(57)【要約】【課題】駆動対象物の角度を大きく変化させることが可能な微動アクチュエータを提供する。【解決手段】巻き形の片持ち梁構造である可動部１と、その梁の内周および外周部の側面に設けられた電極２，３から構成されている。可動部１は、固定端４において、基板などに固定されている。電極２，３間に電圧を印加すると、静電引力が電極２，３の全面で作用し、可動部１の先端部の角度を変化させることが可能となる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻き形状の片持ち梁によって構成される可動部と、前記可動部の外周側面と内周側面にそれぞれ電極を有し、それぞれの前記電極間に電圧を印加することで可動部を駆動する微動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載の微動アクチュエータにおいて、前記可動部に設けられた駆動対象物を、回転運動させることを特徴とする請求項１記載の微動アクチュエータ。
【請求項３】
前記可動部の中心部を固定することを特徴とする請求項１記載の微動アクチュエータ。
【請求項４】
前記可動部の外縁部を固定することを特徴とする請求項１記載の微動アクチュエータ。
【請求項５】
前記可動部が曲線で構成されていることを特徴とする請求項１記載の微動アクチュエータ。
【請求項６】
前記可動部が直線により構成されていることを特徴とする請求項１記載の微動アクチュエータ。
【請求項７】
前記電極表面に絶縁体を有することを特徴とする請求項１記載の微動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に角度を調節可能な微動アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（以下ＭＥＭＳと略す）技術を用いた研究開発が盛んになっている。ＭＥＭＳ技術によって微細な素子を高精度に作製可能であるが、そのような微細な素子を、アクチュエータとして利用する場合には、素子自体に非接触に力が作用するような構造の方が望ましい。そのような微細なアクチュエータを駆動する手段として、駆動部分およびその対向する面にそれぞれ電極を形成し、電極間に電圧を印加することで発生する静電力を用いた例が多数開発されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１は、光スイッチとしてＭＥＭＳ技術を用いて製作した静電アクチュエータを用いたものであり、静電引力を発生させる電極部は、櫛形構造となっている。櫛形の構造とすることで、アクチュエータ全体の寸法を抑えつつ、対向電極面積を確保することが可能となり、低電圧で強い静電引力を発生することが可能となっている。このアクチュエータによりミラーを光路上に出し入れすることで、光路を切り換える、所謂光スイッチとしての動作を可能としている。
【０００３】
以上のアクチュエータは、駆動対象物（前述の例の場合にはミラーである）を直進運動するものであるが、用途によっては駆動対象物の角度を変化させることが求められる。ここで、従来の例として、角度を変化させるためのアクチュエータについて、図５を用いて説明する。図５のアクチュエータは、固定部１００と可動部１０１にそれぞれ電極１０２，１０３が設けられている。可動部１０１は単純な片持ち梁構造となっており、その一端は支持部１０４により固定されている。図５（ａ）の状態から、電極１０２，１０３間に電圧を印加すると、静電引力が発生し、図５（ｂ）のように可動部１０１の自由端は大きく変形する。つまり、この自由端側にミラー等の駆動対象物を形成することで、その角度を変更することが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１１６３８８号公報（第５−６頁、図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
小型の静電アクチュエータを効率良く駆動するためには、低い印加電圧でも静電引力が強く発生するような構造が必要となる。従来の技術で挙げた櫛形電極は、以上の条件を満たす構造として、広く用いられている。しかし、櫛形電極は、対向電極となる多数の櫛歯同士が近接した構造であり、直進運動する場合には問題ないものの、角度を変化させる場合には、櫛歯同士が接触してしまう可能性が高くなるため、大幅な角度変化を得ることができない。
【０００６】
また、図５で説明した片持ち梁構造のアクチュエータの場合には、梁の長さ、あるいは幅を拡大することが必要である。しかしその場合には、ＭＥＭＳアクチュエータの利点である小型化という点では、問題となる。また、電極間距離を短縮することで、静電引力を強くすることができるが、その場合、梁の先端の変位量も小さくなるため、結果として角度の変化量も大きくとれない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明による微動アクチュエータは、渦巻き形状の片持ち梁によって構成される可動部と、前記可動部の外周側面と内周側面にそれぞれ電極を有し、それぞれの前記電極間に電圧を印加することで可動部を駆動可能とした。以上の発明により、小型のアクチュエータにおいても対向電極面積を十分に確保することが可能となり、低い電圧でも駆動可能な効率の良いアクチュエータを実現できる。
【０００８】
さらに本発明では、可動部上に駆動対象物を設けることで、その駆動対象物を回転運動させることが可能である。その結果、光スイッチなどの様々な用途に本アクチュエータを適用することが可能となる。
【０００９】
さらに本発明では、可動部の中心部を固定することで、可動部の最外周部の自由端の角度を大きく変化させることができる。あるいは、可動部の外縁部を固定することで、自由端となる中心部の角度を大きく変化させることができる。
【００１０】
さらに以上の可動部は、曲線、あるいは直線で構成することが可能であり、用途に応じてそれぞれ適用することができる。
【００１１】
さらに、前記電極表面に絶縁体を設けることで、外部からの振動などにより電極同士が短絡することを防止することが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明における第１の実施の形態を、図１を用いて説明する。図１は、本発明における微動アクチュエータ構成の斜視図を示している。本発明のアクチュエータは、渦巻き形の片持ち梁構造である可動部１と、その梁の内周および外周部の側面に設けられた電極２，３から構成されている。可動部１は、固定端４において、基板などに固定されている。また、本実施の形態では、可動部１の中心部分に、駆動対象物として、ミラー５を形成しており、光スイッチなどの用途に使用できる構成となっている。さらに可動部１の中心部分には、スリット６が形成されているが、これは、電極２，３を金属蒸着などの手段で形成する場合、スリット６の幅を十分狭くすることで、スリット６内への金属膜の形成を防ぎ、それぞれの電極を電気的に分離するために設けられている。あるいは、まず可動部の両側面に金属蒸着した後、スリット６部分を除去しても良い。また、さらに両電極が外部から振動などにより接触し、短絡することを防止するため、電極表面にさらに絶縁体を形成しても良い。
【００１３】
次に、図２を用いて、本発明の微動アクチュエータの動作について説明する。図２は、本発明の微動アクチュエータの上面図である。図２（ａ）は、電極２，３間に電圧を印加しておらず、図１と同様の状態を示している。この状態から、電極２，３に電圧を印加すると、それぞれの電極間、つまり可動部１の側面全体ＯＬＥ＿ＬＩＮＫ１で作用する。その結果、図１の場合、固定端４で可動部１の最外周部が固定されているため、可動部１全体が最外周部に引き寄せられるように駆動される。その結果、図２（ｂ）の状態となる。この構造の利点は、静電引力を発生させるために必要な電極面積を大きくすることが可能で、非常に効率良く可動部１の先端部に設けた駆動対象物（本実施の形態では、ミラー５）を駆動することをできる点にある。また、可動部１の先端部には及ばないものの、その他の部分に駆動対象物を形成した場合でも同様に駆動することが可能である。ＯＬＥ＿ＬＩＮＫ１
（実施の形態２）
図３を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は、本発明の微動アクチュエータの斜視図である。第１の実施の形態と同様に、可動部１０は固定端１３で片側を固定され、側面に電極１１，１２が設けられているが、その可動部１０は、直線によって構成されている。その他、第１の実施の形態の形態と同様に、可動部１０の中心部分にミラー１４およびスリット１５が設けられている。本実施の形態においても、電極１１、１２間に電圧を印加することで、第１の実施の形態と同様に静電引力を可動部１０の中心方向に対して作用させ、駆動することが可能となる。この構造の利点は、可動部１０が直線のみで構成されているため、アクチュエータの設計や、作製後の目視による検査も容易になる点が挙げられる。
【００１４】
なお、本実施の形態では、可動部１０の形状を、四角形を連ねた構造としたが、三角形、六角形など、その他の多角形であっても支障はない。
【００１５】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態を、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、電極間に電圧を印加していない状態、図４（ｂ）は電圧を印加した状態を示している。
【００１６】
本実施の形態では、可動部２０の梁の幅や巻数などは異なるものの、電極２１、２２などは第１の実施の形態とほぼ同じ構成となっている。異なるのは、固定端２４を可動部２０の中心部分に設け、自由端２３側を駆動する点である。なお、図示していないが、この自由端２３側に第１の実施の形態と同様にミラーなどの駆動対象物を設けることが可能である。図４（ａ）の状態から、電圧を印加すると、第１の実施の形態と同様に、可動部２０の側面に形成された電極２１，２２の全面に静電引力が作用し、図４（ｂ）のような状態となる。つまり、自由端２３部分の角度を、大きく変化させることが可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明により、小型のアクチュエータにおいても対向電極面積を十分に確保することが可能となり、低い電圧でも駆動可能な効率の良いアクチュエータを実現でき、駆動対象物の角度を大きく変化させることが可能な微動アクチュエータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に関わる微動アクチュエータの構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に関わる微動アクチュエータの動作を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に関わる微動アクチュエータの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に関わる微動アクチュエータの構成および動作を示す図である。
【図５】従来の微動アクチュエータの構成、および動作を示す図である。
【符号の説明】
１  可動部
２  電極
３  電極
４  固定端
５  ミラー
６  スリット
１０  可動部
１１  電極
１２  電極
１３  固定端
１４  ミラー
１５  スリット
２０  可動部
２１  電極
２２  電極
２３  自由端
２４  固定端
１００  固定部
１０１  可動部
１０２  電極
１０３  電極
１０４  支持部
【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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