JP3354380B2 - 静電アクチュエータ - Google Patents

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利用した
静電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、マイクロマシン駆動用のリニ
アアクチュエータとして、電磁力や圧電素子を利用した
モータと歯車等の機構とを組合わせたものが多く知られ
ている。しかし、このタイプのアクチュエータは、サイ
ズが小さくなってくると、十分な出力が得づらくなると
ともに、歯車等の機構や電磁力発生源であるコイル等を
配置するスペースが十分に確保できなくなってくるた
め、コンパクトで高性能なアクチュエータを設計するこ
とが困難となってくる。このため、微小なサイズの場
合、出力の点から有利となる静電気力を利用した静電ア
クチュエータが開発されてきているが、必ずしも十分な
性能を有するに至っていない。その主な原因の一つは、
可動子と固定子との間の摩擦の問題である。

【０００３】この問題を解決すべく、本願発明者らは、
図１５に示すような作動原理を有する静電アクチュエー
タを開発した。この静電アクチュエータは、図１５
（ａ）〜（ｄ）に示すように、所定の隙間をもって対向
配置され、各々が２つの電極２１１，２１２、２２１，
２２２を有する固定子２０１、２０２と、固定子２０
１、２０２との間に配置された可動子２０３とからな
り、電極２１１，２１２、２２１，２２２に順次電圧パ
ルスを印加（電圧パルスが印加されている電極をハッチ
ングを付して示す）することにより可動子２０３が固定
子２０１、２０２に交互に吸着されながら固定子２０
１、２０２間の隙間を進行するものである。

【０００４】この場合、可動子２０３が固定子２０１、
２０２に交互に吸着されながら進行するため、固定子２
０１、２０２と可動子２０３との間に摩擦はほとんど発
生しない。しかしながら動作中に固定子２０１、２０２
と可動子２０３とが一点でしか接触しない時点が生じる
ので、大きな出力を得ることが困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、可動
子と固定子との間の摩擦の問題を解決しつつ十分な出力
特性を有する静電アクチュエータを得ることは困難であ
る。

【０００６】本発明はこのようなことを考慮してなされ
たものであり、可動子と固定子との間の摩擦を低減しつ
つ十分な出力特性を確保することができる静電アクチュ
エータを提供することを目的とする。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
所定方向に延びる電極が設けられた基体と、前記基体と
所定の間隔をおいて対向して設けられた弾性体からなる
複数の固定子と、前記所定方向に延び、前記固定子の基
体側と反対側の面上において前記固定子と接して設けら
れた波動弾性板と、前記所定方向に延び、前記波動弾性
板の固定子側と反対側の面上において前記波動弾性板と
接して設けられた可動子と、を備え、前記固定子は前記
所定方向に沿って配列されるとともに、前記各固定子の
基体側の面に電極が設けられており、前記波動弾性板の
前記可動子側の面に、前記所定方向に沿って間隔をおい
て配列された複数の凸部が設けられており、前記凸部が
前記可動子に接触することを特徴とする静電アクチュエ
ータである。

【００１０】請求項１記載の発明によれば、各固定子に
設けられた電極に順次電圧が印加され、静電気力より固
定子が順次基体側に変位する。これにより各固定子に接
して設けられた波動弾性板は各固定子の変位にならって
変位し、波動弾性板に進行波が発生する。波動弾性板上
に配置された可動子は波動弾性板から進行波の進行方向
と逆方向の駆動力を受け、可動子は進行波の進行方向と
逆方向に移動する。また、波動弾性板上に設けられた凸
部先端が可動子と当接し、この凸部の高さに比例して、
凸部先端水平方向の変位速度が増大され、可動子はより
高速で移動する。

【００１１】請求項２記載の発明は、所定方向に延びる
電極が設けられた基体と、前記基体と所定の間隔をおい
て対向して設けられた弾性体からなる複数の固定子と、
前記所定方向に延び、前記固定子の基体側と反対側の面
上において前記固定子と接して設けられた波動弾性板
と、前記所定方向に延び、前記波動弾性板の固定子側と
反対側の面上において前記波動弾性板と接して設けられ
た可動子と、を備え、前記固定子は導電性物質または半
導体からなり、前記波動弾性板の前記可動子側の面に、
前記所定方向に沿って間隔をおいて配列された複数の凸
部が設けられており、前記凸部が前記可動子に接触する
ことを特徴とする静電アクチュエータである。

【００１２】請求項２記載の発明によれば、直接固定子
自体に順次電圧が印加され、各固定子が順次基体側に変
位し、これにより各固定子に接する波動弾性板に進行波
が発生する。これにより波動弾性板上に配置された可動
子は進行波の進行方向と逆方向に移動する。また、波動
弾性板上に設けられた凸部先端が可動子と当接し、この
凸部の高さに比例して、凸部先端水平方向の変位速度が
増大され、可動子はより高速で移動する。

【００１３】請求項３記載の発明は、所定方向に配列さ
れた複数の電極が設けられた基体と、前記所定方向に延
び、前記基体と所定の間隔をおいて対向して設けられた
弾性体からなる固定子と、前記所定方向に延び、前記固
定子の基体側と反対側の面上において、前記固定子と接
して設けられた波動弾性板と、前記所定方向に延び、前
記波動弾性板の固定子側と反対側の面上において前記波
動弾性板と接して設けられた可動子と、を備え、前記固
定子の基体側の面に前記所定方向に延びる電極が設けら
れており、前記波動弾性板の前記可動子側の面に、前記
所定方向に沿って間隔をおいて配列された複数の凸部が
設けられており、前記凸部が前記可動子に接触すること
を特徴とする静電アクチュエータである。

【００１４】請求項３記載の発明によれば、基体に設け
られた電極に順次電圧が印加され、電圧が印加された基
体の電極と固定子の電極との間に電位差が発生し静電気
力が働く。これにより固定子のうち電圧が印加された基
体の電極に相対する部分が順次基体側に変位し、基体の
電極の配列方向に沿って進む進行波が固定子に発生す
る。これにより各固定子に接する波動弾性板に進行波が
発生し、波動弾性板上に配置された可動子は進行波の進
行方向と逆方向に移動する。また、波動弾性板上に設け
られた凸部先端が可動子と当接し、この凸部の高さに比
例して、凸部先端水平方向の変位速度が増大され、可動
子はより高速で移動する。

【００１５】請求項４記載の発明は、所定方向に配列さ
れた複数の電極が設けられた基体と、前記所定方向に延
び、前記基体と所定の間隔をおいて対向して設けられた
弾性体からなる固定子と、前記所定方向に延び、前記固
定子の基体側と反対側の面上において、前記固定子と接
して設けられた波動弾性板と、前記所定方向に延び、前
記波動弾性板の固定子側と反対側の面上において前記波
動弾性板と接して設けられた可動子と、を備え、前記固
定子は導電性物質または半導体からなり、前記波動弾性
板の前記可動子側の面に、前記所定方向に沿って間隔を
おいて配列された複数の凸部が設けられており、前記凸
部が前記可動子に接触することを特徴とする静電アクチ
ュエータである。

【００１６】請求項４記載の発明によれば、基体に設け
られた電極に順次電圧が印加され、電圧が印加された基
体の電極と固定子自体との間に電位差が発生し静電気力
が働く。これにより固定子のうち電圧が印加された基体
の電極に相対する部分が順次基体側に変位し、基体の電
極の配列方向に沿って進む進行波が固定子に発生する。
これにより各固定子に接する波動弾性板に進行波が発生
し、波動弾性板上に配置された可動子は進行波の進行方
向と逆方向に移動する。また、波動弾性板上に設けられ
た凸部先端が可動子と当接し、この凸部の高さに比例し
て、凸部先端水平方向の変位速度が増大され、可動子は
より高速で移動する。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】請求項５記載の発明は、所定方向に配列さ
れた複数の電極または固定子に順次電圧を印加すること
により、前記固定子を順次基体側に変位させ、これによ
り前記可動子を前記所定方向に移動させる電圧印加手段
を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか
に記載の静電アクチュエータである。

【００２４】請求項５記載の発明によれば、電圧印加手
段により所定方向に配列された複数の電極または固定子
に順次電圧が印加され、固定子に進行波が発生する。こ
れにより固定子上に配置された可動子は進行波の進行方
向と逆方向に移動する。

【００２５】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明
する。図１乃至図６は本発明の第１の実施の形態を示す
図である。

【００２６】図１に示すように、静電アクチュエータ１
は、基体１０と、基体１０と対向して設けられた弾性体
からなる複数の固定子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２１
ｄ，…と、複数の固定子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２１
ｄ，…上に設けられた波動弾性板３０と、波動弾性板３
０上に設けられた可動子４０とを備えている。

【００２７】このうち基体１０は、非導電性物質（例え
ばガラス基板材料）からなり、この基体１０上の中央部
には、基体１０の長手方向に延びる電極１１が設けられ
ている。また基体１０上には、電極１１を挟んで電極１
１と平行に延びる導電性パタン１２ａ〜１２ｄが設けら
れており、これら導電性パタン１２ａ〜１２ｄは、各々
電気的に独立している。また、図１に示すように、導電
性パタン１２ａ〜１２ｄの幅は電極１１の幅より十分に
狭くなっている。電極１１および導電性パタン１２ａ〜
１２ｄは、基体１０上に所定の形状の金属薄膜を接着す
る方法、またはスパッタリングや蒸着等の手法を用いて
基体１０上に導電膜を形成した後、エッチングプロセス
等を用いてパターニングする方法により形成されてい
る。

【００２８】また、固定子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２
１ｄ，…は、導電性物質または半導体（例えばシリコ
ン）からなる。すなわち固定子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ
〜２１ｄ，…は弾性体としての機能を有するとともに、
それ自体が電極としての機能を有している。これら固定
子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２１ｄ，…は、それぞれ梁
部１４と、梁部１４の両側に形成された一対の脚部１５
ａ，１５ｂとを有しており、各々同一のコの字型形状と
なっている。梁部１４は基体１０の長手方向と直交する
方向に延びており、梁部１４と基体１０との間には間隙
が形成されている。このように構成された各固定子２０
ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２１ｄ，…の梁部１４は、上下方
向に弾性的に撓むことができるようになっている（図１
二点鎖線参照）。

【００２９】また、固定子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２
１ｄ，…は、この順に基体１０の長手方向に沿って配列
されており、各々の脚部１５ａ，１５ｂの底面１６ａ，
１６ｂを基体１０に接着することにより基体１０に固着
されている。この場合、固定子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ
〜２１ｄ，…の底面１６ａは導電性パタン１２ａ，１２
ｂ間に位置し、固定子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２１
ｄ，…の底面１６ｂは導電性パタン１２ｃ，１２ｄ間に
位置している。また、固定子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜
２１ｄ，…は、それぞれ符号の末尾のアルファベットが
対応する導電性パタン１２ａ〜１２ｄと電気的に接続さ
れており、これにより、導電性パタン１２ａ〜１２ｄを
介して固定子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２１ｄ，…の電
位を調整できるようになっている。

【００３０】また、各固定子２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜
２１ｄ，…の梁部１４の上面１４ａに接して、軟質の弾
性材料（例えばシリコンゴム）からなる波動弾性板３０
が設けられている。この波動弾性板３０は、固定子２０
ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２１ｄ，…の梁部１４の長手方向
の長さと略同一の幅を有する板状の形状を有し、基体１
０の長手方向に延びている。

【００３１】また、波動弾性板３０の上面の幅方向略中
央部において、波動弾性板３０と接して可動子４０が設
けられている。この可動子４０は、波動弾性板３０の幅
より狭い幅を有し、基体１０の長手方向に延びている。
この可動子４０は剛性の高い材料により形成されてい
る。なお、後述するように、可動子４０は、波動弾性板
３０の幅方向中央部から最大の駆動力を受け、幅方向両
端部に近づくにつれて可動子４０が波動弾性板３０から
受ける駆動力が小さくなるため、可動子４０と波動弾性
板３０との間の摩擦低減の観点から、可動子４０の幅は
狭くした方が好ましい。また、同様の理由により、可動
子４０の底面４０ａに凸形状のカーブを設け、波動弾性
板３０の幅方向中央近傍のみで可動子４０と波動弾性板
３０とが接触するようにしてもよい。

【００３２】次に、このような構成からなる本実施の形
態の作用について図１乃至図３により説明する。なお、
図２（ａ）〜（ｄ）において、ハッチングを付した固定
子は電位がＶの電極を意味し、白抜きの固定子は電位が
０の電極を意味する。

【００３３】まず、図１に示すように基体１０の電極１
１を接地し、電極１１の電位を０とする。次に、導電性
パタン１２ａ〜１２ｄを各々、図１に示すように電圧印
加装置４５に接続し、導電性パタン１２ａ，１２ｂを介
して固定子２０ａ，２１ａ，…および固定子２０ｂ，２
１ｂ，…のみに電圧を印加し、図２（ａ）に示すよう
に、固定子２０ａ，２１ａ，…および固定子２０ｂ，２
１ｂ，…の電位をＶとする。この場合、所定電位Ｖは正
でも負でもよい。なお、この場合、固定子２０ｃ，２１
ｃ，…および固定子２０ｄ，２１ｄ，…の電位は０であ
る。

【００３４】このように各固定子に電圧を印加した場
合、基体１０の電極１１と固定子２０ａ，２１ａ，…お
よび固定子２０ｂ，２１ｂ，…との間に電位差が生じ、
静電気力が働く。この静電気力により、固定子２０ａ，
２１ａ，…および固定子２０ｂ，２１ｂ，…の梁部１４
は、電極１１側に引き寄せられ、基準位置（図１実線位
置）から下方に向かって変位する。この場合、梁部１４
の両端は脚部１５ａ，１５ｂにより拘束されているた
め、梁部１４は図１二点鎖線で示すように、長手方向中
央部を中心として下方に向かって撓む。他方、電位が０
の固定子２０ｃ，２１ｃ，…および固定子２０ｄ，２１
ｄ，…の梁部１４は基準位置（図１実線位置）にある。
このように各固定子を変位させた場合、軟質の弾性材料
により形成された波動弾性板３０は各固定子の変位にな
らって撓み、波動弾性板３０の最大変位部、すなわち波
動弾性板３０の幅方向中央部の長手方向断面は、図２
（ａ）に示すように略波状の形状となる。

【００３５】次に、電圧印加装置４５の切換スイッチ４
６を切換え、図２（ｂ）に示すように、固定子２０ａ，
２０ｄ，２１ａ，２１ｄ，…の電位を０とし、固定子２
０ｂ，２０ｃ，２１ｂ，２１ｃ，…の電位をＶとする。
この場合、固定子２０ａ，２１ａ，…の梁部１４は基準
位置に戻り、固定子２０ｃ，２１ｃ，…の梁部１４は下
方に変位する。他方、固定子２０ｂ，２０ｄ，２１ｂ，
２１ｄ，…の梁部１４は図２（ａ）に示す位置と同様の
位置に維持される。この場合、波動弾性板３０は、図２
（ｂ）に示すように、各固定子の変位にならって撓み、
略波状の形状となる。さらに同様にして、図２（ｃ）
（ｄ）に示すように、固定子の電位を順次切換えてゆく
と、波動弾性板３０は各時点における固定子の梁部１４
の変位にならって撓む。なお、図２（ａ）〜（ｄ）にお
いて、波動弾性板３０は各々同一の形状に撓み、かつ各
々同一の条件で可動子４０に接触している。

【００３６】このように、図２（ａ）〜（ｄ）における
波動弾性板３０に発生する波は、図２（ａ）、図２
（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）の順に図中右側に向か
って進行するが、波動弾性板３０自体は図２（ａ）〜
（ｄ）において左右方向へ動いてはいない。

【００３７】次に図３により、波動弾性板３０に発生す
る進行波の作用について詳述する。一般に梁とみなせる
ものを媒質とする進行波（たわみ波）において、その媒
質の表面の一点のみに着目した場合、当該点は単なる上
下運動ではなく楕円運動をしていることが知られてお
り、図３には、進行波の進行方向（矢印Ａ）と媒質（波
動弾性板３０）の表面各点の運動方向が矢印Ｐ１〜Ｐ８
により示されている。図３に示すように、進行波の頂点
部近傍の波動弾性板３０の表面は矢印Ｐ１方向、すなわ
ち進行波の進行方向Ａと反対方向に向かって運動してい
る。ここで波動弾性板３０は、図２（ａ）〜（ｄ）に示
すように、波の頂点部近傍のみで可動子４０に接触して
いるため、可動子４０は波動弾性板３０から図２左側方
向の駆動力を受け、図２左側方向へ向かって移動する。
また可動子４０は、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、
いかなる時点においてもほぼ等しい条件で波動弾性板３
０と複数の点で接触しているため、波動弾性板３０は可
動子４０に常時十分な駆動力を与えることができる。こ
のため、十分な出力特性を有する静電アクチュエータを
得ることができる。

【００３８】なお、本実施の形態においては、波動弾性
板３０を平滑な表面を有する板状体からなる例を示した
が、これに限定されるものではなく、図４に示すように
波動弾性板３０の表面に複数の凸部３１を設けてもよ
い。この場合、凸部３１は、波動弾性板３０に対して垂
直方向に延びるとともに波動弾性板３０の長手方向と直
行する方向（波動弾性板３０の幅方向）に延び、各々波
動弾性板３０の長手方向に沿って等間隔をおいて配置さ
れる。凸部３１はその先端３２のみが可動子４０と接触
するので、波動弾性板３０の剪断ひずみに起因する駆動
力の損失を低減することができる。また、凸部３１の高
さに比例して、先端３２の水平方向の変位速度を増大さ
せることができるため、波動弾性板３０の重量を増加さ
せることなく可動子４０をより高速で移動させることが
できる。このため、より高性能な静電アクチュエータを
得ることができる。

【００３９】なお、本実施の形態においては、固定子２
０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２１ｄ，…を導電性物質から形
成した例を示したが、これに限定されるものではなく、
図５に示すように、非導電性物質により固定子２０ａ〜
２０ｄ，２１ａ〜２１ｄ，…と略同一形状を有する固定
子基体１７を形成し、この固定子基体１７の梁部１８の
底面１８ａに、電極１１または導電性パタン１２ａ〜１
２ｄの形成方法と同様の方法で導電性物質からなる電極
１９を形成することにより、固定子を形成してもよい。
この場合、導電性パタン１２ａ〜１２ｄは電極１９に直
接接続される。

【００４０】さらに、固定子が上述したように非導電性
物質からなる固定子基体１７と電極１９とから形成され
ている場合、固定子基体１７を各電極１９に対応して設
ける必要はなく、図６に示すように、固定子基体１７を
一体に形成し、複数の電極１９を固定子基体１７の長手
方向に配列することにより一体型の固定子を作成し、各
電極１９を導電性パタン１２ａ〜１２ｄに直接接続して
もよい。このようにした場合、後述する第２の実施の形
態と同様に、一体型の固定子自体に進行波が発生するた
め、波動弾性板３０を設ける必要はなく、一体型の固定
子の上に直接可動子４０を接触させた場合でも、可動子
４０を移動させることができる。第２の実施の形態 次に、第２の実施の形態について説明する。図７乃至図
９は本発明の第２の実施の形態を示す図である。

【００４１】図７に示すように、静電アクチュエータ１
は、基体６０と、基体６０に対向して設けられた弾性材
料からなる固定子７０と、この固定子７０の上面に接し
て設けられた可動子８０とを備えている。

【００４２】このうち基体６０は、非導電性物質（例え
ばガラス基板材料）からなり、底部６１と、底部６１の
両側に形成され基体６０の長手方向に延びる一対の支持
部６２ａ，６２ｂとからなり、全体としてコの字型形状
を有している。底部６１の上面６１ａには複数の電極６
３ａ，６３ｂ，…が設けられ、これら電極６３ａ，６３
ｂ，…は、この順に基体６０の長手方向に沿って配列さ
れている。また、これら電極６３ａ，６３ｂ，…は、各
々基体６０の長手方向と直行する方向に延び、各々同一
の矩形形状を有している。

【００４３】また、図７および図８に示すように、支持
部６２ａの上面側には、各電極６３ａ，６３ｂ，…に対
応する位置にそれぞれ溝６４ａ，６４ｂ，…が形成され
ている。また、図８に示すように、これら溝６４ａ，６
４ｂ，…の底部には各々対応する電極６３ａ，６３ｂ，
…と一体に形成された引出パタン６５ａ，６５ｂ，…が
それぞれ形成されている。これら引出パタン６５ａ，６
５ｂ，…の端部には、図７および図８に示すように、導
線６６ａ，６６ｂ，…が各々接続され、導線６６ａ，６
６ｂ，…および引出パタン６５ａ，６５ｂ，…を介して
電極６３ａ，６３ｂ，…の電位を調節できるようになっ
ている。

【００４４】また、図７に示すように、固定子７０は、
基体６０の長手方向に延び、基体６０の一対の支持部６
２ａ，６２ｂの上面に接着等の手法により固着されてい
る。この固定子７０は、導電性物質または半導体（例え
ばシリコン）からなる。すなわち固定子７０は弾性体と
しての機能を有するとともに、それ自体が電極としての
機能を有している。また、固定子７０の底面７０ａと基
体６０の底部６１の上面６１ａとの間には間隙が形成さ
れている。このように構成された固定子７０は、上下方
向に弾性的に撓むことができるようになっている（図７
二点鎖線参照）。また固定子７０の端部には導線７１が
接続され、この導線７１を介して固定子７０の電位を調
節できるようになっている。

【００４５】また、本実施の形態においても、第１の実
施の形態と同様に、非導電性物質により固定子７０と略
同一形状を有する固定子基体を形成し、この固定子基体
の底面（基体６０と対向する面）に導電性物質からなる
電極を形成することにより、固定子７０を形成してもよ
い。

【００４６】可動子８０は、固定子７０の幅より狭い幅
を有し、基体１０の長手方向に延びている。可動子８０
の幅は、第１の実施の形態において説明したのと同じ理
由により、狭くした方が好ましく、また、可動子８０の
底面８０ａに凸形状のカーブを設け、固定子７０の幅方
向中央近傍のみで可動子７０と固定子８０とが接触する
ようにしてもよい。

【００４７】次に、このような構成からなる本実施の形
態の作用について、図７および図９（ａ）（ｂ）により
説明する。なお、図９（ａ）（ｂ）において、黒く塗り
潰した固定子は電位がＶの電極を意味し、白抜きの固定
子は電位が０の電極を意味する。

【００４８】まず、図７に示すように導線７１を接地
し、固定子７０の電位を０とする。次に、導線６６ａ，
６６ｂ，…を、図７に示すように電圧印加装置９０に接
続する。いずれの電極６３ａ，６３ｂ，…にも電圧が印
加されていない場合、固定子７０は基準位置（図７実線
位置、図９（ａ）二点鎖線位置）にある。

【００４９】次に電圧印加装置９０により、図９（ａ）
に示すように、導線６６ａ，６６ｂ，６６ｅ，６６ｆ，
６６ｉ，６６ｊ，…を介して、電極６３ａ，６３ｂ，６
３ｅ，６３ｆ，６３ｉ，６３ｊ，…の電位をＶとする。
また、この場合、電極６３ｃ，６３ｄ，６３ｇ，６３
ｈ，…の電位は０である。すなわち電極６３ａ，６３
ｂ，…への電圧の印加は、図９（ａ）に示すように、互
いに隣接するある２つの電極の電位がＶの場合、これら
電位がＶの２つの電極の隣に位置する２つの電極の電位
が０となり、さらに電位が０の２つの電極の隣に位置す
る２つの電極の電位がＶとなるように行われる。

【００５０】このように電圧を印加した場合、電極６３
ａ，６３ｂ，６３ｅ，６３ｆ，６３ｉ，６３ｊ，…と固
定子７０の間に電位差が生じ、静電気力が働く。この静
電気力により、固定子７０のうち電極６３ａ，６３ｂ，
６３ｅ，６３ｆ，６３ｉ，６３ｊ，…に相対する部分は
基体６０側に引き寄せられ、基準位置から下方に向かっ
て変位する（図７二点鎖線位置、図９（ａ）実線位
置）。この場合、固定子７０の幅方向端部は基体６０の
一対の支持部６２ａ，６２ｂにより拘束されているた
め、固定子７０はその幅方向中央部が大きく撓む（図７
二点鎖線参照）。また、この場合、固定子７０のうち電
位が０の電極６３ｃ，６３ｄ，６３ｇ，６３ｈ，…に相
対する部分は基準位置にあり、固定子７０の最大変位
部、すなわち固定子７０幅方向中央部の長手方向断面
は、図９（ａ）に示すような略波状の形状となる。

【００５１】次に、電圧印加装置９０の切換スイッチ９
１を切換え、図９（ｂ）に示すように、電極６３ａ，６
３ｄ，６３ｅ，６３ｈ，６３ｉ，…の電位を０とし、電
極６３ｂ，６３ｃ，６３ｆ，６３ｇ，６３ｊ，…の電位
をＶとする。すなわち、図９（ａ）において、互いに隣
接する電位がＶの２つの電極のうち左側の電極の電位を
Ｖから０に切換え、互いに隣接する電位が０の２つの電
極のうち右側の電極の電位を０からＶに切換える。この
場合、静電気力により固定子７０のうち電極６３ｂ，６
３ｃ，６３ｆ，６３ｇ，…に相対する部分は基体６０側
に引き寄せられ、基準位置から下方に向かって変位し、
固定子７０の最大変位部の長手方向断面は、図９（ｂ）
に示すような形状となり、略波状の形状となる。

【００５２】以上のように、電極６３ａ，６３ｂ，…へ
の電圧の印加方法を変化させることにより、図９（ｂ）
において固定子７０により形成される波は、図９（ａ）
において固定子７０により形成される波より１／４周期
分進み、図９（ｂ）における波の頂点は図９（ａ）にお
ける波の頂点よりも電極１個分右側に移動する。すなわ
ち上述したように各電極に印加される電圧を順次切換え
てゆくことにより、固定子７０には図９（ａ）（ｂ）右
側に進行する進行波が発生する。図９（ａ）（ｂ）に示
すように、固定子７０上に設けられた可動子８０は、こ
の進行波の頂点部近傍のみにおいて固定子７０と当接
し、可動子８０は第１の実施の形態において説明した作
動原理と同じ作動原理により、図９（ａ）（ｂ）左側に
移動する。本実施の形態によれば、固定子７０自体に進
行波が発生するため、固定子７０により可動子８０を直
接駆動することができる。このため第１の実施の形態と
比較した場合、静電アクチュエータの構造を簡略化する
ことができる。

【００５３】なお、本実施の形態において、固定子７０
の形状を平滑な板とした例を示したが、これに限定され
るものではなく、例えば、図１０（ａ）に示すように、
固定子７０の上面に等間隔で配置された複数の凸部７１
を設けてもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、固
定子７０の上面に軟質の弾性材料（例えばシリコンゴ
ム）からなる波動弾性板９０を設けてもよい。さらに図
１０（ｃ）に示すように、波動弾性板９０の上面に複数
の凸部９１を形成してもよい。このようにした場合、第
１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。第３の実施の形態 次に、第３の実施の形態について説明する。図１１乃至
図１４は本発明の第３の実施の形態を示す図である。

【００５４】図１１乃至図１４に示すように、静電アク
チュエータ１００は、略円筒形状を有する基体１１０
と、基体１１０内に配設された略円筒形状の固定子１２
０と、固定子１２０内に設けられた可動子１３０とを備
えている。

【００５５】このうち、基体１１０について詳述する。
基体１１０は非導電性物質（例えばガラス）からなり、
また、図１１（ａ）（ｂ）（図１１（ｂ）は図１１
（ａ）のＡＡ断面を示す）および図１２に示すように、
基体１１０の内周面上には、円周方向に延びる複数の矩
形の電極１１１ａ，１１１ｂ，…、１１２ａ，１１２
ｂ，…、１１３ａ，１１３ｂ，…および１１４ａ，１１
４ｂ，…が設けられている。図１２に示すように、これ
ら電極のうち符号の数字部分が共通する電極は、符号の
アルファベットの順に基体１１０の軸方向に沿って所定
の間隔をおいて配列され、符号のアルファベット部分が
共通する電極は、符号の数字の順に基体１１０の円周方
向に沿って所定の間隔をおいて配列されている。また、
符号のアルファベット部分が共通する電極は互いに電気
的に接続され、電極１１１ａ，１１２ａ，１１３ａおよ
び１１４ａからなる電極群Ａ、１１１ｂ，１１２ｂ，１
１３ｂおよび１１４ｂからなる電極群Ｂ、以下同様に電
極群Ｃ，Ｄ，Ｅ，…を構成している。また、図１３
（ｂ）に示すように、基体１１０には、各電極群Ａ，
Ｂ，Ｃ，…とそれぞれ電気的に接続された導線１１５
ａ，１１５ｂ，…が設けられており、これら導線１１５
ａ，１１５ｂ，…を介して各電極群の電位を調節できる
ようになっている。

【００５６】次に固定子１２０について詳述する。固定
子１２０は基体１１０の内径より小さい外径を有し、上
述のように基体１１０の内部に収納されている。また、
図１１（ａ）に示すように、固定子１２０の外周を４等
分した位置には、軸方向に延びる支持部１２１ａ〜１２
１ｄがそれぞれ形成されている。これら支持部１２１ａ
〜１２１ｄの端部は、基体１１０の内周面上の電極間の
円周方向の間隙、すなわち電極が設けられていない部分
において、基体１１０の内周面に接着または圧入され、
これにより固定子１２０は基体１１０に固着されてい
る。このように構成された固定子１２０の外周面と基体
１１０の内周面との間には所定の間隙が形成され、固定
子１２０は、放射方向に弾性的に撓むことができるよう
になっている（図１４（ａ）（ｂ）参照）。

【００５７】次に可動子１３０について詳述する。図１
３および図１４（ａ）に示すように、可動子１３０は固
定子１２０の内部に収納されており、全体として柱形状
を有している。また、図１３に示すように、可動子１３
０の外周面には軸方向に延びる４つの凹部１３１ａ〜１
３１ｄおよび４つの凸部１３２ａ〜１３２ｄが形成され
ている。凸部１３２ａ〜１３２ｄの先端は曲面をなし、
これら曲面の曲率半径は固定子１２０の内周面の半径よ
り小さくなっている。また、可動子１３０の最大外形φ
max 、すなわち互いに対向する凸部１３２ａ〜１３２ｄ
の先端間の距離は、固定子１２０の内径と同一またはや
や大きくなっている。また、可動子１３０の軸方向端部
には導線１３５が設けられており、この導線１３５を介
して可動子１３０の電位を調節することができるように
なっている。

【００５８】次に、このような構成からなる本実施の形
態の作用について図１１（ａ）（ｂ）および図１４
（ａ）（ｂ）（図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＢＢ断面
を示す）により説明する。なお、図１４（ａ）におい
て、基体１１０の電極のうち、ハッチングを付した電極
は電位がＶの電極を意味し、白抜きの電極は電位が０の
電極を意味する。

【００５９】まず、図１３に示すように導線１３５を接
地し、可動子１３０の電位を０とする。次に、導線１１
５ａ，１１５ｂ，…を、図１４（ｂ）に示すように電圧
印加装置９０に接続する。いずれの電極群Ａ，Ｂ，Ｃ，
…にも電圧が印加されていない場合、固定子１２０は基
準位置（図１１（ａ）（ｂ）に示す位置）にある。

【００６０】次に電圧印加装置１４０により導線１１５
ａ，１１５ｂ，１１５ｅ，１１５ｆ，１１５ｉ，…を介
して、基体１１０の電極群Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｉ，…の電
位をＶとする。なお、この場合、電極群Ｃ，Ｄ，Ｇ，
Ｈ，…の電位は０となっている。すなわち、電極群Ａ，
Ｂ，Ｃ，…への電圧の印加は、第２の実施の形態と同様
になされ、図１４（ｂ）に示すように、互いに隣接する
ある２つの電極群の電位がＶの場合、これら電位がＶの
２つの電極群の隣に位置する２つの電極群の電位が０と
なり、さらに電位が０の２つの電極群の隣に位置する２
つの電極群の電位がＶとなるように行われている。

【００６１】このように電圧を印加した場合、基体１１
０の電極群Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｉ，・・・を構成する各電
極と固定子１２０の間に電位差が生じ、静電気力が働
く。この静電気力により、固定子１２０のうち電極群
Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｉ，…に相対する部分は電極群Ａ，
Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｉ，…側に引き寄せられ、基準位置から放
射方向外側に向かって変位する（図１４（ａ）（ｂ）実
線位置）。この場合、固定子１３０は４つの支持部１２
１ａ〜１２１ｄにより拘束されているため、固定子１２
０は支持部１２１ａ〜１２１ｄに最も遠い部分が大きく
撓む。また、この場合、固定子１２０のうち電位が０の
電極群Ｃ，Ｄ，Ｇ，Ｈ，…に相対する部分は基準位置
（図１４（ａ）二点鎖線位置、および図１１（ａ）
（ｂ）実線位置）にある。このように変位した固定子１
２０の最大変位部の長手方向断面は、図１３（ｂ）に示
すように略波状の形状となる。この場合、固定子１２０
のうち電位が０の電極群Ｃ，Ｄ，Ｇ，Ｈ，…に相対する
部分は可動子１３０の４つの凸部１３２ａ〜１３２ｄと
当接しており、固定子１２０のうち電位がＶの電極群
Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｉ，…に相対する部分は可動子１３０
から離れている。すなわち、固定子１２０により形成さ
れる波は、その頂点部近傍においてのみ可動子１３０と
当接している。

【００６２】次に、電圧印加装置１４０の切換スイッチ
１４１を切換え、基体１１０の電極群Ａ，Ｄ，Ｅ，Ｈ，
Ｉ，…の電位を０とし、電極群Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｇ，…の電
位をＶとする。すなわち、図１４（ｂ）において、互い
に隣接する電位がＶの２つの電極群のうち左側の電極群
の電位をＶから０に切換え、互いに隣接する電位が０の
２つの電極群のうち右側の電極群の電位を０からＶに切
換える。このようにして、各電極群Ａ，Ｂ，Ｃ，…の電
位を順次切換えてゆくことにより、固定子１２０により
形成される波は、第２の実施の形態と同様に図１４
（ｂ）右側方向に進行する。すなわち、固定子１２０に
は図１４（ｂ）右側方向に進む進行波が発生する。この
場合、凸部１３２ａ〜１３２ｄにおいて固定子１２０と
当接する可動子１３０は、第２の実施の形態と同様と同
様にして図１４（ｂ）左側方向に移動してゆく。本実施
の形態によれば可動子１３０はその４つの凸部の頂点付
近のみで固定子１２０と当接しているため、固定子１２
０および可動子１３０間に発生する摩擦力を最小限に抑
えることができる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
進行波が発生した波動弾性板により可動子が駆動され、
進行波の進行方向と逆方向に移動する。この場合、可動
子は波動弾性板に形成される進行波の複数の頂点部分で
波動弾性板に接触し、これら複数の頂点部分から等しい
駆動力を受ける。すなわち、波動弾性板は静電アクチュ
エータの作動中に常に複数の点で可動子に接触し、これ
ら複数の接点から可動子に駆動力を与えるようになって
いるため、可動子に大きな駆動力を与えることができ
る。このため、高出力の静電アクチュエータを得ること
ができる。また、波動弾性板上に設けられた凸部先端が
可動子と当接し、この凸部の高さに比例して、凸部先端
水平方向の変位速度が増大されるため、可動子をより高
速で移動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す分解斜視図。

【図２】第１の実施の形態の作用を示す図。

【図３】本発明の作動原理を示す図。

【図４】波動弾性板に凸部を設けた実施の形態を示す
図。

【図５】固定子の他の構成を示す図。

【図６】固定子を一体に形成した例を示す図であって、
固定子を斜め下方から見た斜視図。

【図７】本発明の第２の実施の形態を示す分解斜視図。

【図８】基体の平面図。

【図９】第２の実施の形態の作用を示す図。

【図１０】第２の実施の形態の他の実施の形態を示す断
面図。

【図１１】本発明の第３の実施の形態を示す図であっ
て、軸に対して垂直方向の断面図および軸方向断面図。

【図１２】円筒状基体の内周面の展開図。

【図１３】可動子を示す斜視図。

【図１４】本発明の第３の実施の形態の作用を示す図で
あって、軸に対して垂直方向の断面図および軸方向断面
図。

【図１５】従来の静電アクチュエータを示す図。

【符号の説明】

１０、６０、１１０ 基体 １１、６３ａ，６３ｂ，…、１１１ａ〜１１４ａ，１１
１ｂ〜１１４ｂ，．．．（基体の）電極 ２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２１ｄ，…、７０、１２０
固定子 １９ （固定子の）電極 ３０、９０ 波動弾性板 ３１、７１、９１ 凸部 ４０、８０、１３０ 可動子 ４５、９５、１４０ 電圧印加装置

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定方向に延びる電極が設けられた基体
   と、 前記基体と所定の間隔をおいて対向して設けられた弾性
   体からなる複数の固定子と、 前記所定方向に延び、前記固定子の基体側と反対側の面
   上において前記固定子と接して設けられた波動弾性板
   と、 前記所定方向に延び、前記波動弾性板の固定子側と反対
   側の面上において前記波動弾性板と接して設けられた可
   動子と、を備え、 前記固定子は前記所定方向に沿って配列されるととも
   に、前記各固定子の基体側の面に、電極が設けられてお
   り、前記波動弾性板の前記可動子側の面に、前記所定方
   向に沿って間隔をおいて配列された複数の凸部が設けら
   れており、前記凸部が前記可動子に接触することを特徴
   とする静電アクチュエータ。
2. 【請求項２】所定方向に延びる電極が設けられた基体
   と、 前記基体と所定の間隔をおいて対向して設けられた弾性
   体からなる複数の固定子と、 前記所定方向に延び、前記固定子の基体側と反対側の面
   上において前記固定子と接して設けられた波動弾性板
   と、 前記所定方向に延び、前記波動弾性板の固定子側と反対
   側の面上において前記波動弾性板と接して設けられた可
   動子と、を備え、 前記固定子は導電性物質または半導体からなり、前記波
   動弾性板の前記可動子側の面に、前記所定方向に沿って
   間隔をおいて配列された複数の凸部が設けられており、
   前記凸部が前記可動子に接触することを特徴とする静電
   アクチュエータ。
3. 【請求項３】所定方向に配列された複数の電極が設けら
   れた基体と、 前記所定方向に延び、前記基体と所定の間隔をおいて対
   向して設けられた弾性体からなる固定子と、 前記所定方向に延び、前記固定子の基体側と反対側の面
   上において、前記固定子と接して設けられた波動弾性板
   と、 前記所定方向に延び、前記波動弾性板の固定子側と反対
   側の面上において前記波動弾性板と接して設けられた可
   動子 と、を備え、 前記固定子の基体側の面に前記所定方向に延びる電極が
   設けられており、前記波動弾性板の前記可動子側の面
   に、前記所定方向に沿って間隔をおいて配列された複数
   の凸部が設けられており、前記凸部が前記可動子に接触
   していることを特徴とする静電アクチュエータ。
4. 【請求項４】所定方向に配列された複数の電極が設けら
   れた基体と、 前記所定方向に延び、前記基体と所定の間隔をおいて対
   向して設けられた弾性体からなる固定子と、 前記所定方向に延び、前記固定子の基体側と反対側の面
   上において、前記固定子と接して設けられた波動弾性板
   と、 前記所定方向に延び、前記波動弾性板の固定子側と反対
   側の面上において前記波動弾性板と接して設けられた可
   動子 と、を備え、 前記固定子は導電性物質または半導体からなり、前記波
   動弾性板の前記可動子側の面に、前記所定方向に沿って
   間隔をおいて配列された複数の凸部が設けられており、
   前記凸部が前記可動子に接触していることを特徴とする
   静電アクチュエータ。
5. 【請求項５】前記所定方向に配列された複数の電極また
   は固定子に順次電圧を付加することにより、前記固定子
   を順次基体側に変位させ、これにより前記可動子を前記
   所定方向に移動させる電圧印加手段を更に備えたことを
   特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電アク
   チュエータ。