JPWO2015019919A1 - アクチュエータ、シャッタ装置、流体制御装置、スイッチおよび2次元走査型センサ装置 - Google Patents
アクチュエータ、シャッタ装置、流体制御装置、スイッチおよび2次元走査型センサ装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明の第2の態様によると、第1の態様のアクチュエータにおいて、静電駆動機構は、固定電極としての固定櫛歯電極および可動電極としての可動櫛歯電極を備える櫛歯駆動部を少なくとも有するとともに、固定櫛歯電極に対する可動櫛歯電極の挿入量が変化する方向とスライド移動の方向とが一致し、固定櫛歯電極および可動櫛歯電極の少なくとも一方に、エレクトレットが形成されていることが好ましい。
本発明の第3の態様によると、第2の態様のアクチュエータにおいて、静電駆動機構は、第1固定櫛歯電極、および該第1固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第1可動櫛歯電極を有する第1櫛歯駆動部と、第1固定櫛歯電極に対して間隔を空けて対向配置される第2固定櫛歯電極、および該第2固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第2可動櫛歯電極を有する第2櫛歯駆動部と、を備え、第1可動部は、第1固定櫛歯電極と第2固定櫛歯電極との間に配置されるとともに、第1可動櫛歯電極および第2可動櫛歯電極が設けられ、第1弾性支持部は、第1および第2固定櫛歯電極に対する第1および第2可動櫛歯電極の各挿入量が変化する方向にスライド移動可能なように第1可動部を弾性支持し、エレクトレットは、第1固定櫛歯電極および第1可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第1エレクトレットと、第2固定櫛歯電極および第2可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第2エレクトレットと、を有し、複数の安定位置として、第2可動櫛歯電極の挿入量がゼロとなる位置まで第1可動櫛歯電極が第1固定櫛歯電極に吸引されて、第1エレクトレットに起因する第1静電力と第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第1安定位置と、第1可動櫛歯電極の挿入量がゼロとなる位置まで第2可動櫛歯電極が第2固定櫛歯電極に吸引されて、第2エレクトレットに起因する第2静電力と第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第2安定位置と、が設定され、駆動制御部は、第1櫛歯駆動部に第1静電力を弱める第1電圧を印加し、第1可動部を第1安定位置から第2安定位置へ移動させ、第2櫛歯駆動部に第2静電力を弱める第2電圧を印加し、第1可動部を第2安定位置から第1安定位置へ移動させる、ことが好ましい。
本発明の第4の態様によると、第2の態様のアクチュエータにおいて、静電駆動機構は、第1可動部のスライド方向であって、該第1可動部を挟むように固定櫛歯電極とは反対側に設けられた固定電極板と、固定電極板と対向配置され、第1可動部に設けられた可動電極板と、をさらに備え、エレクトレットは、固定櫛歯電極および可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第1エレクトレットと、対向配置された固定電極板および可動電極板の少なくとも一方に設けられた第2エレクトレットと、を備え、複数の安定位置として、可動櫛歯電極が固定櫛歯電極に挿入されるように吸引されて、第1エレクトレットに起因する第1静電力と第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第1安定位置と、固定櫛歯電極に対する可動櫛歯電極の挿入量がゼロとなる位置まで可動電極板が固定電極板側に吸引されて、第2エレクトレットに起因する第2静電力と第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第2安定位置と、が設定され、駆動制御部は、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間に第1静電力を弱める第1電圧を印加して、第1可動部を第1安定位置から第2安定位置へ移動させ、固定電極板と可動電極板との間に第2静電力を弱める第2電圧を印加して、第1可動部を第2安定位置から第1安定位置へ移動させる、ことが好ましい。
本発明の第5の態様によると、第2の態様のアクチュエータにおいて、複数の安定位置として、挿入量が正であって、エレクトレットに起因する静電力と第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第1安定位置と、挿入量がゼロであって、エレクトレットに起因する固定櫛歯電極のフリンジ電界による静電引力と弾性力とが釣り合い、かつ、第2電圧を印加時のフリンジ電界による静電力が弾性力よりも大きくなる安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第2安定位置と、が設定され、駆動制御部は、櫛歯駆動部の静電力を弱める第1電圧を印加して第1可動部を第1安定位置から第2安定位置へ駆動し、櫛歯駆動部の静電力を強める第2電圧を印加して第1可動部を第2安定位置から第1安定位置へ駆動する、ことが好ましい。
本発明の第6の態様によると、第3の態様のアクチュエータにおいて、第1静電力の大きさが第1可動櫛歯電極の挿入量に応じて複数段に変化し、第1安定位置と第2安定位置との間に、第1および第2静電力と第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う複数の中間安定位置が設定されるように、第1固定櫛歯電極または第1可動櫛歯電極の櫛歯形状が構成され、駆動制御部は、第1櫛歯駆動部および第2櫛歯駆動部の少なくとも一方の印加電圧を制御して、第1可動部を第1安定位置,第2安定位置および複数の中間安定位置のいずれかに移動させる、ことが好ましい。
本発明の第7の態様によると、第4の態様のアクチュエータにおいて、第1静電力の大きさが可動櫛歯電極の挿入量に応じて複数段に変化し、第1安定位置と第2安定位置との間に、第1および第2静電力と第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う複数の中間安定位置が設定されるように、固定櫛歯電極または可動櫛歯電極の櫛歯形状が構成され、駆動制御部は、第1可動部を複数の中間安定位置へ駆動するための複数の電圧が櫛歯駆動部に対して印加可能である、ことが好ましい。
本発明の第8の態様によると、第5の態様のアクチュエータにおいて、エレクトレットに起因する静電力の大きさが可動櫛歯電極の挿入量に応じて複数段に変化し、第1安定位置と第2安定位置との間に、エレクトレットに起因する静電力と第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う複数の中間安定位置が設定されるように、固定櫛歯電極または可動櫛歯電極の櫛歯形状が構成され、駆動制御部は、第1可動部を複数の中間安定位置へ駆動するための複数の電圧が櫛歯駆動部に対して印加可能である、ことが好ましい。
本発明の第9の態様によると、第2の態様のアクチュエータにおいて、静電駆動機構は、第1固定櫛歯電極および第1可動櫛歯電極を有する第1櫛歯駆動部と、第2固定櫛歯電極および第2可動櫛歯電極を有する第2櫛歯駆動部とを備え、第1固定櫛歯電極および第2固定櫛歯電極は、間隔を空けて対向配置され、第1可動部は、第1固定櫛歯電極と第2固定櫛歯電極との間に配置され、かつ、第1固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合するように第1可動櫛歯電極が設けられるとともに、第2固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合するように第2可動櫛歯電極が設けられ、第1弾性支持部は、第1および第2可動櫛歯電極の各挿入量が変化する方向にスライド移動可能なように第1可動部を弾性支持し、エレクトレットは、第1固定櫛歯電極および第1可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第1エレクトレットと、第2固定櫛歯電極および第2可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第2エレクトレットと、を有し、複数の安定位置として、第1エレクトレットに起因する第1静電力と第2エレクトレットに起因する第2静電力と第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置が複数設定されるように、第1固定櫛歯電極または第1可動櫛歯電極の櫛歯形状は、第1静電力の大きさが第1可動電極の挿入量に応じて複数段に変化するように構成され、駆動制御部は、第1櫛歯駆動部および第2櫛歯駆動部の少なくとも一方の印加電圧を制御して、第1可動部を複数の安定位置のいずれかに移動させる、ことが好ましい。
本発明の第10の態様によると、第6または9の態様のアクチュエータにおいて、第1固定櫛歯電極または第1可動櫛歯電極は、長さが異なる複数種類の櫛歯群または櫛歯配列方向の櫛歯幅寸法が異なる複数種類の櫛歯群を備えている、ことが好ましい。
本発明の第11の態様によると、第7または8の態様のアクチュエータにおいて、固定櫛歯電極または可動櫛歯電極は、長さの異なる複数種類の櫛歯群または櫛歯配列方向の櫛歯幅寸法が異なる複数種類の櫛歯群を備えている、ことが好ましい。
本発明の第12の態様によると、第1乃至11のいずれか一態様のアクチュエータにおいて、静電駆動機構、第1可動部および第1弾性支持部のそれぞれは、同一シリコン基板を加工することにより形成されていることが好ましい。
本発明の第13の態様によると、第3の態様のアクチュエータにおいて、第1可動部に設けられ、該第1可動部の移動方向と交差する方向に間隔を空けて対向配置された第3固定櫛歯電極および第4固定櫛歯電極と、第3固定櫛歯電極と第4固定櫛歯電極との間に配置され、第3固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第3可動櫛歯電極、および第4固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第4可動櫛歯電極が設けられた第2可動部と、交差する方向にスライド移動可能なように第2可動部を第1可動部に対して弾性支持する第2弾性支持部と、をさらに備え、エレクトレットは、第3固定櫛歯電極および第3可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第3エレクトレットと、第4固定櫛歯電極および第4可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第4エレクトレットと、をさらに有し、複数の安定位置として、第4固定櫛歯電極に対する第4可動櫛歯電極の挿入量がゼロとなる位置まで第3可動櫛歯電極が第3固定櫛歯電極に吸引されて、第3エレクトレットに起因する第3静電力と第2弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第3安定位置と、第3固定櫛歯電極に対する第3可動櫛歯電極の挿入量がゼロとなる位置まで第4可動櫛歯電極が第4固定櫛歯電極に吸引されて、第4エレクトレットに起因する第4静電力と第2弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第4安定位置と、がさらに設定され、駆動制御部は、第3固定櫛歯電極と第3可動櫛歯電極との間に第3静電力を弱める第3電圧を印加し、第2可動部を第3安定位置から第4安定位置へ移動させ、第4固定櫛歯電極と第4可動櫛歯電極との間に第4静電力を弱める第4電圧を印加し、第2可動部を第4安定位置から第3安定位置へ移動させる、ことが好ましい。
本発明の第14の態様によると、第9の態様のアクチュエータにおいて、第1可動部に設けられ、該第1可動部の移動方向と交差する方向に間隔を空けて対向配置された第3固定櫛歯電極および第4固定櫛歯電極と、第3固定櫛歯電極と第4固定櫛歯電極との間に配置され、第3固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第3可動櫛歯電極、および第4固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第4可動櫛歯電極が設けられた第2可動部と、交差する方向に移動可能なように第2可動部を第1可動部に対して弾性支持する第2弾性支持部と、をさらに備え、エレクトレットは、第3固定櫛歯電極および第3可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第3エレクトレットと、第4固定櫛歯電極および第4可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第4エレクトレットと、をさらに有し、第3エレクトレットに起因する第3静電力と第4エレクトレットに起因する第4静電力と第2弾性支持部の弾性力とが釣り合う複数の第2安定位置が設定されるように、第3固定櫛歯電極または第3可動櫛歯電極の櫛歯形状は、第3静電力の大きさが第3可動電極の挿入量に応じて複数段に変化するように構成され、駆動制御部は、第3固定櫛歯電極と第3可動櫛歯電極との間の印加電圧、および第4固定櫛歯電極と第4可動櫛歯電極との間の印加電圧の少なくとも一方を制御して、第2可動部を複数の第2安定位置のいずれかに移動させる、ことが好ましい。
本発明の第15の態様によると、シャッタ装置は、第1乃至3のいずれか一態様のアクチュエータと、アクチュエータの第1可動部と一体に移動して光路に挿脱され、光源からの光を通過状態および非通過状態のいずれかに切換えるシャッタ部材と、を備え、第1可動部が複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると通過状態とされ、第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると非通過状態とされる。
本発明の第16の態様によると、シャッタ装置は、第6または9の態様のアクチュエータと、アクチュエータの第1可動部と一体に移動して光路に挿脱され、第1可動部が複数の安定位置のいずれに移動されるかに応じて光路遮蔽率の異なる遮蔽部材と、を備え、駆動制御部により印加電圧を制御して第1可動部を複数の安定位置に移動させて、通過光量を制御する。
本発明の第17の態様によると、流体制御装置は、第1乃至3のいずれか一態様のアクチュエータと、流路が形成された流路形成体と、アクチュエータの第1可動部と一体に移動して流路を開閉する弁体と、を備え、弁体は、第1可動部が複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると流路を開き、第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると流路を閉じる。
本発明の第18の態様によると、流体制御装置は、複数の流路が形成された流路形成体と、複数の流路の各々に設けられた、第1乃至3のいずれか一態様のアクチュエータと、複数の流路毎に設けられ、該流路に対応するアクチュエータの第1可動部と一体に移動して該流路を開閉する弁体と、を備え、複数の弁体の各々は、該弁体と一体に移動する第1可動部が複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると流路を開き、第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると流路を閉じる。
本発明の第19の態様によると、第17または18の態様の流体制御装置において、流路は、入口側の第1流路と出口側の第2流路とを有し、流路に対応した弁体には、第1流路と第2流路とを連通する連通部と、第1および第2流路の一方を塞いで非連通状態とする遮蔽部とが形成されていることが好ましい。
本発明の第20の態様によると、流体制御装置は、第1流路および複数の第2流路が形成された流路形成体と、複数の第2流路の各々に設けられた、第1乃至3のいずれか一態様のアクチュエータと、複数の第2流路毎に設けられ、該第2流路に対応するアクチュエータの第1可動部と一体に移動して該第2流路と第1流路との連通および非連通を切り換える弁体と、を備え、複数の弁体の各々は、該弁体と一体に移動する第1可動部が複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると対応する第2流路と第1流路とを連通状態とし、第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると対応する第2流路と第1流路とを非連通状態とする。
本発明の第21の態様によると、スイッチは、第1乃至3のいずれか一態様のアクチュエータと、高周波信号入力用の信号線が接続される第1接点と、入力された高周波信号を出力するための信号線が接続される第2接点と、アクチュエータの第1可動部と一体に移動して、第1接点と第2接点との間の導通および非導通を切り換える可動接点と、を備え、可動接点は、第1可動部が複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると第1および第2接点間が導通とされ、第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると第1および第2接点間が非導通とされる。
本発明の第22の態様によると、スイッチは、第1乃至3のいずれか一態様のアクチュエータと、高周波信号入力用の第1信号線が接続される第1および第2接点と、入力された高周波信号を出力するための第2信号線が接続される第3接点と、入力された高周波信号を出力するための第3信号線が接続される第4接点と、アクチュエータの第1可動部と一体に移動して、第1および第3接点間の導通および非道通を切り換える第1可動接点と、アクチュエータの第1可動部と一体に移動して、第2および第4接点との導通および非道通を切り換える第2可動接点と、を備え、第1可動部が複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると、第1および第3接点間が導通とされるとともに第2および第4接点間が非導通とされ、第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると、第2および第4接点間が導通とされるとともに第1および第3接点間が非導通とされる。
本発明の第23の態様によると、2次元走査型センサ装置は、第13または14の態様のアクチュエータと、アクチュエータの第2可動部と一体に移動し、該第2可動部の移動範囲における物理量を検出するセンサと、を備え、第1可動部および第2可動部の少なくとも一方を各々の安定位置に移動することにより、センサを二次元的に移動させて物理量の検出を行う。
−第1の実施の形態−
図1は、本発明に係るアクチュエータの第1の実施の形態を示す図であり、アクチュエータの概略構成を模式的に示したものである。アクチュエータ1は、ベース2、第1固定電極3A、第2固定電極3B、第1可動電極4A、第2可動電極4B、可動部5、弾性支持部6、接続パッド部7a,7b,7c,7d、第1駆動部8A、第2駆動部8B、制御部223を備えている。
FL(V1)=−Nε0b(Ve−V1)2/g …(1)
FR(V2)=Nε0b(Ve−V2)2/g …(2)
ΔF=−f(−d)+FL(0) …(3)
ΔF=−f(d)+FR(0) …(4)
次に、アクチュエータ1の形成方法の一例を、図9〜16を参照して説明する。なお、図9〜16では、図1に示すアクチュエータ1のほぼ左側半分を示している。図1に示すアクチュエータ1は、例えば、SOI(Silicon on Insulator)基板を用いて、一般的なMEMS加工技術により形成される。SOI基板は、上部Si層33、SiO2層32および下部Si層31で構成され、2枚のSi単結晶板の一方にSiO2層を形成し、そのSiO2層を挟むように接合したものである。なお、Si基板では接続パッド部となる部分の金属への密着性向上や、導電性の改善のために、適宜ドーピングを行ったものが用いられる場合がある。このドーピングは、P型、N型いずれの特性であっても本件の発明においては問題はない。
櫛歯300,400へのエレクトレットの形成方法としては、例えば、日本国特開2013−13256号公報に記載の方法(Bias-Temperature法:B−T法)を応用すれば良い。図17、図18は、櫛歯300,400にエレクトレットを形成する方法を説明する図である。ここでは、Si層33から形成された櫛歯300,400の表面にK+イオンを含むシリコン酸化膜(SiO2)を形成し、これを帯電させることでエレクトレットとして用いる。
−ε0A(Ve1−V1)2/2(g1+x)2 …(5)
Nε0b(Ve2−V2)2/g2−ε0A(Ve1−V1)2/2(g1+x)2…(6)
(第1実施例)
図19は、上述したアクチュエータ1を光シャッタの駆動機構として適用した場合を示す。図19は、フィールド順次カラー(FSC)方式のディスプレイの一画素を示したものであり、画素の概略構成を示す分解斜視図である。各画素100は、光シャッタ101、バックライト102、および開口103Aが形成され遮光板103を備えている。
図21は、本実施形態における第2の実施例を示す図である。図21は、小型の流体装置に用いられる流路切換弁の概略構成を示す図である。図21の流路切換弁201は、図1に示したアクチュエータ1の可動部5に弁体202が形成されており、その他の構造は図1に示したアクチュエータ1と同様である。弁体202の裏面側には、破線で示すような形状の溝203aが形成されている。弁体202の下部には流路構造体204が配置されている。アクチュエータ1のベース2は、流路構造体204の上面に固着される。図21に示すように弁体202を上述した第1の安定位置に移動すると、弁体202は閉位置に位置決めされ、逆に、弁体202を第2の安定位置に移動すると弁体202は開位置(図22参照)に位置決めされる。
上述した第2実施例の流路切換弁はいわゆる開閉弁であったが、第3実施例ではアクチュエータを2組用いて三方切換弁とした。図24,25は、アクチュエータ1を三方切換弁に適用した場合を説明する図である。図24は三方切換弁210の平面図である。三方切換弁210においては、2組のアクチュエータ1A,1Bが流路構造体211上に設けられている。なお、駆動部8A,8Bおよび制御部223は図示を省略した。三方切換弁210の場合も、アクチュエータ1A,1Bが第1の安定位置とされるとそれぞれの弁体202は閉位置に位置決めされ、第2の安定位置とされるとそれぞれの弁体202は開位置に位置決めされる。図24では、いずれの弁体202も閉位置に位置決めされている。
図26〜28は、複数のアクチュエータを用いた流量制御弁220の一例を示す概略構成図である。図26は、流量制御弁220の正面側を示す図である。流路構造体221の表面側には複数のアクチュエータ1Aa〜1Ceがマトリックス状に配置されている。各アクチュエータ1Aa〜1Ceに設けられた第1および第2駆動部8A,8Bは、制御部223によって制御される。
図29は第5実施例を示す図であり、上述したアクチュエータ1を、高周波信号の経路を切り替えるためのRFスイッチに適用したものである。図29は、本実施の形態のアクチュエータをSPST(Single Pole Single Throw)のRFスイッチに適用した場合の原理図である。なお、ここではRFスイッチに適用した場合について説明するが、RFスイッチに限らず一般的なスイッチやリレー等にも同様に適用することができる。
図34は、本発明に係るアクチュエータの第2の実施の形態を示す図である。図34に示すアクチュエータ11は、右側に設けられた第2固定電極3Cの櫛歯300の形状が図1に示したアクチュエータ1と異なっている。その他の構造は、上述したアクチュエータ1と同様である。
FL(0)=−NLε0bVe2/g …(7)
FR1(0)=NR1ε0bVe2/g …(8)
FR2(0)=(NR1+NR2)ε0bVe2/g …(9)
FR3(0)=(NR1+NR2+NR3)ε0bVe2/g …(10)
FR4(0)=(NR1+NR2+NR3+NR4)ε0bVe2/g …(11)
x≦−d2
FR0=0 …(12)
−d2<x≦−d2+Xr1
FR1=NRε0bVe2/g11 …(13)
−d2+Xr1<x≦−d2+Xr2
FR2=NRε0bVe2/g12 …(14)
−d2+Xr2<x
FR3=NRε0bVe2/g13 …(15)
図50は、本発明に係るアクチュエータの第3の実施の形態を示す図である。アクチュエータ13は、図34に示した複数の安定状態を有するアクチュエータをx軸方向とy軸方向の両方に関して備えたことにより、可動部5の2次元的な移動を可能としたものである。図50では制御部223の図示を省略した。なお、ここでは、図34のアクチュエータを用いて2次元走査型のアクチュエータとしたが、図1,48,55および58に示すアクチュエータを用いても良い。
日本国特許出願2013年第165166号(2013年8月8日出願)
Claims (23)
- 固定電極および可動電極を備える静電駆動機構と、
前記可動電極が設けられて前記静電駆動機構により駆動される第1可動部と、
前記固定電極に対して前記可動電極が面内でスライド移動可能なように、前記第1可動部を弾性支持する第1弾性支持部と、
前記静電駆動機構の前記固定電極および前記可動電極の少なくとも一方に形成されたエレクトレットと、
前記静電駆動機構への電圧印加を制御する駆動制御部と、を備えるアクチュエータであって、
前記アクチュエータには、前記エレクトレットに起因する静電力と前記第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置に、またはその近傍に設定された安定位置に、前記第1可動部が位置決めされる安定状態が複数設定されていて、
前記駆動制御部は、前記静電駆動機構に電圧を印加することにより該静電駆動機構の静電力を制御して任意の安定状態から他の安定状態へ変化させ、前記第1可動部を任意の安定位置から他の安定位置へ移動させる、アクチュエータ。 - 請求項1に記載のアクチュエータにおいて、
前記静電駆動機構は、前記固定電極としての固定櫛歯電極および前記可動電極としての可動櫛歯電極を備える櫛歯駆動部を少なくとも有するとともに、前記固定櫛歯電極に対する前記可動櫛歯電極の挿入量が変化する方向と前記スライド移動の方向とが一致し、
前記固定櫛歯電極および前記可動櫛歯電極の少なくとも一方に、前記エレクトレットが形成されているアクチュエータ。 - 請求項2に記載のアクチュエータにおいて、
前記静電駆動機構は、
第1固定櫛歯電極、および該第1固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第1可動櫛歯電極を有する第1櫛歯駆動部と、
前記第1固定櫛歯電極に対して間隔を空けて対向配置される第2固定櫛歯電極、および該第2固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第2可動櫛歯電極を有する第2櫛歯駆動部と、を備え、
第1可動部は、前記第1固定櫛歯電極と前記第2固定櫛歯電極との間に配置されるとともに、前記第1可動櫛歯電極および第2可動櫛歯電極が設けられ、
第1弾性支持部は、前記第1および第2固定櫛歯電極に対する前記第1および第2可動櫛歯電極の各挿入量が変化する方向にスライド移動可能なように前記第1可動部を弾性支持し、
前記エレクトレットは、前記第1固定櫛歯電極および前記第1可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第1エレクトレットと、前記第2固定櫛歯電極および前記第2可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第2エレクトレットと、を有し、
前記複数の安定位置として、
前記第2可動櫛歯電極の挿入量がゼロとなる位置まで前記第1可動櫛歯電極が前記第1固定櫛歯電極に吸引されて、前記第1エレクトレットに起因する第1静電力と前記第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第1安定位置と、
前記第1可動櫛歯電極の挿入量がゼロとなる位置まで前記第2可動櫛歯電極が前記第2固定櫛歯電極に吸引されて、前記第2エレクトレットに起因する第2静電力と前記第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第2安定位置と、が設定され、
前記駆動制御部は、
前記第1櫛歯駆動部に前記第1静電力を弱める第1電圧を印加し、前記第1可動部を前記第1安定位置から前記第2安定位置へ移動させ、
前記第2櫛歯駆動部に前記第2静電力を弱める第2電圧を印加し、前記第1可動部を前記第2安定位置から前記第1安定位置へ移動させる、アクチュエータ。 - 請求項2に記載のアクチュエータにおいて、
前記静電駆動機構は、
前記第1可動部のスライド方向であって、該第1可動部を挟むように前記固定櫛歯電極とは反対側に設けられた固定電極板と、
前記固定電極板と対向配置され、前記第1可動部に設けられた可動電極板と、をさらに備え、
前記エレクトレットは、前記固定櫛歯電極および前記可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第1エレクトレットと、対向配置された前記固定電極板および前記可動電極板の少なくとも一方に設けられた第2エレクトレットと、を備え、
前記複数の安定位置として、
前記可動櫛歯電極が前記固定櫛歯電極に挿入されるように吸引されて、前記第1エレクトレットに起因する第1静電力と前記第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第1安定位置と、
前記固定櫛歯電極に対する前記可動櫛歯電極の挿入量がゼロとなる位置まで前記可動電極板が前記固定電極板側に吸引されて、前記第2エレクトレットに起因する第2静電力と前記第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第2安定位置と、が設定され、
前記駆動制御部は、
前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間に前記第1静電力を弱める第1電圧を印加して、前記第1可動部を前記第1安定位置から前記第2安定位置へ移動させ、
前記固定電極板と前記可動電極板との間に前記第2静電力を弱める第2電圧を印加して、前記第1可動部を前記第2安定位置から前記第1安定位置へ移動させる、アクチュエータ。 - 請求項2に記載のアクチュエータにおいて、
前記エレクトレットは、前記固定櫛歯電極および前記可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられ、
前記複数の安定位置として、
前記挿入量が正であって、前記エレクトレットに起因する静電力と前記第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第1安定位置と、
前記挿入量がゼロであって、前記エレクトレットに起因する前記固定櫛歯電極のフリンジ電界による静電引力と前記弾性力とが釣り合い、かつ、前記第2電圧を印加時のフリンジ電界による静電力が前記弾性力よりも大きくなる安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第2安定位置と、が設定され、
前記駆動制御部は、前記櫛歯駆動部の静電力を弱める第1電圧を印加して前記第1可動部を前記第1安定位置から前記第2安定位置へ駆動し、前記櫛歯駆動部の静電力を強める第2電圧を印加して前記第1可動部を前記第2安定位置から前記第1安定位置へ駆動する、アクチュエータ。 - 請求項3に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1静電力の大きさが前記第1可動櫛歯電極の挿入量に応じて複数段に変化し、前記第1安定位置と前記第2安定位置との間に、前記第1および第2静電力と前記第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う複数の第1中間安定位置が設定されるように、前記第1固定櫛歯電極または前記第1可動櫛歯電極の櫛歯形状が構成され、
前記駆動制御部は、前記第1櫛歯駆動部および前記第2櫛歯駆動部の少なくとも一方の印加電圧を制御して、前記第1可動部を前記第1安定位置,前記第2安定位置および前記複数の第1中間安定位置のいずれかに移動させる、アクチュエータ。 - 請求項4に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1静電力の大きさが前記可動櫛歯電極の挿入量に応じて複数段に変化し、前記第1安定位置と前記第2安定位置との間に、前記第1および第2静電力と前記第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う複数の中間安定位置が設定されるように、前記固定櫛歯電極または前記可動櫛歯電極の櫛歯形状が構成され、
前記駆動制御部は、前記第1可動部を前記複数の中間安定位置へ駆動するための複数の電圧が前記櫛歯駆動部に対して印加可能である、アクチュエータ。 - 請求項5に記載のアクチュエータにおいて、
前記エレクトレットに起因する静電力の大きさが前記可動櫛歯電極の挿入量に応じて複数段に変化し、前記第1安定位置と前記第2安定位置との間に、前記エレクトレットに起因する静電力と前記第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う複数の中間安定位置が設定されるように、前記固定櫛歯電極または前記可動櫛歯電極の櫛歯形状が構成され、
前記駆動制御部は、前記第1可動部を前記複数の中間安定位置へ駆動するための複数の電圧が前記櫛歯駆動部に対して印加可能である、アクチュエータ。 - 請求項2に記載のアクチュエータにおいて、
前記静電駆動機構は、第1固定櫛歯電極および第1可動櫛歯電極を有する第1櫛歯駆動部と、第2固定櫛歯電極および第2可動櫛歯電極を有する第2櫛歯駆動部とを備え、
前記第1固定櫛歯電極および前記第2固定櫛歯電極は、間隔を空けて対向配置され、
前記第1可動部は、前記第1固定櫛歯電極と前記第2固定櫛歯電極との間に配置され、かつ、前記第1固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合するように前記第1可動櫛歯電極が設けられるとともに、前記第2固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合するように第2可動櫛歯電極が設けられ、
前記第1弾性支持部は、前記第1および第2可動櫛歯電極の各挿入量が変化する方向にスライド移動可能なように前記第1可動部を弾性支持し、
前記エレクトレットは、前記第1固定櫛歯電極および前記第1可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第1エレクトレットと、前記第2固定櫛歯電極および前記第2可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第2エレクトレットと、を有し、
前記複数の安定位置として、前記第1エレクトレットに起因する第1静電力と前記第2エレクトレットに起因する第2静電力と前記第1弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置が複数設定されるように、前記第1固定櫛歯電極または前記第1可動櫛歯電極の櫛歯形状は、前記第1静電力の大きさが前記第1可動電極の挿入量に応じて複数段に変化するように構成され、
前記駆動制御部は、前記第1櫛歯駆動部および前記第2櫛歯駆動部の少なくとも一方の印加電圧を制御して、前記第1可動部を前記複数の安定位置のいずれかに移動させる、アクチュエータ。 - 請求項6または9に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1固定櫛歯電極または前記第1可動櫛歯電極は、長さが異なる複数種類の櫛歯群または櫛歯配列方向の櫛歯幅寸法が異なる複数種類の櫛歯群を備えている、アクチュエータ。 - 請求項7または8に記載のアクチュエータにおいて、
前記固定櫛歯電極または前記可動櫛歯電極は、長さの異なる複数種類の櫛歯群または櫛歯配列方向の櫛歯幅寸法が異なる複数種類の櫛歯群を備えている、アクチュエータ。 - 請求項1乃至11のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、
前記静電駆動機構、前記第1可動部および前記第1弾性支持部のそれぞれは、同一シリコン基板を加工することにより形成されているアクチュエータ。 - 請求項3に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1可動部に設けられ、該第1可動部の移動方向と交差する方向に間隔を空けて対向配置された第3固定櫛歯電極および第4固定櫛歯電極と、
前記第3固定櫛歯電極と前記第4固定櫛歯電極との間に配置され、前記第3固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第3可動櫛歯電極、および前記第4固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第4可動櫛歯電極が設けられた第2可動部と、
前記交差する方向にスライド移動可能なように前記第2可動部を前記第1可動部に対して弾性支持する第2弾性支持部と、をさらに備え、
前記エレクトレットは、前記第3固定櫛歯電極および前記第3可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第3エレクトレットと、前記第4固定櫛歯電極および前記第4可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第4エレクトレットと、をさらに有し、
前記複数の安定位置として、
前記第4固定櫛歯電極に対する前記第4可動櫛歯電極の挿入量がゼロとなる位置まで前記第3可動櫛歯電極が前記第3固定櫛歯電極に吸引されて、前記第3エレクトレットに起因する第3静電力と前記第2弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第3安定位置と、
前記第3固定櫛歯電極に対する前記第3可動櫛歯電極の挿入量がゼロとなる位置まで前記第4可動櫛歯電極が前記第4固定櫛歯電極に吸引されて、前記第4エレクトレットに起因する第4静電力と前記第2弾性支持部の弾性力とが釣り合う安定位置、またはその近傍に設定された安定位置である第4安定位置と、がさらに設定され、
前記駆動制御部は、
前記第3固定櫛歯電極と前記第3可動櫛歯電極との間に前記第3静電力を弱める第3電圧を印加し、前記第2可動部を前記第3安定位置から前記第4安定位置へ移動させ、
前記第4固定櫛歯電極と前記第4可動櫛歯電極との間に前記第4静電力を弱める第4電圧を印加し、前記第2可動部を前記第4安定位置から前記第3安定位置へ移動させる、アクチュエータ。 - 請求項9に記載のアクチュエータにおいて、
前記第1可動部に設けられ、該第1可動部の移動方向と交差する方向に間隔を空けて対向配置された第3固定櫛歯電極および第4固定櫛歯電極と、
前記第3固定櫛歯電極と前記第4固定櫛歯電極との間に配置され、前記第3固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第3可動櫛歯電極、および前記第4固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する第4可動櫛歯電極が設けられた第2可動部と、
前記交差する方向に移動可能なように前記第2可動部を前記第1可動部に対して弾性支持する第2弾性支持部と、をさらに備え、
前記エレクトレットは、前記第3固定櫛歯電極および前記第3可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第3エレクトレットと、前記第4固定櫛歯電極および前記第4可動櫛歯電極の少なくとも一方に設けられた第4エレクトレットと、をさらに有し、
前記複数の安定位置として、前記第3エレクトレットに起因する第3静電力と前記第4エレクトレットに起因する第4静電力と前記第2弾性支持部の弾性力とが釣り合う複数の第2安定位置が設定されるように、前記第3固定櫛歯電極または前記第3可動櫛歯電極の櫛歯形状は、前記第3静電力の大きさが前記第3可動電極の挿入量に応じて複数段に変化するように構成され、
前記駆動制御部は、
前記第3固定櫛歯電極と前記第3可動櫛歯電極との間の印加電圧、および前記第4固定櫛歯電極と前記第4可動櫛歯電極との間の印加電圧の少なくとも一方を制御して、前記第2可動部を前記複数の第2安定位置のいずれかに移動させる、アクチュエータ。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアクチュエータと、
前記アクチュエータの第1可動部と一体に移動して光路に挿脱され、光源からの光を通過状態および非通過状態のいずれかに切換えるシャッタ部材と、を備え、
前記第1可動部が前記複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると前記通過状態とされ、前記第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると前記非通過状態とされるシャッタ装置。 - 請求項6または9に記載のアクチュエータと、
前記アクチュエータの第1可動部と一体に移動して光路に挿脱され、前記第1可動部が前記複数の安定位置のいずれに移動されるかに応じて光路遮蔽率の異なる遮蔽部材と、を備え、
前記駆動制御部により印加電圧を制御して前記第1可動部を前記複数の安定位置に移動させて、通過光量を制御するシャッタ装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアクチュエータと、
流路が形成された流路形成体と、
前記アクチュエータの第1可動部と一体に移動して前記流路を開閉する弁体と、を備え、
前記弁体は、前記第1可動部が前記複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると前記流路を開き、前記第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると前記流路を閉じる流体制御装置。 - 複数の流路が形成された流路形成体と、
前記複数の流路の各々に設けられた、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアクチュエータと、
前記複数の流路毎に設けられ、該流路に対応する前記アクチュエータの第1可動部と一体に移動して該流路を開閉する弁体と、を備え、
前記複数の弁体の各々は、該弁体と一体に移動する前記第1可動部が前記複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると前記流路を開き、前記第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると前記流路を閉じる流体制御装置。 - 請求項17または18に記載の流体制御装置において、
前記流路は、入口側の第1流路と出口側の第2流路とを有し、
前記流路に対応した前記弁体には、前記第1流路と前記第2流路とを連通する連通部と、前記第1および第2流路の一方を塞いで非連通状態とする遮蔽部とが形成されている流体制御装置。 - 第1流路および複数の第2流路が形成された流路形成体と、
前記複数の第2流路の各々に設けられた、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアクチュエータと、
前記複数の第2流路毎に設けられ、該第2流路に対応する前記アクチュエータの第1可動部と一体に移動して該第2流路と前記第1流路との連通および非連通を切り換える弁体と、を備え、
前記複数の弁体の各々は、該弁体と一体に移動する前記第1可動部が前記複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると対応する第2流路と前記第1流路とを連通状態とし、前記第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると対応する第2流路と前記第1流路とを非連通状態とする流体制御装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアクチュエータと、
高周波信号入力用の信号線が接続される第1接点と、
入力された高周波信号を出力するための信号線が接続される第2接点と、
前記アクチュエータの第1可動部と一体に移動して、前記第1接点と前記第2接点との間の導通および非導通を切り換える可動接点と、を備え、
前記可動接点は、前記第1可動部が前記複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると前記第1および第2接点間が導通とされ、前記第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると前記第1および第2接点間が非導通とされるスイッチ。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアクチュエータと、
高周波信号入力用の第1信号線が接続される第1および第2接点と、
入力された高周波信号を出力するための第2信号線が接続される第3接点と、
入力された高周波信号を出力するための第3信号線が接続される第4接点と、
前記アクチュエータの第1可動部と一体に移動して、前記第1および第3接点間の導通および非道通を切り換える第1可動接点と、
前記アクチュエータの第1可動部と一体に移動して、前記第2および第4接点との導通および非道通を切り換える第2可動接点と、を備え、
前記第1可動部が前記複数の安定位置の内の第1安定位置へ移動されると、前記第1および第3接点間が導通とされるとともに前記第2および第4接点間が非導通とされ、
前記第1可動部が他の第2安定位置へ移動されると、前記第2および第4接点間が導通とされるとともに前記第1および第3接点間が非導通とされるスイッチ。 - 請求項13または14に記載のアクチュエータと、
前記アクチュエータの前記第2可動部と一体に移動し、該第2可動部の移動範囲における物理量を検出するセンサと、を備え、
前記第1可動部および前記第2可動部の少なくとも一方を各々の安定位置に移動することにより、前記センサを二次元的に移動させて前記物理量の検出を行う、2次元走査型センサ装置。
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