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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-20
(45)【発行日】2022-10-28
(54)【発明の名称】アクチュエータ、シャッタ装置、流体制御装置およびスイッチ
(51)【国際特許分類】
H02N 13/00 20060101AFI20221021BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20221021BHJP
H01H 59/00 20060101ALI20221021BHJP
【ＦＩ】
H02N13/00 Z
B81B3/00
H01H59/00
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2019151218
(22)【出願日】2019-08-21
(62)【分割の表示】P 2015530840の分割
【原出願日】2014-07-30
(65)【公開番号】P2020014376
(43)【公開日】2020-01-23
【審査請求日】2019-08-21
【審判番号】
【審判請求日】2021-06-25
(31)【優先権主張番号】P 2013165166
(32)【優先日】2013-08-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】304023318
【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000143949
【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 雅人
(72)【発明者】
【氏名】森 昭登
(72)【発明者】
【氏名】橋口 原
(72)【発明者】
【氏名】杉山 達彦
(72)【発明者】
【氏名】今本 浩史
(72)【発明者】
【氏名】大場 正利
(72)【発明者】
【氏名】三屋 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】芦澤 久幸
(72)【発明者】
【氏名】石橋 和徳
【合議体】
【審判長】柿崎 拓
【審判官】熊谷 健治
【審判官】窪田 治彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－３１１７８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５３－１２６１４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２７１４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３５３０８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３３５０５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－５７６９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１８８１８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平５－２７２４５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H02N13/00
B81B3/00
H01H59/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
平面配置された一対の固定電極および可動電極を含む二組の電極構造を備える静電駆動機構と、前記可動電極が設けられ、前記静電駆動機構により駆動される第１可動部と、
前記二組の前記電極構造の一方と、前記二組の前記電極構造の他方との間に配置され、前記固定電極に対して前記可動電極が同一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各電極構造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正・負極いずれか一方のエレクトレットと、
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位置に、またはその近傍に設定された位置に、前記第１可動部が位置決めされる安定位置が複数設定されていて、
前記第１弾性支持部の前記弾性力の大きさは、前記二組の電極構造のうちの一組の電極構造における前記可動電極の前記固定電極に対する挿入量がゼロとなった位置において、前記二組の電極構造のうちのもう一組の電極構造の前記可動電極と前記固定電極との間で生じる前記エレクトレットによる静電力の大きさ未満であり、
前記駆動制御部は、前記静電駆動機構の前記電極構造の一方に、前記固定電極および前記可動電極の一方に形成されたエレクトレットと逆極性の電圧を印加することにより該静電駆動機構の静電力を一時的に弱めて、前記第１弾性支持部の前記弾性力により前記第１可動部を任意の安定位置に移動させ、前記電極構造の他方に、前記固定電極および前記可動電極の一方に形成されたエレクトレットと逆極性の電圧を印加することにより該静電駆動機構の静電力を一時的に弱めて、前記第１弾性支持部の前記弾性力により前記第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、
前記静電駆動機構は、前記二組の電極構造のうち少なくとも一組の電極構造が、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、
前記可動櫛歯電極が前記固定櫛歯電極と歯合している状態で、前記可動櫛歯電極の挿入量が変化する方向の前記エレクトレットによる静電力が一定である、アクチュエータ。
【請求項2】
請求項１に記載のアクチュエータにおいて、前記静電駆動機構の前記二組の前記電極構造の一方は、
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櫛歯駆動部を備え、
前記静電駆動機構の前記二組の前記電極構造の他方は、
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櫛歯駆動部を備え、
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、
前記第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3】
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、前記二組の電極構造のうち一組の電極構造が前記櫛歯駆動部を有し、前記二組の電極構造のうちもう一組の電極構造が、
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4】
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5】
請求項１または２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】
請求項１または２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。
【請求項7】
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または２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複数の弁体と、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8】
請求項６または７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。
【請求項9】
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または２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複数の弁体と、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10】
請求項１または２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11】
請求項１または２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12】
平面配置された固定櫛歯電極および前記固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する可動櫛歯電極を備える静電駆動機構と、前記可動櫛歯電極が設けられ、前記静電駆動機構により駆動される可動部と、
前記可動部を弾性支持する弾性支持部と、
前記静電駆動機構の前記固定櫛歯電極に形成された正・負極いずれか一方のエレクトレットと、
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弾性支持部の弾性力とが釣り合う位置に、またはその近傍に設定された位置に、前記可動部が位置決めされる安定位置である第１安定位置が設定されていて、
前記駆動制御部による前記静電駆動機構への電圧が印加されていない状態で、前記可動櫛歯電極の先端は前記固定櫛歯電極の先端から所定のギャップだけ離間され、ギャップが殆どゼロの位置においては、フリンジ電界による静電力が前記弾性支持部の弾性力よりも大きく設定され、
前記駆動制御部は、前記静電駆動機構の前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極間に前記エレクトレットによる静電力を強める第１電圧を印加することにより前記可動部を前記固定櫛歯電極側に移動させ、前記可動櫛歯電極を前記固定櫛歯電極に挿入して前記第１安定位置に移動させ、前記固定櫛歯電極に前記第１電圧と逆極性の第２電圧を印加することにより、前記固定櫛歯電極に形成されたエレクトレットによる静電力を一時的に弱めて、前記弾性支持部の前記弾性力により前記可動部を前記第１安定位置から、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前記フリンジ電界による静電力と前記弾性支持部の弾性力とが釣り合う位置、またはその近傍に設定された安定位置である第２安定位置へ移動させ、
前記可動櫛歯電極が前記固定櫛歯電極と歯合している状態で、前記可動櫛歯電極の挿入量が変化する方向の前記エレクトレットによる静電力が一定である、アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エレクトレットが形成された櫛歯電極を備えて複数の安定位置への移動が可能なアクチュエータ、そのアクチュエータを備えたシャッタ装置、流体制御装置、スイッチおよび２次元走査型センサ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エレクトレットを備えて双安定構造のアクチュエータとしては、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の静電リレーでは、シーソー運動可能な可動板を挟むように固定側駆動電極とエレクトレットが配置され、固定側駆動電極に電圧を印加することにより、可動板をシーソー運動させて接点のオンオフを行わせるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】日本国特開平５－２９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、可動板がシーソー運動する構成であるため、シーソー運動ができる程度の高さ方向空間が必要である。そのため、静電リレーの高さ寸法が大きくなるという欠点があった。また、可動板が形成された可動側基体を上側および下側の固定側基体で挟むように結合する構成であるため、正確な位置合わせが必要であると共に、工数が増えるという欠点もある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の第１の態様によると、アクチュエータは、平面配置された一対の固定電極および可動電極を含む二組の電極構造を備える静電駆動機構と、前記可動電極が設けられ、前記静電駆動機構により駆動される第１可動部と、前記二組の前記電極構造の一方と、前記二組の前記電極構造の他方との間に配置され、前記固定電極に対して前記可動電極が同一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各電極構造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正・負極いずれか一方のエレクトレットと、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位置に、またはその近傍に設定された位置に、前記第１可動部が位置決めされる安定位置が複数設定されていて、前記第１弾性支持部の前記弾性力の大きさは、前記可動電極の前記固定電極に対する挿入量がゼロとなった位置において、前記エレクトレットによる静電力の大きさ未満であり、前記駆動制御部は、前記静電駆動機構の前記電極構造の一方に、前記固定電極および前記可動電極の一方に形成されたエレクトレットと逆極性の電圧を印加することにより該静電駆動機構の静電力を一時的に弱めて、前記第１弾性支持部の前記弾性力により前記第１可動部を任意の安定位置に移動させ、前記電極構造の他方に、前記固定電極および前記可動電極の一方に形成されたエレクトレットと逆極性の電圧を印加することにより該静電駆動機構の静電力を一時的に弱めて、前記第１弾性支持部の前記弾性力により前記第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。
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、前記静電駆動機構の前記二組の前記電極構造の一方は、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、を備え、前記静電駆動機構の前記二組の前記電極構造の他方は、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、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、前記第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、前記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、前記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、前記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７の態様によると、第６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８の態様によると、第１乃至７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９の態様によると、第３の態様のアクチュエータにおいて、ベースに設けられ、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、前記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１０の態様によると、第６の態様のアクチュエータにおいて、ベースに設けられ、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１１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１２の態様によると、シャッタ装置は、第６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１３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１４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複数の弁体と、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１５の態様によると、第１３または１４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１６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複数の弁体と、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１７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１８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、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１９の態様によると、２次元走査型センサ装置は、第９または１０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。
本発明の第２０の態様によると、アクチュエータは、平面配置された固定櫛歯電極および前記固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する可動櫛歯電極を備える静電駆動機構と、前記可動櫛歯電極が設けられ、前記静電駆動機構により駆動される可動部と、前記可動部を弾性支持する弾性支持部と、前記静電駆動機構の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形成された正・負極いずれか一方のエレクトレットと、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弾性支持部の弾性力とが釣り合う位置に、またはその近傍に設定された位置に、前記可動部が位置決めされる安定位置が複数設定されていて、前記駆動制御部による前記静電駆動機構への電圧が印加されていない状態で、前記可動櫛歯電極の先端は前記固定櫛歯電極の先端から所定のギャップだけ離間され、ギャップが殆どゼロの位置においては、フリンジ電界による静電力が前記弾性支持部の弾性力よりも大きく設定され、前記駆動制御部は、前記静電駆動機構の前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極間に前記エレクトレットによる静電力を強める第１電圧を印加することにより前記可動部を前記固定櫛歯電極側に移動させ、前記可動櫛歯電極を前記固定櫛歯電極に挿入して任意の安定位置に移動させ、前記固定櫛歯電極に前記第１電圧と逆極性の第２電圧を印加することにより、前記固定櫛歯電極に形成されたエレクトレットによる静電力を一時的に弱めて、前記弾性支持部の前記弾性力により前記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。
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、前記静電駆動機構の前記二組の前記電極構造の一方は、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、を備え、前記静電駆動機構の前記二組の前記電極構造の他方は、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、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、前記第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、前記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、前記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、前記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７の態様によると、第６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８の態様によると、第１乃至７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９の態様によると、第３の態様のアクチュエータにおいて、ベースに設けられ、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、前記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１０の態様によると、第６の態様のアクチュエータにおいて、ベースに設けられ、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１１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１２の態様によると、シャッタ装置は、第６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１３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１４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複数の弁体と、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１５の態様によると、第１３または１４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１６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複数の弁体と、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１７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１８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、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１９の態様によると、２次元走査型センサ装置は、第９または１０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。
本発明の第２０の態様によると、アクチュエータは、平面配置された固定櫛歯電極および前記固定櫛歯電極に挿脱可能に歯合する可動櫛歯電極を備える静電駆動機構と、前記可動櫛歯電極が設けられ、前記静電駆動機構により駆動される可動部と、前記可動部を弾性支持する弾性支持部と、前記静電駆動機構の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形成された正・負極いずれか一方のエレクトレットと、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弾性支持部の弾性力とが釣り合う位置に、またはその近傍に設定された位置に、前記可動部が位置決めされる安定位置が複数設定されていて、前記駆動制御部による前記静電駆動機構への電圧が印加されていない状態で、前記可動櫛歯電極の先端は前記固定櫛歯電極の先端から所定のギャップだけ離間され、ギャップが殆どゼロの位置においては、フリンジ電界による静電力が前記弾性支持部の弾性力よりも大きく設定され、前記駆動制御部は、前記静電駆動機構の前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極間に前記エレクトレットによる静電力を強める第１電圧を印加することにより前記可動部を前記固定櫛歯電極側に移動させ、前記可動櫛歯電極を前記固定櫛歯電極に挿入して任意の安定位置に移動させ、前記固定櫛歯電極に前記第１電圧と逆極性の第２電圧を印加することにより、前記固定櫛歯電極に形成されたエレクトレットによる静電力を一時的に弱めて、前記弾性支持部の前記弾性力により前記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。
【発明の効果】
【0006】
本発明では、可動部はエレクトレットの静電力により複数の安定位置に維持され、電圧印加により静電力を変えることで安定位置間を移動する。さらに、静電駆動機構の可動電極は、固定電極に対して面内でスライド移動する。その結果、省電力、薄型のアクチュエータ、シャッタ装置、流体制御装置、高周波スイッチおよび２次元走査型センサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
－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。
－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。
【0009】
ベース２は矩形枠形状を有しているが、矩形枠形状に限定されない。第１固定電極３Ａは、ベース２の図示左側の辺に設けられている。一方、第２固定電極３Ｂは、第１固定電極３Ａと対向配置されるようにベース２の図示右側の辺に設けられている。可動部５の左端には第１可動電極４Ａが設けられ、可動部５の右端には第２可動電極４Ｂが設けられている。第１可動電極４Ａおよび第２可動電極４Ｂが設けられた可動部５は、弾性支持部６によって弾性支持されている。各弾性支持部６の他端は、ベース２に固定されている。
【0010】
図１に示すように、第１固定電極３Ａおよび第１可動電極４Ａは櫛歯構造を有しており、第１固定電極３Ａには複数の櫛歯３００が形成され、第１可動電極４Ａには複数の櫛歯４００が形成されている。第１固定電極３Ａと第１可動電極４Ａとは、櫛歯３００と櫛歯４００とが互いに歯合するように配置されている。同様に、第２固定電極３Ｂには複数の櫛歯３００が形成され、第２可動電極４Ｂには複数の櫛歯４００が形成されている。第２固定電極３Ｂと第２可動電極４Ｂとは、櫛歯３００と櫛歯４００とが互いに歯合するように配置されている。
【0011】
このように、第１固定電極３Ａと第１可動電極４Ａ、また、第２固定電極３Ｂと第２可動電極４Ｂは、それぞれ櫛歯駆動部を構成しており、２つの櫛歯駆動部によりアクチュエータ１における静電駆動機構が構成される。各櫛歯駆動部において、第１固定電極３Ａおよび第２固定電極３Ｂは固定櫛歯電極を構成し、第１可動電極４Ａおよび第２可動電極４Ｂは可動櫛歯電極を構成している。櫛歯電極とは、図１の第１固定電極３Ａや第１可動電極４Ａのように、複数の櫛歯３００，４００を並列配置したものであるが、本実施の形態では、櫛歯本数が最小の櫛歯駆動部としては、固定櫛歯電極および可動櫛歯電極の一方の電極に２つの櫛歯が形成され、その２つの櫛歯の間に挿入されるように他方の電極に１つの櫛歯が形成されている構成が対応する。このような構成であれば、以下に記載のような機能を有するアクチュエータを構成することができる。
【0012】
弾性支持された可動部５は、一対の可動電極４Ａ，４Ｂと一体に図示左右方向にスライド移動することができる。図１では図示を省略したが、歯合している櫛歯３００，４００の少なくとも一方には、櫛歯表面近傍にエレクトレットが形成されている。そのため、可動電極と固定電極とが歯合すると、すなわち、櫛歯３００の間に櫛歯４００が挿入された状態になると、静電力によって可動電極が固定電極側に引き込まれる。
【0013】
図２は、櫛歯３００，４００における帯電状態を模式的に示したものである。図２は、櫛歯４００のエレクトレットＥＬをプラスに帯電させ、櫛歯３００のエレクトレットＥＬをマイナスに帯電させた場合を示す。なお、一方の櫛歯のみにエレクトレットＥＬを形成する場合においては、歯合している他方の櫛歯には、逆極性の電荷が誘起される。
【0014】
図１では、第１可動電極４Ａが第１固定電極３Ａに引き込まれた状態を示しており、反対側の第２可動電極４Ｂの櫛歯４００の先端は第２固定電極３Ｂの櫛歯３００間から完全に抜け出ている。そのときの櫛歯３００の先端と櫛歯４００の先端とのギャップ寸法はΔｄである。後述するように、図１に示すアクチュエータ１の可動部５は、２つの安定位置の間でスライド移動される。図１は第１の安定位置を示している。第２の安定位置は、第２可動電極４Ｂが第２固定電極３Ｂに引き込まれた状態である。その場合には、第１可動電極４Ａの櫛歯４００の先端は櫛歯３００間から完全に抜け出た状態となる。
【0015】
第１駆動部８Ａは、第１固定電極３Ａと第１可動電極４Ａとの間に電圧を印加する装置であり、直列接続されたスイッチ９および直流電源１０Ａを備えている。図２に示したように、第１固定電極３Ａおよび第１可動電極４Ａの少なくとも一方に設けられているエレクトレットは、第１固定電極３Ａに対して第１可動電極４Ａが高電位となるように荷電されている。第１駆動部８Ａのプラス側は第１固定電極３Ａの接続パッド部７ａに接続され、第１駆動部８Ａのマイナス側は第１可動電極４Ａの接続パッド部７ｂに接続されている。
【0016】
第２駆動部８Ｂは、第２固定電極３Ｂと第２可動電極４Ｂとの間に電圧を印加する装置であり、直列接続されたスイッチ９および直流電源１０Ｂを備えている。第２固定電極３Ｂおよび第２可動電極４Ｂの少なくとも一方に設けられているエレクトレットは、第２固定電極３Ｂに対して第２可動電極４Ｂが高電位となるように荷電されている。第２駆動部８Ｂのプラス側は第２固定電極３Ｂの接続パッド部７ｄに接続され、第２駆動部８Ｂのマイナス側は第２可動電極４Ｂの接続パッド部７ｃに接続されている。第１駆動部８Ａおよび第２駆動部８Ｂは、制御部２２３からの指令により、スイッチ９のオンオフや直流電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧調整等を行う。
【0017】
次に、アクチュエータ１の動作について説明する。図１では、第１安定位置におけるアクチュエータ１を示したが、図３は、可動部５の変位ｘがｘ＝０の場合を示したものである。後述するように半導体基板をＭＥＭＳ加工技術により加工した際のアクチュエータ１は、理想的には図３に示すような状態、すなわち弾性支持部６が直線状になった状態に維持される。以下では、変位ｘは、可動部５がｘ＝０よりも右側に変位した場合を正とする。
【0018】
変位ｘ＝０においては、弾性支持部６は左右どちらにも変形しておらず、弾性支持部６による図示左右方向の弾性力ｆはｆ＝０となっているとする。また、弾性力を変位ｘの関数ｆ(ｘ)と表した場合、ｆ(０)＝０、ｘ＞０の場合にはｆ(ｘ)＜０、ｘ＜０の場合にはｆ(ｘ)＞０であるとする。なお、力の正負は、力の向きがｘ軸正方向の場合を正とした。以下では、弾性力ｆ(ｘ)がｆ(ｘ)＝－ｋｘで近似できるものとして説明する。ｋはバネ定数である。
【0019】
図３に示すように、変位ｘ＝０では、第１固定電極３Ａと第１可動電極４Ａ、および第２固定電極３Ｂと第２可動電極４Ｂとは、それぞれ櫛歯３００，４００が歯合している。ｘ＝０における櫛歯３００と櫛歯４００との間の挿入深さｄ（以下では、ｄのことを挿入量と呼ぶことにする）は、電極３Ａ，４Ａ側と電極３Ｂ，４Ｂ側とで等しく設定されていると仮定する。櫛歯３００と櫛歯４００とが挿入状態にある場合には、電極３Ａ，４Ａ側の静電力ＦL(V1)、および電極３Ｂ，４Ｂ側の静電力ＦR(V2)は、次式（１），（２）で表される。なお、Ｖ１は第１駆動部８Ａによる印加電圧であり、Ｖ２は第２駆動部８Ｂによる印加電圧であり、ε０は真空の誘電率、ｇは櫛歯３００，４００間のギャップ寸法、ｂは櫛歯の厚み寸法（図３の紙面に垂直な方向の寸法）、ＶeはエレクトレットＥＬによる櫛歯間の電圧である。ここでは、電極３Ａ，４Ａ側のエレクトレットによる櫛歯間電圧と、電極３Ｂ，４Ｂ側のエレクトレットによる櫛歯間電圧とを同一であるとした。また、Ｎは、電極３Ａ，４Ａ側および電極３Ｂ，４Ｂ側の電極櫛歯の組数である。なお、ｘ軸正方向の力を正とし、櫛歯３００の厚み寸法と櫛歯４００の厚み寸法とは等しいとした。
ＦL(V1)＝－Ｎε０ｂ（Ｖe－Ｖ１）２／ｇ …（１）
ＦR(V2)＝Ｎε０ｂ（Ｖe－Ｖ２）２／ｇ …（２）
ＦL(V1)＝－Ｎε０ｂ（Ｖe－Ｖ１）２／ｇ …（１）
ＦR(V2)＝Ｎε０ｂ（Ｖe－Ｖ２）２／ｇ …（２）
【0020】
静電力ＦL(V1)，ＦR(V2)は、可動電極を固定電極側に引き込む方向に作用し、電圧差（Ｖe－Ｖ１）、（Ｖe－Ｖ２）が一定である限り挿入量ｄに依らず一定である。そのため、Ｖ１＝Ｖ２＝０の場合、すなわち第１および第２電源部８Ａ，８Ｂによる電圧印加が行われていない場合、図３の状態では固定電極３Ａ側への静電力と第２固定電極側への静電力とが等しく、静電力と弾性力とが釣り合う中立位置（ｘ＝０）で釣り合い状態となっている。
【0021】
図４は、Ｖ１＝Ｖ２＝０の場合の、可動部５の変位ｘと可動部５に作用する力との関係を示す図であり、縦軸は力、横軸は変位ｘである。図４において、ラインＬ１は弾性支持部６による弾性力ｆを示している。上述したように、ｆ(ｘ)＝－ｋｘとする。ラインＬ２は、電極３Ａ，４Ａのエレクトレット電圧Ｖeによる静電力ＦL(０)を示している。中立位置（ｘ＝０）における電極３Ａ，４Ａの挿入量はｄなので、静電力ＦL(０)は変位ｘがｘ＜ｄの範囲において発生し、ｘ≧ｄにおいては電極３Ａ，４Ａによる静電力はゼロとなる。ラインＬ３は、電極３Ｂ，４Ｂのエレクトレット電圧Ｖeによる静電力ＦR(０)を示している。中立位置（ｘ＝０）における電極３Ｂ，４Ｂの挿入量はｄなので、静電力ＦR(０)はｘ＞－ｄの範囲において発生し、ｘ≦－ｄにおいては電極３Ｂ，４Ｂによる静電力はゼロとなる。
【0022】
可動部５に作用するトータルの力は、静電力と弾性力とを合わせたものであり、破線で示すラインＬ４となる。図４に示す例では、ＦR(０)＝－ＦL(０)のように設定されているので、－ｄ＜ｘ＜ｄの範囲においては、正方向の静電力ＦR(０)と負方向の静電力ＦL(０)とが打ち消し合い、トータルの力は弾性力と等しくなる。そのため、変位ｘ＝０が釣り合い位置となる。
【0023】
変位ｘがｘ≦－ｄの範囲では、第２可動電極４Ｂの櫛歯４００は第２固定電極３Ｂの櫛歯３００間から抜け出て、挿入量がゼロとなる。そのため、可動部５には、静電力ＦL(０)と弾性力ｆ(ｘ)＝－ｋｘとを合わせた力が作用することになる。その結果、ｘ≦－ｄの範囲においては、ラインＬ４は座標（－ｄ、ΔＦ）を通る傾き－ｋの直線となる。ΔＦは次式（３）で表され、ｘ＝－ｄにおいてはマイナス値となる。
ΔＦ＝－ｆ(－ｄ)＋ＦL(０) …（３）
ΔＦ＝－ｆ(－ｄ)＋ＦL(０) …（３）
【0024】
図４に示す例では、ｘ＝－ｄにおいて「（弾性力の大きさ）＜（静電力の大きさ）」が成立するように設定されており、ラインＬ４はｘ＝－ｄ－Δｄにおいて横軸と交差する。すなわち、ｘ＝－ｄ－Δｄにおいて弾性力と電極３Ａ，４Ａによる静電力とが釣り合い、この変位ｘ＝－ｄ－Δｄにおいて安定状態となる。以下では、変位ｘ＝－ｄ－Δｄを第１の安定位置と呼ぶことにする。なお、ｘ＝－ｄにおいて「（弾性力の大きさ）≧（静電力の大きさ）」のように設定した場合、ｘ＜０においてラインＬ４は横軸と交差しないので、ｘ＜０において安定状態は生じないことになる。
【0025】
一方、変位ｘがｘ≧ｄの範囲では、第１可動電極４Ａの櫛歯４００は第１固定電極３Ａの櫛歯３００間から抜け出て、挿入量がゼロとなる。そのため、可動部５には、静電力ＦR(０)と弾性力ｆ(ｘ)＝－ｋｘとを合わせた力が作用することになる。ｘ≧ｄの範囲においては、ラインＬ４は座標（ｄ、ΔＦ）を通る傾き－ｋの直線となる。ΔＦは次式（４）で表される。
ΔＦ＝－ｆ(ｄ)＋ＦR(０) …（４）
ΔＦ＝－ｆ(ｄ)＋ＦR(０) …（４）
【0026】
ラインＬ４は、ｘ＝ｄ＋Δｄにおいて横軸と交差する。すなわち、ｘ＝ｄ＋Δｄにおいて弾性力と電極３Ｂ，４Ｂによる静電力とが釣り合い、この変位ｘ＝ｄ＋Δｄにおいて安定状態となる。以下では、変位ｘ＝ｄ＋Δｄを第２の安定位置と呼ぶことにする。なお、「（弾性力の大きさ）≧（静電力の大きさ）」のように設定した場合、ｘ＞０においてラインＬ４は横軸と交差しないので、ｘ＞０において安定状態は生じないことになる。
【0027】
本実施の形態では、可動部５を上述した第１の安定位置と第２の安定位置との間で移動させる。そのため、初期状態として、図３に示す中立位置（ｘ＝０）から第１の安定位置または第２の安定位置へと可動部５を移動させておく必要がある。図５は、図３に示す中立位置（ｘ＝０）から第１の安定位置へ可動部５を移動させる場合の、動作説明図である。この場合、右側の電極３Ｂ，４Ｂに直流電源１０Ｂの印加電圧Ｖ２を印加して、図５に示すように－ｄ－Δｄ＜ｘ≦０におけるトータルの力が負となるようにする。直流電源１０Ｂの電圧Ｖ２は、Ｖ20＜Ｖ２≦Ｖeのように設定される。電圧Ｖ20はエレクトレットによる電圧Ｖeと逆極性の電圧であり、「ＦL(０)＋ＦR(Ｖ20)－ｋｄ＝０」を成り立たせる電圧である。このような電圧Ｖ２を印加すると、領域ｘ＞－ｄにおけるラインＬ３，Ｌ４は、ＦR(０)－ＦR(Ｖ２)だけ下方に移動する。その結果、釣り合い位置はｘ＝－ｄ－Δｄに変化し、可動部５はｘ＝０からｘ＝－ｄ－Δｄ（第１の安定位置）へ移動する。その後、電圧Ｖ２の印加を停止すると、トータルの力を示すラインＬ４は、図４に示した状態に戻る。すなわち、アクチュエータ１は図１に示す状態となる。
【0028】
次に、図４に示す第１の安定位置（ｘ＝－ｄ－Δｄ）から、ｘ＝ｄ＋Δｄの第２の安定位置へ変位させる場合について説明する。この場合、－ｄ－Δｄ≦ｘ≦ｄ＋Δｄの範囲においてトータルの力（ラインＬ４）が正となるように、直流電源１０Ａによる外部電圧Ｖ１を電極３Ａ，４Ａに印加する。電圧Ｖ１はエレクトレットによる電圧Ｖeと逆極性の電圧であり、Ｖ10＜Ｖ１≦Ｖeのように設定される。電圧Ｖ10は、「ＦL(Ｖ10)＋ＦR(０)－ｋｄ＝０」を満たす。電圧Ｖ１を印加すると、トータルの力を示すラインＬ４は、図６に示すように上方に移動し、可動部５はｘ＝－ｄ－Δｄからｘ＝ｄ＋Δｄへ移動する。その後、Ｖ１＝０とすると、トータルの力を示すラインＬ４は、図４に示した状態に戻る。
【0029】
なお、上述した説明では、弾性支持部６の弾性力がｆ(ｘ)＝－ｋｘで表せる場合を例に説明した。しかしながら、後述するように半導体基板をＭＥＭＳ加工技術により加工してアクチュエータ１を形成した場合、弾性支持部６に内部応力が生じ、実際には単純な弾性変形として扱えない場合がある。具体的には、圧縮応力が生じて、いわゆる座屈が生じた状態となる。そのため、加工後の静電力が無い状態においては座屈により弾性支持部６は撓み、可動部５は、図３に示した変位ｘ＝０の状態から右側にｘzまたは左側に－ｘzだけ若干偏った状態となっている。ｘz、－ｘzは座屈による変位である。
【0030】
図７は、弾性支持部６が座屈により撓んだ状態を示す。なお、この状態においても、左側の電極３Ａ，４Ａも右側の電極３Ｂ，４Ｂも挿入状態となっているとする。このように座屈が生じた場合の弾性支持部６による力ｆ(ｘ)は複雑になるが、単純にｘ＞ｘz、ｘ＜－ｘzでは変位に比例すると仮定し、座屈領域－ｘz≦ｘ≦ｘzの力の変化を直線で表すと、図８のラインＬ５のようになる。その結果、トータルの力はラインＬ４のようになり、電圧Ｖ１，Ｖ２を印加しない場合には黒丸（４箇所）の位置で釣り合うことになる。
【0031】
図７に示す座屈状態から図１に示す第１の安定位置へ可動部５を移動させるには、右側の電極３Ｂ，４Ｂに電圧Ｖ２を印加する。例えば、Ｖ２＝ＶeとするとＦR(Ｖ２)＝０となるので、静電力ＦL(０)によって可動部５は左側に移動する。静電力ＦL(０)は、変位ｘ＝－ｄにおいて－ＦL(０)＞ｆ(－ｄ)となるように設定されるので、右側の電極３Ｂ，４Ｂにおける挿入量がゼロとなった後も左側へ移動する。そして、図１に示すように、ｘ＝－ｄ－Δｄにおいて、静電力と弾性力とが釣り合う。この状態は、スイッチ９をオフして印加電圧をゼロに戻しても、維持される。
【0032】
次に、図１に示す第１の安定位置から第２の安定位置に可動部５を移動させる場合には、左側の電極３Ａ，４Ａに電圧Ｖ１＝Ｖeを印加する。その結果、左側に吸引していた静電力がＦL(Ｖ１)＝０となり、可動部５は弾性力により右側に移動する。
【0033】
なお、弾性支持部６による力はｘ＜－ｘzにおいては正方向（右方向）に作用するが、図７の座屈状態（変位ｘ＝－ｘz）から変位ｘ＝０までの範囲では、座屈によって負方向に力が作用する。また、変位ｘ＝０から右側に座屈した状態（変位＝ｘz）までの範囲では、座屈によって正方向に力が作用する。変位ｘ＝ｘzからさらに右側に変位すると、負方向の力が作用する。
【0034】
ところで、可動部５が第１の安定位置から右側に移動した場合、図７の座屈状態となる前に、右側の電極３Ｂ，４Ｂは挿入状態となる。そのため、変位ｘがｘ＝－ｘzとなる前に正方向の静電力ＦR(０)が作用することになる。ここでは、正方向の静電力ＦR(０)は－ｘz＜ｘ＜０における負方向の座屈力よりも大きく設定されているので、座屈力に抗しながらｘ＝０まで移動する。変位がｘ＝０を越えた瞬間に、可動部５は、弾性支持部６の右側への座屈によって変位＝ｘzの位置まで一気に移動する。その後、可動部５はさらに右側に移動し、弾性支持部６の弾性力と静電力ＦR(０)とが釣り合う位置まで移動する。なお、詳細は省略するが、第２の安定位置から第１の安定位置へ移動させる場合には、上述の場合とは逆に、右側の電極３Ｂ，４Ｂに電圧Ｖ２を印加すれば良い。
【0035】
図４に示したように、弾性支持部６による弾性力ｆがｆ＝－ｋｘで表せる場合には、変位ｘ＝０が安定位置となったが、座屈が生じる場合には図８に示すように安定位置が４箇所存在することになる。上述した説明では、このような場合であっても外側の安定位置（ｘ＝ｄ+Δｄとｘ＝－ｄ－Δｄ）の間で可動部５を移動させるようにしたが、内側の安定位置（ｘ＝ｘzとｘ＝-ｘz）間で可動部５を移動させるようにしても良い。なお、アクチュエータ１をＭＥＭＳ加工技術で形成する際に、最初から図７に示すような形状に形成しても良い。この場合には、必ず座屈が存在することになる。
【0036】
（アクチュエータ１の形成方法）
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。
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。
【0037】
図９に示す第１のステップでは、ＣＶＤを用いてＳｉ層３３の上に窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）３４を成膜する。図１０に示す第２のステップでは、窒化膜３４の上に、レジストを塗布し、フォトリソを用いて電極３Ａ，４Ａの接続パッド部７ａ，７ｂ形成用のレジストパターン３５Ａ、３５Ｂを形成する。その後、第３のステップでＲＩＥ等（例えば、ＩＣＰ－ＲＩＥ）を用いて基板表側からエッチングし、レジストパターン３５Ａ、３５Ｂが形成された部分以外の窒化膜３４を除去する（図１１）。
【0038】
図１２に示す第４のステップでは、図１１に示す基板の上に、レジストを塗布し、フォトリソを用いて電極３Ａ，４Ａ、可動部５および弾性支持部６を形成するためのレジストパターン３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを形成する。
【0039】
図１３に示す第５のステップでは、ＲＩＥ等を用いてＳｉ層３３をエッチングし、その後、レジストパターン３６ａ～３６ｄを除去する。その結果、ＳｉＯ２層３２上に、電極３Ａ，４Ａ、可動部５および弾性支持部６が形成される。
【0040】
図１４に示す第６のステップでは、基板の裏側、すなわち、Ｓｉ層３１上にベース部形成用レジストパターン４０を形成する。次いで、図１５に示す第７のステップでは、ＲＩＥ等を用いてＳｉ層３１をエッチングし、ベース２を形成する。その後、露出しているＳｉＯ２層３２を、緩衝フッ化水素溶液を用いてエッチングすることにより、図１６に示すようなアクチュエータ１が完成する。
【0041】
（エレクトレットの形成方法）
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。
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。
【0042】
図１７において、試料１６５は、アクチュエータ１が形成された基板である。試料１６５が納められた酸化炉１６２には、ＫＯＨ水溶液の蒸気を含む窒素ガスが供給される。このＫＯＨ水溶液の蒸気を含む窒素ガスは、純水にＫＯＨを溶解したＫＯＨ水溶液１６４をホットバスで温め、窒素ガス（キャリアガス）１６１でバブリングすることにより得られる。ヒータ１６３により試料１６５を加熱するとシリコンが熱酸化され、櫛歯３００，４００を構成するＳｉ層３１の表面に、Ｋ＋イオンを含むＳｉＯ２層が形成される。
【0043】
次いで、櫛歯４００に形成された上記ＳｉＯ２層をプラスに帯電させるために、試料１６５を高温に加熱しつつ、櫛歯４００と櫛歯３００との間に電圧を印加する。図１８は、帯電処理を説明する図であり、帯電処理時の櫛歯３００，４００の一部を模式的に示したものである。なお、図１８に示す例では、櫛歯４００のエレクトレットをプラスに帯電させる場合を示しており、櫛歯４００側を高電位側としている。
【0044】
Ｓｉ層３３から形成された櫛歯３００，４００の表面付近には、Ｋ＋イオンを含むＳｉＯ２層３００Ｋ，４００Ｋが形成されている。Ｋ＋イオンは、ＳｉＯ２層３００Ｋ，４００Ｋの全体に分布している。このような状態において、加熱しながら図１８に示すように電圧を印加するとＫ＋イオンに電場による力が作用し、Ｋ＋イオンは電場の方向に沿って移動する。その結果、櫛歯４００のＳｉＯ２層４００Ｋにおいては、表面付近にＫ＋イオンが分布してプラスに帯電する。一方、櫛歯３００の場合は逆であって、ＳｉＯ２層３００Ｋの表面付近がマイナスに帯電することになる。
【0045】
なお、ここでは、エレクトレットを形成するためのイオンとしてＫ＋イオンを使用した例を説明したが、Ｋ＋イオン以外の正イオンであっても本発明によるエレクトレット構造を形成することができる。特に、イオン半径の大きいアルカリイオン（アルカリ金属のイオン、アルカリ土類金属のイオン）を用いると、エレクトレット形成後のイオン移動が少なく、従って表面電位の保持期間の長いエレクトレットとすることができる。この場合、上記で説明したウェット酸化においては、水酸化カリウム水溶液の代わりに、Ｋ＋イオン以外のアルカリイオンを含む水溶液を用いる。
【0046】
上述したように、本実施の形態では、アクチュエータ１は、第２固定電極３Ｂに対する第２可動電極４Ｂの挿入量がゼロとなる位置まで第１可動電極４Ａが第１固定電極３Ａに吸引されて、電極３Ａ，４Ａのエレクトレットに起因する静電力と弾性支持部６の弾性力とが釣り合う点が第１の安定位置（ｘ＝－ｄ－Δｄ）に設定され、第１固定電極３Ａに対する第１可動電極４Ａの挿入量がゼロとなる位置まで第２可動電極４Ｂが第２固定電極３Ｂに吸引されて、電極３Ｂ，４Ｂのエレクトレットに起因する静電力と弾性支持部６の弾性力とが釣り合う点が第２の安定位置（ｘ＝ｄ＋Δｄ）に設定されている。そして、第１駆動部８Ａにより第１固定電極３Ａと第１可動電極４Ａとの間に静電力を弱める電圧Ｖ１を印加すると、可動部５が第１の安定位置から第２の安定位置へ移動する。逆に、第２駆動部８Ｂにより第２固定電極３Ｂと第２可動電極４Ｂとの間に静電力を弱める電圧Ｖ２を印加すると、可動部５が第２の安定位置から第１の安定位置へ移動する。
【0047】
このように、電極３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂは、ＳＯＩ基板の上部Ｓｉ層３３（図９参照）から形成される。そのため、これらの電極が設けられた可動部５は、静電力によって上部Ｓｉ層３３と同一の面内でｘ軸方向（図１参照）にスライド移動することになる。そのため、可動部５の移動量の大小に関係なく、双安定構造を有するアクチュエータの薄型化を図ることができる。さらに、本実施の形態のアクチュエータは、電極３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂおよび可動部５が上述のような平面配置される構造であるため、図９～１６で説明したように、同一基板からＭＥＭＳ加工技術により容易に形成することができる。その結果、特許文献１に記載のアクチュエータのように複数の基体を接合する必要がない。
【0048】
なお、櫛歯電極の場合、固定側櫛歯に対して可動側櫛歯がスライド移動する構成となるが、固定電極および可動電極のように複数の櫛歯で構成される電極全体の動きから考えると、図１のｘ軸方向が可動電極の移動方向であり、この移動方向の電極３Ａ，４Ａ間の距離を電極間距離とみなすことができる。例えば、櫛歯３００の先端面と、電極４Ａにおいて櫛歯３００の先端面が対向する面との距離を、電極間距離とする。すなわち、櫛歯電極の場合も平行平板側の電極の場合と同様に、可動電極は電極間距離が変化する方向にスライド移動することになる。
【0049】
なお、平行平板型の静電アクチュエータでは電極間距離が変化するように動くが、櫛歯型の静電アクチュエータでは、櫛歯の側壁で形成される電極の挿入量（櫛歯の挿入量）が変化するように動くので、櫛歯長さを長くして挿入量の範囲を広げることで、ストロークの大きなアクチュエータを容易に構成することができる。さらに、櫛歯構造とすることで、少ないスペースで電極面積（隣り合う櫛歯の対向する面の面積）を大きくすることが可能となり、平行平板型の静電アクチュエータ等に比べ、大きな静電力が可能となる。
【0050】
さらに、静電吸引力は櫛歯３００、４００の少なくとも一方に形成されたエレクトレットによって発生し、第１および第２駆動部８Ａ，８Ｂによる電圧印加は、可動部５を２つの安定位置間で移動させる時にのみ行えば良い。すなわち、安定位置に保持するために電圧を印加する必要はない。そのため、変位状態（安定状態）を維持するために電圧を印加し続けるアクチュエータに比べて、省電力化を図ることができる。
【0051】
上述した実施形態では、可動部５の図示左右に櫛歯構造の電極３Ａ，４Ａと電極３Ｂ，４Ｂとを設けたが、図５５に示すアクチュエータ１１０Ａのように、片方の櫛歯形電極を平行平板型電極に置き換えても同様の双安定構造とすることができる。図５５では、可動部５の左側に、電極板３Ｄ，４Ｄで構成される平行平板型電極を設けた。電極板３Ｄはベース２に固定され、第１駆動部８Ａに接続されている。一方、電極板４Ｄは可動部５に固定されており、可動部５と一体に図示左右方向にスライド移動する。それによってギャップｇ１が変化する。電極板３Ｄ，４Ｄの互いに対向する領域には、エレクトレットが形成されている。なお、電極板３Ｄ，４Ｄのいずれか一方にエレクトレットを形成するようにしても良い。図示右側の電極３Ｂ，４Ｂは図１に示した電極３Ｂ，４Ｂと同様の構造を有しており、変位ｘ＝０の時の挿入量はｘ０となっている。
【0052】
図５５に示す電極板３Ｄ，４Ｄも、電極３Ｂ，４Ｂの場合と同様に、ＳＯＩ基板の上部Ｓｉ層３３（図９参照）から形成される。そのため、可動電極３Ｂおよび電極板３Ｄが設けられた可動部５は、静電力によって上部Ｓｉ層３３と同一の面内でｘ軸方向（図５５参照）にスライド移動することになる。
【0053】
図５５に示すアクチュエータ１１０Ａにおいても、変位ｘの時の弾性支持部６の弾性力は、バネ定数をｋとして、－ｋｘで近似することができる。また、櫛歯３００と櫛歯４００との挿入量がゼロとなる変位（ｘ＜－ｘ０）においては、電極３Ｂ，４Ｂの静電力はゼロとなり、平行平板型電極である電極板３Ｄ，４Ｄの間の静電力のみが作用する。その静電力は次式（５）で表される。式（５）においてＶe1はエレクトレットによる電圧である。Ｖ１は第１駆動部８Ａにより印加される電圧であり、Ｖe1と逆極性であるため、静電力を弱める働きがある。そのため、Ｖe1と等しい値の電圧Ｖ１を印加すると、分子＝０となって静電力はゼロになる。なお、Ａは電極板３Ｄ，４Ｄの対向する面の面積（電極面積）である。
－ε０Ａ（Ｖe1－Ｖ１）２／２（ｇ１＋ｘ）２ …（５）
－ε０Ａ（Ｖe1－Ｖ１）２／２（ｇ１＋ｘ）２ …（５）
【0054】
また、変位（－ｘ０≦ｘ）においては、式（５）に示した電極板３Ｄ，４Ｄの静電力に加えて、電極３Ｂ，４Ｂによる静電力が作用する。電極３Ｂ，４Ｂによる静電力は上述した式（２）と同様に表せるので、変位（－ｘ０≦ｘ）においては、次式（６）で表される静電力が働く。
Ｎε０ｂ(Ｖe2－Ｖ２)２/ｇ２－ε０Ａ(Ｖe1－Ｖ１)２/２(ｇ１＋ｘ)２…（６）
Ｎε０ｂ(Ｖe2－Ｖ２)２/ｇ２－ε０Ａ(Ｖe1－Ｖ１)２/２(ｇ１＋ｘ)２…（６）
【0055】
図５６は、印加電圧Ｖ１，Ｖ２がゼロの場合における、変位ｘに対する、弾性力（ラインＬ１）、電極板３Ｄ，４Ｄによる静電力（ラインＬ２）、電極３Ｂ，４Ｂによる静電力（ラインＬ３）およびトータルの力（ラインＬ４）を示す図である。ラインＬ４が横軸と交差する点Ｃ１，Ｃ２は安定な釣り合い点となっている。すなわち、図５５に示すアクチュエータ１１０Ａは、双安定構造のアクチュエータになっている。
【0056】
図５７は安定位置間の移動動作を説明する図であり、（ａ）は可動部５を安定位置Ｃ２から安定位置Ｃ１に移動させる場合を、（ｂ）は安定位置Ｃ１から安定位置Ｃ２へ移動させる場合を示す。可動部５が安定位置Ｃ２にある場合には、ｘ＜－ｘ０なので、式（５）でＶ１＝０とした場合の静電力が作用しており、その静電力と弾性力とが釣り合っていることになる。そこで、安定位置Ｃ２から安定位置Ｃ１に移動させる場合には、電極板３Ｄ，４Ｄに電圧Ｖ１＝Ｖe1を印加し、式（５）で表される静電力をゼロにする。その結果、トータルの静電力（ラインＬ４）は、図５７（ａ）の二点鎖線で示すものから破線で示すラインＬ４となり、可動部５には正方向（図５５の右方向）の力が作用し、可動部５はラインＬ４と横軸が交差する白丸の位置まで移動する。その後、電圧Ｖ１の印加を停止すると、トータルの力は二点鎖線で示すラインＬ４となるので、可動部５は白丸の位置から安定位置Ｃ１に移動することになる。
【0057】
一方、可動部５が安定位置Ｃ１にある場合には、式（６）でＶ１＝Ｖ２＝０とした場合の静電力が作用しており、その静電力と弾性力とが釣り合っていることになる。そこで、可動部５を安定位置Ｃ１から安定位置Ｃ２へ移動させる場合には、電極３Ｂ，４Ｂに電圧Ｖ２＝Ｖe2を印加する。式（６）の第１項はゼロになるので、トータルの力は、弾性力と電極板３Ｄ，４Ｄのエレクトレットに起因する静電力の和となり、図５７（ｂ）の破線で示すラインＬ４のようになる。その結果、可動部５には負方向（図５５の左方向）の力が作用し、可動部５は安定位置Ｃ２へ移動する。
【0058】
図１に示した実施形態では、可動部５の図示左右に櫛歯構造の電極３Ａ，４Ａと電極３Ｂ，４Ｂとを設けて、可動部５を図示左右方向に移動させるようにした。しかし、図５８に示すように、一組の櫛歯電極（第１固定電極３Ａ，第１可動電極４Ａ）を用いる構造であっても、双安定構造のアクチュエータ１１０Ｂとすることができる。
【0059】
図５８（ａ）は、アクチュエータ１１０Ｂの可動部５が図示左側の安定位置（第１の安定位置）にある場合を示しており、図５８（ｂ）は図示右側の安定位置（第２の安定位置）にある場合を示している。図５８においては、第２駆動部８Ｂは、マイナスの電圧（－Ｖ２）を可動電極４Ａに印加するように構成されている。なお、図５８では、第１駆動部８Ａ、第２駆動部８Ｂにおけるスイッチ９の図示を省略している。
【0060】
図５９は、変位ｘに対する、弾性支持部６による弾性力（ラインＬ１）、印加電圧Ｖ１がゼロの場合の静電力（ラインＬ２）およびトータルの力（ラインＬ４）の変化を示す図である。Δｄは、第２の安定位置における櫛歯３００と櫛歯４００とのギャップ寸法を示す（図５８（ｂ）参照）。印加電圧Ｖ１がゼロの場合の静電力、すなわちエレクトレットによる静電力（ラインＬ２）は、櫛歯３００と櫛歯４００とがオーパーラップしている場合（すなわち、櫛歯挿入状態）の静電力を表す直線部Ｌ２１と、櫛歯４００が櫛歯３００間から抜け出ている状態における静電力を表す曲線部Ｌ２２とから成る。
【0061】
上述した第１の実施の形態では説明を省略したが、櫛歯３００の先端部においては、図５８（ｂ）のライン細線Ｆで示すようなフリンジ電界が、櫛歯３００間からわずかに漏れ出ている。フリンジ電界Ｆは櫛歯３００の先端から離れると急激に小さくなり、フリンジ電界による静電力Ｌ２２も、変位ｘ＝－Δｄから変位ｘ＝０にかけて急激に小さくなる。そのため、可動部５が変位ｘ＝０からマイナス方向に移動すると、最初は静電力よりも弾性力の方が大きくトータルの力はプラスとなっているが、櫛歯４００と櫛歯３００とのギャップがゼロ（変位ｘ＝－Δｄ）に近づくと、トータルの力がプラスからマイナスに変化する。すなわち、櫛歯４００が櫛歯３００間に引き込まれるような静電力が発生する。
【0062】
櫛歯４００が櫛歯３００間に挿入された状態となると、静電力は一定となるので、挿入量が大きくなるにつれて、トータルの力は直線状に上昇し、点Ｃ１において横軸とクロスする。図５９に示すようにトータルの力を表すラインＬ４は３箇所で横軸とクロスしているが、黒丸を付した点Ｃ１，Ｃ２が安定な釣り合い位置（安定位置）であって、ラインＬ４２と横軸との交点は不安定な釣り合い点となる。すなわち、図５８（ａ）は安定位置Ｃ１の状態を示しており、図５８（ｂ）は安定位置Ｃ２の状態を示している。
【0063】
図６０は、可動部５を安定位置Ｃ２から安定位置Ｃ１に移動させる動作を説明する図である。先ず、第２駆動部８Ｂのスイッチ９（不図示）を閉じて、可動電極４Ａにマイナスの電圧（－Ｖ２）を印加する。そうすると、電極間電圧は、エレクトレット電圧にさらに電圧Ｖ２が加算された値となるので、静電力は図５９に示したラインＬ２１はラインＬ２３に変化し、ラインＬ２２はラインＬ２４に変化する。その結果、トータルの力を示すラインＬ４は、太い破線で示すように変位ｘ＝０から白丸印で示す変位までマイナスとなり、可動部５がマイナス方向に移動して櫛歯３００間に櫛歯４００が挿入される。その後、電圧（－Ｖ２）の印加を停止すると、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ４は図５９に示す状態に戻り、可動部５は安定位置Ｃ１において釣り合い状態となる。
【0064】
逆に、安定位置Ｃ１から安定位置Ｃ２に可動部５を移動する場合には、第１駆動部８Ａのスイッチ９（不図示）を閉じて、固定電極３Ａに電圧Ｖ１を印加する。この場合、電圧Ｖ１はエレクトレット電圧と逆極性となるため、電圧Ｖ１の印加により静電力を減少する。この場合、静電力ＦＬ(V1)がｄ「－ｆ(Δｄ)≦ＦＬ(V1)＜０」を満足するようにＶ１を設定する。
【0065】
上述したように、本実施の形態では、静電駆動機構は、固定電極として固定櫛歯電極（例えば、第１固定電極３Ａや第２固定電極３Ｂ）や電極板３Ｄを備え、可動電極として可動櫛歯電極（第１可動電極４Ａや第２可動電極４Ｂ）や電極板４Ｄを備えている。上述したように、これらの固定電極および可動電極は、同一の板状部材（例えば、図９に示したＳＯＩ基板の上部Ｓｉ層３３）から形成される。可動電極は、第１弾性支持部により弾性支持されている可動部５に設けられ、静電力によって、固定電極に対して面内でスライド移動することになる。本実施の形態では、固定電極および可動電極の少なくとも一方にエレクトレットを形成したことにより、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、可動部５が位置決めされる安定状態を、アクチュエータに複数設定することができる。そして、静電駆動機構に電圧を印加することにより、可動部５を任意の安定位置から他の安定位置へ移動させることができる。
【0066】
このように、本実施の形態のアクチュエータでは、可動部５を安定位置管で移動させるときだけ電圧を印加すれば良いので、静電駆動機構における省電力化を図ることができる。また、静電駆動機構の可動電極は面内でスライド移動するので、アクチュエータの薄型化を図ることができる。
【0067】
図１に示すように固定電極３Ａ，３Ｂはベース２に固定され、可動電極４Ａ，４Ｂは弾性支持部６を介してベース２に固定されている。図１６に示したように、固定電極３Ａおよび弾性支持部６は絶縁層であるＳｉＯ２層３２を介してベース２に固定されている。そのため、弾性支持部６とベース２、固定電極３Ａとベース２はそれぞれ電気的に絶縁されている。
【0068】
また、図５８に示すアクチュエータ１１０Ｂのように、静電駆動機構を、櫛歯型の第１固定電極３Ａおよび第１可動電極４Ａを備える櫛歯駆動部を少なくとも有する構成としても良い。この場合、第１固定電極３Ａに対する第１可動電極４Ａの挿入量が変化する方向と上述したスライド移動の方向とが一致し、第１固定電極３Ａおよび第１可動電極４Ａの少なくとも一方にエレクトレットが形成されている構成とする。櫛歯駆動部の場合、第１可動電極４Ａは挿入量が変化する方向にスライド移動し、スライド位置によらず静電力が同じなので、安定位置間のストロークを大きく設定することができる。
【0069】
また、図５８に示すアクチュエータ１１０Ｂでは、エレクトレットは、固定電極３Ａおよび可動電極４Ａの少なくとも一方に設けられる。アクチュエータ１１０Ｂは、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弾性支持部６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電極３Ａ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、電圧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、が設定可能となる。櫛歯駆動部の静電力を弱める電圧を印加すると可動部５は第１安定位置から第２安定位置へ移動し、櫛歯駆動部の静電力を強める電圧を印加すると可動部５は第２安定位置から第１安定位置へ移動する。
【0070】
また、図１に示すように、静電駆動機構は、第１固定電極３Ａと、それに挿脱可能に歯合する第１可動電極４Ａを有する第１櫛歯駆動部と、第１固定電極３Ａに対して間隔を空けて対向配置される第２固定電極３Ｂ、およびそれに挿脱可能に歯合する第２可動電極４Ｂを有する第２櫛歯駆動部とを備えるように構成されていても良い。第１可動電極４Ａおよび第２可動電極４Ｂは可動部５に設けられており、その可動部５は、固定電極３Ａ，３Ｂに対する可動電極３Ｂ，４Ｂ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、弾性支持部６により弾性支持されている。第１固定電極３Ａおよび第１可動電極４Ａの少なくとも一方、第２固定電極３Ｂおよび第２可動電極４Ｂの少なくとも一方には、エレクトレットが形成されている。その結果、アクチュエータは、第２可動電極４Ｂの挿入量がゼロとなる位置まで第１可動電極４Ａが第１固定電極３Ａに吸引されて、エレクトレットに起因する静電力と弾性支持部６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可動電極４Ａの挿入量がゼロとなる位置まで第２可動電極４Ｂが第２固定電極３Ｂに吸引されて、エレクトレットに起因する静電力と弾性支持部６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、を有する。
【0071】
さらにまた、図５５に示すように、静電駆動機構は、可動部５のスライド方向であって、可動部５を挟むように固定電極３Ｂとは反対側に設けられた固定側の電極板３Ｄと、電極板３Ｄと対向配置され、可動部５に設けられた可動側の電極板４Ｄと、をさらに備える構成でも良い。エレクトレットは、固定電極３Ｂおよび可動電極４Ｂの少なくとも一方、対向配置された電極板３Ｄ，４Ｄの少なくとも一方に設けられている。このような構成とすることにより、アクチュエータは、可動電極４Ｂが固定電極３Ｂに挿入されるように吸引されて、エレクトレットに起因する静電力と弾性支持部６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、固定電極３Ｂに対する可動電極４Ｂの挿入量がゼロとなる位置まで電極板４Ｄが電極板３Ｄ側に吸引されて、エレクトレットに起因する静電力と弾性支持部６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、を有する。
【0072】
以下では、上述したアクチュエータ１を用いた装置の実施例について説明する。なお、アクチュエータ１に代えて、図５５に示したアクチュエータ１１０Ａや図５８に示したアクチュエータ１１０Ｂを用いても良い。
（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。
（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。
【0073】
光シャッタ１０１は、図１に示したアクチュエータ１の可動部５をシャッタ板１Ｓとしたものであり、その他の構造は図１に示した構造と同様である。光シャッタ１０１は、遮光板１０３を挟んでバックライト１０２と対向するように配置されている。シャッタ板１Ｓには開口１００Ａが形成されている。アクチュエータ１に設けられた２組の電極３Ａ，４Ａおよび電極３Ｂ，４Ｂ（図１９では省略）を駆動することにより、シャッタ板１Ｓを図示左右方向（矢印方向）に移動させることができる。なお、アクチュエータ１としては図１、７のいずれに記載のものを用いても良い。シャッタ板１Ｓは、実線で示す第１の安定位置と、二点鎖線で示す第２の安定位置とに移動させることができる。
【0074】
シャッタ板１Ｓを実線で示す第１の安定位置に位置決めすると、開口１００Ａが遮光板１０３の開口１０３Ａに対向する。一方、シャッタ板１Ｓを二点差線で示すように第２の安定位置に移動すると、シャッタ板１Ｓの非開口部が開口１０３Ａに対向する。バックライト１０２には、ＬＥＤ（不図示）からのＲ（赤）光、Ｇ（緑）光およびＢ（青）光が入射される。シャッタ板１Ｓが第１の安定位置に駆動されると光シャッタは開状態とされ、シャッタ板１Ｓが第２の安定位置に駆動されると光シャッタは閉状態となる。ＦＳＣ方式では、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤが順次発光され、それに同期してシャッタ板１Ｓの開閉動作が行われる。例えば、Ｒ光が発光されたタイミングでシャッタ板１Ｓを開くと、その画素に赤（Ｒ）色が表示されることになる。逆に、シャッタ板１Ｓが閉じられると、その画素は非表示状態（すなわち、黒色表示に対応）となる。
【0075】
図２０は、ＦＳＣ方式におけるカラー化の概念を説明する図である。図２０は４つの画素１１１～１１４に関して示したものである。（ｂ）は時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれにおける各画素１１１～１１４のシャッタ開閉状態を示しており、符号Ｏは開状態、符号Ｓは閉状態を示す。（ａ）はシャッタ開閉状態に応じた時刻ｔ１～ｔ３における表示状態を示す。（ｃ）は時系列的な表示により再現されるカラー画像を示したものである。
【0076】
時刻ｔ１では、Ｒ光がバックライト１０２に入射されると共に、画素１１１，１１２のシャッタ板１Ｓが開状態とされる。その結果、各画素１１１，１１２には赤色（Ｒ）に表示される。一方、他の画素１１３，１１４のシャッタ板１Ｓは閉状態となっており、非表示状態となっている。時刻ｔ２では、Ｇ光がバックライト１０２に入射されると共に、画素１１１，１１４のシャッタ板１Ｓが開状態とされる。その結果、画素１１１，１１４には緑色（Ｇ）が表示される。時刻ｔ３では、Ｂ光がバックライト１０２に入射されると共に、画素１１１，１１３のシャッタ板１Ｓが開状態とされる。その結果、画素１１１，１１３には青色（Ｂ）が表示される。
【0077】
短時間にこのような表示が行われると、残像効果により図２０の（ｃ）に示すようなカラー画像が視認される。すなわち、画素１１１は白色（Ｗ）が表示されているように視認され、画素１１２，１１３，１１４にはそれぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）が表示されているように視認される。
【0078】
上述したように、本実施例に記載のシャッタ装置では、可動部としてのシャッタ板１Ｓはアクチュエータ１により２つの安定位置間で移動され、光路である開口１０３Ａに挿脱される。その結果、シャッタ板１Ｓは、バックライト１０２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。上述したようにシャッタ板１Ｓを駆動するアクチュエータを非常に薄くできるので、光シャッタ、および光シャッタを組み込んだ表示装置の厚さ寸法を抑制することができる。また、シャッタ駆動用のアクチュエータ１は、開閉の瞬間にのみ電圧を印加する構造であるため、低消費電力の光シャッタが可能となる。
【0079】
（第２実施例）
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。
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。
【0080】
図２２は弁体２０２と流路構造体２０４と示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ），（ｃ）はＡ－Ａ断面図である。（ａ）において実線は弁体２０２が開位置にある場合を示しており、二点差線は弁体２０２が閉位置にある場合を示す。また、（ｂ）は弁体２０２が開位置にある場合の断面図、（ｃ）は弁体２０２が閉位置にある場合の断面図である。流路構造体２０４には独立した２つの流路２０５，２０６が形成されており、流路２０５は流路構造体２０４の上面に形成された開口２０５ａと連通しており、流路２０６は流路構造体２０４の上面に形成された開口２０６ａに連通している。なお、（ｂ）における矢印は流体の流れを示す。
【0081】
流路構造体２０４は例えばシリコンにより形成され、図示していないが、流路構造体２０４の上面には絶縁コーティング処理（例えば、酸化膜形成）が施されている。なお、弁体２０２と流路構造体２０４との隙間からの流体漏れを防止するために、流路構造体２０４には電圧が印加される。電圧印加による静電力により、弁体２０２は流路構造体２０４側に吸引される。
【0082】
上述したように弁体２０２の裏面側（流路構造体２０４と対向する側）には、連通路を構成する溝２０３ａが形成されている。図２２（ａ）の実線で示すようにアクチュエータ１により弁体２０２を開位置に移動すると、溝２０３ａが開口２０５ａ，２０６ａ上に位置決めされ（図２２（ｂ）参照）、流路２０５と流路２０６とが連通して導通状態とされる。一方、図２２（ｃ）に示すように弁体２０２を閉位置に位置決めすると、流路２０６の開口２０６ａは弁体２０２の下面２０３ｂによって塞がれ、非導通状態とされる。その結果、流路２０５と流路２０６とが弁体２０２によって遮断されることになる。なお、図２２に示す例では、非導通状態時に開口２０６ａが塞がれる構成としたが、開口２０５ａが塞がれる構成としても良い。
【0083】
図２３は、第２実施例の変形例を示す図である。図２２に示す例では、流路構造体２０４に２つの流路２０５，２０６を形成し、流路２０５，２０６を弁体２０２の溝２０３ａによって連通する導通状態と、弁体２０２の下面２０３ｂによる非導通状態とで切換えた。一方、図２３に示す変形例では、流路構造体２０４を貫通する流路２０５のみが形成され、弁体２０２には溝２０３ａが形成されていない。図２３（ｂ）のように弁体２０２を第２の安定位置に移動して、流路２０５の入口側開口２０５ａを弁体２０２の下面２０３ｂで塞くことにより非導通状態とする。一方、図２３（ａ）に示すように、弁体２０２を第１の安定位置に移動して開口２０５ａを開放すると、導通状態となる。もちろん、流路２０５の出口側を開閉する構成としても構わない。
【0084】
以上のように、本実施例においては弁体および弁体駆動機構を薄くできるので、開閉弁全体の小型化を図ることができる。特に、弁体および駆動機構を半導体基板から一括で形成できるので、小型流体装置への適用に適している。
【0085】
（第３実施例）
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。
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。
【0086】
図２５は、三方切換弁２１０の切換動作を説明する図であり、流路構造体２１１と２つの弁体２０２とを示す。流路構造体２１１には独立した３つの流路２１２，２１３，２１４が形成されている。流路２１２は途中で２つに分岐しており、各分岐流路の端部は流路構造体２１１の表面に設けられた開口２１２ａ，２１２ｂに連通している。他の流路２１３，２１４も、それぞれ流路構造体２１１の表面に設けられた開口２１３ａ，２１４ａに連通している。
【0087】
図２５（ａ）は、アクチュエータ１Ａの弁体２０２が閉位置に位置決めされ、アクチュエータ１Ｂの弁体２０２が開位置に位置決めされた場合を示す。この場合、流路２１２と流路２１４とが連通され、流路２１２と流路２１３との間は遮断される。一方、図２５（ｂ）に示す例では、アクチュエータ１Ａの弁体２０２が開位置に位置決めされ、アクチュエータ１Ｂの弁体２０２が閉位置に位置決めされる。その結果、流路２１２と流路２１３とが連通され、流路２１２と流路２１４とは遮断される。
【0088】
なお、上述した例では、２つの弁体２０２を２つのアクチュエータ１Ａ，１Ｂで駆動することで三方切換を行うようにしたが、図５４のような一組のアクチュエータ１および弁体２０２によって切換えるようにしても良い。弁体２０２を図５４（ｂ）のように右側の安定位置へ移動すると、流路２０７と流路２０６とが弁体２０２の溝２０３ａによって連通され、流路２０５の開口２０５ａは弁体２０２の下面２０３ｂによって塞がれる。その結果、流路２０７から流路２０６へ流体が流れる。逆に、図５４（ｃ）に示すように弁体２０２を左側の安定位置へ移動すると、流路２０７と流路２０５とが溝２０３ａによって連通され、流路２０７から流路２０５へ流体が流れる。
【0089】
ところで、図２４，２５の構成の場合、流路２１２から分岐した流路を３以上とし、各々の分岐流路にアクチュエータ１および弁体２０２を設けることで、多数の流路切換えを行う構成とすることができる。また、図２４では、弁体２０２が設けられたアクチュエータを個別に設けたが、アクチュエータと弁体とのセットを一枚の基板上に複数形成することで、アクチュエータと弁体とのセットが複数形成された弁構造体を一括で形成することができる。
【0090】
（第４実施例）
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。
【0091】
図２７は流路構造体２２１の表面側を示す図であって、各アクチュエータ１Ａａ～１Ｃｅの位置を二点鎖線で示したものである。流路構造体２２１には、流体が供給される３つの流路２２２ａ～２２２ｃが形成されている。流路２２２ａは、縦方向に並んだ５つのアクチュエータ１Ａａ～１Ａｅに対応して５つに分岐しており、分岐した各流路は、流路構造体２２１の表面側に形成された開口ｐ１１～ｐ１５に連通している。開口ｐ１１～ｐ１５に隣接するように、貫通孔ｑ１１～ｑ１５が形成されている。流路２２２ｂは、縦方向に並んだ５つのアクチュエータ１Ｂａ～１Ｂｅに対応して５つに分岐しており、分岐した各流路は、流路構造体２２１の表面側に形成された開口ｐ２１～ｐ２５に連通している。開口ｐ２１～ｐ２５に隣接するように、貫通孔ｑ２１～ｑ２５が形成されている。流路２２２ｃは、縦方向に並んだ５つのアクチュエータ１Ｃａ～１Ｃｅに対応して５つに分岐しており、分岐した各流路は、流路構造体２２１の表面側に形成された開口ｐ３１～ｐ３５に連通している。開口ｐ３１～ｐ３５に隣接するように、貫通孔ｑ３１～ｑ３５が形成されている。
【0092】
図２８は、図２７のＢ－Ｂ断面を示したものである。流路構造体２２１はシリコンで形成され、その表面側には絶縁コーティング処理として酸化膜（酸化シリコン）２２１ａが形成されている。図２８に示す例では、アクチュエータ１Ａｂおよび１Ｂｂは弁体２０２が開位置に位置決めされ、アクチュエータ１Ｃｂの弁体２０２は閉位置に位置決めされている。その結果、流路構造体２２１に供給された流体は、貫通孔ｑ１２，ｑ２２を介して流路構造体２２１の背面側から流出される。
【0093】
図２６に示したように、流量制御弁２２０には１５組のアクチュエータが設けられているので、１５組のアクチュエータによる弁体２０２の開閉を個別に制御することで、一つの弁体２０２を開位置としたときの流量を１単位としたとき、１単位から１５単位まで１５段階で流量を制御することができる。また、１５組のアクチュエータと弁体とのセットを、図９～図１６に示したような形成方法で一枚の基板から一括して形成することで、多数の弁体およびアクチュエータを備えた弁構造体を容易に形成することができる。
【0094】
なお、本実施例の流量制御装置においても、図２３に示したような弁構造を用いることができる。その構成の場合、流体は流路構造体の一方側から他方側へと流れる。
【0095】
（第５実施例）
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。
【0096】
図２９に示すＲＦスイッチ２３０においては、ベース２には固定接点２３１、２３２が設けられている。固定接点２３１には入力側の信号線２３３が接続され、固定接点２３２には出力側の信号線２３４が接続されている。一方、可動部５には、固定接点２３１，２３２に対向する位置に可動接点２３５が設けられている。固定接点２３１，２３２とベース２との間、および、可動接点２３５と可動部５との間は、それぞれ絶縁されている。例えば、ＲＦスイッチ２３０をＳＯＩ基板から形成する場合には、図３０に示すように、固定接点２３１，２３２および可動接点２３５をＳＯＩ基板の下部Ｓｉ層３１から形成するようにしても良い。
【0097】
図２９に示す状態においては、アクチュエータは第１可動電極４Ａが第１固定電極３Ａに吸引された第１の安定位置となっており、ＲＦスイッチ２３０は開状態（非導通状態）となっている。そのため、信号線２３３から入力された信号は遮断され、出力側の信号線２３４からは信号が出力されない。
【0098】
一方、第１駆動部８Ａのスイッチ９をオンして電極３Ａ，４Ａ間に電圧Ｖ１を印加すると、可動部５は右側に移動して図３１に示す第２の安定位置となる。その結果、可動接点２３５が固定接点２３１，２３２に接触し、信号線２３３に入力された信号は信号線２３４から出力されるようになる。前述したように、図３１の状態になったならば、電圧Ｖ１の印加は停止して良い。ＲＦスイッチ２３０を再び開状態とするには、右側の電極３Ｂ，４Ｂに電圧Ｖ２を印加すれば良い。
【0099】
図３２は、ＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）のＲＦスイッチ２４０とした場合の構成を示す。ＲＦスイッチ２４０では、上述した固定接点２３１，２３２および可動接点２３５に加えて、電極３Ａ，４Ａ側に固定接点２３６，２３７および可動接点２３８を設けた。入力側の信号線２３３は固定接点２３１および２３６に接続されている。また、固定接点２３７には出力用の信号線２３９が接続されている。すなわち、ＲＦスイッチ２４０は、信号線２３３から入力された信号を、信号線２３４または信号線２３９から選択的に出力することができる構成となっている。
【0100】
図３２では、アクチュエータの可動部５は第１の安定位置にあり、可動接点２３８は固定接点２３６，２３７に接触している。信号線２３３に入力された信号は、信号線２３９から出力される。図３２に示す状態において電極３Ａ，４Ａに電圧Ｖ１を印加すると、可動部５が右側に移動して第２の安定位置に位置決めされる。その結果、可動接点２３８は固定接点２３６，２３７から離れ、可動接点２３５が固定接点２３１，２３２に接触する。そのため、信号線２３９からの信号出力は停止し、信号線２３４から信号が出力される。再び図３２の状態に戻すには、右側の電極３Ｂ，４Ｂに電圧Ｖ２を印加すれば良い。
【0101】
なお、図３１の構成において、可動接点２３５が固定接点２３１，２３２と接触する位置を、図３３に示すような変位ｘ10に設定することで、可動接点２３５はＦ10の力で固定接点２３１，２３２に押しつけられることになる。この場合、正方向の変位に関して変位ｘ10までしか移動できない構造となっているので、すなわち、電圧Ｖ１，Ｖ２を印加しない状態でその位置が維持される構成なので、変位ｘ10を右側における安定位置（第２の安定位置）とみなすことができる。図３２に示す左側の安定位置についても同様に設定することができる。
【0102】
このように、２組の櫛歯電極を備え、２つの安定位置間で移動可能なＲＦスイッチ２３０，２４０においては、スイッチ切換時のみに電圧を印加すればよい。また、エレクトレットに起因する静電力によって、接点間の接触を確実に行わせることができる。さらに、櫛歯挿入方向のストロークを大きく構成することにより、接点間のギャップを大きくすることができる。
【0103】
従来、静電力を利用してスイッチングを行うＲＦスイッチとしては、平行平板型のアクチュエータを用いるものがある。その構成では、可動接点と固定接点との接触を維持するためには、昇圧回路を用いて数十Ｖの電圧を印加し続ける必要がある。一方、上述したＲＦスイッチ２３０，２４０では、エレクトレットが形成された櫛歯電極構造により形成される２つの安定位置をスイッチオン状態またはスイッチオフ状態としている。そのため、スイッチ切換時のみに電圧Ｖ１，Ｖ２を印加すれば良い。
【0104】
切換に必要な電圧Ｖ１，Ｖ２の大きさに関しても、図３３に示すような構成とすることにより従来の印加電圧（数十Ｖ）よりも低くすることができる。すなわち、櫛歯構造電極とすることにより、平行平板型に比べて同一電極スペースでより大きな電極面積を得ることができる。そのため、エレクトレット電圧Ｖeを上述した従来の印加電圧よりもより低くすることができる。さらに、図３３においては、ｘ＝ｘzにおけるラインＬ４の高さはＦR(０)／２であるので、式（２）から、印加電圧Ｖ２はエレクトレット電圧Ｖeの３０％程度の大きさで良いことが分かる。すなわち、電圧Ｖ１，Ｖ２の大きさを、上述した従来の印加電圧よりも３０％以下に小さくすることができる。その結果、昇圧回路を必要としない構成とすることが可能となる。
【0105】
なお、小さな印加電圧で大きな移動距離が得られるという上記作用効果は、ＲＦスイッチ２３０，２４０のみならず、上述および後述の全てのアクチュエータにおいて奏することができる。
【0106】
また、従来の平行平板型の場合には、接点同士の固着（スティッキング）の発生や、接点を押圧する力の変化による接触抵抗の変化等が懸念される。一方、本実施例においては、電極間ギャップが一定状態で櫛歯３００間に櫛歯４００が挿脱される構造であって、さらに、電圧Ｖ１またはＶ２を印加して反対側の電極の静電力により切換移動を行わせる構造なので、エレクトレットの静電力により接点は分離される。それにより、接点同士の固着が発生しにくい。なお、固着が発生した場合であっても、印加電圧Ｖ１，Ｖ２をＶｅまで大きくすることで、可動接点を固定接点から分離させる力を大きくすることができる。また、接点における押圧力は、エレクトレット電圧Ｖeの静電力と弾性力との差なので、押圧力変化の懸念も解消できる。
【0107】
－第２の実施の形態－
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。
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。
【0108】
図３５は、第２固定電極３Ｃおよび第２可動電極４Ｂの拡大図である。第２固定電極３Ｃの櫛歯は長さの異なる４種類の櫛歯３００～３０３で構成されている。第１櫛歯３００は、変位ｘ＝０における挿入量はｄ２である。これに対し、第２櫛歯３０１は第１櫛歯３００よりもＸr1だけ短く、第３櫛歯３０２は第１櫛歯３００よりもＸr2だけ短く、第４櫛歯３０３は第１櫛歯３００よりもＸr3だけ短い。
【0109】
なお、図３４，３５では、図示を簡略化するために各櫛歯３００～３０３を一つしか記載していないが、実際には、各櫛歯３００～３０３はそれぞれ複数形成されており、それらの本数を順にＮR1、ＮR2、ＮR3、ＮR4とする。同様に、第１固定櫛歯３Ａにおける櫛歯３００の数をＮLとする。また、図３４に示すように、電極３Ａ，４Ａおよび電極３Ｃ，４Ｂにおいて、櫛歯３００と櫛歯４００との間隔はｇ、櫛歯３００，４００の厚み寸法はｂとする。さらに、変位ｘ＝０における櫛歯４００の先端と固定電極との間隔は、第１可動電極４ＡではＳＬ、第２可動電極４ＢではＳＲとする。
【0110】
次いで、図３６～４７を参照して、アクチュエータ１１の動作について説明する。図３６は、第１駆動部８Ａ、第２駆動部８Ｂによる電圧Ｖ１，Ｖ２が印加されていない場合における、変位ｘと可動部５に作用する力との関係を示す図である。図４の場合と同様に、縦軸は力、横軸は変位ｘである。ラインＬ１は弾性支持部６による弾性力、ラインＬ２は第１固定電極３Ａと第１可動電極４Ａとの間に作用する静電力である。ラインＬ３は第２固定電極３Ｃと第２可動電極４Ｂとの間に作用する静電力である。第２固定電極３Ｃは櫛歯３００の長さが４種類であるため、ラインＬ３は変位ｘに応じて階段状に変化する。破線で示すラインＬ４は、可動部５に作用するトータルの力を示す。
【0111】
ｘ≦－ｄ２では、第２固定電極３Ｃの櫛歯３００～３０３は全て櫛歯４００間から抜け出ており挿入量＝０となっているので、第２固定電極３Ｃと第２可動電極４Ｂとの間の静電力はゼロとなる。よって、トータルの力は、弾性力ｆ(ｘ)＝－ｋｘと静電力ＦL1(０)との和になる。静電力ＦL(０)は次式（７）で表される。なお、Ｖeはエレクトレットによる電圧である。ラインＬ４は黒丸Ｃ０の位置で横軸と交差し、その交差点において正方向の弾性力と負方向の静電力ＦL(０)とが釣り合う。
ＦL(０)＝－ＮLε０ｂＶe２／ｇ …（７）
ＦL(０)＝－ＮLε０ｂＶe２／ｇ …（７）
【0112】
－ｄ２＜ｘ≦－ｄ２＋Ｘr1では、第１櫛歯３００は挿入量≠０となり、第２櫛歯３０１，第３櫛歯３０２および第４櫛歯３０３は挿入量＝０が維持される。そのため、第２固定電極３Ｃおよび第２可動電極４Ｂにおける静電力ＦR1(０)は次式（８）のようになる。よって、トータルの力は、弾性力ｆ(ｘ)＝－ｋｘと静電力ＦL(０)と静電力ＦR1(０)との和になる。ラインＬ４は黒丸Ｃ１の位置で横軸と交差し、その交差点において正方向の力（弾性力ｆ(ｘ)＋静電力ＦR1(０)）と負方向の静電力ＦL(０)とが釣り合う。
ＦR1(０)＝ＮR1ε０ｂＶe２／ｇ …（８）
ＦR1(０)＝ＮR1ε０ｂＶe２／ｇ …（８）
【0113】
－ｄ２＋Ｘr1＜ｘ≦－ｄ２＋Ｘr2では、第１櫛歯３００および第２櫛歯３０１は挿入量≠０となり、第３櫛歯３０２および第４櫛歯３０３は挿入量＝０が維持される。そのため、第２固定電極３Ｃおよび第２可動電極４Ｂにおける静電力ＦR2(０)は次式（９）のようになる。よって、トータルの力は、弾性力ｆ(ｘ)＝－ｋｘと静電力ＦL(０)と静電力ＦR2(０)との和になる。ラインＬ４は黒丸Ｃ２の位置で横軸と交差し、その交差点において正方向の静電力ＦR2(０)と負方向の力（弾性力ｆ(ｘ)＋静電力ＦL(０)）とが釣り合う。
ＦR2(０)＝（ＮR1＋ＮR2）ε０ｂＶe２／ｇ …（９）
ＦR2(０)＝（ＮR1＋ＮR2）ε０ｂＶe２／ｇ …（９）
【0114】
－ｄ２＋Ｘr2＜ｘ≦－ｄ２＋Ｘr3では、第１櫛歯３００、第２櫛歯３０１および第３櫛歯３０２は挿入量≠０となり、第４櫛歯３０３は挿入量＝０が維持される。そのため、第２固定電極３Ｃおよび第２可動電極４Ｂにおける静電力ＦR3(０)は次式（１０）のようになる。よって、トータルの力は、弾性力ｆ(ｘ)＝－ｋｘと静電力ＦL(０)と静電力ＦR3(０)との和になる。ラインＬ４は黒丸Ｃ３の位置で横軸と交差し、その交差点において正方向の静電力ＦR3(０)と負方向の力（弾性力ｆ(ｘ)＋静電力ＦL(０)）とが釣り合う。
ＦR3(０)＝（ＮR1＋ＮR2＋ＮR3）ε０ｂＶe２／ｇ …（１０）
ＦR3(０)＝（ＮR1＋ＮR2＋ＮR3）ε０ｂＶe２／ｇ …（１０）
【0115】
－ｄ２＋Ｘr3＜ｘ≦ｄ１では、第１櫛歯３００、第２櫛歯３０１、第３櫛歯３０２および第４櫛歯３０３の全てが挿入量≠０となる。そのため、第２固定電極３Ｃおよび第２可動電極４Ｂにおける静電力ＦR4(０)は次式（１１）のようになる。よって、トータルの力は、弾性力ｆ(ｘ)＝－ｋｘと静電力ＦL(０)と静電力ＦR4(０)との和になる。ラインＬ４は黒丸Ｃ４の位置で横軸と交差し、その交差点において正方向の静電力ＦR4(０)と負方向の力（弾性力ｆ(ｘ)＋静電力ＦL(０)）とが釣り合う。
ＦR4(０)＝（ＮR1＋ＮR2＋ＮR3＋ＮR4）ε０ｂＶe２／ｇ …（１１）
ＦR4(０)＝（ＮR1＋ＮR2＋ＮR3＋ＮR4）ε０ｂＶe２／ｇ …（１１）
【0116】
ｄ１≦ｘでは、第１固定電極３Ａの櫛歯３００の先端が第１可動電極４Ａの櫛歯４００間から抜け出て、挿入量がゼロになる。そのため、第１固定電極３Ａおよび第１可動電極４Ａにおける静電力ＦL(０)はゼロとなり、トータルの力は、弾性力ｆ(ｘ)＝－ｋｘと静電力ＦR4(０)との和になる。ラインＬ４は黒丸Ｃ５の位置で横軸と交差し、その交差点において正方向の静電力ＦR4(０)と負方向の弾性力ｆ(ｘ)とが釣り合う。
【0117】
図３６に示すように、トータルの力（ラインＬ４）は、変位ｘ＝－ｄ２、－ｄ２＋Ｘr1、－ｄ２＋Ｘr2、－ｄ２＋Ｘr3およびｄ１において不連続に変化する。変化前の底部の値同士、および頂部の値同士を比較すると、変位ｘ＝－ｄ２、－ｄ２＋Ｘr1、－ｄ２＋Ｘr2、－ｄ２＋Ｘr3およびｄ１の順に小さくなっているが、このような関係となるように櫛歯３００～３０３および櫛歯４００の寸法やｄ１，ｄ２等を設定する。
【0118】
図３７は、Ｖ１＝Ｖ２＝０において釣り合い位置Ｃ０にある可動部５を、釣り合い位置Ｃ１へ移動する場合の説明図である。この場合、左側の電極３Ａ，４Ａに対して、変位ｘ＝－ｄ２におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL(V11)）が正となり、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr1におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL(V11)＋ＦR1(０)）が負となるような電圧Ｖ１＝Ｖ11を印加する。
【0119】
それにより、図３７（ａ）に示すように、ｘ＜ｄ１におけるラインＬ４は、差＝ＦL(V11)－ＦL(０)の分だけ図示上方に移動する。その結果、白丸で示す釣り合い位置Ｃ０とラインＬ４が横軸と交差する黒丸の位置との間においては、トータルの力が正となり、可動部５は正方向に移動して黒丸の位置で釣り合う。その後、電圧Ｖ１の印加を停止すると、図３７（ｂ）に示すように、ラインＬ４は図３６の場合と同様の状態に戻り、可動部５は釣り合い位置Ｃ１まで移動する。
【0120】
図３８は、図３７（ｂ）に示す釣り合い位置Ｃ１にある可動部５を、釣り合い位置Ｃ２へ移動する場合の説明図である。この場合、左側の電極３Ａ，４Ａに対して、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr1におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL（V12）＋ＦR1(０)）が正となり、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr2におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL(V12)＋ＦR2(０)）が負となるような電圧Ｖ１＝Ｖ12を印加する。
【0121】
それにより、図３８（ａ）に示すように、ｘ＜ｄ１におけるラインＬ４は、差＝ＦL(V12)－ＦL(０)の分だけ図示上方に移動する。その結果、白丸で示す釣り合い位置Ｃ１とラインＬ４が横軸と交差する黒丸の位置との間においては、トータルの力が正となり、可動部５は正方向に移動して黒丸の位置で釣り合う。その後、電圧Ｖ１の印加を停止すると、図３８（ｂ）に示すように、ラインＬ４は図３６の場合と同様の状態に戻り、可動部５は釣り合い位置Ｃ２まで移動する。
【0122】
なお、図３８では位置Ｃ１から位置Ｃ２に移動させる場合を示したが、図３９は、位置Ｃ０において印加電圧Ｖ１＝Ｖ12を印加して、位置Ｃ０から位置Ｃ２へ移動させる場合を示す。この場合、図３９（ａ）に示すように可動部５は位置Ｃ０から黒丸の位置まで一気に移動する。その後、電圧Ｖ１の印加を停止すると、可動部５は釣り合い位置Ｃ２に移動する。
【0123】
図４０は、位置Ｃ０にある可動部５の位置Ｃ３への移動を説明する図である。この場合、左側の電極３Ａ，４Ａに対して、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr2におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL(V13)＋ＦR2(０)）が正となり、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr3におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL(V13)＋ＦR3(０)）が負となるような電圧Ｖ１＝Ｖ13を印加する。
【0124】
それにより、図４０（ａ）に示すように、ｘ＜ｄ１におけるラインＬ４は、差＝ＦL(V13)－ＦL(０)の分だけ図示上方に移動する。その結果、位置Ｃ０とラインＬ４が横軸と交差する黒丸の位置との間においては、トータルの力が正となり、可動部５は正方向に移動して黒丸の位置で釣り合う。その後、電圧Ｖ１の印加を停止すると、図４０（ｂ）に示すように、ラインＬ４は図３６の場合と同様の状態に戻り、可動部５は釣り合い位置Ｃ３まで移動する。
【0125】
図４１は、位置Ｃ０にある可動部５の位置Ｃ４への移動を説明する図である。この場合、左側の電極３Ａ，４Ａに対して、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr3におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL(V14)＋ＦR4(０)）が正となり、変位ｘ＝ｄ１におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL(V14)＋ＦR3(０)）が負となるような電圧Ｖ１＝Ｖ14を印加する。
【0126】
それにより、図４１（ａ）に示すように、ｘ＜ｄ１におけるラインＬ４は、差＝ＦL(V14)－ＦL(０)の分だけ図示上方に移動する。その結果、位置Ｃ０とラインＬ４が横軸と交差する黒丸の位置との間においては、トータルの力が正となり、可動部５は正方向に移動して黒丸の位置で釣り合う。その後、電圧Ｖ１の印加を停止すると、図４１（ｂ）に示すように、ラインＬ４は図３６の場合と同様の状態に戻り、可動部５は釣り合い位置Ｃ４まで移動する。
【0127】
図４２は、位置Ｃ０にある可動部５を位置Ｃ５へ移動させる場合の、説明図である。この場合、左側の電極３Ａ，４Ａに対して、変位ｘ＝ｄ１におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL（V15）＋ＦR4(０)）が正となるような電圧Ｖ１＝Ｖ15を印加する。それにより、図４２（ａ）に示すように、ｘ＜ｄ１におけるラインＬ４は、差＝ＦL(V15)－ＦL(０)の分だけ図示上方に移動する。その結果、位置Ｃ０とラインＬ４が横軸と交差する位置Ｃ５との間においては、トータルの力が正となり、可動部５は正方向に移動して位置Ｃ５で釣り合う。その後、電圧Ｖ１の印加を停止すると、図４１（ｂ）に示すように、ラインＬ４は図３６の場合と同様の状態に戻る。
【0128】
図４３は、位置Ｃ５にある可動部５を位置Ｃ４へ移動させる場合の、説明図である。この場合、右側の電極３Ｃ，４Ｂに対して、変位ｘ＝ｄ１におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦR4(V21)）が負となり、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr3におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL（０）＋ＦR4(V21)）が正となるような電圧Ｖ２＝Ｖ21を印加する。
【0129】
それにより、図４３（ａ）に示すように、ｘ＞－ｄ２におけるラインＬ４は、差＝ＦR(０)－ＦR(V21)の分だけ図示下方に移動する。その結果、位置Ｃ５とラインＬ４が横軸と交差する黒丸の位置との間においては、トータルの力が負となり、可動部５は負方向に移動して黒丸の位置で釣り合う。その後、電圧Ｖ２の印加を停止すると、図４３（ｂ）に示すように、ラインＬ４は図３６の場合と同様の状態に戻り、可動部５は釣り合い位置Ｃ４まで移動する。
【0130】
図４４は、位置Ｃ５にある可動部５を位置Ｃ３へ移動させる場合の、説明図である。この場合、右側の電極３Ｃ，４Ｂに対して、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr3におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL（０）＋ＦR4(V22)）が負となり、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr2におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL（０）＋ＦR3(V22)）が正となるような電圧Ｖ２＝Ｖ22を印加する。
【0131】
それにより、図４４（ａ）に示すように、ｘ＞－ｄ２におけるラインＬ４は、差＝ＦR(０)－ＦR(V22)の分だけ図示下方に移動する。その結果、位置Ｃ５とラインＬ４が横軸と交差する黒丸の位置との間においては、トータルの力が負となり、可動部５は負方向に移動して黒丸の位置で釣り合う。その後、電圧Ｖ２の印加を停止すると、図４４（ｂ）に示すように、ラインＬ４は図３６の場合と同様の状態に戻り、可動部５は釣り合い位置Ｃ３まで移動する。
【0132】
図４５は、位置Ｃ５にある可動部５を位置Ｃ２へ移動させる場合の、説明図である。この場合、右側の電極３Ｃ，４Ｂに対して、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr2におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL（０）＋ＦR3(V23)）が負となり、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr1におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL（０）＋ＦR2(V23)）が正となるような電圧Ｖ２＝Ｖ23を印加する。
【0133】
それにより、図４５（ａ）に示すように、ｘ＞－ｄ２におけるラインＬ４は、差＝ＦR(０)－ＦR(V23)の分だけ図示下方に移動する。その結果、位置Ｃ５とラインＬ４が横軸と交差する黒丸の位置との間においては、トータルの力が負となり、可動部５は負方向に移動して黒丸の位置で釣り合う。その後、電圧Ｖ２の印加を停止すると、図４５（ｂ）に示すように、ラインＬ４は図３６の場合と同様の状態に戻り、可動部５は釣り合い位置Ｃ２まで移動する。
【0134】
図４６は、位置Ｃ５にある可動部５を位置Ｃ１へ移動させる場合の、説明図である。この場合、右側の電極３Ｃ，４Ｂに対して、変位ｘ＝－ｄ２＋Ｘr1におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL（０）＋ＦR2(V24)）が負となり、変位ｘ＝－ｄ２におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL（０）＋ＦR1(V24)）が正となるような電圧Ｖ２＝Ｖ24を印加する。
【0135】
それにより、図４６（ａ）に示すように、ｘ＞－ｄ２におけるラインＬ４は、差＝ＦR(０)－ＦR(V24)の分だけ図示下方に移動する。その結果、位置Ｃ５とラインＬ４が横軸と交差する黒丸の位置との間においては、トータルの力が負となり、可動部５は負方向に移動して黒丸の位置で釣り合う。その後、電圧Ｖ２の印加を停止すると、図４６（ｂ）に示すように、ラインＬ４は図３６の場合と同様の状態に戻り、可動部５は釣り合い位置Ｃ１まで移動する。
【0136】
図４７は、位置Ｃ５にある可動部５を位置Ｃ０へ移動させる場合の、説明図である。この場合、右側の電極３Ｃ，４Ｂに対して、変位ｘ＝－ｄ２におけるトータルの力（ｆ(ｘ)＋ＦL（０）＋ＦR2(V25)）が負となるような電圧Ｖ２＝Ｖ25を印加する。それにより、図４７（ａ）に示すように、ｘ＞－ｄ２におけるラインＬ４は、差＝ＦR(０)－ＦR(V25)の分だけ図示下方に移動する。その結果、位置Ｃ５と位置Ｃ０との間においては、トータルの力が負となり、可動部５は負方向に移動して位置Ｃ０で釣り合う。その後、電圧Ｖ２の印加を停止すると、図４７（ｂ）に示すように、ラインＬ４は図３６の場合と同様の状態に戻る。
【0137】
なお、図４３～４７の動作説明では、電極３Ｃ，４Ｂに電圧Ｖ２を印加して電極３Ｃ，４Ｂ側の静電力を小さくすることで、可動部５を電極３Ａ，４Ａ側により近い安定位置へ移動させた。しかし、電極３Ｃ，４Ｂ側の静電力引力を小さくする代わりに、電極３Ａ，４Ａ側にエレクトレットと同一極性の電圧Ｖ１を印加して、電極３Ａ，４Ａ側の静電力を大きくしても良い。その結果、図示方向の力が大きくなり、図４３～４７の場合と同様に、可動部５を電極３Ａ，４Ａ側により近い安定位置へ移動させることができる。また、電極３Ｃ，４Ｂと電極３Ａ，４Ａの両方に電圧を同時に印加することでも、安定位置を移動させることができる。その場合には、電圧Ｖ１，Ｖ２を移動に必要な電圧に調整する。
【0138】
上述の図３４に示したアクチュエータ１１では、第２固定電極３Ｃに長さの異なる複数種類の櫛歯３００～３０３を備えることで、複数の安定位置Ｃ０～Ｃ５が得られるようにしたが、第２可動電極側の櫛歯を複数種類の長さにしても良い。さらに、複数の安定位置が得られる構成としてはこれに限らず、例えば図４８に示すように、第２固定電極３Ｃの櫛歯３００の幅を先端側から根元側にかけて階段状に変化させるようにしても良い。
【0139】
図４８に示す例では、櫛歯３００は幅の異なる先端部３００ａ、中間部３００ｂおよび底部３００ｃから成る。先端部３００ａの幅寸法はｗ１、中間部３００ｂの幅寸法はｗ２、底部３００ｃの幅寸法はｗ３である（ｗ１＜ｗ２＜ｗ３）。そのため、各幅ｗ１，ｗ２，ｗ３に対応した櫛歯間のギャップ寸法をｇ11，ｇ12，ｇ13（ｇ11＞ｇ12＞ｇ13）とすると、各変位ｘにおける、電極３Ｃ，４Ｂの静電力（正方向）は、次式（１２）～（１５）のようになる。なお、ＮRは櫛歯の総数を示し、印加電圧Ｖ２は停止した状態を考える。
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）
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）
【0140】
図４９は、変位ｘと弾性力Ｌ１、静電力Ｌ２，Ｌ３およびトータルの力Ｌ４を示す図であり、静電力Ｌ３の段数が図３６の４段から３段に変更された以外は、図３６に示したものと同様である。弾性力と静電力とが釣り合う安定位置はＣ０～Ｃ４の５箇所となる。安定位置間の移動動作は、段数が異なるだけで図３６の場合と同様なので、ここでは説明を省略する。
【0141】
なお、図３６に示した例では、可動部５は、電極４Ａ，４Ｂの櫛歯４００が電極３Ａ，３Ｃの櫛歯３００から完全に抜き出た状態（挿入量＝０の状態）まで移動する構成としている。しかし、櫛歯形状を異ならせて複数の安定位置を形成する構成のアクチュエータの場合、挿入量≠０の状態で使用するような構成とすることも可能である。その場合、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ４は図６１に示すような状況となる。挿入量≠０の構成の場合には、少なくとも電圧Ｖ１，Ｖ２のいずれか一方を変化させることで、可動部５を、左方向および右方向のいずれの安定位置にも移動させることができる。ただし、電圧Ｖ１，Ｖ２は、エレクトレットと同一極性および逆極性のどちらも取り得るとする。もちろん、図３６に示す構成であっても、Ｃ０，Ｃ５で示す安定位置を使用しない構成に限定すれば、同様の動作をさせることができる。
【0142】
上述した図３４，３５，４８に示す例では、可動部５の左右に設けられた一対の固定電極３Ａ，３Ｃの一方（固定電極３Ｃ）の櫛歯形状を図３５，４８のように構成することで、３以上の安定位置が形成されるようにした。上述のように櫛歯形状を変えることで３以上の安定位置を形成する構成は、図５５や図５８に示したアクチュエータにも同様に適用することができる。
【0143】
以上説明したように、本実施の形態では、図３４に示すアクチュエータ１１のように、右側の電極３Ｃ，４Ｂは、第２固定電極３Ｃと第２可動電極４Ｂとの間の静電力が、第２可動電極４Ｂの挿入量に応じて複数段に変化する構成となっている。そのため、第１の安定位置Ｃ０と第２の安定位置Ｃ５との間に、静電力と弾性力とが釣り合う複数の安定位置（第１中間安定位置）Ｃ１～Ｃ４が設定される。第１駆動部８Ａは、可動部５を第２の安定位置Ｃ５へ移動させるための電圧に加えて、可動部５を複数の安定位置Ｃ１～Ｃ４へ移動させるための複数の電圧が印加可能に構成されている。
【0144】
このように、アクチュエータ１１では、複数の安定位置間において可動部５を移動させることができる。そして、移動時のみに外部電圧Ｖ１，Ｖ２を印加すれば良く、エレクトレットによる静電力と弾性支持部６による弾性力との釣り合いによって、安定状態が維持される。応用例としては、例えば、センサを一次元方向に移動して検出を行う場合のアクチュエータとして用いることができる。
【0145】
また、図１９に示した光シャッタ１０１では、双安定構造のアクチュエータ１を用いることで光をオンオフする構成とした。しかし、アクチュエータ１に代えて、複数の安定位置間で可動部５を移動させることができるアクチュエータ１１を用いることで、開口率の異なる複数の位置にシャッタ板１Ｓを位置決めすることができる。すなわち、アクチュエータ１１の電極３Ａ，４Ａ間に印加される電圧を制御することで、シャッタ板１Ｓを複数の位置に移動させることで、光シャッタの通過光量を制御することができる。
【0146】
－第３の実施の形態－
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。
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。
【0147】
アクチュエータ１３は、可動部５をｘ軸方向に駆動するための第１固定電極３Ａ，第１可動電極４Ａ、第２固定電極３Ｃおよび第２可動電極４Ｂと、可動枠１５をｙ軸方向に駆動するための第３固定電極１３Ａ、第３可動電極１４Ａ、第４固定電極１３Ｃおよび第４可動電極１４Ｂとを備えている。可動部５は、弾性支持部６ａにより可動枠１５に連結されている。すなわち、可動部５にとって可動枠１５はベース部に相当するものであり、可動部５は可動枠１５に対してｘ方向に移動可能に設けられている。一方、可動枠１５は、弾性支持部６ｂによりベース２に連結されており、ベース２に対してｙ方向に移動可能に設けられている。
【0148】
第１固定電極３Ａ，第１可動電極４Ａ、第２固定電極３Ｃおよび第２可動電極４Ｂの間の関係は、図３４に記載した同一符号の電極の場合と同様の関係を有している。ただし、図３４の構成では、第２固定電極３Ｃには４種類の長さの櫛歯３００～３０３が設けられていたが、図５０の場合は３種類となっているので、後述するようにｘ方向変位に関する安定位置の数は５箇所となる。また、第３固定電極１３Ａは第１固定電極３Ａと同一構造であり、第３可動電極１４Ａは第１可動電極４Ａと同一構造であり、第４固定電極１３Ｃは第２固定電極３Ｃと同一構造であり、第４可動電極１４Ｂは第２可動電極４Ｂと同一構造である。ｙ方向変位に関する安定位置の数も５箇所となる。
【0149】
第１固定電極３Ａおよび第２固定電極３Ｃは、可動枠１５のｘ軸方向の辺に設けられている。一方、第３可動電極１４Ａおよび第４可動電極１４Ｂは、可動枠１５のｙ軸方向の辺に設けられ、それぞれ櫛歯が外側を向くように配置されている。第３固定電極１３Ａは、第３可動電極１４Ａと歯合するようにベース２上に設けられている。第４固定電極１３Ｃは、第４可動電極１４Ｂと歯合するようにベース２上に設けられている。
【0150】
図３４の構成の場合と同様に、電極３Ａ，４Ａに対しては第１駆動部８Ａが設けられ、電極３Ｃ，４Ｂに対しては第２駆動部８Ｂが設けられている。さらに、本実施の形態では、電極１３Ａ，１４Ａに対して第３駆動部８Ｃが設けられ、電極１３Ｃ，１４Ｂに対して第４駆動部８Ｄが設けられている。なお、第１駆動部８Ａおよび第３駆動部８Ｃによる印加電圧はＶ１、第２駆動部８Ｂおよび第４駆動部８Ｄによる印加電圧はＶ２とする。また、可動枠１５に設けられた電極３Ａ，３Ｃ，１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ絶縁部１５ａによって電気的に絶縁されている。図５０に示す例では、ＳＯＩ基板を加工して形成されたアクチュエータ１３の可動枠１５は、下部Ｓｉ層３１から形成された矩形枠上に、上部Ｓｉ層３３による電極３Ａ，３Ｃ，１４Ａ，１４Ｂを形成したものであり、絶縁部１５ａは上部Ｓｉ層３３をエッチングして形成されたギャップによって構成されている。
【0151】
第１駆動部８Ａおよび第４駆動部８Ｄのマイナス側はグランド電位とされると共に、第４可動電極１４Ｂの接続パッド部７ｂに接続されている。また、第１駆動部８Ａのプラス側は第１固定電極の接続パッド部７ａに接続され、第４駆動部８Ｄのプラス側は第４固定電極１３Ｃの接続パッド部１７ｄに接続されている。第２駆動部８Ｂおよび第３駆動部８Ｃのマイナス側はグランド電位とされると共に、第３可動電極１４Ａの接続パッド部１７ｂに接続されている。また、第２駆動部８Ｂのプラス側は第２固定電極３Ｃの接続パッド部７ｄに接続され、第３駆動部８Ｃのプラス側は第３固定電極１３Ａの接続パッド部１７ａに接続されている。図５０から分かるように、第１～第４可動電極４Ａ，４Ｂ，１４Ａ，１４Ｂはグランド電位となっている。
【0152】
図５１は、第１駆動部８Ａ、第２駆動部８Ｂによる電圧Ｖ１，Ｖ２の印加が行われていない場合における、ｘ方向の変位ｘと可動部５に作用する力を示す図である。本実施の形態では、第２固定電極３Ｃの櫛歯の長さが３種類であるため、静電力と弾性力とが釣り合う安定位置は５箇所（Ｃ０～Ｃ４）となる。一方、電極１３Ａ，１４Ａ，１３Ｃ，１４Ｂの構造は電極３Ａ，４Ａ，３Ｃ，４Ｂと同一なので、ｙ方向の変位ｙと可動枠１５に作用する力は、図５１と全く同様になる。そのため、アクチュエータ１３における安定位置、すなわち可動部５の取り得る位置をｘｙ平面に図示すると、図５２のようになる。可動部５は、Ｃ11～Ｃ44の２５箇所に移動させることができる。
【0153】
図５３は、アクチュエータ１３を２次元走査型赤外線検出装置５１に適用した場合を示す。図５３に示す赤外線検出装置はいわゆるスマートアクチュエータと呼ばれるものであり、アクチュエータ１３の可動部５に赤外線検出素子５２が搭載されている。可動部５を図５２に示す２５箇所の安定位置に移動することで、赤外線検出素子５２による２次元的な計測を可能にしている。例えば、Ｃ04，Ｃ14，Ｃ24，Ｃ34，Ｃ44，Ｃ02，Ｃ12，Ｃ22，・・・，Ｃ31，Ｃ41，Ｃ00，Ｃ10，Ｃ20，Ｃ30，Ｃ40のように、可動部５の位置を移動させる。なお、ここでは、赤外線検出素子５２のような光検出センサを搭載した２次元走査型センサ装置について説明するが、光センサに限らず種々の物理量を検出するセンサに対しても同様に適用することができる。
【0154】
赤外線検出素子５２としては、赤外線吸収帯が形成された受光部を、中空構造の基板に対して微細な梁で支持し、受光部の温度をサーモパイル等で検出する熱型赤外線センサ（例えば、特開２００１-２８１０６号公報等）や、誘電ボロメータ型赤外線センサなど、周知の赤外線センサを用いることができる。また、赤外線検出素子５２は、アクチュエータ１３の可動部５に直接形成しても良いし、アクチュエータ１３とは別個に形成されたセンサチップを、可動部５上に搭載する構造であっても良い。なお、図５３においては、図５０に示すアクチュエータ１３と異なり、接続パッド部７ｂにはセンサ出力線５３が接続されている。
【0155】
以上のように、本実施の形態のアクチュエータ１３では、下側の電極１３Ａ，１４Ａおよび上側の電極１３Ｃ，１４Ｂによってｙ方向に移動される可動枠１５に、可動枠１５の移動方向と交差する方向（ｘ方向）に間隔を空けて第１固定電極３Ａおよび第２固定電極３Ｃが対向配置されている。そして、第１固定電極３Ａと第２固定電極３Ｃとの間には、第１固定電極３Ａに挿脱可能に歯合する第１可動電極４Ａ、および第２固定電極３Ｃに挿脱可能に歯合する第２可動電極４Ｂが設けられた可動部５が、可動枠１５に対してｘ方向に移動可能なように弾性支持部６ａによって弾性支持されている。
【0156】
さらに、アクチュエータ１３は、第２固定電極３Ｃに対する第２可動電極４Ｂの挿入量がゼロとなる位置まで第１可動電極４Ａが第１固定電極３Ａに吸引されて、電極３Ａ，４Ａのエレクトレットによる静電力と弾性支持部６ａの弾性力とが釣り合う第１の安定位置と、第１固定電極３Ａに対する第１可動電極４Ａの挿入量がゼロとなる位置まで第２可動電極４Ｂが第２固定電極３Ｃに吸引されて、電極３Ｃ，４Ｂのエレクトレットによる静電力と弾性支持部６ａの弾性力とが釣り合う第２の安定位置と、を取るように設定されている。そして、電極３Ａ，４Ａ間の静電力を弱めるように電圧Ｖ１を印加し、可動部５を第１の安定位置から第２の安定位置へ移動させる第１駆動部８Ａと、電極３Ｃ，４Ｂと間の静電力を弱めるように電圧Ｖ２を印加し、可動部５を第２の安定位置から第１の安定位置へ移動させる第２駆動部８Ｂと、を備える。
【0157】
その結果、可動部５を、二次元的に設定された複数の安定位置にスライド移動させることができる。本実施の形態では、４組の電極の構造を全て櫛歯電極とすることで、それらの構成が同一の平面上に配置され、薄型の２次元アクチュエータを構成することができる。また、そのような平面構造であるため、各電極および可動部５、可動枠１５を同一の基板から形成することができ、加工工数が非常に少なくて済む。
【0158】
なお、図５０に示す例では、電極３Ａ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂ，１３Ａ，１３Ｃ，１４Ａ，１４Ｂの各櫛歯にエレクトレットを形成したが、歯合する電極の一方の電極の櫛歯のみにエレクトレットを形成するようにしても良い。また、図５０のアクチュエータ１３では、固定電極と可動電極との組み合わせとして、アクチュエータ１１の電極３Ａ，４Ａおよび電極３Ｃ，４Ｂと同様の組み合わせをｘ方向およびｙ方向の両方に用いているが、ｘおよびｙ方向の一方を図１に記載のアクチュエータ１と同様の電極構成としても良いし、ｘおよびｙ方向の両方をアクチュエータ１と同様の電極構成としても良い。
【0159】
また、図５０に示す例では、可動部５の移動方向と可動枠１５の移動方向とが直交する構成としたが、可動枠１５の移動方向に対して斜め方向に可動部５が移動する構成とすることもできる。
【0160】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【0161】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１３年第１６５１６６号（２０１３年８月８日出願）
日本国特許出願２０１３年第１６５１６６号（２０１３年８月８日出願）
【符号の説明】
【0162】
１，１１，１３，１１０Ａ，１１０Ｂ，２０１：アクチュエータ、１Ｓ：シャッタ板、２：ベース、３Ａ：第１固定電極、３Ｂ，３Ｃ：第２固定電極、３Ｄ，４Ｄ：電極板、４Ａ：第１可動電極、４Ｂ：第２可動電極、５：可動部、６，６ａ，６ｂ：弾性支持部、８Ａ：第１駆動部、８Ｂ：第２駆動部、８Ｃ：第３駆動部、８Ｄ：第４駆動部、１３Ａ：第３固定電極、１３Ｃ：第３固定電極、１４Ａ：第３可動電極、１４Ｂ：第４固定電極、１５：可動枠、５１：２次元走査型赤外線検出装置、５２：赤外線検出素子、１０１：光シャッタ、１０２：バックライト、１０３：遮光板、２０１：流路切換弁、２０２：弁体、２０３ａ：溝、２０４，２１１，２２１：流路構造体、２０５，２０６，２１２：流路、２１０：三方切換弁、２２０：流量制御弁、２２３：制御部、２３０，２４０：ＲＦスイッチ、３００～３０３，４００：櫛歯、ＥＬ：エレクトレット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
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【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
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【図45】
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【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
【図57】
【図58】
【図59】
【図60】
【図61】