JP2006042532A

JP2006042532A - エレクトレットアクチュエータ

Info

Publication number: JP2006042532A
Application number: JP2004220604A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Matsuki; 薫松木; Takatoshi Nishida; 隆勇西田; Yoshinao Shimada; 義尚島田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】安定した駆動が可能で信頼性が高いエレクトレットアクチュエータを提供すること。
【解決手段】複数の相で構成される駆動電極１０１を有する固定基板１００と、上記固定基板１００上に配置され、上記駆動電極１０１に対向するエレクトレット領域２０１を備え、上記駆動電極１０１との間に作用する静電気力によって上記固定基板１００に対して相対移動可能な可動子２００と、上記可動子２００を上記固定基板１００に対して相対移動させるための駆動パターンを生成し、上記駆動電極１０１へ印加する駆動制御部３００と、を具備するエレクトレットアクチュエータで、上記駆動制御部３００は、起動時における駆動パターンの電圧の絶対値を、移動中に印加される駆動パターンの電圧の絶対値よりも大きい電圧に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレクトレット化された部位を備える可動子を、静電気力によって固定基板に対して相対移動させるエレクトレットアクチュエータに関する。

従来、アクチュエータとしては、電磁力を利用した電磁式アクチュエータが多く用いられている。しかしながら、電磁式アクチュエータは、電磁コイルや永久磁石で構成されているため、構造が複雑になるだけでなく、駆動時の消費電力も大きくなる。

それに比べ、静電アクチュエータは、構成が簡単にできるだけでなく、低消費電力での駆動が可能なため、小型化に適したアクチュエータとして注目されている。

また、静電アクチュエータの構成要素である可動子にエレクトレットを用いることで、更に低電圧の駆動を実現することが可能になる。そのようなエレクトレットを可動子に用いた静電アクチュエータは、例えば、特許文献１に開示されている。このアクチュエータは、図４（Ａ）に示すように、固定基板１上に複数の相で構成されるＡ相〜Ｃ相の駆動電極Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉ（但し、ｉ＝１，２，３，４）を配置し、図４（Ｂ）に示す駆動パターンをそれらの駆動電極Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉへ印加し、可動子２のエレクトレットＤｊ，Ｅｊ（但し、ｊ＝１，２）と駆動電極との電荷によって作用する静電吸引力及び反発力によって、固定基板１に対して相対的に移動させるものである。
特開平５−１８４１６２号公報

上記アクチュエータに限らず静電アクチュエータにおいて、可動子が固定基板上を走行しているときは、可動子と固定基板との間に働くのは動摩擦であるから、摩擦力が小さく可動子を動作させるための駆動電圧は小さくできる。これに対して、停止位置から始動する場合（以下、起動時と記す）に可動子が動き出すには、可動子と固定基板との間に働く静止摩擦力よりも大きな駆動力が必要であり、動作時と同じ印加パターンであると動き出さない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、安定した駆動が可能で信頼性が高いエレクトレットアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明のエレクトレットアクチュエータの一態様は、
複数の相で構成される駆動電極を有する固定基板と、
上記固定基板上に配置され、上記駆動電極に対向する部位でエレクトレット化され、上記駆動電極との間に作用する静電気力によって上記固定基板に対して相対移動可能な可動子と、
上記可動子を上記固定基板に対して相対移動させるための駆動パターンを生成し、上記固定子の駆動電極へ印加する駆動手段と、
を具備し、
上記駆動手段は、起動時における駆動パターンの電圧の絶対値を、移動中に印加される駆動パターンの電圧の絶対値よりも大きい電圧に設定することを特徴とする。

本発明によれば、安定した駆動が可能で信頼性が高いエレクトレットアクチュエータを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るエレクトレットアクチュエータの構成を示す図である。

即ち、このエレクトレットアクチュエータは、複数の相を構成する駆動電極１０１を備えた固定基板１００と、この固定基板１００の上に配置され、上記駆動電極１０１に対向した部位で所定のピッチでエレクトレット化された帯電領域（エレクトレット領域２０１）を保有した可動子２００と、上記固定基板１００の駆動電極１０１へ駆動パターンを印加する駆動制御部３００とによって構成されている。そして、駆動電極１０１の電荷と可動子２００のエレクトレット領域２０１の表面電荷によって生じる静電引力及び反発力によって、可動子２００を固定基板１００に対して相対移動させるため、駆動制御部３００では、各相の駆動電極１０１へ印加する駆動パターンを生成すると共に、各駆動電極１０１へ駆動パターンを印加している。

以下、この駆動制御部３００にて生成する駆動パターンについて説明する。

なお、本実施形態では、駆動制御部３００は、パルス発生回路３０１と、位相器３０２と、昇圧回路３０３とからなっているが、駆動電極１０１へ駆動パターンを印加できる構成であれば、この限りではない。

図１（Ｂ）は駆動制御部３００にて生成する駆動パターンのタイミングチャートを示しており、図１（Ｃ）は、各タイミングでの可動子の状態を示す図である。

即ち、これら図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、起動時（図では、タイミングｔ１に相当する部分）に静止摩擦力よりも大きな駆動力を得るために、移動時の駆動電圧よりも大きい電圧Ｖ１を印加している。静電引力及び静電反発力は、印加電圧の２乗に比例するため、印加電圧が大きいほど、駆動力が大きくなる。したがって、静止摩擦力よりも大きい駆動力を起動時に得ることになる。

しかし、移動時（タイミングｔ２，ｔ３，…）には、可動子２００と固定基板１００との間には動摩擦力が作用するだけなので、起動時の印加電圧Ｖ１よりも小さく（図中の印加電圧Ｖ０）して、駆動時の消費電力を抑えることができる。

例えば、起動時にはＶ１＝３３０Ｖの電圧を印加し、駆動時にはＶ０＝１００Ｖにすれば良い。

なお、図１（Ａ）の構成では、エレクトレット領域２０１の表面電荷がプラスとマイナスの電荷であるが、これに限ることは無く、図２（Ａ）に示すように、エレクトレット領域２０１の電位がすべてマイナスすなわち同電位である可動子２００としても良い。この場合も、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、同様に適用できる。また、この例では、駆動相数を３相としているが、これに限らず、上記のような４相、あるいはそれ以上の相数での駆動パターンであっても構わない。

このように、可動子２００のエレクトレット領域２０１を同電極にすれば、構成も簡単になり、小型化に適した形態となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。

本実施形態においては、図２（Ａ）に示すような構成において、起動時の電圧を大きくするだけでなく、図３に示すように、印加する時間を長く、例えば、移動時に各ステップごとの印加時間に対し起動時の印加時間は２倍するなど、静止摩擦力に抗して動きだすまで、起動時用の電圧パターンを印加する。

このように、起動時の電圧印加時間を長くすれば、可動子２００の動作開始を確実にすることができる。

なお、本実施形態においては駆動相数を３相としているが、これに限らず、４相あるいはそれ以上の相数での駆動パターンであっても構わない。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１）複数の相で構成される駆動電極を有する固定基板と、
上記固定基板上に配置され、上記駆動電極に対向する部位でエレクトレット化され、上記駆動電極との間に作用する静電気力によって上記固定基板に対して相対移動可能な可動子と、
上記可動子を上記固定基板に対して相対移動させるための駆動パターンを生成し、上記固定子の駆動電極へ印加する駆動手段と、
を具備し、
上記駆動手段は、起動時における駆動パターンの電圧の絶対値を、移動中に印加される駆動パターンの電圧の絶対値よりも大きい電圧に設定することを特徴とするエレクトレットアクチュエータ。

（対応する実施形態）
この（１）に記載のエレクトレットアクチュエータに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、例えば、上記駆動電極は駆動電極１０１が相当し、上記固定基板は固定基板１００が相当し、上記エレクトレット化された部位はエレクトレット領域２０１が相当し、上記可動子は可動子２００が対応し、駆動手段は駆動制御部３００が相当し、上記起動時における駆動パターンの電圧の絶対値はＶ１が相当し、上記移動中に印加される駆動パターンの電圧の絶対値はＶ０が相当する。

（作用効果）
この（１）に記載のエレクトレットアクチュエータは、起動時の電圧を移動時の電圧より高く設定する。

従って、この（１）に記載のエレクトレットアクチュエータによれば、起動時は確実に動作を開始でき、移動時は消費電力を押さえた動作が可能になる。

（２）上記起動時における駆動パターンの印加時間は、上記可動子が移動中における駆動パターンの印加時間よりも長いことを特徴とする（１）に記載のエレクトレットアクチュエータ。

（対応する実施形態）
この（２）に記載のエレクトレットアクチュエータに関する実施形態は、第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（２）に記載のエレクトレットアクチュエータは、起動時の電圧印加時間を移動時の電圧印加時間よりも長くする。

従って、この（２）に記載のエレクトレットアクチュエータによれば、確実に動作を開始させることができる。

（３）上記可動子は、上記駆動電極に対向する部位で所定のピッチで同極性にエレクトレット化されていることを特徴とする（１）に記載のエレクトレットシャッタ。

（対応する実施形態）
この（３）に記載のエレクトレットアクチュエータに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（３）に記載のエレクトレットアクチュエータは、可動子の帯電領域をすべて同極性にする。

従って、この（３）に記載のエレクトレットアクチュエータによれば、可動子へのエレクトレット化が容易にでき、構成を簡単にするだけでなく、小型化することもできる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係るエレクトレットアクチュエータの構成を示す図、（Ｂ）は駆動制御部にて生成する駆動パターンのタイミングチャートを示す図であり、（Ｃ）は各タイミングでの可動子の状態を示す図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態に係るエレクトレットアクチュエータの変形例の構成を示す図、（Ｂ）は変形例における駆動パターンのタイミングチャートを示す図であり、（Ｃ）は各タイミングでの可動子の状態を示す図である。本発明の第２実施形態に係るエレクトレットアクチュエータにおける駆動パターンのタイミングチャートを示す図である。（Ａ）は従来のエレクトレットアクチュエータの構成を示す図、（Ｂ）は駆動パターンのタイミングチャートを示す図である。

符号の説明

１００…固定基板、１０１…駆動電極、２００…可動子、２０１…エレクトレット領域、３００…駆動制御部、３０１…パルス発生回路、３０２…位相器、３０３…昇圧回路。

Claims

複数の相で構成される駆動電極を有する固定基板と、
上記固定基板上に配置され、上記駆動電極に対向する部位でエレクトレット化され、上記駆動電極との間に作用する静電気力によって上記固定基板に対して相対移動可能な可動子と、
上記可動子を上記固定基板に対して相対移動させるための駆動パターンを生成し、上記固定子の駆動電極へ印加する駆動手段と、
を具備し、
上記駆動手段は、起動時における駆動パターンの電圧の絶対値を、移動中に印加される駆動パターンの電圧の絶対値よりも大きい電圧に設定することを特徴とするエレクトレットアクチュエータ。
上記起動時における駆動パターンの印加時間は、上記可動子が移動中における駆動パターンの印加時間よりも長いことを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットアクチュエータ。
上記可動子は、上記駆動電極に対向する部位で所定のピッチで同極性にエレクトレット化されていることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットシャッタ。