JP2005074561A - 静電マイクロアクチュエータ及び光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】比較的小さい面積で、可動部分を変位した状態に保持するラッチ機能を有する静電マイクロアクチュエータ及び光スイッチを提供する。
【解決手段】可動プレートと、可動プレートを支持し、一定方向に変位させる可撓な支持アームと、可動プレートを一定方向に駆動する第１の駆動部と、可動プレートに接続された第１の嵌合部材と、第１の嵌合部材を一定方向に変位した状態に保持する第２の嵌合部材と、第２の嵌合部材に接続され、一定方向に略平行に配置された可動電極と、可動電極に略平行に配置され、可動電極との間に生じる静電引力により可動電極を駆動して第２の嵌合部材が保持する状態を開放する固定電極とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は静電マイクロアクチュエータ及び光スイッチに関し、特に、微小電気機械システムによる静電マイクロアクチュエータ及び光スイッチに関する。

近年、微小電気機械システム（micro-electro-mechanical system：ＭＥＭＳ）による静電マイクロアクチュエータを用いた光スイッチ或いは光シャッター等の光デバイスが実用化されている。これらの光デバイスは、消費電力を小さくするために、状態を切り替える時以外は静電マイクロアクチュエータに電圧を印加する必要がないラッチ機能を有することが望ましい（例えば、特許文献１参照）。

図８（ａ）に示すように、従来のラッチ機能付き静電マイクロアクチュエータは、第１の駆動ユニット５１と第２の駆動ユニット５２とを有する。第１の駆動ユニット５１は、アンカー部で基板に固定された折り返しバネ（支持アーム）６２と、折り返しバネ６２に接続された直線状の軸（可動プレート）６１、可動プレート６１に接続された第１の可動櫛歯電極７２と、可動プレート６１に接続された第１の嵌合部材６４とを備える第１の可動部と、第１の可動櫛歯電極７２に対向する第１の固定櫛歯電極７１とを有する。第１の可動部は、可動プレート６１の軸方向（一定方向）に変位することができる。第２の駆動ユニット５２は、第１の嵌合部材６４と嵌合して、第１の可動部をこの一定方向に変位した状態に保持する第２の嵌合部材６５ａ、６５ｂと、アンカー部７３ａ、７３ｂで基板に接続された可撓ビーム６６ａ、６６ｂと、第２の嵌合部材６５ａ、６５ｂに接続され、一定方向に略垂直方向に配置された第２の可動櫛歯電極３８ａ〜３８ｄとを備える第２の可動部と、第２の可動櫛歯電極３８ａ〜３８ｄに略平行に配置された第２の固定櫛歯電極３９ａ〜３９ｄとを有する。

第２の固定櫛歯電極３９ａ〜３９ｄに第２の可動櫛歯電極３８ａ〜３８ｄに対して電圧を印加すると、第２の固定櫛歯電極３９ａ〜３９ｄと第２の可動櫛歯電極３８ａ〜３８ｄの間に静電引力が発生し、図８（ｂ）に示すように、第２の可動櫛歯電極３８ａ〜３８ｄが第２の固定櫛歯電極３９ａ〜３９ｄの方へ引き込まれる。次に、第１の固定櫛歯電極７１に第１の可動櫛歯電極７２に対して電圧を印加すると、静電引力が発生し、第１の可動櫛歯電極７２が第１の固定櫛歯電極７１の方へ引き寄せられ、図９（ａ）に示しように、静電引力と折り返しバネ６２の復元力が釣り合うところで停止する。次に、第２の固定櫛歯電極３９ａ〜３９ｄの電圧を切ると、図９（ｂ）に示すように、可撓ビーム６６ａ、６６ｂの復元力により第２の可動部は元の位置に戻る。この後、第１の固定櫛歯電極７１の電圧を切ると、第１の嵌合部材６４が第２の嵌合部材６５ａ、６５ｂに引っかかり、第１の可動部はこの状態を保持する。次に、第２の固定櫛歯電極３９ａ〜３９ｄに電圧を印加すると、静電引力により第２の可動部は再び第２の固定櫛歯電極３９ａ〜３９ｄの方に移動し、第１の可動部は折りたたみバネ６２の復元力で元の位置に戻るので、第２の固定櫛歯電極３９ａ〜３９ｄの電圧を切り、図８（ａ）に示す状態に戻る。
米国特許出願公開第２００２／０１０２０５９号明細書

一般的に、櫛歯電極の電極面に平行な方向に可動部を移動させる、静電コムアクチュエータは比較的大きなストロークが得られるが単位櫛歯あたりに発生する駆動力は小さい。したがって、多くの櫛歯電極を並列に並べることになり、結果的にアクチュエータが大きな面積を占有することになる。図８（ａ）に示した従来例では、第１の可動部も第２の可動部も共に静電コムアクチュエータで駆動するため、アクチュエータの小型化が困難である。

本発明はこのような関連技術の問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、比較的小さい面積で、可動部分を変位した状態に保持するラッチ機能を有する静電マイクロアクチュエータ及び光スイッチを提供することである。

本発明の第１の特徴は、第１の駆動ユニットと第２の駆動ユニットとを有する静電マイクロアクチュエータであって、第１の駆動ユニットは、可動プレートと、可動プレートを支持し、一定方向に変位させる可撓な支持アームと、可動プレートを一定方向に駆動する第１の駆動部と、可動プレートに接続された第１の嵌合部材とを有し、第２の駆動ユニットは、第１の嵌合部材を一定方向に変位した状態に保持する第２の嵌合部材と、第２の嵌合部材に接続され、一定方向に略平行に配置された可動電極と、可動電極に略平行に配置され、可動電極との間に生じる静電引力により可動電極を駆動して第２の嵌合部材が保持する状態を開放する固定電極とを有することを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、第１の特徴に係る静電マイクロアクチュエータと、可動プレートに接続された光学部材と、光学部材の近傍において互いに交差する１対の光導波路とを有する光スイッチであることを要旨とする。

本発明によれば、比較的小さい面積で、可動部分を変位した状態に保持するラッチ機能を有する静電マイクロアクチュエータ及び光スイッチを提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。

図１（ａ）に示すように、第１の実施の形態に係る静電マイクロアクチュエータは、第１の駆動ユニット１ａと、第２の駆動ユニット２ａとを有する。第１の駆動ユニット１ａは、可動プレート１１と、可動プレート１１を支持し、一定方向に変位させる可撓な支持アーム１２と、可動プレート１２を一定方向に駆動する第１の駆動部１３と、可動プレート１１の一端に接続された第１の嵌合部材１４とを有する。第１の駆動部１３は、可動プレート１１に接続された可動櫛歯電極２２と、可動櫛歯電極２２に対向して配置された固定櫛歯電極２１とを有する。可動プレート１１は、直線状の軸から成る。支持アーム１２は、その一部がアンカー部により基板に固定された押り返しバネである。可動プレート１１、支持アーム１２、可動櫛歯電極２２、及び第１の嵌合部材１４は、第１の可動部分を構成している。

第２の駆動ユニット２ａは、第１の嵌合部材１４と嵌合して第１の可動部分を一定方向に変位した状態に保持する第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂと、第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂに接続され、一定方向に略平行に配置された可動電極１６ａ、１６ｂと、可動電極１６ａ、１６ｂに略平行に配置され、可動電極１６ａ、１６ｂとの間に生じる静電引力により可動電極１６ａ、１６ｂを駆動して第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂが保持する状態を開放する固定電極１７ａ、１７ｂと、ストッパ１８ａ、１８ｂとを有する。可動電極１６ａ、１６ｂの一端はアンカー部２３により基板に固定されている。可動電極１６ａ、１６ｂの他端には、第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂが接続されている。第２の嵌合部材１５ａと第２の嵌合部材１５ｂとの間隔は、第１の嵌合部材１４の幅よりも狭く閉じている。可動電極１６ａ、１６ｂ及び固定電極１７ａ、１７ｂの各電極面は、可動プレート１１の移動方向（軸方向）に対して略平行に配置されている。可動電極１６ａ、１６ｂは、固定電極１７ａ、１７ｂとの間の静電引力によって撓み、第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂの間隔を開閉することができる。可動電極１６ａ、１６ｂ及び第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂは、第２の可動部分を構成している。

図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ切断面に沿った静電マイクロアクチュエータの断面を示す。固定電極１７ａ、１７ｂは、絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜）２４ａ、２４ｂ又は接着層を介して基板２５に接続／固定されている。基板２５は、シリコン或いはガラスなどから成る。同様に、支持アーム１２及び可動電極１６ａ、１６ｂを拘束するアンカー部、固定櫛歯電極２１、及びストッパ１８ａ、１８ｂは、絶縁膜又は接着層を介して基板２５に接続／固定されている。一方、可動電極１６ａ、１６ｂは、基板２５の上方に配置されているが、可動電極１６ａ、１６ｂと基板２５の間には絶縁膜２４ａ、２４ｄ又は接着層は配置されていない。したがって、可動電極１６ａ、１６ｂは基板２５ｂに拘束されることなく、自由に動くことができる。同様に、支持アーム１２、可動プレート１１、可動櫛歯電極２２、及び第１及び第２の嵌合部材１４、１５ａ、１５ｂも、基板２５ｂに拘束されることなく、自由に動くことができる。

固定電極１７ａ、１７ｂと可動電極１６ａ、１６ｂとの間に電位差を生じさせる。ここでは、可動電極１６ａ、１６ｂに接地電位（ＧＮＤ）を印加し、固定電極１７ａ、１７ｂに対して所定の電圧を印加する。すると、固定電極１７ａ、１７ｂと可動電極１６ａ、１６ｂの間に静電引力が発生し、図２（ａ）に示すように、可動電極１６ａ、１６ｂは、撓んで固定電極１７ａ、１７ｂ側へ引き寄せられ、静電引力と可動電極１６ａ、１６ｂの復元力とが釣り合うところで停止する。ここでは、ストッパ１８ａ、１８ｂを設けることで、可動電極１６ａ、１６ｂはストッパ１８ａ、１８ｂに接触した時点で停止し、可動電極１６ａ、１６ｂと固定電極１７ａ、１７ｂとの電気的短絡は防止される。なお、この状態において、第２の嵌合部材１５ａと第２の嵌合部材１５ｂとの間隔は、第１の嵌合部材１４の幅よりも広く開いている。

固定櫛歯電極２１と可動櫛歯電極２２との間に電位差を生じさせる。ここでは、可動櫛歯電極２２に接地電位を印加し、固定櫛歯電極２１に対して所定の電圧を印加する。すると、固定櫛歯電極２１と可動櫛歯電極２２の間に静電引力が発生し、図２（ｂ）に示すように、支持アーム１２が撓んで、可動櫛歯電極２２は、固定櫛歯電極２１側へ引き寄せられ、静電引力と支持アーム１２の復元力とが釣り合うところで停止する。この状態において、第１の嵌合部材１４は、第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂの内側へ挿入される。

そして、固定電極１７ａ、１７ｂへの電圧印加を停止する。すると、可動電極１６ａ、１６ｂの復元力により、可動電極１６ａ、１６ｂは元の状態に戻る。したがって、第２の嵌合部材１５ａと第２の嵌合部材１５ｂとの間隔は、第１の嵌合部材１４の幅よりも狭く閉じる。この時、第１の嵌合部材１４は、第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂの内側へ挿入されているため、第１の嵌合部材１４は、第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂに引っ掛かり（嵌合し）、第１の可動部分（１１、１２、１４、２２）は元の状態に戻ることができない。よって、固定櫛歯電極２１への電圧印加を停止しても、第１の可動部分（１１、１２、１４、２２）は変位した状態で保持される。

そして再び、固定電極１７ａ、１７ｂに所定の電圧を印加すると、可動電極１６ａ、１６ｂは、撓んで固定電極１７ａ、１７ｂ側へ引き寄せられ、第２の嵌合部材１５ａと第２の嵌合部材１５ｂとの間隔は、第１の嵌合部材１４の幅よりも広く開かれる。したがって、第１の嵌合部材１４と第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂとの引っ掛かり（嵌合）が解除され、第１の可動部分（１１、１２、１４、２２）は元の状態に戻る。そして、固定電極１７ａ、１７ｂに対する電圧印加を停止すると、図１（ａ）に示した状態に戻る。

本発明の第１の実施の形態によれば、比較的小さなストロークで機能する第２の可動部分（１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）を一段の平行平板形の静電静電アクチュエータに置き換えることにより、比較的小さい面積で、第１の可動部分（１１、１２、１４、２２）を変位した状態に保持するラッチ機能を有する静電マイクロアクチュエータを実現することができる。

（第１の実施の形態の変形例）
第１の実施の形態の変形例では、可動電極に対向する固定電極の表面が略円弧形状を有する静電マイクロアクチュエータについて説明する。

図３に示すように、第１の実施の形態の変形例に係る静電マクロアクチュエータは、図１（ａ）の静電マクロアクチュエータに比して、可動電極１６ａ、１６ｂに対向する固定電極２７ａ、２７ｂの表面が略円弧形状を有する点が異なる。その他の構成は、図１（ａ）に示したそれと同一である。

固定電極２７ａ、２７ｂの電極面が円弧状にカーブしていることにより、可動電極１６ａ、１６ｂのアンカー部２３に近い部分を固定電極２７ａ、２７ｂに近づけて配置しても、可動電極１６ａ、１６ｂの先端に接続された第２の嵌合部材１５ａ、１５ｂの変位量を大きく取ることができる。従って、第１の実施形態の変形例によれば、図１（ａ）に示した静電マクロアクチュエータに比べて、より小さな印加電圧で第２の可動部分（１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）を大きく変位させる（開閉させる）ことができる。

なお、可動電極１６ａ、１６ｂに対向する固定電極２７ａ、２７ｂの表面は、略円弧状に限らず、テーパー形状或いは傾斜形状を有していても構わない。

（第２の実施の形態）
図４に示すように、第２の実施の形態に係る静電マイクロアクチュエータは、第１の駆動ユニット１ａと、第２の駆動ユニット２ｃとを有する。第１の駆動ユニット１ａは、可動プレート１１と、可動プレート１１を支持する可撓な支持アーム１２と、可動プレート１２を一定方向に駆動する第１の駆動部１３と、可動プレート１１の一端に接続された第１の嵌合部材１４とを有する。第１の駆動部１３は、可動プレート１１に接続された可動櫛歯電極２２と、可動櫛歯電極２２に対向して配置された固定櫛歯電極２１とを有する。可動プレート１１、支持アーム１２、可動櫛歯電極２２、第１の嵌合部材１４は、第１の可動部分を構成している。このように、第１の駆動ユニット１ａは、図１（ａ）に示した静電マイクロアクチュエータのそれと同じである。

第２の駆動ユニット２ｃは、第１の嵌合部材１４と嵌合して第１の可動部分を一定方向に変位した状態に保持する第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂと、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂに接続され、一定方向に略平行に配置された可動電極３６ａ、３６ｂと、可動電極３６ａ、３６ｂに略平行に配置された固定電極３７ａ、３７ｂと、ストッパ１８ａ、１８ｂとを有する。可動電極３６ａ、３６ｂの一端はアンカー部２３により基板に固定されている。可動電極３６ａ、３６ｂの他端には、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂが接続されている。第２の嵌合部材３５ａと第２の嵌合部材３５ｂとの間隔は、第１の嵌合部材１４の幅よりも狭く閉じている。

第２の実施の形態において、可動電極３６ａ、３６ｂは、一定方向に略平行に配置された複数の可動電極板３８ａ、３８ｂを有する可動櫛歯型電極である。固定電極３７ａ、３７ｂは、可動電極板３８ａ、３８ｂと噛み合う複数の固定電極板３９ａ、３９ｂを有する固定櫛歯型電極である。可動電極板３８ａ、３８ｂ及び固定電極板３９ａ、３９ｂの各電極面は、可動プレート１１の移動方向（軸方向）に対して略平行に配置されている。固定電極板３９ａ、３９ｂは、可動電極板３８ａ、３８ｂの中心より第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂ側へシフトして配置されている。可動電極３６ａ、３６ｂは、可動電極板３８ａ、３８ｂと固定電極板３９ａ、３９ｂとの間の静電引力によって撓み、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂの間隔を開閉することができる。可動電極３６ａ、３６ｂ及び第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂは、第２の可動部分を構成している。ストッパ１８ａ、１８ｂは、固定電極板３９ａ、３９ｂと可動電極板３８ａ、３８ｂ間の短絡を防止する。

可動電極３６ａ、３６ｂに接地電位（ＧＮＤ）を印加し、固定電極３７ａ、３７ｂに対して所定の電圧を印加する。すると、固定電極板３９ａ、３９ｂと可動電極板３８ａ、３８ｂの間に静電引力が発生し、可動電極３６ａ、３６ｂは外側へ撓んで、ストッパ１８ａ、１８ｂに接触した時点で停止する。なお、この状態において、第２の嵌合部材３５ａと第２の嵌合部材３５ｂとの間隔は、第１の嵌合部材１４の幅よりも広く開いている。

可動櫛歯電極２２に接地電位を印加し、固定櫛歯電極２１に対して所定の電圧を印加する。すると、固定櫛歯電極２１と可動櫛歯電極２２の間に静電引力が発生し、支持アーム１２が撓んで、可動櫛歯電極２２は、固定櫛歯電極２１側へ引き寄せられ、静電引力と支持アーム１２の復元力とが釣り合うところで停止する。この状態において、第１の嵌合部材１４は、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂの内側へ挿入される。

そして、固定電極３７ａ、３７ｂへの電圧印加を停止する。すると、可動電極３６ａ、３６ｂの復元力により、第２の可動部分は元の状態に戻る。したがって、第２の嵌合部材３５ａと第２の嵌合部材３５ｂとの間隔は、第１の嵌合部材１４の幅よりも狭く閉じる。この時、第１の嵌合部材１４は、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂの内側へ挿入されているため、第１の嵌合部材１４は、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂに引っ掛かり（嵌合し）、第１の可動部分（１１、１２、１４、２２）は元の状態に戻ることができない。よって、固定櫛歯電極２１への電圧印加を停止しても、第１の可動部分（１１、１２、１４、２２）は変位した状態で保持される。

そして再び、固定電極３７ａ、３７ｂに所定の電圧を印加すると、可動電極３６ａ、３６ｂは外側へ撓んで、第２の嵌合部材３５ａと第２の嵌合部材３５ｂとの間隔は、第１の嵌合部材１４の幅よりも広く開かれる。したがって、第１の嵌合部材１４と第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂとの引っ掛かり（嵌合）が解除され、第１の可動部分（１１、１２、１４、２２）は元の状態に戻る。そして、固定電極３７ａ、３７ｂに対する電圧印加を停止すると、図４に示した状態に戻る。

以上説明したように、複数の可動電極板３８ａ、３８ｂ及び固定電極板３９ａ、３９ｂを交互に配置することにより、静電引力が発生するギャップの数を増やすことができるため、図１（ａ）に示した静電マイクロアクチュエータに比して、第２の駆動ユニット２ｃの駆動電圧、即ち、固定電極３７ａ、３７ｂに印する電圧を低く抑えることができる。

（第３の実施の形態）
図５に示すように、第３の実施の形態に係る静電マイクロアクチュエータは、第１の駆動ユニット１ａと、第２の駆動ユニット２ｄとを有する。第１の駆動ユニット１ａは、可動プレート１１と、可動プレート１１を支持し、一定方向に変位させる可撓な支持アーム１２と、可動プレート１２を一定方向に駆動する第１の駆動部１３と、可動プレート１１の一端に接続された第１の嵌合部材１４とを有する。第１の駆動部１３は、可動プレート１１に接続された可動櫛歯電極２２と、可動櫛歯電極２２に対向して配置された固定櫛歯電極２１とを有する。可動プレート１１、支持アーム１２、可動櫛歯電極２２、及び第１の嵌合部材１４は、第１の可動部分を構成している。このように、第１の駆動ユニット１ａは、図１（ａ）に示した静電マイクロアクチュエータのそれと同じである。

第２の駆動ユニット２ｄは、第１の嵌合部材１４と嵌合して第１の可動部分を一定方向に変位した状態に保持する第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂと、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂに接続され、一定方向に略平行に配置された可動電極３６ａ、３６ｂと、可動電極３６ａ、３６ｂに略平行に配置された固定電極３７ａａ、３７ａｂ、３７ｂａ、３７ｂｂと、ストッパ１８ａ、１８ｂとを有する。可動電極３６ａ、３６ｂの一端はアンカー部２３により基板に固定されている。可動電極３６ａ、３６ｂの他端には、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂが接続されている。第２の嵌合部材３５ａと第２の嵌合部材３５ｂとの間隔は、第１の嵌合部材１４の幅よりも狭く閉じている。

第３の実施の形態において、可動電極３６ａ、３６ｂ及び固定電極３７ａａ、３７ａｂ、３７ｂａ、３７ｂｂとして、互いに噛み合う可動櫛歯型電極及び固定櫛歯型電極の組合せを複数有する。即ち、第２の駆動ユニット２ｄは、互いに噛み合う可動電極板３８ａａ及び固定電極板３９ａａと、可動電極板３８ａｂ及び固定電極板３９ａｂと、可動電極板３８ｂａ及び固定電極板３９ｂａと、可動電極板３８ｂｂ及び固定電極板３９ｂｂとを有する。可動電極板３８ａａ、３８ａｂ、３８ｂａ、３８ｂｂ及び固定電極板３９ａａ、３９ａｂ、３９ｂａ、３９ｂｂの各電極面は、可動プレート１１の移動方向（軸方向）に対して略平行に配置されている。固定電極板３９ａａ、３９ａｂ、３９ｂａ、３９ｂｂは、可動電極板３８ａａ、３８ａｂ、３８ｂａ、３８ｂｂの中心より第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂ側へシフトして配置されている。可動電極３６ａ、３６ｂは、可動電極板３８ａａ、３８ａｂ、３８ｂａ、３８ｂｂと固定電極板３９ａａ、３９ａｂ、３９ｂａ、３９ｂｂとの間の静電引力によって撓み、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂの間隔を開閉する。可動電極３６ａ、３６ｂ及び第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂは、第２の可動部分を構成している。ストッパ１８ａ、１８ｂは、固定電極板３９ａａ、３９ａｂ、３９ｂａ、３９ｂｂと可動電極板３８ａａ、３８ａｂ、３８ｂａ、３８ｂｂ間の短絡を防止する。

以上説明したように、第２の駆動ユニット２ｄが、可動櫛歯型電極及び固定櫛歯型電極の組合せを複数有することにより、図４に示した静電マイクロアクチュエータに比して、固定電極３７ａａ、３７ａｂ、３７ｂａ、３７ｂｂへの印加電圧を更に低減することができる。

また、図４に示した構成では、可動電極３６ａ、３６ｂは、左右方向（駆動方向）に静電引力を受けると同時に、上下方向（駆動方向に垂直な方向）にも静電引力を受け、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂが開閉しない場合がある。しかし、図５に示した構成では、可動櫛歯型電極及び固定櫛歯型電極の組合せは、一定方向（軸方向）に並設されているため、上下方向の静電引力を打ち消して、左右方向の静電引力のみを取り出すことができる。

（第３の実施の形態の変形例）
第３の実施の形態の変形例では、図６を参照して、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂに対向する第１の嵌合部材４４の表面がテーパー形状である静電マイクロアクチュエータについて説明する。

図６に示すように、第３の実施の形態の変形例に係る静電マクロアクチュエータは、図５の静電マクロアクチュエータに比して、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂに対向する第１の嵌合部材４４の表面がテーパー形状である点が異なる。その他の構成は、図５に示したそれと同一である。

可動櫛歯電極２２に接地電位を印加し、固定櫛歯電極２１に対して所定の電圧を印加する。すると、固定櫛歯電極２１と可動櫛歯電極２２の間に静電引力が発生し、支持アーム１２が撓んで、第１の嵌合部材４４は、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂの内側へ挿入される。この時、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂは開いた状態ではないが、第１の嵌合部材４４がテーパー形状を有するため、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂを押し広げて、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂの内側へ入ることができる。固定櫛歯電極２１への電圧印加を停止しても、第１の可動部分（１１、１２、４４、２２）は変位した状態で保持される。

このように、図５に示した静電マイクロアクチュエータでは第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂを開いてから、第１の嵌合部材１４を引き込む必要があった。しかし、図６に示したように、第１の嵌合部材４４がテーパー形状を有することにより、第１の嵌合部材４４を引き込むだけで第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂを押し広げてラッチをかけることができる。即ち、ラッチシーケンスが単純化される。

なお、第１の嵌合部材４４に対向する第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂの表面がテーパー形状であっても構わない。

（第４の実施の形態）
図７に示すように、本発明の第４の実施の形態に係る光スイッチは、可動プレート１１と、可動プレート１１を支持し、一定方向に変位させる可撓な支持アーム１２と、可動プレート１１を一定方向に駆動する第１の駆動部１３と、可動プレート１１に接続された第１の嵌合部材４４と、第１の嵌合部材４４を一定方向に変位した状態に保持する第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂと、第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂに接続され、一定方向に略平行に配置された可動電極３６ａ、３６ｂと、可動電極３６ａ、３６ｂに略平行に配置された固定電極３７ａａ、３７ａｂ、３７ｂａ、３７ｂｂと、可動プレート１１に接続された光学部材（ミラー）４６と、ミラー４６の近傍において互いに交差する２対の光導波路（光ファイバ）４７ａ〜４７ｄとを有する。第１の駆動部１３は、可動プレート１１に接続された可動櫛歯電極２２と、可動櫛歯電極２２に対向して配置された固定櫛歯電極２１とを有する。可動プレート１１、支持アーム１２、可動櫛歯電極２２、第１の嵌合部材１４は、第１の可動部分を構成している。第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂに対向する第１の嵌合部材４４の表面がテーパー形状である。このように、本発明の第４の実施の形態に係る光スイッチは、図６に示した静電アクチュエータに、ミラー４６と、光導波路４７ａ〜４７ｄとを付加したものである。

ミラー４６の反射面には金などの金属が被覆されている。ミラー４６の近傍には、光ファイバなどの光導波路４７ａ〜４７ｄの一端が配置されている。光導波路４７ａと光導波路４７ｃは一直線上に配置され、光導波路４７ｂと光導波路４７ｄは一直線上に配置されている。また、光導波路４７ａとミラー４６との成す角度は、光導波路４７ｂとミラー４６との成す角度と等しく、光導波路４７ｃとミラー４６との成す角度は、光導波路４７ｄとミラー４６との成す角度と等しい。

第１の可動部分が変位していない初期位置にあるとき、光導波路４７ａから入射した光は、ミラー４６によって反射されて光導波路４７ｂへ出力される。光導波路４７ｄから入射した光は、ミラー４６によって反射されて光導波路４７ｃへ出力される。また、第１の嵌合部材４４が第２の嵌合部材３５ａ、３５ｂの内側へ引き込まれてラッチがかかった状態においては、光導波路４７ａから入射した光は、ミラー４６によって反射されずに光導波路４７ｃへ出力される。光導波路４７ｄから入射した光は、ミラー４６によって反射されずに光導波路４７ｂへ出力される。このようにして、ラッチ機能付きの２×２の光スイッチが実現される。

なお、第４の実施の形態では、図６に示した静電アクチュエータを用いた光スイッチの例について示したが、本発明はこれに限定されることは無く、図１（ａ）、図３乃至図５の何れの静電アクチュエータを用いても光スイッチを構成することはできる。

上記のように、本発明は、第１乃至第４の実施の形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る静電マイクロアクチュエータを示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ切断面に沿った断面図である。 図２（ａ）乃至図２（ｃ）は、図１（ａ）に示した静電マイクロアクチュエータの動作を説明する為の平面図である。 第１の実施の形態の変形例に係る静電マイクロアクチュエータを示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る静電マイクロアクチュエータを示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る静電マイクロアクチュエータを示す平面図である。 第３の実施の形態の変形例に係る静電マクロアクチュエータを示す平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る光スイッチを示す平面図である。 図８（ａ）は、関連技術に係る静電マイクロアクチュエータを示す平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示した静電マイクロアクチュエータの動作を説明する為の平面図である（その１）。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図８（ａ）に示した静電マイクロアクチュエータの動作を説明する為の平面図である（その２）。

符号の説明

１ａ 第１の駆動ユニット
２ａ、２ｃ、２ｄ 第２の駆動ユニット
１１ 可動プレート
１２ 支持アーム
１３ 第１の駆動部
１４、４４ 第１の嵌合部材
１５ａ、１５ｂ、３５ａ、３５ｂ 第２の嵌合部材
１６ａ、１６ｂ、３６ａ、３６ｂ 可動電極
１７ａ、１７ｂ、２７ａ、２７ｂ、３７ａ、３７ｂ 固定電極
１８ａ、１８ｂ ストッパ
２１ 固定櫛歯電極
２２ 可動櫛歯電極
２３ アンカー部
２４ａ、２４ｂ 絶縁膜
２５ 基板
３８ａ、３８ｂ、３８ａａ、３８ａｂ、３８ｂａ、３８ｂｂ 可動電極板
３９ａ、３９ｂ、３９ａａ、３９ａｂ、３９ｂａ、３９ｂｂ 固定電極板
４６ 光学部材（ミラー）
４７ａ〜４７ｄ 光導波路（光ファイバ）

Claims (7)

1. 可動プレートと、前記可動プレートを支持し、一定方向に変位させる可撓な支持アームと、前記可動プレートを前記一定方向に駆動する第１の駆動部と、前記可動プレートに接続された第１の嵌合部材とを有する第１の駆動ユニットと、
   前記第１の嵌合部材を前記一定方向に変位した状態に保持する第２の嵌合部材と、前記第２の嵌合部材に接続され、前記一定方向に略平行に配置された可動電極と、前記可動電極に略平行に配置され、前記可動電極との間に生じる静電引力により前記可動電極を駆動して前記第２の嵌合部材が保持する前記状態を開放する固定電極とを有する第２の駆動ユニット
   とを有することを特徴とする静電マイクロアクチュエータ。
2. 前記可動電極に対向する前記固定電極の表面は、テーパー形状、略円弧形状、或いは傾斜形状を有することを特徴とする請求項１記載の静電マイクロアクチュエータ。
3. 前記第１の嵌合部材或いは前記第２の嵌合部材の少なくとも一方の対向する表面は、テーパー形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の静電マイクロアクチュエータ。
4. 前記可動電極は、前記一定方向に略平行に配置された複数の可動電極板を有する可動櫛歯型電極であり、前記固定電極は、前記可動電極板と噛み合う複数の固定電極板を有する固定櫛歯型電極であることを特徴とする請求項１記載の静電マイクロアクチュエータ。
5. 前記可動電極及び前記固定電極として、互いに噛み合う前記可動櫛歯型電極及び前記固定櫛歯型電極の組合せを複数有することを特徴とする請求項４記載の静電マイクロアクチュエータ。
6. 前記可動櫛歯型電極及び前記固定櫛歯型電極の組合せは、前記一定方向に並設されていることを特徴とする請求項５記載の静電マイクロアクチュエータ。
7. 可動プレートと、前記可動プレートを支持し、一定方向に変位させる可撓な支持アームと、前記可動プレートを前記一定方向に駆動する第１の駆動部と、前記可動プレートに接続された第１の嵌合部材とを有する第１の駆動ユニットと、
   前記第１の嵌合部材を前記一定方向に変位した状態に保持する第２の嵌合部材と、前記第２の嵌合部材に接続され、前記一定方向に略平行に配置された可動電極と、前記可動電極に略平行に配置され、前記可動電極との間に生じる静電引力により前記可動電極を駆動して前記第２の嵌合部材が保持する前記状態を開放する固定電極とを有する第２の駆動ユニットと、
   前記可動プレートに接続された光学部材と、
   前記光学部材の近傍において互いに交差する１対の光導波路
   とを有することを特徴とする光スイッチ。

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