JP4368739B2 - 静電吸引駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電力で駆動させられる静電吸引駆動装置に係わり、特により大きな静電力（クーロン力）を得て大きな推進力を発生できるようにした静電吸引駆動装置に関する。

従来の静電吸引駆動装置に関する先行技術文献としては、例えば以下の特許文献１などが存在している。図１０は、特許文献１の図１に示されている静電吸引駆動装置の概略構成を示す図、図１１は同じく図２として電極に印加される電気信号を示すタイミングチャートである。

この静電吸引駆動装置では、図１０に示すように第１の固定子２ａと第２の固定子２ｂとが所定の距離を隔てた状態で互いに対向配置され、その間にスライド移動する可動子３が配置されている。

前記第１の固定子２ａには所定方向に順次配列された３系統の電極Ａ，Ｂ，Ｃ（第１電極）が設けられ、前記第２の固定子２ｂには一様な１系統の電極Ｄが設けられている。また前記可動子３は、一方の表面に前記第１の固定子２ａの各電極Ａ，Ｂ，Ｃの電極ピッチに対応して設けられた電極部３ａと、他方の表面に前記第２の固定子２ｂに対向して設けられた平坦な電極部３ｄとを有しており、前記両電極部３ａおよび３ｄは同一電位に維持される１系統の電極Ｅ（第３電極）を形成している。

図１１に示すように、前記第１の固定子２ａに設けられる電極Ａに電圧を印加して、電極Ａの電位を可動子３に設けられる電極Ｅの電位よりも高くすると、電極Ａと電極Ｅとの間で作用する静電力（クーロン力）により、可動子３は第１の固定子２ａ側に吸引される。その際、電極Ａと電極部３ａがぴったり重なり合う状態がもっとも安定であるため、可動子３は電極Ａと電極部３ａとが重なり合うように電極Ａより作用力を受ける。続いて、電圧を印加する電極を第２の固定子２ｂに設けられる電極Ｄに切り換えると、可動子３は第２の固定子２ｂ側に吸引される。さらに、電圧を印加する電極を固定子２ａに設けられる電極Ｂに切り換えると、電極Ａに電圧を印加した際と同様なメカニズムにより、可動子３は電極Ｂと電極部３ａが重なり合う用に電極Ｂより作用力を受ける。このような一連の動作、即ち電圧を電圧源６からスイッチング回路５を介して電極Ａ→電極Ｄ→電極Ｂ→電極Ｄ→電極Ｃ→電極Ｄ→電極Ａ…と順次繰り返して印加する（第１の固定子２ａに設けられる電極Ａ〜Ｃと第２の固定子２ｂに設けられる電極Ｄとに交互に電圧を印加するとともに、第１の固定子２ａに設けられる電極を前記所定方向に順次切り換える）ことにより、可動子３は微視的には上下振動をしながら、巨視的には第１の固定子に配列された電極の配列方向（図中の右側）に駆動されるようになっている。
特開２００１−３４６３８５号公報

上記のような静電吸引駆動装置を、例えばカメラなどに搭載し、オートフォーカスのためのレンズを移動させるための駆動装置として用いる場合には、レンズを移動させるだけの推進力を得ること、およびその際の移動速度や応答速度などを高める必要がある。そして、そのためには大きな静電力（クーロン力）の発生させることにより、大きな推進力を得ることができるような静電吸引駆動装置とする必要がある。

ここで前記静電力は、一般に印加電圧の二乗および電極間の対向面積に比例するとともに、ギャップの隙間寸法の二乗に反比例するという性質を有する。したがって、これら各要素を最適な値に設定することにより大きな静電力を得ることが可能となる。

しかし、前記印加電圧を高めるにはカメラに搭載可能な電池や耐電圧などによる問題からの制約がある。またギャップの隙間寸法を狭めるにも加工精度の問題などからおのずと限界がある。

また上記従来の静電吸引駆動装置は、第１，第２の固定子２ａ，２ｂ側の各電極と可動子３側の電極とが平面的に対向する構成である。このため、前記電極間の対向面積を広くするには、前記第１の固定子２ａ、第２の固定子２ｂおよび可動子３に設けられた各電極の面積を平面的に大きくする必要があるが、それでは静電吸引駆動装置自体が大型化してしまう。しかも、前記可動子３の重量も増加してしまうため、かえって可動子３の移動速度や応答速度を低下させてしまうといった問題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、小型化することができるとともに、大きな推進力を発生することができるようにした静電吸引駆動装置を提供することを目的としている。

本発明の静電吸引駆動装置は、移動方向へ所定の長さを有する固定子と、前記固定子に対向し前記移動方向へ移動できるように支持された可動子とを有し、
前記固定子の対向面に、前記可動子に向けて垂直に突出して前記移動方向と直交する幅方向に電極面を有する複数の固定子側電極が設けられ、複数の前記固定子側電極は、前記移動方向に間隔を空けて列を成すとともに、隣り合う前記列どうしで、前記幅方向に間隔を空けて対向しており、
前記可動子の対向面に、前記固定子に向けて垂直に突出して前記幅方向に電極面を有する複数の可動子側電極が設けられ、前記可動子側電極は、前記移動方向に間隔を空けて列を成して配置され、前記可動子側電極の列が、隣り合う前記固定子側電極の列の間に入り、前記固定子側電極の電極面と前記可動子側電極の電極面とが前記幅方向に対面可能となっており、
通電された前記固定子側電極と前記可動子側電極との対向部分に発生する静電吸引力で前記可動子に前記移動方向への移動力が与えられ、次に前記固定子側電極よりも前記移動方向の前方に位置する他の固定子側電極が通電されるように、前記移動方向に並ぶ複数の前記固定子側電極が異なるタイミングで選択されて通電されることで、前記可動子が前記固定子電極の配列ピッチを越える距離だけ移動させられることを特徴とするものである。

本発明の静電吸引駆動装置では、複数の可動子側電極と複数の固定子側電極とが三次元的に対向配置されているため、電極間に広い対向面積を確保することができ、静電吸引力を高めることができる。このため、大きな推進力を得ることが可能となり、従来に比較してより重量物を搬送することが可能となる。

また前記可動子が、所定の抵抗を介して接地されているものが好ましく、より好ましくは前記可動子と接地電位との間の電気的な接続の状態が、所定のタイミングで切り換えられるものである。

上記手段では可動子側に帯電しやすい電荷を放出することができるため、可動子の動きを俊敏にすることができる。すなわち、可動子の移動速度や応答速度を高めることができる。

本発明では、大きな静電吸引力を得ることにより、大きな推進力を発揮することが可能な静電吸引駆動装置を提供することができる。よって、従来に比較してより重量物を搬送することが可能となる。

また可動子を所定のタイミングで除電することにより、可動子の移動速度や応答速度の低下を防止することができる。

図１は本発明の実施の形態としての静電吸引駆動装置を示す分解斜視図、図２は固定子と可動子とが対向した状態を示しており、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図３は第１の実施の形態としての固定子の構造を部分的に示す平面図、図４は固定子と固定子が取り付けられる基板の一構造を示す断面図である。なお、以下においては図示Ｙ１方向が移動方向、Ｘ方向が幅方向、Ｚ方向が高さ方向である。

図１に示すように、本発明の静電吸引駆動装置１０は、高さ方向の図示Ｚ２側に設けられた固定子２０と、図示Ｚ１側に設けられた可動子３０とを有している。

前記固定子２０は、移動方向であるＹ方向に延設された平板状の部材であり、例えばシリコンなどの絶縁性の材料で形成されている。前記固定子２０の対向面（固定子側対向面）２０ａ（Ｚ１側）の幅方向（Ｘ方向）の両端部には、移動方向（Ｙ方向）に沿って互いに平行に延びる一対のＶ字形状の案内溝２１，２１が設けられている。前記案内溝２１，２１の表面は摩擦抵抗の小さな平滑面で形成されている。

一方、前記可動子３０の移動（Ｙ）方向の長さ寸法は、前記固定子２０よりも短い寸法で形成されている。前記可動子３０は導電材料で形成されている。あるいはシリコンなどの絶縁材料で形成した可動子３０の一方の面に導電性の平板など取り付けて対向面（可動子側対向面）３０ａとしたものであってもよい。

前記可動子３０の対向面３０ａ（Ｚ２）側の幅方向（Ｘ方向）の両端部には、移動方向（Ｙ方向）に沿って互いに平行に延びる一対の案内凸部３１，３１が設けられている。前記案内凸部３１，３１の表面も摩擦抵抗の小さな平滑面で形成されている。

図２に示すように、前記固定子２０の対向面２０ａと可動子３０の対向面３０ａを対向させると、前記案内凸部３１，３１が前記案内溝２１，２１に嵌合的に挿入され、前記静電吸引駆動装置１０が組み付けられる。この状態において前記可動子３０に移動方向の力を与えると、前記可動子３０をＹ方向（移動方向）に直線的に移動させることが可能とされている。すなわち、この実施の形態における前記案内溝２１，２１と前記案内凸部３１，３１とは、前記可動子３０を移動方向に案内するガイド手段として機能している。

図１に示すように、前記固定子２０の前記対向面２０ａ上には平板状の固定子側電極２３が複数設けられている。前記固定子側電極２３は、例えば銅などの導電性金属をＺ方向に垂直にメッキ成長させることにより形成されている。前記固定子側電極２３の向きは、幅広の電極面が沿う方向が前記移動（Ｙ）方向に対して平行となるように、すなわち前記電極面が幅方向に対し垂直となるように形成されている。そして、このような複数の固定子側電極２３が、前記移動方向および幅方向に沿って前記対向面２０ａ上に等間隔で規則正しく整列されている。

図３に示す実施の形態では、Ｘ方向（幅方向）に６列形成された固定子側電極２３が、Ｙ方向（移動方向）に所定の間隔を開けてＮ行形成されている。なお、前記固定子側電極２３の並びは、前記のようなＮ行６列に限られるものではなく、これよりも多い配列でもよいし、少ない配列でもよい。

図３に第１の実施の形態として示すものでは、前記固定子２０の対向面２０ａ、即ち前記固定子側電極２３の基部に、図示Ｘ方向に延びる複数の導電部２４がＹ方向にＮ行形成されており、各導電部２４は一行ごとに６ヶ（６列）の固定子側電極２３がすべて同じ電位となるように導通接続された電極群が形成されている。ただし、移動方向（Ｙ）方向に隣り合う前記導電部２４の間は切断されており、各電極群どうしは電気的に絶縁された状態にある。そして、前記各導電部２４は各電極群ごとに固定子２０の外部に引き出されており、各電極群ごとに電圧が印加されるようになっている。

前記各導電部２４を外部に引き出す方法としては、例えば図２および図３に示すように、前記固定子２０に高さ方向に貫通するスルーホール２５をＹ方向にＮ行形成し、前記スルーホール２５を介して前記各導電部２４から延びる引出し導電部２４ａを前記固定子２０の下面（Ｚ２側の面）にそれぞれ引き出すようにすればよい。この場合、前記各導電部２４は、一行ごとに前記固定子２０の下面に対応して形成された複数の導電パット２６ａ，２６ｂ，・・・（図４参照）を介して固定子２０の外部に引き出すことが可能である。

さらに、図４に示すように前記固定子２０の下部に前記固定子２０を固定する多層構造からなる基板４０を設けるようにすることが好ましい。この基板４０上には、前記導電パット２６ａ，２６ｂ，・・・に対応する複数の導電性の接続パット４１ａ，４１ｂ，・・・が形成されている。よって、固定子２０を基板４０に押し付け、導電パット２６ａ，２６ｂ，・・・を接続パット４１ａ，４１ｂ，・・・にそれぞれ加圧することにより、あるいは前記導電パット２６，２６，・・・と接続パット４１ａ，４１ｂ，・・・との間に導電性接着剤を設けることにより、各導電パット２６ａ，２６ｂ，・・・と各接続パット４１ａ，４１ｂ，・・・とを電気的に接続することが容易となる。

前記基板４０には、板厚（Ｚ）方向に延びる複数のスルーホール４２と移動方向に延びる複数の導電層４３などが形成されており、各接続パット４１ａ，４１ｂ，・・・どうしが前記スルーホール４２と導電層４３を介して接続できるようになっている。例えば、図４に示す実施の形態では前記接続パット４１ａ，４１ｅ，４１ｉがスルーホール４２ａ，４２ｂ，４２ｃと導電層４３ａを介して接続されている。以下同様に、前記接続パット４１ｂと接続パット４１ｆとが接続され、接続パット４１ｃと接続パット４１ｇとが接続され、接続パット４１ｄと接続パット４１ｈとが接続されている。したがって、例えば固定子２０では、導電パット２６ａに接続されている一つの電極群と、導電パット２６ｅに接続されている一つの電極群および導電パット２６ｉに接続されている一つの電極群とを電気的に接続することができ、これらを一つのグループ（例えばＡ相電極群）として取り扱うことが可能となる。

同様に、導電パット２６ｂに接続されている一つの電極群と導電パット２６ｆに接続されている一つの電極群を例えばＢ相電極群として、導電パット２６ｃに接続されている一つの電極群と導電パット２６ｇに接続されている一つの電極群例えばＣ相電極群として、導電パット２６ｄに接続されている一つの電極群と導電パット２６ｈに接続されている一つの電極群を例えばＤ相電極群とすることができる。

一方、図１に示すように、前記可動子３０側の対向面（可動子電極面）３０ａ上にも平板状の可動子側電極３３が複数設けられている。前記可動子側電極３３は、上記固定子２０の場合同様に、銅などの導電性金属をＺ方向に垂直にメッキ成長させることにより形成されており、幅広の電極面の沿う方向を移動（Ｙ）方向に平行とした状態で、前記移動方向および幅方向に沿って等間隔で規則正しく整列されている。なお、図１に示す本実施の形態では、可動子側電極３３が可動子３０の対向面３０ａ上に７行５列で形成されている。

図１に示すように、前記固定子側電極２３の幅方向の電極間隔Ｗ１は前記可動子側電極３３の幅方向の厚さ寸法ｔ２よりも広く、同様に前記可動子側電極３３の幅方向の電極間隔Ｗ２は前記固定子側電極２３の幅方向の厚さ寸法ｔ１よりも広く形成されている。よって、幅方向に隣り合う固定子側電極２３と固定子側電極２３との間に前記可動子側電極３３が挿入されており、前記固定子側電極２３の電極面と可動子側電極３３の電極面とが互いに対向している。

さらに、図２に示すように前記固定子側電極２３および可動子側電極３３のＺ方向の高さ寸法は、前記固定子２０と可動子３０とが組み付けられた状態において、前記固定子側電極２３および可動子側電極３３の先端が、前記対向面２０ａおよび対向面３０ａの表面に当接しない程度に設定されている。

図２に示す状態では、前記固定子側電極２３の電極面と可動子側電極３３の電極面とが互いに平行な状態で対向配置されている。このため、前記固定子側電極２３と可動子側電極３３との間に電位差を与えると、前記固定子側電極２３の電極面と可動子側電極３３の電極面とが対向し合うそれぞれの部分にコンデンサが形成される。

そして、本実施の形態に示す静電吸引駆動装置では、複数の固定子側電極２３と可動子側電極３３とを三次元的に対向させることができるため、コンデンサを形成する固定子側電極２３と可動子側電極３３との対向面積を従来以上に拡大することができるようになっている。よって、後述するように大きな静電吸引力を発生させることができ、可動子３０を大きな推進力で駆動することが可能となっている。

図５は、固定子側電極と可動子側電極との配置を部分的に示す平面図であり、移動方向（Ｙ方向）に２列に並ぶ固定子側電極２３，２３の間に可動子側電極３３の１列分が対向配置されている様子を示している。また図６は図５に示す静電吸引駆動装置に与えられる電気信号の一例を示すタイミングチャート図、図７は静電吸引駆動装置の動作を各ＳＴＥＥＰごとに示す図４同様の平面図であり、ＳＴＥＰ１はＡ相電極群及びＤ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ２はＢ相電極群及びＤ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ３はＢ相電極群及びＥ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ４はＣ相電極群及びＥ相電極群に電圧を印加した状態、ＳＴＥＰ５はＡ相電極群及びＣ相電極群に電圧を印加した状態をそれぞれ示している。なお、図５および図７では、Ａ相ないしＥ相の電極群を形成する固定子電極２３を符号ＡないしＥで示し、移動方向に付された番号は、第１行目、第２行目などの行番号を示している。また図７のＳＴＥＰ１ないしＳＴＥＰ５では、電圧が印加された電極群を形成する固定子側電極２３をハッチングで示している。

図５に示すように、移動方向（Ｙ方向）の並びを行、幅方向（Ｘ方向）の並びを列とし、Ｙ２側の第１行目、第６行，第１１行、・・・・，第（５ｎ−４）行目の固定子電極２３をＥ相電極群、第２行，第７行，第１２行・・・・，第（５ｎ−３）行目をＡ相電極群、第３行，第８行，第１３行・・・・，第（５ｎ−２）行目をＢ相電極群、第４行，第９行，第１４行・・・・，第（５ｎ−１）行目をＣ相電極群、そして、第５行，第１０行，第１５行・・・・，第５ｎ行目をＤ相電極群とする。また可動子３０は、すべての可動子側電極３３が電気的に接続されているが、説明の都合上図示Ｙ２側から可動子側電極３３ａ，可動子側電極３３ｂ，可動子側電極３３ｃ，可動子側電極３３ｄ・・・とする。

また図５に示すように、前記固定子側電極２３の長さ寸法をＬ１ａ、互いに隣り合う固定子側電極２３の移動方向の電極間隔をＬ１ｂ、前記可動子側電極３３の長さ寸法をＬ２ａ、互いに隣り合う可動子側電極３３の移動方向の電極間隔をＬ２ｂとすると、固定子側電極２３と可動子側電極３３との関係はＬ１ａ＜Ｌ２ａであり、移動方向のいずれかの位置において固定子側電極２３の電極面と可動子側電極３３の電極面とが対向し、前記対向電極間にコンデンサが形成されるようになっている。

なお、前記固定子側電極２３の長さ寸法をＬ１ａ、固定子側電極２３の移動方向の電極間隔をＬ１ｂ、可動子側電極３３の長さ寸法をＬ２ａおよび移動方向の電極間隔をＬ２ｂと、前記Ａ相電極群，Ｂ相電極群，・・・などの相数（駆動相数）とは、以下の数１の関係が成り立つように形成されている。

前記５つのＡ相電極群，Ｂ相電極群，Ｃ相電極群、Ｄ相電極群、Ｅ相電極群には、図６に示すような所定の電気信号が与えられる。すなわち、ＳＴＥＰ１ではＡ相電極群とＤ相電極群が印加され、ＳＴＥＰ２ではＢ相電極群とＤ相電極群が印加され、ＳＴＥＰ３ではＢ相電極群とＥ相電極群が印加され、ＳＴＥＰ４ではＣ相電極群とＥ相電極群が印加され、ＳＴＥＰ５ではＡ相電極群とＣ相電極群が印加される。そして、これらの各ＳＴＥＰは、ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ２→ＳＴＥＰ３→ＳＴＥＰ４→ＳＴＥＰ５→ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ２→・・・の順番で繰り返される。

前記静電吸引駆動装置１０が、例えば図７のＳＴＥＰ１（図５も同様）に示すような初期状態、すなわち可動子側電極３３ａ、３３ｃ、３３ｅがそれぞれＥ相電極群を構成する固定子側電極２３とＡ相電極群を構成する固定子側電極２３との間に部分的にまたがって対向し、かつ可動子側電極３３ｂ、３３ｄはＣ相電極群を構成する固定子側電極２３のみに対向している状態にあったとする。

この初期状態から、ＳＴＥＰ１に示すようにＡ相電極群とＤ相電極群に所定の電圧が同時に印加されると、第２行目に位置するＡ相電極群を形成する固定子側電極２３と前記可動子側電極３３ａとは部分的に対向しているため、この間に静電吸引力（クーロン力）が作用し、前記可動子側電極３３ａはＡ相電極群を形成する固定子側電極２３（第２行目）に吸引される。ただし、前記Ａ相電極群を形成する固定子側電極２３，２３は可動子側電極３３ａの幅方向の両端に設けられているため、前記静電吸引力のうち幅（Ｘ）方向に作用する成分は互いに相殺される。一方、前記静電吸引力のうち移動（Ｙ）方向の成分は残存するため、前記可動子側電極３３ａはＹ１方向に移動される。

この際、可動子側電極３３ａの移動方向の中心がＡ相電極群を形成する固定子側電極２３の移動方向の中心に一致する状態が最も安定する状態であるため、可動子側電極３３ａは図７のＳＴＥＰ１に点線で示す位置まで移動させられる。この関係は、可動子側電極３３ｃと第７行目のＡ相電極群および可動子側電極３３ｅと第１２行目のＡ相電極群についても同様である。よって、可動子３０は前記可動子側電極３３ａ，３３ｃおよび３３ｅに作用する静電吸引力の合成された力によってＹ１方向に移動させられることになる。

なお、ＳＴＥＰ１では可動子側電極３３ｂおよび３３ｄに対向し、かつＣ相電極群を形成する固定子側電極２３には電圧は印加されないため、可動子側電極３３ｂ，３３ｄと前記Ｃ相電極群との間に静電吸引力（クーロン力）は作用しない。

次に、ＳＴＥＰ２では前記Ｂ相電極群とＤ相電極群に電圧が同時に印加される。図７のＳＴＥＰ２に示すように、Ｄ相電極群を形成する固定子側電極２３，２３と可動子側電極３３ｂ，３３ｄとが部分的に対向し、Ｂ相電極群を形成する固定子側電極２３，２３にはいずれの可動子側電極も対向しない状態にある。よって、上記ＳＴＥＰ１の場合同様に可動子３０は、可動子側電極３３ｂ，３３ｄが図７のＳＴＥＰ２の点線で示す位置まで、すなわちＤ相電極群を形成する固定子側電極２３に対向して安定する位置まで移動させられる。

図６に示すように、ＳＴＥＰ３では電圧がＢ相電極群とＥ相電極群に同時に印加される。図７のＳＴＥＰ３では、Ｂ相電極群を形成する固定子側電極２３，２３と可動子側電極３３ａ，３３ｃ，３３ｅとが部分的に対向し、Ｅ相電極群を形成する固定子側電極２３にはいずれの可動子側電極も対向しない状態にある。よって、上記同様に可動子３０は、可動子側電極３３ａ，３３ｃおよび３３ｅが図７のＳＴＥＰ３に点線で示す位置まで、すなわちＢ相電極群を形成する固定子側電極２３に対向して安定する位置まで移動させられる。

同様に図７のＳＴＥＰ４では、Ｃ相電極群とＥ相電極群に同時に電圧が印加されることにより、可動子３０の可動子側電極３３ｂ，３３ｄが図７のＳＴＥＰ４において実線の位置から点線の位置まで移動させられ、図７のＳＴＥＰ５では、Ａ相電極群とＣ相電極群に電圧が同時に印加されることにより、可動子３０の可動子側電極３３ａ，３３ｃ，３３ｅが図７のＳＴＥＰ５の実線の位置から点線で示す位置まで移動させられる。

以上のように、図６のＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ５に従う電気信号を固定子側電極２３の各相の電極群に与えることにより、可動子３０を移動方向に並ぶ可動子側電極の一区間に相当する距離（Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂ）だけＹ１方向に移動させることが可能である。そして、前記ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ５までの一連の動作を順次繰り返すことにより、可動子３０を進行方向（Ｙ１方向）に順次移動させることが可能とされている。

また同様の原理から、例えばＳＴＥＰ５→ＳＴＥＰ４→ＳＴＥＰ３→ＳＴＥＰ２→ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ５というように、前記一連の動作を前記とは逆の順番に行うと、可動子３０を進行方向（Ｙ１方向）とは逆方向（Ｙ２方向）に順次移動させることが可能である。

上記においては、図６に示すように、各ＳＴＥＰにおいてＨレベルの電圧を印加するごとに可動子３０側を除電することが好ましい。すなわち、固定子側電極２３にＨレベルの電圧を与えると、固定子側電極２３に正電荷が発生するため、可動子側電極３３に負電荷が誘導されることにより、前記固定子側電極２３と可動子側電極３３との間にコンデンサが形成されるが、固定子側電極２３をＬレベルとしただけでは、可動子側電極３３には前記負電荷が蓄積された帯電状態が維持されてしまう。このため、可動子３０側を除電しない場合には、可動子３０の動きが鈍くなり、移動速度や応答速度が低下しやすいという弊害が生じうる。

この問題を解決するには、可動子３０をグランド電位に接地することにより、帯電する電荷をグランド側（接地電位）に放出されるようにすればよい。ただし、常に可動子３０を接地した状態にしておくと、可動子側電極３３に必要な負電荷が誘導され難くなり、前記静電吸引力の低下を招くおそれがある。

そこで、図６に示すような除電信号を用いることにより、各ＳＴＥＰにおいては電気信号の電圧がＨレベルからＬレベルに切り換わったタイミングで可動子３０を除電することが好ましい。前記除電の方法としては、トランジスタなどのスイッチング素子を用いて行うことができる。また可動子３０に帯電している電荷は所定の大きさの抵抗を介してグランド側（接地電位）に逃がしてやればよい。なお、前記抵抗値は、前記コンデンサの容量と抵抗値の積からなる時定数ＲＣと前記Ｌレベルの時間との関係から決定されるが、Ｌレベルの時間内に前記帯電している電荷が十分に放出させることが可能な値とすることが好ましい。

また上記においては、静電吸引駆動装置１０の駆動が５相の電気信号を用いて行う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く、３相、７相など２相以上の電気信号を用いて駆動することが可能である。

また上記のように固定子２０の対向面２０ａに導電部２４を形成すると、固定子２０の導電部２４と可動子３０側の対向面３０ａとを対向させることができる。前記対向面３０ａは導電材料で形成されているため、前記固定子２０と可動子３０と間にもＺ方向の静電吸引力を発生させることができる。よって、前記可動子３０が固定子２０に接近する方向に吸引され、移動中の可動子３０のＺ方向のがたつきを防止できる。しかも前記固定子側電極２３と可動子側電極３３との間の対向面積を一定以上確保することができるため、幅方向の静電吸引力の低下を防止できる。

ここで、前記静電吸引駆動装置１０の場合の静電吸引力（クーロン力）について説明する。

前記固定子側電極２３の電極面と可動子側電極３３の電極面とが幅方向において対向する対向面積をＳ、電極間の誘電率をε、初期の電極間距離をｄ、電極間の電位差（印加電圧）をＶとする。

今、固定子側電極２３と可動子側電極３３との間に静電力ｆ（ｘ）が働いて、前記可動子側電極３３が変位量ｘだけ幅方向（Ｘ１またはＸ２方向）に移動して前記固定子側電極２３に接近したとする。

このとき、即ち接近後の固定子側電極２３と可動子側電極３３との静電容量Ｃは以下の数２で表わされる。

そして、このときのコンデンサの静電エネルギーＵは以下の数３となる。

よって、電位差Ｖが一定のもとで変位量ｘだけ移動するときに働く静電力ｆ（ｘ）は、以下の数４で表わすことができる。

上記数４に示される静電力ｆ（ｘ）は、固定子側電極２３と可動子側電極３３との対向部分ごとに作用するが、図１および図２に示すように５列の可動子側電極３３と６列の固定子側電極２３とからなる本実施の形態の場合には、一行に１０箇所の対向部分を有するため、一行ごとの静電力Ｆ（ｘ）はその総和となる。よって、対向部分の数をｍとすると、静電力Ｆ（ｘ）は以下の数５のようになる。

また１行の中には同種の電極群が所定のピッチで配列されている。このため、例えば１つの可動子３０に対してＡ〜Ｄの順で各相電極群を構成する１０行分の電極群が対向していたとする。このとき１行目がＡ相電極群であるとすると、４行目および８行目もＡ相電極群である。そして、すべてのＡ相電極群に電圧を印加すると、同時に前記１、４、８行目のＡ相電極群を形成する固定子側電極２３に静電力Ｆ（ｘ）が発生する。同様に、すべてのＢ相電極群に電圧を印加すると、同時に２、５、９行目のＢ相電極群を形成する固定子側電極２３に静電力Ｆ（ｘ）が発生する。よって、１つの可動子３０に対向可能な固定子側の同種の電極群の行数をｎとすると、上記静電吸引駆動装置１０に発生する全静電力ΣＦ（ｘ）は以下の数６のようになる。

すなわち、上記可動子３０は従来よりも大きな推進力を発揮することが可能となるため、これまで以上の重量物を搬送することが可能となる。しかも、可動子および固定子の電極を垂直に向けることにより、電極対向面積を高さ方向で稼ぐことができる。よって、狭いスペースでもより大きな電極対向面積を取得してより大きな推進力を得ることができる。よって、静電吸引駆動装置１０を小型化することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態としての静電吸引駆動装置を説明する。図８は他の駆動方法を説明するための図であり、固定子側電極と可動子側電極との配置を部分的に示す図５同様の平面図である。

第２の実施の形態として示す静電吸引駆動装置は、上記第１の実施の形態に示す静電吸引駆動装置とほぼ同じ構成であるが、以下の２点において相違している。

まず第１点は、上記第１の実施の形態では、対向面（固定子対向面）２０ａに設けられた導電部２４に固定子側電極２３が幅方向に接続されて一つの電極群を形成していたが、第２の実施の形態では個々の固定子側電極２３がそれぞれ絶縁されて独立して形成されている点である。その結果、前記固定子２０の背面（Ｚ２側の面）には、個々の固定子側電極２３に接続されるスルーホールや配線パターンが形成される（図示せず）。なお、前記各配線パターンの導電パットと基板４０側の接続パットとは図４に示す場合同様の手段により接続することが可能であり、個々の固定子側電極２３対して個別の電気信号を与えることができるようになっている。

次に第２点は、ガイド手段を構成する前記案内溝２１，２１が設けられていない点にあり、前記案内凸部３１，３１が平坦な対向面２０ａ上を移動方向および幅方向に自在に移動できるように支持されている点にある。その結果、固定子側電極２３と可動子側電極３３のそれぞれがガイド手段として機能している。

なお、この実施の形態では、任意の固定子側電極に所定の電圧を印加するための制御部を有している。

図８に示すように、可動子側電極３３が図示Ｙ２側の実線の位置にある場合を初期状態とする。前記制御部は、この状態から符号２３ａで示す固定子側電極のみに所定の電圧を印加する。これにより、可動子側電極３３は、前記固定子側電極２３ａとの間に発生する静電吸引力により吸引され、図８に点線で示す位置ｉまで移動させられる。すなわち、前記可動子側電極３３は、移動方向（Ｙ方向）に対しては前記可動子側電極３３の移動方向に中心が固定子側電極２３ａの移動方向の中心に一致する位置まで移動させられ、幅方向（Ｘ方向）に対しては固定子側電極２３ａに接触するＸ１方向に移動させられる。

次に、制御部は符号２３ｂで示す固定子側電極のみに所定の電圧を印加する。これにより、前記同様に可動子側電極３３が前記位置ｉから位置ｉｉに移動させられる。このように、制御部が図８にハッチングで示す固定子側電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，・・・に対して電圧を順次印加することにより、可動子側電極３３を位置ｉ→位置ｉｉ→位置ｉｉｉ→位置ｉｖで示すジグザグ軌跡に沿って移動させることが可能であり、結果として可動子３０をＹ１方向に移動させることができる。また逆に固定子側電極２３ｄ，２３ｃ，２３ｂ，２３ａの順に電圧を印加することにより、可動子３０をＹ２方向にジグザグの軌跡に沿って移動させることができる。

第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態に示すようなガイド手段を有しないため、可動子３０のＸ方向の移動を許容すること、すなわちジグザグ軌跡に沿った移動を許容することができる。ただし、前記可動子３０のＸ方向に移動範囲は、前記固定子側電極２３と可動子側電極３３とが幅方向に移動することができる僅かな範囲、すなわち前記固定子側電極２３と可動子側電極３３の間の隙間寸法内である。この結果、実質的には前記固定子側電極２３と可動子側電極３３とが可動子３０を移動方向へ案内するガイド手段として機能させることができる。

上記のような静電吸引駆動装置は、例えば携帯電話機やデジタルカメラなどに搭載され、カメラのレンズをフォーカス方向に移動させて焦点距離を合わせるオートフォーカス用のレンズ駆動手段として用いられる。図９は静電吸引駆動装置の一応用例としてレンズ駆動手段を示す正面図である。

図９では、可動子３０の幅方向の縁部を斜めに切断したテーパ部３５，３５が形成されており、このテーパ部３５，３５にレンズ５５を保持するレンズホルダ５０が固定されている。前記レンズホルダ５０の幅方向に両端にはフック部５１，５１が形成されており、レンズホルダ５０は、前記フック部５１，５１を可動子３０に向けた状態で図示Ｚ２方向にスナップインすることにより、フック部５１，５１がテーパ部３５，３５を係止することにより固定されている。このような構成とすることにより、レンズホルダ５０を可動子３０に容易に取り付けることができる。

このレンズ駆動手段では、上記のように固定子側電極２３と可動子側電極３３に所定の電気信号を与えることにより、レンズホルダ５０を搭載した可動子３０を紙面に直交する移動方向、すなわちフォーカス方向に移動させることが可能となる。

本発明の実施の形態としての静電吸引駆動装置を示す分解斜視図、 固定子と可動子とが対向した状態を示しており、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図、 第１の実施の形態としての固定子の構造を部分的に示す平面図、 固定子と固定子が取り付けられる基板の一構造を示す断面図、 固定子側電極と可動子側電極との配置を部分的に示す平面図、 図５に示す静電吸引駆動装置に与えられる電気信号の一例を示すタイミングチャート図、 静電吸引駆動装置の動作を各ＳＴＥＥＰごとに示す図４同様の平面図、 他の駆動方法を説明するための図であり、固定子側電極と可動子側電極との配置を部分的に示す図５同様の平面図、 静電吸引駆動装置の一応用例としてレンズ駆動手段を示す正面図、 特許文献１に図１として示されている静電吸引駆動装置の概略構成を示す図、 特許文献１に図２として示されている電気信号のタイミングチャート、

符号の説明

１０ 静電吸引駆動装置
２０ 固定子
２０ａ 対向面（固定子対向面）
２１ 案内溝（ガイド手段）
２３ 固定子側電極
２４ 導電部
２６ 導電パット
３０ 可動子
３０ａ 対向面（可動子対向面）
３１ 案内凸部（ガイド手段）
３３ 可動子側電極
３５ テーパ部
４０ 基板
５０ レンズホルダ
５１ フック部

Claims (5)

1. 移動方向へ所定の長さを有する固定子と、前記固定子に対向し前記移動方向へ移動できるように支持された可動子とを有し、
   前記固定子の対向面に、前記可動子に向けて垂直に突出して前記移動方向と直交する幅方向に電極面を有する複数の固定子側電極が設けられ、複数の前記固定子側電極は、前記移動方向に間隔を空けて列を成すとともに、隣り合う前記列どうしで、前記幅方向に間隔を空けて対向しており、
   前記可動子の対向面に、前記固定子に向けて垂直に突出して前記幅方向に電極面を有する複数の可動子側電極が設けられ、前記可動子側電極は、前記移動方向に間隔を空けて列を成して配置され、前記可動子側電極の列が、隣り合う前記固定子側電極の列の間に入り、前記固定子側電極の電極面と前記可動子側電極の電極面とが前記幅方向に対面可能となっており、
   通電された前記固定子側電極と前記可動子側電極との対向部分に発生する静電吸引力で前記可動子に前記移動方向への移動力が与えられ、次に前記固定子側電極よりも前記移動方向の前方に位置する他の固定子側電極が通電されるように、前記移動方向に並ぶ複数の前記固定子側電極が異なるタイミングで選択されて通電されることで、前記可動子が前記固定子電極の配列ピッチを越える距離だけ移動させられることを特徴とする静電吸引駆動装置。
2. 前記固定子側電極の前記移動方向の配列ピッチと、前記可動子側電極の前記移動方向の配列ピッチとが相違しており、第１の可動子側電極の中心がいずれかの前記固定子側電極の中心に一致するときに、第２の可動子側電極の中心が移動方向に並ぶ２つの前記固定子側電極の間に位置し、
   このとき、前記第１の可動子側電極の移動方向の前方に直近する固定子側電極と、前記第２の可動子側電極の中心よりも移動方向の前方に直近する固定子側電極に同時に通電し、この通電を繰り返す請求項１記載の静電吸引駆動装置。
3. 前記固定子側電極の前記移動方向の配列ピッチよりも、前記可動子側電極の前記移動方向の配列ピッチが長く、前記固定子側電極の前記移動方向の寸法よりも、前記可動子側電極の前記移動方向の寸法が長く、
   第１の可動子側電極の中心がいずれかの前記固定子側電極の中心に一致するときに、第２の可動子側電極の中心が移動方向に並ぶ２つの前記固定子側電極の間に位置し且つ２つの前記固定子側電極の双方に対向する請求項２記載の静電吸引駆動装置。
4. いずれかの固定子側電極に通電した後に、前記可動子側電極を除電してから、次の固定子側電極に通電し、これを繰り返す請求項１ないし３のいずれか記載の静電吸引駆動装置。
5. 前記可動子を接地することで前記除電を行う請求項４記載の静電吸引駆動装置。

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