JP2011250624A

JP2011250624A - 静電アクチュエータ

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Publication number: JP2011250624A
Application number: JP2010122642A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Takahashi; 橋徳男高
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: JP5622082B2

Abstract

【課題】固定子の両面において移動子を動作させて、視認性を向上することが可能な静電アクチュエータを提供する。
【解決手段】静電アクチュエータ１００は、一端１０２ａと他端１０２ｂとを有する帯状の基板１０２と、基板１０２の一面１０２ｘ上に設けられた電極１ａ〜１ｄと、電極１ａ〜１ｄを覆うように基板１０２の一面１０２ｘ上に設けられた帯状のカバー層１０３と、を有する固定子１と、固定子１上に配置される移動子２と、を備える。固定子１は、基板１０２の一端を１８０°で奇数回ひねり、他端に連結することにより構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、静電アクチュエータに関する。

従来、電極が設けられた固定子と、この固定子上に配置されるとともに、樹脂基板と、樹脂基板上に設けられた抵抗体膜とを有する移動子と、を備えた静電アクチュエータが知られている。

このような従来の静電アクチュエータには、例えば、無限軌道体（固定子）の一面（外面）上にのみに配置された表示シート（移動子）が、該無限軌道体（固定子）の該一面上を移動するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、他の従来の静電アクチュエータには、例えば、円筒形状の固定子と、該固定子の外側に配置され同じく円筒形状の移動子とを備え、これら固定子と移動子とが同軸上に配置されたものがある（例えば、特許文献２参照。）。該移動子は、該固定子の周方向に沿って回転する。

しかし、上記２つの従来の静電アクチュエータは、固定子の一面上のみを移動子が移動するものである。

したがって、上記２つの従来の静電アクチュエータは、例えば、移動子の一面を意図的に見せる広告などの用途において、視認される部分は固定子の一面側のみであり、広告としての視認性が低い問題がある。

特開平１１−２４９５９８特開平７−２０３６８９

本発明は、このような点を考慮してなされるものであり、固定子の両面において移動子を動作させて、視認性を向上することが可能な静電アクチュエータを提供する。

本発明の一態様に係る静電アクチュエータは、
一端と他端とを有する帯状の第１の基板と、前記第１の基板の一面上に設けられた電極と、前記電極を覆うように前記第１の基板の前記一面上に設けられたカバー層と、を有する固定子と、
前記固定子上に配置される移動子と、を備え、
前記固定子は、前記第１の基板の前記一端を１８０°で奇数回ひねり、前記他端に連結することにより、構成されている
ことを特徴とする静電アクチュエータである。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記移動子は、第２の基板と、帯電層と、を有する一対の移動子を含み、
一方の移動子は、前記カバー層の一面上に配置され、
他方の移動子は、前記第１の基板の他面上に配置され、
前記一方の移動子の帯電層の帯電面から前記電極までの距離と、前記他方の移動子の帯電層の帯電面から前記電極までの距離とが略同一であってもよい。

本発明の他の態様に係る静電アクチュエータは、
一端と他端とを有する帯状の第１の基板と、前記第１の基板の一面上に設けられた電極と、前記電極を覆うように前記第１の基板の前記一面上に設けられたカバー層と、を有する固定子と、
前記固定子上に配置される移動子と、を備え、
前記第１の基板の他面から前記電極までの距離と前記カバー層の前記移動子が配置される側の面から前記電極までの距離とが同一である
ことを特徴とする静電アクチュエータである。

また、上記静電アクチュエータにおいて、
前記固定子は、前記第１の基板の前記一端を１８０°で奇数回ひねり、前記第１の基板の前記他端に連結することにより、構成されていてもよい。

本発明のさらに他の態様に係る静電アクチュエータは、
環状の基板と、前記基板中に設けられた電極と、を有する固定子と、
前記固定子上に配置される移動子と、を備え、
前記固定子において、前記基板がねじれて前記基板の一面が前記基板の他面に連続していることを特徴とする静電アクチュエータである。

本発明に係る静電アクチュエータは、一端と他端とを有する帯状の基板と、この基板の一面上に設けられた電極と、この電極を覆うように基板の一面上に設けられたカバー層と、を有する固定子と、この固定子上に配置される移動子と、を備える。

また、固定子は、基板１０２の一端を１８０°で奇数回ひねり、他端に連結することにより、構成されている。また、基板とカバー層の厚みは、略同一であり、移動子は、基板およびカバー層の何れの平面上も移動自在になっている。

これにより、移動子は、固定子の両面において、メビウスの輪状に移動することができる。すなわち、静電アクチュエータは、固定子の両面上で移動子を動作させて、視認性を向上することができる。

本発明による静電アクチュエータの構成の一例を示す斜視図である。図１に示す静電アクチュエータを模式的に示す上面図である。図２のＡ−Ａ線に沿った静電アクチュエータの断面を示す断面図である。基板がメビウスの輪状に接続された静電アクチュエータの構成の一例を示す図である。線状電極に印加される信号の波形の一例を示す波形図である。

以下、本発明による静電アクチュエータの実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明による静電アクチュエータ１００の構成の一例を示す斜視図である。また、図２は、図１に示す静電アクチュエータ１００を模式的に示す上面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った静電アクチュエータ１００の断面を示す断面図である。

なお、簡単のため、図２おいては、カバーフィルム１０３、摺動構造膜１０４、１０５、および基板１０２の表面に配置される移動子２を、省略している。

図１ないし図３に示すように、静電アクチュエータ１００は、一面１０２ｘと他面１０２ｙとを有し、且つ、一端１０２ａと他端１０２ｂとを有する帯状の基板１０２と、基板１０２の一面１０２ｘ上に各々独立して設けられ、且つ、互いに平行に等間隔で配置された複数の線状電極１ａ〜１ｄと、複数の線状電極１ａ〜１ｄを覆うように基板１０２の一面１０２ｘ上に設けられた帯状のカバーフィルム（カバー層）１０３と、摺動構造膜１０４、１０５と、を有する固定子１と、固定子１の線状電極１ａ〜１ｄ上に移動自在に配置され、且つ、樹脂基板２ａと、抵抗体膜（帯電層）２ｂと、を有する一対の移動子２と、を備える。

なお、移動子２を駆動するための信号ａ〜ｄは、図示しない駆動回路から４線式静電アクチュエータ１００に入力される。このとき、各信号ａ〜ｄは、バスライン１０１ａ〜１０１ｄ、スルーホール配線１ｂ２、１ｄ２、および、パッド電極１ｂ１、１ｄ１を介して、線状電極１ａ〜１ｄに、それぞれ印加される。

以下、固定子１について、さらに詳述する。上述のように、固定子１は、基板１０２と、この基板１０２の一面１０２ｘに設けられた導電性を有する複数の線状電極１ａ〜１ｄと、複数の線状電極１ａ〜１ｄを覆うように基板１０２の一面１０２ｘ上に設けられた帯状のカバーフィルム（カバー層）１０３と、を備えている。

さらに、複数の線状電極１ａ〜１ｄの一側に（図２の左側）、複数の線状電極１ａ〜１ｄに直交する方向に延設するとともに、線状電極１ａと線状電極１ｂに各々接続される第１のバスライン１０１ａと第２のバスライン１０１ｂが互いに平行に設けられている。

さらに、複数の線状電極１ａ〜１ｄの他側に（図２の右側）、複数の線状電極１ａ〜１ｄに直交する方向に延設するとともに線状電極１ｃと線状電極１ｄに各々接続される第３のバスライン１０１ｃと第４のバスライン１０１ｄとが互いに平行に設けられている。

また、基板１０２の一面１０２ｘ上に設けられた複数の線状電極１ａ〜１ｄを覆ってカバーフィルム１０３が設けられ、さらにカバーフィルム１０３を覆って摺動構造膜１０４が設けられている。

ところで、基板１０２は、例えば、２５μｍの厚さを有する。この基板１０２に用いられる素材としては、例えば、ポリイミド、ガラスエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＴ−Ｇ（テレフタル酸−シクロヘキサンジメタノール−エチレングリコール共重合体）、PEN（ポリエチレンナフレタート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルフイド）、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、ポリスチレン系、ＡＢＳ、ポリアクリル酸エステル、ポリエチレン、ポリウレタン等が、選択される。特にポリイミドやPENは高耐熱性、高強度であり好ましい。

また、上述のように、複数の線状電極１ａ〜１ｄは、基板１０２の一面１０２ｘ上に各々独立して設けられ、互いに平行に等間隔で櫛歯状に繰り返し配置されているが、この線状電極１ａ〜１ｄは、例えば、配線ピッチが０．３ｍｍ以下に設定され、また、この線状電極１ａ〜１ｄは、その厚さは、例えばポリイミド基板上に電極材としてCuを使用する場合は18μm程度、ＰＥＴ基板上に電極材としてＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を形成する場合では１，５００Å程度を有する（図２および図３参照）。

また、２本の第１、第２のバスライン１０１ａ、１０１ｂは、各々帯状をなし、上述のように線状電極１ａ〜１ｄの一側（図２の左側）に、設けられている。

このうち第１のバスライン１０１ａは、基板１０２の一面（上面）１０２ｘに設けられ、この第１のバスライン１０１ａは、線状電極１ａに電気的に接続されている。

また、第２のバスライン１０１ｂは、基板１０２の他面（下面）１０２ｙに設けられ、線状電極１ｂに電気的に接続されている。また、基板１０２には、基板１０２を貫通し、基板１０２の他面１０２ｙに設けられた第２のバスライン１０１ｂに接続されるスルーホール配線１ｂ２が設けられている。さらに、基板１０２の一面１０２ｘに、線状電極１ｂの一側とスルーホール配線１ｂ２とを接続するパッド電極１ｂ１が設けられている。

これにより、第２のバスライン１０１ｂは、線状電極１ｂに電気的に接続される。

また、２本の第３、第４のバスライン１０１ｃ、１０１ｄは、各々帯状をなし、上述のように線状電極１ａ〜１ｄの他側（図２の右側）に、設けられている。

また、第３のバスライン１０１ｃは、基板１０２の一面（上面）１０２ｘに設けられ、線状電極１ｃに電気的に接続されている。

また、第４のバスライン１０１ｄは、基板１０２の他面（下面）１０２ｙに設けられ、線状電極１ｄに電気的に接続されている。ここで、基板１０２には、基板１０２を貫通し、基板１０２の他面１０２ｙに設けられた第４のバスライン１０１ｄと接続されるスルーホール配線１ｄ２が設けられている。そして、基板１０２の一面（上面）１０２ｘに、線状電極１ｄの一側とスルーホール配線１ｄ２とを接続するパッド電極１ｄ１が設けられている。

これにより、第４のバスライン１０１ｄは、線状電極１ｄに電気的に接続されている。

次に、図３により、固定子１のカバーフィルム１０３および摺動構造膜１０４、１０５について詳述する。図３に示すように、カバーフィルム１０３は、基板１０２上に複数の線状電極１ａ〜１ｄを覆うように設けられている。このカバーフィルム１０３は、例えば、１２．５μｍの厚さを有する。このカバーフィルム１０３に用いられる素材としては、例えば、ポリイミドが選択される。

また、摺動構造膜１０４は、カバーフィルム１０３上に設けられている。この摺動構造膜１０４は、該一方の移動子２（後述の樹脂基板２ａ）に対して摺動性を有する。この摺動構造膜１０４は、例えば、数ｎｍの厚さを有する。この摺動構造膜１０４に用いられる素材としては、例えば、シリコンが選択される。

また、摺動構造膜１０５は、基板１０２の他面１０２ｙに設けられている。この摺動構造膜１０５は、該他方の移動子２（後述の樹脂基板２ａ）に対して摺動性を有する。この摺動構造膜１０５は、例えば、数ｎｍの厚さを有する。この摺動構造膜１０５に用いられる素材としては、例えば、シリコンが選択される。

なお、線状電極（駆動電極）１ａ〜１ｄから抵抗体膜２ｂの帯電面までの距離Ｄ１、Ｄ２は、例えば、３０μｍ以上、１５０μｍ以下に設定される。

また、基板１０２の他面１０２ｙから線状電極１ａ〜１ｄまでの距離とカバーフィルム（カバー層）１０３の一面１０３ｘから線状電極１ａ〜１ｄまでの距離とが同一である場合には、固定子１の表裏が対称的な構造であるため、固定子１の表裏が同じように使える。

次に、図１ないし図３により移動子２について詳述する。図１ないし図３に示すように、一対の移動子２は、固定子１上に配置されている。すなわち、一方の移動子２は、カバーフィルム（カバー層）１０３の一面上（固定子１の一面１ｘ上）に配置され、他方の移動子２は、基板１０２の他面上（固定子１の他面１ｙ上）に配置されている。

この移動子２は、図３に示すように、固定子１に対向して設けられた樹脂基板２ａと、樹脂基板２ａ上に設けられた抵抗体膜（帯電層）２ｂとを有している。

このうち樹脂基板２ａは、固定子１に対向して接触するように配置される。この樹脂基板２ａは、例えば、５０μｍ程度の厚さを有する。

この樹脂基板２ａに用いられる素材としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＴ−Ｇ（テレフタル酸−シクロヘキサンジメタノール−エチレングリコール共重合体）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフレタート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルフイド）、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、ポリスチレン系、ＡＢＳ、ポリアクリル酸エステル、ポリエチレン、ポリウレタン等が、選択される。特に、PETは安価であり、またＰＥＮは高耐熱性、高強度であり好ましい。

抵抗体膜２ｂは、上述のように、樹脂基板２ａ上に設けられ、この抵抗体膜２ｂは、例えば、１μｍ程度の厚さを有する。また、抵抗体膜２ｂは、例えば、１０¹¹〜１０¹³Ω／□の範囲の表面抵抗値を有する。

ここで、図３に示すように、該一方の移動子２の抵抗体膜（帯電層）２ｂの帯電面から線状電極１ａ〜１ｄまでの距離Ｄ１と、該他方の移動子２の抵抗体膜（帯電層）２ｂの帯電面から線状電極１ａ〜１ｄまでの距離Ｄ２とが略同一である。

これにより、移動子２が固定子１の一面１ｘ上に位置する場合と、移動子２が固定子１の他面１ｙ上に位置する場合とにおいて、電界の特性が同等になる。すなわち、移動子２が固定子１の一面１ｘ上および他面１ｙ上において同様に動作することができる。

このように、移動子２は、基板１０２およびカバーフィルム（カバー層）１０３の何れの平面上も移動自在になっている。

次に、以上のような構成を有する静電アクチュエータ１００において、例えば、広告としての視認性を向上するために、固定子１の基板１０２をメビウスの輪状に接続した構成の一例について説明する。

図４は、基板がメビウスの輪状に接続された静電アクチュエータ１００の構成の一例を示す図である。

図４に示すように、固定子１は、基板１０２の一端１０２ａ（すなわち、固定子１の一端１００ａ）と基板１０２の他端１０２ｂ（すなわち、固定子１の他端１００ｂ）とを、基板１０２がメビウスの輪状になるように、連結することにより構成されている。ここで、「メビウスの輪」とは、帯状の長方形の片方の端を１８０°ひねり、他方の端に貼り合わせた形状の図形（曲面）である。ひねり回数は1回だけ入れたものに限らず、１８０°ひねりを奇数回入れたものでもよい。したがって、固定子１において、固定子１がねじれ固定子１の一面１ｘが固定子１の他面１ｙに連続している。

なお、固定子１の一端１００ａと他端１００ｂを接続するのではなく、固定子１をメビウスの輪状に一体成型により形成するようにしてもよい。この場合、基板１０２とカバーフィルム（カバー層）１０３に相当する環状の環状基板が、一体成型により形成され、このとき、例えば、線状電極１ａ〜１ｄ、パッド電極１ｂ１、１ｄ１、スルーホール配線１ｂ２、１ｄ２、バスライン１０１ａ〜１０１ｄも形成される。すなわち、固定子１は、一体成型された環状の環状基板と、この環状基板中に設けられた電極（線状電極１ａ〜１ｄ、パッド電極１ｂ１、１ｄ１、スルーホール配線１ｂ２、１ｄ２、バスライン１０１ａ〜１０１ｄが含まれる）と、を有する。そして、この固定子１において、該環状基板がねじれて該環状基板の一面が該環状基板の他面に連続している。

以上により、移動子２は、固定子１の両面において、メビウスの輪状に移動することができる。すなわち、静電アクチュエータ１００は、固定子１の両面上で移動子を動作させて、広告としての視認性を向上することができる。

なお、基板１０２の一端１０２ａ（すなわち、固定子１の一端１００ａ）と、基板１０２の他端１０２ｂ（すなわち、固定子１の他端１００ｂ）とが接続される部分においては、各線状電極、各バスライン等の配線は、接触しないように、カバーフィルム（カバー層）１０３や図示しない接着剤等により絶縁されている。バスラインの接続の難しさ、及びリング状に接続する事で発生するノイズなどが問題無ければバスラインや各線状電極を接続しても構わない。

次に、以上のような構成を有する本実施の形態の作用、すなわち、静電アクチュエータ１００の動作について説明する。

まず、図２に示すように、信号ａ〜ｄは、図示しない駆動回路から静電アクチュエータ１００に入力される。このとき、各信号ａ〜ｄは、バスライン１０１ａ〜１０１ｄ、スルーホール配線１ｂ２、１ｄ２、および、パッド電極１ｂ１、１ｄ１を介して、線状電極１ａ〜１ｄに、それぞれ印加される。

ここで、図５は、線状電極１ａ〜１ｄに印加される信号ａ〜ｄの波形の一例を示す波形図である。なお、図５では、信号ａ〜ｄが矩形波の場合について示しているが、信号ａ〜ｄが正弦波である場合も同様の位相関係になる。

図５に示すように、隣接する線状電極１ａ、１ｂに入力される２つの信号ａ、ｂは、４分の１周期だけずれている。同様に、隣接する線状電極１ｂ、１ｃに入力される２つの信号ｂ、ｃは、４分の１周期だけずれている。同様に、隣接する線状電極１ｃ、１ｄに入力される２つの信号ｃ、ｄは、４分の１周期だけずれている。

これにより、線状電極１ａと線状電極１ｃには、各々位相が半周期ずれた信号ａ、ｃが入力される。また、線状電極１ｂと線状電極１ｄには、各々位相が半周期ずれた信号ｂ、ｄが入力される。

この場合、移動子２の抵抗体膜２ｂが、線状電極１ａ〜１ｄに印加される信号ａ〜ｄに応じて帯電する。そして、信号ａ〜ｄの電圧が変化することにより、移動子２の帯電した部分が放電する前に、移動子２が固定子１の両面上を線状電極１ａ〜１ｄに垂直な方向Ｚに、移動する（図１、図２、図４）。

以上のように、本実施例に係る静電アクチュエータによれば、固定子の両面において移動子を動作させて、視認性を向上することができる。

特に、静電アクチュエータ１００は、固定子１の表裏を同じように使えるため、固定子１の両面に広告を掲示するなど、広告の効率が高い。

また、静電アクチュエータ１００は、メビウスの輪状の基板１の一周目に見えた移動子２が、二周目には見えないなど、不思議感によりアイキャッチ効果が高くなり、広告としての機能を向上することができる。

また、静電アクチュエータ１００は、固定子１がメビウスの輪状の形状を有する場合、１つの移動子２が固定子１の両面を移動するので、広告が掲載された１つの移動子を用いて、静電アクチュエータ１００の両面側に位置する複数の人に該広告を見せることができる。

また、静電アクチュエータ１００は、固定子１がメビウスの輪状の形状を有する場合、この捻れた固定子１の形状が珍しいため、アイキャッチ効果が高くなり、広告としての機能を向上することができる。

１固定子
１ａ〜１ｄ線状電極
１ｂ１、１ｄ１パッド電極
１ｂ２、１ｄ２スルーホール配線
１ｘ一面
１ｙ他面
２移動子
２ａ樹脂基板
２ｂ抵抗体膜
１００静電アクチュエータ
１００ａ固定子の一端
１００ｂ固定子の他端
１０１ａ第１のバスライン
１０１ｂ第２のバスライン
１０１ｃ第３のバスライン
１０１ｄ第４のバスライン
１０２基板
１０２ａ基板の一端
１０２ｂ基板の他端
１０２ｘ基板の一面
１０２ｙ基板の他面
１０３カバーフィルム
１０３ｘカバーフィルムの一面
１０４摺動構造膜
ａ〜ｄ信号
Ｚ方向

Claims

一端と他端とを有する帯状の第１の基板と、前記第１の基板の一面上に設けられた電極と、前記電極を覆うように前記第１の基板の前記一面上に設けられたカバー層と、を有する固定子と、
前記固定子上に配置される移動子と、を備え、
前記固定子は、前記第１の基板の前記一端を１８０°で奇数回ひねり、前記他端に連結することにより、構成されている
ことを特徴とする静電アクチュエータ。
前記移動子は、第２の基板と、帯電層と、を有する一対の移動子を含み、
一方の移動子は、前記カバー層の一面上に配置され、
他方の移動子は、前記第１の基板の他面上に配置され、
前記一方の移動子の帯電層の帯電面から前記電極までの距離と、前記他方の移動子の帯電層の帯電面から前記電極までの距離とが略同一である
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。
一端と他端とを有する帯状の第１の基板と、前記第１の基板の一面上に設けられた電極と、前記電極を覆うように前記第１の基板の前記一面上に設けられたカバー層と、を有する固定子と、
前記固定子上に配置される移動子と、を備え、
前記第１の基板の他面から前記電極までの距離と前記カバー層の前記移動子が配置される側の面から前記電極までの距離とが同一である
ことを特徴とする静電アクチュエータ。
前記移動子は、第２の基板と、帯電層と、を有する一対の移動子を含み、
一方の移動子は、前記カバー層の一面上に配置され、
他方の移動子は、前記第１の基板の他面上に配置され、
前記一方の移動子の帯電層の帯電面から前記電極までの距離と、前記他方の移動子の帯電層の帯電面から前記電極までの距離とが略同一である
ことを特徴とする請求項３に記載の静電アクチュエータ。
前記固定子は、前記第１の基板の前記一端を１８０°で奇数回ひねり、前記第１の基板の前記他端に連結することにより、構成されている
ことを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
環状の基板と、前記基板中に設けられた電極と、を有する固定子と、
前記固定子上に配置される移動子と、を備え、
前記固定子において、前記基板がねじれて前記基板の一面が前記基板の他面に連続している
ことを特徴とする静電アクチュエータ。