DE10302618B4

DE10302618B4 - Elektrostatische Betätigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10302618B4
Application number: DE10302618A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kyoto Kawai
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: JP2003219663A; US6856219B2; DE10302618A1; JP3709847B2; US20030155221A1

Abstract

Elektrostatische Betätigungsvorrichtung (1; 21; 31), die folgende Merkmale umfaßt: ein Substrat (2; 22; 32); einen Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (3), der an dem Substrat (2; 22; 32) angeordnet ist; ein bewegliches Bauglied (4), das von dem Substrat (2; 22; 32) beabstandet ist; einen beweglichen Verbindungsbalken (5, 24), der das bewegliche Bauglied (4) mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (3) verbindet, so daß das bewegliche Bauglied (4) auf den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (3) zu und von demselben weg verschiebbar ist; eine Mehrzahl von beweglichen Elektroden (6, 7, 8), die an dem beweglichen Bauglied (4) angeordnet sind, und voneinander in einer Richtung beabstandet sind, in der das bewegliche Bauglied (4) verschoben wird; einen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (9), der an dem Substrat (2; 22; 32) angeordnet ist; einen oder eine Mehrzahl von Antriebselektrodentrageabschnitten (10, 11), die mit dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (9) in der Richtung ausgerichtet sind, in der das bewegliche Bauglied (4) verschoben wird; eine Mehrzahl...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung, die beispielsweise für die Verwendung beim Antreiben eines beweglichen Bauglieds, das an einem Substrat angeordnet ist, durch eine elektrostatische Kraft, die zwischen den Elektroden erzeugt wird, geeignet ist.
Im allgemeinen können verschiedene Typen von sehr kleinen Betätigungsvorrichtungen gebildet werden, beispielsweise an einem Siliziumsubstrat, beispielsweise durch Mikrobearbeitung. Von den verschiedenen Typen kann der Typ, der eine elektrostatische Kraft verwendet, ohne weiteres hergestellt werden, zusätzlich zum leichten Liefern einer Antriebskraft, selbst wenn derselbe klein ist, so daß dieser Typ weit verbreitet als eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung verwendet wird.
Von einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung, die unter Verwendung einer ersten verwandten Technologie hergestellt wird, ist bekannt, daß dieselbe eine Struktur aufweist, bei der beispielsweise eine flache Elektrode über einem Substrat gebildet ist, mit einem Zwischenraum zwischen denselben, und durch Anlegen einer Spannung an die Elektrode in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat verschoben wird.
Eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung, die unter Verwendung einer zweiten verwandten Technologie hergestellt wird, weist eine Struktur auf, bei der zwei kammförmige Elektroden, eine bewegliche Elektrode und eine stationäre Elektrode ineinandergreifen, und die bewegliche Elektrode bezüglich der stationären Elektrode durch Anlegen einer Spannung zwischen diesen Elektroden in der Richtung der Ausdehnung der Zähne verschoben wird.
Eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung, die unter Verwendung einer dritten verwandten Technologie hergestellt wird, weist eine Struktur auf, die beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 5-21976 offenbart ist, bei der eine Mehrzahl von Elektroden verbunden sind und in der Form eines Akkordeons gebildet sind, und die Elektroden in der Form eines Akkordeons werden verschoben, indem dieselben durch Anlegen einer Spannung zwischen einer stationären Elektrode und den Elektroden in der Form eines Akkordeons ausgedehnt und zusammengezogen werden.
Da bei der ersten verwandten Technologie eine ausreichende elektrostatische Kraft geliefert wird, indem der Zwischenraum zwischen der flachen Elektrode und dem Substrat klein gemacht wird, ist der Verschiebungsbetrag der Elektrode aufgrund der Größe des Zwischenraums auf einen kleinen Wert begrenzt, so daß es schwierig wird, eine Betätigungsvorrichtung zu realisieren, die stark verschoben werden muß, so daß der Umfang der Anwendung und die Anzahl von Anwendungen begrenzt sind.
Bei der zweiten verwandten Technologie ist der Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden, die ineinander greifen, beispielsweise durch die Verarbeitungsgenauigkeit beschränkt, so daß es schwierig ist, eine große elektrostatische Kraft zwischen denselben zu erzeugen. Um dadurch die bewegliche Elektrode sogar durch eine kleine elektrostatische Kraft ohne weiteres zu verschieben, ist es notwendig, beispielsweise die Federkonstante eines Balkens, der die bewegliche Elektrode trägt, bei einem kleinen Wert einzustellen. Daher ist die Starrheit eines beweglichen Bauglieds, das die Elektrode umfaßt, tendenziell klein, so daß es schwierig ist, eine Betätigungsvorrichtung zu realisieren, die eine hohe Starrheit haben soll.
Da sich bei der dritten verwandten Technologie die Elektroden in der Form eines Akkordeons als Ganzes ausdehnen und zusammenziehen, gibt es eine Begrenzung, wie groß die Starrheit derselben gemacht werden kann, so daß dieselbe das gleiche Problem aufweist wie die zweite verwandte Technologie. Da sich außerdem einzelne Bauglieder, die in der Form eines Akkordeons gebogen sind, ausdehnen bzw. zusammenziehen ist es schwierig, einen geeigneten Verschiebungsbetrag für die Elektrode als Ganzes einzustellen.
Aus der US 5,983,721 A ist eine mikromechanische Komponente bekannt, die beweglichen Elektroden aufweist, denen starre Elektroden, die an einem Substrat befestigt sind, gegenüberliegen.
Aus der US 5,542,295 A ist eine elektromechanische Struktur bekannt, die eine bewegliche Masse aufweist. Bewegliche Elektrodenfinger sind gegenüberliegend zu starren Elektrodenfingern vorgesehen, um einen Antrieb für die bewegliche Masse zu liefern.
Aus der US 5,025,346 A ist eine Mikrobrückenanordnung zur Verwendung als ein Sensor oder Betätigungsglied bekannt, die stationäre fingerförmige Dünnfilmelektroden, die an einem Substrat befestigt sind, aufweist. Die stationären Elektroden sind kammförmig mit beweglichen Elektroden, die an einer beweglichen Platte befestigt sind, angeordnet, um die bewegliche Platte antreiben zu können.
Aus der US 5,475,353 A ist ein elektromagnetischer Schalter bekannt, der feste Stellungen aufweist. Der Schalter weist einen beweglichen Permanentmagneten und einen oberen und einen unteren Weichmagneten auf. Die Magnetkräfte können durch einen Strom durch eine Betätigungsspule eingestellt werden, so dass der Schalter umgeschaltet werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 und 8 gelöst.
Folglich wurde die vorliegende Erfindung hinsichtlich der oben beschriebenen Probleme der verwandten Technologien entwickelt, und weist als Vorteil die Bereitstellung einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung auf, die es möglich macht, eine ausreichende elektrostatische Kraft zwischen einer beweglichen Elektrode und einer Antriebselektrode zu erzeugen, um ein bewegliches Bauglied auf stabile Weise anzutreiben und stark zu verschieben, und es möglich macht, daß das bewegliche Bauglied, wenn notwendig, eine ausreichende Starrheit aufweist.
Zu diesem Zweck wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung geliefert, die folgende Merkmale umfaßt: ein Substrat; einen Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt, der an dem Substrat angeordnet ist; ein bewegliches Bauglied, das von dem Substrat beabstandet ist; einen beweglichen Verbindungsbalken, der das bewegliche Bauglied mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt verbindet, so daß das bewegliche Bauglied zu und weg von dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt verschiebbar ist; eine Mehrzahl von beweglichen Elektroden, die an dem beweglichen Bauglied angeordnet sind, und in einer Richtung voneinander beabstandet sind, in der das bewegliche Bauglied verschoben wird; einen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt, der an dem Substrat angeordnet ist; einen oder eine Mehrzahl von Antriebselektrodentrageabschnitten, die mit dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt in der Richtung ausgerichtet sind, in der das bewegliche Bauglied verschoben wird; eine Mehrzahl von antreibenden Verbindungsbalken, die den Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt und den einen Antriebselektrodentrageabschnitt oder den Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt und den einen Antriebselektrodentrageabschnitt und auch benachbarte Antriebselektrodentrageabschnitte verbinden, so daß der Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt und der eine Antriebselektrodentrageabschnitt oder der Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt und der eine Antriebselektrodentrageabschnitt und auch die benachbarten Antriebselektrodentrageabschnitte zu und weg voneinander verschiebbar sind; und eine Mehrzahl von Antriebselektroden, die an dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt und dem Antriebselektrodentrageabschnitt oder den Antriebselektrodentrageabschnitten angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Antriebselektroden den jeweiligen beweglichen Elektroden gegenüberliegt, mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Richtung, in der das bewegliche Bauglied verschoben wird.
Durch diese Struktur ist es möglich, eine Spannung zwischen den beweglichen Elektroden und den jeweiligen Antriebselektroden, die einander gegenüberliegen, anzulegen, um eine elektrostatische Kraft zwischen den beweglichen Elektroden und den jeweiligen Antriebselektroden zu erzeugen. Nach dem Antreiben des beweglichen Bauglieds durch die elektrostatische Kraft zwischen der beweglichen Elektrode und der Antriebselektrode eines Satzes kann außerdem das bewegliche Bauglied weiter durch die elektrostatische Kraft zwischen der beweglichen Elektrode und der Antriebselektrode des nächsten Satzes angetrieben werden, so daß das bewegliche Bauglied durch die Mehrzahl von Sätzen von Elektroden sukzessive verschoben werden kann. Hier werden die einzelnen Verschiebungsbeträge addiert, so daß das bewegliche Bauglied stark verschoben werden kann. Da ferner der eine oder jeder Antriebselektrodentrageabschnitt verschoben werden kann, wenn beispielsweise eine Antriebselektrode das bewegliche Bauglied (eine bewegliche Elektrode) anzieht und verschiebt, kann eine andere Antriebselektrode, die bereits vorher eine bewegliche Elektrode angezogen hat, mit dem beweglichen Bauglied verschoben werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung vorgesehen, die folgende Merkmale umfaßt: ein Substrat; einen Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt, der an dem Substrat angeordnet ist, ein bewegliches Bauglied, das von dem Substrat beabstandet ist; einen beweglichen Verbindungsbalken, der das bewegliche Bauglied mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt verbindet, so daß das bewegliche Bauglied zu und weg von dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt verschiebbar ist; eine Mehrzahl von beweglichen Elektroden, die an dem beweglichen Bauglied angeordnet sind, und in einer Richtung voneinander beabstandet sind, in der das bewegliche Bauglied verschoben wird; einen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt, der an dem Substrat angeordnet ist; und eine Mehrzahl von Antriebselektroden, die an dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt angeordnet sind, so daß dieselben durch Biegen in der Richtung, in der das bewegliche Bauglied verschoben wird, deformierbar sind, wobei die Mehrzahl von Antriebselektroden den jeweiligen beweglichen Elektroden gegenüberliegen, mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Richtung, in der das bewegliche Bauglied verschoben wird.
Durch diese Struktur kann das bewegliche Bauglied sukzessive durch die beweglichen Elektroden und die jeweiligen Antriebselektroden angetrieben werden, um das bewegliche Bauglied stark zu verschieben. Da außerdem jede Antriebselektrode in der Richtung gebogen und deformiert werden kann, in der das bewegliche Bauglied verschoben wird, wenn beispielsweise eine Antriebselektrode das bewegliche Bauglied (eine bewegliche Elektrode) anzieht und verschiebt, kann eine weitere Antriebselektrode, die bereits vorher eine bewegliche Elektrode angezogen hat, gebogen und deformiert werden, und mit dem beweglichen Bauglied verschoben werden.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, können die Größen der Zwischenräume zwischen den beweglichen Elektroden und den jeweiligen Antriebselektroden sukzessive kleiner eingestellt werden. Dadurch kann, wenn die Betätigungsvorrichtung in Betrieb ist, zunächst eine elektrostatische Kraft zwischen der beweglichen Elektrode und der Antriebselektrode eines Satzes erzeugt werden, die durch den kleinsten Zwischenraum getrennt sind. Wenn als Folge davon das bewegliche Bauglied verschoben wird, wird die Zwischenraumgröße zwischen der beweglichen Elektrode und der Antriebselektrode eines weiteren Satzes, die durch den zweitkleinsten Zwischenraum getrennt sind, ausreichend klein. Dadurch kann das bewegliche Bauglied weiter durch die elektrostatische Kraft verschoben werden, die zwischen denselben erzeugt wird. Wenn das bewegliche Bauglied wiederholt auf diese Weise von den Elektroden, die durch einen kleinen Zwischenraum getrennt sind, zu den Elektroden, die durch einen großen Zwischenraum getrennt sind, bewegt wird, kann das bewegliche Bauglied stark verschoben werden.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, kann die elektrostatische Betätigungsvorrichtung ferner Anschlagvorrichtungen umfassen, die an dem Substrat angeordnet ist, zum Beschränken der Verschiebung der Antriebselektroden zu den jeweiligen beweglichen Elektroden, und um es zu ermöglichen, daß die Antriebselektroden durch die jeweiligen beweglichen Elektroden gedrückt und bewegt werden.
Durch diese Struktur können die Anschlagvorrichtungen eine Reduzierung bei der Verschiebung der beweglichen Elektroden (beweglichen Bauglieder) begrenzen, die einem Betrag entspricht, um den sich die Antriebselektroden den beweglichen Elektroden nähern, wenn die Antriebselektroden die beweglichen Elektroden anziehen. Wenn außerdem eine bewegliche Elektrode, die an eine Antriebselektrode angezogen wird, durch die elektrostatische Kraft zwischen den Elektroden eines anderen Satzes weiter verschoben wird, kann die Antriebselektrode durch die bewegliche Elektrode gedrückt und bewegt werden, und zusammen verschoben werden.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, kann das bewegliche Bauglied durch den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt getragen werden, durch den beweglichen Verbindungsbalken auf eine einseitig eingespannte Weise. Durch diese Struktur ist es möglich, nur eine Seite des beweglichen Bauglieds zu tragen, so daß die Tragestruktur vereinfacht werden kann.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, kann das bewegliche Bauglied an beiden Seiten desselben getragen werden, durch den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt durch den beweglichen Verbindungsbalken. Durch diese Struktur ist es möglich, beide Seiten des beweglichen Bauglieds auf stabile Weise zu tragen.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, kann das bewegliche Bauglied in der horizontalen Richtung entlang dem Substrat verschoben werden. Durch diese Struktur ist es möglich, die Größe der Betätigungsvorrichtung in der vertikalen Richtung zu reduzieren, während der Verschiebungsbetrag des beweglichen Bauglieds in der horizontalen Richtung sichergestellt wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung vorgesehen, die folgende Merkmale umfaßt: ein Substrat, das sich horizontal erstreckt; einen Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt, der an dem Substrat angeordnet ist; ein bewegliches Bauglied mit einer Vorderoberfläche und einer Rückoberfläche, wobei die Rückoberfläche des beweglichen Bauglieds dem Substrat mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der vertikalen Richtung gegenüberliegt; einen beweglichen Verbindungsbalken, der das bewegliche Bauglied mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt verbindet, so daß das bewegliche Bauglied in der vertikalen Richtung verschiebbar ist; eine bewegliche Elektrode, die an der Vorderoberfläche des beweglichen Bauglieds angeordnet ist; ein Antriebselektrodenbefestigungsbauglied, das an dem Substrat befestigt ist, und der Vorderoberflächenseite des beweglichen Bauglieds gegenüberliegend mit einem Abstand zwischen denselben angeordnet ist; ein Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt, der an dem Antriebselektrodenbefestigungsbauglied angeordnet ist; und eine Mehrzahl von Antriebselektroden, die an dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt angeordnet sind, um durch Biegen in der vertikalen Richtung deformierbar zu sein, wobei die Mehrzahl von Antriebselektroden den beweglichen Elektroden gegenüberliegt, mit Zwischenräumen zwischen denselben in der vertikalen Richtung.
Dadurch ist es möglich, die bewegliche Elektrode, die an der Vorderoberfläche des beweglichen Bauglieds angeordnet ist, und die Mehrzahl von Antriebselektroden gegenüberliegend anzuordnen, mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der vertikalen Richtung. Außerdem kann durch diese Antriebselektroden die bewegliche Elektrode (bewegliches Bauglied) sukzessive angetrieben werden, um das bewegliche Bauglied in der vertikalen Richtung stark zu verschieben. Wenn ferner beispielsweise eine Antriebselektrode das bewegliche Bauglied (die bewegliche Elektrode) anzieht, und dieselbe in der vertikalen Richtung verschiebt, kann eine weitere Antriebselektrode, die bereits vorher die bewegliche Elektrode angezogen hat, gebogen und deformiert und in vertikaler Richtung mit dem beweglichen Bauglied verschoben werden.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, kann das bewegliche Bauglied aus einem leitfähigen Material gebildet sein, und die bewegliche Elektrode kann unter Verwendung eines Teils des beweglichen Bauglieds gebildet sein. Durch diese Struktur ist es möglich, die bewegliche Elektrode beispielsweise an der Vorderoberfläche des beweglichen Bauglieds zu bilden, so daß die Struktur der beweglichen Elektrode und der Prozeß des Bildens derselben vereinfacht werden kann.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, kann das bewegliche Bauglied aus einem isolierenden Material gebildet sein, die bewegliche Elektrode kann an der Vorderoberfläche des beweglichen Bauglieds angeordnet sein, und ein variabler Kondensator kann zwischen dem Substrat und der Rückoberfläche des beweglichen Bauglieds angeordnet sein, wobei sich die elektrostatische Kapazität des variablen Kondensators gemäß dem Verschiebungsbetrag des beweglichen Bauglieds in der vertikalen Richtung ändert.
Durch diese Struktur ist es möglich, die bewegliche Elektrode an der Vorderoberfläche des beweglichen Bauglieds und beispielsweise die Elektroden, die den variablen Kondensator bilden, an der Rückseite des beweglichen Bauglieds und an dem Substrat anzuordnen. Daher ist es möglich, das bewegliche Bauglied durch eine elektrostatische Kraft, die zwischen der beweglichen Elektrode und den Antriebselektroden erzeugt wird, in der vertikalen Richtung zu verschieben, so daß die Kapazität des variablen Kondensators gemäß dem Verschiebungsbetrag geändert werden kann.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, können die Größen der Zwischenräume zwischen der beweglichen Elektrode und den Antriebselektroden sukzessive kleiner eingestellt werden. Durch diese Struktur ist es möglich, wenn die Betätigungsvorrichtung in Betrieb ist, sukzessive von dem Satz von Elektroden, die durch einen kleinen Zwischenraum getrennt sind, eine elektrostatische Kraft zu erzeugen, zu dem Satz von Elektroden, die durch einen großen Zwischenraum getrennt sind, so daß das bewegliche Bauglied stark verschoben werden kann.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, kann die elektrostatische Betätigungsvorrichtung ferner Anschlagvorrichtungen umfassen, die an dem Antriebselektrodenbefestigungsbauglied angeordnet sind, zum Beschränken der Verschiebung der Antriebselektroden zu der beweglichen Elektrode und zum Ermöglichen, daß die Antriebselektroden durch die bewegliche Elektrode gedrückt und bewegt werden.
Durch diese Struktur können die Anschlagvorrichtungen eine Reduzierung bei dem Verschiebungsbetrag des beweglichen Bauglieds beschränken, die durch die Verschiebung der Antriebselektroden zu der beweglichen Elektrode bewirkt wird. Nachdem eine Antriebselektrode die bewegliche Elektrode angezogen hat, kann außerdem die Antriebselektrode durch die bewegliche Elektrode gedrückt und bewegt und zusammen verschoben werden.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, kann das bewegliche Bauglied an beiden Seiten desselben durch einen Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt getragen werden, durch den beweglichen Verbindungsbalken. Durch diese Struktur kann das bewegliche Bauglied horizontal gehalten werden, durch zwei Sätze der Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte und die beweglichen Verbindungsbalken, so daß das bewegliche Bauglied in diesem Zustand auf stabile Weise vertikal verschoben werden kann.
Obwohl dies kein zwingendes Merkmal ist, kann ein isolierender Abschnitt zwischen der beweglichen Elektrode und den Antriebselektroden angeordnet sein, zum Isolieren der Bereiche zwischen den Elektroden. Durch diese Struktur ziehen die bewegliche Elektrode und die Antriebselektroden einander durch elektrostatische Kraft an, so daß es möglich ist, zu verhindern, daß dieselben durch einen isolierenden Abschnitt kurzgeschlossen werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2 eine Draufsicht der in 1 gezeigten elektrostatischen Betätigungsvorrichtung;
3 eine vertikale Schnittansicht in der Richtung der Pfeile entlang Linie III-III in 2;
4 eine vertikale Schnittansicht in der Richtung der Pfeile entlang der Linie IV-IV in 2;
5 eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein bewegliches Bauglied teilweise verschoben wurde;
6 eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem das bewegliche Bauglied maximal verschoben wurde;
7 eine Draufsicht einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
8 eine Draufsicht einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
9 eine perspektivische Ansicht einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
10 eine Draufsicht der in 9 gezeigten elektrostatischen Betätigungsvorrichtung;
11 eine vertikale Schnittansicht in der Richtung der Pfeile entlang der Linie XI-XI in 10;
12 eine vertikale Schnittansicht in der Richtung der Pfeile entlang der Linie XII-XII in 10;
13 eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein bewegliches Bauglied teilweise verschoben wurde;
14 eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem das bewegliche Bauglied maximal verschoben wurde;
15 eine perspektivische Teilschnittansicht einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
16 eine Teilschnittdraufsicht der in 15 gezeigten elektrostatischen Betätigungsvorrichtung;
17 eine vertikale Schnittansicht in der Richtung der Pfeile entlang Linie XVII-XVII in 16;
18 eine vertikale Schnittansicht in der Richtung der Pfeile entlang der Linie XVIII-XVIII in 16;
19 eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptabschnitts, der ein bewegliches Bauglied und Antriebselektroden, die in 16 gezeigt sind, umfaßt;
20 eine vergrößerte Schnittansicht des Hauptabschnitts, bei dem das bewegliche Bauglied teilweise verschoben wurde;
21 eine vergrößerte Schnittansicht des Hauptabschnitts, bei dem das bewegliche Bauglied weiter verschoben wurde;
22 eine vertikale Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das bewegliche Bauglied maximal verschoben wurde; und
23 eine vertikale Schnittansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, von der Position aus, von der die in 17 gezeigte elektrostatische Betätigungsvorrichtung zu sehen ist.
Hierin nachfolgend werden elektrostatische Betätigungsvorrichtungen von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
1 bis 6 stellen ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar. 1 bis 6 zeigen eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung 1 und ein Substrat 2, das den Körper der elektrostatischen Betätigungsvorrichtung 1 bildet. Das Substrat 2 ist beispielsweise aus einem isolierenden Material gebildet, das einen hohen Widerstand aufweist, wie z. B. Siliziummaterial oder Glasmaterial, weist eine rechteckige Form auf und erstreckt sich horizontal entlang der x-Achse und der y-Achse, die orthogonal zueinander sind.
Wie es in 1 bis 4 gezeigt ist, sind ein Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3, ein bewegliches Bauglied 4, bewegliche Verbindungsbalken 5, bewegliche Elektroden 6 bis 8, Antriebselektrodenbefestigungsabschnitte 9, Antriebselektrodentrageabschnitte 10 und 10 und 11 und 11, Antriebsverbindungsbalken 12 und 12 und 13 und 13, Anschlagvorrichtungen 18, usw. an einer Oberfläche des Substrats 2 durch Mikrobearbeitung gebildet, wie z. B. durch Ätzen von monokristallinem oder polykristallinem Siliziummaterial mit einem niedrigen Widerstand.
Der Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3 ist an einer Seite des Substrats 2 vorgesehen, das sich nach links und rechts (d. h. in der x-Achsen-Richtung) erstreckt. Der Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3 weist eine rechteckige Form auf, die sich zu der Vorder- und Rückseite (d. h. in der y-Achsen-Richtung) erstreckt, und von der Oberfläche des Substrats 2 hervorsteht.
Das bewegliche Bauglied 4 ist an dem Substrat angeordnet, mit einem Zwischenraum zwischen denselben; es ist einstückig gebildet, beispielsweise als eine flache, rechteckige Platte mit einer relativ hohen Starrheit; und es ist durch die beweglichen Verbindungsbalken 5 mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3 verbunden, so daß dasselbe in der x-Achsen-Richtung zu und weg von dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3 verschoben werden kann.
Es gibt beispielsweise zwei bewegliche Verbindungsbalken 5, die zwischen dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3 und dem beweglichen Bauglied 4 angeordnet sind. Jeder bewegliche Verbindungsbalken 5 ist als ein Auslegerbalken gebildet, der sich gemeinsam mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3 bewegt, und eine Seite des beweglichen Bauglieds 4 in der x-Achse trägt, er erstreckt sich in der x-Achsen-Richtung an einer Position, die von dem Substrat 2 getrennt ist; und ist mit einem Zwischenraum zwischen demselben und dem Substrat 2 in der y-Achsen-Richtung angeordnet.
Jeder bewegliche Verbindungsbalken 5 weist einen Abschnitt auf, der in der Längsrichtung in einer im wesentlichen U-Form gebogen ist, und kann mit einer vorbestimmten Federkonstante k1 in der x-Achsen-Richtung gebogen und deformiert werden, durch Ausdehnen und Zusammenziehen des gebogenen Abschnitts. Dadurch trägt jeder bewegliche Verbindungsbalken 5 das bewegliche Bauglied 4, so daß dasselbe in der x-Achsen-Richtung verschoben werden kann und die Verschiebung des beweglichen Bauglieds 4 in der y-Achsen-Richtung beschränkt.
Beispielsweise sind sechs bewegliche Elektroden, d. h. die beweglichen Elektroden 6 bis 8 an dem beweglichen Bauglied 4 angeordnet, mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Richtung der Verschiebung des beweglichen Bauglieds 4 (d. h. der x-Achsen-Richtung), drei an jeder Seite des beweglichen Bauglieds 4 an der Vorder- und Rückseite voneinander. Jede der beweglichen Elektroden 6 bis 8 weist die Form einer länglichen flachen Platte auf, und steht in der y-Achsen-Richtung von dem beweglichen Bauglied 4 vor.
Beispielsweise sind zwei Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt 9 an dem Substrat 2 vorgesehen, um sowohl an der Vorder- als auch der Rückseite des beweglichen Bauglieds 4 in der y-Achsen-Richtung positioniert zu sein. Jeder Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt 9 weist beispielsweise eine rechteckige Form auf und steht von der Oberfläche des Substrats 2 vor.
Beispielsweise sind vier Antriebselektrodentrageabschnitte, d. h. die Antriebselektrodentrageabschnitte 10 und 10 und 11 und 11 parallel zu den jeweiligen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitten 9 in der x-Achsen-Richtung angeordnet. Die beiden Antriebselektrodentrageabschnitte 10 und die beiden Antriebselektrodentrageabschnitte 11 sind an der Vorderseite und an der Rückseite des beweglichen Bauglieds 4 angeordnet, und liegen dem Substrat 2 gegenüber, mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der vertikalen Richtung. Die Antriebselektrodentrageabschnitte 10 sind durch ihre jeweiligen Antriebsverbindungsbalken 12 mit ihren jeweiligen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitten 9 verbunden, so daß dieselben sich zu und weg von denselben bewegen können. Die Antriebselektrodentrageabschnitte 11 sind durch ihre jeweiligen Antriebsverbindungsbalken 13 mit ihren jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitten 10 verbunden, so daß dieselben sich zu und weg von denselben bewegen können.
Die Antriebsverbindungsbalken 12 sind zwischen ihren jeweiligen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitten 9 und ihren jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitten 10 angeordnet. Die anderen Antriebsverbindungsbalken 13 sind zwischen ihren jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitten 10 und ihren jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitten 11 angeordnet. Wie die beweglichen Verbindungsbalken 5 können die Antriebsverbindungsbalken 12 und 12 und 13 und 13 in der x-Achsen-Richtung gebogen und deformiert werden. In diesem Fall ist eine Federkonstante k2 von jedem der Antriebsverbindungsbalken 12 und 12 und 13 und 13 ausreichend kleiner als die Federkonstante k1 von jedem der beweglichen Verbindungsbalken 5 (k1 >> k2). Die Antriebselektrodenbefestigungsabschnitte 9 tragen die Antriebselektrodentrageabschnitte 10 und 10 und 11 und 11, so daß dieselben durch die jeweiligen Antriebsverbindungsbalken 12 und 12 und die jeweiligen Antriebsverbindungsbalken 13 und 13 verschoben werden können.
Die Antriebselektroden 14 sind an ihren jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitten 11 angeordnet. Die Antriebselektroden 15 sind an ihren jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitten 10 angeordnet. Die Antriebselektroden 16 sind an ihren jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitten 9 angeordnet. Diese Antriebselektroden 14 und 14 und 15 und 15 und 16 und 16 weisen die Form einer länglichen Flachplatte auf, sind durch Zwischenräume in der x-Achsen-Richtung beabstandet, und stehen von ihren jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitten 9 und 9, ihren jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitten 10 und 10, und ihren jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitten 11 und 11 in der y-Achsen-Richtung zu dem beweglichen Bauglied 4 vor. Die Antriebselektroden 14 bis 16 sind an einer Seite ihrer jeweiligen beweglichen Elektroden 6 bis 8 in der x-Achsen-Richtung angeordnet, und liegen denselben mit Zwischenräumen zwischen denselben in der x-Achsen-Richtung gegenüber.
Wie es in 2 gezeigt ist, weisen hier die Zwischenräume zwischen den linken Elektroden 6 und den jeweiligen linken Elektroden 14 jeweils eine vorbestimmte Größe a auf, wenn die Betätigungsvorrichtung 1 nicht in Betrieb ist. Jede Zwischenraumgröße a wird vorher eingestellt, so daß, wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen den Elektroden 6 und 14 angelegt wird, eine ausreichend große elektrostatische Kraft erzeugt wird, zum Verschieben des beweglichen Bauglieds 4 entgegen der Federkraft des beweglichen Verbindungsbalkens 5. Die Zwischenräume zwischen den Mittelelektroden 7 und den jeweiligen Mittelelektroden 15 sind jeweils mit einer Größe b eingestellt, die beispielsweise zweimal die Größe a ist (b = 2a). Die Zwischenräume zwischen den rechten Elektroden 8 und den jeweiligen rechten Elektroden 16 sind jeweils mit einer Größe c eingestellt, die beispielsweise dreimal die Größe a ist (c = 3a).
Dadurch sind beim Vergleich der Größen der Zwischenräume zwischen den Elektroden 6 bis 8 und ihren jeweiligen Elektroden 14 bis 16 die Größen c der Zwischenräume zwischen den rechten Elektroden 8 und den rechten Elektroden 16, die am nächsten zu ihren jeweiligen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitten 9 angeordnet sind, die größten, wobei die Größen b der Zwischenräume zwischen den Elektroden 7 und den jeweiligen Elektroden 15 und die Größen a der Zwischenräume zwischen den Elektroden 6 und den jeweiligen Elektroden 14 mit zunehmendem Abstand von den jeweiligen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitten 9 sukzessive kleiner werden. Wie es in 5 und 6 gezeigt ist, die nachfolgend beschrieben werden, wird das bewegliche Bauglied 4, wenn die Betätigungsvorrichtung 1 in Betrieb ist, durch elektrostatische Kräfte, die zwischen den Elektroden 6 und den jeweiligen Elektroden 14, den Elektroden 7 und den jeweiligen Elektroden 15 und den Elektroden 8 und den jeweiligen Elektroden 16 erzeugt wird, sukzessive in der x-Achsen-Richtung getrieben, so daß das bewegliche Bauglied 4 um einen Betrag, der den Größen c der Zwischenräume zwischen den Elektroden 8 und den jeweiligen Elektroden 16 entspricht, stark in der x-Achsen-Richtung verschoben wird.
Isolierende Filme 17, die als Isolierabschnitte dienen, sind an Seitenoberflächen der Antriebselektroden 14 bis 16 vorgesehen, die den jeweiligen beweglichen Elektroden 6 bis 8 in der x-Achsen-Richtung zugewandt sind. Wie es in 1 gezeigt ist, ist jeder isolierende Film 17 beispielsweise ein isolierender Siliziumoxidfilm oder ein isolierender Siliziumnitridfilm, und ist beispielsweise unter Verwendung des CVD-Verfahrens oder des Thermooxidationsverfahrens gebildet. Die isolierenden Filme 17 isolieren die Bereiche zwischen den beweglichen Elektroden 6 bis 8 und ihren jeweiligen Antriebselektroden 14 bis 16, so daß dieselben verhindern, daß zwischen den beweglichen Elektroden 6 bis 8 und ihren jeweiligen Antriebselektroden 14 bis 16 ein Kurzschluß auftritt, in dem verhindert wird, daß dieselben in direkten Kontakt miteinander kommen.
Beispielsweise sind vier Anschlagvorrichtungen 18 vorgesehen, um von dem Substrat 2 vorzustehen. Wenn die Betätigungsvorrichtung 1 nicht in Betrieb ist, sind die Anschlagvorrichtungen 8 beispielsweise in Kontakt mit Oberflächen ihrer jeweiligen Antriebselektrodentrageabschnitte 10 und 10 und 11 und 11 in der x-Achsen-Richtung. Die Anschlagvorrichtungen 18 beschränken die Verschiebung der Antriebselektroden 14 und 14 und 15 und 15 (die Antriebselektrodentrageabschnitte 10 und 10 und 11 und 11) in der Richtung des Pfeils x1, der in 2 gezeigt ist, zu den beweglichen Elektroden 6 und 6 und 7 und 7, von wo dieselben positioniert sind, wenn die Betätigungsvorrichtung 1 nicht in Betrieb ist. Die Anschlagvorrichtungen 18 ermöglichen es außerdem, daß die Antriebselektroden 14 und 14 und 15 und 15 durch die jeweiligen beweglichen Elektroden 6 und 6 und 7 und 7 in der Richtung des Pfeils x2 gedrückt und bewegt werden. Die Anschlagvorrichtungen 18 sind mit Anschlagvorrichtungstrageabschnitten 19 verbunden, die an dem Substrat 2 vorgesehen sind.
Die elektrostatische Betätigungsvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels weist die oben beschriebene Struktur auf. Nachfolgend wird der Betrieb derselben beschrieben.
Zunächst wird, wie es in 2 gezeigt ist, beispielsweise durch Erden des Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitts 3 und Verbinden der Antriebselektrodenbefestigungsabschnitte 9 mit einer Antriebsleistungsversorgung (nicht gezeigt) eine Spannung zwischen den Elektroden 6 und 6 und den jeweiligen Elektroden 14 und 14, den Elektroden 7 und 7 und den jeweiligen Elektroden 15 und 15 und den Elektroden 8 und 8 und den jeweiligen Elektroden 16 und 16 angelegt. Als Folge wird eine große elektrostatische Kraft, die das bewegliche Bauglied 4 entgegengesetzt zu den Federkräften der beweglichen Verbindungsbalken 5 treiben kann, zwischen den linken Elektroden 6 und den jeweiligen linken Elektroden 14 erzeugt, die durch ausreichend kleine Zwischenraumgrößen a beabstandet sind. Da die elektrostatische Kraft, die zwischen den Elektroden erzeugt wird, in diesem Fall umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Abstands zwischen den Elektroden ist, ist eine elektrostatische Kraft, die zwischen den anderen Elektroden 7 und 7 und den jeweiligen Elektroden 15 und 15 und den Elektroden 8 und 8 und den jeweiligen Elektroden 16 und 16 erzeugt wird, klein.
Wenn die beweglichen Elektroden 6 durch eine elektrostatische Kraft an die jeweiligen Antriebselektroden 4 angezogen werden, werden die beweglichen Verbindungsbalken 5 gebogen und deformiert. Dies bewirkt, daß das bewegliche Bauglied 4 um einen Betrag in der Richtung des Pfeils x2 verschoben wird, der den Größen a der Zwischenräume zwischen den Elektroden 6 und 6 und den jeweiligen Elektroden 14 und 14 entspricht, so daß die beweglichen Elektroden 6 durch die jeweiligen isolierenden Filme 17 in Kontakt mit den Antriebselektroden 14 kommen. Da zu diesem Zeitpunkt die Anschlagvorrichtungen 18 die Verschiebung der Antriebselektroden 14 in der Richtung des Pfeils x1 zu den beweglichen Elektroden 6 durch die elektrostatische Kraft (entgegengesetzte Kraft) beschränken, kann das bewegliche Bauglied 4 zuverlässig um einen Betrag verschoben werden, der den Größen a der Zwischenräume zwischen den Elektroden 6 und den jeweiligen Elektroden 14 entspricht.
Wenn, wie es in 5 gezeigt ist, die Größen der Zwischenräume zwischen den Mittelelektroden 7 und den jeweiligen Elektroden 15 auf Größen a reduziert sind, durch die Verschiebung des beweglichen Bauglieds 4 um einen Betrag, der den Größen a der Zwischenräume zwischen den Elektroden 6 und den jeweiligen Elektroden 14 entspricht, wird eine große elektrostatische Kraft zwischen denselben erzeugt, so daß die beweglichen Elektroden 7 an die Antriebselektroden 15 angezogen werden, deren Verschiebung in der Richtung des Pfeils x1 durch die jeweiligen Anschlagvorrichtungen 18 beschränkt ist. Als Folge wird das bewegliche Bauglied 4 weiter um einen Betrag in der Richtung des Pfeils x2 getrieben, der den Größen a der Zwischenräume zwischen den Elektroden 7 und 7 und den jeweiligen Elektroden 15 und 15 entspricht, und wird um einen Betrag verschoben, der einer Größe 2a entspricht, von wo dieselben positioniert sind, wenn die Betätigungsvorrichtung 1 nicht in Betrieb ist.
Zu diesem Zeitpunkt drücken und bewegen die linken beweglichen Elektroden 6 die jeweiligen Antriebselektroden 14 in Kontakt mit denselben, durch die isolierenden Filme 17 in der Richtung von Pfeil x2. Durch das Verbiegen und die Ausdehnung der Antriebsverbindungsbalken 13 bewegen sich die Antriebselektrodentrageabschnitte 11 weg von den Anschlagvorrichtungen 18, und werden in der Richtung des Pfeils x2 zusammen mit diesen Elektroden 6 und 14 verschoben. Da in diesem Fall die Federkonstante k2 jedes Antriebsverbindungsbalkens 13 im Vergleich zu der Federkonstante k1 jedes beweglichen Verbindungsbalkens 5 ausreichend klein ist, ist es möglich, deren Auswirkungen auf die Bewegung des beweglichen Bauglieds 4 zu ignorieren.
Wenn die Größen der Zwischenräume zwischen den rechten Elektroden 8 und 8 und den jeweiligen rechten Elektroden 16 und 16 auf Größen a reduziert sind, durch die Verschiebung des beweglichen Bauglieds 4 um einen Betrag, der der Größe 2a entspricht, wird zwischen denselben eine elektrostatische Kraft erzeugt, so daß das bewegliche Bauglied 4 weiter um einen Betrag in der Richtung des Pfeils x2 verschoben wird, der den Größen a der Zwischenräume zwischen den Elektroden 8 und 8 und den jeweiligen Elektroden 16 und 16 entspricht, so daß die beweglichen Elektroden in einem stationären Zustand durch die isolierenden Filme 17 in Kontakt mit den Antriebselektroden kommen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Antriebselektroden 14 und 14 und 15 und 15 und die Antriebselektrodentrageabschnitte 10 und 10 und 11 und 11 ebenfalls durch die jeweiligen Antriebsverbindungsbalken 12 und 12 und 13 und 13 zusammen verschoben. Dadurch kann das bewegliche Bauglied 4 um einen Betrag stark in der horizontalen Richtung verschoben werden, der der Größe c entspricht, von wo dasselbe positioniert ist, wenn die Betätigungsvorrichtung nicht in Betrieb ist, die durch einen abwechselnden langen und zwei kurze Striche in 6 angezeigt ist, zu der maximal verschobenen Position desselben, die durch eine durchgezogene Linie in 6 dargestellt ist.
Folglich ist bei der elektrostatischen Betätigungsvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels das bewegliche Bauglied 4, das durch die beweglichen Verbindungsbalken 5 durch den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3 getragen wird, so daß derselbe verschoben werden kann, und beispielsweise zwei Antriebselektrodentrageabschnitte 10 und zwei Antriebselektrodentrageabschnitte 11, die mit den Antriebselektrodenbefestigungsabschnitten 9 und 9 durch die Antriebsverbindungsbalken 12 und 12 und die Antriebsverbindungsbalken 13 und 13 verbunden sind, so daß dieselben zu und weg von demselben bewegt werden können, an dem Substrat 2 angeordnet, und die Antriebselektroden 14 und 16 liegen den beweglichen Elektroden 6 bis 8 des beweglichen Bauglieds 4 gegenüber.
Dadurch wird eine elektrostatische Kraft, die groß genug ist, um das bewegliche Bauglied 4 zu verschieben, sukzessive zwischen den Elektroden 6 und 6 und den jeweiligen Elektroden 14 und 14, den Elektroden 7 und 7 und den jeweiligen Elektroden 15 und 15 und den Elektroden 8 und 8 und den jeweiligen Elektroden 16 und 16 erzeugt, so daß das bewegliche Bauglied 4 durch diese elektrostatischen Kräfte in drei Stufen um die Beträge verschoben werden kann, die den Zwischenraumgrößen a entsprechen. Zu diesem Zeitpunkt können, selbst wenn die Antriebselektroden 14 und 14 und 15 und 15 die jeweiligen beweglichen Elektroden 6 und 6 und 7 und 7 anziehen, durch die Verschiebung der Antriebselektrodentrageabschnitte 10 und 10 und 11 und 11 durch die jeweiligen Antriebsverbindungsbalken 12 und 12 und 13 und 13 die Antriebselektroden 14 und 14 und 15 und 15 mit dem beweglichen Bauglied 4 verschoben werden.
Wenn die Betätigungsvorrichtung 1 in Betrieb ist, können daher die Verschiebungsbeträge des beweglichen Bauglieds 4 aufgrund der Elektroden 6 und 6 und 14 und 14, der Elektroden 7 und 7 und 15 und 15 und der Elektroden 8 und 8 und 16 und 16 addiert werden, so daß, selbst wenn beispielsweise eine Spannung von einer Antriebsleistungsquelle nicht besonders groß ist, das bewegliche Bauglied 4 stark horizontal verschoben werden kann, um einen Betrag, der den Größen c der Zwischenräume zwischen den Elektroden 8 und 8 und den jeweiligen Elektroden 16 und 16 entspricht.
Da außerdem das bewegliche Bauglied 4 in eine einstückige Struktur gebildet werden kann, die durch die beweglichen Verbindungsbalken 5 usw. getragen wird, im Vergleich zu dem Fall, wo das bewegliche Bauglied beispielsweise mit einer Struktur gebildet ist, die eine Mehrzahl von Teilen umfaßt, die bezüglich zueinander verschoben werden können, kann das bewegliche Bauglied 4 mit einer hohen Starrheit versehen werden.
Dadurch kann gemäß der Masse des beweglichen Bauglieds 4, den Federkonstanten der beweglichen Verbindungsbalken 5 usw. die Resonanzfrequenz des beweglichen Bauglieds 4 ohne weiteres bei einem hohen Wert eingestellt werden, bei beispielsweise etwa 20 kHz, so daß die Bewegung des beweglichen Bauglieds 4 stabilisiert werden kann und der Umfang der Anwendung und der Verwendungsbereich der Betätigungsvorrichtung 1 erhöht werden können.
Da in diesem Fall die Größen c, b und a der Zwischenräume zwischen den beweglichen Elektroden 6 bis 8 und den Antriebselektroden 14 bis 16 mit zunehmendem Abstand von den Antriebselektrodensicherheitsabschnitten 9 sukzessive kleiner eingestellt sind, können die Größen a der Zwischenräume zwischen den Elektroden 6 und den jeweiligen Elektroden 14 klein sein, so daß zuerst eine ausreichende elektrostatische Kraft erzeugt wird. Außerdem können die Größen b der Zwischenräume zwischen den Elektroden 7 und den jeweiligen Elektroden 15 und die Größen c der Zwischenräume zwischen den Elektroden 8 und den jeweiligen Elektroden 16 größer eingestellt werden als die größte Zwischenraumgröße zwischen Elektroden, was es ermöglicht, daß eine ausreichende elektrostatische Kraft bei beispielsweise einer bestimmten Antriebsspannung erzeugt wird. Selbst wenn diese Größen b und c groß sind, kann das bewegliche Bauglied 4 gemäß den Zwischenraumgrößen a, b und c glatt in drei Stufen getrieben werden, und der Endverschiebungsbetrag kann durch die Zwischenraumgrößen c zwischen den Elektroden 8 und den jeweiligen Elektroden 16 genau bestimmt werden.
Da die Anschlagvorrichtungen 18 an dem Substrat 2 vorgesehen sind, ist es möglich, eine Reduzierung bei der Verschiebung des beweglichen Bauglieds 4 um einen Betrag zu beschränken, der der Verschiebung der Antriebselektroden 14 und 14 und 15 und 15 zu den jeweiligen beweglichen Elektroden 6 und 6 und 8 und 8 durch elektrostatische Kraft entspricht. Da ferner die Antriebselektroden 14 und 14 und 15 und 15 durch die jeweiligen beweglichen Elektroden 6 und 6 und 8 und 8 von den jeweiligen Anschlagvorrichtungen 18 gedrückt und wegbewegt werden können, können die Antriebselektroden 14 und 14 und 15 und 15 zusammen mit dem beweglichen Bauglied 4 verschoben werden, ohne die Verschiebung des beweglichen Bauglieds 4 zu stören.
Da eine Auslegerbalkenstruktur, die eine Seite des beweglichen Bauglieds 4 in der x-Achsen-Richtung trägt, durch den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3 und die beweglichen Verbindungsbalken 5 gebildet ist, kann die Struktur zum Tragen des beweglichen Bauglieds 4 durch die Auslegerbalkenstruktur vereinfacht werden. Da außerdem das bewegliche Bauglied 4 gebildet ist, so daß dasselbe horizontal verschoben werden kann, kann die Betätigungsvorrichtung in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat 2 klein gemacht werden.
Da die isolierenden Filme 17 auf den Abschnitten der Antriebselektroden 14 bis 16 gebildet sind, die den beweglichen Elektroden 6 bis 8 gegenüberliegen, ist es möglich, wenn die beweglichen Elektroden 6 bis 8 angezogen werden, zuverlässig zu verhindern, daß zwischen den Elektroden 14 bis 16 und den beweglichen Elektroden 6 bis 8 ein Kurzschluß auftritt, indem verhindert wird, daß dieselben in direkten Kontakt zueinander kommen, wodurch es möglich gemacht wird, die Betätigungsvorrichtung 1 auf stabile Weise zu betreiben.
7 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das spezielle Merkmal des zweiten Ausführungsbeispiels ist eine Struktur zum Tragen beider Seiten eines beweglichen Bauglieds. Komponententeile einer Betätigungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels, die denjenigen der Betätigungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nachfolgend nicht beschrieben.
Die Struktur einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung 21 des zweiten Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen gleich wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Bei der elektrostatischen Betätigungsvorrichtung 21 sind zwei Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte 3 und 23, zwei bewegliche Verbindungsbalken 5 und zwei bewegliche Verbindungsbalken 24 an einem Substrat 22 angeordnet. Die Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte 3 und 23 sind an der linken und rechten Seite des beweglichen Bauglieds 4 in der x-Achsen-Richtung angeordnet.
Eine Seite des beweglichen Bauglieds 4 in der x-Achsen-Richtung ist durch jeden der beweglichen Verbindungsbalken 5 mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3 verbunden, während die andere Seite desselben durch jeden der Antriebsverbindungsbalken 24 mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 23 verbunden ist. Dadurch bilden die Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte 3 und 23 und die beweglichen Verbindungsbalken 5 und 5 und 24 und 24 eine Balkenstruktur, die sowohl die linke als auch die rechte Seite des beweglichen Bauglieds 4 trägt.
Folglich kann sogar die Betätigungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels, die eine solche Struktur aufweist, im wesentlichen die gleichen Betriebsvorteile liefern wie diejenigen, die durch das erste Ausführungsbeispiel geliefert werden. Da sowohl die linke als auch die rechte Seite des beweglichen Bauglieds 4 durch den linken Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 3 und die beweglichen Verbindungsbalken 5 und den rechten Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 23 und die beweglichen Verbindungsbalken 24 auf stabile Weise getragen werden kann, kann, wenn die Betätigungsvorrichtung 21 in Betrieb ist, insbesondere bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verhindert werden, daß sich das bewegliche Bauglied 4 in der horizontalen Richtung (d. h. der y-Achsen-Richtung) oder der vertikalen Richtung neigt, so daß das bewegliche Bauglied 4 in der x-Achsen-Richtung glatt verschoben werden kann.
8 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das spezielle Merkmal des dritten Ausführungsbeispiels ist eine Struktur, die die Anschlagvorrichtungen nicht verwendet, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Komponententeile einer Betätigungsvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels, die denjenigen der Betätigungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nachfolgend nicht beschrieben.
Die Struktur einer elektrostatischen Betätigungsvorrichtung 31 des dritten Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen gleich wie die Struktur der Betätigungsvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Dieselbe unterscheidet sich dadurch, daß die Anschlagvorrichtung 18 und die Anschlagvorrichtungstrageabschnitte 19 nicht an einem Substrat 32 vorgesehen sind.
Folglich kann die Betätigungsvorrichtung 31 des dritten Ausführungsbeispiels, die eine solche Struktur aufweist, im wesentlichen die gleichen Betriebsvorteile liefern wie diejenigen, die durch das erste Ausführungsbeispiel geliefert werden. Auch wenn die Anschlagvorrichtungen 18 und die Anschlagvorrichtungstrageabschnitte 19 in dem dritten Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen sind, kann das bewegliche Bauglied insbesondere bei dem dritten Ausführungsbeispiel ausreichend stark verschoben werden im Vergleich zu einem beweglichen Bauglied, das in einer verwandten Technologie verwendet wird, so daß das Substrat 32, falls notwendig, in der Größe reduziert werden kann, und die Struktur der Betätigungsvorrichtung 31 vereinfacht werden kann.
9 bis 14 stellen ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das spezielle Merkmal des vierten Ausführungsbeispiels ist eine Struktur, bei der Antriebselektroden gebogen und deformiert werden. Komponententeile einer Betätigungsvorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels, die derjenigen der Betätigungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nachfolgend nicht beschrieben.
Eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung 41 und ein isolierendes Substrat 42, die den Körper der elektrostatischen Betätigungsvorrichtung 41 bilden, sind vorgesehen. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind ein Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 43, ein bewegliches Bauglied 44, bewegliche Verbindungsbalken 45, bewegliche Elektroden 46 bis 48, Antriebselektrodenbefestigungsabschnitte 49, Antriebselektroden 50 bis 52, Anschlagvorrichtungen 54, usw., die nachfolgend beschrieben werden, an einer Oberfläche des Substrats 42 gebildet, beispielsweise durch Verwenden eines Siliziummaterials, das einen niedrigen Widerstand aufweist.
Der Bewegliches-Bauglied-Befestigungssabschnitt 43 ist an dem Substrat 42 vorgesehen. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das bewegliche Bauglied 44 durch jeden beweglichen Verbindungsbalken 45 mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 43 verbunden, so daß das bewegliche Bauglied 44 in der x-Achsen-Richtung verschoben werden kann. Sechs bewegliche Elektroden, d. h. die beweglichen Elektroden 46 bis 48, sind an dem beweglichen Bauglied 44 vorgesehen, um voneinander getrennt zu sein, mit Zwischenräumen in der x-Achsen-Richtung (d. h. der Richtung, in der das bewegliche Bauglied 44 verschoben wird), mit drei beweglichen Elektroden 46, 47 und 48, die von jeder Seite des beweglichen Bauglieds 44 in der y-Achsen-Richtung vorstehen.
Beispielsweise sind zwei Antriebselektrodenbefestigungsabschnitte 49 an dem Substrat 42 vorgesehen. Die Antriebselektrodenbefestigungsabschnitte 49 sind mit länglichen rechteckigen Formen gebildet, die sich in der x-Achsen-Richtung erstrecken, und sind an beiden Seiten des beweglichen Bauglieds 44 in der y-Achsen-Richtung angeordnet.
Sechs Antriebselektroden, d. h., die Antriebselektroden 50 bis 52 sind vorgesehen, wobei drei Antriebselektroden 50, 51 und 52 an jedem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt 49 vorgesehen sind. Wie es in 10 bis 12 gezeigt ist, sind die Antriebselektroden 50 bis 52 längliche flache Platten, die die Form von Blattfedern aufweisen, die in der x-Achsen-Richtung dünn sind, und mit Zwischenräumen zwischen denselben in der x-Achsen-Richtung an Positionen angeordnet sind, die von dem Substrat 42 getrennt sind.
Die Antriebselektroden 50 bis 52 stehen in der y-Achsen-Richtung von den Antriebselektrodenbefestigungsabschnitten 49, die an der Vorder- und Rückseite angeordnet sind, zu dem beweglichen Bauglied 44 vor. Diese vorstehenden Endseiten können in der x-Achsen-Richtung (d. h. der Plattendickerichtung) gebogen und deformiert werden, indem dieselben durch die beweglichen Elektroden 46 bis 48 gedrückt und bewegt werden. Die Antriebselektroden 50 bis 52 liegen den jeweiligen beweglichen Elektroden 46 bis 48 gegenüber, mit Zwischenräumen zwischen denselben in der x-Achsen-Richtung. Isolierende Filme 53, die die Bereiche zwischen den Antriebselektroden 50 bis 52 und den jeweiligen beweglichen Elektroden 46 bis 48 isolieren, sind an Oberflächen der Antriebselektroden 50 bis 52 in der x-Achsen-Richtung derselben vorgesehen.
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, wie es in 10 gezeigt ist, wenn die Betätigungsvorrichtung 41 nicht betrieben wird, sind die Zwischenräume zwischen den linken Elektroden 46 und den jeweiligen linken Elektroden 50 vorher mit vorbestimmten Größen a eingestellt; die Zwischenräume zwischen den Mittelelektroden 47 und den jeweiligen Mittelelektroden 51 sind vorher mit den Größen b eingestellt, die beispielsweise zweimal die Zwischenraumgrößen a sind; und die Zwischenräume zwischen den rechten Elektroden 48 und den jeweiligen rechten Elektroden 52 sind mit den Größen c vorher eingestellt, die dreimal die Zwischenraumgrößen a sind. Daher sind diese Zwischenraumgrößen eingestellt, so daß die Größen b und a sukzessive kleiner werden, von den größten Zwischenraumgrößen c aus.
Beispielsweise sind sechs Haltevorrichtungen 54 vorgesehen, um von dem Substrat 42 an Positionen benachbart zu ihren jeweiligen Antriebselektroden 50 bis 52 vorzustehen. Wenn die Betätigungsvorrichtung 41 nicht in Betrieb ist, sind die Haltevorrichtungen 54 beispielsweise in Kontakt mit Seitenoberflächen der Antriebselektroden 50 bis 52 in der x-Achsen-Richtung. Die Anschlagvorrichtungen 54 beschränken die Verschiebung der Antriebselektroden 50 bis 52 in der Richtung des Pfeils x1, der in 10 gezeigt ist, zu den beweglichen Elektroden 46 bis 48, von wo dieselben positioniert sind, wenn die Betätigungsvorrichtung 1 nicht in Betrieb ist. Die Anschlagvorrichtungen 54 ermöglichen es außerdem, daß die Antriebselektroden 50 bis 52 durch die jeweiligen beweglichen Elektroden 46 bis 48 in der Richtung des Pfeils x2 gedrückt und bewegt werden. Die Enden der Haltevorrichtungen 54 sind mit Antriebselektrodentrageabschnitten 49 verbunden.
Die elektrostatische Betätigungsvorrichtung 41 des vierten Ausführungsbeispiels weist die oben beschriebene Struktur auf. Nachfolgend wird der Betrieb derselben beschrieben.
Zunächst, wie es in 10 gezeigt ist, wenn eine Spannung zwischen den beweglichen Elektroden 46 bis 48 und den jeweiligen Antriebselektroden 50 bis 52 angelegt wird, werden die linken beweglichen Elektroden 46 durch eine elektrostatische Kraft zuerst an die jeweiligen Antriebselektroden 50 angezogen. Aus diesem Grund wird das bewegliche Bauglied 44 in der Richtung des Pfeils x2 um einen Betrag verschoben, der den Größen a der Zwischenräume zwischen den beweglichen Elektroden 46 und 46 und den jeweiligen beweglichen Elektroden 50 und 50 entspricht, so daß die beweglichen Elektroden 46 durch die isolierenden Filme 53 in Kontakt mit den jeweiligen Antriebselektroden 50 kommen, deren Verschiebung durch die jeweiligen Anschlagvorrichtungen 50 in der Richtung von Pfeil x1 beschränkt ist.
Wie es in 13 gezeigt ist, sind dadurch die Zwischenraumgrößen zwischen den Mittelelektroden 47 und 47 und den jeweiligen Mittelelektroden 51 und 51 auf Größen a reduziert, die in 13 gezeigt sind, und die beweglichen Elektroden 47 werden durch eine elektrostatische Kraft an die jeweiligen Antriebselektroden 51 angezogen, so daß das bewegliche Bauglied 44 in der Richtung von Pfeil x2 um einen Betrag getrieben wird, der den Zwischenraumgrößen a zwischen den Elektroden 47 und 47 und den jeweiligen Elektroden 51 und 51 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt sind die linken Antriebselektroden 50 bezüglich der Antriebselektrodenbefestigungsabschnitte 49 gebogen und deformiert, indem dieselben durch die jeweiligen beweglichen Elektroden 46 gedrückt und bewegt werden, so daß diese Elektroden 46 und 46 und 50 und 50 zusammen in der Richtung von Pfeil x2 weg von den Anschlagvorrichtungen 54 verschoben werden.
Da die Zwischenraumgrößen zwischen den rechten Elektroden 48 und 48 und den jeweiligen rechten Elektroden 52 und 52 auf Zwischenraumgrößen a reduziert sind, und zwischen denselben eine elektrostatische Kraft erzeugt wird, wird das bewegliche Bauglied 44 folglich weiter um einen Betrag in der Richtung von Pfeil x2 verschoben, der den Zwischenraumgrößen a zwischen den Elektroden 48 und 48 und den jeweiligen Elektroden 52 und 52 entspricht, während dasselbe die Antriebselektroden 50 und 50 und 51 und 51 biegt und deformiert. Daher kann das bewegliche Bauglied 44 horizontal stark verschoben werden, um einen Betrag, der den Zwischenraumgrößen c entspricht, von wo dasselbe positioniert ist, wenn die Betätigungsvorrichtung 1 nicht in Betrieb ist, was angezeigt ist durch einen abwechselnden langen und zwei kurze Striche in 14, zu dessen maximal verschobener Position, die durch eine durchgezogene Linie in 14 angezeigt ist.
Folglich kann auch die Betätigungsvorrichtung 41 des vierten Ausführungsbeispiels, die eine solche Struktur aufweist, im wesentlichen die gleichen Betriebsvorteile liefern wie diejenigen, die durch das erste Ausführungsbeispiel geliefert werden. Da die Betätigungsvorrichtung 41 beispielsweise zwei Sätze von flexibel deformierbaren drei Antriebselektroden 50 bis 52 umfaßt, können die Antriebselektroden 50 und 50 und 51 und 51 insbesondere in dem vierten Ausführungsbeispiel mit dem beweglichen Bauglied 44 verschoben werden, indem dieselben gebogen und deformiert werden, indem sie durch die jeweiligen beweglichen Elektroden 46 und 46 und 47 und 47 gedrückt und bewegt werden. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, eine Mehrzahl von Antriebselektrodentrageabschnitten, Antriebsverbindungsbalken usw. zu verwenden, so daß die Struktur der Antriebselektrodenbefestigungsabschnitte 49, usw. vereinfacht wird.
15 bis 22 stellen ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das spezielle Merkmal des fünften Ausführungsbeispiels ist eine Struktur, die ein bewegliches Bauglied in der vertikalen Richtung verschiebt. Komponententeile einer Betätigungsvorrichtung des fünften Ausführungsbeispiels, die denjenigen der Betätigungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nachfolgend nicht beschrieben.
Eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung 61 und ein isolierendes Substrat 62, die den Körper der elektrostatischen Betätigungsvorrichtung 61 bilden, sind vorgesehen. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte 63, ein bewegliches Bauglied 64, bewegliche Verbindungsbalken 65, eine bewegliche Elektrode 66, usw., die später beschrieben werden, an dem Substrat 62 gebildet, beispielsweise durch Verwenden eines Siliziummaterials, das einen niedrigen Widerstand aufweist und das elektrisch leitfähig ist. Das Substrat 62 ist angeordnet, so daß es sich horizontal in zwei der folgenden Richtungen erstreckt: x-Achsen-Richtung, y-Achsen-Richtung und der z-Achsen-Richtung, die orthogonal zueinander sind, wie z. B. in die x-Achsen-Richtung und die y-Achsen-Richtung, und vertikal in der x-Achsen-Richtung.
Beispielsweise sind zwei bewegliche Baugliedbefestigungsabschnitte 63 an dem Substrat 62 vorgesehen. Wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte 63 an beiden Seiten des beweglichen Bauglieds 64 in der x-Achsen-Richtung angeordnet.
Das bewegliche Bauglied 64 ist zwischen den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitten 63 angeordnet. Wie es in 15 bis 18 gezeigt ist, ist das bewegliche Bauglied 64 einstückig als eine rechteckige flache Platte gebildet, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt, und weist eine Vorderoberfläche 64A und eine Rückoberfläche 64B auf. Die Rückoberfläche 64B des beweglichen Bauglieds 64 liegt dem Substrat 62 gegenüber, mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der vertikalen Richtung (d. h. der z-Achsen-Richtung).
Vier bewegliche Verbindungsbalken 65, die sowohl an der linken als auch der rechten Seite des beweglichen Bauglieds 64 angeordnet sind, weisen gebogene Formen auf, beinahe wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels, sind aber in der z-Achsen-Richtung bezüglich der Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte 63 flexibel biegbar. Beide Seiten des beweglichen Bauglieds 64 in der x-Achsen-Richtung sind mit den jeweiligen Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitten 63 durch zwei bewegliche Verbindungsbalken 65 verbunden. Diese Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte 63 und beweglichen Verbindungsbalken 65 bilden eine Balkenstruktur, die sowohl die linke als auch die rechte Seite des beweglichen Bauglieds 64 trägt, so daß das bewegliche Bauglied 64 in der z-Achsen-Richtung verschoben werden kann.
Die bewegliche Elektrode 66, die an der Oberfläche 64a des beweglichen Bauglieds 64 vorgesehen ist, wird durch einen Oberflächenabschnitt des beweglichen Bauglieds 64 gebildet, der beispielsweise aus einem Siliziummaterial mit einem niedrigen Widerstand gebildet ist. Ein isolierender Film 67, der beispielsweise aus einem isolierenden Material, wie z. B. Siliziumoxidmaterial oder Siliziumnitridmaterial gebildet ist, ist zum Isolieren der Bereiche zwischen der beweglichen Elektrode 66 und den Antriebselektroden 71 bis 73 (die nachfolgend beschrieben werden) an der Oberfläche 64A des beweglichen Bauglieds 64 vorgesehen.
Eine Antriebselektrodenbefestigungsplatte 68, die als ein Antriebselektrodenbefestigungsbauglied dient, ist durch zwei Befestigungsplattentrageabschnitte 69 an dem Substrat 62 befestigt. Die Antriebselektrodenbefestigungsplatte 68 ist beispielsweise aus einem Siliziummaterial oder einem Glasmaterial gebildet, weist eine rechteckige Form auf, die beinahe wie die Form des Substrats 62 ist, und liegt der Vorderoberfläche 64A des beweglichen Bauglieds 64 gegenüber, mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der vertikalen Richtung. Antriebselektrodenbefestigungsabschnitte 70, Antriebselektroden 71 bis 73, Anschlagvorrichtungen 74, usw. sind an der Rückoberflächenseite der Antriebselektrodenbefestigungsplatte 68 gebildet, beispielsweise unter Verwendung eines Siliziummaterials mit einem niedrigen Widerstand.
Beispielsweise weisen zwei Elektrodenbefestigungsabschnitte 70, die von der Rückoberflächenseite der Antriebselektrodenbefestigungsplatte 68 vorstehen, längliche rechteckige Formen auf, die sich in der x-Achsen-Richtung erstrecken, und sind an beiden Seiten des beweglichen Bauglieds 64 in der y-Achsen-Richtung angeordnet.
Wie es in 17 und 18 gezeigt ist, sind die Mehrzahl von Antriebselektroden 71 bis 73 an ihren jeweiligen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitten 70 vorgesehen, wobei die Antriebselektroden 72 und 72 und 73 und 73 an beiden Seiten der jeweiligen Antriebselektroden 71 und 71 gebildet sind, die in der Mitte in der x-Achsen-Richtung angeordnet sind. Diese Antriebselektroden 71 bis 73 sind in einer Linie in der Form im wesentlichen einer V-Form angeordnet, mit Zwischenräumen zwischen denselben in der x-Achsen- und der z-Achsen-Richtung.
Die Antriebselektroden 71 bis 73 sind als längliche Flachplatten gebildet, die die Form von Blattfedern aufweisen, die in der z-Achsen-Richtung dünn sind; und stehen von den Antriebselektrodenbefestigungsabschnitten 70, die an der Vorder- und Rückseite angeordnet sind, horizontal zu der Mitte des beweglichen Bauglieds 64 vor. Diese vorstehenden Enden sind in der z-Achsen-Richtung (Plattendickerichtung) flexibel deformierbar, indem dieselben durch die bewegliche Elektroden 66 gedrückt und bewegt werden.
Die Antriebselektroden 71 und 73 liegen der beweglichen Elektrode 66 gegenüber, mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der z-Achsen-Richtung (d. h. der Richtung, in der das bewegliche Bauglied 64 verschoben wird).
Wenn die Betätigungsvorrichtung 61 nicht in Betrieb ist, wie es in 19 gezeigt ist, sind wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Zwischenräume zwischen den mittleren Antriebselektroden 71 und der beweglichen Elektrode 66 im voraus mit vorbestimmten Größen a eingestellt; die Zwischenräume zwischen den Antriebselektroden 72 und der beweglichen Elektrode 66 sind mit Größen b eingestellt, die beispielsweise zweimal die Zwischenraumgrößen a sind; und die Zwischenräume zwischen den Antriebselektroden 73 und der beweglichen Elektrode 66 sind im voraus mit Größen c eingestellt, die dreimal die Zwischenraumgrößen a sind. Daher sind diese Zwischenraumgrößen eingestellt, so daß die Größen b und a ausgehend von den größten Zwischenraumgrößen c sukzessive kleiner werden.
Die Anschlagvorrichtungen 74 stehen von den jeweiligen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitten 70 an Positionen vor, die benachbart zu den jeweiligen Antriebselektroden 71 bis 73 sind. Wenn die Betätigungsvorrichtung 71 nicht in Betrieb ist, sind diese Anschlagvorrichtungen 74 in Kontakt mit den Rückoberflächen der jeweiligen Antriebselektroden 71 bis 73, die dem beweglichen Bauglied 64 zugewandt sind. Die Anschlagvorrichtungen 74 beschränken die Verschiebung der Antriebselektroden 71 bis 73 in der Richtung des Pfeils z1, der in 19 gezeigt ist, zu der beweglichen Elektrode 66 von wo die Antriebselektroden 71 bis 73 positioniert sind, wenn die Betätigungsvorrichtung 61 nicht betrieben wird, und ermöglichen es, daß die Antriebselektroden 71 bis 73 durch die bewegliche Elektrode 66 in der Richtung des Pfeils z2 gedrückt und bewegt werden.
Die elektrostatische Betätigungsvorrichtung 61 des fünften Ausführungsbeispiels weist die oben beschriebene Struktur auf. Nachfolgend wird der Betrieb derselben beschrieben.
Zunächst, wie es in 19 gezeigt ist, wenn eine Spannung zwischen die bewegliche Elektrode 66 und die Antriebselektroden 71 bis 73 angelegt ist, wird die bewegliche Elektrode 66 zunächst durch eine elektrostatische Kraft an die mittlere Antriebselektrode 71 angezogen. Daher wird das bewegliche Bauglied 64 in der Richtung des Pfeils z2 um einen Betrag verschoben, der den Zwischenraumgrößen a zwischen der Elektrode 66 und den Elektroden 71 entspricht. Dann kommt die bewegliche Elektrode 66 durch die isolierende Schicht 67 in Kontakt mit den Antriebselektroden 71, deren Verschiebung in der Richtung von Pfeil z1 durch die Anschlagvorrichtungen 74 beschränkt ist.
Dadurch sind die Zwischenraumgrößen zwischen der beweglichen Elektrode 66 und den Antriebselektroden 72 auf Zwischenraumgrößen a reduziert, wie es in 20 gezeigt ist, und die bewegliche Elektrode 66 wird durch eine elektrostatische Kraft an die Antriebselektroden 72 angezogen. Daher, wie es in 21 gezeigt ist, wird das bewegliche Bauglied 64 weiter um einen Betrag in die Richtung des Pfeils z2 getrieben, der den Zwischenraumgrößen a zwischen der Elektrode 66 und den Elektroden 72 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt sind die Mittelelektroden 71 bezüglich der Antriebselektrodenbefestigungsabschnitte 70 gebogen und deformiert, indem dieselben durch die bewegliche Elektrode 66 gedrückt und bewegt werden, so daß die Elektroden 66 und 72 und 72 zusammen in der Richtung von Pfeil z2 weg von den Anschlagvorrichtungen 74 verschoben werden.
Folglich sind die Zwischenraumgrößen zwischen der beweglichen Elektrode 66 und den Antriebselektroden 73 auf Zwischenraumgrößen a reduziert, und zwischen denselben wird eine elektrostatische Kraft erzeugt. Daher wird das bewegliche Bauglied 64 weiter in der Richtung von Pfeil z2 um einen Betrag verschoben, der den Zwischenraumgrößen a zwischen der Elektrode 66 und den Elektroden 73 und 73 entspricht, während derselbe die Antriebselektroden 71 und die Antriebselektroden 72 biegt und deformiert.
Daher kann das bewegliche Bauglied 64 in der vertikalen Richtung stark verschoben werden, um einen Betrag, der der Zwischenraumgröße entspricht, von wo dasselbe positioniert ist, wenn die Betätigungsvorrichtung 1 nicht in Betrieb ist, die angezeigt ist durch einen abwechselnd langen und zwei kurze Striche in 22, zu der maximal verschobenen Position desselben, die in 22 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist.
Folglich kann sogar die Betätigungsvorrichtung 61 des fünften Ausführungsbeispiels, die eine solche Struktur aufweist, im wesentlichen die gleichen Betriebsvorteile aufweisen wie diejenigen, die durch das erste und vierte Ausführungsbeispiel geliefert werden. Da die bewegliche Elektrode 66 und die Antriebselektroden 71 und 73 einander gegenüberliegen, mit Zwischenräumen der Größe a, b und c zwischen denselben in der z-Achsen-Richtung, kann das bewegliche Bauglied 64 insbesondere bei dem fünften Ausführungsbeispiel stark verschoben werden, senkrecht zu dem Substrat 62 in der z-Achsen-Richtung. Daher kann beispielsweise ein variabler Kondensator mit großen Änderungen des Betrags der elektrostatischen Kapazität ohne weiteres gebildet werden. Da außerdem die bewegliche Elektrode 66 unter Verwendung eines Oberflächenabschnitts des beweglichen Bauglieds 64 gebildet werden kann, können die Struktur und der Prozeß des Bildens der beweglichen Elektrode 66 vereinfacht werden.
23 stellt ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das spezielle Merkmal des sechsten Ausführungsbeispiels ist eine Struktur, die einen variablen Kondensator zwischen einem Substrat und einem beweglichen Bauglied umfaßt. Komponententeile einer Betätigungsvorrichtung des sechsten Ausführungsbeispiels, die denjenigen der Betätigungsvorrichtung des fünften Ausführungsbeispiels entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nachfolgend nicht beschrieben.
Wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel umfaßt eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung 81 des sechsten Ausführungsbeispiels ein Substrat 62, eine Antriebselektrodenbefestigungsplatte 68, einen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt 70, Antriebselektroden 71 bis 73, Anschlagvorrichtungen 74, Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte 82, ein bewegliches Bauglied 83 und einen beweglichen Verbindungsbalken 84. Der linke und rechte Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt 82 und der bewegliche Verbindungsbalken 84 tragen das bewegliche Bauglied 83 sowohl an der linken als auch der rechten Seite desselben, so daß dasselbe in der z-Achsen-Richtung verschoben werden kann.
Die Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte 82, das bewegliche Bauglied 83, der bewegliche Verbindungsbalken 84, usw. sind beispielsweise aus einem isolierenden dielektrischen Material gebildet, wie z. B. einem Siliziummaterial, das einen hohen Widerstand aufweist. Eine bewegliche Elektrode 85 (die nachfolgend beschrieben wird) ist an einer Vorderoberfläche 82A des beweglichen Bauglieds 83 vorgesehen, und ein variabler Kondensator 87 (nachfolgend beschrieben) ist an einer Rückoberfläche 83B des beweglichen Bauglieds 83 vorgesehen.
Die bewegliche Elektrode 85, die an der Vorderoberfläche 83A des beweglichen Bauglieds 83 vorgesehen ist, wird durch Verarbeiten, wie z. B. Ätzen, eines Metallfilms gebildet, der beispielsweise aus Aluminium, Gold, Chrom oder Titan gebildet ist. Unter Verwendung des Metallfilms wird derselbe durch einen Verdrahtungsabschnitt 85A mit der Außenseite verbunden, der an den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitten 82 und dem beweglichen Verbindungsbalken 84 vorgesehen ist.
Ein isolierender Film 86 ist an der Seite der Vorderoberfläche 83A des beweglichen Bauglieds 83 vorgesehen, und die bewegliche Elektrode 85 liegt den Antriebselektroden 71 bis 73 durch den isolierenden Film 86 gegenüber. Wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel wird bei der Betätigungsvorrichtung 81 das bewegliche Bauglied 82 durch Anlegen einer Spannung zwischen der beweglichen Elektrode 85 und den Antriebselektroden 71 bis 73 vertikal stark verschoben.
Der variable Kondensator 87 ist zwischen dem Substrat 62 und der Rückoberfläche 83B des beweglichen Bauglieds 83 vorgesehen und umfaßt zwei Substratseitenelektroden 88 und eine Bewegliches-Bauglied-Seitenelektrode 89. Die Elektroden 88 sind an der Vorderoberfläche des Substrats 62 angeordnet, um durch einen Zwischenraum voneinander getrennt zu sein, und sind durch jeweilige Verdrahtungsabschnitte 88A, usw. mit der Außenseite verbunden. Die Elektrode 89 ist an der Rückoberfläche 83B des beweglichen Bauglieds 83 angeordnet und liegt den Elektroden 88 gegenüber.
Die Elektroden 88 bilden zwei Parallelplattenkondensatoren, die durch die Elektrode 89 in Reihe geschaltet sind. Die elektrostatischen Kapazitäten derselben ändern sich gemäß dem Zwischenraum zwischen den Elektroden 88 und der Elektrode 89, wenn das bewegliche Bauglied 83 in der z-Achsen-Richtung verschoben wird.
Folglich kann auch die Betätigungsvorrichtung 81 des sechsten Ausführungsbeispiels, die eine solche Struktur aufweist, im wesentlichen die gleichen Betriebsvorteile aufweisen wie diejenigen, die durch das erste und fünfte Ausführungsbeispiel geliefert werden. Da das bewegliche Bauglied 83 stark in der z-Achsen-Richtung bezüglich des Substrats 62 verschoben werden kann, kann bei dem sechsten Ausführungsbeispiel insbesondere die elektrostatische Kapazität des variablen Kondensators 87 über einen großen Bereich geändert werden, gemäß dem Zwischenraum zwischen dem beweglichen Bauglied 83 und dem Substrat 62, wodurch es möglich gemacht wird, ohne weiteres einen variablen Kondensator mit einer hohen Leistungsfähigkeit zu bilden. Durch Bilden des Substrats 62 und des beweglichen Bauglieds 83 unter Verwendung von beispielsweise einem Material mit einem geringen dielektrischen Verlust an einer Hochfrequenzregion von beispielsweise einer extrem hohen Frequenzwelle, kann ein variabler Kondensator mit niedrigem Verlust, der einen hohen Q-Wert (Güte) aufweist, realisiert werden.
Obwohl die Betätigungsvorrichtung bei einigen der Ausführungsbeispiele beispielsweise zwei Sätze von drei Antriebselektroden 14 bis 16 (oder 50 bis 52 oder 71 bis 73) umfaßt, ist die Anzahl von Antriebselektroden bei der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, so daß dieselbe beispielsweise Sätze von zwei oder vier oder mehr Antriebselektroden umfassen kann, und auch bewegliche Elektroden, die denselben entsprechen.
Wenn in diesem Fall bei dem ersten Ausführungsbeispiel beispielsweise zwei Antriebselektroden verwendet werden, ist ein Antriebselektrodentrageabschnitt mit einem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt verbunden, und die Antriebselektroden sind an dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt bzw. dem Antriebselektrodentrageabschnitt vorgesehen.
Obwohl bei den Ausführungsbeispielen die isolierenden Filme 17, 53, 67 und 86 als isolierende Abschnitte vorgesehen sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können isolierende Vorsprünge zum Verhindern, daß die beweglichen Elektroden und die Antriebselektroden in direkten Kontakt miteinander kommen, vorgesehen sein.
Obwohl bei dem vierten bis sechsten Ausführungsbeispiel Anschlagvorrichtungen 54 und Anschlagvorrichtungen 74 für die jeweiligen Antriebselektroden 50 bis 52 und 71 bis 73 vorgesehen sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Diese Anschlagvorrichtungen 54 und Anschlagvorrichtungen 74 können ausgelassen werden.
Obwohl bei dem vierten Ausführungsbeispiel das bewegliche Bauglied 44 auf eine einseitig eingespannte Weise getragen wird und die beweglichen Bauglieder 64 und 83 in dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel an beiden Seiten getragen werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel kann das bewegliche Bauglied an beiden Seiten getragen werden, und bei dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel können die beweglichen Bauglieder 64 und 63 auf eine einseitig eingespannte Weise getragen werden.
Wie es oben näher beschrieben wurde, ist die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut, so daß ein oder eine Mehrzahl von Antriebselektrodentrageabschnitten, die durch einen oder mehrere Antriebsverbindungsbalken mit einem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt verbunden sind, so daß sich eine oder die Mehrzahl der Antriebselektroden vor und zurück von dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt bewegen kann, an dem Substrat angeordnet sind, wobei die Antriebselektroden und beweglichen Elektroden einander gegenüberliegen. Dadurch kann das bewegliche Bauglied aufeinanderfolgend durch die Herstellung einer elektrostatischen Kraft zwischen einer Mehrzahl von Sätzen der beweglichen Elektroden und der Antriebselektroden angetrieben werden. Hier können die Antriebselektroden durch den/die Antriebsverbindungsbalken, usw. mit dem beweglichen Bauglied verschoben werden. Selbst wenn die Spannung der Antriebsleistungsversorgung nicht besonders groß ist, werden daher die Beträge, um den das bewegliche Bauglied durch die Mehrzahl von Sätzen von Elektroden verschoben wird, addiert, so daß das bewegliche Bauglied stark verschoben werden kann. Da außerdem das bewegliche Bauglied in ein einstückiges strukturelles Bauglied gebildet werden kann, können die Starrheit und die Resonanzfrequenz des beweglichen Bauglieds ohne weiteres erhöht werden, so daß die Bewegung des beweglichen Bauglieds stabilisiert werden kann, und der Umfang der Anwendung und der Verwendungsbereich der Betätigungsvorrichtung können erhöht werden.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß eine Mehrzahl von Antriebselektroden, die beweglichen Elektroden an einem beweglichen Bauglied gegenüberliegen, und die in der Richtung gebogen und deformiert werden, in der das bewegliche Bauglied verschoben ist, an einem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt vorgesehen ist, kann das bewegliche Bauglied durch eine Mehrzahl von Sätzen der beweglichen Elektroden und der Antriebselektroden sukzessive angetrieben werden und stark verschoben werden. Da die Antriebselektroden mit dem beweglichen Bauglied verschoben werden können, als Folge des Gebogen- und Deformiertwerdens, kann hier die Struktur des Tragens der Antriebselektroden vereinfacht werden. Da außerdem das bewegliche Bauglied in ein einstückiges strukturales Bauglied gebildet werden kann, können die Starrheit und die Resonanzfrequenz des beweglichen Bauglieds ohne weiteres erhöht werden, so daß die Bewegung des beweglichen Bauglieds stabilisiert werden kann.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß die Größen der Zwischenräume zwischen den beweglichen Elektroden und den jeweiligen Antriebselektroden sukzessive kleiner werden, ist es möglich, beispielsweise die Zwischenraumgröße zwischen einem Satz von Elektroden klein zu machen, und die Zwischenraumgröße zwischen den anderen Sätzen von Elektroden größer zu machen als die größte Zwischenraumgröße zwischen Elektroden, die eine Erzeugung einer elektrostatischer Kraft ermöglicht. Da außerdem die beweglichen Bauglieder gemäß diesen Zwischenraumgrößen sukzessive angetrieben werden können, kann der Verschiebungsbetrag des beweglichen Bauglieds bei einem großen Wert eingestellt werden.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß Anschlagvorrichtungen für die Antriebselektroden an dem Substrat vorgesehen sind, ist es möglich, eine Reduzierung des Verschiebungsbetrags des beweglichen Bauglieds zu beschränken, wenn die Antriebselektroden durch eine elektrostatische Kraft zu den beweglichen Elektroden verschoben werden. Außerdem können sich die Antriebselektroden von den jeweiligen Anschlagvorrichtungen weg bewegen, indem dieselben durch die jeweiligen beweglichen Elektroden gedrückt und bewegt werden, so daß dieselben mit dem beweglichen Bauglied verschoben werden können.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß der Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt und der oder die beweglichen Verbindungsbalken eine einseitig eingespannte Balkenstruktur bilden, kann das bewegliche Bauglied an einer Seite desselben durch den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt und den oder die beweglichen Verbindungsbalken getragen werden, so daß die Struktur zum Tragen des beweglichen Bauglieds vereinfacht werden kann.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte und die beweglichen Verbindungsbalken eine Balkenstruktur zum Tragen von beiden Seiten des beweglichen Bauglieds bilden, kann das bewegliche Bauglied an beiden Seiten durch zwei Sätze von Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitten und beweglichen Verbindungsbalken auf stabile Weise getragen werden, so daß das bewegliche Bauglied daran gehindert werden kann, sich in der horizontalen Richtung oder der vertikalen Richtung zu neigen.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß das bewegliche Bauglied horizontal entlang dem Substrat verschoben wird, kann das bewegliche Bauglied horizontal stark verschoben werden, so daß die Betätigungsvorrichtung in der Größe in der vertikalen Richtung reduziert werden kann.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß ein bewegliches Bauglied, das vertikal verschoben werden kann, an einem Substrat angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Antriebselektroden, die einer beweglichen Elektrode gegenüberliegen, mit vertikalen Zwischenräumen zwischen denselben, und die in der vertikalen Richtung gebogen und deformiert werden, an einem Antriebselektrodenbefestigungsbauglied angeordnet sind, kann das bewegliche Bauglied durch eine Mehrzahl von Sätzen der beweglichen Elektrode und der Antriebselektroden sukzessive angetrieben und stark in der vertikalen Richtung verschoben werden. Da die Antriebselektroden lediglich als Folge des Gebogen- und Deformiertwerdens mit dem beweglichen Bauglied verschoben werden können, kann beispielsweise hier die Struktur zum Tragen der Antriebselektroden vereinfacht werden. Da das bewegliche Bauglied außerdem in ein einstückiges strukturelles Bauglied gebildet werden kann, können die Starrheit und Resonanzfrequenz des beweglichen Bauglieds ohne weiteres erhöht werden, so daß die Bewegung des beweglichen Bauglieds stabilisiert werden kann.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß die bewegliche Elektrode durch einen Abschnitt des beweglichen Bauglieds gebildet ist, das aus einem leitfähigen Material gebildet ist, können die Struktur der beweglichen Elektrode und die Schritte zum Bilden der beweglichen Elektroden vereinfacht werden.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß die bewegliche Elektrode an der Vorderoberfläche des beweglichen Bauglieds vorgesehen ist, das aus einem isolierenden Material gebildet ist, und ein variabler Kondensator zwischen dem Substrat und der Rückoberfläche des beweglichen Bauglieds vorgesehen ist, bildet die elektrostatische Betätigungsvorrichtung einen variablen Kondensator. Da außerdem das bewegliche Bauglied stark in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat verschoben wird, kann die elektrostatische Kapazität des variablen Kondensators ohne weiteres über einen großen Bereich geändert werden, so daß die Leistungsfähigkeit der Betätigungsvorrichtung als ein variabler Kondensator erhöht ist.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß die Zwischenraumgrößen zwischen der beweglichen Elektrode und den Antriebselektroden sukzessive kleiner eingestellt werden, selbst wenn beispielsweise die Zwischenraumgröße zwischen einigen der Elektroden größer ist als die maximale Zwischenraumgröße zwischen Elektroden, was es ermöglicht, daß eine elektrostatische Kraft erzeugt wird, ist es möglich, das bewegliche Bauglied sukzessive von der Seite der Elektroden anzutreiben, die durch den kleinsten Zwischenraum getrennt sind, so daß das bewegliche Bauglied stark verschoben werden kann.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß Anschlagvorrichtungen für die Antriebselektroden an einem Antriebselektrodentrageabschnitt vorgesehen sind, ist es möglich, eine Reduzierung des Betrags zu beschränken, durch den das bewegliche Bauglied verschoben wird, wenn die Antriebselektroden die bewegliche Elektrode anziehen. Außerdem können die Antriebselektroden mit dem beweglichen Bauglied verschoben werden, indem dieselben durch die bewegliche Elektrode gedrückt und bewegt werden.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte und bewegliche Verbindungsbalken eine Balkenstruktur bilden, die beide Seiten des beweglichen Bauglieds trägt, kann das bewegliche Bauglied horizontal gehalten werden, durch zwei Sätze der Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitte und der beweglichen Verbindungsbalken, so daß das bewegliche Bauglied in diesem Zustand auf stabile Weise in der vertikalen Richtung verschoben werden kann.
Da die Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, so daß ein isolierender Abschnitt zwischen der beweglichen Elektrode und den Antriebselektroden vorgesehen ist, ist es möglich, zuverlässig zu verhindern, daß zwischen der beweglichen Elektrode und den Antriebselektroden, die durch die elektrostatische Kraft zueinander gezogen werden, ein Kurzschluß auftritt.

Claims

Elektrostatische Betätigungsvorrichtung (1; 21; 31), die folgende Merkmale umfaßt: ein Substrat (2; 22; 32); einen Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (3), der an dem Substrat (2; 22; 32) angeordnet ist; ein bewegliches Bauglied (4), das von dem Substrat (2; 22; 32) beabstandet ist; einen beweglichen Verbindungsbalken (5, 24), der das bewegliche Bauglied (4) mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (3) verbindet, so daß das bewegliche Bauglied (4) auf den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (3) zu und von demselben weg verschiebbar ist; eine Mehrzahl von beweglichen Elektroden (6, 7, 8), die an dem beweglichen Bauglied (4) angeordnet sind, und voneinander in einer Richtung beabstandet sind, in der das bewegliche Bauglied (4) verschoben wird; einen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (9), der an dem Substrat (2; 22; 32) angeordnet ist; einen oder eine Mehrzahl von Antriebselektrodentrageabschnitten (10, 11), die mit dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (9) in der Richtung ausgerichtet sind, in der das bewegliche Bauglied (4) verschoben wird; eine Mehrzahl von Antriebsverbindungsbalken (12, 13), die den Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (9) und einen Antriebselektrodentrageabschnitt (10) verbinden, und die benachbarte Antriebselektrodentrageabschnitte (10, 11) verbinden, so daß der Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (9) und der eine Antriebselektrodentrageabschnitt (10) und die benachbarten Antriebselektrodentrageabschnitte (10, 11) aufeinander zu und voneinander weg verschiebbar sind; und eine Mehrzahl von Antriebselektroden (14, 15, 16), die an dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (10, 11) und dem Antriebselektrodentrageabschnitt angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Antriebselektroden (14, 15, 16) den jeweiligen beweglichen Elektroden (6, 7, 8) gegenüberliegen, mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Richtung, in der das bewegliche Bauglied (4) verschoben wird.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung (41), die folgende Merkmale umfaßt: ein Substrat (42); einen Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (43), der an dem Substrat (42) angeordnet ist; ein bewegliches Bauglied (44), das von dem Substrat (42) beabstandet ist; einen beweglichen Verbindungsbalken (45), der das bewegliche Bauglied (44) mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (43) verbindet, so daß das bewegliche Bauglied (44) auf den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (43) zu und von demselben weg verschiebbar ist; eine Mehrzahl von beweglichen Elektroden (46, 47, 48), die an dem beweglichen Bauglied (44) angeordnet sind, und voneinander in einer Richtung beabstandet sind, in der das bewegliche Bauglied (44) verschoben wird; einen Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (49), der an dem Substrat (42) angeordnet ist; und eine Mehrzahl von Antriebselektroden (50, 51, 52), die an dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (49) angeordnet sind, so daß dieselben durch Biegen in der Richtung, in der das bewegliche Bauglied (44) verschoben wird, deformierbar sind, wobei die Mehrzahl von Antriebselektroden (50, 51, 52) den jeweiligen beweglichen Elektroden (46, 47, 48) gegenüberliegen, mit Zwischenräumen zwischen denselben in der Richtung, in der das bewegliche Bauglied (44) verschoben wird.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Größen der Zwischenräume zwischen den beweglichen Elektroden (6, 7, 8; 46, 47, 48) und den jeweiligen Antriebselektroden (14, 15, 16; 50, 51, 52) sukzessive kleiner eingestellt sind.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner Anschlagvorrichtungen (18) umfaßt, die an dem Substrat (22) angeordnet sind, zum Beschränken der Verschiebung der Antriebselektroden (14, 15, 16) zu den jeweiligen beweglichen Elektroden (6, 7, 8) und zum Ermöglichen, daß die Antriebselektroden durch die jeweiligen beweglichen Elektroden gedrückt und bewegt werden.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das bewegliche Bauglied (4; 44) durch den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (3; 43) durch den beweglichen Verbindungsbalken (5; 24) in einer einseitig eingespannten Weise getragen wird.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das bewegliche Bauglied (4) durch den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (3) durch den beweglichen Verbindungsbalken (5, 45) an beiden Seiten derselben getragen wird.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das bewegliche Bauglied (4; 44) in der horizontalen Richtung entlang dem Substrat (2; 22; 32; 42) verschoben wird.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung (61), die folgende Merkmale umfaßt: ein Substrat (62), das sich horizontal erstreckt; einen Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (63), der an dem Substrat (62) angeordnet ist; ein bewegliches Bauglied (64) mit einer Vorderoberfläche (64A) und einer Rückoberfläche (64B), wobei die Rückoberfläche (64B) des beweglichen Bauglieds (64) dem Substrat (62) gegenüberliegt, mit einem Zwischenraum zwischen denselben in der vertikalen Richtung; einen beweglichen Verbindungsbalken (65), der das bewegliche Bauglied (64) mit dem Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (63) verbindet, so daß das bewegliche Bauglied (64) in der vertikalen Richtung verschiebbar ist; eine bewegliche Elektrode (66), die an der Vorderoberfläche (64A) des beweglichen Bauglieds (64) angeordnet ist; ein Antriebselektrodenbefestigungsbauglied (68), das an dem Substrat (62) befestigt ist, und der Vorderoberflächenseite (64A) des beweglichen Bauglieds (64) gegenüberliegend mit einem Abstand zwischen denselben angeordnet ist; ein Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (70), der an dem Antriebselektrodenbefestigungsbauglied (68) angeordnet ist; und eine Mehrzahl von Antriebselektroden (71, 72, 73), die an dem Antriebselektrodenbefestigungsabschnitt (70) angeordnet sind, um durch Biegen in der vertikalen Richtung deformierbar zu sein, wobei die Mehrzahl von Antriebselektroden (71, 72, 73) der beweglichen Elektrode (64) gegenüberliegen, mit Zwischenräumen zwischen denselben in der vertikalen Richtung.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung (61) gemäß Anspruch 8, bei der das bewegliche Bauglied (64) aus einem leitfähigen Material gebildet ist, und bei der die bewegliche Elektrode (66) unter Verwendung eines Teils des beweglichen Bauglieds (64) gebildet ist.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung (61) gemäß Anspruch 8, bei der das bewegliche Bauglied (64) aus einem isolierenden Material gebildet ist, wobei die bewegliche Elektrode (66) an der Vorderoberfläche (64A) des beweglichen Bauglieds angeordnet ist, und wobei ein variabler Kondensator zwischen dem Substrat (62) und der Rückoberfläche (64B) des beweglichen Bauglieds (64) angeordnet ist, wobei sich die elektrostatische Kapazität des variablen Kondensators gemäß dem Verschiebungsbetrag des beweglichen Bauglieds (64) in der vertikalen Richtung ändert.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung (61) gemäß Anspruch 8, bei der die Größe der Zwischenräume zwischen der beweglichen Elektrode (64) und den Antriebselektroden (71, 72, 73) sukzessive kleiner eingestellt sind.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung (61) gemäß Anspruch 8, die ferner Anschlagvorrichtungen (74) umfaßt, die an dem Antriebselektrodenbefestigungsbauglied (68) angeordnet sind, zum Beschränken der Verschiebung der Antriebselektroden (71, 72, 73) zu der beweglichen Elektrode (64) und zum Ermöglichen, daß die Antriebselektroden (71, 72, 73) durch die bewegliche Elektrode (66) gedrückt und bewegt werden.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung (61) gemäß Anspruch 8, bei der das bewegliche Bauglied (64) durch den Bewegliches-Bauglied-Befestigungsabschnitt (63) durch den beweglichen Verbindungsbalken (65) an beiden Seiten derselben getragen wird.
Elektrostatische Betätigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der ein isolierender Abschnitt (17; 47) zwischen der beweglichen Elektrode und den Antriebselektroden angeordnet ist, zum Isolieren der Bereiche zwischen den Elektroden.