JPH0365084A - 静電型２次元アクチュエータ，光ヘツドおよび光デイスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は静電気力を用いて可動子を２次元に移動せしめ
る静電型２次元アクチュエータ並びに、それを用いた高
速応答可能な光学ヘッドと磁気ヘッドに関する。

〔従来の技術〕

従来の静電型２次元アクチュエータは、特開昭６３−１
７１１７３号公報に記載のように、固定子電極に対して
移動子（可動子）の金属部分を所定の方向と距離にそれ
ぞれ離間して位置されていた。これを第２図から第４図
を用いて説明する。第２図が従来例の移動子、第３図が
従来例の固定子を示す。

それぞれ、（ａ）が断面図、（ｂ）が平面図である。第
２図の移動子１には、絶縁体の板２に金属片３が４箇所
に埋込まれ（それぞれ３ａ、３ｂ。

３ｃ、３ｄと称す）、その表面に強誘電体の薄膜４がス
パッタリング等で形成されている。また、固定子は絶縁
体６の表面に第２図の移動子と重ね合せた際金属と所定
の方向と距離だけ離した位置になる様に、金属片３とそ
れぞれ同じ面積の４つの電極７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを
接着等で形成している。

第４図は、第２図と第３図の移動子、固定子を重ねて構
成したアクチュエータの側断面図（ａ）と上面からの断
面図（ｂ）である。ここで、固定子の電極７ａに電圧を
印加すると、金属３ａが電極７ａの電荷で吸引され、完
全に電極７ａと金属３ａが重なるまで移動子ｌは図の右
方向へ移動する。電圧印加を電極７ｂに切り換えると、
同様に金属３ｂが電極７ｂに重なるまで移動子１は図の
左斜下方向へ移動する。このようにして、従来例では、
複数の電極へ電圧を印加する順番や大きさを適当に選定
して、粗動、微動を行ない、移動方向を種々変えていた
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、第１に固定子の電極寸法と電極間隔可
動子の金属部分の寸法と金属間隔について特に配慮され
ておらず、可動子の金属部分が相対する固定子の電極か
らはずれてしまったら、起動できなくなるという問題が
あった。第２に、可動子の重心と推力の発生部が一致し
ていないので、可動子に回転力が加わる場合があり、更
にこの場合、可動子と固定子の位置関係が大きくずれる
と、推力低下が起動できないという問題があった。第３
に、一方向の移動を固定子の１つの電極、可動子の１つ
の金属部の組合せで行うので、電極、金属部の面積内し
か移動できず、長い距離を移動できないという問題があ
った。

本発明の目的は、高速かつ安定に２次元的に移動可能な
静電型２次元アクチュエータを提供することを目的とす
る。

本発明の他の目的は、高速応答できる光学ヘッド又は磁
気ヘッド等の応用システムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の静電型２次元アク
チュエータは、少なくとも１つの面で対向する可動子及
び固定子とを有し、 前記可動子及び前記固定子のそれぞれの対向面上には、
空間的に平行に配置された複数の短冊状の第１の電極列
と前記第１の電極列と空間的に略直交となるように配置
された複数の短冊状の第２の電極列とが形成されたこと
を特徴とする。

また、前記第１の電極列または前記第２の電極列へ電気
エネルギーを供給する手段とを有することを特徴とする
。

さらにまた、少なくともｌっの面で対向する可動子及び
固定子と、 前記可動子及び前記固定子のそれぞれの対向面上には、
それぞれ独立して発生する第１及び第２の推力を静電気
力で生ずる手段とを有し、前記第１の推力と前記第２の
推力とはその推力の方向が、空間的に略直交となること
を特徴とする。さらにまた、可動子と固定子とを有し、
静電気力で２次元に前記可動子が移動する構成とし、前
記可動子の移動変位が０．１μｍの場合に、応答周波数
２０　Ｋ　Ｈｚ以上であることを特徴とする。

さらにまた、前記固定子の表面上に、前記可動子の移動
を案内するガイド機構を有することを特徴とする。

さらにまた、前記可動子の重心と推力の発生部とが一致
することを特徴とした。

さらにまた、前記第１の電極列または前記第２の電極列
に、推力を発生せしめるために電圧を印加することを第
１の操作として、前記可動子の位置を検出するために静
電容量を変化を検出することを第２の操作として行なう
とき、前記第２の操作は前記第１の操作が行なわれない
基間に成されることを特徴とする。

さらにまた、前記固定子上の前記第１の電極列または前
記第２の電極列のいずれかに印加する電圧を３つ以上の
相に分けて、前記各相毎に電圧供給用配線を備え、前記
電圧供給配線に印加する電圧を順次切換えて、前記可動
子を移動させることを特徴とする。

各相の前記電圧供給用配線に電圧を印加する時刻と、電
圧をしゃ断する時刻を、各相の電圧供給用配線に現われ
る静電容量変化から判定することを特徴とする。

さらにまた、前記可動子上の前記第１の電極列及び前記
第２の電極列の電極ピッチをＴ１．前記固定子上の前記
第１の電極列及び前記第２の電極列の電極ピッチをＴｓ
、前記電圧をｎ相の電圧とした場合、 Ｔｓ＝　（１＋１　／　ｎ　）　Ｘ　Ｔ−とすることを
特徴とする。

さらに、前記第１及び第２の電極列の各々の長手方向の
寸法が、可動子と固定子とで異なることを特徴とする。

また、本発明の他の目的を達成するために静電型２次元
アクチュエータの前記可動子上に、光集積回路を形成し
、光ヘッドとすることを特徴とする。

さらには、前記光ヘッドと、前記光ヘッドから光照射さ
れる光ディスクの回転手段を具備することにより光ディ
スク装置とすることを特徴とする。

また、前記静電型２次元アクチュエータの前記可動子上
に、磁気検出手段を形成することで磁気ヘッドとするこ
とを特徴とする。この磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドに
より磁気検出される磁気テープの駆動手段を具備するこ
とにより磁気テープ装置とすることができる。

繰り返すならば、上記目的を達成するために、本発明は
、可動子と固定子にそれぞれの表面に第１及び第２の短
冊状の電極列を配設し、この電極列が配設された可動子
の表面と固定子の表面を空隙を介して対向させる構成と
し、この電極列が配設された可動子の表面または固定子
の表面と平行な平面に、第１と第２の電極列を投影した
場合に、第１と第２の短冊状の電極列が互いに垂直方向
に現われるように、可動子と固定子に短冊状の電極列を
配設した構造とした。

具体的には、可動子に配設した第１及び第２の短冊状の
電極の配設方向の幅Ｗ、と電極間隔Ｓ。

を、比率がｌ：ｌか、もしくは電極間隔Ｓ、の方を大き
くし、ＷＩＩと８１の和をその電極ピッチＴ、とし、固
定子の第１及び第２の短冊状の電極列を順にｎコずつの
相に分割して、固定子に配設した第１及び第２の短冊状
の電極の配設方向の幅Ｗｓと電極ピッチＴｓ　を、それ
ぞれＷｓ　＝Ｗ−電圧印加手段として固定子の第１及び
第２の短冊状の電極列に相毎に順次電圧を印加、しゃ断
する手段を設け、その電圧の印加、しゃ断の時刻を判定
するために、固定子の第１及び第２の短冊状の電極列の
電圧を印加されていない相の静電容量の変化を検出する
手段を設けた静電型２次元アクチュエータとしたもので
ある。

今、可動子と固定子は絶対的な違いを有するものではな
く、上述の構成において上記可動子の側を固定させるこ
とにより、上記固定子を移動せしめて、同様な静電型２
次元アクチュエータとできることは言うまでもない。

また、本発明の他の目的を達成するために、上記静電型
２次元アクチュエータを具備した光学ヘッド又は磁気ヘ
ッドとした。

〔作用〕

固定子の第１の短冊状の電極列に電圧を印加すると、対
応する可動子の第１の短冊状の電極列との間に静電気的
吸引力が発生し、第１及び第２の短冊状の電極列の配列
された方向に可動子が移動する。同様に、固定子の第２
の短冊状の電極列に電圧を印加すれば、対応する可動子
の第２の短冊状の電極列との間に静電気的吸引力が発生
し、第１及び第２の短冊状の電極列の配列された方向に
可動子が移動する。更に、第１の電極列と第２の電極列
は直交する方向に配列されているので、第１の電極列に
よる可動子の移動方向と、第２の電極列による可動子の
移動方向は直行し、第１と第２の電極列による移動を組
合せることにより結果として可動子は、２次元的に移動
できる。

また、電極の配設寸法が、固定子の第１及び第２の各々
の電極列がｎ相に分かれている中で、１つの相の電極が
可動子の電極と完全に一致している場合、他の相の中の
工っの相は、わずかにこの電極よりの移動方向の１　／
　ｎの幅だけ可動子の電極と重なり、他の相の中のもう
ｌっの相は、先の相と逆側の移動力ゆの１　／　ｎの幅
だけ可動子の電極と重なるので、第１及び第２の電極列
による静電気的吸引力が常に途切れることなく一様に発
生し、常に安定な可動子の移動が実現される。

固定子の第１及び第２の短冊状の電極列のどの相に電圧
を印加するかは、固定子の電極列の電圧を印加されてい
ない相の静電容量変化が検出できるので、その静電容量
が最小になり、増加し始めた相に、その時刻に電圧を印
加し、その時刻にそれまで電圧を印加していた相の電圧
をしゃ断すれば、１つの相における変位が最大になり、
また、多相の固定子の電極と可動子の電極の位置関係が
同じ状態で電圧印加、しゃ断が実施されるので、常に安
定な可動子の移動が実現される。

また、本発明の静電型２次元アクチュエータを光学ヘッ
ドが磁気ヘッドに応用することにより、きわめて小型な
光学ヘッドが磁気ヘッドとすることができ、更に高速な
トラッキング動作やフォーカシング動作が実現される。

本発明の上記の特徴およびその他の特徴は以下の記載に
よりさらに明確とされる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図及び第５図〜第９図により説
明する。第１図は、本発明の静電型２次元アクチュエー
タの分解外観図である。静電型２次元アクチュエータは
可動子１と固定子５から構成され、絶縁体から成る可動
子１の凸部の図では片側面しか見えないが両側面に互い
に直交する第１の短冊状の電極列３１と第２の短冊状の
電極列３２が配設され、絶縁体から成る固定子５の凹部
の図では片側面しか見えないが、両側面に互いに直交す
る第１の短冊状の電極列７１と第２の短冊状の電極列７
２が配設されている。電極列はゲタ形状の可動子１のゲ
タの歯部の両面に設けられているが、必要に応じて、片
面側のみに設けられる。

ゲタ状は爼板状とも呼ぶ図では、可動子が固定子上の中
空にあるが、静電型２次元アクチュエータとして動作す
る時は、可動子の凸部が固定子の凹部に入りこむ。

従って、本実施例では固定子の電極配設面を成す凹部自
体が可動子のガイド機構としての役目も果すことができ
る。

第５図は、本実施例の可動子工の電極配設面の電極列の
配設図（ａ）と固定子５の電極配設面の電極列の配設図
（ｂ）である。可動子１の電極配設面に第１の短冊状の
電極の配列３１とそれに直交する第２の短冊状の電極の
配列３２が設けられており、可動子ｌの第１の短冊状の
電極の配列３１と対応する固定子５の電極配設面に、第
１の短冊状の電極の配列７１が設けられ、可動子ｌの第
２の短冊状の電極の配列３２と対応する固定子５の電極
配設面に、第２の短冊状の電極の配列７２が設けられて
いる。

図中の可動子の一つの中心線ｊ及び他の中心線ｋに対し
て、電極は線対称となっており中心線上に推力発生点が
存在する。従って、推力のアンバランスが生じず、安定
した移動ができる。

可動子ｌの各電極配列３１，３２と固定子５の各電極配
列７１．７２は、電極ピッチＴと電極の長手方向の長さ
悲が異なっている。この電極の寸法の相異による効果と
、静電型２次元アクチュエータとしての動作原理ついて
第６図を用いて説明する。

第６図は、第１図の可動子１の電極配設面と固定子５の
電極配設面の対向部分の断面図（ａ）と対向部分の平面
透視図（ｂ）を示す。この図では、第１の電極の配列３
１と７１について説明するが、第２の電極の配列３２と
７２についても以下の説明と同様な構成、移動原理を有
する。

可動子１と固定子５は図示されていない支持、案内機構
で空隙ｇを介して対向している。空隙ｇには固定子５．
可動子１の表面に絶８ｍや誘電体から成る被膜を施した
場合、その膜厚も含まれる。

可動子１の第１の短冊状の電極の配列３１ａ、各電極の
幅ＷＩＩ、電極のピッチＴ、には、Ｔ、≧２Ｗ、　　　
　　　　　　　　　　・・・（１）の関係がある。

また、固定子５の第１の電極の配列７１の、各電極の幅
Ｗｓ　と、電極ピッチには、 Ｗ　ｓ　”　Ｗ　−・・・（２） Ｔｓ”　１　、２５　Ｘ　Ｔ−・・・（３）の関係があ
る。

本実施例では、電極の相数ｎを４としており、Ａ、Ｂ、
Ｃ，Ｄの４つの相を固定子５の第１の電極の配列７１に
順に配設している。更に、固定子５の第１の電極の配列
７１の各相毎に、電圧供給線８が接続されている。可動
子ｌの電極列は接地線９が接続されている。また、固定
子５及び可動子１の短冊状の電極の長手方向の長さＱｓ
とＱｌは、Ｑｓ＝ΔＱｌ＋Δａ　２＋　Ｑ、　　　　　
　　−Ｃ４）の関係がある。

可動子１と固定子５が第６図で示す位置関係にある場合
、固定子５の電極ピッチＴｓが可動子１の電極ピッチＴ
、の１．７５倍なので、Ａ相では可動子電極３１と固定
子電極７１は完全に重なり、Ｂ相では可動子電極３１と
固定子電極が１／２の面積だけ重なり、Ｄ相では可動子
電極３１と固定子電極がＢ相の場合と逆の方向の１／２
の面積だけ重なり、Ｃ相では可動子電極３１と固定子電
極７１はまったく重ならない。従って、固定子５のＢ相
電極に電圧を印加すると、可動子１の電極との間に静電
気的吸引力が発生し、可動子工は図の右方向に移動し、
固定子５のＢ相電極が可動子１の電極と重なるまで移動
する。この時、固定子５のＣ相電極が、図のＢ相電極と
同様な可動子ｌの電極との位置関係になるので、固定子
５のＣ相電極に電圧を印加すれば、可動子１は右方向に
移動する。この様に、Ｂ→Ｃ−＋Ｄ−＋Ａ−＠Ｂ・・・
の順に、固定子５の各相の電極に順に電圧を印加するこ
とにより、可動子は円滑に図の右方向へ移動する。

また、固定子５の各相の電極にＤ→Ｃ→Ｂ−）Ａの順に
電圧を印加することにより、可動子は円滑に図の左方向
へ移動する。

固定子５の電極のピッチＴｓ　を可動子１の電極ピッチ
Ｔ、の１．２５倍とした根拠について以下説明する。固
定子５の電極と４相としたので、各相の電気角としての
位相差は３６０°の１／４で９０＠ずつとすれば、均等
な位相差が得られる。

従って、固定子５の電極ピッチＴｓは、可動子ｌの電極
ピッチＴ、の１／４だけずれればよい。本実施例では、
可動子１の電極ピッチＴヨに対して１／４ずれた固定子
５の電極ピッチＴｓ　を得るため、Ｔｓ　をＴ１の１．
２５倍とした。

本実施例では、固定子５の電極ピッチＴｓの方を可動子
１の電極ピッチＴ、より大きくしたが、１／４ピツチず
れれば静電型アクチュエータとして動作するので、Ｔｓ
の方がＴ、より小、すなわちＴｓ”０．７５Ｘ’ｆｌＩ
としてもよい。

一般にｎ相の静電型アクチュエータを考えると、固定子
の電極ピッチＴｓと可動子の電極ピッチＴヨは、Ｔ、を
相数ｎで除いた大きさだけずれればよく、 で表わされる関係にあればよい。

以上述べた固定子５の第１の電極列７１と可動子１の第
１の電極列３１の構成及び、固定子５の電極列を相毎に
順次電圧を印加する手段をとることにより、本実施例の
静電型２次元アクチュエータはｌ方向への移動が実現で
きる。更に、固定子５の第２の電極列７２と可動子１の
第２の電極列３２は第１の゛電極列と同様な構成であり
、第１の電極列に施すのと同様な電圧印加手段を用いる
ことにより、第１の電極列による移動方向と直交する方
向に静電型２次元アクチュエータは移動できる。

従って、第１．第２の電極列による移動を組合せること
により、２次元移動可能な静電型２次元アクチュエータ
が得られる。

また、第６図の（ｂ）で、固定子５の第１の電極長Ｑｓ
と可動子１の第１の電極長文、に、ΔＱ１＋Δａ２だけ
差があるので、第２の電極列により可動子１が、第１の
電極列の長手方向に移動しても、ΔＱｘ＋ΔＱ２の間は
固定子５の第１の電極列７エと可動子１の第１の電極列
３１の重なり合う面積が変化しない。従って、第１の電
極列は第２の電極列による可動子の移動にΔＱｌ十ΔＱ
２の間左右されず、一定の推力を発生できる。また、第
２の電極列においても、同様に固定子５と可動子１で長
手方向の電極長に差ΔＱが設けてあり、第１の電極列に
よる可動子の移動にΔ氾の間左右されずに、第２の電極
列により一定の推力を発生できる。

次に、本実施例の制御方法について説明する。

第７図が、本実施例の制御回路である。第８図から第１
０図が、本実施例の各部の静電容量電圧の可動子位置に
対する変化の様子を示す。

第７図において、Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃａは各各固定子
の第１のＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相の電極の静電容量であ
る。１０はコントローラ回路、１１．１２，１３．１４
は各々、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相のドライブ及びセンシ
ング回路、１０１は第１の電極列を制御する回路部であ
る。

同様に、第２の電極列にも、その制御回路部１０２があ
り、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ相の各相の静電容量Ｃａ’　Ｃｂ’
　Ｃｃ’　Ｃ−’に対して同様な構成となっている。以
下、第１の電極列を特に説明する。

Ａ相電極の静電容量Ｃ＆は、Ａ相電極と可動子電極が完
全に重なった場合に最大値となり、Ａ相電極と可動子電
極がまったく重ならない場合に最小値となるように、Ａ
相電極と可動子電極の重なる面積にほぼ比例して変化す
る。電極幅に対して電極間の空隙長が極めて短い（第６
図で、Ｗ＞ｇ）とすれば、固定子の各相の電極の静電容
量はあり、Ｘ方向に可動子を移動させることを考える。

静電容量Ｃが可動子位置Ｘで変化する時、電圧Ｅを印加
すると、静電容量変化を生じせしめた電極間のＸ方向に
発生する力Ｆは、 で表わせる。ここで、εは空隙部の誘電率、Ｓは各相の
電極の重なる面積、ｍは各相の電極の数である。

（５）式の電極の重なり面積Ｓは、可動子の位置に対し
て、可動子の電極ピッチＴ、を周期とする三角波になる
ので、各相の静電容量Ｃも同様に、Ｔ１を一周期とする
三角波となる。

従って、各相の静電容量Ｃは、可動子位置Ｘに対して、
第８図のような変化を示す。

ここで、再び、本実施例の推力発生機構を詳細に検討す
る。今、可動子が第８図のｘｏの位置にである。Ｂ、Ｃ
相に電圧を印加すると、正の推力、すなわちＸ方向に可
動子を移動させるカが発生すとにより、切れ目なく推力
が発生し、可動子がＸ方向へ移動する。

力は負となるので、可動子は−Ｘ方向に移動する。

次に、本実施例での、各相の電極へ電圧を印加、しゃ断
する時刻を判定する手法について、第９図を用いて説明
する。第９図は、各相の電極の静電容量Ｃの可動子位置
に対する変化と、−各相の位置検出信号Ｐの可動子位置
に対する変化を示す。Ａ相はＣａとＰａ、Ｂ相はＣｂと
Ｐｂ、Ｃ相はＣｃとＰｃ、Ｄ相はＣａとＰｄを示す。

位置検出信号Ｐは、電圧印加を行っていない相の電極に
抵抗を介して高周波電圧を印加し、その電極部の出力電
圧からローパスフィルターを介して高周波成分を除去す
ることにより得られる。静電容量Ｃが大きい場合、時定
数が大きくなるので、出力電圧は小さく、静電容量Ｃの
減少に伴い出力電圧は上昇する。従って、位置検出信号
Ｐは、静電容量Ｃが最小になるところで、ピークをもつ
三角波となるが、可動子を移動させるため各相の電極に
電圧を印加している間は、位置検出信号Ｐが得られない
ので、第９図に示したような１間欠的な三角波となる。

本実施例では、第８図に示すように、４つの相の電極に
順次電圧を印加して駆動する。第９図の位置検出信号Ｐ
と第８図の印加電圧の位相関係を考慮すれば、電圧を印
加する時刻は、その電圧を印加する相自身の位置検出が
ピークとなった時刻とし、電圧をしゃ断する時刻は、２
相ずれた相の位置検出信号（Ａ相の電圧しゃ断なら、Ｃ
相の位置検出信号）がピークとなる時刻とする。

この様な、位置検出、電圧印加の方法とすることにより
、各相の電極に電圧を印加、しゃ断する時刻を確実に制
御できる。

最後に、本実施例での制御回路の具体的動作を第１０図
の波形とともに、第７図を基に説明する。

システムコントローラ１０は、上位からの静電型２次元
アクチュエータの移動指令の中の、第１の電極列への指
令ｄｌに応じて、各相に変調信号Ｍ、駆動信号Ｄ、オフ
信号Ｓを出力し１位置検出信号Ｐを取り込む。Ａ相につ
いて示せば、変調信号Ｍａ、駆動信号Ｄ　ａ　、オフ信
号Ｓａ、位置検出信号Ｐａは第１０図のような関係とな
る。第７図中符号１１，１２，１３．１４はそれぞれＡ
相、Ｂ相。

Ｃ相、Ｄ相のドライブ回路を示す。それぞれは同様な構
成である。

また、符号ｄｌおよび１０２は第２の電極列への指令お
よび、第２の電極列のシステムコントローラ（ドライブ
回路内蔵）である。

今、静電型２次元アクチュエータの可動子が第１の電極
列の移動方向Ｘについて、Ｘｉの位置を過ぎた状態（ｘ
ｚとｘｚの間）とする。この状態でＡ相に電圧を印加す
る時刻を判定する具体的動作を説明する。Ａ相のドライ
ブ回路１１のトランジスタＱ３はドライブ信号Ｄ＆がＬ
（接地電位の状態）であるので、オフ状態になる。従っ
て、トランジスタＱ１はオフ状態であり、Ａ相電極には
駆動電圧Ｅｌは印加されない。

一方、Ａ相変調信号Ｍａは、ＬとＨ（電源電圧Ｅｘ）の
２つの状態を周期時に繰返す。Ｍ＆がＨの場合、Ｑ４が
オン、Ｑ５がオフ状態となり、Ａ相電極の静電容量Ｃ＆
に抵抗Ｒ３を介して、電源電圧Ｒ２により電流が流れる
。従って、Ａ相の端子電圧Ｅ、ａは、Ｃａ’Ｒａの時定
数で立上るａＭａがＬの場合、Ｑ２Ｉがオン、Ｑ４がオ
フ状態となり、Ａ相電極に充電された電荷は抵抗Ｒ３を
介して放電される。従って、Ａ相の端子電圧Ｅａは、Ｃ
ａ・Ｒ３の時定数で立下る。静電型２次元アクチュエー
タのＸ方向（第１の電極列による可動子の移動方向）へ
の可動子の移動に伴い、Ａ相の静電容量Ｃａが低下し、
Ａ相の端子電圧Ｅａのピークは増加する。

今、Ａ相駆動信号ＤａはＬであるので、トランジスタＱ
８はオフ＋　Ｑ７はオン状態となり、トランジスタＱ６
もオン状態で、Ａ相端子電圧Ｅ８は、Ｒ７・ＣＬのロー
パスフィルターを介して得られるＡ相位置検出信号Ｐ＆
は直線的に増加する。

従って、このＡ相位置検出信号Ｐ＆があるレベルＰｔを
越えた時点で、Ａ相の静電容量が最小となるＡ相の駆動
電圧印加位置ｘｚに達したことを判定して、Ａ相変調信
号ＭａはＨのままとし、Ａ相駆動信号ＤａをＨとする。

これにより、トランジスタＱ４がオン、Ｑ５がオフ状態
のままで、Ａ相には電源電圧Ｒ２が印加されたままとな
る。−方、トランジスタＱａはオン、Ｑ７はオフ、従っ
てＱ８がオフ状態となり、Ａ相位置検出信号ＰａはＬに
なる。更に、トランジスタＱ８はオンなので、Ｑｌもオ
ン状態となり、Ａ相電極には電源電圧Ｅｌが印加され、
静電気的吸引力による推力が発生する。電源電圧Ｅｌは
Ｅ２に比較して極めて大なので、駆動力として寄与する
のは、Ｅｌが主である。

次に、Ａ相の駆動電圧Ｅｘ　をしゃ断する時刻を判定す
る具体的動作を説明する。今、Ｃ相はＡ相と１／２・Ｔ
、だけ位相がずれているので、Ｃ相の位置検出信号Ｐｃ
は第１０図のように発生する。

従って、Ｃ相位置検出信号があるレベルＰ、に達すると
、Ａ相の静電容量は最大であり、Ａ相の駆動電圧しゃ断
位置ｘ３に達したと判定し、Ａ相駆動信号ＤａはＬにな
る。従って、トランジスタＱ３．Ｑ４がオフ状態になり
、Ａ相に印加されていた電源電圧Ｅｌがしゃ断される。

また、同時にＡ相オフ信号Ｓ□がＨになり、トランジス
タＱ２がオン状態になるので、Ａ相電極は短絡状態とな
り、Ａ相の電極間に充電された電荷は放電される。この
結果、第６図に示すように、Ａ相電極の電圧は瞬時に零
になる。

この後、Ａ相変調信号Ｍ＆は、再びＬとＨを繰返し、Ａ
相の位置検出信号を発生させ、Ａ相の電動電圧印加時刻
を持ち、前述と同様な動作を繰返す。

また、停止時は、静電容量が変化しないので、起動する
際は、位置検出を行なわずに、特定の相に駆動電圧を印
加し、あらかじめ設定した周期で、あらかじめ設定した
回数、所定の方向に移動する様に、駆動電圧を印加する
相を順次切り換えた後、位置検出動作を行なわせる。

以上、本実施例の第１の電極の配列方向への移動につい
て、具体的動作を説明したが、第２の電極の配列方向の
移動についても、第１の電極の配列に施したものと同様
の動作を行なわせることにより実現できる。

本実施例によれば、互いに直交する第１及び第２の電極
の配列を固定子及び可動子に設け、可動子側の電極ピッ
チＴｍ、固定子側電極ピッチＴｓを、Ｔｓ”１．２５Ｔ
ヨに選ぶことにより、可動子を直交する２方向へ長距離
に恒って円滑に移動せしめる静電型２次元アクチュエー
タを実現できる。

また、位置検出と駆動力発生を同一の電極で実施する構
成とすることにより１位置検出用の素子を特に必要とし
ないので、小型な静電型２次元アクチュエータを実現で
きる。更に、各相毎の電極数を増加させれば、発生推力
も増加する。特に、近年の超ＬＳＩ製造技術を応用して
、電極形状の微細化を図り、電極幅及び空隙長をμｍオ
ーダまたはサブμｍオーダにすることにより、極めて小
型で、高速に移動できる。静電型２次元アクチュエータ
を実現できる。

本発明の一実施例では、位置検出信号Ｐのピーク値から
、駆動電圧の印加、しゃ断を判定していたが、他の実施
例として、位置検出信号Ｐをアナログ量として取り扱い
、位置検出信号Ｐの振幅を位置情報として活用する手段
もある。この方式を用いれば、停止時でも可動子の位置
を電気角３６０゜の範囲内で判定できる。この時、必要
な情報は、電気角で９０’位相のずれた２つの相の位置
検出信号で十分である。例えば、第９図のＡ相静電容量
Ｃ＆とＢ相静電容量Ｃｂで考えれば（位置検出信号Ｐは
静電容量と１対工で対応するので、静電容量で置換えた
。）　、　Ｃａ　＝　Ｃａ　ｘ　、　Ｃｂ　＝　Ｃｂ　
ｔの場合、電気角で３６０°すなわち１周期Ｔ、の範囲
内ではＴｌの位置に、可動子の位置があると判定できる
。

また、先の一実施例では、位置検出と駆動力発生を同一
の電極で実施していたが、スペースに余裕があれば位置
検出用に別途電極を設けて、同様な静電型２次元アクチ
ュエータを実現することもできる。

本発明の他の実施例を、第１１図に基づいて説明する。

本実施例は、第工図の実施例において、可動子１及び固
定子５の同一電極配設面には、第１または第２の短冊状
の電極の配列のいずれか一方のみを配設したものである
。特に、可動子１の第１の短冊状の電極の配列を、可動
子ｌの中央側の２つの電極配設面に有し、第２の短冊状
の電極の配列を可動子１の外側の２つの電極配設面に有
し、固定子５でも同様に第１の短冊状の電極の配列を中
央側の２つの電極配設面に、第２の短冊状の電極の配列
を外側の２つの電極配設面に各々設けている。

これにより、第１の電極列によって発生する推力及び第
２の電極列によって発生する推力各々の推力中心は、可
動子１の重心に対して、左右等しい距離となるので、可
動子１に回転モーメント等の、第１及び第２の電極列に
よって発生する推力以外の力が生じず、可動子１は安定
に２次元移動ができる。

本発明のさらに他の実施例を第１２図に基づいて説明す
る。これは、第１図の実施例において、可動子１の凸部
と固定子５の凹部を、各々１コとし、互いに直交する第
１及び第２の短冊状の電極列の配設面を可動子１のｌっ
の凸部の両側面、固定子５の１つの凹部の両側面にのみ
設けたものである。

これにより、可動子ｌの凸部、固定子５の凹部がｌコに
なるので、製作が簡単になるという効果がある。

第１３図に基づいて本発明のさらに他の実施例を説明す
る。固定子５に対して、図示していない支持案内機構に
より、可動子ｌを空隙ｇを保持させて対向させ、固定子
５と可動子１の対向面には。

第５図の実施例で示したものと同様に、互いに直交する
第工と第２の短冊状の電極が配列されている。第５図の
可動子電極パターン（ａ）は、第１の電極の配列３１の
移動方向の中心線ｊに対して線対称になり、第２の電極
の配列３２の移動方向の中心線りに対しても同様に線対
称となるように配列されている。従って、可動子１の重
心と、第１及び第２の電極列による推力発生中心と一致
するので、回転モーメント等が発生することなく安定し
た２次元移動が得られる。

本発明のさらに他の実施例の外観図を第１４図から第１
６図に３種顕示す。

第１４図は、第１図の実施例の静電型２次元アクチュエ
ータを光学ヘッドに応用したものである。

可動子１及び固定子５が第１園の実施例で示した静電型
２次元アクチュエータである。可動子１の上に光学ヘッ
ドが形成され、光ディスク２ｏ上の情報２１の読出し、
書込みが光学的に行なわれる。光学ヘッドは、半導体レ
ーザ等の発光体２２゜発光体２２から出た光線を方向を
変え光ディスク２０上のトラックに合焦させ、更に光デ
ィスク２０上の情報２１からの反射光を受光体２４へ振
り分ける光変調素子２３と、光学ヘッド上の光の通過す
る導波路４０から構成される。

本実施例によれば、光ディスク２ｏ上のトラックを追従
させるためのトラッキング動作（矢印Ｑｓの方向）と、
光ディスク２ｏ上の情報２１に合焦させるためのフォー
カシング動作（矢印Ｑ２の方向）を静電型２次元アクチ
ュエータで行なわせることにより、小型で高速にトラッ
キング、フォーカシングができる光学ヘッドを実現でき
る。

具体的には、２ｍ口の光学ヘッドを、変位０．１μｍを
１０ＫＨｚ以上で駆動できる。

また、光学ヘッドは、シリコンチップ上に形成された集
積化光ヘッドとすることも可能である。

一方静電型アクチュエータもＬＳＩ製造技術を用いて、
将来シリコンチップ上に形成することも可能である。従
って、光ヘッドと静電型２次元アクチュエータの可動子
は一体化するのに適しており、小型化も極めて容易で、
光ヘッドと静電型２次元アクチュエータを組合せた場合
の効果は絶大である。

第１５図は、第１図の実施例を磁気ディスク装置の磁気
ヘッドに応用したものである。

可動子１及び固定子５が第１図の実施例で示した静電型
２次元アクチュエータである。可動子１の上部に磁気ヘ
ッド２７が形成されている。磁気ヘッド２７が、磁気デ
ィスク２６のトラックを追従するためのトラッキング動
作（図の矢印Ｑｌの方向）と、磁気ディスク２６と磁気
ヘッド２７間のスペーシングを調節するためのスペーシ
ング調整動作（図の矢印Ｑ２の方向）を、静電型２次元
アクチュエータで行なわせることにより、小型で高速に
トラッキング、スペーシングができる磁気ディスク用の
磁気ヘッドを実現できる。第１５図では説明しやすくす
るため磁気ディスク２６の−部を切断している。切断面
は、ハツチング部分である。

第工６図は本発明の静電型２次アクチュエータを磁気テ
ープの磁気ヘッドに応用した例である。

符号１が可動子、それを挟んで固定子５が設けられてい
る。固定子５及び可動子ｌには、第１の電極列７１．３
１　（３１は図には現れない）のみが設けられている。

可動子１には磁気ヘッド２９が設けられ、磁気ヘッド２
９は磁気テープ２８の表面を摺動する。磁気テープ２８
上の記録トラックをトラッキングする磁気ヘッドの動作
を静電型アクチュエータで行なわせることにより、小型
で高速なトラッキングを行なえる、磁気テープ用の磁気
ヘッドが実現できる。

以上の実施例において、可動子又は固定子となる絶縁体
の材質と電極の材質との組み合わせとしては、ＳｉとＡ
Ｑ、又はアルミナセラミックス絶縁体と炭素鋼（アルミ
ナセラミックスと膨脹係数が等しい４２％Ｎｉ入りが望
ましい）などが考えられる。これらの組合せは、可動子
又は固定子の大きさや使用目的に合わせて、その他の組
み合わせとしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、互いに直交する第１．第２の方向への
静電気的推力が独立に制御でき、しかも、その推力が位
置によって断続することなく長い距離に恒って一定円滑
、かつ可動子に回転モーメント力の外乱を与えることが
ないので、広範囲に恒って２次元的に高速に移動する静
電型２次元アクチュエータを実現できるという効果があ
る。

また、この静電型２次元アクチュエータを具備すること
で、光学ヘッドや磁気ヘッドのトラッキング等の動作を
高速にでき、更に装置を小型化できるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の外観図、第２図から第４図
までは、各々、従来の可動子、固定子。 静電型２次元アクチュエータの断面図および平面図、第
５図は第１図の可動子の電極パターンと固定子の電極パ
ターンの平面図、第６図は第１図の固定子、可動子対向
部の断面図と、平面透視図、第７図は、第１図の静電型
２次元アクチュエータを駆動せしめる制御回路図、第８
図から第１０図までは第７図の各部の静電容量、電圧の
波形を示す図、第１１図から第工６図までは本発明の他
の実施例の外観図である。 １・・・可動子、５・・・固定子、３１・・・可動子の
第１の電極の配列、３２・・・可動子の第２の電極の配
列、７１・・・固定子の第１の電極の配列、７２・・・
固定子う 第１図 第２図 第 ３ 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 ８ 図 第 ０ 図 第 図 第 １ 図 第 ２ 図 第 １３ 図 第 ５ 図 第 ４ 図 第 ６ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの面で対向する可動子及び固定子と
   を有し、 前記可動子及び前記固定子のそれぞれの対向面上には、
   空間的に平行に配置された複数の短冊状の第１の電極列
   と前記第１の電極列と空間的に略直交となるように配置
   された複数の短冊状の第２の電極列とが形成されたこと
   を特徴とする静電型２次元アクチュエータ。２、請求項
   １記載の静電型２次元アクチュエータにおいて、 前記第１の電極列または前記第２の電極列へ電気エネル
   ギーを供給する手段とを有することを特徴とする静電型
   ２次元アクチュエータ。 ３、少なくとも１つの面で対向する可動子及び固定子と
   、 前記可動子及び前記固定子のそれぞれの対向面上には、
   それぞれ独立して発生する第１及び第２の推力を静電気
   力で生ずる手段とを有し、前記第１の推力と前記第２の
   推力とはその推力の方向が、空間的に略直交となること
   を特徴とする静電型２次元アクチュエータ。４、可動子
   と固定子とを有し、静電気力で２次元に前記可動子が移
   動する構成とし、前記可動子の移動変位が０．１μｍの
   場合に、応答周波数２０ＫＨｚ以上であることを特徴と
   する静電型２次元アクチュエータ。 ５、請求項１乃至請求項２のいずれか記載の静電型２次
   元アクチュエータに於いて、 前記可動子は少なくとも一つの凸部を有し、前記固定子
   は前記凸部に対応した凹部を有することを特徴とする静
   電型２次元アクチュエータ。 ６、請求項１乃至請求項２及び請求項５のいずれか記載
   の静電型２次元アクチュエータに於いて、前記可動子は
   少なくとも二つの凸部を有する爼板状の形状を有し、前
   記固定子は前記凸部に対応した凹部を有することを特徴
   とする静電型２次元アクチュエータ。 ７、請求項１乃至請求項２及び請求項５乃至請求項６の
   いずれか記載の静電型２次元アクチュエータに於いて、 前記可動子が、２個の前記固定子によつて、挾持された
   ことを特徴とする静電型２次元アクチュエータ。 ８、請求項１乃至請求項２及び請求項５乃至請求項７の
   いずれか記載の静電型２次元アクチュエータに於いて、
   前記固定子の表面上に、前記可動子の移動を案内するガ
   イド機構を有することを特徴とする静電型２次元アクチ
   ュエータ。 ９、請求項１乃至請求項２及び請求項５乃至請求項８の
   いずれか記載の静電型２次元アクチュエータに於いて、 前記可動子の重心と推力の発生部とが一致することを特
   徴とした静電型２次元アクチュエータ。 １０、請求項１乃至請求項２及び請求項５乃至請求項９
   のいずれか記載の静電型２次元アクチュエータに於いて
   、 前記第１の電極列または前記第２の電極列に、推力を発
   生せしめるために電圧を印加することを第１の操作とし
   て、前記可動子の位置を検出するために静電容量を変化
   を検出することを第２の操作として行なうとき、前記第
   ２の操作は前記第１の操作が行なわれない基間に成され
   ることを特徴とする静電型２次元アクチュエータ。 １１、請求項１乃至請求項２及び請求項５乃至請求項１
   ０のいずれか記載の静電型２次元アクチュエータに於い
   て、 前記固定子上の前記第１の電極列または前記第２の電極
   列のいずれかに印加する電圧を３つ以上の相に分けて、
   前記各相毎に電圧供給用配線を備え、前記電圧供給配線
   に印加する電圧を順次切換えて、前記可動子を移動させ
   ることを特徴とする静電型２次元アクチュエータ。 １２、請求項１１記載の静電型２次元アクチュエータに
   於いて、 各相の前記電圧供給用配線に電圧を印加する時刻と、電
   圧をしや断する時刻を、各相の電圧供給用配線に現われ
   る静電容量変化から判定することを特徴とする静電型２
   次元アクチュエータ。 １３、請求項１２記載の静電型２次元アクチュエータに
   於いて、 前記可動子上の前記第１の電極列及び前記第２の電極列
   の電極ピッチをＴ＿ｍ、前記固定子上の前記第１の電極
   列及び前記第２の電極列の電極ピッチをＴ＿ｓ、前記電
   圧をｎ相の電圧とした場合、 Ｔ＿ｓ＝（１＋１／ｎ）×Ｔ＿ｍ とすることを特徴とする静電型２次元アクチュエータ。 １４、請求項１乃至請求項２及び請求項５乃至請求項１
   ３のいずれか記載の静電型２次元アクチュエータに於い
   て、 前記第１及び第２の電極列の各々の長手方向の寸法が、
   可動子と固定子とで異なることを特徴とする静電型２次
   元アクチュエータ。 １５、請求項１乃至請求項１４のいずれか記載の静電型
   ２次元アクチュエータに於いて、前記可動子は半導体材
   料を主たる構造部材とすることを特徴とする静電型２次
   元アクチュエータ。 １６、請求項第１乃至請求項１５のいずれか記載の静電
   型２次元アクチュエータの前記可動子上に、光集積回路
   が形成されていることを特徴とする光ヘッド。 １７、請求項１６記載の光ヘッドに於いて、前記光集積
   回路は、光源、光の偏向手段、光の集束手段、および受
   光手段を具備することを特徴とする光ヘッド。 １８、請求項１７記載の光ヘッドと、前記光ヘッドから
   光照射される光ディスクの回転手段を具備することを特
   徴とする光ディスク装置。 １９、請求項第１乃至請求項１５のいずれか記載の静電
   型２次元アクチュエータの前記可動子上には、磁気検出
   手段が形成されていることを特徴とする磁気ヘッド。 ２０、請求項１９記載の磁気ヘッドと、前記磁気ヘッド
   により磁気検出される磁気テープの駆動手段を具備する
   ことを特徴とする磁気テープ装置。