JP2003075746A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 応答速度を上げても損失が増大することな
く、低コストで製造出来、耐久性に優れ、且つ、消費電
力の小さい光スイッチを提供すること。 【解決手段】 内部にセル３が形成されたセル部材２
と、微細スリット１３を有する導波路部材４２とから構
成され、側壁６が圧電／電歪体又は反強誘電体で形成さ
れたセル３に気体３１が充填され、微細スリット１３に
液体３２が充填され、セル３と微細スリット１３とは連
通孔７３を介して通じてなり、微細スリット１３中にお
いて光導波路と交差させ、その交差箇所にセル３を配設
して、セル３の側壁６を形成する圧電／電歪体又は反強
誘電体に電界を加えることにより側壁６を伸縮させて、
交差箇所においてセル３に充填された気体３１の一部を
連通孔７３から微細スリット１３中へ突出させ得る光ス
イッチの提供による。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、光スイッチに関
する。より詳しくは、光通信システム、光記憶装置、光
演算装置、光記録装置、又は、光プリンタ等に適した光
スイッチに関し、特に、特定の光毎にスイッチングを行
う多チャンネル光スイッチが要望される光通信システム
に適した光スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 近年、光通信技術の進展とともに、高
速応答、小型化、高集積化、低消費電力化、及び信号の
減衰の低減化が可能な光スイッチが求められている。

【０００３】 従来、光スイッチとしては、液晶を用い
たもの、電磁石を用いた機械的な装置により光ファイバ
ーの位置を移動させるもの、マイクロミラーを用いるも
の、あるいは、特開平１０−９０７３５号公報に開示さ
れているバブル生成を用いたもの等が知られている。し
かし、これらの光スイッチには以下のような問題があっ
た。

【０００４】 液晶を用いた光スイッチでは、分子の配
向に基づいてスイッチングを行うため、応答速度が遅
く、高速通信が要求される光通信への適用は困難であっ
た。又、偏光板を用いる必要があるため、光の利用効率
が低い、即ち、光スイッチの損失が大きいという問題も
あった。

【０００５】 電磁石を用いた機械的な装置により光フ
ァイバーの位置を移動させる光スイッチでは、装置の小
型化が出来ず、高集積化の要請に応じることが困難であ
った。又、電磁石を用いた機械的動作によりスイッチン
グを行うため、消費電力が大きいという問題もあった。

【０００６】 マイクロミラーを用いた光スイッチで
は、製造プロセスが煩雑になるため、製造コストが高く
なってしまうという問題があった。又、大気中を伝播す
る光を制御するため、信号の減衰が大きい、即ち、光ス
イッチの損失が大きいという問題もあった。

【０００７】 バブル生成を用いた光スイッチは、液体
が充填された微細スリット中において光導波路と交差さ
せた導波路基板とヒーター基板とを備え、その交差箇所
において、マイクロヒーターによるバブル生成により、
微細スリット中の液体を存在させたり存在させなかった
りして、光伝送路を切り換えるスイッチである。

【０００８】 この光スイッチの、より詳細な動作原理
は、光導波路と交差する微細スリットに充填された液体
の屈折率が、導波路と実質的に同じになるよう調整され
ていて、信号入力のないときに光導波路へ送り込まれた
光信号は交差箇所を直進するのに対して、信号入力され
た時点では、マイクロヒーターにより微細スリットに充
填された液体が加熱・局所沸騰してバブルを生成するた
め、光導波路へ送り込まれた光信号は、交差箇所に生成
した固体／気体界面により反射され、予め設置された別
の光導波路へ屈折して進むことである。このバブル生成
を用いた光スイッチは、微細化が可能なことと、高速応
答性に優れることから、特に有用性が注目されている。

【０００９】 しかし、バブル生成にマイクロヒーター
を用いるため、この光スイッチにおいては、以下のよう
な問題点があった。 （１）応答速度を高速にすればするほど、発熱による蓄
熱が大きくなり、微細スリット中に充填した液体の屈折
率が変化して、光スイッチの損失が増大する。 （２）微細スリット中に内蔵した液体が時間とともに熱
により劣化し、光スイッチの損失が増大するため、耐久
性に限界があり、使い捨て式の液体を採用し補充・回収
等のサポート機構を付設せざるをえず製造コストがかか
り、且つ、全体としてシステムが大きくなる。 （３）マイクロヒーター駆動による消費電力が大きい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】 従って、本発明の目
的は、従来の光スイッチの問題を解決し、応答速度を上
げても光スイッチの損失が増大することなく、低コスト
で製造出来、耐久性に優れ、且つ、消費電力の小さい光
スイッチを提供することにある。光スイッチについて鋭
意研究が続けられた結果、以下に示す手段によって上記
目的を達成出来ることを知見し、本発明に至った。

【００１１】

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、光路の途中に設けられ、光信号の経路を規定する光
スイッチであって、内部にセルが形成されたセル部材
と、微細スリットを有する導波路部材とから構成され、
側壁が圧電／電歪体又は反強誘電体で形成されたセルに
気体が充填され、微細スリットに液体が充填され、セル
と前記微細スリットとは連通孔を介して通じてなり、微
細スリット中において光導波路と交差させ、その交差箇
所にセルを配設して、セルの側壁を形成する圧電／電歪
体又は反強誘電体に電界を加えることにより側壁を伸縮
させて、交差箇所においてセルに充填された気体の一部
を連通孔から微細スリット中へ突出させ得ることを特徴
とする光スイッチが提供される。

【００１２】 本発明においては、圧電／電歪体又は反
強誘電体の分極電界と駆動電界とが、電界方向同一であ
ることが好ましく、セルを形成する側壁の表面の結晶粒
子状態は、粒内破壊を受けている結晶粒子が１％以下で
あることが好ましい。

【００１３】 又、本発明によれば、内部にセルが形成
されたセル部材と、微細スリットを有する導波路部材と
から構成され、側壁が圧電／電歪体又は反強誘電体で形
成されたセルに気体が充填され、微細スリットに液体が
充填され、セルと微細スリットとは連通孔を介して通じ
てなり、微細スリット中において光導波路と交差させる
光スイッチの、パンチとダイを用いた製造方法であっ
て、圧電／電歪体又は反強誘電体からなる複数のグリー
ンシートを用意し、パンチにより、第一のグリーンシー
トに第一のスリット孔を開ける第一の工程と、第一のス
リット孔からパンチを抜き取らない状態で、第一のグリ
ーンシートをストリッパに密着させて引き上げる第二の
工程と、パンチの先端部が引き上げた第一のグリーンシ
ートの最下部より僅かに引き込む程度に、パンチを引き
上げる第三の工程と、パンチにより、第二のグリーンシ
ートに第二のスリット孔を開ける第四の工程と、第二の
スリット孔から前記パンチを抜き取らない状態で、第二
のグリーンシートを第一のグリーンシートとともに引き
上げる第五の工程と、パンチ先端部が引き上げた第二の
グリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、パ
ンチを引き上げる第六の工程と、以降、複数枚のグリー
ンシートを第四の工程から第六の工程を繰り返して積層
し、複数のスリットを有する圧電／電歪体又は反強誘電
体を形成する過程を含むことを特徴とする光スイッチの
製造方法が提供される。

【００１４】

【発明の実施の形態】 以下に、本発明の光スイッチに
ついて、図面を参酌しながら、実施の形態を具体的に説
明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるも
のではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、
当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加
え得るものである。図１（ａ）、図１（ｂ）、及び、
図２（ａ）、図２（ｂ）は、本発明に係る光スイッチの
一実施形態を示す断面図である。図１（ａ）は、光スイ
ッチ４４のセル３の長手方向の垂直断面図であり、図１
（ｂ）は、光スイッチ４４のセル３の短手方向の垂直断
面図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）は、各々の駆動状
態を示している。

【００１５】 本発明に係る光スイッチの一実施形態で
ある光スイッチ４４は、セル３を形成する側壁６を圧電
／電歪体又は反強誘電体により構成し、側壁６たる圧電
／電歪体又は反強誘電体に電界を加え、側壁６を伸縮さ
せることによってセル３の体積を変化させ、セル部材２
内部のセル３内に充填された気体３１を、連通孔７３か
ら微細スリット１３中へ突出させ得る。そして、微細ス
リット１３中の気体３１が突出した場所に光導波路が交
差するように構成し、その交差箇所において、微細スリ
ット１３中に液体３２を存在させたり気体３１を存在さ
せたりして、光伝送路を切り換えることが出来る。光導
波路と交差する微細スリット１３に充填された液体３２
の屈折率は、光導波路と実質的に同じになるよう調整さ
れていて、上記交差箇所の微細スリット１３中に液体３
２が存在する場合には、光導波路へ送り込まれた光信号
は交差箇所の液体３２と光導波路との界面を直進する。
対して、上記交差箇所の微細スリット１３中に気体３１
が存在する場合には、光導波路へ送り込まれた光信号
は、気体３１と光導波路との界面により反射され、予め
設置された別の光導波路へ屈折して進む。

【００１６】 光スイッチ４４は、内部にセル３が形成
されたセル部材２と、微細スリット１３を有する導波路
部材４２とから構成される。セル３の側壁は、圧電／電
歪体又は反強誘電体で形成され、セル３には気体３１が
充填される。又、微細スリット１３には、気体３１とは
非溶性の液体３２が充填される。

【００１７】 そして、セル部材２内のセル３と、導波
路部材４２内の微細スリット１３とは、セル部材２の連
通開口部７２と導波路部材４２のノズル８とが通じた連
通孔７３を介して連通している。図１（ａ）、図１
（ｂ）に示されるように、導波路部材４２のノズル８に
対して、セル部材２の連通開口部７２は大きめに開ける
ことが好ましい。何故ならば、連通開口部７２が開けら
れる連通板６８の材料としてスペーサ板７０と同じ圧電
／電歪体又は反強誘電体を用いることが好ましいが、後
述するような圧電／電歪体又は反強誘電体であるセラミ
ックスは、焼成時に収縮率にバラツキが生じ易く、連通
開口部７２に位置ズレが生じることがあり得るからであ
る。従って、連通開口部７２に通じるノズル８を精度よ
く形成し、連通開口部７２に位置ズレが生じても、ノズ
ル８により上記交差場所が特定されるようにすることが
好ましい。

【００１８】 セル部材２は、例えば、複数のスリット
（Ａ）５が形成された圧電／電歪体又は反強誘電体から
なるスペーサ板７０と、スペーサ板７０の一方の側に重
ね合わせスリット（Ａ）５を覆蓋する蓋板７と、スペー
サ板７０の他方の側に重ね合わせスリット（Ａ）５を覆
蓋する連通板６８とから形成することが出来る。そし
て、セル部材２のスリット（Ａ）５と隣接するスリット
（Ａ）５との間には、蓋板７及びスペーサ板７０を貫通
するスリット（Ｂ）４５が形成される。セル３は、スリ
ット（Ａ）５と蓋板７とにより形成され、スリット
（Ｂ）４５が、隣接する２つのセル３を独立せしめる。

【００１９】 このように、本発明の光スイッチ４４に
おいては、体積変化するセル３が、隣接するセル３と、
スリット（Ｂ）４５を隔てて独立して形成されているた
め、セル３が、個々に、他のセル３から全く独立して駆
動し得る。又、隣接するセル３に同時に同じ動作をさせ
ることが出来る。更には、互いに圧電／電歪体又は反強
誘電体の変位を妨げることがない。従って、例えば、同
じ変位量を得るために、より電界強度は小さくて済む。

【００２０】 スリット（Ｂ）４５は、駆動部である側
壁６の変形を妨げない程度に隣接するセル３間に形成さ
れていればよい。例えば、図２（ａ）に示す駆動状態か
ら理解されるように、セル３の長手方向において、少な
くとも蓋板７が変形する部分と同程度の長さにスリット
（Ｂ）４５が形成されていればよいが、より好ましくは
セル３の長さと同程度の長さにスリット（Ｂ）４５を形
成する。

【００２１】 本発明の光スイッチ４４においては、セ
ルを構成する壁の屈曲により圧力を生じさせるのではな
く、例えばセル３を形成する側壁６の両表面に電極膜を
形成し電極膜に電圧を印加することにより、側壁６が上
下方向に伸縮することに特徴がある。

【００２２】 駆動部である側壁６が、伸縮という変形
によりセル３に体積変化をもたらし、気体３１を液体３
２中に突出せしめるので、大きな変位を得るために、駆
動部たる側壁６を薄肉にする必要がない。従って、剛性
が低下しないため、応答性が鈍くなるという問題は生じ
ない。大変位と高速応答性が相反せず両立し得る。

【００２３】 本発明の光スイッチ４４においては、駆
動部であるセル３の側壁６を構成する圧電／電歪体又は
反強誘電体の分極電界と駆動電界とが、同一方向である
ことが好ましい。こうすることにより、製造工程におい
て、仮の分極用電極を作製し電界をかける必要がなく、
スループットの向上が図れる。又、分極処理に関わりな
く、キュリー温度以上の高い温度での加熱を伴う製造プ
ロセスを適用することが可能である。従って、光スイッ
チ４４を製造する際に、はんだリフロー等によるはんだ
付けや、熱硬化型接着が実施可能であり、更にスループ
ットの向上が導かれ、製造コストの低減が図れる。

【００２４】 そして、高い電界強度で駆動しても、分
極状態が変化してしまうことがなく、むしろ、より好ま
しい分極状態となり得て、安定して高い歪み量を得るこ
とが出来る。従って、よりコンパクトにすることが出
来、光スイッチとして好ましい。

【００２５】 以下に、本発明の光スイッチ４４におい
て、他の好ましい条件を記載する。セル３を形成する側
壁６の面の輪郭度は、概ね８μｍ以下であることが好ま
しく、又、セル３を形成する側壁６の壁面の凹凸量は、
概ね１０μｍ以下であることが好ましく、更には、セル
３を形成する側壁６の壁面の表面粗さＲｔが、概ね１０
μｍ以下であることが好ましい。これらのうち、少なく
とも何れか１つの条件に適う光スイッチであれば、セル
３を構成する側壁６即ち駆動部のセル３内壁面が平滑で
あるので、駆動時に電界集中や応力集中が生じ難く、セ
ル３で安定した気体の突出動作を実現することが出来
る。

【００２６】 尚、面の輪郭度は、日本工業規格Ｂ０６
２１「幾何偏差の定義及び表示」に示されている。面の
輪郭とは機能上定められた形状をもつように指定した表
面であって、面の輪郭度とは理論的に正確な寸法によっ
て定められた幾何学的輪郭からの面の輪郭の狂いの大き
さをいう。本発明において示すセルの面とは、上記した
セルを構成する側壁のセル内壁面を指す。

【００２７】 又、１つのセル３において、そのセル３
の内幅Ｗ（短手方向の幅）と高さＨとの比が、換言すれ
ば、セル３のアスペクト比Ｗ：Ｈが、概ね１：２〜１：
４０であることが好ましく、セル３の内幅Ｗが概ね６０
μｍ以下であることが好ましい（内幅Ｗと高さＨについ
ては、図１に示す）。より好ましくは、セル３のアスペ
クト比Ｗ：Ｈが１：１０〜１：２５、セル３の内幅Ｗが
５０μｍ以下である。これらのアスペクト比の値が好ま
しい理由は、アスペクト比が小さすぎると、十分な気体
突出動作を得るために必要な電界が高くなりすぎて、絶
縁破壊等の危険性が増す一方、アスペクト比が大きくな
ると、強度的に弱くなり、組み立て・ハンドリング中の
不良発生が増えるからである。少なくとも何れか１つの
条件に適う光スイッチであれば、更に好ましくは２つの
条件がともに適う光スイッチ、即ち、薄く背の高いセル
３を備える光スイッチであれば、よりコンパクトに出
来、より低電圧、低消費電力で駆動することが可能であ
る。

【００２８】 本発明の光スイッチにおいては、セルの
形状は限定されるものではない。図１０（ａ）〜図１０
（ｃ）は、本発明に係る光スイッチの一実施形態を示す
図であり、セル部材部分の断面図である。図１０（ａ）
は、光スイッチのセル３の長手方向の垂直断面図であ
り、図１０（ｂ）は、光スイッチのセル３の短手方向の
垂直断面図であり、図１０（ｃ）は、光スイッチのセル
部材２を構成するスペーサ板７０の水平断面図である。
図１０（ｃ）から理解されるような、概ね直方体状のセ
ル３であることが好ましい。

【００２９】 次に、図１（ａ）、図１（ｂ）に示す本
発明に係る光スイッチ４４の製造方法について、説明す
る。製造方法の概略工程の一例を、図３（ａ）〜図３
（ｃ）を参照しながら説明する。これは、パンチとダイ
を用いた製造方法であって、図３（ａ）で、圧電／電歪
材料又は反強誘電体材料からなるグリーンシート１６
に、積層してスリット（Ａ）５となるスリット孔２５、
及び、積層してスリット（Ｂ）４５となるスリット孔１
５を開けるとともに、積層を後述する打抜同時積層法に
より同時に行い、グリーンシート１６を積層していき、
打ち抜きの終了とともに積層も完了させ、所定の厚さを
有する圧電／電歪体又は反強誘電体を形成する過程を含
む製造方法である。その後、例えば、図３（ｂ）で、焼
成して一体化し所望のスリット（Ａ）５、スリット
（Ｂ）４５が形成されたスペーサ板７０を得て、後にセ
ルとなるスリット（Ａ）５内に電極を形成して、図３
（ｃ）で、蓋板７、連通板６８を接合する。尚、グリー
ンシート１６は、ドクターブレード法等の周知のテープ
形成手段によって形成することが出来る。

【００３０】 尚、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すよう
に、蓋板７も同材料のグリーンシートで形成し、スペー
サ板７０及び連通板６８とともに積層し、焼成一体化し
てもよい。蓋板７と、駆動部を含むスペーサ板７０が同
時焼成されて一体のセラミック体となるため、シールの
耐久性とセルの剛性が向上し、高速応答性に優れた光ス
イッチとなり得る。この場合には、電極の形成は、軟ら
かいグリーンシート上に電極ペーストを塗布することに
より行われるが、グリーンシートを破損したり変形させ
ないように注意を要する。又、焼成してセル構造が完成
した後に、電極ペーストを流通させて塗布し電極を形成
することも可能であるが、その場合には、マスキング作
業が困難であり、形成可能な電極パターンが限定され
る。

【００３１】 上記の製造工程を経て、内部にセルが形
成されたセル部材２を得た後に、図示しないが、セル部
材２においてセル３の側壁面に電極を形成し、駆動用の
配線を設置する。そして、所定の位置に光導波路と微細
スリット１３が設けられた導波路部材４２を接合する
（図１（ａ）、図１（ｂ）参照）。次いで、セル３内を
アルゴン等の溶解度の低い気体３１に置換した後に、微
細スリット１３へ液体３２を封入する。その際、セル３
には微細スリット１３へ連通した連通孔７３によってし
か外部と通じておらず、又、溶解度の低い気体３１が存
在するため、液体３２はセル３内部へ侵入出来ず、連通
孔７３内に液体−気体界面が形成される。このようにし
て作製される光スイッチ４４においては、所定の信号に
よりセル３の側壁６を伸縮させて、セル３内の体積を減
少させ、上記界面を微細スリット１３内の光導波路交差
箇所へ突出させることによって、光スイッチングを実現
することが出来る。

【００３２】 図６（ａ）〜図６（ｅ）は、上記した打
抜同時積層の具体的方法を示し、周囲にグリーンシート
１６（以下、単にシートともいう）の積層操作をするス
トリッパ１１を配置したパンチ１０とダイ１２からなる
金型を用いている。図６（ａ）は、ダイ１２上に最初の
シート１６ａを載せた打ち抜き前の状態を示し、図６
（ｂ）で、パンチ１０及びストリッパ１１を下降させ
て、シート１６を打ち抜いて、スリットを形成している
（第一の工程）。

【００３３】 次に、２枚目のシート１６ｂの打ち抜き
準備に入るが、このとき図６（ｃ）に示すように、最初
のシート１６ａは、ストリッパ１１に密着させて上方に
移動させてダイ１２から離す（第二の工程）。ストリッ
パ１１にシート１６を密着させる方法は、例えば、スト
リッパ１１に吸引孔を形成して真空吸引すること等で実
施出来る。

【００３４】 又、２枚目のシート１６ｂの打ち抜き準
備に入るために、ダイ１２からパンチ１０及びストリッ
パ１１を引き上げるが、この引き上げている途中は、パ
ンチ１０の先端部を、一緒に引き上げた最初のシート１
６ａのスリット孔の中まで戻さないことが望ましく、
又、止める際には、一緒に引き上げた最初のシート１６
ａの最下部より僅かに引き込んだところで止めることが
肝要である（第三の工程）。パンチ１０を最初のシート
１６ａの孔まで戻したり、完全にストリッパ１１の中へ
格納してしまうと、シート１６は軟質であるため形成し
た孔が変形してしまい、シート１６を積層して得られる
スリットを形成した際に、その側面の平坦性が低下して
しまう。

【００３５】 図６（ｄ）は、２枚目のシート１６ｂの
打ち抜き工程を示し、最初のシート１６ａをストリッパ
１１に密着させることで、ダイ１２上に、２枚目のシー
ト１６ｂを容易に載置でき、図６（ｂ）の工程のように
打ち抜き出来、同時に最初のシート１６ａに重ね合わせ
られる（第四の工程）。

【００３６】 そして、図６（ｃ）、図６（ｄ）の工程
を繰り返して、打ち抜かれた最初のシート１６ａと２枚
目のシート１６ｂとを重ね合わせて、ストリッパ１１に
より引き上げ（第五の工程）、３枚目のシート１６ｃの
打ち抜き準備に入る。但し、このときも一緒に引き上げ
たシート１６の最下部より僅かに引き込んだところで止
めることが肝要である（第六の工程）。その後、第四の
工程から第六の工程を繰り返して必要積層数のシート１
６の打ち抜き及び積層を繰り返す。

【００３７】 図６（ｅ）は、打ち抜きを終了した状態
を示している。必要な枚数のシート１６の打ち抜き及び
積層が終了したら、ストリッパ１１によるシート１６の
保持を解除し、打ち抜き積層したシート１６をストリッ
パ１１から引き離して取り出し可能としている。ストリ
ッパ１１からの引き離しは、図示するように、ストリッ
パ１１下面に引離治具１７を設けることで確実に行うこ
とが出来る。以上述べた操作は、特願２０００−２８０
５７３に記載の製造方法を適用したものであり、この操
作により所定の厚さを有し所望のスリットが形成された
積層体を得ることが出来る。

【００３８】 このように、パンチとダイを用いてグリ
ーンシートにスリット孔を形成すると同時にグリーンシ
ートの積層を行い、パンチ自体をグリーンシートの積層
位置合わせ軸として使用して打抜加工を行えば、パンチ
により打ち抜いたスリット孔の変形が防止され、スリッ
ト孔の変形が発生せず、グリーンシート積層間のズレ量
を５μｍ未満に抑え、高い精度でグリーンシートを積層
することが出来、凹凸の少ないスリット壁面を形成する
ことが可能である。そのため、スリット幅が数十μｍ程
度であっても、又、アスペクト比１０〜２５程度の、高
アスペクト比な、後にセルを形成するスリットや、セル
間のスリットを、容易に作成出来、優れた特性の光スイ
ッチを得ることが出来る。

【００３９】 更に、スリット加工後に焼成するので、
スリット幅は、シート打ち抜き時点では、金型のパンチ
加工幅とほぼ同等であるが、焼成時に収縮するので、薄
肉加工スリットと焼成収縮の組み合わせで、幅が４０μ
ｍ以下の微細スリットを形成することも可能であるし、
金型の形状を変更する等の打ち抜き金型の設計次第で、
スリットは直線以外であっても容易に形成出来、用途に
応じた最適な形状を実現することが出来る。

【００４０】 図５（ａ）は、図６（ａ）〜図６（ｅ）
に示される打抜同時積層方法によりスペーサ板７０を得
る場合において、図３（ｂ）に示される焼成後のスペー
サ板７０のＰ視端面図を示し、図５（ｂ）は、図５
（ａ）に示すスリット５壁面のＭ部を拡大した断面模式
図を示している。

【００４１】 本発明の光スイッチの製造方法によれ
ば、上記したように焼成前にスリットを形成するので、
後にセルになり得るスリットの側壁面は焼成面で形成さ
れる。従って、マイクロクラックや粒内破壊が生じず、
セルを形成する側壁の表面の結晶粒子状態は粒内破壊を
受けている結晶粒子が１％以下となり実質上なしに等し
く、圧縮残留応力による特性劣化が生じず、耐久性・信
頼性を向上させることが出来る。

【００４２】 本発明の光スイッチの製造方法によるグ
リーンシートの重ね合わせ精度の一例を掲げれば、厚さ
が５０μｍ、ヤング率が３９Ｎ／ｍｍ²のグリーンシー
トを、スリット（Ａ）幅５０μｍ、スリット（Ｂ）幅３
０μｍ、となるように打ち抜きし、１０枚積層した場合
に、焼成後の各層間のズレ量は、最大で４μｍ、表面粗
さＲｔは概ね７μｍである。尚、焼成後のスリット幅
は、焼成収縮により約４０μｍであった。

【００４３】 以下に、本発明に係る光スイッチの他の
実施形態を説明する。図８（ａ）、図８（ｂ）、及び、
図９（ａ）、図９（ｂ）は、本発明に係る光スイッチ
の他の実施形態を示す断面図である。図８（ａ）は、光
スイッチ１４４のセル３の長手方向の断面図であり、図
８（ｂ）は、光スイッチ１４４のセル３の短手方向の断
面図であり、図９（ａ）、図９（ｂ）は、各々の駆動状
態を示している。又、図７（ａ）、図７（ｂ）は、光ス
イッチ１４４のセル部材１０２を示す断面図であり、図
７（ａ）は、光スイッチ１４４のセル３の長手方向の垂
直断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡＡ断面
を示す水平断面図である。

【００４４】 本発明に係る光スイッチの他の実施形態
である光スイッチ１４４は、セル部材１０２の構成とし
て、薄肉の振動板１６６を有する。光スイッチ１４４
は、例えば、グリーンシートの積層、同時焼成一体化に
より形成し、その後に、振動板１６６の外表面に、少な
くとも一対の電極膜１７３，１７７を有する圧電／電歪
体膜１７８（又は反強誘電体膜）からなる圧電／電歪素
子１７９（又は反強誘電体素子）を形成することによっ
て得られる。図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、こ
の光スイッチ１４４では、図２（ａ）、図２（ｂ）に示
す光スイッチ４４とは異なり、セル３の側壁６の伸縮で
はなく、振動板１６６の屈曲振動でセル３内に生じる減
圧及び加圧により、セル３からの気体３１の押し出し及
び引っ込みがなされる。

【００４５】 この光スイッチ１４４においては、セル
３の側壁６の伸縮振動を用いる光スイッチ４４と比較し
て、以下の長所及び短所を有している。 （長所１）セル内の加圧力及び減圧力が、セルの側壁の
伸縮振動によらないため、側壁の高さを最低５μｍ程度
まで低く出来る。従って、光スイッチを、より薄くする
ことが可能である。 （長所２）製造方法において、打抜同時積層を必要とせ
ず、且つ、高価な圧電／電歪材料又は反強誘電体材料の
使用量を大幅に低減出来る。 （短所１）大吐出量を得ようとすると、振動板の面積を
大きくせざるをえず、応答性の低下、ならびに、光スイ
ッチ面積が稍大きくなる。

【００４６】 尚、この光スイッチ１４４を製造する場
合においては、光スイッチ１４４のセル３の構造とし
て、マトリックス状に配置することが望ましいため、例
えば、特開平１０−７８５４９号公報に開示されている
表示装置に用いられるアクチュエータ部の製造方法を採
用することが好ましい。

【００４７】 以下に、本発明に係る光スイッチの適用
例を説明する。図１１〜図１３は、本発明に係る光スイ
ッチの適用例を説明する水平断面図であり、例えば、シ
リカからなる基板に、光導波路Ｃ１，Ｃ２，Ｒ１，Ｒ２
を井の字状に設け、その交差箇所に、光スイッチ４４ａ
〜４４ｄを、それぞれ配設した導波路スイッチ１００を
示している。図１１は、光スイッチの微小スリット１３
のレベルでの水平断面を表し、図１２、図１３は、光ス
イッチのセル３のレベルでの水平断面を表す。

【００４８】 図１１に示すように、導波路スイッチ１
００において、光信号１ａ，１ｂは光導波路Ｒ１（図示
左方向）、及び、光導波路Ｒ２（図示左方向）から、そ
れぞれ入る。このとき、例えば、全ての光スイッチがＯ
ＦＦならば、光信号１ａ，１ｂは、ともに光導波路Ｒ
１，Ｒ２を直進する。そして、例えば、図１３に示され
るように、光スイッチ４４ａのみがＯＮになると、光信
号１ｂは光導波路Ｒ２を直進するが、光信号１ａは光ス
イッチ４４ａにおいて、例えば、図示するように右折
し、光導波路Ｃ１へ導かれる。その後、光スイッチ４４
ｃはＯＦＦなので光導波路Ｃ１を直進する。このように
して、光信号の経路を様々に規定することが可能であ
る。

【００４９】 以下に、本発明に係る光スイッチに用い
られる圧電／電歪体又は反強誘電体の材料について説明
する。圧電／電歪体として用いられる材料としては、例
えば、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケ
ルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、
アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウム、
マグネシウムタングステン酸鉛、又は、コバルトニオブ
酸鉛等の１種又は２種以上を含有するセラミックスを挙
げることが出来る。これらのセラミックスは、圧電／電
歪体を構成するセラミックス成分中に５０重量％以上を
占める主成分であることが好ましく、特に、ジルコン酸
鉛を含有するセラミックスが主成分であることが好まし
い。

【００５０】 又、これらのセラミックスに、ランタ
ン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タング
ステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン
等の酸化物の１種又は２種以上を含有させたものを用い
てもよく、中でも、マグネシウムニオブ酸鉛と、ジルコ
ン酸鉛と、チタン酸鉛とからなる成分を主成分とし、ラ
ンタン又はストロンチウムの少なくとも１種を含有する
セラミックスが好ましい。

【００５１】 反強誘電体の材料としては、ジルコン酸
鉛を主成分とするセラミックス、ジルコン酸鉛とスズ酸
鉛とからなる成分を主成分とするセラミックス、ジルコ
ン酸鉛を主成分とし酸化ランタンを添加したセラミック
ス、又はジルコン酸鉛とスズ酸鉛とを主成分とし、ジル
コン酸鉛又はニオブ酸鉛を添加したセラミックスが好ま
しい。又、圧電／電歪体の他の材料としては、チタン酸
バリウム、及び、チタン酸バリウムを主成分とするチタ
バリ系セラミックス強誘電体や、ポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）に代表される高分子圧電体、あるいは、
（Ｂｉ_0.5Ｎａ_0.5）ＴｉＯ₃に代表されるＢｉ系セラミ
ックス圧電体、Ｂｉ層状セラミックスを挙げることが出
来る。勿論、圧電／電歪特性を改善した上記材料の混合
物や固溶体、及び、上記材料及び上記材料の混合物に添
加物を添加せしめたものが用いられ得ることはいうまで
もない。

【００５２】

【発明の効果】 以上詳述したように、本発明によれ
ば、従来の問題が解決される。即ち、従来技術にあるよ
うなマイクロヒーターによるバブル生成ではなく、常温
でのマイクロホンプによる気泡移動によって光スイッチ
ングを実現するため、応答速度を上げても光スイッチの
損失が増大することなく、製造コスト低減が図られ、耐
久性に優れ、且つ、消費電力の小さい光スイッチを得る
ことが出来る。更に、従来技術にあるように使い捨て式
の液体を採用しないので、補充・回収等のサポート機構
の付設も不要であることからも、製造コスト低減が図ら
れ、且つ、全体としてシステムの小型化が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る光スイッチの一実施形態を示す
断面図である。

【図２】 本発明に係る光スイッチの一実施形態（駆動
状態）を示す断面図である。

【図３】 本発明に係る光スイッチの製造方法の一例を
示す概略工程説明図である。

【図４】 本発明に係る光スイッチの製造方法の他の一
例を示す概略工程説明図である。

【図５】 本発明に係る打抜同時積層を含む光スイッチ
の製造方法において、図５（ａ）は図３（ｂ）のＰ視端
面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＭ部の断面拡大
模式図である。

【図６】 図３（ａ）に示すグリーンシートのスリット
孔打抜積層において、打抜同時積層を行う方法の一例を
示す工程説明図であり、図６（ａ）は、ダイに最初のグ
リーンシートを載せた１枚目準備工程を示し、図６
（ｂ）は、最初のグリーンシートの打ち抜き工程を示
し、図６（ｃ）は、２枚目のグリーンシートを載せた２
枚目準備工程を示し、図６（ｄ）は、２枚目のグリーン
シートの打ち抜き工程を示し、図６（ｅ）は、全シート
の打ち抜き、積層を終えてストリッパにより積層したグ
リーンシートを離す打抜完了工程を示す図である。

【図７】 本発明に係る光スイッチの他の実施形態を示
す断面図である。

【図８】 図７に示す実施形態の光スイッチの停止（Ｏ
ＦＦ）状態を示す断面図である。

【図９】 図７に示す実施形態の光スイッチの駆動（Ｏ
Ｎ）状態を示す断面図である。

【図１０】 本発明に係る光スイッチの更に他の実施形
態を示す断面図である。

【図１１】 本発明に係る光スイッチの適用例を説明す
る断面図である。

【図１２】 本発明に係る光スイッチの適用例を説明す
る断面図である。

【図１３】 本発明に係る光スイッチの適用例を説明す
る断面図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…光信号、２，１０２…セル部材、３…セ
ル、５…スリット（Ａ）、６…側壁、７…蓋板、８…ノ
ズル、９…ノズル板、１０…パンチ、１１…ストリッ
パ、１２…ダイ、１３…微細スリット、１４…導波路基
板、１５…スリット孔、１６，１６ａ〜１６ｃ…グリー
ンシート、１７…引離治具、２５…スリット孔、３１…
気体、３２…液体、４２，１４２…導波路部材、４４，
４４ａ〜４４ｄ，１４４…光スイッチ、４５…スリット
（Ｂ）、６８…連通板、７０…スペーサ板、７２…連通
開口部、７３…連通孔、１００…導波路スイッチ、１６
６…振動板、１７３，１７７…電極膜、１７８…圧電／
電歪素子、１７９…圧電／電歪体膜、Ｒ１，Ｒ２，Ｃ
１，Ｃ２…光導波路。

フロントページの続き (72)発明者 北村 和正 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 高橋 伸夫 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AA17 AB32 AB40 AC06 AC08 AZ01 AZ05 AZ08 5K002 AA07 BA06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光路の途中に設けられ、光信号の経路を
   規定する光スイッチであって、 内部にセルが形成されたセル部材と、微細スリットを有
   する導波路部材とから構成され、側壁が圧電／電歪体又
   は反強誘電体で形成された前記セルに気体が充填され、
   前記微細スリットに液体が充填され、前記セルと前記微
   細スリットとは連通孔を介して通じてなり、 前記微細スリット中において光導波路と交差させ、その
   交差箇所に前記セルを配設して、 前記セルの側壁を形成する圧電／電歪体又は反強誘電体
   に電界を加えることにより前記側壁を伸縮させて、前記
   交差箇所において前記セルに充填された気体の一部を前
   記連通孔から微細スリット中へ突出させ得ることを特徴
   とする光スイッチ。
2. 【請求項２】 前記圧電／電歪体又は反強誘電体の分極
   電界と駆動電界とが、電界方向同一である請求項１に記
   載の光スイッチ。
3. 【請求項３】 前記セルを形成する側壁の表面の結晶粒
   子状態は、粒内破壊を受けている結晶粒子が１％以下で
   ある請求項１に記載の光スイッチ。
4. 【請求項４】 内部にセルが形成されたセル部材と、微
   細スリットを有する導波路部材とから構成され、側壁が
   圧電／電歪体又は反強誘電体で形成された前記セルに気
   体が充填され、前記微細スリットに液体が充填され、前
   記セルと前記微細スリットとは連通孔を介して通じてな
   り、前記微細スリット中において光導波路と交差させる
   光スイッチの、パンチとダイを用いた製造方法であっ
   て、 圧電／電歪体又は反強誘電体からなる複数のグリーンシ
   ートを用意し、 前記パンチにより、第一のグリーンシートに第一のスリ
   ット孔を開ける第一の工程と、前記第一のスリット孔か
   ら前記パンチを抜き取らない状態で、前記第一のグリー
   ンシートをストリッパに密着させて引き上げる第二の工
   程と、前記パンチの先端部が引き上げた前記第一のグリ
   ーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、前記パ
   ンチを引き上げる第三の工程と、 前記パンチにより、第二のグリーンシートに第二のスリ
   ット孔を開ける第四の工程と、前記第二のスリット孔か
   ら前記パンチを抜き取らない状態で、前記第二のグリー
   ンシートを前記第一のグリーンシートとともに引き上げ
   る第五の工程と、前記パンチ先端部が引き上げた前記第
   二のグリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度
   に、前記パンチを引き上げる第六の工程と、 以降、複数枚のグリーンシートを第四の工程から第六の
   工程を繰り返して積層し、複数のスリットを有する圧電
   ／電歪体又は反強誘電体を形成する過程を含むことを特
   徴とする光スイッチの製造方法。