JP2005137079A - Electrostatic actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電アクチュエータに関し、特に二次元平面上で移動子を移動可能な静電アクチュエータに関する。 The present invention relates to an electrostatic actuator, and more particularly to an electrostatic actuator capable of moving a moving element on a two-dimensional plane.
近年、半導体技術の進歩とともに半導体製造技術により大幅な小型のマイクロマシンを実現しようとする努力がなされており、マイクロアクチュエータ等の機械的電気素子が脚光を浴びている。このような素子により小型で高精度の機構部品を実現することができ、かつ、半導体プロセスを用いることでその生産性を大幅に改善できる。このようなアクチュエータの応用分野としてロボットやデジタルカメラの自動焦点機構などへの応用が注目されている。 In recent years, along with the advancement of semiconductor technology, efforts have been made to realize a significantly small micromachine by semiconductor manufacturing technology, and mechanical electrical elements such as microactuators have attracted attention. With such an element, a small and highly accurate mechanism part can be realized, and the productivity can be greatly improved by using a semiconductor process. As an application field of such an actuator, its application to an automatic focusing mechanism of a robot or a digital camera is attracting attention.
現在、ロボットなどを含めた駆動部分には電磁アクチュエータが多く用いられている。 At present, electromagnetic actuators are often used in driving parts including robots.
しかしながら、電磁アクチュエータの場合、磁石、コイル、減速機などが用いられるため重量が大きくなる傾向がある。特に、小型化するほど駆動力に対する重量比が大きくなり、重量と駆動力とを両立させることが困難となる。これに対して、静電アクチュエータの場合には、小型化しても駆動力が低下せず、軽量化がかのうである。また、可撓性の基板材料を用いることもできるので、可撓性を有するアクチュエータも作製できる。このため、静電アクチュエータに対して種々の構成が提案がされている。 However, in the case of an electromagnetic actuator, since a magnet, a coil, a reduction gear, etc. are used, there exists a tendency for a weight to become large. In particular, the weight ratio with respect to the driving force increases as the size decreases, and it becomes difficult to achieve both weight and driving force. On the other hand, in the case of an electrostatic actuator, even if the size is reduced, the driving force does not decrease and the weight is reduced. Further, since a flexible substrate material can be used, a flexible actuator can be manufactured. For this reason, various configurations have been proposed for the electrostatic actuator.
例えば、絶縁体からなる平板に多数の細長い帯状電極を駆動電極として配置した固定子と、フィルム状の絶縁体シートの一方の表面上に抵抗層が形成された移動子とを用いて、固定子内に配置された帯状電極に印加する電圧を制御していくことで、移動子を一方方向に移動させる静電アクチュエータが提案されている(例えば、特許文献1)。 For example, using a stator in which a number of elongated strip electrodes are arranged as drive electrodes on a flat plate made of an insulator, and a mover in which a resistance layer is formed on one surface of a film-like insulator sheet, the stator There has been proposed an electrostatic actuator that moves a moving element in one direction by controlling a voltage to be applied to a strip electrode disposed inside (for example, Patent Document 1).
また、絶縁体からなる平板に多数の細長い帯状電極を駆動電極としてそれぞれ配置された固定子と移動子とを用いて、固定子および移動子を対向させ、それらの駆動電極に交番電圧を印加することで、移動子を一方向に移動させる静電アクチュエータも提案されている(例えば、特許文献2)。 In addition, a stator and a mover, which are arranged on a flat plate made of an insulator as a drive electrode with a number of elongated strip electrodes, are opposed to each other, and an alternating voltage is applied to these drive electrodes. Thus, an electrostatic actuator that moves the mover in one direction has also been proposed (for example, Patent Document 2).
さらに、駆動電極を多数の互いに直交する帯状電極を織り込んで作製し、その周囲に絶縁体を充填して平板形状とした移動子と固定子とを互いに対向させ、それぞれに交番電圧を印加することにより、固定子上で移動子を二次元的に移動させる構成が提案されている(例えば、特許文献3)。
しかしながら、上記第1の例および第2の例では、移動子が細長い帯状電極からなる駆動電極と直角な方向の一次元方向にのみ移動可能な構成であり、移動の自由度に制約があるという課題があった。また、第3の例では、駆動電極が帯状電極を直交させて互いに織り込んで作製されるため、二次元平面上での駆動電極の面積が減少する。また、織り込まれた個々の電極面を均一な平面に仕上げることが比較的難しいため、固定子と移動子との間を均一に、かつ狭ギャップ化することが困難である。これらの結果、二次元方向に駆動することはできるが、駆動力が大きくできないという課題があった。さらに、第3の例では、移動子を固定子平面上で二次元方向に移動することができるが、それ以外の任意な方向に移動させることもできなかった。 However, in the first example and the second example described above, the movable element is configured to be movable only in a one-dimensional direction perpendicular to the drive electrode made of a long and thin strip electrode, and the freedom of movement is limited. There was a problem. Further, in the third example, the drive electrodes are manufactured by weaving the strip-shaped electrodes orthogonal to each other, so that the area of the drive electrodes on the two-dimensional plane is reduced. In addition, since it is relatively difficult to finish the woven individual electrode surfaces into a uniform plane, it is difficult to make a uniform gap between the stator and the mover. As a result, although it is possible to drive in the two-dimensional direction, there is a problem that the driving force cannot be increased. Furthermore, in the third example, the mover can be moved in a two-dimensional direction on the stator plane, but it cannot be moved in any other direction.
また、従来の絶縁体に帯状電極を駆動電極として作製した構成では、この駆動電極の長い引き回しによって電極間に大きな浮遊容量を発生し、また帯状の駆動電極全長に渡って連続的に信号を流すため大きなパワーが必要になる。さらに、上記の例では、微小化することが比較的難しいという課題もあった。 Further, in a configuration in which a strip electrode is formed as a drive electrode on a conventional insulator, a large stray capacitance is generated between the electrodes due to the long routing of the drive electrode, and a signal is continuously passed over the entire length of the strip drive electrode. Therefore, big power is necessary. Furthermore, in the above example, there is a problem that it is relatively difficult to reduce the size.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、移動子を二次元平面上で任意な方向に移動可能で、かつ、駆動電極の引き回しによる浮遊容量を減少させることができ、小型で高駆動力が得られる静電アクチュエータを実現することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem. The movable element can be moved in an arbitrary direction on a two-dimensional plane, and the stray capacitance due to the driving electrode can be reduced. An object is to realize an electrostatic actuator capable of obtaining a high driving force.
上述したような課題を解決するために、本発明の静電アクチュエータは、少なくとも表面に絶縁層を有する固定子用基板の絶縁層表面上にマトリックス状に配置された複数の固定子駆動電極と、固定子用基板表面上に形成され固定子駆動電極に接続された1組の固定子スイッチング素子と、固定子スイッチング素子のそれぞれに接続された固定子選択用電極線および固定子駆動用電極線とを含んでなる固定子と、この固定子の固定子駆動電極に対向し、固定子上を移動可能に配置され、少なくとも固定子に対向する表面に絶縁層が形成された移動子用基板からなる移動子と、1組の固定子スイッチング素子をそれぞれ駆動するための固定子選択用電極回路および固定子駆動用電極回路を含んでなり、固定子選択用電極回路と固定子駆動用電極回路とにより固定子スイッチング素子を選択的に駆動し、固定子スイッチング素子に接続された固定子駆動電極に所定の電圧を印加することで移動子を固定子面上において二次元的に移動させる構成からなる。 In order to solve the problems as described above, the electrostatic actuator of the present invention includes a plurality of stator driving electrodes arranged in a matrix on the insulating layer surface of the stator substrate having at least an insulating layer on the surface, A set of stator switching elements formed on the surface of the stator substrate and connected to the stator drive electrodes; a stator selection electrode line and a stator drive electrode line connected to each of the stator switching elements; And a stator substrate that faces the stator drive electrode of the stator, is movably disposed on the stator, and has an insulating layer formed on at least the surface facing the stator. A stator selecting electrode circuit and a stator driving electrode circuit for driving a moving element, a set of stator switching elements, and a stator selecting electrode circuit and a stator driving electrode. A structure in which the stator switching element is selectively driven by a path, and a predetermined voltage is applied to a stator drive electrode connected to the stator switching element to move the mover two-dimensionally on the stator surface. Consists of.
このような構成によれば、固定子の二次元平面上で移動子を任意の方向に移動できる。固定子スイッチング素子を、例えばトランジスタにより構成すれば各トランジスタのドレイン電極から駆動電極までの距離を極めて短く構成できるため、電極間の引き回しによる浮遊容量がほとんど生じることがなく、電力効率のよい静電アクチュエータを実現できる。 According to such a configuration, the movable element can be moved in an arbitrary direction on the two-dimensional plane of the stator. If the stator switching element is constituted by, for example, a transistor, the distance from the drain electrode to the drive electrode of each transistor can be made extremely short. An actuator can be realized.
また、本発明の静電アクチュエータの固定子用基板上に配置された複数の固定子駆動電極が、固定子スイッチング素子、固定子選択用電極線および固定子駆動用電極線が形成された面とは異なる面上に配置され、固定子スイッチング素子と固定子駆動電極とが固定子基板に形成された貫通電極を介して接続された構成としてもよい。 In addition, a plurality of stator drive electrodes arranged on the stator substrate of the electrostatic actuator of the present invention includes a surface on which a stator switching element, a stator selection electrode line, and a stator drive electrode line are formed. May be arranged on different surfaces, and the stator switching element and the stator drive electrode may be connected via a through electrode formed on the stator substrate.
このような構成とすれば、駆動電極を基板の平坦な面に形成できるため、対向する移動子の面に対して平坦な駆動電極面を容易に形成できる。これにより均一で狭いギャップとすることができるため、駆動力が大きくすることも可能となる。 With such a configuration, since the drive electrode can be formed on a flat surface of the substrate, a flat drive electrode surface can be easily formed with respect to the surface of the moving element facing each other. As a result, the gap can be made uniform and narrow, so that the driving force can be increased.
また、本発明の静電アクチュエータは、少なくとも表面に絶縁層を有する固定子用基板の絶縁層表面上にマトリックス状に配置された複数の固定子駆動電極と、固定子用基板表面上に形成され固定子駆動電極に接続された1組の固定子スイッチング素子と、固定子スイッチング素子のそれぞれに接続された固定子選択用電極線および固定子駆動用電極線とを含んでなる固定子と、少なくとも表面に絶縁層を有する移動子用基板の絶縁層表面上にマトリックス状に配置された複数の移動子駆動電極と、移動子用基板表面上に形成され移動子駆動電極に接続された1組の移動子スイッチング素子と、移動子スイッチング素子のそれぞれに接続された移動子選択用電極線および移動子駆動用電極線とを含んでなる移動子と、固定子スイッチング素子と移動子スイッチング素子とをそれぞれ駆動する固定子選択用電極回路および固定子駆動用電極回路と、移動子選択用電極回路および移動子駆動用電極回路とを含んでなり、移動子の移動子駆動電極と固定子の固定子駆動電極とが対向して配置され、固定子選択用電極回路および固定子駆動用電極回路と、移動子選択用電極回路および移動子駆動用電極回路とにより、固定子スイッチング素子および移動子スイッチング素子をそれぞれ選択的に駆動し、固定子スイッチング素子および移動子スイッチング素子にそれぞれ接続された固定子駆動電極および移動子駆動電極に所定の電圧を印加することにより、移動子を固定子面上において二次元的に移動させる構成であってもよい。 The electrostatic actuator of the present invention is formed on a stator substrate surface having a plurality of stator drive electrodes arranged in a matrix on the insulating layer surface of the stator substrate having an insulating layer on at least the surface. A stator comprising a set of stator switching elements connected to the stator drive electrodes, a stator selection electrode line and a stator drive electrode line connected to each of the stator switching elements, and at least A plurality of mover drive electrodes arranged in a matrix on the surface of an insulating layer of a mover substrate having an insulating layer on the surface, and a set of electrodes formed on the surface of the mover substrate and connected to the mover drive electrode A moving element comprising a moving element switching element, a moving element selecting electrode line and a moving element driving electrode line connected to each of the moving element switching elements, and a stator switching element A stator selecting electrode circuit and a stator driving electrode circuit for driving the moving element switching element, and a moving element selecting electrode circuit and a moving element driving electrode circuit, respectively. And the stator drive electrode of the stator are arranged to face each other, and the stator switching is performed by the stator selection electrode circuit and the stator drive electrode circuit, and the mover selection electrode circuit and the mover drive electrode circuit. By selectively driving the element and the moving element switching element, and applying a predetermined voltage to the stator driving electrode and the moving element driving electrode respectively connected to the stator switching element and the moving element switching element, It may be configured to move two-dimensionally on the stator surface.
このような構成によれば、固定子と移動子のそれぞれの駆動電極に対して印加する電圧を各々独立に加えることができるため、移動子は二次元のx方向やy方向への移動または回転を含めた移動における駆動力をさらに大きくすることが可能となる。 According to such a configuration, voltages applied to the respective drive electrodes of the stator and the mover can be independently applied, so that the mover moves or rotates in the two-dimensional x and y directions. It is possible to further increase the driving force in the movement including.
さらに、上記静電アクチュエータの固定子用基板上に配置された複数の固定子駆動電極が、固定子スイッチング素子、固定子選択用電極線および固定子駆動用電極線が形成された面とは異なる面上に配置され、固定子スイッチング素子と固定子駆動電極とが固定子用基板に形成された貫通電極を介して接続された構成としてもよい。 Further, the plurality of stator drive electrodes arranged on the stator substrate of the electrostatic actuator is different from the surface on which the stator switching element, the stator selection electrode line, and the stator drive electrode line are formed. It is good also as a structure which is arrange | positioned on the surface and the stator switching element and the stator drive electrode are connected through the penetration electrode formed in the board | substrate for stators.
このような構成によれば、固定子用基板の平坦な面にマトリックス状に配置した駆動電極を形成できるため、移動子に対向する固定子の表面を平坦面とすることができる。このため、均一で狭いギャップとすることができ、駆動力を大きくすることが可能となる。 According to such a configuration, since the drive electrodes arranged in a matrix form can be formed on the flat surface of the stator substrate, the surface of the stator facing the mover can be a flat surface. For this reason, a uniform and narrow gap can be obtained, and the driving force can be increased.
また、上記静電アクチュエータの移動子用基板上に配置された複数の移動子駆動電極が、移動子スイッチング素子、移動子選択用電極線および移動子駆動用電極線が形成された面とは異なる面上に配置され、移動子スイッチング素子と移動子駆動電極とが移動子用基板に形成された貫通電極を介して接続された構成としてもよい。 Further, the plurality of moving element driving electrodes arranged on the moving element substrate of the electrostatic actuator is different from the surface on which the moving element switching element, the moving element selecting electrode line, and the moving element driving electrode line are formed. It is good also as a structure which is arrange | positioned on the surface and the movable element switching element and the movable element drive electrode are connected through the penetration electrode formed in the board | substrate for movable elements.
このような構成によれば、移動子用基板の平坦な面にマトリックス状に配置した移動子駆動電極を形成できるため、固定子に対向する移動子の表面を平坦面とすることができる。このため、さらに均一で狭いギャップとすることができ、駆動力をより大きくすることが可能となる。 According to such a configuration, since the moving element driving electrodes arranged in a matrix on the flat surface of the moving element substrate can be formed, the surface of the moving element facing the stator can be a flat surface. For this reason, the gap can be made more uniform and narrow, and the driving force can be further increased.
また、本発明の静電アクチュエータは、固定子を複数個所定の位置で、かつ所定の間隔で連結してなる固定子連結体と、移動子を複数個所定の位置で、かつ所定の間隔で連結してなる移動子連結体とを有し、固定子と移動子とを互い違いに配置した構成としてもよい。このような構成によれば、任意の方向に移動でき、かつ大きな駆動力を有する静電アクチュエータを実現できる。 The electrostatic actuator according to the present invention includes a stator coupling body in which a plurality of stators are connected at predetermined positions and at predetermined intervals, and a plurality of moving elements at predetermined positions and at predetermined intervals. It is good also as a structure which has the mover coupling body formed by connecting and arrange | positions a stator and a mover alternately. According to such a configuration, an electrostatic actuator that can move in an arbitrary direction and has a large driving force can be realized.
また、本発明の静電アクチュエータの固定子用基板は絶縁層が形成された単結晶シリコン基板からなり、固定子スイッチング素子は単結晶シリコン基板に形成されたトランジスタからなる構成としてもよい。このような構成によれば、半導体技術を用いて固定子スイッチング素子を歩留まりよく作製することができ、かつ、微小化することも容易にできる。 Further, the stator substrate of the electrostatic actuator of the present invention may be constituted by a single crystal silicon substrate on which an insulating layer is formed, and the stator switching element may be constituted by a transistor formed on the single crystal silicon substrate. According to such a configuration, the stator switching element can be manufactured with a high yield by using semiconductor technology, and it can be easily miniaturized.
また、本発明の静電アクチュエータの固定子用基板は絶縁性材料からなり、固定子スイッチング素子は固定子用基板上に形成された薄膜構造のトランジスタからなる構成としてもよい。このような構成によれば、種々の基板を使用することができ、基板の選択の自由度が大きくできる。なお、固定子スイッチング素子を構成する薄膜構造のトランジスタとしては、例えばレーザ照射により結晶化した多結晶シリコンまたは単結晶シリコンを用いて作製することができる。 Further, the stator substrate of the electrostatic actuator of the present invention may be made of an insulating material, and the stator switching element may be made of a thin film transistor formed on the stator substrate. According to such a configuration, various substrates can be used, and the degree of freedom in substrate selection can be increased. Note that the thin film transistor constituting the stator switching element can be manufactured using, for example, polycrystalline silicon or single crystal silicon crystallized by laser irradiation.
さらに、本発明の静電アクチュエータの固定子用基板は絶縁性の有機材料からなる構成としてもよい。このような構成によれば、有機材料で、かつ可撓性を有する固定子用基板とすることも可能となり、移動子も同様に有機材料で可撓性を持つ材料を用いれば可撓性を有する静電アクチュエータを実現できる。 Furthermore, the stator substrate for the electrostatic actuator of the present invention may be made of an insulating organic material. According to such a configuration, it becomes possible to make a stator substrate made of an organic material and having flexibility, and the mover can be made flexible by using an organic material that has flexibility as well. The electrostatic actuator which has can be implement | achieved.
さらに、本発明の静電アクチュエータの移動子用基板は絶縁層が形成された単結晶シリコン基板からなり、移動子スイッチング素子は単結晶シリコン基板に形成されたトランジスタからなる構成としてもよい。このような構成によれば、半導体技術を用いて移動子スイッチング素子を歩留まりよく作製することができ、かつ、微小化することも容易にできる。 Furthermore, the movable body substrate of the electrostatic actuator of the present invention may be composed of a single crystal silicon substrate on which an insulating layer is formed, and the movable element switching element may be composed of a transistor formed on the single crystal silicon substrate. According to such a configuration, the moving element switching element can be manufactured with a high yield by using a semiconductor technique, and can be easily miniaturized.
さらに、本発明の静電アクチュエータの移動子用基板は絶縁性材料からなり、移動子スイッチング素子は移動子用基板に形成された薄膜構造のトランジスタからなる構成としてもよい。このような構成によれば、種々の基板を使用することができ、基板の選択の自由度が大きくできる。なお、移動子スイッチング素子を構成する薄膜構造のトランジスタとしては、例えばレーザ照射により結晶化した多結晶シリコンまたは単結晶シリコンを用いて作製することができる。 Furthermore, the moving element substrate of the electrostatic actuator of the present invention may be made of an insulating material, and the moving element switching element may be a thin film transistor formed on the moving element substrate. According to such a configuration, various substrates can be used, and the degree of freedom in substrate selection can be increased. Note that the transistor having a thin film structure that forms the mover switching element can be manufactured using, for example, polycrystalline silicon or single crystal silicon crystallized by laser irradiation.
さらに、本発明の静電アクチュエータの移動子用基板は絶縁性の有機材料からなる構成としてもよい。このような構成によれば、有機材料で、かつ可撓性を有する移動子用基板とすることも可能となり、固定子も同様に有機材料で可撓性を持つ材料を用いれば可撓性を有する静電アクチュエータを実現できる。 Furthermore, the moving element substrate of the electrostatic actuator of the present invention may be made of an insulating organic material. According to such a configuration, it is possible to make a movable substrate for an organic material that is flexible, and the stator can be made flexible by using an organic material that is also flexible. The electrostatic actuator which has can be implement | achieved.
さらに、本発明の静電アクチュエータのトランジスタは有機材料を含んで構成されていてもよい。このような構成によれば、トランジスタを有機半導体を含む材料により作製でき、有機材料からなる固定子用基板や移動子用基板上にも容易に、かつ量産性よく作製することができる。 Furthermore, the transistor of the electrostatic actuator of the present invention may include an organic material. According to such a configuration, the transistor can be manufactured using a material containing an organic semiconductor, and can be easily manufactured on a stator substrate or a mover substrate made of an organic material with high productivity.
さらに、本発明の静電アクチュエータの固定子スイッチング素子はトランジスタを直列に複数個配置した構成としてもよく、このような構成とすることで高耐圧にすることができる。 Furthermore, the stator switching element of the electrostatic actuator of the present invention may have a configuration in which a plurality of transistors are arranged in series, and with such a configuration, a high breakdown voltage can be achieved.
さらに、本発明の静電アクチュエータの移動子スイッチング素子はトランジスタを直列に複数個配置した構成としてもよく、このような構成とすることで高耐圧にすることができる。 Furthermore, the moving element switching element of the electrostatic actuator of the present invention may have a configuration in which a plurality of transistors are arranged in series. With such a configuration, a high breakdown voltage can be achieved.
さらに、本発明の静電アクチュエータの固定子駆動電極に接続される1組の固定子スイッチング素子は、それぞれn型およびp型トランジスタからなる構成としてもよい。このような構成によれば、それぞれの固定子駆動電極に正または負の電位を選択的に印加でき、マトリックス状に配置された固定子駆動電極により固定子上の移動子を任意の方向に駆動させることができる。 Furthermore, the set of stator switching elements connected to the stator drive electrodes of the electrostatic actuator of the present invention may be composed of n-type and p-type transistors, respectively. According to such a configuration, a positive or negative potential can be selectively applied to each stator driving electrode, and the movable element on the stator is driven in an arbitrary direction by the stator driving electrodes arranged in a matrix. Can be made.
さらに、本発明の静電アクチュエータの移動子駆動電極に接続される1組の移動子スイッチング素子は、それぞれn型およびp型トランジスタからなる構成としてもよい。このような構成によれば、それぞれの移動子駆動電極に正または負の電位を選択的に印加でき、マトリックス状に配置された移動子駆動電極により固定子上の移動子の駆動力をさらに大きくすることができる。 Furthermore, the set of mover switching elements connected to the mover drive electrode of the electrostatic actuator of the present invention may be composed of n-type and p-type transistors, respectively. According to such a configuration, a positive or negative potential can be selectively applied to each moving element driving electrode, and the driving force of the moving element on the stator can be further increased by moving element driving electrodes arranged in a matrix. can do.
さらに、本発明の静電アクチュエータは、固定子と移動子とは、一方が円筒形状または円柱形状からなり、他方は上記一方に対して同芯円状に配置された円筒形状からなる構成としてもよい。このような構成によれば、円筒または円柱の軸の周りの回転と軸方向への移動が可能となり、小型で、移動方向の自由度が大きい静電アクチュエータを実現できる。 Furthermore, the electrostatic actuator of the present invention may be configured such that one of the stator and the mover has a cylindrical shape or a columnar shape, and the other has a cylindrical shape arranged concentrically with respect to the one. Good. According to such a configuration, rotation around the axis of the cylinder or column and movement in the axial direction are possible, and a small electrostatic actuator having a large degree of freedom in the movement direction can be realized.
本発明の静電アクチュエータは、固定子の二次元平面上で移動子を任意の方向に移動できる。また、固定子スイッチング素子を、例えばトランジスタにより構成すれば各トランジスタのドレイン電極から固定子駆動電極までの距離を極めて短く構成できるため、電極間の引き回しによる浮遊容量がほとんど生じることがなく、電力効率のよい静電アクチュエータを実現できるという優れた効果を奏する。また、固定子と移動子との両方にそれぞれスイッチング素子と駆動電極とを設ければ、さらに駆動力を大きくすることができる。 The electrostatic actuator of the present invention can move the moving element in an arbitrary direction on the two-dimensional plane of the stator. In addition, if the stator switching element is formed of, for example, a transistor, the distance from the drain electrode of each transistor to the stator drive electrode can be configured to be extremely short. Excellent electrostatic actuator can be realized. Further, if a switching element and a drive electrode are provided on both the stator and the mover, the driving force can be further increased.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る静電アクチュエータの全体構成を示すブロック図である。詳細は図2以下を用いて後述するが、固定子4上にシート状の移動子2が載置され、この移動子2上に誘導された電荷と、固定子4のマトリックス上に配置された複数の固定子駆動電極上に発生させた電荷との相互作用によって生じる駆動力によって、上記移動子2が駆動される。紙面の左右方向、すなわち矢印20で示す方向(以下、x方向とよぶ)および紙面の上下方向、すなわち矢印22で示す方向(以下、y方向とよぶ)の駆動には、固定子4と一体的にもしくは近接して設けられた固定子選択用電極回路8、10と、固定子駆動用電極回路6、12とを用いて行う。その際、正電源回路14から固定子駆動用電極回路6および固定子選択用電極回路8に正電位が、負電源回路16から固定子駆動用電極回路12および固定子選択用電極回路10に負電位が印加される。この正電位あるいは負電位が、固定子駆動電極(図示せず)に接続された2個の固定子スイッチング素子(図示せず)にそれぞれ加えられる。さらに、制御回路18は、これらの正電源回路14および負電源回路16に接続され、上述のマトリックス状に配置された複数の固定子駆動電極の電位を全体に渡って制御する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the electrostatic actuator according to the first embodiment of the present invention. The details will be described later with reference to FIG. 2 and subsequent drawings, but a sheet-like moving
図2は、図1のx1−x1線に沿った断面図を示す。図2(a)、図2(b)、図2(c)、および図2(d)を用いて移動子2が固定子4上を移動する動作原理について説明する。
FIG. 2 is a sectional view taken along line x1-x1 in FIG. The operation principle of the
図2(a)はマトリックス状に配置された固定子駆動電極中、x方向に配置された固定子駆動電極38、40、42、44上で、移動子2を右方向に移動させるための電荷を移動子2上に誘導させるステップを示す。なお、この固定子駆動電極38、40、42、44は、後述するようにy方向には同じ電位を有するブロックが連なって実質的にライン状に構成された状態である。
FIG. 2A shows charges for moving the
固定子用基板24上には単位ブロックがマトリックス状に形成されており、この単位ブロックには2個の固定子スイッチング素子28、32が設けられ、これらは固定子駆動電極38に絶縁層36を介して接続されている。また、それぞれの固定子スイッチング素子28、32は、それぞれ固定子駆動用電極線26および固定子選択用電極線(図示せず)、と固定子駆動用電極線30および固定子選択用電極線(図示せず)に接続されている。さらに、固定子駆動電極40、42、44でもそれぞれ2個の固定子スイッチング素子が各ブロックにおいて同様に接続されている。複数の固定子駆動電極の上部には保護膜と潤滑膜の機能を兼ねた絶縁層34が形成されている。このように構成することにより、固定子スイッチング素子28を用いて正電位を、また固定子スイッチング素子32を用いて負電位を固定子駆動電極38に選択的に加えることができる。
Unit blocks are formed in a matrix on the
一方、例えばポリエチレンテレフタレートのシート状の移動子用基板48とその上面に導電性薄膜46を形成した移動子2を、ギャップ58を介して固定子4上に載置する。なお、導電性薄膜46としてカーボンブラックや金属粒子などの導電性材料をポリウレタンやエポキシなどの高分子材料中に分散させて塗布する抵抗膜が有効である。ギャップ58には、相対する固定子4および移動子2の表面にフッ素系の有機潤滑材を介在させることが有効である。なお、固定子表面と移動子表面の吸着を防止するため、どちらか一方あるいは両者の表面に微小な凹凸を設てもよい。また、パーフルオロカーボンなどのフッ素絶縁液体を介在させれば潤滑性だけでなく絶縁性も向上するので好ましい。一方、ガラスやテフロン(R)などの球状粒子を固定子4および移動子2間に封入して両者の潤滑と吸着の防止機能をもたせても良い。シート状の移動子用基板48として、ポリエチレンテレフタレート以外にポリエチレンナフタレートやポリイミドなどシート状に形成可能な有機材料、セラミック材料なども用いることができる。
On the other hand, for example, a polyethylene terephthalate sheet-
まず、固定子駆動電極38に正の電位を、固定子駆動電極42には負の電位を印加し、他の電極には電位を加えない状態にする。この状態で電界は上述した導電性薄膜46を通じて固定子駆動電極38から固定子駆動電極42方向に生じる。そのため、導電性薄膜46と移動子用基板48との界面近傍の誘電体中に電荷が誘導され、負電荷52および正電荷56が生じる。また、この状態では、固定子駆動電極38上に生じた正電荷50と移動子2の負電荷52、および固定子駆動電極42上の負電荷54と移動子2上の正電荷56とが引き合って、移動子2はそれぞれ矢印60、62の方向に力を受けて停止した状態になる。
First, a positive potential is applied to the
次に、図2(b)は、移動子2を右方向に移動させるステップを示すものである。固定子駆動電極40に正の電位を、固定子駆動電極44には負の電位を印加する。その他の固定子駆動電極38、42には電位を印加しない。このようにすると固定子駆動電極40上に生じる正電荷64によって負電荷52が矢印68で示す方向に力を受け、正電荷56は矢印70で示す方向に反発力を受ける。さらに、正電荷56は固定子駆動電極上の負電荷66により矢印72の方向に引力を受けて、全体的に移動子2は矢印74に示すように右側方向に駆動される。
Next, FIG. 2B shows a step of moving the
図2(c)は、移動子2が1ピッチ移動した状態を示すものである。この状態では、負電荷52および正電荷64、正電荷56および負電荷66間に作用する引力によって、移動子2はそれぞれ矢印76、78で示す方向に力を受けて停止する。移動子2上に誘導された負電荷52および正電荷56は減衰し易いため、この状態で固定子駆動電極40には電荷の誘導に必要な正の電位、固定子駆動電極44には負の電位を印加して再び移動子2上の同じ部分に負電荷52、および正電荷56を再誘導する。その際、固定子駆動電極38、42には、電位は印加しない。図2(d)は、再誘導した負電荷52および正電荷56を用いて移動子2を左側に移動させるステップを示すものである。固定子駆動電極38には正の電位、固定子駆動電極42には負の電位を、移動子2上に生じる電荷が無視できるレベルでそれぞれ印加し、その他の固定子駆動電極40、44には電位を与えない。これにより、移動子2上の負電荷52は、固定子駆動電極38上に発生した正電荷80により引かれて矢印84の方向に、固定子駆動電極42上に発生した負電荷82により反発され矢印86の方向に力を受ける。さらに、正電荷56は電荷82によって引かれ、矢印88の方向に力を受ける。したがって移動子2は全体的に矢印90で示す左側方向に駆動される。以上の動作を順次繰り返すことによって移動子2は移動されることになる。以上のように、移動子2上に誘導された正負の電荷の中間の位置に対応する固定子駆動電極の極性を変えることにとって、左右方向に自在に移動することができる。なお、再誘導する時期は、電荷の減衰する時間によって決定されるもので、必ずしも1ステップごとに行う必要はない。また、なお、移動方向は、固定子4の固定子駆動電極の極性を変えるか、移動子2上に誘導された電荷の極性を変えることによって決定するため、固定子4の固定子駆動電極の電位の走査はそのまま実行し、誘導する電荷の極性を変えることによっても、左右方向に移動させることができる。また、以上では移動子2の電荷の配列としてx方向に負、零、正(正、零、負も同じ)の繰返しの配列を用いたが、正、負、零の繰返しの配列または負、正、零の繰返しの配列を用いることもできる。
FIG. 2C shows a state in which the moving
図3は、固定子4の複数の固定子駆動電極e11〜e66をマトリックス状に配置した構成を示す図である。固定子駆動電極e11〜e66は本実施の形態では36個のブロックで形成されている。ここで図示したマトリックス状に配置した固定子駆動電極e11〜e66の数は説明上限定したもので、本発明を限定するものではない。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which a plurality of stator drive electrodes e11 to e66 of the
固定子スイッチング素子として、各ブロックにはトランジスタTr1とトランジスタTr2との2個づつが設けられており、それぞれのドレイン電極が固定子駆動電極e11〜e66に接続されている。そして、固定子駆動用電極線a1、a2、a3、a4、a5、a6が固定子駆動用電極回路6に接続され、各ブロックにおけるトランジスタTr1のソース電極がそれぞれ固定子駆動用電極線a1〜a6に接続されている。
As the stator switching element, each block is provided with two transistors Tr1 and Tr2, and the respective drain electrodes are connected to the stator drive electrodes e11 to e66. The stator driving electrode lines a1, a2, a3, a4, a5, and a6 are connected to the stator driving
また、固定子選択用電極線b1、b2、b3、b4、b5、b6は固定子選択用電極回路8に接続され、各ブロックにおけるトランジスタTr1のゲート電極がそれぞれ固定子選択用電極線b1〜b6に接続されている。例えば、円100で囲まれたブロックでは、トランジスタTr1のソース電極が固定子駆動用電極線a1に接続点94で、ゲート電極が固定子選択用電極線b1に接続点92で接続される。
The stator selection electrode lines b1, b2, b3, b4, b5, and b6 are connected to the stator
一方、固定子駆動用電極線c1、c2、c3、c4,c5、c6は、固定子駆動用電極回路12に接続され、各ブロックのトランジスタTr2のソース電極は固定子駆動用電極線c1〜c6に接続される。また、固定子選択用電極線d1、d2,d3,d4,d5、d6は、固定子選択用電極回路10に接続され、各ブロックのトランジスタTr2のゲート電極が固定子選択用電極線d1〜d6に接続されている。例えば、円100で囲まれたブロックでは、トランジスタTr2のソース電極が固定子駆動用電極線c1に接続点98で、ゲート電極が固定子選択用電極線d1に接続点96で接続される。
On the other hand, the stator drive electrode lines c1, c2, c3, c4, c5, and c6 are connected to the stator
そして、固定子駆動用電極回路6および固定子選択用電極回路8から、それぞれに接続された固定子駆動用電極線a1〜a6および固定子選択用電極線b1〜b6へはon−offするための正の電圧が印加される。一方、固定子駆動用電極回路12および固定子選択用電極回路10にそれぞれ接続された固定子駆動用電極線c1〜c6および固定子選択用電極線d1〜d6へはon−offするための負の電圧が印加される。
The stator driving
このように構成したマトリックス状の固定子駆動電極の動作について説明する。例えば、円100で囲まれたブロックにおける固定子駆動電極e11を正電位にするためには、固定子駆動用電極線a1をon、固定子選択用電極線b1をonにしてトランジスタTr1をon状態とする。一方、トランジスタTr2のソース電極が接続された固定子駆動用電極線c1あるいはゲート電極が接続されている固定子選択用電極線d1のいずれかをoffにしてトランジスタTr2をoff状態にする。
The operation of the matrix-shaped stator drive electrode configured as described above will be described. For example, in order to set the stator drive electrode e11 in the block surrounded by the
固定子駆動電極e11を負電位にするためには、固定子駆動用電極線c1をon、固定子選択用電極線d1をonにしてTr2をon状態とする。一方、トランジスタTr1のソース電極が接続された固定子駆動用電極線a1あるいはゲート電極が接続されている固定子選択用電極線b1のいずれかをoff状態にしてTr1をoff状態とする。この動作をマトリックス上に配置された固定子駆動電極が設けられたすべてのブロックにおいて、正あるいは負の電位を加えた状態、または電位を加えない状態の選択を実施することによって、マトリックス状に配置された各固定子駆動電極を任意の電位配列に選択することができる。 In order to set the stator drive electrode e11 to a negative potential, the stator drive electrode line c1 is turned on, the stator selection electrode line d1 is turned on, and the Tr2 is turned on. On the other hand, either the stator driving electrode line a1 to which the source electrode of the transistor Tr1 is connected or the stator selection electrode line b1 to which the gate electrode is connected is turned off, so that Tr1 is turned off. This operation is arranged in a matrix by selecting a state where a positive or negative potential is applied or a state where no potential is applied in all blocks provided with stator drive electrodes arranged on the matrix. Each of the stator driving electrodes thus formed can be selected to have an arbitrary potential arrangement.
図4は、紙面の左右方向(x方向)に移動する場合のマトリックス上の固定子駆動電極の動作を示し、図4(a)は図2(a)に対応する電荷の誘導時、図4(b)は図2(b)に対応する固定子駆動電極の動作状態を示す。 FIG. 4 shows the operation of the stator drive electrodes on the matrix when moving in the left-right direction (x direction) on the paper surface. FIG. 4 (a) is a diagram illustrating when the charge corresponding to FIG. FIG. 2B shows the operating state of the stator drive electrode corresponding to FIG.
図4(a)では、まず、固定子選択用電極回路8に接続された固定子選択用電極線b1〜b6のすべてに正電位を加えてon状態にして、正の誘導用パルス電圧102を重畳させて印加する。また、固定子駆動用電極回路6に接続された固定子駆動用電極線a1〜a6の中、a1およびa5に正電位を加えてon状態にする。また、固定子選択用電極回路10に接続された固定子選択用電極線d1〜d6のすべて負電位を印加しon状態にして、負の誘導用パルス電圧104を重畳させて印加する。また、固定子駆動用電極回路12に接続された固定子駆動用電極線c1〜c6の中、c3のみに負電位を印加してon状態にする。これにより、図2における固定子駆動電極38に対応するe11、e21、e31、e41、e51、e61の列と、図2中には図示されていないが固定子駆動電極e15、e25、e35、e45、e55、e65の列が移動子2に電荷を誘導可能な正電位となる。また、図2における固定子駆動電極42に対応する固定子駆動電極e13、e23、e33、e43、e53、e63の列が移動子に誘導可能な負電位となる。以上により、図2(a)に対応した負、零、正の配列の繰返しの電荷を移動子2上に誘導できる。
In FIG. 4A, first, a positive potential is applied to all of the stator selection electrode lines b1 to b6 connected to the stator
また、図4(b)は、図2(b)の駆動電極の動作状態に対応するものである。固定子選択用電極回路8に接続された固定子選択用電極線b1〜b6のすべてに正電位を加えてon状態にする。また、固定子駆動用電極回路6に接続された固定子駆動用電極線a1〜a6の中、a2およびa6に正電位を加えてon状態にする。また、固定子選択用電極回路10に接続された固定子選択用電極線d1〜d6のすべてに負電位を印加しon状態にする。また、固定子駆動用電極回路12に接続された固定子駆動用電極線c1〜c6の中、c4のみに負電位を印加してon状態にする。これにより、図2における固定子駆動電極40に対応するe12、e22、e32、e42、e52、e62の列と、図2中には図示されていないが固定子駆動電極e16、e26、e36、e46、e56、e66の列が正電位となる。また、図2における固定子駆動電極44に対応する固定子駆動電極e14、e24、e34、e44、e54、e64の列が負電位となる。これによって、移動子2に右方向の力が作用する。
FIG. 4B corresponds to the operation state of the drive electrode in FIG. A positive potential is applied to all of the stator selection electrode lines b1 to b6 connected to the stator
順次右側に移動させるには、例えば時間的には、固定子駆動電極e11、e21、e31、e41、e51、e61の列はoff→負→off→正と変化させ、固定子駆動電極e12、e22、e32、e42、e52、e62の列は正→off→負→off→正と変化させることを繰返す。また、他のマトリックス状に配置された列に関しても同じように電位を変化させていくことにより、移動子2を移動させることができる。すなわち、右側方向に移動させるためには、固定子駆動電極e11〜e61をoffとし、固定子駆動電極e12〜e62を正とし、固定子駆動電極e13〜e63をoffとし、固定子駆動電極e14〜e64を負とするように電位を時間的に1ブロックづつ右側にずらし、次の1ピッチずれた状態では固定子駆動電極e11〜e61を負とし、固定子駆動電極e12〜e62をoffとし、固定子駆動電極e13〜e63を正とし、固定子駆動電極e14〜e64をoffとするというふうに順次各列に印加すればよい。
To move sequentially to the right side, for example, in terms of time, the rows of the stator drive electrodes e11, e21, e31, e41, e51, e61 are changed from off → negative → off → positive, and the stator drive electrodes e12, e22. , E32, e42, e52, and e62 are repeatedly changed from positive → off → negative → off → positive. In addition, the moving
また、左方向に移動させるには、例えば固定子駆動電極e11、e21、e31、e41、e51、e61の列はoff→正→off→負と変化させ、駆動電極e12、e22、e32、e42、e52、e62の列は正→off→負→off→正に変化させる繰返しを実行し、他のマトリックス状に配置された列に関しても同じように繰り返すことによって移動子を移動させることができる。このように印加することでx方向に自由に移動子2を移動させることができる。
In order to move in the left direction, for example, the rows of the stator drive electrodes e11, e21, e31, e41, e51, e61 are changed from off → positive → off → negative, and the drive electrodes e12, e22, e32, e42, For the columns e52 and e62, iteratively changing from positive to off to negative to off to positive, and the moving element can be moved by repeating in the same manner for the columns arranged in a matrix. By applying in this way, the
図5は、紙面の上下方向(y方向)に移動させる場合のマトリックス上の固定子駆動電極の動作を示し、図5(a)は電荷の誘導時、図5(b)は駆動時の固定子駆動電極の動作状態を示す。 FIG. 5 shows the operation of the stator drive electrodes on the matrix when moving in the vertical direction (y direction) on the paper surface. FIG. 5 (a) shows the charge induction, and FIG. 5 (b) shows the drive fixed. The operation state of the child drive electrode is shown.
図5(a)では、まず、固定子選択用電極回路8に接続された固定子選択用電極線b1〜b6の中、b1およびb5のみに正電位を加えてon状態にして、正の誘導用パルス電圧102を重畳させて印加する。また、固定子駆動用電極回路6に接続された固定子駆動用電極線a1〜a6のすべてに正電位を加えてon状態にする。また、固定子選択用電極回路10に接続された固定子選択用電極線d1〜d6の中、d3のみに負電位を印加しon状態にして、負の誘導用パルス電圧104を重畳させて印加する。また、固定子駆動用電極回路12に接続された固定子駆動用電極線c1〜c6のすべてに負電位を印加してon状態にする。これにより、固定子駆動電極e11、e12、e13、e14、e15、e16の行と、固定子駆動電極e15、e52、e53、e54、e55、e56の行が移動子2に電荷を誘導可能な正電位となる。また、固定子駆動電極e31、e32、e33、e34、e35、e36の行が移動子2に電荷を誘導可能な負電位となる。以上により、負、零、正の配列の繰返しの電荷を移動子2上に誘導できる。
In FIG. 5A, first, a positive potential is applied to only b1 and b5 among the stator selection electrode lines b1 to b6 connected to the stator
また、図5(b)では、固定子選択用電極回路8に接続された固定子選択用電極線b1〜b6の中、b2およびb6のみに正電位を加えてon状態にする。また、固定子駆動用電極回路6に接続された固定子駆動用電極線a1〜a6のすべてに正電位を加えてon状態にする。また、固定子選択用電極回路10に接続された固定子選択用電極線d1〜d6の中、d4のみに負電位を印加しon状態にする。また、固定子駆動用電極回路12に接続された固定子駆動用電極線c1〜c6のすべてに負電位を印加してon状態にする。これにより、固定子駆動電極e21、e22、e23、e24、e25、e26の行、および固定子駆動電極e61、e62、e63、e64、e65、e66の行が正電位となる。また、固定子駆動電極e41、e42、e43、e44、e45、e46の行が負電位となる。これによって、移動子2に紙面の下方への力が作用する。
In FIG. 5B, a positive potential is applied only to b2 and b6 among the stator selection electrode lines b1 to b6 connected to the stator
順次下方に移動させるには、例えば時間的には、駆動電極e11、e12、e13、e14、e15、e16の行はoff→負→off→正と変化させ、駆動電極e21、e22、e23、e24、e25、e26の列では正→off→負→off→正と変化させる繰返しを実行する。また、他のマトリックス状に配置された列に関しても同じように繰り返すことによって、移動子2を移動させることができる。すなわち、行方向に対しては、下方にoff、負、off、正と繰り返す電位を時間的に1ブロックづつずらしながら各行の駆動電極に印加すればよい。
In order to move it downward sequentially, for example, in terms of time, the rows of the drive electrodes e11, e12, e13, e14, e15, e16 are changed from off → negative → off → positive to drive electrodes e21, e22, e23, e24. , E25, and e26, the repetition of changing from positive → off → negative → off → positive is executed. In addition, the moving
また、移動子2を上方に移動させるには、例えば固定子駆動電極e11、e12、e13、e14、e15、e16の行はoff→正→off→負へと変化さえ、固定子駆動電極e21、e22、e23、e24、e25、e26の行は正→off→負→off→正へと変化させる繰返しを実行する。また、他のマトリックス状に配置された行に関しても同じように繰返しを実行すればよい。これにより、y方向に自由に移動子2を移動できる。
Further, in order to move the
以上、x方向およびy方向に移動子2を移動させる駆動方法について説明したが、各ブロックに固定子スイッチング素子を設けた構成であるので、個々のブロックの固定子駆動電極に独立して電位を印加できることが特徴である。
The drive method for moving the
図6は、指定されたO点(x0、y0)を中心にして回転移動するための座標系を示したものである。すなわち、固定子駆動電極をマトリックスの座標系で表現し、図1に示した制御回路18によって演算し制御することによって、電位を印加する固定子駆動電極を順次選択して、移動子2がO点を中心として回転移動することができる。
FIG. 6 shows a coordinate system for rotationally moving around a designated O point (x0, y0). That is, the stator driving electrodes are expressed in a matrix coordinate system, and are calculated and controlled by the
O点(x0、y0)中心に放射状に描かれた直線A、B、C、D、E、F、GおよびH上に示された各点は、各ブロックにおける固定子駆動電極の中心点を示す。上記直線A、B、C、D、E、F、GおよびHの通るブロックの座標を(表1)に示す。この座標を基にして、図1の制御回路18より正電源回路14、負電源回路16、駆動用電極回路6、12および選択用電極回路8、10を制御する。これにより直線A、B、C、D、E、F、GおよびHが通る各点のブロックの駆動電極の電位を、例えば図6に示すようにそれぞれoff、負、off、正、off、負、offの電位に順次変化させることによって、前述したx方向やy方向の移動と同様に固定子4上への電荷の誘導や固定子4上での移動子2を回転できる。
The points shown on the straight lines A, B, C, D, E, F, G, and H drawn radially at the center of the point O (x0, y0) are the center points of the stator drive electrodes in each block. Show. The coordinates of the block through which the straight lines A, B, C, D, E, F, G and H pass are shown in (Table 1). Based on these coordinates, the
回転を与えるための電荷の誘導や電位の印加方法等については、x方向やy方向の駆動について説明した方法と同様であるため具体的な説明は省略する。 The charge induction for applying rotation, the method of applying a potential, and the like are the same as the methods described for driving in the x direction and y direction, and a specific description thereof will be omitted.
なお、さらに固定子駆動電極の数を増加させるため、直線Jのように直線A、B、C、D、E、F、GおよびHのそれぞれの間に挿入してもよい。これにより、回転移動をより滑らかにすることができる。 In order to further increase the number of stator drive electrodes, it may be inserted between each of the straight lines A, B, C, D, E, F, G, and H as a straight line J. Thereby, a rotational movement can be made smoother.
次に、それぞれのブロックの構造について、図7(a)、図7(b)、図8(a)および図8(b)を用いて説明する。 Next, the structure of each block will be described with reference to FIGS. 7A, 7B, 8A, and 8B.
図7(a)は図3中の円100で囲まれたブロックの平面図である。また、図7(b)は、固定子スイッチング素子であるトランジスタの接続状態を示す等価回路図である。また、図8(a)および図8(b)はそれぞれ図7(a)中のx2−x2線およびx3−x3線に沿った断面図である。
FIG. 7A is a plan view of a block surrounded by a
固定子用基板24上には固定子スイッチング素子であるトランジスタ(Tr1)124が形成されており、このソース電極108が固定子駆動用電極線a1に接続され、ゲート電極106は固定子選択用電極線b1に接続されている。さらに、トランジスタ124のドレイン電極110は固定子駆動電極122にビアホール118を通じて接続されている。なお、固定子駆動電極は、図3においてはe11と記載しているが、以降の説明では122として説明する。
A transistor (Tr1) 124, which is a stator switching element, is formed on the
一方、固定子用基板24上には同様に固定子スイッチング素子であるトランジスタ(Tr2)126が形成されており、このソース電極114が固定子駆動用電極線c1に接続され、ゲート電極112は固定子選択用電極線d1に接続されている。さらに、ドレイン電極116はビアホール120を介して駆動電極122に接続されている。
On the other hand, a transistor (Tr2) 126, which is also a stator switching element, is formed on the
なお、トランジスタ124およびトランジスタ126は、n型トランジスタおよびp型トランジスタとして形成され、固定子駆動電極122に対してそれぞれ正電位および負電位が印加されるように構成されている。
The
図8(a)は、固定子用基板24としてp型シリコン単結晶基板を用い、この基板上にトランジスタ124としてn型MOS電界効果トランジスタを形成した断面図である。イオン注入やホトリソなどの半導体製造技術を用いて、p型シリコン単結晶基板にn+ソース134およびn+ドレイン140を形成し、層間絶縁膜130、ゲート絶縁膜136およびゲート138を形成し、さらにゲート電極106、ソース電極108とドレイン電極110とを形成する。
FIG. 8A is a cross-sectional view in which a p-type silicon single crystal substrate is used as the
一方、図8(b)は、トランジスタ126としてp型MOS電界効果トランジスタを形成した断面図である。同様に、イオン注入やホトリソなどの半導体製造技術を用いて、nウエル152を形成しさらにp+ソース154およびp+ドレイン146を形成し、層間絶縁膜130、ゲート絶縁膜150およびゲート148を形成した後、ゲート電極112、ソース電極114およびドレイン電極116とを形成する。
On the other hand, FIG. 8B is a cross-sectional view in which a p-type MOS field effect transistor is formed as the
さらに、図8(a)に示すように、ソース電極108と接続するように固定子駆動用電極線a1を形成する。この固定子駆動用電極線a1は、図8(b)に示す領域部では、層間絶縁膜144上に形成される。また、図8(a)では層間絶縁膜130上に、図8(b)ではソース電極114に接続するように固定子駆動用電極線c1を形成する。次に、図8(a)および図8(b)に示すようにSiO2などの層間絶縁膜142を形成する。
Further, as shown in FIG. 8A, the stator driving electrode line a1 is formed so as to be connected to the source electrode. The stator driving electrode line a1 is formed on the
なお、トランジスタの各電極にはアルミニウム膜をホトリソ技術を用いて所定の形状に加工すればよい。また、固定子駆動用電極線、固定子選択用電極線の配線には、タンタル、クロム、チタン、アルミ、銅、金、銀などの金属薄膜を用いることができる。また、n+ソースおよびn+ドレイン、nウエルは、ヒ素、リン、アンチモンなどのV属中の元素を、またp+ソースおよびp+ドレインはホウ素などのIII属中の元素をイオン注入によりイオンを打込み形成される。 Note that an aluminum film may be processed into a predetermined shape for each electrode of the transistor by using a photolithography technique. In addition, a metal thin film of tantalum, chromium, titanium, aluminum, copper, gold, silver, or the like can be used for the wiring of the stator driving electrode line and the stator selection electrode line. In addition, n + source and n + drain, n well ionizes elements in group V such as arsenic, phosphorus and antimony, and p + source and p + drain ionize elements in group III such as boron by ion implantation. Is formed.
引き続いて、ポリウレタンやエポキシなどの樹脂からなる絶縁層36を塗布して平坦化処理する。この後、金属薄膜を形成し、フォトリソ技術を用いて固定子駆動電極122として所定の形状に加工する。この金属薄膜としては、銅、アルミ、金、銀、クロム、チタンなどを用いることもできる。さらに、インジウムティンオキサイド(IT0)も使用可能である。また、各トランジスタのドレイン電極110、116の表面までビアホール118、120を形成し、金、銀、銅、アルミなどの金属膜をスパッタリングによって形成して、固定子駆動電極122とドレイン電極110、116を電気的に接続させる。その後、エポキシ樹脂などの有機樹脂からなる絶縁層34を塗布法により設ける。
Subsequently, an insulating
また、絶縁層34上の図2に示すギャップ58に有機の潤滑層を設けるには、例えば二酸化チタンなどの絶縁性微粒子、ポリウレタンや塩化ビニルなどの樹脂とフッ素系有機潤滑材を溶剤で混練することによって、フッ素系有機潤滑材を絶縁性微粒子表面上に吸着させた複合の塗料を用いて塗布した絶縁層を用いる。これにより絶縁層34の上面に有機潤滑材が常時滲み出てくるように、また絶縁層34の表面に前記微粒子によって凹凸を形成するように構成することができる。このように構成することによって、固定子4上に載置された移動子2を容易に移動できる。また、絶縁層34上にフッ素系有機潤滑材を塗布する方法、あるいはガラスビーズやフッ素系液体をギャップ58に封入してもよい。なお、以上ではp型半導体シリコン基板を用いたが、n型半導体単結晶シリコン基板上にも同様にp型およびn型のスイッチング素子を一体的に形成できる。
In order to provide an organic lubricating layer in the
以上のように、本発明は、1枚の同一基板上に、マトリックス状に配置された固定子駆動電極に正電位および負電位をそれぞれ選択的に印加するn型およびp型トランジスタを一体的に容易に形成できるため、極めて量産性に優れている。また、各トランジスタのドレイン電極から固定子駆動電極までの距離が極めて短く構成できるため、電極間の引き回しによる浮遊容量がほとんど生じることがなく電力損失が少ないなどの利点がある。 As described above, the present invention integrally integrates n-type and p-type transistors that selectively apply a positive potential and a negative potential to the stator driving electrodes arranged in a matrix on the same substrate. Since it can be formed easily, it is extremely mass-productive. Further, since the distance from the drain electrode to the stator drive electrode of each transistor can be configured to be extremely short, there is an advantage that there is almost no stray capacitance due to routing between the electrodes and there is little power loss.
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態の静電アクチュエータでは、駆動するスイッチング素子として、絶縁性材料からなる基板上に形成されたポリシリコン薄膜を用いたトランジスタとしたこと、および固定子に用いる固定子用基板をガラス基板としたことが第1の実施の形態と異なる点である。このため、このガラス基板上に形成するトランジスタ構成について説明し、その他については説明を省略する。また、第1の実施の形態と共通の要素には同一の符号を付している。
(Second Embodiment)
In the electrostatic actuator according to the second embodiment of the present invention, the switching element to be driven is a transistor using a polysilicon thin film formed on a substrate made of an insulating material, and the stator used for the stator The difference from the first embodiment is that the glass substrate is used as the glass substrate. For this reason, the transistor structure formed on this glass substrate will be described, and the description of the rest will be omitted. In addition, the same reference numerals are given to elements common to the first embodiment.
図9(a)は、第2の実施に形態における固定子の1ブロックの平面図を示す。図9(b)および図9(c)は、図9(a)中のx2−x2線およびx3−x3線に沿った断面図をそれぞれ示す。本実施の形態では、固定子用基板としてガラス基板を用いたので、以下、固定子用基板についてはガラス基板158として説明する。固定子スイッチング素子としてのトランジスタとして、それぞれn型ポリシリコン電界効果トランジスタ198およびp型ポリシリコン電界効果トランジスタ200を用いている。
FIG. 9A shows a plan view of one block of the stator in the second embodiment. FIG. 9B and FIG. 9C show cross-sectional views taken along lines x2-x2 and x3-x3 in FIG. 9A, respectively. In this embodiment, since a glass substrate is used as the stator substrate, the stator substrate will be described as a
図9(a)において、ガラス基板158上に一体的に形成された固定子スイッチング素子であるトランジスタ198のソース電極172が固定子駆動用電極線a1に接続され、ゲート電極176は固定子選択用電極線b1に接続されている。さらに、トランジスタ198のドレイン電極は、固定子駆動電極122にビアホール118を通じて接続されている。
In FIG. 9A, a
一方、ガラス基板158上に一体的に形成されたトランジスタ200のソース電極190は固定子駆動用電極線c1に接続され、ゲート電極188は固定子選択用電極線d1に接続されている。さらに、ドレイン電極192はビアホール120を通じて固定子駆動電極122に接続されている。なお、トランジスタ198およびトランジスタ200は、n型トランジスタおよびp型トランジスタとして形成され、固定子駆動電極122に対してそれぞれ正電位および負電位が印加されるように構成されている。
On the other hand, the
図9(b)は、ガラス基板上に形成したn型ポリシリコン電界効果トランジスタ198の断面図を示す。ガラス基板158上にガラスからの不純物の浸入を防止する拡散防止層196を形成する。この拡散防止層196は、例えば二酸化ケイ素(SiO2)膜を用いることができる。この拡散防止層196上に、ポリシリコン膜を形成する。このポリシリコン膜は、例えばアモルファスシリコン膜を形成して、レーザ光を照射するレーザアニール法で形成することができる。
FIG. 9B shows a cross-sectional view of an n-type polysilicon
次に、半導体であるポリシリコン膜に対して、イオン注入やホトリソなどの半導体製造技術を用いて、n+型ポリシリコンソース170およびn+型ポリシリコンドレイン164、ポリシリコンチャネル領域166を加工形成する。さらに、層間絶縁膜160、ゲート絶縁膜168、ゲート電極176、ソース電極172およびドレイン電極174を形成する。
Next, an n + -
一方、図9(c)は、ガラス基板158上に形成したp型ポリシリコン電界効果トランジスタ200を示す。同様に、イオン注入やホトリソなどの半導体製造技術を用いて、ガラス基板158上に、p+型ポリシリコンソース182、p+型ポリシリコンドレイン186およびポリシリコンチャネル領域184を形成し、層間絶縁膜160、ゲート絶縁膜194、ゲート電極188、ソース電極190およびドレイン電極192を形成する。なお、n+およびp+型のトランジスタの各ソース、ドレイン、チャネル領域を形成するポリシリコンへのドーパントは、第1の実施の形態に記載したものと同様、適宜イオン注入法で注入される。
On the other hand, FIG. 9C shows a p-type polysilicon
さらに、図9(b)ではソース電極172上に直接、図9(c)では拡散防止層196上に固定子駆動用電極線a1を形成する。また、図9(b)では拡散防止層196上に、図9(c)ではソース電極190上に直接、固定子駆動用電極線c1を形成する。次に、それぞれ図9(b)および図9(c)に示すように、これらのトランジスタを保護するための層間絶縁膜142を形成する。
Further, the stator driving electrode line a1 is formed directly on the
これ以降の製造工程は、第1の実施の形態と同様であるため説明は省略する。なお、ガラス基板158としては、ガラス表面に不純物が析出しにくい無アルカリガラス基板を用いることが好ましい。無アルカリガラスとしては、ホウケイ酸ガラス、アルミノ・ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどが望ましい。
Since the subsequent manufacturing steps are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. Note that as the
このポリシリコン型のトランジスタの形成は600℃以下の温度で製造可能であり、本実施の形態で用いたガラス基板に限定されず、例えば有機材料からなる固定子基板を用いることもできる。 The formation of the polysilicon transistor can be manufactured at a temperature of 600 ° C. or lower, and is not limited to the glass substrate used in this embodiment mode. For example, a stator substrate made of an organic material can be used.
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態の静電アクチュエータは、固定子駆動電極に接続される固定子スイッチング素子として、有機材料からなる有機トランジスタを用いること、および移動子と対向する固定子駆動電極が有機トランジスタを形成した面とは反対側の面上に配置されていること、および固定子用基板として樹脂基板を用いたことが、第1の実施の形態と異なる点である。したがって、これら第1の実施の形態の静電アクチュエータと異なる点を主体に説明する。また、第1の実施の形態と同じ要素には同一の符号を付している。
(Third embodiment)
The electrostatic actuator according to the third embodiment of the present invention uses an organic transistor made of an organic material as a stator switching element connected to the stator drive electrode, and the stator drive electrode facing the mover has The difference from the first embodiment is that the organic transistor is disposed on a surface opposite to the surface on which the organic transistor is formed and a resin substrate is used as the stator substrate. Therefore, a description will be mainly given of differences from the electrostatic actuator according to the first embodiment. The same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
図10(a)は、本実施の形態の固定子の1ブロックについての平面図である。また、図10(b)および図10(c)は、図10(a)中のx2−x2線およびx3−x3線に沿った断面図をそれぞれ示す。 Fig.10 (a) is a top view about 1 block of the stator of this Embodiment. Moreover, FIG.10 (b) and FIG.10 (c) show sectional drawing along the x2-x2 line | wire and x3-x3 line | wire in Fig.10 (a), respectively.
本実施の形態の静電アクチュエータでは、固定子用基板として樹脂基板を用いた。以下、固定用基板については、樹脂基板214として説明する。なお、樹脂基板214としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、またはポリイミドなどの樹脂材料からなるシートを用いることができる。樹脂基板214上に形成された固定子スイッチング素子であるトランジスタ202のソース204が固定子駆動用電極線a1に直接接続され、ゲート電極208は固定子選択用電極線b1に、ドレイン212はドレイン電極216により固定子駆動電極122に貫通電極218を通じて接続されている。
In the electrostatic actuator of the present embodiment, a resin substrate is used as the stator substrate. Hereinafter, the fixing substrate will be described as the
一方、樹脂基板214上に形成されたトランジスタ234のソース224は固定子駆動用電極線c1に直接接続され、ゲート電極228は固定子選択用電極線d1に、ドレイン232はドレイン電極216により貫通電極236を通じて固定子駆動電極122に接続されている。なお、トランジスタ202およびトランジスタ234はn型トランジスタおよびp型トランジスタとして形成され、固定子駆動電極122に対してそれぞれ正電位および負電位を印加するように構成されている。
On the other hand, the
図10(b)には、樹脂基板214上に形成されたn型有機電界効果トランジスタ202を含む樹脂基板214の断面構成図を示す。この樹脂基板214には、あらかじめ貫通孔を形成し、その内側に無電界メッキ等により金属薄膜220を形成し、さらに導電性の金属または導電性樹脂材料等を充填して貫通電極218が形成されている。なお、貫通電極218の形成には、例えば電子ビームやレーザを照射して貫通孔をあけ、金属薄膜220として銅、金、アルミ、銀等を用い、導電性樹脂としては銀ペースト、金ペースト、パラジウムペースとあるいは銅ペースト等を用いることができる。さらに、導電性樹脂材料等を充填することなく、上下の表面に形成されたそれぞれの電極がこの貫通電極218により導通接続できれば、特に形状等についての制約はない。
FIG. 10B shows a cross-sectional configuration diagram of the
さらに、裏面側には貫通電極218に接続する固定子駆動電極122を形成する。この固定子駆動電極122は、例えば銅を蒸着等により成膜し、所定のホトリソとエッチングを行って作製することができる。
Further, a
また、樹脂基板214の表面上に、例えばスリーン印刷法を用いてn型ドーパント分子を導入した半導体材料のポリチオフェン系樹脂などからなるソース204およびドレイン212を形成する。n型ドーパント分子として、アルカリ金属、アルキルアンモニウム、テトラキスジメチルアミノエチレン、メタロセン類、芳香族アミン類などが有効であり、印刷用のペースト中に所定量を混入させればよい。そして、ポリチオフェン系樹脂等の半導体材料を用いて有機半導体層210を形成し、さらにポリビニルフェノール等を用いてゲート絶縁膜206を形成する。さらに、ゲート電極208、固定子駆動用電極線a1、c1およびドレイン電極216を形成する。なお、ソース204と固定子駆動電極用電極線a1とは電気的に接続され、ドレイン212とドレイン電極216とも電気的に接続されている。さらに、ドレイン電極216と固定子駆動電極122とは貫通電極218を介して電気的に接続されている。その後、層間絶縁膜142を形成し、ポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂等からなる絶縁層36を形成する。なお、層間絶縁膜142は、例えば二酸化ケイ素(SiO2)膜を蒸着、スパッタリングまたは塗布方式等により形成することができる。
Further, on the surface of the
図10(c)には、樹脂基板214上に形成されたp型有機電界効果トランジスタ234を含む樹脂基板214の断面構成図を示す。n型有機電界効果トランジスタ202の場合と同様に、樹脂基板214には貫通電極236が形成されている。また、例えば樹脂基板214の表面上にスリーン印刷法を用いてp型ドーパント分子を導入した半導体材料のポリチオフェン系樹脂などからなるソース224およびドレイン232を形成する。p型ドーパント分子として、ハロゲン分子、ルイス酸、遷移金属化合物などが有効であり、印刷用のペースト中に所定量を混入させればよい。そして、ポリチオフェン系樹脂などの有機半導体材料を用いて有機半導体層230を形成し、さらにポリビニルフェノールなどを用いてゲート絶縁膜226を形成する。さらに、ゲート電極228、固定子駆動用電極線a1、c1およびドレイン電極238を形成する。
FIG. 10C shows a cross-sectional configuration diagram of the
なお、ソース224と固定子駆動用電極線c1とは電気的に接続され、ドレイン232とドレイン電極238とも電気的に接続されている。さらに、ドレイン電極238は固定子駆動電極122と貫通電極236を介して電気的に接続されている。層間絶縁膜142や絶縁層36の形成については上記と同じである。
The
また、固定子駆動電極122上には絶縁層222を形成する。この絶縁層222の表面が移動子2と対向するため、両者の潤滑性を考慮して絶縁層222は第1の実施の形態の絶縁層34の材料と同様に構成される。
An insulating
なお、固定子駆動用電極線a1、c1、ゲート電極208、228およびドレイン電極216、238の材料としては、導電性樹脂だけでなく、タンタル、クロム、チタン、金、銀、アルミなどの金属材料を蒸着やスパッタリング等で成膜して用いることができる。
The material for the stator driving electrode lines a1 and c1, the
以上のように本第実施の形態の静電アクチュエータでは、樹脂基板214の両面を有効に利用し、一方の表面にはスイッチング素子とそれを駆動するための配線を形成し、もう一方の表面に固定子駆動電極122を形成し、スイッチング素子であるトランジスタのドレイン電極216、238を固定子駆動電極122にそれぞれ貫通電極218、236を介して接続した構成である。この構成は絶縁性材料からなる固定子基板を用いれば容易に作製することができる。ただし、第1の実施の形態の静電アクチュエータの場合のような半導体基板を用いても貫通孔を形成後、その内表面に、例えば二酸化ケイ素(SiO2)膜等の絶縁膜を形成すれば、同様な方法で本実施の形態の静電アクチュエータの構造を実現することができる。なお、この絶縁膜としては窒化膜や有機樹脂膜を用いることもできる。
As described above, in the electrostatic actuator according to the present embodiment, both surfaces of the
以上説明したように本実施の形態の静電アクチュエータでは、固定子駆動電極のみを他方の表面に形成するため、対向する移動子の面とのギャップ58を均一で、かつ狭ギャップ化することができ、駆動力をさらに大きくすることができる。また、薄くフレキシブルは樹脂基板を用いれば、可撓性に優れた静電アクチュエータを実現できる。
As described above, in the electrostatic actuator according to the present embodiment, only the stator drive electrode is formed on the other surface, so that the
なお、本実施の形態の静電アクチュエータでは、樹脂基板上に有機材料からなる有機トランジスタを作製したが、本発明はこれに限定されない。例えば、樹脂基板上に多結晶シリコン薄膜または単結晶シリコン薄膜を形成し、この多結晶シリコン薄膜または単結晶シリコン薄膜を用いてトランジスタを作製してもよい。 In the electrostatic actuator of the present embodiment, an organic transistor made of an organic material is manufactured on a resin substrate, but the present invention is not limited to this. For example, a polycrystalline silicon thin film or a single crystal silicon thin film may be formed over a resin substrate, and a transistor may be manufactured using the polycrystalline silicon thin film or the single crystal silicon thin film.
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態の静電アクチュエータでは、固定子スイッチング素子として、多数のn型MOS電界効果トランジスタおよびp型MOS電界効果トランジスタをそれぞれ直列に接続した構成が第1の実施の形態の静電アクチュエータと異なる点である。このように直列に接続することで、固定子スイッチング阻止としての耐圧を大きくすることができる。第1の実施の形態の静電アクチュエータと異なる点を主体に説明する。なお、第1の実施の形態の静電アクチュエータと同じ要素には同一の符号を付している。
(Fourth embodiment)
In the electrostatic actuator according to the fourth embodiment of the present invention, a configuration in which a large number of n-type MOS field effect transistors and p-type MOS field effect transistors are respectively connected in series as the stator switching element is the first embodiment. This is a different point from the electrostatic actuator. By connecting in series in this way, it is possible to increase the breakdown voltage as the stator switching prevention. Differences from the electrostatic actuator of the first embodiment will be mainly described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element as the electrostatic actuator of 1st Embodiment.
図11(a)は、本実施の形態の固定子の1ブロックについての平面図を示す。図11(b)は図11(a)中のx2−x2線に沿った断面図、また図11(c)は同様に1ブロックについての固定子スイッチング素子の等価回路を示す。 Fig.11 (a) shows the top view about 1 block of the stator of this Embodiment. FIG. 11B is a sectional view taken along line x2-x2 in FIG. 11A, and FIG. 11C similarly shows an equivalent circuit of the stator switching element for one block.
図11(a)には、Tr1、Tr2、・・・、Trnのn個のn型MOS電界効果トランジスタからなる固定子スイッチング素子256、および同様にn個のp型MOS電界効果トランジスタからなる固定子スイッチング素子258が形成されており、これらは直列に接続され最終段のドレイン電極が固定子駆動電極122にビアホールを介して電気的に接続されている。
In FIG. 11A, Tr1, Tr2,..., Trn n-type MOS field effect transistors stator switching
なお、p型MOS電界効果トランジスタに関しては、n型MOS電界効果トランジスタと同様な構成であるので、図11(a)においても固定子スイッチング素子258としてのみ記載しており、説明も省略する。
Since the p-type MOS field effect transistor has the same configuration as that of the n-type MOS field effect transistor, only the
まず、図11(a)および図11(b)を用いて詳細に説明する。固定子用基板として、本実施の形態ではp型単結晶シリコン基板を用いる。以下、固定子用基板をシリコン基板128として説明する。このシリコン基板128上にトランジスタTr1〜Trnのn個のトランジスタが形成されている。トランジスタTr1のソース電極242は固定子駆動用電極線a1と電気的に接続され、ゲート電極240は固定子選択用電極線b1と接続されている。また、ドレイン電極241はトランジスタTr2のソース電極246に接続されている。さらに、そのゲート電極244は固定子選択用電極線b1に接続され、そのドレイン電極254はトランジスタTr3のソース電極(図示せず)に接続されている。このように直列に接続され、トランジスタTrnのソース電極248も同様に一つ前のトランジスタであるTrn−1のドレイン電極(図示せず)と接続されている。また、ゲート電極250は同様に固定子選択用電極線b1に接続されている。このように、それぞれのトランジスタのドレイン電極と後段のトランジスタのソース電極とが直列に接続されるようにして固定子スイッチング素子256が形成されている。この固定子スイッチング素子256の最終段のトランジスタTrnのドレイン電極252は、ビアホール118を介して固定子駆動電極122と電気的に接続されている。すなわち、図11(c)に示すように、n個のn型MOS電界効果トランジスタのドレイン電極とソース電極とが直列に接続され、n個のゲート電極が共通して固定子選択用電極線b1に接続されている。
First, it demonstrates in detail using Fig.11 (a) and FIG.11 (b). In this embodiment, a p-type single crystal silicon substrate is used as the stator substrate. Hereinafter, the stator substrate will be described as the
このように構成することで、それぞれのトランジスタTr1〜Trnについては、全体として印加する電圧をn等分した電圧が各トランジスタのソースとゲート間にかかることになる。したがって、1個のトランジスタが受け持つ電圧を大幅に低減できる。すなわち、比較的低い耐圧のトランジスタを複数個用いることにより高耐圧構造の固定子スイッチング素子を形成できる。 With this configuration, for each of the transistors Tr1 to Trn, a voltage obtained by dividing the voltage applied as a whole by n is applied between the source and gate of each transistor. Therefore, the voltage that one transistor takes can be greatly reduced. That is, a stator switching element having a high breakdown voltage structure can be formed by using a plurality of relatively low breakdown voltage transistors.
本実施の形態の静電アクチュエータによれば、高電圧を印加することが可能となるので、駆動力をさらに大きくすることもできる。 According to the electrostatic actuator of the present embodiment, a high voltage can be applied, so that the driving force can be further increased.
なお、このようにトランジスタを直列に接続する構成は、本実施の形態の静電アクチュエータのみではなく、多結晶シリコン薄膜、単結晶シリコン薄膜あるいは有機材料からなる有機トランジスタ等の場合でも用いることができる。 Note that such a structure in which transistors are connected in series can be used not only for the electrostatic actuator of this embodiment but also for a polycrystalline silicon thin film, a single crystal silicon thin film, an organic transistor made of an organic material, or the like. .
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の静電アクチュエータは、移動子と固定子との両方にマトリックス状に配置された複数の駆動電極を形成し、これらを対向させた構成とすることにより、移動子と固定子の駆動電極上に発生する電荷間の相互作用によって固定子上に載置された移動子を駆動する構成である。
(Fifth embodiment)
The electrostatic actuator according to the fifth embodiment of the present invention has a structure in which a plurality of drive electrodes arranged in a matrix form are formed on both the moving element and the stator, and these are opposed to each other. In this configuration, the movable element mounted on the stator is driven by the interaction between charges generated on the driving electrode of the stator.
すなわち、本実施の形態の静電アクチュエータに用いられる移動子の構造は、第1から第4の実施の静電アクチュエータで説明した固定子と基本的には同じでよい。このように構成した移動子と固定子とを、それぞれの駆動電極を互いに対向させて構成している。本実施の形態では、第1の実施の形態の静電アクチュエータの固定子と同じ構造からなる移動子を用いて、それらを対向させた構成について説明する。したがって、第1の実施の形態の静電アクチュエータと同じ構成については説明を省略し、主として異なる構成に関して説明する。また、第1の実施の形態の静電アクチュエータと同じ要素には同一の符号を付している。 That is, the structure of the mover used in the electrostatic actuator of the present embodiment may be basically the same as that of the stator described in the first to fourth electrostatic actuators. The moving element and the stator configured as described above are configured with their respective drive electrodes facing each other. In the present embodiment, a configuration will be described in which a moving element having the same structure as that of the stator of the electrostatic actuator according to the first embodiment is used to face each other. Therefore, the description of the same configuration as that of the electrostatic actuator of the first embodiment is omitted, and a description is mainly given of a different configuration. The same elements as those of the electrostatic actuator of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
図12は、本実施の形態の静電アクチュエータの全体構成を示すブロック図である。移動子266は、第1の実施の形態の静電アクチュエータにおける固定子4と同じ構成からなるが、形状は固定子4よりも小さく作製されている。この移動子266の移動子駆動電極(図示せず)と固定子4の固定子駆動電極(図示せず)とが対向するように配置されている。この移動子266の移動子駆動電極に生じる電荷と、固定子の固定子駆動電極に生じる電荷との相互作用によって駆動力が発生し、移動子266が駆動される。
FIG. 12 is a block diagram showing the overall configuration of the electrostatic actuator of the present embodiment. The
紙面の左右方向、すなわち矢印20で示すx方向(以下、x方向とよぶ)と、紙面の上下方向、すなわち矢印22で示すy方向(以下、y方向とよぶ)の駆動には、固定子4と移動子266とに設けられた固定子駆動電極と移動子駆動電極に電荷を発生させることで、移動子266を移動させる。
The
固定子4と一体的にもしくは近接して設けられた固定子選択用電極回路8、10、固定子駆動用電極回路6、12が配置されている。固定子駆動用電極回路6および固定子選択用電極回路8には正電位を正電源回路14から、固定子駆動用電極回路12および固定子選択用電極回路10には負電位を負電源回路16から印加する。これらの正電位または負電位が、固定子駆動電極に接続された2個の固定子スイッチング素子(図示せず)にそれぞれ印加される。
Stator
一方、移動子266については、移動子266と一体的にもしくは近接して設けられた移動子選択用電極回路270、272および移動子駆動用電極回路268、274が配置されている。移動子駆動用電極回路274および移動子選択用電極回路270には正電位を正電源回路260から、移動子駆動用電極回路268および移動子選択用電極回路272には負電位を負電源回路262から印加する。これらの正あるいは負の電位が、移動子駆動電極に接続された2個のスイッチング素子(図示せず)にそれぞれ印加される。
On the other hand, with respect to the
さらに、正電源回路14、260および負電源回路16、262は、マトリックス状に配置された複数の固定子駆動電極と移動子駆動電極の電位を全体に渡って制御する制御回路264に接続されている。
Further, the positive
次に、図13は、図12のx1−x1線に沿った断面図を示す。図13(a)〜図13(e)を用いて固定子4上を移動する動作原理について説明する。図13(a)では、固定子4の固定子駆動電極38、42にそれぞれ正電位および負電位を印加し、その他の固定子駆動電極40、44には電位を印加しない。一方、移動子266の移動子駆動電極276、284にはそれぞれ負電位および正電位を印加し、移動子駆動電極280、286には電位を印加しない。この状態では、固定子駆動電極38上に生じた正電荷50と移動子駆動電極276上の負電荷278、および固定子駆動電極42上の負電荷54と移動子駆動電極上の正電荷282とが引き合って移動子266はそれぞれ矢印302、304の方向に力を受けて停止し、位置決めされた状態になる。
Next, FIG. 13 shows a cross-sectional view along the line x1-x1 of FIG. The operation principle of moving on the
次に、図13(b)は、移動子2を右方向に移動させるステップを示すものである。移動子266の各電極の電位は図13(a)の電位を維持したままとし、固定子4の固定子駆動電極40には正の電位を、また固定子駆動電極44には負の電位を印加する。その他の固定子駆動電極38、42には電位を印加しない。このようにすれば固定子駆動電極40上に生じる正電荷64によって移動子駆動電極276上の負電荷278が引力により矢印306で示す方向に力を受ける。一方、移動子駆動電極284上の正電荷282は反発力により矢印308で示す方向に力を受ける。さらに、正電荷282は固定子駆動電極44上の負電荷66により矢印72の方向に力を受ける。これらの力の総和により全体的に移動子266は矢印74に示すように右側方向に駆動される。
Next, FIG. 13B shows a step of moving the
図13(c)は、移動子266が右側に1ピッチ移動した瞬間に、移動子266の移動子駆動電極の電位は維持したまま、固定子の固定子駆動電極の電位を変えた状態を示す。固定子4の固定子駆動電極38、42にそれぞれ負電位および正電位を印加し、その他の固定子駆動電極40、44には電位を印加しない。一方、移動子の移動子駆動電極の電位は前の状態を維持している。すなわち、移動子266の移動子駆動電極276、284にはそれぞれ負電位および正電位が印加され、移動子駆動電極280、286には電位が印加されていない状態である。この状態では、負電荷288と負電荷278間の反発力、正電荷290と正電荷282間の反発力、および負電荷278と正電荷290間の引力によって、移動子2はそれぞれ矢印312、316、314で示す方向に力を受けて、矢印74で示す右側方向に移動する。
FIG. 13C shows a state where the potential of the stator drive electrode of the stator is changed while the potential of the mover drive electrode of the
第1の実施の形態の静電アクチュエータの場合には、移動子上の電荷が減衰するため再誘導する必要があったが、本実施の形態の静電アクチュエータは再誘導は不要である。 In the case of the electrostatic actuator of the first embodiment, the electric charge on the moving element is attenuated, so that it is necessary to re-induct, but the electrostatic actuator of the present embodiment does not need to be re-inducted.
図13(d)は、図13(a)の状態から左側に移動させるステップを示す図である。固定子駆動電極40には負の電位、固定子駆動電極44には正の電位を印加し、その他の固定子駆動電極38、42には電位を加えない。これにより、移動子駆動電極276の負電荷278は、固定子駆動電極40上の負電荷300により反発され矢印318の方向に、また移動子駆動電極284上の正電荷282は負電荷300によって引かれ矢印320の方向に、さらに固定子駆動電極44上の正電荷292よって反発され矢印322の方向に駆動される。
FIG.13 (d) is a figure which shows the step moved to the left side from the state of Fig.13 (a). A negative potential is applied to the
図13(e)では、移動子4が左方向に1ピッチ移動した瞬間に、固定子の固定子駆動電極の電位を変えた状態を示す。固定子駆動電極38、42にそれぞれ負電位および正電位を印加し、固定子駆動電極40、44には印加していない状態である。移動子駆動電極284上の正電荷282は、固定子駆動電極38上の負電荷296に引かれ、また固定子駆動電極42上の正電荷によって矢印326の方向に反発力を受けて、矢印90で示すように左方向に駆動される。このように、固定子の固定子駆動電極の電位を順次走査することによってx方向に移動子が移動する。
FIG. 13E shows a state in which the potential of the stator drive electrode of the stator is changed at the moment when the
図14(a)および図14(b)には、x方向に移動する場合のそれぞれ移動子266と固定子4のマトリックス状に配置した固定子駆動電極と移動子駆動電極の電位の動作状態を示す。この状態は図13(b)の状態に対応している。図14(b)に示す固定子4のマトリックス状に配置された固定子駆動電極e11〜e66上に、図14(a)に示す移動子266のマトリックス状に配置された移動子駆動電極f11〜f66を、紙面上で水平な線を基準にして鏡面対象に重ね合わせれば、図13(b)の断面構成となる。すなわち、例えば固定子4の固定子駆動電極e11と移動子266の移動子駆動電極f11、固定子4の固定子駆動電極e66と移動子266の移動子駆動電極f66とが重ね合されてアクチュエータを構成する。
14 (a) and 14 (b) show the operating states of the potentials of the stator drive electrodes and the mover drive electrodes arranged in a matrix of the
図14(a)では、移動子駆動用電極回路268と接続された移動子駆動用電極線c11〜c66の中、c11およびc55のみに負電位を加え、移動子選択用電極回路272に接続された移動子選択用電極線d11〜d66の全てに負電を印加してon状態にする。また、移動子駆動用電極回路274と接続された移動子駆動用電極線a11〜a66の中、a33のみに正電位を印加し、移動子選択用電極回路270に接続された移動子選択用電極線b11〜b66の全てに正電位を加えてon状態にする。
In FIG. 14A, a negative potential is applied only to c11 and c55 among the mover drive electrode lines c11 to c66 connected to the mover
このようにすれば、移動子266の移動子駆動電極f11、f21、f31、f41、f51、f61の列、および移動子駆動電極f15、f25、f45、f55、f65の列が負電位となる。なお、移動子駆動電極f11、f21、f31、f41、f51、f61の列は、図13(b)における移動子駆動電極276に相当し、移動子駆動電極f15、f25、f45、f55、f65の列は図13(b)における移動子駆動電極284に相当する。また、移動子駆動電極f13、f23、f33、f43、f53、f63の列が正電位となり、これらは図13(b)における移動子駆動電極284に相当する。
In this way, the row of mover drive electrodes f11, f21, f31, f41, f51, and f61 of the
移動子266の移動子駆動電極の電位の配列を維持し、固定子4の固定子駆動電極の電位の配列を以下のように変えることによって、固定子4上に載置された移動子266を駆動させることができる。
By maintaining the arrangement of the potentials of the mover drive electrodes of the
図14(b)に示す固定子4のマトリックス状に配置された固定子駆動電極の電位の配置は、固定子選択用電極回路8に接続された固定子選択用電極線b1〜b6のすべてに正電位を加えてon状態にする。また、固定子駆動用電極回路6に接続された固定子駆動用電極線a1〜a6の中、a2およびa6に正電位を加えてon状態にする。また、固定子選択用電極回路10に接続された固定子選択用電極線d1〜d6のすべてに負電位を印加してon状態にする。さらに、固定子駆動用電極回路12に接続された固定子駆動用電極線c1〜c6の中、c4のみに負電位を印加してon状態にする。これにより、図13(b)における固定子駆動電極40に対応する固定子駆動電極e12、e22、e32、e42、e52、e62の列と、図13には図示されていない固定子駆動電極e16、e26、e36、e46、e56、e66の列が正電位となる。また、図13(b)における固定子駆動電極44に対応する固定子駆動電極e14、e24、e34、e44、e54、e64の列が負電位となる。これによって、移動子に右方向の力が作用する。
The arrangement of the potentials of the stator drive electrodes arranged in a matrix of the
順次右側に移動させるには、例えば時間的には、固定子4の固定子駆動電極e11、e21、e31、e41、e51、e61の列はoff→負→off→正、固定子駆動電極e12、e22、e32、e42、e52、e62の列では正→off→負→off→正の繰返しを実行し、他のマトリックス状に配置された列に関しても同じように繰り返すことによって移動子を移動させることができる。すなわち、場所的な列の配列に対しては、右側方向にoff、負、off、正の繰返し電位を時間的に1ブロックづつずらしながら各列に印加すればよい。
In order to move sequentially to the right side, for example, in terms of time, the rows of the stator drive electrodes e11, e21, e31, e41, e51, e61 of the
また、左方向に移動させるには、例えば固定子駆動電極e11、e21、e31、e41、e51、e61の列はoff→正→off→負、固定子駆動電極e12、e22、e32、e42、e52、e62の列では正→off→負→off→正の繰返しを実行し、他のマトリックス状に配置された列に関しても同じように繰り返すことによって移動子を移動させることができる。すなわち、x方向に自由に移動子266を移動できる。
In order to move leftward, for example, the rows of the stator drive electrodes e11, e21, e31, e41, e51, e61 are off → positive → off → negative, and the stator drive electrodes e12, e22, e32, e42, e52. In the column e62, positive, off, negative, off, and positive repetitions are performed, and the moving element can be moved by repeating in the same manner with respect to the columns arranged in a matrix. That is, the
なお、上述した例では、移動子の移動子駆動電極の電位を固定したままで、固定子の固定子駆動電極の電位を走査したが、固定子の固定子駆動電極の電位を固定して、移動子の移動子駆動電極の電位を走査しても、同様に移動子を移動させることができる。 In the above-described example, the potential of the stator drive electrode of the stator is scanned while the potential of the mover drive electrode of the mover is fixed, but the potential of the stator drive electrode of the stator is fixed, Even when the potential of the slider driving electrode of the slider is scanned, the slider can be moved in the same manner.
また、固定子と移動子のそれぞれの駆動電極の電位の配列(電荷の配列)を各々独立して制御できるため、その組み合わせによって第1の実施の形態の静電アクチュエータについて述べたようなy方向への移動、回転移動などあらゆる方向に移動でき、種々の機能を有する静電アクチュエータを実現できる。 Further, since the arrangement of the potentials of the driving electrodes of the stator and the moving element (arrangement of electric charges) can be controlled independently, the y-direction as described for the electrostatic actuator of the first embodiment by the combination thereof Thus, an electrostatic actuator having various functions can be realized.
本実施の形態では、第1の実施の形態における固定子と同じ構成の移動子を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第2の実施の形態から第4の実施の形態の静電アクチュエータに用いた固定子の構造と同じ構造を有する移動子としてもよい。 In the present embodiment, the example using the mover having the same configuration as the stator in the first embodiment has been described, but the present invention is not limited to this. For example, it is good also as a moving element which has the same structure as the structure of the stator used for the electrostatic actuator of 2nd Embodiment to 4th Embodiment.
なお、固定子と移動子間のギャップの構成に関しては、第1の実施の形態で説明した方法と同じとすればよいので、説明は省略する。第1の実施の形態の静電アクチュエータでは移動子に誘導された電荷が時間と共に減少するのに対して、本実施の形態の静電アクチュエータでは移動子駆動電極には固定子と独立して電荷を生じさせることができるので、電荷の再誘導のための動作が必要がない。そのため、電荷の誘導時に必要な高い電位をそれぞれの駆動電極に対して印加する必要がないため、それぞれのスイッチング素子の設計が容易となる。また、低い電圧の電源を用いることもでき、電力消費を大幅に低減できる。 Note that the configuration of the gap between the stator and the mover may be the same as the method described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. In the electrostatic actuator of the first embodiment, the charge induced in the moving element decreases with time, whereas in the electrostatic actuator of the present embodiment, the moving element drive electrode has a charge independent of the stator. Therefore, an operation for reinducing the charge is not necessary. For this reason, it is not necessary to apply a high potential necessary for the induction of electric charges to each drive electrode, so that the design of each switching element is facilitated. Also, a low voltage power supply can be used, and power consumption can be greatly reduced.
(第6の実施の形態)
本発明の第6の実施の形態の静電アクチュエータは、第1の実施の形態から第5の実施の形態における固定子と移動子の組み合わせを用いて多層構造としたことが特徴である。
(Sixth embodiment)
The electrostatic actuator according to the sixth embodiment of the present invention is characterized in that it has a multilayer structure using the combination of the stator and the mover in the first to fifth embodiments.
図15(a)は、この多層構造からなる静電アクチュエータの概略斜視図である。複数枚の移動子334が駆動力を伝達する支点330を有する連結部332によって連結された第1の連結体350を構成している。また、マトリックス状に配置された固定子駆動電極336を有する複数枚の固定子338が支点342を有する連結部340によって連結された第2の連結体352を構成している。第1の連結体350および第2の連結体352とが間隔dを有し、各々の固定子338と移動子334とが互い違いになるように配置する。
FIG. 15A is a schematic perspective view of an electrostatic actuator having a multilayer structure. A plurality of moving
このように構成することにより、固定子の連結体である第2の連結体352に対して、移動子の連結体である第1の連結体350が矢印344および346で示すように、それぞれx方向またはy方向に移動できる。また、矢印328で示すように、任意の指定された位置348を中心にある角度をもって回動させることもできる。
By configuring in this way, the first connecting
なお、間隔dは隣り合う固定子338あるいは移動子334が互いに接触しないように設定することが望ましい。
The interval d is desirably set so that the
また、図15(b)は、マトリックス状に配置された移動子駆動電極354を有する複数枚の移動子360を用いて第3の連結体362を構成し、上記第2の連結体352と第3の連結体362とが間隔hを有し、各々の固定子338と移動子360とが互い違いになるように配置した静電アクチュエータの概略斜視図である。このような構成により、固定子の連結体である第2の連結体に対して、移動子の連結体である第3の連結体362が矢印344および346で示すように、それぞれx方向またはy方向に移動できる。また、矢印328で示すように、任意の指定された位置348を中心にある角度をもって回動させることもできる。なお、間隔hは隣り合う固定子338あるいは移動子360が互いに接触しないように設定することが望ましい。
In FIG. 15B, a third connecting
このような多層構造とすることにより、二次元平面状の移動に対する駆動力をさらに大きくすることができる。 With such a multi-layer structure, the driving force for two-dimensional planar movement can be further increased.
なお、本実施の形態では、固定子と移動子とが平板状の場合について説明したが、後述するように円筒形状の場合にも同様に適用できる。 In the present embodiment, the case where the stator and the mover are plate-shaped has been described, but the present invention can be similarly applied to a case of a cylindrical shape as described later.
(第7の実施の形態)
第1の実施の形態から第6の実施の形態では平面基板を用いて説明したが、本発明は円柱状あるいは円筒状の固定子および移動子を用いて、嵌め込む構成とすることもできる。
(Seventh embodiment)
Although the first to sixth embodiments have been described using the planar substrate, the present invention can be configured to be fitted using a columnar or cylindrical stator and a moving element.
本発明の第7の実施のの静電アクチュエータは、円柱状または円筒状の固定子と円筒状の移動子とを用いて、これらを同心円状に嵌め込んだ構成からなる。図16に、円筒型の静電アクチュエータの概略斜視図を示す。固定子366は円柱状または円筒状の固定子用基板が用いられており、この円周表面上に円柱の中心軸380と平行方向およびそれと直交する方向にマトリックス状に配置された固定子駆動電極368と、これらに電位を与えるための一対の固定子スイッチング素子(図示せず)が形成されている。この固定子366の構造は、例えば第1の実施の形態で説明した構造と同じような構造とすればよい。ただし、固定子用基板が円筒状または円柱状であるので、円周表面上にトランジスタや固定子駆動電極を形成する必要がある。また、固定子駆動用電極線は固定子選択用電極線と同じ方向、すなわち円筒状または円柱状の基板の両端部から取り出すことが必要であり、さらに固定子駆動用電極回路も固定子選択用電極回路と同じ位置に配置することが要求される。本実施の形態では、固定子駆動用電極回路と固定子選択用電極回路とを含む電極回路372、374が形成されている。
The electrostatic actuator according to the seventh embodiment of the present invention has a configuration in which a columnar or cylindrical stator and a cylindrical moving element are used and these are fitted concentrically. FIG. 16 is a schematic perspective view of a cylindrical electrostatic actuator. The
移動子370は、例えばフレキシブルな樹脂基板を用いて第1の実施の形態の移動子と同じ構成とすれば容易に作製できる。
The
このように構成することにより、固定子366の外周面上に配置された固定子駆動電極368を円柱の中心軸380と平行に電位を走査させれば、矢印378に示すように移動子370は円周方向に回転する。また、円柱の中心軸と380直交する方向に固定子駆動電極368を走査することにより、矢印364に示すように移動子370は円柱の中心軸380と平行に移動する。したがって、回転と円柱の中心軸380と平行な方向に移動させれば、矢印376に示すような移動も自由に設定できる。
With this configuration, when the
なお、本実施の形態では、第1の実施の形態の静電アクチュエータの構成を例として説明したが、第2の実施の形態から第6の実施の形態の静電アクチュエータの構成でも可能である。例えば、移動子側にもマトリックス状の移動子駆動電極を形成する場合、移動子の円筒の内部表面上に移動子駆動電極が配置される必要がある。このため、可撓性の平面基板上にマトリックス状の移動子駆動電極を形成した後、円筒内面にマトリックス状の移動子駆動電極が配置されるように可撓性の移動子を屈曲させて円筒を形成し、その両端を電子線やレーザ光あるいは接着剤などを用いて接合すれば、移動子スイッチング素子や移動子駆動電極がマトリックス状に形成された円筒形状の移動子が得られる。これにより、固定子および移動子ともにマトリックス状に配置された駆動電極を有する静電アクチュエータが実現できる。 In the present embodiment, the configuration of the electrostatic actuator of the first embodiment has been described as an example. However, the configuration of the electrostatic actuator of the second to sixth embodiments is also possible. . For example, when a matrix-like mover drive electrode is formed also on the mover side, the mover drive electrode needs to be disposed on the inner surface of the cylinder of the mover. For this reason, after forming the matrix-like slider driving electrode on the flexible flat substrate, the flexible slider is bent so that the matrix-like slider driving electrode is arranged on the inner surface of the cylinder. And both ends thereof are joined using an electron beam, laser light, an adhesive, or the like, so that a cylindrical moving element in which moving element switching elements and moving element drive electrodes are formed in a matrix is obtained. Thereby, the electrostatic actuator which has the drive electrode arrange | positioned in matrix form with both a stator and a movable element is realizable.
以上のように、マトリックス状の駆動電極を構成した円柱状あるいは円筒状の固定子と移動子を用いることで、回転と軸方向への移動が同時に可能な静電アクチュエータを実現できる。 As described above, an electrostatic actuator that can rotate and move in the axial direction at the same time can be realized by using a columnar or cylindrical stator and a moving element that constitute a matrix-shaped drive electrode.
本発明に係る静電アクチュエータは、マトリックス状に配置した駆動電極を用いることにより、固定子上に載置された移動子を任意の方向に移動可能であり、電力損失が小さく、量産性に優れているので、ディジタルカメラや携帯電話のカメラの焦点合せ、あるいは各種装置で微小駆動が必要な分野に適用できる。 The electrostatic actuator according to the present invention can move the moving element placed on the stator in any direction by using the drive electrodes arranged in a matrix, has low power loss, and is excellent in mass productivity. Therefore, the present invention can be applied to a field where focusing on a digital camera or a mobile phone camera or a minute drive is required by various devices.
2,266,334,360,370 移動子
4,338,366 固定子
6,12 固定子駆動用電極回路
8,10 固定子選択用電極回路
14,260 正電源回路
16,262 負電源回路
18,264 制御回路
24 固定子用基板
26,30,a1,a2,a3,a4,a5,a6,c1,c2,c3,c4,c5,c6 固定子駆動用電極線
28,32,256,258 固定子スイッチング素子
34,36,222 絶縁層
38,40,42,44,e11〜e66,336,368 固定子駆動電極
46 導電性膜
48 移動子用基板
50,56,64,80,282,290,292,298 正電荷
52,54,66,82,278,288,296,300 負電荷
58 ギャップ
92,94,96,98 接続点
100 円
102,104 誘導用パルス電圧
106,112,176,188,208,228,240,244,250 ゲート電極
108,114,172,190,242,246,248 ソース電極
110,116,174,192,216,238,241,252,254 ドレイン電極
118,120 ビアホール
124,126,198,200,202,234 トランジスタ
128 シリコン基板
130,142,144,160 層間絶縁膜
134 n+ソース
136,150,168,194,206,226 ゲート絶縁膜
138,148 ゲート
140 n+ドレイン
142 絶縁膜
146 p+ドレイン
152 nウエル
154 p+ソース
158 ガラス基板
164 n+型ポリシリコンドレイン
166 ポリシリコンチャネル領域
170 n+型ポリシリコンソース
182 p+型ポリシリコンソース
184 ポリシリコンチャネル領域
186 p+型ポリシリコンドレイン
196 拡散防止層
204,224 ソース
210,230 有機半導体層
212,232 ドレイン
214 樹脂基板
218,236 貫通電極
220 金属薄膜
270,272 移動子選択用電源回路
268,274 移動子駆動用電極回路
276,280,284,286,354 移動子駆動電極
b1,b2,b3,b4,b5,b6,d1,d2,d3,d4,d5,d6 固定子選択用電極線
f11〜f66 移動子駆動電極
330,342 支点
332,340 連結部
350 第1の連結体
352 第2の連結体
362 第3の連結体
372,374 電極回路
2,266,334,360,370 Mover 4,338,366 Stator 6,12 Stator drive electrode circuit 8,10 Stator selection electrode circuit 14,260 Positive power supply circuit 16,262 Negative power supply circuit 18, 264 Control circuit 24 Stator board 26, 30, a1, a2, a3, a4, a5, a6, c1, c2, c3, c4, c5, c6 Stator drive electrode line 28, 32, 256, 258 Stator Switching element 34, 36, 222 Insulating layer 38, 40, 42, 44, e11 to e66, 336, 368 Stator drive electrode 46 Conductive film 48 Movable substrate 50, 56, 64, 80, 282, 290, 292 , 298 Positive charge 52,54,66,82,278,288,296,300 Negative charge 58 Gap 92,94,96,98 Connection point 100 yen 10 , 104 Inductive pulse voltage 106, 112, 176, 188, 208, 228, 240, 244, 250 Gate electrode 108, 114, 172, 190, 242, 246, 248 Source electrode 110, 116, 174, 192, 216 238, 241, 252, 254 Drain electrode 118, 120 Via hole 124, 126, 198, 200, 202, 234 Transistor 128 Silicon substrate 130, 142, 144, 160 Interlayer insulating film 134 n + source 136, 150, 168, 194 206, 226 Gate insulating film 138, 148 Gate 140 n + drain 142 Insulating film 146 p + drain 152 n well 154 p + source 158 glass substrate 164 n + type polysilicon drain 166 polysilicon channel region 17 0 n + type polysilicon source 182 p + type polysilicon source 184 polysilicon channel region 186 p + type polysilicon drain 196 Diffusion prevention layer 204, 224 source 210, 230 Organic semiconductor layer 212, 232 drain 214 Resin substrate 218, 236 Through-electrode 220 Metal thin film 270, 272 Mover selection power supply circuit 268, 274 Mover drive electrode circuit 276, 280, 284, 286, 354 Mover drive electrode b 1, b 2, b 3, b 4, b 5, b 6, d 1 d2, d3, d4, d5, d6 Stator selection electrode lines f11 to f66 Mover drive electrodes 330, 342 Support points 332, 340 Connection part 350 First connection body 352 Second connection body 362 Third connection body 372 374 electrode circuit
Claims (18)
前記固定子の前記固定子駆動電極に対向し、前記固定子上を移動可能に配置され、少なくとも前記固定子に対向する表面に絶縁層が形成された移動子用基板からなる移動子と、
1組の前記固定子スイッチング素子をそれぞれ駆動するための固定子選択用電極回路および固定子駆動用電極回路を含んでなり、
前記固定子選択用電極回路と前記固定子駆動用電極回路とにより前記固定子スイッチング素子を選択的に駆動し、前記固定子スイッチング素子に接続された前記固定子駆動電極に所定の電圧を印加することで、前記移動子を前記固定子面上において二次元的に移動させることを特徴とする静電アクチュエータ。 A plurality of stator driving electrodes arranged in a matrix on the surface of the insulating layer of the stator substrate having an insulating layer at least on the surface; and formed on the surface of the stator substrate and connected to the stator driving electrode. A stator comprising a set of stator switching elements, and a stator selection electrode line and a stator drive electrode line connected to each of the stator switching elements;
A mover made of a mover substrate, which is opposed to the stator drive electrode of the stator and arranged to be movable on the stator, and has an insulating layer formed on at least a surface facing the stator,
A stator selecting electrode circuit and a stator driving electrode circuit for driving each of the set of stator switching elements,
The stator switching element is selectively driven by the stator selection electrode circuit and the stator drive electrode circuit, and a predetermined voltage is applied to the stator drive electrode connected to the stator switching element. In this way, the movable element is moved two-dimensionally on the stator surface.
少なくとも表面に絶縁層を有する移動子用基板の前記絶縁層表面上にマトリックス状に配置された複数の移動子駆動電極と、前記移動子用基板表面上に形成され前記移動子駆動電極に接続された1組の移動子スイッチング素子と、前記移動子スイッチング素子のそれぞれに接続された移動子選択用電極線および移動子駆動用電極線とを含んでなる移動子と、
前記固定子スイッチング素子と前記移動子スイッチング素子とをそれぞれ駆動する固定子選択用電極回路および固定子駆動用電極回路と、移動子選択用電極回路および移動子駆動用電極回路とを含んでなり、
前記移動子の前記移動子駆動電極と前記固定子の前記固定子駆動電極とが対向して配置され、
前記固定子選択用電極回路および前記固定子駆動用電極回路と、前記移動子選択用電極回路および前記移動子駆動用電極回路とにより、前記固定子スイッチング素子および前記移動子スイッチング素子をそれぞれ選択的に駆動し、前記固定子スイッチング素子および前記移動子スイッチング素子にそれぞれ接続された前記固定子駆動電極および前記移動子駆動電極に所定の電圧を印加することにより、前記移動子を前記固定子面上において二次元的に移動させることを特徴とする静電アクチュエータ。 A plurality of stator driving electrodes arranged in a matrix on the surface of the insulating layer of the stator substrate having an insulating layer at least on the surface; and formed on the surface of the stator substrate and connected to the stator driving electrode. A stator comprising a set of stator switching elements, and a stator selection electrode line and a stator drive electrode line connected to each of the stator switching elements;
A plurality of mover drive electrodes arranged in a matrix on the surface of the insulating layer of the mover substrate having an insulating layer on at least the surface, and formed on the surface of the mover substrate and connected to the mover drive electrode A moving element comprising: a set of moving element switching elements; and a moving element selecting electrode line and a moving element driving electrode line connected to each of the moving element switching elements;
A stator selection electrode circuit and a stator drive electrode circuit for driving the stator switching element and the mover switching element, respectively, and a mover selection electrode circuit and a mover drive electrode circuit;
The mover drive electrode of the mover and the stator drive electrode of the stator are arranged to face each other,
The stator switching element and the moving element switching element are selectively selected by the stator selecting electrode circuit and the stator driving electrode circuit, and the moving element selecting electrode circuit and the moving element driving electrode circuit, respectively. And applying a predetermined voltage to the stator drive electrode and the mover drive electrode connected to the stator switching element and the mover switching element, respectively, thereby moving the mover on the stator surface. An electrostatic actuator characterized in that it is moved two-dimensionally.
Priority Applications (1)
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JP2003368647A JP2005137079A (en) | 2003-10-29 | 2003-10-29 | Electrostatic actuator |
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JP2003368647A JP2005137079A (en) | 2003-10-29 | 2003-10-29 | Electrostatic actuator |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010029042A (en) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Dainippon Printing Co Ltd | Controller |
JP2018518136A (en) * | 2015-06-03 | 2018-07-05 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Actuator |
-
2003
- 2003-10-29 JP JP2003368647A patent/JP2005137079A/en active Pending
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JP2018518136A (en) * | 2015-06-03 | 2018-07-05 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Actuator |
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