KR100398856B1 - 정전 액튜에이터 기구, 그 구동 방법, 및 그것을 이용한카메라 모듈 - Google Patents

정전 액튜에이터 기구, 그 구동 방법, 및 그것을 이용한카메라 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR100398856B1
KR100398856B1 KR10-2001-0015578A KR20010015578A KR100398856B1 KR 100398856 B1 KR100398856 B1 KR 100398856B1 KR 20010015578 A KR20010015578 A KR 20010015578A KR 100398856 B1 KR100398856 B1 KR 100398856B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
stator
voltage
electrodes
actuator mechanism
Prior art date
Application number
KR10-2001-0015578A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010095010A (ko
Inventor
가사하라아끼히로
세끼무라마사유끼
고가아끼히로
Original Assignee
가부시끼가이샤 도시바
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시끼가이샤 도시바 filed Critical 가부시끼가이샤 도시바
Publication of KR20010095010A publication Critical patent/KR20010095010A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100398856B1 publication Critical patent/KR100398856B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/002—Electrostatic motors
    • H02N1/004—Electrostatic motors in which a body is moved along a path due to interaction with an electric field travelling along the path
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Lens Barrels (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

소정 방향으로 순차 배열되는 제1, 제2 및 제3 고정자 전극(22A∼22C)의 그룹 s가 제1 고정자(22A)에 설치되어 있다. 이 제1 고정자(22A)와 대향하여 설치되고, 상기 소정 방향으로 연장하여 설치된 면 전극(26D)이 제2 고정자(22B)에 설치되어 있다. 상기 제1 고정자(22A)와 상기 제2 고정자(22B)의 사이에는 소정 방향으로 진동하면서 진행하는 가동자(可動子)(3)가 배치되고, 이 가동자(3)는 상기 제1, 제2 및 제3 고정자 전극(22A∼22C)에 대향하는 소정 방향으로 배열된 다수의 가동자 전극(30A) 및 면 전극(26D)에 대향된 1개의 제2 가동자 전극(30D)을 갖고 있다. 제1 및 제2 가동자 전극(30A 및 30D)이 접지 전위로 유지되고, 제1, 제2 및 제3 고정자 전극(22A∼22C)에는 제1 구동 전압이 잇달아 주기적으로 인가되며, 제1 및 제2 가동자 전극(30A)에는 제2 구동 전압이 인가된다. 제1 및 제2 구동 전압은 접지 전위 및 플러스의 구동 전압 사이에서 상호 역 위상으로 주기적으로 전환되는 전압이기 때문에, 가동자(3)는 제1 및 제2 고정자(2A, 2B) 사이에서 진동하면서 소정 방향으로 전진된다.

Description

정전 액튜에이터 기구, 그 구동 방법, 및 그것을 이용한 카메라 모듈{ELECTROSTATIC ACTUATOR MECHANISM, DRIVING METHOD OF THE SAME, AND CAMERA MODULE USING THE SAME}
본 발명은 그 가동자(slider or movable section)를 정전기력으로 구동하는정전 액튜에이터 기구 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 특히 개량된 간단한 구조를 지니고, 가동자를 높은 정밀도로 구동할 수 있는 정전 액튜에이터 기구 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 또, 본 발명은 이러한 정전 액튜에이터 기구를 이용한 카메라 모듈에 관한 것이다.
가동자(slider or movable section)를 정전기력으로 구동하는 정전 액튜에이터 기구는 이미 몇가지의 문헌, 예를 들면 특개평 8-140367호 공보 참조 및 "Electrostatic Linear Microactuator Mechanism" JOURNAL OF LIGHTWAVW TECHNOLOGYFIG, Vo1.17, No 1, January 1999, IEEE에 개시되어 있다. 이들 문헌에 개시되는 정전 액튜에이터 기구는 도 1에 도시된 바와 같은 전극이 배열된 구조를 갖고 있다. 이 정전 액튜에이터 기구에서는 구동되어야 되는 가동자(slider or movable section)(102)가 상호 대향된 2개의 고정자(103A, 103B) 사이에 화살표(101)로 표시한 전진 방향(forward direction) 혹은 그 반대의 후퇴 방향(backward direction)으로 슬라이드 가능하게 배치되어 있다. 가동자(102)에는 전극부(104)가 설치되고, 한쪽 고정자(103A)에는 다른 타이밍에서 전압이 인가되는 2개의 고정자 전극(106A 및 106C)이 교대로 배치되고, 또한 다른쪽의 고정자(103B)에는 마찬가지로 다른 타이밍에서 전압이 인가되는 2개의 전극(106B 및 106D)이 교대로 배치되어 있다. 이 고정자(103A, 103B)에 설치한 각각의 고정자 전극(106A∼106D) 및 가동자(102)의 전극부(104)의 피치 및 전극 폭은 각각 실질상 동일하고, 상호 대향되는 고정자(103A)의 고정자 전극(106A 및 106C)과 고정자(103B)의 전극(106B 및 106D)은 그 배열 위상이 1/2만큼 시프트되도록 배치되어있다.
이러한 구조를 갖는 정전 액튜에이터 기구에서는 고정자 전극(106A)에 전압원(도시하지 않음)으로부터 전압이 인가되면, 고정자 전극(106A)과 가동자 전극(104)과의 사이에 정전력, 즉 쿨롱력이 작용하고, 가동자(102)는 고정자 전극(106A)과 가동자 전극(104)이 중첩하도록 한쪽의 고정자(103A)에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(도시하지 않음)가 고정자 전극(106A)에서 전극(106B)으로 전환되어 전압이 전극(106B)에 인가되면, 가동자(102)는 전극(106B)과 가동자 전극(104)이 중첩하도록 다른쪽의 고정자(103B)에 흡인된다. 또한, 스위칭 회로가 전극(106B)에서 전극(106C)으로 전환되어 전압이 전극(106C)에 인가되면, 가동자(102)는 전극(106C)과 가동자 전극(104)이 중첩하도록 한쪽의 고정자(103A)에 흡인된다. 또한, 스위칭 회로가 전극(106C)에서 전극(106D)으로 전환되어 전압이 전극(106D)에 인가되면, 가동자(102)는 전극(106D)과 가동자 전극(104)이 중첩하도록 다른쪽의 고정자(103B)에 흡인된다. 이와 같이, 전압이 고정자 전극(106A), 전극(106B), 전극(106C), 전극(106D)으로 순차 전환하면서 인가되면, 가동자(102)는 미시적으로는 고정자(103A 및 103B) 사이에서 진동하면서, 거시적으로는 도 1에 화살표(1O1)로 표시한 전진 방향(forward direction)으로 구동된다. 전극에 전압을 가하는 순서를 반대로 하여, 전극(106D), 전극(106C), 전극(106B), 고정자 전극(106A)의 순서로 순차적으로 전환하면서 전압이 인가되면, 가동자(102)는 도 1에 화살표(101)로 표시한 후퇴 방향(backward direction)으로 구동된다.
상술한 정전 액튜에이터 기구에서는 한쌍의 고정자(103A, 103B)가 정밀도 좋게 위치정렬(align)되는 것이 필요로 되고, 또한 고정자(103A, 103B)에 정밀도 좋게 등간격으로 동일한 폭의 전극이 형성되는 것이 요구되고 있다. 따라서, 정전 액튜에이터 기구의 부품을 제조하여, 이 부품을 정밀도 좋게 조립하는 데에 충분한 시간 및 수고가 필요로 되고, 결과로서 액튜에이터 기구의 비용이 비싸게 되어, 양산을 실현하기 위해서는 문제가 있다고 되어 있다.
도 2를 참조하여, 보다 상세하게 종래의 정전 액튜에이터 기구에 있어서의 전압을 인가하는 방법 및 그 동작 원리를 설명한다. 또, 도 1에 도시한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 이용함으로써 중복하는 설명을 생략한다.
도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 고정자(103A, 103B)에 설치한 고정자 전극(106A∼106D)에 순차 전압이 인가되면, 가동자(102)는 구동되어 실질상 직선적으로 미소 이동된다. 여기서, 도 2에 도시되는 정전 액튜에이터 기구에 있어서는, 특개평 8-140367호 공보에 개시되는 바와 같이 고정자 전극(106A∼106D) 상에는 이들 고정자 전극(106A∼106D)이 절연 파괴되는 것을 방지하기 위하여 유전체막(105)이 피막되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 처음에 고정자 전극(106A)에 전압이 인가되면, 그 고정자 전극(106A)을 피막하는 유전체막(105)에는 도 2에 도시한 바와 같이 유전 분극(107)이 발생한다. 계속해서, 전극(106B)에 전압이 인가되면, 가동자(102)는 다른쪽의 고정자(103B)에 흡인되고, 가동자가 전극(106B)에 가동자 전극(104)이 중첩하도록 구동된다. 그러나, 실제로는 고정자 전극(106A)에 설치한 유전체막(105)에 생긴 유전분극(107)의 성분에 의해, 가동자(102)가 한쪽의 고정자(103A)에 보강된 채로 하고자 하는 작용력도 기능하게 된다. 이 유전분극(107)에 의한 성분은 전위 레벨로서는 미소하지만, 한쪽의 고정자(103A)로부터 가동자(102)의 전극부(104)까지의 거리가 짧기 때문에, 가동자(102)를 이동시키는 동작을 방해하는 힘으로서 무시할 수 없는 가능성이 있다. 이것은, 정전력이 그 전극간 거리의 2승에 반비례하는 데에 기인하는 것에 기초하고 있다. 이러한 이유에 의해, 종래의 정전 액튜에이터 기구에서는 가동자(102)의 구동이 불안정해질 우려가 있다. 또한, 유전체막(105)에 있어서의 전하가 누설되는 정도, 즉 유전분극이 해소되는 시간이 일정하지 않음에 따라, 가동자(102)가 이동하는 동작이 항상 일정하지 않은 원인도 되고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 종래의 정전 액튜에이터 기구에서는 2개의 고정자(103A, 103B)가 정확하게 위치 결정되어 양자 사이의 배열 위상이 정밀도 좋게 설정될 필요가 있고, 가동자(102)의 대향하는 2면에 정밀도 좋게 전극을 제작할 필요가 있어, 액튜에이터 기구의 조립에 요하는 시간 및 수고가 많이 들고, 비용이 비싸서, 액튜에이터 기구의 양산을 실현할 수 없다는 문제가 있다.
또한, 종래의 정전 액튜에이터 기구에서는 전극에 피막된 유전체막(105)에 생기는 유전분극의 영향에 의해, 가동자(102)의 구동 동작이 불안정해질 우려가 있다.
또한, 유전체막(105)에 있어서의 전하가 누설되는 정도, 즉 유전분극이 해소되는 시간이 일정하지 않기 때문에, 가동자(102)의 이동 동작이 불안정해지는 문제도 있다.
본 발명의 목적은 조립성 및 양산성의 향상을 도모할 수 있고, 비교적 높은 정밀도로 안정적으로 가동부의 직선적인 미세 이동을 실현할 수 있는 정전 액튜에이터 기구를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 이러한 액튜에이터 기구를 이용한 소형의 카메라 모듈을 제공하는 것에 있다.
도 1은 종래의 정전 액튜에이터 기구의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 종래의 유전체막을 구비한 정전 액튜에이터 기구의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 정전 액튜에이터 기구를 개략적으로 나타내는 블록도.
도 4의 (a)∼(e)는 도 3에 도시한 정전 액튜에이터 기구의 전극에 인가되는 전압 신호를 도시하는 타이밍차트.
도 5의 (a)∼(e)는 도 3에 도시한 실시예의 변형 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 구동 방법을 설명하기 위한 동작 설명도.
도 6의 (a)∼(e)는 도 5의 (a)∼(e)에 도시한 구동 방법에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 전극에 인가되는 전압 신호를 도시한 타이밍차트.
도 7은 본 발명에 따른 정전 액튜에이터 기구의 다른 변형 실시예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 도 7에 도시한 정전 액튜에이터 기구의 동작 원리를 설명하기 위한개략적으로 도시한 단면도.
도 9의 (a)∼(f)는 도 7 및 8에 도시한 정전 액튜에이터 기구의 전극에 인가되는 전압 신호를 도시한 타이밍차트.
도 10은 도 7 및 8에 도시한 정전 액튜에이터 기구에 있어서의 갭을 파라미터로 한 변위와 가동자에 주어지는 구동력과의 관계를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 정전 액튜에이터 기구의 또 다른 변형 실시예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 12의 (a) 및 (b)는 도 11에 도시된 정전 액튜에이터 기구의 가동자의 전극 폭 및 그 동작에 관한 설명도.
도 13의 (a) 및 (b)는 도 3에 도시된 정전 액튜에이터 기구의 다른 변형 실시예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 14의 (a)∼(f)는 도 13의 (a) 및 (b)에 도시한 정전 액튜에이터 기구의 전극에 인가되는 전압 신호를 도시한 타이밍차트.
도 15의 (a) 및 (b)는 도 3에 도시된 정전 액튜에이터 기구의 또 다른 변형 실시예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 16은 도 3에 도시된 정전 액튜에이터 기구의 또 다른 변형 실시예를 개략적으로 도시한 사시도.
도 17의 (a)∼(c)는 도 3에 도시된 정전 액튜에이터 기구의 또 다른 변형 실시예에 따른 가동자의 제조 공정을 개략적으로 도시한 사시도.
도 18의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따르는 스토퍼를 구비한 정전 액튜에이터 기구를 개략적으로 도시한 단면도 및 파단도.
도 19의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따르는 스토퍼를 구비한 정전 액튜에이터 기구를 개략적으로 도시한 단면도 및 파단도.
도 20은 본 발명의 변형 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구를 개략적으로 도시한 분해 사시도.
도 21의 (a)∼(c)는 본 발명의 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 고정자의 구조를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도.
도 22의 (a)∼(d)는 본 발명에 따른 정전 액튜에이터 기구의 또 다른 실시 형태에 따른 고정자의 제조 공정을 나타내는 단면도.
도 23의 (a)∼(c)는 본 발명의 변형 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 고정자의 구조를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도.
도 24의 (a)∼(c)는 본 발명의 변형 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 고정자의 구조를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도.
도 25의 (a)∼(d)는 본 발명의 변형 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 고정자의 구조를 개략적으로 도시한 평면도, 단면도 및 이면도.
도 26의 (a)∼(d)는 본 발명의 변형 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 고정자의 구조를 개략적으로 도시한 평면도, 단면도 및 이면도.
도 27의 (a)∼(d)는 본 발명의 변형 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 고정자의 구조를 개략적으로 도시한 평면도, 단면도 및 이면도.
도 28의 (a)∼(c)는 본 발명의 변형 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 고정자의 구조를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도.
도 29의 (a)∼(d)는 본 발명의 변형 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 고정자의 구조를 개략적으로 도시한 평면도, 단면도 및 이면도.
도 30은 본 발명에 따른 정전 액튜에이터 기구의 응용예로서의 초점 제어 기구를 개략적으로 도시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2A, 2B : 고정자
3 : 가동자
11A, 11B : 기판
22A, 22B, 22C : 고정자 전극
26D : 면 전극
30A, 30D : 가동자 전극
40 : 스위칭 회로
40A, 40B, 40C, 40D : 고정 접점
40F : 가동 접점
42 : 전압원
본 발명에서는 다른 순서로 전압이 인가되는 적어도 3개의 전극이 소정 방향으로 순차 배열되어 이루어지는 제1 전극군을 포함한 제1 고정자와; 상기 제1 고정자와 대향하여 설치되고, 상기 소정 방향으로 연장하여 설치된 평면형의 제2 전극을 포함한 제2 고정자와; 상기 제1 고정자와 상기 제2 고정자의 사이에 배치되어, 상기 제1 전극군에 대향하는 제1 전극부 및 상기 제2 전극에 대향하는 제2 전극부를 포함한 가동자와; 상기 제1 전극부의 전위보다도 상기 제1 전극군 중 어느 전극의 전위가 높아지도록, 또는 상기 제2 전극부보다도 상기 제2 전극의 전위가 높아지도록, 상기 제1 전극군과 상기 제2 전극에 교대로 전압을 인가함과 동시에, 상기 제1 전극군에 전압을 인가하는 순서를 순차 전환하는 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구를 제공한다.
여기서, 상기 스위칭 회로는 상기 제1 전극군에 전압을 인가할 때에, 적어도 상기 소정 방향으로 인접하는 2개의 전극에 동시에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
또한, 상기 가동자에 설치되는 상기 제1 전극부의 상기 소정 방향을 따른 폭은 상기 제1 전극군의 각 전극의 상기 소정 방향을 따른 폭의 1.5배∼2.5배인 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
또한, 상기 제1 전극군을 덮도록 설치되는 유전체막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다. 또, 상기 제2 전극에 전압을 인가할 때에, 상기 제1 전극군의 전위가 상기 제1 전극부의 전위와 비교하여 낮은 전위가 되도록 전위차를 제공하는 수단을 더 포함해도 좋다.
또한, 상기 제1 전극부를 덮도록 설치되는 유전체막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다. 또, 상기 제2 전극에 전압을 인가할 때에, 상기 제1 전극군의 전위가 상기 제1 전극부의 전위와 비교하여 낮은 전위가 되도록 전위차를 제공하는 수단을 더 포함해도 좋다.
또한, 상기 제1 및 제2 전극부는 실질적으로 접지 전위인 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
또한, 상기 가동자는 이 가동자와 동시에 구동되는 광학 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
또한, 상기 제1 및 제2 고정자는 상기 제1 전극군 및 제2 전극의 표면보다도 돌출된 스토퍼를 포함하고, 상기 가동자는 상기 제1 및 제2 전극부가 설치된 표면에 상기 스토퍼를 미끄럼 이동시키기 위한 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
또한, 상기 가동자는 상기 제1 및 제2 전극부의 표면보다도 돌출된 스토퍼를 포함하고, 상기 제1 및 제2 고정자는 상기 제1 전극군 및 제2 전극이 설치된 표면에 상기 스토퍼를 미끄럼 이동시키기 위한 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
한편, 본 발명에서는 다른 순서로 전압이 인가되는 적어도 3개의 전극이 소정 방향으로 순차 배열되어 이루어지는 제1 전극군을 포함한 제1 고정자와, 이 제1 고정자와 대향하여 설치되고, 상기 소정 방향으로 연장하여 설치된 평면형의 제2 전극을 포함한 제2 고정자와, 상기 제1 고정자와 상기 제2 고정자의 사이에 배치되어, 상기 제1 전극군에 대향하는 제1 전극부 및 상기 제2 전극에 대향하는 제2 전극부를 포함한 가동자를 갖는 정전 액튜에이터 기구를 구동하는 방법에 있어서, 상기 제1 전극부의 전위보다도 상기 제1 전극군 중 어느 전극의 전위가 높아지도록 전압을 인가하고; 상기 제2 전극부보다도 상기 제2 전극의 전위가 높아지도록 전압을 인가하며; 상기 제1 전극군의 전극을 전환하여 상기 제1 전극부의 전위보다도 상기 전극의 전위가 높아지도록 전압을 인가하고; 상기 제2 전극부보다도 상기 제2 전극의 전위가 높아지도록 전압을 인가하며; 상기한 각 전압의 인가를 반복하여 행하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구의 구동 방법을 더불어 제공한다.
또한, 상기 제1 전극군에 전압을 인가할 때에, 적어도 상기 소정 방향으로 인접하는 2개의 전극에 동시에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
또한, 상기 제2 전극에 전압을 인가할 때에, 상기 제1 전극군의 전위가 상기 제1 전극부의 전위와 비교하여 낮은 전위가 되도록 전위차를 제공하는 것을 특징으로 하는 것이라도 좋다.
또한, 본 발명에서는, 촬상 소자와; 상기 촬상 소자상에 설치되고, 다른 순서로 전압이 인가되는 적어도 3개의 전극이 소정 방향으로 순차 배열되어 이루어지는 제1 전극군을 포함한 제1 고정자와, 이 제1 고정자와 대향하여 설치되고, 상기 소정 방향으로 연장하여 설치된 평면형의 제2 전극을 포함한 제2 고정자와, 상기 제1 고정자와 상기 제2 고정자의 사이에 배치되어, 상기 제1 전극군에 대향하는 제1 전극부 및 상기 제2 전극에 대향하는 제2 전극부와, 상기 촬상 소자에 빛을 결상시키는 광학 소자를 포함한 가동자와, 상기 제1 전극부의 전위보다도 상기 제1 전극군 중 어느 전극의 전위가 높아지도록, 또는 상기 제2 전극부보다도 상기 제2 전극의 전위가 높아지도록, 상기 제1 전극군과 상기 제2 전극에 교대로 전압을 인가함과 동시에, 상기 제1 전극군에 전압을 인가하는 순서를 순차 전환하는 스위칭 회로를 갖는 정전 액튜에이터 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈을 더불어 제공한다.
<실시예>
본 발명의 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구에 관해서, 이하에 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 정전 액튜에이터 기구에 관해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 정전 액튜에이터 기구를 개략적으로 나타내고 있다. 도 3에 도시되는 정전 액튜에이터 기구에서는 상호 대향되어 제1 고정자(2A) 및 제2 고정자(2B)가 배치되고, 그 사이에 화살표(24)로 표시한 방향을따라서 슬라이드 가능하게 가동자(3)가 배치되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 고정자(2A, 2B)는 평판형이라도 좋고, 혹은 반원통판형이라도 좋다. 제1 및 제2 고정자(2A, 2B)가 평판형인 경우에는, 가동자(3)는 이들과의 대향면이 거의 평탄한 면을 갖는 블록체 혹은 공중 블록으로 형성되고, 제1 및 제2 고정자(2A, 2B)가 반원통판형인 경우에는, 가동자(3)는 제1 및 제2 고정자(2A, 2B)의 형상에 대응하여 원주체 혹은 공중 실린더로 형성된다.
도 3에 도시되는 정전 액튜에이터 기구는 3개의 고정자 전극(22A, 22B, 22C)에 각각 구동 신호가 다른 타이밍에서 3계통의 고정자 전극에 공급되는 구조를 갖는 제1 고정자(2A)를 구비하고 있다. 즉, 제1 고정자(2A)에는 가동자(3)의 전진 방향, 즉 포워드 방향(24) 및 이것과는 반대인 백워드 방향을 따라서 그 표면에 순차 스트라이프형의 제1, 제2 및 제3 고정자 전극(22A, 22B, 22C)이 교대로 배치되고, 더구나, 동일 피치 Ph에서 제1, 제2 및 제3 고정자 전극(22A, 22B, 22C) 각각이 배치되어 있다. 제1, 제2 및 제3 고정자 전극(22A, 22B, 22C)은 적어도 가동자(3)가 슬라이드되는 범위에 걸쳐 설치되어 있다. 제1 고정자(2A)와는 달리, 제2 고정자(2B)에는 그 표면에 평탄하게 연장된 1개의 면 전극(extended surface electrode)(26D)이 설치되어 있다.
가동자(3)는 제1 고정자(stator)(2A)에 대향하는 면을 지니고, 이 표면에 제1, 제2 및 제3 고정자 전극(22A, 22B, 22C)이 배열되는 고정자 전극 피치 Ph와 같은 피치 Ph에서 제1 가동자 전극(first slider electrode)(30A)이 배치되어 있다. 또한, 가동자(3)는 제2 고정자(2B)에 대향하는 면을 지니고, 이 면에는 평탄하게 연장된 1개의 제2 가동자 전극(second slider electrode)(30D)가 설치되어 있다.
또한, 제1 고정자(2A)의 제1, 제2 및 제3 고정자 전극(22A, 22B, 22C)은 이 순서로 전극의 배열 위상(배열 피치가 3 Ph에 상당하는 배열 위상)이 1/3(= Ph) 변이되고 상자형으로 배치되어 있다. 또한, 가동자(3)의 제1 가동자 전극(30A)은 도 3에 도시한 바와 같이, 도체부의 표면에 요철을 설치한 것이라도 좋고, 혹은 편평(균일)한 면 상에 한결같이 도전성 재료를 설치하여, 그것을 소정 피치로써 패터닝하더라도 좋다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 고정자 전극(22A, 22B, 22C), 면 전극(26D), 제1 가동자 전극(30A) 및 제2 가동자 전극(30D)은 이들 고정자 전극(22A, 22B, 22C) 및 면 전극(26D)에 전압을 인가하는 타이밍을 정하는 스위칭 회로(40)를 통해 전압을 발생하는 전압원(42)에 접속되어 있다. 또한, 제1 가동자 전극(30A) 및 제2 가동자 전극(30D)은 이 스위칭 회로(40)를 통해 접지되거나, 혹은 마이너스 전위에 접속된다. 이 스위칭 회로(40)는 후에 참조되는 도 8과 거의 마찬가지의 회로로 구성되고, 각 고정자 전극(22A, 22B, 22C) 및 면 전극(26D)에 접속되는 고정 접점 및 접지된 고정 접점과, 이들 고정 접점에 접속되는 전압원(42)에 접속된 제1 가동 접점 및 접지되거나, 혹은 마이너스 전위에 접속된 제2 가동 접점으로 구성된다. 이 스위칭 회로(40)에서는 이들 고정 접점의 1개가 제1 가동 접점을 통해 전압원(42)에 접속되었을 때는, 다른 고정 접점은 제2 가동 접점을 통해 접지되거나, 혹은 마이너스 전위에 접속된다.
도 3에 도시된 정전 액튜에이터 기구에서는, 가동자(3)는 다음과 같은 구동 원리로 포워드 방향(24) 및 이것과는 반대인 백워드 방향으로 이동된다.
처음에, 고정자(2A)에 설치되어 있는 제1 고정자 전극(22A)에 전압(도 4 중의 하이 레벨 전압 혹은 전위)가 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 인가되고, 가동자(3)에 설치된 제1 가동자 전극(30A), 제2 가동자 전극(30D)이 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이 접지되거나, 혹은 고정자 전극(22A)의 전위보다도 낮은 전위(도 4 중의 로우 레벨 전압 혹은 전위)로 유지된다. 이와 같이, 제1 고정자 전극(22A)의 전위가 가동자(3)에 설치되는 제1 가동자 전극(30A)의 전위보다도 높게 설정되고, 또한 다른 고정자 전극(22B), 고정자 전극(22C) 및 제2 가동자 전극(30D)이 접지되거나, 혹은 로우 레벨 전압 혹은 전위에 접속되면, 제1 고정자 전극(22A)과 제1 가동자 전극(30A)과의 사이에 정전력, 즉 쿨롱 힘이 생겨, 제1 가동자 전극(30A)이 고정자 전극(22A)에 가까이 당겨지도록 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 즉, 제1 고정자 전극(22A)과 제1 가동자 전극(30A)이 중첩하는 상태가 가장 안정되기 때문에, 가동자(3)는 화살표(44)로 표시한 바와 같이 제1 고정자 전극(22A)과 제1 가동자 전극(30A)이 중첩하도록 제1 고정자 전극(22A)으로부터 작용력을 받는다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제1 고정자 전극(22A)에서 고정자(2B)에 설치되는 평탄하게 넓어지고 있는 면 전극(26D)으로 전환되어 하이 레벨 전압이 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이 면 전극(26D)에 인가되고, 다른 전극이 로우 레벨 전압으로 유지되면, 가동자(3)는 제1 고정자 전극(22A)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
또한, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 고정자(2A)에 설치한 제2 고정자 전극(22B)으로 전환하면, 제2 고정자 전극(22B)에 전압이 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 인가되고, 제1 고정자 전극(22A)에 전압을 인가했을 때와 같이, 제2 고정자 전극(22B)과 제1 가동자 전극(30A)의 사이에 화살표(46)로 표시한 바와 같은 정전력, 즉 쿨롱력이 생겨, 제1 가동자 전극(30A)이 고정자 전극(22B)에 중첩하도록 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제2 고정자 전극(22B)에서 평탄하게 넓어지고 있는 면 전극(26D)으로 전환되고 전압이 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이 면 전극(26D)에 인가되면, 가동자(3)는 제2 고정자 전극(22B)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
또한, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제3 고정자 전극(22C)으로 전환하면, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이 제3 고정자 전극(22C)에 전압이 인가되고, 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)에 전압을 인가했을 때와 같이, 제3 고정자 전극(22C)과 전극(30A)의 사이에 화살표(48)로 표시한 바와 같은 정전력, 즉 쿨롱력이 생겨, 전극(30A)이 전극(22C)에 중첩하도록 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제3 고정자 전극(22C)에서 평탄하게 넓어지고 있는 면 전극(26D)으로 전환되어 전압이 면 전극(26D)에 인가되면, 가동자(3)는 제3 고정자 전극(22C)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
상술한 일련의 시퀀스, 즉 도 4의 (a)∼(d)에 도시한 바와 같이 전압이 제1 고정자 전극(22A), 면 전극(26D), 제2 고정자 전극(22B), 면 전극(26D), 제3 고정자 전극(22C) 및 면 전극(26D)에 순서대로 인가되고, 다시 제1 고정자 전극(22A)으로의 전압 인가의 시퀀스가 순차 반복되면, 가동자(3)는 미시적으로는 화살표(24)에 대하여 교차하는 방향으로 상하 진동을 하면서, 거시적으로는 제1 고정자(2A)에 배열된 전극의 배열 방향(포워드 방향(24))에 직선적으로 미소 구동된다.
상술한 시퀀스에서는 가동자(3)가 포워드 방향(24)으로 이동되는 경우에 관해서 설명하였지만, 가동자(3)가 포워드 방향(24)과는 반대인 백워드 방향으로 이동되는 경우에는, 상술한 것과 반대의 순서로 전압이 전극에 인가된다. 즉, 처음에, 제1 가동자 전극(30A) 및 제2 가동자 전극(30D)이 도 4의 (e)에 도시한 바와 같이 로우 레벨의 전위로 유지된 상태에서, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이 제3 고정자 전극(22C)에 전압이 인가된다. 따라서, 제3 고정자 전극(22C)과 전극(30A) 사이의 정전력, 즉 쿨롱력에 의해서 전극(30A)이 전극(22C)에 가까이 당겨지도록 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제3 고정자 전극(22C)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 전압이 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제3 고정자 전극(22C)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
그 후, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제2 고정자 전극(22B)으로 전환되어, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 제2 고정자 전극(22B)에 전압이 인가되고, 제2 고정자 전극(22B)과 제1 가동자 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서, 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제2 고정자 전극(22B)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제2 고정자 전극(22B)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
또한, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제1 고정자 전극(22A)에 전환되어, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 제1 고정자 전극(22A)에 전압이 인가되고, 제1 고정자 전극(22A)과 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서, 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제1 고정자 전극(22A)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제3 고정자 전극(22C)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
이 백워드 방향으로의 가동자(3)의 이동 시퀀스에서는 전압이 제3 고정자 전극(22C), 면 전극(26D), 제2 고정자 전극(22B), 면 전극(26D), 제1 고정자 전극(22A) 및 면 전극(26D)에 순서대로 인가되고, 다시 제1 고정자 전극(22A)으로의 전압 인가의 시퀀스가 순차 반복되면, 가동자(30는 미시적으로는 화살표(24)에 대하여 교차하는 방향으로 상하 진동을 하면서, 거시적으로는 제1 고정자(2A)에 배열된 전극의 배열 방향(포워드 방향(24)과 역의 방향)으로 직선적으로 미소 구동된다.
상술한 정전 액튜에이터 기구에 있어서는, 제2 고정자(2B)에 설치된 면 전극(26D)이 단순히 평탄하게 넓어지는 단일의 단순한 전극 구조이기 때문에, 면 전극(26D)과 제1부터 제3 고정자 전극(22A, 22B, 22C)과의 위치 정렬(얼라이먼트)이 불필요하고, 또한 정전 액튜에이터 기구의 구조가 간략하며, 그 결과 정전 액튜에이터 기구의 조립성 및 양산성의 향상을 도모할 수 있다.
다음에, 상술한 실시예의 변형예에 따른 정전 액튜에이터 기구의 구동 방법에 관해서 도 5의 (a)∼(e) 및 도 6의 (a)∼(e)를 참조하여 설명한다.
도 5의 (a)∼(e)는 본 발명의 변형 실시예에 따르는 도 3에 도시한 정전 액튜에이터 기구의 구동 방법이고, 그 전극으로의 전압 인가의 타이밍과 그 가동자(3)의 움직임의 관계를 나타내고 있다.
처음에, 제1 가동자 전극(30A) 및 제2 가동자 전극(30D)이 도 6의 (e)에 도시한 바와 같이 로우 레벨의 전위로 유지되고, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 제1 고정자 전극(22A)에 전압이 인가된다. 따라서, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 고정자 전극(22A)과 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서 제1 가동자 전극(30A)이 제1 고정자 전극(22A)에 가까이 당겨지도록 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 스위칭 회로(40)에 의해서 제1 고정자 전극(22A)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 가동자(3)는 제3 고정자 전극(22C)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
그 후, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)으로 전환되어 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 고정자 전극(22B, 22A)에 전압이 인가되고, 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)과 제1 가동자 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 여기서, 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 제1 및 제2고정자 전극(22A, 22B)의 양자에게 전압이 인가되어 있기 때문에, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이 제1 가동자 전극(30A)은 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)의 양자에게 대향되도록 가동자(3)는 제l 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 도 5의 (d)에 도시한 바와 같이 가동자(3)는 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
그 후, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제2 고정자 전극(22B)으로 전환되어 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 고정자 전극(22B)에 전압이 인가되고, 제2 고정자 전극(22B)과 제1 가동자 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서, 도 5의 (e)에 도시한 바와 같이 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제2 고정자 전극(22B)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제2 고정자 전극(22B)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
또한, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)으로 전환되어 도 6의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C) 전압이 인가되고 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)과 제1 가동자 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서, 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 여기서, 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)의 양자에게 전압이 인가되어 있기 때문에, 제1 가동자 전극(30A)은 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)의 양자에게 대향되도록 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭회로(40)에 의해서 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
그 후, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제3 고정자 전극(22C)으로 전환되어 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 제3 고정자 전극(22C)에 전압이 인가되고, 제3 고정자 전극(22C)과 제1 가동자 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서, 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제3 고정자 전극(22C)에서 면 전극(26D)으로 전환되고 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제2 고정자 전극(22B)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
그 후, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제3 및 제1 고정자 전극(22C, 22A)으로 전환되어, 도 6의 (a) 및 (c)에 도시된 바와 같이 제3 및 제1 고정자 전극(22C, 22A)에 전압이 인가되고, 제3 및 제1 고정자 전극(22C, 22A)과 제1 가동자 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서, 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 여기서, 제3 및 제1 고정자 전극(22C, 22A)의 양자에게 전압이 인가되어 있기 때문에, 제1 가동자 전극(30A)는 제3 및 제1 고정자 전극(22C, 22A)의 양자에게 대향되도록 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제3 및 제1 고정자 전극(22C, 22A)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
또한, 이미 설명한 바와 같이 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 제1 고정자 전극(22A)에 전압이 인가되어 제1 고정자 전극(22A)과 제1 가동자 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서, 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다.
상술한 바와 같이, 전압이 제1 고정자 전극(22A), 면 전극(26D), 제1 및 제2고정자 전극(22A, 22B)의 양방, 면 전극(26D), 제2 고정자 전극(22B), 면 전극(26D), 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)의 양방, 면 전극(26D), 제3 고정자 전극(22C), 면 전극(26D), 제3 및 제1 전극의 양방, 면 전극(26D), 및 제1 고정자 전극(22A)의 순서로 전압이 순차 인가됨으로써, 가동자(3)가 미시적으로는 상하 진동을 하면서, 거시적으로는 제1 고정자(30A)에 배열된 전극의 배열 방향으로 구동된다.
상술한 변형 실시예에 있어서는, 제1 고정자(2A) 상에 설치된 전극에 있어서, 우선 1개의 전극(예를 들면, 제1 전극(30A))으로 가동자(3)가 흡인되고, 다음에, 상호 인접하는 2개의 전극(예를 들면, 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)의 양자)로 가동자(3)가 흡인되며, 가동자(3)의 가동자 전극(30A)은 전압이 인가되어 있는 2개의 전극의 거의 중앙에 위치되도록 작용력을 받게 된다. 이 구동 방법에 따르면, 진행하는 방향에 교차하는 방향으로 가동자(3)가 구동되는 작용력을 비교적 크게 취할 수 있기 때문에, 가동자의 직선적인 미소 구동을 보다 원활하게 할 수 있다.
또, 상술한 도 3을 참조한 실시예 및 도 5의 (a)∼(e)를 참조한 변형 실시예에 있어서는 제1 고정자(2A)에 3개의 전극이 설치되어 있지만, 본 발명은 이 경우에 한정되는 것이 아니고, 제1 고정자(2A)에 3개 이상, 예를 들면 4개의 전극이 설치되더라도 좋다. 도 7에는 제1 고정자(2A)에 3개 이상의 전극이 설치되는 변형 실시예로서 제1 고정자(2A)에 제1∼제4 고정자 전극(22A∼22D)이 설치되고, 제2 고정자(2B)에 단지 1개의 면 전극(26D)이 설치되어 있는 정전 액튜에이터 기구가 도시되어 있다.
도 7에 도시되는 정전 액튜에이터 기구에서는 도 3에 도시되는 정전 액튜에이터 기구의 제1 고정자(2A)에 제1∼제3 고정자 전극(22A, 22B, 22C) 외에 제4 고정자 전극(22D)이 더 설치되어 있다. 이들 제1∼제4 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D)은 동일 피치로 배치되고, 가동자(3)에는 2개의 고정자 전극의 폭에 상당하는 폭을 갖는 복수의 가동자 전극(30A)이 포워드 방향을 따라서 배열되어 있다. 또한, 가동자(3)에 대향하는 고정자(2B)의 표면에는 가동자(3)의 가동 범위에 걸쳐 똑같은 평면형의 전극(26D)이 설치되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 제1, 제2, 제3 및 제4 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D), 면 전극(26D), 제1 가동자 전극(30A) 및 제2 가동자 전극(30D)은 이들 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D) 및 면 전극(26D)에 전압을 인가하는 타이밍을 정하는 스위칭 회로(40)를 통해 전압을 발생하는 전압원(42)에 접속되어 있다. 또한, 제1 가동자 전극(30A) 및 제2 가동자 전극(30D)은 스위칭 회로(40)를 통해 접지되거나, 혹은 마이너스 전위에 접속된다. 스위칭 회로(40)는 각 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D) 및 면 전극(26D)에 접속되는 고정 접점(40A, 40B, 40C, 40D) 및 접지된 고정 접점(40G)과, 이들 고정 접점(40A, 40B, 40C, 40D)에 접속되는 전압원(42)에접속된 제1 가동 접점(40F), 및 접지되거나, 혹은 마이너스 전위에 접속된 제2 가동 접점(40E)으로 구성된다. 스위칭 회로(40)에서는 이들 고정 접점(40A, 40B, 40C, 40D)의 1개가 제1 가동 접점(40F)을 통해 전압원(42)에 접속되었을 때는 다른 고정 접점(40A, 40B, 40C, 40D)은 제2 가동 접점(40E)을 통해 접지되거나, 혹은 마이너스 전위에 접속된다.
이 정전 액튜에이터 기구에 있어서는, 도 3 및 도 4의 (a) 내지 도 (e)를 참조하여 설명한 바와 같이 전압이 제1 고정자 전극(22A), 면 전극(26D), 제2 고정자 전극(22B), 면 전극(26D), 제3 고정자 전극(22C), 면 전극(26D), 제4 고정자 전극(22D) 및 면 전극(26D)에 순서대로 인가되고, 다시 제1 고정자 전극(22A)에 인가됨으로써, 가동자(3)는 미시적으로는 포워드 방향(24)에 교차하는 방향으로 상하 진동을 하면서, 거시적으로는 제1 고정자(2A)에 배열된 전극의 배열 방향(포워드 방향(24))에 직선적으로 미소 구동된다.
또한, 도 8에 도시되는 액튜에이터 기구에 있어서는, 도 9의 (a)에서 도 (f)에 도시되는 타이밍의 전압이 고정 접점(40A, 40B, 40C, 40D)에 인가함으로써 가동자(3)를 포워드 방향 혹은 백워드 방향으로 직선적으로 미소 구동할 수 있다. 즉, 처음에, 제1 가동자 전극(30A) 및 제2 가동자 전극(30D)이 도 9의 (f)에 도시한 바와 같이 로우 레벨의 전위로 유지되고, 도 9의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)에 전압이 인가된다. 따라서, 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)와 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서 제1 가동자 전극(30A)이 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)에 가까이 당겨지도록 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에흡인된다. 계속해서, 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이 스위칭 회로(40)에 의해서 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제3 고정자 전극(22C)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
그 후, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)으로 전환되어, 도 9의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)에 전압이 인가되고, 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)와 제1 가동자 전극(30A) 사이의 정전력에 의해, 가동자(3)는 제2 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
그 후, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제3 및 제4 고정자 전극(22C, 22D)으로 전환되어, 도 9의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이 제3 및 제4 고정자 전극(22C, 22D)에 전압이 인가되고, 제3 및 제4 고정자 전극(22C, 22D)과 제1 가동자 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서, 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제3 및 제4 고정자 전극(22C, 22D)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제2 고정자 전극(22B)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
또한, 스위칭 회로(40)에 의해서 면 전극(26D)에서 제4 및 제1 고정자 전극(22D, 22A)으로 전환되어 도 9의 (d) 및 (a)에 도시된 바와 같이 제4 및 제1 고정자 전극(22D, 22A)에 전압이 인가되고, 제4 및 제1 고정자 전극(22D, 22A)과 제1 가동자 전극(30A) 사이의 정전력에 의해서, 가동자(3)는 제1 고정자(2A) 측에 흡인된다. 계속해서, 스위칭 회로(40)에 의해서 제4 및 제1 고정자 전극(22D, 22A)에서 면 전극(26D)으로 전환되어 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이 전압이 면 전극(26D)에 인가되고, 가동자(3)는 제4 및 제1 고정자 전극(22D, 22A)에서 떨어져 제2 고정자(2B) 측에 흡인된다.
도 7에 도시되는 정전 액튜에이터 기구에서는, 도 6의 (a)에서 (e)를 참조하여 설명한 바와 같이 전압이 제1 고정자 전극(22A), 면 전극(26D), 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)의 양방, 면 전극(26D), 제2 고정자 전극(22B), 면 전극(26D), 제2 및 제3 고정자 전극(22B, 22C)의 양방, 면 전극(26D), 제3 고정자 전극(22C), 면 전극(26D), 제3 및 제4 전극(22C, 22D)의 양방, 면 전극(26D), 제4 전극(22D), 면 전극(26D), 제4 및 제1 전극(22D, 22A)의 양방, 면 전극(26D), 및 제1 고정자 전극(22A)의 순서로 전압이 순차 인가되어도 좋다. 이에 따라, 가동자(3)가 미시적으로는 상하 진동을 하면서, 거시적으로는 제1 고정자(30A)에 배열된 전극의 배열 방향(24)으로 구동된다.
도 8을 참조하여 정전 액튜에이터 기구를 동작시키는 구동력에 관해서 하기에 간단히 설명한다. 하기의 설명에서는, 4개의 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D)이 설치되는 경우에 관해서 설명하고 있지만, 4개에 한하지 않고, 3개의 고정자 전극이 설치되는 고정자, 혹은 n개의 고정자 전극이 설치되는 고정자 전극으로부터 가동자(3)에 주어지는 경우에 대해서도 마찬가지의 구동력이 가동자(2)에 주어진다.
구동력, 즉 발생력(여기서, 수직 방향을 Fz, 수평 방향(진행 방향)을 Fy로 나타냄)은 가동자(2)와 고정자(3)에 설치한 각 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D)이 함께 두께가 없는 평행 평판 도체 전극이라고 생각하면, 하기 수학식 1 및 수학식 2로 표시된다.
여기서, n은 가동자(3)에 설치한 가동자 전극(30A)의 수이다. ε은 가동자(3)와 고정자(2A)에 설치한 각 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D) 사이의 유전율이다. 유전율은 진공의 유전율과 상기 가동자(3)의 가동자 전극(3A)과 고정자(2A)에 설치한 각 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D) 사이의 물질의 비유전률의 곱으로 표시된다. 진공의 유전율은 ε0= 8.85 ×10-12[N/m]이고, 비유전률은, 예를 들면 공기에서는 약 1, 전극의 절연 등에 이용되는 폴리이미드에서는 약 3이다. S는 평행 평판을 구성하는 상호 대향하여 가동자 전극(30A)과 고정자전극(22A, 22B, 22C, 22D)이 구성하는 평행 평판의 대향하는 부분의 면적이다. 지금, 도 8에 도시한 바와 같이 대향하고 있는 전극부의 폭(포워드 방향을 따른 변을 폭으로 함)을 w, 깊이를 L로 하면, S= w ×L의 관계가 있다. V는 전극 사이에 가하는 전압을 나타내고 있다. 또한, d는 서로의 전극 사이의 거리를 나타내고, 이 거리 d는, 도 8에서는 Gap Ga에 상당하고 있다.
고정자 전극(22C 및 22D)에 전압이 인가되어 액티브한 상태에서, 상기한 수학식 1 및 수학식 2를 고찰한다. 또, 여기서 고정자 전극(22C)의 백워드 방향의 엣지, 즉 좌단이 기준 위치로 정해지고, 이것이 원점(0)으로 정해져, 포워드 방향을 플러스 및 백워드 방향을 마이너스로 정하고 있다. 가동자 전극(30A)의 좌단이 고정자 전극(22C)의 좌단보다도 좌측에 위치되어 있는 상태, 즉 변위 X가 -L 이상인 경우에는 가동자 전극(30A) 및 고정자 전극(22C)이 상호 중첩하는 관계가 아니고, 상호 대향하는 평행 평판을 구성하지 않기 때문에, 수평 방향의 발생력 Fy는 실질적으로 제로가 된다.
한편, 도 8에 도시한 바와 같이 가동자(3)의 좌단이 고정자 전극(22C)의 좌단에 대하여, 마이너스의 L 폭분으로부터 원점(0)까지의 범위에 있을 때에는, 즉 변위 X가 -L부터 O인 경우에는 그 가동자(3)의 위치에 상관없이 수평 방향의 발생력 Fy는 일정해진다. 이것은 수학식 2에 수평 방향의 성분이 없기 때문이다. 또한, 더욱 가동자(3)의 좌단이, 고정자 전극(22C)에 대하여, 원점(0)으로부터 플러스측으로 L 폭분까지의 범위에 있을 때는, 즉 변위 X가 0부터 +L 이하인 경우에는, 발생력은 마이너스 방향으로 크기는 일정해진다. 이것은 가동자(3)의 깊이 방향이발생력에 대한 영향, 즉 도 8에 도시한 바와 같이 가동자 전극(30A)의 측면의 테이퍼진 개소와, 고정자(2A)에 설치한 각 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D) 사이의 상호로 생기는 작용의 영향을 무시하고 있기 때문이다. 실제의 액튜에이터 기구에서는 이들의 영향을 고려할 필요는 있지만, 상술한 설명에서는 설명의 간편화를 위해 무시하고 있다.
도 1O에는 상술한 고찰을 기초로 한 수평 방향의 발생력 Fy에 관한 그래프 I, n, m, N이 도시되어 있다. 이 그래프는 유한 요소법을 이용하여, 가동자(3)와 고정자(2A)에 설치한 각 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D)과의 위치 관계에 의한 발생력의 변화를 나타내고 있다. 종축은 포워드 방향을 플러스로 하는 수평 방향의 발생력 Fy를 힘(단위 [N])으로 나타내고, 횡축은 가동자(3)와 고정자(2A)에 설치한 각 고정자 전극(22A, 22B, 22C, 22D)과의 위치 관계, 즉 포워드 방향을 플러스로 하는 변위값을 나타내고 있다. 이 그래프 I, n, m, N, v는 파라미터로서 도 8에 도시한 갭 Ga를 취하고, 그래프 n은 갭 Ga가 7.8 미크론인 경우를, 그래프 m은 갭 Ga가 5.8 미크론인 경우를, 그래프 N은 갭 Ga가 4.8 미크론인 경우를, 그래프 V는 갭 Ga가 3.8 미크론인 경우를 나타내고 있다. 도 10의 그래프를 얻기 위한 정전 액튜에이터의 사이즈는 휴대 전화 등의 이동 기기에 적용하는 경우를 상정하여 그 사이즈가 정해지고 있다. 예를 들면, Gap은 3.8 μm∼7.8 μm, L은 28 μm, w는 12 μm, Ph는 16 μm, 가동자(3)에 설치한 가동자 전극(30A)의 수는 94로 하고 있다.
도 10의 그래프로부터 분명한 바와 같이, 수평 방향의 발생력 Fy는가동자(3)의 가동자 전극(30A)이 고정자 전극(22C)과 중첩하기 전후 및 떨어지기 전후에서서서히 변화하고 있다는 것을 알 수 있다. 또, 그래프로부터 분명한 바와 같이 수평 방향의 발생력 Fy는 0점과 최대치를 연결하는 정현파 파형으로 바꿔 놓을 수 있다. 또, 도 10에 있어서는, 고정자 전극에 가해지고 있는 전압은 10O V에서의 산출치이다. 도 10에 도시되는 그래프 및 이 그래프로부터 고찰한 결과에 따르면, Gap은 바람직하게는 3∼10 μm의 범위, 보다 바람직하게는 3∼5 μm의 범위 이면, 효과적으로 수평 방향의 발생력 Fy를 가동자(3)에 제공할 수 있는 것이 판명되고 있다.
도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 정전 액튜에이터 기구의 다른 변형 실시예에 관해서 설명한다. 또, 도 3에 도시한 부분과 동일한 부분에 대해서는, 동일 부호를 이용함으로써 중복 설명을 생략한다(이하의 도면의 설명에 있어서 마찬가지로 함).
도 11은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 정전 액튜에이터 기구를 개략적으로 나타내고 있다. 도 11에 도시되는 정전 액튜에이터 기구에 있어서는, 가동자(3)의 가동자 전극(30A)의 전극 폭(L)은 고정자(2A)에 설치된 각 전극의 제1 고정자 전극(22A, 22B, 22C)의 폭(Wa)의 1.5배∼2.5배로 정해지고 있다. 따라서, 가동자(3)가 가동되는 범위에서는, 가동자 전극(30A)은 제1 고정자 전극(22A, 22B, 22C)의 인접하는 어느 하나의 2개의 전극에 항상 대향된다.
도 11에 도시되는 정전 액튜에이터 기구에 있어서는 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B, 22C), 가동자 전극(30A, 30D) 및 면 전극(26D)에는 도 9의 (a)에서(f)의 타이밍차트로부터 용이하게 추측되는 전압 신호가 인가되기 때문에, 그 도면은 생략하고, 그 기구의 동작을 이하에 설명한다.
처음에, 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)에 전압이 인가되면, 가동자(3)가 고정자(2A) 측에 흡인되어, 제1 및 제2 고정자 전극(22A, 22B)과 가동자(3)의 제1 가동자 전극(30A)이 중첩하는 것 같은 작용력이 양자 사이에 기능한다. 계속해서, 면 전극(26D)에 전압을 인가하면, 가동자(3)는 고정자(2B) 측에 흡인된다. 또한, 제2 고정자 전극(22B) 및 제3 전극(22C)에 전압이 인가되면, 제1 고정자 전극(22A) 및 제2 고정자 전극(22B) 전압을 인가했을 때와 같이, 가동자(3)는 고정자(2A) 측에 흡인되어, 가동자(3)의 가동자 전극(30A)은 전극(22B, 22C)에 중첩하도록 작용력을 받는다. 이와 같이, 제1 및 제2 전극(22A, 22B)의 양자, 면 전극(26D), 제2 및 제3 전극(22B, 22C)의 양자, 면 전극(26D), 제3 및 제1 전극(22C, 22A)의 양자, 면 전극(26D), 제1 및 제2 전극(22A, 22B)의 양자의 순서로 전압이 순차 반복하여 인가되는 결과, 가동자(3)는 미시적으로는 상하 진동을 하면서, 거시적으로는 제1 고정자(2A)에 배열된 전극의 배열 방향, 즉 포워드 방향(24)으로 직선적으로 미소 구동된다. 또한, 전압을 가하는 순서가 상술한 것과는 역의 순서로 인가되면, 즉 고정자 전극(22A, 22B)의 양방, 면 전극(26D), 고정자 전극(22A, 22C)의 양방, 면 전극(26D), 고정자 전극(22C, 22B)의 양방, 면 전극(26D), 고정자 전극(22A, 22B)의 양방의 순서로 전압이 인가되면, 가동자(3)는 거시적으로는 백워드 방향으로 직선적으로 미소 구동된다.
여기서, 도 11의 실시예에 있어서, 가동자(3)에 설치되어 가동자 전극(30A)의 전극 폭(L)이 고정자(2A)에 설치된 각 고정자 전극의 전극 폭(Wa)의 1.5배∼2.5배로 설정하는 것은 다음과 같은 이유에 기초하고 있다. 도 12a에 도시한 바와 같이, 고정자 전극(22B)과 고정자 전극(22C)에 전압이 인가되면, 가동자(3)를 포워드 방향(24)으로 진행시키는 성분을 갖는 작용력 F0뿐만 아니라, 이 진행을 저지하는 것 같은 백워드 방향의 성분을 갖는 작용력 B0이 발생된다. 따라서, 반대 방향의 작용력 BO을 될 수 있는 한 작게 하기 위해서는, 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이 가동자(3)의 전극 폭(L)이 작은 편이 바람직하다. 그러나, 전극 폭(L)이 작고, 전극(30A)의 합계 면적이 지나치게 작으면, 가동자(3)를 고정자(2A, 3B) 사이에서 진동시키는 작용력이 저하함과 동시에, 전압이 인가되어 있는 상호 인접하는 고정자 전극 사이의 거의 중심으로 가동자(3)에 설치되는 가동자 전극(30A)을 위치시키기 위한 위치 결정력이 불안정하게 될 우려가 있다. 따라서, 이들을 종합적으로 감안한 전자장 해석에 의해서 가동자(3)의 전극 폭(L)을 고찰한 결과, 가동자의 가동자 전극(30A)의 전극 폭(L)은 고정자(2A)에 설치된 각 고정자 전극의 전극 폭(Wa)의 1.5배∼2.0배로 하는 것이 바람직하다는 지견이 얻어졌다.
도 13의 (a), (b) 및 도 14의 (a), (b)를 참조하여, 본 발명에 따른 정전 액튜에이터 기구의 또 다른 변형 실시예에 관해서 설명한다.
도 13에 도시한 구조에서는 고정자(2A)의 고정자 전극(22A)에 전압이 인가되면, 가동자(3)의 가동자 전극(30A)과 고정자(2A)의 고정자 전극(22A) 사이에 발생하는 전계에 의해, 가동자(3)는 정전력(쿨롱력)을 받아, 고정자(2A) 측으로 흡인된다. 이 때, 고정자 전극(22A)과 가동자(3)의 가동자 전극(30A)이 직접 접촉되면,전기적으로 쇼트되어, 순간적으로 전극이 파괴되는 현상이 일어난다. 그 때문에, 고정자 전극(22A)과 가동자 전극(30A)의 사이에 절연 파괴 강도가 많이 있는 유전체막(4)이 설치되는 것이 바람직하다.
상술한 전압을 인가하는 방법에 있어서는, 고정자(2A) 측의 고정자 전극(22A)의 근방에 설치한 유전체막(4)이 유전 분극(5)을 일으켜, 거시적으로 보면, 가동자(30A)에 대하여 고정자(2A)의 표면이 양극의 전위를 갖는 것 같은 관계가 생긴다. 따라서, 다음의 구동 시퀀스로 제어가 이행되더라도, 양호하게 가동자(3)가 면 전극(26D)을 갖는 고정자(2B) 측으로 구동되지 않는다고 하는 현상이 발생하는 경우도 있다. 이것은 유전 분극(5)에 의해서 유전체막(4) 중에 전기적인 기울기가 생기는 원인으로 된다. 유전 분극(5)에 의해 잔여하는 전위는 적지만, 쿨롱력은 전극 사이의 거리의 2승에 반비례하기 때문에, 일단 가동자 전극(30A)이 고정자 전극(22A)에 흡인되어, 전극간 거리가 작아지고 있는 상태에서는, 잔여된 전위가 작더라도, 그것이 가동자(3)에 제공하는 작용력은 크다.
도 13의 (a), (b) 및 도 14의 (a), (b)에 도시되는 변형 실시예에 따르면, 이러한 유전 분극의 악영향을 될 수 있는 한 저감하여, 가동자(3)를 양호하게 구동시키는 구동 시퀀스를 실현할 수가 있다.
도 13의 (a), (b)에 도시되는 변형 실시예에 있어서는, 가동자(3)가 고정자 전극(22A)으로 빼여져 있는 상태에서, 다음의 구동 시퀀스, 즉 면 전극(26D)에 전압이 인가될 때에, 고정자(2A)의 고정자 전극(22A)이 가동자(3)의 가동자 전극(30A)의 전위와 비교하여 저전위가 된 전위차가 양자 사이에 주어진다. 예를들면, 가동자(3)의 전위 레벨을 제로로 하면, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 고정자 전극(22A)은 마이너스 전위가 되도록 양자 사이에 전위차가 주어진다. 이러한 전위차가 주어지는 것에 의해, 가동자(3)가 고정자(2A)에서 용이하게 박리되어, 원활한 액튜에이터 동작이 실현된다. 거시적으로 보면, 고정자(2A)의 고정자 전극(22A)과 대응하는 가동자(3)의 가동자 전극(30A)의 사이에서, 유전체막(4)에 잔여한 유전 분극(5)에 의한 전하의 기울기에 의한 전계와, 새롭게 고정자 전극(22A)에 가한 전위(가동자 전극(30A)의 전위 레벨보다도 저위)와 가동자 전극(30A)과의 사이에 발생하는 전계가 각각 역방향의 전계로 되어, 쌍방이 상쇄하고 있기 때문이다고 설명할 수 있다. 미시적으로보면, 유전체막(4)에 잔여한 유전분극(5)에 의한 전하의 기울기가, 새롭게 가한 고정자 전극(22A)으로의 전위(가동자 전극(30A)의 전위 레벨보다도 저위)에 의한 전계에 의해서 해소되는 현상이라고 설명할 수 있다.
도 13의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 액튜에이터 기구를 동작시키기 위해서는 도 14의 (a)에서 (f)에 도시한 바와 같은 전압 신호가 스위칭 회로(40)로부터 각 전극에 인가된다. 여기서, 도 14의 (a), (b), (c)는 각각 고정자 전극(22A, 22B, 22C)에 인가되는 신호 전압의 타이밍차트를 도시하고, 도 14의 (d)는 고정자 전극(26D)에 인가되는 신호 전압의 타이밍차트를 도시하며, 또한 도 14의 (e)는 가동자 전극(30A, 30D)에 인가되는 전압을 나타내고 있다. 도 14의 (e)에 도시되는 가동자 전극(30A, 30D)에 인가되는 전압은 접지 전위이고, 도 14의(d)에 도시되는 고정자 전극(26D)에 인가되는 신호 전압의 로우 레벨이 접지 전위인 것에 대하여,하이 레벨은 고전위로 되어 있다. 또한, 도 14의 (a), (b), (c)에 도시되는 고정자 전극(22A, 22B, 22C)에 인가되는 신호 전압의 하이 레벨은 고전위인 것에 대하여, 그 로우 레벨은 마이너스 전위로 정해지고, 그 중간 레벨은 접지 전위로 되어있다. 따라서, 도 14의 (a), (b), (c)에 도시되는 하이 레벨로 가동자 전극(3A)이 흡인력에 의해서 고정자 전극(22A, 22B, 22C)에 보강되고, 로우 레벨로 가동자 전극(3A)이 고정자 전극(22A, 22B, 22C)에서 반발력에 의해서 분리되게 된다. 그리고, 중간 레벨로 가동자 전극(30A)은 고정자 전극(22A, 22B, 22C)에서 아무런 작용도 받지 않게 된다.
또한, 가동자 전극(30A)의 전위가 소위 부유된 상태, 즉 전기적으로 접지되지 않은 플로우트 상태라도 좋다. 또한, 가동자 전극(30A)으로의 정전 흡인력이 효과적으로 기능하도록, 가동자(3)의 근방에 접지된 더미 전극을 설치하더라도 좋다. 또한, 도 13의 (a), (b)에 도시되는 실시예에 있어서는 고정자(2A) 측에 유전체막을 설치하고 있지만, 도 15의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 유전체막(4)은 가동자(3)측에 설치되더라도 좋다. 이 도 15의 (a), (b)에 도시된 액튜에이터 기구도 마찬가지로 도 14의 (a)에서 (f)에 도시한 바와 같은 전압 신호가 스위칭 회로(40)로부터 각 전극에 인가됨으로써 동작된다.
도 16 및 도 17의 (a)에서 (c)를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따르는 정전 액튜에이터 기구의 보다 구체적인 구조 및 그 제조 방법에 관해서 설명한다.
도 16에 도시되는 정전 액튜에이터 기구에서는, 그 가동자(3)는 공중의 입방체 형상으로 형성되어, 가동자(3)의 1개의 외면(6)에 일정한 피치로 가동자전극(30A)이 설치되고, 이 면(6)이 고정자(2A)에 설치되는 고정자 전극(22A∼22C)에 대향된다. 또한, 가동자(3)의 한쪽 개구부에는, 렌즈(7) 혹은 다른 광학 소자가 설치되고, 정전 액튜에이터 기구가 구동됨으로써, 그 렌즈(7)의 면이 포워드 방향 혹은 백워드 방향으로 진행된다. 도 16에 있어서는, 가동자(3)의 한쪽 개구부에 렌즈(7)가 고정되어 그 면이 도시되어 있지만, 이 개구부와는 반대의 다른 개구부에도 렌즈가 설치되더라도 좋다. 이러한 렌즈(7)와 정전 액튜에이터 기구를 구성하는 가동자 전극(30A)을 구비한 가동자(3)는, 예를 들면 유리 몰드 기술로써 제작할 수 있다. 즉, 렌즈(7)는 가동자(3)와 일체를 이루어 만들어지고, 가동자(3)의 일부가 렌즈 작용을 갖더라도 좋다.
도 16에 도시되는 정전 액튜에이터 기구의 가동자(3)의 제조 방법을 도 l7의 (a)에서 도 17의 (c)를 참조하여 설명한다.
처음에, 유리 몰드 기술 등으로 도 17의 (a)에 도시한 바와 같이 공중의 직방체이고 그 한쪽의 면(이하 단순히 상면이라 함)이 렌즈(7)에 형성된 블록이 준비된다. 다음에, 도 17의 (a)에 도시한 바와 같이 그 렌즈(7)의 면이 상측을 향한 상태에서 가동자(3)가 설치되고, 상면에 대향하는 그 하면이 금속 플레이트 등의 지그에 접촉되어 가동자(3)가 이 지그에 고정된다. 그 후, 이 가동자(3)의 측면에 도체 재료가 피막된다. 피막하는 방법으로서는 스퍼터나 증착 및 도포의 어떠한 방법이더라도 좋다. 이 피복에 의해서, 지그 등에 접촉한 하면을 제외하고, 다른 5면에는 도전체가 피막된다. 정전 흡인력을 이용한 레지스트 도포 방법(소위, 스프레이 방식이라 할 수 있음) 등에 의해서, 이 도체 피막 상에는 레지스트가 도포된다. 이에 따라, 지그 등에 접촉한 1면을 제외한 다른 5면은 레지스트에 의해서 피막된다.
그 후, 가동자(3)가 지그 등으로부터 제거되어, 가동자(3)가 이 가동자(3)에 전극을 패터닝하기 위한 도시하지 않은 지그에 부착된다. 이 전극 패터닝용의 지그는 가동자(3)를 수납할 수 있는 수납부를 지니고, 이 가동자(3)의 패터닝되야되는 1개의 측면이 외부에 노출되도록 가동자(3)는 지그의 수납부에 수납된다. 수납된 가동자(3)는 수납부 내에 스프링 등의 기계적인 압박에 의해서 혹은 부압이 주어진 흡인 기구에 의해서, 전극 패터닝용의 지그에 확실하게 고정된다.
또한, 전극 패터닝용의 지그에는 복수의 가동자(3)를 부착할 수 있는 구조, 예를 들면 복수의 수납부를 갖는 구조를 갖더라도 좋다.
레지스트가 도포되어, 노출된 측면에 대하여, 사진 전사 방식을 이용한 패턴 전사(소위, 포토퍼블리케이션 기술)이 행해져, 레지스트가 감광된다. 즉, 소위 레지스트 감광 공정이 실시된다. 계속해서, 레지스트부가 에칭되어 소정의 패턴의 레지스트 패턴으로 성형되고, 그 성형된 패턴의 도전막, 즉 금속부가 에칭되어 소정의 패턴의 도전 패턴만이 남겨진다.
또, 도전막의 도전성 재료는 투명한 재료, 예를 들면 ITO 등의 재료이더라도, 혹은 비투명 재료이더라도 좋다. 도전막의 도전성 재료로서 투명한 재료가 사용되는 경우에는 렌즈(7)의 표면은 단순히 투명층에서 피복되어 있게 되므로 특별히 제거될 것까지 없기 때문에, 이 에칭 공정으로 가동자(3)의 제작은 완료된다.
도전막의 도전성 재료가 비투명한 경우에는 상술한 제조 공정에서, 에칭 공정의 앞에, 가동자(3)가 전극 패터닝용의 지그로부터 제거되고, 렌즈(7)의 면이 상측을 향한 상태에서, 재차 가동자(3)가 전극 패터닝용의 지그에 설치된다. 계속해서, 광학 마스크(반도체 프로세스에서는 일반적으로 레티클이라고 불린다)를 이용하여, 사진 전사 방식을 이용한 패턴 전사(소위 포토퍼블리케이션 기술)가 실시되어 렌즈(7)의 면에 설치된 도전성 재료를 덮고 있는 레지스트막이 감광되게 한다. 그 후에, 상술한 바와 같이 레지스트부가 에칭되어, 금속부의 에칭을 거침에 따라, 가동자(3)가 완성된다. 또한, 여기서는 레지스트로서 빛에 감광되면 녹는 소위 포지티브형을 이용하여 설명하고 있지만, 반대로 빛에 감광한 부분이 녹아 남는 네가티브형을 이용하여도 좋다.
또한, 가동자(3)의 가동자 전극(30A)은 사다리 형상으로 패터닝한 부분을 포함시켜, 4개의 측면 전부는 전기적으로 접속되게 된다. 또, 사다리형의 가동자 전극(30A)을 설치하는 대신에, 그 표면에 피치 P에서 요철이 반복되는 요철 형상(그 피치 Ph를 사다리형의 전극과 동일하게 함)을 설치하여, 전면을 도전성 재료로 피막하더라도 괜찮다.
또한, 사다리형의 가동자 전극(30A)을 설치한 면(6)의 일부에는, 가동자(3)가 고정자(3)에 설치한 고정자 전극(22A, 22B, 22C) 및 면 전극(26D)에 직접 접촉하지 않도록, 도 16에 도시한 바와 같이 사다리형 전극을 갖지 않은 영역(8)이 설치되고, 이 영역(8)에 도 18의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 고정자(3)에 설치된 스토퍼(10)가 접촉되더라도 좋다. 즉, 도 18의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 영역(8)에 대향하는 고정자(2A, 3B)의 표면 영역에, 고정자 전극(22A, 22B, 22C)의두께, 즉 그 높이보다도 큰 두께의 스토퍼(10)가 설치되고, 그 스토퍼(10)가 가동자(3)의 진동에 의해서 영역(8)에 접촉되어, 이 영역(8) 상을 미끄럼 이동하면, 가동자(3)의 가동자 전극(30A, 30D)과 고정자(2A)의 고정자 전극(22A, 22B, 22C) 및 고정자(2B)의 면 전극(26D)이 접촉하는 것을 막을 수 있다. 또, 도 19의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 스토퍼(10)가 가동자(3)측에 설치되고, 이 스토퍼(10)가 고정자(2A 및 3B)의 전극이 설치되어 있지 않은 영역에 접촉되더라도 좋다.
이상 설명하였던 것과 같은 제조 방법에 의해, 가동자를 용이하게 제조할 수가 있고, 따라서, 양산성이 풍부하고 또한 염가인 정전 액튜에이터 기구를 실현할 수 있다.
도 20을 참조하여, 본 발명에 따른 정전 액튜에이터 기구의 또 다른 구조 및 그 제조 방법에 관해서 설명한다. 도 20에 도시되는 정전 액튜에이터 기구에 있어서는, 상호 대향되는 양측이 개구되어 있는 상자형의 부재(52D)가 고정자(2B)로서 준비되고, 또한 이 상자형의 상부 개구를 막는 덮개형의 부재(52C)가 고정자(2A)로서 준비되며, 고정자(2A)의 고정자 전극(22A, 22B, 22C)이 상자형의 부재(52D)의 내면에 형성되고, 고정자(2B)의 면 전극(26D)이 덮개형의 부재(52C)의 내면에 형성되어 있다. 이 2개의 부품(52C, 52D)이 도 20에 도시한 바와 같이 조합되고 양자가 접착됨으로써, 가동자(3)와의 사이에 소정의 간극을 제공하는 전극간 거리를 구비한 고정자 구조체(2)를 제작할 수 있다. 이 고정자 구조체(2)가 조립되기 전에, 가동자(3)는 미리 상자형의 부재(52D) 중에 배치되고, 그 후 2개의 부품(52A, 52D)이 접착됨으로써, 정전 액튜에이터 기구가 완성된다.
또한, 높은 정밀도를 구비한 고정자(2)는 형 성형에 의해 실현할 수 있다. 형 성형으로서 펀치 또는 프레스 가공에 의해 판재를 가공하여 고정자 구조체(2)의 부품을 제조함으로써, 가동자가 구동되는 방향으로 길이축을 갖는 공동부를 갖는 고정자 구조체(2)의 형상을 용이하게 실현할 수 있고, 또한 높은 정밀도의 전극간 거리를 갖는 고정자 구조체(2)가 제작된다. 또, 도 20에 도시되는 구조에서는, 똑같은 면 전극(26D)을 구비한 고정자 구조(52C)가 만들어지지만, 고정자 전극(22A, 22B, 22C)이 고정자 구조(52C)에 형성되고, 면 전극(26D)이 고정자 구조(52A)에 형성되더라도 좋다.
도 21의 (a), (b), (c), 도 22의 (a), (b), (c), (d), 및 도 23의 (a), (b), (c)를 참조하여, 본 발명에 따른 정전 액튜에이터 기구의 고정자에 관한 몇개의 구조예 및 그 제조 방법에 관해서 설명한다.
도 21의 (a)는 정전 액튜에이터 기구의 고정자의 평면을 도시하고, 도 21의 (b), (c)는 도 21의 (a)의 B-B 단면도 및 도 21의 (a)의 A-A 단면도를 나타내고 있다. 도 21의 (a)에 도시한 바와 같이 고정자(2A)로서의 기판(11)은 가동자(3)에 대향하는 면을 지니고, 이 면 상에 제1로부터 제3 고정자 전극(22A∼22C)이 형성되어 있다. 기판(11)은 도 21의 (c)에 도시된 바와 같이 유리의 기판 혹은 표면에 실리콘 산화막 등의 절연막이 형성된 실리콘 기판이 이용된다. 도 21의 (a)에는 3조의 제1로부터 제3 고정자 전극(22A∼22C)이 도시되어 있다. 제1 고정자 전극(22A) 및 제3 고정자 전극(22C)은 이들에 접속된 배선과 같이 빗형상으로 맞물리도록 배치되어 있다. 제1 고정자 전극(22A) 및 제3 고정자 전극(22C)의 사이에는 제2 고정자 전극(22B)이 배치되고, 제2 고정자 전극(22B)에서의 배선은 도 21의 (b)에 도시된 바와 같이 고정자 전극(22A)에서의 배선 상에 설치되는 절연막 상에 배치되고, 이 절연층을 경유하여 고정자 전극(22A) 밖의 기판(11)의 단부 영역에 연장되어 있다. 배선은 각 전극이 형성된 면 상이고 그 측부의 영역에 설치한 단자에 접속되어 있다.
도 21의 (a)에 도시되는 고정자(3)는 도 22의 (a)에서 (d)에 도시되는 공정을 거쳐 제조된다.
처음에 도 22의 (a)에 도시된 바와 같이 기판(11)이 준비되고, 이 기판(11) 상에 고정자 전극(22A), 이 고정자 전극(22A)을 위한 배선부, 고정자 전극(22C), 이 고정자 전극(22C)을 위한 배선부, 고정자 전극(22B) 및 고정자 전극(22A)의 배선부의 외측에 설치되는 고정자 전극(22B)의 배선부가 A1 등의 금속 재료(12)로 형성된다. 다음에, 도 22의 (b)에 도시된 바와 같이 이 기판(11) 상에 절연막(13)이 형성되어, 고정자 전극(22A)의 배선부의 외측에 설치되는 고정자 전극(22B)의 배선부와 고정자 전극(22B)을 결선하기 위한 관통 구멍(14)이, 고정자 전극(22A)의 배선부의 외측에 설치되는 고정자 전극(22B)의 배선부와 고정자 전극(22B)의 소정의 위치에 형성된다. 여기서, 절연막으로서는 산화 실리콘이나 질화 실리콘, 혹은 폴리이미드 등을 제조 프로세스에 따라서 이용할 수 있다. 그 후, 도 22의 (c)에 도시한 바와 같이 고정자 전극(22A)의 배선부의 외측에 설치되는 고정자 전극(22B)의 배선부와 고정자 전극(22B)을 결선하는 배선(15)이 형성된다. 또한, 도 22의 (d)에 도시된 바와 같이 필요에 따라서 고정자 전극(22A)의 배선부의 외측에 설치되는고정자 전극(22B)의 배선부와 고정자 전극(22B)을 결선하는 배선(15)의 위에 절연막(16)이 형성된다.
여기서는, 고정자 전극(22B)의 배선부와 고정자 전극(22B)을 결선하는 배선은 고정자 전극(22A)의 배선의 상측에 절연층을 통해 형성되어 있지만, 반대로 고정자 전극(22B)의 배선부와 고정자 전극(22B)을 결선하는 배선이 고정자 전극(22A)의 배선의 밑으로 절연층을 통해 형성되더라도 좋다. 또한, 여기서는 절연막 상에 고정자 전극(22B)의 배선부를 형성하였지만, 절연막 상에 형성되는 대신에 배선부가 와이어 본딩으로 접속되고, 고정자 전극(22A)의 배선부와 고정자 전극(22B)의 배선부가 전기적으로 접속되지 않도록 하더라도 좋다.
또, 여기서는 고정자를 구성하는 기판(11) 상에 제1로부터 제3 고정자 전극을 형성하는 제조 방법에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이 실시예에 한하지 않고, 예를 들면 도 23의 (a)에서 (c)에 도시한 바와 같이 기판(11) 상에 복수조의 제1로부터 제4의 고정자 전극(22A∼22D)을 설치하도록 하더라도 좋다.
도 24의 (a)에서 (c)를 참조하여, 본 발명에 따른 정전 액튜에이터 기구에 조립되는 또 다른 고정자 구조에 관해서 설명한다.
도 24의 (a)에서 (c)는 각각 고정자(2)의 구조를 나타내는 평면도, 도 24의 (a)의 B-B 단면도 및 A-A 단면도이다. 도 24의 (a)에서 (c)에 도시된 바와 같이 고정자 전극(22A∼22C)에 각각 접속된 배선은 상호 전기적으로 절연되어 기판(11)의 측부 영역에까지 연장되어, 그 단부가 기판(11)의 한쪽 면 상에 배치되고, 그 단부는 기판(11)의 이면에까지 관통하는 관통 구멍(17) 내에 연장되어, 그기판(11)의 이면에 설치된 단자에 접속되어 있다. 이러한 구조의 기판(11)에서는 기판 이면의 단자로부터 고정자 전극(22A∼22C)에 전압을 인가할 수 있고, 회로 배치의 자유도를 높일 수 있다.
도 25의 (a)에서 (d)를 참조하여, 본 발명의 정전 액튜에이터 기구의 고정자에 관한 구조에 관해서 설명한다. 여기서, 도 25의 (a)에서 (d)는 각각 고정자 구조의 평면도, 도 25의 (a)의 B-B 단면도, 도 25의 (a)의 A-A 단면도 및 기판(11)의 이면도를 나타내고 있다.
도 25의 (a)에서 (d)에 도시되는 고정자의 구조에 있어서는, 고정자 전극(22A∼22C)이 기판(11) 상에 상호 평행하게 배열되어, 이 고정자 전극(22A∼22C)에서 연장되는 배선도 마찬가지로 그대로 직선적으로 연장되고, 연장단의 단자는 기판(11)에 설치한 관통 구멍(18)을 통해 기판(11)의 기판 이면에 설치된 단자에 접속되어 있다. 이러한 구조의 기판(11)에서는, 마찬가지로 기판 이면의 단자로부터 고정자 전극(22A∼22C)에 전압을 인가할 수 있어, 회로 배치의 자유도를 높일 수 있다.
또한, 도 26의 (a)에서 (d), 도 27의 (a)에서 (d) 및 도 28의 (a)에서 (c)를 참조하여, 본 발명의 정전 액튜에이터 기구의 고정자에 관한 또 다른 구조에 관해서 설명한다. 이 정전 액튜에이터 기구의 고정자의 구조에서는 도 26의 (a)에서 (d)에 도시되는 제1 기판(1lA)에 도 27의 (a)에서 (d)에 도시되는 제2 기판(1lB)이 접합되고 도 28의 (a)에서 (c)에 도시되는 고정자의 구조가 만들어진다.
도 26의 (a)에서 (d)는 각각 기판(1lA)의 평면도, 도 26의 (a)의 B-B 단면도및 A-A 단면도, 및 기판(1la, 11b)의 이면도이다. 이들, 도 26의 (a)에서 (d)에 도시한 기판(1lA)에서는 고정자 전극(22A∼22C)이 기판(11) 상에 상호 평행하게 배열되어, 이 고정자 전극(22A∼22C)에서 연장되는 배선도 마찬가지로 그대로 직선적으로 연장되고, 연장단의 단자는 기판(11)에 설치한 관통 구멍(18)을 통해 기판(11)의 기판 이면에 설치된 단자에 접속되어 있다. 고정자 전극(22A∼22C)에 각각 대응하는 각 단자는 도 26의 (d)에 도시한 바와 같이 상호 전기적으로 공통 단자에 접속되어 있다. 또한, 도 27의 (a)에서 (d)에 도시한 제2 기판(11B)에는 도 27의 (a)에 도시한 바와 같이 공통 단자에 접속되야 되는 접속 단자가 설치되고, 이 공통 단자는 기판(1lB)에 설치한 관통 구멍을 통해 기판(1lB)의 이면에 설치한 접속 단자에 접속되어 있다. 공통 단자와 접속 단자가 상호 접속되도록 제1 기판(1lA)의 이면과 제2 기판(11B)의 표면이 접합되고, 도 28의 (a)에서 (c)에 도시되는 고정자 구조가 제조된다.
다음에, 이 도 28의 (a)에서 (c)에 도시되는 고정자 구조의 구체적인 제조 방법에 관해서 설명한다. 처음에, 기판(1lA)의 소정 영역에 각 고정자 전극(22A∼22C)에 대응한 관통 구멍이 형성된다. 이 관통 구멍에 단자를 설치하는 것에 따라 이 단자가 각 고정자 전극(22A∼22C)에서 연장되는 배선에 접속된다. 여기서, 단자가 설치되는 기판(11A) 상의 영역에 오목부가 설치되고, 이 오목부 내에 관통 구멍이 설치되고 각 고정자 전극(22A∼22C)에서 연장되는 배선에 접속되는 단자가 설치되고, 각 고정자 전극(22A∼22C)에 대응하는 단자가 상호 이 오목부 영역 내에서 접속된다. 이와 같이 기판(1lA) 이면에 오목부를 설치하는 것에 따라,이 이면에 다른 기판(11B)을 접합하더라도 양자 사이에 간극이 생기지 않게 충분히 접촉시켜 접합할 수 있다.
또한, 관통 구멍은 기판(1lA)을 관통하고 있지 않더라도 좋고, 후속 공정으로 기판(11A)을 연마함으로써 관통 구멍에 형성되는 것 같은 깊이를 갖는 오목부 구멍이더라도 좋다.
관통 구멍이 형성된 기판(11A)은 기판(1lB)에 접합된다. 이 기판의 접합은 실리콘과 유리의 경우에는 양극 접합법이 채용되고, 실리콘끼리의 경우에는 물 유리법 등 기판의 종류에 따른 방법이 채용된다. 접합하는 기판(1lB)에는 미리 관통 구멍이나 배선 추출을 위한 배선이 형성되어 있더라도 좋다. 2개의 기판을 접합한 구조를 갖는 기판(11)에서는 그 기판(11A) 측이 소정의 두께를 갖게 될 때까지 연마된다. 이 연마 후에는, 관통 구멍은 기판(11A)을 관통하고 있게 된다. 계속해서, 기판(1lA)의 연마한 면에 각 전극(22A∼22C) 및 배선이 형성되어 배선단의 단자와 기판(1lA)의 이면측의 배선이 결선된다.
또한, 기판(1lB) 측에 미리 관통 구멍 내의 단자 및 이 단자에 접속되야 되는 배선이 형성되어 있지 않은 경우에는, 이들이 형성되어, 또한 기판(1lA)과 기판(1lB)의 배선이 결선됨으로써 고정자(2)가 완성된다.
상술한 제조 공정에서는, 기판(11A)에 설치하는 관통 구멍의 깊이 가공이 작게 끝난다고 하는 프로세스상의 장점이 있다. 또한, 관통 구멍의 가공에 있어서는, 일반적으로 등방적인 가공(즉 어떤 일정한 깊이 방향으로 가공을 행하려고 하면, 그것과 동일양만큼 가로 방향으로도 가공되는 것을 가리킴)이 된다. 그렇게되면, 관통 구멍을 관통시켜야 되는 기판의 두께보다, 개방시킬 수 있는 관통 구멍의 구멍 직경(φ)에 제약이 생겨, 관통 구멍끼리를 근접할 때의 한계가 생긴다. 이 제약이 기판(11A)의 표면에 설치한 가동자의 전극과 대응한 전극의 배치 피치를 미세로 할 때의 방해로 된다. 상술한 제조 공정에서는, 이 기판(11)의 표면 전극의 미세화에 대응할 수 있다고 하는 현저한 효과를 기대할 수 있다. 또한, 이 실시예에서는 다른 실시예에 있어서 기판(11A)의 표면에 설치되는 전극의 배선이 기판(11A)의 이면에 설치되어 있지만, 이 배선부는 기판(11B)의 표면에 설치하더라도 좋다.
도 29의 (a)에서 (d)를 참조하여, 본 발명의 정전 액튜에이터 기구의 고정자에 관한 또 다른 구조에 관해서 설명한다.
도 29의 (a)에서 (d)는 각각 고정자(2)의 구조를 나타내는 평면도, 도 29의 (a)의 B-B 단면도 및 도 29의 (a)의 A-A 단면도 및 기판(11)의 이면도를 나타내고 있다.
도 29의 (a)에서 (d)에 도시되는 고정자 구조에서는 고정자(2)의 기판(11)으로서 SOI 기판이 이용되rh, 각 전극이 벌크 실리콘으로 만들어지고 있다. SOI 기판(11)의 한 면에, 각 전극이 되는 실리콘 구조체(19)가 DRIE 장치 등을 이용하여 형성되어 있다. 실리콘 구조체의 표면에는 절연막(도시하지 않음)을 더욱 형성하더라도 좋다.
기판 이면에는 전극을 추출하기 위한 관통 구멍(20)이 개방되어, 이 관통 구멍 내에는 전극이 되는 실리콘 구조체에 접속된 단자가 설치되어 있다.
도 29의 (a)에서 (d)에 도시되는 구조의 변형예로서, 각 전극이 실리콘 구조체 대신에 Ni 구조체로 만들어지더라도 좋다.
이 변형예에 따른 제조 공정에서는, 먼저 산화한 실리콘 기판에 도금의 시드층이 되는 금속층이 형성된다. 그 기판의 위에, 두께막 레지스트가 형성되어, 이 레지스트가 노광되고, 그 후 현상되는 프로세스를 지나서, 전극 구조체를 형성하기 위한 형 구조가 형성된다. 다음에, 전계 도금법으로 전극 구조체가 되는 Ni 층이 형성된다. 그 후, 두께막 레지스트층이 제거되어, 절연막이 코트된다. 이 공정을 거쳐 전극 구조체가 완성된다. 이 제조 공정에서는, 필요에 따라서 고정자 구조체를 조정하는 조정 공정(예를 들면, 그 표면 연마)이 실시된다.
또한, 기판의 이면은 도 29의 (a)에서 (d)에 도시되는 구조와 같이 전극을 추출하기 위한 관통 구멍이 개방되어, 그 관통 구멍 내에 단자가 설치되고, 이 단자가 전극 구조체에 결선되어, 또한 이면의 배선에 접속된다.
도 30을 참조하여, 본 발명에 관한 정전 액튜에이터 기구가 적용되는 응용 예에 관해서 설명한다.
본 발명에 관한 정전 액튜에이터 기구는 구동 특성이 우수하기 때문에, 소형 카메라의 초점 조절 기구로서의 이용에 적합하다.
도 30은 본 발명에 따른 정전 액튜에이터 기구를 탑재한 소형 카메라의 모듈 부분을 나타내고 있다. 도 30에 도시한 바와 같이, 기판(21) 상에 CMOS 혹은 CCD 등의 촬상 소자가 설치되고, 그 위에 정전 액튜에이터 기구(22)가 설치되어 있다. 여기서, 정전 액튜에이터 기구를 구성하는 가동자는 상기한 렌즈 일체형의 것이 이용된다. 또한, 기판(21) 상에는 정전 액튜에이터 기구의 구동을 제어하기 위한 DSP 등의 IC가 탑재되어 있다.
이 카메라 모듈은 휴대 전화나 디지털 카메라 등의 카메라 유닛으로서 이용된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 염가로 또한 양산성에도 대응한 정전 액튜에이터 기구를 제공할 수 있다.

Claims (23)

  1. 다른 순서로 전압이 인가되는 적어도 3개의 전극이 소정 방향으로 순차 배열되어 이루어지는 제1 전극군을 포함한 제1 고정자와;
    상기 제1 고정자와 대향하여 설치되고, 상기 소정 방향으로 연장하여 설치된 평면형의 제2 전극을 포함한 제2 고정자와;
    상기 제1 고정자와 상기 제2 고정자의 사이에 배치되어, 상기 제1 전극군에 대향하는 제1 전극부 및 상기 제2 전극에 대향하는 제2 전극부를 포함한 가동자와;
    상기 제1 전극부의 전위보다도 상기 제1 전극군 중 어느 전극의 전위가 높아지도록, 또는 상기 제2 전극부보다도 상기 제2 전극의 전위가 높아지도록, 상기 제1 전극군과 상기 제2 전극에 교대로 전압을 인가함과 동시에, 상기 제1 전극군에 전압을 인가하는 순서를 순차 전환하는 스위칭 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 상기 제1 전극군에 전압을 인가할 때에, 적어도 상기 소정 방향으로 인접하는 2개의 전극에 동시에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가동자에 설치되는 상기 제1 전극부의 상기 소정 방향을 따른 폭은 상기 제1 전극군의 각 전극의 상기 소정 방향을 따른 폭의1.5배∼2.5배인 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극군을 덮도록 설치되는 유전체막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 전극에 전압을 인가할 때에, 상기 제1 전극군의 전위가 상기 제1 전극부의 전위와 비교하여 낮은 전위가 되도록 전위차를 제공하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극부를 덮도록 설치되는 유전체막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 전극에 전압을 인가할 때에, 상기 제1 전극군의 전위가 상기 제1 전극부의 전위와 비교하여 낮은 전위가 되도록 전위차를 제공하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극부는 실질적으로 접지 전위인 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가동자는 이 가동자와 동시에 구동되는 광학 소자를포함하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고정자는 상기 제1 전극군 및 제2 전극의 표면보다도 돌출된 스토퍼를 포함하고, 상기 가동자는 상기 제1 및 제2 전극부가 설치된 표면에 상기 스토퍼를 미끄럼 이동시키기 위한 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  11. 제1항에 있어서, 상기 가동자는 상기 제1 및 제2 전극부의 표면보다도 돌출된 스토퍼를 포함하고, 상기 제1 및 제2 고정자는 상기 제1 전극군 및 제2 전극이 설치된 표면에 상기 스토퍼를 미끄럼 이동시키기 위한 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극군은 다른 순서로 전압이 인가되는 3개의 전극이 상기 소정 방향으로 순차 배열되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극군은 다른 순서로 전압이 인가되는 4개의 전극이 상기 소정 방향으로 순차 배열되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구.
  14. 다른 순서로 전압이 인가되는 적어도 3개의 전극이 소정 방향으로 순차 배열되어 이루어지는 제1 전극군을 포함한 제1 고정자와, 이 제1 고정자와 대향하여 설치되고, 상기 소정 방향으로 연장하여 설치된 평면형의 제2 전극을 포함한 제2 고정자와, 상기 제1 고정자와 상기 제2 고정자의 사이에 배치되어, 상기 제1 전극군에 대향하는 제1 전극부 및 상기 제2 전극에 대향하는 제2 전극부를 포함한 가동자를 갖는 정전 액튜에이터 기구를 구동하는 방법에 있어서,
    상기 제1 전극부의 전위보다도 상기 제1 전극군 중 어느 전극의 전위가 높아지도록 전압을 인가하는 단계;
    상기 제2 전극부보다도 상기 제2 전극의 전위가 높아지도록 전압을 인가하는 단계;
    상기 제1 전극군의 전극을 전환하여 상기 제1 전극부의 전위보다도 상기 전극의 전위가 높아지도록 전압을 인가하는 단계;
    상기 제2 전극부보다도 상기 제2 전극의 전위가 높아지도록 전압을 인가하는 단계; 및
    상기한 각 전압의 인가를 반복하여 행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구의 구동 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 전극군에 전압을 인가할 때에, 적어도 상기 소정 방향으로 인접하는 2개의 전극에 동시에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구의 구동 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제2 전극에 전압을 인가할 때에, 상기 제1 전극군의 전위가 상기 제1 전극부의 전위와 비교하여 낮은 전위가 되도록 전위차를 제공하는 것을 특징으로 하는 정전 액튜에이터 기구의 구동 방법.
  17. 촬상 소자와;
    상기 촬상 소자상에 설치되고, 다른 순서로 전압이 인가되는 적어도 3개의 전극이 소정 방향으로 순차 배열되어 이루어지는 제1 전극군을 포함한 제1 고정자와, 이 제1 고정자와 대향하여 설치되고, 상기 소정 방향으로 연장하여 설치된 평면형의 제2 전극을 포함한 제2 고정자와, 상기 제1 고정자와 상기 제2 고정자의 사이에 배치되어, 상기 제1 전극군에 대향하는 제1 전극부 및 상기 제2 전극에 대향하는 제2 전극부와, 상기 촬상 소자에 빛을 결상시키는 광학 소자를 포함한 가동자와, 상기 제1 전극부의 전위보다도 상기 제1 전극군 중 어느 전극의 전위가 높아지도록, 또는 상기 제2 전극부보다도 상기 제2 전극의 전위가 높아지도록, 상기 제1 전극군과 상기 제2 전극에 교대로 전압을 인가함과 동시에, 상기 제1 전극군에 전압을 인가하는 순서를 순차 전환하는 스위칭 회로를 갖는 정전 액튜에이터 기구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  18. 제17항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 상기 제1 전극군에 전압을 인가할 때에, 적어도 상기 소정 방향으로 인접하는 2개의 전극에 동시에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  19. 제17항에 있어서, 상기 가동자에 설치되는 상기 제1 전극부의 상기 소정 방향을 따른 폭은 상기 제1 전극군의 각 전극의 상기 소정 방향을 따른 폭의 1.5배∼2.5배인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제1 전극군을 덮도록 설치되는 유전체막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2 전극에 전압을 인가할 때에, 상기 제1 전극군의 전위가 상기 제1 전극부의 전위와 비교하여 낮은 전위가 되도록 전위차를 제공하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  22. 제17항에 있어서, 상기 제1 전극부를 덮도록 설치되는 유전체막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제2 전극에 전압을 인가할 때에, 상기 제1 전극군의 전위가 상기 제1 전극부의 전위와 비교하여 낮은 전위가 되도록 전위차를 제공하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
KR10-2001-0015578A 2000-03-30 2001-03-26 정전 액튜에이터 기구, 그 구동 방법, 및 그것을 이용한카메라 모듈 KR100398856B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000094569 2000-03-30
JP2000-094569 2000-03-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010095010A KR20010095010A (ko) 2001-11-03
KR100398856B1 true KR100398856B1 (ko) 2003-09-19

Family

ID=18609599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0015578A KR100398856B1 (ko) 2000-03-30 2001-03-26 정전 액튜에이터 기구, 그 구동 방법, 및 그것을 이용한카메라 모듈

Country Status (4)

Country Link
US (3) US6670738B2 (ko)
EP (1) EP1139553A3 (ko)
KR (1) KR100398856B1 (ko)
CN (1) CN1330082C (ko)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100398856B1 (ko) * 2000-03-30 2003-09-19 가부시끼가이샤 도시바 정전 액튜에이터 기구, 그 구동 방법, 및 그것을 이용한카메라 모듈
JP2002112560A (ja) 2000-09-28 2002-04-12 Toshiba Corp 静電アクチュエータ及びこれを用いたカメラモジュール
US6680558B2 (en) 2000-09-28 2004-01-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrostatic actuator and method of driving the same
JP3964612B2 (ja) * 2000-10-06 2007-08-22 株式会社東芝 静電アクチュエータ
EP1202099A3 (en) * 2000-10-31 2003-04-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrostatic actuator and camera module using the same
JP3966704B2 (ja) 2001-09-18 2007-08-29 株式会社東芝 静電アクチュエータ、静電アクチュエータの駆動方法及びこれを用いたカメラモジュール
JP3529761B2 (ja) 2001-11-20 2004-05-24 株式会社東芝 静電アクチュエータ及びその駆動方法
JP3529766B2 (ja) * 2001-12-28 2004-05-24 株式会社東芝 静電アクチュエータ及びカメラモジュール
US6747863B2 (en) 2002-01-11 2004-06-08 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Electrostatic drive
JP3785131B2 (ja) * 2002-09-30 2006-06-14 株式会社東芝 カメラユニット及びカメラユニット製造方法
JP2004126009A (ja) * 2002-09-30 2004-04-22 Toshiba Corp ズームレンズユニット及びズームレンズユニット駆動方法
JP4213540B2 (ja) * 2003-08-20 2009-01-21 株式会社日立製作所 振動発電用振動子
EP1521355A2 (en) * 2003-09-30 2005-04-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrostatic actuator driver
JP4095529B2 (ja) * 2003-09-30 2008-06-04 株式会社東芝 静電アクチュエータ、静電アクチュエータ駆動方法、電気機械変換素子及び電気機械変換素子駆動方法
JP3886494B2 (ja) 2004-01-23 2007-02-28 ファナック株式会社 固定子用及び移動子用のフィルム型電極及び静電モータ
US7663289B1 (en) * 2004-02-18 2010-02-16 Siimpel Corporation Centipede actuator motion stage
JP2005295693A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Toshiba Corp 波形出力装置及び駆動装置
US7211924B2 (en) * 2004-05-21 2007-05-01 Alps Electric Co., Ltd. Electrostatic attraction driving apparatus
JP4123192B2 (ja) * 2004-06-03 2008-07-23 セイコーエプソン株式会社 超音波トランスデューサ、および超音波トランスデューサの製造方法
JP2006087240A (ja) * 2004-09-16 2006-03-30 Toshiba Corp 静電アクチュエータおよび撮像装置
JP4068086B2 (ja) * 2004-09-24 2008-03-26 株式会社東芝 静電アクチュエータおよび撮像装置
JP4157086B2 (ja) * 2004-09-24 2008-09-24 株式会社東芝 ズームレンズユニットおよび撮像装置
JP4384012B2 (ja) * 2004-11-08 2009-12-16 株式会社東芝 静電アクチュエータ及びその駆動方法
US7266267B2 (en) * 2004-11-16 2007-09-04 Georgia Tech Research Corp. Microfluidic, optical, and electrical input output interconnects, methods of fabrication thereof, and methods of use thereof
JP2006149140A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Alps Electric Co Ltd 静電吸引駆動装置
JP4429228B2 (ja) * 2005-07-25 2010-03-10 キヤノン株式会社 駆動装置
US7583006B2 (en) * 2005-07-26 2009-09-01 Siimpel Corporation MEMS digital linear actuator
US20090001846A1 (en) * 2007-06-27 2009-01-01 Seagate Technology Llc Electrostatic Surface Drive With Multiple Operating Voltages
JPWO2009054251A1 (ja) * 2007-10-25 2011-03-03 三洋電機株式会社 発電装置
ITTO20080604A1 (it) * 2008-07-31 2010-02-01 St Microelectronics Srl Micromotore elettrostatico con statore e rotore a contatto, in particolare per sistemi di memorizzazione probe storage
DE102008043836A1 (de) * 2008-11-19 2010-05-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines elektrostatischen Antriebs und elektrostatische Antriebe
WO2011077717A1 (ja) * 2009-12-25 2011-06-30 パナソニック株式会社 振動発電器、振動発電装置、及び振動発電装置を搭載した電子機器と通信装置
US8911164B2 (en) * 2011-08-23 2014-12-16 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Embedded linear motor drive for IR camera shutter
WO2013132753A1 (ja) * 2012-03-07 2013-09-12 パナソニック株式会社 振動発電器及び振動発電装置と、振動発電装置を搭載した通信装置及び電子機器
JP6861718B2 (ja) * 2016-09-29 2021-04-21 シチズン時計株式会社 電気機械変換器
WO2022115932A1 (en) * 2020-12-01 2022-06-09 Sheba Microsystems Inc Mems electrostatic actuator for super resolution and autofocus in cameras

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01259769A (ja) * 1988-04-05 1989-10-17 Toshiba Corp 静電モータ
US5235225A (en) * 1990-08-31 1993-08-10 Northwestern University Linear electrostatic actuator with means for concatenation
JPH06169580A (ja) * 1992-08-20 1994-06-14 Yaskawa Electric Corp 静電モータのアライメント方法
JP2721638B2 (ja) * 1993-11-25 1998-03-04 富士通株式会社 静電気アクチュエータ
JPH0851786A (ja) * 1994-08-08 1996-02-20 Yaskawa Electric Corp 静電モータ
JP3095642B2 (ja) * 1994-11-11 2000-10-10 株式会社東芝 静電アクチュエータおよびその駆動方法
JP2928752B2 (ja) 1995-12-07 1999-08-03 株式会社東芝 静電アクチュエータ及びその駆動方法
JPH10239740A (ja) * 1997-02-28 1998-09-11 Toshiba Corp 内視鏡装置
JPH10239578A (ja) * 1997-02-28 1998-09-11 Toshiba Corp 光学装置およびこの光学装置を用いた観察装置
JPH114803A (ja) * 1997-06-13 1999-01-12 Asahi Optical Co Ltd 内視鏡の焦点調整機構
JP3305988B2 (ja) * 1997-08-01 2002-07-24 沖電気工業株式会社 媒体搬送装置
US6181050B1 (en) * 1997-10-27 2001-01-30 Hewlett Packard Company Electrostatic micromotor with large in-plane force and no out-of-plane force
JP2931809B1 (ja) * 1998-03-30 1999-08-09 株式会社東芝 撮像装置
KR100398856B1 (ko) * 2000-03-30 2003-09-19 가부시끼가이샤 도시바 정전 액튜에이터 기구, 그 구동 방법, 및 그것을 이용한카메라 모듈
US6680558B2 (en) * 2000-09-28 2004-01-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrostatic actuator and method of driving the same
JP2002112560A (ja) * 2000-09-28 2002-04-12 Toshiba Corp 静電アクチュエータ及びこれを用いたカメラモジュール
JP3964612B2 (ja) * 2000-10-06 2007-08-22 株式会社東芝 静電アクチュエータ
EP1202099A3 (en) * 2000-10-31 2003-04-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrostatic actuator and camera module using the same
JP2002182095A (ja) * 2000-12-19 2002-06-26 Fuji Photo Film Co Ltd 焦点位置調整装置および露光ヘッドならびに画像記録装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010095010A (ko) 2001-11-03
US20010028203A1 (en) 2001-10-11
US20040066113A1 (en) 2004-04-08
US20040012300A1 (en) 2004-01-22
US6784594B2 (en) 2004-08-31
US6806661B2 (en) 2004-10-19
EP1139553A3 (en) 2003-04-16
US6670738B2 (en) 2003-12-30
EP1139553A2 (en) 2001-10-04
CN1327300A (zh) 2001-12-19
CN1330082C (zh) 2007-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100398856B1 (ko) 정전 액튜에이터 기구, 그 구동 방법, 및 그것을 이용한카메라 모듈
US7344262B2 (en) MEMS mirror with tip or piston motion for use in adaptive optics
EP2377154B1 (en) Via structure and method thereof
US7656071B2 (en) Piezoelectric actuator for tunable electronic components
US20030210116A1 (en) Micro electro-mechanical system with one or more moving parts method and apparatus
US6369400B2 (en) Magnetic scanning or positioning system with at least two degrees of freedom
US7705514B2 (en) Bi-directional actuator utilizing both attractive and repulsive electrostatic forces
WO2003021298A2 (en) Mems comb-finger actuator
JP4089215B2 (ja) マイクロアクチュエータ、並びに、これを用いたマイクロアクチュエータ装置、光スイッチ及び光スイッチアレー
US7253550B2 (en) Torsional electrostatic actuator
JP2003092890A (ja) 静電アクチュエータ、静電アクチュエータの駆動方法及びこれを用いたカメラモジュール
JP2005209625A (ja) Ｍｅｍｓスイッチ
JP4034525B2 (ja) 静電アクチュエータ、静電アクチュエータの駆動方法及びカメラモジュール
JPH04112683A (ja) 静電アクチュエータ
KR20040011361A (ko) 미소 가동 디바이스
EP0483147A1 (de) Dielektrisches mikromechanisches element.
JPH06148536A (ja) 光スイッチ及びその製造方法
KR100707207B1 (ko) 미디어 스테이지를 구비하는 마이크로 액츄에이터의제조방법
JP4174761B2 (ja) 機構デバイスの製造方法及び機構デバイス
JP2007207487A (ja) マイクロスイッチング素子およびマイクロスイッチング素子製造方法
KR20030076370A (ko) 정전구동 디바이스
KR20010019922A (ko) 정전형 미세 구조물 및 제조 방법
KR20010026738A (ko) 수직 빗살 구조물을 갖는 마이크로 액츄에이터의 제조 방법
JP2011045981A (ja) Ｍｅｍｓ、及びその製造方法
JP4329402B2 (ja) マイクロアクチュエータアレー、並びに、これを用いたマイクロアクチュエータ装置、光スイッチアレー及び光スイッチシステム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120821

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130820

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150819

Year of fee payment: 13

LAPS Lapse due to unpaid annual fee