JP5277834B2 - 静電アクチュエータ - Google Patents
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Description
この従来の静電アクチュエータにおいては、固定子を構成する絶縁体に埋め込まれた第1の電極郡、第2の電極郡、第3の電極郡から成る3つの電極郡を備えている。これらの電極郡(第1の電極郡,第2の電極郡,第3の電極郡)に対して、(+V,−V,0)→(−V,+V,−V)→(0,+V,−V)→(−V,−V,+V)→(−V,0,+V)→(+V,−V,−V)→(+V,−V,0)を1周期として繰返し電圧を印加すると移動子は移動し続けることが可能である。
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、前記回転性電極は電極線を平面放射状に形成した放射電極パターン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2に係る静電アクチュエータにおいて、放射電極パターンは前記所定位置を放射の中心とする放射電極パターンであ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によれば、請求項1に係る静電アクチュエータにおいて、前記回転性電極は電極線を平面放射状に形成した放射電極パターンである。したがって、電極線に交流電圧を印加することにより移動シートに対して回転する静電力を作用させることができる。
また、本発明の請求項3に係る静電アクチュエータによれば、請求項2に係る静電アクチュエータにおいて、放射電極パターンは前記所定位置を放射の中心とする放射電極パターンである。したがって、所定位置を中心として移動シートに対して回転する静電力を作用させることができる。
駆動シート1は、その表面に対向して配置された移動シート2との間に静電力を発生することにより移動シート2の駆動を行うシートである。駆動シート1は向心性電極11と回転性電極12の少なくとも2つの電極領域を有する。向心性電極11の電極領域に移動シート2が存在するときに、向心性電極11に所定の駆動電圧を印加すると移動シート2には所定の位置(中心)に向かう静電力が作用する。したがって、向心性電極11の電極領域のことを向心性駆動領域と呼ぶ。また、回転性電極12の電極領域に移動シート2が存在するときに、回転性電極12に所定の駆動電圧を印加すると移動シート2には回転する静電力が作用する。したがって、回転性電極12の電極領域のことを回転性駆動領域と呼ぶ。図1に示す一例においては、駆動シート1の一角近くに向心性電極11と回転性電極12が設けられている。向心性電極11は、図1において、円領域の外周近くにおける渦巻状パターンの部分である。また、回転性電極12は、図1において、円領域の中央近くにおける放射状パターンの部分である。
向心性電極11は、図1においてAで示す領域において最外周の渦巻状パターンの部分111の端部が形成され、前述したように、その部分に向心性電極リード線13が結合している。また、向心性電極11は、図1においてBで示す領域において最内周の渦巻状パターンの部分113の端部が形成され、図3に示すように、その端部は開放されている。
回転性電極12は、向心性電極11とは独立した電極であり、互いの電極の間には結合関係はない。回転性電極12は、3本の電極線を一組とする放射状パターンである。3本(3相交流におけるU相、V相、W相)の電極線を一組とし、その放射状パターンの一組を円周方向に配列し全周方向に放射する放射状パターンとした構成となっている(図4参照)。すなわち、図3においては平行線のようであるが、実際は3重の電極線を平面放射状に形成した放射電極パターンである。また、放射電極パターンは所定位置を放射の中心としており、その所定位置を中心として移動シートに対して回転する静電力を作用させる。
回転性電極12は多数の放射状に配列した電極線を有するが、それらの電極線の各々は3本(3相交流におけるU相、V相、W相)の電極線のいずれかに統合結合される。その結合を行うのが結合線である。
U相結合線は、図4(C)に示す回転性電極12の左側において縦方向に延びるU相結合線(1)とU相結合線(2)として示す結合線である。U相結合線(1)とU相結合線(2)とは、図4(C)においては切り離されているように見えるが、実際はU相結合線は円を描いており、その円のほぼ一周する弧として連続した一本の結合線である。
V相結合線は、図4(C)に示す回転性電極12の左側と右側の2箇所において縦方向に延びるV相結合線(1)とV相結合線(2)として示す結合線である。V相結合線(1)は電極線が形成されている表面の側からV相電極線を結合するとともに、他の相の電極線に対しては絶縁層を介する等により電気的に結合しない構成の結合線である。また、V相結合線(2)は電極線が形成されている表面の反対側からスルーホール等を介してV相電極線を結合する構成の結合線である。
W相結合線は、図4(C)に示す回転性電極12の右側において縦方向に延びる結合線である。
回転性電極リード線14は、図4に一例を示すように、3本を一組とする帯線状パターンである。帯線状パターンが3本を一組とする理由は、3相交流の電圧を印加するためである。
回転性電極リード線14のU相は、図4(C)、(b)に示すように、電極線が形成されている表面の側からU相結合線(1)を結合するとともに、向心性電極11等の他の相の電極線に対しては絶縁層を介する等により電気的に結合しない構成のリード線である。
回転性電極リード線14のV相は、同様に、電極線が形成されている表面の側からV相結合線(1)を結合するとともに、向心性電極11等の他の相の電極線に対しては絶縁層を介する等により電気的に結合しない構成のリード線である。
回転性電極リード線14のW相は、同様に、電極線が形成されている表面の側からW相結合線を結合するとともに、向心性電極11等の他の相の電極線に対しては絶縁層を介する等により電気的に結合しない構成のリード線である。
なお、リード線と、その各々に結合する結合線と、電極線とは3系統に一体化した導電線であり、リード線、結合線、電極線という区別は無意味にも思えるが、ここではその役割において区別する。すなわち、電源部から電力を供給する導電線の部分がリード線であり、リード線と電極線とを結合し電力を伝送する導電線の部分が結合線であり、移動シート2と駆動シート1における静電力が作用する主要な導電線の部分が電極線である。
向心性電極と回転性電極を有する静電アクチュエータの構成の一例を図5に示す。図5において、1は駆動シート、2は移動シート、3は駆動シート、11は向心性電極、12は回転性電極である。
駆動シート1は、図1において向心性電極11の部分(向心性駆動領域)と回転性電極12の部分(回転性駆動領域)を有することを図示したが、図5に一例を示すように、それらとともにX方向駆動電極線の部分(X方向駆動領域)を有している。X方向駆動領域はY方向に延びる電極線によって構成される。
駆動シート3は、図5に一例を示すように、Y方向駆動電極線の部分(Y方向駆動領域)を有し、その部分が全領域となっている。Y方向駆動領域はX方向に延びる電極線によって構成される。
図6においては、U相結合線が左側部分に配置し、W相結合線が右側部分に配置している。また、U相結合線とW相結合線とは駆動シート1における表面に配置している。一方、V相結合線は駆動シート1における裏面に配置している。V相結合線は、図6に示すパターンの一例においては、左側部分と右側部分に分かれて配置している。V相電極線を表面に配置するためには、裏面に配置しているV相結合線からスルーホールにより表面に配置しているV相結合線に電気的な結合を行ない、その表面に配置しているV相結合線とV相電極線とを結合するパターンとする。
移動シート2は、X方向駆動領域から駆動力を受けたときにはその駆動力の方向に従って左方向または右方向に移動する。また、向心性駆動領域から駆動力を受けたときには渦巻状パターンの中心方向に移動する。また、回転性駆動領域から駆動力を受けたときには放射状パターンの中心の回りに回転する。なお、向心性電極11に印加する3相交流電圧の位相によっては、中心方向に近づく移動ではなく、中心方向から離れる移動、すなわち遠心性の移動を行うこともできる。しかし、移動シート2の位置決めをするという目的においては中心方向に近づく移動だけが意味を有する。また、回転性電極12に印加する3相交流電圧の位相によって回転方向を制御することができる。この場合には、回転方向の制御は、移動シート2を所望の角度とする回転を最短時間で行うという意味を有する。
また、移動シート2は駆動シート3の表面にその他方の表面が対向するように配置される。駆動シート3のY方向駆動領域に対向する移動シート2の他方の表面はY方向駆動領域から駆動力を得て駆動シートに対して相対的に移動する。
移動シート2は、Y方向駆動領域から駆動力を受けたときにはその駆動力の方向に従って上方向または下方向に移動する。
特に、渦巻パターンの中心である所定の位置を中心として駆動シート1を回転させるときには、向心性の移動を行う3相交流電圧を向心性電極11に印加し続けた状態で、回転性の移動を行う3相交流電圧を回転性電極12に印加すればよい。これにより、移動シート2は回転中心のずれが自動補正されて、回転軸を有するかのように回転中心の安定した回転を行うことが可能となる。移動シート2の位置を検出してフィードバック制御を行う等の複雑な機構を必要としない。
基材はその表面に形成した電極の電極形状を保持するための基材となるフィルムである。固定子基材としては、電気的な絶縁性を有し、かつハンダ付における耐熱性を有するプラスチックフィルム、たとえばPI(PolyImide)フィルム、PET(PolyEthyleneTerephthalate)フィルム、PAI(PolyAmideImide)フィルム、等、あるいはプラスチックフィルムではない他の材料として、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、フッ素樹脂基板、コンポジット基板、等を使用することができる。
また、バックライトを透過させる等のために、電極として透明電極を必要とするときには、透明電極を形成する周知の方法によって電極を形成することができる。たとえば、ITO(酸化インジウム・スズ)を使用しスパッタリング、蒸着、等により基材に成膜しエッチングによりパターン化する、またはITOペーストをインキとし基材にスクリーン印刷して焼成する、等により透明電極を得ることができる。
ハードコート層は固定子基材と移動子基材との摩擦による磨耗から、保護するためのハードコート層である。ハードコート層は基材と移動シート2とが対向する側の基材の表面に形成する。このハードコート層は、基材の厚さを極めて薄くしたときには(たとえば、20μm以下)、静電アクチュエータの耐久性において特に顕著な効果を示す構成要件となる。ハードコート層としては、周知のハードコート層を適用することができる。たとえば、フィルムに熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、等を塗布して硬化させ形成したハードコート層を適用することができる。
潤滑層は固定子と移動子との間で発生する摩擦力を軽減するために固定子と移動子とが対面する(接触する)面の間に設けた潤滑層である。潤滑層を設けることにより駆動の効率性、安定性、等を向上させることができる。潤滑層としては流動体を使用することができる。たとえば、シリコーンオイル、フッ素系液体(たとえば、フロリナート(商標))、等の不活性かつ電気絶縁性を有する液体を使用すると好適である。また、滑り抵抗ではなく、潤滑層と同様の作用効果を有する直径10〜20μm程度のビーズを使用し転がり抵抗としてもよい。
入力器101は、制御の態様を指令する信号を入力し、制御器102に対してその信号を出力する部分である。すなわち、インタフェース、バッファ等の役割を有する部分である。その信号にはUP、DOWN、START、STOP、SPEEDが存在する。UPは移動シート2を上昇移行させる指令信号であり、DOWNは移動シート2を下降移行させる指令信号である。また、STARTは高電圧電源の電力供給を開始する指令信号であり、STOPは高電圧電源の電力供給を停止する指令信号である。また、SPEEDは3相交流における周波数を決定する指令信号である。
高電圧電源103はグランドに対してプラス高電圧とマイナスの高電圧を出力する電源である。高電圧電源103は制御器102が出力する操作信号に基づいてプラス高電圧とマイナスの高電圧における出力電圧を変化することができる。出力電圧の範囲は、たとえば、200〜2000ボルト(V)である。
復号器104は、制御器102が出力する操作信号を切替器105を動作させる切替信号に複合化する。
切替器105は、復号器104が複合化する切替信号によって、高圧電源103の出力を切替える。その切替によって得られる出力は、たとえば、(1)3相正向進行波、(2)3相逆向進行波、(3)3つの出力をすべてプラス高電圧、(4)3つの出力をすべてマイナス高電圧、(5)3つの出力をすべてグランド(0電圧)のいずれかである。
それら電源部の各々の入力器101が、各々の制御の態様を指令する信号を入力することによって、それら電源部の各々の切替器105から、各々の制御の態様に対応した電圧波形の電力が供給される。
以上から明らかなように、駆動シート1の向心性駆動領域、回転性駆動領域、X方向駆動領域、駆動シート3のY方向駆動領域は、各々が独立した制御の態様を受けることができる。したがって、移動シート2は向心性の移動、回転、X方向の移動、Y方向の移動、回転、およびそれらを組み合わせた任意の移動を行うことができる。
2 移動シート
11 向心性電極
12 回転性電極
13 向心性電極リード線
14 回転性電極リード線
101 入力器
102 制御器
103 高電圧電源
104 復号器
105 切替器
Claims (3)
- 移動シートに対して所定位置に向かう静電力を作用させるための向心性電極と、
移動シートに対して回転する静電力を作用させるための回転性電極とを有し、
前記向心性電極は電極線を前記所定位置を渦巻の中心として平面渦巻状に形成した渦巻電極パターンであり、
前記渦巻電極パターンは前記渦巻の中心を一周する前に前記渦巻の中心方向へ方向転換し、さらに、前記渦巻の中心を円の中心とする円周方向へ方向転換させ、最外周から前記渦巻の中心方向に向かい前記渦巻の中心を巻回させていることを特徴とする静電アクチュエータ。
- 請求項1に記載の静電アクチュエータにおいて、前記回転性電極は電極線を平面放射状に形成した放射電極パターンであることを特徴とする静電アクチュエータ。
- 請求項2に記載の静電アクチュエータにおいて、放射電極パターンは前記所定位置を放射の中心とする放射電極パターンであることを特徴とする静電アクチュエータ。
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