JPH0646584A

JPH0646584A - マイクロマシン駆動装置

Info

Publication number: JPH0646584A
Application number: JP19547292A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kasahara; 滋雄笠原; Fumio Takei; 文雄武井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】マイクロマシン駆動装置に関し、新しい原理
の、実用性の高いマイクロマシン駆動装置を提供するこ
とを目的とする。【構成】複数の電極１４，１６と、該電極間に注入さ
れた液晶２４と、少なくとも一部が該液晶に接触し、該
液晶への電圧印加による該液晶の状態の変化に応じて動
作する可動部材２６とを備えたことを特徴とするもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロマシンの駆動装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ミリ又はミクロンの領域で作業を
するマイクロマシン（微細機械）の研究開発が行われて
いる。例えば、フォトリソグラフィ技術等の進歩によっ
て、大きさ数ミクロンのモータ、歯車、ピストンが製造
されている。大きさ数ミクロンのモータ、歯車、ピスト
ン等のマイクロマシンは、従来の代表的な機械を参考に
してそれを小型化した構造として設計され、フォトリソ
グラフィ技術等の微細加工技術によって製作されること
ができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】マイクロマシンは、回
転子やピストン等の可動部分とコイルに相当する駆動部
分を有する。駆動部分は可動部分を駆動するが、そのよ
うな微細な可動部分の運動量は小さく、その動作は特殊
器具を使用しなければ確認できない。そのため、ミクロ
ンオーダーのマイクロマシンは、原理的には製造できる
が、実際に製造し、そして特定の用途に使用する段階に
はなかなか達せず、用途が模索されている段階である。
また、従来のマイクロマシンは、動作原理が通常の機械
と同様のままで微細にしたため、非常に小さな動作の制
御が困難であり、実用化にはいたっていない。本発明の
目的は、新しい原理の、実用性の高いマイクロマシン駆
動装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によるマイクロマ
シン駆動装置は、複数の電極１４，１６と、該電極間に
注入された液晶２４と、少なくとも一部が該液晶に接触
し、該液晶への電圧印加による該液晶の状態の変化に応
じて動作する可動部材２６とを備えたことを特徴とする
ものである。

【０００５】

【作用】上記した構成においては、液晶に電圧を印加す
ることにより、液晶の状態が変化し、液晶に振動や対流
等が生じる。従って、液晶に接触している可動部材が液
晶の状態の変化に応じて動作するようになる。この可動
部材の運動を運動源として外部に取り出し、微細モータ
の回転子や微細ピストン等を駆動することができる。

【０００６】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す図である。
このマイクロマシン駆動装置は、一対の対向する基板１
０，１２を有し、この基板１０，１２の内面にそれぞれ
電極１４，１６、及び配向膜１８，２０が形成されてい
る。基板１０，１２は配向膜１８，２０を内側にしてス
ペーサ２２を介して貼り合わせてある。そして、基板１
０，１２及びスペーサ２２に囲まれた領域に液晶２４が
注入されている。さらに、可動部材２６が液晶２４に接
触するように基板１０，１２の間に配置されている。可
動部材２６は外部の部材（図示せず）に接続可能であ
る。

【０００７】実施例においては、基板１０，１２は５０
×６０×１．１mmのガラス基板であり、電極１４，１６
は直径２０mmの丸ベタ透明電極（ＩＴＯ）である。配向
膜１８，２０はこの基板１０，１２の電極１４，１６の
上に３wtパーセントのポリイミド溶液（日産化学工業社
製サンエバ−ＲＮ−７２２）溶液をスピンコータを用い
て２０００rpm の回転数で塗布した後に、２５０℃で３
０分焼成したものである。

【０００８】この基板１０，１２の間に、平均径が５．
５μｍ、長さが５０〜２００μｍのグラスファイバー
と、平均径が４μｍ、長さが５０〜２００μｍのグラス
ファイバーとを混合したものを挿入して基板１０，１２
を貼り合わせた（平均径が４μｍのグラスファイバーは
２０wtパーセント）。平均径が５．５μｍのグラスファ
イバーがスペーサ２２となるものであり、平均径が４μ
ｍのグラスファイバーが可動部材２６となるものであ
る。なお、平均径が４μｍのグラスファイバーは、径が
均一なもの、及び不均一なものを含んでいた。

【０００９】液晶２４は、フッ素系のネマチック液晶
に、カイラルネマチック液晶を３．６wtパーセント混合
した、ネマチック／コレステリック相転移型液晶を使用
した。この液晶２４は、電圧無印加時または低電圧印加
時にはコレステリック相となり、高電圧を印加したとき
には基板１０，１２の基板面に垂直に配向したネマチッ
ク相になる。

【００１０】この液晶パネルの電極１４，１６間に種々
の形体の電圧を印加してみた。例えば、サイン波、ラン
プ波、及び矩形波の電圧を印加し、電圧、周波数に応じ
た、平均径が４μｍのグラスファイバーからなる可動部
材２６の動きを顕微鏡で観察した。平均径が５．５μｍ
のグラスファイバーはスペーサ２２となっているため、
４μｍのグラスファイバーからなる可動部材２６は液晶
２４中で自由に動きうる状態になっている。

【００１１】この状態で、電圧値Ｖppを±５０Ｖにし
て、周波数を０．１〜１KHz の範囲で変化させながら、
４μｍのグラスファイバーからなる可動部材２６の動き
を顕微鏡で観察し続けた。その結果、４μｍのグラスフ
ァイバーからなる可動部材２６は、周波数が６００Hz程
度を中心として数百Hzの範囲内でのみ、運動するが確認
された。そして、４μｍのグラスファイバーからなる可
動部材２６のうち、径が均一なものは並進運動し、径が
不均一のものは回転運動をするのが確認された。従っ
て、可動部材２６の運動を外部の部材に取り出せば、ミ
クロンオーダーの運動機構をもったマイクロマシンを構
成することができる。

【００１２】次に、周波数を６００Hzにして、電圧値Ｖ
ppを０〜１００Ｖの範囲内で変化させたところ、±１８
Ｖ程度から４μｍのグラスファイバーからなる可動部材
２６が回転運動、又は並進運動を初め、Ｖppを大きくす
るのに従って回転数が増加し、運動量が大きくなった。
さらに、径が４μｍで長さが１０μｍ程度のグラスファ
イバーについて回転数を測定したところ、Ｖpp＝２０Ｖ
で回転数が約３０rpm，Ｖpp＝１００Ｖで回転数が約４
００rpm 程度の変化が起こった。

【００１３】図２は本発明の第２実施例を示す図であ
る。この実施例は微細モータに応用したものである。図
１と同様に、電極１４，１６及び配向膜１８，２０を有
する基板１０，１２及びスペーサ２２に囲まれた領域に
は液晶２４が満たされている。可動部材２６は、液晶２
４に接触するように基板１０，１２の間に配置されてい
る。この実施例では、可動部材２６はプロペラ状の形状
を有し、矢印で示されるように、液晶２４の状態が変化
すると回転が誘起されるようになっている。

【００１４】この可動部材２６は軸２６ａを有し、軸２
６ａは基板１０，１２に設けた微小な開口部１０ａ，１
２ａから外部に延びる。従って、この可動部材２６の軸
２６ａが微細モータの回転出力軸になる。この構成にお
いて、両電極間１４，１６に電圧を印加すると、液晶２
４が周波数に応じて振動あるいは対流し、その結果可動
部材２６が回転し、可動部材２６の軸２６ａから回転出
力が取り出される。

【００１５】図３は本発明の第３実施例を示す図であ
る。この実施例は微細ピストンに応用したものである。
図１と同様に、電極１４，１６及び配向膜１８，２０を
有する基板１０，１２及びスペーサ２２に囲まれた領域
には液晶２４が満たされている。可動部材２６は、液晶
２４に接触するように基板１０，１２の間に配置されて
いる。可動部材２６は一定の翼状の形状を有し、矢印で
示されるように、液晶２４の状態が変化すると並進運動
が誘起されるようになっている。

【００１６】この可動部材２６は軸２６ｂを有し、軸２
６ｂは基板１０，１２に設けた微小な開口部１０ａ，１
２ａから外部に延びる。従って、この可動部材２６の軸
２６ｂにピストン可動部分を接続しておくと、微細ピス
トンが得られる。両電極間１４，１６に電圧を印加する
と、液晶２４が周波数に応じて振動あるいは対流し、そ
の結果可動部材２６が並進運動し、可動部材２６の軸２
６ｂから並進出力が取り出される。

【００１７】なお、図２、図３の装置は、露光とエッチ
ングを用いるフォトリソグラフィ技術によって微細に製
造可能である。また、可動部材２６は軸２６ａ又は軸２
６ｂは、基板１０，１２に設けた微小な開口部１０ａ，
１２ａから外部に延びる。このような構造は、可動部材
２６を基板１０，１２間に挿入し、軸２６ａ又は軸２６
ｂが基板１０，１２の開口部１０ａ，１２ａから外部に
突出した状態で、液晶２４を真空注入するとよい。すな
わち、軸２６ａ又は軸２６ｂが突出した基板１０，１２
を真空雰囲気にし、そこで開口部１０ａ，１２ａに液晶
２４を滴下し、そこで基板１０，１２を常圧状態に戻す
ことにより、圧力差及び毛細管現象により液晶２２が基
板１０，１２間に進入する。注入後は、液晶２４のもつ
表面張力のため、液晶２４は洩れずに基板１０，１２間
に保持され、軸受けにもなる。

【００１８】図４は本発明の第４実施例を示す図であ
る。この実施例は光を反射、遮断、又は吸収する光学素
子の一つとしてのマイクロポリゴンミラーに応用したも
のである。図１と同様に、電極１４，１６及び配向膜１
８，２０を有する基板１０，１２及びスペーサ２２に囲
まれた領域には液晶２４が満たされている。可動部材２
６は、液晶２４に接触するように基板１０，１２の間に
配置されている。可動部材２６はプロペラ状の形状を有
し、矢印で示されるように、液晶２４の状態が変化する
と回転が誘起されるようになっている。

【００１９】この可動部材２６は軸２６ａを有し、軸２
６ａは基板１０，１２に設けた微小な開口部１０ａ，１
２ａから外部に延びる。この可動部材２６は多角錐状の
反射面２８を有し、入射光Ａが反射面２８の一つで反射
し、反射光Ｂと進むようになっている。可動部材２６が
回転するにつれて反射面２８の位置が変わることは公知
のポリゴンミラーと同様である。なお、実施例では、基
板１０，１２が透明であり、多角錐状の反射面２８は基
板１０，１２内に設けられているが、多角錐状の反射面
２８を基板１０，１２の外側に設けることもできる。

【００２０】図５は本発明の第５実施例を示す図であ
る。この実施例は光を反射、遮断、又は吸収する光学素
子の一つとしてのマイクロ光スイッチに応用したもので
ある。図１と同様に、電極１４，１６及び配向膜１８，
２０を有する基板１０，１２及びスペーサ２２に囲まれ
た領域には液晶２４が満たされている。可動部材２６
は、液晶２４に接触するように基板１０，１２の間に配
置されている。可動部材２６は一定の翼状の形状を有
し、矢印で示されるように、液晶２４の状態が変化する
と並進運動が誘起されるようになっている。

【００２１】この可動部材２６は傾斜した反射面３０を
有し、入射光Ａが反射面３０で反射し、反射光Ｂとして
進む。可動部材２６が並進運動をするにつれて、実線及
び破線で示されるように、反射光Ｂの光路が切り替わ
る。また、光を反射、遮断、又は吸収する光学素子とし
ては、上記のマイクロポリゴンミラー及びマイクロ光ス
イッチの他に、マイクロチョッパ等とすることもでき
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶をエネルギー伝達源とする新規のマイクロマシン駆
動装置を得ることができ、マイクロマシンの応用に寄与
するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す図である。

【図３】本発明の第３実施例を示す図である。

【図４】本発明の第４実施例を示す図である。

【図５】本発明の第５実施例を示す図である。

【符号の説明】

１０，１２…基板１４，１６…電極２４…液晶２６…可動部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電極（１４，１６）と、該電極間
に注入された液晶（２４）と、少なくとも一部が該液晶
に接触し、該液晶への電圧印加による該液晶の状態の変
化に応じて動作する可動部材（２６）とを備えたマイク
ロマシン駆動装置。
【請求項２】該液晶に印加する電圧の、電圧値、周波
数及び波形の少なくとも一つを変化させることにより、
該可動部材の動作を制御するようにしたことを特徴とす
る請求項１に記載のマイクロマシン駆動装置。
【請求項３】該可動部材が回転運動及び並進運動の少
なくとも一方を行うようにしたことを特徴とする請求項
１に記載のマイクロマシン駆動装置。
【請求項４】該可動部材の一部あるいはそれに接続さ
れた部材が、光を反射、遮断、又は吸収するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシン駆動
装置。