(57)【要約】【課題】移動子の駆動方向の制御性及び移動子の停止時の制御性を向上させることができるエレクトレット駆動装置を提供すること。【解決手段】移動子２の駆動方向に沿った２つの端面部に、一対の第２のエレクトレット化部位５ｃを設け、固定子１側の第２のエレクトレット化部位５ｃの近傍に、第２の電極４ａ、４ｂを設ける。移動子２の駆動時に第２のエレクトレット化部位５ｃと第２の電極４ａ、４ｂとの間に反発力を発生させ、移動子２の停止時には、第２のエレクトレット化部位５ｃと第２の電極４ａとの間に吸引力、第２のエレクトレット化部位５ｃと第２の電極４ｂとの間に反発力を発生させる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動方向に沿って形成された複数の第１のエレクトレット化部位と、上記駆動方向に沿った２つの端面部に形成された少なくとも１対の第２のエレクトレット化部位とを有する移動子と、
上記第１のエレクトレット化部位と対向するように配列された第１の電極と、上記２つの端面部それぞれの近傍に配置された少なくとも１対の第２の電極とを有する固定子と、
を具備することを特徴とするエレクトレット駆動装置。
【請求項２】
上記移動子の第１の電極に電圧を印加して上記移動子を駆動させると共に、上記少なくとも１対の第２のエレクトレット化部位とこの第２のエレクトレット化部位にそれぞれ対応する上記第２の電極との間に反発力が発生するように上記第２の電極に電圧を印加する制御手段を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のエレクトレット駆動装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記移動子の駆動終了時には、上記少なくとも１対の第２のエレクトレット化部位のうちの一方とこの第２のエレクトレット化部位に対応する上記第２の電極との間に吸引力が発生するように上記第２の電極に電圧を印加することを更に行うことを特徴とする請求項２に記載のエレクトレット駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットを利用して移動子の駆動を行うエレクトレット駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、静電アクチュエータについての提案は成されており、例えば特許文献１では、複数の帯状の電極に印加された電圧により薄膜で構成された移動子に電荷を誘起し、移動子に誘起させた電荷と電極の電荷との間の静電力を利用して移動子を静電駆動する静電アクチュエータが提案されている。
【０００３】
また、静電アクチュエータの中には、特許文献２の提案のように、移動子を予め帯電処理が施されたエレクトレットフィルムで構成し、このエレクトレットフィルムに保持された電荷を利用して移動子を駆動するエレクトレット駆動装置も提案されている。このようなエレクトレットフィルムを利用したエレクトレット駆動装置では、移動子の駆動時に電荷を誘起させる必要がなく、特許文献１の静電アクチュエータと比較して低電圧の駆動が可能である。
【特許文献１】特開平８−２２０５９２号公報
【特許文献２】特開平４−１１２６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなエレクトレット駆動装置において、移動子を封止することで、装置内部に塵埃などが侵入しないように構成することが考えられるが、このような場合において、移動子を駆動させた時にその駆動方向が所望の駆動方向よりもずれている場合には、そのずれた方向に存在する壁面から摩擦力を受けるなどして移動子の駆動速度が低下してしまう可能性がある。
【０００５】
また、移動子を高速駆動している状態から、移動子を停止させる制御を行う際に、電極と移動子との間の吸引力のみで停止させた場合には、慣性などの影響で所望の停止位置から少しずれた位置で停止してしまう可能性もある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、移動子の駆動方向の制御性及び移動子の停止時の制御性を向上させることができるエレクトレット駆動装置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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様によるエレクトレット駆動装置は、駆動方向に沿って形成された複数の第１のエレクトレット化部位と、上記駆動方向に沿った２つの端面部に形成された少なくとも１対の第２のエレクトレット化部位とを有する移動子と、上記第１のエレクトレット化部位と対向するように配列された第１の電極と、上記２つの端面部それぞれの近傍に配置された少なくとも１対の第２の電極とを有する固定子とを具備することを特徴とする。
【０００８】
この第１の態様によれば、移動子を駆動するための第１のエレクトレット化部位、第１の電極のほかに、第２のエレクトレット化部位、第２の電極を設けたことにより、移動子の駆動方向の制御性及び移動子の停止時の制御性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、移動子の駆動方向の制御性及び移動子の停止時の制御性を向上させることができるエレクトレット駆動装置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】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
はじめに、エレクトレットを利用したエレクトレット駆動装置の駆動原理について説明する。
【００１１】
本エレクトレット駆動装置は、基本的に固定子１と移動子２とを備えており、移動子２は固定子１に対して図１（ａ）及び（ｂ）において左右方向に移動自在に構成されている。更に、この固定子１には、上記移動子２の移動方向と直交する方向に、帯状の複数の延出された第１の電極（駆動電極）４が互いに平行に所定の間隔で並設されている。
【００１２】
上記移動子２は、永久分極され、延出された第１の電極４に対して平行に並べられた誘導体（第１のエレクトレット化部位）の部位を複数備えている。
【００１３】
このような構成において、第１の電極４に周波電圧を印加すると、第１の電極４と上述した第１のエレクトレット化部位との間に吸引力若しくは反発力が発生し、結果的に移動子２が固定子１に対して相対移動する。
【００１４】
図２は、こうしたエレクトレット駆動装置の断面を模式的に示すと共に該静電アクチュエータの駆動回路を示した図である。
【００１５】
エレクトレット駆動装置において、固定子１に並設されたそれぞれの第１の電極４には、駆動回路１０からの電圧信号線が接続されている。これらの電圧信号線には、４相の電圧信号が印加されるようになっており、従って、第１の電極４には、４本毎に同一の電圧信号が印加される。図２では、第１の電極４にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの符号を付してこの電圧信号を区別している。
【００１６】
なお、この図は、あくまでも模式図であり、実際の第１の電極や第１のエレクトレット化部位の数や配置間隔は、装置の大きさ、開口部の面積、第１のエレクトレット化部位の極性、その配置形態、エレクトレット駆動装置として要求される駆動分解能やその駆動速度等の様々な要因によって適宜決定されるものである。また、このエレクトレット駆動装置の場合、正負の極性を有する第１のエレクトレット化部位が交互に配置されたタイプであるが、何れか一方の極性を省略しても良い。
【００１７】
図２の左側には、上述したエレクトレット駆動装置の構成と共に、エレクトレット駆動装置に印加する電圧信号を発生するための駆動回路１０の構成が示されている。
【００１８】
パルス発生回路１２で生成した矩形波列（駆動パルス信号）は、昇圧回路１４及び位相器１５に供給される。昇圧回路１４では、入力された矩形波列が１００Ｖ程度まで昇圧されると共に、２つの極性を有する電圧信号に分岐されて、第１の電極４Ａ及び４Ｃに供給される。一方、位相器１５に入力された矩形波列は、９０°位相が遅れた波形となり、その後、昇圧回路１４に入力されて、上述と同様の２つの矩形波列となり、第１の電極４Ｂ及び４Ｄに供給される。
【００１９】
図３は、上記駆動回路１０によって作成されて、第１の電極４Ａ〜４Ｄに印加される電圧信号列の例を示したタイミングチャートである。このうち、図３（ａ）は第１の電極４Ａ、図３（ｂ）は第１の電極４Ｂ、図３（ｃ）は第１の電極４Ｃ、図３（ｄ）は第１の電極４Ｄのタイミングチャートである。
【００２０】
なお、第１の電極４Ａ〜４Ｄの電圧の状態は、時間ｔ１〜ｔ４の４つの状態が、時間経過に対応して繰り返して変化するものである。
【００２１】
図４（ａ）〜（ｄ）は、上述したエレクトレット駆動装置の動作を説明する図である。なお、図４（ａ）〜（ｄ）において、同図右側方向を移動子２の進行方向として、後方側（左側）に正極（プラス）の第１のエレクトレット化部位５ａ、前方側（右側）に負極（マイナス）の第１のエレクトレット化部位５ｂが配列されているものとする。
【００２２】
図４（ａ）は、図３に示される時間ｔ１に切り替わった直後の第１のエレクトレット化部位と第１の電極４の電圧の状態（極性）を示している。
【００２３】
この状態において、正極の第１のエレクトレット化部位５ａは、第１の電極４Ａ（正極）から反発力を受け、第１の電極４Ｂ（負極）から吸引力を受ける。また、負極の第１のエレクトレット化部位５ｂは、第１の電極４Ｃ（負極）から反発力を受け、第１の電極４Ｄ（正極）から吸引力を受ける。このため、移動子２は、図４（ａ）の右方向に力を受けて、１つの電極ピッチｄ分右方向に移動する。
【００２４】
図４（ｂ）は、時間ｔ２に切り替わった直後の第１のエレクトレット化部位と第１の電極の電圧の状態を示している。
【００２５】
この状態において、第１のエレクトレット化部位５ａは、第１の電極４Ｂ（正極）から反発力を受け、第１の電極４Ｃ（負極）から吸引力を受ける。また、第１のエレクトレット化部位５ｂは、第１の電極４Ｄ（負極）から反発力を受け、もう１つの第１の電極４Ａ（正極）から吸引力を受ける。このため、移動子２は、図４（ｂ）の右方向に力を受けて、１つの電極ピッチｄ分移動する。
【００２６】
同様に、図４（ｃ）は、時間ｔ３に切り替わった直後の第１のエレクトレット化部位と第１の電極の電圧の状態を示している。
【００２７】
この状態において、第１のエレクトレット化部位５ａは、第１の電極４Ｃ（正極）から反発力を受け、第１の電極４Ｄ（負極）から吸引力を受ける。また、第１のエレクトレット化部位５ｂは、第１の電極４Ａ（負極）から反発力を受け、第１の電極４Ｂ（正極）から吸引力を受ける。このため、移動子２は、図４（ｃ）の右方向に力を受けて、１つの電極ピッチｄ分移動する。
【００２８】
更に、図４（ｄ）は、時間ｔ４に切り替わった直後の第１のエレクトレット化部位と第１の電極の電圧の状態を示している。
【００２９】
この状態において、第１のエレクトレット化部位５ａは、第１の電極４Ｄ（正極）から反発力を受け、第１の電極４Ａ（負極）から吸引力を受ける。また、第１のエレクトレット化部位５ｂは、第１の電極４Ａ（負極）から反発力を受け、第１の電極４Ｃ（正極）から吸引力を受ける。このため、移動子２は、図４（ｄ）の右方向に力を受けて、１つの電極ピッチｄ分移動する。
【００３０】
上述したように、移動子２は１つの電極ピッチｄ移動し、この動作が繰り返されることで、移動子２は図４（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）のように右方向（図示矢印Ｆ方向）に移動する。なお、移動子２を図の左方向に移動するためには、第１の電極４に印加する電圧の極性を逆順で切り替えれば良い。
【００３１】
また、本エレクトレット駆動装置の固定子１には、図５に示すように、支持部材１ａが取り付けられており、更に支持部材１ａを介して保護部材１ｂが取り付けられている。ここで、支持部材１ａは固定子１の周囲に取り付けられているものであるが、図５では紙面前側と紙面奥側の支持部材１ａについては図示を省略している。このように、本エレクトレット駆動装置の移動子２は、固定子１と、支持部材１ａと、保護部材１ｂとによって封止されており、装置内部への塵埃の侵入などが防止される構造になっている。このような移動子２が封止された構造のエレクトレット駆動装置では、移動子２の駆動方向がずれてしまうと、移動子２と支持部材１ａとが接触し、このときの摩擦などの影響で移動子２の駆動速度が低下してしまうことなどが考えられる。
【００３２】
図６は、本発明の一実施形態に係るエレクトレット駆動装置の構成を示す図である。ここで、図６は、保護部材１ｂを省略して図示されている。本一実施形態では、図６に示すように、移動子２を駆動するための第１のエレクトレット化部位に加えて、移動子２の駆動方向に沿った２つの端面部に１対の第２のエレクトレット化部位５ｃが形成されている。更に、これら１対の第２のエレクトレット化部位５ｃに対応する第２の電極４ａ、４ｂが支持部材１ａに設けられている。これら第２の電極４ａ、４ｂは、それぞれ移動子２の側方端面に対向するように設けられている。
【００３３】
図７は、図６のエレクトレット駆動装置を移動子２の駆動方向（進行方向）側から見た図である。図７のような構成とすることにより、移動子２は、第１の電極４と第２の電極４ａ、４ｂの両方から静電力を受けるようになる。
【００３４】
図８は、図６、図７のエレクトレット駆動装置の駆動回路について示した図である。ここで、図２と同様の構成については説明を省略する。  
図８において、パルス発生回路１２で生成された矩形波列は、インダクタンスからなる昇圧回路１４ｂに供給される。昇圧回路１４ｂでは、入力された矩形波列が１００Ｖ程度まで昇圧され、さらに正負２つの極性を有する電圧に分岐される。また、図８に示す昇圧回路１４ｂの正極出力及び負極出力のそれぞれにはダイオードが直列に接続され、更に平滑コンデンサが並列に接続されている。更に、第２の電極４ａと昇圧回路１４ｂの正極出力との間にはフォトリレーなどからなるスイッチング回路１４ｃが設けられている。
【００３５】
このような回路構成において、スイッチング回路１４ｃのスイッチが図の実線側にあるときには、昇圧回路１４ｂの負極出力から矩形状の交流電圧が出力された後、交流電圧の正側の成分がダイオードにおいて除去される。更に、ダイオードからの出力電圧が平滑コンデンサにおいて平滑化され、略一定の負の電圧として第２の電極４ａ、４ｂのそれぞれに供給される。一方、スイッチング回路１４ｃのスイッチが図の破線側にあるときには、昇圧回路１４ｂの正極出力から矩形状の交流電圧が出力された後、交流電圧の負側の成分がダイオードにおいて除去される。更に、ダイオードからの出力電圧が平滑コンデンサにおいて平滑化され、略一定の正の電圧として第２の電極４ａに供給される。
【００３６】
ここで、スイッチング回路１４ｃにおけるスイッチの切り換え制御は、ＣＰＵから構成されている制御部１００において行われる。即ち、移動子２の駆動開始から停止直前までの間、制御部１００は、スイッチング回路１４ｃのスイッチを図８の実線側に切り換えて第２の電極４ａ、４ｂのそれぞれに略一定の負の電圧が供給されるようにする。一方、移動子２の停止時に、制御部１００は、スイッチング回路１４ｃのスイッチを図８の破線側に切り換えて第２の電極４ａのみに略一定の正の電圧が供給されるようにする。なお、制御部１００では、パルス発生回路１２の動作制御も行われる。
【００３７】
図９は、移動子２の駆動開始から駆動停止までの処理について示すフローチャートである。  
移動子２の駆動開始時において、制御部１００は、第１の所定電圧を第２の電極４ａ、４ｂに印加するように、パルス発生回路１２とスイッチング回路１４ｃとに指示を送る（ステップＳ１）。このステップＳ１の第１の所定電圧とは、第２のエレクトレット化部位と第２の電極との間に反発力が発生するような電圧である。例えば、第２のエレクトレット化部位５ｃが負に帯電している場合には、スイッチング回路１４ｃのスイッチを図８の実線側に切り換えるようにする。これにより、図１０の矢印Ｆ１、Ｆ２のような静電力が移動子２に作用するので、移動子２の駆動方向が安定する。
【００３８】
なお、図１０は、第２のエレクトレット化部位５ｃが負に帯電している場合の例であり、第２のエレクトレット化部位５ｃが正に帯電している場合には、第２の電極４ａ、４ｂにそれぞれ正の電圧を印加するようにすることは言うまでもない。
【００３９】
ステップＳ１の処理の後、移動子２を駆動するために、制御部１００は、第１の電極４に電圧を印加するように、パルス発生回路１２に指示を送る（ステップＳ２）。このステップＳ２の処理は、図１〜図４を参照して説明したので、ここでは説明を省略する。
【００４０】
ステップＳ２の処理の後、制御部１００は、移動子２の駆動を終了するか否かを判定し（ステップＳ３）、移動子２の駆動を終了すると判定するまでステップＳ２の判定を継続する。
【００４１】
一方、ステップＳ３において、移動子２の駆動を終了する場合に、制御部１００は、第２の所定電圧を第２の電極４ａ、４ｂに印加するように、パルス発生回路１２とスイッチング回路１４ｃとに指示を送る（ステップＳ４）。このステップＳ４の第２の所定電圧とは、第２のエレクトレット化部位の何れか一方と、その第２のエレクトレット化部位に対応する第２の電極との間に吸引力が発生するような電圧である。例えば、第２のエレクトレット化部位５ｃが負側に帯電している場合には、スイッチング回路１４ｃのスイッチを図８の破線側に切り換えるようにする。これにより、図１１（ａ）の矢印Ｆ３、Ｆ４のような静電力が移動子２に作用するので、図１１（ｂ）のように移動子２が第２の電極４ａに吸着して移動子２が停止する。即ち、この吸着によって移動子２と第２の電極４ａとの間に摩擦力を生じさせ、この摩擦力により、移動子２の慣性力による運動エネルギーを消費させて、移動子２の移動を停止させる。
【００４２】
なお、図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、第２のエレクトレット化部位が負に帯電している場合の例であり、第２のエレクトレット化部位が正に帯電している場合には、第２の電極４ａ、４ｂの極性が逆になることは言うまでもない。また、図１１（ａ）の例では、第２の電極４ａに正、第２の電極４ｂに負の電圧を印加することで第２の電極４ａの側に移動子２を吸着させるようにするが、電圧の極性を逆にして、第２の電極４ｂ側に移動子２を吸着させるようにしても良い。
【００４３】
以上説明したように、本一実施形態によれば、移動子２に第２のエレクトレット化部位を設け、固定子側に第２の電極を設けたことにより、移動子の駆動方向の制御性及び移動子の停止時の制御性を向上させることができる。
【００４４】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記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。例えば、上記した一実施形態では、第２のエレクトレット化部位と第２の電極とをそれぞれ１対づつ設けるようにしているが、２対以上にしても良い。また、第２のエレクトレット化部位と第２の電極との間に静電力が発生するのであれば、両者を必ずしも対向して配置する必要はない。即ち、第２のエレクトレット化部位の近傍に第２の電極が配置されていればよい。
【００４５】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るエレクトレット駆動装置の駆動原理について説明する図である。
【図２】エレクトレット駆動装置の断面を模式的に示すと共に該エレクトレット駆動装置の駆動回路を示した図である。
【図３】図２の駆動回路によって作成されて、第１の電極に印加される電圧信号列の例を示したもので、図４（ａ）は第１の電極４Ａ、図４（ｂ）は第１の電極４Ｂ、図４（ｃ）は第１の電極４Ｃ、図４（ｄ）は第１の電極４Ｄのタイミングチャートである。
【図４】図２に示されるエレクトレット駆動装置の動作を説明する図である。
【図５】移動子及び固定子の封止構造について説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るエレクトレット駆動装置の構成について示す図である。
【図７】図６のエレクトレット駆動装置をその駆動方向側から見たときの図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るエレクトレット駆動装置の駆動回路を示した図である。
【図９】移動子の駆動開始から駆動停止までの処理について示すフローチャートである。
【図１０】第１の所定電圧について説明するための図である。
【図１１】第２の所定電圧について説明するための図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…固定子、１ａ…支持部材、１ｂ…保護部材、２…移動子、４、４Ａ〜４Ｄ…第１の電極、４ａ．４ｂ…第２の電極、５ａ，５ｂ…第１のエレクトレット化部位、５ｃ…第２のエレクトレット化部位、１０…駆動回路、１２…パルス発生回路、１４，１４ｂ…昇圧回路、１４ｃ…スイッチング回路、１５…位相器、１００…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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