JP5867040B2 - 静電アクチュエータ、静電アクチュエータの制御方法、および固定子 - Google Patents

Description

本発明は、静電アクチュエータ、静電アクチュエータの制御方法、および固定子に関する。

従来、電極が設けられた固定子と、フィルムなどの抵抗体が設けられた移動子と、を有する静電アクチュエータがある。このような、静電アクチュエータには、複数相の信号で駆動する方式が採用される。

ここで、このような静電アクチュエータにおいて、固定子上で移動子を直線運動させる場合に、摩擦抵抗の面内バラつきや異物により、移動子が蛇行したり、左右へ偏って移動したりする問題がある。

このような問題に対して、従来の静電アクチュエータには、この移動子の蛇行や左右への偏りを防ぐためガイドを設ける技術がある。しかし、ガイドと移動子の間の摩擦抵抗により移動子の動作が阻害され、また、ガイドと移動子の摩擦により、不要な帯電が発生し得る。さらに、ガイドの位置で規制されるだけで、移動子を中央に戻す力は働かない。

そこで、従来の静電アクチュエータには、電圧供給ラインが移動子の移動方向に沿って電極の両側に設けられたものがある（例えば、特許文献１参照。）。これにより、移動子の進行方向に垂直なモーメント成分は、電極の両側の２本の電圧供給ラインの静電気力により固定される。したがって、移動子の回転モーメントの発生が抑制され、移動子の蛇行が防止される。

ここで、上記従来の静電アクチュエータには、光センサを用いて移動子の位置を検出するものがある。しかし、このような光センサは、外光、特に赤外光の影響を受けると、所定の検出ができない問題がある。さらに、固定子の表面には、光センサのための穴を設ける必要があり、この穴には、異物が混入する可能性があり、また、この穴のために意匠性が低くなる問題がある。

特開平３−６５０８１号公報

本発明は、外光の影響を受けることなく、移動子の位置を検出することが可能な静電アクチュエータを提供する。

本発明の一態様に係る静電アクチュエータは、
固定子と、
前記固定子上に配置された移動子と、
前記固定子に信号を出力して前記移動子の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記固定子は、
一面と他面とを有する基板と、
前記基板の一面に各々独立して設けられ、互いに平行に等間隔で配置された複数の主動作用線状電極と、
前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極に直交する方向で前記複数の主動作用線状電極に隣接し且つ前記複数の主動作用線状電極に対して平行に配置された検出用線状電極と、
前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極との間に前記検出用線状電極が位置するように前記検出用線状電極と平行に配置され且つグランドに電気的に接続されたグランド電極と、を有し、
前記制御装置は、
帯電した前記移動子と前記検出用線状電極との間の距離が変化することによる前記検出用線状電極と前記グランド電極との間の電位差の変化に対応する検出信号に基づいて、前記移動子の位置を検出する
ことを特徴とする静電アクチュエータである。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記固定子の前記主動作用線状電極に印加する信号が変化しないタイミングにおいて、前記電位差に応じた電位差信号を取得する演算回路を有してもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記演算回路は、
前記電位差に応じた電位差信号のパターンを認識し、前記電位差信号に含まれるパルス波を除去することにより、前記電位差信号に含まれる前記検出信号を抽出してもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記電位差信号をアナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換器をさらに有するようにしてもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記電位差信号をフィルタリングするローパスフィルタを備えてもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記検出信号に基づいて、前記移動子が前記検出用線状電極に近接した状態であると判断してもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記検出信号を連続して複数回検出した場合に、前記移動子が前記検出用線状電極に近接した状態であると判断してもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記検出信号を検出した場合には、前記移動子の駆動を止める、または、前記移動子を逆方向に駆動させてもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記検出信号を検出した場合には、前記移動子を所定期間そのまま駆動した後、前記移動子の駆動を止める、または前記移動子を逆方向に駆動させてもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記検出用線状電極の幅は、前記主動作用線状電極の幅よりも太くてもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記検出用線状電極の幅は、前記主動作用線状電極の幅の３倍であってもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記検出用線状電極に接続された配線と前記グランド電極に接続された配線とは、グランドに電気的に接続された２本の保護用グランド配線間に位置していてもよい。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記複数の主動作用線状電極に含まれる４本の主動作用線状電極のうち、第１番目の主動作用線状電極と第３番目の主動作用線状電極へ、各々位相が反転した矩形波信号が入力され、
第２番目の主動作用線状電極と第４番目の主動作用線状電極へ、各々位相が反転した矩形波信号が入力され、
隣接する２つの電極に入力される２つの信号は、４分の１周期だけずれて同一強度を有してもよい。

本発明の一態様に係る静電アクチュエータの制御方法は、
固定子と、前記固定子上に配置された移動子と、を備え、前記固定子は、一面と他面とを有する基板と、前記基板の一面に各々独立して設けられ、互いに平行に等間隔で配置された複数の主動作用線状電極と、前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極に直交する方向で前記複数の主動作用線状電極に隣接し且つ前記複数の主動作用線状電極に対して平行に配置された検出用線状電極と、前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極との間に前記検出用線状電極が位置するように前記検出用線状電極と平行に配置され且つグランドに電気的に接続されたグランド電極と、を有する静電アクチュエータの制御方法であって、
帯電した前記移動子と前記検出用線状電極との間の距離が変化することによる前記検出用線状電極と前記グランド電極との間の電位差の変化に対応する検出信号に基づいて、前記移動子の位置を検出する
ことを特徴とする静電アクチュエータの制御方法である。

本発明の一態様に係る固定子は、
一面と他面とを有する基板と、
前記基板の一面に各々独立して設けられ、互いに平行に等間隔で配置された複数の主動作用線状電極と、
前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極に直交する方向で前記複数の主動作用線状電極に隣接し且つ前記複数の主動作用線状電極に対して平行に配置された検出用線状電極と、
前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極との間に前記検出用線状電極が位置するように前記検出用線状電極と平行に配置され且つグランドに電気的に接続されたグランド電極と、を有する
ことを特徴とする固定子である。

本発明に係る静電アクチュエータによれば、外光の影響を受けることなく、移動子の位置を検出することができる。

図１は、本発明による静電アクチュエータ１００の構成の一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示す静電アクチュエータ１００を模式的に示す上面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った静電アクチュエータ１００の断面を示す断面図である。 図４は、図２のＢ−Ｂ線に沿った静電アクチュエータ１００の断面を示す断面図である。 図５は、主動作用線状電極１ａ〜１ｄに印加される信号ａ〜ｄの波形の一例を示す波形図である。 図６は、補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖに印加される信号ｓ〜ｖの波形の一例を示す波形図である。 図７は、図２に示す制御装置ＣＯＮの構成の一例を示すブロック図である。 図８は、図２の静電アクチュエータ１００の検出用線状電極Ｇ１、Ｇ２近傍の領域の構成の一例を示す図である。 図９は、電位差信号の一例を示す図である。 図１０は、ローパスフィルタによりフィルタリングされた電位差信号の一例を示す図である。

以下、本発明による静電アクチュエータの実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明による静電アクチュエータ１００の構成の一例を示す斜視図である。また、図２は、図１に示す静電アクチュエータ１００を模式的に示す上面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った静電アクチュエータ１００の断面を示す断面図である。また、図４は、図２のＢ−Ｂ線に沿った静電アクチュエータ１００の断面を示す断面図である。なお、簡単のため、図１においては、制御装置を省略している。また、図２おいては、カバーフィルム１０３、摺動構造膜１０４を省略している。

図１および図２に示すように、静電アクチュエータ１００は、固定子１と、移動子２と、制御装置ＣＯＮと、を備える。

固定子１は、一面１０２ａと他面１０２ｂとを有する基板１０２と、基板１０２の一面１０２ａに各々独立して設けられ、互いに平行に等間隔で配置された少なくとも４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄと、基板１０２の一面１０２ａに各々独立して設けられ、互いに平行に等間隔で配置された複数の補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖと、基板１０２の一面に設けられ、複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに直交する方向で複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに隣接し且つ複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに対して平行に配置された検出用線状電極Ｄ１、Ｄ２と、基板１０２の一面に設けられ、複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄとの間に前記検出用線状電極Ｇ１、Ｇ２が位置するように検出用線状電極Ｇ１、Ｇ２と平行に配置され且つグランドに電気的に接続されたグランド電極Ｇ１、Ｇ２と、を有する。

移動子２は、この固定子１上に移動自在に配置されている。

制御装置ＣＯＮは、固定子１に信号ａ〜ｄ、ｓ〜ｖを出力して移動子２の動作を制御するようになっている。また、制御装置ＣＯＮは、電圧信号ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＧ１、ＳＧ２に基づいて、移動子２の位置を検出し、この検出結果に応じて移動子２の動作を決定するようになっている。

なお、以下では、主動作用線状電極１ａ〜１ｄの一側（図２の下側）で主動作用線状電極１ａ〜１ｄに直交する方向に延在する補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖを、一側補助動作用線状電極と称し、主動作用線状電極１ａ〜１ｄの他側（図２の上側）で主動作用線状電極１ａ〜１ｄに直交する方向に延在する補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖを、他側補助動作用線状電極と称する場合がある。

以下、固定子１について更に詳述する。上述のように、固定子１は、基板１０２と、基板１０２の一面１０２ａに設けられた導電性を有する少なくとも４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄと、基板１０２の一面１０２ａに設けられた導電性を有する複数の補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖと、を備えている。

ここで、４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄのうち、第１番目の主動作用線状電極１ａと第３番目の主動作用線状電極１ｃへ、各々位相が反転した矩形波信号または正弦波信号が入力され、第２番目の主動作用線状電極１ｂと第４番目の主動作用線状電極１ｄへ、各々位相が反転した矩形波信号または正弦波信号が入力される。

また、隣接する２つの電極、例えば、第１番目の主動作用線状電極１ａと第２番目の主動作用線状電極１ｂに入力される２つの信号は、４分の１周期だけずれて同一強度を有している。

さらに、４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄの一側に（図２の下側）、４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに直交する方向に延設するとともに、第１番目の主動作用線状電極１ａと第２番目の主動作用線状電極１ｂに各々接続される第１の主動作用バスライン１０１ａと第２の主動作用バスライン１０１ｂが互いに平行に設けられている。

さらに、４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄの他側に（図２の上側）、４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに直交する方向に延設するとともに第３番目の主動作用線状電極１ｃと第４番目の主動作用線状電極１ｄに各々接続される第３の主動作用バスライン１ｃと第４の主動作用バスライン１ｄとが互いに平行に設けられている。

また、上述のように、４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄの一側（図２の下側）に、４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに直交する方向に延在する複数本（ここでは４本単位の組が２組で計８本）の一側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖが設けられている。

さらに、上述のように、４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄの他側（図２の上側）に、４本の主動作用線状電極に直交する方向に延在する複数本（ここでは４本単位の組が２組で計８本）の他側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖが設けられている。

そして、複数本の一側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖと複数本の他側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖとは、４本の主動作用線状電極の両側で、４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄを中心に対称に配置（本実施例では８本ずつ同じ配線ルールで配置）されている。

なお、複数本の一側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖは、複数本の他側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖよりも、本数が多く設けられていてもよい。これにより、例えば、静電アクチュエータ１００を壁に固定した場合等、移動子２が固定子１の中央から離れる方向に力（重力）が印加される場合に、この力の向きと反対向き（この場合、補助動作方向Ｚ）に補助力がより働くようにすることができる。

また、補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖが主動作用線状電極１ａ〜１ｄの両側に設けられていることにより、補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖを移動子２の位置補正目的だけでなく、主動作方向Ｘに直交する補助動作方向Ｙ，Ｚを積極的に利用して、移動子２を主動作方向Ｘに対してジグザグに動かすようにすることもできる。

また、４本の一側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖのうち、第１番目の一側補助動作用線状電極１ｓと第３番目の一側補助動作用線状電極１ｕへ、各々位相が反転した矩形波信号または正弦波信号が入力され、第２番目の一側補助動作用線状電極１ｔと第４番目の一側補助動作用線状電極１ｖへ、各々位相が反転した矩形波信号または正弦波信号が入力される。

そして、隣接する２つの一側補助動作用線状電極、例えば、第１番目の一側補助動作用線状電極１ｓと第２番目の一側補助動作用線状電極１ｔに入力される２つの信号は、４分の１周期だけずれて同一強度を有する。

すなわち、複数本の一側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖへ互いに異なる位相の矩形波信号または正弦波信号が入力され、複数本の一側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖに近接する移動子２を４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄ側（補助動作方向Ｚ）に移動させるようになっている。

また、４本の他側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖのうち、第１番目の他側補助動作用線状電極１ｓと第３番目の他側補助動作用線状電極１ｕへ、各々位相が反転した矩形波信号または正弦波信号が入力され、第２番目の他側補助動作用線状電極１ｔと第４番目の他側補助動作用線状電極１ｖへ、各々位相が反転した矩形波信号または正弦波信号が入力される。

そして、隣接する２つの他側補助動作用線状電極、例えば、第１番目の他側補助動作用線状電極１ｓと第２番目の他側補助動作用線状電極１ｔに入力される２つの信号は、４分の１周期だけずれて同一強度を有する。

すなわち、複数本の他側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖへ互いに異なる位相の矩形波信号または正弦波信号が入力され、複数本の他側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖに近接する移動子２を４本の主動作用線状電極１ａ〜１ｄ側（補助動作方向Ｙ）に移動させるようになっている。

また、図２に示すように、第１番目の補助動作用線状電極１ｓと第２番目の補助動作用線状電極１ｔに各々接続される第１の補助動作用バスライン１０１ｓと第２の補助動作用バスライン１０１ｔが互いに平行に設けられている。

さらに、第３番目の補助動作用線状電極１ｕと第４番目の補助動作用線状電極１ｖに各々接続される第３の補助動作用バスライン１０１ｕと第４の補助動作用バスライン１０１ｖとが互いに平行に設けられている。

また、図３、図４に示すように、基板１０２の一面１０２ａ上に設けられた主動作用線状電極１ａ〜１ｄおよび補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖを覆ってカバーフィルム１０３が設けられ、さらにカバーフィルム１０３を覆って摺動構造膜１０４が設けられている。

ところで、基板１０２は、例えば、２５μｍの厚さを有する。この基板１０２に用いられる素材としては、例えば、ポリイミド、ガラスエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＴ−Ｇ（テレフタル酸−シクロヘキサンジメタノール−エチレングリコール共重合体）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフレタート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルフイド）、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、ポリスチレン系、ＡＢＳ、ポリアクリル酸エステル、ポリエチレン、ポリウレタン等が、選択される。特にポリイミドは高耐熱性、高強度であり好ましい。

また、上述のように、主動作用線状電極１ａ〜１ｄおよび補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖは、基板１０２の一面１０２ａ上に各々独立して設けられ、互いに平行に等間隔で櫛歯状に繰り返し配置されている。そして、この主動作用線状電極１ａ〜１ｄおよび補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖは、例えば、配線ピッチが０．３ｍｍ以下に設定され、また、この主動作用線状電極１ａ〜１ｄおよび補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖは、その厚さとして、例えば、ポリイミド基板上に電極材として銅を形成する場合は、１８μm程度を有する（図２ないし図４参照）。

また、図２に示すように、２本の第１、第２の主動作用バスライン１０１ａ、１０１ｂは、各々帯状をなし、上述のように主動作用線状電極１ａ〜１ｄの一側（図２の下側）に、設けられている。

このうち第１の主動作用バスライン１０１ａは、基板１０２の一面（上面）１０２ａに設けられ、この第１の主動作用バスライン１０１ａは、第１番目の主動作用線状電極１ａに電気的に接続されている。

また、第２の主動作用バスライン１０１ｂは、基板１０２の他面（下面）１０２ｂに設けられ、第２番目の主動作用線状電極１ｂに電気的に接続されている。また、基板１０２には、基板１０２を貫通し、基板１０２の他面１０２ｂに設けられた第２の主動作用バスライン１０１ｂに接続されるスルーホール配線１ｂ２が設けられている。さらに、基板１０２の一面１０２ａに、第２番目の主動作用線状電極１ｂの一側とスルーホール配線１ｂ２とを接続するパッド電極１ｂ１が設けられている。

これにより、第２の主動作用バスライン１０１ｂは、第２番目の主動作用線状電極１ｂに電気的に接続される。

また、２本の第３、第４の主動作用バスライン１０１ｃ、１０１ｄは、各々帯状をなし、上述のように主動作用線状電極１ａ〜１ｄの他側（図２の上側）に、設けられている。

また、第３の主動作用バスライン１０１ｃは、基板１０２の一面（上面）１０２ａに設けられ、第３番目の主動作用線状電極１ｃに電気的に接続されている。

また、第４の主動作用バスライン１０１ｄは、基板１０２の他面（下面）１０２ｂに設けられ、第４番目の主動作用線状電極１ｄに電気的に接続されている。ここで、基板１０２には、基板１０２を貫通し、基板１０２の他面１０２ｂに設けられた第４の主動作用バスライン１０１ｄと接続されるスルーホール配線１ｄ２が設けられている。そして、基板１０２の一面（上面）１０２ａに、第４番目の主動作用線状電極１ｄの一側とスルーホール配線１ｄ２とを接続するパッド電極１ｄ１が設けられている。

これにより、第４の主動作用バスライン１０１ｄは、第４番目の主動作用線状電極１ｄに電気的に接続されている。

また、図２に示すように、２本の第１、第２の補助動作用バスライン１０１ｓ、１０１ｔは、各々帯状をなして設けられている。右下の101s、101tは各々図示しないが外部との接続端子100s、100tと接続されている。

このうち第１の補助動作用バスライン１０１ｓは、基板１０２の一面（上面）１０２ａに設けられ、この第１の補助動作用バスライン１０１ｓは、第１番目の補助動作用線状電極１ｓに電気的に接続されている。

また、第２の補助動作用バスライン１０１ｔは、基板１０２の他面（下面）１０２ｂに設けられ、第２番目の補助動作用線状電極１ｔに電気的に接続されている。また、基板１０２には、基板１０２を貫通し、基板１０２の他面１０２ｂに設けられた第２の補助動作用バスライン１０１ｔに接続されるスルーホール配線１ｔ２が設けられている。さらに、基板１０２の一面１０２ａに、第２番目の補助動作用線状電極１ｔの一側とスルーホール配線１ｔ２とを接続するパッド電極１ｔ１が設けられている。

これにより、第２の補助動作用バスライン１０１ｔは、第２番目の補助動作用線状電極１ｔに電気的に接続される。

また、２本の第３、第４の補助動作用バスライン１０１ｕ、１０１ｖは、各々帯状をなして設けられている。左下の101u、101vは各々図示しないが外部との接続端子100u、100vと接続されている。

また、第３の補助動作用バスライン１０１ｕは、基板１０２の一面（上面）１０２ａに設けられ、第３番目の補助動作用線状電極１ｕに電気的に接続されている。

また、第４の補助動作用バスライン１０１ｖは、基板１０２の他面（下面）１０２ｂに設けられ、第４番目の補助動作用線状電極１ｖに電気的に接続されている。ここで、基板１０２には、基板１０２を貫通し、基板１０２の他面１０２ｂに設けられた第４の補助動作用バスライン１０１ｖと接続されるスルーホール配線１ｖ２が設けられている。そして、基板１０２の一面（上面）１０２ａに、第４番目の補助動作用線状電極１ｖの一側とスルーホール配線１ｖ２とを接続するパッド電極１ｖ１が設けられている。

これにより、第４の補助動作用バスライン１０１ｖは、第４番目の補助動作用線状電極１ｖに電気的に接続されている。

なお、図２において、第１番目の補助動作用バスライン１０１ｓは、部分的に離れている領域があるが、この離れている領域間は図示しない配線を介して電気的に接続されている。また、他の補助動作用バスライン１０１ｔ〜１０１ｖについても同様である。

次に、図３、図４により、固定子１のカバーフィルム１０３および摺動構造膜１０４について詳述する。

図３、図４に示すように、カバーフィルム１０３は、基板１０２上に主動作用線状電極１ａ〜１ｄ、補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖを覆うように設けられている。このカバーフィルム１０３は、例えば、１２．５μｍの厚さを有する。このカバーフィルム１０３に用いられる素材としては、例えば、ポリイミドが選択される。

また、摺動構造膜１０４は、カバーフィルム１０３上に設けられている。この摺動構造膜１０４は、移動子２の下面（後述のベースフィルム２ａの下面）に対して摺動性を有する。この摺動構造膜１０４は、例えば、数ｎｍの厚さを有する。この摺動構造膜１０４に用いられる素材としては、例えば、シリコンが選択される。

なお、主動作用線状電極１ａ〜１ｄおよび補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖの上面から抵抗体膜２ｂの帯電面（下面）までの距離Ｄは、例えば、３０μｍ以上、１５０μｍ以下に設定される。

また、既述のように、検出用線状電極Ｄ１、Ｄ２は、基板１０２の一面に設けられ、複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに直交する方向で複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに隣接し且つ複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに対して平行に配置されている。

また、既述のように、グランド電極Ｇ１、Ｇ２は、基板１０２の一面に設けられ、複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄとの間に検出用線状電極Ｇ１、Ｇ２が位置するように検出用線状電極Ｇ１、Ｇ２と平行に配置され且つグランドに電気的に接続されている。

なお、検出用線状電極Ｄ１、Ｄ２の幅は、主動作用線状電極１ａ〜１ｄの幅よりも太い。例えば、検出用線状電極Ｄ１、Ｄ２の幅は、主動作用線状電極１ａ〜１ｄの幅の３倍である。

次に、図１および図２により移動子２について詳述する。

図１および図２に示すように、移動子２は、固定子１上に配置されている。この移動子２は、図３、図４に示すように、ベースフィルム２ａと、抵抗体膜２ｂと、を有する。

ベースフィルム２ａは、固定子１に対向して接触するように配置される。このベースフィルム２ａは、例えば、２５μｍ程度の厚さを有する。

このベースフィルム２ａに用いられる素材としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＴ−Ｇ（テレフタル酸−シクロヘキサンジメタノール−エチレングリコール共重合体）、PEN（ポリエチレンナフレタート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルフイド）、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、ポリスチレン系、ＡＢＳ、ポリアクリル酸エステル、ポリエチレン、ポリウレタン等が、選択される。特にPETは安価で入手し易く好ましい。

抵抗体膜２ｂは、ベースフィルム２ａ上に設けられている。この抵抗体膜２ｂは、例えば、１μｍ程度の厚さを有する。また、抵抗体膜２ｂは、例えば、１０^１１〜１０^１３Ω／□の範囲の表面抵抗率を有する。

次に、以上のような構成を有する本実施形態の作用について説明する。始めに、移動子２が主動作用線状電極１ａ〜１ｄ上に位置して主動作方向Ｘに動作する場合について説明する。

まず、図２に示すように、信号ａ〜ｄは、図示しない駆動回路から静電アクチュエータ１００に第１〜第４の主動作用入力端子１００ａ〜１００ｄを介して入力される。このとき、各信号ａ〜ｄは、主動作用バスライン１０１ａ〜１０１ｄ、スルーホール配線１ｂ２、１ｄ２、および、パッド電極１ｂ１、１ｄ１を介して、主動作用線状電極１ａ〜１ｄに、それぞれ印加される。

ここで、図５は、主動作用線状電極１ａ〜１ｄに印加される信号ａ〜ｄの波形の一例を示す波形図である。なお、図５では、信号ａ〜ｄが矩形波の場合について示しているが、信号ａ〜ｄが正弦波である場合も同様の位相関係になる。

図５に示すように、隣接する主動作用線状電極１ａ、１ｂに入力される２つの信号ａ、ｂは、４分の１周期だけずれている。同様に、隣接する主動作用線状電極１ｂ、１ｃに入力される２つの信号ｂ、ｃは、４分の１周期だけずれている。同様に、隣接する主動作用線状電極１ｃ、１ｄに入力される２つの信号ｃ、ｄは、４分の１周期だけずれている。

この場合、各信号ａ〜ｄは、同一強度（振幅）を有する。また、各信号ａ〜ｄの振幅（電圧）の絶対値は、例えば、８００Ｖ以下に設定される。

これにより、第１番目の主動作用線状電極１ａと第３番目の主動作用線状電極１ｃには、各々位相が反転した（位相が半周期ずれた）信号（矩形波信号または正弦波信号）ａ、ｃが入力される。また、第２番目の主動作用線状電極１ｂと第４番目の主動作用線状電極１ｄには、各々位相が反転した（位相が半周期ずれた）信号（矩形波信号または正弦波信号）ｂ、ｄが入力される。

この場合、移動子２の抵抗体膜２ｂにより、主動作用線状電極１ａ〜１ｄに印加される信号ａ〜ｄに応じて帯電する。そして、例えば、図５に示すように、信号ａ〜ｄの振幅が変化することにより、この移動子２の帯電部と主動作用線状電極１ａ〜１ｄに蓄積された静電エネルギーに応じて、移動子２が、固定子１上を主動作用線状電極１ａ〜１ｄに垂直な方向（主動作方向Ｘ）に、移動する（図２）。

次に、移動子２が主動作方向Ｘから逸れることにより、一側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖ上に位置し、補助動作方向Ｚに力を受けて移動子２が動作する場合について説明する。なお、移動子２が主動作方向Ｘから逸れることにより、他側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖ上に位置し、補助動作方向Ｙに力を受けて移動子２が動作する場合も同様である。

ここで、図６は、補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖに印加される信号ｓ〜ｖの波形の一例を示す波形図である。なお、図６では、信号ｓ〜ｖが矩形波の場合について示しているが、信号ｓ〜ｖが正弦波である場合も同様の位相関係になる。

図６に示すように、隣接する一側補助動作用線状電極１ｓ、１ｔに入力される２つの信号ｓ、ｔは、４分の１周期だけずれている。同様に、隣接する一側補助動作用線状電極１ｔ、１ｕに入力される２つの信号ｔ、ｕは、４分の１周期だけずれている。同様に、隣接する一側補助動作用線状電極１ｕ、１ｖに入力される２つの信号ｕ、ｖは、４分の１周期だけずれている。

この場合、各信号ｓ〜ｖは、同一強度（振幅）を有する。また、各信号ｓ〜ｖの振幅（電圧）の絶対値は、例えば、８００Ｖ以下に設定される。

これにより、第１番目の一側補助動作用線状電極１ｓと第３番目の一側補助動作用線状電極１ｕには、各々位相が反転した（位相が半周期ずれた）信号（矩形波信号または正弦波信号）ｓ、ｕが入力される。また、第２番目の一側補助動作用線状電極１ｔと第４番目の一側補助動作用線状電極１ｖには、各々位相が反転した（位相が半周期ずれた）信号（矩形波信号または正弦波信号）ｔ、ｖが入力される。

この場合、移動子２の抵抗体膜２ｂにより、一側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖに印加される信号ｓ〜ｖに応じて帯電する。そして、例えば、図６に示すように、信号ｓ〜ｖの振幅が変化することにより、この移動子２の帯電部と一側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖに蓄積された静電エネルギーに応じて、移動子２が、固定子１上を一側補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖに垂直な方向（主動作用線状電極に向かう補助動作方向Ｚ）に力を受けて、移動する（図２）。

これにより、本実施例に係る静電アクチュエータ１００においては、移動子２が主動作方向Ｘから逸れても、補助動作用線状電極１ｓ〜１ｖ上に近接することにより、補助動作方向Ｚに力を受ける。すなわち、移動子を固定子の中央側に戻す方向のモーメント成分が発生し、移動子の摩擦抵抗が大きくすることなく、移動子２が主動作用線状電極に向けて動作することになる。

次に、図２、図７ないし図１０により、制御装置ＣＯＮの構成・機能に関して詳述する。図７は、図２に示す制御装置ＣＯＮの構成の一例を示すブロック図である。また、図８は、図２の静電アクチュエータ１００の検出用線状電極Ｇ１、Ｇ２近傍の領域の構成の一例を示す図である。図９は、電位差信号の一例を示す図である。図１０は、ローパスフィルタによりフィルタリングされた電位差信号の一例を示す図である。

既述のように、制御装置ＣＯＮは、固定子１に信号ａ〜ｄ、ｓ〜ｖを出力して移動子２の動作を制御するようになっている。

また、制御装置ＣＯＮは、固定子１の電圧信号端子１００Ｄ１、１００Ｄ２、１００Ｇ１、１００Ｇ２から出力された電圧信号ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＧ１、ＳＧ２に基づいて、移動子２の位置を検出し、この検出結果に応じて移動子２の動作を決定するようになっている。

この制御装置ＣＯＮは、帯電した前記移動子と前記検出用線状電極との間の距離が変化（近づいたり、または離れたり）することによる検出用線状電極Ｄ１とグランド電極Ｇ１との間の電位差（電圧信号ＳＤ１−電圧信号ＳＧ１）の変化に対応する検出信号に基づいて、移動子２の位置を検出するようになっている。

すなわち、制御装置ＣＯＮは、該検出信号に基づいて、移動子２が検出用線状電極Ｄ１に近接した状態であると判断する。

同様に、制御装置ＣＯＮは、帯電した前記移動子と前記検出用線状電極との間の距離が変化（近づいたり、または離れたり）することによる検出用線状電極Ｄ２とグランド電極Ｇ２との間の電位差（電圧信号ＳＤ２−電圧信号ＳＧ２）の変化に対応する検出信号に基づいて、移動子２の位置を検出するようになっている。

すなわち、制御装置ＣＯＮは、該検出信号に基づいて、移動子２が検出用線状電極Ｄ２に近接した状態であると判断する。

なお敢えて検出用線状電極の近傍に信号用グランド電極Ｇ１，Ｇ２を設けるのはコモンモードノイズを除去するためである。

また、制御装置ＣＯＮは、例えば、図７に示すように、ローパスフィルタ１０と、ＣＰＵ２０に設けられたアナログ・デジタル変換器３０と、ＣＰＵ２０に設けられた演算回路４０と、を有する。

ローパスフィルタ１０は、電位差信号をフィルタリングするようになっている。これにより、電位差信号に含まれるノイズをある程度除去することができる。

なお、図８に示すように、検出用線状電極Ｄ１に接続された配線ＨＤ１とグランド電極Ｇ１に接続された配線ＨＧ１とは、グランドに電気的に接続された２本の保護用グランド配線Ｐ１、Ｐ２間に位置するようにしてもよい。

これにより、配線ＨＤ１、ＨＧ１に重畳し得る近傍配線からの誘導ノイズなどを低減することができる。

同様に、検出用線状電極Ｄ２に接続された配線ＨＤ２とグランド電極Ｇ２に接続された配線ＨＧ２とは、グランドに電気的に接続された２本の保護用グランド配線Ｐ３、Ｐ４間に位置するようにしてもよい。

これにより、配線ＨＤ２、ＨＧ２に重畳し得る近傍配線からの誘導ノイズを低減することができる。すなわち、より確実に検出信号を取得することができる。

また、図７に示すように、ＣＰＵ２０は、信号ａ〜ｄ、ｓ〜ｖを出力して移動子２を駆動し、電位差信号に基づいて移動子２の位置を検出するようになっている。

また、アナログ・デジタル変換器３０は、ローパスフィルタ１０によりフィルタリングされた電位差信号をアナログ・デジタル変換（ここでは、アナログ信号をデジタル信号に変換することを意味する）するようになっている。これにより、電位差信号をデジタル値として認識できるため、後述のパターン認識が可能となる。

ここで、電位差信号には、検出信号以外のノイズが含まれている（図９）。このノイズには、複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに印加される信号の変化による誘導ノイズのパルス波が含まれる。そして、図１０に示すように、ローパスフィルタ１０によりフィルタリングした後も、電位差信号には、複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに印加される信号の変化によるパルス波が含まれる。

そこで、演算回路４０は、固定子１の複数の主動作用線状電極１ａ〜１ｄに印加する信号が変化しないタイミング（すべての矩形波信号ａ〜ｄが“Ｈｉｇｈ”レベルまたは“Ｌｏｗ”レベルのタイミング）において、電位差に応じた電位差信号を取得するようになっている。なお、ここで言う、信号の変化には、無視できるようなレベルのノイズは含まれない。

これにより、矩形波信号ａ〜ｄによるノイズが電圧差信号に重畳していないタイミングで、電位差信号に含まれる検出信号を検知することができる。

さらに、演算回路４０は、電位差に応じた電位差信号のパターンを認識し、この電位差信号に含まれるパルス波を除去することにより、電位差信号に含まれる検出信号を抽出する。

これにより、電位差信号に含まれる検出信号をより確実に抽出することができる。

また、ノイズ等の影響により、制御装置ＣＯＮが誤って検出信号であると判断する場合がある。

しかし、例えば、移動子２が検出用線状電極Ｄ１の近傍を通過すると、移動子２の表面の帯電の正負に応じて、電位差（電圧信号ＳＤ１−電圧信号ＳＧ１）が連続して変化し、この変化の数に応じた数の検出信号が制御装置ＣＯＮにおいて取得される。

そこで、制御装置ＣＯＮは、検出信号を連続して複数回検出した場合に、移動子２が検出用線状電極Ｄ１に近接した状態であると判断する。

これにより、制御装置ＣＯＮは、より確実に移動子２が検出用線状電極Ｄ１に近接した状態であるか否かを判断することができる。

また、制御装置ＣＯＮは、検出信号を検出した場合には、例えば、移動子２の駆動を止める、または、移動子２を逆方向に駆動させる。

また、制御装置ＣＯＮは、検出信号を検出した場合には、移動子２を所定期間そのまま駆動した後、移動子２の駆動を止める、または移動子２を逆方向に駆動させるようにしてもよい。

以上のように、本実施例に係る静電アクチュエータによれば、外光の影響を受けることなく、移動子の位置を検出することができる。

また、本実施例に係る静電アクチュエータによれば、同一基板上に配線のみで形成できるため、他の素子などが不要でコストが安く、また平坦な外観を提供できる。

また、本実施例に係る静電アクチュエータには、固定子の表面には、光センサのための穴を設ける必要がないので、異物の混入の問題も無く、また、意匠性を損なうこともない。

なお、上記実施例では、少なくとも４本の補助動作用線状電極が設けられているが、主動作用線状電極に向かう補助動作方向Ｙ、Ｚに力を印加できれば、補助動作用線状電極が３本以下であってもよい。

１ 固定子
１ａ １番目の主動作用線状電極
１ｂ ２番目の主動作用線状電極
１ｃ ３番目の主動作用線状電極
１ｄ ４番目の主動作用線状電極
１ｓ、１ｓｂ １番目の補助動作用線状電極
１ｔ、１ｔｂ ２番目の補助動作用線状電極
１ｕ、１ｕｂ ３番目の補助動作用線状電極
１ｖ、１ｖｂ ４番目の補助動作用線状電極
１ｂ１、１ｄ１、１ｔ１、１ｕ１、１ｔｂ１、１ｕｂ１ パッド電極
１ｂ２、１ｄ２、１ｔ２、１ｕ２、１ｔｂ２、１ｕｂ２ スルーホール配線
２ 移動子
２ａ ベースフィルム
２ｂ 抵抗体膜
１００ 静電アクチュエータ
１００ａ 第１の主動作用入力端子
１００ｂ 第２の主動作用入力端子
１００ｃ 第３の主動作用入力端子
１００ｄ 第４の主動作用入力端子
１００ｓ 第１の補助作用入力端子
１００ｔ 第２の補助作用入力端子
１００ｕ 第３の補助作用入力端子
１００ｖ 第４の補助作用入力端子
１０１ａ 第１の主動作用バスライン
１０１ｂ 第２の主動作用バスライン
１０１ｃ 第３の主動作用バスライン
１０１ｄ 第４の主動作用バスライン
１０１ｓ 第１の補助動作用バスライン
１０１ｔ 第２の補助動作用バスライン
１０１ｕ 第３の補助動作用バスライン
１０１ｖ 第４の補助動作用バスライン
１０２ 基板
１０３ カバーフィルム
１０４ 摺動構造膜
ａ〜ｄ、ｓ〜ｖ 信号
Ｄ１、Ｄ２ 検出用線状電極
Ｇ１、Ｇ２ グランド電極
ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＧ１、ＳＧ２ 電圧信号
１００Ｄ１、１００Ｄ２、１００Ｇ１、１００Ｇ２ 電圧信号端子
ＨＤ１、ＨＧ１、ＨＤ２、ＨＧ２ 配線
ＣＯＮ 制御装置
１０ ローパスフィルタ
２０ ＣＰＵ
３０ アナログ・デジタル変換器
４０ 演算回路
Ｄ 距離
Ｘ 主動作方向
Ｙ、Ｚ 補助動作方向

Claims (15)

1. 固定子と、
   前記固定子上に配置された移動子と、
   前記固定子に信号を出力して前記移動子の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記固定子は、
   一面と他面とを有する基板と、
   前記基板の一面に各々独立して設けられ、互いに平行に等間隔で配置された複数の主動作用線状電極と、
   前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極に直交する方向で前記複数の主動作用線状電極に隣接し且つ前記複数の主動作用線状電極に対して平行に配置された検出用線状電極と、
   前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極との間に前記検出用線状電極が位置するように前記検出用線状電極と平行に配置され且つグランドに電気的に接続されたグランド電極と、を有し、
   前記制御装置は、
   帯電した前記移動子と前記検出用線状電極との間の距離が変化することによる前記検出用線状電極と前記グランド電極との間の電位差の変化に対応する検出信号に基づいて、前記移動子の位置を検出する
   ことを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 前記制御装置は、
   前記固定子の前記主動作用線状電極に印加する信号が変化しないタイミングにおいて、前記電位差に応じた電位差信号を取得する演算回路を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエータ。
3. 前記演算回路は、
   前記電位差に応じた電位差信号のパターンを認識し、前記電位差信号に含まれるパルス波を除去することにより、前記電位差信号に含まれる前記検出信号を抽出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の静電アクチュエータ。
4. 前記制御装置は、
   前記電位差信号をアナログ・デジタル変換するアナログ・デジタル変換器をさらに有する
   ことを特徴とする請求項２ないし３のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
5. 前記制御装置は、
   前記電位差信号をフィルタリングするローパスフィルタを備えることを特徴とする請求項２ないし３のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
6. 前記制御装置は、
   前記検出信号に基づいて、前記移動子が前記検出用線状電極に近接した状態であると判断することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
7. 前記制御装置は、
   前記検出信号を連続して複数回検出した場合に、前記移動子が前記検出用線状電極に近接した状態であると判断することを特徴とする請求項６に記載の静電アクチュエータ。
8. 前記制御装置は、
   前記検出信号を検出した場合には、前記移動子の駆動を止める、または、前記移動子を逆方向に駆動させる
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
9. 前記制御装置は、
   前記検出信号を検出した場合には、前記移動子を所定期間そのまま駆動した後、前記移動子の駆動を止める、または前記移動子を逆方向に駆動させる
   ことを特徴とする請求項８に記載の静電アクチュエータ。
10. 前記検出用線状電極の幅は、前記主動作用線状電極の幅よりも太いことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
11. 前記検出用線状電極の幅は、前記主動作用線状電極の幅の３倍であることを特徴とする請求項１０に記載の静電アクチュエータ。
12. 前記検出用線状電極に接続された配線と前記グランド電極に接続された配線とは、グランドに電気的に接続された２本の保護用グランド配線間に位置していることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
13. 前記複数の主動作用線状電極に含まれる４本の主動作用線状電極のうち、第１番目の主動作用線状電極と第３番目の主動作用線状電極へ、各々位相が反転した矩形波信号が入力され、
    第２番目の主動作用線状電極と第４番目の主動作用線状電極へ、各々位相が反転した矩形波信号が入力され、
    隣接する２つの電極に入力される２つの信号は、４分の１周期だけずれて同一強度を有する
    ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の静電アクチュエータ。
14. 固定子と、前記固定子上に配置された移動子と、を備え、前記固定子は、一面と他面とを有する基板と、前記基板の一面に各々独立して設けられ、互いに平行に等間隔で配置された複数の主動作用線状電極と、前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極に直交する方向で前記複数の主動作用線状電極に隣接し且つ前記複数の主動作用線状電極に対して平行に配置された検出用線状電極と、前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極との間に前記検出用線状電極が位置するように前記検出用線状電極と平行に配置され且つグランドに電気的に接続されたグランド電極と、を有する静電アクチュエータの制御方法であって、
    帯電した前記移動子と前記検出用線状電極との間の距離が変化することによる前記検出用線状電極と前記グランド電極との間の電位差の変化に対応する検出信号に基づいて、前記移動子の位置を検出する
    ことを特徴とする静電アクチュエータの制御方法。
15. 一面と他面とを有する基板と、
    前記基板の一面に各々独立して設けられ、互いに平行に等間隔で配置された複数の主動作用線状電極と、
    前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極に直交する方向で前記複数の主動作用線状電極に隣接し且つ前記複数の主動作用線状電極に対して平行に配置された検出用線状電極と、
    前記基板の一面に設けられ、前記複数の主動作用線状電極との間に前記検出用線状電極が位置するように前記検出用線状電極と平行に配置され且つグランドに電気的に接続されたグランド電極と、を有する
    ことを特徴とする固定子。

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