JP5045975B2 - 駆動制御装置および方法、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、駆動制御装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、可動部材を駆動させるのに用いて好適な駆動制御装置および方法、並びにプログラムに関する。

近年、移動機構として、電極表面とそれに接する液体との間に電位差を与えたときに、電極表面と液体との間の界面張力が変化する電気毛管現象を利用する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１においては、２枚の電極に挟まれた電解質の液滴を、電気毛管現象を応用することにより移動させ、液滴に吸着または付着している物体を動かす方法が提案されている。

また、２つの構造体に挟まれた液体の接触角を変化させることにより、２つの構造体の位置関係を制御する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−３３６８９８号公報 特開２００５−１８５０９０号公報

しかしながら、例えば、特許文献１に記載の方法の場合、移動する電解質の液滴に電圧を印加しなくてはならない。そのため、共通電極と分割電極群で液滴を挟み込む必要がある等、装置の構造が複雑になったり、電気的損失が増大したりする恐れもあった。さらに、移動する電解質の液滴は、少量のため蒸発してしまう恐れもあった。さらに、液滴に付着する物体を移動させる際の構造が限定的なものなってしまい、汎用性が低下する恐れがあった。

また、例えば、特許文献２には、２つの構造体の間隔方向の位置関係を制御する方法が記載されているものの、基板面に対して水平方向の運動の制御については記載されていない。さらに、特許文献２の方法においては、２つの構造体間に働く力が接触角に応じて変化してしまうため、構造体の保持力が不安定になる恐れもあった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より簡単な構成でより正確な駆動制御を行うことができるようにするものである。

本発明の一側面の駆動制御装置は、可動部材の駆動を制御する駆動制御装置であって、第１の電極が形成される表面上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の表面の一部または全部が撥水加工されている、若しくは、前記絶縁膜の一部または全部が撥水性の素材により形成される基板と、極性を有していない無極性液体により、前記基板の表面上に駆動可能に固定された前記可動部材と、前記可動部材および前記無極性液体の周囲を満たす、極性を有する極性液体と、前記第１の電極との間に所定の電圧が印加される第２の電極とを有し、前記第１の電極と電源との接続を制御する接続制御手段と、前記接続制御手段を制御して、前記電源を前記第１の電極に接続させることにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記所定の電圧を印加させ、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧印加により前記極性液体の濡れ性を変化させ、前記極性液体の変形により前記無極性液体を移動させ、前記無極性液体の移動により前記可動部材を駆動させる可動部材駆動制御手段とを備える。

前記第２の電極は、前記極性液体に接するように配置されるようにすることができる。

前記第１の電極は複数の電極により構成され、前記接続制御手段は、前記第１の電極の複数の中から選択した１つまたは複数の電極を前記電源に接続するようにすることができる。

前記複数の電極は、前記基板の表面上に直線状または曲線状に配置され、前記接続制御手段は、前記可動部材の動きに応じて前記電源に接続する電極を切り替えることにより、前記可動部材を、直線状または曲線状に配置された前記複数の電極に沿って移動させるようにすることができる。

前記複数の電極は、前記基板の表面上にアレイ状に配置され、前記接続制御手段は、前記可動部材の動きに応じて前記電源に接続する電極を切り替えることにより、前記可動部材を、アレイ状に配置された前記複数の電極上を任意の方向に移動させるようにすることができる。

前記複数の電極は、前記基板の表面上に円周状に配置され、前記接続制御手段は、前記可動部材の動きに応じて前記電源に接続する電極を切り替えることにより、前記無極性液体を、円周状に配置された前記複数の電極に沿って移動させ、前記可動部材を前記基板の表面に平行な方向に回転運動させるようにすることができる。

前記無極性液体、前記可動部材、および前記極性液体を封止する封止材をさらに有するようにすることができる。

前記可動部材は、前記無極性液体に接する面の一部または全部が撥水加工されている、若しくは、前記可動部材の一部または全部が撥水性の素材により形成されるようにすることができる。

前記可動部材は光学レンズ、ミラー、またはプリズムであるようにすることができる。

本発明の一側面の駆動制御方法は、極性を有していない無極性液体により、第１の電極が形成される表面上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の表面の一部または全部が撥水加工されている、若しくは、前記絶縁膜の一部または全部が撥水性の素材により形成される基板の表面上に駆動可能に固定された可動部材であって、前記可動部材および前記無極性液体の周囲が極性を有する極性液体により満たされた前記可動部材の駆動を制御する駆動制御装置の駆動制御方法であって、前記第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧を印加させ、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧印加により前記極性液体の濡れ性を変化させ、前記極性液体の変形により前記無極性液体を移動させ、前記無極性液体の移動により前記可動部材を駆動させるステップを含む。

本発明の一側面のプログラムは、極性を有していない無極性液体により、第１の電極が形成される表面上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の表面の一部または全部が撥水加工されている、若しくは、前記絶縁膜の一部または全部が撥水性の素材により形成される基板の表面上に駆動可能に固定された可動部材であって、前記可動部材および前記無極性液体の周囲が極性を有する極性液体により満たされた前記可動部材の駆動を制御する処理をコンピュータに行わせるプログラムであって、前記第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧を印加させ、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧印加により前記極性液体の濡れ性を変化させ、前記極性液体の変形により前記無極性液体を移動させ、前記無極性液体の移動により前記可動部材を駆動させるステップを含む。

本発明の一側面においては、極性を有していない無極性液体により、第１の電極が形成される表面上に絶縁膜が形成され、絶縁膜の表面の一部または全部が撥水加工されている、若しくは、絶縁膜の一部または全部が撥水性の素材により形成される基板の表面上に駆動可能に固定された可動部材であって、可動部材および無極性液体の周囲が極性を有する極性液体により満たされた可動部材の駆動制御において、第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧が印加され、第１の電極と第２の電極との間の電圧印加により極性液体の濡れ性が変化され、極性液体の変形により無極性液体が移動され、無極性液体の移動により可動部材が駆動される。

本発明の一側面によれば、可動部材の駆動を制御させることができる。特に、より簡単な構成でより正確な駆動制御を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明を適用した駆動制御装置の一実施形態に係る構成例を示す図である。

図１において、駆動制御部１は、液体を用いて可動部材の動作を制御する液体アクチュエータ１１と、液体アクチュエータ１１を制御する制御部１２を有している。

液体アクチュエータ１１は、基板２１、下部電極２２、下部電極２３、絶縁膜２４（撥水コーティング２５）、無極性液体２６、極性液体２７、封止材２８、上部電極２９、および可動部材３０（撥水コーティング３１）を有している。基板２１上に各部が構成され、その各部は、基板２１と封止材２８により封止されている。液体アクチュエータ１１は、制御部１２の制御に基づいて、可動部材３０を、基板２１の図中上面に平行な方向に（図中左右方向）に移動させる装置である。

基板２１は、土台となる部材であり、例えば、シリコン、プラスチック、またはガラス等の素材により構成される。基板２１は、液体アクチュエータ１１の用途に応じた任意の素材により構成される。例えば、液体アクチュエータ１１に光を通過させる場合、基板２１は、透明な素材により構成されるのが望ましい。

基板２１の上面（図中上側）には、下部電極２２および下部電極２３が設けられる。下部電極２２および下部電極２３は、例えば、短冊状（ライン状）の電極（ライン電極）であり、アルミニウムや銅等の金属膜により構成される。例えば、下部電極２２および下部電極２３は、基板２１の表面に、所定の方法により、アルミニウムや銅等の金属膜を形成させることにより生成される。なお、液体アクチュエータ１１に光を通過させる場合、光路の妨げとならないように、下部電極２２および下部電極２３を、酸化インジウム（ITO）や酸化亜鉛（ZnO）等の素材を用いた透明電極にするようにしてもよい。この下部電極２２および下部電極２３には、可動部材３０の位置を制御するために、極性液体２７（上部電極２９）との間に電圧が印加される。

基板２１の上面には、さらに、その下部電極２２および下部電極２３の上から、絶縁体の皮膜である絶縁膜２４が形成される。絶縁膜２４の素材は、絶縁性の物質であればどのようなものであってもよいが、誘電率が大きい物質が望ましい。その際、誘電率を大きくするためには膜厚はより薄い方が望ましいが、絶縁強度の面から考えると厚い方が望ましく、最適な値は両者の兼ね合いで決定される。

なお、絶縁膜２４は、少なくとも下部電極２２および下部電極２３上に形成されていればよく、下部電極２２および下部電極２３の配置に関係なく基板２１の表面全体を覆うように形成されるようにしてもよいし、下部電極２２および下部電極２３の配置に応じて任意のパターンで形成されるようにしてもよい。

また、絶縁膜２４の上面の一部または全部は撥水処理が施され、撥水コーティング２５の層が形成されている。撥水コーティング２５は、例えば、フッ素系のポリマーであるPVdFやPTFE、またはテフロン（登録商標）等の疎水性のコーティング材により構成される。この撥水コーティング２５は、極性液体２７により絶縁膜２４の表面を濡れにくくするための表面処理である。つまり、この撥水コーティング処理が施された部分は、極性液体２７より無極性液体２６の方が濡れやすい。

なお、撥水コーティング２５は、少なくとも無極性液体２６と極性液体２７の界面が接する可能性のある範囲に形成されていなければならないが、それ以外の部分については任意であり、基板２１の表面全体を覆うように形成されるようにしてもよいし、任意のパターンで形成されるようにしてもよい。

また、絶縁膜２４自身の一部または全部が、例えば、PVdF、PTFE、またはテフロン（登録商標）等の疎水性の高い物質（かつ誘電率が大きい物質）により構成されるようにしてもよい。さらに、液体アクチュエータ１１に光を通過させる場合、光路の妨げとならないように、絶縁膜２４および撥水コーティング２５を、透明な材質の部材で構成するようにする方が望ましい。

撥水コーティング２５の上には無極性液体２６および極性液体２７が注入され、封止材２８で封止されている。

無極性液体２６は、可動部材３０を絶縁膜２４（撥水コーティング２５）に固定するための絶縁性の液体であって、素材には、例えば、デカン、ドデカン、ヘキサデカン、若しくはウンデカン等の炭化水素系の材料、屈折率の高いシリコンオイル、または、1,1-ジフェニルエチレン等が使用される。なお、無極性液体２６の素材は、状態が安定しており、かつ、下部電極２２および下部電極２３と極性液体２７（上部電極２９）との間の電圧印加により絶縁膜２４の撥水コーティング２５と極性液体２７との濡れ性が変化することにより、結果として、無極性液体２６の上に設けられた可動部材３０を駆動させることができるものであれば特に限定されるものではない。

極性液体２７は、可動部材３０および無極性液体２６の周囲を満たすように封止材２８と基板２１との間の空間に注入される導電性の液体である。その素材には、例えば、水、塩化カリウム、若しくは塩化ナトリウム等の電解質を溶かした水溶液、分子量の小さなメチルアルコール、または、エチルアルコール等のアルコールが使用される。もちろん、これ以外のものであってもよい。

後述するように、下部電極２２および下部電極２３と極性液体２７（上部電極２９）との間に電圧が印加されることにより、極性液体２７は、絶縁体２４（撥水コーティング２５）に対する濡れ性が変化し、それにより無極性液体２６（可動性部材３０）の位置を移動させる。このような動作を行うため、無極性液体２６と極性液体２７は、互いに混在しない素材により構成されるのが望ましい。また、応答速度を向上させる場合、共に低粘度のものであることが好ましい。さらに、極性液体２７と無極性液体２６は、不要な力の発生を抑制するために、互いに比重を一致（または近似）させることが望ましい。

封止材２８は、無極性液体２６および極性液体２７の状態、すなわち、可動部材３０周辺の環境を保つために、これらを、気密封止ができるような状態で封入する素材である。封止材２８は、例えば接着やシール部材を挟んでのボルト締結等の方法を使って基板２１に接続される。

上部電極２９は、下部電極２２および下部電極２３に対応する電極であり、下部電極２２および下部電極２３と同様の素材を用いて同様の方法で封止材２８の内側に形成される。上部電極２９は、極性液体２７に電圧を印加することができればどのような形状、位置、および材質であってもよい。なお、液体アクチュエータ１１に光を通過させる場合、光路の妨げとならないように、上部電極２９も酸化インジウム（ITO）や酸化亜鉛（ZnO）の薄膜からなる透明電極とすることが望ましい。また、上部電極２９は、極性液体２７に接触するように配置されるのが望ましい。

可動部材３０は、駆動制御の対象物であり、無極性液体２６の上に載置される。可動部材３０の無極性液体２６と接触する面の一部または全部には、撥水処理が施され、絶縁膜２４の撥水コーティング２５と同様の撥水コーティング３１の層が形成されている。可動部材３０には、例えば、レンズ、鏡、プリズム、または磁性体等が用いられる。無極性液体２６の上に載置可能なものであれば、もちろんこれら以外のものであってもよく、複数の部材を組み合わせたものであってもよい。また、絶縁膜２４と同様に、可動部材３０自身の一部または全部が、例えば、PVdF、PTFE、またはテフロン（登録商標）等の疎水性の高い物質（かつ誘電率が大きい物質）により構成されるようにしてもよい。

制御部１２は、液体アクチュエータ１１の駆動を制御する処理部であり、図１に示されるように、駆動制御部４１、接続選択部４２、および電源４３を有している。駆動制御部４１は、外部より供給される制御情報に基づいて、接続選択部４２による接続を制御することによって、可動部材３０が指示に対応した動作を行うように制御する。接続選択部４２は、図示せぬスイッチング回路を有し、駆動制御部４１に制御され、電源４３と下部電極２２または下部電極２３とを接続したり切断したりする。電源４３は、極性液体２７（上部電極２９）と、下部電極２２および下部電極２３の内、接続選択部４２により接続された方との間に所定の電圧を印加するための電圧源である。電源４３は、一方が上部電極２９に接続され、他方が接続選択部４２に接続される。

次に、図１に示される駆動制御装置１の動作について説明する。

制御部１２の駆動制御部４１の制御に従って、接続選択部４２が下部電極２２または下部電極２３を電源４３に接続すると、極性液体２７と下部電極２２または下部電極２３との間に電圧が印加される。すると、極性液体２７の撥水コーティング２５（絶縁膜２４）に対する濡れ性が増加し、撥水コーティング２５の下部電極付近に極性液体２７が濡れ広がる。これにより、電圧印加の影響を直接的に受けない無極性液体２６は、その濡れ広がる極性液体２７により押し出される。その押力により無極性液体２６は、絶縁膜２４の撥水コーティング２５上を移動する。

このとき、絶縁膜２４は、無極性液体２６に接触する面（図中上面）が、撥水加工されているので（撥水コーティング２５が形成されているので）、電圧が印加されている下部電極付近以外は、極性液体２７よりも無極性液体２６の方が濡れやすくなっている。また、無極性液体２６の界面張力も働くので、無極性液体２６は、極性液体２７に押し出されても、絶縁膜２４（撥水コーティング２５）から離れず、絶縁膜２４の撥水コーティング２５上を図中上面に沿って移動する。

この無極性液体２６に戴置される可動部材３０は、無極性液体２６に接触する面（図中下面）が、撥水加工されているので（撥水コーティング３１が形成されているので）、極性液体２７よりも無極性液体２６の方が濡れやすくなっており、さらに、無極性液体２６の界面張力も働くので、上述した無極性液体２６の移動に伴って、絶縁膜２４の撥水コーティング２５上を図中上面に沿って移動する。

つまり、可動部材３０は、無極性液体２６によって、絶縁膜２４（撥水コーティング２５）に、その表面と平行に移動可能（駆動可能に）に、強力に固定される。液体アクチュエータ１１は、上部電極２９と下部電極２２または下部電極２３との間に所定の電圧を印加することにより、極性液体２７の濡れ性を変化させ、この可動部材３０（無極性液体２６）の位置を移動させる。

より具体的に説明する。図１は、下部電極２２および下部電極２３が電源４３に接続されていない状態を示している。つまり、下部電極２２および下部電極２３は、「OFF」の状態であり、極性液体２７に電圧が印加されない。従って、可動部材３０（無極性液体２６）は、下部電極２２と下部電極２３との間の中央付近に位置している。

図２は、図１の状態から下部電極２３を電源４３に接続した場合の、可動部材３０の動きの例を説明する図である。なお、図２において、配線や制御部１２については省略している。図２において、下部電極２２は「OFF」のままであり、下部電極２３は「ON」の状態に移行する。このとき、極性液体２７（上部電極２９）と下部電極２３との間に電圧が印加され、それにより、矢印５１に示されるように、極性液体２７が撥水コーティング２５の下部電極２３付近に濡れ広がろうとし、矢印５２に示されるように、無極性液体２６を図中左側に（下部電極２２に近づく向きに）押し出す。上述したように可動部材３０は無極性液体２６により保持されているので、その無極性液体２６の動きにあわせて、可動部材３０も、矢印５３に示されるように図中左側に移動する。

図３は、図１の状態から下部電極２２を電源４３に接続した場合の、可動部材３０の動きの例を説明する図である。なお、図３においても、図２と同様に、配線や制御部１２については省略している。図３において、下部電極２２は電源４３に接続されて「ON」の状態に移行し、下部電極２３は「OFF」のままである。このとき、極性液体２７（上部電極２９）と下部電極２２との間に電圧が印加され、それにより、矢印６１に示されるように、極性液体２７が撥水コーティング２５の下部電極２３付近に濡れ広がろうとし、矢印６２に示されるように、無極性液体２６を図中右側に（下部電極２３に近づく向きに）押し出す。上述したように可動部材３０は無極性液体２６により保持されているので、その無極性液体２６の動きにあわせて、可動部材３０も、矢印６３に示されるように図中右側に移動する。

次に図４のフローチャートを参照して、このような可動部材３０の駆動制御を行うために駆動制御部４１により実行される駆動制御処理の流れの例を説明する。駆動制御処理を開始すると、駆動制御部４１は、ステップＳ１において、可動部材３０の駆動を指示する制御情報を受け付ける。ステップＳ２において、駆動制御部４１は、制御情報を取得したか否かを判定し、取得したと判定するまで、ステップＳ１およびステップＳ２の処理を繰り返す。ステップＳ２において、制御情報を取得したと判定した場合、駆動制御部４１は、処理をステップＳ３に進め、取得した制御情報に基づいて、接続選択部４２を制御し、指示どおりに可動部材３０が駆動するように、電極に電圧を印加する。これにより接続選択部４２は、下部電極２２または下部電極２３を電源４３に接続したり、それらの接続を切断したりする。このような制御に基づいて、可動部材３０は、上述したようにその位置を変動させる。

ステップＳ４において、駆動制御部４１は、駆動制御処理を終了するか否かを判定し、終了しないと判定した場合、処理をステップＳ１に戻し、それ以降の処理を繰り返す。また、ステップＳ４において、駆動制御処理を終了すると判定した場合、駆動制御部４１は、処理をステップＳ５に進め、接続選択部４２の接続状況を初期状態に戻すなどの終了処理を行った後、駆動制御処理を終了する。

このように、接続選択部４２が下部電極２２または下部電極２３を電源４３に接続することにより、可動部材３０（無極性液体２６）が基板２１上（撥水コーティング２５された絶縁膜２４上）を移動するので、駆動制御装置１は、可動部材３０の駆動を制御することができる。

この駆動制御装置１の液体アクチュエータ１１は、上述したように、撥水コーティング２５された絶縁膜２４上に、無極性液体２６、極性液体２７、および可動部材３０を封止するだけの簡単な構成であり、部品点数も少なく、さらに機械的構成や形状の限定等もないので、装置の小型化や薄型化を容易に実現することができるだけでなく、製造コストを低減させることも可能であり、さらに、応用の幅もより広くなる。

また、この場合、無極性液体２６および極性液体２７は封止材２８により封止され、それらの状態が安定して維持されるので、蒸発の恐れがない。

さらに、上述したように、絶縁膜２４と可動部材３０が無極性液体２６の界面張力により強力に、駆動可能に固定される。つまり、絶縁膜２４と可動部材３０の位置関係（互いの間の距離方向の位置関係）が安定し、可動部材３０は、液体アクチュエータ１１が傾けられたり、上下を反転させられたりしても、絶縁膜２４の表面に対して水平方向に移動する。

このように可動部材３０の動きが安定し、かつ、各素材の状態も安定するので、駆動制御装置１は、可動部材の位置制御をより正確に行うことができる。すなわち、駆動制御装置１は、より簡単な構成でより正確な駆動制御を行うことができる。

さらに付言すると、液体アクチュエータ１１は、機械的構成がなく、可動部材３０が無極性液体２６や極性液体２７に囲まれているため部品の磨耗や摩擦熱の発生が抑制される。従って、駆動制御装置１は、磨耗や摩擦熱による部品の変形等を抑制し、故障の発生を低減させることができ、さらには装置の寿命を延ばすこともできる。このように駆動制御装置１は、より信頼性の高い動作を、より長期間継続して行うことができる。さらに、可動部材３０が無極性液体２６や極性液体２７に囲まれていることにより、駆動制御装置１は、動作音を低減させることができる。

また、上述したように、制御部１２は、液体アクチュエータ１１を電圧印加により動作させる。すなわち、駆動制御装置１は、可動部材３０の駆動を電圧制御する。このとき、電流は、ほとんど流れないため、駆動制御装置１は、可動部材３０の駆動制御に関する消費電力を低減させることができる。

図５は、以上のような駆動装置１を用いて凸レンズを制御する場合の例を説明する図である。図５において、配線や制御部１２については省略している。

図５Ａは、下部電極２２および下部電極２３のいずれも、電源４３に接続されていない場合（「OFF」の状態である場合）を示している。

図５Ａに示されるように、無極性液体２６の上には、可動部材３０として凸レンズ７０が戴置されている。また、基板２１、下部電極２２、下部電極２３、無極性液体２４（撥水コーティング２５）、無極性液体２６、極性液体２７、封止材２８、および上部電極２９は、いずれも無色透明の物質により構成されている。さらに、凸レンズ７０も同様に無色透明のガラスやプラスチック等により構成される。なお、凸レンズ７０の下面（無極性液体２６と接触する面）には、図１の可動部材３０と同様に、撥水コーティング３１が施されている。

図５Ａの状態において、駆動装置１に図中上側から入射し、凸レンズ７０を通過して、下側に出射する光は、矢印７１および矢印７２に示されるように、凸レンズ７０により屈折され、焦点７３に集光する。

このような図５Ａの状態において、下部電極２３が「ＯＮ」状態にされ、電圧が印加されると、極性液体２７は、図５Ｂの状態になり、矢印８１に示されるように下部電極２３付近に濡れ広がり、凸レンズ７０（無極性液体２６）は、それにより押し出され、矢印８２に示されるように図中左側に移動する。図５Ｂの状態において、駆動装置１に図中上側から入射し、凸レンズ７０を通過して、下側に出射する光は、矢印７１および矢印７２に示されるように、凸レンズ７０により屈折され、焦点８３に集光する。つまり、図５Ｂの場合、図５Ａの場合よりも焦点が図中左側に移動する。

また、図５Ａの状態において、下部電極２２が「ＯＮ」状態にされ、電圧が印加されると、極性液体２７は、図５Ｃの状態になり、矢印９１に示されるように下部電極２２付近に濡れ広がり、凸レンズ７０（無極性液体２６）は、それにより押し出され、矢印９２に示されるように図中右側に移動する。図５Ｃの状態において、駆動装置１に図中上側から入射し、凸レンズ７０を通過して、下側に出射する光は、矢印７１および矢印７２に示されるように、凸レンズ７０により屈折され、焦点９３に集光する。つまり、図５Ｃの場合、図５Ａの場合よりも焦点が図中右側に移動する。

以上のように、液体アクチュエータ１１は、凸レンズ７０の駆動を制御することにより焦点位置を制御することができる。このような液体アクチュエータ１１は、例えば、カメラのレンズ部等に利用し、手ぶれ防止機能として駆動制御することができる。

なお、可動部材３０は、凸レンズ７０のような光学レンズ以外にも、ミラーやプリズム等の光学部品であってもよいし、光学部品以外のものであってもよい。

なお、液体アクチュエータ１１が制御する可動部材３０の移動方向は、上述したように左右方向以外であってもよい。ただし、下部電極の配置は、制御方向に応じたものとなる。

図６は、液体アクチュエータ１１を上部電極側（上側）からみた図であり、下部電極の配置の他の例を示す図である。図６においては、駆動制御装置１のうち、下部電極の配置についての説明に必要な部分のみが示されている。下部電極１０１乃至下部電極１０４は、円を描くように配置される。可動部材３０（無極性液体２６）は、点線で示されるように、各下部電極に囲まれるように、下部電極により描かれる円の中心に中心位置がくるように配置される。すなわち、各下部電極は、上から見て可動部材３０の淵に沿って配置される。

各下部電極は、それぞれ、接続選択部４２に接続される。この接続選択部４２を介して、図示せぬ電源に接続された下部電極には、上部電極との間に電圧が印加される。

例えば、接続選択部４２により下部電極１０１に電圧が印加されると、絶縁体２４（撥水コーティング２５）の下部電極１０１上付近に、極性液体２７が濡れ広がり、無極性液体２６を矢印１１１の方向に押す。つまり、可動部材３０は、矢印１１１の方向に（下部電極１０３により重なるように図中右下に）移動する。

これに対して、例えば、接続選択部４２により下部電極１０２に電圧が印加されると、絶縁体２４（撥水コーティング２５）の下部電極１０２上付近に、極性液体２７が濡れ広がり、無極性液体２６を矢印１１２の方向に押す。つまり、可動部材３０は、矢印１１２の方向に（下部電極１０４により重なるように図中左下に）移動する。

さらに、例えば、接続選択部４２により下部電極１０３に電圧が印加されると、絶縁体２４（撥水コーティング２５）の下部電極１０３上付近に、極性液体２７が濡れ広がり、無極性液体２６を矢印１１３の方向に押す。つまり、可動部材３０は、矢印１１３の方向に（下部電極１０４により重なるように図中左上に）移動する。

また、例えば、接続選択部４２により下部電極１０４に電圧が印加されると、絶縁体２４（撥水コーティング２５）の下部電極１０４上付近に、極性液体２７が濡れ広がり、無極性液体２６を矢印１１４の方向に押す。つまり、可動部材３０は、矢印１１４の方向に（下部電極１０４により重なるように図中左上に）移動する。

以上のように、この駆動制御装置１は、４方向に可動部材３０の位置を制御することができる。さらに、接続選択部４２が複数の下部電極に電圧を印加させるようにすることにより、駆動制御装置１は、可動部材３０の位置を、上述した方向を組み合わせた方向にも制御することができる。

図６においては、下部電極が４つの電極により構成されるように説明したが、これに限らず、下部電極の数は任意であり、その下部電極の数や電圧印加の方法によって、駆動制御装置１は、平面上の任意の方向に可動部材の位置を制御するようにすることができる。

なお、この可動部材３０の位置制御を応用することにより、駆動制御装置１は、可動部材３０の運動（移動方向）を制御することもできる。

図７は、液体アクチュエータ１１を上部電極側（上側）からみた図であり、下部電極の配置のさらに他の例を示している。図７においても駆動制御装置１のうち、下部電極の配置についての説明に必要な部分のみが示されている。図７において、複数の下部電極は、下部電極１２１乃至下部電極１２７に示されるように、図中左右方向に直線状に並べられて配置されている。可動部材３０（無極性液体２６）は、それらの下部電極群のうちの、一部の電極である、下部電極１２２乃至下部電極１２４上に配置される。各下部電極はそれぞれ接続選択部４２に接続されている。

図７Ａにおいては、全下部電極（少なくとも、下部電極１２１乃至下部電極１２７）は電源４３と接続されておらず、それらには電圧が印加されていない。つまり、全ての下部電極の状態は「OFF」である。

図７Ｂに示されるように、図７Ａの状態において、接続選択部４２が下部電極１２２に電圧を印加すると、下部電極１２２が「ON」状態になり、下部電極１２２上付近に極性液体２７が濡れ広がるので、可動部材３０（無極性液体２６）は、矢印１３１のように、図中右方向に押し出され、図７Ｃのように移動する。

図７Ｃの状態になると、接続選択部４２は、さらに、下部電極１２２を電源４３から切断して「OFF」の状態にし、下部電極１２３に電圧を印加して「ON」状態に切り替えると、可動部材３０（無極性液体２６）は、さらに、矢印１３２のように、図中右方向に押し出されて移動する。

以上の処理を繰り返し、接続選択部４２は、可動部材３０（無極性液体２６）の図中左側に位置する電極を次々に印加することにより、可動部材３０（無極性液体２６）を図中右方向に連続的に移動させることができる。逆に、接続選択部４２は、可動部材３０（無極性液体２６）の図中右側に位置する電極を次々に印加することにより、可動部材３０（無極性液体２６）を図中左方向に連続的に移動させることもできる。すなわち、接続選択部４２は、印加する電極を可動部材３０（無極性液体２６）の動きに合わせて切り替えていくことにより、可動部材３０（無極性液体２６）を広い範囲で連続的に動かすことができる。

なお、各下部電極の配置を曲線状にすることにより、接続選択部４２は、可動部材３０（無極性液体２６）を曲線状に連続的に移動させることができる。さらに、絶縁膜２４の撥水コーティング２５を、下部電極上のみにすることにより、無極性液体２６（可動部材３０）は、下部電極群上で安定しやすくなり、接続選択部４２による、より急激な制御にも追従することができるようになる。

図８Ａは、液体アクチュエータ１１を上部電極側（上側）からみた図であり、下部電極の配置のさらに他の例を示している。図８Ａにおいては、下部電極の配置と可動部材３０のみが示されており、それ以外は省略されている。図８Ａにおいては、複数の下部電極（下部電極１４１乃至下部電極１６５）が平面上にアレイ状に配置されている。可動部材３０（無極性液体２６）は、その中心が下部電極１５３上になるように、下部電極１４７乃至下部電極１４９、下部電極１５２乃至下部電極１５４、並びに、下部電極１５７乃至下部電極１５９に位置している。

図８Ａの状態において、例えば、接続選択部４２が、可動部材３０（無極性液体２６）の図中下側の下部電極１５７乃至下部電極１５９に電圧を印加すれば、極性液体２７の濡れ広がりにより、可動部材３０（無極性液体２６）は、図中上方向に移動する。また、例えば、接続選択部４２が、可動部材３０（無極性液体２６）の図中上側の下部電極１４７乃至下部電極１４９に電圧を印加すれば、極性液体２７の濡れ広がりにより、可動部材３０（無極性液体２６）は、図中下方向に移動する。さらに、例えば、接続選択部４２が、可動部材３０（無極性液体２６）の図中左側の下部電極１４７、下部電極１５２、および下部電極１５７に電圧を印加すれば、極性液体２７の濡れ広がりにより、可動部材３０（無極性液体２６）は、図中右方向に移動し、接続選択部４２が、可動部材３０（無極性液体２６）の図中右側の下部電極１４９、下部電極１５４、および下部電極１５９に電圧を印加すれば、極性液体２７の濡れ広がりにより、可動部材３０（無極性液体２６）は、図中左方向に移動する。

このように、図８Ａにおいて、印加する電極を可動部材３０（無極性液体２６）の動きに合わせて切り替えていくことにより、接続選択部４２は、図８Ｂに示されるように、可動部材３０（無極性液体２６）を広い範囲で連続的に基板１７１に沿った任意の方向に動かすことができる。また、その可動部材３０（無極性液体２６）の移動方向を途中で任意の方向に切り替えることもできる。つまり、駆動制御装置１は、下部電極群を配置した任意の面上において、任意の方向に自在に、可動部材３０（無極性液体２６）を駆動させることができる。

なお、アレイ状に配置される下部電極の個数は任意である。

以上においては可動部材３０の位置を移動させるように説明したが、これ以外にも、駆動制御装置１は、例えば、可動部材３０を回転させるように制御することも可能である。

図９は、その場合についての駆動制御装置１の構成および動作について説明する図である。図９Ａは、液体アクチュエータ１１を上部電極側（上側）からみた図であり、下部電極の配置のさらに他の例を示している。図９Ａにおいては、下部電極の配置、可動部材３０、および無極性液体のみが示されており、それ以外は省略されている。図９Ａにおいては、複数の下部電極２１１−１乃至下部電極２１１−１２が平面上に円周状に配置されている。なお、以下において、これらの複数の下部電極２１１−１乃至下部電極２１１−１２を互いに区別する必要の無い場合、下部電極２１１と称する。

この下部電極群上には、無極性液体の４つの液滴（無極性液体２０１乃至無極性液体２０４）が配置され、その無極性液体２０１乃至無極性液体２０４の上に、１つの可動部材３０が戴置される。この可動部材３０の下面には、図９Ｂに示されるように、図中下方向に向かって４つの凸部（凸部２２１乃至凸部２２４）が設けられている。これらの凸部の上面、すなわち、図中下側の面には、撥水コーティング３１が施されており、上述した４つの液滴（無極性液体２０１乃至無極性液体２０４）が、それぞれ付着するようになされている。

このように、可動部材３０の下面に撥水コーティングを施した凸部を設け、その凸部に無極性液体を付着させることにより、無極性液体の付着位置が周囲の面より物理的に乖離されるので、可動部材３０における無極性液体（無極性液体２０１乃至無極性液体２０４）の付着位置を、より安定させることができる。

以上のように、可動部材３０は、その凸部（凸部２２１乃至凸部２２４）において、無極性液体（無極性液体２０１乃至無極性液体２０４）上に戴置される。また、絶縁膜２４も、接続選択部４２に接続された下部電極２１１上の部分のみが撥水コーティングされており、無極性液体２０１乃至無極性液体２０４は、図９Ａに示されるように、下部電極２１１上で安定するようになされている。

すなわち、４つの無極性液体（無極性液体２０１乃至無極性液体２０４）は、１つの可動部材３０を、下部電極２１１上に図９Ａに示されるような状態で安定させるように、絶縁膜２４に対して駆動可能に固定する。

接続選択部４２が、図９Ｃに示されるように、下部電極２１１−１乃至下部電極２１１−１２のうち、所定の下部電極、例えば、下部電極２１１−３、下部電極２１１−６、下部電極２１１−９、および下部電極２１１−１２を電源４３に接続し、電圧を印加させると、極性液体２７の濡れ広がりにより、無極性液体２０１乃至無極性液体２０４は、矢印２３１乃至矢印２３４に示されるように、それぞれ、下部電極２１１−１乃至下部電極２１１−１２が形成する円周方向に押し出される。つまり、無極性液体２０１乃至無極性液体２０４は、下部電極２１１−１乃至下部電極２１１−１２が形成する円周方向の、互いに同じ向きに、互いに同じ長さだけ移動する。

この無極性液体２０１乃至無極性液体２０４の動きに伴って、可動部材３０も、矢印２３１乃至矢印２３４に示されるように、下部電極２１１−１乃至下部電極２１１−１２が形成する円周の中心を回転軸として、その円周方向に回転する。

接続選択部４２は、電圧を印加する下部電極を、可動部材３０の回転（無極性液体２０１乃至無極性液体２０４の動き）に合わせて、タイミングよく、切り替えていくことにより、上述した可動部材３０の回転制御を連続的に行い、可動部材３０を継続的に回転させることができる。

図１０は、図９に示されるような駆動制御装置１の応用例を示す図である。図１０においては、駆動制御装置１の、説明に必要な部分のみが示されている。

図１０において、無極性液体２０１乃至無極性液体２０４の上には、可動部材３０の代わりに磁性体２５０が戴置されている。この磁性体２５０は、図９に示される可動部材３０と同様に円盤状であり、その下面に４つの凸部（凸部２５１乃至凸部２５４）を有している。これらの凸部の上面、すなわち、図中下側の面には、図９の場合と同様に撥水コーティング３１が施されており、そこに、無極性液体２０１乃至無極性液体２０４がそれぞれ付着されている。

つまり、１つの磁性体２５０も、図９の可動部材３０と同様に、４つの無極性液体（無極性液体２０１乃至無極性液体２０４）により、下部電極上に、絶縁膜２４に対して駆動可能に固定されている。従って、磁性体２５０は、上述した可動部材３０と同様に、下部電極への電圧の印加が切り替えられることにより、無極性液体２０１乃至無極性液体２０４の動きに合わせて回転する。

封止材２８の図中上には、軸２６１に回転可能に設けられた磁性体２６２が設置されている。この軸２６１の中心は、磁性体２５０の回転軸と一致するように設けられる。すなわち、磁性体２５０と磁性体２６２は、共通の回転軸２６３を軸として回転する。また、磁性体２５０と磁性体２６２は、互いの磁界の中に位置し、互いに影響を及ぼす。

図１０において、例えば、図示せぬ接続選択部４２により、下部電極への電圧の印加が切り替えられ、図９を参照して説明したように無極性液体２０１乃至無極性液体２０４が下部電極上を移動し、磁性体２５０が回転軸２６３を回転軸として、矢印２７１および矢印２７２に示されるように回転すると、その磁性体２５０の磁力により、磁性体２６２も回転軸２６３を軸として、矢印２８１および矢印２８２に示されるように回転する。

以上のように、駆動制御装置１は、可動部材３０を駆動させることにより、封止材２８の外部の回転機構をより簡単な構成でより正確に回転させることもでき、例えば、サーボモータ等に利用可能である。

駆動制御装置１の液体アクチュエータ１１の形状は、上述した以外であってももちろんよく、球状や円筒状等であってもよい。また、可動部材３０の移動する面は平面であっても曲面であってもよい。可動部材３０の動作も上述した以外であってもよいし、複数の動作を組み合わせたものであってもよい。さらに、複数の可動部材３０を同時に制御するようにしてもよく、その場合、各可動部材３０の大きさ、形状、材質、および動作が互いに異なるようにしてもよい。

なお、液体アクチュエータ１１は、可動部材３０（無極性液体２６）の周辺が、図１に示されるように極性液体２７により常に満たされていればよく、実際に、極性液体２７が封止材２８により封止されていなくてもよい。例えば、フィン付き可動部材３０を回転させて周囲の極性液体２７を一方向に流動させるようにし、液体アクチュエータ１１を、極性液体２７のポンプとして動作させるようにしてもよい。この場合においても、常に可動部材３０周辺が極性液体２７に満たされていれば、図１のように封止されている状態と実質的に同じである。

上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。この場合、例えば、駆動制御部４１は、図１１に示されるようなパーソナルコンピュータとして構成されるようにしてもよい。

図１１において、パーソナルコンピュータ３００のCPU（Central Processing Unit）３０１は、ROM（Read Only Memory）３０２に記憶されているプログラム、または記憶部３１３からRAM（Random Access Memory）３０３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM３０３にはまた、CPU３０１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。

CPU３０１、ROM３０２、およびRAM３０３は、バス３０４を介して相互に接続されている。このバス３０４にはまた、入出力インタフェース３１０も接続されている。

入出力インタフェース３１０には、キーボード、マウスなどよりなる入力部３１１、CRT（Cathode Ray Tube）、LCD（Liquid Crystal Display）などよりなるディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部３１２、ハードディスクなどより構成される記憶部３１３、モデムなどより構成される通信部３１４が接続されている。通信部３１４は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。

入出力インタフェース３１０にはまた、必要に応じてドライブ３１５が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア３２１が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部３１３にインストールされる。

上述した一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からインストールされる。

この記録媒体は、例えば、図１１に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む）、光磁気ディスク（ＭＤ（Mini-Disk）（登録商標）を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア３２１により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されているROM３０２や、記憶部３１３に含まれるハードディスクなどで構成される。

なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

また、本明細書において、システムとは、複数のデバイス（装置）により構成される装置全体を表すものである。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

本発明を適用した駆動制御装置の外観の構成例を示す図である。 可動部材の移動の様子の例を説明する図である。 可動部材の移動の様子の例を説明する図である。 駆動制御処理の流れの例を説明するフローチャートである。 液体アクチュエータの応用例を説明する図である。 下部電極の配置例を説明する図である。 下部電極の他の配置例を説明する図である。 下部電極のさらに他の配置例を説明する図である。 液体アクチュエータの他の応用例を説明する図である。 液体アクチュエータの、さらに他の応用例を説明する図である。 本発明の一実施形態を適用したパーソナルコンピュータの構成例を示す図である。

符号の説明

１ 駆動位置制御装置， １１ 液体アクチュエータ， １２ 制御部， ２１ 基板， ２２および２３ 下部電極， ２４ 絶縁膜， ２５ 撥水コーティング， ２６ 無極性液体， ２７ 極性液体， ２８ 封止材， ２９ 上部電極， ３０ 可動部材， ３１ 撥水コーティング， ４１ 駆動制御部， ４２ 接続選択部， ４３ 電源

Claims (11)

1. 可動部材の駆動を制御する駆動制御装置であって、
   第１の電極が形成される表面上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の表面の一部または全部が撥水加工されている、若しくは、前記絶縁膜の一部または全部が撥水性の素材により形成される基板と、
   極性を有していない無極性液体により、前記基板の表面上に駆動可能に固定された前記可動部材と、
   前記可動部材および前記無極性液体の周囲を満たす、極性を有する極性液体と、
   前記第１の電極との間に所定の電圧が印加される第２の電極と
   を有し、
   前記第１の電極と電源との接続を制御する接続制御手段と、
   前記接続制御手段を制御して、前記電源を前記第１の電極に接続させることにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記所定の電圧を印加させ、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧印加により前記極性液体の濡れ性を変化させ、前記極性液体の変形により前記無極性液体を移動させ、前記無極性液体の移動により前記可動部材を駆動させる可動部材駆動制御手段と
   を備える駆動制御装置。
2. 前記第２の電極は、前記極性液体に接するように配置される
   請求項１に記載の駆動制御装置。
3. 前記第１の電極は複数の電極により構成され、前記接続制御手段は、前記第１の電極の複数の中から選択した１つまたは複数の電極を前記電源に接続する
   請求項１に記載の駆動制御装置。
4. 前記複数の電極は、前記基板の表面上に直線状または曲線状に配置され、
   前記接続制御手段は、前記可動部材の動きに応じて前記電源に接続する電極を切り替えることにより、前記可動部材を、直線状または曲線状に配置された前記複数の電極に沿って移動させる
   請求項３に記載の駆動制御装置。
5. 前記複数の電極は、前記基板の表面上にアレイ状に配置され、
   前記接続制御手段は、前記可動部材の動きに応じて前記電源に接続する電極を切り替えることにより、前記可動部材を、アレイ状に配置された前記複数の電極上を任意の方向に移動させる
   請求項３に記載の駆動制御装置。
6. 前記複数の電極は、前記基板の表面上に円周状に配置され、
   前記接続制御手段は、前記可動部材の動きに応じて前記電源に接続する電極を切り替えることにより、前記無極性液体を、円周状に配置された前記複数の電極に沿って移動させ、前記可動部材を前記基板の表面に平行な方向に回転運動させる
   請求項３に記載の駆動制御装置。
7. 前記無極性液体、前記可動部材、および前記極性液体を封止する封止材をさらに有する
   請求項１に記載の駆動制御装置。
8. 前記可動部材は、前記無極性液体に接する面の一部または全部が撥水加工されている、若しくは、前記可動部材の一部または全部が撥水性の素材により形成される
   請求項１に記載の駆動制御装置。
9. 前記可動部材は光学レンズ、ミラー、またはプリズムである
   請求項１に記載の駆動制御装置。
10. 極性を有していない無極性液体により、第１の電極が形成される表面上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の表面の一部または全部が撥水加工されている、若しくは、前記絶縁膜の一部または全部が撥水性の素材により形成される基板の表面上に駆動可能に固定された可動部材であって、前記可動部材および前記無極性液体の周囲が極性を有する極性液体により満たされた前記可動部材の駆動を制御する駆動制御装置の駆動制御方法であって、
    前記第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧を印加させ、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧印加により前記極性液体の濡れ性を変化させ、前記極性液体の変形により前記無極性液体を移動させ、前記無極性液体の移動により前記可動部材を駆動させる
    ステップを含む駆動制御方法
11. 極性を有していない無極性液体により、第１の電極が形成される表面上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の表面の一部または全部が撥水加工されている、若しくは、前記絶縁膜の一部または全部が撥水性の素材により形成される基板の表面上に駆動可能に固定された可動部材であって、前記可動部材および前記無極性液体の周囲が極性を有する極性液体により満たされた前記可動部材の駆動を制御する処理をコンピュータに行わせるプログラムであって、
    前記第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧を印加させ、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧印加により前記極性液体の濡れ性を変化させ、前記極性液体の変形により前記無極性液体を移動させ、前記無極性液体の移動により前記可動部材を駆動させる
    ステップを含むプログラム

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