JP5187131B2 - 静電アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明はＸＹ方向に移動することが可能な静電アクチュエータの技術分野に属する。特に、縦駆動シートと横駆動シートに移動体の両面が接近接触するときの状態が良好で、移動体を軽することができ、スムーズに任意の方向に移動することが可能な静電アクチュエータに関する。

前後方向（縦方向）だけでなく左右方向（横方向）に移動が行えるようにした静電アクチュエータの発明が知られている（特許文献１）。この静電アクチュエータにおいては、固定子の表面にシート状の移動子が載置され、この移動子の表面に誘導された電荷と、固定子のマトリックス状駆動電極上の電荷との相互作用による駆動力によって上記移動子が移動する。駆動用電極回路および選択用電極回路には正電位を正電源回路から、駆動用電極回路および選択用電極回路には負電位を正電源回路から印加し、前記駆動電極に印加する正および負の電位を制御回路で制御する。
特開２００５−１３７０７９ しかしながら、この静電アクチュエータにおける固定子の構成は極めて複雑であり、製造コストが極めて高くなるため、この静電アクチュエータの用途は大きな制限を受けるものである。

本発明は上記の問題を解決するために成されたものである。その目的は、移動体は面に沿って縦横方向（ＸＹ方向）に任意の動きを行なうことができ、その製造コストが低く適用制限が小さく、特に、駆動シートと移動体との接触状態が良好で、移動体を軽することができ、スムーズに任意の方向に移動することが可能な静電アクチュエータを提供することにある。

本発明の請求項１に係る静電アクチュエータは、縦駆動シートと、横駆動シート、移動体とから成る静電アクチュエータであって、 前記縦駆動シートと前記横駆動シートの各々は前記移動体との対向面に沿う方向に電極線の複数本が互いに平行となるように配列され、その複数本の電極線が前記配列の順序にしたがって３系統に統合接続され、 前記縦駆動シートと前記横駆動シートは各々の前記電極線の方向が直交する方向となるように、また前記移動体を挟んで前記対向面が平行となるように配置され、 前記移動体は弾性を有する弾性材料のシートを折曲加工した付勢材を有し、 前記縦駆動シートおよび前記横駆動シートとの対向面となる前記移動体における２つの表面の間隔が前記付勢材の弾性により広がるように付勢されているようにしたものである。
また、本発明の請求項２に係る静電アクチュエータは、請求項１に係る静電アクチュエータにおいて、前記移動体の付勢材は絶縁性と弾性を有する絶縁弾性材料のシートを材料とし、前記移動体における２つの表面は前記付勢材そのものの表面であるようにしたものである。
また、本発明の請求項３に係る静電アクチュエータは、請求項１または２に係る静電アクチュエータにおいて、前記折曲加工は前記シートの断面形状がＮ字であるＮ折曲加工であるようにしたものである。
また、本発明の請求項４に係る静電アクチュエータは、請求項１または２に係る静電アクチュエータにおいて、前記折曲加工は前記シートの断面形状がＭ字であるＭ折曲加工であるようにしたものである。

本発明の請求項１に係る静電アクチュエータによれば、縦駆動シートと横駆動シートの各々は移動体との対向面に沿う方向に電極線の複数本が互いに平行となるように配列され、その複数本の電極線が配列の順序にしたがって３系統に統合接続されている。また、縦駆動シートと横駆動シートは各々の電極線の方向が直交する方向となるように、また移動体を挟んで対向面が平行となるように配置されている。一方、移動体は弾性を有する弾性材料のシートを折曲加工した付勢材を有する。そして、縦駆動シートおよび横駆動シートとの対向面となる移動体における２つの表面の間隔が付勢材の弾性により広がるように付勢されている。すなわち、移動体は面に沿って縦横方向（ＸＹ方向）に任意の動きを行なうことができ、駆動シートが複雑な構成を有しないからその製造コストが低く適用制限が小さい。特に、移動体は主要な材料が弾性を有するシートであるから軽くすることができ、その弾性力により駆動シートと移動体との接触状態が良好で大きな駆動力を得ることができる。したがって、スムーズに任意の方向に移動することが可能な静電アクチュエータが提供される。
また、本発明の請求項２に係る静電アクチュエータによれば、請求項１に係る静電アクチュエータにおいて、移動体の付勢材は絶縁性と弾性を有する絶縁弾性材料のシートを材料とし、移動体における２つの表面は前記付勢材そのものの表面である。すなわち、移動体は主要な材料が絶縁弾性材料のシートだけであるから、構造が簡単であるとともに軽くすることができ、その弾性力により駆動シートと移動体との接触状態が良好で大きな駆動力を得ることができる。したがって、構造が簡単であるとともにスムーズに任意の方向に移動することができる。
また、本発明の請求項３に係る静電アクチュエータは、請求項１または２に係る静電アクチュエータにおいて、前記折曲加工は前記シートの断面形状がＮ字であるＮ折曲加工であるようにしたものである。したがって、極めて構造が簡単なシートのＮ折であるとともにスムーズに任意の方向に移動体を移動することができる。
また、本発明の請求項４に係る静電アクチュエータは、請求項１または２に係る静電アクチュエータにおいて、前記折曲加工は前記シートの断面形状がＭ字であるＭ折曲加工であるようにしたものである。したがって、極めて構造が簡単なシートのＭ折であるとともにスムーズに任意の方向に移動体を移動することができる。

次に、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。本発明の静電アクチュエータにおけ構成の説明図を図１に示す。図１において、１は移動体、２は横駆動シート、３は縦駆動シートである。
図１においては、本発明の静電アクチュエータにおける移動体１の部分と、それを両面から挟み込む横駆動シート２と縦駆動シート３の部分が分離して示されている。図１は構成を判り易くするために、構成要素を分離して斜視図として示したものである。本発明の静電アクチュエータにおけるそれらの部分は、実際は、重ね合わされた構造となっている。また、図１においては示されていないが、横駆動シート２と縦駆動シート３は同一寸法で周辺部分において接合されている。すなわち、横駆動シート２と縦駆動シート３は袋の形態を成しており、移動体１はその袋の内部に納められている。

移動体１は、その一方の表面が横駆動シート２の表面に対向して移動可能に配置されている。また、移動体１は、その他方の表面が縦駆動シート３の表面に対向して移動可能に配置されている。相対的なものであるから、横駆動シート２は、その表面（通常は電極側の表面）が横駆移動体２の一方の表面に対向して移動体１が移動可能なように配置されている。また、縦駆動シート３は、その表面（通常は電極側の表面）が移動体１の表面に対向して移動体１が移動可能なように配置されている。
移動体１は横駆動シート２との間で静電力が働くことによって横駆動シート２に対して移動を行なうことができる。そのために、横駆動シート２には、その対向面に沿う方向に電極線の複数本が互いに平行となるように配列され、その複数本の電極線が配列の順序にしたがって３系統に統合接続されて３系統の端子が設けられている。
また、移動体１は縦駆動シート３との間で静電力が働くことによって縦駆動シート３に対して移動を行なうことができる。そのために、縦駆動シート３には、その対向面に沿う方向に電極線の複数本が互いに平行となるように配列され、その複数本の電極線が配列の順序にしたがって３系統に統合接続されて３系統の端子が設けられている。

また、横駆動シート２と縦駆動シート３とは各々の電極線の方向が直交する方向に配置されている。図１において、横駆動シート２と縦駆動シート３の内部に図示されている複数の平行線は、電極線を示している。したがって、横駆動シート２によって移動体１に作用する静電力の方向と、縦駆動シート３によって移動体１に作用する静電力の方向とは、直交する方向となっている。横駆動シート２によって移動体１に作用する静電力の方向はその電極線の方向に対して直角方向である。すなわち、図１における横方向（Ｘ方向）である。縦駆動シート３によって移動体１に作用する静電力の方向はその電極線の方向に対して直角方向である。すなわち、図１における縦方向（Ｙ方向）である。
なお、横駆動シート２と縦駆動シート３の電極線は良導電体である。その材料としては、銅、アルミ、等の金属材料を使用することができる。しかし、金属材料の電極線は可視光を通さないから、電極線間の透明部分からだけ移動体１が見えることになる。そこで、可視光を透過する透明導電膜、たとえばＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）、等を電極線に使用すると移動体１の全面を見ることが可能となり好適である。
また、移動体１の存在しない表面において、横駆動シート２と縦駆動シート３とはそれらの表面が直接対向することになる。そのとき、各々の電極線が電気的にショート（短絡）しないようにする必要性がある。通常は、各々の電極線は電気的に絶縁性を有する材料によって覆われている。

次に、移動体１の構成について図を参照して説明する。図２、図３は本発明の静電アクチュエータにおける移動体１の構成の一例を示す断面図である。図２、図３において、図１と同一部分には同一符号を付してある。１は移動体、２は横駆動シート、３は縦駆動シート、１１ａ，１１ｂ，１１ｃは一方の表面材、１２ａ，１２ｂ，１２ｃは移動体１の付勢材、１３ａ，１３ｂ，１３ｃは他方の表面材である。
図２（Ａ）は断面がＮ字形状である移動体１の一例を示す図である。図２（Ａ）に示す移動体１は、表面材１１ａ，１３ａと付勢材１２ａとから構成される。表面材１１ａ，１３ａは電気的な絶縁性を有する材料でできている。付勢材１２ａは機械的な弾性を有する弾性材料のシートをＮ折曲加工した付勢材であり、その断面はＮ字形状である。横駆動シート２および縦駆動シート３との対向面となる移動体１における２つの表面材１１ａ，１３ａの間隔が付勢材１２ａの弾性により広がるように付勢されている。これにより、駆動シートと移動体との接触状態が良好で大きな駆動力を得ることができ、スムーズに任意の方向に移動することが可能である。
図２（Ｂ）は断面がＭ字形状である移動体１の一例を示す図である。図２（Ｂ）に示す移動体１は、表面材１１ｂ，１３ｂと付勢材１２ｂとから構成される。表面材１１ｂ，１３ｂは電気的な絶縁性を有する材料でできている。付勢材１２ｂは機械的な弾性を有する弾性材料のシートをＭ折曲加工した付勢材であり、その断面はＭ字形状である。横駆動シート２および縦駆動シート３との対向面となる移動体１における２つの表面材１１ｂ，１３ｂの間隔が付勢材１２ｂの弾性により広がるように付勢されている。これにより、駆動シートと移動体との接触状態が良好で大きな駆動力を得ることができ、スムーズに任意の方向に移動することが可能である。
図２（Ｃ）は断面がＭ字形状の複数個を並べた形状（複数Ｍ字形状）である移動体１の一例を示す図である。移動体１の面積が大きいときにこの形状が適用される。図２（Ｃ）に示す移動体１は、表面材１１ｃ，１３ｃと付勢材１２ｃとから構成される。表面材１１ｃ，１３ｃは電気的な絶縁性を有する材料でできている。付勢材１２ｃは機械的な弾性を有する弾性材料のシートをＭ折曲加工した複数の付勢材であり、その断面は複数Ｍ字形状である。横駆動シート２および縦駆動シート３との対向面となる移動体１における２つの表面材１１ｃ，１３ｃの間隔が付勢材１２ｃの弾性により広がるように付勢されている。これにより、駆動シートと移動体との接触状態が良好で大きな駆動力を得ることができ、スムーズに任意の方向に移動することが可能である。

図３（Ａ）は断面がＮ字形状である移動体１の一例を示す図である。図３（Ａ）に示す移動体１は、表面材と付勢材とは同一材料すなわち１つのシートであって区別されない。移動体１は電気的な絶縁性と機械的な弾性を有する絶縁弾性材料のシートをＮ折曲加工した移動体であり、その断面はＮ字形状である。横駆動シート２および縦駆動シート３との対向面となる移動体１における２つの表面の間隔がその弾性により広がるように付勢されている。これにより、駆動シートと移動体との接触状態が良好で大きな駆動力を得ることができ、スムーズに任意の方向に移動することが可能である。
図３（Ｂ）は断面がＭ字形状である移動体１の一例を示す図である。図３（Ｂ）に示す移動体１は、表面材と付勢材とは同一材料すなわち１つのシートであって区別されない。移動体１は電気的な絶縁性と機械的な弾性を有する絶縁弾性材料のシートをＭ折曲加工した移動体であり、その断面はＭ字形状である。横駆動シート２および縦駆動シート３との対向面となる移動体１における２つの表面の間隔がその弾性により広がるように付勢されている。これにより、駆動シートと移動体との接触状態が良好で大きな駆動力を得ることができ、スムーズに任意の方向に移動することが可能である。
図３（Ｃ）は断面がＭ字形状の複数個を並べた形状（複数Ｍ字形状）である移動体１の一例を示す図である。移動体１の面積が大きいときにこの形状が適用される。図２（Ｃ）に示す移動体１は、表面材と付勢材とは同一材料すなわち１つのシートであって区別されない。移動体１は電気的な絶縁性と機械的な弾性を有する絶縁弾性材料のシートをＭ折曲加工した移動体であり、その断面はＭ字形状である。横駆動シート２および縦駆動シート３との対向面となる移動体１における２つの表面の間隔がその弾性により広がるように付勢されている。これにより、駆動シートと移動体との接触状態が良好で大きな駆動力を得ることができ、スムーズに任意の方向に移動することが可能である。

図２における表面材および図３における移動体の材料は、一般的には電気的に絶縁性を有する材料（誘電体）であり、たとえば、ポリエステルフィルム、ポロプロピレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリ塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリイミドフィルム、等のプラスチックフィルムを使用することができる。また、そのような絶縁材料をラミネートした複合材料を使用することができる。移動体の表面は、表面抵抗率が約１０¹²〜１０¹⁵Ω／□程度が好適である。この場合微弱な電気が流れるため、横駆動シート２と縦駆動シート３の電極線によって移動体１に誘起された電荷は、電極線における電圧の瞬間的な変化に対して遅れて追従することになる。このような表面物性は材料表面の処理に大きく影響されることがあるため、使用することができる材料は上記に限定されず、コーティング処理で表面低効率を最適化してもよい。

図２における付勢材の材料は、一般的には機械的に弾性を有する材料（弾性材料）であり、たとえば、前記表面材と同様のプラスチックフィルム等を使用することができる。このときには、適正な弾性特性を有する材料を付勢材として使用し、適正な電気特性を有する材料を表面材として使用するというように材料を使い分けることができる。これにより、材料の選択肢が広がることとなり総合特性に優れた移動体を得ることができる。
また、電気的な絶縁性が表面材によって確保されるから、付勢材の材料は電導性を有する弾性材料であってもよい。たとえば、燐青銅、等の金属、グラファイト繊維、ガラスファイバーとプラスチック材料との複合材料、等を使用することができる。

本発明の静電アクチュエータにおける移動体、横駆動シート、縦駆動シートの部分の構成と動作の一例を説明するための説明図である。 本発明の静電アクチュエータにおける移動体の構成の一例を示す断面図（その１）である。 本発明の静電アクチュエータにおける移動体の構成の一例を示す断面図（その２）である。

符号の説明

１ 移動体
２ 横駆動シート
３ 縦駆動シート
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 一方の表面材
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 移動体１の付勢材
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 他方の表面材

Claims (4)

1. 縦駆動シートと、横駆動シート、移動体とから成る静電アクチュエータであって、
   前記縦駆動シートと前記横駆動シートの各々は前記移動体との対向面に沿う方向に電極線の複数本が互いに平行となるように配列され、その複数本の電極線が前記配列の順序にしたがって３系統に統合接続され、
   前記縦駆動シートと前記横駆動シートは各々の前記電極線の方向が直交する方向となるように、また前記移動体を挟んで前記対向面が平行となるように配置され、
   前記移動体は弾性を有する弾性材料のシートを折曲加工した付勢材を有し、
   前記縦駆動シートおよび前記横駆動シートとの対向面となる前記移動体における２つの表面の間隔が前記付勢材の弾性により広がるように付勢されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 請求項１記載の静電アクチュエータにおいて、前記移動体の付勢材は絶縁性と弾性を有する絶縁弾性材料のシートを材料とし、前記移動体における２つの表面は前記付勢材そのものの表面であることを特徴とする静電アクチュエータ。
3. 請求項１または２記載の静電アクチュエータにおいて、前記折曲加工は前記シートの断面形状がＮ字であるＮ折曲加工であることを特徴とする静電アクチュエータ。
4. 請求項１または２記載の静電アクチュエータにおいて、前記折曲加工は前記シートの断面形状がＭ字であるＭ折曲加工であることを特徴とする静電アクチュエータ。

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