JPH04325883A - 平面型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ＦＡＸ等の紙
送り機構や、光ディスクドライブ等の微小駆動機構とし
て用いられる平面型アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、静電力を利用したアクチュエータ
としては、多結晶Ｓｉからなるマイクロ静電モータや、
「ＰＯＬＹＳＩＬＩＣＯＮ　ＭＩＣＲＯＳＴＲＵＣＴＵ
ＲＥＳ　ＴＯ　ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＥ　ＳＴＡＴＩ
ＣＦＲＩＣＴＩＯＮ」というタイトルで、ＭＥＭＳ　１
９９０，１１〜１４，Ｆｅｂ．に開示されているように
、多結晶Ｓｉからなるくし歯型アクチュエータなるもの
がある。また、「フィルム静電アクチュエータ、１００
μｍピッチモデルの製作」というタイトルで、平成２年
電気学会全国大会、７−１５２　に開示されているよう
に、絶縁体内に帯状の電極の形成された固定子と、絶縁
体と高抵抗体の層をもつ移動子とからなる平面型静電ア
クチュエータなるものがある。さらには、超音波駆動機
構として、超音波モータをより一段と微小化するために
、誘電体層を介して対向する共通電極と各個別電極との
間に電圧を印加して静電力により振動部材に振動を発生
させ、これによりその振動部材の振動を楕円運動に変換
することにより駆動力を得る振動子型アクチュエータな
るものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】多結晶Ｓｉを材料とし
たマイクロ静電モータ、或いは、くし歯型アクチュエー
タにおいては、それ自体は回転、若しくは、左右に振動
するものの、その得られた力を外部に取り出すことがで
きない。平面型静電アクチュエータにおいては、その平
面型の移動子は高抵抗体でなければならず、このため動
かし得るものに限界がある。

【０００４】また、超音波の共振を利用した振動子型ア
クチュエータにおいては、共通電極と各個別電極との間
に電圧を印加して得られた振動を楕円運動に変換して駆
動力を得ている。しかしこのような方法では、その変位
量を大きくし、或いは、駆動力を高めるために、液晶等
の誘電体を両電極間に充填する必要があり、その製造プ
ロセスが複雑化する。そこで、このような振動子型アク
チュエータにおける問題をなくすために、共通電極及び
個別電極をくし歯状構造とした。しかしながら、振動部
材の振動方向は基板に対して平行な平面方向であるため
、駆動部の幅が振動部材の厚みに限定されてしまうこと
になる。また、この場合、平面型アクチュエータとして
用いる場合、機器への取付けが複雑化する等の不具合も
ある。

【０００５】さらに、圧電材料を利用した平面型アクチ
ュエータとしては、定在波を利用した超音波モータが発
表されている。すなわち、図４の超音波振動素子（振動
部材）１に示すように、屈曲振動８次共振モード２、図
５の超音波振動素子（振動部材）３に示す縦振動１次共
振モード４を利用したものがある。これら２つのモード
２，４を利用することにより、それら両端部１ａ，１ｂ
、３ａ，３ｂを加圧接触させ、そのローラと基板との間
に物体を挿入することにより、その物体を移動させるこ
とができる。しかしながら、これまでの圧電方式の超音
波モータでは、圧電材料の微細加工が困難であるため、
超小型化（数ｍｍ以下）、低コスト化には自ずと限界が
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明では
、両端若しくはその一端が梁により支持された高抵抗性
基板の中央に振動部の形成された振動部材を設け、前記
振動部の下方に誘電体層を介して複数個の固定電極の形
成された固定部材を設け、前記固定電極と前記振動部と
の間に静電力を発生させることにより前記振動部に共振
モードの変位を起こさせる屈曲振動発生手段を設けた。

【０００７】請求項２記載の発明では、両端若しくはそ
の一端が梁により支持された高抵抗性基板の中央に振動
部が形成されこの振動部上に複数個の振動電極の形成さ
れた振動部材を設け、前記振動電極の下方に誘電体層を
介して固定電極の形成された固定部材を設け、前記固定
電極と前記振動電極との間に静電力を発生させることに
より前記振動部に共振モードの変位を起こさせる屈曲振
動発生手段を設けた。

【０００８】

【作用】本発明においては、屈曲振動発生手段により振
動部材に共振モードの変位を起こさせる極微小な平面型
アクチュエータを比較的簡単なプロセスにて、しかも、
低コストで実現することが可能となる。

【０００９】

【実施例】請求項１記載の発明の一実施例を図１〜図３
に基づいて説明する。図１は、平面型アクチュエータの
外観構成を示すものであり、図２はそのＡ−Ａ断面の様
子を示すものである。平面型アクチュエータは、その上
部に高抵抗性基板からなる振動部材５が設けられ、その
下方には図示しない誘電体層を介して、固定部材６が設
けられている。前記振動部材５は、その両端が複数本の
梁７により支持されており、これら複数本の梁７に支持
された中央部には振動部８が形成されている。その振動
部８の下方に位置する前記固定部材６の表面には複数個
の固定電極９が形成されている。従って、振動部材５の
下方には、誘電体層−空気層−誘電体層を介して、固定
電極６が形成されていることになる。また、ここでは、
前記固定電極９と前記振動部５との間に静電力を発生さ
せることにより前記振動部５に共振モードの変位を起こ
させる図示しない屈曲振動発生手段が設けられている。

【００１０】このような構成において、固定電極９は、
ａ１，ｂ１、…、ａｉ，ｂｉ、…の各一組の電極からな
っている。今、ａ１，ａ２，ａ３，…に＋の電位を、ｂ
１，ｂ２，ｂ３，…に−の電位をそれぞれ印加すると、
誘電体層を介して、高抵抗部材からなる振動部材５の振
動部８にはそれぞれ反対符号の電荷が誘起、すなわち、
ａ１，ａ２，ａ３，…の上部には−の電荷、ｂ１，ｂ２
，ｂ３，…の上部には＋の電荷がそれぞれ誘起される。 この場合、ａ１，ａ２，ａ３，…及びｂ１，ｂ２，ｂ３
，…にそれぞれ、−，＋の電圧を印加すると、振動部８
に誘起された電荷は直ちには消滅しないため、その振動
部材５と下部の固定電極９との間には反発力が働く。従
って、平板の長手方向に高密度に固定電極ａｉ，ｂｉ（
ｉ＝１から６４）を形成し、ｉ番目の固定電極９にａｓ
ｉｎπ／８ｉ（ａは定数）の強度をもった正弦波電圧を
印加し、さらに、ａとｂとは＋⇔−のスイッチングをす
ることにより、前述した図４の屈曲８次モードの振動を
得ることができる。 なお、この時の高抵抗部材の抵抗としては、表面抵抗が
１０１３Ω／□程度が望ましい。また、前述の正弦波電
圧に位相をπ／６４ずつずらした同周期の正弦波電圧を
重畳することにより、振動部材５に振動の定在波を実現
することができる。

【００１１】次に、平面型アクチュエータの製造方法を
図３（ａ）〜（ｆ）に基づいて説明する。まず、Ｃ−Ｓ
ｉ基板１０上にナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）１１、Ａｌ
１２を順次積層し、固定電極９となる電極ａｉ，ｂｉを
それぞれ６４個ずつ、約３ｍｍの長さだけ形成するよう
に、フォトリソグラフィー、及び、エッチングを行う（
ａ，ｂ）。次に、そのＡｌ層１２の上部に、誘電体層と
してＳｉ３Ｎ４１３（或いは、ルチル等）の高い比誘電
率をもつ物質をスパッタで約１μｍだけ形成した後、そ
の上部にＳｉＯ２　１４を約２μｍだけ４３０°Ｃにて
成膜する（ｃ）。次に、Ｓｉ３Ｎ４１５（或いは、ルチ
ル）をスパッタした後、ｐｏｌｙ−Ｓｉ１６を約３μｍ
だけ６３０°Ｃにて成膜する（ｄ）。なお、固相拡散に
よる不純物ドーピングを随時行い、抵抗層の抵抗を最適
化する。次に、フルオロカーボンのドライエッチングを
行い、ｐｏｌｙ−Ｓｉ１６、Ｓｉ３Ｎ４１５を図１に示
すような形状にパターンニングする（ｅ）。最後に、Ｓ
ｉＯ２　１４をＨＦ水溶液にて除去することにより上部
に振動部材５及び振動部８を作製することができる（ｆ
）。

【００１２】次に、請求項２記載の発明の一実施例につ
いて説明する。ここでは、前述した図１の構成において
、高抵抗性基板からなる振動部８上に複数個の図示しな
い振動電極を形成するものである。ただし、ここでは、
その振動電極は、固定部材６の固定電極９と対向する振
動部材５の下層側に位置して設けられている。また、そ
の固定電極９は、前述したような複数個別個に設けるも
のではなく、共通電極とされている。

【００１３】この場合、振動部材５に形成される導電性
の振動電極を作製する方法としては、前述した図３の製
造工程（ｄ）において、ｐｏｌｙ−Ｓｉ１６の作製の際
に、Ｐ（リン）をドーピングすればよい。また、振動部
材５の下層側に形成される振動電極としては、例えば、
１２８個を設け、それぞれに位相をπ／１６ずつずらし
た正弦波電圧と、これらのそれぞれに位相をπ／１２８
ずつずらした正弦波電圧を重畳して加えることにより、
振動部材５に振動の定在波を実現することができる。

【００１４】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、両端若しくはそ
の一端が梁により支持された高抵抗性基板の中央に振動
部の形成された振動部材を設け、前記振動部の下方に誘
電体層を介して複数個の固定電極の形成された固定部材
を設け、前記固定電極と前記振動部との間に静電力を発
生させることにより前記振動部に共振モードの変位を起
こさせる屈曲振動発生手段を設けたので、その屈曲振動
発生手段により振動部材に共振モードの変位を起こさせ
る極微小な平面型アクチュエータを比較的簡単なプロセ
スにて、しかも、低コストで実現することが可能となる
ものである。

【００１５】請求項２記載の発明は、両端若しくはその
一端が梁により支持された高抵抗性基板の中央に振動部
が形成されこの振動部上に複数個の振動電極の形成され
た振動部材を設け、前記振動電極の下方に誘電体層を介
して固定電極の形成された固定部材を設け、前記固定電
極と前記振動電極との間に静電力を発生させることによ
り前記振動部に共振モードの変位を起こさせる屈曲振動
発生手段を設けたので、振動部材の抵抗を最適化するこ
となしに、請求項１記載の発明と同様な効果を得ること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の一実施例を示す平面型ア
クチュエータの斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面の様子を示す断面図である。

【図３】平面型アクチュエータの製造工程を示す工程図
である。

【図４】振動部材に発生する屈曲振動８次共振モードの
様子を示す動作説明図である。

【図５】振動部材に発生する縦振動１次共振モードの様
子を示す動作説明図である。

【符号の説明】

５　　　　　　振動部材 ６　　　　　　固定部材 ７　　　　　　梁 ８　　　　　　振動部 ９　　　　　　固定電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　両端若しくはその一端が梁により支持
   された高抵抗性基板の中央に振動部の形成された振動部
   材と、前記振動部の下方に誘電体層を介して複数個の固
   定電極の形成された固定部材と、前記固定電極と前記振
   動部との間に静電力を発生させることにより前記振動部
   に共振モードの変位を起こさせる屈曲振動発生手段とに
   よりなることを特徴とする平面型アクチュエータ。
2. 【請求項２】　　両端若しくはその一端が梁により支持
   された高抵抗性基板の中央に振動部が形成されこの振動
   部上に複数個の振動電極の形成された振動部材と、前記
   振動電極の下方に誘電体層を介して固定電極の形成され
   た固定部材と、前記固定電極と前記振動電極との間に静
   電力を発生させることにより前記振動部に共振モードの
   変位を起こさせる屈曲振動発生手段とによりなることを
   特徴とする平面型アクチュエータ。