
３Ｄが形成する平面上を１次元的に移動可能である。こ
れにより、平面移動板６０と接続された被駆動体（図示
せず）が移動する。

【００２２】図２は、図１に示した揺動部１３の付近を
拡大したステータ１０の斜視図であり、図３は、図２の
２点鎖線Ａ’−Ａ”におけるｙ軸方向から見た断面図で
ある。図２、図３を用いて、ステータ１０の構成を説明
する。ここでは、１つの揺動部１３を示しているが、上
面板１１における各揺動部１３は、すべて同じ構成であ
り、また、各揺動部１３に対応するステータ１０の内部
構成も、すべて同じである。なお、図３では、平面移動
板６０が揺動部１３の支持面１３Ｄに支持されている。

【００２３】揺動部１３は、揺動電極部１３Ｃと突起部
１３Ｂから構成されている。突起部１３Ｂは、断面が台
形の角柱状に形成されており、ｙ軸方向に沿って揺動電
極部１３Ｃ上に形成される。ｘ軸方向の長さが約２００
μｍ程である揺動電極部１３Ｃは、上面板１１に対する
エッチング加工によって形成されており、揺動電極部１
３Ｃの外縁１３Ｍと上面板１１との間には隙間ＳＫが存
在し、揺動部１３は、ヒンジ（トーションアーム部）１
３Ａを介して上面板１１に連結されている（支持されて
いる）。揺動部１３は、ｙ軸と平行な軸Ｊに関して線対
称な形状であり、ヒンジ１３Ａと突起部１３Ｂは、とも
に軸Ｊ上に位置する。

【００２４】揺動電極部１３Ｃを軸Ｊに関して２分し、
それぞれ第１揺動電極部１３Ｅ、第２揺動電極部１３Ｆ
とすると、底面板１２に設けられた固定電極１５Ａ、１
５Ｂは、第１揺動電極部１３Ｅ、第２揺動電極部１３Ｆ
にそれぞれ対向し、かつ、軸Ｊに対して線対称になるよ
うに配置されている。なお、固定電極１５Ａ、１５Ｂの
表面は、各固定電極間を絶縁状態にするため、それぞれ
絶縁被膜１５Ｃ，１５Ｄに覆われている。

【００２５】底面板１２には、固定電極１５Ａ、１５Ｂ
に電圧を印加させるための回路（図示せず）が配設され
ており、ステータ１０の外部にあるマイクロプロセッサ
１６において、電圧印加のタイミングおよび電圧値など
の調整が施される。固定電極１５Ａ、１５Ｂに対して選
択的に電圧を印加させると、揺動部１３は、固定電極１
５Ａ、１５Ｂと導電性の第１揺動電極部１３Ｅ、第２揺
動電極部１３Ｆとの間に生じる静電気力により揺動す
る。

【００２６】なお、上面板１１と底面板１２との間に設
けられた支柱１４Ａ〜Ｄは、揺動部１３を取り囲むよう
にｘ−ｙ軸に沿って等間隔をおいて配置されており、上
面板１１と底面板１２は、支柱１４Ａ〜１４Ｄにより一
体化されている。

【００２７】図４〜図１０を用いて、固定電極に対する
電圧印加動作および電圧印加に応じた揺動部の揺動につ
いて説明する。

【００２８】図４では、ステータ１０の一部を上から見
た平面図および２点鎖線Ｂ−Ｂ’における断面図を示し
ている。以下では、揺動部の揺動状態を説明するため、
ステータ１０にマトリクス状に形成された揺動部を、ｙ
軸方向に関して奇数ラインＮ＝２Ｋ＋１と偶数ラインＭ
（第１のグループの揺動要素と第２のグループの揺動要
素）とに分ける。ただし、Ｋは整数である。図４〜１０
では、特に、ｘ軸方向に沿ったＪ−１（Ｊ＝１、２・・
・）ライン上にあるとともに、ｙ軸方向に沿って奇数ラ
インＮ０−１、Ｎ０および偶数ラインＭ０上にある３つ
の揺動部の動きについて説明する。ここでは、３つの揺
動部にそれぞれ符号「１３」、「２３」、「３３」を与
え、３つの揺動部に対向する固定電極にも、それぞれ符
号「１５Ａ、１５Ｂ」、「２５Ａ、２５Ｂ」、「３５
Ａ、３５Ｂ」を与える。

【００２９】図５は、３つの揺動部１３、２３、３３の
揺動状態を段階的に示した図であり、４段階に分けて揺
動部１３、２３、３３の揺動状態が示されている。図６
は、マイクロプロセッサ１６（図２参照）により固定電
極１５Ａ、１５Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ、３５Ａ、３５Ｂに
対して印加された電圧を時間経過に沿って示した図であ
り、各段階における電圧値が示されている。図６に示す
ように、奇数ラインＮ０−１、Ｎ０に対応する固定電極
１５Ａ、１５Ｂおよび３５Ａ、３５Ｂには、同じタイミ
ングおよび同じ電圧値による電圧印加が施される。図７
は、段階（１）から段階（２）へ移る時の揺動部１３、
３３の揺動を示し、また、図８は、段階（２）から段階
（３）へ移る時の揺動部１３、３３の揺動を示してい
る。

【００３０】図５に示すように、段階（１）では、奇数
ラインＮ０−１、Ｎ０にある揺動部１３、３３は、固定
電極１５Ａ、１５Ｂ、３５Ａ、３５Ｂに電圧が印加され
ないため（図６参照）、静電気力の作用を受けない。し
たがって、段階（１）では、平行移動板６０は、揺動部
１３、３３における支持面１３Ｄ、３３Ｄと密接してい
る。

【００３１】一方、偶数ラインＭ０に対応する固定電極
２５Ａ，２５Ｂには、それぞれＶ_Hの電圧が印加されて
おり、固定電極２５Ａ、２５Ｂには、正（＋）の電荷が
生じ、それに応じて、第１揺動電極部２３Ｅ、第２揺動
電極部２３Ｆには負（−）の電荷が蓄積される。これに
より、固定電極２５Ａと第１揺動電極部２３Ｅおよび固
定電極２５Ｂと第２揺動電極部２３Ｆとの間には、静電
気力（引力）が生じる。固定電極２５Ａ、２５Ｂには、
ともにＶ_Hの電圧が印加されていることから、生じる静
電気力は互いに等しい。したがって、揺動部２３は、ヒ
ンジ２３Ａ（図４参照）を下方に歪ませながら、ｘーｙ
軸平面に垂直なｚ軸に沿って下方へ変位した状態にあ
る。このとき、揺動部２３の支持面２３Ｄと平衡移動板
６０は接しておらず、隙間Ｒが生じている。

【００３２】次に、段階（２）において、偶数ラインＭ
０に対応する固定電極２５Ａ、２５Ｂに対しては、段階
（１）と同じように電圧Ｖ_Hがそれぞれ印加されたまま
である。そのため、揺動部２３は、段階（１）と同じよ
うに平面移動板６０を支持せず、底面板１２の方へ下が
った位置に留まる。一方、奇数ラインＮ０−１、Ｎ０に
対応する固定電極１５Ａ、１５Ｂ、３５Ａ、３５Ｂに関
しては、固定電極１５Ｂ、３５Ｂに対して電圧Ｖ_Hが印
加される（図６参照）。固定電極１５Ｂと第２揺動電極
部１３Ｆおよび固定電極３５Ｂと第２揺動電極部３３Ｆ
との間に静電気力が生じることによって、揺動部１３、
３３は、図５に示すように、固定電極１５Ｂ、３５Ｂの
方へそれぞれ傾く。

【００３３】揺動部１３、３３が軸Ｊを中心として傾く
ことにより、支持面１３Ｄ，３３Ｄも傾く。このとき、
図７に示すように、支持面１３Ｄ、３３Ｄにおけるエッ
ジ１３Ｇ、３３Ｇのｚ軸に沿った位置は、平面移動板６
０の接面６０Ａの位置より変位Δｈだけ上方に移動する
とともに、ｘ軸に沿っても微小距離ΔＳだけ移動する。
エッジ１３Ｇ、３３Ｇと底面６０Ａとの間には静止摩擦
力が働いてることから、平面移動板６０も、揺動部１
３、３３の傾きに伴って、ｚ軸に沿って変位Δｈだけ上
方へ移動するとともに上面板１１に対して微小距離ΔＳ
だけｘ軸に沿って移動する。ここでの微小距離ΔＳは、
約３μｍであり、平面移動板６０の１ステップの移動距
離を示す。

【００３４】段階（３）では、固定電極２５Ａ、２５Ｂ
に対して電圧が印加されないため（図６参照）、電極２
５Ａ、２５Ｂと揺動電極部２３Ｅ、２３Ｆとの間に生じ
ていた静電気力が消える。これにより、揺動部２３は、
ｚ軸に沿って上方へ平行移動する。

【００３５】一方、固定電極１５Ａ、１５Ｂおよび固定
電極３５Ａ、３５Ｂに対しては、段階（１）において固
定電極２５Ａ、２５Ｂに施された電圧印加と同じよう
に、固定電極１５Ａ、１５Ｂ、３５Ａ、３５Ｂに対して
それぞれ電圧Ｖ_Hが印加される（図６参照）。これによ
り、固定電極１５Ａと第１揺動電極部１３Ｅ、固定電極
３５Ａと第１揺動電極部３３Ｅとの間において、静電気
力が生じる。

【００３６】揺動部１３、３３は、固定電極１５Ａ、１
５Ｂ、固定電極３５Ａ、３５Ｂに対する電圧印加によ
り、それぞれ底面板１２の方向へ全体的に引っ張られ
る。すなわち、揺動部１３、３３は、ヒンジ１３Ａ、３
３Ａが歪むことによって、沈み込むように変位する。し
たがって、図８に示すように、揺動部１３、３３のエッ
ジ１３Ｇ、３３Ｇは、ｚ軸に沿って下方へ移動する。

【００３７】揺動部１３、３３が沈み込むと同時に揺動
部２３が上方へ変位しているため、平面移動板６０は、
微小距離ΔＳ移動した状態で揺動部２３の支持面２３Ｄ
と接する。一方、揺動部１３、３３は、間隔Ｒだけ離れ
た位置まで変位するため、平面移動板６０と接しない。
すなわち、平面移動板６０は、揺動部１３、２３、３３
の段階（３）における動きによってｘ軸方向に沿って動
かず、元の位置に戻ることもない。

【００３８】段階（４）では、固定電極２５Ａ，２５Ｂ
に対し、段階（２）における固定電極１５Ａ，１５Ｂ、
３５Ａ、３５Ｂに対する電圧印加と同様の電圧印加が施
される（図６参照）。これにより、揺動部２３は、段階
（２）における揺動部１３、３３と同じように固定電極
２５Ｂの方へ傾き、平面移動板６０が微小距離ΔＳだけ
右方向へさらに平行移動する。固定電極１５Ａ、１５
Ｂ、３５Ａ、３５Ｂに対する電圧印加は、段階（３）の
電圧印加と同じであり（図６参照）、揺動部１３、３３
は、平面移動板６０と接しない。

【００３９】図７で示したように、平面移動板６０が微
小距離ΔＳだけｘ軸に沿って移動するとき、ｚ軸に沿っ
て変位Δｈだけ上方へ移動する。しかしながら、この変
位Δｈは僅かな距離であることから、平面移動版６０
は、実質的にｘ軸に沿って平行移動するとみなすことが
できる。

【００４０】図９は、固定電極への電圧印加のためにス
テータ１０内に配設された電気回路の一部を示した図で
ある。

【００４１】スイッチＳＷｎａ、ＳＷｎｂは、奇数ライ
ンＮに対応する固定電極につながっており、スイッチＳ
Ｗｎａは、第１揺動電極部に対向する固定電極に、スイ
ッチＳＷｎｂは、第２揺動電極部に対向する固定電極に
それぞれつながっている。スイッチＳＷｍａ、ＳＷｍｂ
は、偶数ラインＭに対応する固定電極につながってお
り、スイッチＳＷｍａは、第１揺動電極部に対向する固
定電極に、スイッチＳＷｍｂは、第２揺動電極部に対向
する固定電極にそれぞれつながっている。図９では、図
７の段階（２）に対応した揺動部の状態が示されてお
り、スイッチＳＷｎａは固定電極１５Ａ、３５Ａへ、Ｓ
Ｗｎｂは固定電極１５Ｂ、３５Ｂへ、ＳＷｍａは固定電
極２５Ｂへ、ＳＷｍｂは固定電極２５Ａへ接続されてい
る。なお、これらスイッチ回路はトランジスタによって
構成されており、また、マイクロプロセッサ１６（図３
参照）によってスイッチ制御が行われる。

【００４２】スイッチＳＷｎａがＳ側端子と接続されて
いるため、互いに向かい合う第１揺動電極部１３Ｅと固
定電極１５Ａは短絡され、電極間の電荷は放電されてい
る。すなわち、固定電極１５Ａに電圧が印加されていな
い場合、静電気力は生じない。一方、スイッチＳＷｎ
ｂ、ＳＷｍａ、ＳＷｍｂは、それぞれＡ側端子に接続さ
れ、電圧Ｖ_Hの電圧印加が施される。これにより、固定
電極１５Ｂ、２５Ａ、２５Ｂには正の電荷が生じる一
方、第２揺動電極部１３Ｆ、第１揺動電極部２３Ｅ、第
２揺動電極部２３Ｆには負の電荷が蓄積される。

【００４３】このように、図６に示すタイミングで電圧
印加が固定電極１５Ａ、１５Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ、３５
Ａ、３５Ｂに施されることにより、揺動部１３、２３、
３３は、ｘ軸に沿って揺動し、それに応じて平行移動板
６０が平行移動する。このとき、図５で示すように、奇
数ラインＮ０−１、Ｎ０にある揺動部１３、３３の支持
面１３Ｄ、３３Ｄが平面移動板６０と接している間（段
階（１）と段階（２））、偶数ラインＭ０上にある揺動
部２３は平面移動板６０と接しない。逆に、揺動部２３
の支持面２３Ｄが平面移動板６０と接している間（段階
（３）と段階（４））、揺動部１３、３３は、平衡移動
板６０と接しない。なお、本実施形態では、図５〜図９
に示さないその他の奇数ラインＮに対応する固定電極に
対しても、奇数ラインＮ０−１、Ｎ０の固定電極１５
Ａ、１５Ｂおよび３５Ａ、３５Ｂに対する電圧印加と同
じ電圧印加が施される。同じように、その他の偶数ライ
ンＭに対応する固定電極に対しても、偶数ラインＭ０の
固定電極２５Ａ、２５Ｂの電圧印加と同じ電圧印加が施
される。

【００４４】図６に示す電圧印加が繰り返し実行される
と、奇数ラインＮ上にある揺動部と偶数ラインＭ上にあ
る揺動部とが交互に平行移動板６０を平行移動させるこ
とから、平行移動板６０は右方向へ連続して平行移動が
可能となる。あるいは、必要に応じて図６に示す電圧印
加が実行されることにより、平行移動板６０は、右方向
へ間欠的に平行移動可能となる。

【００４５】図１０は、平面移動板６０を左方向（ｘ軸
の負の方向）へ移動させるときの、固定電極１５Ａ、１
５Ｂ，２５Ａ、２５Ｂ、３５Ａ、３５Ｂに対する電圧印
加動作および揺動部１３、２３、３３の揺動状態を示し
た図である。

【００４６】段階（６）では、段階（２）とは逆に固定
電極１５Ａ、固定電極３５Ａに対して電圧が印加され
る。これにより、揺動部１３、３３が固定電極１５Ａ、
３５Ａの方へ傾く。同様に、段階（８）では、段階
（４）とは逆に固定電極２５Ａに対して電圧が印加され
る。これにより、揺動部３３は、それぞれ固定電極３５
Ａに向かって傾く。

【００４７】他の奇数ラインＮ、偶数ラインＭに対応す
る固定電極に対しても同様の電圧印加が施されることか
ら、平面移動板６０は左方向へ連続的あるいは間欠的に
平行移動可能となる。

【００４８】このように本実施形態によれば、ステータ
１０内の固定電極に対して図６に示すような電圧印加が
実行されることにより、ステータ１０の上面板１１に形
成された揺動部１３がｘ軸に沿って揺動する。これによ
り、平面移動板６０が、ステータ１０に対してｘ軸に沿
って相対的に平行移動する。

【００４９】奇数ラインＮに対応する固定電極と偶数ラ
インＭに対応する固定電極に分けて電圧印加を施すこと
によって、奇数ラインＮ上にある揺動部と偶数ラインＭ
上にある揺動部とが、交互に平行移動板６０を移動させ
る。これにより、平面移動板６０を連続的にｘ軸に沿っ
て平行移動させることができる。

【００５０】本実施形態では、従来の静電平面アクチュ
エータのように静電気力を直接利用して平面移動板６０
を摺動させるのではなく、ステータ１０に生じる静電気
力を揺動部１３の揺動という運動エネルギーに変換し、
揺動部１３の支持面１３Ｄと平面移動板６０の接面６０
Ａとの間に作用する摩擦力により平面移動板６０を移動
させる。そして、ステータ１３を図３に示すように構成
し、かつ揺動部１３を図５に示すように揺動させること
によって、平面移動板６０の微小移動距離ΔＳを約３μ
ｍという短い距離にすることができ、平面移動板６０に
接続された被駆動体をマイクロメートルのオーダで位置
決めすることが可能となる。

【００５１】次に、図１１〜図１５を用いて、第２の実
施形態である静電平面アクチュエータについて説明す
る。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、ｘ
軸、ｙ軸の両軸に沿って平面移動板が平行移動する。他
の構成に関しては、第１の実施形態と同じである。な
お、第１の実施形態と同一または対応する構成要素に対
しては、同じ符号を与える。

【００５２】図１１は、第２の実施形態である静電平面
アクチュエータの一部を示した斜視図である。ただし、
平面移動板６０は取り外している。

【００５３】ステータ１０の上面板１１には、ｙ軸に沿
って上面板１１と連結する揺動部１３（第３のグループ
の揺動要素）と、ｘ軸に沿って上面板１１と連結する揺
動部１３’（第４のグループの揺動要素）とが、ｘ軸、
ｙ軸に沿って交互にマトリクス状に形成されている。す
なわち、任意の位置にある揺動部１３は、上面板１１上
において、ｘ軸方向、ｙ軸方向に形成される４つの揺動
部１３’に囲まれるとともに、ｘ軸、ｙ軸に関して対角
線上に形成される４つの揺動部１３に囲まれている。同
じように、任意の位置にある揺動部１３’は、ｘ軸、ｙ
軸に沿って形成され４つの揺動部１３に囲まれ、ｘ軸、
ｙ軸に関して対角線上に形成される４つの揺動部１３’
に囲まれている。

【００５４】揺動部１３はｘ軸に沿って揺動し、揺動部
１３’はｙ軸に沿って揺動する。これにより、平面移動
板６０は、ｘ軸およびｙ軸両方向に沿って平行移動する
ことができる。すなわち、平面移動板６０は、揺動部１
３の支持面１３Ｄおよび揺動部１３’の支持面１３’Ｄ
が形成する平面上を２次元的に移動することが可能であ
る。

【００５５】図１２〜図１４を用いて、固定電極に対す
る電圧印加およびそれに応じた揺動部の揺動状態につい
て説明する。

【００５６】図１２は、ステータ１０を上から見た平面
図である。図１２〜図１４では、特に、ｘ軸に沿ったＪ
−１ライン上にある揺動部と、ｙ軸に沿ったラインＬ
（Ｌ＝１、２、・・・）上にある揺動部に関して説明す
る。ここでは、ラインＪ−１上にある揺動部に対して符
号「１３、２３’２３」を与え、ラインＬ上にある揺動
部の中で揺動部２３’以外の揺動部に対して符号「３
３、３３’」を与える。同様に、揺動部１３、２３’２
３に対向する固定電極に対して、それぞれ符号「１５
Ａ、１５Ｂ、２５’Ａ、２５’Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ」を
与え、揺動部３３、３３’に対向する固定電極に対し
て、符号「３５Ａ，３５Ｂ、３５’Ａ、３５’Ｂ」を与
える。

【００５７】図１３は、揺動部１３、２３’２３および
２３’３３、３３’の揺動状態を段階的（段階（Ａ）か
ら段階（Ｈ）まで）に示した図であり、図１４は、各揺
動部に対する電圧印加を各段階毎に示した図である。揺
動部１３、２３’、２３に関しては、２点鎖線Ｃ−Ｃ’
（図１２参照）におけるｙ軸の負の方向から見た断面図
であり、揺動部２３’、３３、３３’に関しては、２点
鎖線Ｄ−Ｄ’（図１２参照）におけるｘ軸の正の方向か
ら見た断面図である。ここでは、平面移動板６０を右−
上−左−下方向へと順番に移動させる電圧印加が施され
ている。

【００５８】図１４に示すように、上面板１１において
ｙ軸に沿って連結する揺動部１３、２３、３３に対向す
る固定電極１５Ａ、１５Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ、３５Ａ、
３５Ｂに対しては、各段階（Ａ）〜（Ｈ）とも同じ電圧
印加が施される。同様に、ｘ軸に沿って上面板１１と連
結する揺動部２３’、３３’に対向する固定電極２５’
Ａ、２５’Ｂ、３５’Ａ、３５’Ｂに対しても、同じ
電圧印加が施される。

【００５９】段階（Ａ）では、揺動部１３、２３、３３
が平面移動板６０を支持しており、揺動部２３’、３
３’は、静電気力の作用によりにより下方へ沈んでい
る。そして、段階（Ｂ）では、揺動部１３、２３、３３
が、それぞれ固定電極１５Ｂ、２５Ｂ、３５Ｂの方へ傾
き、これにより平面移動板６０がステータ１０に対して
右方向（ｘ軸の正方向）へ平行移動する。

【００６０】段階（Ｃ）では、揺動部２３’、３３’が
平面移動板６０を支持しており、逆に、揺動部１３、２
３、３３が静電気力の作用により下方へ沈んだ状態にあ
る。そして、段階（Ｄ）では、揺動部２３’、３３’
が、それぞれ固定電極１５’Ｂ、２５’Ｂの方へ傾き、
これにより平面移動板６０が上方向（ｙ軸の正方向）へ
平行移動する。

【００６１】さらに、段階（Ｅ）〜（Ｆ）では、揺動部
１３、２３、３３がそれぞれ固定電極１５Ａ、２５Ａ、
３５Ａの方へ傾き、それに応じて平面移動板６０は左方
向（ｘ軸の負の方向）へ平行移動する。段階（Ｇ）〜
（Ｈ）では、揺動部２３’、３３’がそれぞれ固定電極
２５’Ａ、３５’Ａの方へ傾き、それに応じて平行移動
板６０は下方向（ｙ軸の負の方向）へ平行移動する。

【００６２】このように、図１４に示す電圧印加が固定
電極１５Ａ，１５Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ、３５Ａ、３５
Ｂ、２５’Ａ、２５’Ｂ、３５’Ａ、３５’Ｂに対して
施されると、揺動部１３、２３、３３、２３’、３３’
は図１２に示すように揺動し、それに応じて、平面移動
板６０がｘ−ｙ軸平面に平行な平面上をｘ軸、ｙ軸に沿
って平行移動する。このとき、揺動部１３、２３、３３
が平面移動板を６０支持しながら平行移動させている間
（段階（Ａ）〜（Ｂ）、（Ｅ）〜（Ｆ））、揺動部１
３’、２３’は平面移動板６０を支持しておらず、逆
に、揺動部１３’、２３’が平面移動板６０を支持しな
がら平行移動させる間（段階（Ｃ）〜（Ｄ）、（Ｇ）〜
（Ｈ））、揺動部１３、２３、３３は、平面移動板６０
を支持しない。

【００６３】ｙ軸に沿って上面板１１と連結する他の揺
動部には、図１４に示す揺動部１３、２３、３３に対す
る電圧印加と同じ電圧印加が施され、また、ｘ軸に沿っ
て上面板１１と連結する他の揺動部には、揺動部１
３’、２３’に対する電圧印加と同じ電圧印加が施され
る。したがって、図１４に示す電圧印加を繰り返し（必
要に応じて）施すと、ｘ軸に沿って上面板１１と連結す
る揺動部１３（図１１参照）とｙ軸に沿って上面板１１
と連結する揺動部１３’（図１１参照）とが、平面移動
板６０を交互に平行移動させることから、平行移動板６
０は連続的（間欠的）にｘ軸、ｙ軸に沿って平行移動可
能となる。

【００６４】このように第２の実施形態によれば、揺動
部１３および１３’がそれぞれｘ軸方向、ｙ軸方向に沿
ってそれぞれ揺動することにより、平面移動板６０が２
次元的に平行移動する。このとき、平面移動板６０は約
３μｍ毎に移動することが可能であり、被駆動体を精度
よく位置決めすることが可能となる。

【００６５】図１５は、第２の実施形態の静電平面アク
チュエータを適用した像ブレ補正装置を示す図である。
像ブレ補正装置は、手ブレなどによりカメラがぶれた時
に生じる像ブレを補正するための装置であり、ここでは
一眼レフなどのスチルカメラ内に設けられている。

【００６６】光学レンズ７１、７２の間に補正用光学レ
ンズ７２が設けられており、補正用光学レンズ７２は、
両側から静電平面アクチュエータの構成要素であるスラ
イド板（平面移動板）６０に接続されている。スライド
板６０と対向するステータ１０は、カメラ側の固定部材
７６に設置された固定板７７によって固定されおり、固
定板７７には、スライド板６０と対向するように永久磁
石７８が設けられている。この永久磁石７８のスライダ
板６０に対する磁気作用により、スライド板６０は、ス
テータ１０と密着しながら図１５に示す位置で静止可能
となる。

【００６７】手ブレなどによりカメラのブレが生じるこ
とで光学レンズ７１付近に設置されたブレ検出センサ
（図示せず）がブレを検出すると、カメラ内に設けられ
たＣＰＵ（図示せず）から信号がステータ１０に送ら
れ、ステータ１０内に配置された固定電極（ここでは不
図示）に対して電圧印加が施される。そして、ステータ
１０に形成された揺動部（ここでは不図示）が揺動する
と、平面移動板６０が平行移動し、これにより、補正用
光学レンズ７３は、ブレを相殺するように、光軸Ｍに垂
直な面において互いに直交する２軸に沿って移動する。

【００６８】このように第２の実施形態である静電平面
アクチュエータを像ブレ補正装置に適用することで、補
正用光学レンズ７３の高精度な位置決めを行うことがで
きる。また、この静電平面アクチュエータは、ビデオカ
メラやデジタルスチルカメラ、あるいは双眼鏡に設けら
れている像ブレ補正装置にも適用可能である。さらに、
半導体製造過程におけるＩＣチップの位置決めにも使用
可能である。

【００６９】第１、第２の実施形態で示したように、平
面駆動アクチュエータには、従来のステッピングモータ
内に備えられた励磁用部材や減速機構などの駆動用部材
が設けられていない。これにより、アクチュエータを超
薄型のサイズまで小型化することができる。また、構造
が簡素化されていることから、超薄型のサイズであって
も容易に製造することが可能である。

【００７０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、マイクロ
メートルオーダで位置決めをすることができる超薄型の
平面駆動アクチュエータを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態である静電平面アクチュエータ
の一部を示した斜視図である。

【図２】揺動部付近のステータを拡大した斜視図であ
る。

【図３】揺動部を含むステータの断面図である。

【図４】ステータを上から見た平面図およびステータの
断面図である。

【図５】揺動部の揺動状態を示した図である。

【図６】固定電極に対する電圧印加を段階的に示した図
である。

【図７】揺動部の部分的な揺動状態を示した図である。

【図８】揺動部の部分的な揺動状態を示した図である。

【図９】揺動部を含むステータ内に配設された回路の一
部を示した図である。

【図１０】固定電極に対する電圧印加およびそれに応じ
た揺動部の揺動状態を示した図である。

【図１１】第２の実施形態である静電平面アクチュエー
タの一部を示した斜視図である。

【図１２】ステータを上から見た平面図である。

【図１３】揺動部の揺動状態を示した図である。

【図１４】固定電極に対する電圧印加を示した図であ
る。

【図１５】正電平面アクチュエータが適用された像ブレ
補正装置を示した図である。

【符号の説明】

１０ステータ１１上面板（第１の平面板）１２底面板（第２の平面板）１３揺動部（揺動要素）１３’ 揺動部（揺動要素）１３Ａヒンジ（トーションアーム部）１３Ｂ突起部１５Ｃ揺動電極部１３Ｅ第１揺動電極部１３Ｆ第２揺動電極部１３Ｄ支持面１３Ｇエッジ１５Ａ固定電極１５Ｂ固定電極１６マイクロプロセッサ６０平面移動板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いにほぼ平行に向かい合う第１の平面
板と第２の平面板から成り、前記第１の平面板に揺動可
能に設けられた複数の導電性の揺動要素と、前記揺動要
素と対向するように前記第２の平面板において互いに絶
縁状態で配置される複数の固定電極とを有するステータ
と、前記揺動要素に支持され、前記第１の平面板と平行に向
かい合う平面移動板とを備え、前記固定電極に電圧が印加されることで前記揺動要素と
前記固定電極との間に生じる静電気力の作用に応じて前
記揺動要素が揺動することによって、前記平面移動板
が、前記第１の平面板に対して相対的にほぼ平行に移動
することを特徴とする静電平面アクチュエータ。
【請求項２】前記揺動要素の揺動が、前記揺動要素に
形成された前記平面移動板と接する支持面が傾く運動
と、前記支持面が傾いた状態から前記第２の平面板の方
へ沈み込む運動とを含むことを特徴とする請求項１に記
載の静電平面アクチュエータ。
【請求項３】複数の前記揺動要素が、前記第１の平面
板において互いに直交する第１の軸および第２の軸に沿
ってマトリクス状に配置されていることを特徴とする請
求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の静電平面ア
クチュエータ。
【請求項４】複数の前記揺動要素が、前記第２の軸に
沿って前記第１の平面板に支持され、前記第１の軸に沿
って揺動することを特徴とする請求項３に記載の静電平
面アクチュエータ。
【請求項５】複数の前記揺動要素において、第１のグ
ループの揺動要素および第２のグループの揺動要素がと
もに揺動するとともに、前記第１のグループの揺動要素
が前記平面移動板と接しているときには前記第２のグル
ープの揺動要素は前記平面移動板を支持せず、前記第２
のグループの揺動要素が前記平面移動板と接していると
きには前記第１のグループの揺動要素は前記平行移動板
を支持しないことを特徴とする請求項４に記載の静電平
面アクチュエータ。
【請求項６】複数の前記揺動要素が、前記第１の平面
板において、交互に、前記第１および第２の軸のうちど
ちらか一方の軸に沿って支持され、前記第１の軸に沿っ
て支持されていれば前記第２の軸に沿って揺動し、前記
第２の軸に沿って支持されていれば前記第１の軸に沿っ
て揺動することを特徴とする請求項３に記載の静電平面
アクチュエータ。
【請求項７】複数の前記揺動要素において、前記第２
の軸に沿って支持される第３のグループの揺動要素と前
記第１の軸に沿って支持される第４のグループの揺動要
素がともに揺動するとともに、前記第３のグループの揺
動要素が前記平面移動板と接しているときには前記第４
のグループの揺動要素は前記平面移動板を支持せず、前
記第４のグループの揺動要素が前記平面移動板と接して
いるときには前記第３のグループの揺動要素は前記平面
移動板を支持しないことを特徴とする請求項６に記載の
静電平面アクチュエータ。
【請求項８】前記ステータが、前記第１の平面板に対
するエッチング加工により形成され、前記第１の軸もし
くは第２の軸に沿ってトーションアーム部を介して前記
第１の平面板と連結された揺動電極部と、前記揺動電極
部を２分するように前記揺動電極部上に形成され、前記
平面移動板と接する前記支持面を有する突起部とから成
る前記揺動要素と、２分された前記揺動電極部をそれぞ
れ第１揺動電極部、第２揺動電極部としたとき、前記第
１および第２揺動電極部にそれぞれ対向するように前記
第２の平面板に配置された前記固定電極部とを有するこ
とを特徴とする請求項５もしくは請求項７のいずれかに
記載の静電平面アクチュエータ。
【請求項９】前記固定電極に対する電圧印加が、電圧
値および電圧印加タイミングを調整可能な電圧印加制御
手段により実行されることを特徴とする請求項１もしく
は請求項８に記載の静電平面アクチュエータ。
【請求項１０】前記電圧印加制御手段が、各揺動要素に
対して２つずつ配置された前記固定電極のうちどちらか
一方に所定電圧を印加する片電圧印加と、両方の前記固
定電極に前記所定電圧を印加させる両電圧印加と、両方
の前記固定電極とも前記所定電圧を印加させない電圧無
印加を、選択的に実行することを特徴とする請求項９に
記載の静電平面アクチュエータ。
【請求項１１】前記揺動要素が、前記片電圧印加によ
り、前記第１揺動電極部もしくは前記第２揺動電極部と
電圧が印加された前記固定電極との間に静電気力が生じ
ることによって、電圧が印加された前記固定電極の方へ
傾くことを特徴とする請求項１０に記載の静電平面アク
チュエータ。
【請求項１２】前記揺動要素が、前記片電圧印加から前
記両電圧印加の切り替えにより前記第１揺動電極部およ
び第２揺動電極部とそれぞれ対向する前記固定電極との
間に静電気力が生じることによって、傾いた状態から前
記固定電極の方へ沈み込み、前記電圧無印加の時の位置
よりも、前記固定電極の方へ下がった位置に留まること
を特徴とする請求項１１に記載の静電平面アクチュエー
タ。
【請求項１３】前記電圧印加制御手段が、前記第１のグ
ループの揺動要素に対向する２つの前記固定電極に対し
て前記片電圧印加と前記両電圧印加を順番に施すととも
に前記第２のグループの揺動要素に対向する２つの前記
固定電極に対して前記電圧無印加を施すか、もしくは、
前記第２のグループの揺動要素に対向する２つの前記固
定電極に対して前記片電圧印加と前記両電圧印加を順番
に施すとともに前記第１のグループの揺動要素に対向す
る２つの前記固定電極に対しては前記電圧無印加を施す
ことによって、前記平面移動板が前記第１の軸に沿って
平行移動することを特徴とする請求項１２に記載の平面
静電アクチュエータ。
【請求項１４】前記電圧印加制御手段が、前記第３のグ
ループの揺動要素に対向する２つの前記固定電極に対し
て前記片電圧印加と前記両電圧印加を順番に施すととも
に前記第４のグループの揺動要素に対向する２つの前記
固定電極に対しては前記電圧無印加を施すか、もしく
は、前記第４のグループの揺動要素に対向する２つの前
記固定電極に対して前記片電圧印加と前記両電圧印加を
順番に施すとともに前記第３のグループの揺動要素に対
向する２つの前記固定電極に対しては前記電圧無印加を
施すことによって、前記平面移動板が前記第１および第
２の軸に沿って平行移動することを特徴とする請求項１
２に記載の平面静電アクチュエータ。