JP4810571B2 - 静電アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、薄型フィルムを利用した平行平板型の静電アクチュエータに係わり、特に移動方向への直進性を高めた静電アクチュエータに関する。

特許文献１には、移動子と固定子の間に、特定の傾斜（スキュー）を持たせることにより、移動子と固定子との位置関係による推力の変動を低減し、制御性の向上を図った静電アクチュエータが記載されている。

また特許文献２には、ジグザグ状に配置された電極を有する移動子および固定子を備えた回転型のアクチュエータが記載されている。
特開平０９−２３３８５８号公報（図５、図６） 特開２００１−１６２５９９号公報

静電アクチュエータでは、単に可動子が移動することができるというだけではなく、固定子に対して可動子が進行方向に向かって真っ直ぐに移動できること、すなわち移動時の直進性が高いことが求められる。

しかし、固定子と可動子の間の対向ギャップの微妙な不均一性によって、ギャップが狭いところで力が強く、広いところで力が弱くなる。あるいは、何らかの外力を受けると、可動子に対し幅方向にズレるような力が働く。このような力は、進行方向に対して斜め方向に作用するため、可動子の姿勢が傾き、動作不能となることがある。

そのため、可動子が傾かないように何らかのガイド手段を設ける必要性があったが、ガイド手段による摺動抵抗による力のロス、およびガイド手段を設けることによる構造の複雑化、組立手順の増加などの課題があった。

この点、特許文献１に記載のアクチュエータは、推力の変動を低減することについては記載されているが、移動の際の直進性については一切記載されていない。

また特許文献２に記載のものは、回転型のアクチュエータであるから、移動の際にその直進性が問題となることはない。このため、特許文献２には、電極の形状をジグザグ状にすることによって最大の回転駆動力を得ることについては記載されているが、直進性を高める技術については一切記載されていない。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、平行平板型の静電アクチュエータにおいて、可動子の移動方向への直進性を高めた静電アクチュエータを提供することを目的としている。

本発明は、複数の固定側電極が形成された固定子と、複数の可動側電極が形成された可動子と、前記固定側電極と前記可動側電極との間に所定の駆動信号を与える駆動信号生成部とを有し、前記可動子が前記固定子に対して対向配置された状態で所定の移動方向に移動させられる静電アクチュエータであって、
前記移動方向に対して直交する方向を幅方向としたときに、前記固定側電極および前記可動側電極は、それぞれ前記幅方向へ向けて線状パターンまたは帯状パターンで形成され、前記固定側電極と前記可動側電極は、共にその少なくとも一部に波形状または山谷形状の変形パターン部を有しており、
前記固定側電極と前記可動側電極には、前記変形パターン部が幅方向に向けて複数箇所設けられており、前記幅方向で隣り合う前記変形パターン部のピッチ寸法は、前記固定子側の中心線および前記可動子側の中心線から離れた箇所が、それよりも前記中心線に近い箇所に比べて広く形成されており、
前記固定側電極と前記可動側電極とが、同一のパターン形状で形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、通常は推力を発生させる変形パターン部が、位置ずれ時には位置ずれを補正する復帰力を発生させることができる。このため、移動時における直進性を高めることができる。

さらに、ずれに対する復帰力を有するため、ガイド手段を設けることなく駆動させることが可能となる。特に回転方向の位置ずれが生じた場合には両端部のずれ量が大きくなるが、その場合でも復帰力を働かせることが可能となり、ずれに強い静電アクチュエータとすることができる。

上記においては、前記固定子の幅方向の中心を通って前記移動方向に延びる仮想的な直線を固定子側の中心線とし、同じく前記可動子の幅方向の中心を通って前記移動方向に延びる仮想的な直線を可動子側の中心線としたときに、
前記固定側電極が、前記固定子側の中心線に対して線対称形状であり、前記可動側電極が、前記可動子側の中心線に対して線対称に形成されているものが好ましい。

さらには前記固定側電極と前記可動側電極は、共に、移動方向に向けて隣り合う電極どうしが同一のパターン形状で形成されているものが好ましい。

上記手段では、移動中の可動子に対し一定の推力を与えることができる。このため、移動中の可動子を急加速や急減速を繰り返すことがなく、したがって可動子に位置ずれが起こりにくい静電アクチュエータとすることができる。

また本発明の静電アクチュエータでは、少なくとも前記可動子が、薄いシート状に形成されているものが好ましい。

上記手段では、可動子を軽量化することができる。このため、応答性に優れ、しかも低消費電力型の静電アクチュエータとすることができる。

例えば、前記駆動信号生成部から、前記固定側電極と前記可動側電極との間に、三相交流状の駆動信号が与えられるものとして構成できる。

本発明の静電アクチュエータでは、外部から何らかの力が作用し、一時的に位置ずれを起こした場合であっても、移動中に自己補正が作用して前記位置ずれを解消することができる。

すなわち、移動方向に対する直進性の高い静電アクチュエータを提供することができる。

図１は本発明の静電アクチュエータの概略を示す分解斜視図、図２は固定子および可動子の内部構造を示す部分断面図、図３は第１の実施の形態としての固定子の構成を示す平面図、図４は第１の実施の形態としての可動子の構成を示す平面図、図５は固定子と可動子とが積層された状態を示す部分断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に示す静電アクチュエータ１０は、固定子２０と可動子３０が対向配置された平行平板型のアクチュエータである。前記可動子３０は、前記固定子２０に面対向した状態で移動方向（図１ではＹ１方向およびＹ２方向）に移動可能な状態にある。このような静電アクチュエータ１０は、例えばピックアップ、スライダ、ステージ、ディスクローディング機構、人工筋肉など移動手段として利用することができる。

図２に示すように、前記固定子２０はベース層２１と保護層２２とを有し、前記ベース層２１と保護層２２との間に電極層２３（固定側電極２３ｕ，２３ｖ，２３ｗ）が設けられている。前記ベース層２１および保護層２２は、共に絶縁性と可撓性などに優れた薄い樹脂製のフィルムなどでシート状に薄く形成されている。前記フィルムの材料としては、例えばポリイミドなどである。また前記電極層２３は、前記ベース層２１の一方の面に、例えば銅箔を線状または帯状にパターニングして形成された多数の電極（導体パターン）を有している。

図３に示すものでは、前記電極層２３が三相（Ｕ相，Ｖ相およびＷ相）を形成する３種類の固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗを有している。個々の固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗは、全体的に前記移動方向（Ｙ方向）と直交する幅方向（Ｘ方向）に延びており、その途中には山部と谷部を交互に配してなる山谷状の変形パターン部が設けられている。なお、図３に示すものでは、変形パターン部が幅方向の連続的に設けられているが、前記変形パターン部は必ずしも連続的である必要はなく、途中に直線部などを有するものであってもよい。

前記Ｕ相を形成する複数の固定側電極２３ｕは、共通の引き出し線２５ｕにより、前記ベース層２１の縁部に設けられた接続電極２６ｕに引き出されている。同様に，前記Ｖ，Ｗ相をそれぞれ形成する複数の固定側電極２３ｖ，２３ｗは、それぞれ共通の引き出し線２５ｖ，２５ｗにより接続電極２６ｖ，２６ｗに引き出されている。

なお、各引き出し線２５の一部（点線部分）は、他の引き出し線２５との導通を避ける必要性から、適宜に前記ベース層２１に形成したスルーホール２７を介してベース層２１の裏面を通じて配線されている。

前記可動子３０の構成は前記固定子２０と同様である。すなわち、図２に示すように、前記電極層３３が、ベース層３１と保護層３２との間に設けられている。前記電極層３３は、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相を形成する可動側電極３３ｕ，３３ｖおよび３３ｗを有している。そして、図４に示すように、個々の可動側電極３３ｕ，３３ｖおよび３３ｗの形状は山部と谷部を交互に配してなる山谷状又は波状の変形パターン部を有している。前記Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を形成する複数の可動側電極３３ｕ、３３ｖおよび３３ｗは、それぞれ共通の引き出し線３５ｕ、３５ｖおよび３５ｗにより、前記ベース層３１の縁部に設けられた接続電極３６ｕ、３６ｖおよび３６ｗにそれぞれ引き出されている。

なお、前記引き出し線３５の一部（点線部分）は、他の引き出し線３５との導通を避ける必要性から、適宜に前記ベース層３１に形成したスルーホール３７を介してベース層３１の裏面を通じて配線されている。

ここで、図３に示すように、固定子２０側の固定側電極２３ｕ、２３ｖおよび２３ｗに設けられた前記変形パターン部の山部と山部との間（谷部と谷部でも同様）の寸法を固定子のピッチ寸法Ｐａとする。同じく図４に示すように、可動子３０側の可動側電極３３ｕ、３３ｖおよび３３ｗにおける前記同様の寸法を可動子のピッチ寸法Ｐｂとする。本実施の形態では、固定子２０側の変形パターン部はすべて同じ固定子のピッチ寸法Ｐａで形成されており、可動子３０側の変形パターン部もすべて同じ可動子のピッチ寸法Ｐｂで形成されている。そして、この実施の形態では、前記固定子のピッチ寸法Ｐａと前記可動子のピッチ寸法Ｐｂとが同じ寸法で形成されている（Ｐａ＝Ｐｂ）。

また固定子２０では、移動方向（Ｙ方向）に隣り合う固定側電極２３ｕと固定側電極２３ｖとの間、固定側電極２３ｖと固定側電極２３ｗとの間、固定側電極２３ｗと固定側電極２３ｕとの間のそれぞれの平均的な間隔はすべて同じピッチ間隔Ｌで形成されている。同様に可動子３０では、移動方向に隣り合う可動側電極３３ｕと可動側電極３３ｖとの間、可動側電極３３ｖと可動側電極３３ｗとの間、可動側電極３３ｗと可動側電極３３ｕとの間のそれぞれの平均的な間隔はすべて同じピッチ間隔Ｌで形成されている。

また前記固定側電極２３ｕ，２３ｖ，２３ｗのＹ方向の幅寸法（導体幅寸法）、および前記可動側電極３３ｕ，３３ｖ，３３ｗのＹ方向の幅寸法（導体幅寸法）は、共に前記固定子のピッチ間隔Ｌおよび前記可動子のピッチ間隔Ｌの半分（Ｌ／２）に設定されている。

しかも、図１および図３に示すように、固定子２０では、各固定側電極２３ｕ，２３ｖ，２３ｗが、幅（Ｘ）方向の中心を通る移動中心線Ｏａ−Ｏａに対して線対称に形成されている。同様に、図１および図４に示すように、可動子３０では、各可動側電極３３ｕ，３３ｖ，３３ｗが、幅（Ｘ）方向の中心を通る移動中心線Ｏｂ−Ｏｂに対して線対称に形成されている。

図５に示すように、前記可動子３０は固定子２０の上に重ねられた状態で設置される。本実施の形態では、前記可動子３０は固定子２０とに間に潤滑剤４０として、例えば樹脂製の微小ボールが散布され又はグリスが塗布されている。あるいは前記潤滑剤４０は前記微小ボールとグリスを混ぜたものであってもよい。このように、前記可動子３０は固定子２０とに対向する領域に潤滑剤４０を設けると、前記可動子３０と前記固定子２０との直接的な接触を避けることができ、その間に発生する摩擦の軽減を図ることができる。このため、本発明の静電アクチュエータでは、前記可動子３０をより小さな静電力で駆動することが可能である。

図６は各電極に与える駆動信号の一例を示す波形図である。本発明の静電アクチュエータの駆動信号として、図６のＡないしＤに示すような正弦波（図６のＡ）、階段状の三相ステップ波（図６のＢ）、一般的な三相ステップ波（図６のＣ）および三相擬似正弦波（図６のＤ）など各種の三相交流状の信号を用いることが可能である。

前記駆動信号Ｕ，ＶおよびＷは、図示しない駆動信号生成部から前記固定子２０の各固定側電極２３ｕ、２３ｖ，２３ｗと前記可動子３０の各可動側電極３３ｕ、３３ｖ，３３ｗとの間に与えられる。なお、固定側電極２３ｕ、２３ｖ，２３ｗに与えられる駆動信号Ｕ１，Ｖ１およびＷ１と、可動側電極３３ｕ、３３ｖ，３３ｗに与えられる駆動信号Ｕ２，Ｖ２およびＷ２との間には若干の位相差φが設けられている。

このような駆動信号Ｕ，ＶおよびＷが各電極に印加されると、前記固定子２０には第１の電位分布が、前記可動子３０には第２の電位分布が、前記駆動信号間の位相差φに応じて前記移動（Ｙ）方向に沿って現れる（図示せず）。このため、前記固定子２０の各固定側電極と前記可動子３０の各可動側電極との間には、前記第１の電位分布と前記第２の電位分布の前記位相差φに応じた推力が、静電力の相互作用により発生する。これにより、前記可動子３０が移動（Ｙ）方向に移動させられるようになっている。

図７は電極が有する変形パターン部に発生する推力を模式的に示す説明図、図８Ａは位置ずれ時の補正動作を部分的に示す図７同様の説明図、図８Ｂは位置ずれ時の補正動作を一組の電極全体として示す平面図、図９は移動状態にある補正の様子を示す静電アクチュエータの平面図であり、Ａは補正前の正常な状態、Ｂは位置ずれ時の状態、Ｃは補正後の状態を示している。なお、図７および図８では、代表的な電極として、固定子２０側の固定側電極２３ｕを点線で示し、可動子３０側の可動側電極３３ｕを実線で示している。

図７に示すように、変形パターン部では、山部２３ａ，３３ａを中心に挟んで、一方に位置する固定側電極２３ｕ１と可動側電極３３ｕ１とは平面的に平行な関係にある。このとき、前記固定側電極２３ｕ１と前記可動側電極３３ｕ１との間には静電力ｆ１が作用する。前記静電力ｆ１のうち、Ｘ方向に平行となる成分（復帰力）がｆ１・ｓｉｎθであり、Ｙ方向に平行となる成分（推力）がｆ１・ｃｏｓθである。

同様に、他方に位置する固定側電極２３ｕ２と可動側電極３３ｕ２との間にも静電力ｆ２が作用する。前記静電力ｆ２のうち、Ｘ方向に平行となる成分（復帰力）がｆ２・ｓｉｎθであり、Ｙ方向に平行となる成分（推力）がｆ２・ｃｏｓθである。

一方に作用する前記静電力ｆ１と他方に作用する前記静電力ｆ２が等しい場合、すなわちＸ方向に釣り合っている場合には、前記復帰力ｆ１・ｓｉｎθと前記復帰力ｆ２・ｓｉｎθとが互いに打ち消し合う（Ｆｘ＝ｆ１・ｓｉｎθ−ｆ２・ｓｉｎθ＝０）。このため、この固定側電極２３ｕと可動側電極３３ｕの全体に作用する推力Ｆｙは、Ｆｙ＝ｆ１・ｃｏｓθ＋ｆ２・ｃｏｓθ＝（ｆ１＋ｆ２）ｃｏｓθ＝２ｆｃｏｓθ（ただし、ｆ＝ｆ１＝ｆ２）となる。

このように、通常は静電力ｆ１と静電力ｆ２とは釣り合っており、移動方向（Ｙ１方向）にのみ推力Ｆｙが作用している。

しかも、固定子２０側の固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗ、および可動子３０側の可動側電極３３ｕ，３３ｖおよび３３ｗは、前記移動中心線Ｏａ−Ｏａおよび前記移動中心線Ｏｂ−Ｏｂを挟んでそれぞれ線対称の形状で形成されている。このため、固定子２０と可動子３０との間では、移動中心線Ｏａ−Ｏａ（Ｏｂ−Ｏｂ）を挟み、幅方向の一方に発生するＸ方向の復帰力と他方に発生するＸ方向の復帰力とが相殺され、その総和は零となる。よって、可動子３０を移動方向に沿って直線的に進ませることができる。つまり、本願発明における静電アクチュエータでは、可動子３０は、その移動中心線Ｏｂ−Ｏｂが固定子２０の移動中心線Ｏａ−Ｏａにほぼ一致する状態を維持しながら移動方向に移動する。

また何らかの外力が可動子３０に作用し、例えば可動子３０全体が図８Ａに示すように図示Ｘ２方向に移動させられ、可動側電極３３ｕに位置ずれが生じると、以下のような現象が起こる。

すなわち、図８Ａに示す状態では、一方に位置する固定側電極２３ｕ１と可動側電極３３ｕ１との間に前記図７の場合とは逆向きとなる静電力ｆ１’が作用し、他方に位置する固定側電極２３ｕ２と可動側電極３３ｕ２との間には図７の場合と同様の向きに静電力ｆ２’が作用する。前記静電力ｆ１’と前記静電力ｆ２’とは、共にＸ方向に平行となる成分（復帰力）ｆ１ｘ’，ｆ２ｘ’が、Ｙ方向に平行となる成分（推力）よりも大きい。しかも前記成分ｆ１ｘ’と前記成分ｆ２ｘ’の向き共にＸ１方向である。このため、可動子３０側には、前記可動側電極３３ｕ全体をＸ１方向に戻そうとする復帰力（前記成分ｆ１ｘ’と前記成分ｆ２ｘ’）が作用する。このため、図８Ｂに示すように、移動中の可動子３０側の可動側電極３３ｕの全体が、一時的にＸ２方向に移動させられるような場合があっても、前記可動子３０側の可動側電極３３ｕを固定子２０側の固定側電極２３ｕと重なり合う状態に戻すことができる。

このような復帰力は、個々の変形パターン部においても同時に作用する。このため、図９Ａないし図９Ｃに示すように、この静電アクチュエータ１０では可動子３０が移動方向（図９ではＹ２方向）への移動中に、Ｘ方向の位置ずれを補正することができる（自己補正機能）。すなわち、可動子３０はＸ方向への移動が規制される一方で、前記移動方向（Ｙ１方向）へは直線的に移動することが可能とされている。

ただし、上記実施の形態では、Ｘ方向の固定子のピッチ寸法Ｐａと可動子のピッチ寸法Ｐｂは同じである（Ｐａ＝Ｐｂ）。このため、可動子３０がＸ方向に前記ピッチ寸法Ｐａ（またはＰｂ）の整数倍に相当する量だけ移動させられると、移動後の位置で、可動子３０の変形パターン部が固定子２０の変形パターン部に重なってしまう。この場合、可動子３０は、移動後の状態を維持しながら移動することが可能であるため、可動子３０を移動前の正常な状態に戻す（補正する）ことができなくなる。

そこで、以下にはこのような場合であっても可動子３０のＸ方向への位置ずれを補正し、正常な状態で移動方向へ移動させることを可能とした静電アクチュエータについて説明する。

図１０は第２の実施の形態としての固定子の構成を示す平面図、図１１は第２の実施の形態としての可動子の構成を示す平面図、図１２は第２の実施の形態に示す代表的な一組の電極における静電力の様子を示す平面図である。

図１０に示すように、第２の実施の形態としての固定子２０Ａは、上記図３に第１の実施の形態として示す固定子の同様である。すなわち、三相（Ｕ相，Ｖ相およびＷ相）を形成する３種類の固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗを有している。しかも、個々の固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗは、全体的に前記移動（Ｙ）方向と直交する幅方向（Ｘ方向）に延びており、その途中には山部と谷部を交互に配してなる山谷状の変形パターン部を有している。そして、各固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗは、それぞれ共通の引き出し線２５ｕ、２５ｖおよび２５ｗやスルーホール２７などを介して、ベース層２１（図５参照）の縁部に設けられた接続電極２６ｕ、２６ｖおよび２６ｗにそれぞれ引き出されている。

しかし、第２の実施の形態に示す固定子２０Ａでは、個々の固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗのピッチ寸法Ｐが移動中心線Ｏａ−Ｏａに近い部分で最も狭く形成されている（Ｐ＝Ｐ０）。そして、前記個々の固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗのピッチ寸法Ｐは、前記移動中心線Ｏａ−Ｏａから両幅方向（Ｘ１方向およびＸ２方向）に離れるにしたがって徐々に広がるように形成されている（Ｐ０＜Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４）点で相違している。しかも、前記個々の固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗのピッチ寸法Ｐの配置は、前記移動中心線Ｏａ−Ｏａを中心として線対称である。すなわち、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相を形成する複数の固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗは、前記移動中心線Ｏａ−Ｏａを中心とするその両側の位置に線対称に形成されている。

他方、図１１に示す可動子３０Ａの基本的な構成は上記可動子３０と同様であり、個々の可動側電極３３ｕ，３３ｖおよび３３ｗの形状については前記固定子２０Ａの構成と同様である。すなわち、可動子３０ＡはＵ相，Ｖ相およびＷ相を形成する複数の可動側電極３３ｕ，３３ｖおよび３３ｗを有している。前記複数の可動側電極３３ｕ，３３ｖおよび３３ｗは、前記移動中心線Ｏｂ−Ｏｂを中心とするその両側の位置に線対称に形成されている。

そして、可動子３０Ａの個々の可動側電極３３ｕ，３３ｖおよび３３ｗの形状（変形パターン部の形状）は、前記固定子２０Ａの固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗの形状と同一である。すなわち、個々の可動側電極３３ｕ，３３ｖおよび３３ｗに設けられた変形パターン部の可動子のピッチ寸法Ｐは、上記同様に移動中心線Ｏｂ−Ｏｂに近い部分が最も狭く、両幅方向（Ｘ１方向およびＸ２方向）に離れるにしたがって徐々に広がるＰ０＜Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４の関係で形成されている。

このように、本願発明の静電アクチュエータ１０では、可動子３０Ａ側の個々の可動側電極３３ｕ，３３ｖおよび３３ｗと前記固定子２０Ａ側の個々の固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗとが、同一のパターン形状で形成されていることが好ましい。

ここで、「同一のパターン形状」には、可動側電極と固定側電極との外観上の大まかな形状が実質的に一致することをいい、例えば波状又は山谷状の変形パターン部の数が一致する場合であって、変形パターン部の数の幅方向のピッチ寸法が多少異なること、および変形パターン部とそれ以外の部分との配列に関する規則性が一致することなどは前記「同一のパターン形状」の範疇である。また可動側電極と固定側電極との間で、対応する前記変形パターン部の移動方向における幅寸法（導体幅寸法）の多少の違いも「同一のパターン形状」の範囲内である。

なお、可動子のピッチ寸法Ｐは、前記移動中心線Ｏｂ−Ｏｂを中心としてその両側の位置に線対称で形成されていればよく、必ずしもＰ０＜Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４の関係で形成されている必要はない。例えばＰ０＞Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４の関係であってもよいし、Ｐ０＜Ｐ１＜Ｐ２、Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４などの関係であってもよい。

ただし、可動子３０Ａに回転方向の位置ずれが与えられると、各電極は外側の両端部が大きく位置ずれするため、上記のように前記変形パターン部の幅方向のピッチ寸法を前記移動中心線の近傍が狭く、前記幅方向の両端部ほど広く形成した場合（Ｐ０＜Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４の関係の場合）の方が、より大きな復帰力を得ることができる（回転に強い）点で好ましい。

各可動側電極３３ｕ，３３ｖおよび３３ｗは、それぞれ共通の引き出し線３５ｕ、３５ｖおよび３５ｗやスルーホール３７などを介して、ベース層３１の縁部に設けられた接続電極３６ｕ、３６ｖおよび３６ｗにそれぞれ引き出されている。

前記可動子３０Ａは、前記固定子２０Ａの上に前記同様の潤滑剤４０を塗布ないしは散布して重ねられる。なお、可動子３０Ａは図１１に示す紙面側が、図１０に示す固定子２０Ａの紙面側に向く状態で重ねられる。

次に、前記固定子２０Ａの接続電極２６ｕ、２６ｖ，２６ｗおよび前記可動子３０Ａの接続電極３６ｕ、３６ｖ，３６ｗには、上記同様の三相交流状の駆動信号Ｕ，ＶおよびＷが与えられる（図６参照）。これにより、前記固定子２０Ａに設けられた個々の固定側電極２３ｕ、２３ｖ，２３ｗと前記可動子３０Ａに設けられた個々の可動側電極３３ｕ、３３ｖ，３３ｗとの間に所定の電圧が印加される。すると、前記固定子２０Ａに第１の電位分布が、前記可動子３０Ａに第２の電位分布が、共に前記移動（Ｙ）方向に沿って現れる（図示せず）。このため、前記固定子２０Ａの各固定側電極と前記可動子３０Ａの各可動側電極との間には、前記第１の電位分布と前記第２の電位分布の位相差に応じた推力が、静電力の相互作用により発生する。これにより、前記可動子３０Ａが移動方向（Ｙ方向）に移動させられる。

第２の実施の形態に示す静電アクチュエータでは、固定子２０Ａの個々の固定側電極２３ｕ、２３ｖ，２３ｗのピッチ寸法Ｐおよび可動子３０Ａの個々の可動側電極３３ｕ、３３ｖ，３３ｗのピッチ寸法Ｐが、Ｘ方向（幅方向）においてそれぞれ異なる。このため、図１２に示すように、例えば固定子２０Ａ側の固定側電極２３ｕと可動子３０Ａ側の可動側電極３３ｕとの間では、ピッチＰ０内で発生する静電力ｆ１，ｆ２と、ピッチＰ２内で発生する静電力ｆ１’，ｆ２’とが異なるように、ピッチごとに発生する静電力ｆ１，ｆ２の大きさおよび方向が異なる。

ただし、可動子３０Ａの移動中心線（Ｏｂ−Ｏｂ）が、固定子の移動中心線（Ｏａ−Ｏａ）上を移動する限りにおいては、前記各静電力のうち移動方向に対して直交するＸ方向の成分は、個々のピッチ内で互いに相殺し合う（ｆ１ｓｉｎθ−ｆ２ｓｉｎθ＝ｆ１’ｓｉｎθ−ｆ２’ｓｉｎθ＝０）。このため、この状態では、各ピッチから実質的に移動方向に対し平行となる成分（推力）のみを発生させることができる。

ここで、図１２に示すように、固体子２０Ａの任意の固定側電極２３ｕと可動子３０Ａの任意の可動側電極３３ｕとの間において、各ピッチＰ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ごとに発生する推力をそれぞれＦ０，Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４とする。すると、前記推力Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の間には、Ｆ０＜Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４の関係が成立している。これは、山谷状の変形パターン部を形成する固定子２０Ａの固定側電極２３ｕ１と固定側電極２３ｕ２の長さ寸法、および可動子３０Ａの可動側電極３３ｕ１と可動側電極３３ｕ２の長さ寸法が、各ピッチＰ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ごとに異なることに起因する。

本実施の形態では、１組の固定側電極２３ｕと可動側電極３３ｕとの間において、移動方向に生じる推力Ｆは、Ｆ＝Ｆ０＋２・（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４）と表される。このとき、移動中心線Ｏａ−Ｏａ（Ｏｂ−Ｏｂ）を挟んで、図示Ｘ１側に発生する推力Ｆｙ１と図示Ｘ２側に発生する推力Ｆｙ２は、共にＦｙ１＝Ｆｙ２＝Ｆ０／２＋（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４）となる。すなわち、移動中心線Ｏａ−Ｏａと移動中心線Ｏｂ−Ｏｂ）とが一致する状態では、１組の固定側電極２３ｕと可動側電極３３ｕとの間に前記移動中心線Ｏａ−Ｏａ（Ｏｂ−Ｏｂ）を挟んだ両側に、同じ大きさ及び同じ方向の推力が発生している。

そして、可動子３０Ａ全体の総推力ΣＦは、可動子３０Ａに設けられた固定側電極２３ｕ，２３ｖおよび２３ｗの総数ｎに比例し、総推力ΣＦ＝ｎ・Ｆで表される。前記可動子３０Ａは、この総推力ΣＦを受けて移動方向（Ｙ方向）に移動することになる。

なお、移動中心線Ｏａ−Ｏａ（Ｏｂ−Ｏｂ）を挟んで、図示Ｘ１側に発生する総推力ΣＦｙ１と図示Ｘ２側に発生する総推力ΣＦｙ２は、ΣＦｙ１＝ΣＦｙ２＝ｎ・Ｆ／２である。

次に、何らかの外力が可動子３０に作用し、前記可動子３０が図示Ｘ１方向に移動させられ、可動側電極３３ｕに位置ずれが生じると、以下のような現象が起こる。

図１３Ａないし図１３Ｃは第２の実施の形態における代表的な電極の動作を示す図１２同様の平面図であり、Ａは可動子が位置ずれした状態、ＢはＡの可動子が移動方向に移動した状態、ＣはＢの可動子が正しく補正された状態を示している。なお、図１３Ａないし図１３Ｃにおいては、固定子２０Ａ側の固定側電極２３ｕを点線で示し、可動子３０Ａ側の可動側電極３３ｕを実線で示している。また図１４Ａないし図１４Ｃは、第２の実施の形態における可動子３０Ａ全体の移動の様子を示す静電アクチュエータの平面図であり、Ａは補正前の状態、Ｂは位置ずれ時の状態、Ｃは補正後の状態である。

図１３Ａでは、何らかの力を受けた可動子３０Ａ側の可動側電極３３ｕがＸ２方向（幅方向）に、前記ピッチ寸法Ｐ１分だけ移動させられた状態を示している。この状態から、図１３Ｂに示すように、前記可動子３０がＹ２方向に移動させられると、可動子３０Ａの移動中心線Ｏｂ−Ｏｂを有する山の部分が、固定子２０Ａの移動中心線Ｏａ−Ｏａからピッチ寸法Ｐ１に相当する量だけＸ２方向にずれた山の部分に一致する状態で重なる。一方、その他の部分は、Ｘ１およびＸ２の幅方向の端部に向かうほど大きく位置ずれすることになる。このため、本実施の形態では、可動子３０Ａ側の個々の可動側電極３３ｕ１には、それぞれ復帰力（推力と直交する方向に作用する力）ｆｘが発生する。前記個々の復帰力ｆｘは、Ｘ方向（幅方向）の中央付近が最も小さく、端部に向かうほど大きい。しかも、前記個々の復帰力ｆｘの方向はすべてＸ１方向である。このため、図１３Ｃに示すように、可動子３０Ａ側の可動側電極３３ｕは、前記個々の復帰力の総和Σｆｘにより、前記固定子Ａ２０側の固定側電極２３ｕと完全に重ねることができる。すなわち、前記可動子Ａ３０は、前記固定子２０Ａに対し幅方向に位置ずれした状態で重なることがなく、必ず位置ずれした状態を解消させてから重なることになる（自己補正機能）。このため、補正後の状態では、可動子３０Ａ側の移動中心線Ｏｂ−Ｏｂが、固定子２０側の移動中心線Ｏａ−Ｏａに一致する。

図１０および図１１に示すように、前記固定子２０Ａに設けられた複数の固定側電極２３ｕ，２３ｖ，２３ｗと前記可動子３０Ａに設けられた複数の可動側電極３３ｕ，３３ｖ，３３ｗとはすべて同一のパターン形状で形成されている。よって、前記所定の三相交流状の駆動信号を各電極に与えることにより、図１４Ａないし図１４Ｃに示すように、例え可動子３０Ａに対し何らかなの力が、移動方向と直交する幅方向に作用し、可動子３０Ａが一時的に位置ずれを起こしたような場合であっても、移動中に前記位置ずれを補正し可動子３０を移動方向に沿って直進させることができる。

しかも、前記複数の固定側電極２３ｕ，２３ｖ，２３ｗと前記複数の可動側電極３３ｕ，３３ｖ，３３ｗの移動方向のピッチ間隔Ｌも同一である。このため、移動中の可動子３０Ａに急加速や急減速が繰り返されることが発生しにくく、したがって可動子３０Ａに位置ずれが起こりにくい静電アクチュエータとすることができる。

第２の実施の形態では、Ｘ方向（幅方向）における固定子３０Ａの個々の固定側電極２３ｕ，２３ｖ，２３ｗのピッチ寸法および可動子３０Ａの可動側電極３３ｕ，３３ｖ，３３ｗのピッチ寸法がそれぞれ異なる。このため、可動子３０ＡがＸ方向にいずれかの前記ピッチ寸法Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に相当する移動量、またはその整数倍に相当する移動量だけ移動させられても、移動後の位置で、固定子２０Ａと可動子３０Ａの変形パターン部どうしが完全に重なり合って保持されることがない。このため、位置ずれした可動子３０Ａを、必ず正常な状態に戻すことができる。

なお、上記実施の形態では、各電極のパターン形状は、主として山谷状で形成した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、各電極のパターン形状は、例えば台形形状（図１５参照）や正弦波状からなる変形パターン部であってもよい。

また移動方向に並ぶ各電極間の移動方向のピッチ間隔Ｌについても、電極の幅寸法（導体幅寸法）と同じピッチ間隔Ｌである場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、電極の幅寸法と異なるピッチ間隔で形成したものであってもよい。またすべてが等しいピッチ間隔Ｌである場合について説明したが、例えば異なるピッチ間隔Ｌ１，Ｌ２・・・を有しており、これらが移動方向に沿って規則的に配列された構成（不等ピッチ）であってもよい。

また上記実施の形態では、水平に設置された固定子２０の上を、可動子３０が水平姿勢を維持しながら移動する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものはなく、斜めに設置された固定子２０上を、可動子３０が傾斜姿勢を維持しながら移動するものであってもよい。この場合には、変形パターン部を、前記山部２３ａを中心に挟んで、一方に位置する固定側電極２３ｕ１の幅方向の長さ寸法と、他方に位置する固定側電極２３ｕ２の幅方向の長さ寸法とが異ならせることが好ましい。例えば、可動子と固定子の少なくとも一方の電極のパターン形状を、ノコギリの歯のように斜めの線に偏りがある形状にすると、前記可動子３０は斜めに設置された前記固定子２０上をその移動中心線に沿って移動方向に直進させることが可能となる。この場合、固定子３０Ａの個々の固定側電極２３ｕ，２３ｖ，２３ｗの形状および可動子３０Ａの可動側電極３３ｕ，３３ｖ，３３ｗの形状は、前記移動中心線Ｏａ−Ｏａ（Ｏｂ−Ｏｂ）に対しそれぞれ線対称である必要はない。

さらに、本発明の静電アクチュエータにおける固定子２０および可動子３０の構造は上記図２に示す構造のものに限定されるものではない。例えば図１６に示すような構成であってもよい。すなわち、図１６に示すものは、固定子２０がポリイミドなどからなるベースフィルム（ベース層）２１の表面に複数の固定側電極２３ｕ，２３ｖ，２３ｗが形成されている。そして、前記複数の固定側電極２３ｕ，２３ｖ，２３ｗを絶縁層２８で覆い、さらにその表面をＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）膜２９でコートしたものである。なお、可動子３０も同様の構成からなるベース層３１、複数の可動側電極３３ｕ，３３ｖ，３３ｗ、絶縁層３８およびＤＬＣ膜３９を有している。

そして、この固定子２０側のＤＬＣ膜２９の上に可動子３０側のＤＬＣ膜３９を向けた状態で、前記可動子３０は前記固定子２０の上に設けられている。この静電アクチュエータでは、固定子２０と可動子３０のＤＬＣ膜どうし２９，３９が接触する構成であるが、前記ＤＬＣ膜２９，３９は極めて平滑性が高く、しかも摩擦係数が小さいという特徴を有している。このため、可動子３０は固定子２上をスムーズに移動することが可能とされている。

なお、上記実施の形態では、前記固定子２０と前記可動子３０の双方が、シート状に形成されたものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、可動子３０の素早い応答性などの制御や、消費電力の低減などを考慮した場合には、少なくとも可動子３０がシート状に形成されていればよい。

本発明の静電アクチュエータの概略を示す分解斜視図、 固定子および可動子の内部構造を示す部分断面図、 第１の実施の形態としての固定子の構成を示す平面図、 第１の実施の形態としての可動子の構成を示す平面図、 固定子と可動子とが積層された状態を示す部分断面図、 Ａは駆動信号の一例を示す正弦波、Ｂは駆動信号の一例を示す階段状の三相ステップ波、Ｃは駆動信号の一例を示す一般的な三相ステップ波、Ｄは駆動信号の一例を示す三相擬似正弦波、 電極が有する変形パターン部に発生する推力を模式的に示す説明図、 位置ずれ時の補正動作を部分的に示す図７同様の説明図、 位置ずれ時の補正動作を一組の電極全体として示す平面図、 移動状態にある補正の様子を示す静電アクチュエータの平面図であり、Ａは補正前の正常な状態、Ｂは位置ずれ時の状態、Ｃは補正後の状態、 第２の実施の形態としての固定子の構成を示す平面図、 第２の実施の形態としての可動子の構成を示す平面図、 第２の実施の形態に示す代表的な一組の電極における静電力の様子を示す平面図、 第２の実施の形態においてける代表的な電極の動作を示す図１２同様の平面図であり、Ａは可動子が位置ずれした状態、ＢはＡの可動子が移動方向に移動した状態、ＣはＢの可動子が正しく補正された状態、 第２の実施の形態における可動子の移動の様子を示す静電アクチュエータの平面図であり、Ａは補正前の状態、Ｂは位置ずれ時の状態、Ｃは補正後の状態、 電極のパターンの他の実施の形態を示す平面図、 固定子および可動子の積層構造の他の実施の形態を示す部分断面図、

符号の説明

１０ 静電アクチュエータ
２０，２０Ａ 固定子
２１，３１ ベース層
２２，３２ 保護層
２３，３３ 電極層
２３ｕ，２３ｖ，２３ｗ 固定側電極
２５ｕ，２５ｖ，２５ｗ 引き出し線
２６ｕ，２６ｖ，２６ｗ 接続電極
２７ スルーホール
３０，３０Ａ 可動子
３３ｕ，３３ｖ，３３ｗ 可動側電極
３５ｕ，３５ｖ，３５ｗ 引き出し線
３６ｕ，３６ｖ，３６ｗ 接続電極
３７ スルーホール
４０ 潤滑剤
ｆｘ 復帰力
Ｐａ，Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ 変形パターン部のＸ方向のピッチ寸法
Ｌ 電極の幅方向のピッチ間隔
Ｏａ 固定子の移動中心線
Ｏｂ 可動子の移動中心線
Ｕ，Ｖ，Ｗ 駆動信号

Claims (5)

1. 複数の固定側電極が形成された固定子と、複数の可動側電極が形成された可動子と、前記固定側電極と前記可動側電極との間に所定の駆動信号を与える駆動信号生成部とを有し、前記可動子が前記固定子に対して対向配置された状態で所定の移動方向に移動させられる静電アクチュエータであって、
   前記移動方向に対して直交する方向を幅方向としたときに、前記固定側電極および前記可動側電極は、それぞれ前記幅方向へ向けて線状パターンまたは帯状パターンで形成され、前記固定側電極と前記可動側電極は、共にその少なくとも一部に波形状または山谷形状の変形パターン部を有しており、
   前記固定側電極と前記可動側電極には、前記変形パターン部が幅方向に向けて複数箇所設けられており、前記幅方向で隣り合う前記変形パターン部のピッチ寸法は、前記固定子側の中心線および前記可動子側の中心線から離れた箇所が、それよりも前記中心線に近い箇所に比べて広く形成されており、
   前記固定側電極と前記可動側電極とが、同一のパターン形状で形成されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 前記固定子の幅方向の中心を通って前記移動方向に延びる仮想的な直線を固定子側の中心線とし、同じく前記可動子の幅方向の中心を通って前記移動方向に延びる仮想的な直線を可動子側の中心線としたときに、
   前記固定側電極が、前記固定子側の中心線に対して線対称形状であり、前記可動側電極が、前記可動子側の中心線に対して線対称に形成されている請求項１記載の静電アクチュエータ。
3. 前記固定側電極と前記可動側電極は、共に、移動方向に向けて隣り合う電極どうしが同一のパターン形状で形成されている請求項１または２記載の静電アクチュエータ。
4. 少なくとも前記可動子が、薄いシート状に形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
5. 前記駆動信号生成部から、前記固定側電極と前記可動側電極との間に、三相交流状の駆動信号が与えられる請求項１ないし４のいずれかに記載の静電アクチュエータ。

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