JP2000152669A

JP2000152669A - マイクロアクチュエータ

Info

Publication number: JP2000152669A
Application number: JP10314832A
Authority: JP
Inventors: Takanari Nabeshima; 隆成鍋嶌
Original assignee: PANETTO KK
Current assignee: PANETTO KK
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】超薄型でフレキシブルでしかも駆動力の大きな
柔構造のマイクロアクチュエータとする。【解決手段】３相電源に接続された３本の導線２ａ，４
ａ，３と、この３本の導線に囲まれた空間に発生する回
転電界により回転させられる分極分子６と、この分極分
子６の一端に当接し、多数の分極分子６の回転力により
駆動する駆動体３とを備えてなるマイクロアクチュエー
タ１とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電界を発生さ
せ、この回転電界により分極分子を回転させることによ
り、駆動体を駆動するようにした超薄型のマイクロアク
チュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造技術やバイオテクノロ
ジーや顕微鏡などの進歩により、μｍオーダのパターン
等の微細な構造を人工的に作ったり、細胞中の遺伝子を
組み替えることができるようになってきた。つまり、肉
眼には見えないような複雑な機構を作ったり加工するこ
とが技術的に可能な段階に入りつつある。このような加
工技術の進歩に触発されて、マイクロマシンの研究が進
展しつつある。このうち特にマイクロアクチュエータ
は、駆動部の飛躍的小型化という観点から、大きな関心
を集め、活発に研究開発されている。

【０００３】マイクロアクチュエータでは、駆動部を飛
躍的に小型化しなければならず、従来のマクロなアクチ
ュエータのミニチュア化では、その小型化には限界があ
る。そこで、例えば図６に示すように、半導体マイクロ
マシニングで作られたマイクロ静電モータがある。図６
はマイクロ静電モータ２１の部分断面平面図であり、約
７μｍの厚さのフォトレジストを紫外線で露光してパタ
ーンを作り、その谷間にニッケルを電気メッキして金属
でマイクロ構造が製造されている。フォトレジストを取
り除いた後、ロータ２２の下にあるシリコン基板をプラ
ズマのエッチングで除去し、回転するようになってい
る。ロータ２２の外側に円形に配置したステータ電極２
３に電圧を加えると、ドーナツ形のロータ２２が中心軸
２４の回りを回る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たマイクロ静電モータのようなマイクロアクチュエータ
では主として、大きな力、速い動き、高精度な位置決
め、高い剛性などの機械的な非生物的な性能が求められ
てきた。これに対し、生物的な機械の要求が近年高まっ
てきている。例えば、人体内に入り込んで検査や治療を
行うマイクロマシン、介護ロボット、苗・果実などをや
さしく扱うハンド、人工筋肉等である。このため、生物
的な機械の要求に適した小型で柔軟な構造のマイクロア
クチュエータが求められている。

【０００５】そこで、本発明は、超薄型でフレキシブル
でしかも駆動力の大きなマイクロアクチュエータを提供
することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるマイクロア
クチュエータは、３相電源に接続された３本の導線と、
この３本の導線に囲まれた空間に発生する回転電界によ
り回転させられる分極分子と、この分極分子の一端に当
接し、多数の分極分子の回転力により駆動する駆動体と
を備えてなるものである。

【０００７】また、本発明によるマイクロアクチュエー
タでは、３本の導線に３相交流を印加すると、３本の導
線に囲まれた空間に回転電界が発生し、回転電界により
分極分子が回転し、多数の分極分子の回転力により駆動
体が駆動する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って本発明に係る
マイクロアクチュエータの実施の形態の一例を説明す
る。図１は本発明に係るマイクロアクチュエータの構成
を示す分解斜視図である。マイクロアクチュエータ１に
は、３本の導線があり、その内２本はストリップ薄膜導
線２，４であり、１本は薄い金属系駆動体３である。各
導線には数Ｖ〜数十Ｖのサイン波３相交流が印加され
る。この３本の導線は並設されており、ストリップ薄膜
導線２、４を延出方向と略直交する方向に所定間隔で多
数分岐させ、一対の略平行な分岐部２ａ，４ａが多数形
成されている。本発明は、３本の導線に３相交流を印加
すると、分岐部２ａ，４ａ及び金属系駆動体３で囲まれ
る部分の例えば高分子潤滑材が分極して分極分子６が発
生し、同時に分岐部２ａ，４ａ及び金属系駆動体３で囲
まれる部分に回転電界が発生し、この回転電界により分
極分子６を回転させ、この多数の分極分子６の回転によ
り金属系駆動体３を駆動するようにしたものである。

【０００９】図２は、本発明に係るマイクロアクチュエ
ータの側断面図である。マイクロアクチュエータ１は例
えば合成樹脂からなる固定体８を有している。固定体８
上には前記ストリップ薄膜導線２，４が並設され、スト
リップ薄膜導線２，４を延出方向と略直交する方向に所
定間隔で多数分岐させ、一対の略平行な分岐部２ａ，４
ａが多数形成されている。この固定体８、ストリップ薄
膜導線２，４及び分岐部２ａ，４ａはモールドにより一
体成形されている。固定体８及び分岐部２ａ，４ａ上に
はフッ素系厚膜、例えばテフロン（商品名）からなる膜
部材１１が付設されている。この膜部材１１は分岐部２
ａ，４ａ上に溝部１１ａを有している。膜部材１１上に
は潤滑材である高分子潤滑油１２が塗着されている。高
分子潤滑油１２から形成される分極分子６の上端は金属
系駆動体３に当接し、分極分子６の下端は膜部材１１の
溝部１１ａに当接するようになっている。マイクロアク
チュエータ１が縦、横、斜め、逆さ等いかなる状態で
も、高分子潤滑油１２は膜部材１１に付着して流出する
ことはない。なお、金属系駆動体３は移動しても、常に
３相交流が供給されるようになっている。

【００１０】また、膜部材１１の溝部１１ａ部分の駆動
区間Ｘから隣接する溝部１１ａまでの間には緩衝区間Ｙ
が設けられており、この緩衝区間Ｙにより隣接する分極
分子６の動きが互いに干渉するのを防ぐようになってい
る。高分子潤滑油１２により形成される分極分子６は、
表面に潤滑膜が形成され、フッ素系厚膜からなる膜部材
１１に対しては摩擦力が作用せず滑るが、金属系駆動体
３に対しては摩擦力により引っかかるようになってい
る。このため、分極分子６は、膜部材１１の溝部１１ａ
に対しては回転可能で、回転に伴って摩擦力により金属
系駆動体３を移動させることができる。

【００１１】次に、以上のような構成よりなるマイクロ
アクチュエータの作用を図３を参照して説明する。スト
リップ薄膜導線２を３相交流の第１相、金属系駆動体３
を３相交流の第２相、ストリップ薄膜導線４を３相交流
の第３相とし、ストリップ薄膜導線２，４と金属系駆動
体３に例えば高周波である数Ｖ〜数十Ｖのサイン波３相
交流を印加すると、ストリップ薄膜導線２，４の分岐部
２ａ，４ａと金属系駆動体３で囲まれる空間には回転電
界が発生する。電界内に形成された分極分子６の分極電
荷の移動が電界の回転に追従できずに遅れがでると、分
極分子６に回転トルクが働くことになる。従って、多数
の分極分子６が例えば時計方向に回転し、その上端は金
属系駆動体３に摩擦を伴って当接するので、金属系駆動
体３を矢印Ａ方向に移動させることができる。この際、
分極分子６の下部は、表面に形成された潤滑膜と、フッ
素系厚膜からなる膜部材１１により、極めて微小な摩擦
力しか作用せず、支障なく回転することができる。

【００１２】各分極分子６は隣の分極分子６との間に緩
衝区間が設けられているので、隣の分極分子６の回転と
干渉することはない。また、分岐部２ａ，４ａ及び金属
系駆動体３に供給する３相交流の周波数を増加又は減少
させることにより、駆動力を増減でき、金属系駆動体３
の移動速度を調整することができる。この金属系駆動体
３に搬送物を載せる（付ける）と、この搬送物を金属系
駆動体３と共に移動させることができる。

【００１３】一方、ストリップ薄膜導線２，４、及び金
属系駆動体３の相を入れ換え、分岐部２ａ，４ａと金属
系駆動体３で囲まれる空間に反時計方向の回転電界を発
生させると、多数の分極分子６が反時計方向に回転し、
その上端は金属系駆動体３に摩擦を伴って当接するの
で、金属系駆動体３を矢印Ａと反対方向に移動させるこ
とができる。

【００１４】図４は本発明に係るマイクロアクチュエー
タの平面図であり、マイクロアクチュエータ１の固定体
８にはストリップ薄膜導線２，４が並設され、固定体８
とストリップ薄膜導線２，４の多数の分岐部２ａ，４ａ
上には膜部材１１が付設され、膜部材１１上には高分子
潤滑油１２が塗着されている。ストリップ薄膜導線２，
４の多数の分岐部２ａ，４ａと金属系駆動体３で囲まれ
る部分には、３相交流を印加すると多数の分極分子６が
形成される。このように、駆動体の移動方向に対して多
数の分極分子を超直列かつ超並列に配置することがで
き、個々の分極分子の回転力は微小であっても、多数の
分極分子の回転力を合計することにより、強力な駆動力
を得ることができる。

【００１５】従って、マイクロアクチュエータ１は、回
転電界により多数の分極分子６を回転させることにより
金属系駆動体３を移動させるので、厚さを数十μｍとす
ることも可能で、超薄型でフレキシブルなアクチュエー
タを作製することができる。

【００１６】多数の分極分子６を超直列かつ超並列に配
置でき、多数の分極分子６の回転により金属系駆動体３
を駆動するようにしたので、個々の分極分子６の回転力
は微小であっても、多数の分極分子６の回転力を合計す
ることにより、強力な駆動力を得ることができる。

【００１７】図５は第２の実施の形態のマイクロアクチ
ュエータを示す平面図である。マイクロアクチュエータ
１５は円形の固定体１６を有しており、固定体１６上に
は３相交流を印加することにより形成された多数の分極
分子６が多数列配列されており、この多数の分極分子６
上に円形の金属系駆動体１７が回転可能に配置されてお
り、その他は上述した第１の実施の形態と同様に構成さ
れている。多数の分極分子６が回転すると、その上端は
金属系駆動体１７に摩擦を伴って当接するので、金属系
駆動体１７を回転させることができる。

【００１８】従って、固定体の形状を変えることによ
り、マイクロアクチュエータの形状を幅狭、幅広、円
形、楕円形、放射状等自由に設定することができ、更に
マイクロアクチュエータの長さも自由に設定することが
できる。なお、上述実施の形態では、金属系駆動体３，
１７を導線と駆動体を兼ねるようにしたが、これに限定
されるわけではなく、導線と駆動体を別体としてもよ
い。また、上述実施の形態では、分極分子６を高分子潤
滑油１２から形成されるとしたが、これに限らず、他の
潤滑材から形成されてもよいことは勿論である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るマイ
クロアクチュエータによれば、回転電界により多数の分
極分子を回転させることにより駆動体を駆動させるの
で、超薄型でフレキシブルなアクチュエータを作製する
ことができる。

【００２０】また、多数の分極分子を超直列かつ超並列
に配置でき、多数の分極分子の回転により駆動体を駆動
するようにしたので、個々の分極分子の回転力は微小で
あっても、多数の分極分子の回転力を合計することによ
り、強力な駆動力を得ることができる。

【００２１】更に、分極分子が隣接する分極分子との間
に所定の距離を隔てて配置されているので、分極分子同
士が干渉することはなく、確実かつ効率的に駆動体を駆
動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロアクチュエータの構成を
示す分解斜視図である。

【図２】本発明に係るマイクロアクチュエータの側断面
図である。

【図３】本発明に係るマイクロアクチュエータの作動説
明図である。

【図４】本発明に係るマイクロアクチュエータの一部切
り開いた平面図である。

【図５】第２の実施の形態のマイクロアクチュエータを
示す一部切り開いた平面図である。

【図６】マイクロ静電モータの部分断面平面図である。

【符号の説明】

１マイクロアクチュエータ２ストリップ薄膜導線２ａ分岐部３金属系駆動体４ストリップ薄膜導線４ａ分岐部６分極分子８固定体１１膜部材１１ａ溝部１２高分子潤滑油（潤滑材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３相電源に接続された３本の導線と、この３本の導線に囲まれた空間に発生する回転電界によ
り回転させられる分極分子と、この分極分子の一端に当接し、多数の分極分子の回転力
により駆動する駆動体と、を備えてなることを特徴とするマイクロアクチュエー
タ。
【請求項２】前記駆動体が前記３本の導線の何れか１
本の導線を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載
のマイクロアクチュエータ。
【請求項３】前記３本の導線の何れか２本の導線が略
平行で、かつ他の１本の導線と直交するように配置され
ていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロアク
チュエータ。
【請求項４】前記分極分子が前記駆動体の反対側に配
置された膜部材に当接していることを特徴とする請求項
１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項５】前記分極分子が隣接する分極分子との間
に所定の距離を隔てて配置されていることを特徴とする
請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項６】前記分極分子が潤滑材からなることを特
徴とする請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。