JP2003266390A - 静電駆動デバイス - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固定電極基板と可動電極板との間にはプルイ
ン電圧より小さな駆動電圧を印加して駆動し、或いは電
圧非印加時の固定電極基板と可動電極板との間の距離を
定められた駆動電圧印加時の可動電極板の変位量の３倍
よりも大きな距離に設定した静電駆動デバイスを提供す
る。 【解決手段】 マイクロマシニング技術で製造され、固
定電極基板８と、アンカー部１１およびフレクチュア２
１を介して固定電極基板８に取り付け結合され、固定電
極基板８に対して垂直方向に変位する可動電極板２とを
有する静電駆動デバイスにおいて、固定電極基板８と可
動電極板２との間にはプルイン電圧より小さな駆動電圧
を印加して駆動する静電駆動デバイス。
ン電圧より小さな駆動電圧を印加して駆動し、或いは電
圧非印加時の固定電極基板と可動電極板との間の距離を
定められた駆動電圧印加時の可動電極板の変位量の３倍
よりも大きな距離に設定した静電駆動デバイスを提供す
る。 【解決手段】 マイクロマシニング技術で製造され、固
定電極基板８と、アンカー部１１およびフレクチュア２
１を介して固定電極基板８に取り付け結合され、固定電
極基板８に対して垂直方向に変位する可動電極板２とを
有する静電駆動デバイスにおいて、固定電極基板８と可
動電極板２との間にはプルイン電圧より小さな駆動電圧
を印加して駆動する静電駆動デバイス。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、静電駆動デバイ
スに関し、特に、固定電極基板と可動電極板との間には
プルイン電圧より小さな駆動電圧を印加して駆動し、或
いは電圧非印加時の固定電極基板と可動電極板との間の
距離を定められた駆動電圧印加時の可動電極板の変位量
の３倍よりも大きな距離に設定した静電駆動デバイスに
関する。
スに関し、特に、固定電極基板と可動電極板との間には
プルイン電圧より小さな駆動電圧を印加して駆動し、或
いは電圧非印加時の固定電極基板と可動電極板との間の
距離を定められた駆動電圧印加時の可動電極板の変位量
の３倍よりも大きな距離に設定した静電駆動デバイスに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来例を図４を参照して説明する。図４
は静電駆動デバイスを光スイッチとして例示している。
図４（ａ）は従来例を上から視た図、図４（ｂ）は図４
（ａ）の線ｂ−ｂ’に沿った断面を示す図である。１０
は支持フレーム、１１はアンカー部、２１はフレクチュ
ア、２は可動電極板、８は固定電極基板、８３は電極、
８４は接地電極である。これら構成部材はシリコンより
成る原材料基板に順次に薄膜成膜技術およびエッチング
技術を含むマイクロマシニング技術を適用することによ
り製造される。ここで、可動電極板２はフレクチュア２
１およびアンカー部１１を介して支持フレーム１０に電
気機械的に結合している。フレクチュア２１は図示され
る通りの枠形に構成されている。１２は原材料基板を貫
通して形成された座ぐり孔である。即ち、原材料基板
は、図４に示される通りの支持フレーム１０に加工さ
れ、この支持フレーム１０に一体に、左方のアンカー部
１１およびフレクチュア２１、可動電極板２、右方のフ
レクチュア２１およびアンカー部１１が形成される。そ
して、可動電極板２の上面にミラー３を形成する。
は静電駆動デバイスを光スイッチとして例示している。
図４（ａ）は従来例を上から視た図、図４（ｂ）は図４
（ａ）の線ｂ−ｂ’に沿った断面を示す図である。１０
は支持フレーム、１１はアンカー部、２１はフレクチュ
ア、２は可動電極板、８は固定電極基板、８３は電極、
８４は接地電極である。これら構成部材はシリコンより
成る原材料基板に順次に薄膜成膜技術およびエッチング
技術を含むマイクロマシニング技術を適用することによ
り製造される。ここで、可動電極板２はフレクチュア２
１およびアンカー部１１を介して支持フレーム１０に電
気機械的に結合している。フレクチュア２１は図示され
る通りの枠形に構成されている。１２は原材料基板を貫
通して形成された座ぐり孔である。即ち、原材料基板
は、図４に示される通りの支持フレーム１０に加工さ
れ、この支持フレーム１０に一体に、左方のアンカー部
１１およびフレクチュア２１、可動電極板２、右方のフ
レクチュア２１およびアンカー部１１が形成される。そ
して、可動電極板２の上面にミラー３を形成する。
【０００３】図５を参照して支持フレームおよび可動電
極板の製造の仕方を説明する。 （工程１） 上面に酸化シリコン膜６を介して単結晶シ
リコン薄膜７が接合された単結晶シリコン基板より成る
原材料基板１を準備する。 （工程２） 単結晶シリコン薄膜７を可動電極板２、フ
レクチュア２１、電極８３の形状にパターニングする。 （工程３） 原材料基板１の全表面を酸化して酸化シリ
コン膜６’を形成する。
極板の製造の仕方を説明する。 （工程１） 上面に酸化シリコン膜６を介して単結晶シ
リコン薄膜７が接合された単結晶シリコン基板より成る
原材料基板１を準備する。 （工程２） 単結晶シリコン薄膜７を可動電極板２、フ
レクチュア２１、電極８３の形状にパターニングする。 （工程３） 原材料基板１の全表面を酸化して酸化シリ
コン膜６’を形成する。
【０００４】（工程４） 原材料基板１の上面の酸化シ
リコン膜６、６’の内の電極８３を形成する部分８３’
と、下面の酸化シリコン膜６、６’の内の工程７におい
て原材料基板１を貫通エッチングして座ぐり孔１２を形
成する部分１２’を除去する。 （工程５） 原材料基板１の上面全面に金／クロム２層
膜８０を成膜する。 （工程６） 電極８３の形状に金／クロム２層膜８０を
パターニングする。 （工程７） ＫＯＨ溶液により原材料基板１を貫通エッ
チングして座ぐり孔１２を形成し、原材料基板１から支
持フレーム１０が形成される。
リコン膜６、６’の内の電極８３を形成する部分８３’
と、下面の酸化シリコン膜６、６’の内の工程７におい
て原材料基板１を貫通エッチングして座ぐり孔１２を形
成する部分１２’を除去する。 （工程５） 原材料基板１の上面全面に金／クロム２層
膜８０を成膜する。 （工程６） 電極８３の形状に金／クロム２層膜８０を
パターニングする。 （工程７） ＫＯＨ溶液により原材料基板１を貫通エッ
チングして座ぐり孔１２を形成し、原材料基板１から支
持フレーム１０が形成される。
【０００５】（工程８） 可動電極板２およびフレクチ
ュア２１に対応する領域の酸化シリコン膜６、６’を除
去し、フレクチュア２１を介して支持フレーム１０に取
り付けられた可動電極板２を構成する。なお、ミラー３
の形成工程は省略したが、当該特許出願人の出願に係わ
る特願２０００−７０５７０号明細書において、ミラー
の形成をも含めた更に詳細な製造工程の説明がなされて
いる。更に、固定電極基板８は別体に製造され、表面に
形成される酸化被膜８５を介して支持フレーム１０に電
気絶縁状態に接合一体化される。
ュア２１に対応する領域の酸化シリコン膜６、６’を除
去し、フレクチュア２１を介して支持フレーム１０に取
り付けられた可動電極板２を構成する。なお、ミラー３
の形成工程は省略したが、当該特許出願人の出願に係わ
る特願２０００−７０５７０号明細書において、ミラー
の形成をも含めた更に詳細な製造工程の説明がなされて
いる。更に、固定電極基板８は別体に製造され、表面に
形成される酸化被膜８５を介して支持フレーム１０に電
気絶縁状態に接合一体化される。
【０００６】次に、図４を参照して以上の光スイッチに
よるスイッチング動作を説明する。４は出射側光ファイ
バ或は光導波路であり、５’は入射側光ファイバ或いは
光導波路である。図示される状態は、出射側光ファイバ
４を介して伝送されてきた光がその端面から出射して空
間を伝播し、ミラー３において反射し、入射側光ファイ
バ５に入射して伝送される状態を示す。この状態を定常
状態とし、ここで、先の両電極間に電圧を印加して両電
極間に吸引する向きの静電力が発生すると、可動電極板
２は下向きに駆動され、フレクチュア２１が変形するこ
とにより下方に変位する。可動電極板２が下方に変位す
ることによりこの上面に形成されているミラー３も下方
に変位し、ミラー３は出射側光ファイバ４端面から出射
する光の光路から下方に変位して外れる。これにより、
遮断されていた空間伝播光は直進して入射側光ファイバ
５’に入射し、これを介して伝送される。入射側光ファ
イバ５に対する反射光は消失する。以上の通り、入射側
光ファイバ５と入射側光ファイバ５’に対して光路の切
り替えを光導波路を介することなしに空間的に実施する
ことができる。
よるスイッチング動作を説明する。４は出射側光ファイ
バ或は光導波路であり、５’は入射側光ファイバ或いは
光導波路である。図示される状態は、出射側光ファイバ
４を介して伝送されてきた光がその端面から出射して空
間を伝播し、ミラー３において反射し、入射側光ファイ
バ５に入射して伝送される状態を示す。この状態を定常
状態とし、ここで、先の両電極間に電圧を印加して両電
極間に吸引する向きの静電力が発生すると、可動電極板
２は下向きに駆動され、フレクチュア２１が変形するこ
とにより下方に変位する。可動電極板２が下方に変位す
ることによりこの上面に形成されているミラー３も下方
に変位し、ミラー３は出射側光ファイバ４端面から出射
する光の光路から下方に変位して外れる。これにより、
遮断されていた空間伝播光は直進して入射側光ファイバ
５’に入射し、これを介して伝送される。入射側光ファ
イバ５に対する反射光は消失する。以上の通り、入射側
光ファイバ５と入射側光ファイバ５’に対して光路の切
り替えを光導波路を介することなしに空間的に実施する
ことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上の光スイッチの従
来例は、可動電極板２の板厚が極く薄く、この可動電極
板２をアンカー部１１に連結するフレクチュア２１の厚
さも極く薄くて弾性復元力が小さい。そして、可動電極
板２の下面は平滑であり、これに対向する固定電極基板
８の上面も平滑である。ここで、図３を参照するに、こ
れらの従来例は、何れも、可動電極板２を距離ｘだけ駆
動させる場合、可動電極板２と固定電極基板８の電極間
距離をｘに設定し、可動電極板２と固定電極基板８の間
にプルイン電圧以上の電圧を印加して可動電極板２を固
定電極基板８に対して駆動吸着させる構成を採用してい
る。ここで、可動電極板２を駆動させる印加電圧と駆動
距離の関係について観察すると、これは線形ではなく、
或る大きさ以上の電圧を印加し、駆動距離が固定電極基
板８と可動電極板２の間の距離の初期値の２／３以下に
なると、可動電極板２は一気に固定電極基板８に向かっ
て駆動され、固定電極基板８の表面に吸着される。この
値をプルイン電圧（ＰＵＬＬ−ＩＮ電圧）という。な
お、これついては、後で詳しく説明する。
来例は、可動電極板２の板厚が極く薄く、この可動電極
板２をアンカー部１１に連結するフレクチュア２１の厚
さも極く薄くて弾性復元力が小さい。そして、可動電極
板２の下面は平滑であり、これに対向する固定電極基板
８の上面も平滑である。ここで、図３を参照するに、こ
れらの従来例は、何れも、可動電極板２を距離ｘだけ駆
動させる場合、可動電極板２と固定電極基板８の電極間
距離をｘに設定し、可動電極板２と固定電極基板８の間
にプルイン電圧以上の電圧を印加して可動電極板２を固
定電極基板８に対して駆動吸着させる構成を採用してい
る。ここで、可動電極板２を駆動させる印加電圧と駆動
距離の関係について観察すると、これは線形ではなく、
或る大きさ以上の電圧を印加し、駆動距離が固定電極基
板８と可動電極板２の間の距離の初期値の２／３以下に
なると、可動電極板２は一気に固定電極基板８に向かっ
て駆動され、固定電極基板８の表面に吸着される。この
値をプルイン電圧（ＰＵＬＬ−ＩＮ電圧）という。な
お、これついては、後で詳しく説明する。
【０００８】これらの条件の元で、可動電極板２の下面
が下方に変位して固定電極基板８の上面に接触すると、
可動電極板２の下面と固定電極基板８の上面との間には
ファン・デル・ワールス力が作用して両者は相互に吸着
し、瞬時には復元せず動作を円滑に行なわない場合が生
ずる。即ち、可動電極板２と固定電極基板８とがファン
・デル・ワールス力により貼り付いた場合、可動電極板
２と固定電極基板８の間の電圧を無印加としても可動電
極板２が元の位置に瞬時には復帰しない貼り付き現象が
生起する。
が下方に変位して固定電極基板８の上面に接触すると、
可動電極板２の下面と固定電極基板８の上面との間には
ファン・デル・ワールス力が作用して両者は相互に吸着
し、瞬時には復元せず動作を円滑に行なわない場合が生
ずる。即ち、可動電極板２と固定電極基板８とがファン
・デル・ワールス力により貼り付いた場合、可動電極板
２と固定電極基板８の間の電圧を無印加としても可動電
極板２が元の位置に瞬時には復帰しない貼り付き現象が
生起する。
【０００９】ところで、対向する面の何れか一方に突起
を形成して可動電極板２と固定電極基板８の間の接触面
積を低減することにより、この相互吸着を阻止する従来
例或いは先行例が開発されている。これを図６に示す
（詳細は、特開平１０−２５６５６３号公報、特願２０
００−７０５７０号明細書、参照）。しかし、図６に示
される通り、対向する面の何れか一方である固定電極基
板８の表面に突起１３をマトリクス状に形成して可動電
極板２と固定電極基板８の間の接触面積を低減する構造
を採用しても、固定電極基板８と可動電極板２の間に電
圧印加中に両者の間の絶縁被膜８５が帯電し、この帯電
により可動電極板２に静電吸引力が作用して電圧を無印
加とした時にも可動電極板２が瞬間的に元の位置に復帰
せず、復帰に時間遅れが発生してスイッチ動作の信頼性
を大きく損なうことになる。この場合、固定電極基板８
の表面全面に絶縁被膜８５を形成しないで可動電極板２
と接触する突起１３のみを絶縁体により構成することに
より酸化被膜８５が帯電したことの影響を低減すること
はできるが、影響を皆無とすることはできない。
を形成して可動電極板２と固定電極基板８の間の接触面
積を低減することにより、この相互吸着を阻止する従来
例或いは先行例が開発されている。これを図６に示す
（詳細は、特開平１０−２５６５６３号公報、特願２０
００−７０５７０号明細書、参照）。しかし、図６に示
される通り、対向する面の何れか一方である固定電極基
板８の表面に突起１３をマトリクス状に形成して可動電
極板２と固定電極基板８の間の接触面積を低減する構造
を採用しても、固定電極基板８と可動電極板２の間に電
圧印加中に両者の間の絶縁被膜８５が帯電し、この帯電
により可動電極板２に静電吸引力が作用して電圧を無印
加とした時にも可動電極板２が瞬間的に元の位置に復帰
せず、復帰に時間遅れが発生してスイッチ動作の信頼性
を大きく損なうことになる。この場合、固定電極基板８
の表面全面に絶縁被膜８５を形成しないで可動電極板２
と接触する突起１３のみを絶縁体により構成することに
より酸化被膜８５が帯電したことの影響を低減すること
はできるが、影響を皆無とすることはできない。
【００１０】固定電極基板８の表面に絶縁被膜８５を形
成しないものとすると、帯電の問題は生じないが、吸引
時に可動電極板２と固定電極基板８が接触導通して通電
が発生し、電気回路的に好ましくない。この発明は、固
定電極基板と可動電極板との間にはプルイン電圧より小
さな駆動電圧を印加して駆動し、そして／或いは電圧非
印加時の固定電極基板と可動電極板との間の距離を定め
られた駆動電圧印加時の可動電極板の変位量の３倍より
も大きな距離に設定することにより、可動電極板を固定
電極基板に向けて吸引駆動しても固定電極基板に接触す
ることを無くして貼り付きを解消する上述の問題を解消
した静電駆動デバイスを提供するものである。
成しないものとすると、帯電の問題は生じないが、吸引
時に可動電極板２と固定電極基板８が接触導通して通電
が発生し、電気回路的に好ましくない。この発明は、固
定電極基板と可動電極板との間にはプルイン電圧より小
さな駆動電圧を印加して駆動し、そして／或いは電圧非
印加時の固定電極基板と可動電極板との間の距離を定め
られた駆動電圧印加時の可動電極板の変位量の３倍より
も大きな距離に設定することにより、可動電極板を固定
電極基板に向けて吸引駆動しても固定電極基板に接触す
ることを無くして貼り付きを解消する上述の問題を解消
した静電駆動デバイスを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１：マイクロマシ
ニング技術で製造され、固定電極基板８と、アンカー部
１１およびフレクチュア２１を介して固定電極基板８に
取り付け結合され、固定電極基板８に対して垂直方向に
変位する可動電極板２とを有する静電駆動デバイスにお
いて、固定電極基板８と可動電極板２との間にはプルイ
ン電圧より小さな駆動電圧を印加して駆動する静電駆動
デバイスを構成した。そして、請求項２：マイクロマシ
ニング技術で製造され、固定電極基板と、アンカー部お
よびフレクチュアを介して固定電極基板に取り付け結合
され、固定電極基板に対して垂直方向に変位する可動電
極板とを有する静電駆動デバイスにおいて、電圧非印加
時の固定電極基板と可動電極板との間の距離をプルイン
電圧印加時の可動電極板の変位量の３倍よりも大きな距
離に設定した静電駆動デバイスを構成した。
ニング技術で製造され、固定電極基板８と、アンカー部
１１およびフレクチュア２１を介して固定電極基板８に
取り付け結合され、固定電極基板８に対して垂直方向に
変位する可動電極板２とを有する静電駆動デバイスにお
いて、固定電極基板８と可動電極板２との間にはプルイ
ン電圧より小さな駆動電圧を印加して駆動する静電駆動
デバイスを構成した。そして、請求項２：マイクロマシ
ニング技術で製造され、固定電極基板と、アンカー部お
よびフレクチュアを介して固定電極基板に取り付け結合
され、固定電極基板に対して垂直方向に変位する可動電
極板とを有する静電駆動デバイスにおいて、電圧非印加
時の固定電極基板と可動電極板との間の距離をプルイン
電圧印加時の可動電極板の変位量の３倍よりも大きな距
離に設定した静電駆動デバイスを構成した。
【００１２】
【発明の実施の形態】実施の形態を説明するに先だっ
て、図１（ａ）を参照して電圧Ｖを印加された平行電極
板の静電力と弾性復原力との釣合い、およびプルインに
ついて説明しておく。復原力のバネ定数をｋ、電極板間
の誘電率をε0、平行電極板の面積をＳとし、電極板の
初期の間隔ｇから可動電極板が△ｘだけ変位した状態を
考えると、下記の通りの釣り合いの式が得られる。
て、図１（ａ）を参照して電圧Ｖを印加された平行電極
板の静電力と弾性復原力との釣合い、およびプルインに
ついて説明しておく。復原力のバネ定数をｋ、電極板間
の誘電率をε0、平行電極板の面積をＳとし、電極板の
初期の間隔ｇから可動電極板が△ｘだけ変位した状態を
考えると、下記の通りの釣り合いの式が得られる。
【００１３】
ｋ△ｘ＝ε0Ｓ・Ｖ2／２（ｇ−△ｘ）2・・・・・・・・・・式（１）
これを代数的に解析するに、変数分離すると、
△ｘ（ｇ−△ｘ）2＝ε0Ｓ・Ｖ2／２ｋ
となり、この左辺について微分し、傾斜ゼロとなる変位
を求めると、 ｛△ｘ（ｇ−△ｘ）2｝’＝（ｇ−△ｘ）2＋△ｘ・２
（ｇ−△ｘ）・（−１）＝（△ｘ−ｇ）（３△ｘ−ｇ）
＝０ より、 △ｘPULL-IN＝ｇ／３ ・・・・・・・・・・・・式（２） ＶPULL-IN＝√（８ｋｇ3／２７ε0Ｓ）・・・・・・・・・・・・式（３） が得られる。即ち、駆動電圧Ｖが式（３）で得るＶ
PULL-IN に等しい場合に、初期ギャップｇの１／３であ
る式（２）の△ｘPULL-IN を超えて可動電極板が変位す
れば、いわゆるプルインが起こって平行電極板は互いに
吸着されるに到る。同じ現象を印加電圧からみると、Ｖ
PULL-IN を超える電圧を印加するとプルインが起こって
平行電極板は互いに吸着されるに到る。これら△ｘ
PULL-INおよびＶPUL L-INはそれぞれプルイン変位、プル
イン電圧と呼ばれる。プルイン未満の条件下において
は、可動電極板は宙吊りの状態に留まる。
を求めると、 ｛△ｘ（ｇ−△ｘ）2｝’＝（ｇ−△ｘ）2＋△ｘ・２
（ｇ−△ｘ）・（−１）＝（△ｘ−ｇ）（３△ｘ−ｇ）
＝０ より、 △ｘPULL-IN＝ｇ／３ ・・・・・・・・・・・・式（２） ＶPULL-IN＝√（８ｋｇ3／２７ε0Ｓ）・・・・・・・・・・・・式（３） が得られる。即ち、駆動電圧Ｖが式（３）で得るＶ
PULL-IN に等しい場合に、初期ギャップｇの１／３であ
る式（２）の△ｘPULL-IN を超えて可動電極板が変位す
れば、いわゆるプルインが起こって平行電極板は互いに
吸着されるに到る。同じ現象を印加電圧からみると、Ｖ
PULL-IN を超える電圧を印加するとプルインが起こって
平行電極板は互いに吸着されるに到る。これら△ｘ
PULL-INおよびＶPUL L-INはそれぞれプルイン変位、プル
イン電圧と呼ばれる。プルイン未満の条件下において
は、可動電極板は宙吊りの状態に留まる。
【００１４】式（１）の左辺および右辺のそれぞれに該
当する復元力と静電力とをグラフに示すと、図１（ｂ）
の如くになる。この例でプルイン電圧は９５Ｖであり、
これ以上の電圧が印加されると、静電引力はバネの復元
力を上回って吸着動作を達成する。プルイン電圧で駆動
すると、初期ギャップｇの１／３の位置に釣り合いの点
が存在するので、このプルイン変位未満の初期変位から
動作を開始すると、電極はプルイン変位における釣り合
いの点を目指して動作することになり、プルイン変位を
超える変位量が与えられない限り吸着動作は起こらな
い。プルイン電圧以下であれば、安定領域として図示さ
れた領域内に必ず釣り合いの点が存在し、しかもその右
側においてはバネの復元力が静電力を上回るので、この
領域内の変位量から吸着動作は決して起こらない（以上
の詳細は、http://toshi.fujita3.iis.u-tokyo.ac.jp/o
nlinelecture/spring.pdf、参照）。
当する復元力と静電力とをグラフに示すと、図１（ｂ）
の如くになる。この例でプルイン電圧は９５Ｖであり、
これ以上の電圧が印加されると、静電引力はバネの復元
力を上回って吸着動作を達成する。プルイン電圧で駆動
すると、初期ギャップｇの１／３の位置に釣り合いの点
が存在するので、このプルイン変位未満の初期変位から
動作を開始すると、電極はプルイン変位における釣り合
いの点を目指して動作することになり、プルイン変位を
超える変位量が与えられない限り吸着動作は起こらな
い。プルイン電圧以下であれば、安定領域として図示さ
れた領域内に必ず釣り合いの点が存在し、しかもその右
側においてはバネの復元力が静電力を上回るので、この
領域内の変位量から吸着動作は決して起こらない（以上
の詳細は、http://toshi.fujita3.iis.u-tokyo.ac.jp/o
nlinelecture/spring.pdf、参照）。
【００１５】ここで、図３の従来例の概念図を参照する
に、これは可動電極板２と固定電極基板８の間の距離を
必要な駆動距離に設定し、可動電極板２と固定電極基板
８の間に印加する駆動電圧をプルイン電圧以上の電圧に
設定する従来例を示す。この場合、可動電極板２と固定
電極基板８の間に印加する電圧はプルイン電圧より高い
ので可動電極板２は固定電極基板８に向かって急速に吸
引駆動される。電極間距離と必要な駆動距離とを同等に
設定しているので、可動電極板２は必ず固定電極基板８
に吸着することとなる。
に、これは可動電極板２と固定電極基板８の間の距離を
必要な駆動距離に設定し、可動電極板２と固定電極基板
８の間に印加する駆動電圧をプルイン電圧以上の電圧に
設定する従来例を示す。この場合、可動電極板２と固定
電極基板８の間に印加する電圧はプルイン電圧より高い
ので可動電極板２は固定電極基板８に向かって急速に吸
引駆動される。電極間距離と必要な駆動距離とを同等に
設定しているので、可動電極板２は必ず固定電極基板８
に吸着することとなる。
【００１６】これに対して、発明の実施の形態を説明す
る図２の実施例は、以上のプルイン距離およびプルイン
電圧に着目し、これを、マイクロマシニング技術を適用
して製造され、固定電極基板と、アンカー部およびフレ
クチュアを介して固定電極基板に取り付け結合され、固
定電極基板に対して垂直方向に変位する可動電極板とを
有する静電駆動デバイスに適用したものである。図２に
おいて、可動電極板２と固定電極基板８の間の電極間距
離を駆動距離ｘに対してその３倍の３ｘ以上に設定し、
或いはプルイン電圧より小さい電圧を可動電極板２と固
定電極基板８の間に印加する構成を採用することによ
り、可動電極板２を固定電極基板８に向けて距離ｘだけ
吸引駆動して固定電極基板８に接触することを無くして
貼り付きを解消したものである。
る図２の実施例は、以上のプルイン距離およびプルイン
電圧に着目し、これを、マイクロマシニング技術を適用
して製造され、固定電極基板と、アンカー部およびフレ
クチュアを介して固定電極基板に取り付け結合され、固
定電極基板に対して垂直方向に変位する可動電極板とを
有する静電駆動デバイスに適用したものである。図２に
おいて、可動電極板２と固定電極基板８の間の電極間距
離を駆動距離ｘに対してその３倍の３ｘ以上に設定し、
或いはプルイン電圧より小さい電圧を可動電極板２と固
定電極基板８の間に印加する構成を採用することによ
り、可動電極板２を固定電極基板８に向けて距離ｘだけ
吸引駆動して固定電極基板８に接触することを無くして
貼り付きを解消したものである。
【００１７】電圧非印加時の固定電極基板８と可動電極
板２の間の距離、即ち、初期ギャップを駆動距離ｘの３
倍以上の３ｘ以上に設定し、可動電極板２と固定電極基
板８の間に印加する駆動電圧をプルイン電圧より低い電
圧に設定する実施例を示す。可動電極板２と固定電極基
板８との間に印加する駆動電圧をプルイン電圧より低い
電圧に設定したことにより、可動電極板２は不安定領域
に入ることはできず、即ち、固定電極基板８に向かって
初期ギャップのｘ／３以下の距離だけしか駆動されず、
従って、可動電極板２は最終的に固定電極基板８に到達
することはできないのでこれに吸着するには到らない。
板２の間の距離、即ち、初期ギャップを駆動距離ｘの３
倍以上の３ｘ以上に設定し、可動電極板２と固定電極基
板８の間に印加する駆動電圧をプルイン電圧より低い電
圧に設定する実施例を示す。可動電極板２と固定電極基
板８との間に印加する駆動電圧をプルイン電圧より低い
電圧に設定したことにより、可動電極板２は不安定領域
に入ることはできず、即ち、固定電極基板８に向かって
初期ギャップのｘ／３以下の距離だけしか駆動されず、
従って、可動電極板２は最終的に固定電極基板８に到達
することはできないのでこれに吸着するには到らない。
【００１８】図２における設計諸元を例示すると以下の
通りである。 両電極の面積：Ｓ＝１. ０９×１０-7（ｍ2） 電圧非印加時の両電極間距離：Ａ＝１. ８０×１０
-4（ｍ） フレクチュアのバネ定数：ｋ＝５. ０４×１０-3（Ｎ／
ｍ） プルイン電圧：ＶPULL-IN＝９４. ６（ｖ） 駆動電圧：Ｖ＝９０（ｖ） 可動電極板の変位：６×１０-5ｍ未満
通りである。 両電極の面積：Ｓ＝１. ０９×１０-7（ｍ2） 電圧非印加時の両電極間距離：Ａ＝１. ８０×１０
-4（ｍ） フレクチュアのバネ定数：ｋ＝５. ０４×１０-3（Ｎ／
ｍ） プルイン電圧：ＶPULL-IN＝９４. ６（ｖ） 駆動電圧：Ｖ＝９０（ｖ） 可動電極板の変位：６×１０-5ｍ未満
【００１９】
【発明の効果】以上の通りであって、この発明によれ
ば、マイクロマシニング技術を用いて作製される平行平
板の静電駆動デバイスにおいて、固定電極基板と可動電
極板との間にプルイン電圧より小さな駆動電圧を印加し
て駆動し、或いは電圧非印加時の固定電極基板と可動電
極板との間の距離を定められた駆動電圧印加時の可動電
極板の変位量の３倍よりも大きな距離に設定することに
より、可動電極板を固定電極基板に向けて吸引駆動して
もこれが固定電極基板に接触することを無くし、可動電
極板の固定電極基板への貼り付きを防止することができ
る。
ば、マイクロマシニング技術を用いて作製される平行平
板の静電駆動デバイスにおいて、固定電極基板と可動電
極板との間にプルイン電圧より小さな駆動電圧を印加し
て駆動し、或いは電圧非印加時の固定電極基板と可動電
極板との間の距離を定められた駆動電圧印加時の可動電
極板の変位量の３倍よりも大きな距離に設定することに
より、可動電極板を固定電極基板に向けて吸引駆動して
もこれが固定電極基板に接触することを無くし、可動電
極板の固定電極基板への貼り付きを防止することができ
る。
【図１】静電引力と復元力の関係を説明する図。
【図２】実施例を説明する図。
【図３】従来例を概念的に説明する図。
【図４】従来例を説明する図。
【図５】支持フレームおよび可動電極板の製造の仕方を
説明する図。
説明する図。
【図６】他の従来例或いは先行例を説明する図。
１１ アンカー部 ２ 可動電極板
２１ フレクチュア ８ 固定電極基板
Claims (2)
- 【請求項１】 マイクロマシニング技術で製造され、固
定電極基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して
固定電極基板に取り付け結合され、固定電極基板に対し
て垂直方向に変位する可動電極板とを有する静電駆動デ
バイスにおいて、 固定電極基板と可動電極板との間にはプルイン電圧より
小さな駆動電圧を印加して駆動することを特徴とする静
電駆動デバイス。 - 【請求項２】 マイクロマシニング技術で製造され、固
定電極基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して
固定電極基板に取り付け結合され、固定電極基板に対し
て垂直方向に変位する可動電極板とを有する静電駆動デ
バイスにおいて、 電圧非印加時の固定電極基板と可動電極板との間の距離
をプルイン電圧印加時の可動電極板の変位量の３倍より
も大きな距離に設定したことを特徴とする静電駆動デバ
イス。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002075443A JP2003266390A (ja) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | 静電駆動デバイス |
| US10/391,033 US20030178912A1 (en) | 2002-03-19 | 2003-03-17 | Electrostatically operated device |
| CA002422384A CA2422384A1 (en) | 2002-03-19 | 2003-03-18 | Electrostatically operated device |
| KR1020030017056A KR100559079B1 (ko) | 2002-03-19 | 2003-03-19 | 광스위치 및 그 구동 방법 |
| EP03006171A EP1346948A3 (en) | 2002-03-19 | 2003-03-19 | Electrostatically operated optical switching or attenuating devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002075443A JP2003266390A (ja) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | 静電駆動デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003266390A true JP2003266390A (ja) | 2003-09-24 |
Family
ID=27785213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002075443A Pending JP2003266390A (ja) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | 静電駆動デバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030178912A1 (ja) |
| EP (1) | EP1346948A3 (ja) |
| JP (1) | JP2003266390A (ja) |
| KR (1) | KR100559079B1 (ja) |
| CA (1) | CA2422384A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007074883A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Nikon Corp | マイクロアクチュエータ装置及び光スイッチシステム |
| JP2009533231A (ja) * | 2006-04-11 | 2009-09-17 | フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァー フェーデルング デア アンゲバンテン フォルシュング エー ファー | 振動して偏向可能なマイクロメカニカル素子を制御または調整する装置および方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009000599B4 (de) * | 2009-02-04 | 2021-03-18 | Robert Bosch Gmbh | Elektrostatischer Antrieb, Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils mit einem elektrostatischen Antrieb und Herstellungsverfahren für einen elektrostatischen Antrieb |
| JP4871389B2 (ja) * | 2009-11-27 | 2012-02-08 | 株式会社東芝 | 静電アクチュエータ |
| US8887573B2 (en) * | 2012-02-21 | 2014-11-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | MEMS vacuum level monitor in sealed package |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4956619A (en) * | 1988-02-19 | 1990-09-11 | Texas Instruments Incorporated | Spatial light modulator |
| US5500761A (en) * | 1994-01-27 | 1996-03-19 | At&T Corp. | Micromechanical modulator |
| US5528939A (en) * | 1995-03-21 | 1996-06-25 | Martin; Jacob H. | Micromechanical pressure gauge having extended sensor range |
| JP3451395B2 (ja) * | 1998-10-16 | 2003-09-29 | 日本航空電子工業株式会社 | 光スイッチおよびその製造方法 |
| JP2002082292A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | 光スイッチ |
| JP3668935B2 (ja) * | 2001-07-27 | 2005-07-06 | 日本航空電子工業株式会社 | 静電駆動デバイス |
-
2002
- 2002-03-19 JP JP2002075443A patent/JP2003266390A/ja active Pending
-
2003
- 2003-03-17 US US10/391,033 patent/US20030178912A1/en not_active Abandoned
- 2003-03-18 CA CA002422384A patent/CA2422384A1/en not_active Abandoned
- 2003-03-19 EP EP03006171A patent/EP1346948A3/en not_active Withdrawn
- 2003-03-19 KR KR1020030017056A patent/KR100559079B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007074883A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Nikon Corp | マイクロアクチュエータ装置及び光スイッチシステム |
| JP4715407B2 (ja) * | 2005-09-09 | 2011-07-06 | 株式会社ニコン | マイクロアクチュエータ装置及び光スイッチシステム |
| JP2009533231A (ja) * | 2006-04-11 | 2009-09-17 | フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァー フェーデルング デア アンゲバンテン フォルシュング エー ファー | 振動して偏向可能なマイクロメカニカル素子を制御または調整する装置および方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1346948A2 (en) | 2003-09-24 |
| KR100559079B1 (ko) | 2006-03-15 |
| EP1346948A3 (en) | 2004-04-21 |
| KR20030076370A (ko) | 2003-09-26 |
| US20030178912A1 (en) | 2003-09-25 |
| CA2422384A1 (en) | 2003-09-19 |
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|---|---|---|---|
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