JPH0880065A

JPH0880065A - 静電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH0880065A
Application number: JP20983494A
Authority: JP
Inventors: Shinji Konno; 信次今野; Hisashi Fukuyama; 尚志福山; Masahiro Yamamoto; 正弘山本
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1994-09-02
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】１軸方向に加えて斜め方向の移動が可能な静
電アクチュエータを、簡単に且つ低価格で製作できる静
電アクチュエータの提供。【構成】絶縁性支持体（２）上に所定の方向に且つ所
定の間隔を設けて配置された互いに絶縁された複数の駆
動電極（３）を有する第１の部材（１）と、絶縁性薄葉
体に正負の電荷が付与される第２の部材（５）とが接す
るように配置されており、駆動電極への印加電圧の切り
替えにより生じる第１の部材と第２の部材との間の静電
気のクーロン力によって第１の部材に対する第２の部材
の所定方向の相対位置を変化させるための駆動手段を具
備する静電アクチュエータにおいて、駆動電極への印加
電圧の切り替えによる第１の部材に対する第２の部材の
所定方向の相対位置の変化とは別方向に相対位置を変化
させる手段として、第１の部材の駆動電極上に絶縁性の
ガイド（６）が配置されていることを特徴とする静電ア
クチュエータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電アクチュエータに
関するものであり、詳しくは、表示装置等に実用化する
上で有用な静電アクチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来技術】静電アクチュエータは、絶縁性支持体上に
所定の方向に且つ所定の間隔を設けて配置された互いに
絶縁された複数の駆動電極を有する第１の部材と絶縁性
薄葉体に正負の電荷が付与される第２の部材とが接する
ように配置されて構成される。そして、駆動電極への印
加電圧の切り替えにより、第１の部材と第２の部材との
間の静電気のクーロン力によって第１の部材に対する第
２の部材の所定方向の相対位置を変化させるものである
（特開平２−２８５９７８号公報等参照）。すなわち、
第１の部材の駆動電極に（＋）の駆動電圧、（−）の駆
動電圧、電圧を印加していない状態（Ｇ：アース状態）
と順次切り替えて電圧を印加することにより、第２の部
材の高抵抗体層に静電誘導された電荷と第１の部材の電
極との間に作用するクーロン力により第２の部材が移動
するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】静電アクチュエータ
は、基本原理が確立され、実用化検討が盛んに行なわれ
ている段階であり、各要素をさらに詳細に検討しなけれ
ばならない状況にある。特に広告ディスプレイ等の表示
装置として実用化する場合、１軸方向以上の移動が求め
られており、例えば、特開平５−１２２９４７号公報に
記載のドット型電極を用いればは多自由度方向に移動で
きる。しかしながら、このような静電アクチュエータは
製作が困難であり動回路が複雑になるので、コスト高に
なるという問題がある。コストの点から、多自由度方向
に移動できなくても、１軸方向にさらにもう一方向、例
えば、斜め方向の移動が可能であり、且つ低価格で製作
できる静電アクチュエータが求められている。

【０００４】さらに、例えば、静電アクチュエータを垂
直に立てて使用した場合、移動を停止した状態や電圧を
印加しない状態でも、第２の部材（移動子）を保持する
ことが求められていた。移動子を保持する方法として
は、以下の方法がある。（１）第１の部材と第２の部材の相対的移動によって、
第１と第２の部材間の若干の帯電等による摩擦力を利用
して保持する。しかし、この場合、静電アクチュエータ
を垂直に立てた場合は、第２の部材の厚さが５０μｍ以
下であれば、軽量なので長時間保持が可能であるが、第
２の部材の厚さが５０μｍ以上となり重くなると摩擦力
より重力の方が大きくなり、保持できなくなるという問
題があった。

【０００５】（２）駆動回路として、サイン波のような
アナログ信号を用いる場合は、３相の駆動電極に３相の
正弦波として０．１〜１Ｈｚ程度の低周波を印加すれ
ば、第２の部材（移動子）を動かすことなく保持でき
る。（３）また、駆動回路として、（＋）、（−）、（Ｇ）
の切り替えのパルス駆動を用いる場合は、図５及び図６
に示すような近似３相正弦波、３ステップの往復移動に
より保持することができる。

【０００６】しかし、上述の（２）及び（３）の方法
は、常時電圧を印加しておかねばならず、停電時などで
電源をシャットした場合は保持できなくなるという問題
があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１では、上記目的
を達成するために、絶縁性支持体上に所定の方向に且つ
所定の間隔を設けて配置された互いに絶縁された複数の
駆動電極を有する第１の部材と、絶縁性薄葉体に正負の
電荷が付与される第２の部材とが接するように配置され
ており、駆動電極への印加電圧の切り替えにより生じる
第１の部材と第２の部材との間の静電気のクーロン力に
よって第１の部材に対する第２の部材の所定方向の相対
位置を変化させるための駆動手段を具備する静電アクチ
ュエータにおいて、駆動電極への印加電圧の切り替えに
よる第１の部材に対する第２の部材の所定方向の相対位
置の変化とは別方向に相対位置を変化させる手段とし
て、第１の部材の駆動電極上に絶縁性のガイドが配置さ
れていることを特徴とする静電アクチュエータを提供す
ることにある。

【０００８】請求項２では、請求項１に記載の静電アク
チュエータにおいて、第１の部材及び第２の部材のうち
少なくとも一方に、静電アクチュエータの非駆動時に他
方の部材を保持するような手段を有する非駆動時の第１
の部材及び第２の部材の一方の固定側の表面における他
方の駆動側の保持手段を有する静電アクチュエータを提
供することにある。

【０００９】請求項３では、請求項２に記載の静電アク
チュエータにおいて、他方の部材を保持する手段とし
て、電圧を印加しない状態において他方の部材に当接
し、電圧を印加しない状態において他方の部材に当接し
ないように圧電素子を設けてなる静電アクチュエータを
提供することにある。

【００１０】

【作用】請求項１の構成によれば、第１の部材の絶縁さ
れた駆動電極上に、駆動電極による所定方向への移動と
は別方向へ移動させる手段として、絶縁性のガイドが別
途配置されているので、第２の部材が移動して絶縁性の
ガイドに接触することにより、駆動力と反発力の合成力
方向（駆動電極とガイドの角度）へ移動する。

【００１１】請求項２の構成によれば、非駆動時の第１
の部材又は第２の部材の一方の固定側の表面における他
方の駆動側の保持が可能となる。請求項３の構成によれ
ば、電圧を印加しない状態で、圧電素子をその変位によ
って移動側に当接することにより他方の駆動側の保持が
可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。本発明の静電アクチュエータは、透明なもの
に限定されるものではないが、表示装置等に応用する場
合、透明な静電アクチュエータが有用である。そこで、
以下の説明では、透明な静電アクチュエータを主に説明
する。

【００１３】図１は、本発明の第１の実施例を示す静電
アクチュエータの概略構成図である。図２は、本発明の
第１の実施例において絶縁性のガイドに接触した後の移
動子の移動方向を示すベクトル図である。本発明の静電
アクチュエータは、透明な絶縁性支持体（２）上に互い
に絶縁された透明な複数の駆動電極（３）を有する第１
の部材（１）、絶縁性薄葉体に正負の電荷が付与される
第２の部材（５）、第１の部材の駆動電極を互いに絶縁
するための絶縁保護膜（４）、絶縁保護膜（４）に任意
の角度で配置されている絶縁性のガイド（６）を有して
いる。

【００１４】図１及び図２に示すように、第１の部材
（１）は、透明な絶縁性支持体（２）上に透明な駆動電
極（３）が埋め込まれている。透明な第１の部材を有す
る透明静電アクチュエータは、それ自体公知であり、例
えば、特開平４−３４０３７２号公報記載の静電アクチ
ュエータを利用することができる。絶縁性支持体（２）
としては、例えば、透明ガラス板やポリカーボネート、
ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ
ート、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリ
イミド等のプラスチックフィルムを使用できる。

【００１５】第２の部材（５）へ正負の電荷が付与する
方法としては、例えば、絶縁性薄葉体（６）の表面に帯
電防止効果の弱い帯電防止剤を塗布して表面固有抵抗率
が１０¹¹〜１０¹⁵Ω／□の範囲の抵抗体層（７）を設け
る方法、又は第２の部材として第１の部材と同様の部材
を用いて両面電極とする方法も採用することができる。

【００１６】例えば、絶縁性支持体（２）上に形成され
た各帯状電極（３）は、フォトレジスト材料を利用した
リソグラフィー技術により、絶縁性支持体（２）の表面
に形成された導電性材料（例えば、酸化インジウム−酸
化錫等）の薄膜をパターン化する方法により形成され
る。通常、帯状電極の各表面には透明絶縁性フィルムや
透明絶縁ペースト及び透明絶縁セラミックスの塗布又
は、蒸着膜よりなる保護層（４）が設けられる。また、
通常、絶縁性支持体（２）の帯状電極は３相構造なの
で、集合線（７）の取り出しには、裏面へのスルホール
技術が必要である。しかしながら、セラミックス等の絶
縁耐圧が高い絶縁材料を使用した場合は、絶縁材料を介
して、集合線の２層形成も可能となるので、スルホール
技術を用いることなく第１の部材を形成することが可能
である。

【００１７】本発明で用いる静電アクチュエータは、絶
縁性支持体上に互いに絶縁され所定間隔で並べらた駆動
電極を有する第１の部材（固定子）と、絶縁性フィルム
のような絶縁性薄葉体に正負の電荷が付与されるように
抵抗体層を設けた第２の部材（移動子）からなり、固定
子と移動子は接するように配置されて構成される。そし
て、静電気の作用により、移動子を瞬間的に浮上させて
摩擦を低減しながら移動させる（特開平２−２８５９７
８号公報等参照）。

【００１８】すなわち、スイッチング素子（１１）と高
圧電源（１２）及びスイッチング回路（１３）から構成
される駆動回路（１０）から、３相の固定子電極（３）
に（＋）、（−）、（Ｇ）の駆動電圧を順次切り替えて
印加することにより、移動子の高抵抗体層に静電誘導さ
れた電荷と第１の部材の電極との間に作用するクーロン
力により第２の部材（移動子）が移動するものである。

【００１９】本発明の特徴である絶縁性のガイド（６）
を有することにより、１軸方向に加えて、例えば斜め方
向に移動する動作について、図２を用いて説明する。絶
縁性のガイド（６）としては、絶縁性支持体（２）と同
様の材料を用いることができるが、保護層（４）の上
に、ガイド部分のみさらに絶縁材料を塗布、印刷しても
よい。

【００２０】図１では、ガイドを（６）、（６’）と２
箇所設けているが、移動方向に併せて、複数箇所設けて
もよい。図２に示したように、複数の帯状電極の方向を
Ｘ方向とすると、移動子（５）をまずＹ１方向へ移動さ
せ、移動子（５）の左端部がガイド（６）に接触する
と、駆動力（ｆ１）、反発力（ｆ２）のベクトル合成か
ら実際の移動方向の駆動力（ｆ３）が現われる。ｆ３の
方向は、ガイド（６）の配置する向きで決まり、移動子
（５）は、Ｙ方向に対して、θの角度をもった斜め方向
へ移動するようになる。

【００２１】その後、Ｙ２方向へ移動させ、再度移動子
（５）の右端部がガイド（６’）に接触すると、図１の
下斜め方向へ移動する。この操作を繰り返すことによ
り、１軸方向（図２では、Ｙ方向）に加えて、斜め方向
（図２では、θ方向）の連続移動が可能となり、表示装
置としてディスプレイ効果の向上が図れる。図３は、本
発明の第３の実施例に用いる保持機構の断面図である
（ガイドは図示せず）。具体的な保持機構としては、例
えば、圧電素子、圧電フィルム、電歪素子、バネ、電磁
ソレノイド等を用いることができるが、図３では、圧電
素子を用いた場合を示している。保持機構（２０）を静
電アクチュエータのシャーシー（３０）に固定して、電
圧を印加しない状態で保持できるようにしている。静電
アクチュエータの駆動電圧を印加して、図３の点線で示
すように保持機構（２０）が変形して、移動子（５）と
の間に隙間ができるので、移動子（５）は問題なく移動
することができる。

【００２２】図４は、保持機構（２０）の詳細図であ
る。保持機構（２０）は、シム（２２）にセラミック製
の圧電素子（２１）が貼合せられており、シム（２２）
の端部は支持板（２３）に固定されている。支持板（２
３）は、上述のシャシー（３０）に置き換えてもよい。
セラミック製の圧電素子としては、公知のＰｂ(Ｚｒ，
Ｔｉ)Ｏ₃ のＰＺＴ系、ＰｂＴｉＯ₃ のＰＴ系、(Ｐｂ，
Ｌａ)(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ₃ のＰＬＺＴ系を用いることがで
きる。シム（２２）は、リン青銅等からなる弾性板であ
る。シム（２２）は、電圧を印加しない状態において、
移動子（５）を保持するような形状に、予め加工されて
いる。電圧を印加した状態において、シャーシー（３
０）と移動子（５）との間隔（Ｇ）は、通常、０．０５
〜０．５mmが望ましく、圧電素子の物性値、シムの形
状、印加電圧等で適宜選択すればよい。

【００２３】図４では、圧電素子としては、バイモルフ
型のものを示したが、シムの両側に圧電素子を貼合せた
ユニモルフ型にしたり、圧電素子を貼合せないシム部分
を湾曲型とし且つ印加電圧として静電アクチュエータの
駆動回路の高電圧を利用すれば、シムの形状を長くしな
くてもよい。圧電素子は、静電アクチュエータと同様、
消費電流が少ないので、静電アクチュエータの駆動回路
の高電圧を利用できるため好適である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
ることができる。（１）１軸方向に加えて、斜め方向の移動を簡単に低価
格で製作できる静電アクチュエータを提供できるので、
表示装置として有用である。（２）電圧を印加しない状態でも、移動子と固定子を保
持できるので、静電アクチュエータの実用上有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す静電アクチュエー
タの概略構成図である。

【図２】本発明の第１の実施例である静電アクチュエー
タの移動方向の説明図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す静電アクチュエー
タの概略構成図である。

【図４】本発明の第３の実施例である静電アクチュエー
タの保持機構の動作説明図である。

【図５】第１の部材と第２の部材とを保持するための従
来の印加電圧の説明図である。

【図６】第１と第２の部材とを保持するための従来の印
加電圧の説明図である。

【符号の説明】

（１）：第１の部材（５）：第２の部材（６）：絶縁性のガイド（１０）：駆動回路（２０）：保持機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性支持体上に所定の方向に且つ所定
の間隔を設けて配置された互いに絶縁された複数の駆動
電極を有する第１の部材と、絶縁性薄葉体に正負の電荷
が付与される第２の部材とが接するように配置されてお
り、駆動電極への印加電圧の切り替えにより生じる第１
の部材と第２の部材との間の静電気のクーロン力によっ
て第１の部材に対する第２の部材の所定方向の相対位置
を変化させるための駆動手段を具備する静電アクチュエ
ータにおいて、駆動電極への印加電圧の切り替えによる
第１の部材に対する第２の部材の所定方向の相対位置の
変化とは別方向に相対位置を変化させる手段として、第
１の部材の駆動電極上に絶縁性のガイドが配置されてい
ることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】第１の部材及び第２の部材のうち少なく
とも一方に、静電アクチュエータの非駆動時に他方の部
材を保持するような手段を有する請求項１に記載の静電
アクチュエータ。
【請求項３】他方の部材を保持する手段として、電圧
を印加しない状態において他方の部材に当接し、電圧を
印加しない状態において他方の部材に当接しないように
圧電素子を設けてなる請求項２に記載の静電アクチュエ
ータ。