JP4904762B2 - Driving method of electrostatic actuator - Google Patents
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Description
この発明は静電アクチュエータの駆動方法に関する。 The present invention relates to a method for driving an electrostatic actuator.
従来の静電アクチュエータには、４相に配線された多数の電極を有する固定子上に強誘電体層を有する移動子が移動可能に配置されたものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、移動子の強誘電体層には、固定子の電極に対応して、所定の極性パターンを有する残留電気分極による正負の電荷領域が形成されている。 There is a conventional electrostatic actuator in which a movable element having a ferroelectric layer is movably disposed on a stator having a large number of electrodes wired in four phases (see, for example, Patent Document 1). In this case, positive and negative charge regions are formed in the ferroelectric layer of the mover by the residual electric polarization having a predetermined polarity pattern corresponding to the stator electrode.
上記従来の静電アクチュエータでは、初期位置設定後において、固定子の電極に移動用の正負の電圧が印加されると、固定子と移動子との移動方向（横方向）の電荷の釣り合いが崩れることにより発生するクーロン力により、移動子が固定子上を所定の方向に１ピッチ（固定子の１電極分）移動する。 In the conventional electrostatic actuator, when a positive and negative voltage for movement is applied to the stator electrodes after the initial position is set, the balance of charges in the movement direction (lateral direction) between the stator and the mover is lost. Due to the Coulomb force generated by this, the mover moves on the stator in a predetermined direction by one pitch (one stator electrode).
ところで、移動子の強誘電体層の電荷領域の電荷とその真下の固定子の電極の電荷とが同符号となると、その間にクーロン反発力が発生し、このクーロン反発力により移動子が前記固定子から離れようとする力が働く。逆に、移動子の強誘電体層の電荷領域の電荷とその真下の固定子の電極の電荷とが異符号となると、その間にクーロン吸引力が発生し、このクーロン吸引力により移動子が固定子に吸引されようとする力が働く。上記従来の静電アクチュエータでは、移動のステップで、移動子の強誘電体層の電荷領域の電荷とその真下の固定子の電極の電荷とが同符号となる部分だけではなく、異符号となる部分が現れ、クーロン引力も発生するため、同符号となる部分によるクーロン反発力が相殺され、移動子と固定子との間の摩擦抵抗が大きくなってしまうという問題があった。 By the way, when the charge in the charge region of the ferroelectric layer of the mover and the charge of the electrode of the stator immediately below the same sign, a Coulomb repulsion force is generated between them, and the mover is fixed by the Coulomb repulsion force. The power to leave the child works. Conversely, if the charge in the charge region of the ferroelectric layer of the mover and the charge of the stator electrode underneath have a different sign, a Coulomb attracting force is generated between them, and the mover is fixed by this Coulomb attracting force. The force to be sucked by the child works. In the conventional electrostatic actuator described above, in the movement step, the charge in the charge region of the ferroelectric layer of the mover and the charge of the stator electrode immediately below the charge sign have different signs. Since the portion appears and the coulomb attractive force is generated, the coulomb repulsive force due to the portion having the same sign is offset, and there is a problem that the frictional resistance between the moving element and the stator is increased.
そこで、この発明は、移動子と固定子との間の摩擦抵抗を軽減することができる静電アクチュエータの駆動方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a driving method of an electrostatic actuator that can reduce the frictional resistance between the moving element and the stator.
この発明は、上記目的を達成するため、４相の駆動信号が供給される４つの電極群を有する固定子に、抵抗体層を有する移動子が移動可能に配置された静電アクチュエータの駆動方法であって、前記固定子の電極に、第１の駆動パターンからなる駆動信号を印加し、その駆動パターンに応じた逆極性の電荷を前記移動子の抵抗体層に充電する充電ステップと、前記充電ステップの後に、前記固定子の電極に、前記第１の駆動パターンの整数電極分位相をずらしたものとは重ならない第２の駆動パターンからなる駆動信号を印加し、移動子を移動させる電圧切り替え移動ステップと、前記電圧切り替え移動ステップの後に、前記固定子の電極に、前記第１の駆動パターンの整数電極分位相をずらした駆動パターンを印加し、その駆動パターンに応じた逆極性の電荷を前記移動子の抵抗体層に再充電する電圧切り替え再充電ステップと、を含み、前記第１の駆動パターンと前記第２の駆動パターンのうち一方の駆動パターンは、正電圧の連続する組と負電圧の連続する組の２値からなる駆動パターンであるとともに、他方の駆動パターンは、正電圧と負電圧の間に接地電位である０Ｖを挟む３値からなる駆動パターンであり、前記電圧切り替え移動ステップでは、前記移動子と前記固定子との間のクーロン力により、前記移動子が前記固定子上を１．５ピッチ移動しようとする力が働き、前記電圧切り替え再充電ステップで、前記固定子の電極に、前記移動子が移動する向きに前記第１の駆動パターンの１電極分位相をずらした駆動パターンを印加し、前記移動子と前記固定子との間のクーロン力により、前記移動子が０．５ピッチ戻るような力が働くことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for driving an electrostatic actuator in which a movable element having a resistor layer is movably disposed on a stator having four electrode groups to which four-phase drive signals are supplied. A charging step of applying a driving signal having a first driving pattern to the electrode of the stator, and charging the resistor layer of the moving element with a charge having a reverse polarity according to the driving pattern; After the charging step , a voltage for moving the mover by applying a drive signal having a second drive pattern that does not overlap with the phase of the first drive pattern shifted by an integer number of electrodes to the electrode of the stator a switching moving step, after the voltage switching moving step, the electrodes of the stator, the driving pattern obtained by shifting an integer electrode component phase of the first drive pattern is applied, the driving pattern The opposite polarity of the charge was Flip anda voltage switching recharge step to recharge the resistor layer of said moving element, the one driving pattern of the first drive pattern and the second drive pattern is positive A drive pattern consisting of two values of a set of continuous voltage and a set of negative voltage, and the other drive pattern is a drive pattern consisting of three values sandwiching a ground potential of 0 V between a positive voltage and a negative voltage. In the voltage switching movement step, a force that causes the movable element to move 1.5 pitches on the stator works due to a Coulomb force between the movable element and the stator, and the voltage switching operation is repeated. In the charging step, a drive pattern in which the phase of the first drive pattern is shifted by one electrode in the direction in which the mover moves is applied to the electrode of the stator, and between the mover and the stator By Ron force, the moving element, characterized in that the acts 0.5 pitch back such forces.
この発明によれば、充電ステップの後の電圧切り替え移動ステップにおいて、移動子と固定子との間に発生する横方向の移動駆動力以外に垂直方向のクーロン反発力により、移動子に固定子から離れようとする力が働くので、移動子と固定子との間の摩擦抵抗を軽減した駆動方法を提供することができる。 According to the present invention, in the voltage switching movement step after the charging step, the moving element is moved from the stator to the moving element by the vertical Coulomb repulsive force in addition to the lateral moving driving force generated between the moving element and the stator. Since the force to be separated acts, it is possible to provide a driving method that reduces the frictional resistance between the moving element and the stator.
図１はこの発明の一実施形態としての静電アクチュエータの概略構成図を示す。この静電アクチュエータは固定子１を備えている。固定子１は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等からなるベースフィルム２の上面にアルミニウム系金属等からなる帯状の多数の電極３が一定のピッチで互いに平行に設けられ、その上にポリイミド等からなる保護膜４が設けられた構造となっている。ここでは、わかりやすいように電極が直線方向に設けられている形態で説明するが、電極が円形状に配置されている形態であってもかまわない。（また、電極を保護する保護膜４を設けない構成としてもよい。）
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electrostatic actuator as one embodiment of the present invention. The electrostatic actuator includes a
多数の電極３は４相に配線されている。すなわち、図左から第１、第５、第９……の電極３は第１の接続端子５に接続されている。第２、第６、第１０……の電極３は第２の接続端子６に接続されている。第３、第７、第１１……の電極３は第３の接続端子７に接続されている。第４、第８、第１２……の電極３は第４の接続端子８に接続されている。
固定子１上には移動子９が移動可能に配置されている。移動子９は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等からなるベースフィルム１０の上面にカーボン等からなる抵抗体層１１が設けられた構造となっている。そして、固定子１の電極３に正電圧または負電圧が印加されると、抵抗体層１１のうち、当該電極３と対向する領域に当該電極３の電荷と逆極性の電荷が充電（誘導）されるようになっている。
A
ここで、第１〜第４の接続端子５〜８への印加される駆動信号が例えば負電圧、０Ｖ（接地電位）、正電圧、０Ｖ（接地電位）の４相の駆動パターンである場合には、以下の説明において、固定子１の電極に駆動パターン（−、０、＋、０）を印加するという。また、その電圧印加状態は、図２（Ｂ）の下図のように示すこととする。ここで、図２（Ｂ）の下図に示す固定子１においては、実線で区切られた各枡目は各電極３に対応するものである（以下同じ）。なお、図２以降では固定子側１２極分、移動子側８極分のみを示す。
Here, when the drive signals applied to the first to
また、「移動子９の抵抗体層１１の電極３と対向する領域に当該電極３の電荷と逆極性の電荷が充電され」は、以下の説明において、「移動子９の抵抗体層に電極の電荷と逆極性の電荷が充電され」という。また、その電荷充電状態は、例えば、図２（Ａ）の上図のように示すこととする。ここで、図２（Ａ）の上図に示す移動子９においては、点線で区切られた各枡目は各電極３に対応する領域である（以下同じ）。
Further, “a region opposite to the
（駆動方法の第１の例）
次に、この静電アクチュエータの駆動方法の第１の例について説明する。まず、図２（Ａ）の下図に示すように、固定子１の電極（左側から４つずつの電極、以下同じ）に第１の駆動パターン（＋、＋、−、−）を印加すると、移動子９の抵抗体層に電極の電荷と逆極性の電荷が充電される。このステップを（第１の）充電ステップと呼ぶことにする。
(First example of driving method)
Next, a first example of the electrostatic actuator driving method will be described. First, as shown in the lower diagram of FIG. 2A, when the first drive pattern (+, +, −, −) is applied to the electrodes of the stator 1 (four electrodes from the left side, the same applies hereinafter), The resistor layer of the
次に、図２（Ｂ）の下図に示すように、固定子１の電極に印加する駆動パターンを第２の駆動パターン（−、０、＋、０）に切り替えると、電極の電荷は瞬時に入れ替わるが、移動子側の電荷配置が新たな平衡状態に変化するには、ある程度の時間を要するので、切り替え直後は移動子側の電荷は保持されており、図２（Ｂ）の上図のような電荷配置となっている。このとき、移動子９の抵抗体層の隣接する同符号の２つの電荷領域のうちの左側の電荷領域の電荷とその真下の固定子１の電極の電荷とが同符号となり、その間にクーロン反発力が発生し、このクーロン反発力により、垂直上向き矢印で示すように、移動子９に固定子１から離れようとする力が働く。ここで、第２の駆動パターンは第１の駆動パターンの電極ピッチの整数倍分位相をずらしたものとは重ならない異なる駆動パターンである。
Next, as shown in the lower diagram of FIG. 2B, when the drive pattern applied to the electrode of the
この場合、移動子９の抵抗体層の隣接する同符号の２つの電荷領域のうちの右側の電荷領域の真下の固定子１の電極の電荷は０Ｖであるので、この間にクーロン力は発生しない。したがって、移動子９と固定子１との間には、垂直方向には、垂直上向き矢印で示すように、クーロン反発力により移動子９に固定子１から離れようとする力が働き、移動子９と固定子１との間の摩擦抵抗を軽減することができる。
In this case, since the charge of the electrode of the
そして、図２（Ｂ）においては、斜め方向の力ベクトルで表したように、固定子１と移動子９との横方向のクーロン引力およびクーロン反発力の釣り合いが崩れることにより、右方向への移動駆動力が発生し、この段階で、図２（Ｃ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ（固定子１の１．５電極分）移動しようとする。
In FIG. 2B, the balance between the Coulomb attractive force and the Coulomb repulsive force in the lateral direction between the
すなわち、図２（Ｂ）においては、移動子９の抵抗体層の隣接する同符号の２つの電荷領域のうちの右側の電荷領域は、その真下の固定子１の０Ｖの電極の両側の電極のうちの左側の同符号の電荷の電極側からクーロン反発力により反発され、右側の異符号の電荷の電極側にはクーロン引力により吸引され、移動子９が右方向に移動駆動力を受け、図２（Ｃ）に示すように、移動子９は、その抵抗体層の隣接する同符号の２つの電荷領域の境界部（中心部）が固定子１の異符号の電荷の電極と対向する位置つまり右方向に１．５ピッチ移動した位置まで移動しようとする。このステップを（第１の）電圧切り替え移動ステップと呼ぶこととする。
That is, in FIG. 2B, the right charge region of the two charge regions adjacent to each other in the resistor layer of the
次に、移動中に移動子の電荷は一部失われるので、クーロン力（移動駆動力）が減少する。そこで、この力を維持して連続して駆動するために、図２（Ｄ）の下図に示すように、固定子１の電極に図２（Ａ）の下図の第１の駆動パターンから右方向に１ピッチ（１電極分）ずらした駆動パターン（−、＋、＋、−）を印加する。すると、図２（Ｄ）の上図に示すように、固定子１と移動子９との横方向のクーロン引力およびクーロン反発力の釣り合いが崩れることにより、図２（Ｅ）に示すように、移動子９が固定子１上を左方向に０．５ピッチ戻ろうとする力が働く。この過程を（第１の）０．５ピッチ戻り過程と呼ぶことにする。
Next, part of the charge of the mover is lost during the movement, so the Coulomb force (movement driving force) is reduced. Therefore, in order to maintain this force and drive continuously, as shown in the lower diagram of FIG. 2D, the electrode of the
すなわち、図２（Ｄ）においては、移動子９の抵抗体層の隣接する同符号の２つの電荷領域のうちの右側の電荷領域は、その左下の固定子１の異符号の電荷の電極側にクーロン引力により吸引され、その右下の固定子１の同符号の電荷の電極側からクーロン反発力により反発され、移動子９が左方向に戻ろうとする力が働き、移動子９は、その抵抗体層の電荷領域が固定子１の異符号の電荷の電極と対向する位置つまり左方向に０．５ピッチ戻った位置で停止し、再充電される。このステップを第１の電圧切り替え再充電ステップと呼ぶことにする。実際には、上記第１の電圧切り替え移動ステップと第１の電圧切り替え再充電ステップを適切な時間間隔で切り替えることにより、第１の０．５ピッチ戻り過程は観測されず、移動子のスムーズな移動が実現され、図２（Ｂ）から移動子９は、右方向に１ピッチ進んだ位置の図２（Ｅ）の状態で停止し、再充電される。
That is, in FIG. 2D, the right-side charge region of two adjacent charge regions having the same sign in the resistor layer of the
この状態では、移動子９は、図２（Ａ）に示す初期状態から、右方向に１ピッチ移動したことになる。また、この状態は、そのまま第２の充電ステップとなり、移動子９の抵抗体層の同一領域に電極の電荷と逆極性の電荷が再充電される。以下、上記と同様のステップが繰り返されるが、第４の電圧切り替え再充電ステップまで簡単に説明する。
In this state, the
次に、図３（Ａ）の下図に示すように、固定子１の電極に図２（Ｂ）の下図の第２の駆動パターンから右方向に１ピッチ（１電極分）ずらした駆動パターン（０、−、０、＋）を印加すると、垂直上向き矢印で示すように、クーロン反発力により移動子９に固定子１から離れようとする力と、右方向への移動駆動力が働く。そして、図３（Ｂ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ移動しようとする（第２の電圧切り替え移動ステップ）。
Next, as shown in the lower diagram of FIG. 3A, a drive pattern (one electrode) shifted to the right by one pitch (one electrode) from the second drive pattern of the lower diagram of FIG. When (0,-, 0, +) is applied, as shown by a vertically upward arrow, a force to move the moving
次に、図３（Ｃ）の下図に示すように、固定子１の電極に図２（Ｅ）の下図から右方向に１ピッチ（１電極分）ずらした駆動パターン（つまり、図２（Ａ）の下図の第１の駆動パターンから右方向に２ピッチ（２電極分）ずらした駆動パターン）（−、−、＋、＋）を印加すると、移動子９が固定子１上を左方向に０．５ピッチ戻ろうとする力が働き（第２の０．５ピッチ戻り過程）、図３（Ｄ）に示す位置で停止し、再充電される。（第２の電圧切り替え再充電ステップ）。実際は、上記第２の電圧切り替え移動ステップと第２の電圧切り替え再充電ステップを適切な時間間隔で切り替えることにより、第２の０．５ピッチ戻り過程は観測されず、移動子のスムーズな移動が実現され、図３（Ａ）から移動子９は、右方向に１ピッチ進んだ位置の図３（Ｄ）で停止し、再充電される（以下同じ）。
Next, as shown in the lower diagram of FIG. 3C, the drive pattern (that is, FIG. 2A) is shifted to the electrode of the
この状態では、移動子９は、図２（Ａ）に示す初期状態から、右方向に２ピッチ移動したことになる。また、この状態は、そのまま第３の充電ステップとなり、移動子９の抵抗体層の同一領域に電極の電荷と逆極性の電荷が再充電される。
In this state, the
次に、図３（Ｅ）の下図に示すように、固定子１の電極に図３（Ｂ）の下図から右方向に１ピッチ（１電極分）ずらした駆動パターン（つまり、図２（Ｂ）の下図の第２の駆動パターンから右方向に２ピッチ（２電極分）ずらした駆動パターン）（＋、０、−、０）を印加すると、垂直上向き矢印で示すように、クーロン反発力により移動子９に固定子１から離れようとする力と、右方向への移動駆動力が働く。そして、図４（Ａ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ移動しようとする（第３の電圧切り替え移動ステップ）。
Next, as shown in the lower diagram of FIG. 3E, the drive pattern (that is, FIG. 2B) is shifted to the electrodes of the
次に、図４（Ｂ）の下図に示すように、固定子１の電極に図３（Ｄ）の下図の第１の駆動パターンから右方向に１ピッチ（１電極分）ずらした駆動パターン（つまり、図２（Ａ）の下図の第１の駆動パターンから右方向に３ピッチ（３電極分）ずらした駆動パターン）（＋、−、−、＋）を印加すると、移動子９が固定子１上を左方向に０．５ピッチ戻ろうとする力が働き（第３の０．５ピッチ戻り過程）、図４（Ｃ）に示す位置で停止し、再充電される（第３の電圧切り替え再充電ステップ）。 Next, as shown in the lower diagram of FIG. 4B, a drive pattern (one electrode) shifted to the right by one pitch (one electrode) from the first drive pattern of the lower diagram of FIG. That is, when the drive pattern (+, −, −, +) shifted by 3 pitches (for 3 electrodes) in the right direction from the first drive pattern in the lower diagram of FIG. The force to return 0.5 on the left side by 1 pitch works (third 0.5-pitch return process), stops at the position shown in FIG. 4C, and is recharged (third voltage switching) Recharging step).
この状態では、移動子９は、図２（Ａ）に示す初期状態から、右方向に３ピッチ移動したことになる。また、この状態は、そのまま第４の充電ステップとなり、移動子９の抵抗体層の同一領域に電極の電荷と逆極性の電荷が再充電される。
In this state, the
次に、図４（Ｄ）の下図に示すように、固定子１の電極に図４（Ａ）の下図から右方向に１ピッチ（１電極分）ずらした駆動パターン（つまり、図２（Ｂ）の下図の第２の駆動パターンから右方向に３ピッチ（３電極分）ずらした駆動パターン）（０、＋、０、−）を印加すると、垂直上向き矢印で示すように、クーロン反発力により移動子９に固定子１から離れようとする力と、右方向への移動駆動力が働く。そして、図４（Ｅ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ移動しようとする（第４の電圧切り替え移動ステップ）。
Next, as shown in the lower diagram of FIG. 4D, the drive pattern (that is, FIG. 2B) is shifted to the electrodes of the
次に、図５（Ａ）の下図に示すように、固定子１の電極に図４（Ｃ）の下図の第１の駆動パターンから右方向に１ピッチ（１電極分）ずらした駆動パターン（つまり、図２（Ａ）の下図の第１の駆動パターンから右方向に４ピッチ（４電極分）ずらした駆動パターン）（＋、＋、−、−）を印加すると、移動子９が固定子１上を左方向に０．５ピッチ戻ろうとする力が働き（第４の０．５ピッチ戻り過程）、図５（Ｂ）に示す位置で停止し、再充電される（第４の電圧切り替え再充電ステップ）。 Next, as shown in the lower diagram of FIG. 5A, a drive pattern (one electrode) shifted rightward from the first drive pattern of the lower diagram of FIG. That is, when a drive pattern (+, +, −, −) shifted by 4 pitches (4 electrodes) rightward from the first drive pattern in the lower diagram of FIG. The force to return 0.5 on the left side by 1 pitch works (fourth 0.5 pitch return process), stops at the position shown in FIG. 5B, and is recharged (fourth voltage switching) Recharging step).
この状態では、移動子９は、図２（Ａ）に示す初期状態から、右方向に４ピッチ移動したことになる。ここで、図５（Ｂ）に示す状態では、固定子１の電極に図２（Ａ）の下図の第１の駆動パターン（＋、＋、−、−）が印加されており、これは図２（Ａ）に示す初期状態の場合と同様である。したがって、固定子１の電極への印加電圧のサイクルはこれで一巡したことになる。
In this state, the
（駆動方法の第２の例）
次に、この静電アクチュエータの駆動方法の第２の例について簡単に説明する。ここで、駆動方法の第１の例と異なる点は、図２（Ａ）の下図の第１の駆動パターンと図２（Ｂ）の下図の第２の駆動パターンを入れ替えている点である。まず、図６（Ａ）の下図に示すように、固定子１の電極に第１の駆動パターン（−、０、＋、０）を印加すると、移動子９の抵抗体層に電極の電荷と逆極性の電荷が充電される（第１の充電ステップ）。この場合、移動子９の抵抗体層の固定子１の０Ｖの電極に対応する領域は、正負いずれの電荷も充電されない。
(Second example of driving method)
Next, a second example of the electrostatic actuator driving method will be briefly described. Here, the difference from the first example of the driving method is that the first driving pattern shown in the lower part of FIG. 2A and the second driving pattern shown in the lower part of FIG. First, as shown in the lower diagram of FIG. 6A, when the first drive pattern (−, 0, +, 0) is applied to the electrode of the
次に、図６（Ｂ）の下図に示すように、固定子１の電極に印加する駆動パターンを第２の駆動パターン（＋、−、−、＋）に切り替えると、垂直上向き矢印で示すように、クーロン反発力により移動子９に固定子１から離れようとする力と、右方向への移動駆動力が働く。そして、図６（Ｃ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ移動しようとする（第１の電圧切り替え移動ステップ）。
Next, as shown in the lower diagram of FIG. 6B, when the drive pattern applied to the electrodes of the
この場合、図６（Ｂ）においては、移動子９の抵抗体層の電荷領域の一部は電荷が充電されないので、その真下の固定子１の電極の電荷が正負のいずれであっても、その間にクーロン力は発生しない。したがって、この場合も、移動子９と固定子１との間には、垂直方向には、垂直上向き矢印で示すように、クーロン反発力により移動子９に固定子１から離れようとする力が働き、移動子９と固定子１との間の摩擦抵抗を軽減することができる。
In this case, in FIG. 6B, since a part of the charge region of the resistor layer of the
次に、移動中に移動子の電荷は一部失われるので、クーロン力（移動駆動力）が減少する。そこで、この力を維持して連続して駆動するために、図６（Ｄ）の下図に示すように、固定子１の電極に図６（Ａ）の下図から右方向に１ピッチ（１電極分）ずらした駆動パターン（０、−、０、＋）を印加する。すると、図６（Ｅ）に示すように、移動子９が固定子１上を左方向に０．５ピッチ戻ろうとする力が働き（第１の０．５ピッチ戻り過程）、図６（Ｅ）に示す位置で停止し、再充電される。（第１の電圧切り替え再充電ステップ）。
Next, part of the charge of the mover is lost during the movement, so the Coulomb force (movement driving force) is reduced. In order to maintain this force and drive continuously, as shown in the lower diagram of FIG. 6D, the pitch of the
この状態では、移動子９は、図６（Ａ）に示す初期状態から、右方向に１ピッチ移動したことになる。また、この状態は、そのまま次の充電ステップとなり、移動子９の抵抗体層の同一領域に電極の電荷と逆極性の電荷が再充電される。以下のステップの説明は省略する。
In this state, the
（駆動方法の第３の例）
次に、この静電アクチュエータの駆動方法の第３の例について簡単に説明する。ここで、駆動方法の第１の例と異なる点は、上記０．５ピッチ戻り過程が後述の０．５ピッチ進み過程となる点である。まず、図２（Ｃ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ移動しようとした状態とする。移動中に移動子の電荷は一部失われるので、クーロン力（移動駆動力）が減少する。そこで、この力を維持して連続して駆動するために、図７（Ａ）の下図に示すように、固定子１の電極に図２（Ａ）の下図の第１の駆動パターンから右方向に２ピッチ（２電極分）ずらした駆動パターン（−、−、＋、＋）を印加する。すると、図７（Ｂ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に０．５ピッチ進もうとする力が働く。この過程を（第１の）０．５ピッチ進み過程と呼ぶことにする。実際には、移動子のスムーズな移動が実現され、図２（Ｂ）から移動子９は、右方向に２ピッチ進んだ位置の図７（Ｂ）の状態で停止し、再充電される（第１の電圧切り替え再充電ステップ）。
(Third example of driving method)
Next, a third example of the electrostatic actuator driving method will be briefly described. Here, the difference from the first example of the driving method is that the 0.5 pitch return process becomes a 0.5 pitch advance process described later. First, as shown in FIG. 2C, a state is assumed in which the moving
この状態では、移動子９は、図２（Ａ）に示す初期状態から、右方向に２ピッチ移動したことになる。また、この状態は、そのまま次の充電ステップとなり、移動子９の抵抗体層の同一領域に電極の電荷と逆極性の電荷が再充電される。以下のステップの説明は省略する。
In this state, the
このような駆動によれば、駆動方法の第１の例、駆動方法の第２の例よりも、高速な移動を実現することができる。実際には、上記電圧切り替え移動ステップと電圧切り替え再充電ステップを適切な時間間隔で切り替え、移動子のスムーズな移動が実現されるようにする。上記駆動方法の第３の例が実現できるかは、固定子と移動子との間の充電条件や摩擦条件等により変わる。 According to such driving, it is possible to realize movement at a higher speed than in the first example of the driving method and the second example of the driving method. Actually, the voltage switching movement step and the voltage switching recharging step are switched at an appropriate time interval so that smooth movement of the moving element is realized. Whether or not the third example of the driving method can be realized depends on the charging condition, the friction condition, and the like between the stator and the mover.
（駆動方法の第４の例）
次に、この静電アクチュエータの駆動方法の第４の例について簡単に説明する。ここで、駆動方法の第１の例と異なる点は、図２（Ａ）の下図の第１の駆動パターンと図２（Ｂ）の下図の第２の駆動パターンを入れ替え、且つ、０．５ピッチ戻り過程が０．５ピッチ進み過程となる点である。まず、図６（Ｃ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ移動しようとした状態とする。移動中に移動子の電荷は一部失われるので、クーロン力（移動駆動力）が減少する。そこで、この力を維持して連続して駆動するために、図８（Ａ）の下図に示すように、固定子１の電極に図６（Ａ）の下図の第１の駆動パターンから右方向に２ピッチ（２電極分）ずらした駆動パターン（＋、０、−、０）を印加する。すると、図８（Ｂ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に０．５ピッチ進もうとする力が働き（第１の０．５ピッチ進み過程）、図８（Ｂ）に示す位置で停止し、再充電される。（第１の電圧切り替え再充電ステップ）。
(Fourth example of driving method)
Next, a fourth example of the electrostatic actuator driving method will be briefly described. Here, the driving method is different from the first example in that the first driving pattern in the lower diagram in FIG. 2A and the second driving pattern in the lower diagram in FIG. This is the point that the pitch return process becomes a 0.5 pitch advance process. First, as shown in FIG. 6C, a state is assumed in which the moving
この状態では、移動子９は、図６（Ａ）に示す初期状態から、右方向に２ピッチ移動したことになる。また、この状態は、そのまま次の充電ステップとなり、移動子９の抵抗体層の同一領域に電極の電荷と逆極性の電荷が再充電される。以下のステップの説明は省略する。
In this state, the
このような駆動によれば、駆動方法の第３の例と同様に、駆動方法の第１の例、駆動方法の第２の例よりも、高速な移動を実現することができる。実際には、上記電圧切り替え移動ステップと電圧切り替え再充電ステップを適切な時間間隔で切り替え、移動子のスムーズな移動が実現されるようにする。上記駆動方法の第４の例が実現できるかは、固定子と移動子との間の充電条件や摩擦条件等により変わる。 According to such driving, similar to the third example of the driving method, it is possible to realize movement at a higher speed than the first example of the driving method and the second example of the driving method. Actually, the voltage switching movement step and the voltage switching recharging step are switched at an appropriate time interval so that smooth movement of the moving element is realized. Whether or not the fourth example of the driving method can be realized depends on a charging condition or a friction condition between the stator and the moving element.
（駆動方法の第５の例）
次に、この静電アクチュエータの駆動方法の第５の例について簡単に説明する。まず、図２（Ａ）に示す初期状態から、図２（Ｂ）の下図の第２の駆動パターンを印加し、ある程度時間が経過し、図２（Ｃ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ移動した状態とする。そして、この状態において、固定子１の電極に図９（Ａ）の下図に示すようなリセット駆動パターン（０、０、０、０）を印加する。すると、移動子９の抵抗体層の電荷が完全に放電されて消失し、図９（Ｂ）の上図のような電荷分布となる。
(Fifth example of driving method)
Next, a fifth example of the electrostatic actuator driving method will be briefly described. First, from the initial state shown in FIG. 2 (A), the second drive pattern shown in the lower part of FIG. 2 (B) is applied, and after a certain amount of time has passed, as shown in FIG. The
次に、充電ステップにおいて、図９（Ｃ）の下図に示すように、例えば、再び、固定子１の電極に図２（Ａ）の下図と同じ第１の駆動パターン（＋、＋、−、−）を印加すると、移動子９の抵抗体層に電極の電荷と逆極性の電荷が充電される。この場合、移動子９の抵抗体層の各電荷充電領域は、図２（Ａ）に示す場合と比較して、０．５ピッチずつずれている。
Next, in the charging step, as shown in the lower diagram of FIG. 9C, for example, the first drive pattern (+, +, −, When −) is applied, the charge of the polarity opposite to that of the electrode is charged in the resistor layer of the
次に、図９（Ｄ）の下図に示すように、例えば、再び、固定子１の電極に図２（Ｃ）の下図と同じ第２の駆動パターン（−、０、＋、０）を印加すると、垂直上向き矢印で示すように、クーロン反発力により移動子９に固定子１から離れようとする力と、右方向への移動駆動力が働く。したがって、この場合も、移動子９と固定子１との間の摩擦抵抗を軽減することができる。
Next, as shown in the lower diagram of FIG. 9D, for example, the same second drive pattern (−, 0, +, 0) as the lower diagram of FIG. Then, as indicated by a vertical upward arrow, a force to move the moving
そして、ある程度の時間が経過して、図９（Ｅ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ移動する。この状態では、移動子９は、図２（Ａ）に示す初期状態から、右方向に３ピッチ移動したことになる。以下のステップの説明は省略する。
Then, after a certain amount of time has elapsed, as shown in FIG. 9E, the
（駆動方法の第６の例）
次に、この静電アクチュエータの駆動方法の第６の例について簡単に説明する。ここで、駆動方法の第５の例と異なる点は、図２（Ａ）の下図の第１の駆動パターンと図２（Ｂ）の下図の第２の駆動パターンを入れ替えた点である。まず、図６（Ａ）に示す初期状態から、図６（Ｂ）の下図の第２の駆動パターンを印加し、ある程度時間が経過し、図６（Ｃ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ移動した状態とする。そして、この状態において、固定子１の電極に図１０（Ａ）の下図に示すようなリセット駆動パターン（０、０、０、０）を印加する。すると、移動子９の抵抗体層の電荷が完全に放電されて消失し、図１０（Ｂ）の上図のような電荷分布となる。
(Sixth example of driving method)
Next, a sixth example of the electrostatic actuator driving method will be briefly described. Here, the difference from the fifth example of the driving method is that the first driving pattern shown in the lower part of FIG. 2A and the second driving pattern shown in the lower part of FIG. First, the second drive pattern shown in the lower part of FIG. 6B is applied from the initial state shown in FIG. 6A, and a certain amount of time passes. As shown in FIG. The
次に、充電ステップにおいて、図１０（Ｃ）の下図に示すように、例えば、再び、固定子１の電極に図６（Ａ）の下図と同じ第１の駆動パターン（−、０、＋、０）を印加すると、移動子９の抵抗体層に電極の電荷と逆極性の電荷が充電される。この場合も、移動子９の抵抗体層の各電荷充電領域は、図６（Ａ）に示す場合と比較して、０．５ピッチずつずれている。
Next, in the charging step, as shown in the lower diagram of FIG. 10C, for example, the first drive pattern (−, 0, +, 0) is applied, the resistor layer of the
次に、図１０（Ｄ）の下図に示すように、例えば、再び、固定子１の電極に図６（Ｃ）の下図と同じ第２の駆動パターン（＋、−、−、＋）を印加すると、垂直上向き矢印で示すように、クーロン反発力により移動子９に固定子１から離れようとする力と、右方向への移動駆動力が働く。したがって、この場合も、移動子９と固定子１との間の摩擦抵抗を軽減することができる。
Next, as shown in the lower diagram of FIG. 10D, for example, the same second drive pattern (+, −, −, +) as the lower diagram of FIG. Then, as indicated by a vertical upward arrow, a force to move the moving
そして、図１０（Ｅ）に示すように、移動子９が固定子１上を右方向に１．５ピッチ移動する。この状態では、移動子９は、図６（Ａ）に示す初期状態から、右方向に３ピッチ移動したことになる。以下のステップの説明は省略する。
Then, as shown in FIG. 10E, the
上記駆動方法の第５の例、駆動方法の第６の例の駆動によれば、１．５ピッチずつのステップ駆動を実現することができる。 According to the driving of the fifth example of the driving method and the sixth example of the driving method, step driving of 1.5 pitches can be realized.
（その他の駆動方法）
図２（Ａ）において、固定子１の電極に第１の駆動パターンとして、駆動パターン（−、−、＋、＋）を印加するようにしてもよい。この場合、図２（Ｂ）においては、固定子１の電極に第２の駆動パターンとして、駆動パターン（＋、０、−、０）を印加することになる。また、図６（Ａ）において、固定子１の電極に第１の駆動パターンとして、駆動パターン（＋、０、−、０）を印加するようにしてもよい。この場合、図６（Ｂ）においては、固定子１の電極に第２の駆動パターンとして、駆動パターン（−、＋、＋、−）を印加することになる。
(Other driving methods)
In FIG. 2A, a drive pattern (−, −, +, +) may be applied to the electrodes of the
１ 固定子
２ ベースフィルム
３ 電極
４ 保護膜
５〜８ 接続端子
９ 移動子
１０ ベースフィルム
１１ 抵抗体層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記固定子の電極に、第１の駆動パターンからなる駆動信号を印加し、その駆動パターンに応じた逆極性の電荷を前記移動子の抵抗体層に充電する充電ステップと、
前記充電ステップの後に、前記固定子の電極に、前記第１の駆動パターンの整数電極分位相をずらしたものとは重ならない第２の駆動パターンからなる駆動信号を印加し、移動子を移動させる電圧切り替え移動ステップと、
前記電圧切り替え移動ステップの後に、前記固定子の電極に、前記第１の駆動パターンの整数電極分位相をずらした駆動パターンを印加し、その駆動パターンに応じた逆極性の電荷を前記移動子の抵抗体層に再充電する電圧切り替え再充電ステップと、
を含み、
前記第１の駆動パターンと前記第２の駆動パターンのうち一方の駆動パターンは、正電圧の連続する組と負電圧の連続する組の２値からなる駆動パターンであるとともに、他方の駆動パターンは、正電圧と負電圧の間に接地電位である０Ｖを挟む３値からなる駆動パターンであり、前記電圧切り替え移動ステップでは、前記移動子と前記固定子との間のクーロン力により、前記移動子が前記固定子上を１．５ピッチ移動しようとする力が働き、
前記電圧切り替え再充電ステップで、前記固定子の電極に、前記移動子が移動する向きに前記第１の駆動パターンの１電極分位相をずらした駆動パターンを印加し、前記移動子と前記固定子との間のクーロン力により、前記移動子が０．５ピッチ戻るような力が働くことを特徴とする静電アクチュエータの駆動方法。 A method for driving an electrostatic actuator in which a movable element having a resistor layer is movably disposed on a stator having four electrode groups to which a four-phase driving signal is supplied,
A charging step of applying a driving signal having a first driving pattern to the electrode of the stator and charging the resistor layer of the moving element with a charge having a reverse polarity according to the driving pattern;
After the charging step, a drive signal composed of a second drive pattern that does not overlap the phase shift of the first drive pattern by an integer number of electrodes is applied to the stator electrode to move the mover. A voltage switching movement step;
After the voltage switching movement step, a driving pattern having a phase shifted by an integer number of electrodes of the first driving pattern is applied to the electrodes of the stator, and charges having a reverse polarity corresponding to the driving pattern are applied to the moving electrodes of the moving element. A voltage switching recharging step for recharging the resistor layer;
Including
One drive pattern of the first drive pattern and the second drive pattern is a drive pattern consisting of binary values of a positive voltage continuous set and a negative voltage continuous set, and the other drive pattern is , A ternary driving pattern in which a ground potential of 0 V is sandwiched between a positive voltage and a negative voltage. In the voltage switching movement step, the moving element is driven by a Coulomb force between the moving element and the stator. There force to 1.5 pitch displaced on the stator-out work,
In the voltage switching and recharging step, a driving pattern in which the phase of the first driving pattern is shifted by one electrode in the direction in which the moving element moves is applied to the stator electrode, and the moving element and the stator A driving method of the electrostatic actuator , wherein a force that causes the moving element to return 0.5 pitches is exerted by a Coulomb force therebetween .
前記一方の駆動パターンは、正電圧が２つの電極分連続する組と負電圧が前記２つの電極分連続する組が交互に並ぶパターンであり、
前記他方の駆動パターンは、前記一方の駆動パターンのときに前記正電圧が並んだ領域において、前記移動子の進行方向に沿って負電圧、接地電位である０Ｖが順に並び、前記一方の駆動パターンのときに前記負電圧が並んだ領域において、前記移動子の進行方向に沿って正電圧、接地電位である０Ｖが順に並ぶパターンであることを特徴とする静電アクチュエータの駆動方法。 The method for driving an electrostatic actuator according to claim 1,
The one driving pattern is a pattern in which a group in which a positive voltage continues for two electrodes and a group in which a negative voltage continues for the two electrodes are alternately arranged,
In the other drive pattern, in the region where the positive voltage is arranged in the case of the one drive pattern, a negative voltage and a ground potential of 0 V are arranged in order along the moving direction of the moving element. The method of driving an electrostatic actuator, wherein in the region where the negative voltage is lined up, a pattern in which a positive voltage and a ground potential of 0 V are lined up in order along the moving direction of the moving element.
前記一方の駆動パターンは、正電圧が２つの電極分連続する組と負電圧が前記２つの電極分連続する組が交互に並ぶパターンであり、
前記他方の駆動パターンは、前記一方の駆動パターンのときに前記正電圧が並んだ領域において、前記移動子の進行方向に沿って接地電位である０Ｖ、負電圧が順に並び、前記一方の駆動パターンのときに前記負電圧が並んだ領域において、前記移動子の進行方向に沿って接地電位である０Ｖ、正電圧が順に並ぶパターンであることを特徴とする静電アクチュエータの駆動方法。 The method for driving an electrostatic actuator according to claim 1,
The one driving pattern is a pattern in which a group in which a positive voltage continues for two electrodes and a group in which a negative voltage continues for the two electrodes are alternately arranged,
In the other drive pattern, in the region where the positive voltages are arranged in the case of the one drive pattern, the ground potential of 0 V and the negative voltage are arranged in order along the moving direction of the moving element, and the one drive pattern The method of driving an electrostatic actuator, wherein in the region where the negative voltage is lined up, the pattern is such that the ground potential of 0V and the positive voltage are lined up in order along the moving direction of the moving element.
前記電圧切り替え再充電ステップで、前記固定子の電極に、前記移動子が移動する向きに前記第１の駆動パターンの２電極分位相をずらした駆動パターンを印加し、前記移動子と前記固定子との間のクーロン力により、前記移動子が０．５ピッチ進むような力が働くことを特徴とする静電アクチュエータの駆動方法。 In the driving method of the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 3 ,
In the voltage switching and recharging step, a drive pattern in which the phase of the first drive pattern is shifted by two electrodes in the direction in which the mover moves is applied to the stator electrode, and the mover and the stator A driving method for an electrostatic actuator, wherein a force that causes the moving element to advance by 0.5 pitch is exerted by a Coulomb force between the first and second actuators.
前記固定子の電極に、第１の駆動パターンからなる駆動信号を印加し、その駆動パターンに応じた逆極性の電荷を前記移動子の抵抗体層に充電する充電ステップと、
前記充電ステップの後に、前記固定子の電極に、前記第１の駆動パターンの整数電極分位相をずらしたものとは重ならない第２の駆動パターンからなる駆動信号を印加し、移動子を移動させる電圧切り替え移動ステップと、を含み、
前記第１の駆動パターンと前記第２の駆動パターンのうち一方の駆動パターンは、正電圧の連続する組と負電圧の連続する組の２値からなる駆動パターンであるとともに、他方の駆動パターンは、正電圧と負電圧の間に接地電位である０Ｖを挟む３値からなる駆動パターンであり、前記電圧切り替え移動ステップでは、前記移動子と前記固定子との間のクーロン力により、前記移動子が前記固定子上を１．５ピッチ移動しようとする力が働き、
前記電圧切り替え移動ステップの後に、前記固定子の電極に、全ての電圧が接地電圧である０Ｖのリセット駆動パターンを印加するリセット電圧印加ステップを含むことを特徴とする静電アクチュエータの駆動方法。 A method for driving an electrostatic actuator in which a movable element having a resistor layer is movably disposed on a stator having four electrode groups to which a four-phase driving signal is supplied,
A charging step of applying a driving signal having a first driving pattern to the electrode of the stator and charging the resistor layer of the moving element with a charge having a reverse polarity according to the driving pattern;
After the charging step, a drive signal composed of a second drive pattern that does not overlap the phase shift of the first drive pattern by an integer number of electrodes is applied to the stator electrode to move the mover. A voltage switching movement step,
One drive pattern of the first drive pattern and the second drive pattern is a drive pattern consisting of binary values of a positive voltage continuous set and a negative voltage continuous set, and the other drive pattern is , A ternary driving pattern in which a ground potential of 0 V is sandwiched between a positive voltage and a negative voltage. In the voltage switching movement step, the moving element is driven by a Coulomb force between the moving element and the stator. Has a force to move 1.5 pitches on the stator,
An electrostatic actuator driving method comprising a reset voltage applying step of applying a reset driving pattern of 0V, in which all voltages are ground voltages, to the electrodes of the stator after the voltage switching moving step.
前記一方の駆動パターンは、正電圧が２つの電極分連続する組と負電圧が前記２つの電極分連続する組が交互に並ぶパターンであり、The one driving pattern is a pattern in which a group in which a positive voltage continues for two electrodes and a group in which a negative voltage continues for the two electrodes are alternately arranged,
前記他方の駆動パターンは、前記一方の駆動パターンのときに前記正電圧が並んだ領域において、前記移動子の進行方向に沿って負電圧、接地電位である０Ｖが順に並び、前記一方の駆動パターンのときに前記負電圧が並んだ領域において、前記移動子の進行方向に沿って正電圧、接地電位である０Ｖが順に並ぶパターンであることを特徴とする静電アクチュエータの駆動方法。In the other drive pattern, in the region where the positive voltage is arranged in the case of the one drive pattern, a negative voltage and a ground potential of 0 V are arranged in order along the moving direction of the moving element. The method of driving an electrostatic actuator, wherein in the region where the negative voltage is lined up, a pattern in which a positive voltage and a ground potential of 0 V are lined up in order along the moving direction of the moving element.
前記一方の駆動パターンは、正電圧が２つの電極分連続する組と負電圧が前記２つの電極分連続する組が交互に並ぶパターンであり、The one driving pattern is a pattern in which a group in which a positive voltage continues for two electrodes and a group in which a negative voltage continues for the two electrodes are alternately arranged,
前記他方の駆動パターンは、前記一方の駆動パターンのときに前記正電圧が並んだ領域において、前記移動子の進行方向に沿って接地電位である０Ｖ、負電圧が順に並び、前記一方の駆動パターンのときに前記負電圧が並んだ領域において、前記移動子の進行方向に沿って接地電位である０Ｖ、正電圧が順に並ぶパターンであることを特徴とする静電アクチュエータの駆動方法。In the other drive pattern, in the region where the positive voltages are arranged in the case of the one drive pattern, the ground potential of 0 V and the negative voltage are arranged in order along the moving direction of the moving element, and the one drive pattern The method of driving an electrostatic actuator, wherein in the region where the negative voltage is lined up, the pattern is such that the ground potential of 0V and the positive voltage are lined up in order along the moving direction of the moving element.
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