JPH08308260A

JPH08308260A - 静電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH08308260A
Application number: JP11178495A
Authority: JP
Inventors: Maki Katayama; 眞樹片山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は静電アクチュエータに関し、移動子
の高精度な位置決めが可能な静電アクチュエータの提供
を目的とする。【構成】絶縁体１内に配線される複数の帯状電極２を
有する固定子３と、固定子３上に載置され絶縁体層４及
び高抵抗層５を有する移動子６とを備え、帯状電極２に
印加する電圧の切り換えにより移動子６を移動させるよ
うにした静電アクチュエータにおいて、移動子６の固定
子３に対向する面に帯状電極２に対応して複数の溝１０
を形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型の磁気記憶装置に
適した静電アクチュエータに関する。超小型化に適した
新規な磁気記憶装置が提案されており（例えば特開平５
−７３８５０号）、この種の磁気記憶装置における磁気
記憶媒体或いは磁気ヘッドの駆動に適した静電アクチュ
エータの実用化が要望されている。

【０００２】

【従来の技術】従来、絶縁体内に配線される複数の帯状
電極を有する固定子と、固定子上に配置され絶縁体層及
び高抵抗層を有する移動子とを備え、帯状電極に印加す
る電圧の切り換えにより移動子を移動させるようにした
静電アクチュエータが知られている（例えば特願平１−
１０１７９７号）。

【０００３】また、上述した従来の静電アクチュエータ
において、固定子の絶縁体としてはエポキシ樹脂が知ら
れており、移動子としては、ポリエチレンテレフタレー
トのフィルム（絶縁体層）上に帯電防止材（高抵抗層）
を塗布したものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した構成の静電ア
クチュエータにおいては、移動子が絶縁体層及び高抵抗
層を有する必要があることから、移動子として使うこと
ができる材料が限られてしまう。例えば、上述のような
高分子フィルムは一般に柔らかく、磁気記憶装置におけ
る磁気記憶媒体の駆動には適していない。

【０００５】また、絶縁体層及び高抵抗層を有する移動
子が一様な形状及び性質を有しているので、固定子の帯
状電極によって誘電される電荷密度の変化が緩やかにな
り、移動子の正確な位置決めが困難であるという問題が
ある。

【０００６】よって、本発明の目的は、移動子の高精度
な位置決めが可能な静電アクチュエータを提供すること
にある。本発明の他の目的は、移動子の材料選択の幅を
広げることのできる静電アクチュエータを提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によると、絶縁体
内に配線される複数の帯状電極を有する固定子と、該固
定子上に載置され絶縁体層及び高抵抗層を有する移動子
とを備え、上記帯状電極に印加する電圧の切り換えによ
り上記移動子を移動させるようにした静電アクチュエー
タにおいて、上記絶縁体層及び高抵抗層は上記移動子に
おける上記固定子の側にあり、上記移動子の上記固定子
に対向する面に上記帯状電極に対応して複数の溝を形成
したことを特徴とする静電アクチュエータ（第１の構
成）が提供される。

【０００８】本発明の他の側面によると、絶縁体内に配
線される複数の帯状電極を有する固定子と、該固定子上
に載置され絶縁体層及び高抵抗層を有する移動子とを備
え、上記帯状電極に印加する電圧の切り換えにより上記
移動子を移動させるようにした静電アクチュエータにお
いて、上記高抵抗層は基板の表面にイオン注入又は熱拡
散により形成される改質層からなり、該改質層、上記絶
縁体層及び上記固定子はこの順に配置されることを特徴
とする静電アクチュエータ（第２の構成）が提供され
る。

【０００９】

【作用】本発明の第１の構成によると、移動子における
固定子に対向する面に帯状電極に対応して複数の溝を形
成しているので、溝においては帯状電極による電荷が誘
電されにくくなり、移動子における固定子に対向する面
に誘電される電荷密度の変化が急峻となり、移動子の高
精度な位置決めが可能になる。

【００１０】本発明の第２の構成においては、高抵抗層
は基板の表面にイオン注入して形成される改質層からな
り、改質層、絶縁体層及び固定子はこの順に配置されて
いるので、例えば基板としてＳｉ等の半導体材料を用い
ることができ、移動子の材料選択の幅が拡大される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に従って詳
細に説明する。図１は本発明の実施例を示す静電アクチ
ュエータの断面図である。この静電アクチュエータは、
絶縁体１内に配線される複数の帯状電極２を有する固定
子３と、絶縁体層４及び高抵抗層５を有する移動子６と
を備えている。

【００１２】絶縁体層４及び高抵抗層５は基板７の下面
にこの順に積層され、基板７の上面には記録層８及び保
護膜９がこの順に積層されている。この実施例では、帯
状電極２は等間隔に配置されており、基板７には溝１０
が帯状電極２のピッチと同じピッチで等間隔に形成され
ている。

【００１３】絶縁体層４は基板７が導電性を有するとき
に短絡を防ぐためのものであり、高抵抗層５はこの静電
アクチュエータの動作に際して電荷の動きを抑圧するた
めのものである。

【００１４】また、記録層８はデータを磁気により記録
するためのものであり、保護膜９は磁気ヘッドによる記
録層８の摩耗を防止するためのものである。基板７の材
質は例えばＳｉであり、これに異方性のケミカルエッチ
ングを施すことによって、溝１０が形成される。溝１０
の深さは例えば０．５μｍ程度であり、ピッチは数μｍ
程度である。

【００１５】溝１０が形成された基板７の下面に例えば
スパッタＳｉＯ₂膜からなる絶縁体層４を形成し、絶縁
体層４上に例えばダイヤモンドライクカーボンからなる
高抵抗層５を形成する。

【００１６】高抵抗層５としてダイヤモンドライクカー
ボンを用いることによって、移動子６及び固定子３の耐
摩耗性を向上させることができる。記録層８は例えばＣ
ｏＣｒＰｔからなり、保護膜９は例えばダイヤモンドラ
イクカーボンからなる。

【００１７】高抵抗層５の厚みは例えばほぼ均一に約１
μｍである。ここで、溝１０の幅及び深さ、絶縁体層
４、高抵抗層５、記録層８及び保護膜９の厚みは、移動
子６の反りがほぼ０或いはこの静電アクチュエータを駆
動するのに十分小さな値（１μｍ程度）以下に抑えられ
るように調整される。

【００１８】高抵抗層５に要求される抵抗率は、５．３
×１０⁵〜５．３×１０⁶（Ω・ｍ）であることが知ら
れている。高抵抗層５としてダイヤモンドライクカーボ
ンをＣＶＤ法により成膜することによって、この範囲の
抵抗率を得ることができる。

【００１９】後に説明する他の実施例におけるのと同じ
ように、各電極２へ順次電圧を印加することによって、
移動子６には電荷が誘発され、これによって移動子６が
移動する。

【００２０】この実施例においては、基板７に溝１０が
形成されており、この溝１０に対応する部分には電荷が
誘発されにくくなり、従って移動子６の下面における電
荷密度の変化が急峻となり、移動子６の正確な位置決め
が可能になる。また、溝１０、絶縁体層４及び高抵抗層
５を設けたことによる基板７の反りと、記録層８及び保
護膜９を設けたことによる基板７の反りとを容易に釣り
合わせることができるので、移動子６の反りをほぼ０に
することができ、移動子６と固定子３間の距離を均一に
して大きな駆動力を得ることができる。

【００２１】さらに、上述のように移動子６の強度を決
定する基板７としてＳｉ等の半導体材料を用いることが
でき、この種の材料の表面粗さは極めて小さくすること
ができるので、本実施例における移動子を後述する磁気
記憶装置における記憶媒体とすることができる。

【００２２】図１の例では、移動子６における固定子３
に対向する面にのみ溝１０を形成しているが、移動子６
の記録層８及び保護膜９の面にも溝を形成することがで
きる。この場合には、溝以外の部分に磁気記憶用のトラ
ックを形成しておく。

【００２３】また、絶縁体層４と高抵抗層５の間の密着
性を向上させるために、これらの間にＳｉＣ膜等からな
る密着層を介在させてもよい。さらに、上述の実施例で
は、Ｓｉからなる基板７上にスパッタリングによりＳｉ
Ｏ₂膜からなる絶縁体層４を形成しているが、Ｓｉ基板
を熱酸化させることによりシリコン酸化膜を得、これを
絶縁体層４としてもよい。熱酸化により得られるシリコ
ン酸化膜からなる絶縁体層は、Ｓｉ基板との良好な密着
性を有する。

【００２４】図２は本発明の静電アクチュエータを適用
可能な磁気記憶装置の斜視図、図３及び図４はそれぞれ
図２に示される記憶ユニットの斜視図及び分解斜視図で
ある。

【００２５】この磁気記憶装置１１は超小型の記憶手段
として使用されるため、例えばケース１２により図示し
ないプリント配線板等に装着することができる。ケース
１２は例えば合成樹脂製であり、このケース１２の上面
には、凹部１２ａ及び１２ｂが溝１２ｃを介して形成さ
れている。凹部１２ａ内には記憶ユニット１３が内蔵さ
れ、凹部１２ｂ内には、記憶ユニット１３を駆動制御す
る制御回路１４及び書き込み信号、読み取り信号等の信
号を処理する信号処理回路１５が内蔵されている。

【００２６】各回路１４及び１５は溝１２ｃ内に挿通さ
れるケーブル１６によって接続される。また、ケース１
２の凹部１２ａ、１２ｂの上部開口には磁気シールドの
ための蓋（図示せず）が装着される。

【００２７】記憶ユニット１３は、セラミック製の薄板
状の基板１７と、複数のデータセル１８が形成される磁
気記憶媒体１９と、磁気ヘッド２０を支持するヘッド支
持体２１とを有している。

【００２８】図４に示されるように、基板１７は、上面
１７ａの中央に平板状の磁気記憶媒体１９が嵌合する長
方形状のガイド溝１７ｂを有している。磁気記憶媒体１
９はその両側をガイド溝１７ｂによりガイドされてＹ方
向に摺動する。

【００２９】また、磁気記憶媒体１９の基板１９ａ上に
は、図５に示されるような長方形状のデータセル１８が
Ｘ方向に例えば９列、Ｙ方向に例えば１４列形成されて
いる。各データセル１８は、基板１９ａ上に磁性膜を被
覆形成してなり、その表面には円弧状の記憶トラック１
８₁，１８₂…，１８_Nが磁気記録される。

【００３０】この記憶ユニットにおいては、磁気記憶媒
体１９がＹ方向に摺動するだけなので、磁気ディスクを
回転させる装置のようにディスク回転用のモータが不要
であり、部品点数を大幅に減少することができる。

【００３１】ヘッド支持体２１はセラミック又は金属板
により形成されており、基板１７の上面１７ａに固着さ
れる端部２１ａ，２１ｂと、端部２１ａ，２１ｂよりＹ
方向に延在するアーム２１ｃ，２１ｄと、アーム２１
ｃ，２１ｄ間に横架される横架部２１ｅと、横架部２１
ｅの中央から磁気記憶媒体１９へ向けて延在するヘッド
支持アーム２１ｆとを有している。ヘッド支持アーム２
１ｆの先端の下面２１ｇには、図６によく示されるよう
に磁気ヘッド２０が取り付けられている。

【００３２】アーム２１ｃ，２１ｄ及びヘッド支持アー
ム２１ｆには、後述するＸ方向の揺動を容易にするため
に、Ｙ方向に延在するスリット２１ｈ，２１ｉ，２１ｊ
が形成されている。ヘッド支持アーム２１ｆは、スリッ
ト２１ｊの両側に平行に延在する一対のアーム２１
ｆ₁，２１ｆ₂を有し、その上面には、ピエゾセラミッ
クス又はＺｎＯ₂等の薄膜状のピエゾ素子２２，２３が
例えばスパッタリングにより形成されている。

【００３３】このピエゾ素子２２，２３は交流電圧を印
加されて伸縮し、圧縮、伸長を交互に繰り返す。そのた
め、平行に配された一対のピエゾ素子２２，２３に逆位
相の交流電圧をそれぞれ印加すると、一方のピエゾ素子
２２が圧縮応力を発生したとき他方のピエゾ素子２３が
引張応力を発生することになる。また、逆に一方のピエ
ゾ素子２２が引張応力を発生したとき、他方のピエゾ素
子２３が圧縮応力を発生することになる。

【００３４】これにより、ヘッド支持アーム２１ｆはＡ
方向に揺動する。そして、ピエゾ素子２２，２３に印加
される交流電圧の大きさ、周波数がヘッド支持アーム２
１ｆの機械共振周波数に合わせて制御されるため、ヘッ
ド支持アーム２１ｆの先端は小電力で一定の振幅（本実
施例ではデータセル１８のＸ方向の幅寸法Ｌ_X以上）で
単振動する。

【００３５】従って、磁気ヘッド２０はデータセル１８
の表面のトラック１８₁〜１８_Nをトレースするように
単振動する。そして、ヘッド支持アーム２１ｆの振動に
電気的に同期を取ることにより、磁気ヘッド２０はデー
タセル１８に書き込みデータを磁気記録し或いはデータ
セル１８に記録されたデータを読み取ることができる。

【００３６】磁気ヘッド２０がデータセル１８の他のト
ラックへ移動する際には、磁気記録媒体１９自体がＹ方
向に移動することになる。即ち、磁気記録媒体１９と基
板１７のガイド溝１７ｂとの間には、本発明が適用され
る平板型の静電アクチュエータ２４が設けられており、
この静電アクチュエータ２４の駆動力によって磁気記憶
媒体１９はＹ方向に駆動される。

【００３７】この静電アクチュエータ２４は、基板１７
のガイド溝１７ｂに設けられた固定子２４ａ（例えば図
１の固定子３に対応）と、磁気記憶媒体１９側の移動子
２４ｂ（例えば図１の移動子６に対応）とを有してい
る。固定子２４ａが有する帯状電極はこの実施例ではＸ
方向に細長くＹ方向に複数配列される。そして、静電ア
クチュエータ２４が駆動されると、磁気記憶媒体はＹ方
向に移動する。そのため、磁気ヘッド２０は相対的にデ
ータセル１８上をＹ方向に摺動し、各トラック１８₁〜
１８_Nをトレースすることができる。

【００３８】また、静電アクチュエータ２４の駆動力に
より、磁気記憶媒体１９が両側をガイド溝１７ｂにガイ
ドされながらＹ方向の縁部に当接するまで摺動すること
ができるので、磁気ヘッド２０は磁気記憶媒体１９のＹ
方向各データセル１８に対して磁気記録／再生を行うこ
とができる。

【００３９】２５はＸ方向用の平板型静電アクチュエー
タであり、基板１７の上面１７ａ側の固定子２５ａとヘ
ッド支持体２１側の移動子２５ｂとを有している。この
固定子２５ａにおける帯状電極の長手方向はＹ方向に一
致し、各帯状電極の配列方向はＸ方向に一致する。

【００４０】従って、静電アクチュエータ２５によって
ヘッド支持体２１を駆動することによって、磁気ヘッド
２０はＸ方向に移動することができる。このように２つ
の静電アクチュエータ２４，２５を用いることによっ
て、Ｘ，Ｙ方向に整列する全てのデータセル１８に対し
て磁気記録／再生を用いることができる。

【００４１】尚、静電アクチュエータ２４の固定子２４
ａが有する帯状電極のピッチは、例えば、データセル１
８のトラック１８₁〜１８_Nのピッチと同一またはそれ
よりも小さく設定される。このように本発明の静電アク
チュエータを磁気記録装置に適用した場合、移動子に形
成される特徴的な溝によって移動子の位置決め精度が向
上するので、データセル１８のトラック１８₁〜１８_N
を高密度に形成することができ、記録密度の高い磁気記
憶装置の提供が可能になる。

【００４２】図７は本発明の静電アクチュエータの他の
例を示す側面図である。この静電アクチュエータは、図
１の実施例と対比して、移動子６の構成に特徴を有して
いる。

【００４３】即ち、この実施例では基板２５の表面にイ
オン注入又は熱拡散により改質層２６を形成し、この改
質層２６を高抵抗層としている。そして、改質層２６上
に絶縁体層２７が形成される。従って、改質層２６、絶
縁体層２７及び固定子３はこの順に位置することとな
る。

【００４４】図８は図７の静電アクチュエータの斜視図
である。固定子３における各帯状電極２は、３つの端子
２８，２９及び３０に順次接続されており、端子２８，
２９及び３０に３相の駆動電圧を与えることによって、
移動子６は図８における矢印Ｂ方向に移動する。尚、各
帯状電極２の接続形態及び印加電圧の制御に関しては、
前述した先願等によりよく知られているので、その説明
は省略する。

【００４５】図９は図７及び図８に示される移動子の製
造工程の一例を説明するための図である。この例では、
（Ａ）に示されるように、板状のＳｉからなる基板２５
を用いる。この基板２５に対して（Ｂ）に示されるよう
にイオン注入又は熱拡散を施してその表面を改質し、高
抵抗層２６を形成する。

【００４６】高抵抗層２６の望ましい抵抗率の範囲は、
前述した通りである。そして、（Ｃ）に示されるように
高抵抗層２６上に絶縁体層２７を形成して、移動子が得
られる。

【００４７】イオン注入技術は、加速したイオンを基板
にその表面から例えば深さ１μｍまで打ち込み、その部
分の抵抗率を変えるもので、注入される不純物の濃度に
よって抵抗率を調整することができる。

【００４８】図１０はＳｉについて３００Ｋの温度でイ
オン注入を行ったときの抵抗率と不純物濃度との関係を
示すグラフである。イオン注入される不純物に応じてＳ
ｉはｎ型或いはｐの高抵抗層となるが、いずれの場合に
おいても抵抗率と不純物濃度は１：１で対応する。

【００４９】従って、イオン注入された不純物濃度に応
じて所望の抵抗率を得ることができる。例えば、前述し
た望ましい範囲の抵抗率を得るためには、不純物が１０
⁷〜１０⁸（ｃｍ^-3）であればよいことが推察される。

【００５０】イオン注入技術に代えて、熱拡散法によっ
て不純物を基板内に導き、基板表面近傍の抵抗率を調整
してもよい。絶縁体層２７は例えばＡｌ₂Ｏ₃からな
り、その比誘電率は約７．８である。この絶縁体層２７
はスパッタリングにより形成することができ、その膜厚
は０．５μｍ程度である。

【００５１】絶縁体層２７は基板と別体のものを高抵抗
層２６上に固着することにより形成してもよいが、次の
ようにして基板と一体に形成することもできる。即ち、
前述したようなイオン注入や熱拡散法により基板表面に
高抵抗層（改質層）を形成したのち、この基板を９００
°Ｃ程度の高温に加熱して、０．５μｍ程度の熱酸化膜
或いは熱窒化膜を形成してこれを絶縁体層とするもので
ある。

【００５２】或いは、Ｓｉからなる基板を熱酸化してそ
の表面にＳｉＯ₂からなる絶縁体層を形成し、イオン注
入によってＳｉＯ₂等に接するＳｉ層の抵抗率を制御す
ることによって、高抵抗層を形成してもよい。ＳｉＯ₂
の比誘電率は約４であり、この値は絶縁体層に要求され
る条件を満足している。

【００５３】また、イオン注入後に基板を熱することは
アニーリングの効果があり、基板の欠陥等をなくすこと
ができる。基板の材質としてはＧａＡｓ等の化合物半導
体を用いることもできる。バンドギャップの大きい化合
物半導体においては、一般に、イオン注入による欠陥の
導入により高抵抗層を形成することができるし、アニー
リングにより欠陥を改善して結晶性を向上することがで
きる。

【００５４】図１１は本発明の静電アクチュエータのさ
らに他の例を示す斜視図である。この実施例は、図７及
び図８の実施例と対比して、絶縁体層が符号２７′で示
されるように各帯状電極２に対向するように複数の部分
に分割されている点で特徴付けられる。各帯状電極２は
前実施例におけるのと同様に等間隔に配置されている。

【００５５】この構成においては、帯状電極２に３相の
パルス電圧をかけて移動子６が１ステップ移動したとき
に、移動先の帯状電極２に吸引されるのは帯状の絶縁体
層２７′のみである。なぜならば、電荷が誘発されるの
は絶縁体層に限られるからである。

【００５６】従って、移動子６が１ステップ移動したと
きに、絶縁体層２７′と帯状電極２の位置が合う範囲
で、より正確な移動子６の位置決めが可能になる。以上
説明した実施例では、平面矩形状の移動子を想定した
が、円板状の移動子にも本発明を適用可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の構
成によると、移動子の高精度な位置決めが可能な静電ア
クチュエータの提供が可能になるという効果が生じる。

【００５８】また、本発明の第２の構成によると、材料
選択の幅を広げることができる静電アクチュエータの提
供が可能になるという効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す静電アクチュエータの断
面図である。

【図２】本発明の静電アクチュエータを適用可能な磁気
記憶装置の斜視図である。

【図３】図２に示される記憶ユニットの斜視図である。

【図４】同記憶ユニットの分解斜視図である。

【図５】データセルを拡大して示す平面図である。

【図６】磁気ヘッドを示す斜視図である。

【図７】本発明の静電アクチュエータの他の例を示す側
面図である。

【図８】図７の静電アクチュエータの斜視図である。

【図９】移動子の製造工程を示す図である。

【図１０】抵抗率と不純物濃度の関係の例を示す図であ
る。

【図１１】本発明の静電アクチュエータのさらに他の例
を示す斜視図である。

【符号の説明】

１絶縁体２帯状電極３固定子４絶縁体層５高抵抗層６移動子１０溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体内に配線される複数の帯状電極を
有する固定子と、該固定子上に載置され絶縁体層及び高抵抗層を有する移
動子とを備え、上記帯状電極に印加する電圧の切り換えにより上記移動
子を移動させるようにした静電アクチュエータにおい
て、上記絶縁体層及び高抵抗層は上記移動子における上記固
定子の側にあり、上記移動子の上記固定子に対向する面に上記帯状電極に
対応して複数の溝を形成したことを特徴とする静電アク
チュエータ。
【請求項２】上記帯状電極は等間隔に配置され、上記
溝は上記帯状電極のピッチと同じピッチで等間隔に配置
される請求項１記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】上記絶縁体層及び高抵抗層は複数の溝が
形成された基板上にほぼ均一の厚みで積層される請求項
１記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】絶縁体内に配線される複数の帯状電極を
有する固定子と、該固定子上に載置され絶縁体層及び高抵抗層を有する移
動子とを備え、上記帯状電極に印加する電圧の切り換えにより上記移動
子を移動させるようにした静電アクチュエータにおい
て、上記高抵抗層は基板の表面にイオン注入又は熱拡散によ
り形成される改質層からなり、該改質層、上記絶縁体層及び上記固定子はこの順に配置
されることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項５】上記帯状電極は等間隔に配置され、上記
絶縁体層は上記各帯状電極に対向するように複数の部分
に分割されている請求項４記載の静電アクチュエータ。
【請求項６】上記基板はＳｉ基板であり、上記絶縁体層は上記改質層の表層を酸化又は窒化するこ
とにより形成される請求項４記載の静電アクチュエー
タ。