CN102674231B - 静电致动器 - Google Patents

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Abstract

提供一种静电致动器，该静电致动器具备基板、电极部、膜体部和施力部。上述电极部设在上述基板上。上述膜体部与上述电极部对置设置，具有导电性。上述施力部具有与上述基板连接的连接部和设在上述连接部与上述膜体部之间的弹性部，支承上述膜体部。上述电极部和上述膜体部能够对应于施加在上述电极部上的电压而成为接触的状态和分离的状态。上述弹性部在连接于上述连接部的一端与连接于上述膜体部的多个其他端之间具有分支部。

Description

静电致动器
本申请以2011年3月16日提出申请的先行的日本专利申请第2011－057936号的优先权为基础并要求其优先权，这里引用其全部内容。
技术领域
本发明总的涉及静电致动器。
背景技术
已知有使静电力作用在构成致动器(actuator)的固定元件与可动元件之间、通过其吸引力驱动可动元件的静电致动器。此外，在MEMS(MicroElectro Mechanical Systems)领域等中，使用所谓的半导体工艺技术(半导体装置的制造技术)开发了非常小型的静电致动器。此外，在MEMS领域等中，已知有使用了静电致动器的所谓的MEMS开关。
在静电驱动型的MEMS开关中，希望接通(pull－in)电压的降低、或者蠕变(creep)耐受性的确保、或者热切换(hot－switching)性等的可靠性的提高。
发明内容
本发明的实施方式提供一种能够使可靠性提高的静电致动器。
根据一技术方案，提供一种具备基板、电极部、膜体部和施力部的静电致动器。上述电极部设在上述基板上。上述膜体部与上述电极部对置设置，具有导电性且具有矩形形状。上述施力部具有与上述基板连接的连接部和设在上述连接部与上述膜体部之间的弹性部，支承上述膜体部。上述电极部和上述膜体部能够对应于施加在上述电极部上的电压而成为接触的状态和分离的状态。上述弹性部在连接于上述连接部的一端与连接于上述膜体部的多个其他端之间具有串联连接的多个分支部，上述多个分支部使得上述弹性部的上述多个其他端相互沿着上述膜体部的上述矩形形状的长度方向配置，上述弹性部的上述多个其他端具有与上述矩形形状的上述长度方向垂直延伸的长度。
根据上述结构，能够提高可靠性。
附图说明
图1是表示有关本发明的实施方式的静电致动器的平面示意图。
图2A及图2B是表示有关本实施方式的静电致动器的立体示意图。
图3A～图3C是说明有关本实施方式的静电致动器的驱动的平面示意图。
图4是例示静电致动器的驱动特性的模拟(simulation)结果的一例的曲线(graph)图。
图5是表示有关比较例的静电致动器的平面示意图。
图6A～图6C是表示有关本实施方式的静电致动器的平面示意图。
图7是例示有关比较例的静电致动器的应力分布的模拟结果的一例的平面示意图。
图8A～图8C是例示有关本实施方式的静电致动器的应力分布的模拟结果的一例的平面示意图。
图9A及图9B是例示有关本发明的其他实施方式的静电致动器的平面示意图。
图10A及图10B是例示本实施方式的其他弹性部的平面示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各附图中，对于同样的构成要素赋予相同的标号而适当省略详细的说明。此外，图中的箭头X、Y、Z表示相互正交的方向。
图1是表示有关本发明的实施方式的静电致动器的平面示意图。
此外，图2A及图2B是表示有关本实施方式的静电致动器的立体示意图。
此外，图3A～图3C是说明有关本实施方式的静电致动器的驱动的平面示意图。
另外，图2B是图2A所示的B部的放大示意图。图3A～图3C是将有关本实施方式的静电致动器10在图1所示的向视A的方向观察时的平面示意图。
图3A是表示本实施方式的膜体部30处于向上状态(up－state)的状态的情况的平面示意图。图3B是表示本实施方式的膜体部30挠曲的状态的平面示意图。图3C是表示本实施方式的膜体部30处于向下状态(down－state)的状态的情况的平面示意图。
有关本实施方式的静电致动器10具备电极部20、膜体部30、和施力部40。如图3A～图3C所示，电极部20设在基板100上。
电极部20例如由金属等的导电性材料形成。在此情况下，电极部20的材料优选的是在导电性材料中电阻值较低的材料。或者，电极部20的材料优选的是在所谓的半导体工艺(半导体装置的制造技术)中的成膜及蚀刻(etching)等中能够使用的材料。作为这样的材料，例如可以举出铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、白金(Pt)、或包含它们的合金等。
此外，电极部20的主面被绝缘性材料覆盖。在此情况下，绝缘性材料优选的是在所谓的半导体工艺(半导体装置的制造技术)的成膜及蚀刻等中能够使用的材料。作为这样的材料，例如可以举出氧化硅(SiO或SiO2等)、氮化硅(SiN)等。
在电极部20上连接着未图示的直流电源。未图示的直流电源能够对电极部20供给正电荷或负电荷。因此，电极部20能够将膜体部30静电吸引。
此外，在电极部20上连接着未图示的信号发生部。未图示的信号发生部能够对电极部20施加信号电压。即，在电极部20上，施加将用来静电吸引膜体部30的驱动电压和信号电压相加的电压。
两个电极部20之间的间隙的尺寸20c的一例例如是15μm左右。另外，图1、图2A、及图2B所示的静电致动器10具备两个电极部20，但电极部20的设置数并不仅限定于此。
基板100例如由玻璃那样的绝缘性材料形成。或者，基板100也可以是将由导电性材料或硅(Si)等的半导体材料形成的结构的表面用绝缘性材料覆盖的结构。
膜体部30与电极部20对置设置。
此外，膜体部30由金属等的导电性材料形成。在此情况下，膜体部30的材料优选的是在所谓的半导体工艺(半导体装置的制造技术)的成膜及蚀刻等中能够使用的材料。作为这样的材料，例如可以举出铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、白金(Pt)、或者包含它们的合金等。
膜体部30具有矩形形状，具有形成膜体部30的长边的至少一部分的第1周缘部及第2周缘部、和形成膜体部30的短边的至少一部分的第3周缘部33及第4周缘部34。第1周缘部和第2周缘部相互对置。第3周缘部33和第4周缘部34相互对置。
在膜体部30上，设有第1孔部61和第2孔部62。此外，膜体部30分别在第3周缘部33、第4周缘部34以及大致中央部具有连接部36。即，膜体部30具有3个连接部36。因此，在膜体部30上设有两个第1孔部61。但是，第1孔部61及连接部36的设置数并不仅限定于此。
第1孔部61具有矩形形状，向第1方向延伸。第1孔部61设在膜体部30的短边方向上的大致中心部。膜体部30的长度方向与第1孔部61的长度方向(第1方向)大致平行。因此，如图3B所示，膜体部30在短边方向上比长度方向上容易挠曲。由此，能够降低接通电压。此外，能够使热切换性提高。关于这些在后面详细叙述。
第2孔部62具有矩形形状，在第2方向上延伸。第2孔部62分别设在第1孔部61与第1周缘部31之间、以及第1孔部61与第2周缘部32之间。第2孔部62的长度方向(第2方向)与膜体部30的长度方向大致正交。因此，膜体部30在长度方向上也比较容易挠曲。
膜体部30、第1孔部61、及第2孔部62的尺寸的一例例如是以下这样的。
膜体部30的长度方向(X方向)的尺寸30x例如是约275μm(微米)左右。膜体部30的短边方向(Y方向)的尺寸30y例如是约110μm左右。膜体部30的厚度方向(Z方向)的尺寸30z例如是约2μm左右。
第1孔部61的长度方向(X方向)的尺寸61x例如是约124.5μm左右。第1孔部61的短边方向(Y方向)的尺寸61y例如是约10μm左右。
第2孔部62的短边方向(X方向)的尺寸62x例如是约10μm左右。第2孔部62的长度方向(Y方向)的尺寸62y例如是16μm左右。
在膜体部30的第1周缘部31及第2周缘部32上分别连接着施力部40。连接在第1周缘部31上的施力部40和连接在第2周缘部32上的施力部40设在相互对置的位置上。如图1、图2A及图2B所示，在多个施力部40分别连接在第1周缘部31及第2周缘部32上的情况下，连接在第1周缘部31上的多个施力部40的各个与连接在第2周缘部32上的多个施力部40的各个设在相互对置的位置上。
施力部40具有连接部41和弹性部42。
连接部41的一端与基板100连接，连接部41的另一端与弹性部42连接。弹性部42的一端与连接部41连接，弹性部42的其他端与第1周缘部31或第2周缘部32连接。如图1、图2A及图2B所示，弹性部42在多个其他端上与第1周缘部31或第2周缘部32连接。施力部40由弹性材料形成。因此，施力部40成为所谓的弹性梁。此外，弹性部42也具有作为缓冲部的功能。
弹性部42为了降低通过热膨胀等产生的热应力而设置。并且，在产生了X方向、Y方向上的热膨胀的情况下，弹性部42通过变形能够降低热应力。如图1、图2A及图2B所示，弹性部42在连接于连接部41的一端与连接于膜体部30的多个其他端之间具有分支部42a。即，弹性部42在中途分支。
由此，能够进一步增加弹性部42与膜体部30的连接部位。因此，能够进一步降低作用在1个连接部位上的应力。由此，能够确保施力部40的蠕变耐受性。此外，由于弹性部42具有分支部42a，所以能够在进一步增加弹性部42与膜体部30的连接部位的同时抑制连接部41的设置数。由此，能够实现静电致动器10的小型化。进而，通过弹性部42具有分支部42a，能够进一步减小弹性部42的表面积。由此，在施力部40中，能够降低弹性部42的破坏概率。关于这些在后面详细叙述。
作为施力部40的材料，优选的是在所谓的半导体工艺(半导体装置的制造技术)中的成膜及蚀刻等中能够使用的材料。作为这样的材料，例如可以举出氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO、SiO2等)、钛铝化合物(titan－aluminide：TiAl、Ti3Al、Al3Ti等)、铝(Al)等的金属等。在此情况下，如果考虑施力部40的寿命(到断裂等为止的弯曲次数)，则施力部40优选的是由对于蠕变变形的耐受性较高的材料形成。根据本发明者们得到的认识，施力部40优选的是由对于蠕变变形的耐受性比铝(Al)高的材料形成。例如，在上述材料中，施力部40优选的是由氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO、SiO2等)、钛铝化合物(TiAl、Ti3Al、Al3Ti等)形成。
连接部41及弹性部42的尺寸的一例例如是以下这样。连接部41的长度方向(X方向)的尺寸41x例如是约40μm左右。连接部41的短边方向(Y方向)的尺寸41y例如是约30μm左右。弹性部42的宽度方向的尺寸42w例如是约4μm左右。弹性部42的厚度方向(Z方向)的尺寸42z例如是约1.5μm左右。弹性部42与膜体部30的连接部位的尺寸42c例如是约10μm左右。连接在第1周缘部31上的弹性部42的端部与连接在第2周缘部32上的弹性部42的端部之间的距离42y例如是约164μm左右。
如图3A所示，膜体部30受施力部40支承，以使得在没有对电极部20施加电压的状态下、在膜体部30的主面与电极部20的主面之间形成规定尺寸的间隙50。没有对电极部20施加电压的状态下的间隙50的尺寸50z的一例例如是约2.5μm左右。
例如，在膜体部30上，连接着具有挠性的未图示的接地部。在此情况下，膜体部30为地电位。因此，通过使形成在膜体部30的主面与电极部20的主面之间的间隙50的尺寸变化，能够使膜体部30与电极部20之间的电容变化。并且，能够将该电容的变化用于切换等。另外，并不限定于膜体部30为地电位。
参照图3A～图3C对有关本实施方式的静电致动器10的驱动进一步说明。
如图3A所示，在没有对电极部20与膜体部30之间赋予电位差的状态下，膜体部30从电极部20离开。即，膜体部30处于向上状态的状态。接着，如果对电极部20与膜体部30之间赋予电位差，则通过静电引力使电极部20及膜体部30抵抗弹性部42的弹性力(复原力)而相互吸引。由此，如图3B所示，膜体部30向Z方向即电极部20的方向驱动。
此时，如上所述，膜体部30具有第1孔部61。第1孔部61设置为，使膜体部30的长度方向与第1孔部61的长度方向大致并行。因此，如图3B所示，膜体部30在短边方向上比长度方向容易挠曲。接着，如果将比图3B所示的状态大的电位差施加在电极部20与膜体部30之间，则如图3C所示，膜体部30与电极部20接触而成为向下状态的状态(接通)。由此，进行开关动作。
当驱动有关本实施方式的静电致动器10时，对电极部20及膜体部30施加偏压。例如，对电极部20施加电压，对膜体部30供给0V(伏特(volt))。或者，例如也可以对电极部20施加0V(伏特)、对膜体部30供给电压。或者，也可以根据驱动次数及电容值适当调换电场的朝向。
另一方面，如果使施加在电极部20与膜体部30之间的电位差比在接通时施加的电位差(接通电压)小，则在电极部20与膜体部30之间产生的静电引力变得比弹性部42的弹性力小。如果这样，则膜体部30从电极部20离开，成为向上状态(up－state)的状态(拉出(pull－out))。另外，一般而言，接通电压的绝对值比在拉出时被施加的电位差(拉出电压)的绝对值大。
此时，在将信号电压施加在电极部20上的情况下，通过信号电压，也在电极部20与膜体部30之间产生静电引力。一般而言，在静电致动器中，在将信号电压施加在电极部20上、产生了静电引力的状态下，也需要拉出。将其例如称作热切换等。对于静电致动器，希望接通电压的降低、及热切换(hot－switching)性的提高。这里，在本说明书中，所谓的“热切换性”，是指在将电压施加在电极部20上的状态下、膜体部30从电极部20离开的性能、或者膜体部30与电极部20的离开的容易性。
接着，参照附图对本发明者们实施的模拟的结果的一例进行说明。
图4是例示静电致动器的驱动特性的模拟结果的一例的曲线图。
此外，图5是表示有关比较例的静电致动器的平面示意图。
此外，图6A～图6C是表示有关本实施方式的静电致动器的平面示意图。
另外，图6B所示的静电致动器的构造与在图1～图3C中所述的静电致动器的构造相同。
图4是将静电致动器的驱动特性通过FEM(Finite Element Method：有限元法)模拟求出的图。纵轴表示静电电容，横轴表示驱动电压。该情况下，静电引力除了通过驱动电压以外也通过信号电压产生，但在本模拟中设为对于驱动特性而言最严格的条件。即，在接通时将信号电压设为0V(伏特)、在拉出时设为施加7.5V(伏特)的信号电压而进行计算。
如图4所示，在将膜体部30通过静电引力吸引在电极部20上的情况下，通过未图示的电流电源对电极部20施加驱动电压。如果对电极部20施加驱动电压，则在电极部20上被施加正电荷或负电荷，所以膜体部30被静电引力吸引到电极部20上。并且，由于如图4所示的箭头(1)那样、如果驱动电压上升则静电引力变大，所以膜体部30在接通电压下与电极部20接触(接通)。此时，如图4所示的箭头(2)那样，静电电容与箭头(1)的部分的静电电容的变化相比急剧上升。
图5所示的有关比较例的静电致动器10a的接通电压是34.5V(伏特)。如图5所示，有关比较例的静电致动器10a具备膜体部30a和施力部40a。膜体部30a如图1、图2A及图2B所示的膜体部30那样，不具有第1孔部61。膜体部30a具有第2孔部62。施力部40a具有连接部41和弹性部43。本比较例的弹性部43如图1、图2A及图2B所示的弹性部42那样，在连接于连接部41上的一端与连接于膜体部30a上的多个其他端之间不具有分支部。即，本比较例的弹性部43不在中途分支。
本比较例的弹性部43的刚性比图6A～图6C所示的本实施方式的弹性部42、44的刚性低。换言之，图6A～图6C所示的本实施方式的弹性部42、44的刚性比本比较例的弹性部43的刚性高。该理由之一是例如为了实现热切换性的提高。即，这是为了能够进行例如驱动电压为0V(伏特)的状态、7.5V(伏特)的信号电压施加在电极部20上的状态下的热切换。静电致动器10a的其他构造与图1～图3C中所述的静电致动器10的构造相同。
图6A所示的有关本实施方式的静电致动器10b的接通电压是47.5V(伏特)。如图6A所示，静电致动器10b具备膜体部30b。膜体部30b代替第1孔部61而具有第3孔部63。如图6A所示，第3孔部63不设置为使膜体部30b的长度方向与第3孔部63的长度方向大致并行。并且，多个第3孔部63配置为，使其处于短边方向的大致中心位置、并大致沿着长度方向。静电致动器10b的其他构造与图1～图3C中所述的静电致动器10的构造相同。
图6B所示的有关本实施方式的静电致动器10的接通电压是36.5V(伏特)。静电致动器10的构造为图1～图3C中所述那样。
图6C所示的有关本实施方式的静电致动器10c的接通电压是36V(伏特)。如图6C所示，静电致动器10c具备施力部40c。施力部40c具有连接部41和弹性部44。静电致动器10c的弹性部44在连接于连接部41上的一端与连接于膜体部30上的多个其他端之间具有分支部44a。即，弹性部44在中途分支。图6C所示的弹性部44的分支部44a比图6A及图6B所示的弹性部42的分支部42a(参照图1、图2A及图2B)少。因此，图6C所示的弹性部44与膜体部30的连接部位比图6A及图6B所示的弹性部42和膜体部30b、30的各个连接部位少。静电致动器10c的其他构造与图1～图3C中所述的静电致动器10的构造相同。
由此可知，在与有关比较例的静电致动器10a相比弹性部42、44的刚性较高的情况下，如图6A所示的静电致动器10b那样，有接通电压变高的情况。相对于此，在如图6B及图6C所示的静电致动器10、10c那样、膜体部30具有第1孔部61的情况下，与不具有第1孔部61的情况相比，在短边方向上容易挠曲。
当膜体部30被静电引力吸引到电极部20上时，首先，设有第1孔部61的部分即膜体部30的短边方向上的中心位置挠曲(参照图3B)。并且，设有第1孔部61的部分的间隙50的尺寸变小。这里，静电引力与形成在膜体部30的主面与电极部20的主面之间的间隙50的尺寸的平方成反比例。因此，如果间隙50的尺寸变得更小，则产生更大的静电引力。由此，膜体部30被更容易地吸引到电极部20上。并且，通过被向设有第1孔部61的部分牵引，膜体部30弯曲而挠曲。接着，间隙50的尺寸变得更小的部分、即产生更大的静电引力的部分逐渐向Y方向扩大。
因此，即使弹性部42、44的刚性比比较例的弹性部43的刚性高，膜体部30也能够与有关比较例的静电致动器10a同样容易地与电极部20接触。由此可知，第1孔部61具有降低接通电压的效果。即，可知在膜体部30具有第1孔部61的情况下，使弹性部42、44的刚性比比较例的弹性部43的刚性高并且抑制接通电压的上升，能够降低到与有关比较例的静电致动器10a同样的接通电压。另外，可知在有关比较例的静电致动器10a中接通电压也比较低。
接着，如图4所示的箭头(3)那样使驱动电压上升到50V(伏特)。在该时刻，从未图示的信号发生部对电极部20施加7.5V(伏特)的信号电压。在这样对电极部20施加信号电压的情况下，通过将驱动电压与信号电压相加的电压产生静电引力。例如，在驱动电压是50V(伏特)的情况下，通过将50V(伏特)的驱动电压与7.5V(伏特)的信号电压相加的57.5V(伏特)的电压产生静电引力。
在使膜体部30从电极部20离开的情况下，停止通过未图示的直流电源向电极部20的驱动电压的施加。如果将向电极部20的驱动电压的施加停止，则停止向电极部20的正电荷或负电荷的供给，所以由驱动电压带来的静电引力被解除。并且，如图4所示的箭头(4)那样，如果驱动电压下降则静电引力变小，所以膜体部30在拉出电压下从电极部20离开。此时，如图4所示的箭头(5)那样，静电电容与箭头(4)的部分的静电电容的变化相比急剧下降。
如上所述，有关比较例的静电致动器10a的弹性部43的刚性比本实施方式的弹性部42、44的刚性低，所以比较例的膜体部30a可能有不能从电极部20离开的情况。即使是驱动电压为0V(伏特)的情况，也将7.5V(伏特)的信号电压施加在电极部20上。因此，产生由7.5V(伏特)的信号电压带来的静电引力。在有关比较例的静电致动器10a中，在由信号电压带来的静电引力比比较例的弹性部43的弹性力大的情况下，比较例的膜体部30a可能有为与电极部20接触的状态而不能离开的情况。
此外，可知即使在弹性部42的刚性比比较例的弹性部43的刚性高的情况下，也可能有例如如图6A所示的静电致动器10b那样、膜体部30b不能从电极部20完全离开的情况。在图6A所示的静电致动器10b中，可能有膜体部30b的一部分能够从电极部20离开、而膜体部30b的其他部分不能从电极部20离开的情况。
相对于此，在如图6B及图6C所示的静电致动器10、10c那样、膜体部30具有第1孔部61的情况下，在短边方向上更容易挠曲。
当静电引力被解除时，首先，膜体部30的第1周缘部31(参照图1)及第2周缘部32(参照图1)在弹性部42、44的弹性力作用下从电极部20离开。在膜体部30从电极部20离开的部分中，间隙50的尺寸变大。因此，膜体部30从电极部20离开的部分处的静电引力变小，膜体部30能够容易从电极部20分离。并且，通过被向膜体部30从电极部20离开的部分牵引，膜体部30弯曲而挠曲。接着，间隙50的尺寸变得更大的部分、即静电引力变得更小的部分逐渐在Y方向上扩大。
因此，图6B及图6C所示的静电致动器10、10c的膜体部30能够更容易地从电极部20离开。换言之，能够在施加在电极部20上的电压更高的状态下使膜体部30从电极部20离开。由此，可知具有第1孔部61使拉出电压变得更高、提高热切换性的效果。
另外，在本模拟中，为了便于说明，设为对于驱动特性而言最严格的条件。因此，在图6A所示的静电致动器10b中，可能有膜体部30b不能从电极部20完全分离的情况，但这并不意味着图6A所示的静电致动器10b不包含在本发明的实施方式中。图6A所示的静电致动器10b的弹性部42具有如图1～图3C所述的分支部42a。因此，图6A所示的静电致动器10b包含在本发明的实施方式中。此外，在有关比较例的静电致动器10a中，接通电压也比较低。因此，本实施方式的说明并不意味着有关比较例的静电致动器10a有问题。
图7是例示有关比较例的静电致动器的应力分布的模拟结果的一例的平面示意图。
此外，图8A～图8C是例示有关本实施方式的静电致动器的应力分布的模拟结果的一例的平面示意图。
图7及图8A～图8C是在将50V(伏特)的驱动电压施加在电极部20上的状态下、将膜体部与弹性部的连接部位处的米泽斯(Mises)应力进行通过FEM(Finite Element Method：有限元法)模拟的弹性解析的结果。关于图4如以上叙述那样，在将50V(伏特)的驱动电压施加在电极部20上的状态下，膜体部30与电极部20接触(接通(pull－in)后)。此外，此时，从未图示的信号发生部对电极部20施加7.5V(伏特)的信号电压。另外，将米泽斯应力的值用单调的浓淡表示，以米泽斯应力越大则越淡、米泽斯应力越小则越浓的方式进行显示。
图7所示的有关比较例的静电致动器10a的构造与图5中所述的静电致动器10a相同。图8A～图8C所示的有关本实施方式的静电致动器10b、10、10c的构造与图6A～图6C所示的静电致动器10b、10、10c的构造相同。
在图7所示的有关比较例的静电致动器10a中，膜体部30a与弹性部43的连接部位处的米泽斯应力的最大值是76MPa(兆帕(mega－pascal))。在图8A所示的有关本实施方式的静电致动器10b中，膜体部30b与弹性部42的连接部位处的米泽斯应力的最大值是76MPa(兆帕)。在图8B所示的有关本实施方式的静电致动器10中，膜体部30与弹性部42的连接部位处的米泽斯应力的最大值是76MPa(兆帕)。在图8C所示的有关本实施方式的静电致动器10c中，膜体部30与弹性部44的连接部位处的米泽斯应力的最大值是176MPa(兆帕)。
关于图4～图6C如以上叙述那样，有关比较例的静电致动器10a即使在驱动电压是0V(伏特)的情况下，也可能有在将7.5V(伏特)的信号电压施加在电极部20上的状态下不能进行热切换的情况。相对于此，在弹性部的刚性更高的情况下，有能够进行驱动电压是0V(伏特)的状态、将7.5V(伏特)的信号电压施加在电极部20上的状态下的热切换的情况。
这里，在弹性部的刚性更高的情况下，热切换性提高，另一方面，例如如图8C所示的静电致动器10c那样，可能有膜体部30与弹性部44的连接部位处的米泽斯应力的最大值比比较例的膜体部30a与弹性部43的连接部位处的米泽斯应力的最大值高的情况。
相对于此，在如图8A及图8B所示的静电致动器10b、10那样、弹性部42的分支部42a更多的情况下，弹性部42与膜体部30b、30的各个连接部位更多。因此，能够降低作用在弹性部42和膜体部30b、30的各个连接部位中的1个连接部位上的应力。即，在弹性部42具有分支部42a的情况下，可知能够在进一步提高弹性部42的刚性而实现热切换性的提高的同时、将作用在弹性部42与膜体部30b、30的各个连接部位中的1个连接部位上的应力降低到与有关比较例的静电致动器10a同样的应力。由此可知，具有弹性部42的分支部42a能够确保施力部40、40c的蠕变耐受性的效果。此外，可知具有弹性部42的分支部42a在增加弹性部42与膜体部30b、30的各个连接部位的同时抑制连接部41的设置数、能够实现静电致动器10、10c的小型化的效果。进而，通过弹性部42具有分支部42a，能够进一步减小弹性部42的表面积。由此可知，具有在施力部40、40c中进一步降低弹性部42的破坏概率的效果。
另外，在本模拟中，为了便于说明，设为对于驱动特性而言最严格的条件。因此，在图8C所示的静电致动器10c中，膜体部30与弹性部44的连接部位处的米泽斯应力的最大值比有关比较例的静电致动器10a大，但这并不意味着图8C所示的静电致动器10c不包含在本发明的实施方式中。在图8C所示的静电致动器10c中，弹性部44具有分支部44a(参照图6C)，膜体部30具有在图1～图3C中所述的第1孔部61。因此，图8C所示的静电致动器10c包含在本发明的实施方式中。此外，在有关比较例的静电致动器10a中，膜体部30a与弹性部43的连接部位处的米泽斯应力的最大值比较低。因此，本实施方式的说明并不意味着有关比较例的静电致动器10a有问题。
图9A及图9B是例示有关本发明的其他实施方式的静电致动器的平面示意图。
图9A所示的静电致动器10d的膜体部30d在大致中央部具有1个连接部36。另一方面，膜体部30d在第3周缘部33d及第4周缘部34d中不具有连接部36。即，在膜体部30d上设有两个第1孔部61d，第1孔部61d的一端在第3周缘部33d及第4周缘部34d上分别开口。
由此，图9A所示的静电致动器10d的膜体部30d与在图1～图3C中所述的静电致动器10的膜体部30相比在短边方向上容易挠曲。由此，能够进一步降低接通电压。此外，能够进一步提高热切换性。
图9B所示的静电致动器10e的膜体部30e在第3周缘部33e及第4周缘部34e上分别具有连接部36。此外，膜体部30e在第3周缘部33e与第4周缘部34e之间具有两个连接部36。即，膜体部30e具有4个连接部36。因此，在膜体部30e上设有3个第1孔部61e。
由此，能够抑制膜体部30e的不必要的变形、实现动作的稳定化。因此，膜体部30e能够使被吸引在电极部20上时的膜体部30e的变位量(翘曲量)比在图1～图3C中所述的静电致动器10的膜体部30更稳定地控制而变化。
图10A及图10B是例示本实施方式的其他的弹性部的平面示意图。
图10A所示的弹性部46在1个直线部46b中具有两个分支部46a。由此，与在图1～图3C中所述的静电致动器10的弹性部42相比，能够增加弹性部46与膜体部30的连接部位。由此，能够将作用在弹性部46和膜体部30的1个连接部位上的应力相比在图1～图3C中所述的静电致动器10进一步降低。由此，能够更可靠地确保施力部40的蠕变耐受性。
图10B所示的弹性部47在1个直线部47b中具有3个分支部47a。由此，与在图1～图3C中所述的静电致动器10的弹性部42及图10A所示的弹性部46相比，能够增加弹性部47与膜体部30的连接部位。由此，能够将作用在弹性部46和膜体部30的1个连接部位上的应力相比在图1～图3C中所述的静电致动器10及图10A所示的弹性部46进一步降低。由此，能够更可靠地确保施力部40的蠕变耐受性。
此外，通过适当调整弹性部42、46、47的各个分支部42a、46a、47a的设置数、以及设置位置等，能够使弹性部42、46、47与膜体部30的各个连接部位处的应力及弹性部42、46、47的刚性相互大致均匀。或者，通过适当调整弹性部42、46、47的各个分支部42a、46a、47a的设置数及设置位置等，能够使弹性部42、46、47与膜体部30的各个连接部位处的应力及弹性部42、46、47的刚性在长度方向阶段性地或逐渐地变化。在此情况下，不仅是短边方向，在长度方向上也能够将膜体部30被吸引到电极部20上的定时(timing)错开。例如，在弹性部42、46、47和膜体部30的各个连接部位的刚性从膜体部30的中央部朝向长度方向的两周缘部(第3周缘部33及第4周缘部34)逐渐变低的情况下，首先，膜体部30的长度方向的两周缘部挠曲。由此，能够进一步降低接通电压。此外，能够使热切换性进一步提高。
如以上说明，根据本实施方式，膜体部30具有第1孔部61。第1孔部61设置为，使膜体部30的长度方向与第1孔部61的长度方向大致并行。由此，能够降低接通电压。此外，能够使热切换性提高。施力部40的弹性部42在连接于连接部41上的一端与连接于膜体部30上的多个其他端之间具有分支部42a。由此，能够确保施力部40的蠕变耐受性。此外，能够实现静电致动器10的小型化。进而，能够降低因表面积的降低带来的破坏概率。
说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不意味着限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明和与其等同的范围中。

Claims (18)

1.一种静电致动器，其特征在于，具备：
基板；
电极部，设在上述基板上；
膜体部，与上述电极部对置设置，具有导电性且具有矩形形状；以及
施力部，具有与上述基板连接的连接部和设在上述连接部与上述膜体部之间的弹性部，支承上述膜体部；
上述电极部和上述膜体部能够对应于施加在上述电极部上的电压而成为接触的状态和分离的状态；
上述弹性部在连接于上述连接部的一端与连接于上述膜体部的多个其他端之间具有串联连接的多个分支部，
上述多个分支部使得上述弹性部的上述多个其他端相互沿着上述膜体部的上述矩形形状的长度方向配置，
上述弹性部的上述多个其他端具有与上述矩形形状的上述长度方向垂直延伸的长度。
2.如权利要求1所述的静电致动器，其特征在于，
上述膜体部具有沿第1方向延伸的第1孔部；
上述第1方向是上述膜体部的上述长度方向。
3.如权利要求2所述的静电致动器，其特征在于，
上述第1孔部设在上述膜体部的短边方向的中心部。
4.如权利要求1所述的静电致动器，其特征在于，
具备多个上述施力部；
上述多个施力部的某个连接在上述膜体部的第1周缘部上；
上述多个施力部的其他的某个连接在与上述第1周缘部对置的第2周缘部上。
5.如权利要求4所述的静电致动器，其特征在于，
连接在上述第1周缘部上的上述施力部和连接在上述第2周缘部上的上述施力部设在相互对置的位置上。
6.如权利要求2所述的静电致动器，其特征在于，
上述膜体部还具有沿第2方向延伸的第2孔部；
上述第2方向与上述膜体部的长度方向垂直。
7.如权利要求6所述的静电致动器，其特征在于，
上述膜体部具有多个上述第2孔部；
上述多个上述第2孔部的某个设在上述第1孔部与上述膜体部的第1周缘部之间；
上述多个上述第2孔部的其他的某个设在上述第1孔部与对置于上述第1周缘部的第2周缘部之间。
8.如权利要求1所述的静电致动器，其特征在于，
上述施力部具有多个上述弹性部。
9.如权利要求8所述的静电致动器，其特征在于，
上述多个弹性部与上述膜体部的各个连接部位处的上述多个弹性部的刚性相互均匀。
10.如权利要求8所述的静电致动器，其特征在于，
上述多个弹性部与上述膜体部的各个连接部位处的上述多个弹性部的刚性在各自之间阶段性地或逐渐地变化。
11.一种静电致动器，其特征在于，具备：
基板；
电极部，设在上述基板上；
膜体部，与上述电极部对置设置，具有导电性且具有矩形形状，并且具有沿第1方向延伸的第1孔部和沿第2方向延伸的第2孔部；以及
施力部，具有与上述基板连接的连接部和设在上述连接部与上述膜体部之间的弹性部，支承上述膜体部；
上述电极部和上述膜体部能够对应于施加在上述电极部上的电压而成为接触的状态和分离的状态；
上述弹性部在连接于上述连接部的一端与连接于上述膜体部的多个其他端之间具有分支部，
上述分支部构成为，使得上述弹性部的上述多个其他端相互沿着上述膜体部的上述矩形形状的长度方向配置，
上述第1方向是上述膜体部的上述矩形形状的长度方向，
上述第2孔部设在上述第1孔部与上述膜体部的第1周缘部之间或者设在上述第1孔部与上述膜体部的对置于上述第1周缘部的第2周缘部之间。
12.如权利要求11所述的静电致动器，其特征在于，
上述第1孔部设在上述膜体部的短边方向的中心部。
13.如权利要求11所述的静电致动器，其特征在于，
具备多个上述施力部；
上述多个施力部的某个连接在上述膜体部的第1周缘部上；
上述多个施力部的其他的某个连接在与上述第1周缘部对置的第2周缘部上。
14.如权利要求11所述的静电致动器，其特征在于，
连接在上述第1周缘部上的上述施力部和连接在上述第2周缘部上的上述施力部设在相互对置的位置上。
15.如权利要求11所述的静电致动器，其特征在于，
上述膜体部具有多个上述第2孔部；
上述多个上述第2孔部的某个设在上述第1孔部与上述膜体部的第1周缘部之间；
上述多个上述第2孔部的其他的某个设在上述第1孔部与对置于上述第1周缘部的第2周缘部之间。
16.如权利要求11所述的静电致动器，其特征在于，
上述施力部具有多个上述弹性部。
17.如权利要求16所述的静电致动器，其特征在于，
上述多个弹性部与上述膜体部的各个连接部位处的上述多个弹性部的刚性相互均匀。
18.如权利要求16所述的静电致动器，其特征在于，
上述多个弹性部与上述膜体部的各个连接部位处的上述多个弹性部的刚性在各自之间阶段性地或逐渐地变化。
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