JP2005333756A - 静電吸引駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定子と可動子との間の摩擦抵抗を低減し、前記可動子を安定して移動させることができるようにした静電吸引駆動装置を提供する。
【解決手段】 固定子側電極２３に所定の電圧を印加すると、前記固定子側電極２３と可動子側電極３３との間に発生する静電吸引力によって、可動子が移動方向（Ｙ方向）に移動されられる。この際、可動子３０は、固定子２０側の案内溝２１と可動子３０側の保持溝３４，３４との間に設けられた球体４１，４１の転動により移動方向に案内されるため、前記固定子２０可動子３０との間の摺動摩擦を低減することができる。よって、静電吸引力を効率良く利用することが可能となるため、可動子を高い効率で駆動することができるようになる。
【選択図】図５

Description

本発明は、固定子と可動子との間に生じる静電力で可動子を移動させる静電吸引駆動装置に係わり、特に固定子と可動子との間の摩擦抵抗を低減し、前記可動子を安定して移動させることができるようにした静電吸引駆動装置に関する。

従来の静電吸引駆動装置に関する先行技術文献としては、例えば以下の特許文献１などが存在している。

前記特許文献１に示される静電吸引駆動装置では、第１の固定子２ａと第２の固定子２ｂとが所定の距離を隔てた状態で互いに対向配置され、その間にスライド移動する可動子３が配置されている。前記第１の固定子２ａには所定方向に順次配列された３系統の電極Ａ，Ｂ，Ｃ（第１電極）が設けられ、前記第２の固定子２ｂには一様な１系統の電極Ｄが設けられている。また前記可動子３は、一方の表面に前記第１の固定子２ａの各電極Ａ，Ｂ，Ｃの電極ピッチに対応して設けられた電極部３ａと、他方の表面に前記第２の固定子２ｂに対向して設けられた平坦な電極部３ｄとを有しており、前記両電極部３ａおよび３ｄは同一電位に維持される１系統の電極Ｅ（第３電極）を形成している。

前記第１の固定子２ａに設けられる電極Ａに電圧を印加して、電極Ａの電位を可動子３に設けられる電極Ｅの電位よりも高くすると、電極Ａと電極Ｅとの間で作用する静電力（クーロン力）により、可動子３は第１の固定子２ａ側に吸引される。その際、電極Ａと電極部３ａがぴったり重なり合う状態がもっとも安定であるため、可動子３は電極Ａと電極部３ａとが重なり合うように電極Ａより作用力を受ける。続いて、電圧を印加する電極を第２の固定子２ｂに設けられる電極Ｄに切り換えると、可動子３は第２の固定子２ｂ側に吸引される。さらに、電圧を印加する電極を固定子２ａに設けられる電極Ｂに切り換えると、電極Ａに電圧を印加した際と同様なメカニズムにより、可動子３は電極Ｂと電極部３ａが重なり合うように電極Ｂより作用力を受ける。このような一連の動作、即ち電圧を電圧源６からスイッチング回路５を介して電極Ａ→電極Ｄ→電極Ｂ→電極Ｄ→電極Ｃ→電極Ｄ→電極Ａ・・・と順次繰り返して印加する（第１の固定子２ａに設けられる電極Ａ〜Ｃと第２の固定子２ｂに設けられる電極Ｄとに交互に電圧を印加するとともに、第１の固定子２ａに設けられる電極を前記所定方向に順次切り換える）ことにより、可動子３は微視的には上下振動をしながら、巨視的には第１の固定子に配列された電極の配列方向に駆動されるようになっている。
特開２００１−３４６３８５号公報

上記のような静電吸引駆動装置は、例えばカメラなどに搭載され、オートフォーカスのためのレンズを移動させるための駆動装置として使用されるが、この場合にはレンズを移動させるだけの推進力を発揮できるようにする必要がある。

しかも、上記静電吸引駆動装置が発生する静電吸引力は微小であるため、発生した静電吸引力を効率良く利用する必要があり、そのためには可動子と固定子との間の摺動摩擦などを可能な限り低減することが必要となる。

しかし、上記特許文献１に示される静電吸引駆動装置では、その図１４、図１６ないし図１８などに示されるように、固定子２ａまたは可動子３の一方に設けられたストッパー１０と、他方に電極の両端に設けられた領域８とが単に接触しながら摺動する構成である。このため、静電吸引力の一部が摩擦熱などとして失われやすく、可動子の駆動効率を高めることができないという問題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、固定子と可動子との間の摩擦抵抗を低減し、前記可動子を安定して移動させることができるようにした静電吸引駆動装置を提供することを目的としている。

本発明は、固定子側電極が設けられた固定子と、可動子側電極を有するとともに前記固定子に対向しながら移動方向に移動する可動子とを備え、前記固定子側電極と可動子側電極との対向部分に発生する静電吸引力によって前記可動子が移動させられる静電吸引駆動装置であって、
前記可動子を前記移動方向に案内するガイド手段が、前記固定子と可動子の間に設けられていることを特徴とするものである。

また本発明は、移動方向に沿って延設された固定子と、前記固定子に対向配置された可動子と、前記固定子に設けられ且つ前記可動子に対向する固定子対向面から前記可動子方向に垂直に突出するとともに前記移動方向に整列された固定子側電極と、前記可動子側に設けられ且つ前記固定子対向面に対向する可動子対向面から前記固定子方向に垂直に突出するとともに前記移動方向に対して整列された可動子側電極とを有し、前記固定子側電極と可動子側電極とが、前記移動方向と直交しかつ前記両対向面どうしが対向する方向と直交する幅方向を向いて互いに対向配置されており、前記固定子側電極と可動子側電極との対向部分に発生する静電吸引力によって前記可動子が前記移動方向に移動させられる静電吸引駆動装置であって、
前記可動子を前記移動方向に案内するガイド手段が、前記固定子と可動子の間に設けられていることを特徴とするものである。

本発明の静電吸引駆動装置では、可動子と固定子との間の摺動摩擦を低減することができる。よって、静電吸引力を効率良く利用することが可能となり、可動子を高い効率で駆動することができる。

例えば、前記ガイド手段が、前記固定子と可動子の一方の対向面に前記移動方向に沿って直線状に形成された案内溝と、他方の対向面に設けられ且つ前記案内溝に入り込んだ状態で前記移動方向に沿って自在に移動する摺動凸部とにより形成されているものとして構成できる。

または前記ガイド手段が、前記固定子と可動子の一方の対向面に転動自在に設けられた転動体と、他方の対向面に前記転動体の転がり方向を移動方向に案内する直線状の案内溝とにより形成されているものである。

上記手段では、可動子を移動方向に直線的に移動させることができる。
前記溝は、第１の斜面と前記第１の斜面に所定の挟角を介して対向する第２の斜面を有するＶ字溝または台形溝で形成されているものである。

また前記転動体は、球体または円柱体で形成されているものとして構成できる。
また前記転動体として、第１の円柱体と第２の円柱体とが設けられており、前記第１の円柱体の回転軸と前記第２の円柱体の回転軸が異なる方向に傾斜して設けられているものとして構成することも可能である。

さらに他の構成としては、前記一方の対向面には前記案内溝に対向して延びる保持溝が形成されており、前記球体が前記案内溝と保持溝との間に転動自在に設けられているものである。

上記においては、前記保持溝の両側には、前記移動方向に沿って延びる壁部が形成されているものが好ましい。

また前記一方の対向面には、正方形状からなる保持穴が形成されており、この保持穴内に前記球体が転動自在に設けられているものとすることもできる。

さらには、前記可動子の対向面には、移動方向に沿って平行に延びる深さ寸法の異なる一対の平行溝と前記平行溝の両端どうしを連結する一対のＵ字溝とで形成された略０字形状の循環溝と、前記循環溝内を自在に移動する複数の球体とが設けられており、前記固定子には前記一対の平行溝のうちの深さ寸法の浅い溝に対向する案内溝が前記移動方向に沿って形成されているものとして構成したものであってもよい。

なお、表面が導電膜で覆われた前記固定子側の案内溝と、同じく表面が導電膜で覆われた可動子側の保持溝と、前記案内溝と保持溝との間を自在転動する導電性の球体と、前記固定子側の導電膜に接続された抵抗と、所定の信号に応じて前記抵抗とグランドとの間を導通状態と非導通状態とに切り換えるスイッチ部材と、からなる除電手段が設けられている構成としたものが好ましい。

上記手段では可動子に帯電している電荷を除電することができ、可動子の移動速度や応答速度を高めることが可能となる。

本発明の静電吸引駆動装置では、固定子と可動子との間の摩擦抵抗を低減し、前記可動子を安定して移動させることが可能となる。

また静電吸引力を効率良く利用することが可能となるため、静電吸引駆動装置としての駆動効率を高めることができる。

図１は本発明の第１の実施の形態としての静電吸引駆動装置を示す分解斜視図、図２は固定子と可動子とが対向した状態を示しており、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図３は固定子側電極と可動子側電極との配置を部分的に示す平面図、図４は図３に示す静電吸引駆動装置に与えられる電気信号の一例を示すタイミングチャート図である。なお、以下においては図示Ｙ１方向が移動方向、Ｘ方向が幅方向、Ｚ方向が高さ方向である。

図１に示すように、本発明の静電吸引駆動装置１０は、高さ方向の図示Ｚ２側に設けられた固定子２０と、図示Ｚ１側に設けられた可動子３０とを有している。

前記固定子２０は、移動方向であるＹ方向に延設された平板状の部材であり、例えばシリコンなどの絶縁性の材料で形成されている。前記固定子２０の対向面（固定子対向面）２０ａ（Ｚ１側）の幅方向（Ｘ方向）の両端部には、移動方向（Ｙ方向）に沿って互いに平行に延びる一対の案内溝２１，２１が設けられている。図１および図２に示すように前記案内溝２１，２１は、例えば互いに異なる方向に傾く第１の斜面２１ａと第２の斜面２１ｂとが対向するＶ字形状、または第１の斜面２１ａと第２の斜面２１ｂとの間を連結する平坦部を有する台形状をしている。前記第１の斜面２１ａおよび第２の斜面２１ｂの表面は平滑面で形成されており、摩擦抵抗の低減が図られている。

一方、前記可動子３０の移動（Ｙ）方向の長さ寸法は、前記固定子２０よりも短い寸法で形成されている。前記可動子３０の対向面（可動子対向面）３０ａ側の幅方向（Ｘ方向）の両端部には、移動方向（Ｙ方向）に沿って互いに平行に延びる一対の摺動凸部３１，３１が設けられている。図２に示すように前記摺動凸部３１，３１の幅方向の角部には、前記案内溝２１，２１の第１，第２の斜面２１ａ，２１ｂの傾斜角度に合わせて切断することにより形成されたテーパ面３１ａ，３１ａが設けられている。前記テーパ面３１ａ，３１ａの表面も平滑面で形成されており、摩擦抵抗の低減が図られている。

図２に示すように、前記固定子２０の対向面２０ａに可動子３０の対向面３０ａとを対向配置させた状態では、前記摺動凸部３１，３１が前記案内溝２１，２１に挿入され、前記テーパ面３１ａ，３１ａが前記第１，第２の斜面２１ａ，２１ｂに当接している。

図１に示すように、前記固定子２０の前記対向面２０ａ上には平板状の固定子側電極２３が複数設けられている。前記固定子側電極２３は、例えば銅などの導電性金属をＺ方向に垂直にメッキ成長させることにより形成されている。前記固定子側電極２３の向きは、幅広の電極面が移動（Ｙ）方向に平行となるように、すなわち前記電極面が幅方向に対し垂直となるように形成されている。そして、このような複数の固定子側電極２３が、前記移動方向および幅方向に沿って前記対向面２０ａ上に等間隔で規則正しく並べられている。

図３に示す実施の形態では、Ｘ方向（幅方向）に６列形成された固定子側電極２３が、Ｙ方向（移動方向）にＮ行形成されている。なお、前記固定子側電極２３の並びは、前記のようなＮ行６列に限られるものではなく、これよりも多い配列でもよいし、少ない配列でもよい。

図１に示すものでは、前記幅方向に６列に並ぶ固定子側電極２３が図示しない手段により同電位となるように電気的に接続されている。ただし、移動方向に隣り合う固定子側電極２３どうしは電気的に絶縁された状態にある。すなわち、前記固定子側電極２３は一行ごとに電気的に接続されており、前記一行ごとに一つの電極群を形成している。

ここで、前記固定子側電極２３からなる一行ごとの電極群について、行ごとにＡ相電極群、Ｂ相電極群、Ｃ相電極群、Ｄ相電極群およびＥ相電極群の順番で５つの電極群に分けるとする。

例えば、第１行目の固定子側電極２３をＥ相電極群とすると、順に第６行，第１１行・・・・，第（５ｎ−４）行がＥ相電極群に、第２行，第７行，第１２行・・・・，第（５ｎ−３）行がＡ相電極群に、第３行，第８行，第１３行・・・・，第（５ｎ−２）行がＢ相電極群に、第４行，第９行，第１４行・・・・，第（５ｎ−１）行がＣ相電極群に、そして、第５行，第１０行，第１５行・・・・，第５ｎ行がＤ相電極群とすることができる。すなわち、上記の例では同じ相の電極群が５行ごとの配列ピッチで形成されている。

一方、図１に示すように、前記可動子３０の前記対向面３０ａ上にも平板状の可動子側電極３３が複数設けられている。前記可動子３０がシリコンなどの絶縁材料で形成されている場合には、前記対向面３０ａの表面に導電膜などを形成し、上記固定子２０の場合同様に、前記導電膜の表面に銅などの導電性金属をＺ方向に垂直にメッキ成長させることにより可動子側電極３３を形成することができる。すなわち、すべての可動子側電極３３は互いに導通し合う状態で形成されている。前記可動子側電極３３は幅広の電極面を有しており、この電極面を移動（Ｙ）方向に平行に沿う方向に向けた状態で、前記移動方向および幅方向に沿って等間隔で規則正しく並べられている。なお、図１に示す本実施の形態では、可動子側電極３３が可動子３０の対向面３０ａ上に７行５列で形成されている。

図１に示すように、前記固定子側電極２３の幅方向の電極間隔Ｗ１は前記可動子側電極３３の幅方向の厚さ寸法ｔ２よりも広く、同様に前記可動子側電極３３の幅方向の電極間隔Ｗ２は前記固定子側電極２３の幅方向の厚さ寸法ｔ１よりも広く形成されている。よって、幅方向に隣り合う固定子側電極２３と固定子側電極２３との間に前記可動子側電極３３が挿入されており、前記固定子側電極２３の電極面と可動子側電極３３の電極面とが互いに幅方向に対向配置されている。

さらに、図２に示すように前記固定子側電極２３および可動子側電極３３のＺ方向の高さ寸法は、前記固定子２０と可動子３０とが対向配置された状態において、前記固定子側電極２３および可動子側電極３３の先端が、前記対向面２０ａおよび対向面３０ａの表面に当接しない程度に設定されている。

図２に示す状態では、前記固定子側電極２３の電極面と可動子側電極３３の電極面とが互いに平行な状態で対向配置されている。このため、前記固定子側電極２３と可動子側電極３３との間に電位差を与えると、前記固定子側電極２３の電極面と可動子側電極３３の電極面とが対向し合うそれぞれの部分にコンデンサが形成される。

そして、本実施の形態に示す静電吸引駆動装置では、複数の固定子側電極２３と可動子側電極３３とを三次元的に対向させることができるため、コンデンサを形成する固定子側電極２３と可動子側電極３３との対向面積を従来以上に拡大することができるようになっている。よって、後述するように大きな静電吸引力を発生させることができ、可動子３０を大きな推進力で駆動することが可能となっている。

以下静電吸引駆動装置の動作について説明する。
前記５つのＡ相電極群，Ｂ相電極群，Ｃ相電極群、Ｄ相電極群およびＥ相電極群には、図４に示すような所定の電圧信号が与えられる。すなわち、ＳＴＥＰ１ではＡ相電極群とＤ相電極群に対し同時に電圧が印加され、ＳＴＥＰ２ではＢ相電極群とＤ相電極群に対し同時に電圧が印加され、ＳＴＥＰ３ではＢ相電極群とＥ相電極群に対し同時に電圧が印加され、ＳＴＥＰ４ではＣ相電極群とＥ相電極群に対し同時に電圧が印加され、ＳＴＥＰ５ではＡ相電極群とＣ相電極群に対し同時に電圧が印加される。そして、これらの各ＳＴＥＰは、ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ２→ＳＴＥＰ３→ＳＴＥＰ４→ＳＴＥＰ５→ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ２→・・・の順番で繰り返される。

なお、個々の可動子３０はすべての可動子側電極３３が電気的に接続されているが、説明の都合上図示Ｙ２側から可動子側電極３３ａ，可動子側電極３３ｂ，可動子側電極３３ｃ，可動子側電極３３ｄ・・・とする。

前記静電吸引駆動装置１０の初期状態が、例えば図３に示すような状態、すなわち可動子側電極３３ａ、３３ｃ、３３ｅがそれぞれＥ相電極群とＡ相電極群との間に部分的にまたがって対向し、かつ可動子側電極３３ｂ、３３ｄはＣ相電極群のみに対向しているとする。

この状態からＡ相電極群とＤ相電極群に所定の電圧が同時に印加されると（ＳＴＥＰ１）、第２行目のＡ相電極群と前記可動子側電極３３ａとは部分的に対向しているため、この間に静電吸引力（クーロン力）が作用し、前記可動子側電極３３ａはＡ相電極群を形成する固定子側電極２３に吸引される。ただし、Ａ相電極群を形成する固定子側電極２３，２３は、可動子側電極３３ａの幅方向の両端に設けられているため、前記静電吸引力のうち幅（Ｘ）方向に作用する成分は互いに相殺される。一方、前記静電吸引力のうち移動（Ｙ）方向の成分は残存するため、前記可動子側電極３３ａにはＹ１方向の静電吸引力が作用する。

この際、可動子側電極３３ａの移動方向の中心がＡ相電極群を形成する固定子側電極２３の移動方向の中心に一致する状態が最も安定する状態であるため、可動子側電極３３ａは図３に点線で示す位置まで移動させられる。この関係、他の可動子側電極３３ｃおよび３３ｅについても同様であり、可動子３０は前記可動子側電極３３ａ，３３ｃおよび３３ｅに作用する移動方向の静電吸引力の合成によってＹ１方向に移動させられることになる。

なお、ＳＴＥＰ１では可動子側電極３３ｂおよび３３ｄに対向し、かつＣ相を形成する固定子側電極２３には電圧は印加されないため、可動子側電極３３ｂ，３３ｄと前記Ｃ相との間に静電吸引力（クーロン力）は作用しない。

そして、図４にしたがって、電圧を印加すべき電極群をＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ５の順番通りに順次切り換えることにより、可動子３０をＹ１方向に移動させることができるようになっている。ここで前記ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ５までを1回行うと、図３に示すように前記可動子３０を移動方向に並ぶ可動子側電極の一区間に相当する距離（Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂ）だけＹ１方向に移動させることが可能である（図３参照）。なお、前記Ｌ２ａは可動子側電極３３の長さ寸法を、前記Ｌ２ｂは互いに隣り合う可動子側電極３３の移動方向の電極間隔を示している。

また同様の原理から、例えばＳＴＥＰ５→ＳＴＥＰ４→ＳＴＥＰ３→ＳＴＥＰ２→ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ５というように、前記一連の動作を前記とは逆の順番に行うと、可動子３０を進行方向（Ｙ１方向）とは逆方向（Ｙ２方向）に順次移動させることが可能となっている。

この際、前記可動子３０は前記案内溝２１，２１と前記摺動凸部３１，３１とにより移動方向に送られる。すなわち、前記摺動凸部３１のテーパ面３１ａ，３１ａが、前記案内溝２１の前記第１，第２の斜面２１ａ，２１ｂ上を摺動することにより、前記可動子３０がＹ方向（移動方向）に直線的に移動させられるようになっている。したがって、この実施の形態における前記案内溝２１，２１と前記摺動凸部３１，３１とは、前記可動子３０を移動方向に案内するガイド手段として機能している。

なお、前記テーパ面３１ａ，３１ａと前記第１，第２の斜面２１ａ，２１ｂとの間の摺動摩擦は軽減されているため、可動子３０を効率良く搬送することが可能とされている。

また前記ガイド手段は、上記と異なり前記案内溝２１，２１が可動子側に設けられ、前記摺動凸部３１，３１が固定子側に設けられた構成したものであってもよい。また幅方向の一方の端部に前記案内溝２１と摺動凸部３１からなる一組のガイド手段が設けられ、他方の端部は摺動凸部３１が平面上を摺動する構成とすることもできる。

次に、他の実施に形態について説明する。
以下に示される静電吸引駆動装置の構成は前記第１の実施の形態の静電吸引駆動装置とほぼ同じ構成であり、主にガイド手段の構成異なっている。よって、以下においては主に異なる構成部分について説明する。

図５は本発明の第２の実施の形態を示す静電吸引駆動装置の正面図、図６は第２の実施の形態の変形例を示す静電吸引駆動装置の正面図である。

図５に第２の実施の形態として示す静電吸引駆動装置では、前記摺動凸部３１，３１の代わりに、転動体としての球体４１が使用されている点で異なっている。

前記可動子３０の対向面３０ａの幅方向の両端には、前記固定子２０に形成された案内溝２１，２１に対向する保持溝３４，３４が形成されている。前記保持溝３４，３４は、前記案内溝２１同様に第１の斜面３４ａと第２の斜面３４ｂを有するＶ字状または台形状をしている。そして、複数の球体４１が可動子３０側の保持溝３４，３４内に保持されており、前記案内溝２１，２１と保持溝３４，３４とが対向する空間内を自在に転動できるようになっている。

前記球体を非磁性材料若しくは絶縁材料で形成すると、外部磁場などが前記固定子側電極２３と可動子側電極３３が対向する部分に影響を及ぼすことによる静電吸引力の低下を防止することができる点で好ましい。また例えば球体４１をシリコンゴムなどの弾性体で形成すると、外部衝撃から受ける影響を軽減できる点で好ましい。なお、このような関係は、以下に実地の形態に示される転動体についても同様である。

前記球体４１は、保持溝３４の少なくとも２点以上で位置規制されることにより保持されている。すなわち、前記保持溝３４がＶ字状である場合には第１の斜面３４ａと第２の斜面３４ｂとの２点で幅方向および高さ方向に位置記載されることにより保持されており、台形状であるときには、第１の斜面３４ａ、第２の斜面３４ｂおよび両斜面３４ａ、３４ｂを連結する平坦部の３点で幅方向および高さ方向に位置規制されて保持されている。よって、可動子３０が移動方向以外に移動するのを規制することができるため、可動子３０を安定して駆動させることが可能となっている。

前記静電吸引力の移動方向の成分が前記可動子３０に作用すると、前記球体４１は前記保持溝３４，３４内で転動するとともに、前記案内溝２１，２１内を移動方向に転がるため、可動子３０を移動方向に搬送することが可能となっている。

なお、前記静電吸引力のうち高さ方向に発生する成分により、前記可動子３０は固定子２０に接近する方向に吸引される。よって、球体４１が前記保持溝３４，３４から用意に脱落できないようになっている。

前記球体４１は、前記案内溝２１および保持溝３４に対して２点または３点で当接する構成であるため、これらの間の摺動摩擦を大幅に低減することができる。よって、静電吸引力という小さな駆動力でも、可動子３０を確実に搬送することができるようになる。

図５に示すように、前記可動子３０の前記保持溝３４，３４の両側には移動方向に延びる壁部３５，３５が形成されている。よって、例えば衝撃等が静電吸引駆動装置に加わって前記球体４１が前記保持溝３４から脱落したとしても、前記球体４１は前記壁部３５、３５に当接し、その後再び前記保持溝３４内に自動的に戻ることができるようになっている。すなわち、前記壁部３５，３５は球体４１の脱溝防止手段として機能している。

また前記壁部３５，３５は、前記球体４１を保持溝３４，３４に挿入する際の案内手段として機能する。このため、前記球体４１を保持溝３４，３４に挿入する作業効率を改善することができる。

なお、図６に示すように、固定子２０にも上記同様の前記壁部２５，２５を形成し、前記可動子３０側の壁部３５，３５の側方に設けるようにすると、球体４１が脱落する前に一方の壁部２５，２５が他方の壁部３５，３５に当接するため、可動子３０が幅方向に移動するのを防止でき、球体４１の脱落を未然に防止できる。

図７は本発明の第３の実施の形態としての静電吸引駆動装置の可動子を示す斜視図である。

図７に示すように、第３の実施の形態では、可動子３０の対向面３０ａの幅方向の両端に４つの保持穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄが形成されている。

前記保持穴３６ａと保持穴３６ｂとは移動方向に沿って並んで形成され、保持穴３６ｃと保持穴３６ｄとも移動方向に沿う同じ直線上に形成されている。

前記４つの保持穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄはすべて正方形状をしており、前記４つの保持穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ内には球体４１がそれぞれ転動自在に保持されている。

前記可動子３０は、前記第２の実施の形態同様の前記固定子２０に装着される。このとき、前記各球体４１は、図５同様に前記固定子２０に設けられた案内溝２１，２１内に入り込むことにより、前記案内溝２１，２１内を移動方向に移動することが可能となる。

そして、前記静電吸引力の移動方向の成分が、前記固定子側電極２３と可動子側電極３３との間に作用すると、各球体４１は前記各保持穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ内で転動するとともに、前記案内溝２１，２１内を移動方向に転がる、よって、可動子３０を移動方向に搬送することができる。

第３の実施の形態においても、各球体４１と各保持穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとの間の摩擦抵抗が小さいため、小さな静電吸引力で可動子３０を移動方向に確実に搬送することが可能である。

図８は本発明の第４の実施の形態としての静電吸引駆動装置の可動子を示す斜視図、図９は図８の可動子を用いた静電吸引駆動装置の断面図である。

図８に示す第４の実施の形態では、可動子３０の両端に移動方向に延びるＶ自形状の保持溝３４Ａ，３４Ｂが形成されている。前記保持溝３４Ａ，３４Ｂを形成する第１の斜面（幅方向内側の斜面）３４ａと第２の斜面（幅方向外側の斜面）３４ｂとはＸ軸に平行な水平線Ｌ−Ｌに対し、互いに逆方向に４５°度傾いて形成されている。したがって、前記第１の斜面３４ａと第２の斜面３４ｂとは挟角９０度を介して対向している。

前記保持溝３４Ａ，３４Ｂには、転動体として複数の円柱体４２が設けられている。前記円柱体４２は弾性を有するローラ部材で形成されており、シリコンゴムなど非磁性材料で形成されているのが好ましい。

図８および図９に示すように、Ｘ１側の一方の保持溝３４Ａでは、前方に設けられた円柱体４２ａが、その回転軸Ｒａを前記第１の斜面３４ａに対して平行となるように設けられている。また後方に設けられた前記円柱体４２ｂは、その回転軸Ｒｂが前記第２の斜面３４ｂに平行となるように設けられている。その結果、前記円柱体４２ａは側面４２ａ１を前記第１の斜面３４ａに接触させた状態で転動することができ、かつ前記円柱体４２ｂは側面４２ｂ１を前記第２の斜面３４ｂに接触させた状態で転動することができるように前記一方の保持溝３４内に保持されている。

同様に、Ｘ２側の他方の保持溝３４Ｂでは、前方に設けられた円柱体４２ｃが、その回転軸Ｒｃを前記第１の斜面３４ａに対して平行となるように設けられている。また後方に設けられた前記円柱体４２ｄは、その回転軸Ｒｄが前記第２の斜面３４ｂに平行となるように設けられている。その結果、前記円柱体４２ｃは側面４２ｃ１を第１の斜面３４ａに接触させた状態で転動することができ、かつ前記円柱体４２ｄは側面４２ｄ１を第２の斜面３４ｂに接触させた状態で転動することができるように前記他方の保持溝３４内に保持されている。

なお、図８では、一方の保持溝３４Ａに２つの円柱体４２ａ，４２ｂが設けられ、他方の保持溝３４Ｂに２つの円柱体４２ｃ，４２ｄが設けられているが、さらに多数の円柱体４２が設けられている構成であってもよい。その場合、各回転軸の傾きが移動方向において交互に異なるように配置されたものが好ましい。

また図８に示すように、前記保持溝３４Ａ，３４Ｂの前端および後端に、転動する円柱体４２が前記保持溝３４Ａ，３４Ｂ内から移動方向に外れるのを防止する防護壁３７，３７，３７，３７を形成した構成が好ましい。

図９に示すように、第４の実施に形態に示す可動子３０も、上記実施の形態同様に前記固定子２０上に装着される。前記固定子２０の幅方向の両端には、前記保持溝３４Ａ，３４Ｂに対応する案内溝２１Ａ，２１Ｂが移動方向に沿って形成されている。前記案内溝２１Ａ，２１Ｂは前記第１の斜面２１ａと第２の斜面２１ｂとがＸ軸に平行な水平線Ｌ−Ｌに対して互いに逆方向に４５°傾くＶ字溝であり、両斜面は挟角９０度を介して対向している。

図９に示すように、可動子３０と前記固定子２０とが対向する状態では、前記各円柱体４２が可動子３０側の保持溝３４Ａ，３４Ｂと前記固定子２０側の案内溝２１Ａ，２１Ｂの双方に適応するように嵌り込んでいる。すなわち、一方の案内溝２１Ａ側では前記円柱体４２ａの側面４２ａ１が前記案内溝２１の第２の斜面２１ｂに接触し、且つ前記円柱体４２ｂの側面４２ｂ１が前記案内溝２１Ａの第１の斜面２１ａに接触する状態に設定される。同様に、他方の案内溝２１Ｂ側では前記円柱体４２ｃの側面４２ｃ１が前記案内溝２１の第２の斜面２１ｂに接触し、且つ前記円柱体４２ｄの側面４２ｄ１が前記案内溝２１Ａの第１の斜面２１ａに接触する状態に設定される。

そして、前記静電吸引力の移動方向の成分が、前記固定子側電極２３と可動子側電極３３との間に作用すると、各円柱体４２は前記保持溝３４Ａ，３４および前記案内溝２１Ａ，２１Ｂ内を移動方向に転がるため、前記可動子３０を移動方向に搬送することが可能となる。

上記第４の実施の形態においても、各円柱体４２と前記保持溝３４Ａ，３４Ｂとの間の摩擦抵抗、および円柱体４２と前記案内溝２１Ａ，２１Ｂとの間の摩擦抵抗が小さいため、小さな静電吸引力で可動子３０を移動方向に確実に搬送することができる。

図１０は本発明の第５の実施の形態としての静電吸引駆動装置の可動子を示す斜視図、図１１は図１０の可動子を用いた静電吸引駆動装置の断面図である。

図１０および図１１に示す第５の実施の形態では、可動子３０の幅方向の両端に循環溝３８Ａ，３８Ｂが形成されている。前記循環溝３８Ａ，３８Ｂは、移動方向に平行に延びる一対の平行溝３８ａ，３８ｂと、前記平行溝３８ａ，３８ｂをＹ１側およびＹ２側の双方で連結するＵ字溝３８ｃ，３８ｄとにより、全体として略０字形状に形成されている。ただし、図１１に示すように幅方向の内側に設けられた前記平行溝３８ａの深さ寸法ｄ１は、外側に設けられた前記平行溝３８ｂの深さ寸法ｄ２に比較して深く形成されている（ｄ１＞ｄ２）。なお、前記平行溝３８ａと平行溝３８ｂとの間を連結する前記Ｕ字溝３８ｃ，３８ｄの底面は緩やかな傾斜面で形成されている。

図１０および図１１に示すように、前記循環溝３８Ａ，３８Ｂの内部には複数の球体４３が設けられている。なお、図１０ではＸ２側の循環溝３８Ｂの球体４３は省略されている。各球体４３は前記循環溝３８Ａ，３８Ｂ内において互いに接触し合っており、各球体４３は縦列状態で前記循環溝３８Ａ，３８Ｂ内をその形状に沿って時計回り方向および反時計周り方向に循環しながら移動することが可能とされている。このとき、各球体４３は低負荷状態で円滑に移動できるようになっている。

前記図１１に示すように、前記固定子２０の上に可動体３０を装填すると、前記固定子側電極２３と可動子側電極３３とが対向し合う。また外側の平行溝３８ｂ，３８ｂに設けられている球体４３，４３が、固定子２０に対向して設けられた前記案内溝２１，２１に嵌り込む。一方、前記内側の平行溝３８ａ，３８ａは前記固定子２０の対向面２０ａに対向させられる。

この状態では、外側の平行溝３８ｂ内の球体４３は、高さ方向において前記平行溝３８ｂの底面と案内溝２１を形成する第１，第２の斜面２１ａ，２１ｂとに当接している。一方、内側の平行溝３８ａ内の球体４３は、高さ方向において前記固定子２０側の対向面２０ａにのみ当接し、前記平行溝３８ａの底面には当接しない状態にある。すなわち、前記可動子３０は、外側の平行溝３８ｂ内において移動方向に並ぶ複数の球体４３にのみ支持されており、内側の平行溝３８ａ内に移動方向に並ぶ複数の球体４３は可動子３０の支持には無関係な状態にある。

この状態において、前記静電吸引力の移動方向の成分が、前記固定子側電極２３と可動子側電極３３との間に作用し、可動子３０が移動方向に移動させられる。

このとき、例えば可動子３０の移動方向がＹ１方向であるとすると、外側の平行溝３８ｂ内の球体４３は、前記平行溝３８ｂと案内溝２１との間を転動しながら可動子３０の移動方向とは逆のＹ２方向に移動させられ、Ｙ２側の前記Ｕ字溝３８ｃ内に達するようになる。したがって、内側の平行溝３８ａ内の球体４３は、前記Ｕ字溝３８ｃ内に達した球体４３により外側の平行溝３８ｂ内に押し出される。このとき、内側の平行溝３８ａ内の球体４３は、可動子３０の底面には接することなく固定子２０側の対向面２０ａ上のみを転動するため、内側の平行溝３８ａ内における摩擦抵抗を軽減することが可能となっている。

したがって、可動子３０がＹ１方向に移動すると、図１０において循環溝３８Ａ側の各球体４３は循環溝３８Ａ内を時計回り方向に循環させられ、循環溝３８Ｂ側の各球体４３は循環溝３８Ｂ内を反時計回り方向に循環させられる。

上記第５の実施の形態においても、各球体４３と循環溝３８Ａ，３８Ｂとの間の摩擦抵抗が小さいため、小さな静電吸引力で可動子３０を移動方向に確実に搬送することが可能である。

なお、上記第５の実施の形態では、深さ寸法の浅い平行溝３８ｂを幅方向の外側に配し、深さ寸法の深い平行溝３８ａを内側に形成したもので説明したが、この関係は逆であってもよい。この場合、前記案内溝２１Ａ，２１Ｂも深さ寸法の浅い平行溝３８ｂに対応して内側に形成されることとなる。

ところで、上記図４に示すように、前記固定子側電極２３からなるＡ相ないしＥ相の電極群には電圧信号が印加されるが、その際可動子３０を除電することが好ましい。各電極群にＨレベルの電圧を与えると、固定子側電極２３に正電荷が発生するため、可動子側電極３３に負電荷が誘導されることにより、前記固定子側電極２３と可動子側電極３３との間にコンデンサが形成されるが、固定子側電極２３をＬレベルとしただけでは、可動子側電極３３には前記負電荷が蓄積された帯電状態が維持されてしまう。このため、可動子３０側を除電しない場合には、可動子３０動きが鈍くなり、移動速度や応答速度が低下しやすいという弊害が生じうる。

この問題を解決するには、可動子３０をグランド電位に接地することにより、帯電する電荷をグランド側（接地電位）に放出されるようにすればよい。ただし、移動する可動子をグランド電位に接地するのは難しく、また常に可動子３０を接地した状態にしておくと、可動子側電極３３に必要な負電荷が誘導されなくなって前記静電吸引力の低下を招くおそれがある。

そこで、以下にその方法を説明する。
図１２は除電手段を備えた静電吸引駆動装置を示す正面図であり。この静電吸引駆動装置の基本構造は、上記図５に第２の実施の形態で説明したものと同様である。

図１２に示すものでは、絶縁材料で形成された可動子３０の対向面３０ａに導電膜５１が形成されており、この導電膜５１の表面に複数の可動子側電極３３が形成されている。前記導電膜５１は少なくとも一方の保持溝３４内に延びており、移動方向に延びる前記保持溝３４の一面を覆うように形成されている。

また前記保持溝３４に対向する固定子２０の案内溝２１にも導電膜５２が形成されている。前記導電膜５２は、移動方向に延びる案内溝２１の一面を覆うように形成されている。前記導電膜５２とグランドＧとの間は、所定の抵抗Ｒとトランジスタなどからなるスイッチ部材５３を介して接続されている。前記スイッチ部材５３は、所定の信号を入力されると、前記抵抗Ｒ１とグランドＧとの間を接続するように機能する。

前記保持溝３４と案内溝２１との間に設けられた前記球体４１は、導電体で形成されている。ただし、すべての球体４１が導電体で形成されている必要はなく、その他の球体４１は非絶縁材料または絶縁体で形成されていてもよい。

前記スイッチ部材５３には、上記図４に示す除電信号が与えられる。これにより各相の電極群に電圧が印加されると、その直後にスイッチ部材５３が接続状態（ＯＮ状態）に設定されるようにすることができる。よって、その都度、前記可動子３０とグランドＧとの間が抵抗Ｒ１を介して接続されるようになるため、可動子３０に帯電している電荷を除電することができる。よって、前記静電吸引力の低下を防止することができ、移動速度や応答速度の低下を防止することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態としての静電吸引駆動装置を示す分解斜視図、 固定子と可動子とが対向した状態を示しており、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図、 固定子側電極と可動子側電極との配置を部分的に示す平面図、 図３に示す静電吸引駆動装置に与えられる電気信号の一例を示すタイミングチャート図、 本発明の第２の実施の形態を示す静電吸引駆動装置の正面図、 第２の実施の形態の変形例を示す静電吸引駆動装置の正面図、 本発明の第３の実施の形態としての静電吸引駆動装置の可動子を示す斜視図、 本発明の第４の実施の形態としての静電吸引駆動装置の可動子を示す斜視図、 図８の可動子を用いた静電吸引駆動装置の断面図、 本発明の第５の実施の形態としての静電吸引駆動装置の可動子を示す斜視図、 図１０の可動子を用いた静電吸引駆動装置の断面図、 除電手段を備えた静電吸引駆動装置を示す正面図、

符号の説明

１０ 静電吸引駆動装置
２０ 固定子
２０ａ 対向面（固定子対向面）
２１ 案内溝（ガイド手段）
２１ａ 案内溝の第１の斜面
２１ｂ 案内溝の第２の斜面
２３ 固定子側電極
２５，３５ 壁部
３０ 可動子
３０ａ 対向面（可動子対向面）
３１ 案内凸部（ガイド手段）
３１ａ テーパ面
３３ 可動子側電極
３４ 保持溝（ガイド手段）
３４ａ 保持溝の第１の斜面
３４ｂ 保持溝の第２の斜面
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ 保持穴（ガイド手段）
３７ 防護壁
３８Ａ，３８Ｂ 循環溝（ガイド手段）
３８ａ，３８ｂ 平行溝
３８ｃ，３８ｄ Ｕ字溝
４１，４３ 球体（ガイド手段）
４２ 円柱体（ガイド手段）
５１，５２ 導電膜
５３ スイッチ部材

Claims (13)

1. 固定子側電極が設けられた固定子と、可動子側電極を有するとともに前記固定子に対向しながら移動方向に移動する可動子とを備え、前記固定子側電極と可動子側電極との対向部分に発生する静電吸引力によって前記可動子が移動させられる静電吸引駆動装置であって、
   前記可動子を前記移動方向に案内するガイド手段が、前記固定子と可動子の間に設けられていることを特徴とする静電吸引駆動装置。
2. 移動方向に沿って延設された固定子と、前記固定子に対向配置された可動子と、前記固定子に設けられ且つ前記可動子に対向する固定子対向面から前記可動子方向に垂直に突出するとともに前記移動方向に整列された固定子側電極と、前記可動子側に設けられ且つ前記固定子対向面に対向する可動子対向面から前記固定子方向に垂直に突出するとともに前記移動方向に対して整列された可動子側電極とを有し、前記固定子側電極と可動子側電極とが、前記移動方向と直交しかつ前記両対向面どうしが対向する方向と直交する幅方向を向いて互いに対向配置されており、前記固定子側電極と可動子側電極との対向部分に発生する静電吸引力によって前記可動子が前記移動方向に移動させられる静電吸引駆動装置であって、
   前記可動子を前記移動方向に案内するガイド手段が、前記固定子と可動子の間に設けられていることを特徴とする静電吸引駆動装置。
3. 前記ガイド手段が、前記固定子と可動子の一方の対向面に前記移動方向に沿って直線状に形成された案内溝と、他方の対向面に設けられ且つ前記案内溝に入り込んだ状態で前記移動方向に沿って自在に移動する摺動凸部とにより形成されている請求項１または２記載の静電吸引駆動装置。
4. 前記ガイド手段が、前記固定子と可動子の一方の対向面に転動自在に設けられた転動体と、他方の対向面に前記転動体の転がり方向を移動方向に案内する直線状の案内溝とにより形成されている請求項１または２記載の静電吸引駆動装置。
5. 前記一方の対向面には、前記案内溝に対向して延びる保持溝が形成されている請求項４記載の静電吸引駆動装置。
6. 前記溝は、第１の斜面と前記第１の斜面に所定の挟角を介して対向する第２の斜面を有するＶ字溝または台形溝で形成されている請求項３ないし５のいずれか記載の静電吸引駆動装置。
7. 前記転動体は、球体または円柱体で形成されている請求項４記載の静電吸引駆動装置。
8. 前記転動体として、第１の円柱体と第２の円柱体とが設けられており、前記第１の円柱体の回転軸と前記第２の円柱体の回転軸が異なる方向に傾斜して設けられている請求項４記載の静電吸引駆動装置。
9. 前記一方の対向面には前記案内溝に対向して延びる保持溝が形成されており、前記球体が前記案内溝と保持溝との間に転動自在に設けられている請求項４記載の静電吸引駆動装置。
10. 前記保持溝の両側には、前記移動方向に沿って延びる壁部が形成されている請求項９記載の静電吸引駆動装置。
11. 前記一方の対向面には、正方形状からなる保持穴が形成されており、この保持穴内に前記球体が転動自在に設けられている請求項４記載の静電吸引駆動装置。
12. 前記可動子の対向面には、移動方向に沿って平行に延びる深さ寸法の異なる一対の平行溝と前記平行溝の両端どうしを連結する一対のＵ字溝とで形成された略０字形状の循環溝と、前記循環溝内を自在に移動する複数の球体とが設けられており、前記固定子には前記一対の平行溝のうちの深さ寸法の浅い溝に対向する案内溝が前記移動方向に沿って形成されている請求項４記載の静電吸引駆動装置。
13. 表面が導電膜で覆われた前記固定子側の案内溝と、同じく表面が導電膜で覆われた可動子側の保持溝と、前記案内溝と保持溝との間を自在転動する導電性の球体と、前記固定子側の導電膜に接続された抵抗と、所定の信号に応じて前記抵抗とグランドとの間を導通状態と非導通状態とに切り換えるスイッチ部材と、からなる除電手段が設けられている請求項９記載の静電吸引駆動装置。

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