层叠型静电致动器的制作方法

1.本发明涉及层叠型静电致动器。


背景技术：

2.以提供整体形状稳定化，对于输入与输出的关系能够得到较高的再现性，且能够得到较大的静电力和较大的位移的静电致动器作为课题，存在在相互对置的多个平板状的电极夹着通过包含与侧壁连续的空间而减小弹性模量的平板状的电介质并进行层叠一体化，层叠的电极以相互不同地施加第一电位和第二电位的方式电连接，电极间的距离根据电极间的电位而变化的层叠型静电致动器相关的公报公开的技术(专利文献1、图6、7)。
3.专利文献1：日本特开2007－259663号公报
4.然而，已知配置在电极间的电介质采用了
“く
字剖面高分子材料片材”或者“高分子材料软管(圆筒形状)”的层叠型静电致动器由于构造的弯曲弹性模量与材料主体的纵弹性模量(杨氏模量)相比较小，所以能够增大静电力作用给电介质时的变形量。
5.但是，在具有这样的构造的层叠型静电致动器中，有在制造上难以在电极间配置
“く
字构造”或者“圆筒构造”的部件这样的课题。另外，在这些构造中，有不能够得到在某个特定的驱动范围(致动器的驱动范围)柔软地变形，并且，在电极间隔要超过该范围地扩大时急剧地变硬这样的非线性的弹簧特性这样的课题。即，这些构造的弹簧常数在构造完全伸长之前不会较大地变化，另一方面，在完全伸长的状态下与电极的连接部较大地变形，所以有由于应力集中而连接部破损的担心。因此，在以往构造中，行程与产生力处于折衷的关系。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于以简单的构造实现具有在向层叠方向拉伸时，在特定的驱动范围内发挥足够的基于行程和静电引力的收缩力，并且，若要超过驱动范围地扩大电极间隔则急剧地变硬的弹簧特性(以下，称为“合适的非线性弹簧特性”)的层叠型静电致动器。
7.为了解决上述课题，技术方案1所记载的层叠型静电致动器是层叠了多个致动器部(2a、2b、2c)的层叠型静电致动器(1)，
8.上述致动器部构成为具有：
9.第一薄膜(3a1、3b1、3c1)，在一个面以规定图案形成多个第一连接区域(7a1、7b1、7c1)；以及
10.第二薄膜(3a2、3b2、3c2)，是经由上述第一连接区域与上述第一薄膜连接的第二薄膜(3a2、3b2、3c2)，在与该第一薄膜相反侧的面形成了与该第一连接区域的上述图案同一图案的多个第二连接区域(7a2、7b2、7c2)，
11.在从层叠方向(z)观察时，上述第一薄膜以及上述第二薄膜均在相邻的连接区域间形成宽度实质上恒定的非连接区域(15)，
12.上述致动器部的上述第一连接区域与该致动器部的上述第二连接区域配置为在
从层叠方向观察时相互不重叠，
13.重叠的两个上述致动器部(2a、2b；2b、2c)经由上述第二连接区域(7b2；7c2)连接，
14.上述连接的两个致动器部(2a、2b；2b、2c)层叠为这两个致动器部间的图案的轴线在从层叠方向观察时相互以规定角度(θ，除了θ＝0
°
之外)交叉。
15.若技术方案2所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案1所述的层叠型静电致动器中，
16.在各上述致动器部中，上述第一连接区域的上述图案的轴线相互平行，上述第二连接区域的上述图案的轴线相互平行，
17.则能够简单地控制第一连接区域与第二连接区域的图案的间隔，因此构造的稳定性提高，能够长寿命化，所以优选。另外，制作性也提高。
18.若技术方案3所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案1或者2所述的层叠型静电致动器中，
19.在各上述致动器部中，上述第二连接区域的上述图案的轴线与上述第一连接区域的上述图案的轴线平行，
20.则能够简单地控制第一连接区域与第二连接区域的图案的间隔，因此构造的稳定性提高，能够长寿命化，所以优选。另外，制作性也提高。
21.若技术方案4所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案1～3中任意一项所述的层叠型静电致动器中，
22.上述第一连接区域以及上述第二连接区域的上述图案均形成为实质上具有均匀的宽度的直线状并等间隔地配置，
23.则能够简单地制作第一连接区域和第二连接区域，所以能够使构造的稳定性提高而优选。
24.若技术方案5所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案1～4中任意一项所述的层叠型静电致动器中，
25.在各上述致动器部中，在从层叠方向观察时上述第一连接区域配置为位于两个上述第二连接区域间的非连接区域的中央，
26.则在伸缩时在非连接区域产生的应力被平均化，而不容易产生应力集中。由此能够实现层叠型静电致动器的长寿命化所以优选。
27.若技术方案6所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案1～5中任意一项所述的层叠型静电致动器中，
28.在从层叠方向观察上述层叠的两个致动器部形成的平面时，层叠的上侧的上述致动器部(2a；2b)的上述第一连接区域(7a1；7b1)的上述图案的轴线与层叠的下侧的上述致动器部(2b；2c)的上述第二连接区域(7b2；7c2)的上述图案的轴线至少在一处位置交叉，
29.则由于平面内的交叉而层叠的上侧的致动器部的第一薄膜不容易变形，第二薄膜的非连接区域主要弹性变形从而能够在各薄膜间得到合适的非线性弹簧特性，所以优选。
30.若技术方案7所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案6所述的层叠型静电致动器中，
31.上述第一连接区域以及上述第二连接区域的上述图案均形成为实质上具有均匀的宽度(d)的直线状并等间隔地配置，
32.在将层叠的上侧的上述致动器部的上述第一连接区域或者下侧的上述致动器部的上述第二连接区域中任意一方的连接区域的图案的轴线的、从层叠方向观察到的上述平面上的长度设为l，并将该一方的连接区域的从层叠方向观察到的上述非连接区域间的宽度设为2
×
l+d时，
33.上述连接的两个致动器部间的上述图案的轴线的从层叠方向观察到的上述交叉角度θ[rad]满足下式，
[0034]
[式1]
[0035][0036]
则由于能够可靠地在平面内实现交叉，所以层叠型静电致动器能够得到更合适的非线性弹簧特性，所以优选。
[0037]
若技术方案8所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案1～7中任意一项所述的层叠型静电致动器中，
[0038]
在上述层叠型静电致动器伸长时，
[0039]
各致动器部中的上述第一薄膜与上述第二薄膜分离而在该第一薄膜以及该第二薄膜的上述非连接区域形成有空间(13)，
[0040]
层叠的上侧的上述致动器部的上述第一薄膜与下侧的上述致动器部的上述第二薄膜分离而在该第一薄膜以及该第二薄膜的上述非连接区域形成有空间(11)，
[0041]
两个该空间(11、13)在与外部之间流体连通，
[0042]
上述层叠型静电致动器构成为在上述层叠型静电致动器伸缩时，能够在上述空间与外部之间进行流体的流入流出，
[0043]
则在伸缩时，针对在非连接区域形成的空间的流体的出入自由，响应性提高，所以优选。
[0044]
若技术方案9所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案1～8中任意一项所述的层叠型静电致动器中，
[0045]
上述致动器部的平面形状为四边形，
[0046]
重叠的两个上述致动器部层叠为以上述规定角度为90
°
的方式交叉，
[0047]
则虽然为简单的形状但上述第一薄膜最不容易变形，上述第二薄膜的非连接区域的弹簧力的高次成分(三次成分)的作用增强，能够得到更合适的非线性弹簧特性，所以优选。由此，致动器的特性提高。
[0048]
若技术方案10所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案1～9中任意一项所述的层叠型静电致动器中，
[0049]
上述第一薄膜包含绝缘层(23)、导电层(21)、以及绝缘层(23)的三层构造，
[0050]
上述第二薄膜由绝缘层构成，
[0051]
上述第二薄膜在从层叠方向观察时，具有：第一连接面部(81)，经由上述第一连接区域与上述第一薄膜连接；第二连接面部(82)，经由上述第二连接区域与层叠方向上侧的上述致动器部的上述第一薄膜连接；以及铰接部(15)，不形成该第一连接区域以及该第二连接区域的任一个区域，
[0052]
上述层叠型静电致动器构成为：
[0053]
在通过外力向层叠方向拉伸时，上述铰接部弹性变形而上述第一薄膜与上述第二薄膜分离，上述层叠型静电致动器向层叠方向伸长，
[0054]
在对层叠的两个上述致动器部的上述第一薄膜之间施加电压时，这两个第一薄膜通过静电引力相互拉拽，上述层叠型静电致动器在层叠方向上收缩，
[0055]
则第一薄膜具有的导电层不容易变形，所以不产生起因于薄膜的变形的导电层中的电切断，能够实现层叠型静电致动器的长寿命化，所以优选。
[0056]
若技术方案11所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案1～9中任意一项所述的层叠型静电致动器中，
[0057]
上述第一薄膜以及上述第二薄膜均包含绝缘层(23)、导电层(21)、以及绝缘层(23)的三层构造，
[0058]
上述第二薄膜具有：第一连接面部(81)，经由上述第一连接区域与上述第一薄膜连接；第二连接面部(82)，经由上述第二连接区域与层叠方向上侧的上述致动器部的上述第一薄膜连接；以及铰接部(15)，不形成该第一连接区域以及该第二连接区域的任一个区域，
[0059]
上述层叠型静电致动器构成为：
[0060]
在通过外力向层叠方向拉伸时，上述铰接部弹性变形而上述第一薄膜与上述第二薄膜分离，上述层叠型静电致动器向层叠方向伸长，
[0061]
在对上述第一薄膜以及上述第二薄膜之间施加电压时，这两个薄膜通过静电引力相互拉拽，上述层叠型静电致动器在层叠方向上收缩，
[0062]
则第一薄膜与第二薄膜紧密地层叠，电极间隔变窄，因此通过静电引力相互拉拽的力提高，所以优选。
[0063]
若技术方案12所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案11所述的层叠型静电致动器中，
[0064]
上述第一薄膜和上述第二薄膜具有长条的带状，
[0065]
上述层叠型静电致动器具有将两个上述第一薄膜和上述第二薄膜折弯为锯齿状并以各自的长边方向在从层叠方向观察时相互以90
°
交叉的方式交替地折叠的纸弹簧构造，
[0066]
在两个上述第一薄膜以及上述第二薄膜在从层叠方向观察时重叠的平面上形成多个层叠的上述致动器部，并且形成在平面之外的折弯部构成外铰接部(17)，
[0067]
通过上述外铰接部，不同的层的上述致动器部的第一薄膜彼此、或者第二薄膜彼此相互成为一体，
[0068]
则能够通过简单地折叠长条的带状的致动器部进行制作所以制作性提高而优选。另外，各致动器部的第一薄膜彼此、第二薄膜彼此利用外铰接部电连接，所以在组装后不需要各层的布线，制作性提高所以优选。并且，外铰接部作为抑制第一薄膜以及第二薄膜的折弯部的与平面平行的方向的变形的半圆筒的构造体发挥作用。因此，即使在薄膜间的距离容易变得不均匀的折弯部也能够使薄膜间距离均匀。由此，层叠方向的移动变得稳定且均匀，并且能够使驱动力提高所以优选。
[0069]
若技术方案13所述的层叠型静电致动器的特征在于，在技术方案11所述的层叠型
静电致动器中，
[0070]
上述第一薄膜和上述第二薄膜具有长条的带状，
[0071]
上述层叠型静电致动器具有从中心分别朝向一个方向重叠卷绕两个上述第一薄膜和上述第二薄膜而成的扁平的螺旋状的卷绕构造，
[0072]
在两个上述第一薄膜以及上述第二薄膜在从层叠方向观察时重叠的平面上形成多个层叠的上述致动器部，并且形成在平面之外的折弯部构成外铰接部(17)，
[0073]
通过上述外铰接部，不同的层的上述致动器部的第一薄膜彼此、或者第二薄膜彼此相互成为一体，
[0074]
则能够通过简单地卷绕长条的带状的致动器部进行制作所以制作性提高而优选。另外，各致动器部的第一薄膜彼此、第二薄膜彼此利用外铰接部电连接，所以在组装后不需要各层的布线，制作性提高所以优选。并且，外铰接部作为抑制第一薄膜以及第二薄膜的折弯部的与平面平行的方向的变形的半圆筒的构造体发挥作用。因此，即使在薄膜间的距离容易变得不均匀的折弯部也能够使薄膜间距离均匀。由此，层叠方向的移动变得稳定且均匀，并且能够使驱动力提高所以优选。
[0075]
根据本发明，在各致动器部中第二薄膜的非连接区域容易弹性变形，另一方面，第一薄膜由于与其连接的第一、第二连接区域的图案的轴线在从层叠方向观察时相互以规定角度交叉所以不容易变形。因此，在层叠型静电致动器通过外力向层叠方向拉伸时，在第二薄膜的较小的驱动范围各致动器部柔软地进行变形，与此相对若使其超过较小的驱动范围地进一步变形，则由于第一薄膜的刚性而第二薄膜的弹簧常数急剧地增加，各致动器部急剧地变硬。由此，能够抑制层叠型静电致动器的各致动器部中的薄膜间距离的过度扩大，发挥基于静电引力的足够的收缩力。换句话说，即使在以较弱的外力在层叠方向拉伸的情况下也能够得到足够大的行程，另一方面，在受到较强的外力的情况下薄膜间隔不会过于打开。行程量不容易取决于外力。因此，在对薄膜间施加电压使静电引力产生时，能够确保足够的收缩力。即，能够实现层叠型静电致动器相对于位移具有非线性的弹簧特性的层叠型静电致动器的提供。
[0076]
并且，能够通过使在薄膜形成的连接区域的图案为使轴线在从层叠方向观察时相互以规定角度(θ，除了θ＝0
°
以外)交叉这样的简单的方法，得到所希望的非线性的弹簧特性。由此，能够简单地控制连接区域的图案，构造的稳定性提高，能够长寿命化，制作性也提高。
附图说明
[0077]
图1是表示本实施方式的层叠型静电致动器的基本构造的立体图。
[0078]
图2是表示图1所示的致动器部的基本构造的一部分的分解立体图。
[0079]
图3是表示图2所示的致动器部的薄膜的层叠构造的剖视图。
[0080]
图4是放大示出图1所示的致动器部的基本构造的一部分的主视图。
[0081]
图5是放大示出图1所示的致动器部的基本构造的一部分的侧视图。
[0082]
图6是表示图1所示的层叠型静电致动器的伸长状态的致动器部的剖视图。
[0083]
图7是表示本实施方式的层叠型静电致动器的静电力和弹簧力的合力与电极层部的产生力的关系的图表。
[0084]
图7－1是用于说明其它的实施方式的层叠型静电致动器的两个致动器部的重叠状态的说明图，图7－1(a)是从层叠方向观察到的图，图7－1(b)是图7－1(a)中的位置vii－vii上的剖视图。
[0085]
图7－2是说明图7－1所示的层叠型静电致动器中连接区域的交叉条件的图。
[0086]
图8是表示通过折弯构造制成的层叠型静电致动器的立体图。
[0087]
图9是表示通过卷绕构造制成的层叠型静电致动器的立体图。
具体实施方式
[0088]
以下，以图1～图9所示的实施方式为例对本实施方式的层叠型静电致动器的构成和工作方式以及效果进行具体的说明。另外，在以下的说明中首先对本实施方式的层叠型静电致动器的基本构造进行说明，接着对该层叠型静电致动器的构成部件进行具体的说明。接着，对层叠型静电致动器的工作方式进行说明，并提及层叠型静电致动器的产生力与静电力和弹簧力的合力的关系。接下来，对具有连接不同的层的电极的功能的层叠型静电致动器的两种应用例进行说明，并提及层叠型静电致动器的效果。最后对使部分的构成不同的层叠型静电致动器的其它的实施方式进行简单的说明。
[0089]
[第一实施方式]
[0090]
(1－1)层叠型静电致动器的基本构造
[0091]
图1是表示第一实施方式的层叠型静电致动器的基本构造的立体图，图2是表示图1所示的层叠型静电致动器的致动器部的基本构造的一部分的分解立体图。如图1所示，通过层叠多个致动器部2a、2b、2c、
…
2n(以下，适当地称为“致动器部2”)，并由配置在层叠方向z的上下两面的端部件5a、5b夹持来构成层叠型静电致动器1。各致动器部2a、2b、2c在从层叠方向z观察时平面形状形成为四边形。如图2所示，致动器部2a、2b、2c构成为具有在一个面以规定图案形成了多个第一连接区域7a1、7b1、7c1的第一薄膜3a1、3b1、3c1、和经由第一连接区域7a1、7b1、7c1与第一薄膜3a1、3b1、3c1连接的第二薄膜3a2、3b2、3c2。第二薄膜3a2、3b2、3c2在与第一薄膜3a1、3b1、3c1相反侧的面形成与第一连接区域7a1、7b1、7c1的图案同一图案的多个第二连接区域7a2、7b2、7c2。重叠的两个致动器部2a、2b；2b、2c分别经由第二连接区域7b2；7c2连接，致动器部2a经由第二连接区域7a2与配置在层叠方向z的最上面的端部件5a连接。
[0092]
这里，第一连接区域7a1形成为具有均匀的宽度的直线状，多个第一连接区域7a1等间隔且相互平行地配置在第一薄膜3a1上。同样地，第一连接区域7b1也形成为具有均匀的宽度的直线状，多个第一连接区域7b1等间隔且相互平行地配置在第一薄膜3b1上，第一连接区域7c1也形成为具有均匀的宽度的直线状，多个第一连接区域7c1等间隔且相互平行地配置在第一薄膜3c1上。另外，第二连接区域7a2、7b2、7c2分别形成为与第一连接区域7a1、7b1、7c1的直线图案相同的直线图案，多个第二连接区域7a2、7b2、7c2等间隔且相互平行地配置在第二薄膜3a2、3b2、3c2上。而且，多个第一连接区域7a1的直线图案与多个第二连接区域7a2的直线图案配置为在从层叠方向z观察时相互不重叠。连接区域7b、7c也相同地配置。由此，第一薄膜3a1、3b1、3c1以及第二薄膜3a2、3b2、3c2均在从层叠方向z观察时在相邻的连接区域间的中央形成直线状且宽度实质上恒定的非连接区域15。
[0093]
具有这样的构成的致动器部2a、2b、2c被层叠为交叉角度θ为90
°
。由此，如图1所
示，层叠型静电致动器1从配置在层叠方向z的最上面的端部件5a开始向下设置第一段的致动器部2a，并在其下方改变90
°
角度设置第二段的致动器部2b。另外，以下同样地改变90
°
角度依次设置第三段到第n段的致动器部2c、
…
2n，并在层叠方向z的最下面配置端部件5b，构成层叠型静电致动器1。
[0094]
这里，在本说明书中在其上下文中使用的“宽度实质上恒定”这样的语句除了在连接区域间形成的非连接区域的宽度在从层叠方向z观察时恒定的情况之外，为了制造及其它的目的，也包含
±
5～10％左右的宽度的波动。另外，虽然在本第一实施方式中以交叉角度θ为90
°
的情况为例进行说明，但本发明并不限定于此。例如，包含60
°
或者72
°
等0
°
以外的任意角度(严格来说，是轴线间的锐角部为0
°
＜θ≤90
°
(包含直角))。
[0095]
(1－2)层叠型静电致动器的构成部件
[0096]
＜薄膜＞
[0097]
图3是表示图2所示的致动器部的薄膜的层叠构造的剖视图。图3(a)示出致动器部2a、2b、2c的第一薄膜3a1、3b1、3c1(以下，称为“导电性薄膜p”)的层叠构造，图3(b)示出第二薄膜3a2、3b2、3c2(以下，称为“绝缘性薄膜q”)的层叠构造。
[0098]
例如通过在中央夹着导电层21并在其表面和背面配置了绝缘层23的三层薄膜构造构成导电性薄膜p。导电层21例如能够应用铜(cu)、铝(al)等金属膜，或者导电性高分子，或者导电性的碳同素异形体(或者以碳为主体的导电性的混合体)。作为绝缘层23，能够应用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚酰亚胺、聚对亚苯基二甲基(注册商标)、硅系材料、碳系材料等绝缘性的高分子膜，但并不限定于此。这里，若将导电层21的厚度设为t
21
，并将绝缘层23的厚度设为t
23
，则导电性薄膜p的厚度t为t＝t
21
+2
×
t
23
。导电性薄膜p的厚度t例如为数微米。此外，导电性薄膜p为三层薄膜构造仅示出一个例子，例如导电层21也可以是由多个具有不同的导电率、杨氏模量的不同种类的导电体构成的多层构造，另外，绝缘层23也可以是由具有多个不同的电阻率、杨氏模量的不同种类的绝缘体构成的多层构造。
[0099]
另一方面，绝缘性薄膜q不具有导电层21，而由绝缘层23’构成。作为绝缘层23’，能够应用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚酰亚胺、聚对亚苯基二甲基(注册商标)、硅系材料、碳系材料等绝缘性的高分子膜，但并不限定于此。另外，绝缘层23’既可以是由单一材料构成的单层构造，也可以是由具有多个不同的电阻率、杨氏模量的不同种类的绝缘体构成的多层构造。这里，若将绝缘层23’的厚度设为t
23’，则绝缘性薄膜q的厚度t’为t’＝t
23’。绝缘性薄膜q的厚度t’例如为数微米。
[0100]
＜连接部＞
[0101]
图4是放大图1所示的致动器部2a、2b、2c的基本构造的一部分示出的主视图，图5是其侧视图。均示出在两个端部件5a、5b(图1)之间作用在层叠方向z远离的方向的外力，而第一薄膜3a1、3b1、3c1与第二薄膜3a2、3b2、3c2的间隔伸长的状态。由于各致动器部的第一连接区域以及第二连接区域(以下，适当地称为“连接区域7”)相互分离，所以在层叠的上下的第一薄膜与第二薄膜之间形成在连接区域7、7间的非连接区域15形成有空间11、13。
[0102]
更具体而言，致动器部2a的多个第一连接区域7a1将第一薄膜3a1与第二薄膜3a2连接，在相邻的第一连接区域7a1、7a1之间形成空间13(图4)。多个第二连接区域7a2将第二薄膜3a2与层叠方向z的最上面的端部件5a连接，在相邻的第二连接区域7a2、7a2之间形成空间11。而且，第一连接区域7a1配置为在从层叠方向z观察时不与第二连接区域7a2相互重叠。具
体而言，第一连接区域7a1以及第二连接区域7a2构成为以在进深方向y较长的线状或者带状，在宽度方向x等间隔地配置，并且，第一连接区域7a1以及第二连接区域7a2在宽度方向x上分别偏移半间距配置，以相互位于另一方的连接区域之间的空间的中央。同样地，致动器部2c的多个第一连接区域7c1将第一薄膜3c1与第二薄膜3c2连接，在相邻的第一连接区域7c1、7c1之间形成空间13(图4)。多个第二连接区域7c2将第二薄膜3c2与层叠方向z的上侧的致动器部2b的第一薄膜3b1连接，在相邻的第二连接区域7c2、7c2之间形成空间11。
[0103]
另外，致动器部2b的多个第一连接区域7b1将第一薄膜3b1与第二薄膜3b2连接，在相邻的第一连接区域7b1、7b1之间形成空间13(图5)。第二连接区域7b2将致动器部2b的第二薄膜3b2与致动器部2a的第一薄膜3a1连接，在相邻的第二连接区域7b2、7b2之间形成空间11。而且，第一连接区域7b1配置为在从层叠方向z观察时不与第二连接区域7b2相互重叠。另外，第一连接区域7b1以及第二连接区域7b2构成为以在宽度方向x较长的线状或者带状，在进深方向y等间隔地配置，并且，第一连接区域7b1以及第二连接区域7b2在进深方向y分别偏移半间距配置，以相互位于另一方的连接区域之间的空间的中央。
[0104]
作为连接区域7中连接第一薄膜与第二薄膜的材料，能够使用粘合剂作为一个例子，使用凸板印刷、胶版印刷、孔版印刷、喷墨打印机等方式，精度良好地涂覆为恒定的涂覆厚度以及规定的图案构成粘合部。或者，也可以通过表面处理等化学处理在绝缘层23或者23’(图3)构成化学键合层。在构成粘合部的情况下经由粘合剂键合两个薄膜3a1、3a2，在构成基于化学处理的键合层的情况下两个薄膜3a1、3a2共价键合。除此之外，也能够利用熔敷绝缘层23或者23’等方法形成连接区域，只要形成上述的键合图案，则并不限定于这些方法。
[0105]
＜铰接部＞
[0106]
如使用图4以及图5上述的那样，第二薄膜3a2的上下两面分别与第一连接区域7a1以及第二连接区域7a2连接，所以与第一连接区域7a1以及第二连接区域7a2对应的第二薄膜3a2的部分(以下，适当地称为“连接面部81、8
2”(图6))与其它的区域(不有助于连接的非连接区域。以下，称为“非连接区域15”)所对应的第二薄膜3a2的部分比刚性较大。同样地，与第一连接区域7b1以及第二连接区域7b2对应的第二薄膜3b2的连接面部81、82与第二薄膜3b2的非连接区域15相比刚性较大。
[0107]
若在层叠方向z施加拉开两个端部件5a、5b(图1)的方向的拉力(外力)，则致动器部2a的第二薄膜3a2以及致动器部2b的第二薄膜3b2各自的非连接区域15弹性变形，第一薄膜与第二薄膜的间隔3a1与3a2、3b2与3a1、3b1与3b2的间隔扩大(图4、图5)，层叠型静电致动器1向层叠方向z伸长(图1)。将与非连接区域15对应的第二薄膜3a2、3b2的部分定义为“铰接部15”。
[0108]
若在致动器部2a的第一薄膜3a1与致动器部2b的第一薄膜3b1之间施加电压，则通过施加的电压所引起的静电引力第一薄膜3a1、3b1间的间隔返回到初始状态(后述)，第一薄膜3a1、3b1的间隔变窄。其它的第一薄膜3b1、3c1间也相同地通过静电引力而变窄，所以层叠型静电致动器1向层叠方向z进行收缩。
[0109]
致动器部2a的第一薄膜3a1的上表面在第一连接区域7a1与第二薄膜3a2连接，下表面在第二连接区域7b2与第二薄膜3b2连接。第一连接区域7a1向进深方向y延伸，第二连接区域7b2向宽度方向x延伸，所以第二连接区域7b2对于致动器部2a的第一薄膜3a1的在进深方
向y延伸的铰接部15的变形作为加强肋进行作用。由此，致动器部2a的第一薄膜3a1与第二薄膜3a2相比刚性较大。因此，在对层叠型静电致动器1在层叠方向z施加拉力(外力)时，致动器部2a的第二薄膜3a2以及致动器部2b的第二薄膜3b2各自的铰接部15弹性变形(弯曲和伸长)，但致动器部2a的第一薄膜3a1的弹性变形被上述的构造抑制。
[0110]
在抑制第一薄膜3a1、3b1的变形，仅第二薄膜3a2、3b2的铰接部15进行变形的情况下，第二薄膜3a2、3b2中铰接部15与连接面部81、82的边界位置o(图6)被限制宽度方向x和进深方向y的移动。若在这样的限制条件之下铰接部15进行变形，则第二薄膜3a2、3b2的边界位置o附近主要进行剪切变形或者弯曲变形而铰接部15如柔软的弹簧那样动作，与此相对若施加外力以使其进一步变形，则铰接部15朝向层叠方向z倾斜，铰接部15进行拉伸变形而如较硬的弹簧那样动作。因此，从外力施加前的初始状态开始到层叠型静电致动器1在层叠方向z开始伸长的小变形范围铰接部15柔软，容易相对于外力扩大第一薄膜3a1、3b1间，另一方面即使施加外力想要使其进一步变形，铰接部15也急剧变硬，而不容易急剧地扩大第一薄膜3a1，3b1间。
[0111]
换句话说，在层叠型静电致动器1的小变形范围内各致动器部2a、2b的铰接部15的弹簧常数较小，致动器部2a、2b柔软地进行变形，与此相对即使进一步使其变形至小变形范围以上，第二薄膜3a2、3b2的弹簧常数也急剧地增加，而各致动器部2a、2b不容易急剧地变形。即，层叠型静电致动器1在各致动器部2a、2b中具有非线性的弹簧特性，由此能够抑制各薄膜间的距离，特别是第一薄膜3a1、3b1间的距离过度扩大，能够得到足够的静电引力。
[0112]
根据以上的理由，层叠型静电致动器1在对层叠方向z施加拉力(外力)时，在致动器部2a、2b中，第二薄膜3a2、3b2进行弹性变形，层叠型静电致动器1成为伸长状态。此时抑制第一薄膜3a1的变形。若在伸长状态时对层叠型静电致动器1施加电压，则在致动器部2a的第一薄膜3a1与致动器部2b的第一薄膜3b1之间作用静电引力，而第一薄膜3a1、3b1的间隔变窄。其结果，层叠型静电致动器1在层叠方向z进行收缩。相反若使电压为0，则通过外力而致动器部2a的第二薄膜3a2以及致动器部2b的第二薄膜3b2各自的非连接区域15进行弹性变形，第一薄膜与第二薄膜的间隔3a1与3a2、3b2与3a1、3b1与3b2的间隔扩大，层叠型静电致动器1在层叠方向z伸长。因此，通过对施加的电压进行接通/断开能够使层叠型静电致动器1进行伸缩运动。
[0113]
＜空间＞
[0114]
在对层叠型静电致动器1施加层叠方向z的拉力(外力)而层叠型静电致动器1成为伸长状态时，第二薄膜3a2、3b2与其上的层(分别为层叠方向z的最上面的端部件5a、致动器部2a的第一薄膜3a1)之间的空间11增大，与其下的层(分别为第一薄膜3a1、3b1)之间的空间13增大(图4、图5)。这些空间11、13为了不妨碍以下进行说明的层叠型静电致动器1的伸缩动作确保足够的伸缩量，而在与外部之间流体连通，作为绝缘流体通过的绝缘流体部发挥作用。另外，这些空间11、13的开口面积根据致动器部2a、2b的伸长时、收缩时的不同而变化。即，若施加层叠方向z的拉力(外力)，则主要第二薄膜进行弹性变形而各第一薄膜的间隔分离，空间11、13的开口面积增大，若对电极层间施加电压而静电引力进行作用，则各第一薄膜的间隔变窄，空间11、13的开口面积变小。
[0115]
(1－3)层叠型静电致动器的工作方式
[0116]
具有这样的构成的层叠型静电致动器1根据在层叠方向z施加的拉力(外力)的有
无、以及在第一薄膜间施加的电压的有无，而伸缩状态变化。
[0117]
＜初始状态(收缩状态)＞
[0118]
在初始状态下，或者，在施加了层叠方向z的拉力(外力)之后对第一薄膜间施加电压而静电引力进行作用并平衡时，铰接部15不进行变形，第一薄膜3a1以及第二薄膜3a2为平面状态。此时的从第一薄膜3a1的导电层21到第一薄膜3b1的导电层21(图3)为止的距离u为u
初始
＝2
×
t
23
+t
23’(图示省略)。
[0119]
＜伸长状态＞
[0120]
若对层叠型静电致动器1在层叠方向z施加拉力(外力)，则致动器部2a的第二薄膜3a2的非连接区域15(铰接部15)进行弹性变形(弯曲和伸长)，第一薄膜3a1与第二薄膜3a2的间隔扩大(图4)，层叠型静电致动器1向层叠方向z伸长(图1)。图6是表示层叠型静电致动器1的伸长状态的致动器部2a的剖视图。如图6所示，若在层叠方向z施加拉力(外力)，则第一薄膜3a1与第二薄膜3a2的间隔扩大。若将该情况下的铰接部15的弹簧位移设为σ，则从第一薄膜3a1的导电层21到第一薄膜3b1的导电层21(图3)为止的距离u为u
伸长
＝2
×
t
23
+t
23’+σ。
[0121]
如上述那样，致动器部2b的第二连接区域7b2作为妨碍致动器部2a的第一薄膜3a1上的层叠方向z的变形的加强肋发挥作用，抑制第一薄膜3a1的变形，所以产生铰接部15的固定端向层叠方向z移动的变形。到此为止，主要对致动器部2a、2b进行了叙述，但以上的讨论对于各致动器部2a、2b、2c、
…
、2n也同样地成立，所以层叠了n个这样的致动器部2的层叠型静电致动器1的行程u为u＝n
×
(u
伸长
－u
初始
)＝n
×
σ。
[0122]
(1－4)致动器部的产生力与静电力和弹簧力的合力的关系
[0123]
图7是表示层叠型静电致动器1的静电力和弹簧力的合力与致动器部2的产生力f的关系的图表。横轴表示弹簧位移σ，纵轴表示致动器部2的产生力f。弹簧力随着弹簧位移σ增大而呈非线性的增加，静电力相反地随着弹簧位移σ增大，而近似地与σ的平方成反比地减少。另外，静电力与弹簧力的合力描绘图示那样的u形的曲线。而且，若将上述合力的最小值设为fmin，则致动器部2的产生力f至少以fmin以上的大小作用在收缩方向。
[0124]
[第二实施方式]
[0125]
对于第一实施方式的层叠型静电致动器1来说，构成致动器部2的第一薄膜3a1、3b1由导电性薄膜p构成，第二薄膜3a2，3b2由绝缘性薄膜q构成，与此相对第二实施方式的层叠型静电致动器101在构成致动器部的第一以及第二薄膜的任何一个均由导电性薄膜p构成这一点，与第一实施方式的层叠型静电致动器1不同。
[0126]
(2－1)层叠型静电致动器的基本构造
[0127]
第二实施方式的层叠型静电致动器101的基本构造以及致动器部的基本构造与第一实施方式的层叠型静电致动器1相同，直接应用图1以及图2。另外，对与第一实施方式的层叠型静电致动器1相同或者相似的要素附加相同或者相似的附图标记并省略说明。
[0128]
(2－2)层叠型静电致动器的构成部件
[0129]
＜薄膜＞
[0130]
如上述那样，对于第二实施方式的层叠型静电致动器101来说，构成致动器部的第一以及第二薄膜3a1、3a2的任何一个均由图3(a)所示的导电性薄膜p构成。
[0131]
＜连接部＞
[0132]
第二实施方式的层叠型静电致动器101的致动器部的连接部与第一实施方式的层
叠型静电致动器1的连接部相同。
[0133]
＜铰接部＞
[0134]
在第一实施方式的层叠型静电致动器1中，对重叠的致动器部2的第一薄膜3a1、3b1间施加电压，与此相对在第二实施方式的层叠型静电致动器101中，在对重叠的第一以及第二薄膜3a1、3a2；3b2、3a1间施加电压这一点，与第一实施方式的层叠型静电致动器1不同。若对第一以及第二薄膜3a1、3a2间施加电压，则通过静电引力而第一以及第二薄膜3a1、3a2间的间隔返回到初始状态(后述)，层叠型静电致动器101向层叠方向z进行收缩。施加在致动器部2a的第一薄膜3a1与第二薄膜3a2之间的电压所引起的静电引力进行作用，第一以及第二薄膜3a1、3a2的间隔变窄。其它的第一以及第二薄膜3b1、3b2间、重叠的不同的致动器部2的第一薄膜与第二薄膜(例如，3b2与3a1)之间也同样地由于静电引力而变窄，所以层叠型静电致动器101在层叠方向z进行收缩。
[0135]
第二实施方式的层叠型静电致动器101的致动器部的基本构造与第一实施方式的层叠型静电致动器1的致动器部2的基本构造相同，所以致动器部2b的第二连接区域7b2对于致动器部2a的第一薄膜3a1的非连接区域15的层叠方向z的变形作为加强肋发挥作用。由此，在对层叠型静电致动器101在层叠方向z施加拉力(外力)时，致动器部2a的第二薄膜3a2以及致动器部2b的第二薄膜3b2各自的非连接区域15进行弹性变形(弯曲和伸长)，但抑制致动器部2a的第一薄膜3a1的变形。因此，第二实施方式的层叠型静电致动器101与第一实施方式的层叠型静电致动器1相同，各致动器部具有非线性的弹簧特性。
[0136]
＜空间＞
[0137]
第二实施方式的层叠型静电致动器101的致动器部的基本构造与第一实施方式的层叠型静电致动器1的致动器部2的基本构造相同，所以若对层叠型静电致动器101施加层叠方向z的拉力(外力)，则第二薄膜3a2进行弹性变形而第一以及第二薄膜3a1、3a2的间隔分离，空间11、13的开口面积增大，若在第一以及第二薄膜3a1、3a2间施加电压而静电引力进行作用，则第一以及第二薄膜3a1、3a2的间隔变窄，空间11、13的开口面积变小。
[0138]
(2－3)层叠型静电致动器的工作方式
[0139]
具有这样的构成的层叠型静电致动器101根据在层叠方向z施加的拉力(外力)的有无、以及在第一以及第二薄膜3a1、3a2间施加的电压的有无，而伸缩状态进行变化。
[0140]
＜初始状态(收缩状态)＞
[0141]
在初始状态下，或者，在施加了层叠方向z的拉力(外力)之后在第一以及第二薄膜3a1、3a2间施加电压而静电引力进行作用并平衡时，铰接部15不变形，第一薄膜3a1以及第二薄膜3a2为平面状态。此时的从第一薄膜3a1的导电层21到第二薄膜3a2的导电层21(图3)为止的距离u为u
初始
＝2
×
t
23
(图示省略)。
[0142]
＜伸长状态＞
[0143]
若对层叠型静电致动器101在层叠方向z施加拉力(外力)，则第一薄膜3a1与第二薄膜3a2的间隔扩大。从第一薄膜3a1的导电层21到第二薄膜3a2的导电层21(图3)为止的距离u为u
伸长
＝2
×
t
23
+σ。到此为止，主要对致动器部2a、2b进行了叙述，但以上的讨论对于各致动器部2a、2b、2c、
…
、2n也同样地成立，所以层叠了n个这样的致动器部的层叠型静电致动器101的行程u为u＝n
×
(u
伸长
－u
初始
)＝n。
[0144]
(2－4)致动器部的产生力与静电力和弹簧力的合力的关系
[0145]
第二实施方式的层叠型静电致动器101的基本构造与第一实施方式的层叠型静电致动器1的基本构造相同，所以第二实施方式的层叠型静电致动器101的致动器部的静电力和弹簧力的合力与致动器部的产生力f的关系也与第一实施方式的层叠型静电致动器1相同，直接适用图7。但是，与通过构成致动器部2的第一薄膜3a1、3b1间的静电引力进行收缩的第一实施方式相比，在第二实施方式中由于第一薄膜3a1与第二薄膜3a2，或者第二薄膜3b2与第一薄膜3a1之间的距离较近，所以产生的静电引力较大而收缩力增加。
[0146]
(2－5)层叠型静电致动器的应用例
[0147]
在实际制造第二实施方式的层叠型静电致动器101的情况下，要求生产性良好的构造。以下，进行说明的两个应用例表示生产性良好的能够进行高效的制造的构造的一个例子，分别在各层的致动器部2的端部设置与其它层的致动器部2的端部连接的外铰接部17，通过该外铰接部17不需要同极电极的后工序连接，而生产性提高。并且，由于这些应用例的构造不具有存在局部放电风险的电极连接部，所以层叠型静电致动器的可靠性提高。
[0148]
＜折弯构造＞
[0149]
图8是表示通过折弯构造制成图1所示的层叠型静电致动器1的应用例1的立体图。应用例1的层叠型静电致动器1a具有将两个长条的带状电极37、39折弯为锯齿状并交替地折叠的纸弹簧构造。另外，对置地层叠的平面部成为各层的致动器部2，在各个致动器部2的旁边延伸的环状的连接部作为上述的外铰接部17发挥作用。
[0150]
根据这样的构成的层叠型静电致动器部1a，如上述那样能够进行效率良好的制造。另外，在不具有本构成的层叠型静电致动器的情况下，越是致动器部的端部越容易变形而致动器部间的距离越容易变得不均匀，与此相对在层叠型静电致动器部1a中，外铰接部17作为抑制致动器部2的面方向的变形的半圆筒的构造体发挥作用，所以致动器部2的端部与致动器部2的中央部相同，各致动器部2的在z方向相对的连接面部8间的距离均匀，层叠方向z的移动稳定且均匀，并且能够使驱动力提高。并且，只要对经由外铰接部17连接的两个带状电极37、39进行对各致动器部2的电压的施加即可，所以布线变得简单。
[0151]
＜卷绕构造＞
[0152]
图9是表示通过卷绕构造制成图1所示的层叠型静电致动器1的应用例2的立体图。应用例2的层叠型静电致动器1b具有将两个长条的带状电极37、39从中心向一个方向卷绕的扁平的螺旋状的卷绕构造。另外，对置地层叠的平面部成为各层的致动器部2，在各个致动器部2的旁边延伸的环状的连接部作为上述的外铰接部17发挥作用。
[0153]
根据这样的构成的层叠型静电致动器1b，与上述折弯构造的层叠型静电致动器1a相同，也能够进行效率良好的制造。另外，只要对经由外铰接部17连接的两个带状电极37、39进行对各层的致动器部2的电压的施加即可，所以布线变得简单。
[0154]
(3)其它的实施方式
[0155]
以上说明的实施方式成为本发明的基本的实施方式，但本实施方式的层叠型静电致动器1并不限定于上述的实施方式，能够进行不脱离本实施方式的主旨的范围内的部分构成的变更、省略，或者本领域技术人员能够追加公知、惯用的技术。例如，层叠型静电致动器1的平面形状并不限定于在上述的实施方式叙述的四边形，也可以是三角形、五边形等其它的多边形，也可以是圆形、半圆形、长圆形、椭圆形等具有曲线的形状。另外，各层的致动器部2的交叉角度θ并不限定于在上述的实施方式叙述的90
°
，在层叠型静电致动器1的平面
形状为三角形的情况下，能够使交叉角度θ为60
°
，在五边形的情况下能够使交叉角度θ为72
°
等，能够设定为其它的角度。
[0156]
图7－1是用于说明其它的实施方式的层叠型静电致动器的两个致动器部的重叠状态的说明图，图7－1(a)是从层叠方向z观察到的图，图7－1(b)是图7－1(a)中的位置vii－vii上的剖视图。第一以及第二实施方式的层叠型静电致动器1均构成为致动器部2a、2b层叠为交叉角度θ为90
°
，与此相对其它的实施方式的层叠型静电致动器在构成为致动器部2a、2b层叠为交叉角度θ成为90
°
以外的锐角这一点不同。对与以上所示的实施方式的要素相同或者相似的要素附加相同或者相似的附图标记并省略说明。在图7－1(a)所示的第一薄膜3a1在上下配置有第一连接区域7a1(以实线示出)和第二薄膜3b2的第二连接区域7b2(以虚线示出)，在图7－1(b)所示的第二薄膜3a2在上下配置有第二连接区域7a2(以实线示出)和第一连接区域7a1(以虚线示出)。
[0157]
在从层叠方向z观察时，如图7－1(a)所示，配置在致动器部2a的第一薄膜3a1之上的第一连接区域7a1的图案的轴线与层叠在致动器部2a之下的致动器部2b的第二薄膜3b2的第二连接区域7b2的图案的轴线以交叉角度θ为90
°
以外的锐角交叉。由此，即使对层叠型静电致动器施加层叠方向z的拉力(外力)也能够抑制第一薄膜3a1的变形。与此相对，如图7－1(b)所示，配置在第二薄膜3a2之上的第二连接区域7a2的图案的轴线与配置在第一薄膜3a1之上的第一连接区域7a1的图案的轴线平行而不交叉。由此，若对层叠型静电致动器施加层叠方向的拉力(外力)，则第二薄膜3a2变形。
[0158]
图7－2是说明图7－1所示的层叠型静电致动器中的第一连接区域7a1与第二连接区域7b2交叉的条件的说明图。第一连接区域7a1以及第二连接区域7b2的图案均形成为实际具有均匀的宽度d的直线状并等间隔地配置，在将致动器部2a的第一连接区域7a1以及致动器部2b的第二连接区域7b2中任意一方的连接区域的图案的轴线的、从层叠方向z观察到的平面上的长度设为l，并将一方的连接区域的从层叠方向z观察到的非连接区域间的宽度设为2
×
l+d时(参照图6)，连接的两个致动器部2a、2b间的图案的轴线的从层叠方向z观察到的交叉角度θ[rad]满足式2。
[0159]
[式2]
[0160][0161]
另外，连接区域7的形状、配置(图案)也并不限于上述的实施方式所述的形状和配置，能够采用在宽度方向x和进深方向y等间隔地配置了俯视圆形或者四边形的连接区域等其它的各种形状和配置(图案)。并且，在上述的说明中，各层的致动器部2的第一连接区域和第二连接区域均形成为具有均匀的宽度的直线状并等间隔地配置，且配置为在从层叠方向z观察时第一连接区域位于两个第二连接区域间的空间的中央，但只要第一连接区域与第二连接区域在从层叠方向z观察时相互不重叠，则既不需要为直线状也不需要为等间隔。
[0162]
附图标记说明
[0163]
1、101、1a、1b：层叠型静电致动器，2、2a、2b、2c：致动器部，3：薄膜，3a1、3b1：第一薄膜，3a2、3b2：第二薄膜，5a、5b：端部件，7：连接区域，7a1、7b1：第一连接区域，7a2、7b2：第二连接区域，81、82：连接面部，11：空间，13：空间，15：非连接区域(或者铰接部)，17：外铰接部，
21：导电层，23：绝缘层，37：带状电极，39：带状电极，θ：交叉角度，z：层叠方向，x：宽度方向，y：进深方向，x、y：平面方向，u：行程，u：距离，σ：弹簧位移，d：(连接区域的)宽度，l：(铰接部的)长度，o：支点，f：(致动器部的)产生力，z：层叠方向。