JP2003279864A - Electrostatic actuator - Google Patents

Electrostatic actuator

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JP2003279864A
JP2003279864A JP2002079882A JP2002079882A JP2003279864A JP 2003279864 A JP2003279864 A JP 2003279864A JP 2002079882 A JP2002079882 A JP 2002079882A JP 2002079882 A JP2002079882 A JP 2002079882A JP 2003279864 A JP2003279864 A JP 2003279864A
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JP
Japan
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fixed
movable
electrode
mover
movable electrode
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Pending
Application number
JP2002079882A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Okuto
崇史 奥戸
Naomasa Oka
直正 岡
Atsushi Ogiwara
淳 荻原
Hisakazu Miyajima
久和 宮島
Katsuhiro Hirata
勝弘 平田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP2002079882A priority Critical patent/JP2003279864A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic actuator for holding the displaced state of a needle even when a voltage applied between a movable electrode and a fixed electrode is eliminated and more saving a power consumption. <P>SOLUTION: The electrostatic actuator comprises the movable electrode 2 provided on the needle 21 integrally formed through an elastic supporting body 22 at a fixed part 23 fixed on the surface of a supporting substrate 1, a fixed electrode 3 fixed on the supporting substrate 1 and made to face the movable electrode 2 at an interval so as to be capacitively coupled, a switch plate 4 erected on the needle 21 for passing through light when the needle 21 is at one position and interrupting the light when it is at the other position; and a holding means composed of a fixed engaging part 6 recess-projection connected with a movable engaging part 5 fixed to the supporting substrate 1 and projectingly provided from the needle 1. Corresponding to electrostatic force generated between the movable electrode 2 and the fixed electrode 3, the recess-projection engagement of the movable engaging part 5 and the fixed engaging part 6 is set and released and the needle 21 is displaced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気力によって
動作変位する静電アクチュエータに関し、特に、光スイ
ッチ等の光制御要素として好適な静電アクチュエータに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic actuator operatively displaced by electrostatic force, and more particularly to an electrostatic actuator suitable as an optical control element such as an optical switch.

【0002】[0002]

【従来の技術】静電アクチュエータとして、特開200
0−258702に示されているものを図4に示す。こ
のものは、光スイッチを構成する光制御要素であり、固
定電極となる導電性を有するシリコン基板101上に、
多結晶シリコンからなる正方形状の可動電極板102が
空中に配されている。また、この可動電極板102の各
辺の中央には長方形の切除部106,106,106,
106が形成され、これら切除部106,106,10
6,106の内方に折り返しビーム状の支持体103,
103,103,103及び固定部105,105,1
05,105が形成されている。また、支持体103,
103,103,103の内端が可動電極板102に連
結され、外端が固定部105,105,105,105
を介してシリコン基板101に連結されている。また、
可動電極板102の略中央部には、多結晶シリコンから
なるミラー104が立設されている。
2. Description of the Related Art As an electrostatic actuator, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
What is shown in 0-258702 is shown in FIG. This is an optical control element that constitutes an optical switch, and on a conductive silicon substrate 101 that serves as a fixed electrode,
A square movable electrode plate 102 made of polycrystalline silicon is placed in the air. Further, in the center of each side of the movable electrode plate 102, rectangular cutouts 106, 106, 106,
106 are formed, and these cutouts 106, 106, 10 are formed.
Inward of 6, 6, a support 103 in the form of a folded beam,
103, 103, 103 and fixed parts 105, 105, 1
05 and 105 are formed. In addition, the support 103,
The inner ends of 103, 103, 103 are connected to the movable electrode plate 102, and the outer ends of the fixed parts 105, 105, 105, 105.
Is connected to the silicon substrate 101 via. Also,
A mirror 104 made of polycrystalline silicon is erected at a substantially central portion of the movable electrode plate 102.

【0003】107,108,109は光ファイバある
いは光導波路で、シリコン基板101と可動電極板10
2との間に電圧を印加していない場合、入力側107か
ら入射されてきた光は、ミラー104により反射して9
0°方向変換して出力側108に入射する。また、シリ
コン基板101と可動電極板102との間に電圧を印加
すると、両者間に静電気力が発生し、可動電極板102
がシリコン基板101に吸引され、支持体103,10
3,103,103が弾性変形してミラー104をシリ
コン基板101側に移動させる。その結果、入力側10
7から入射されてきた光は、ミラー104上方を通過直
進して別の出力側109に入射する。
Reference numerals 107, 108 and 109 denote optical fibers or optical waveguides, which are a silicon substrate 101 and a movable electrode plate 10.
When a voltage is not applied between 2 and 2, the light incident from the input side 107 is reflected by the mirror 104 and
The direction is changed by 0 ° and enters the output side 108. Further, when a voltage is applied between the silicon substrate 101 and the movable electrode plate 102, an electrostatic force is generated between them and the movable electrode plate 102 is generated.
Are sucked into the silicon substrate 101, and the supports 103, 10
3, 103, 103 are elastically deformed to move the mirror 104 to the silicon substrate 101 side. As a result, the input side 10
The light that has entered from 7 passes straight above the mirror 104 and enters the other output side 109.

【0004】したがって、この静電アクチュエータは、
シリコン基板101と可動電極板102との間に電圧を
印加するかあるいは印加しないかという制御により、ミ
ラー104を変位移動させ、入力側107から入射され
てきた光を出力側108,109のいずれか一方に入射
させる光スイッチの光制御要素として機能するのであ
る。
Therefore, this electrostatic actuator is
The mirror 104 is displaced by controlling whether or not a voltage is applied between the silicon substrate 101 and the movable electrode plate 102, and the light incident from the input side 107 is output to either the output side 108 or 109. It functions as an optical control element of an optical switch that is incident on one side.

【0005】また、特開平9−159939で開示され
ている櫛状の可動電極207及び固定電極205を用い
た静電アクチュエータを図5に示す。
FIG. 5 shows an electrostatic actuator using a comb-shaped movable electrode 207 and a fixed electrode 205 disclosed in JP-A-9-159939.

【0006】このものは、シリコンからなる基板201
上に鏡面208状の側面を持つ可動部204が梁20
3,203を介して基板201に固着された固定部20
2に弾性支持されている。また、可動部204の鏡面2
08と反対側の側面には櫛形形状をした可動電極207
と、これと対向するように固定電極205が形成されコ
ンデンサを形成している。そして、可動電極207と固
定電極205との間に電圧を印加することにて生じる静
電気力により可動部204を固定電極205側に変位さ
せている。
This is a substrate 201 made of silicon.
The movable part 204 having a mirror-like 208-shaped side surface is provided on the beam 20.
Fixing part 20 fixed to the substrate 201 via 3, 203
2 is elastically supported. In addition, the mirror surface 2 of the movable portion 204
The movable electrode 207 having a comb shape is formed on the side surface opposite to 08.
Then, the fixed electrode 205 is formed so as to face this, thereby forming a capacitor. Then, the movable portion 204 is displaced toward the fixed electrode 205 side by an electrostatic force generated by applying a voltage between the movable electrode 207 and the fixed electrode 205.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】これらの静電アクチュ
エータは、可動電極と固定電極との間に電圧を印加して
静電気力を発生させることにより可動部分(可動電極版
102及び可動部204)を変位させるものであり、静
電アクチュエータの大きさを小型に構成でき、しかも低
電力駆動を可能にすることができるものであった。
In these electrostatic actuators, a movable portion (movable electrode plate 102 and movable portion 204) is moved by applying a voltage between the movable electrode and the fixed electrode to generate an electrostatic force. This is for displacing, and the size of the electrostatic actuator can be made small, and further, low power driving is possible.

【0008】しかしながら、これらのものでは、可動電
極と固定電極との間に印加する電圧を消去すると静電気
力は働かなくなり、結果的に、可動部分は初期位置に戻
ることになる。したがって、可動部分を変位させた状態
で保持するためには、可動電極と固定電極との間に電圧
を常時印加させておかなければならないという問題があ
った。
However, in these devices, when the voltage applied between the movable electrode and the fixed electrode is erased, the electrostatic force does not work, and as a result, the movable portion returns to the initial position. Therefore, there is a problem that a voltage must be constantly applied between the movable electrode and the fixed electrode in order to hold the movable portion in a displaced state.

【0009】本発明は、上記の点に鑑みてなしたもので
あり、その目的とするところは、可動電極と固定電極と
の間に印加する電圧を消去しても可動子の変位状態を保
持する静電アクチュエータを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to maintain the displacement state of the mover even if the voltage applied between the movable electrode and the fixed electrode is erased. To provide an electrostatic actuator that operates.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明の静電アクチュエータは、支持
基板と、支持基板表面に固着された固定部に弾性を有す
る支持体を介して一体形成した可動子に設けられた可動
電極と、支持基板上に固着されて可動電極と容量結合す
るように間隔をおいて対向させた固定電極と、可動子上
に立設して可動子が一方位置にあるとき光を通過させ、
他方位置にあるとき光を遮断するスイッチ板と、可動子
から突設した可動係合部と支持基板に固定された固定係
合部からなり、互いが凹凸結合することにより可動子の
変位を保持する保持手段とを備え、可動電極と固定電極
との間に生じる静電気力に応じて前記保持手段の可動係
合部と固定係合部の凹凸係合を設定及び解除するととも
に可動子を変位させることを特徴としている。
In order to achieve the above object, an electrostatic actuator according to a first aspect of the present invention includes a supporting substrate and a fixing member fixed to the surface of the supporting substrate via an elastic supporting member. The movable electrode provided on the movable element integrally formed with the movable electrode, the fixed electrode fixed on the support substrate and facing the movable electrode at an interval so as to capacitively couple with the movable electrode, and the movable electrode standing on the movable element. Allows light to pass when is in one position,
It consists of a switch plate that blocks light when in the other position, a movable engaging part that projects from the mover, and a fixed engaging part that is fixed to the support substrate. And holding means for holding the concave and convex engagement between the movable engaging portion and the fixed engaging portion of the holding means according to an electrostatic force generated between the movable electrode and the fixed electrode, and displacing the mover. It is characterized by that.

【0011】請求項2に係る発明の静電アクチュエータ
は、請求項1記載の構成において、前記可動電極若しく
は前記固定電極の少なくともどちらか一方を複数個備え
たこととしている。
According to a second aspect of the present invention, in the electrostatic actuator of the first aspect, a plurality of at least one of the movable electrode and the fixed electrode is provided.

【0012】請求項3に係る発明の静電アクチュエータ
は、請求項1記載の構成において、可動電極及び固定電
極は、柱体をなす幹部の所定の面から支持基板と平行に
複数の凸部を設けた櫛体であるとともに、互いの凸部が
交互に配置されたこととしている。
In the electrostatic actuator according to a third aspect of the present invention, in the structure according to the first aspect, the movable electrode and the fixed electrode are provided with a plurality of convex portions parallel to the support substrate from a predetermined surface of the stem forming the pillar. In addition to the combs provided, the convex portions of the combs are arranged alternately.

【0013】請求項4に係る発明の静電アクチュエータ
は、請求項3記載の構成において、少なくともどちらか
一方の電極の前記凸部先端の稜角と、他方の電極の前記
凸部末端の稜角は面取りされていることとしている。
According to a fourth aspect of the invention, in the electrostatic actuator according to the third aspect, the ridge angle of the tip of the protrusion of at least one of the electrodes and the ridge angle of the end of the protrusion of the other electrode are chamfered. It is supposed to be done.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】[第1の実施形態]図1は、本発明の第1
の実施形態に係る静電アクチュエータを示すものであ
り、(a)はその斜視図、(b)は可動係合部と固定係
合部の拡大図である。
[First Embodiment] FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
2A and 2B are perspective views showing the electrostatic actuator according to the embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a movable engaging portion and a fixed engaging portion.

【0016】この実施形態の静電アクチュエータは、支
持基板1と、可動電極2と、固定電極3と、スイッチ板
4と、可動係合部5と、固定係合部6を主要構成要素と
している。
The electrostatic actuator of this embodiment has a support substrate 1, a movable electrode 2, a fixed electrode 3, a switch plate 4, a movable engaging portion 5 and a fixed engaging portion 6 as main constituent elements. .

【0017】支持基板1は、平面視において略四角形を
しており、例えば、半導体基板にて形成されている。そ
の所定の位置にはそれぞれ後述する固定部23と固定電
極3及び固定係合部6を酸化膜11を介して設けてい
る。
The support substrate 1 has a substantially quadrangular shape in a plan view and is formed of, for example, a semiconductor substrate. A fixed portion 23, a fixed electrode 3, and a fixed engagement portion 6 which will be described later are provided at the predetermined positions via an oxide film 11.

【0018】可動電極2は、固定電極3,3との間に電
圧Vを印加することにより両電極間に静電気力Fqを発
生させるものであり、例えば、ニッケル等の金属により
構成されている。このものは、平面視において略四角形
状の枠体をした可動子21に形成され、可動子21の固
定電極3,3と対向する側面に形成されている。
The movable electrode 2 is for generating an electrostatic force Fq between both electrodes by applying a voltage V between the fixed electrodes 3 and 3, and is made of a metal such as nickel. This is formed on a mover 21 having a substantially quadrangular frame body in a plan view, and is formed on a side surface of the mover 21 facing the fixed electrodes 3 and 3.

【0019】この可動子21は、支持基板1上に設けら
れた略四角状の平板をなす固定部23に、突出方向と略
直交する方向に梁を折り返して形成した矩形波状をなす
支持体22を介してその先端に一体形成されている。ま
た、可動子21及び支持体22は、支持基板1と固着さ
れておらず、支持体22が可動子21を弾性支持するこ
とにより、可動子21は支持基板1上で揺動自在となっ
ている。さらに、可動子21と支持体22及び固定部2
3は、可動電極2と同じくニッケル等の金属により形成
されている。
The mover 21 has a rectangular wave-like support 22 formed by folding back a beam in a direction substantially orthogonal to the projecting direction on a fixed portion 23 which is a substantially rectangular flat plate provided on the support substrate 1. Is integrally formed at its tip via. The mover 21 and the support 22 are not fixed to the support substrate 1, and the support 22 elastically supports the mover 21 so that the mover 21 can swing on the support substrate 1. There is. Furthermore, the mover 21, the support 22, and the fixed portion 2
3 is made of a metal such as nickel like the movable electrode 2.

【0020】固定電極3,3は、可動電極2との間に電
圧を印加することにより、固定電極3,3と可動電極2
との間に静電気力Fqを発生させるものであり、例え
ば、可動電極2と同様にニッケル等の金属により構成さ
れている。また、その形状は、略四角形の平板である。
このものは、可動電極2と所定の間隔を隔てて略平行に
なるように支持基板1上に酸化膜11を介して固着され
ており、また、可動電極2の揺動方向に所定の間隔を隔
てて2個設けられている。また、固定電極3,3の一部
が可動子21の揺動範囲より外側に出るように配置され
ている。
By applying a voltage between the fixed electrodes 3 and 3 and the movable electrode 2, the fixed electrodes 3 and 3 and the movable electrode 2 are moved.
And an electrostatic force Fq between them and, for example, the movable electrode 2 is made of a metal such as nickel. In addition, the shape is a substantially rectangular flat plate.
This is fixed on the support substrate 1 through the oxide film 11 so as to be substantially parallel to the movable electrode 2 with a predetermined space therebetween, and the movable electrode 2 has a predetermined space in the swing direction. Two are provided separately. Further, a part of the fixed electrodes 3, 3 is arranged so as to be outside the swing range of the mover 21.

【0021】可動係合部5は、可動子21の変位と連動
して固定係合部6と凹凸係合することにより、静電気力
が作用していない場合においても可動子の変位状態を保
持するものであり、例えば、可動子21と同様にニッケ
ル等の金属により構成されている。その形状は、平面視
において略四角形の梁体であり、可動子21の可動電極
2を担っている辺の内側面の中央部から支持基板1の平
面方向に沿って突設している。また、その突出方向と平
行な端面の一方は、固定係合部6の凸部6cと接してい
る。
The movable engaging portion 5 holds the displaced state of the mover even when the electrostatic force is not applied, by engaging the concave and convex portions with the fixed engaging portion 6 in conjunction with the displacement of the mover 21. For example, like the mover 21, it is made of metal such as nickel. The shape of the beam is a substantially quadrangular beam in plan view, and the beam is provided so as to project from the central portion of the inner side surface of the side of the mover 21 that bears the movable electrode 2 in the plane direction of the support substrate 1. Further, one of the end faces parallel to the protruding direction is in contact with the convex portion 6c of the fixed engaging portion 6.

【0022】固定係合部6は、可動係合部5と互いに凹
凸係合することにより静電気力Fqが作用していない場
合においても可動子21の変位状態を保持するものであ
り、例えば、可動子21と同様にニッケル等の金属によ
り構成されている。このものは、可動子21の枠体内部
に酸化膜11を介して支持基板1上に固着されており、
その形状は、可動係合部5と対向する側に、平面視にお
いて略四角形の凹部6a,6bを2個設けた山の字状の
平板である。この凹部6a,6bは、可動係合部5より
少なくとも同等以上の大きさに開口されている。また、
凹部6a,6bに挟まれた凸部6cは、その外側の凸部
6d,6eより短く形成されている。また、その凸部6
cの突出方向と平行な端面の一方は可動係合部5と接し
ている。
The fixed engagement portion 6 holds the displacement state of the mover 21 even when the electrostatic force Fq is not applied by engaging the movable engagement portion 5 with each other in a concavo-convex manner. Like the child 21, it is made of a metal such as nickel. This is fixed inside the frame of the mover 21 on the support substrate 1 via the oxide film 11.
The shape is a mountain-shaped flat plate provided with two substantially square recesses 6a and 6b in a plan view on the side facing the movable engaging portion 5. The recesses 6 a and 6 b are opened to the size equal to or larger than the movable engaging portion 5. Also,
The convex portion 6c sandwiched between the concave portions 6a and 6b is formed shorter than the convex portions 6d and 6e on the outside thereof. In addition, the convex portion 6
One of the end faces parallel to the protruding direction of c is in contact with the movable engaging portion 5.

【0023】スイッチ板4は、静電アクチュエータに入
力された光を遮断したり、所定の方向へ反射させたりし
て光信号を制御するものであり、たとえば、金(Au)
等で形成されている。その形状は、略四角形をした平板
であり、少なくとも制御する光信号の光束と同程度の大
きさである。また、このものは、可動子21の可動電極
2を担う辺と平行に立設されている。
The switch plate 4 controls the optical signal by blocking the light input to the electrostatic actuator or reflecting the light in a predetermined direction. For example, gold (Au).
And the like. The shape is a substantially rectangular flat plate, and is at least as large as the luminous flux of the optical signal to be controlled. In addition, this is erected in parallel with the side of the mover 21 that bears the movable electrode 2.

【0024】次に、その動作について説明する。Next, the operation will be described.

【0025】いま、光路λが図2に示す位置にあるもの
とする。可動電極2と固定電極3a,3bとの間に電圧
Vを印加していない状態で、光信号の光路λ上にスイッ
チ板4が介在するように静電アクチュエータを設置す
る。このとき、可動係合部5の一方の端面と凸部6cの
凹部6a側の端面が当接することにより、可動係合部5
と固定係合部6は凹凸係合している。また、可動子21
には、支持体22により固定部23方向に復元力Frが
作用している(図2(a))。
Now, assume that the optical path λ is in the position shown in FIG. An electrostatic actuator is installed so that the switch plate 4 is interposed on the optical path λ of the optical signal in a state where the voltage V is not applied between the movable electrode 2 and the fixed electrodes 3a and 3b. At this time, one end surface of the movable engaging portion 5 and the end surface of the convex portion 6c on the concave portion 6a side are brought into contact with each other, whereby the movable engaging portion 5
The fixed engagement portion 6 and the fixed engagement portion 6 engage with each other. In addition, the mover 21
The restoring force Fr is applied to the fixed member 23 by the support 22 (FIG. 2A).

【0026】この状態で、可動電極2と可動子21の変
位と反対方向にある固定電極3bとの間に電圧Vを印加
すると、可動電極2と固定電極3bとの間に静電気力F
qが発生する。この静電気力Fqは、可動子21を固定
電極3b側に引き寄せる方向に作用するが、可動子21
には支持体22が元の状態に戻ろうとする復元力Frも
加わっており、結果的に、可動子21には静電気力Fq
の作用する方向と復元力Frの作用する方向の合成方向
に合成力Fsが作用する。このとき、復元力Frは静電
気力Fqより小さくなるように設定しているので、合成
力Fsは可動電極2の長手方向から若干固定電極3b側
に向く、すなわち、可動子21は固定電極3b側へ引き
寄せられて可動係合部5を凹部6aから離脱させるとと
もに可動電極2の長手方向に変位させることができる
(図2(b))。
In this state, when a voltage V is applied between the movable electrode 2 and the fixed electrode 3b in the direction opposite to the displacement of the mover 21, an electrostatic force F is applied between the movable electrode 2 and the fixed electrode 3b.
q occurs. This electrostatic force Fq acts in the direction of pulling the mover 21 toward the fixed electrode 3b side.
Is also applied with a restoring force Fr that causes the support body 22 to return to its original state, and as a result, the movable element 21 receives an electrostatic force Fq.
The combined force Fs acts in the combined direction of the acting direction of F and the acting direction of the restoring force Fr. At this time, since the restoring force Fr is set to be smaller than the electrostatic force Fq, the combined force Fs is slightly directed from the longitudinal direction of the movable electrode 2 to the fixed electrode 3b side, that is, the mover 21 is fixed electrode 3b side. The movable engaging portion 5 can be disengaged from the concave portion 6a and displaced in the longitudinal direction of the movable electrode 2 (FIG. 2B).

【0027】次いで、可動子21が固定電極3b側へ十
分変位したとき、すなわち、可動係合部5の他方の端面
が凸部6cの凹部6b側の端面を通過して変位したと
き、可動電極2及び固定電極3bに印加している電圧V
を解除する。このとき、可動子21には支持体22の復
元力Frのみが作用することになる。この復元力Frに
は可動子21を固定部23側に引き寄せる成分があるの
で、可動係合部5は、凹部6bに挿入されて固定係合部
6と凹凸係合して端面同士が当接し、結果的に、可動子
21の変位を保持することになる。これにより、スイッ
チ板4は光路λ上からはずれて光信号を通過させること
ができる(図2(c))。
Next, when the mover 21 is sufficiently displaced to the fixed electrode 3b side, that is, when the other end face of the movable engaging portion 5 passes through the end face of the convex portion 6c on the concave portion 6b side and is displaced, the movable electrode is moved. 2 and the voltage V applied to the fixed electrode 3b
To cancel. At this time, only the restoring force Fr of the support 22 acts on the mover 21. Since this restoring force Fr has a component that draws the mover 21 toward the fixed portion 23 side, the movable engaging portion 5 is inserted into the concave portion 6b and engages with the fixed engaging portion 6 in a concavo-convex manner so that the end faces abut each other. As a result, the displacement of the mover 21 is maintained. As a result, the switch plate 4 deviates from the optical path λ and allows the optical signal to pass therethrough (FIG. 2C).

【0028】以上説明した実施形態の静電アクチュエー
タによると、可動子21から突設した可動係合部5と、
支持基板1に固定されて可動係合部5と凹凸係合する固
定係合部6を備え、固定電極3,3と可動電極2との静
電気力Fqにより凹凸係合を着脱可能としているので、
固定電極3,3と可動電極2との間に印加する電圧Vを
消去しても可動子21の変位状態を保持し、消費電力を
低減させることができる。
According to the electrostatic actuator of the above-described embodiment, the movable engaging portion 5 protruding from the mover 21,
Since the fixed engagement portion 6 that is fixed to the support substrate 1 and engages with the movable engagement portion 5 in a concavo-convex manner is provided, and the concavo-convex engagement is removable by the electrostatic force Fq between the fixed electrodes 3 and 3 and the movable electrode 2,
Even if the voltage V applied between the fixed electrodes 3 and 3 and the movable electrode 2 is erased, the displacement state of the mover 21 can be maintained and power consumption can be reduced.

【0029】なお、固定電極3及び可動電極2は、本実
施形態に示された個数に限定されるものではなく、両電
極間に静電気力Fqが発生するように配置すれば、例え
ば、固定電極3と可動電極2をそれぞれ2個ずつ設けた
り、固定電極3を1個にする代わりに可動電極2を2個
にしてもよい。
The fixed electrodes 3 and the movable electrodes 2 are not limited to the numbers shown in this embodiment, and if they are arranged so that an electrostatic force Fq is generated between the electrodes, for example, the fixed electrodes 3 and Two movable electrodes 2 may be provided, and two movable electrodes 2 may be provided instead of one fixed electrode 3.

【0030】また、可動係合部5及び固定係合部6の凹
部6a,6bの形状は、電圧を印加していない状態にお
いて凹凸係合が解除されなければ適宜設計できるもので
あり、例えば、略半円形状や略三角形状にしてもよい。
この場合、可動係合部5と固定係合部6の凹凸係合をス
ムーズに行うことができる。
Further, the shapes of the concave portions 6a and 6b of the movable engaging portion 5 and the fixed engaging portion 6 can be appropriately designed as long as the concave and convex engagement is not released in the state where no voltage is applied. It may have a substantially semicircular shape or a substantially triangular shape.
In this case, the concave and convex engagement between the movable engaging portion 5 and the fixed engaging portion 6 can be smoothly performed.

【0031】[第2の実施形態]図3は本発明の第2の
実施形態に係る静電アクチュエータを示すもので、
(a)はその斜視図、(b)は固定電極と可動電極の拡
大図である。この実施形態の静電アクチュエータは、固
定電極と可動電極の形状が第1の実施形態と異なるもの
で、他の構成要素は第1の実施形態のものと実質的に同
一であるので説明を省略する。また、同一部材において
は第1の実施形態と同一の番号を付す。
[Second Embodiment] FIG. 3 shows an electrostatic actuator according to a second embodiment of the present invention.
(A) is the perspective view, (b) is an enlarged view of a fixed electrode and a movable electrode. The electrostatic actuator of this embodiment is different from that of the first embodiment in the shape of the fixed electrode and the movable electrode, and the other constituent elements are substantially the same as those of the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted. To do. Further, the same numbers are given to the same members as in the first embodiment.

【0032】可動電極7,7は、第1の実施形態と同
様、対向する固定電極8,8との間に電圧Vを印加する
ことにより、両電極間に静電気力Fqを発生させるもの
であり、例えば、ニッケル等の金属により構成されてい
る。このものは、可動子21の支持体22と連結してい
る一辺と対向する辺の長手方向に突設しており、その形
状は、長手方向に突出した幹部7bから固定電極8,8
に向かって複数の凸部7aを設けた櫛体である。ここ
で、櫛体とは、例えば、梯子の横桟を支持する側木の一
方を除去したような形状を示す。また、凸部7aの先端
の稜角は、平面にて面取りが施されている。
Similar to the first embodiment, the movable electrodes 7, 7 generate an electrostatic force Fq between both electrodes by applying a voltage V between them and the fixed electrodes 8, 8 facing each other. , And is made of metal such as nickel. This is provided by projecting in the longitudinal direction of the side opposite to one side connected to the support 22 of the mover 21, and its shape is fixed electrodes 8, 8 from the trunk portion 7b protruding in the longitudinal direction.
It is a comb body provided with a plurality of convex portions 7a facing toward. Here, the comb means, for example, a shape obtained by removing one of the side trees supporting the horizontal rails of the ladder. The ridge angle at the tip of the convex portion 7a is chamfered with a flat surface.

【0033】固定電極8,8は、対向する可動電極7,
7との間に電圧Vを印加することにより、固定電極8,
8と可動電極7,7との間に静電気力Fqを発生させる
ものであり、例えば、可動電極7,7と同様にニッケル
等の金属により構成されている。また、その形状は、可
動電極7,7と同じく櫛体をなしており、その凸部8a
は、可動電極7,7の方向へ突出している。また、この
ものは、可動電極7,7の凸部7aと固定電極8,8の
凸部8aが所定の間隔を隔てて交互に配置されるように
支持基板1上に酸化膜11を介して固着されている。ま
た、両電極の凸部7a,8aは、可動子21が変位した
状態において両者が当接しないような間隔で設けられて
いる。さらに、このものの凸部8aの末端の稜角は、可
動電極7の凸部7aの先端と同様、平面にて面取りが施
されている。
The fixed electrodes 8, 8 are movable electrodes 7, 8 facing each other.
By applying a voltage V between the fixed electrode 8 and
The electrostatic force Fq is generated between the movable electrode 7 and the movable electrode 7 and is made of a metal such as nickel, like the movable electrode 7 and 7. Further, the shape thereof is a comb like the movable electrodes 7 and 7, and the convex portion 8a thereof is formed.
Project in the direction of the movable electrodes 7, 7. In addition, this structure is such that the convex portions 7a of the movable electrodes 7 and 7 and the convex portions 8a of the fixed electrodes 8 and 8 are alternately arranged at a predetermined interval with the oxide film 11 interposed therebetween on the support substrate 1. It is fixed. Further, the convex portions 7a and 8a of both electrodes are provided at intervals such that they do not come into contact with each other when the mover 21 is displaced. Further, the ridge angle at the end of the convex portion 8a of this product is chamfered with a flat surface like the tip of the convex portion 7a of the movable electrode 7.

【0034】その動作は、基本的に第1の実施形態で説
明した通りである。唯一異なる点は、可動子21の変位
方向が、第1の実施形態と比較して可動電極7,7の略
長手方向により変位することである。これは、可動電極
7,7の凸部7aと固定電極8,8の凸部8a間に発生
する静電気力Fqが可動電極7,7の略長手方向に生じ
ることに起因している。
The operation is basically as described in the first embodiment. The only difference is that the displacement direction of the mover 21 is displaced by the substantially longitudinal direction of the movable electrodes 7, 7 as compared with the first embodiment. This is because the electrostatic force Fq generated between the convex portions 7a of the movable electrodes 7 and 7 and the convex portions 8a of the fixed electrodes 8 and 8 is generated in the substantially longitudinal direction of the movable electrodes 7 and 7.

【0035】以上説明した実施形態の静電アクチュエー
タによると、可動子21から突設した可動係合部5と、
支持基板1に固定されて可動係合部5と凹凸係合する固
定係合部6を備え、固定電極8,8と可動電極7,7と
の静電気力Fqにより凹凸係合を着脱可能としているの
で、固定電極8,8と可動電極7,7との間に印加する
電圧Vを消去しても可動子21の変位状態を保持し、消
費電力を低減することができる。また、可動電極7,7
及び固定電極8,8を櫛体に形成することにより、固定
電極8,8と可動電極7,7との対向面積が増加して静
電気力が増大するとともに、それら凸部7a,8aの一
部の稜角を面取りしているので、面取り部分と直交する
方向への変位も可能となる。
According to the electrostatic actuator of the above-described embodiment, the movable engaging portion 5 projecting from the mover 21,
A fixed engagement portion 6 that is fixed to the support substrate 1 and engages with the movable engagement portion 5 in a concavo-convex manner is provided, and the concavo-convex engagement is removable by the electrostatic force Fq between the fixed electrodes 8 and 8 and the movable electrodes 7 and 7. Therefore, even if the voltage V applied between the fixed electrodes 8 and 8 and the movable electrodes 7 and 7 is erased, the displacement state of the mover 21 can be maintained and power consumption can be reduced. In addition, the movable electrodes 7, 7
By forming the fixed electrodes 8 and 8 in a comb shape, the facing area between the fixed electrodes 8 and 8 and the movable electrodes 7 and 7 increases, and the electrostatic force increases, and at the same time, a part of the convex portions 7a and 8a. Since the ridge angle is chamfered, it is possible to displace in a direction orthogonal to the chamfered portion.

【0036】なお、凸部7a,8aの一部の稜角の面取
りは、両電極7,7,8,8のすべての稜角に対して施
してもよい。
The chamfering of the ridge angles of a part of the convex portions 7a, 8a may be performed on all the ridge angles of both electrodes 7, 7, 8, 8.

【0037】[0037]

【発明の効果】請求項1に係る発明の静電アクチュエー
タは、可動子から突設した可動係合部と、前記支持基板
に固定された固定係合部とを備え、可動電極と固定電極
との間に生じる静電気力に応じて可動係合部と固定係合
部の凹凸係合を設定及び解除するとともに可動子を変位
させているので、可動電極と固定電極との間に印加する
電圧を消去しても可動子の変位状態を保持できるととも
に、保持時間が長くなるほど消費電力を低減させること
ができる。
The electrostatic actuator of the invention according to claim 1 is provided with a movable engaging portion projecting from the mover and a fixed engaging portion fixed to the support substrate, and comprises a movable electrode and a fixed electrode. Since the concave-convex engagement of the movable engaging portion and the fixed engaging portion is set and released according to the electrostatic force generated between the movable element and the mover is displaced, the voltage applied between the movable electrode and the fixed electrode is changed. Even if it is erased, the displacement state of the mover can be held, and the longer the holding time, the more power consumption can be reduced.

【0038】請求項2に係る発明の静電アクチュエータ
は、請求項1記載の効果に加えて、可動電極若しくは固
定電極の少なくともどちらか一方を複数個備えているの
で、可動子の変位量を大きく取ることができる。
In addition to the effect of the first aspect, the electrostatic actuator of the invention according to the second aspect is provided with at least one of the movable electrode and the fixed electrode, so that the displacement of the mover is increased. Can be taken.

【0039】請求項3に係る発明の静電アクチュエータ
は、請求項1記載の効果に加えて、可動電極及び固定電
極を、柱体をなす幹部の所定の面から支持基板と平行に
複数の凸部を設けた櫛体であるとともに、互いの凸部が
交互に配置されるようにしているので、電極の対向面積
が増加して静電気力をより強力にすることができる。
In addition to the effect of the first aspect, the electrostatic actuator of the invention according to the third aspect provides the movable electrode and the fixed electrode with a plurality of protrusions parallel to the support substrate from a predetermined surface of the trunk forming the pillar. Since the protrusions are arranged alternately with each other as the comb body provided with the portions, the facing area of the electrodes is increased and the electrostatic force can be made stronger.

【0040】請求項4に係る発明の静電アクチュエータ
は、請求項3記載の効果に加えて、少なくともどちらか
一方の電極の前記凸部先端の稜角と、他方の電極の前記
凸部末端の稜角を面取りしているので、電極の長手方向
に対して斜めに可動子を変位させることができ、可動係
合部と固定係合部の凹凸係合をより簡単に脱着すること
ができる。
In addition to the effect of claim 3, the electrostatic actuator of the invention according to claim 4 has the ridge angle of the tip of the protrusion of at least one electrode and the ridge angle of the end of the protrusion of the other electrode. Since the chamfer is formed, the mover can be displaced obliquely with respect to the longitudinal direction of the electrode, and the concave and convex engagement between the movable engaging portion and the fixed engaging portion can be more easily removed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態に係る静電アクチュ
エータを示すものであり、(a)はその斜視図、(b)
は可動係合部と固定係合部の拡大図である。
1A and 1B show an electrostatic actuator according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view thereof, and FIG.
FIG. 3 is an enlarged view of a movable engaging portion and a fixed engaging portion.

【図2】 本発明の第1の実施形態に係る静電アクチュ
エータの動作を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing the operation of the electrostatic actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第2の実施形態に係る静電アクチュ
エータを示すものであり、(a)はその斜視図、(b)
は固定電極と可動電極の拡大図である。
3A and 3B show an electrostatic actuator according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a perspective view thereof, and FIG.
FIG. 4 is an enlarged view of a fixed electrode and a movable electrode.

【図4】 従来の静電アクチュエータを示すものであ
り、(a)はその斜視図、(b)はA−A線に沿って切
断したときの断面図である。
4A and 4B show a conventional electrostatic actuator, in which FIG. 4A is a perspective view thereof, and FIG. 4B is a sectional view taken along the line AA.

【図5】 従来の他の静電アクチュエータを示す斜視図
である。
FIG. 5 is a perspective view showing another conventional electrostatic actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 支持基板 11 酸化膜 2 可動電極 21 可動子 22 支持体 23 固定部 3 固定電極 3a 固定電極 3b 固定電極 4 スイッチ板 5 可動係合部 6 固定係合部 7 可動電極 7a 凸部 7b 幹部 8 固定電極 8a 凸部 1 Support substrate 11 Oxide film 2 movable electrodes 21 mover 22 Support 23 Fixed part 3 fixed electrode 3a Fixed electrode 3b Fixed electrode 4 switch board 5 Movable engaging part 6 Fixed engagement part 7 movable electrode 7a convex part 7b Executive 8 fixed electrodes 8a convex part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻原 淳 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 宮島 久和 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 平田 勝弘 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 2H041 AA04 AB02 AC06 AZ02 AZ08   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Atsushi Ogihara             1048, Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Works Co., Ltd.             Inside the company (72) Inventor Kazukazu Miyajima             1048, Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Works Co., Ltd.             Inside the company (72) Inventor Katsuhiro Hirata             1048, Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Works Co., Ltd.             Inside the company F term (reference) 2H041 AA04 AB02 AC06 AZ02 AZ08

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持基板と、支持基板表面に固着された
固定部に弾性を有する支持体を介して一体形成した可動
子に設けられた可動電極と、 支持基板上に固着されて可動電極と容量結合するように
間隔をおいて対向させた固定電極と、 可動子上に立設して可動子が一方位置にあるとき光を通
過させ、他方位置にあるとき光を遮断するスイッチ板
と、 可動子から突設した可動係合部と支持基板に固定された
固定係合部からなり、互いが凹凸結合することにより可
動子の変位を保持する保持手段と、を備え、 可動電極と固定電極との間に生じる静電気力に応じて前
記保持手段の可動係合部と固定係合部の凹凸係合を解除
するとともに可動子を変位させることを特徴とする静電
アクチュエータ。
1. A movable electrode provided on a support substrate, a mover integrally formed on a fixed portion fixed to the surface of the support substrate via a support having elasticity, and a movable electrode fixed on the support substrate. Fixed electrodes facing each other at intervals so as to be capacitively coupled; a switch plate standing on the mover to pass light when the mover is in one position and to block light when the mover is in the other position; A movable electrode and a fixed electrode, each of which includes a movable engaging portion projecting from the mover and a fixed engaging portion fixed to the support substrate, and holding means for holding the displacement of the mover by mutually concavo-convex coupling. An electrostatic actuator characterized by releasing the concave and convex engagement between the movable engaging portion and the fixed engaging portion of the holding means and displacing the mover in accordance with an electrostatic force generated between the movable means and the fixed engaging portion.
【請求項2】 前記可動電極若しくは前記固定電極の少
なくともどちらか一方を複数個備えた請求項1記載の静
電アクチュエータ。
2. The electrostatic actuator according to claim 1, comprising a plurality of at least one of the movable electrode and the fixed electrode.
【請求項3】 前記可動電極及び前記固定電極は、柱体
をなす幹部の所定の面から支持基板と平行に複数の凸部
を設けた櫛体であるとともに、互いの凸部が交互に配置
された請求項1記載の静電アクチュエータ。
3. The movable electrode and the fixed electrode are a comb body in which a plurality of convex portions are provided in parallel with a support substrate from a predetermined surface of a trunk portion forming a pillar body, and the convex portions are alternately arranged. The electrostatic actuator according to claim 1, which has been applied.
【請求項4】 少なくともどちらか一方の電極の前記凸
部の先端の稜角と、他方の電極の前記凸部の末端の稜角
は面取りされている請求項3記載の静電アクチュエー
タ。
4. The electrostatic actuator according to claim 3, wherein at least one of the electrodes has a chamfered ridge angle at the tip of the protrusion and the other electrode has a ridge angle at the end of the protrusion.
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