(57)【要約】【課題】低消費電力の停止手段を備えた静電アクチュエータを提供すること。【解決手段】移動方向に周期的に変化する電位分布を有する移動子１０１が、それに対向して固定子１０２上に帯状に並べて配置された駆動電極１０９に対する電圧を走査することで駆動される走査型静電アクチュエータにおいて、上記駆動電極１０９に一定の電圧を印加することによって上記移動子１０１を保持する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動方向に周期的に変化する電位分布を有する移動子が、それに対向して固定子上に帯状に並べて配置された駆動電極に対する電圧を走査することで駆動される走査型静電アクチュエータにおいて、
上記駆動電極に一定の電圧を印加することによって上記移動子を保持する保持手段を備えたことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
上記保持手段は、
上記駆動電極の電圧を走査する駆動電源回路と、
上記駆動電極に一定電圧を印加する停止用電源回路と、
上記駆動電源回路と上記停止用電源回路とを切り替える切り替え手段と、
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。
【請求項３】
上記停止用電源回路は、上記移動子と上記駆動電極との間の電位差を保持するためのキャパシタ素子を有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。
【請求項４】
上記移動子の周期的に変化する電位分布が、上記移動子上で上記駆動電極に対向する部位に配置された交差指状電極に印加する電圧を制御することによって生じ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。
【請求項５】
上記交差指状電極への電圧制御が、上記固定子上に形成された一対の固定子誘導電極と、上記移動子上で一対の上記固定子誘導電極に対向して設けられた移動子誘導電極との静電誘導によって成されることを特徴とする請求項４に記載の静電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子と可動子との間に作用する静電気力により可動子を移動させる静電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
単純な構成で効率の良い駆動が可能な走査型静電アクチュエータの実用化が期待されている。
【０００３】
このような静電アクチュエータとしては、例えば、特許文献１に開示された方法が知られている。この方法について図３を用いて簡単に説明する。即ち、固定子１１に設けられた駆動電極１３と、移動子２１に設けられた交差指状電極２３の両方に交流電圧を印加して、駆動電極１３と交差指状電極２３に生じる静電気力によって移動子２１を変位させる。ここで、移動子２１の速度は駆動電極１３と交差指状電極２３に印加される周波数差によって決まる。
【特許文献１】特開平６−７８５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示の方法では、移動子２１を停止させる方法については明記されていない。実際にアクチュエータとして利用するためには、外力に抗して停止させるための停止手段は不可欠であり、特に消費電力の小さい停止手段を備えることが望ましい。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、低消費電力の停止手段を備えた静電アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の静電アクチュエータの一態様は、
移動方向に周期的に変化する電位分布を有する移動子が、それに対向して固定子上に帯状に並べて配置された駆動電極に対する電圧を走査することで駆動される走査型静電アクチュエータにおいて、
上記駆動電極に一定の電圧を印加することによって上記移動子を保持する保持手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、低消費電力の停止手段を備えた静電アクチュ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】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【０００９】
図２は、本発明の実施の形態に係る静電アクチュエータの移動子１０１及び固定子１０２の構造を示す図である。
【００１０】
移動子１０１は、樹脂フィルム１０３の中に交差指状電極としての電極パターン１０４及び１０５が形成された構成となっており、電極パターン１０４，１０５は、図示したように、移動子誘導電極である両側部の基部１０４−１，１０５−１と、交差指状の指部１０４−２，１０５−２と、から成っている。
【００１１】
固定子１０２は、樹脂フィルム１０６中に上層電極パターンと下層電極パターンが形成された構成である。ここで、上層電極パターンは、固定子誘導電極である誘導電極１０７，１０８及び等間隔で配置された駆動電極１０９から成り、下層電極パターンは、配線１１０，１１１，１１２，１１３から成る。また、駆動電極１０９と配線１１０，１１１，１１２，１１３とは所定部位でコンタクト孔１１４によって電気的に接続されている。この接続については、駆動電極１０９は図示したように４つの電極を１つの周期としてコンタクト孔１１４を介して配線１１０，１１１，１１２，１１３に順次接続されている。
【００１２】
動作時には、固定子１０２上に移動子１０１が配置され、電極パターン１０４の基部１０４−１と誘導電極１０７とが、また、電極パターン１０５の基部１０５−１と誘導電極１０８とが、それぞれ対向する。また、電極パターン１０４，１０５の指部１０４−２，１０５−２と駆動電極１０９とがそれぞれ対向する。このため、誘導電極１０７に電圧を印加すると、静電誘導によってそれに対向する電極パターン１０４の基部１０４−１に電荷が誘起され、結果として電極パターン１０４の指部１０４−２は誘導電極１０７の電圧に応じた電位となる。同様に、誘導電極１０８に電圧を印加すると、静電誘導によってそれに対向する電極パターン１０５の基部１０５−１に電荷が誘起され、結果として電極パターン１０５の指部１０５−２は誘導電極１０８の電圧に応じた電位となる。
【００１３】
なお、特に図示しないが、誘導電極１０７，１０８及び配線パターン１１０，１１１，１１２，１１３には、外部の制御回路に接続するための配線が形成されている。ここで、上述のように電極パターン１０４，１０５の指部１０４−２，１０５−２の電位は、誘導電極１０７，１０８の電圧に応じた電位となるので、結果として、移動子１０１に配線を接続することなく、電極パターン１０４，１０５の指部１０４−２，１０５−２の電位を制御することが可能となる。
【００１４】
次に、本実施の形態に係る静電アクチュエータの動作について、図１（Ａ）を用いて説明する。
【００１５】
この図は、アクチュエータの電極の結線について模式的に示したもので、固定子１０２では、駆動電極１０９はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各相の配線に接続され、これらは互いに９０°づつ位相の異なる４相交流電源に接続される。ここで、図２の説明から、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各相の配線は、配線１１０，１１１，１１２，１１３に接続された配線に対応することは言うまでもない。
【００１６】
一方、移動子１０１では、電極パターン１０４，１０５の指部１０４−２，１０５−２の電位は、上述のように固定子１０２の誘導電極１０７，１０８に印加される電圧によって制御されるので、図１（Ａ）の配線Ｕ，Ｖは誘導電極１０７，１０８に接続された配線に対応することになる。
【００１７】
ここで、図示したように電極パターン１０４，１０５の指部１０４−２，１０５−２のピッチは、駆動電極１０９のピッチの丁度２倍となっている。このため、誘導電極１０７，１０８を介して２相交流電圧が印加される電極パターン１０４，１０５の指部１０４−２，１０５−２の１周期分の長さλ１と、４相交流電圧が印加される駆動電極１０９の１周期分の長さλ２とは等しい。従って、Ｕ，Ｖに印加される２相交流電圧の周波数とＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに印加される４相交流電圧の周波数が、等しい時に移動子は停止して、異なる時にその周波数差に応じた速度で移動子が変位する。
【００１８】
加えて、上述の２相交流電圧と４相交流電圧の周波数が等しい場合には、両者の位相差によって移動子１０１が静止する位置を制御できるので、例えば異なる周波数を印加することで駆動しながら、漸次周波数差を小さくして、所定の位相差で周波数差を０となるように制御することで、移動子１０１をスムースに目的の位置に停止させることができる。
【００１９】
次に、本実施の形態に係る静電アクチュエータにおける保持手段としての制御回路について、図１（Ｂ）を用いて説明する。
【００２０】
固定子１０２における、図１（Ａ）で示した配線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｕ，Ｖは、切り替え手段としての切り替えスイッチ１１５によって、一括して駆動用回路１１６と停止用回路１１７とに切り替えられる。配線Ｕ，Ｖには、第１交流電源１１８の出力をトランス１１９によって昇圧した交流電圧が印加される。ここで、ＵとＶの位相差は１８０°となっている。配線Ａ，Ｃには、第２交流電源１２０の出力をトランス１２１によって昇圧した交流電圧が印加される。ここで、ＡとＣの位相差は１８０°となっている。また、配線Ｂ，Ｄには、上記第２交流電源１２０の出力に９０°の位相差を与える位相シフタ１２２を介して、トランス１２３によって昇圧した交流電圧が印加される。ここで、ＢとＤの位相差は１８０°となっている。結果として、配線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄには、９０°づつの位相差を持つ交流電圧が印加されることになる。
【００２１】
このため、切り替えスイッチ１１５が駆動用回路１１６に接続されている場合（切り替えスイッチ１１５が図示した状態の時）は、第１交流電源１１８及び第２交流電源１２０の周波数を制御することで、その周波数差に応じた速度で移動子１０１を変位させることができる。また、第１交流電源１１８及び第２交流電源１２０の周波数を等しくして、その両電源の位相差を制御することで、移動子１０１を任意の位置に静止させることができる。
【００２２】
次に、切り替えスイッチ１１５が停止用回路１１７に接続されている場合（切り替えスイッチ１１５が図示した状態の逆接続の時）は、キャパシタ素子であるコンデンサ１２４に蓄積された電荷よって、配線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと配線Ｕ，Ｖの間に所定の電圧が印加されることになる。結果として、駆動電極１０９と電極パターン１０４，１０５の指部１０４−２，１０５−２との間に直流電圧が印加されることになって、電極パターン１０４，１０５の指部１０４−２，１０５−２が静電気力によって駆動電極１０９に引き寄せられて、移動子１０１が固定子１０２に貼り付いた状態となる。このようにして、移動子１０１を固定子１０２に対して所定の保持力で静止させることができる。ここで、コンデンサ１２４の容量は、駆動電極１０９と電極パターン１０４，１０５の指部１０４−２，１０５−２との間に必要な電位差を与え得るように十分に大きな値である。また、微小なリーク電流などによって駆動電極１０９と電極パターン１０４，１０５の指部１０４−２，１０５−２との間に必要な電位差が低下するのを補償するために、所定の周期で所定期間スイッチ１２５をＯＮ状態とすることで、直流電圧源１２６によってコンデンサ１２４を再充電する。なお、停止用回路１１７は、移動子１０１を単純に固定子１０２に貼り付けることが目的であるので、通常の使用では駆動状態でアクチュエータに印加される電圧よりも大幅に低い電圧で十分である。
【００２３】
一般的には、駆動用回路１１６のみでも第１交流電源１１８と第２交流電源１２０の周波数を等しくすることで、移動子１０１を停止させることは可能であるが、一定周波数の電圧を印加するだけでも相当の電力消費があるのに対して、停止時には停止用回路１１７に切り替えることで、その状態では駆動用回路１１６を停止させることが可能になる。停止用回路１１７は、印加電圧も小さく、また直流であることから、消費電力は昇圧機構（必要であれば）のロス分と微小なリーク電流程度であるので、駆動用回路１１６で移動子１０１側と固定子１０２側に同じ周波数の交流電圧を印加するよりも大幅に消費電力を低減することができる。特に、本実施の形態のように所定周期でコンデンサ１２４に充電する構成であれば、消費電力を非常に小さくすることが可能である。
【００２４】
このように、本実施の形態では、停止時と駆動時で電源回路を切り替えることによって、停止時の消費電力が小さい静電アクチュエータを提供することができる。
【００２５】
なお、本実施の形態にあっては、移動子１０１の電極の電圧を固定子１０２側に配置された電極の静電誘導によって制御する形態の静電アクチュエータについて示したが、特許文献１に開示されたような移動子に直接配線を接続する形態の静電アクチュエータにも適用可能であることは言うまでもない。
【００２６】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００２７】
（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
【００２８】
（１）  移動方向に周期的に変化する電位分布を有する移動子が、それに対向して固定子上に帯状に並べて配置された駆動電極に対する電圧を走査することで駆動される走査型静電アクチュエータにおいて、
上記駆動電極に一定の電圧（直流電圧）を印加することによって上記移動子を保持する保持手段を備えたことを特徴とする静電アクチュエータ。
【００２９】
（作用効果）
この（１）に記載の静電アクチュエータによれば、静止時には駆動電極に一定の電圧を印加して移動子を固定子に静電引力によって貼り付けることで、停止時の消費電力を低減することができる。
【００３０】
（２）  上記保持手段は、
上記駆動電極の電圧を走査する駆動電源回路と、
上記駆動電極に一定電圧を印加する停止用電源回路と、
上記駆動電源回路と上記停止用電源回路とを切り替える切り替え手段と、
を有することを特徴とする（１）に記載の静電アクチュエータ。
【００３１】
（作用効果）
この（２）に記載の静電アクチュエータによれば、静止時と駆動時で電源回路を切り替えることで、停止時の消費電力を低減することができる。
【００３２】
（３）  上記停止用電源回路は、上記移動子と上記駆動電極との間の電位差を保持するためのキャパシタ素子を有することを特徴とする（２）に記載の静電アクチュエータ。
【００３３】
（作用効果）
この（３）に記載の静電アクチュエータによれば、停止用の直流電圧をキャパシタ素子から供給することで、静止時の消費電力を更に低減することができる。
【００３４】
（４）  上記移動子の周期的に変化する電位分布が、上記移動子上で上記駆動電極に対向する部位に配置された交差指状電極に印加する電圧を制御することによって生じることを特徴とする（１）に記載の静電アクチュエータ。
【００３５】
（５）  上記交差指状電極への電圧制御が、上記固定子上に形成された一対の固定子誘導電極と、上記移動子上で一対の上記固定子誘導電極に対向して設けられた移動子誘導電極との静電誘導によって成されることを特徴とする（４）に記載の静電アクチュエータ。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態に係る静電アクチュエータの電極の結線について模式的に示した図であり、（Ｂ）は実施の形態に係る静電アクチュエータにおける制御回路の回路構成図である。
【図２】実施の形態に係る静電アクチュエータの移動子及び固定子の構造を示す図である。
【図３】従来の静電アクチュエータの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０１…移動子、  １０２…固定子、  １０３…樹脂フィルム、  １０４，１０５…電極パターン、  １０４−１，１０５−１…基部、  １０４−２，１０５−２…指部、  １０６…樹脂フィルム、  １０７，１０８…誘導電極、  １０９…駆動電極、  １１０，１１１，１１２，１１３…配線、  １１４…コンタクト孔、  １１５…切り替えスイッチ、  １１６…駆動用回路、  １１７…停止用回路、  １１８…第１交流電源、  １１９，１２１，１２３…トランス、１２０…第２交流電源、  １２２…位相シフタ、  １２４…コンデンサ、  １２５…スイッチ、  １２６…直流電圧源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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