JP2008036726A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単かつ高精度に、所望の状態で駆動することができるアクチュエータを提供すること。
【解決手段】固定電極３１、３２と可動電極４１、４２との間に電圧を印加することにより、可動電極４１、４２と固定電極３１、３２との間に静電引力を生じさせ、梁部４３、４４の梁４３３、４３４、４４３、４４４を曲げ変形させながら、可動電極４１、４２を変位させるように構成されているアクチュエータであって、梁４３３、４３４、４４３、４４４の曲げ変形量が増すに従い梁４３３、４３４、４４３、４４４の曲げに関するバネ定数を上昇させるように梁４３３、４３４、４４３、４４４の変形を規制する突起４３６、４３７、４４６、４４７を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータに関するものである。

近年、シリコンで構成された基部上に、半導体製造プロセスを利用したマイクロマシニング技術により、振動を発生するための構造を形成したアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
従来、このようなアクチュエータとしては、例えば、特許文献１に開示されているように、基板に固定された固定電極と、複数の梁で構成された弾性部を介して基板に支持された可動電極とを有し、これらの間に電圧を印加することにより、可動電極と固定電極との間に静電引力を生じさせ、弾性部を変形させながら可動電極を変位させるものが知られている。
かかるアクチュエータにあっては、弾性部を構成する梁の太さがその長手方向の全域に亘って一定である。そのため、可動電極の変位の範囲において、梁のバネ定数は梁の変形量によらずほぼ一定である。

一方、可動電極と固定電極との間に生じる静電引力は、駆動電圧の２乗に比例する。
このようなことから、可動電極の変位量は、駆動電圧の比較的大きい場合、駆動電圧を僅かに変化させただけでも可動電極の変位量が極めて大きくなる。したがって、可動電極を所望量だけ正確に変位させることが難しい。また、駆動回路の構成が複雑化するという問題もある。

特開平１１−１９０６３５号公報

本発明の目的は、比較的簡単かつ高精度に、所望の状態で駆動することができるアクチュエータを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、基部と、
前記基部に対し固定された少なくとも１つの固定電極と、
前記固定電極に対応して設けられ、前記基部に対し変位可能な可動電極と、
前記基部に対し前記可動電極を変位可能に支持する弾性変形可能な弾性部とを有し、
前記弾性部は、前記可動電極の変位に際し曲げ変形する少なくとも１つの梁を有しており、
前記固定電極と前記可動電極との間に電圧を印加することにより、前記可動電極と前記固定電極との間に静電引力を生じさせ、前記弾性部の前記梁を曲げ変形させながら、前記可動電極を変位させるように構成されているアクチュエータであって、
前記梁の曲げ変形量が増すに従い前記梁の曲げに関するバネ定数を上昇させるように前記梁の変形を規制する規制部を有することを特徴とする。
これにより、可動電極と固定電極との間に印加する電圧の変化量に対する可動電極の変位量を抑えることができる。そのため、電圧の変更による可動電極の変位量の微調整が容易となり、比較的簡単かつ高精度に、可動電極の変位量を所望のものとすることができる。

本発明のアクチュエータでは、前記規制部は、前記固定電極と前記可動電極との間に印加する電圧の変化量に対する前記可動電極の変位量をほぼ一定とするように前記梁の変形を規制することが好ましい。
これにより、可動電極と固定電極との間に電圧を印加するための駆動回路の構成を簡単なものとすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記規制部は、前記梁の曲げ変形量が増すに従い前記梁の実質的な固定端の位置を自由端側へ徐々に移動するように前記梁の変形を規制するように構成されていることが好ましい。
これにより、梁の設計が容易になる。

本発明のアクチュエータでは、前記規制部は、前記梁から側方へ突出し、前記梁の長手方向に互いに間隔を隔てて並設された複数の突起であり、前記梁の変形量が増すに従い前記複数の突起のうちの互いに隣接する突起同士が順次当接することにより、前記梁の変形を規制することが好ましい。
このような規制部は、弾性部と一括して形成することができる。そのため、アクチュエータの製造工程を簡単化することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記規制部は、前記基部から突出し、前記梁の変形により前記梁に当接し得る突出部であり、該突出部が、前記梁の変形量に応じて、前記梁との接触部位を変更することにより、前記梁の変形を規制することが好ましい。
これにより、梁部の設計を簡単にすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記突出部は、前記梁との接触面が湾曲面をなしていることが好ましい。
これにより、梁部の曲げ変形量に対する梁部のバネ定数の変化を連続的にすることができる。

本発明のアクチュエータでは、前記規制部は、前記梁の一部であり、前記梁は、その長手方向での一端から他端へ向けて横断面積が漸増する部分を有することが好ましい。
これにより、梁部の曲げ変形量に対する梁部のバネ定数の変化を連続的にすることができる。また、このような規制部は、弾性部（梁）と一括して形成することができる。そのため、アクチュエータの製造工程を簡単化することができる。

本発明のアクチュエータでは、前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ櫛歯状をなし、互いに噛み合うように配設されており、前記電圧に応じて前記可動電極と前記固定電極との噛み合い量が変化するように構成されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単に、可動電極と固定電極との間に印加する電圧の変化量に対する可動電極の変位量を一定にすることができる。

以下、本発明におけるアクチュエータを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態にかかるアクチュエータを図１ないし図６に基づき説明する。なお、以下の説明では、本発明のアクチュエータをマイクロレゾネータに適用する場合を例に説明する。

図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１に示すアクチュエータの梁部を説明するための拡大平面図、図４は、図１に示すアクチュエータの動作時における梁部での規制部の作用を説明するための図、図５は、図１に示すアクチュエータの動作時における梁部の変形量とそのバネ定数との関係を示すグラフ、図６は、図１に示すアクチュエータの動作時における駆動電圧と可動電極の変位量との関係を示すグラフである。
図１および図２に示すように、本実施形態にかかるアクチュエータ１は、基部２と、この基部２に固定された一対の固定電極３１、３２と、固定電極３１、３２同士の間で振動可能に設けられた可動部４とを有している。

可動部４は、各固定電極３１、３２に対向する可動電極４１、４２と、基部２に固定された固定部４５、４６と、各可動電極４１、４２と各固定部４５、４６とを連結する梁部（弾性部）４３、４４と、可動電極４１と可動電極４２とを連結する連結部４７とを有している。
可動電極４１は、櫛歯状をなすものであり、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指４１１を有している。これと同様に、可動電極４２は、櫛歯状をなすものであり、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指４２１を有している。

固定部４５は、基部２の上面に支持部５１を介して固定されている。これと同様に、固定部４６は、基部２の上面に支持部５２を介して固定されている。このように固定部４５、４６が設けられているため、固定部４５、４６は、基部２に対し支持部５１、５２の厚さ分だけ離間している。
梁部４３は、前述したような固定部４５側を固定端とする梁４３３、４３４と、これらの梁４３３、４３４の自由端（固定部４５と反対側の端）同士を連結する梁４３５と、梁４３５と可動電極４１とを連結する梁４３１と、梁４３５と可動電極４２とを連結する梁４３２とで構成されている。このように複数の梁４３１、４３２、４３３、４３４、４３５で構成された梁部４３は、基部２の上面に沿って弾性変形可能となっている。

図３に示すように、梁４３３は、その一端（固定端）が固定部４５に固定された片持ち梁であり、基部２の面に沿って曲げ変形する機能を有する。特に、梁４３３は、その曲げ変形量に応じて曲げに関するバネ定数を上昇させる機能（非線形バネとしての機能）を有する。なお、この機能（作用）については、後に詳述する。
このような梁４３３は、その長手方向に互いに間隔を隔てて並設された複数の突起４３６を有している。これらの突起４３６は、それぞれ、梁４３３の側方（図３にて下方向）に向け突出している。

本実施形態では、突起４３６同士の間の間隔は、互いにほぼ等しくなっている。また、複数の突起４３６のうち互いに隣接する２つの突起４３６において、固定部４５側の突起４３６の長さ（突出長さ）が、固定部４５とは反対側の突起４３６の長さよりも長くなっている。なお、突起４３６同士の間の間隔や各突起４３６の突出長さは、前述したような非線形バネとしての機能を発揮することができれば、前述したのものに限定されない。

梁４３４は、梁４３３と梁４３４とが互いに図１にて上下対称となるように、複数の突起４３７が形成されている。この複数の突起４３７は、前述した複数の突起４３６と同様に構成されている。
梁４３５は、前述した梁４３３、４３４の自由端に固定され、図１にて上下方向に変位可能になっている。

梁４３１、４３２は、それぞれ、前述した梁４３５の端部に固定され、図１にて上下方向に曲げ変形しながら変位可能となっている。また、梁４３１には、前述した可動電極４１が固定され、梁４３２には、可動電極４２が固定されている。
このような梁４３１、４３２は、それぞれ、その長手方向の全域に亘ってほぼ同じ幅を有している。なお、梁４３１および梁４３２のうちの少なくとも一方は、前述した梁４３３と同様に、規制部を構成する突起が形成されていてもよい。この場合、梁４３１と梁４３２とは、図１にて上下方向に対称に形成されているのが好ましい。

このような梁部４３と同様に、梁部４４は、前述したような固定部４６側を固定端とする梁４４３、４４４と、これらの梁４４３、４４４の自由端（固定部４６と反対側の端）同士を連結する梁４４５と、梁４４５と可動電極４１とを連結する梁４４１と、梁４４５と可動電極４２とを連結する梁４４２とで構成されている。このように複数の梁４４１、４４２、４４３、４４４、４４５で構成された梁部４４は、基部２の上面に沿って弾性変形可能となっている。また、梁部４４は、梁部４３と梁部４４とが図１にて左右対称となるように形成されている。
このような梁部４４の梁４４３、４４４も、それぞれ、前述した梁４３３、４３４と同様に、曲げ変形量が増すに従いバネ定数を上昇させる機能を有する。すなわち、梁４４３は、その長手方向に間隔を隔てて並設された複数の突起４４６を有し、また、梁４４４は、その長手方向に間隔を隔てて並設された複数の突起４４７を有する。

また、可動電極４１と可動電極４２とを連結する連結部４７は、可動電極４１、４２間の距離を固定する機能を有するものである。これにより、可動電極４１、４２間の距離を維持しながら、梁部４４の変形により可動電極４１、４２を変位させることができる。
このような可動部４にあっては、可動部４を構成する各部のうち、各可動電極４１、４２、各梁部４３、４４、および連結部４７が、基部２に対し間隔を隔てた状態（浮いた状態）となっている。

一方、固定電極３１は、櫛歯状をなすものであり、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指３１１と、各電極指３１１を支持するための固定部３１２とを有している。
そして、固定部３１２は、支持部５３を介して基部２に固定されている。これにより、複数の電極指３１１は、基部２に対し間隔を隔てた状態（浮いた状態）となっている。ここで、支持部５３の厚さは、前述した支持部５１、５２のそれぞれの厚さとほぼ同じである。

複数の電極指３１１は、それぞれ、前述したような固定部３１２から基部２の上面に沿って突出形成されている。
そして、複数の電極指３１１は、前述した可動電極４１の複数の電極指４１１と噛み合うように配置されている。すなわち、電極指３１１と電極指４１１とが交互に位置するように配置されている。
これと同様に、固定電極３２は、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指３２１と、各電極指３２１を支持するための固定部３２２とを有している。

固定部３２２は、支持部５４を介して基部２に固定されている。これにより、複数の電極指３２１は、基部２に対し間隔を隔てた状態（浮上した状態）となっている。ここで、支持部５４の厚さは、前述した支持部５１、５２のそれぞれの厚さとほぼ同じである。
複数の電極指３２１は、それぞれ、前述したような固定部３２２から基部２の上面に沿って突出形成されている。
そして、複数の電極指３２１は、前述した可動電極４２の複数の電極指４２１と噛み合うように配置されている。すなわち、電極指３２１と電極指４２１とが交互に位置するように配置されている。

このようなアクチュエータ１では、固定電極３１と可動電極４１との間に電圧を印加すると、両電極３１、４１間に静電引力が発生し、可動電極４１が固定電極３１に接近するように移動する。
一方、固定電極３２と可動電極４２との間に電圧を印加すると、両電極３２、４２間に静電引力が発生し、可動電極４２が固定電極３２に向かって移動する。
したがって、固定電極３１と可動電極４１との間、および、固定電極３２と可動電極４２との間に、交互に電圧を印加することにより、可動電極４１、４２が往復動（振動）する。このとき、可動電極４１、４２間の距離は連結部４７により一定に維持されつつ、可動電極４１、４２は連結部４７の長手方向に往復動する。

このようなアクチュエータ１では、可動電極４２と固定電極３２との間に印加する電圧に応じて、可動電極４１と固定電極３１との噛み合い量、および、可動電極４２と固定電極３２との噛み合い量が変化する。
そして、その振動周波数を可動部４の共振周波数とすると、可動部４を効率よく振動させることができる。このとき、共振周波数は、可動部４の質量（主に可動電極４１、４２、連結部４７の合計質量）と、梁部４３、４４のバネ定数で定まる変位に対する復元力によって定まる。

ここで、図４ないし図６に基づいて、梁部４３、４４の作用を詳細に説明する。なお、以下では、梁部４３の作用について代表的に説明し、梁部４４の作用に関しては、梁部４３の作用と同様であるので、その説明を省略する。また、以下では、梁部４３を構成する梁のうち、梁４３３について代表的に説明し、梁４３４については、梁４３３と同様であるので、その説明を省略する。

梁部４３の梁４３３にあっては、アクチュエータ１の非駆動状態において、図４（ａ）に示すように、複数の突起４３６は、互いに間隔を隔てて同方向に突出している。したがって、このとき、梁４３３は、固定部４５との接続部を固定端とし、梁４３５との接続部を自由端とする片持ち梁として機能する。すなわち、梁４３３は、その長手方向での全域が曲げバネとして機能する。

そして、梁部４３の変形に際し、図４（ｂ）に示すように、梁４３３が曲げ変形すると、まず、最も長い突起４３６（最も固定部４５側の突起４３６）と、これに自由端側にて隣接する突起４３６（２番目に長い突起４３６）とが当接する。これにより、梁４３３は、２番目に長い突起４３６よりも固定部４５側の部分での曲げ変形が規制される。したがって、梁４３３は、２番目に長い突起４３６よりも自由端側でのみ曲げ変形可能な状態となる。すなわち、最も長い突起４３６と２番目に長い突起４３６との当接により、梁４３３の実質的な固定端の位置が自由端側へ移動する。

さらに梁４３３が同方向に曲げ変形すると、図４（ｃ）に示すように、２番目に長い突起４３６と、これに自由端側にて隣接する突起４３６（３番目に長い突起４３６）とが当接する。これにより、梁４３３は、３番目に長い突起４３６よりも固定部４５側の部分での曲げ変形が規制される。したがって、梁４３３は、３番目に長い突起４３６よりも自由端側でのみ曲げ変形可能な状態となる。すなわち、前述した最も長い突起４３６と２番目に長い突起４３６との当接に加え、２番目に長い突起４３６と３番目に長い突起４３６との当接により、梁４３３の実質的な固定端の位置が自由端側へ移動する。

以上説明したのと同様にして、梁４３３の曲げ変形量が増すに従い、互いに隣接する突起４３６同士のうち、固定端側のものから自由端側ものへ順次互いに当接し、梁４３３の実質的な固定端の位置が自由端側へ徐々に移動する。これにより、梁４３３の曲げに関するバネ定数は、梁４３３の曲げ変形量が増すに従い上昇する。したがって、梁４３３の曲げ変形量が増すに従い、梁４３３の曲げ変形により生じる反力は、図５にて実線で示すように上昇する。

これに対し、従来のように梁の幅が一定である場合、可動電極４１、４２の可動範囲においては、梁の曲げに関するバネ定数は、梁の曲げ変形量に関わらず、ほぼ一定である。したがって、従来では、図５にて破線で示すように、梁の曲げ変形量が増すに従い、梁の曲げ変形により生じる反力が一定量ずつ増える。なお、図５では、説明の便宜上、梁の曲げ変形量と梁の曲げに関するバネ定数との関係を誇張して示している。
したがって、前述した複数の突起４３６は、梁４３３の曲げ変形量が増すに従い梁４３３の曲げに関するバネ定数を上昇させるように梁４３３の変形を規制する規制部として機能する。

このような規制部（複数の突起４３６）は、可動電極４１と固定電極３１との間や、可動電極４２と固定電極３２との間に印加する電圧（以下、「印加電圧」とも言う）の変化量に対する可動電極４１、４２の変位量を抑えることができる。そのため、印加電圧の変更による可動電極４１、４２の変位量の微調整が容易となり、比較的簡単かつ高精度に、可動電極４１、４２の変位量を所望のものとすることができる。

ここで、前記規制部（複数の突起４３６）は、図６に示すように、印加電圧の変化量に対する可動電極４１、４２の変位量をほぼ一定とするように梁４３３の変形を規制するのが好ましい。これにより、印加電圧を発生させるための駆動回路（電源回路）の構成を簡単なものとすることができる。例えば、駆動回路として、商用電源と同様の電圧波形の電圧を発生するものを用いることができ、この場合でも、単に電圧値を変更するだけで可動電極４１、４２の変位量を微調整することができる。すなわち、印加電圧の制御を容易なものとすることができる。

また、本実施形態のアクチュエータ１のように、櫛歯状をなす固定電極３１、３２および可動電極４１、４２を用いたものであると、比較的簡単に、印加電圧の変化量に対する可動電極４１、４２の変位量を一定にすることができる。
また、本実施形態では、前述したように、前記規制部（複数の突起４３６）は、梁４３３の曲げ変形量が増すに従い梁４３３の実質的な固定端の位置を自由端側へ徐々に移動するように梁４３３の変形を規制するように構成されている。これにより、梁４３３の曲げバネとして実質的に機能する部分の長さを変化させるため、梁４３３の設計が容易になる。

また、前記規制部（複数の突起４３６）は、梁４３３から側方へ突出する複数の突起４３６であり、梁４３３の変形量が増すに従い複数の突起４３６のうちの互いに隣接する突起４３６同士が順次当接することにより、梁４３３の変形を規制する。このような規制部は、梁部４３（弾性部）と一括して形成することができる。そのため、アクチュエータ１の製造工程を簡単化することができる。
以上説明したようなアクチュエータ１にあっては、比較的簡単かつ高精度に、所望の状態で駆動することができる。

＜マイクロレゾネータの製造方法＞
次に、前述したアクチュエータ１を製造する場合の一例を図４ないし図６に基づき説明する。
図７は、図１および図２に示すアクチュエータの製造方法を説明するための図である。なお、図７は、図１中のＡ−Ａ線断面に対応する断面を示している。
また、以下の説明では、図７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
本実施形態のアクチュエータ１の製造方法は、［１］３層構成の基板を用意する工程と、［２］その基板の一層目をエッチング（第１のエッチング）する工程と、［３］その基板の２層目をエッチング（第２のエッチング）する工程とを有する。以下、各工程を順次説明する。

［１］基板の用意
まず、図７（ａ）に示すように、基部１０１上に、後述する第１のエッチングにより実質的にエッチングされない第２の層１０２と、第１のエッチングによりエッチングされる第１の層１０３とがこの順で積層されてなる３層構成の基板１０を用意する。
この基板１０を構成する各層のうち、第１の層１０３は、前述したアクチュエータ１の可動部４および各固定電極３１、３２に、第２の層１０２は、各支持部５１、５２、５３、５４に加工される部分であり、基部１０１は、基部２となる部分である。

この基板１０としては、各層１０１、１０２、１０３の組み合わせで各種のものが挙げられるが、特に、主としてＳｉで構成された基部１０１上に、主としてＳｉＯ_２で構成された第２の層と、主としてＳｉで構成された第１の層（活性層）１０３とがこの順で積層されてなるＳＯＩ基板が好適である。以下では、基板１０としてＳＯＩ基板を用いる場合を例に説明する。

基板１０としてＳＯＩ基板を用いることにより、第１の層１０３の厚さが比較的厚いものを作製することができるようになる。このため、形成される各電極指３１１、３２１、４１１、４２１の厚さを大きくすることができるので、各電極指３１１、３２１、４１１、４２１の断面積（長手方向に対して垂直な方向での面積）を大きくすることができる。これにより、アクチュエータ１では、静電容量を大きくすることができ、その結果、印加電圧に対する可動部４の変位量を増大させることができる。

また、各電極指３１１、３２１、４１１、４２１の厚さを大きく設定することができるので、必要とする断面積を確保しつつ、その幅を小さくすることができる。これにより、各固定電極３１、３２、４１、４２の小型化、ひいては、アクチュエータ１全体の小型化を図ることができる。また、簡単に、高精度なアクチュエータ１を得ることができる。

第１の層１０３の厚さ（平均）は、特に限定されないが、０．２〜１００μｍ程度であるのが好ましく、２０〜６０μｍ程度であるのがより好ましい。第１の層１０３の厚さが薄過ぎると、第１の層１０３の構成材料等によっては、アクチュエータ１において、可動部４の印加電圧に対する変位量を十分に大きくするのが困難となるおそれがあり、一方、第１の層１０３の厚さを前記上限値を超えて大きくしても、それ以上の効果の増大が期待できないばかりでなく、エッチングを深く垂直に行うことが難しくなる。

［２］第１のエッチング
次に、図７（ｂ）に示すように、前述したような基板１０に対し、可動部４を形成する。
具体的には、まず、基板１０の第１の層１０３上（第２の層１０２と反対側）のエッチング領域内に、例えばフォトリソグラフィー法等を用いて、可動部（構造体）４に対応する形状のマスクを形成する。

次に、形成されたマスクを用いて、第１の層１０３に対してエッチングを施す。このとき、第２の層１０２は、第１のエッチングにより実質的にエッチングされないものであり、第１のエッチングに際して、その侵攻を阻止するストップ層として機能する。
第１のエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、ドライエッチング、特に、反応性イオンエッチングを用いるのが好適である。
第１のエッチングとしてドライエッチングを用いることにより、第１の層１０３のパターニングを寸法精度よく行うことができる。特に、第１のエッチングとして反応性イオンエッチングを用いることにより、第１の層１０３に対して異方性の高いエッチングを行うことができ、除去部４２１ａを簡単かつ確実に形成することができる。
本工程［２］により、前述したマスクに対応する形状に第１の層１０３がパターニング（加工）され、可動部４および各固定電極３１、３２が形成される。

次に、前述のマスクを除去する。第２のエッチングに先立って、マスクを除去することにより、後述する工程［３］において、ウェットエッチングを用いる場合には、マスク材料（レジスト材料や、金属材料）の溶解によるエッチング液の汚染を防止または抑制することができる。
このマスクの除去方法としては、例えば、マスクがレジスト材料で構成される場合には、レジスト剥離液、マスクが金属材料で構成される場合には、リン酸溶液のようなメタル剥離液等を用いることができる。

［３］第２のエッチング
次に、図７（ｃ）に示すように、第２の層１０２に対して、第１の層１０３が実質的にエッチングされず、第２の層１０２をエッチング可能な第２のエッチングを施す。これにより、第２の層１０２の一部を除去する。
この第２のエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、ウェットエッチングを用いるのが好適である。

第２のエッチングとしてウェットエッチングを用いることにより、第２の層１０２を等方的にエッチングすることができる。このため、前記工程［２］において加工されて残存する第１の層１０３直下の第２の層１０２も効率よく除去することができる。
このウェットエッチングに用いるエッチング液としては、例えばフッ酸等が挙げられる。
このようなエッチング液に基板１０を浸漬すると、まず、残存する第１の層１０３（可動部４および各固定電極３１、３２）によって覆われていない第２の層１０２は、上面からエッチングが開始し、等方的にエッチングが進行する。

次に、可動部４および各固定電極３１、３２の直下の第２の層１０２も、それぞれ、露出した側面側からエッチングが進行して、徐々に除去される。
そして、第２の層１０２が除去されていくことにより、基部１０１と第１の層１０３との間には、間隙が形成されていく。
ここで、固定部４５、４６は、それぞれ、平面視において、各可動電極４１、４２および各梁部４３、４４を構成する帯状体の面積（最大）より面積が大きく設定されている。このため、これらの面積の差により、固定部４５、４６以外の部分（各可動電極４１、４２および各梁部４３、４４）の直下の第２の層１０２がほぼ完全に除去された時点では、各固定部４５、４６の直下の第２の層１０２の一部が残存した状態となる。

このような時点（状態）で、第２のエッチングを終了すると、残存した第２の層１０２が支持部５１、５２となり、この支持部５１、５２を介して、可動部４は、各固定部４５、４６において基部１０１（基部２）に、それぞれ固定される。一方、可動部４の他の部分は、基部１０１から浮いた状態となる。
その後、必要に応じて、可動部４の一部を除去したり、可動部４に材料を付加したりすることにより、可動部４の質量やバネ定数を調整する。
以上のような工程を経て、アクチュエータ１が製造される。

＜第２実施形態＞
次に、本発明のアクチュエータの第２実施形態について説明する。
図８は、本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す部分拡大平面図である。
以下、第２実施形態のアクチュエータについて、前述した第１実施形態のアクチュエータとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態のアクチュエータは、図８に示すように、梁の形状が異なる以外は、第１実施形態のアクチュエータ１とほぼ同様である。
第２実施形態のアクチュエータでは、図８に示すように、前述した第１実施形態における梁４３３、４３４に代えて、梁４３３Ａ、４３４Ａを有している。以下、梁４３３Ａについて代表的に説明し、梁４３４Ａについては、梁４３３Ａと同様であるので、その説明を省略する。

梁４３３Ａは、その長手方向での一端から他端へ向けて横断面積が漸増する部分を有する。
このような梁４３３Ａは、その曲げ変形量が増すに従い曲げに関するバネ定数を上昇させる（非線形バネとして機能する）。すなわち、梁４３３Ａの曲げ変形量が増すに従い梁４３３Ａの曲げに関するバネ定数を上昇させるように梁４３３Ａの変形を規制する規制部が、梁４３３Ａの一部である。これにより、梁４３３Ａの曲げ変形量に対する梁４３３Ａのバネ定数の変化を連続的にすることができる。また、このような規制部は、梁部４３（弾性部）と一括して形成することができる。そのため、アクチュエータ１の製造工程を簡単化することができる。
以上説明したような第２実施形態のアクチュエータにあっても、比較的簡単かつ高精度に、所望の状態で駆動することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明のアクチュエータの第３実施形態について説明する。
図９は、本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す部分拡大平面図である。
以下、第２実施形態のアクチュエータについて、前述した第１実施形態のアクチュエータとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態のアクチュエータは、図９に示すように、梁の形状が異なるとともに、基部上に規制部を設けた以外は、第１実施形態のアクチュエータ１とほぼ同様である。

第２実施形態のアクチュエータでは、図９に示すように、前述した第１実施形態における梁４３３、４３４に代えて、梁４３３Ｂ、４３４Ｂを有している。
この梁４３３Ｂ、４３４Ｂは、それぞれ、その長手方向の全域に亘ってほぼ同じ幅を有している。
そして、本実施形態のアクチュエータは、基部２から突出した突出部４８を有している。

この突出部４８は、梁４３３Ｂ、４３４Ｂの変形により梁４３３Ｂ、４３４Ｂと接触（当接）し得るものであり、梁４３３Ｂ、４３４Ｂの変形量に応じて、梁４３３Ｂ、４３４Ｂとの接触部位を固定端側から自由端側へ変更するように形成されている。すなわち、突出部４８は、梁４３３Ｂ、４３４Ｂとの接触部位を変更することにより梁４３３Ｂ、４３４Ｂの変形を規制する。

このような突出部４８は、梁４３３Ｂ、４３４Ｂの曲げ変形量が増すに従い梁４３３Ｂ、４３４Ｂの実質的な固定端の位置を自由端側へ徐々に移動するように梁４３３Ｂ、４３４Ｂの変形を規制する。すなわち、このような突出部４８は、梁４３３Ｂ、４３４Ｂの曲げ変形量が増すに従いこれらの曲げに関するバネ定数を上昇させる規制部として機能する。このような規制部は、梁４３３Ｂ、４３４Ｂの設計を簡単にしつつ、前述した機能を発揮させることができる。

また、本実施形態では、突出部４８（規制部）の梁４３３Ｂ、４３４Ｂとの接触面が湾曲面である。これにより、梁４３３Ｂ、４３４Ｂの曲げ変形量に対する梁４３３Ｂ、４３４Ｂのバネ定数の変化を連続的にすることができる。
以上説明したような第３実施形態のアクチュエータにあっても、比較的簡単かつ高精度に、所望の状態で駆動することができる。

前述したような実施形態にかかるマイクロレゾネータは、パーソナルコンピュータ（モバイル型パーソナルコンピュータ）、携帯電話機、ディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレータ等の電子機器に適用することができる。
また、本発明のアクチュエータは、前述したアクチュエータ１に限らず、例えばＭＥＭＳ応用のセンサ（圧力、加速度、角速度、姿勢）等の各種振動子や、光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータ等の光学デバイスなどに適用することができる。

以上、本発明のアクチュエータについて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明のアクチュエータを構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、または、その他の構成を追加することもできる。

本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す平面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すアクチュエータの梁部を説明するための拡大平面図である。 図１に示すアクチュエータの動作時における梁部での規制部の作用を説明するための図である。 図１に示すアクチュエータの動作時における梁部の変形量とそのバネ定数との関係を示すグラフである。 図１に示すアクチュエータの動作時における駆動電圧と可動電極の変位量との関係を示すグラフである。 図１および図２に示すアクチュエータの製造方法を説明するための図である。 本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す部分拡大平面図である。 本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す部分拡大平面図である。

符号の説明

１……マイクロレゾネータ ２……基部 ３１、３２……固定電極 ３１１、３２１……電極指 ３１２、３２２……固定部 ４……可動部 ４１、４２……可動電極 ４１１、４２１……電極指 ４２１ａ……除去部 ４３、４４……梁部 ４３１〜４３５、４４１〜４４５、４３３Ａ、４３４Ａ、４３３Ｂ、４３４Ｂ……梁 ４３６、４３７、４４６、４４７……突起 ４５、４６……固定部 ４８……突出部 ５１、５２、５３、５４……支持部 １０……基板 １０１……基部 １０２……エッチング停止材（第２の層） １０３……被エッチング層（第１の層）

Claims (8)

1. 基部と、
   前記基部に対し固定された少なくとも１つの固定電極と、
   前記固定電極に対応して設けられ、前記基部に対し変位可能な可動電極と、
   前記基部に対し前記可動電極を変位可能に支持する弾性変形可能な弾性部とを有し、
   前記弾性部は、前記可動電極の変位に際し曲げ変形する少なくとも１つの梁を有しており、
   前記固定電極と前記可動電極との間に電圧を印加することにより、前記可動電極と前記固定電極との間に静電引力を生じさせ、前記弾性部の前記梁を曲げ変形させながら、前記可動電極を変位させるように構成されているアクチュエータであって、
   前記梁の曲げ変形量が増すに従い前記梁の曲げに関するバネ定数を上昇させるように前記梁の変形を規制する規制部を有することを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記規制部は、前記固定電極と前記可動電極との間に印加する電圧の変化量に対する前記可動電極の変位量をほぼ一定とするように前記梁の変形を規制する請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記規制部は、前記梁の曲げ変形量が増すに従い前記梁の実質的な固定端の位置を自由端側へ徐々に移動するように前記梁の変形を規制するように構成されている請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記規制部は、前記梁から側方へ突出し、前記梁の長手方向に互いに間隔を隔てて並設された複数の突起であり、前記梁の変形量が増すに従い前記複数の突起のうちの互いに隣接する突起同士が順次当接することにより、前記梁の変形を規制する請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記規制部は、前記基部から突出し、前記梁の変形により前記梁に当接し得る突出部であり、該突出部が、前記梁の変形量に応じて、前記梁との接触部位を変更することにより、前記梁の変形を規制する請求項３に記載のアクチュエータ。
6. 前記突出部は、前記梁との接触面が湾曲面をなしている請求項５に記載のアクチュエータ。
7. 前記規制部は、前記梁の一部であり、前記梁は、その長手方向での一端から他端へ向けて横断面積が漸増する部分を有する請求項１または２に記載のアクチュエータ。
8. 前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ櫛歯状をなし、互いに噛み合うように配設されており、前記電圧に応じて前記可動電極と前記固定電極との噛み合い量が変化するように構成されている請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータ。

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