WO2007135888A1

WO2007135888A1 - 静電アクチュエータ

Info

Publication number: WO2007135888A1
Application number: PCT/JP2007/059918
Authority: WO
Inventors: Isao Takahashi
Original assignee: Alps Electric Co., Ltd.
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2007-11-29
Also published as: US20090079296A1; JP4810571B2; US7868516B2; JPWO2007135888A1

Abstract

【課題】　直進性に優れた静電アクチュエータを提供する。【解決手段】　移動中の可動子３０が、移動（Ｙ１）方向と直交するＸ２方向に位置ずれすると、固定子２０の固定側電極２３ｕ，２３ｖ，２３ｗに形成された変形パターン部と可動子３０の可動側電極３３ｕ，３３ｖ，３３ｗに形成された変形パターン部との間に、前記可動子３０をＸ１方向に戻す復帰力がそれぞれ作用する。このため、可動子３０の位置ずれを防止することができ、直進性に優れた静電アクチュエータを提供することができる。

Description

明細書

静電ァクチユエータ

技術分野

[0001] 本発明は、薄型フィルムを利用した平行平板型の静電ァクチユエータに係わり、特に移動方向への直進性を高めた静電ァクチユエータに関する。

背景技術

[0002] 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、制御性の向上を図つた静電ァクチユエータが記載されて、る。

[0003] 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ァクチユエータが記載されて、る。

特許文献 1：特開平 09 - 233858号公報（図 5、図 6)

特許文献 2：特開 2001— 162599号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 静電ァクチユエータでは、単に可動子が移動することができるというだけではなぐ固定子に対して可動子が進行方向に向力つ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。

[0005] し力し、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ぐ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。

[0006] 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つたが

、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。

[0007] この点、特許文献 1に記載のァクチユエータは、推力の変動を低減することについては記載されて、るが、移動の際の直進性にっヽては一切記載されて、な、。 [0008] また特許文献 2に記載のものは、回転型のァクチユエータであるから、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っ、ては一切記載されてヽな、。

[0009] 本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、平行平板型の静電ァクチユエータにお、て、可動子の移動方向への直進性を高めた静電ァクチユエ一タを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0010] 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ァクチユエータであって、

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バターンで形成され、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とが、同一のパターン形状で形成されてヽることを特徴とするものである。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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、るものが好ましい。

[0014] 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。

[0015] 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ぐしたがって可動子に位置ずれが起こりにくい静電ァクチユエータとすることができる。

[0016] また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、箇所に比べて広く形成されて、るものが好ま、。

[0017] 上記手段では、位置ずれした可動子を正常な状態に戻す復帰力を大きくすることができる。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力その場合でも復帰力を働かせることが可能となり、ずれに強い静電ァクチユエ一タとすることがでさる。

[0018] また本発明の静電ァクチユエータでは、少なくとも前記可動子が、薄いシート状に形成されて、るものが好まし、。

[0019] 上記手段では、可動子を軽量ィ匕することができる。このため、応答性に優れ、し力も低消費電力型の静電ァクチユエータとすることができる。

[0020] 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。

発明の効果

[0021] 本発明の静電ァクチユエータでは、外部力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。

[0022] すなわち、移動方向に対する直進性の高い静電ァクチユエータを提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0023] 図 1は本発明の静電ァクチユ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。

[0024] 図 1に示すように、本実施の形態に示す静電ァクチユエータ 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ァクチユエータである。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。このような静電ァクチユエータ 10は、例えばピックアップ、スライダ、ステージ、ディスクローデイング機構、人工筋肉など移動手段として利用することがでさる。

[0025] 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 (固定佃 J電極 23u, 23v, 23w)力 ^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榭脂製のフィルムなどでシート状に薄く形成されて、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ユングして形成された多数の電極 (導体バターン）を有している。

[0026] 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, 23 V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力前記変形パターン部は必ずしも連続的である必要はなぐ途中に直線部などを有するものであってもよ、。

[0027] 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。

[0028] 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 2 1の裏面を通じて配線されて、る。

[0029] 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 3 3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、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にそれぞれ弓 |き出されて!/、る。

[0030] 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、る。

[0031] 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を 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ベ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、る (Pa=Pb)。

[0032] 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 2 3v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で形成されてヽる。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 33 u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。

[0033] 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 (LZ2)に設定されて!、る

[0034] し力も、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, 23 w力幅 (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!ヽる。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, 33 w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。

[0035] 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、例えば榭脂製の微小ボールが散布され又はグリスが塗布されてヽる。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 3 0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、本発明の静電ァクチユエータでは、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。

[0036] 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。本発明の静電ァクチユ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。

[0037] 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 Ul, V 1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。

[0038] 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 2 0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。

[0039] 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 8 A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ァクチユ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!/、る。

[0040] 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 23ulと可動側電極 33ul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 23ulと前記可動側電極 33ulとの間には静電力 flが作用する。前記静電力 flのうち、 X方向に平行となる成分 (復帰力）が fl ' sin 0であり、 Y方向に平行となる成分 (推力）が f 1 · cos Θである。

[0041] 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 f 2が作用する。前記静電力 f 2のうち、 X方向に平行となる成分 (復帰力）が f 2 ' sin θ であり、 Υ方向に平行となる成分 (推力）が f 2 'cos Θである。

[0042] 一方に作用する前記静電力 fl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方向に釣り合つている場合には、前記復帰力 fl ' sin 0と前記復帰力 f 2 ' sin Θとが互いに打ち消し合う（Fx=fl . sin 0 -f2- sin 0 =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=fl 'cos Θ +f2-cos θ = (fl +f2) cos Θ = 2fcos Θ (ただし、 f=fl =f2)となる。

[0043] このように、通常は静電力 fl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。

[0044] しカゝも、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ァクチユエータでは、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。

[0045] 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。

[0046] 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 23ulと可動側電極 33ulとの間に前記図 7の場合とは逆向きとなる静電力 fl '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 fl 'と前記静電力 f 2'とは、共に X方向に平行となる成分 (復帰力） fix' , f2x'が、 Y方向に平行となる成分 (推力）よりも大きい。し力も前記成分 fix'と前記成分 f2x'の向き共に XI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 XI方向に戻そうとする復帰力（前記成分 fix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の全体力一時的に 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。

[0047] 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、この静電ァクチユエータ 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。

[0048] 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。

[0049] 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ァクチユエータについて説明する。

[0050] 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。

[0051] 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。しカゝも、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, 23vX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。

[0052] し力し、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（XI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、る（P0く PI < P2< P3< P4)点で相違している。し力も、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。 [0053] 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。

[0054] 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、部分が最も狭ぐ両幅方向（XI方向および X2方向）に離れるにしたがって徐々に広がる P 0く PI < P2< P3< P4の関係で形成されている。

[0055] このように、本願発明の静電ァクチユエータ 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と力同一のパターン形状で形成されて、ることが好まし、。

[0056] 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力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。

[0057] 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、ればよぐ必ずしも P0< PI < P2< P3< P4の関係で形成されて、る必要はなヽ。例えば PO >P1 >P2>P3 > P4の関係であってもよ！/ヽし、 P0く P1 < P2、 P2>P3 >P4などの関係であってもよい。

[0058] 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ぐ前記幅方向の両端部ほど広く形成した場合（

POく P1 < P2< P3< P4の関係の場合）の方力より大きな復帰力を得ることができる（回転に強、）点で好ま、。

[0059] 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にそれぞれ弓 |き出されて!/、る。

[0060] 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。

[0061] 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, 3 3w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、静電気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。

[0062] 第 2の実施の形態に示す静電ァクチユエータでは、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、 33 V, 33wのピッチ寸法 P力 X方向（幅方向）においてそれぞれ異なる。このため、図 1 2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 PO内で発生する静電力 fl, f2と、ピッチ P2内で発生する静電力 fl '， f2'とが異なるように、ピッチごとに発生する静電力 fl, f2の大きさおよび方向が異なる。

[0063] ただし、可動子 30Aの移動中心線（Ob— Ob)力固定子の移動中心線（Oa—Oa )上を移動する限りにお、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（flsin 0 -f2sin 0 =fl ' sin 0 f 2' sin 0 =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。

[0064] 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 PO, PI, P2, P3, P4ごとに発生する推力をそれぞれ FO, Fl, F2, F3, F4とする。すると、前記推力 FO, Fl, F2, F 3, F4の間には、 FOく F1 <F2く F3く 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 23ul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 33ulと可動側電極 33u2の長さ寸法が、各ピッチ PO, PI, P2, P3, P4ごとに異なることに起因する。

[0065] 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。このため、移動中心線 Oa— Oa (Ob Ob)を挟んで、図示 XI側に発生する推力 Fy 1と図示 X2 側に発生する推力 Fy2は、共に Fyl =Fy2 = F0Z2+ (Fl +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 - O b)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。

[0066] そして、可動子 30A全体の総推力∑ Fは、可動子 30Aに設けられた固定側電極 2 3u, 23vおよび 23wの総数 nに比例し、総推力∑F=n'Fで表される。前記可動子 3 OAは、この総推力∑Fを受けて移動方向（Y方向）に移動することになる。

[0067] なお、移動中心線 Oa— Oa (Ob— Ob)を挟んで、図示 XI側に発生する総推力∑F ylと図示 X2側に発生する総推力∑Fy2は、∑Fyl =∑Fy2=n'FZ2である。

[0068] 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 XI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。

[0069] 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 1 2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 1 3A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ァクチユ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。

[0070] 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を有する山の部分力固定子 20Aの移動中心線 Oa— Oaからピッチ寸法 P 1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、 XIおよび X2の幅方向の端部に向力うほど大きく位置ずれすること〖こなる。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 3 3ul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ぐ端部に向かうほど大きい。し力も、前記個々の復帰力 fxの方向はすべて XI方向である。このため、図 13 C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∑f X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力重なることになる（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。

[0071] 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, 33 w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 3 OA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。

[0072] 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, 3 3v, 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ぐしたがって可動子 30Aに位置ずれが起こりにくい静電ァクチユエータとすることができる。

[0073] 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 PO, PI, 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。

[0074] 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力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)や正弦波状力もなる変形パターン部であってもよい。

[0075] 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ぐ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力例えば異なるピッチ間隔 LI, 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、。

[0076] 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ぐ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 23ul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。

[0077] さらに、本発明の静電ァクチユ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がポリイミドなど力も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も同様の構成力もなるベース層 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。

[0078] 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。この静電ァクチユエータでは、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ぐ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。

[0079] 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力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、ればよ、。

図面の簡単な説明

[0080] [図 1]本発明の静電ァクチユエータの概略を示す分解斜視図、

[図 2]固定子および可動子の内部構造を示す部分断面図、

[図 3]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]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]固定子と可動子とが積層された状態を示す部分断面図、 [図 6]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、

[図 7]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]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]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]移動状態にある補正の様子を示す静電ァクチユ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、

[図 10]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]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]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、

[図 13]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、

[図 14]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ァクチユ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、 [図 15]電極のパターンの他の実施の形態を示す平面図、

[図 16]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 静電ァクチユエータ

20, 20 A 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 /レーホ一ノレ

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 スルーホーノレ

40 潤滑剤

fx 復帰力

Pa, PO, PI, 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

請求の範囲

[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ァクチユエータであって、

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ヽることを特徴とする静電ァクチユエータ。

[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、る請求項 1記載の静電ァクチユエータ。

[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記載の静電ァクチユエータ

[4] 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、箇所に比べて広く形成されて、る請求項 1な、し 3の、ずれかに記載の静電ァクチユエータ。

[5] 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 4のいずれかに記載の静電ァクチユエータ。

[6] 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、し 5の、ずれかに記載の静電ァクチユエータ。