JP2008278651A - 静電アクチュエータ、マイクロスイッチ、電子機器、および静電アクチュエータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、吸引開始時にも大きな力を発生させることができる静電アクチュエータ、マイクロスイッチ、電子機器、および静電アクチュエータの製造方法を提供する。
【解決手段】基板上に設けられた吸引電極に電圧を印加することで膜体を静電的に吸引する静電アクチュエータであって、前記膜体には、前記吸引電極の主面との距離が漸次増加するような傾斜面が設けられていること、を特徴とする静電アクチュエータが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電気力で動作する静電アクチュエータ、マイクロスイッチ、電子機器、および静電アクチュエータの製造方法に関する。

アクチュエータを構成する固定子と可動子との間に静電気力を作用させ、その反発力、吸引力により可動子を駆動する静電アクチュエータが知られている。また、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）分野などにおいては、半導体製造技術等を用いて非常に小型の静電アクチュエータやマイクロスイッチなどが開発されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

ここで、特許文献１、２に開示されている静電アクチュエータやマイクロスイッチなどでは、吸引時に吸引電極と揺動板やメンブレンとが略平行となるようになっている。そのため、吸引電極と揺動板やメンブレンとの間の寸法が長く、また、その寸法も均一となる。その結果、揺動板やメンブレンの吸引開始時に大きな力を発生させることができず、静電アクチュエータやマイクロスイッチなどの動作が不安定となるおそれがあった。
特開２００５−３１８７８３号公報 特開２００５−１４２９８２号公報

本発明は、吸引開始時にも大きな力を発生させることができる静電アクチュエータ、マイクロスイッチ、電子機器、および静電アクチュエータの製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、基板上に設けられた吸引電極に電圧を印加することで膜体を静電的に吸引する静電アクチュエータであって、前記膜体には、前記吸引電極の主面との距離が漸次増加するような傾斜面が設けられていること、を特徴とする静電アクチュエータが提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記の静電アクチュエータと、前記基板上に設けられた少なくとも１対の入出力電極と、を備え、静電的に吸引された前記膜体を介して前記入出力電極が相互に接続されること、を特徴とするマイクロスイッチが提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記の静電アクチュエータを備えていることを特徴とする電子機器が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、基板上に吸引電極を形成し、前記吸引電極を覆うように絶縁層を形成し、前記絶縁層の表面に所望の平板形状を有するレジスト膜を形成し、前記レジスト膜を覆うように膜体を形成し、前記レジスト膜を除去し、前記膜体を覆うように成形型を載置し、前記成形型の膜体形状を有する面に前記膜体を所定の回数当接させることで前記膜体を成形すること、を特徴とする静電アクチュエータの製造方法が提供される。

本発明によれば、吸引開始時にも大きな力を発生させることができる静電アクチュエータ、マイクロスイッチ、電子機器、および静電アクチュエータの製造方法が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る静電アクチュエータを例示するための模式斜視図である。
また、図２は、静電アクチュエータの模式断面図であり、図１におけるＡ−Ａ矢視断面を表している。
図１、図２に示すように、静電アクチュエータ１には、基板２上に設けられた吸引電極３ａ、３ｂと、吸引電極３ａ、３ｂを覆うようにして設けられた絶縁層５と、絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂを覆うようにして設けられたドーム状の膜体４と、が備えられている。

基板２は、例えば、ガラスのような絶縁性材料で形成されている。尚、導電性材料、シリコン（Ｓｉ）のような半導電性材料からなる基板の表面を絶縁性材料で覆うようにすることもできる。
基板２上には、所定の間隔をあけて吸引電極３ａと吸引電極３ｂとが隣接するように設けられている。吸引電極３ａ、３ｂは、例えば、金属などの導電性材料で形成させることができる。尚、導電性材料の中でも抵抗値の低いものが好ましく、そのようなものとしては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、これらの合金などを例示することができる。

また、後述する静電気力の発生の観点からは、吸引電極３ａ、３ｂの面積は広い方が好ましい。そのため、吸引電極３ａと吸引電極３ｂとの間のスペースは狭い方が好ましい。尚、図１、図２では、吸引電極が２個設けられる場合を例示したが、これに限定されるわけではなく、吸引電極は１個設けるようにしてもよく、３個以上設けるようにしてもよい。また、その形状も、図示した矩形に限定されるわけではなく、例えば、膜体４の形状に合わせるなど、適宜変更することができる。

吸引電極３ａ、３ｂの主面は、絶縁層５で覆われている。絶縁層５は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、樹脂材料などの絶縁性材料で形成させることができる。

吸引電極３ａ、３ｂには、図示しない直流電源が接続されており、吸引電極３ａ、３ｂに正電荷あるいは負電荷を与えられるようになっている。そのため、吸引電極３ａ、３ｂは、膜体４を静電的に吸引可能となっている。
吸引電極３ａ、３ｂによる吸引がクーロン力、ジョンセン−ラーベック力を利用するものであるときは、膜体４の材質は導電性材料または半導電性材料とされる。導電性材料、半導電性材料としては、例えば、各種の金属材料、窒化タングステン、シリコン、ポリシリコンなどを例示することができる。尚、絶縁層５の材料の体積抵抗率を使用温度領域で１０^１４Ωｃｍ以上とすることでクーロン力を利用するものとすることができ、１０^８〜１０^１１Ωｃｍとすればジョンセン−ラーベック力を利用するものとすることができる。

また、吸引電極３ａ、３ｂによる吸引がグラジエント力を利用するものであるときは、膜体４の材質は導電性材料、半導電性材料のみならず絶縁性材料とすることもできる。グラジエント力を利用するものとするためには、吸引電極３ａ、３ｂにより吸引面上に不均一電界を形成させるようにすればよい。例えば、吸引電極を複数設け、隣接する吸引電極同士が異極（正極／負極）となるように図示しない直流電源を接続するようにすればよい。

図２に示すように膜体４は、その周端部４ａの一部が吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられている。そして、吸引電極３ａ、３ｂの主面（上面）との距離が漸次増加するような傾斜面４ｂを有している。尚、膜体４の周端部４ａは必ずしも吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられている必要はなく、例えば、基板２上に設けられているようにすることもできる。ただし、周端部４ａが吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられているようにすれば、後述する吸引開始時の力を強くすることができ、安定した動作をさせることができる。

図２に例示をするものでは、傾斜面４ｂの傾斜方向断面の輪郭が曲線で構成されているものとしているが、直線で構成されているものとすることもできる。ただし、吸引電極３ａ、３ｂの主面（上面）に近接している部分が多くなるような曲線とすれば、後述する吸引開始時の力を強くすることができ、安定した動作をさせることができる。そのような曲線としては、例えば、円、楕円、放物線、双曲線などの一部を構成する曲線、正弦曲線ないしはその波形を変形した擬似正弦曲線、あるいはこれらを組み合せた曲線などを例示することができる。

また、図２に例示をするものでは、膜体４をドーム状としている。そのため、膜体４により覆われる空間を外部環境から隔離することができる。そして、膜体４により覆われる空間を減圧環境、不活性ガスが充填された環境とすれば、当該空間に存在する部材、または当該空間に接している部材の保護や酸化防止などを図ることもできる。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る静電アクチュエータを例示するための模式斜視図である。
尚、図１、図２で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図３に示すように、静電アクチュエータ１０には、基板２上に設けられた吸引電極３ａ、３ｂと、吸引電極３ａ、３ｂを覆うようにして設けられた絶縁層５と、絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂを覆うようにして設けられた膜体４０と、が備えられている。

本実施の形態においては、膜体４０を湾曲した矩形形状の板状体としている。そして、その両方の端部４０ａが絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられている。また、吸引電極３ａ、３ｂの主面（上面）との距離が漸次増加するような傾斜面４０ｂを有している。尚、膜体４の両方の端部４０ａは必ずしも吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられている必要はなく、例えば、基板２上に設けられているようにすることもできる。ただし、両方の端部４０ａが吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられているようにすれば、後述する吸引開始時の力を強くすることができ、安定した動作をさせることができる。

図３に例示をするものでは、傾斜面４０ｂの傾斜方向断面の輪郭が曲線で構成されているものとしているが、直線で構成されているものとすることもできる。ただし、吸引電極３ａ、３ｂの主面（上面）に近接している部分が多くなるような曲線とすれば、後述する吸引開始時の力を強くすることができ、安定した動作をさせることができる。そのような曲線としては、例えば、円、楕円、放物線、双曲線などの一部を構成する曲線、正弦曲線ないしはその波形を変形した擬似正弦曲線、あるいはこれらを組み合せた曲線などを例示することができる。

また、図３に例示をするものでは、膜体４０を湾曲した板状体としている。そのため、その両方の端部４０ａのみが絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられているようにすることができる。その結果、膜体４０を容易に撓ませることができるので、その動作に必要となる力を低減させることができる。

図４は、本発明の第３の実施の形態に係る静電アクチュエータを例示するための模式平面図である。
尚、図１、図２で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図４（ａ）に例示をするように、静電アクチュエータ１１には、基板２上に設けられた吸引電極３ａ、３ｂと、吸引電極３ａ、３ｂを覆うようにして設けられた絶縁層５と、絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂを覆うようにして設けられたドーム状の膜体４１と、が備えられている。

ドーム状の膜体４１の周端部４１ａは、絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられている。また、吸引電極３ａ、３ｂの主面（上面）との距離が漸次増加するような傾斜面４１ｂを有している。尚、膜体４１の周端部４１ａは必ずしも吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられている必要はなく、例えば、基板２上に設けられているようにすることもできる。ただし、周端部４１ａが吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられているようにすれば、後述する吸引開始時の力を強くすることができ、安定した動作をさせることができる。

図４（ａ）に例示をするものでも、傾斜面４１ｂの傾斜方向断面の輪郭が曲線や直線で構成されているものとすることができる。ただし、吸引電極３ａ、３ｂの主面（上面）に近接している部分が多くなるような曲線とすれば、後述する吸引開始時の力を強くすることができ、安定した動作をさせることができる。そのような曲線としては、例えば、円、楕円、放物線、双曲線などの一部を構成する曲線、正弦曲線ないしはその波形を変形した擬似正弦曲線、あるいはこれらを組み合せた曲線などを例示することができる。

また、図４（ａ）に例示をするものでは、傾斜面４１ｂにスリット４１ｃが設けられている。そのため、膜体４１を容易に撓ませることができるので、その動作に必要となる力を低減させることができる。

スリットの形状、個数、配置などは図４（ａ）に例示をするものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。例えば、図４（ａ）に例示をするものでは、傾斜面４１ｂの中央部と周端部とに２列に分けてスリットが配置されているが、これを１列や３列以上とすることもできる。

また、スリットの形状においても、例えば、図４（ｂ）に例示をするように直線状としたり、図４（ｃ）に例示をするように中央部と周端部とでねじれ方向を変えるようにしたりすることもできる。また、スリット自体の幅方向寸法が変化しているものとしたり、均等に配置するのではなくスリット配置の間隔に粗密を持たせるようにすることもできる。

ここで、図４（ａ）や図４（ｃ）に例示をするように、スリットの平面形状が渦巻き曲線状を呈するようにすれば、膜体の傾斜面が平面方向において回転するようにして撓むことができる。そのため、膜体を容易に撓ませることができるので、その動作に必要となる力を低減させることができる。また、図４（ｃ）に例示をするもののように、ねじれ方向を逆向きにしたものを組み合わせるようにすれば、それぞれが逆向きに回転するようにして撓ませることができるので、平面方向における位置の移動を抑制することができる。

次に、本発明の実施の形態に係る静電アクチュエータの作用について説明をする。
図示しない直流電源より吸引電極３ａ、３ｂに電圧が印加されると、吸引電極３ａ、３ｂには正電荷あるいは負電荷が与えられ膜体が吸引電極３ａ、３ｂに静電的に吸引される。その際、膜体の撓み量（変形量）は、静電気力と膜体の弾性力とにより決定され、双方が釣り合った時点で撓み（変形）は停止する。そして、図示しない直流電源からの電圧の印加が停止されると、膜体はその弾性力によりもとの形状（位置）に復元される。

ここで、図５に例示をするような平行平板型静電アクチュエータにおいて、発生する力Ｆは（１）式により表される。

ここで、Ｆは発生する力、ｄは電極間距離、Ｓは電極面積、εは誘電率、Ｖは印加電圧である。

（１）式から分かるように、発生する力Ｆは、電極間距離が大きくなるにつれて、急激に低下する特性を有している。そのため、特許文献１、２に開示されている技術のように吸引電極と膜体（特許文献１、２では揺動板、メンブレン）とを略平行にすると、吸引開始時に膜体に対して均等な力を作用させることができるが、大きな力を発生させることができないという問題があった。そのため、静電アクチュエータの動作が不安定となるおそれがあった。

これに対し、本発明の実施の形態に係る静電アクチュエータにおいては、吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられた膜体と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）との距離が漸次増加するようになっている。そのため、吸引開始時においても膜体と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）とが近接している部分が存在し、この部分において大きな力を発生させることができる。また、吸引開始後においても、大きな力を発生させる部分が漸次拡大して行くことになる。また、膜体の周端部や端部を吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けるものとすれば、吸引開始時においても、膜体と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）とが当接（距離がゼロ）している部分が存在し、その近傍でさらに大きな力を発生させることができる。

その結果、静電アクチュエータの動作を大幅に安定させることができる。また、動作に必要な力を低減させることができることにもなるので、印加電圧を低減させたり、静電アクチュエータの小型化（吸引電極の小型化）を図ることができる。

次に、本発明の実施の形態に係る静電アクチュエータの製造方法について例示をする。 図６、図７は、本発明の第４の実施の形態に係る静電アクチュエータの製造方法について例示をするための工程断面図である。
尚、説明の便宜上、図１、図２で説明をした静電アクチュエータ１の製造方法について説明をする。また、図１、図２で説明をしたものと同様に部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。

まず、図６に示すように、静電アクチュエータ１を、例えば、半導体装置の製造技術を用いて形成させる。
すなわち、図６（ａ）に示すように、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、基板２上に金属などの導電性材料の膜を成膜する。そして、この膜をリソグラフィ技術を用いて所望の形状に加工することで、吸引電極３ａ、３ｂを形成させる。

次に、図６（ｂ）に示すように、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、吸引電極３ａ、３ｂを覆うように絶縁層５を形成させる。

次に、図６（ｃ）に示すように、絶縁層５の表面に所望の平板形状（図６（ｃ）に示すものは円板状としている）を有するレジスト膜７を成膜する。後述するように、このレジスト膜７は犠牲層（最終的には除去される層）となる。

次に、図６（ｄ）に示すように、レジスト膜７を覆うようにＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、膜体４を成膜する。その際、レジスト膜７の除去ができるように膜体４に図示しない孔を設けるようにする。
図６（ｄ）に示すように、膜体４の周縁部分は絶縁層５の表面に成膜され、その他の部分はレジスト膜７の表面に成膜される。そのため、後述するレジスト膜７の除去後には、膜体４の周縁部分は絶縁層５と接合され、その他の部分は絶縁層５との間に空間を有することになる。

次に、図６（ｅ）に示すように、レジスト膜７をアッシング技術を用いて除去する。
この際、必要があれば、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、膜体４に設けられた図示しない孔を塞ぐようにする。尚、減圧環境下、または不活性ガス中で孔を塞ぐようにすれば、膜体４と絶縁層５との間に形成される空間を減圧された状態または不活性ガスが充填された状態とすることができる。

尚、予め形成させた平板状の膜体４を絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂの直上に接合させるようにすることもできる。この際、膜体４の周縁部分のみを接合させるようにする。接合方法は、特に限定されるわけではなく、例えば、接着剤によるもの、超音波溶接によるもの、溶着によるものなどを適宜選択することができる。

次に、図７に示すように膜体４の成形を行う。
まず、図７（ａ）に示すように、所望の膜体形状を有する面１００ａを備えた成形型１００を膜体４を覆うようにして載置する。この際、膜体形状を有する面１００ａと、膜体４のうち絶縁層５との間に空間を有する部分とが対向するようにする。また、成形型１００と膜体４とには直流電源１０１が接続される。尚、成形型１００は金属などの導電性材料からなるものとすることができ、膜体形状を有する面１００ａは絶縁性材料で覆われている。

次に、図７（ｂ）に示すように、成形型１００と膜体４とに直流電源１０１より電圧が印加される。その際、電圧を印加することで発生された静電気力により膜体４が吸引されて面１００ａと当接する。その後、電圧の印加を停止させれば膜体４は平板状態に復元しようとする。以後、膜体４の撓み（面１００ａとの当接）を所定の回数繰り返し行わせることで、膜体４を塑性変形させて成形を行う。尚、膜体４の撓みが容易となるように、基板２にいわゆる「空気抜き孔」を設けるようにすることができる。その場合、「空気抜き孔」を通じて、膜体４により覆われる空間を減圧したり、不活性ガス（ヘリウム、アルゴン、窒素など）を充填させたりすることもできる。尚、減圧や不活性ガスの充填を行う場合には、その後「空気抜き孔」は気密となるよう塞がれる。
また、一連の作業の仕上げとして、前述の成形型を用いた成形をさらにすることもできる。
尚、前述の平板状の膜体４の周縁部分のみを接合させる場合においては、膜体４の周縁部分に成形型１００を当接させて、膜体４の周縁部分を超音波溶接、溶着などして絶縁層５と接合させることもできる。

次に、図７（ｃ）に示すように、膜体４から直流電源１０１を外すとともに、成形型１００を上昇させて静電アクチュエータ１を取り出す。
尚、説明の便宜上、単一の静電アクチュエータ１を製造する場合を例示したが、静電アクチュエータ１の集合体を形成し、それを切断して単一の静電アクチュエータ１を製造するようにすることもできる。

また、図７で説明をした成型方法で予め成形をした膜体４を絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂの直上に接合させるようにすることもできる。また、塑性加工により作成された所望の形状を呈した膜体４、グレースケール露光法やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて作成された所望の形状を呈した膜体４などを、絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂの直上に接合させるようにすることもできる。このように、予め成形をされた膜体４を接合させる場合は、図７で説明をした成形は不要となる。ただし、そのような場合であっても、成形の仕上げとして図７で説明をした成形をすることもできる。尚、接合方法は、特に限定されるわけではなく、例えば、接着剤によるもの、超音波溶接によるもの、溶着によるものなどを適宜選択することができる。

尚、膜体４の成形は、静電気力を利用したものに限定されるわけではなく、例えば、膜体４の表裏に圧力差を設けて、膜体４と面１００ａとを当接させるようにしたものであってもよい。

図８は、本発明の第５の実施の形態に係る静電アクチュエータの製造方法について例示をするための工程断面図である。
まず、図６（ａ）、（ｂ）で説明をしたように、膜体４を除いた静電アクチュエータ１を形成させる。

次に、図８（ａ）に示すように、絶縁層５の表面にレジスト膜１０２を成膜する。その際、グレースケール露光法などを用いて、レジスト膜１０２の表面が膜体４の形状となるように成形する。

次に、図８（ｂ）に示すように、レジスト膜１０２の表面にＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、膜体４を成膜する。
その際、レジスト膜１０２の除去ができるよう孔１０３を設けるようにすることができる。尚、孔１０３は必ずしも必要ではなく、例えば、基板２の中央などに設けるようにすることもできる。

次に、図８（ｃ）に示すように、レジスト膜１０２をアッシング技術を用いて除去する。

次に、必要があれば、図８（ｄ）に示すように、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、孔１０３を塞ぐ。この際、減圧環境下、または不活性ガス中で孔１０３を塞ぐようにすれば、膜体４により覆われる空間を減圧された状態または不活性ガスが充填された状態とすることができる。尚、基板２の中央などに孔を設けた場合は、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、当該孔を塞ぐようにする。
また、膜体４の成形の仕上げとして図７で説明をした成形をさらにすることもできる。

次に、本発明の実施の形態に係るマイクロスイッチについて説明をする。
図９は、本発明の第６の実施の形態に係るマイクロスイッチについて例示をするための模式斜視図である。
また、図１０は、マイクロスイッチの模式断面図であり、図９におけるＢ−Ｂ矢視断面を表している。
尚、図１、図２で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付しその説明は省略する。

図９、図１０に示すように、マイクロスイッチ２０には、基板２上に設けられた吸引電極３ａ、３ｂと、吸引電極３ａ、３ｂを覆うようにして設けられた絶縁層５と、絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂを覆うようにして設けられたドーム状の膜体４と、吸引電極３ａ、３ｂ間に設けられ、所定の間隔をあけて対峙する入出力電極６ａ、６ｂとが備えられている。

入出力電極６ａ、６ｂは、例えば、金属などの導電性材料で形成されている。尚、導電性材料の中でも抵抗値の低いものが好ましく、そのようなものとしては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、これらの合金などを例示することができる。また、吸引電極３ａ、３ｂと同じ材料で形成させるものとすれば、同一の製造工程で形成させることができるので、生産性を向上させることができる。

前述した静電気力の発生の観点からは、吸引電極３ａ、３ｂの面積は広い方が好ましい。そのため、吸引電極３ａ、３ｂと入出力電極６ａ、６ｂとの間のスペースは狭い方が好ましい。ただし、このスペースを余り狭くすると、入出力電極６ａ、６ｂ間を流れる高周波信号などが吸引電極３ａ、３ｂ側に漏れるおそれがある。そのため、マイクロスイッチ２０の用途などに応じて、吸引電極３ａ、３ｂと入出力電極６ａ、６ｂとの間のスペースが決定されることになる。

次に、本発明の実施の形態に係るマイクロスイッチの作用について説明をする。
図示しない直流電源より吸引電極３ａ、３ｂに電圧が印加されると、吸引電極３ａ、３ｂには正電荷あるいは負電荷が与えられ膜体４が吸引電極３ａ、３ｂに静電的に吸引される。その際、膜体４の撓み量（変形量）は、静電気力と膜体の弾性力とにより決定され、双方が釣り合った時点で撓み（変形）は停止する。そして、図示しない直流電源からの電圧の印加が停止されると、膜体はその弾性力によりもとの形状（位置）に復元される。

本実施の形態に係るマイクロスイッチ２０においては、膜体４が撓んだ際に膜体４と入出力電極６ａ、６ｂとが当接するようになっている。すなわち、膜体４を介して入出力電極６ａと入出力電極６ｂとが電気的に接続されるようになっている。そのため、膜体４を撓ませることで、入出力電極６ａ、６ｂ間に電気信号や電流を流すことができ、膜体４を復元させることで電気信号や電流を遮断させることができる。

本実施の形態に係るマイクロスイッチ２０が備える入出力電極６ａ、６ｂは、吸引電極３ａ、３ｂと同様の手順で形成させることができる。尚、入出力電極６ａ、６ｂと吸引電極３ａ、３ｂとの材料が同一のものとすれば、同一の製造工程で入出力電極６ａ、６ｂと吸引電極３ａ、３ｂとを形成させることができるので、生産性を向上させることができる。また、その他の構成要素については静電アクチュエータ１の製造方法と同様とすることができる。そのため、マイクロスイッチ２０の製造方法についての説明は省略する。

本実施の形態においても、吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられた膜体４と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）との距離が漸次増加するようになっている。そのため、吸引開始時においても膜体と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）とが近接している部分が存在し、この部分において大きな力を発生させることができる。また、吸引開始後においても、大きな力を発生させる部分が漸次拡大して行くことになる。また、膜体の周端部や端部を吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けるものとすれば、吸引開始時においても、膜体と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）とが当接（距離がゼロ）している部分が存在し、その近傍でさらに大きな力を発生させることができる。

その結果、マイクロスイッチの動作を大幅に安定させることができる。また、動作に必要な力を低減させることができることにもなるので、印加電圧を低減させたり、マイクロスイッチの小型化（吸引電極の小型化）を図ることができる。

尚、説明の便宜上、ドーム状の膜体４を例示したがこれに限定されるわけではなく、例えば、図３で例示をした湾曲した矩形形状の板状体、図４で例示をしたスリットを有する膜体など各種の形態を有する膜体を適宜選択することができる。

次に、本発明の実施の形態に係るマイクロ光スイッチについて説明をする。
図１１は、本発明の第７の実施の形態に係るマイクロ光スイッチについて例示をするための模式斜視図である。
また、図１２は、マイクロ光スイッチの模式断面図であり、図１１におけるＣ−Ｃ矢視断面を表している。
尚、図１、図２で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付しその説明は省略する。

図１１、図１２に示すように、マイクロ光スイッチ３０には、基板２上に設けられた吸引電極３ａ、３ｂと、吸引電極３ａ、３ｂを覆うようにして設けられた絶縁層５と、絶縁層５を介して吸引電極３ａ、３ｂを覆うようにして設けられたドーム状の膜体４と、膜体４の表面に設けられた反射層３１とが備えられている。尚、反射層３１は、膜体４の表面全体に設けられている必要はなく、後述する光を反射させる部分にのみ設けるようにすることもできる。

反射層３１は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）やＮｉ（ニッケル）などのように光を反射させる材料で形成させることができる。

次に、本発明の実施の形態に係るマイクロ光スイッチの作用について説明をする。
図示しない直流電源より吸引電極３ａ、３ｂに電圧が印加されると、吸引電極３ａ、３ｂには正電荷あるいは負電荷が与えられ膜体４が吸引電極３ａ、３ｂに静電的に吸引される。その際、膜体４の撓み量（変形量）は、静電気力と膜体の弾性力とにより決定され、双方が釣り合った時点で撓み（変形）は停止する。そして、図示しない直流電源からの電圧の印加が停止されると、膜体はその弾性力によりもとの形状（位置）に復元される。この際、膜体４の表面に設けられた反射層３１も膜体４といっしょに撓みと復元がされることになる。

本実施の形態に係るマイクロ光スイッチ３０においては、膜体４の撓みと復元をさせることでレーザー光などの光路を変更または制御をすることができる。すなわち、膜体４の復元時と撓み時に反射層３１で反射する光の方向が変わることを利用して、光路を変更または制御することができる。

本実施の形態に係るマイクロ光スイッチ３０が備える反射層３１は、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて形成させることができる。また、その他の構成要素については静電アクチュエータ１の製造方法と同様とすることができる。そのため、マイクロ光スイッチ３０の製造方法についての説明は省略する。

本実施の形態においても、吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられた膜体４と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）との距離が漸次増加するようになっている。そのため、吸引開始時においても膜体と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）とが近接している部分が存在し、この部分において大きな力を発生させることができる。また、吸引開始後においても、大きな力を発生させる部分が漸次拡大して行くことになる。また、膜体の周端部や端部を吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けるものとすれば、吸引開始時においても、膜体と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）とが当接（距離がゼロ）している部分が存在し、その近傍でさらに大きな力を発生させることができる。

その結果、マイクロ光スイッチの動作を大幅に安定させることができる。また、動作に必要な力を低減させることができることにもなるので、印加電圧を低減させたり、マイクロ光スイッチの小型化（吸引電極の小型化）を図ることができる。

尚、説明の便宜上、ドーム状の膜体４を例示したがこれに限定されるわけではなく、例えば、図３で例示をした湾曲した矩形形状の板状体、図４で例示をしたスリットを有する膜体など各種の形態を有する膜体を適宜選択することができる。

図１３は、本発明の第８の実施の形態に係るマイクロ光スイッチシステムについて例示をするための模式断面図である。
尚、図１１、図１２で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付しその説明は省略する。

図１３（ａ）に示すように、マイクロ光スイッチシステム３５には、前述のマイクロ光スイッチ３０と、投光素子３２ａ、３３ａ、受光素子３２ｂ、３３ｂとが備えられている。 投光素子３２ａ、３３ａは、例えば、発光ダイオードやレーザーダイオードなどとすることができ、外部からの信号などに応じて光を照射する。受光素子３２ｂ、３３ｂは、例えば、フォトダイオードなどとすることができ、受光に応じた電気信号を発する光電変換素子である。

図１３（ｂ）に示すように、本実施に形態に係るマイクロ光スイッチシステム３５では、膜体４（反射層３１）の撓み時には、投光素子３２ａからの光が受光素子３２ｂに受光されるような投光素子３２ａと受光素子３２ｂの配置となっている。その際、投光素子３３ａからの光が受光素子３３ｂに受光されないような投光素子３３ａと受光素子３３ｂの配置となっている。

一方、膜体４（反射層３１）の復元時には、投光素子３３ａからの光が受光素子３３ｂに受光されるような投光素子３３ａと受光素子３３ｂの配置となっている。その際、投光素子３２ａからの光が受光素子３２ｂに受光されないような投光素子３２ａと受光素子３２ｂの配置となっている。

このようにマイクロ光スイッチシステム３５では、膜体４（反射層３１）の撓みと復元を切り替えることで、受光素子３２ｂ、３３ｂへの受光と遮光とを切り替えることができる。

尚、マイクロ光スイッチシステム３５のその他の作用についてはマイクロ光スイッチ３０と同様のためその説明は省略する。
また、マイクロ光スイッチシステム３５の製造方法うち、マイクロ光スイッチ３０の部分に関しては前述のものと同様とすることができ、投光素子３２ａ、３３ａ、受光素子３２ｂ、３３ｂの取り付けや配線などは既知の組立技術やワイヤーボンディングなどの配線技術を適用させることができるので、その説明は省略する。

本実施の形態においても、吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けられた膜体４と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）との距離が漸次増加するようになっている。そのため、吸引開始時においても膜体と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）とが近接している部分が存在し、この部分において大きな力を発生させることができる。また、吸引開始後においても、大きな力を発生させる部分が漸次拡大して行くことになる。また、膜体の周端部や端部を吸引電極３ａ、３ｂの直上に設けるものとすれば、吸引開始時においても、膜体と吸引電極３ａ、３ｂ主面（上面）とが当接（距離がゼロ）している部分が存在し、その近傍でさらに大きな力を発生させることができる。

その結果、マイクロ光スイッチシステムの動作を大幅に安定させることができる。また、動作に必要な力を低減させることができることにもなるので、印加電圧を低減させたり、マイクロ光スイッチシステムの小型化（吸引電極の小型化）を図ることができる。

尚、説明の便宜上、ドーム状の膜体４を例示したがこれに限定されるわけではなく、例えば、図３で例示をした湾曲した矩形形状の板状体、図４で例示をしたスリットを有する膜体など各種の形態を有する膜体を適宜選択することができる。

本実施の形態に係る静電アクチュエータ１は、各種の電子機器にも用いることができる。

例えば、インクジェットヘッドのような液滴吐出ヘッドの液滴吐出動作、走査型プローブ顕微鏡のプローブの動作、その他各種マイクロマシンの動作などに利用することができる。尚、本実施の形態に係る静電アクチュエータ１以外の構成、作用、製造方法などはそれぞれの場合における既知の技術を適用させることができるため、その説明は省略する。

このような場合においても、それぞれのシステムの動作を大幅に安定させることができる。また、動作に必要な力を低減させることができることにもなるので、印加電圧を低減させたり、それぞれのシステムの小型化（吸引電極の小型化）を図ることができる。

尚、このような場合においても、ドーム状の膜体４に限定されるわけではなく、例えば、図３で例示をした湾曲した矩形形状の板状体、図４で例示をしたスリットを有する膜体など各種の形態を有する膜体を適宜選択することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。

前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

例えば、静電アクチュエータ１、静電アクチュエータ１０、マイクロスイッチ２０、マイクロ光スイッチ３０、マイクロ光スイッチシステム３５などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、これらを覆うカバーを別途設け、カバー内を減圧したり不活性ガスで満たすようにすることもできる。

また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

また、例示をしたリソグラフィ技術、グレースケール露光法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などの製造技術は適宜変更することができ、その処理条件なども適宜選択することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る静電アクチュエータを例示するための模式斜視図である。 静電アクチュエータの模式断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る静電アクチュエータを例示するための模式斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る静電アクチュエータを例示するための模式平面図である。 平行平板型静電アクチュエータにおいて、発生する力を例示するための模式斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る静電アクチュエータの製造方法について例示をするための工程断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る静電アクチュエータの製造方法について例示をするための工程断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る静電アクチュエータの製造方法について例示をするための工程断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係るマイクロスイッチについて例示をするための模式斜視図である。 マイクロスイッチの模式断面図である。 本発明の第７の実施の形態に係るマイクロ光スイッチについて例示をするための模式斜視図である。 マイクロ光スイッチの模式断面図である。 本発明の第８の実施の形態に係るマイクロ光スイッチシステムについて例示をするための模式断面図である。

符号の説明

１ 静電アクチュエータ、２ 基板、３ａ 吸引電極、３ｂ 吸引電極、４ 膜体、４ａ 周端部、４ｂ 傾斜面、５ 絶縁層、６ａ 入出力電極、６ｂ 入出力電極、１０ 静電アクチュエータ、２０ マイクロスイッチ、３０ マイクロ光スイッチ、３１ 反射層、３２ａ 投光素子、３２ｂ 受光素子、３３ａ 投光素子、３３ｂ 受光素子、３５ マイクロ光スイッチシステム、４０ 膜体、４０ａ 端部、４０ｂ 傾斜面、４１ 膜体、４１ａ 周端部、４１ｂ 傾斜面、４１ｃ スリット、１００ａ 面、１００ 成形型、１０１ 直流電源、１０２ レジスト膜、１０３ 孔、

Claims (14)

1. 基板上に設けられた吸引電極に電圧を印加することで膜体を静電的に吸引する静電アクチュエータであって、
   前記膜体には、前記吸引電極の主面との距離が漸次増加するような傾斜面が設けられていること、を特徴とする静電アクチュエータ。
2. 前記吸引電極の主面を覆うように絶縁層が設けられ、前記吸引電極の直上には前記絶縁層を介して前記膜体の端部が設けられていること、を特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。
3. 前記傾斜面の傾斜方向断面の輪郭には、すくなくとも正弦曲線が含まれていること、を特徴とする請求項１または２に記載の静電アクチュエータ。
4. 前記膜体の外形形状は、ドーム状を呈していること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
5. 前記傾斜面にはスリットが設けられていること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
6. 前記スリットは、平面形状が渦巻き曲線状を呈していること、を特徴とする請求項５記載の静電アクチュエータ。
7. 前記スリットは複数列設けられており、前記渦巻き曲線のねじれ方向が前記列毎に逆向きであること、を特徴とする請求項６記載の静電アクチュエータ。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の静電アクチュエータと、
   前記基板上に設けられた少なくとも１対の入出力電極と、を備え、
   静電的に吸引された前記膜体を介して前記入出力電極が相互に接続されること、を特徴とするマイクロスイッチ。
9. 前記入出力電極が接する空間は、減圧されていること、を特徴とする請求項８記載のマイクロスイッチ。
10. 前記入出力電極が接する空間は、不活性ガスで満たされていること、を特徴とする請求項８記載のマイクロスイッチ。
11. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の静電アクチュエータを備えていることを特徴とする電子機器。
12. 基板上に吸引電極を形成し、
    前記吸引電極を覆うように絶縁層を形成し、
    前記絶縁層の表面に所望の平板形状を有するレジスト膜を形成し、
    前記レジスト膜を覆うように膜体を形成し、
    前記レジスト膜を除去し、
    前記膜体を覆うように成形型を載置し、
    前記成形型の膜体形状を有する面に前記膜体を所定の回数当接させることで前記膜体を成形すること、を特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
13. 前記レジスト膜の除去は、減圧環境下または不活性ガスで満たされた環境下のいずれかで行われ、
    前記レジスト膜の除去後に前記レジスト膜を除去するために設けられた孔を塞ぐこと、を特徴とする請求項１２記載の静電アクチュエータの製造方法。
14. 前記膜体を覆うように成形型を載置し、
    前記成形型の膜体形状を有する面に前記膜体を所定の回数当接させることで前記膜体をさらに成形すること、を特徴とする請求項１２または１３に記載の静電アクチュエータの製造方法。

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