JPH08168099A - 静電アクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents
静電アクチュエータおよびその製造方法Info
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- JPH08168099A JPH08168099A JP31170394A JP31170394A JPH08168099A JP H08168099 A JPH08168099 A JP H08168099A JP 31170394 A JP31170394 A JP 31170394A JP 31170394 A JP31170394 A JP 31170394A JP H08168099 A JPH08168099 A JP H08168099A
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- film
- insulating
- electrodes
- electrode
- electrostatic actuator
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- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極面積を広くとることで大きな力を発生さ
せることができ、層間配線の実施が容易な、動作時にヒ
ステリシスを生じない積層型静電アクチュエータを提供
する。 【構成】 一方の面に電極を設け他方の面に絶縁性スペ
ーサを設けた絶縁性フィルムを作製し、それをロール状
に巻くことにより、前記絶縁性スペーサを介して互いに
電気的に独立の電極が設けられた絶縁性フィルムを複数
層積層する。
せることができ、層間配線の実施が容易な、動作時にヒ
ステリシスを生じない積層型静電アクチュエータを提供
する。 【構成】 一方の面に電極を設け他方の面に絶縁性スペ
ーサを設けた絶縁性フィルムを作製し、それをロール状
に巻くことにより、前記絶縁性スペーサを介して互いに
電気的に独立の電極が設けられた絶縁性フィルムを複数
層積層する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータ、特に
静電引力を用いて変位制御を行う静電アクチュエータに
関するものである。
静電引力を用いて変位制御を行う静電アクチュエータに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年半導体フォトリソプロセス等の微細
加工技術を用いたマイクロマシニング技術の分野で、静
電アクチュエータの研究開発が盛んに行われている。そ
の理由として、構造がシンプルで微細化に適しており、
小型化に際して、電極間距離を短くでき、大きな静電力
を得ることができることが挙げられる。
加工技術を用いたマイクロマシニング技術の分野で、静
電アクチュエータの研究開発が盛んに行われている。そ
の理由として、構造がシンプルで微細化に適しており、
小型化に際して、電極間距離を短くでき、大きな静電力
を得ることができることが挙げられる。
【０００３】静電アクチュエータの駆動原理にはいくつ
かの種類があり、その中に、導電性の平行平板を対向さ
せて電圧をかけたときに発生する静電引力を用いる形式
がある。
かの種類があり、その中に、導電性の平行平板を対向さ
せて電圧をかけたときに発生する静電引力を用いる形式
がある。
【０００４】この形式のアクチュエータは、図１１のよ
うにモデル化することができ、その変位量は下記式
（Ｉ）で与えられる。
うにモデル化することができ、その変位量は下記式
（Ｉ）で与えられる。
【０００５】
【数１】 ｋｘ＝ε0ＳＶ2／｛２（ｄ−ｘ）2｝ ・・・（Ｉ） 上記式中、ｋはバイアスバネ３１０のバネ定数、ｘは可
動電極３０２の中立位置からの変位量、ε0は真空の誘
電率、Ｖは印加電圧、ｄは中立時の可動電極３０２と固
定電極３０３の電極間距離、Ｓは可動電極３０２と固定
電極３０３の面積である。
動電極３０２の中立位置からの変位量、ε0は真空の誘
電率、Ｖは印加電圧、ｄは中立時の可動電極３０２と固
定電極３０３の電極間距離、Ｓは可動電極３０２と固定
電極３０３の面積である。
【０００６】この形式のアクチュエータの発生力は（ｄ
−ｘ）の二乗に逆比例するため、発生力を大きくするに
は、ｄをなるべく小さくすることが望ましい。しかしな
がら、電極ギャップを小さくすると、アクチュエータの
ストロークが小さくなってしまうというジレンマがあっ
た。
−ｘ）の二乗に逆比例するため、発生力を大きくするに
は、ｄをなるべく小さくすることが望ましい。しかしな
がら、電極ギャップを小さくすると、アクチュエータの
ストロークが小さくなってしまうというジレンマがあっ
た。
【０００７】そこで、ストロークを大きくするために、
アクチュエータを積層構造にすることが考えられた。現
在提案されている典型的な積層型静電アクチュエータを
以下に２例述ベる。
アクチュエータを積層構造にすることが考えられた。現
在提案されている典型的な積層型静電アクチュエータを
以下に２例述ベる。
【０００８】ノースカロライナ大学のボビオらは、基板
上に塗布した２〜４μｍ厚のポリイミド塗布膜をフォト
リソグラフィ技術でパターニングしたのち、電極を斜方
蒸着することで、小さなセル状のアクチュエータを多数
アレイ状に作成し、積層型の静電アクチュエータを作成
している（Stephan M. Bobbio et al., "IntegratedFor
ce Arrays,"Proceedings for Micro Electro Mechanica
l Systems, Feb. 7-10, 1993, p.149-154）。
上に塗布した２〜４μｍ厚のポリイミド塗布膜をフォト
リソグラフィ技術でパターニングしたのち、電極を斜方
蒸着することで、小さなセル状のアクチュエータを多数
アレイ状に作成し、積層型の静電アクチュエータを作成
している（Stephan M. Bobbio et al., "IntegratedFor
ce Arrays,"Proceedings for Micro Electro Mechanica
l Systems, Feb. 7-10, 1993, p.149-154）。
【０００９】また、東北大学の江刺らは、電極を挟み込
んだ絶縁体のフィルムを波状に積層することでアクチュ
エータを作製することを提案している（特開平５−２５
２７６０）。
んだ絶縁体のフィルムを波状に積層することでアクチュ
エータを作製することを提案している（特開平５−２５
２７６０）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボビオ
らのポリイミド塗布膜をフォトリソグラフィ技術でパタ
ーニングして作製する形式のアクチュエータは、電極を
斜方蒸着して作製するので、一層当たりの電極面積を広
くすることができず、発生力が非常に弱いという問題点
があった。
らのポリイミド塗布膜をフォトリソグラフィ技術でパタ
ーニングして作製する形式のアクチュエータは、電極を
斜方蒸着して作製するので、一層当たりの電極面積を広
くすることができず、発生力が非常に弱いという問題点
があった。
【００１１】また、江刺らのフィルムを波状に積層する
タイプのアクチュエータは、電極面積を広く取れ、大き
な発生力を得ることができるが、小型化に際して層間配
線を行うのが困難なのが欠点である。また、駆動する際
に接触が起こるため、ヒステリシスが生じるという問題
もある。
タイプのアクチュエータは、電極面積を広く取れ、大き
な発生力を得ることができるが、小型化に際して層間配
線を行うのが困難なのが欠点である。また、駆動する際
に接触が起こるため、ヒステリシスが生じるという問題
もある。
【００１２】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたものであり、（１）電極面積を広くとる
ことで大きな力を発生させることができ、（２）層間配
線の実施が容易な、（３）動作時にヒステリシスを生じ
ない 積層型静電アクチュエータおよびその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
鑑みてなされたものであり、（１）電極面積を広くとる
ことで大きな力を発生させることができ、（２）層間配
線の実施が容易な、（３）動作時にヒステリシスを生じ
ない 積層型静電アクチュエータおよびその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、一方の面に電
極を設けた絶縁性フィルムが空隙を保って積層されてい
る静電アクチュエータにおいて、前記絶縁性フィルムは
電極の設けられている面の反対側の面に絶縁性スペーサ
を有し、該絶縁性フィルムがロール状に複数層積層され
ており、積層方向で対向する電極同士は互いに電気的に
独立であることを特徴とする静電アクチュエータを提供
する。
極を設けた絶縁性フィルムが空隙を保って積層されてい
る静電アクチュエータにおいて、前記絶縁性フィルムは
電極の設けられている面の反対側の面に絶縁性スペーサ
を有し、該絶縁性フィルムがロール状に複数層積層され
ており、積層方向で対向する電極同士は互いに電気的に
独立であることを特徴とする静電アクチュエータを提供
する。
【００１４】さらに本発明は、フィルム状絶縁性材料の
一方の面に電極を設ける工程と他方の面に絶縁性スペー
サを設ける工程により、異なる面にそれぞれ電極と絶縁
性スペーサを有する絶縁性フィルムを得て、該フィルム
をロール状に巻くことにより、前記絶縁性スペーサを介
して互いに電気的に独立の電極が設けられた絶縁性フィ
ルムを複数層積層することを特徴とする静電アクチュエ
ータの製造方法を提供する。
一方の面に電極を設ける工程と他方の面に絶縁性スペー
サを設ける工程により、異なる面にそれぞれ電極と絶縁
性スペーサを有する絶縁性フィルムを得て、該フィルム
をロール状に巻くことにより、前記絶縁性スペーサを介
して互いに電気的に独立の電極が設けられた絶縁性フィ
ルムを複数層積層することを特徴とする静電アクチュエ
ータの製造方法を提供する。
【００１５】本発明の静電アクチュエータに用いる絶縁
性フィルムの材質としては、絶縁性を有する材料であれ
ば特に制限はなく、例えばＰＥＴやポリアミドフィルム
等の高分子フィルムを用いることができる。その中で
も、ポリイミドフィルムを用いることにより、耐熱性に
優れたアクチュエータを作ることができる。フィルムの
耐熱性が向上すると接着工程などのプロセスの選択の自
由度が広がり、また応用時の適用範囲が広がることは言
うまでもない。
性フィルムの材質としては、絶縁性を有する材料であれ
ば特に制限はなく、例えばＰＥＴやポリアミドフィルム
等の高分子フィルムを用いることができる。その中で
も、ポリイミドフィルムを用いることにより、耐熱性に
優れたアクチュエータを作ることができる。フィルムの
耐熱性が向上すると接着工程などのプロセスの選択の自
由度が広がり、また応用時の適用範囲が広がることは言
うまでもない。
【００１６】フィルムの厚さを小さくすると、電極間距
離が短くなり、発生力が増すので好ましいが、その反
面、作製時のハンドリングが困難となることから、例え
ばポリイミドフィルムを用いた場合には、フィルムの厚
さは５〜５０μｍ程度とすることが好ましい。
離が短くなり、発生力が増すので好ましいが、その反
面、作製時のハンドリングが困難となることから、例え
ばポリイミドフィルムを用いた場合には、フィルムの厚
さは５〜５０μｍ程度とすることが好ましい。
【００１７】また、スペーサは、別体で作成してフィル
ムに接着してもよいし、フィルム状絶縁性材料の一方の
面をエッチングして、絶縁性フィルムとスペーサを一体
形成してもよい。フィルム状材料をエッチングして絶縁
性フィルムとスペーサを一体形成すると、別体のスペー
サを接着する工程が不要となり、スペーサの取付け位置
精度も向上する。
ムに接着してもよいし、フィルム状絶縁性材料の一方の
面をエッチングして、絶縁性フィルムとスペーサを一体
形成してもよい。フィルム状材料をエッチングして絶縁
性フィルムとスペーサを一体形成すると、別体のスペー
サを接着する工程が不要となり、スペーサの取付け位置
精度も向上する。
【００１８】さらに、前記電極を形成するには、導電性
ペーストを塗布する方法や、電解メッキによる方法、真
空蒸着法などが考えられるが、膜厚が薄く均一な電極を
作ることができ、金属膜の内部応力を小さく抑えること
ができ、フォトリソグラフィにて電極をパターニングす
ることが容易であるという点において、スパッタリング
法や電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法等の真空蒸着法
が好ましい。なお、電極の形成は、上記の絶縁性スペー
サ形成前に行っても、その形成後に行ってもよい。
ペーストを塗布する方法や、電解メッキによる方法、真
空蒸着法などが考えられるが、膜厚が薄く均一な電極を
作ることができ、金属膜の内部応力を小さく抑えること
ができ、フォトリソグラフィにて電極をパターニングす
ることが容易であるという点において、スパッタリング
法や電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法等の真空蒸着法
が好ましい。なお、電極の形成は、上記の絶縁性スペー
サ形成前に行っても、その形成後に行ってもよい。
【００１９】上記の構成を有する本発明の静電アクチュ
エータでは、電極面積がプロセス等に制約されることが
なく、電極の面積を大きくすることで発生力の大きなも
のとすることができる。また、絶縁性フィルム上に電極
と層間配線がパターニングされているので、積層工程の
後に層間配線を別工程で行う必要がなく、作製が容易で
ある。また、作動時に接触する部分がないので、ヒステ
リシスが生じない。
エータでは、電極面積がプロセス等に制約されることが
なく、電極の面積を大きくすることで発生力の大きなも
のとすることができる。また、絶縁性フィルム上に電極
と層間配線がパターニングされているので、積層工程の
後に層間配線を別工程で行う必要がなく、作製が容易で
ある。また、作動時に接触する部分がないので、ヒステ
リシスが生じない。
【００２０】本発明の静電アクチュエータでは、対向す
る電極間に電圧を印加すると、その電極同士に静電引力
が働き、絶縁性フィルムに分布荷重が負荷されることに
なる。すると、絶縁性フィルムはスペーサを支点とし
て、絶縁性フィルムの曲げ剛性と静電引力による分布荷
重が釣り合うように撓むことになる。すなわち、前記フ
ィルムの曲げ剛性がアクチュエータのバイアスバネとし
て働くことになる。このバイアスバネのバネ常数は、絶
縁性フィルムと電極材料のヤング率および厚さ、ならび
にフィルムの幅とスペーサの間隔によって決定される。
る電極間に電圧を印加すると、その電極同士に静電引力
が働き、絶縁性フィルムに分布荷重が負荷されることに
なる。すると、絶縁性フィルムはスペーサを支点とし
て、絶縁性フィルムの曲げ剛性と静電引力による分布荷
重が釣り合うように撓むことになる。すなわち、前記フ
ィルムの曲げ剛性がアクチュエータのバイアスバネとし
て働くことになる。このバイアスバネのバネ常数は、絶
縁性フィルムと電極材料のヤング率および厚さ、ならび
にフィルムの幅とスペーサの間隔によって決定される。
【００２１】撓み量はスペーサ間の中間部にて最大とな
るが、この部位に次段のスペーサを配置することで、積
層されたフィルムの撓みを積算して、アクチュエータの
変位とすることができる。必要なストローク量に応じて
積層数は任意に決めることができる。
るが、この部位に次段のスペーサを配置することで、積
層されたフィルムの撓みを積算して、アクチュエータの
変位とすることができる。必要なストローク量に応じて
積層数は任意に決めることができる。
【００２２】
【実施例】次に、本発明を実施例によって詳細に説明す
る。
る。
【００２３】（実施例１）図１は、本発明の静電アクチ
ュエータの１例の斜視図である。図２（ａ）および
（ｂ）は、そのアクチュエータを形成する、積層前の絶
縁性フィルムの平面図および底面図である。図３は、図
１に示した静電アクチュエータの動作を説明する斜視図
である。
ュエータの１例の斜視図である。図２（ａ）および
（ｂ）は、そのアクチュエータを形成する、積層前の絶
縁性フィルムの平面図および底面図である。図３は、図
１に示した静電アクチュエータの動作を説明する斜視図
である。
【００２４】図１に示すように、本実施例のアクチュエ
ータは、絶縁性フィルム１が芯７の周りに巻き付いた形
に配置されており、絶縁性スペーサ３と電極２ａおよび
２ｂは、接触部分において接着している。
ータは、絶縁性フィルム１が芯７の周りに巻き付いた形
に配置されており、絶縁性スペーサ３と電極２ａおよび
２ｂは、接触部分において接着している。
【００２５】図２（ａ）に示すように、絶縁性フィルム
１の一面には電気導電体薄膜がパターニングされ、電極
２ａおよび２ｂ、層間配線５ａおよび５ｂ、取り出し電
極４ａおよび４ｂを形成している。電極２ａと２ｂは、
それぞれ層間配線５ａと５ｂによって電気的に接続され
ており、さらに取り出し電極４ａおよび４ｂとも、それ
ぞれ電気的に接続している。電極２ａおよび２ｂは、積
層されたアクチュエータにおいて交互に現れるように配
置されている。また、図２の（ｂ）に示すように絶縁性
フィルム１は、上記と反対の面に絶縁性スペーサ３を有
している。
１の一面には電気導電体薄膜がパターニングされ、電極
２ａおよび２ｂ、層間配線５ａおよび５ｂ、取り出し電
極４ａおよび４ｂを形成している。電極２ａと２ｂは、
それぞれ層間配線５ａと５ｂによって電気的に接続され
ており、さらに取り出し電極４ａおよび４ｂとも、それ
ぞれ電気的に接続している。電極２ａおよび２ｂは、積
層されたアクチュエータにおいて交互に現れるように配
置されている。また、図２の（ｂ）に示すように絶縁性
フィルム１は、上記と反対の面に絶縁性スペーサ３を有
している。
【００２６】次に、図３を用いて図１に示したアクチュ
エータが変位する様子を説明する。可変電圧電源８（図
３）から、取り出し電極４ａおよび４ｂに電圧を印加す
ると、電極２ａ・２ｂ間に静電引力が働く。すると、絶
縁性フィルムがスペーサを支点にして撓み、電極間の空
隙が縮まるので、アクチュエータは全体として図３のよ
うに変位する。
エータが変位する様子を説明する。可変電圧電源８（図
３）から、取り出し電極４ａおよび４ｂに電圧を印加す
ると、電極２ａ・２ｂ間に静電引力が働く。すると、絶
縁性フィルムがスペーサを支点にして撓み、電極間の空
隙が縮まるので、アクチュエータは全体として図３のよ
うに変位する。
【００２７】２５μｍ厚のポリイミドフィルムを用い
て、スペーサ高さ１５μｍ、スペーサ間隔１ｍｍのアク
チュエータを試作したところ、電圧と変位の関係は図４
に示すようになり、２００Ｖの印加で、１層あたり１．
８μｍのストロークが得られた。その動作の際に、ヒス
テリシスはほとんど生じなかった。
て、スペーサ高さ１５μｍ、スペーサ間隔１ｍｍのアク
チュエータを試作したところ、電圧と変位の関係は図４
に示すようになり、２００Ｖの印加で、１層あたり１．
８μｍのストロークが得られた。その動作の際に、ヒス
テリシスはほとんど生じなかった。
【００２８】図５は、上記のアクチュエータの作成工程
の１例を説明する工程図である。図中では静電アクチュ
エータの断面図における一部についてのみ示してある。
２５μｍ厚のポリイミドフィルム２１の一面にアルミニ
ウム２２を２０００Å蒸着し、電極と層間配線をパター
ニングした後、他の面に、密着性を高めるためにクロム
（不図示）を５０Å蒸着した後、金２３を２０００Å蒸
着した（図５（Ａ））。
の１例を説明する工程図である。図中では静電アクチュ
エータの断面図における一部についてのみ示してある。
２５μｍ厚のポリイミドフィルム２１の一面にアルミニ
ウム２２を２０００Å蒸着し、電極と層間配線をパター
ニングした後、他の面に、密着性を高めるためにクロム
（不図示）を５０Å蒸着した後、金２３を２０００Å蒸
着した（図５（Ａ））。
【００２９】次に、金２３を蒸着した面に、フォトレジ
スト２４を塗布し（図５（Ｂ））、スペーサの形状に露
光現像を行った（図５（Ｃ））。その後、金２３とクロ
ムをエッチングした（図５（Ｄ））。次に、金２３をマ
スクにして乾式エッチングを行い、フィルムを１５μｍ
除去した（図５（Ｅ））。これで、除去された分の厚さ
を高さとする絶縁性スペーサが形成されたことになる。
スト２４を塗布し（図５（Ｂ））、スペーサの形状に露
光現像を行った（図５（Ｃ））。その後、金２３とクロ
ムをエッチングした（図５（Ｄ））。次に、金２３をマ
スクにして乾式エッチングを行い、フィルムを１５μｍ
除去した（図５（Ｅ））。これで、除去された分の厚さ
を高さとする絶縁性スペーサが形成されたことになる。
【００３０】このスペーサの形成されたポリイミドフィ
ルム２１を、必要な大きさにカットして（図５
（Ｆ））、電極が設けられた面にフォトレジスト２５
（東京応化（株）製ＯＭＲ−８３（商品名））を塗布し
た（図５（Ｇ））。
ルム２１を、必要な大きさにカットして（図５
（Ｆ））、電極が設けられた面にフォトレジスト２５
（東京応化（株）製ＯＭＲ−８３（商品名））を塗布し
た（図５（Ｇ））。
【００３１】板ガラス２６にフォトレジスト（前記のＯ
ＭＲ−８３）を塗布してポリイミドフィルム２１を必要
数だけ巻き付け、直流電源２７により電極間に約２００
Ｖの電圧をかけて静電引力で密着させながら熱処理し、
フォトレジストを加熱固化させることで接着を行って
（図５（Ｈ））、アクチュエータを作製した。
ＭＲ−８３）を塗布してポリイミドフィルム２１を必要
数だけ巻き付け、直流電源２７により電極間に約２００
Ｖの電圧をかけて静電引力で密着させながら熱処理し、
フォトレジストを加熱固化させることで接着を行って
（図５（Ｈ））、アクチュエータを作製した。
【００３２】本実施例においては、２５μｍ厚のポリイ
ミドフィルムを用いているが、それより薄いフィルムを
用いることで、電極間距離を短くし、大きな力を発生で
きるアクチュエータを作製することができる。スペーサ
間隔を広くすれば、ストロークを大きく、狭くすればス
トロークを小さくできる。また、図５の作製工程ではハ
ンドリングを容易にするために板ガラスに巻き付けた
が、本発明のアクチュエータでは、特にそれに限定され
るものではなく、絶縁性を有する材料であれば、どのよ
うな材料でも基本的に使用可能である。
ミドフィルムを用いているが、それより薄いフィルムを
用いることで、電極間距離を短くし、大きな力を発生で
きるアクチュエータを作製することができる。スペーサ
間隔を広くすれば、ストロークを大きく、狭くすればス
トロークを小さくできる。また、図５の作製工程ではハ
ンドリングを容易にするために板ガラスに巻き付けた
が、本発明のアクチュエータでは、特にそれに限定され
るものではなく、絶縁性を有する材料であれば、どのよ
うな材料でも基本的に使用可能である。
【００３３】（実施例２）図６は本発明の静電アクチュ
エータの別の例の斜視図である。図７（ａ）および
（ｂ）は、この静電アクチュエータを形成するフィルム
の積層前のものの平面図および底面図である。図８は、
図６に示した静電アクチュエータの動作を説明する斜視
図である。
エータの別の例の斜視図である。図７（ａ）および
（ｂ）は、この静電アクチュエータを形成するフィルム
の積層前のものの平面図および底面図である。図８は、
図６に示した静電アクチュエータの動作を説明する斜視
図である。
【００３４】図６において、２枚の絶縁性フィルム１０
１ａおよび１０１ｂが芯１０７の周りに巻き付いた形に
配置されており、その外側に固定枠１０６が配置されて
いる。固定枠１０６と絶縁性フィルム１０１ａはその接
触している部位の全面にわたって接着されている。絶縁
性フィルム１０１ａの一方の面には、図７（ａ）に示す
ように電極１０２ａおよび１０２ｂ、層間配線１０５ａ
および１０５ｂ、取り出し電極１０４ａおよび１０４ｂ
がパターニングされており、絶縁性フィルム１０１ｂの
一方の面には、図７（ｂ）に示すように、電極１０２
ｃ、層間配線１０５ｃ、取り出し電極１０４ｃがパター
ニングされている。
１ａおよび１０１ｂが芯１０７の周りに巻き付いた形に
配置されており、その外側に固定枠１０６が配置されて
いる。固定枠１０６と絶縁性フィルム１０１ａはその接
触している部位の全面にわたって接着されている。絶縁
性フィルム１０１ａの一方の面には、図７（ａ）に示す
ように電極１０２ａおよび１０２ｂ、層間配線１０５ａ
および１０５ｂ、取り出し電極１０４ａおよび１０４ｂ
がパターニングされており、絶縁性フィルム１０１ｂの
一方の面には、図７（ｂ）に示すように、電極１０２
ｃ、層間配線１０５ｃ、取り出し電極１０４ｃがパター
ニングされている。
【００３５】電極１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃ
は、それぞれ層間配線１０５ａ、１０５ｂおよび１０５
ｃによって電気的に接続されており、さらに取り出し電
極１０４ａ、１０４ｂおよび１０４ｃともそれぞれ電気
的に接続されている。また、絶縁性フィルム１０１ａお
よび１０１ｂの他方の側の面には、図２に示した実施例
１のフィルムの場合と同様に、絶縁性スペーサ１０３が
設けられている。
は、それぞれ層間配線１０５ａ、１０５ｂおよび１０５
ｃによって電気的に接続されており、さらに取り出し電
極１０４ａ、１０４ｂおよび１０４ｃともそれぞれ電気
的に接続されている。また、絶縁性フィルム１０１ａお
よび１０１ｂの他方の側の面には、図２に示した実施例
１のフィルムの場合と同様に、絶縁性スペーサ１０３が
設けられている。
【００３６】可変電圧電源１０８から取り出し電極１０
４ａと１０４ｃの間に電圧を印加すると、電極１０２ａ
と電極１０２ｃの間に静電引力が働いて、電極１０２ａ
と電極１０２ｃの間の空隙が減少する。アクチュエータ
は上下を固定枠１０６に固定されているので、電極１０
２ａと電極１０２ｂの間の空隙が増加し、図８に示すよ
うに芯１０７が固定枠１０６に対して図中上側に移動す
る。また逆に、取り出し電極１０４ａと１０４ｂの間に
電圧を印加すると芯１０７は固定枠１０６に対して図中
下側に移動することになる。
４ａと１０４ｃの間に電圧を印加すると、電極１０２ａ
と電極１０２ｃの間に静電引力が働いて、電極１０２ａ
と電極１０２ｃの間の空隙が減少する。アクチュエータ
は上下を固定枠１０６に固定されているので、電極１０
２ａと電極１０２ｂの間の空隙が増加し、図８に示すよ
うに芯１０７が固定枠１０６に対して図中上側に移動す
る。また逆に、取り出し電極１０４ａと１０４ｂの間に
電圧を印加すると芯１０７は固定枠１０６に対して図中
下側に移動することになる。
【００３７】本実施例においては、絶縁性フィルムに２
０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用い、電極はクロムを５０
Å蒸着した後に金を２０００Å蒸着したものをパターニ
ングして作製した。スペーサ高さは１０μｍ、スペーサ
間隔は１．５ｍｍとした。芯には３００μｍ厚の板ガラ
スを用い、固定枠はアクリルを機械加工して作製した。
スペーサの形成は図５の（Ａ）〜（Ｆ）と同様の工程で
行った。接着はアクリル系の接着剤を塗布して行った。
０μｍ厚のＰＥＴフィルムを用い、電極はクロムを５０
Å蒸着した後に金を２０００Å蒸着したものをパターニ
ングして作製した。スペーサ高さは１０μｍ、スペーサ
間隔は１．５ｍｍとした。芯には３００μｍ厚の板ガラ
スを用い、固定枠はアクリルを機械加工して作製した。
スペーサの形成は図５の（Ａ）〜（Ｆ）と同様の工程で
行った。接着はアクリル系の接着剤を塗布して行った。
【００３８】このように、本実施例においては、２枚の
絶縁性フィルムを用いて双方向に駆動が可能なアクチュ
エータが作製され、その静電アクチュエータは、実施例
１のものと同様、ヒステリシスはほとんどなかった。
絶縁性フィルムを用いて双方向に駆動が可能なアクチュ
エータが作製され、その静電アクチュエータは、実施例
１のものと同様、ヒステリシスはほとんどなかった。
【００３９】（実施例３）図９は本発明の静電アクチュ
エータの第３の例の斜視図である。本実施例において
は、１枚の絶縁性フィルム２０１が芯２０７の周りに巻
き付いた形に配置されており、その外側に固定枠２０６
が配置されている。図１０は、その静電アクチュエータ
を構成する前のフィルムの平面図である。
エータの第３の例の斜視図である。本実施例において
は、１枚の絶縁性フィルム２０１が芯２０７の周りに巻
き付いた形に配置されており、その外側に固定枠２０６
が配置されている。図１０は、その静電アクチュエータ
を構成する前のフィルムの平面図である。
【００４０】図９において、固定枠２０６と絶縁性フィ
ルム２０１はその接触している部位の全面にわたって接
着されている。絶縁性フィルム２０１の一方の面には、
図１０に示すように電極２０２ａ、２０２ｂおよび２０
２ｃ、層間配線２０５ａ、２０５ｂおよび２０５ｃ、取
り出し電極２０４ａ、２０４ｂおよび２０４ｃがパター
ニングされている。電極２０２ａ、２０２ｂおよび２０
２ｃは、それぞれ層間配線２０５ａ、２０５ｂおよび２
０５ｃによって電気的に接続されており、さらにそれぞ
れ取り出し電極２０４ａ、２０４ｂおよび２０４ｃとも
電気的に接続されている。また、絶縁性フィルム２０１
の他方の面には、図２に示したものと同様の絶縁性スペ
ーサ２０３が設けられている。
ルム２０１はその接触している部位の全面にわたって接
着されている。絶縁性フィルム２０１の一方の面には、
図１０に示すように電極２０２ａ、２０２ｂおよび２０
２ｃ、層間配線２０５ａ、２０５ｂおよび２０５ｃ、取
り出し電極２０４ａ、２０４ｂおよび２０４ｃがパター
ニングされている。電極２０２ａ、２０２ｂおよび２０
２ｃは、それぞれ層間配線２０５ａ、２０５ｂおよび２
０５ｃによって電気的に接続されており、さらにそれぞ
れ取り出し電極２０４ａ、２０４ｂおよび２０４ｃとも
電気的に接続されている。また、絶縁性フィルム２０１
の他方の面には、図２に示したものと同様の絶縁性スペ
ーサ２０３が設けられている。
【００４１】本実施例においては、１枚の絶縁性フィル
ム上に３組の電極を設けることで、実施例２と同様の動
きが可能なアクチュエータが実現されており、より製作
が容易である。反面、層間配線の分電極面積が狭くなる
ので発生力が弱くなる。図８に示した静電アクチュエー
タと同様に、取り出し電極２０４ａと２０４ｃの間に電
圧を印加すると、芯２０７が固定枠２０６に対して図中
上側に移動する。また逆に、取り出し電極２０４ａと２
０４ｂの間に電圧を印加すると芯２０７は固定枠２０６
に対して図中下側に移動することになる。
ム上に３組の電極を設けることで、実施例２と同様の動
きが可能なアクチュエータが実現されており、より製作
が容易である。反面、層間配線の分電極面積が狭くなる
ので発生力が弱くなる。図８に示した静電アクチュエー
タと同様に、取り出し電極２０４ａと２０４ｃの間に電
圧を印加すると、芯２０７が固定枠２０６に対して図中
上側に移動する。また逆に、取り出し電極２０４ａと２
０４ｂの間に電圧を印加すると芯２０７は固定枠２０６
に対して図中下側に移動することになる。
【００４２】本実施例においては、実施例１と同様に絶
縁性フィルムに２５μｍ厚のポリイミドフィルムを用
い、電極とスペーサの形成は図５の（Ａ）〜（Ｆ）と同
様の工程で行った。スペーサ高さは１５μｍ、スペーサ
間隔は１．５ｍｍとした。芯には３００μｍ厚の板ガラ
スを用い、固定枠はアクリルを機械加工して作製した。
芯とフィルムおよびフィルム同士の接着は、実施例１と
同様にフォトレジストで行い、固定枠とアクチュエータ
の接着は、実施例２と同様にアクリル系の接着剤を塗布
して行った。
縁性フィルムに２５μｍ厚のポリイミドフィルムを用
い、電極とスペーサの形成は図５の（Ａ）〜（Ｆ）と同
様の工程で行った。スペーサ高さは１５μｍ、スペーサ
間隔は１．５ｍｍとした。芯には３００μｍ厚の板ガラ
スを用い、固定枠はアクリルを機械加工して作製した。
芯とフィルムおよびフィルム同士の接着は、実施例１と
同様にフォトレジストで行い、固定枠とアクチュエータ
の接着は、実施例２と同様にアクリル系の接着剤を塗布
して行った。
【００４３】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の静電アクチ
ュエータでは、（１）フィルムを積層して形成されるこ
とから、電極の面積を広くすることができて、発生力を
大きくすることが可能になり、（２）フィルムの上に層
間配線パターニングされているので、積層の後に層間配
線を行う工程が不要になって作製が容易になり、（３）
作動時に接触動作が起こらないため、ヒステリシスのな
い動作が可能である。
ュエータでは、（１）フィルムを積層して形成されるこ
とから、電極の面積を広くすることができて、発生力を
大きくすることが可能になり、（２）フィルムの上に層
間配線パターニングされているので、積層の後に層間配
線を行う工程が不要になって作製が容易になり、（３）
作動時に接触動作が起こらないため、ヒステリシスのな
い動作が可能である。
【図１】実施例における本発明の静電アクチュエータの
斜視図である。
斜視図である。
【図２】図１の静電アクチュエータ形成前の絶縁性フィ
ルムの展開図であり、（ａ）は、電極側の面の図、
（ｂ）はスペーサ側の面の図である。
ルムの展開図であり、（ａ）は、電極側の面の図、
（ｂ）はスペーサ側の面の図である。
【図３】図１の静電アクチュエータの変位時の状態を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図４】図１の静電アクチュエータの一層あたりの電圧
と変位の関係を示すグラフである。
と変位の関係を示すグラフである。
【図５】図１の静電アクチュエータの製造手順を示す工
程図である。
程図である。
【図６】実施例２の本発明の静電アクチュエータの斜視
図である。
図である。
【図７】図６の静電アクチュエータ形成前の絶縁性フィ
ルムの展開図であり、（ａ）は、電極側の面の図、
（ｂ）はスペーサ側の面の図である。
ルムの展開図であり、（ａ）は、電極側の面の図、
（ｂ）はスペーサ側の面の図である。
【図８】図６の静電アクチュエータの変位時の状態を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図９】実施例３の本発明の静電アクチュエータの斜視
図である。
図である。
【図１０】図９の静電アクチュエータ形成前の絶縁性フ
ィルムの電極側の面の展開図である。
ィルムの電極側の面の展開図である。
【図１１】平行平板引き合い型の静電アクチュエータの
動作原理を説明する模式図である。
動作原理を説明する模式図である。
１、１０１ａ〜ｂ、２０１ 絶縁性フィルム ２ａ〜ｂ、１０２ａ〜ｃ、２０２ａ〜ｃ 電極 ３、１０３、２０３ 絶縁性スペーサ ４ａ〜ｂ、１０４ａ〜ｃ、２０４ａ〜ｃ 取り出
し電極 ５ａ〜ｂ、１０５ａ〜ｃ、２０５ａ〜ｃ 層間配
線 １０６、２０６ 固定枠 ７、１０７、２０７ 芯 ８、１０８ 可変電圧電源 ３０２ 可動電極 ３０３ 固定電極 ３１０ バイアスバネ ２１ ポリイミドフィルム ２２ アルミニウム ２３ 金 ２４、２５ フォトレジスト ２６ 板ガラス ２７ 直流電源
し電極 ５ａ〜ｂ、１０５ａ〜ｃ、２０５ａ〜ｃ 層間配
線 １０６、２０６ 固定枠 ７、１０７、２０７ 芯 ８、１０８ 可変電圧電源 ３０２ 可動電極 ３０３ 固定電極 ３１０ バイアスバネ ２１ ポリイミドフィルム ２２ アルミニウム ２３ 金 ２４、２５ フォトレジスト ２６ 板ガラス ２７ 直流電源
Claims (8)
- 【請求項１】 一方の面に電極を設けた絶縁性フィルム
が空隙を保って積層されている静電アクチュエータにお
いて、前記絶縁性フィルムは電極の設けられている面の
反対側の面に絶縁性スペーサを有し、該絶縁性フィルム
がロール状に複数層積層されており、積層方向で対向す
る電極同士は互いに電気的に独立であることを特徴とす
る静電アクチュエータ。 - 【請求項２】 前記絶縁性フィルムがポリイミドフィル
ムである請求項１記載の静電アクチュエータ。 - 【請求項３】 絶縁性スペーサが、前記絶縁性フィルム
と一つのフィルム状絶縁性材料から一体形成されたもの
である請求項１または２記載の静電アクチュエータ。 - 【請求項４】 前記電極が前記絶縁性フィルムに蒸着さ
れた金属膜である請求項１ないし３のいずれか１項に記
載の静電アクチュエータ。 - 【請求項５】 フィルム状絶縁性材料の一方の面に電極
を設ける工程と他方の面に絶縁性スペーサを設ける工程
により、異なる面にそれぞれ電極と絶縁性スペーサを有
する絶縁性フィルムを得て、該フィルムをロール状に巻
くことにより、前記絶縁性スペーサを介して互いに電気
的に独立の電極が設けられた絶縁性フィルムを複数層積
層することを特徴とする静電アクチュエータの製造方
法。 - 【請求項６】 前記絶縁性フィルムをポリイミドフィル
ムとする請求項５記載の製造方法。 - 【請求項７】 ロール状に巻くフィルムを、フィルム状
の絶縁性材料の一方の面に電極を設け、他方の面をエッ
チングして絶縁性スペーサを設けることによって得られ
たフィルムとする請求項５または６記載の製造方法。 - 【請求項８】 前記電極を、前記絶縁性フィルムに蒸着
によって金属膜を形成して設ける請求項５ないし７のい
ずれか１項に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31170394A JPH08168099A (ja) | 1994-12-15 | 1994-12-15 | 静電アクチュエータおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31170394A JPH08168099A (ja) | 1994-12-15 | 1994-12-15 | 静電アクチュエータおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08168099A true JPH08168099A (ja) | 1996-06-25 |
Family
ID=18020457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31170394A Pending JPH08168099A (ja) | 1994-12-15 | 1994-12-15 | 静電アクチュエータおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08168099A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104737436A (zh) * | 2013-01-18 | 2015-06-24 | 西门子公司 | 静电致动器及其制造方法 |
| WO2018172621A3 (en) * | 2017-07-14 | 2018-11-22 | Senseg Oy | Electrostatic actuator structure |
| CN113460953A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-01 | 合肥工业大学 | 一种自卷曲交指结构的静电微执行器 |
| US20220181994A1 (en) * | 2017-07-14 | 2022-06-09 | Pixart Imaging Inc. | Stackable actuating element with profiled insulated electrode structures |
-
1994
- 1994-12-15 JP JP31170394A patent/JPH08168099A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104737436A (zh) * | 2013-01-18 | 2015-06-24 | 西门子公司 | 静电致动器及其制造方法 |
| CN104737436B (zh) * | 2013-01-18 | 2018-01-05 | 西门子公司 | 静电致动器及其制造方法 |
| WO2018172621A3 (en) * | 2017-07-14 | 2018-11-22 | Senseg Oy | Electrostatic actuator structure |
| WO2018172622A3 (en) * | 2017-07-14 | 2018-11-29 | Senseg Oy | Active element structure |
| WO2018172623A3 (en) * | 2017-07-14 | 2018-12-06 | Senseg Oy | A tactile feedback system |
| CN110892362A (zh) * | 2017-07-14 | 2020-03-17 | 森赛格公司 | 有源元件结构 |
| JP2020527935A (ja) * | 2017-07-14 | 2020-09-10 | センセグ オサケ ユキチュア | 能動素子構造 |
| US11101745B2 (en) | 2017-07-14 | 2021-08-24 | Pix Art Imaging Inc. | Electrostatic actuator |
| US20220181994A1 (en) * | 2017-07-14 | 2022-06-09 | Pixart Imaging Inc. | Stackable actuating element with profiled insulated electrode structures |
| CN110892362B (zh) * | 2017-07-14 | 2023-10-20 | 原相科技股份有限公司 | 有源元件结构 |
| US11863087B2 (en) * | 2017-07-14 | 2024-01-02 | Pixart Imaging Inc. | Stackable actuating element with profiled insulated electrode structures |
| CN113460953A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-01 | 合肥工业大学 | 一种自卷曲交指结构的静电微执行器 |
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