JP6031886B2 - 静電アクチュエータの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、静電アクチュエータの制御方法に関する。

従来、固定子と移動子とを備え、固定子に設けた複数の電極に移動信号を与えることで、移動子に電荷を誘起させて、この電荷によって固定子と移動子間に作用する静電気力により、固定子に対して移動子を移動させる静電アクチュエータが知られている。
ただ、図８の部分拡大断面図で模式的に示すように、従来の静電アクチュエータ２００は、固定子１と移動子２とが擦れて摩擦帯電による静電気が固定子１及び移動子２に発生すると、移動子２が固定子１に張り付いて停止したり、動きが鈍ったりし、移動子２の円滑な移動が妨げられてしまう。静電気の帯電は、環境の電位が偏っていたり、乾燥したり
しているときに生じ易い。同図では、固定子１に負の静電気が帯電し、移動子２に正の静電気が帯電した例を示し、固定子１の静電気を、固定子１の移動子２との対向面側に描き、移動子２の静電気を、移動子２の固定子１との対向面とは反対側に描いてある。
そこで、移動子の円滑な移動動作ができるように、帯電を防止した静電アクチュエータが提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特許文献１の静電アクチュエータでは、電荷を誘起させるための電極を、固定子のみならず移動子にも設けた形態の静電アクチュエータにおいて、移動子の移動動作時に、固定子及び移動子の電極に与える信号を、前半期と後半期に分けて、前半期は移動信号を与え、後半期は移動信号の電圧の正負の偏りを打ち消す波形の信号を与えることで、移動信号で生じる電圧の正負の偏りによる電荷の発生を防ぐ技術を提案している。また、特許文献１では、移動子の停止時に、固定子と移動子の互いに対向する電極に極性が異なる電圧で正負が交互に切り替わる信号を与えることで、帯電を除電する技術も提案している。

特許文献２の静電アクチュエータでは、固定子と移動子とが対向する部分、例えば、移動子に対向する固定子の対向面など移動子が対向する固定子の部分に、移動時に移動子に接触するように除電ブラシを設けた静電アクチュエータが提案されている。

特許文献３では、静電アクチュエータではないが、各種部材に対する帯電防止策として、部材の構成材料にカーボンファィバを混練りした樹脂などの導電性材料を用いたり、表面に導電性ポリマーを塗布するなど帯電防止処理を施した材料を用いたりして、部材そのものに或る程度の導電性を与え帯電しにくい様にする技術を提案している。
特許文献４では、静電気帯電の除電ではないが、移動動作させるため駆動用の正負の電荷を移動子に与える手段として、イオン風を用いた静電アクチュエータを提案している。

特開平９−２３８４８２号公報 特開平６−１２１５４９号公報 特開２００６−８０４５８号公報 特開平４−７５４８３号公報

しかしながら、特許文献１の帯電防止策は、電荷を誘起させるための電極を、固定子と共に移動子にも設ける必要がある形態の静電アクチュエータにのみ有効な帯電防止策であり、電極を移動子には設けずに固定子に設ける形態の静電アクチュエータには利用できない。しかも、電極を固定子及び移動子の両方に設ける形態の静電アクチュエータは、電極を固定子側にのみ設ける形態に比べて構造が複雑になるという欠点を有し、コスト高になるなど、複雑な構造が向かない用途には適用できない。
特許文献２の帯電防止策は、除電ブラシを利用する結果、除電ブラシによる擦り傷やブラシ屑などが、固定子或いは移動子の対向面に塵となって付着するという、新たな問題を生じることがある。また、静電アクチュエータを展示物として用いる場合は、外観が損なわれてしまう。

特許文献３の帯電防止策は、一般的な各種部材に対する方策であるが、これを静電アクチュエータに適用しようとすると、移動子表面の表面抵抗率が、静電アクチュエータとして好ましい表面抵抗率よりも小さくなってしまい、静電アクチュエータには適用できない。移動子表面の表面抵抗率は、移動の為に誘起した電荷を次の電荷の誘起まで保持しておく必要から、或る程度の絶縁性が必要だからである。
特許文献４で利用するイオン風を帯電防止に利用することも考えられるが、イオン風を使うには、イオン発生器および送風機が必要であり、静電アクチュエータが大型化する上、重量も重くなり、またコスト高にも繋がり、好ましくない。

そこで、本発明の課題は、移動子の移動動作の妨げとなる帯電を、装置を大型化せずに減らすことができる静電アクチュエータの制御方法を提供することである。

本発明による静電アクチュエータの制御方法は、以下の構成とした。
（１）固定子と前記固定子上に配置された移動子とを備え、前記固定子及び前記移動子の互いの対向面に平行な方向に前記移動子を移動させる移動信号を前記固定子に設けられた複数の電極に供給する静電アクチュエータの制御方法であって、
前記移動信号を前記複数の電極に供給しないときに、前記移動信号を供給する電極である前記複数の電極の各々に、前記固定子及び前記移動子に生じる帯電の帯電量を減少させる交流の除電信号を供給する静電アクチュエータの制御方法。
（２）前記除電信号は、正の電圧を印加する時間及び負の電圧を印加する時間である電圧正負時間が、時間と共に減少する信号である、前記（１）の静電アクチュエータの制御方法。
（３）前記除電信号は、正の電圧を印加する時間及び負の電圧を印加する時間である電圧正負時間における電圧の絶対値の最大値が、時間と共に減衰する信号である、前記（１）の静電アクチュエータの制御方法。
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本発明の静電アクチュエータの制御方法によれば、移動子の移動動作の妨げとなる帯電を、装置を大型化せずに減らすことができる。

本発明による静電アクチュエータの制御方法の一実施形態を適用可能な静電アクチュエータの一例を示す側面図（ａ）と、部分拡大断面図（ｂ）。 本発明による静電アクチュエータの制御方法の一実施形態における４相式の移動信号に対応した電極を有する静電アクチュエータを例示する部分拡大断面図。 ４相式の移動信号の一例を示す図。 除電信号の一例（電圧正負時間減少）を示す図。 除電信号の一例（電圧減衰）を示す図。 移動信号及び除電信号を供給可能な電源部の一例を示すブロック図。 電極を３系統、固定子の３領域に設けた一例を示す平面図。 従来の静電アクチュエータの一例を示す部分拡大断面図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面は概念図であり、構成要素の縮尺関係、縦横比等は誇張されていることがある。

〔要旨〕
図１は、本発明の静電アクチュエータの制御方法の一実施形態を適用可能な静電アクチュエータの一例を示し、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は部分拡大断面図である。
同図に示す静電アクチュエータ１００は、固定子１と移動子２とを備え、前記固定子１に設けられた複数の電極３に移動信号Ｓｍが供給されることによって、前記移動子２に電荷を誘起させて、この電荷によって前記固定子１と前記移動子２間に作用する静電気力により、前記移動子２を、前記固定子１と前記移動子２との互いの対向面に平行な方向に移動させることができる。
なお、図１に示す静電アクチュエータ１００では、移動子２は固定子１上に配置されているように描いてあり、図面下方向が地面、言い換えると図面下方向が重力方向であるときは、文字どおり、移動子２は固定子１の上方に配置されることになる。しかし、本発明において、「固定子上に配置された移動子」の意味は、移動子２と固定子１との位置関係として、固定子１に対して重力方向から遠い方に移動子２が配置される位置関係に限定されず、固定子１及び移動子２の互いの対向面が接触する位置関係であれば良く、例えば、固定子１及び移動子２の互いの対向面が、重力方向に対して垂直面となる位置関係でも良い。

固定子１に対向する移動子２の対向面の大きさは、固定子１が移動子２に対向可能とする対向面の大きさに対して、小さい。この結果、移動子２は固定子１が移動子２に対向可能とする対向面に平行な方向に移動動作することができる。例えば、固定子１の前記大きさは、縦１０００ｍｍ、横６００ｍｍの長方形であり、移動子２の前記大きさは、縦５００ｍｍ、横５００ｍｍの正方形である。

複数の電極３の各々は、基板上又は基板内部に形成された導電性を有するものであり、公知の材料、形状、及び配置を採用することができる。複数の電極３の各々は、導電性を有していれば特に制限はなく、銅、銀、金等の金属やそれらの合金を用いても良く、ＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）等の透明材料を用いても良い。また、例えば、直線状の形状で、互いに平行で紙面に対して垂直な方向に延びていても良い。また、例えば、複数の電極３の各々は、例えば、０．３ｍｍピッチなど、等しい間隔で配列されていても良い。

固定子１及び移動子２には、公知のものを用いることができる。固定子１は、基板と、基板上又は基板内部に形成された複数の電極２と、を有していれば良く、特開２０１１−２０５７８６号公報に記載されているような、電極を保護するカバーフィルム又は移動子２との摩擦を低減する摺動構造膜を有していてもよい。例えば、固定子１は、複数の電極３を形成した厚さ２５μｍのポリイミド製フレキシブルプリント基板に対して、その移動子２側と接する対向面に厚さ１２μｍの絶縁性塗膜を紫外線硬化型アクリル系樹脂塗料で塗工形成した摺動構造膜を用いることができる。複数の電極３には、ＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）などの透明なものを用いることもできる。
複数の電極３に対しては、後述図２で説明するように、バスライン４、接続端子５を介して、移動信号Ｓｍ及び除電信号Ｓｅが供給される。接続端子５には、後述する電源部６が、静電アクチュエータ１００の少なくとも駆動時には接続されることによって、移動信号Ｓｍ及び除電信号Ｓｅが、複数の電極３に供給される。接続端子５を介して電源部６を接続することで、電源部６は異なる固定子１に共通して使い回しが出来るようになっている。

移動子２は、誘電体を有していれば良く、抵抗体層を有していても良い。例えば、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムからなる絶縁性基材の片面に、ＡＴＯ（アンチモンドープ酸化錫）粒子を含有する紫外線硬化型アクリル系樹脂塗料で塗布形成した抵抗体層を有するものを用いることができる。抵抗体層の表面抵抗率は、例えば、１０⁹〜１０¹⁴Ω／ｓｑ（Ω／□とも記す。）、好ましくは、１×１０¹²〜９×１０¹²Ω／ｓｑである。この範囲より小さくても、逆に大きくても、移動子２の円滑な移動動作が損なわれることがある。電荷の円滑な誘起と誘起された電荷が次の電荷が誘起されるまでの間の適度な保持を実現するためである。
抵抗体層は、例えば、移動子２の固定子１との対向面の反対側の面に設けることができる。

さらに、本静電アクチュエータの制御方法の実施形態では、前記静電アクチュエータ１００に、移動信号Ｓｍを複数の電極３に供給しないときに、この複数の電極３の各々に対して、同一波形で電圧が交互に正負に切り替わり、固定子１及び移動子２に生じる帯電の帯電量を減少させる交流の除電信号Ｓｅを供給することで、前記帯電が減じるようにすることができる。

〔移動信号Ｓｍ〕
固定子１が備える複数の電極３に供給される移動信号Ｓｍには、従来公知の各種方式のものを採用することができる。例えば、２相式、３相式、４相式など、複数相の移動信号Ｓｍを供給する方式を採用することができる。

図２の部分拡大断面図で示す、静電アクチュエータの制御方法の一実施形態を適用可能な静電アクチュエータ１００では、４相の移動信号Ｓｍにより動作することができる。このため、同図に示す静電アクチュエータ１００は、４相の移動信号Ｓｍに対応可能なように、固定子１が備える複数の電極３は、各相に対応した、複数の電極３ａ、複数の電極３ｂ、複数の電極３ｃ、複数の電極３ｄから構成されている。これらの電極３は、順番に、電極３ａ、電極３ｂ、電極３ｃ、電極３ｄ、電極３ａ、電極３ｂ、電極３ｃ、電極３ｄ、・・・・の順に等間隔に配置されている。そして、複数の電極３ａ、複数の電極３ｂ、複数の電極３ｃ、及び複数の電極３ｄの各々には、移動信号Ｓｍとして、互いに異なる相の４相の信号、移動信号Ｓｍ１、移動信号Ｓｍ２、移動信号Ｓｍ３、及び、移動信号Ｓｍ４が供給される。このため、複数の電極３ａは移動信号Ｓｍ１が供給されるバスライン４ａに接続され、複数の電極３ｂは移動信号Ｓｍ２が供給されるバスライン４ｂに接続され、複数の電極３ｃは移動信号Ｓｍ３が供給されるバスライン４ｃに接続され、複数の電極３ｄは移動信号Ｓｍ４が供給されるバスライン４ｄに接続されている。

バスライン４ａには接続端子５ａから移動信号Ｓｍ１が供給され、バスライン４ｂには接続端子５ｂから移動信号Ｓｍ２が供給され、バスライン４ｃには接続端子５ｃから移動信号Ｓｍ３が供給され、バスライン４ｄには接続端子５ｄから移動信号Ｓｍ４が供給される。
なお、本明細書において、異なる相の相毎の電極３ａ、電極３ｂ、電極３ｃ、及び、電極３ｄを纏めて言うときは、単に「電極３」と言うこともある。
同様に、バスライン４ａ、バスライン４ｂ、バスライン４ｃ、及び、バスライン４ｄを纏めて言うときは、単に「バスライン４」と言うこともある。
同様に、接続端子５ａ、接続端子５ｂ、接続端子５ｃ、及び、接続端子５ｄ、を纏めて言うときは、単に「接続端子５」と言うこともある。

図３は、４相の移動信号Ｓｍとしての、移動信号Ｓｍ１、移動信号Ｓｍ２、移動信号Ｓｍ３、及び、移動信号Ｓｍ４の一例である。移動信号Ｓｍ１、移動信号Ｓｍ２、移動信号Ｓｍ３、及び、移動信号Ｓｍ４の各々は、互いに同一電圧で矩形波であり、正負の絶対値の最大値が等しい。前記電圧は、例えば、ピーク・ツー・ピークで８００Ｖｐｐである。移動信号Ｓｍ１、移動信号Ｓｍ２、移動信号Ｓｍ３、及び、移動信号Ｓｍ４の各々は、この順に４分の１周期ずつ、位相がずれている。また、移動信号Ｓｍ１、移動信号Ｓｍ２、移動信号Ｓｍ３、及び、移動信号Ｓｍ４の各々は、共に、デューティ比が５０％である。
なお、本発明においては、移動信号Ｓｍのデューティ比は必ずしも５０％に限定されるものではない。

〔除電信号Ｓｅ〕
除電信号Ｓｅは、移動信号Ｓｍが複数の電極３に供給されないときに、複数の電極３の各々に、固定子１及び移動子２のに生じる帯電の帯電量を減少させる交流の信号である。この除電信号Ｓｅによって、前記帯電を減らすことができる。
除電信号Ｓｅは、強制的に、正の帯電と負の帯電を交互に生じさせつつ、正の帯電量と負の帯電量を、時間と共に減衰させるような信号である。正の帯電と負の帯電を交互に生じさせても、それらの帯電量を減衰させないで一定のまま信号を加えたのでは、最後に加えた信号波形によって、帯電が残ってしまうので、帯電量が時間とともに強制的に減衰するような信号となっている。

除電信号Ｓｅは、移動信号Ｓｍが供給されないときは、常に供給されてもよく、或いは、移動信号Ｓｍが供給されないときの除電が必要なときのみなど一部の期間だけ供給されてもよく、いずれでもよい。
なお、「固定子及び移動子に生じる」の「生じる」とは、静電気の帯電が生じる可能性があるもののまだ静電気の帯電が生じていない状態、静電気の帯電が生じている状態の両方の状態を含む。

除電信号Ｓｅが供給される時間は、特に制限はないが、例えば１ｓで充分である。１ｓの間に周波数５０Ｈｚの除電信号Ｓｅが供給されれば、正負に切り替わる帯電は５０回繰り返され、繰り返される毎に帯電量が減少していくことになる。

除電信号Ｓｅは、供給される複数の電極３が図２のように４相に対応して、複数の電極３ａ、複数の電極３ｂ、複数の電極３ｃ、及び複数の電極３ｄから構成されるものであっても、これらには全て同一波形の信号として供給される（図２参照）。このため、除電信号Ｓｅによって、移動子２が移動することはない。このとき、各相毎の、複数の電極３ａ、複数の電極３ｂ、複数の電極３ｃ、及び複数の電極３ｄに、同一波形であっても相がずれた信号を供給してもよい。相がずれた信号が供給されたからと言って、移動子２は必ず移動するものでもない。

除電信号Ｓｅの一例を図４及び図５に示す。図４に例示する除電信号Ｓｅｆは、正の電圧の時間と、負の電圧の時間とが共に減少していく、電圧正負時間が減少する信号の一例である。したがって、図４に例示する除電信号Ｓｅｆは、正の電圧を印加する時間及び負の電圧を印加する時間である電圧正負時間が、時間と共に減少する信号でもある。
図５に例示する除電信号Ｓｅｖは、電圧が減衰する信号の一例である。したがって、図５に例示する除電信号Ｓｅｖは、正の電圧を印加する時間及び負の電圧を印加する時間である電圧正負時間における電圧の絶対値の最大値が、時間と共に減衰する信号でもある。
図４に例示する除電信号Ｓｅｆ、及び図５に例示する除電信号Ｓｅｖは、共に、正負の電圧の絶対値の最大値が互いに等しい矩形波の交流で、デューティ比が５０％の信号である。図４に例示する除電信号Ｓｅｆは、デューティ比５０％であるために、周波数が漸増する信号でもある。
電圧が正負に交互に、好ましくは等しい時間で、切り替わる交流の除電信号Ｓｅが供給されることで、正負の帯電を交互に強制的に生じさせつつ帯電量を減少させていくことができる。
本発明においては、除電信号Ｓｅは矩形波に限定されない。ただ、除電信号Ｓｅとして矩形波は、後述する電源部６をデジタル処理回路で構成することができる利点がある。

移動子２をポリエステル系樹脂フィルム製とするなど、樹脂フィルムのものを用いた場合、フィルムは一般に負の静電気帯電を帯び易いために、固定子１側の複数の電極３に供給する除電信号Ｓｅとしては、電圧が負になっている時間を長めの信号、或いは電圧が負になっているときの電圧の絶対値を大きめの信号、或いは、これら両方を有する信号としても良い。
なお、本発明の除電信号Ｓｅには該当しないが、移動信号Ｓｍの周波数に比べて、帯電誘起が追いつかず移動不可能な程度に高い周波数、例えば１ｋＨｚなどの信号で、周波数一定且つ電圧一定且つデューティ比一定の交流信号を供給すると、固定子１と移動子２に発生した静電気の正負が偏った帯電の偏りは解消させることができるが、帯電そのものは、移動子２の円滑な移動動作を回復できる程度までには減らすことができず、本発明による除電信号Ｓｅに比べて劣る。

電圧正負時間の減少の仕方、及び電圧の減衰の仕方は、例えば、等差級数的、等比級数的、階段的などでよく、特に制限はない。
なお、本明細書において、電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆ、及び、電圧が減衰する除電信号Ｓｅｖを纏めて言うときは、単に「除電信号Ｓｅ」と言うこともある。

（除電信号Ｓｅｆ）
図４に一例を示した電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆは、電圧は一定でよく、例えば、電圧は８００Ｖｐｐ一定として、周波数を１０Ｈｚから初めて１ｋＨｚまで上げた後、複数の電極３の各々への供給を一斉に停止する。これにより、帯電を減らすことができる。
また、電圧正負時間が減少する図４の除電信号Ｓｅｆは、周波数も一定でもよく、例えば周波数は５０Ｈｚ一定として、電圧を順に１周期で、有限時間の正、有限時間のゼロ、有限時間の負、有限時間のゼロと変位させて、正の電圧の時間と、負の電圧の時間が共に減少するようにしてもよい。矩形波においては、１周期において、電圧が正の時間のパルス幅、及び、電圧が負の時間のパルス幅が、共に減少するとともに、ゼロボルトの時間が次第に増えていく信号である。

除電信号Ｓｅｆによって帯電が減少する理由は、次のように考えられる。すなわち、除電信号Ｓｅｆは、電圧が正負に交互に切り替わる信号であり、複数の電極３の全てに供給する為に、固定子１と移動子２とは、前記複数の電極３の対向面が、正の帯電と負の帯電とを交互に繰り返すことになる。しかし、帯電するためには時定数がある為に、除電信号Ｓｅｆの矩形波の波形の立ち上がりに応じて瞬時に正又は負に帯電することはない。このため、除電信号Ｓｅｆの１周期における正の電圧の時間と負の電圧の時間が減少するほど、正又は負に帯電させるための充分な時間が確保できなくなり、帯電量は減少していくことになる。この結果、電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆを供給することによって、正の帯電と、負の帯電とを、交互に繰り返しながら、正に帯電したときの帯電量と、負に帯電したときの帯電量が、減少していくことになる。その結果、帯電は移動子２の移動の妨げになるような帯電量未満の、ほぼニュートラルな状態に収束すると考えられる。

除電信号Ｓｅｆの電圧は、正の電圧、及び負の電圧のそれぞれが、帯電を生じ得る電圧以上であれば良く、特に制限はない。すなわち、除電信号Ｓｅｆは、帯電を生じ得る正の電圧の時間と、帯電を生じ得る負の電圧の時間とが共に減少していく、電圧正負時間が減少する信号である。帯電を生じ得る電圧は絶対値で、例えば１００Ｖ以上が好ましい。これ未満であると、電荷が充分に生じないことがあるからである。
複数の電極３に移動信号Ｓｍを供給する後述電源部６に、容易に除電信号Ｓｅも供給可能なように出来る点では、大きい電圧でも移動信号Ｓｍと大差のない電圧であることが好ましい。例えば、除電信号Ｓｅとしての電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆにおいて、１０００Ｖｐｐで効果が得られている。

電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆの電圧正負時間減少前の開始時点の１周期内における電圧正の時間或いは電圧負の時間（電圧正の時間と電圧負の時間の合計が１周期に相当し、デューティ比５０％の信号の場合は周波数の逆数の１／２に対応する。）は、特に制限はないが、例えば周波数が１Ｈｚのときでは最初の１周期に１ｓ必要になるために、その分、除電に要する時間が長くなる。時間的余裕があればこれでもよい。ただ、除電を例えば１ｓで終わらせる必要がある場合などでは、周波数で見れば１０Ｈｚ〜５０Ｈｚの範囲から始めるのが好ましい。すなわち、デューティ比５０％のとき周波数１０Ｈｚでは、電圧正の時間或いは電圧負の時間は、（１ｓ／１０）×０．５＝５０ｍｓであり、周波数１００Ｈｚでは５ｍｓである。
電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆの電圧正負時間減少後の終了時点の１周期内における電圧正の時間或いは電圧負の時間は、デューティ比５０％の信号でみた周波数で言えば、移動信号Ｓｍの周波数が通常、１〜１０Ｈｚ、最大でも１００Ｈｚ程度であることから、電圧の変化に帯電が追従できない早さとして、移動信号Ｓｍの最大周波数に対して１０倍以上の周波数、例えば、１ｋＨｚ以上とすることが好ましい。すなわち、デューティ比５０％のとき周波数１ｋＨｚでは、電圧正の時間或いは電圧負の時間は、（１ｓ／１０００）×０．５＝０．５ｍｓである。
ただ、周波数を高くし過ぎても帯電に対しては無意味となる上、電力消費の上でも無駄となる点を考慮して、終了時点の電圧正の時間或いは電圧負の時間を決めると良い。
なお、電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆは、電圧は一定でよいが、電圧が一定であることは必須ではない。ただし、電圧を漸増させるのは逆に帯電を増やす方向となるので、電圧変化はあっても減衰する変化が好ましい。また、周波数は一定でも良いが、周波数を減衰させるのは逆に帯電を増やす方向となるので、周波数変化はあっても漸増する変化が好ましい。

（除電信号Ｓｅｖ）
図５に一例を示した電圧が減衰する除電信号Ｓｅｖは、周波数は一定でよく、例えば、周波数は５０Ｈｚ一定として、電圧を１０００Ｖｐｐから開始して１０Ｖｐｐまで下げた後、複数の電極３の各々への供給を一斉に停止する。正負の絶対値が等しい矩形波の除電信号Ｓｅｖを供給しているので、開始時の正の最大電圧は５００Ｖ、負の絶対値の最大電圧も５００Ｖである。これにより、帯電を減らすことができる。

除電信号Ｓｅｖによって帯電が減少する理由は、次のように考えられる。すなわち、除電信号Ｓｅｖは、電圧が正負に交互に切り替わる信号であり、複数の電極３の全てに供給する為に、固定子１と移動子２とは、前記複数の電極３の対向面が、正の帯電と負の帯電とを交互に繰り返すことになる。しかも、電圧が減衰する為に、除電信号Ｓｅｖを供給することによって、正の帯電と、負の帯電とを、交互に繰り返しながら、正に帯電したときの帯電量と、負に帯電したときの帯電量が、減少していくことになる。その結果、帯電は移動子２の移動の妨げになるような帯電量未満の、ほぼニュートラルな状態に収束すると考えられる。

電圧が減衰する除電信号Ｓｅｖの電圧減衰前の開始時点の電圧は、特に制限はないが、移動信号Ｓｍの電圧と同程度でもよい。移動信号Ｓｍの電圧と同程度であれば、移動信号Ｓｍを供給するための後述する電源部６に、ことさら耐電圧の高い部品を用いる必要がないからである。したがって、除電信号Ｓｅｖの電圧減衰前の開始時点の電圧は、例えば１０００Ｖｐｐとすることができる。つまり、 正の電圧５００Ｖと、負の電圧−５００Ｖである。

電圧が減衰する除電信号Ｓｅｖの電圧減衰後の終了時点の電圧は、０Ｖｐｐである必要はない。電圧があまりに低いときは静電気帯電が生じないためである。したがって、除電信号Ｓｅｖの電圧減衰後の終了時点の電圧は５０Ｖｐｐ、好ましくは２０Ｖｐｐ、より好ましくは１０Ｖｐｐ以下である。
電圧が減衰する除電信号Ｓｅｖの周波数は、前記したように時定数が存在するので正又は負の帯電が生じ得る時間を確保できる周波数以下とするのが好ましい。例えば、除電信号Ｓｅｖの周波数は、移動信号Ｓｍの周波数と同程度でよい。したがって、除電信号Ｓｅｖの周波数は、例えば、１〜１００Ｈｚとすることが好ましい。
デューティ比は５０％以外でもよい。交互に繰り返す正の帯電と、負の帯電の各々の帯電量を、なるべく等しくて減じる波形であれば良い。
なお、電圧が減衰する除電信号Ｓｅｖは、周波数は一定でよいが、周波数が一定であることは必須ではない。ただし、周波数を減少させるのは逆に帯電を増やす方向となるので、周波数変化はあっても漸増する変化が好ましい。

〔電源部６〕
前記した移動信号Ｓｍ及び除電信号Ｓｅを固定子１の複数の電極３に供給させるための電源部６としては、その構成は特に制限はない。電源部６は、前記した移動信号Ｓｍ及び除電信号Ｓｅを固定子１の複数の電極３に供給することができるものであればよい。電源部６は、移動信号Ｓｍ及び除電信号Ｓｅを出力する駆動信号出力部と言うこともできる。
以下、電源部６の構成について、その一例を説明する。ここで説明する電源部６は、除電信号Ｓｅにおける電圧正負時間減少の除電信号Ｓｅｆとして、デューティ比５０％一定で周波数を漸増する形式のもので説明する。

図６は、電源部６の構成を示すブロック図である。移動信号Ｓｍとして、同図に示す電源部６は、互いに相が異なる４相の移動信号Ｓｍを供給可能な例である。さらに、同図に示す電源部６は、４相の移動信号Ｓｍを、固定子１の３領域のそれぞれの複数の電極３に独立に供給可能なように、３系統有する例でもある。

前記固定子１の３領域とは、例えば、図７で例示する固定子１で言えば、移動子２を固定子１に対してＹ方向（図面上下方向）に相対移動可能な、複数の電極３が形成された領域Ｙと、この領域Ｙに対して図面で左側と右側であって、移動子２を固定子１に対してＸ方向（図面左右方向）に相対移動可能な領域Ａ及び領域Ｂ、の３領域である。
図７のような３領域に分けた複数の電極３の配置は、領域Ａで移動子２を固定子１に対してＹ方向に相対移動させたときに、Ｘ方向への蛇行や偏った移動によって、移動子２が領域Ｙから外れそうになって、領域Ａ或いは領域Ｂに進入したときに、領域Ｙに戻すことができる、配置である。

図６のブロック図の説明に戻って、同図において、６は電源部、６１は本体、６２はコントロールボックス、６３はＡＣアダプターまたは電池である。本体６１中、６４は自動切換え回路／電圧変換回路、６５はＩ／Ｆ（インターフェイス）、６６〜６８は高圧４線ＳＷ（switching）回路である。
電源部６は、本体６１、コントロールボックス６２、ＡＣアダプターまたは電池６３を含む。本体６１は、ＡＣアダプターまたは電池６３からの電力の供給を受けて、コントロールボックス６２からの指令信号に従って動作し、移動信号Ｓｍと除電信号Ｓｅを生成し、複数の電極３に供給する。
電源部６は、本体６１の高圧４線ＳＷ回路６６，６７，６８の各々から、固定子１の領域Ｙ、領域Ａ及び領域Ｂのそれぞれの複数の電極３に、移動信号Ｓｍ或いは除電信号Ｓｅを供給することができる。

（本体６１とＡＣアダプターまたは電池６３）
本体６１は、ＡＣアダプターまたは電池６３から電力の供給を受けて動作する。ＡＣアダプターまたは電池６３からの電力の供給は、本体６１の自動切換え回路／電圧変換回路６４において行なわれる。自動切換え回路／電圧変換回路６４は、ＡＣアダプターと電池との両方からの電力の供給が可能なときには、電池を回路から切り離して電池からの電力の供給を遮断するとともにＡＣアダプターだけから電力の供給が行なわれるようにする。

（コントロールボックス６２）
コントロールボックス６２は、静電アクチュエータ１００における移動子２の移動動作と、除電を制御するコントローラである。コントロールボックス６２には操作者による操作が可能なように押ボタンスイッチ、切替スイッチ、十字スイッチ、ジョイスティック、等のうちの１以上の操作手段が設けられている。操作者がそれらの１以上を操作すると、コントロールボックス６２は指令信号を、本体６１のＩ／Ｆ６５に出力する。

上記指令信号は、例えば、開始、終了、前進、後退、移動速度、除電等を含む。開始は＋高圧発生回路及び−高圧発生回路からの高電圧出力を開始する指令信号であり、終了は＋高圧発生回路及び−高圧発生回路からの高電圧出力を停止する指令信号である。前進は移動子２を前進移動させる指令信号であり、後退は移動子２を後退移動させる指令信号である。移動速度は、移動子２の移動速度を決定する指令信号であり、移動信号Ｓｍの周波数を決定する指令信号でもある。移動速度を早くするときは、より高い周波数とする指令信号となり、移動速度を遅くするときはより低い周波数とする指令信号となる。

（本体６１の動作）
本体６１の動作は、コントロールボックス６２を操作者が操作することによって、制御することができる。例えば、コントロールボックス６２の操作によって、移動子２の移動速度、移動方向、除電などを制御することができる。コントロールボックス６２を操作者が操作すると、コントロールボックス６２から指令信号が出力される。この指令信号は本体６１のＩ／Ｆ６５を通じて本体６１のデータ処理部であるＣＰＵ（central processor unit）に入力される。入力された指令信号に基づいて本体６１のＣＰＵが本体６１の各部分（図６参照）の動作を決める信号を各部に出力する。その信号にしたがって各部分が動作することによって、本体６１は、移動信号Ｓｍ或いは除電信号Ｓｅを出力する。
本体部６１の各部は、自動切換え回路／電圧変換回路６４からの電力供給を受けて動作する。例えば、ＣＰＵには、定電圧化されて一定電圧の電力が供給される。

移動信号Ｓｍ及び除電信号Ｓｅの正及び負の電圧は、＋高圧発生回路及び−高圧発生回路から出力される電圧によって決定される。＋高圧発生回路は正の電圧を発生して高圧４線ＳＷ回路６６，６７，６８に出力し、−高圧発生回路は負の電圧を発生して高圧４線ＳＷ回路６６，６７，６８に出力する。
ここでの＋高圧発生回路は＋９００Ｖまでの正の電圧を発生でき、−高圧発生回路は−９００Ｖまでの負の電圧を発生できるようになっている。
本体６１のＣＰＵは、コントロールボックス６２からの指令信号に基づいて、必要なデータ処理を行い、＋高圧発生回路及び−高圧発生回路に出力させる電圧値を、電圧デコーダを経由して、＋高圧発生回路及び−高圧発生回路に出力する。前記電圧値は、移動信号Ｓｍのときは時間で一定であるが、除電信号Ｓｅとして電圧が減衰する除電信号Ｓｅｖのときは時間経過と共に減衰し、除電信号Ｓｅとして電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆのときは時間で一定である。
また、本体６１のＣＰＵは、コントロールボックス６２からの指令信号に基づいて、必要なデータ処理を行い、デコーダを経て、正・逆／停止パターン回路に、移動信号Ｓｍ或いは除電信号Ｓｅに応じたスイッチ操作信号を出力させる。スイッチ操作信号は、高圧４線ＳＷ回路６６，６７，６８に主力され、高圧４線ＳＷ回路６６，６７，６８は、スイッチ操作信号に基づいて、＋高圧発生回路及び−高圧発生回路から出力された高電圧をスイッチ操作して移動信号Ｓｍ或いは除電信号Ｓｅを生成する。
例えば、移動子２の移動速度を遅くするときは、スイッチ速度が遅くなり周波数の低い移動信号Ｓｍが生成され、周波数が漸増する形式の電圧正負時間減少の除電信号Ｓｅｆを出力させるときは、スイッチ速度が次第に早くなり周波数が漸増する形式の除電信号Ｓｅｆが生成される。

本実施形態では、移動信号Ｓｍは図３に示す４相式の信号であるので、本体６１は移動信号Ｓｍとして、移動信号Ｓｍ１、移動信号Ｓｍ２、移動信号Ｓｍ３、及び移動信号Ｓｍ４の４相の信号を出力する。移動信号Ｓｍ１、移動信号Ｓｍ２、移動信号Ｓｍ３、及び移動信号Ｓｍ４のそれぞれは、互いに独立している３つの高圧４線ＳＷ回路６６，６７，６８の各々から出力される。すなわち、高圧４線ＳＷ回路６６、高圧４線ＳＷ回路６７、及び高圧４線ＳＷ回路６８の各々は独立しており、各々が各々の移動信号Ｓｍ１、移動信号Ｓｍ２、移動信号Ｓｍ３、及び移動信号Ｓｍ４からなる移動信号Ｓｍを発生し出力する。このため、高圧４線ＳＷ回路６６、高圧４線ＳＷ回路６７、及び高圧４線ＳＷ回路６８の各々は、各々の移動信号Ｓｍが互いに異なる信号として、且つ互いに同期し例えば互いに１／４周期だけ位相がずれた信号として発生し出力することができる。

このように、電源部６は３系統の独立した高圧４線ＳＷ回路６６，６７，６８を備えた構成となっているが、１つのＣＰＵによって制御されており、指令信号に基づいて前記３系統の独立した高圧４線ＳＷ回路６６，６７，６８は、互いに協調して動作する。図６のブロック図で例示する構成の電源部６では、高圧４線ＳＷ回路６６は領域ＹにおいてＹ方向に移動させるＹ駆動用の４相の移動信号Ｓｍとして移動信号Ｓｍ１，Ｓｍ２，Ｓｍ３，及びＳｍ４を出力する。同様に、高圧４線ＳＷ回路６７は領域ＡにおいてＸ方向に移動させるＸ駆動Ａ用の４相の移動信号Ｓｍとして移動信号Ｓｍ１，Ｓｍ２，Ｓｍ３，及びＳｍ４を出力する。同様に、高圧４線ＳＷ回路６７は領域ＢにおいてＸ方向に移動させるＸ駆動Ｂ用の４相の移動信号Ｓｍとして移動信号Ｓｍ１，Ｓｍ２，Ｓｍ３，及びＳｍ４を出力する。

前記Ｙ駆動用の４相の移動信号Ｓｍは、図７の固定子１の領域Ｙの複数の電極３に供給し、前記Ｘ駆動Ａ用の４相の移動信号Ｓｍは、図７の固定子１のＡ領域の複数の電極３に供給し、前記Ｘ駆動Ｂ用の４相の移動信号Ｓｍは、図７の固定子１のＡ領域の複数の電極３に供給する。

次に、除電するときは、電源部６は、固定子１の複数の電極３の全てに同一の除電信号Ｓｅを供給する。この除電信号Ｓｅは、図４で例示した電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆ、或いは、図５に例示した電圧が減衰する除電信号Ｓｅｖである。例えば、除電信号Ｓｅとして、電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆを採用した電源部６である場合は、本体６１は、コントロールボックス６２から除電の指令信号が入力されると、高圧４線ＳＷ回路６６、高圧４線ＳＷ回路６７、及び高圧４線ＳＷ回路６８は、全て同一の除電信号Ｓｅｆを出力する。この電圧正負時間が減少する除電信号Ｓｅｆは、
前記移動速度を早くするときは周波数をより早くする指令信号をＣＰＵが出力し、移動速度を遅くするときは周波数をより低くする指令信号をＣＰＵが出力したのと同じように、ＣＰＵが周波数を次第に早くする指令信号すると共に、４線の出力を移動信号Ｓｍのように互いに異なる４相の信号とはせずに、全て位相の揃った同一の信号とする指令信号を出力する。
また、除電信号Ｓｅとして、電圧が減衰する除電信号Ｓｅｖを採用した電源部６である場合は、ＣＰＵが周波数を増加させる指令信号の代わりに、電圧を次第に低くする指令信号を出力する。

以上のように、帯電を減らすための除電信号Ｓｅは、除電を自動処理せずにマニュアル操作によって行う場合は、移動信号Ｓｍを供給する電源６が備えるコントロールボックス６２に除電指令用のスイッチの追加が必要にはなるが、ＣＰＵが実行するデータ処理内容をソフトウェア的に変更して、電源６の動作に変更を加えるのみで実現でき、装置を大型化せずに実現できる。
なお、除電信号Ｓｅの供給は、操作者の操作によるコントロールボックス６２からの強制的な指令信号によらずに、或いはこれと併用して、ＣＰＵが実行するデータ処理内容をソフトウェア的に変更することで、ＣＰＵに、移動子２の移動停止時に自動的に供給できるような指令を出力させて、自動処理してもよい。

１ 固定子
２ 移動子
３，３ａ〜３ｄ 電極
４，４ａ〜４ｄ バスライン
５，５ａ〜５ｄ 入力端子
６ 電源部
６１ 本体
６２ コントロールボックス
６３ ＡＣアダプターまたは電池
６４ 自動切換え回路／電圧変換回路
６５ Ｉ／Ｆ（インターフェイス）
６６ 高圧４線ＳＷ回路（領域Ｙ用）
６７ 高圧４線ＳＷ回路（駆動Ａ用）
６８ 高圧４線ＳＷ回路（駆動Ｂ用）
１００ 静電アクチュエータ
２００ 従来の静電アクチュエータ
Ａ 領域Ａ
Ｂ 領域Ｂ
Ｓｍ，Ｓｍ１〜Ｓｍ４ 移動信号
Ｓｅ 除電信号
Ｓｅｆ 除電信号（電圧正負時間が減少）
Ｓｅｖ 除電信号（電圧が減衰）
Ｙ 領域Ｙ

Claims (3)

1. 固定子と前記固定子上に配置された移動子とを備え、前記固定子及び前記移動子の互いの対向面に平行な方向に前記移動子を移動させる移動信号を前記固定子に設けられた複数の電極に供給する静電アクチュエータの制御方法であって、
   前記移動信号を前記複数の電極に供給しないときに、前記移動信号を供給する電極である前記複数の電極の各々に、前記固定子及び前記移動子に生じる帯電の帯電量を減少させる交流の除電信号を供給する静電アクチュエータの制御方法。
2. 前記除電信号は、正の電圧を印加する時間及び負の電圧を印加する時間である電圧正負時間が、時間と共に減少する信号である、請求項１に記載の静電アクチュエータの制御方法。
3. 前記除電信号は、正の電圧を印加する時間及び負の電圧を印加する時間である電圧正負時間における電圧の絶対値の最大値が、時間と共に減衰する信号である、請求項１に記載の静電アクチュエータの制御方法。
   

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