(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基体を備えた固定子を有し、
該固定子の前記基体の同一の表面上に、少なくとも一部が互いに平行になるよう配置された３つの電極と、
前記３つの電極が形成された前記基体表面上に形成され、前記３つの電極の各々に電源から電圧を印加するための３つの集合配線と、
前記３つの電極と前記３つの集合配線との短絡が防止されるように前記電極及び前記集合配線の一部を覆うように形成された絶縁被膜を有し、
前記３つの電極が互いに平行に配置されてなる駆動部に電圧を印加することにより固定子上に配された物体又は移動子を移動させる静電アクチュエータにおいて、
前記固定子の前記基体表面には段差が設けられ、前記基体表面は、前記段差よりも高い位置に設けられた上段部と、前記上段部よりも前記段差を介して低い位置に設けられた下段部とを備え、
前記３つの電極からなる駆動部は固定子の基体の前記上段部に配置されており、
前記電極と、前記集合配線と、前記絶縁被膜と、が積層されてなる積層部は前記下段部に配置されており、
前記積層部が前記駆動部を構成する前記電極より突出しないように構成されたことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記固定子の基体は剛性体材料からなることを特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
前記段差を階段状に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記段差をスロープ状にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
前記段差の上縁部及び／又は固定子上面の端部を面取りしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気力を動力源とする静電アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電アクチュエータには、大きく分けて、パルス駆動誘導電荷形静電アクチュエータと交流駆動両電極形静電アクチュエータとの２種類がある。
【０００３】
まず、パルス駆動誘導電荷形静電アクチュエータについて、図１１〜１５に基づき説明する。図１１はパルス駆動誘導電荷形静電アクチュエータの概略図である。本静電アクチュエータは、固定子１と移動子２の２つから構成される。固定子１は３相に配線された多数の帯状の電極３を持ち、表面は絶縁膜４で覆われている。一方、移動子２は，誘電体層５上に微弱な導電性を有する抵抗体層６を持ち、電極等の歯状の構造は有していない。
【０００４】
駆動原理を、図１２から図１５を用いて示す。駆動する際は、移動子２を固定子１の上に置き、初期充電を行い、移動子２に電荷を蓄積する、駆動と再充電を繰り返し行い、移動子２をステップ状に駆動する。
次に、更に詳しく説明する。最初、移動子２は電荷を持たない。まず、図１２に示すように、固定子１の電極３に（０，−Ｖ、＋Ｖ）の電圧を印加し、移動子２上に電極と逆極性の電荷を誘導する。これにより、固定子１の電極３のパターンが、電荷のパターンとして移動子２上に転写される。充電が完了した時点においては、移動子２は垂直下向きに吸引され、摩擦により強く保持されている。次に、図１３のように、電圧を（−Ｖ、＋Ｖ、−Ｖ）に切り替える。これにより電極の電荷は瞬時に入れ替わるが、移動子２の電荷配置が新たな平衡状態に変化するには、初期充電と同じく、ある程度の時間を要するため、切り替え直後には、図１３のような電荷配置が現れる。このとき、移動子２の電荷とその直下の電極３の電荷は同符号となるため、移動子２には浮上力が働く。それと同時に、斜め下の電極３の電荷の効果により、移動子２には右向きの駆動力が働き、結果として、移動子２は、図１４に示すように右側に電極１ピッチ分駆動される。
駆動中に移動子２の電荷が失われるため、連続して駆動すると、推力が減少する。そこで、移動子２が静止した状態で、図１５のように電極３に１相ずらして正負の電圧を印加し、再充電を行う。
この後、電圧を印加する電極３を１相ずつずらし、図１３，図１４、図１５のステップを繰り返すことにより、連続的な駆動を行う。
【０００５】
次に、交流駆動両電極形静電アクチュエータについて、図１１〜１５に基づき説明する。図１６は交流駆動両電極形静電アクチュエータの概略図である。
本静電アクチュエータは、固定子１と移動子２の２つから構成される。固定子１、移動子２ともに、３相に結線された多数の帯状電極３を持ち、表面は絶縁膜４で覆われている。１つの３相正弦波を、固定子１、移動子２の両者に、それぞれ接続順が逆向きになるようにして印加する。これにより、固定子１、移動子２上には、それぞれ逆向きに進行する正弦波状の電位分布７が発生する。これら２つの電位分布の間に働く静電気力により、アクチュエータは駆動される。
【０００６】
上記のような静電アクチュエータを実際に製作する際は、パルス駆動誘導電荷形静電アクチュエータの場合は、固定子１に、交流駆動両電極形静電アクチュエータの場合は、固定子１と移動子２それぞれに、図９の平面図および図１０の側面図に示すように第１電極３ａ、第２電極３ｂ、第３電極３ｃを同一平面上に形成する必要があるため、第２電極集合配線８ｂと第３電極集合配線８ｃの取り回しとして、それぞれが短絡しないように、図９、図１０に示すように、絶縁層１３を設置し、多層構造をとらざるを得ない。その１つの方法として特開平７−２５５１８５に記載されているような粘着層および絶縁層を介して多層化する製法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
静電アクチュエータにおいて、水平方向に駆動する力、すなわち推力は最も重要な特性であり。その推力を増大させるためには、固定子１と移動子２とのギャップを狭くとることは、有効な手段である。ところが、単純に、基体９表面に、駆動用の帯状電極である第１電極３ａ、第２電極３ｂ、第３電極３ｃ、その集合配線である第１電極集合配線８ａ、第２電極集合配線８ｂ、第３電極集合配線８ｃ、そして第２電極集合配線８ｂと第３電極集合配線８ｃの短絡を防止するための絶縁層１３を形成して多層化した場合、絶縁層１３が、駆動用の電極である第１電極３ａ、第２電極３ｂ、第３電極３ｃよりも、表面から突出した形状になってしまう。すると固定子１と移動子２を対向させた場合に、絶縁層１３が互いに干渉し合うため、固定子１と移動子２とのギャップを狭くすることが出来ず、推力を増大させることの障害になっていた。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、固定子１の駆動部と移動子２（又は移動させる物体）とのギャップを狭くすることが可能になり、結果として推力性能が優れた静電アクチュエータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決すべく、少なくとも基体を備えた固定子を有し、該固定子の前記基体の同一の表面上に、少なくとも一部が互いに平行になるよう配置された３つの電極と、前記３つの電極が形成された前記基体表面上に形成され、前記３つの電極の各々に電源から電圧を印加するための３つの集合配線と、前記３つの電極と前記３つの集合配線との短絡が防止されるように前記電極及び前記集合配線の一部を覆うように形成された絶縁被膜を有し、前記３つの電極が互いに平行に配置されてなる駆動部に電圧を印加することにより固定子上に配された物体又は移動子を移動させる静電アクチュエータにおいて、前記固定子の前記基体表面には段差が設けられ、前記基体表面は、前記段差よりも高い位置に設けられた上段部と、前記上段部よりも前記段差を介して低い位置に設けられた下段部とを備え、前記３つの電極からなる駆動部は固定子の基体の前記上段部に配置されており、前記電極と、前記集合配線と、前記絶縁被膜と、が積層されてなる積層部は前記下段部に配置されており、前記積層部が前記駆動部を構成する前記電極より突出しないように構成されたことを特徴とする静電アクチュエータを提供する。これにより、集合配線の短絡を防止しつつ、固定子の駆動部と固定子上に配された物体又は移動子との距離を短くすることが可能となり、高い推力を得ることが可能となる。
【００１０】
本発明の好ましい態様においては、前記固定子の基体は剛性体材料からなるようにする。
そうすることで、研削研磨加工等により、段差の形成が自由自在に可能となる。
【００１１】
本発明の好ましい態様においては、段差部を階段状に設ける。
これにより、集合配線の短絡を防止しつつ、固定子の駆動部と固定子上に配された物体又は移動子との距離を短くすることが可能となり、高い推力を得ることが可能となるとともに、印刷、蒸着＋エッチングによるパターンニング、メッキ＋エッチングによるパターンニング等による電極の形成が容易になる。
【００１２】
本発明の好ましい態様においては、段差をスロープ状にする。
これにより、集合配線の短絡を防止しつつ、固定子の駆動部と固定子上に配された物体又は移動子との距離を短くすることが可能となり、高い推力を得ることが可能となるとともに、印刷、蒸着＋エッチングによるパターンニング、メッキ＋エッチングによるパターンニング等による電極の形成が容易になる。
【００１３】
本発明の好ましい態様においては、前記段差の上縁部及び／又は固定子上面の端部を面取りする。
これにより、印刷、蒸着＋エッチングによるパターンニング、メッキ＋エッチングによるパターンニング等による電極の形成が、より容易になる。
また、ここで言う「面取り」とは、Ｃ面取り、Ｒ面取りのどちらでも良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、まず、本発明に用いられる用語の定義につき、説明する。
本発明において、「固定子の基体」とは、駆動部や集合配線を配置するための支持部全体をいう。それは単一の材料からなる基体でもよいし、複数の材料からなる基体でもよい。
また、「段差」とは、固定子基材上面に意図的に設けられた高低差をいう。従って、ステップ状のみでなく、連続した傾斜やスロープ状をも含む。
また、「上段部」とは、対立する位置である「下段部」よりも上方の位置を意味する。その部分は水平でもよいし、傾斜していてもよい。
また、「下段部」とは、対立する位置である「上段部」よりも下方の位置を意味する。その部分は水平でもよいし、傾斜していてもよい。
また、「絶縁被膜」とは、電極および集合配線の保護のために、固定子表面に形成する被膜をいい、その材料としては、例えば、ポリイミド、アルミナ、窒化アルミニウム等が好適に利用できる。
また、請求項１における「絶縁物」とは、複数の集合配線が交差する部分で、集合配線同士の短絡が防止されるように、その間に介在させる絶縁物をいい、例えば、ポリイミド、アルミナ、窒化アルミニウム等が好適に利用できる。この「絶縁物」の材料は、「絶縁被膜」と同種であっても異種であっても構わない。また、「絶縁物」の介在のさせ方は、固定子基材の下段部に層状に介在させてもよいし、集合配線を予め絶縁物で被覆させておくことで介在させてもよい。
また、剛性体材料とは、薄いフィルム材料のように、材料そのものの自重や外部からの応力があっても容易に変形しない材料を意味し、具体的には、セラミックス、ガラス、プラスチックス等の厚さ数〜数十ｍｍのシート状バルク体が好適に用いられる。
【００１５】
以下に、本発明の好ましい態様につき、図に基づいて説明する。
図１は本発明にかかる第１実施例の平面図を示す図であり、図２は本発明にかかる第１実施例の側面図である。図において、固定子１の基体９上には、３つの帯状電極である第１電極３ａ、第２電極３ｂ、第３電極３ｃと、３つの電極の各々に電源から電圧を印加するための３つの集合配線である第１電極集合配線８ａ、第２電極集合配線８ｂ、第３電極集合配線８ｃと第２電極集合配線８ｂと第３電極集合配線８ｃの短絡を防止するための絶縁層１３が形成されている。固定子基体９の表面には段差部１２が設けられており、絶縁層１３は下段部１０に、３つの帯状電極である第１電極３ａ、第２電極３ｂ、第３電極３ｃからなる駆動部は上段部１１に設けられている。そして、絶縁層５の上面は駆動部よりも下方に位置している。
駆動部に電圧が印加されていると、その上方に物体を浮遊配置したときに、その物体は推力を得て水平方向に移動する。
ここで、絶縁層１３の上面が駆動部よりも下方に位置していることにより、駆動部と移動子２との間のギャップを小さく設定することが可能となるので、単位印加電圧当りの推力を大きくすることが可能となる。
【００１６】
固定子基体９の材質としては、セラミックス、ガラスなどの絶縁材料を使用する。厚みは、数十μｍから数十ｍｍまで、要求される剛性等により、必要に応じて変更する。第１電極３ａ、第２電極３ｂ、第３電極３ｃ、第１電極集合配線８ａ、第２電極集合配線８ｂ、第３電極集合配線８ｃの材質としては、金、銀、白金、銅、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、ＴｉＣ、ＩＴＯなどの電極材料を使用する。製法としては、メッキ、ＰＶＤ、ＣＶＤ、印刷、転写など、材料に応じた製法を採用する。厚みは、０．数μｍから数十μｍまで、材料や製法に合わせて調整する。絶縁層１３の材質としては、セラミックス、ガラス、ポリイミドなどの絶縁材料を使用する。製法としては、ＰＶＤ、ＣＶＤ、印刷、ゾルゲル法、溶射法など、材料に応じた製法を採用する。厚みは、数μｍ〜数百μｍまで、材料や製法に合わせて調整する。絶縁膜４も、絶縁層１３同様の材質、製法を用いることができる。
【００１７】
図２に本発明にかかる第１実施例の側面図を示す。予め研削加工等により、絶縁層５、第２電極集合配線８ｂ、第３電極集合配線８ｃを形成する下段部１０を、例えば数μｍ〜数百μｍ程度、上段部１１より低くなるようにしておく。その後、第１電極３ａ、第２電極３ｂ、第３電極３ｃ、第１電極集合配線８ａ、第２電極集合配線８ｂ、絶縁層１３、第３電極集合配線８ｃを順に形成する。そして最後に、絶縁膜４を形成する。
これにより、集合配線の短絡を防止しつつ、固定子の駆動部よりも突出した部分がなくなるので、固定子の駆動部と固定子上に配された物体又は移動子との距離を短くすることが可能となり、高い推力を得ることが可能となる。
【００１８】
図３に本発明にかかる第２実施例の平面図を、図４に側面図を示す。段差部１２およびもしくは絶縁層１３を、例えば数μｍ〜数十μｍ程度の階段状に設けたものである。
これにより、集合配線の短絡を防止しつつ、固定子の駆動部よりも突出した部分がなくなるので、固定子の駆動部と固定子上に配された物体又は移動子との距離を短くすることが可能となり、高い推力を得ることが可能となる。
【００１９】
図５は本発明にかかる第３実施例の平面図を、図６に側面図を示す。段差部１２およびもしくは絶縁層１３のコーナーを面取りしたものである。
これにより、集合配線の短絡を防止しつつ、固定子の駆動部よりも突出した部分がなくなるので、固定子の駆動部と固定子上に配された物体又は移動子との距離を短くすることが可能となり、高い推力を得ることが可能となる。
【００２０】
図７に本発明にかかる第４実施例の平面図を、図８に側面図を示す。段差部１２およびもしくは絶縁層１３のコーナーを、例えば数°〜数十°のスロープ状にしたものである。
これにより、集合配線の短絡を防止しつつ、固定子の駆動部よりも突出した部分がなくなるので、固定子の駆動部と固定子上に配された物体又は移動子との距離を短くすることが可能となり、高い推力を得ることが可能となる。
【００２１】
図９に従来技術における平面図を、図１０に側面図を示す。集合配線の短絡を防止した構成ではあるが、固定子の駆動部よりも突出した部分が存在している。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、固定子の駆動部と移動子又は移動させる物体とのギャップを狭くすることが可能になり、結果として推力性能が優れた静電アクチュエータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる実施例１の平面図
【図２】  本発明にかかる実施例１の側面図
【図３】  本発明にかかる実施例２の平面図
【図４】  本発明にかかる実施例２の側面図
【図５】  本発明にかかる実施例３の平面図
【図６】  本発明にかかる実施例３の側面図
【図７】  本発明にかかる実施例４の平面図
【図８】  本発明にかかる実施例４の側面図
【図９】  従来技術における平面図
【図１０】  従来技術における側面図
【図１１】  パルス駆動誘導電荷形静電アクチュエータの側面図
【図１２】  パルス駆動誘導電荷形静電アクチュエータの駆動原理を説明するための側面図
【図１３】  パルス駆動誘導電荷形静電アクチュエータの駆動原理を説明するための側面図
【図１４】  パルス駆動誘導電荷形静電アクチュエータの駆動原理を説明するための側面図
【図１５】  パルス駆動誘導電荷形静電アクチュエータの駆動原理を説明するための側面図
【図１６】  交流駆動両電極形静電アクチュエータの側面図
【符号の説明】
１…固定子、２…移動子、３…帯状の電極、３ａ…第１電極、３ｂ…第２電極、３ｃ…第３電極、４…絶縁膜、５…誘電体層、６…抵抗体層、７…正弦波状の電位分布、８ａ…第１電極集合配線、８ｂ…第２電極集合配線、８ｃ…第３電極集合配線、９…基体、１０…下段部、１１…上段部、１２…段差部、１３…絶縁層
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004877638.tif 000014
【図１４】
0004877638.tif 000015
【図１５】
0004877638.tif 000016
【図１６】
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