JP2005227591A - 静電型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 可動体の変位方向と直交する方向に対して支持梁のばね力を大きくすることにより、可動体の横方向の位置ずれを防止し、信頼性を向上させる。
【解決手段】 基板２には、可動体３をＹ軸方向に変位可能に支持する略コ字状の支持梁６を設ける。そして、可動体３を電極１０，１１間の静電力によって初期位置から切換位置に変位させる。この場合、支持梁６は、可動体３が初期位置にあるときに、腕部７，８が非平行形状となるように形成し、可動体３が切換位置の近傍等まで大きく変位したときには、腕部７，８がＸ軸方向に略平行となって延びるように構成する。これにより、支持梁６のＸ軸方向のばね力を増大させることができるので、可動体３が変位するときに横方向に位置ずれして電極１０，１１が短絡するのを防止でき、可動体３を大きな変位量で安定的に変位させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば基板上に配置した可動体を電極間の静電力によって駆動するのに好適に用いられる静電型アクチュエータに関する。

一般に、静電型アクチュエータは、例えば光スイッチ、光シャッタ、光アッテネータ等の光通信用部品や、角速度センサ、共振器等に用いられている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第６２２９６４０号明細書

この種の従来技術による静電型アクチュエータは、例えば低抵抗なシリコン材料にエッチング加工等を施すことにより形成され、基板と、該基板上に隙間をもって配置された棒状の可動体と、基板と可動体との間に撓み変形可能に設けられた複数本の支持梁と、可動体を静電力によってＹ軸方向に駆動する駆動部とにより構成されている。

ここで、可動体は、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸方向のうち、例えばＹ軸方向に延びて形成されている。また、各支持梁は、ばね性（弾性）を有する細長い棒状体として形成され、可動体のＸ軸方向の両側に配置されている。そして、支持梁は、その一端側が基板に接続され、他端側が可動体に接続されると共に、可動体を基板から離した状態でＹ軸方向に変位可能に支持している。

また、駆動部は、基板に設けられた櫛歯状の固定電極と、可動体に設けられ、該固定電極とＸ軸方向の隙間をもって噛合する櫛歯状の可動電極とにより構成されている。そして、固定電極と可動電極との間に電圧を印加していないときには、可動体が自由状態（非変形状態）の支持梁によって初期位置に保持されている。また、固定電極と可動電極との間に電圧を印加したときには、これらの電極間に静電力が発生し、各支持梁が撓み変形することにより、可動体がＹ軸方向に変位して所定の切換位置まで駆動される。

これにより、例えば光スイッチ等に適用される静電型アクチュエータは、可動体に設けられたミラー部を初期位置と切換位置との間で変位させ、このミラー部を光路に出入りさせることにより、光路の切換えを行うものである。

ところで、上述した従来技術では、可動体が初期位置と切換位置との間で変位するときの変位量を可能な限り大きく設定し、静電型アクチュエータが適用される装置の性能や信頼性を高めたいという要求がある。即ち、例えば光スイッチ等においては、可動体（ミラー部）を光の口径よりも大きく変位させて切換動作を確実に行う必要があるため、可動体の変位量を、例えば５０μｍ以上の大きな寸法値に設定したい場合が多い。

しかし、単に可動体の変位量を大きくした場合には、可動体が変位するときに、変位方向と垂直な横方向（Ｘ軸方向）に対して位置ずれ、ぶれ等が生じ易くなり、アクチュエータの動作が不安定となる。このため、従来技術では、可動体の変位量を増大させるには限界があり、アクチュエータの信頼性を維持しつつ、十分な変位量を実現するのが難しいという問題がある。

特に、駆動部として櫛歯状の電極を用いている場合には、固定側と可動側の電極が微小な隙間をもって噛合している。このようなアクチュエータにあっては、可動体が横方向に僅かに位置ずれするだけでも、固定側と可動側の電極が接触して短絡することがあり、可動体の変位量を無理に大きく設定すると、アクチュエータが作動不良となる虞れがある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、可動体を大きな変位量で安定的に変位させることができ、その横方向の位置ずれ等を防止できると共に、可動体の変位量を十分に確保しつつ、信頼性を向上できるようにした静電型アクチュエータを提供することにある。

上述した課題を解決するために本発明は、基板と、該基板に配置され互いに直交するＸ軸，Ｙ軸方向のうちＹ軸方向に変位可能となった可動体と、該可動体のＸ軸方向の両側に位置して前記基板と可動体との間に撓み変形可能に設けられ該可動体をＹ軸方向に変位可能に支持する複数本の支持梁と、前記可動体を静電力によりＹ軸方向に駆動して初期位置から切換位置に変位させる駆動手段とを備えた静電型アクチュエータに適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、支持梁は、Ｘ軸方向に延びると共にＹ軸方向に間隔をもって配置された２本の腕部と該各腕部を連結する連結部とにより略コ字状に屈曲して形成し、支持梁の各腕部は、可動体が初期位置にあるときにＸ軸方向に対して非平行形状を保持し可動体が切換位置に向けて駆動されるときにＸ軸方向に略平行となって延びる構成としたことにある。

また、請求項２の発明によると、支持梁の腕部は互いにＹ軸方向の間隔をもってＸ軸方向に延びる複数本の棒状体により形成し、該各棒状体をＹ軸方向の異なる位置で連結部にそれぞれ接続する構成としている。

また、請求項３の発明によると、連結部のＸ軸方向の幅寸法は腕部のＹ軸方向の幅寸法よりも大きく形成する構成としている。

また、請求項４の発明によると、連結部のＸ軸方向の幅寸法は各棒状体のＹ軸方向の幅寸法よりも大きく形成する構成としている。

また、請求項５の発明によると、支持梁の腕部は、一端側が基板に接続され他端側が連結部に接続された基板側腕部と、一端側が可動体に接続され他端側が該基板側腕部からＹ軸方向に離れた位置で連結部に接続された可動体側腕部である構成としている。

さらに、請求項６の発明によると、駆動手段は、Ｘ軸方向に間隔をもってＹ軸方向に延びる複数本の電極板により櫛歯状に形成され基板に設けられた固定電極と、該固定電極の各電極板の間に隙間をもって噛合する複数の電極板により櫛歯状に形成されて可動体に設けられ該固定電極との間に静電力を発生する可動電極とにより構成している。

請求項１の発明によれば、可動体が初期位置から切換位置に向けて変位するときには、支持梁を撓み変形させることができる。この場合、例えば可動体が初期位置の近傍等にあるときには、可動体に付加される横方向（Ｘ軸方向）の静電力が比較的小さいので、支持梁の腕部が非平行形状であっても、可動体をＹ軸方向に安定的に駆動することができる。また、例えば可動体が大きく変位したときには、支持梁の各腕部を、可動体の変位方向（Ｙ軸方向）と直交するＸ軸方向に沿って略平行に延ばすことができる。これにより、支持梁が可動体の変位方向に対して垂直に近い状態となるので、支持梁のＸ軸方向のばね定数をＹ軸方向のばね定数と比較して大きくすることができる。

この結果、可動体が大きく変位したときに、例えば横方向（Ｘ軸方向）の非対称な静電力が増大したとしても、これを補償するように支持梁の横方向の剛性を選択的に高めることができ、これによって支持梁は、可動体の変位方向に円滑に撓み変形しつつ、その横方向の位置ずれを高い剛性をもって抑えることができる。従って、可動体の変位量を大きく設定したとしても、これを初期位置と切換位置との間で安定的に変位させることができ、可動体の変位量を十分に確保しつつ、信頼性の高いアクチュエータを実現することができる。

また、請求項２の発明によれば、支持梁の腕部を複数本の棒状体によって形成でき、これらの棒状体をＹ軸方向の異なる位置で連結部にそれぞれ接続することができる。これにより、連結部と腕部とが複数箇所で接続された状態となるため、これらの接続部位の剛性を高めることができる。従って、支持梁が撓み変形するときには、連結部が腕部の端部側でＸ軸方向に揺動するように変位するのを抑制でき、支持梁全体としてＸ軸方向の剛性を高めることができる。

また、請求項３の発明によれば、連結部の幅寸法を、腕部の幅寸法よりも大きく形成することができ、連結部の剛性を高め、その弾性（ばね性）を抑えることができる。これにより、支持梁が撓み変形するときには、連結部がＸ軸方向に撓み変形するのを抑制でき、支持梁のＸ軸方向のばね定数を増大させることができる。

また、請求項４の発明によれば、連結部の幅寸法を、腕部の各棒状体の幅寸法よりも大きく形成できるので、連結部の剛性を高めてＸ軸方向の撓み変形を抑制でき、支持梁のＸ軸方向のばね定数を増大させることができる。

また、請求項５の発明によれば、支持梁を、基板側腕部、可動体側腕部及び連結部によって略コ字状に形成でき、この支持梁を基板と可動体との間に接続することができる。

さらに、請求項６の発明によれば、櫛歯状の固定電極と可動電極とを用いることにより、各電極を小型化しつつ、電極間に十分な対向面積を確保でき、可動体を大きな静電力によって効率よく駆動することができる。そして、可動体の横方向の位置ずれを支持梁によって防止できるので、微小な隙間をもって対向した電極間の短絡を避けることができる。

以下、本発明の実施の形態による静電型アクチュエータを、添付図面を参照して詳細に説明する。

ここで、図１ないし図６は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、静電型アクチュエータを光スイッチ装置に適用した場合を例に挙げて述べる。

図中、１は光スイッチ装置、２は該光スイッチ装置１のベースとなる基板で、該基板２は、例えばガラス板等により数ミリ程度の大きさの四角形状に形成され、互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿って水平方向に延びている。

そして、基板２の表面側には、例えば低抵抗なシリコン材料等にエッチング加工を施すことにより、後述の可動体３、ミラー部４、支持梁固定部５、支持梁６、固定電極１０、可動電極１１等が形成されている。

３は基板２に設けられた可動体で、該可動体３は、図１、図２に示す如く、例えば細長い棒状体として形成され、Ｙ軸方向に延びている。また、可動体３は、各支持梁６によってＹ軸方向に変位可能に支持され、ミラー部４、可動電極１１と共に基板２から離間した位置に保持されている。

４は可動体３の端部側に設けられたミラー部で、該ミラー部４は、後述する光学装置１２の光路に対して進退可能に配置され、発光部１２Ａ，１２Ｂから発射される光を反射または通過させることにより、光路の切換えを行うものである。また、ミラー部４の表面は、例えばメッキ、蒸着、スパッタ等の手段を用いて金属膜を形成することにより、鏡面仕上げされている。

そして、ミラー部４は、図１に示す如く、固定電極１０と可動電極１１との間に電圧が印加されていないときに、各支持梁６の弾性力（ばね力）によって可動体３と一緒に初期位置に保持されている。

また、電極１０，１１の間に電圧が印加されたときには、図４に示す如く、可動体３が電極１０，１１間の静電力によってＹ軸方向に駆動され、各支持梁６が撓み変形する。これにより、可動体３、ミラー部４および可動電極１１は、初期位置から切換位置に変位し、ミラー部４によって光学装置１２の光路が切換えられる。この場合、可動体３等が初期位置と切換位置との間で変位するときの変位量を最大変位量Ｌとして、この最大変位量Ｌは、例えば６０μｍ程度の大きな値に設定されている。

５は基板２上に突設された例えば４個の支持梁固定部で、該各支持梁固定部５は、可動体３のＸ軸方向の両側に２個ずつ配置され、Ｙ軸方向に離間している。そして、各支持梁固定部５には、後述する支持梁６の基板側腕部７がそれぞれ接続されている。

６は基板２と可動体３との間に撓み変形可能に設けられた例えば４本の支持梁で、該各支持梁６は、可動体３を挟んでＸ軸方向両側の互いに対称となる位置に２本ずつ配置されると共に、Ｙ軸方向に間隔をもって２箇所に配置され、これらの位置で可動体３をＹ軸方向に変位可能に支持している。

ここで、支持梁６は、例えば略コ字状（矩形状）に屈曲した細長い棒状体として形成され、Ｘ軸方向に延びると共にＹ軸方向に間隔をもって配置された基板側腕部７、可動体側腕部８と、これら２本の腕部７，８を連結する連結部９とにより構成されている。

この場合、基板側腕部７は、一端側が支持梁固定部５を介して基板２に接続され、他端側が連結部９に接続されている。また、可動体側腕部８は、一端側が可動体３に接続され、他端側が基板側腕部７からＹ軸方向に離れた位置で連結部９に接続されている。また、連結部９は、腕部７，８の他端側から略Ｌ字状に屈曲して形成され、Ｙ軸方向に延びている。

そして、支持梁６は、図３に示す如く、可動体３が初期位置にあるときに、撓み変形が生じていない自由状態に保持され、この自由状態では、腕部７，８の一端側が閉じた略コ字状に形成されている。このとき、各腕部７，８は、Ｘ軸方向に延びつつＹ軸方向に斜めに傾斜した状態となり、Ｘ軸方向に対して一側（可動体３側）が他側（連結部９側）よりも互いに近接した非平行形状を保持している。そして、各腕部７，８のＹ軸方向の間隔は、一側の間隔ｄが他側の間隔Ｄよりも小さくなっている（Ｄ＞ｄ）。

また、支持梁６は、図５に示す如く、可動体３が切換位置に向けて駆動されることによりＹ軸方向に撓み変形し、これによって各腕部７，８は一端側が拡開する方向に変位する。そして、例えば可動体３が切換位置の近傍等まで大きく変位したときに、腕部７，８は、可動体３の変位方向（Ｙ軸方向）と直交する横方向（Ｘ軸方向）に略平行となって延びた状態となる。

この結果、支持梁６は、Ｘ軸方向のばね定数ｋｘと、Ｙ軸方向のばね定数ｋｙとの比率（ｋｘ／ｋｙ）が増大し、各支持梁６の横方向の剛性が選択的に高くなる。これにより、本実施の形態では、可動体３が大きく変位したとしても、横方向の位置ずれ等が生じるのを支持梁６によって防止でき、後述の如く可動体３の最大変位量Ｌを十分な大きさに設定することができる。

次に、可動体３の駆動手段について述べると、１０は基板２に設けられた例えば３個の固定電極で、該各固定電極１０は、図１に示す如く、例えば櫛歯状の電極として形成され、可動体３を挟んでＸ軸方向の両側に対称に配置されると共に、Ｙ軸方向に間隔をもって２箇所に配置されている。そして、各固定電極１０は、Ｘ軸方向に間隔をもってＹ軸方向に延びる複数の電極板１０Ａを有している。

１１は各固定電極１０と対向する位置で可動体３に設けられた例えば３個の可動電極で、該各可動電極１１は、固定電極１０と共に駆動手段を構成し、固定電極１０の電極板１０ＡとＸ軸方向の隙間をもって噛合する複数の電極板１１Ａを有している。

そして、固定電極１０と可動電極１１とは、電圧を印加されることにより電極板１０Ａ，１１Ａの間にＹ軸方向の静電力を発生し、この静電力を、例えばＹ軸方向の２箇所で左，右両側から可動体３に付加することにより、可動体３を初期位置から切換位置にバランス良く変位させるものである。

１２は基板２に設けられた光学装置で、該光学装置１２は、図１、図４に示す如く、発光部１２Ａ，１２Ｂと受光部１２Ｃ，１２Ｄとからなり、これらは光ファイバ（図示せず）等にそれぞれ接続されている。そして、可動体３が初期位置にあるときには、ミラー部４を介して発光部１２Ａと受光部１２Ｃとの間、及び発光部１２Ｂと受光部１２Ｄとの間に光路がそれぞれ設けられている。また、可動体３が切換位置にあるときには、ミラー部４の外側で発光部１２Ａと受光部１２Ｄとの間、及び発光部１２Ｂと受光部１２Ｃとの間に光路がそれぞれ設けられ、これによって光路の切換えが行われるものである。

本実施の形態による光スイッチ装置１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

まず、固定電極１０と可動電極１１との間に電圧を印加すると、これらの間に生じる静電力は、可動体３を支持梁６のばね力に抗してＹ軸方向に駆動する。これにより、各支持梁６が撓み変形しつつ、可動体３が初期位置から切換位置に変位するため、ミラー部４が光学装置１２の光路から後退し、光路の切換えが行われる。また、電圧印加を停止したときには、可動体３が各支持梁６のばね力によって初期位置に戻されるため、ミラー部４が光路に進入し、光路が初期状態に復帰する。

ここで、図６を参照しつつ、可動体３の変位量と支持梁６の形状との関係について説明する。

まず、例えば櫛歯状の電極１０，１１を用いて可動体３を駆動するときに、可動体３には、変位方向の静電力だけでなく、電極板１０Ａ，１１Ａの寸法誤差等を原因とする横方向の非対称な静電力が付加される。特に、可動体３の変位量を大きくするために、電極１０，１１間に印加する電圧を高くした場合には、可動体３が変位して電極板１０Ａ，１１Ａ間のＸ軸方向の対向面積が増えると、横方向の静電力が支持梁６のＸ軸方向のばね力と比較して無視できない大きさとなる。この結果、可動体３が横方向に位置ずれすると、電極板１０Ａ，１１Ａが互いに接触して短絡することにより、可動体３が変位不能となる。

そこで、このような状態を避けるために、本実施の形態では、可動体３が初期位置にあるときに支持梁６の腕部７，８が非平行状態となり、可動体３が切換位置に向けて変位するときに腕部７，８が横方向に略平行となって延びる構成としている。この構成において、支持梁６のＸ軸方向のばね定数ｋｘと、Ｙ軸方向のばね定数ｋｙとの比率（ｋｘ／ｋｙ）は、可動体３のＹ軸方向の変位量ｙに応じて、例えば図６中に実線で示す特性線１３のように変化する。

このように、本実施の形態では、可動体３が大きく変位するほど、腕部７，８が可動体３の変位方向に対して垂直に近い状態となるので、例えば可動体３が０〜６０μｍ程度の長い距離にわたって変位するときに、その変位量ｙに応じて支持梁６のばね定数の比率（ｋｘ／ｋｙ）を増大させることができる。

このため、例えば横方向の余分な静電力が増大したとしても、これを補償するように支持梁６のばね定数ｋｘを大きくして横方向の剛性を選択的に高めることができ、これによって支持梁６は、可動体３の変位方向に円滑に撓み変形しつつ、その横方向の位置ずれを高い剛性をもって抑えることができる。

次に、図７を参照しつつ、本実施の形態の比較例として、静電型アクチュエータ１００について考えてみる。この場合、可動体１０１を支持する支持梁１０２は、図７中に実線で示す如く、例えば可動体１０１が初期位置にあるときに、腕部１０３，１０４と連結部１０５とが歪みのない略コ字状に保持され、可動体１０１が変位するときには、仮想線で示す如く、腕部１０３，１０４が拡開する方向に撓み変形するものとする。この比較例では、可動体１０１の変位量ｙと、支持梁１０２のばね定数の比率（ｋｘ／ｋｙ）との関係を求めると、例えば図６中に仮想線で示す特性線１４のようになる。

この特性線１４から判るように、支持梁１０２は、従来技術（特許文献１）の場合とほぼ同様に、可動体１０１が変位するほど変位方向に対して斜めに傾斜した状態となり、支持梁１０２のばね定数の比率（ｋｘ／ｋｙ）が減少する。このため、比較例の構成では、例えば２０〜３０μｍ程度の変位量であっても、可動体１０１が横方向の位置ずれ等によって変位不能となり易い。

これに対し、本実施の形態では、特性線１３のピーク値等から判るように、例えば可動体３の最大変位量Ｌを６０μｍ程度の大きな寸法に設定した状態でも、変位量ｙが０〜６０μｍにわたって変化するときに支持梁６のばね定数の比率（ｋｘ／ｋｙ）を十分な大きさに保持でき、可動体３を安定的に駆動できることが確認できた。

かくして、本実施の形態によれば、可動体３が初期位置にあるときには、支持梁６の各腕部７，８が非平行形状を保持し、可動体３が切換位置に向けて駆動されるときには、各腕部７，８がＸ軸方向に略平行となって延びる構成としている。

これにより、例えば可動体３が初期位置の近傍等にあるときには、各電極１０，１１の電極板１０Ａ，１１Ａ同士の対向面積が少なく、可動体３に付加される横方向の静電力が比較的小さいので、支持梁６の腕部７，８が非平行形状であっても、可動体３をＹ軸方向に安定的に駆動することができる。

また、例えば可動体３が切換位置の近傍等まで大きく変位したときには、各腕部７，８を、可動体３の変位方向と直交するＸ軸方向に沿って略平行に延ばすことができ、支持梁６のＸ軸方向のばね定数ｋｘをＹ軸方向のばね定数ｋｙと比較して大きくすることができる。

この結果、各支持梁６は、可動体３の変位方向に向けて円滑に撓み変形しつつ、可動体３の横方向の位置ずれを高い剛性をもって抑えることができる。この場合、例えば４本の支持梁６によって可動体３をＹ軸方向の２箇所でＸ軸方向の両側からバランス良く支持でき、可動体３をより安定した状態で直線的に駆動することができる。

従って、可動体３の最大変位量Ｌを大きく設定したとしても、これを初期位置と切換位置との間で安定的に変位させることができ、可動体３の変位量を十分に確保しつつ、信頼性の高い光スイッチ装置１を実現することができる。

また、駆動手段として櫛歯状の固定電極１０と可動電極１１とを用いたので、各電極１０，１１を小型化しつつ、電極間に十分な対向面積を確保でき、可動体３を大きな静電力によって効率よく駆動することができる。この場合、可動体３の横方向の位置ずれ等を支持梁６によって防止できるので、微小な隙間をもって対向した電極１０，１１間の短絡を避けることができる。

次に、図８及び図９は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、支持梁の腕部を複数本の棒状体により構成したことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

２１は光スイッチ装置で、該光スイッチ装置２１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、可動体３、支持梁固定部５、可動電極１１と、後述の支持梁２２と、ミラー部、固定電極（図示せず）等とにより構成されている。

２２は可動体３をＹ軸方向に変位可能に支持する例えば４本の支持梁（２本のみ図示）で、該各支持梁２２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、一端側が支持梁固定部５に接続された基板側腕部２３と、一端側が可動体３に接続された可動体側腕部２４と、これら２本の腕部２３，２４を連結する連結部２５とにより構成されている。

しかし、基板側腕部２３は、例えば２本の棒状体２３Ａ，２３Ａによって形成され、該各棒状体２３Ａは、互いにＹ軸方向の間隔をもってＸ軸方向に細長く延びると共に、Ｙ軸方向の幅寸法Ｗ1を有している。そして、これらの棒状体２３Ａは、一端側がＹ軸方向の異なる位置で可動体３に接続され、他端側がＹ軸方向の異なる位置で連結部２５にそれぞれ接続されている。

また、可動体側腕部２４も、基板側腕部２３とほぼ同様に、例えば２本の棒状体２４Ａ，２４Ａによって形成され、これらの棒状体２４ＡはＹ軸方向の幅寸法Ｗ2を有している。

そして、連結部２５は、各棒状体２３Ａ，２４Ａの幅寸法Ｗ1，Ｗ2よりも大きな幅寸法Ｗ3をもって形成され（Ｗ3＞Ｗ1，Ｗ3＞Ｗ2）、支持梁２２のＸ軸方向の剛性を高める構成となっている。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、支持梁２２の腕部２３を複数本の棒状体２３Ａにより構成し、腕部２４を複数本の棒状体２４Ａにより構成している。

これにより、腕部２３では、各棒状体２３ＡをＹ軸方向の異なる位置で連結部２５にそれぞれ接続でき、連結部２５と腕部２３とが複数箇所で接続された状態となるため、これらの接続部位の剛性を高めることができる。また、連結部２５と腕部２４も同様に、各棒状体２４Ａに対応する複数箇所で接続できるので、接続部位の剛性を高めることができる。

従って、支持梁２２が撓み変形するときには、例えば図９中に仮想線で示す連結部２５′のように、連結部２５が腕部２３，２４の端部側でＸ軸方向に揺動する（捩れる）ように変位するのを抑制でき、支持梁２２全体としてＸ軸方向の剛性を高めることができる。

また、連結部２５の幅寸法Ｗ3を、腕部２３，２４の各棒状体２３Ａ，２４Ａの幅寸法Ｗ1，Ｗ2よりも大きく形成したので、連結部２５の剛性を高め、その弾性（ばね性）を抑えることができる。これにより、支持梁２２が撓み変形するときには、連結部２５がＸ軸方向に撓み変形するのを抑制でき、支持梁２２のＸ軸方向のばね定数ｋｘをより増大させることができる。従って、可動体３の横方向の位置ずれ等をより確実に防止することができる。

次に、図１０及び図１１は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、可動体が初期位置にあるときに支持梁が開いた略コ字状となるように構成したことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

３１は光スイッチ装置で、該光スイッチ装置３１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板２、可動体３、ミラー部４、支持梁固定部５、固定電極１０′、可動電極１１′と、後述の支持梁３２等とにより構成されている。また、光スイッチ装置３１は、第１の実施の形態に対して初期位置と切換位置とが逆に設定されており、その初期位置は第１の実施の形態の切換位置に相当し、その切換位置は第１の実施の形態の初期位置に相当している。

３２は可動体３をＹ軸方向に変位可能に支持する例えば４本の支持梁で、該各支持梁３２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、一端側が支持梁固定部５に接続された基板側腕部３３と、一端側が可動体３に接続され、該基板側腕部３３とＹ軸方向の間隔をもってＸ軸方向に延びる可動体側腕部３４と、これら２本の腕部３３，３４を連結する連結部３５とにより構成されている。

しかし、支持梁３２は、図１０に示す如く、可動体３が初期位置にあるときに、腕部３３，３４の一端側が開いた略コ字状に形成され、この形状で自由状態となっている。このとき、腕部３３，３４は、Ｘ軸方向の一側（可動体３側）が他側（連結部３５側）よりも互いに離間した非平行形状を保持している。

また、支持梁３２は、図１１に示す如く、可動体３が切換位置に向けて駆動されることによりＹ軸方向に撓み変形し、これによって各腕部３３，３４は一端側が閉じる方向に変位する。そして、例えば可動体３が切換位置の近傍等まで大きく変位したときに、腕部３３，３４は、Ｘ軸方向に略平行となって延びた状態となるように構成されている。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、可動体３が初期位置にあるときに、支持梁３２を、腕部３３，３４の一端側が開いた略コ字状に構成したので、例えば支持梁３２の撓み変形量をより大きく設定する場合には、初期位置において腕部３３，３４の一端側の間隔を広げることができ、初期位置における腕部３３，３４同士の干渉を避けるために支持梁３２の形状が制限されないので、設計自由度を高めることができる。

なお、前記第１の実施の形態では、支持梁６を、互いにほぼ同じ幅寸法の腕部７，８と連結部９とにより構成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１２に示す変形例のように構成してもよい。

この場合、支持梁６′は、第１の実施の形態とほぼ同様に、基板側腕部７′、可動体側腕部８′及び連結部９′により構成されているものの、腕部７′，８′のＹ軸方向の幅寸法Ｗ4，Ｗ5と比較して、連結部９′のＸ軸方向の幅寸法Ｗ6は大きく形成されている（Ｗ6＞Ｗ4，Ｗ6＞Ｗ5）。この変形例では、前記第２の実施の形態とほぼ同様に、連結部９′がＸ軸方向に撓み変形するのを抑えることができ、支持梁６′のＸ軸方向の剛性を高めることができる。

また、各実施の形態では、可動体３のＸ軸方向の両側に支持梁６，２２，３２を２個ずつ設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、支持梁は、可動体３の両側に１個ずつ設ける構成としてもよく、また３個以上の複数個ずつ設ける構成としてもよい。

また、第２の実施の形態では、支持梁２２の腕部２３，２４を、それぞれ２本の棒状体２３Ａ，２４Ａにより構成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、支持梁の腕部を３本以上の棒状体により構成してもよい。

さらに、実施の形態では、静電型アクチュエータを光スイッチ装置１，２１，３１に適用する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば光シャッタ、光アッテネータ等からなる他の光通信用部品や、角速度センサ、共振器等にも適用することができる。

本発明の第１の実施の形態による光スイッチ装置を示す正面図である。 光スイッチ装置を図１中の矢示II−II方向からみた縦断面図である。 図１中の支持梁等を示す部分拡大図である。 可動体、ミラー部等が初期位置から切換位置に駆動された状態を示す光スイッチ装置の正面図である。 可動体が切換位置に変位することにより支持梁が撓み変形した状態を示す図４中の部分拡大図である。 可動体の変位量と支持梁のばね定数の比率との関係を示す特性線図である。 比較例の静電型アクチュエータを図３と同様位置からみた部分拡大図である。 本発明の第２の実施の形態による光スイッチ装置を図３と同様位置からみた部分拡大図である。 図８中の支持梁が撓み変形した状態を示す部分拡大図である。 本発明の第３の実施の形態による光スイッチ装置を示す正面図である。 可動体、ミラー部等が初期位置から切換位置に駆動された状態を示す光スイッチ装置の正面図である。 本発明の変形例による光スイッチ装置を図３と同様位置からみた部分拡大図である。

符号の説明

１，２１，３１ 光スイッチ装置
２ 基板
３ 可動体
４ ミラー部
５ 支持梁固定部
６，６′，２２，３２ 支持梁
７，７′，２３，３３ 基板側腕部
８，８′，２４，３４ 可動体側腕部
９，９′，２５，３５ 連結部
１０，１０′ 固定電極（駆動手段）
１１，１１′ 可動電極（駆動手段）
１２ 光学装置
２３Ａ，２４Ａ 棒状体
Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4，Ｗ5，Ｗ6 幅寸法

Claims (6)

1. 基板と、該基板に配置され互いに直交するＸ軸，Ｙ軸方向のうちＹ軸方向に変位可能となった可動体と、該可動体のＸ軸方向の両側に位置して前記基板と可動体との間に撓み変形可能に設けられ該可動体をＹ軸方向に変位可能に支持する複数本の支持梁と、前記可動体を静電力によりＹ軸方向に駆動して初期位置から切換位置に変位させる駆動手段とを備えた静電型アクチュエータにおいて、
   前記支持梁は、Ｘ軸方向に延びると共にＹ軸方向に間隔をもって配置された２本の腕部と該各腕部を連結する連結部とにより略コ字状に屈曲して形成し、
   前記支持梁の各腕部は、前記可動体が前記初期位置にあるときにＸ軸方向に対して非平行形状を保持し前記可動体が前記切換位置に向けて駆動されるときにＸ軸方向に略平行となって延びる構成としたことを特徴とする静電型アクチュエータ。
2. 前記支持梁の腕部は互いにＹ軸方向の間隔をもってＸ軸方向に延びる複数本の棒状体により形成し、該各棒状体をＹ軸方向の異なる位置で前記連結部にそれぞれ接続する構成としてなる請求項１に記載の静電型アクチュエータ。
3. 前記連結部のＸ軸方向の幅寸法は前記腕部のＹ軸方向の幅寸法よりも大きく形成してなる請求項１に記載の静電型アクチュエータ。
4. 前記連結部のＸ軸方向の幅寸法は前記各棒状体のＹ軸方向の幅寸法よりも大きく形成してなる請求項２に記載の静電型アクチュエータ。
5. 前記支持梁の腕部は、一端側が前記基板に接続され他端側が前記連結部に接続された基板側腕部と、一端側が前記可動体に接続され他端側が該基板側腕部からＹ軸方向に離れた位置で前記連結部に接続された可動体側腕部である請求項１，２，３または４に記載の静電型アクチュエータ。
6. 前記駆動手段は、Ｘ軸方向に間隔をもってＹ軸方向に延びる複数本の電極板により櫛歯状に形成され前記基板に設けられた固定電極と、該固定電極の各電極板の間に隙間をもって噛合する複数の電極板により櫛歯状に形成されて前記可動体に設けられ該固定電極との間に静電力を発生する可動電極とにより構成してなる請求項１，２，３，４または５に記載の静電型アクチュエータ。

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