(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
＋極と−極の駆動電極を交互に配置し、各駆動電極に直流電圧を印加して電場を形成することができる固定子と、帯電性を有し表面に電荷を蓄えることのできる絶縁体からなる移動子とが、駆動電極と移動子が接する形で配置され、移動子が移動して隣接駆動電極に達するまで駆動電極から供給された電荷を移動子上で保持することにより、固定子で形成された電場と移動子上の電荷との間に静電力を生じさせて、固定子上を移動子がスライドすることを特徴とする直流駆動の静電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１の静電アクチュエータにおいて、移動子表面に導電体から成る帯電パターンを設け、絶縁体の持つ帯電能力よりも多くの電荷を蓄える機能を有することを特徴とする移動子。
【請求項３】
前記請求項１の静電アクチュエータにおいて、移動子表面と水平方向には絶縁特性を有するが、表面垂直方向にのみ導電性を有する異方導電性シートを用い、その導電部位に電荷を蓄えることにより、表面のみ帯電性を有するよりも多くの電荷を蓄えることを可能とすることを特徴とする移動子。
【請求項４】
前記請求項１の静電アクチュエータにおいて、駆動力と反対方向の反力が移動子に発生し、移動子が反力方向に引き戻されたとしても、駆動力に反転が生じる引き戻しがあったことを検出し、駆動電極の印加電圧を反転させて、常に本来の駆動方向に駆動力を発生させることを特徴とする駆動機構。
【請求項５】
前記請求項１の駆動機構において、移動子上の電荷を除去ないし反転させるための電極を各駆動電極間に設け、移動子が反力方向に引き戻されたとしても移動子上の電荷が除去・反転され、移動子上に本来の駆動方向に静電力を生じさせる一定の電荷を常に確保することにより電気的に駆動力が反転しないことを特徴とする駆動機構。
【請求項６】
前記請求項１の静電アクチュエータにおいて、固定子ないし移動子と駆動力を外部に伝える構造体との間に、駆動力以上の力に対して伸長し、かつ復元力を有するダンパーを設け、一定力以上の反力に対して移動子が引き戻されないような構造を持つことにより、機械的に駆動力が反転しない特性を有することを特徴とする駆動機構。
【請求項７】
前記請求項１の駆動機構において、反力が長時間継続し移動子上の真電荷が自然放電し駆動力が低下しても、移動子が最も移動した位置を保持することができるよう、移動子と固定子上に駆動電極とは別に移動子が最も移動した位置で十分な静電力が得られる保持電極を有し、移動子の最移動位置にて保持電極にプラスないしマイナスの電圧を印加する事によりその静電力によって移動子の位置が保持できることを特徴とする位置保持機構。
【請求項８】
前記請求項１の静電アクチュエータにおいて、駆動電極への電力供給配線にスイッチを設け、それをＯＮ／ＯＦＦさせることにより、駆動タイミングを制御できることを特徴とする起動制御機構。
【請求項９】
前記請求項８の起動制御機構において、固定子の絶縁層内部に起動タイミングに応じて電圧を印加することのできる起動電極を設置し、電気的に駆動タイミングを制御できることを特徴とする起動制御機構。
【請求項１０】
前記請求項９の起動制御機構において、移動子ないし固定子と駆動力を外部に伝える構造体との間に、小さい力で一スリット分以上の移動子の移動を可能とするダンパーを設置する事により、起動初期の低駆動力下における駆動力不足を克服することを特徴とする起動制御機構。
【請求項１１】
前記請求項９の起動制御機構において、固定子に一定の電圧を常時印加しつつ、固定子ないし移動子を起動タイミングに応じて強制的に移動させることにより移動子に電荷を保持させて、機械的に起動タイミングを制御できることを特徴とする起動制御機構。
【請求項１２】
前記請求項５の駆動機構において、駆動電極の一部が一定の間隔で駆動方向に突出させた突起電極を有する固定子と、極めて細い一定長さのスリット状の帯電スリットを一面設置した移動子とが、駆動電極スリットの方向と帯電スリットの方向とが同じ方向に接する形で合わさり、移動子が反力方向に引き戻されたとしても移動子上の帯電スリットの電荷が突起電極を通して除去・反転することにより駆動力の反転現象を改善させたこと、及び駆動電極に電圧を印加するだけで移動子に駆動力を生じさせることができ、簡易に駆動タイミングが制御できることを特徴とする駆動機構。
【請求項１３】
前記請求項１の静電アクチュエータにおいて、移動子の移動に伴い固定子との間に生じる間隙をなくすため、及び移動子に生じる誘電電荷による、移動子と固定子間の過度の吸着力を防止するために、移動子の重力による固定子への吸着力と移動子−固定子間の電荷による吸着力との和が、移動子−固定子間の電荷による反発力とバランスするよう、駆動電圧を制御して移動子−固定子間の圧力を制御することを特徴とする移動子−固定子間の圧力制御機構。
【請求項１４】
移動子と、固定子にそれぞれ固定された圧力制御電極を設け、それぞれの圧力制御電極に一定の電圧を印加することにより、圧力制御電極間の電荷による斥力ないし引力によりに電気的に移動子−固定子間の圧力を制御することができることを特徴とする圧力制御機構。
【請求項１５】
移動子の上面に上下対称に移動子と固定子を配置し、移動子を上下から挟み込む構造とすることにより、移動子上下に作用する引力ないし斥力を相殺させて機械的に移動子−固定子間圧力を制御することを特徴とする圧力制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、低消費電力かつ簡易制御による小型化が可能な静電アクチュエータに関する。
【背景技術】  現在産業界では、ビデオカメラや携帯電話など小型軽量化・マイクロ化に向けた技術革新が目覚しい。
機器を動かすアクチュエータの分野でも例外ではなく、小型軽量化・マイクロ化は時代のニーズである。
しかしながら現在最もポピュラーな回転機（モータ）とギアの組み合わせによる装置では構造的に小型化が困難である。
しかも磁気力はマイクロメータサイズでは駆動力発生が著しく低下してしまい、理論的にも限界がある。【０００２】  そこで注目されるのがマイクロメータサイズで高い駆動力が発生できる静電力を駆動源とする駆動装置である。
ただこの静電力は距離の二乗に反比例して小さくなるため、大きな動作距離をとる、すなわち電極間の距離を長くとるには電極間の印加電圧を上げなければならず、高電圧に耐えられる電気的絶縁などの問題が生じてしまう。
そこでプラス・マイナスの電極を規則的に配置した固定子上を移動子がスライドする方法により、駆動電圧を上げずに移動距離を長くするものが考えられている。（以下、この機構を静電アクチュエータと称す）【０００３】  従来、直線駆動を実現させるためにはスリット状に電極を配置し、その電極に交流電圧を印加することによって、移動体に分極による表面電荷を生じさせて駆動力を得るのが一般的であった。
【特許文献１】  特開平５−２２９５９
【特許文献２】  特開平５−９１７６１
【０００４】  また、直流電圧による駆動方法も考案されてはいた。
例えば流体中に固定子と移動体を置き、固定子の電極に電圧をかけることにより流体中のイオンを移動させ、その移動による摩擦力で移動体を駆動する方法などである。
【非特許文献１】  「ミクロをめざすニューアクチュエータ」（工業調査会）第１８３頁〜第１９０頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  前述の交流駆動の静電アクチュエータでは交流電圧を印加するためには交流を発生させる制御回路（インバータ回路）が不可欠であり、制御回路も含めた小型化・マイクロ化が困難である。
そこで交流電源を必要とせず、簡易な直流電源で駆動できることを特徴とする静電アクチュエータの実現が課題となった。【０００６】  またイオン流を用いる方法では流体摩擦力による駆動であるため駆動力が小さく、しかも流体中にイオンが混在しているため、移動体の動きに関わりなく一定の漏洩電流が発生してしまい、低消費電力化が困難となる。
そこで摩擦力に頼らずに高駆動力を発生させ、しかも漏洩電流を理論上皆無として低消費電力を実現する静電アクチュエータの開発が課題となった。【０００７】  一方、直流駆動の静電アクチュエータの場合、駆動力と逆方向に反力が加わり移動子が反対方向に移動してしまうと、駆動力が反力方向に反転してしまいアクチュエータとしての実用性に欠けることも考えられる。（以下、駆動力の反転現象と称す）
そこでたとえ反力により移動子が駆動力と反対方向に移動したとしても、所定方向に一定量の駆動力が維持できる機能の実現が課題となった。【０００８】  また、直流駆動では常時駆動力が発生しかねず、駆動開始のタイミングをいかに制御するかが問題となる。
そこで始動タイミング発生の機構をいかに実現するかが課題となった。【０００９】  さらに静電力による駆動機構では、静電力が駆動方向のみならず駆動方向と垂直の方向にも生ずるため、移動子と固定子との間で過度の摩擦力が発生したり、逆に両者が離れてしまうなど、駆動力の発生を妨げる原因ともなることから、移動子−固定子間の圧力をいかに制御するかという問題が新たに起こりうる。
そこで圧力制御の機構をいかに実現するかが課題となった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上述直流電源でも一方方向への駆動力を発生するために、駆動方向と垂直方向に長く伸ばしたスリット状の電極（以下、この電極を駆動電極と称す）を駆動方向にプラス・マイナス交互に多数設置し、その上に絶縁性を有し、しかも表面に電荷を保持する能力を有する移動子（例えば帯電性を有する絶縁体や導電体パターンを表面に施した絶縁体等）が電極に接しながらスライドする構造を持たせることにより、移動子の移動により各プラス電極からはプラス電荷を、マイナス電極からはマイナス電荷をそれぞれ接触する移動子表面に保持させることができ、隣接する反対極性を有する電極との間に生じる静電力によって、一方方向の駆動力を生じさせることができるようになる。
この機構では駆動力により移動子が移動したとしても、常時駆動電極から電荷が移動子側に移動するので、常に一定の駆動力が生じうる。
したがって電極に印加する電圧が一定であっても、駆動電極が設置されている範囲の長い区間で移動子に一定方向の駆動力を発生させることができるようになり、インバータ等の複雑な制御回路が不要となる。【００１１】  また駆動電極からの真電荷を接触により直接移動子に移動・保持する機構を用いることにより、導電性を有するイオン分子を排除した絶縁抵抗の高い流体で機構全体を浸すことができ、漏洩電流を理論上皆無とすることができる。【００１２】  一方、反力による駆動力の反転現象については、もっとも簡便な方法としては、反転現象が発生する引き戻しがあった場合に、その引き戻しを検知して駆動電極に供給する電圧の極性を逆転する方法が考えられる。
しかし、制御による解決では制御機器を設置しなければならず、簡易動作がメリットである本案発明の静電アクチュエータの利点を減殺してしまう。【００１３】  そこでその原因が駆動電極から受け取った真電荷が本来の駆動方向とは逆方向に移動することにより静電力の方向が逆転し、駆動力の逆転現象が発生してしまうことから、各駆動電極の駆動方向に突出部を設けることにより、移動子が反対方向に移動した時に移動子の駆動力が反転する前に帯電した真電荷を逃がして反駆動方向に生じる静電力を最小限に抑えば、電気的に所定方向に一定量の駆動力を確保することができる。【００１４】  また別の方法として、移動子ないし固定子とこれらの動力を外部に伝える構造体との間に、駆動力以上の反力が発生した場合に伸張するダンパーを設けることにより、移動子が反力により引き戻されないようにすることができ、機械的に駆動力の逆転現象を回避することができる。【００１５】  起動タイミングについては、一つの方法として、起動タイミングに駆動電極へ直接電圧を供給する方法が考えられる。
この方法はアクチュエータの規模が小さく、起動回路で直接駆動可能な場合に有効である。
また特徴として、起動電源が駆動電源と共有しているため制御が単純で、しかもアクチュエータ駆動部以外の機構を必要とせず、極小化に極めて有効な点が挙げられる。【００１６】  電気的に制御するもう一つの方法として、絶縁層内部に隣接駆動電極と同じ電位を印加できる埋設電極を配置し、起動タイミングで起動電極に電圧を印加することにより、起動初期に駆動電極から移動子に移動した電荷との間で引力を発生させ、電気的に移動子を動かすことができるようにする方法が考えられる。
この方法の特徴は、アクチュエータが停止状態でも常に駆動電極に一定電圧を印加できる点にある。【００１７】  他の方法としては、機械的に行う方法が考えられる。
すなわち駆動電極への電圧印加は一定としつつ、固定子ないし移動子を駆動電極とは別の機構により駆動電極間隔（これを１スロット距離と称す）以上強制的に移動させ、そのような機械的方法によって移動子に電荷を保持させる方法である。
この方法の特徴は、アクチュエータ駆動部分に特別な工夫をする必要がなく、単純な構成で実現可能な点にある。【００１８】  最後の課題として、移動子−固定子間の圧力制御をいかに解消するかが問題となる。
最も簡便な方法としては、移動子の重力による固定子への吸着力と移動子−固定子間の電荷による吸着力との和が、移動子−固定子間の電荷による反発力とバランスするよう、駆動電圧を制御して移動子−固定子間の圧力を制御する方法がある。
しかしこの方法は駆動電極に印加する電圧を調整するため、駆動力に直接影響を与えることから、非常に限られた条件でのみ有効となるに過ぎず、より広範な解決方法が必要となる。【００１９】  一つの方法として、移動子内部ないし上面に広範囲に電圧を印加できる圧力制御電極を設置するとともに、移動子上部に固定子に固定されたもう一つの圧力制御電極を設置し、それぞれの圧力制御電極に電圧を印加することにより斥力ないし引力を生じさせて、結果として移動子と固定子との間の圧力を電気的に制御する方法が考えられる。【００２０】  もう一つの方法として、移動子上部に上下対称に移動子と固定子を設置し、移動子を上下から固定子により一定圧力で挟み込む形にすることにより、移動子と固定子との間に生じる垂直方向の静電力成分を打ち消し合わせ、結果として移動子と固定子との間の圧力を機械的に制御する方法が考えられる。
【発明の効果】
【００２１】  以上説明のとおり、直流電源のみで駆動できるようになれば、複雑な制御回路が不要となり、簡便にアクチュエータを用いることができるようになる。すなわち、汎用性が著しく向上するため、あらゆる産業で利用可能であり市場拡大の効果が期待できる。
また、消費電力が移動子の移動量に比例することから、停止時や起動状態であっても、移動子が動かなければ、電力を消費せず、極めて低消費電力のアクチュエータが実現可能であり、近年の低エネルギー化の要請に沿う効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】  以下本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。【００２３】  図１に本発明の基本原理を最もよく説明する概略構造図を示す。【００２４】  本静電アクチュエータは、図１に示すとおり電極を配置した固定子１と、その上を電極と接しながらスライドする移動子２とからなり、固定子１に配置された電極に電圧を印加することにより動作する構造となっている。
その電気的構成は、固定子側表面に設置されたプラス・マイナスの駆動電極３，４の２種類の電極からなり、それぞれ駆動電力配線６によって電圧が供給される。【００２５】  図２に固定子１の電極のパターンを示す。
各駆動電極３，４はくし型のパターンを互いにかみ合わせた形をしており（以下単にスリットと称す）、そのスリットは移動子駆動方向と直角に配置されていて、プラス・マイナスの各電極が入れ込んだ範囲が移動子の駆動が可能な動作領域７となる。
またスリット部には移動子駆動方向に突出した突起電極５が一定間隔で設置されていて、駆動電極に電圧が印加されると突起電極部分にも電圧が印加される構造となっている。【００２６】  図３に、移動子２の形状及び固定子接触面（摺動面）における帯電スリットパターンを示す。
移動子２は絶縁体をベース素材とし、固定子接触面には細かい導電体でできた帯電スリット８が固定子のスリット状駆動電極３，４と平行方向に多数に設置され、電極との間で電子を授受して帯電することができる構造となっている。
なお、このスリットの長さは固定子１上にある突起電極５の間隔以上である。【００２７】  図４はそれらを組み合わせた外観図である。
この移動子２は固定子１上のスリット状電極の有効範囲である動作領域７上を移動することができ、さらに移動時に生ずる摩擦抵抗を低減するため、これら構造体は絶縁流体内に完全に浸されている。【００２８】  次に動作原理を説明する。【００２９】  まず駆動電極に電圧を印加した直後の初期状態を図５ａに示す。（移動子２と固定子１を組み合わせ、横から拡大して見た図）
これを上面から見た場合の移動子帯電スリットパターン配置７及び帯電範囲と静電力５０との関係を示す例を図５ｂに示す。
初期状態は移動子２に真電荷がない状態から、駆動電極３，４には所定の電圧が印加されたものと考える。（＋印又は−印）
この状態で移動子には駆動電極上部の駆動電極に接した帯電スリット８に帯電されるとともに、突起電極５にも電圧が印加されることから、突起電極５に接した帯電スリット８にも帯電される。（図２及び図５ｂ参照）
したがって、移動子上の電荷は隣接駆動電極との間の静電力５０により、本図において右方向の駆動力が生じることとなる。（実際は移動子上の電荷と、固定子の駆動電極によって形成された電場との電磁的相互作用によって静電力が生じるのであるが、イメージとして判りやすいため本記述とする。以下同様。）【００３０】  この様に、起動に際し突起電極５の役割が重要となるが、より詳細に動作を説明するため、もっとも単純な形態（以下これを基本形態と称す）と比較して説明する。【００３１】  図６に基本形態における固定子の電極パターンを示す。
固定子の導電パターンはプラス・マイナスの駆動電極３，４が交互に配置されており、突起電極はなく、極めてシンプルな構成となっている。【００３２】  図７に基本形態における移動子の形状及び固定子接触面（摺動面）を示す。
移動子の固定子側接触表面には、実施形態のような帯電パターンはなく、その代わりに電荷を保持するための単純な帯電性の斑点が均一かつ多数あり、駆動電極から十分な電荷を供給できるようになっている。【００３３】  基本形態の動作を説明するため、図８ａに駆動電極３，４に電圧を印加した直後の初期状態を示す。
これを上面から見た場合の移動子導電斑９帯電範囲と静電力５０との関係を図８ｂに示す。
初期状態では、移動子上に電荷がない状態で駆動電極に電圧を印加されたものとする。
この場合、駆動電極３，４と接している移動子２上にのみ電荷が供給される。
これにより移動子上の電荷は駆動方向（右側）の隣接駆動電極との間に静電力５０が生じる。
しかし、逆に隣接駆動電極上の電荷も自己の電極との間で同じ強さの静電力が発生するため、両者は打ち消しあい、結局移動子に駆動力は発生しない。
この様に基本形態では駆動電極３，４に電圧を印加しただけでは移動子２は動かない。
もっとも、基本形態であっても図８ｃに示すように何らかの方法で移動子上に電荷が供給されれば、移動子に駆動力（静電力５０）を発生させることができる。【００３４】  一方、突起電極５を有する実施形態においては、図５ａ及び図５ｂに示すように突起電極５と移動子２上の帯電スリットにより、駆動電極に電圧を印加した時点で突起電極５から外れた場所では駆動電極間の突起電極の長さ分、移動子上に電荷が供給された形となり、駆動力（静電力５０）が発生する。
ただし、突起電極の部分では基本形態同様、隣接駆動電極上部の電荷による静電力との間で打ち消しあうため、駆動力は発生しない。
したがって起動時の駆動力は、突起電極の長さが長ければ長いほど、より強くなる一方、一本の駆動電極にある突起電極の幅の合計が、その突起電極に接する帯電スリット幅の合計の中で占める割合が大きければ大きいほど小さくなる。【００３５】  このことから突起電極はなるべく細く、本数を減らすと共に、移動子の帯電パターンの長さをそれに併せて長くするほうが良いことになる。
しかしあまり減らしすぎると突起電極間の間隔が広くなりすぎ、移動子上の帯電パターンが長くなりすぎて、移動子が固定子に対し少し傾いただけで隣接駆動電極間をブリッジする形となってしまい、＋−の駆動電極がショートしてしまう危険が高くなる。
従って起動時の駆動力の大きさと、隣接駆動電極間でブリッジする危険との兼ね合いを見て、突起電極の幅・間隔を決定する必要がある。
以上が突起電極５の役割である。
なお、別の方法による起動方法については別途後段にて記載する。【００３６】  次に、実施形態において駆動力により移動子２が右方向（５１）に移動し、継続的に移動子が移動している動作状態となった場合を図５ｃに示す。
この場合、移動子表面上の電荷も右方向に移動するとともに、移動によって更に駆動電極３から移動子２上の帯電スリットに電荷が供給され、初期状態よりも強い静電力５０が生じる。
そして電荷は隣接駆動電極４との接触部位５２において放電され、今度は反対電荷に帯電される。
この様な動作が繰り返し行われるため、移動子は駆動電極のスリットが存在する限り、どこまでも一定の駆動力を維持しながらスライド動作可能である。
なお、この時の駆動電極による移動子への充放電が、静電アクチュエータの駆動電流となるが、その量は移動子に保持された真電荷量が駆動電極３，４に流れる電流となるため、きわめて小さい。【００３７】  さらに、起動電圧を印加した状態で移動子２に反力５３が加わり、反対方向（５４）に引き戻された場合を図５ｄに示す。
移動子２に保持された電荷が駆動電極３，４の反駆動方向側に入り込み、自己の駆動電極との間に引力が生じて反駆動力５５が生じる。
しかし駆動電極間の半ばにある突起電極５との接触部位５６に達すると、移動子２上の帯電スリット上の電荷は放電され、それ以上に帯電距離は伸びない。
この時点で移動子の逆行で駆動電極に供給された電荷と自己の駆動電極間に生じる引力（反駆動力）５５よりも突起電極５から供給された移動子上の電荷と隣接駆動電極との引力５０が勝れば、一定量の右方向の駆動力は維持されることになる。【００３８】  この機能も突起電極が重要な役割を持っているため、前述同様基本形態と比較して詳しく説明する。【００３９】  基本形態において反力が生じ、移動子が逆行した場合、移動子からの電荷の供給が本来とは逆になり、丁度図８ｃを左右反転させた状態となる。
したがって駆動力は反転し、その大きさは正常駆動における駆動力の絶対量と等しくなる。
この様に基本形態では移動子の引き戻しにより急激に駆動力が低下し、しかもその後の反駆動力が極めて強くなる。【００４０】  一方、実施形態における場合は、前述の図５ｃに示した通り、突起電極５との接触部位５６までは隣接駆動電極から供給された電荷が存在するため、基本形態同様反駆動力５５が発生するが、接触部位５６で電荷が放電されるため、それより隣接電極側では反駆動力は発生せず、逆に隣接駆動電極及びその突起電極から反対電荷が供給されて正常な駆動力に変化する。
したがってこの反駆動力は起動時の駆動力の場合と異なり、突起電極の長さが短ければ短いほど、より強くなる一方、一本の駆動電極にある突起電極の幅の合計と、その駆動電極の幅との割合が大きければ大きいほど大きくなる。
これは起動時の駆動力の場合と同様、突起電極はなるべく細く、本数を減らすほうが反駆動力を低下させるのに有効であることを意味する。
以上が突起電極５の役割である。
なお、別の方法による駆動力反転現象の克服方法については別途後段にて記載する。【００４１】  最後に移動子−固定子間の圧力制御の問題について、実施形態での対処方法について説明する。【００４２】  本実施形態においては移動子の絶縁材料の選定によって回避する方法をとっている。
すなわち、移動子２は絶縁体をベースとするが、絶縁体に電場をかけると誘電電荷が発生し、基本的に電場を発生させる電極に吸着する方向に力が働くため、これを利用すれば移動子−固定子間の圧力を発生させることができる。
この誘電電荷量は絶縁体の材質によって変えることができ、テフロンやポリエチレンなど低誘電率体においては小さく、ポリ塩化ビニリデンやウレタンなど高誘電率体においては大きくなる。
したがってこの誘電率が適当となる材料を選べば、駆動電極への吸着力によって駆動電極と帯電スリットとの間に生じる斥力を打ち消し合わせることができる。
なお、この方法では、吸着力を変更させることができないため、例えば重力方向によっては十分機能しなくなることも考えられる。
そこで移動子−固定子間の圧力制御を行える別の方法を、別途後段にて記載する。
以上が本発明を最もよく理解できる実施の形態である。【００４３】  次に実施形態において用いた方法とは別の方法を以下に説明する。【００４４】  図９ａは駆動力反転現象を機械的に防止する機構を示したものである。
この機構は固定子とそこに生じる駆動力を外部に伝える構造体１２と、移動子とそこに生じる駆動力を外部に伝える構造体１１とからなり、移動子（又は固定子）は構造体１２（又は１１）との間で、静電アクチュエータの最大駆動力よりも小さい力で伸びるダンパー１０を介してつながった構造となっている。
また、構造体１１，１２はストッパー１３により一定以上機械的に伸びない構造となっている。【００４５】  図９ｂは通常、静電アクチュエータが動作し、移動子の駆動力５８が構造体１１，１２を収縮させた通常動作状態を示す。
この場合はダンパー１０の収縮力により、構造体に収縮駆動力５７が発生し、構造体は収縮する。【００４６】  一方、図９ｃは、外部から収縮駆動力よりも大きな反力５９が加わった状態を示す。
この場合、構造体１１，１２は反力５９に負けて伸びるが（６０）、ダンパー１０の収縮力は静電アクチュエータの駆動力よりも小さいため、移動子は駆動位置を保ったままとなり、引き戻されない。したがって、駆動力の反転現象は起こらない。【００４７】  この機構の特徴は、電気的に反転現象を克服する場合、ある程度移動子に逆電荷が保持され、駆動力がかなり低下するのに対し、本形態では反力が発生しても駆動力ほとんど低下せず、通常駆動力に近い力が継続的に維持できることが期待できる点にある。【００４８】  なおこの形態の場合、長時間反力が生じていると移動子上の真電荷が徐々に放電により減少し、駆動力が低下してしまうことが考えられる。【００４９】  その状態を放置すると駆動力はいずれダンパーの収縮力よりも小さくなり、移動子が引き戻されて駆動力反転現象が発生してしまう。
そこで図１０ａは、移動子の駆動力が減少したとしても移動子が最駆動位置から引き戻されないよう、位置を保持する機構（最駆動位置保持機構）を示したものである。【００５０】  この機構では、移動子先端に移動子の移動方向の垂直面に保持電極１４が設置されている。一方、固定子にもこの保持電極１４に対面する形で保持電極１５が設置されており、両電極は移動子の最駆動位置において接触する構造となっている。
更に保持電極１４ないし１５の表面には極めて薄い絶縁層が設けられており、互いに接触しても電気的に導通しない構造となっている。【００５１】  図１０ｂに移動子が最駆動位置に達した状態を示す。
最駆動位置において保持電極１４，１５にそれぞれ適当なプラス・マイナスの電圧を印加すれば、移動子−固定子間にダンパーの収縮力よりも強い静電引力が生じ、移動子を保持することができる。
したがって駆動力の反転現象も発生しない。【００５２】  次に図１１ａに前述実施形態とは異なる、起動電極による間接起動制御の機構を示す。
本機構の特徴は固定子内に起動時に電圧を印加する起動電極１６，１７を各駆動電極の下部、反駆動方向側に設置している点である。【００５３】  図１１ｂにその動作原理を示す。
起動初期の状態では駆動電極３，４には常時電圧が印加されており、固定子上には駆動電極と接している部分のみに電荷が保持されている。
もっとも、起動電極１６，１７に電荷が印加されていなければ、前述の基本形態同様、移動子には駆動力は生じない。
そこで起動電極１６，１７に電圧を印加し、移動子内に保持された電荷との間で静電力５０を発生させることにより駆動力を生じさせる。
この静電力により、移動子は右方向に移動を開始する。【００５４】  図１２に本起動方法による移動子移動量と駆動力の関係を示す。
起動電極に電圧を印加すると、初期駆動力６１が発生する。
その後、移動子の移動とともに、移動子上の電荷量が増加し、駆動力もそれに合わせて急激に増加する。（６４）
移動子が駆動電極間隔量６２移動すると、駆動力は通常駆動力６３に達し、それ以降駆動量は一定となる。【００５５】  実施形態で述べた起動方法や本起動方法は、いずれも起動初期の駆動力が通常駆動時の駆動力よりも小さいため、使用方法によっては起動が困難となることも考えられる。【００５６】  そこで、小さな初期駆動量でも起動可能な起動制御機構を図１３ａに示す。
移動子２と外部へ駆動力を伝える構造体との間にあるダンパー１０との間に、起動力でも伸縮する起動用ダンパー１８と起動用ダンパー１８とダンパー１０とを結合する構造体１９とが介在する構造となっている。【００５７】  図１３ｂに起動初期の状態を示す。
起動電極１６，１７に電圧が印加されると、移動子に弱い駆動力５０が生ずる。【００５８】  その後図１３ｃに示すように、初期駆動力により起動用ダンパー１８が伸び、移動子が移動を開始する。（６５）【００５９】  それに伴い駆動力は急激に上昇し、起動用ダンパー１８が伸びきった時点で、ほぼ通常駆動力５０となり、以降、ダンパー１０が伸び始め、通常駆動力として外部に伝達される。（図１３ｄ）
以上が小さな初期駆動量でも起動可能な起動制御機構である。【００６０】  話は戻って、図１４ａに機械的方法による起動制御方法を示す。
この方法は、固定子ないし移動子を強制的に移動させて駆動力を確保する方法で、図１４ａは固定子を強制的に移動させる間接起動制御機構を示したものである。【００６１】  固定子１は駆動方向に駆動電極間隔程度移動できるようになっており、固定子１と外部へ駆動力を伝える構造体との間には、固定子を移動子の駆動方向と反対方向に移動させる移動電極２０，２１が設置されている。
また固定子１と構造体１１との間には、一定以上固定子が移動しないよう、リンク２２が設けられている。【００６２】  図１４ｂにその動作原理を示す。
移動電極２０，２１に同一の電圧が印加されると静電気による斥力が発生し、固定子１はリンク２２が伸びきるまで左方向に移動する。（６７）
これにより、移動子２上に電荷が供給され静電力５０が生じる。【００６３】  図１５ａに本機構の全体構造図を示す。
移動子側には、駆動力を外部に伝える構造体１２との間にダンパー１０が介在しているが、更に移動子が一定以上引き抜かれないよう、ストッパー２３が設けられている。【００６４】  図１５ｂは移動電極により固定子１が移動した状態を示す。
固定子の移動により（６７）、その上にある移動子も一緒に移動しようとするが、ストッパー２３により移動することはできず、固定子のみ移動する。
これにより、移動子に電荷を供給することができ、この移動量が駆動電極間隔以上になると、移動子には通常駆動力が発生することになる。【００６５】  最後に移動子−固定子間の圧力制御方法について説明する。
まず移動体移動に伴う固定子と移動子との間に生じる間隙をなくすため、及び移動子に生じる誘電電荷による、移動子と固定子間の過度の吸着力を防止するために、移動子の重力による固定子への吸着力と移動子−固定子間の電荷による吸着力との和が、移動子−固定子間の電荷による反発力とバランスするよう、駆動電圧を制御して移動子−固定子間の圧力を制御することも考えられる。
この方法は特に圧力制御機構を設ける必要がなく簡便である反面、駆動電圧による制御は駆動力に直接影響するため、十分な駆動力を得られなくなる可能性があり、圧力制御として十分な効果が得られない場合がある。【００６６】  図１６ａは、電気的に制御可能な圧力制御方法を示したものである。
本形態では、固定子１と構造体２４により構造的につながった上部支持板２５を有し、上部支持板２５には移動子側に圧力制御電極２６が設置されている。
一方、移動子２には移動子上面に同様の圧力制御電極２７が設置されており、移動子２は固定子１と上部支持板２５との間を移動することができるようになっている。
更に移動子の移動をスムースに行うため移動子２と固定子１ないし上部支持板２５との間にはある程度の間隙６８が開いている。
したがって駆動電極３，４と移動子２との間に斥力が働くと両者の間に隙間が生じ駆動力発生が妨げられる。【００６７】  図１６ｂは圧力制御電極２６，２７に同一電圧を印加した状態を示す。
圧力制御電極２６，２７は互いの電荷により斥力が生じ移動子を下方向に押し下げる。（６９）
これにより駆動電極３，４と移動子２との間の隙間がなくなり、駆動力が回復する。【００６８】  図１７は、機械的方法により圧力制御する方法を示したものである。
本形態では移動子上面に上下対称の構造を設け、丁度移動子を固定子で挟み込む構造となっている。
更に上下の固定子１は構造体２９で機械的に固定されており、移動子と固定子の隙間はない構造となっている。
これにより固定子１と移動子２との間で斥力６９が生じたとしても、上下対称に発生するため互いに打ち消しあって、結局移動子の移動に影響が生じない。
以上が移動子−固定子間の圧力制御方法についての説明である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】  本発明の静電アクチュエータは制御が簡単であり、積層化・多重連結によりあらゆる出力やストロークのアクチュエータが構築でき、ミクロからマクロまでのあらゆる産業の汎用動力源として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】直流駆動型静電アクチュエータの概略構造図である。
【図２】固定子の電極パターンである。
【図３】移動子の摺動面側の帯電スリットパターンである。
【図４】固定子と移動子を組み合わせた外観図である。
【図５ａ】駆動電極に電圧を印加した直後の初期状態を説明する図である。
【図５ｂ】［図５ａ］を上部から観た図である。
【図５ｃ】継続的に移動子が移動している動作状態を説明する図である。
【図５ｂ】移動子に反力が加わり引き戻された場合の状態を説明する図である。
【図６】もっとも単純な形態（基本形態）における固定子の電極パターンを表した図である。
【図７】もっとも単純な形態（基本形態）における移動子の摺動面を表した図である。
【図８ａ】基本形態において駆動電極に電圧を印加した直後の初期状態を説明する図である。
【図８ｂ】［図８ａ］を上部から観た図である。
【図８ｃ】基本形態において継続的に移動子が移動している動作状態を説明する図である。
【図９ａ】駆動力反転現象を機械的に防止する機構を示した図である。
【図９ｂ】駆動力反転現象を機械的に防止する機構において通常の動作状態を示した図である。
【図９ｃ】駆動力反転現象を機械的に防止する機構において反力が加わった状態を示した図である。
【図１０ａ】移動子の最駆動位置保持機構を示した図である。
【図１０ｂ】移動子の最駆動位置保持機構の動作原理を示した図である。
【図１１ａ】起動電極による間接起動制御方式の機構を示した図である。
【図１１ｂ】起動電極による間接起動制御方式の動作原理を示した図である。
【図１２】起動電極による間接起動制御方式の移動子移動量対駆動力特性を示した図である。
【図１３ａ】ダンパー設置による初期低駆動力に対応した起動制御機構を示した図である。
【図１３ｂ】ダンパー設置による初期低駆動力に対応した起動制御機構の初期状態を示した図である。
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【図１４ａ】固定子強制移動による間接起動制御機構を示した図である。
【図１４ｂ】固定子強制移動による間接起動制御機構の動作原理を示した図である。
【図１５ａ】固定子強制移動による間接起動制御機構の全体構造を示した図である。
【図１５ｂ】固定子強制移動による間接起動制御機構の動作状態を示した図である。
【図１６ａ】圧力制御電極による圧力制御機構を示した図である。
【図１６ｂ】圧力制御電極による圧力制御機構の動作状態を示した図である。
【図１７】上下対称配置による圧力制御機構を示した図である。
【符号の説明】
【００７１】１固定子
２移動子
３，４駆動電極
５突起電極
６駆動電力配線
７移動子帯電スリットパターン配置
８帯電スリット
９基本形態における移動子表面上の帯電性斑
１０ダンパー
１１固定子側駆動力伝達構造体
１２移動子側駆動力伝達構造体
１３ストッパー
１４移動子側保持電極
１５固定子側保持電極
１６，１７起動電極
１８起動用ダンパー
１９結合構造体
２０，２１起動用移動電極
２２リンク
２３ストッパー
２４固定子−上部支持板結合構造体
２５上部支持板
２６，２７圧力制御電極
２８電場遮断用導体
２９固定子結合構造体
５０静電力
５１駆動方向
５２駆動電極との接触部位
５３外部反力
５４移動子の引き戻し方向
５５引き戻しに伴う静電力（反駆動力）
５６突起電極との接触部位
５７収縮駆動力
５８移動子駆動力
５９外部反力
６０引き伸ばし
６１初期駆動力
６２駆動電極間隔
６３通常駆動力
６４駆動特性曲線
６５移動子駆動表示
６６結合構造体駆動表示
６７固定子移動表示
６８固定子−移動子間の隙間
６９移動子−駆動電極間圧力
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１３ｄ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１７】
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