(57)【要約】【課題】静電アクチュエータの移動子と固定子の密着状態を簡潔な構成で回避し、駆動効率を向上すること。【解決手段】複数の駆動電極１２を有する固定基板１６と、上記固定基板上に配置され、上記駆動電極との間に生じる静電気力によって上記固定基板に対し相対移動する可動子１８とによって構成される静電アクチュエータにおいて、上記可動子側にエレクトレット２０を配置し、該エレクトレット２０に対向して別のエレクトレット２０を配置して、両エレクトレット２０間に生じる静電気力によって、上記可動子と上記固定基板との間に作用する摩擦を低減させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動電極を有する固定基板と、
上記固定基板上に配置され、上記駆動電極との間に生じる静電気力によって上記固定基板に対し相対移動する可動子と、
によって構成される静電アクチュエータにおいて、
上記可動子側に配置された第１のエレクトレットと、上記第１のエレクトレットに対向して配置された第２のエレクトレットとを有し、上記第１のエレクトレットと上記第２のエレクトレットとの間に生じる静電気力によって、上記可動子と上記固定基板との間に作用する摩擦を低減させることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
上記第２のエレクトレットは上記固定基板側に配置されており、且つ、上記第１のエレクトレットと上記第２のエレクトレットの極性は互いに同極性であ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】
上記静電アクチュエータは上記可動子を上記固定基板とで挟み込むように設置された保護部材を更に具備し、
上記第２のエレクトレットは上記保護部材側に配置されており、且つ、上記第１のエレクトレットと上記第２のエレクトレットの極性は互いに逆極性であ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４】
上記可動子がエレクトレット化されてい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】
上記可動子が局所的にエレクトレット化されてい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。
【請求項６】
上記静電アクチュエータは上記可動子を上記固定基板とで挟み込むように設置された保護部材を更に具備し、
上記保護部材がエレクトレット化されてい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７】
上記静電アクチュエータは上記固定基板の駆動電極上に絶縁体を有し、
上記絶縁体が局所的にエレクトレット化されてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低消費電力で小型化ができる静電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクチュエータとして、電磁力を利用した電磁式アクチュエータが多く用いられている。しかしながら、そのような電磁式アクチュエータは、電磁コイルや永久磁石で構成されているため、構造が複雑になるだけでなく、駆動時の消費電力も大きくなる。
【０００３】
そこで、近年、低消費電力で小型化ができる静電アクチュエータが注目されている。
【０００４】
静電アクチュエータは、図７に示すように、固定子１００に設置された電極１０２と可動子１０４との間に働く静電気力１０６の水平方向成分（駆動力１０６Ｘ）で可動子１０４を搬送するものである。従って、その駆動において静電気力１０６を大きくすれば駆動力１０６Ｘも増大するが、同時に可動子１０４と固定子１００とを密着させる吸着力１０６Ｙも増大するため、摩擦力が大きくなる。この摩擦力は、固定子１００に対する可動子１０４の相対移動を妨げるため、駆動効率を向上する対策が必要となる。
【０００５】
静電アクチュエータの駆動効率を向上させるものとして、例えば、特許文献１に開示される静電アクチュエータがある。この静電アクチュエータは、図８に示すように、固定子１００に貫通孔１０８を明け、送風装置１１０を用いて貫通孔１０８から可動子１０４に向かって空気を吹き出すことによって、可動子１０４と固定子１００との密着を防止し、駆動効率を向上させるものである。
【０００６】
また、他の方法として、例えば、特許文献２に開示される静電アクチュエータがある。この静電アクチュエータは、図９に示すように、上記固定子１００の電極１０２に相当する静電モータ用電極１１２が設置された上記固定子１００に相当する支持台１１４に、第１の圧電素子１１６を設置した構成であり、圧電素子１１６を振動させた時に生じるスクイズ現象により可動子１０４を浮上させるものである。
【特許文献１】特許第３２６２３５８号公報
【特許文献２】特開平６−２６１５５８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示の構成では、アクチュエータに、別途送風装置１１０が必要となるだけでなく、可動子１０４の移動範囲が長くなると空気を送るための配管も長くなり、可動子１０４の場所によっては吹き出す空気圧が変わってくるため、更に圧力制御装置の設置が必要になったり、送風装置１１０の大型化が必要など、構成が複雑になるだけでなくコストが高くなってしまう。
【０００８】
また、上記特許文献２に開示の構成のアクチュエータも、圧電素子１１６への配線や別途駆動回路を設けるため、構成の簡略化が難しい。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、移動子と固定子の密着状態を簡潔な構成で回避し、駆動効率を向上することが可能な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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様による静電アクチュエータは、
複数の駆動電極を有する固定基板と、
上記固定基板上に配置され、上記駆動電極との間に生じる静電気力によって上記固定基板に対し相対移動する可動子と、
によって構成される静電アクチュエータにおいて、
上記可動子側に配置された第１のエレクトレットと、上記第１のエレクトレットに対向して配置された第２のエレクトレットとを有し、上記第１のエレクトレットと上記第２のエレクトレットとの間に生じる静電気力によって、上記可動子と上記固定基板との間に作用する摩擦を低減させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、移動子と固定子の密着状態を簡潔な構成で回避し、駆動効率を向上することが可能な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】
【００１２】
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。
【００１３】
［第１実施形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、これらの図（及び後述する他の図）においては、側面の保護部材は取り外して示している。勿論、用途によっては、そのような保護部材がはじめから存在しないものもある。
【００１４】
この静電アクチュエータは、絶縁基板１０上に複数の駆動電極１２を配するとともにその上に絶縁体１４を配した固定子としての固定基板１６と、上記固定基板１６上に配置され、上記駆動電極１２との間に生じる静電気力によって上記固定基板１６に対し相対移動する可動子１８と、によって構成される。駆動電極１２に印加した電圧と可動子１８が有している電荷とによって発生する静電気力で可動子１８を固定基板１６に対し相対移動させることができる。
【００１５】
そして、本実施形態に係る静電アクチュエータにおいては、上記可動子１８と上記駆動電極１２との密着を防止するため、可動子１８の固定基板１６側に対向する面と、固定基板１６の可動子１８に対向する面（この場合、可動子１８が絶縁体１４に接するようにエレクトレットが配置されているが、これに限らない。）とに、エレクトレット２０をそれぞれ配置している。そして、両エレクトレット２０は、互いに同極性を有している（例えば、可動子１８側のエレクトレット２０の極性が負の場合に固定基板１６側のエレクトレット２０の極性も負）。よって、互いに反発する力によって、可動子１８と固定基板１６との密着を回避できるようになっている。
【００１６】
このように、本実施形態に係る静電アクチュエータは、浮上力を得るための構成として、１組のエレクトレット２０を配置しただけであり、更に、このエレクトレット２０は厚さ数十μｍ程度であり、且つ、エレクトレット２０自体がその表面に電荷を有しているため配線が省略でき構成が簡単であるので、小型化や低コスト化が容易である。
【００１７】
なお、互いに配置されたエレクトレット２０の極性は、同極性であれば、正極、負極のどちらでも良い。
【００１８】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す側面図である。本実施形態は、エレクトレット２０の配置を変えた例を示している。
【００１９】
即ち、本実施形態に係る静電アクチュエータは、スペーサ２２を介し、可動子１８を固定基板１６とで挟み込むように配置した保護部材２４を更に具備している。そして、エレクトレット２０は、可動子１８の保護部材２４側と、保護部材２４の可動子１８側と、に設置されている。ここで、対向配置されたエレクトレット２０の極性は、互いに逆極性であり（例えば、可動子１８側のエレクトレット２０の極性が正の場合は、保護部材２４側のエレクトレット２０の極性は負）、よって、互いに引き付け合っている。
【００２０】
従って、可動子１８に対しては固定基板１６から離脱する浮上力が常に作用することとなり、可動子１８と固定基板１６との密着が回避でき、効率的な駆動が可能となる。
【００２１】
なお、互いに配置されたエレクトレット２０の極性が逆になっていれば、正極、負極の配置はいかなるものでも構わない。
【００２２】
［第３実施形態］
以上説明した第１及び第２実施形態は、可動子１８にエレクトレット２０を別途配置している例であるが、図３に示すように、可動子１８そのものがエレクトレット化できる材料であっても良い。
【００２３】
このように、可動子１８そのものをエレクトレット化することにより、可動子１８下側の表面電荷（例えば図中下側の負）と駆動電極１２との駆動パターンとで可動子１８の相対移動を行い、また、可動子１８上側の表面電荷（図中上側の正）と保護部材２４側に設置したエレクトレット２０（この場合図示せず）との間で浮上力を発生させることができる。
【００２４】
勿論、固定基板１６側に同極性のエレクトレット２０を配置すれば、可動子１８下側の電荷と固定基板１６側とで浮上力を得ることも十分可能である。
【００２５】
［第４実施形態］
図４（Ａ）は、本発明の第４実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す側面図であり、図４（Ｂ）は、本第４実施形態における可動子１８の平面図である。
【００２６】
本実施形態に係る静電アクチュエータにおいては、駆動電極１２のピッチ等に合わせて、可動子１８を局所的にエレクトレット化している。
【００２７】
このような構成とすることによって、浮上力、駆動力を最大限に得ることができる。また、駆動電極１２とは関係ない部分を局所的にエレクトレット化することにより、可動子１８の駆動効率を上げることかできる。
【００２８】
なお、可動子１８の局所的なエレクトレット化として、様々な電荷パターンを持たせても良い。例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、電極ピッチに合わせた駆動用電荷パターン２０Ａと、浮上に使用する浮上用電荷パターン２０Ｂとを持たせる。この場合、固定基板１６側のエレクトレット２０は、図５（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である図５（Ｃ）に示すように、絶縁体１４を酸化膜等で形成し、この酸化膜を局所的にエレクトレット化することで構成する。
【００２９】
［第５実施形態］
図６は、本発明の第５実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す側面図である。
【００３０】
本実施形態に係る静電アクチュエータは、保護部材２４をエレクトレット化できる材料にしたものである。本実施形態の構成をとることにより、保護部材２４にエレクトレットフィルムを貼りつける事も無く構成を簡単にできる。
【００３１】
また、特に図示はしないが、固定基板１６側をエレクトレット化しても良い。この場合、例えば絶縁体１４を酸化膜等で形成し、この酸化膜をエレクトレット化する。勿論、絶縁体１４のエレクトレット化は、局所的に行っても構わない。このような形態をとることで、上記第１実施形態よりも簡単な構成になり、固定基板１６にエレクトレット２０を設置する工程を不要とし、また、取り付け精度などの問題を排除できる。
【００３２】
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。
【００３３】
例えば、エレクトレット２０を保護部材２４側と可動子１８、固定基板１６側と可動子１８と限定してきたが、保護部材２４、固定基板１６の両方にエレクトレット２０を配置して、双方から浮上力を得る構成をとっても構わない。
【００３４】
（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。
【００３５】
（１）  複数の駆動電極を有する固定基板と、
上記固定基板上に配置され、上記駆動電極との間に生じる静電気力によって上記固定基板に対し相対移動する可動子と、
によって構成される静電アクチュエータにおいて、
上記可動子側に配置された第１のエレクトレットと、上記第１のエレクトレットに対向して配置された第２のエレクトレットとを有し、上記第１のエレクトレットと上記第２のエレクトレットとの間に生じる静電気力によって、上記可動子と上記固定基板との間に作用する摩擦を低減させることを特徴とする静電アクチュエータ。
【００３６】
（対応する実施形態）
この（１）に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第１乃至第５実施形態が対応する。
【００３７】
（作用効果）
この（１）に記載の静電アクチュエータによれば、摩擦力を低減し可動子の駆動効率を向上するための構成として、１対の永久帯電膜であるエレクトレットを配置した簡潔な構成としたため、小型化も容易で低コスト化が可能である。
【００３８】
（２）  上記第２のエレクトレットは上記固定基板側に配置されており、且つ、上記第１のエレクトレットと上記第２のエレクトレットの極性は互いに同極性であることを特徴とする（１）に記載の静電アクチュエータ。
【００３９】
（対応する実施形態）
この（２）に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第１実施形態が対応する。
【００４０】
（作用効果）
この（２）に記載の静電アクチュエータによれば、固定基板と可動子との対向する面にそれぞれ同極性のエレクトレットを配置することにより生じる反発力が浮上力となり、駆動効率を向上することができる。
【００４１】
（３）  上記静電アクチュエータは上記可動子を上記固定基板とで挟み込むように設置された保護部材を更に具備し、
上記第２のエレクトレットは上記保護部材側に配置されており、且つ、上記第１のエレクトレットと上記第２のエレクトレットの極性は互いに逆極性であることを特徴とする（１）に記載の静電アクチュエータ。
【００４２】
（対応する実施形態）
この（３）に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第２実施形態が対応する。
【００４３】
（作用効果）
この（３）に記載の静電アクチュエータによれば、保護部材と可動子との対向する面にそれぞれ逆特性のエレクトレットを配置することにより、エレクトレット同士で吸引し浮上力を発生することができる。これは、駆動電極の電圧が影響しない浮上力を得易い構成である。
【００４４】
（４）  上記可動子がエレクトレット化されていることを特徴とする（１）に記載の静電アクチュエータ。
【００４５】
（対応する実施形態）
この（４）に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第３実施形態が対応する。
【００４６】
（作用効果）
この（４）に記載の静電アクチュエータによれば、可動子をエレクトレット化することにより、相対移動する機能と浮上する機能の両方を持たせることができるため構成が更に簡単になる。
【００４７】
（５）  上記可動子が局所的にエレクトレット化されていることを特徴とする（４）に記載の静電アクチュエータ。
【００４８】
（対応する実施形態）
この（５）に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第４実施形態が対応する。
【００４９】
（作用効果）
この（５）に記載の静電アクチュエータによれば、駆動電極とは関係ない部分を局所的にエレクトレット化することにより、可動子の駆動効率を上げることかできる。
【００５０】
（６）  上記静電アクチュエータは上記可動子を上記固定基板とで挟み込むように設置された保護部材を更に具備し、
上記保護部材がエレクトレット化されていることを特徴とする（１）に記載の静電アクチュエータ。
【００５１】
（対応する実施形態）
この（６）に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第５実施形態が対応する。
【００５２】
（作用効果）
この（６）に記載の静電アクチュエータによれば、保護部材をエレクトレット化できる素材にすることにより構成を簡単にすることができる。
【００５３】
（７）  上記静電アクチュエータは上記固定基板の駆動電極上に絶縁体を有し、
上記絶縁体が局所的にエレクトレット化されていることを特徴とする（１）に記載の静電アクチュエータ。
【００５４】
（対応する実施形態）
この（７）に記載の静電アクチュエータに関する実施形態は、第４及び第５実施形態が対応する。
【００５５】
（作用効果）
この（７）に記載の静電アクチュエータによれば、固定基板上の駆動電極に影響しない部位をエレクトレット化にすることで、構成を更に簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る静電アクチュエータにおける可動子の側面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の第４実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す側面図であり、（Ｂ）は第４実施形態における可動子の平面図である。
【図５】（Ａ）は第４実施形態に係る静電アクチュエータの別の構成を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）の構成における可動子の平面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る静電アクチュエータの構成を示す側面図である。
【図７】静電アクチュエータ駆動時の可動子に作用する力の関係を説明するための図である。
【図８】特許文献１に開示された静電アクチュエータの構成を示す図である。
【図９】特許文献２に開示された静電アクチュエータの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…絶縁基板、  １２…駆動電極、  １４…絶縁体、  １６…固定基板、  １８…可動子、  ２０…エレクトレット、  ２０Ａ…駆動用電荷パターン、  ２０Ｂ…浮上用電荷パターン、  ２２…スペーサ、  ２４…保護部材、  １００…固定子、  １０２…電極、  １０４…可動子、  １０６…静電気力、  １０６Ｘ…駆動力、  １０６Ｙ…吸着力。
【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】
2005229707.tif 000008
【図７】
2005229707.tif 000009
【図８】
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【図９】
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