JP2009245876A - Ｍｅｍｓスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】接点の開閉特性を改善したＭＥＭＳスイッチを提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳスイッチ１は、基板２上に立設された回転支柱３を中心に回転する回転子４を備える。回転子４は、回転方向に等間隔となるように回転支柱３から放射状に延長された複数本の支持アーム８を有する。支持アーム８の回転方向の一側面側には第１の櫛歯電極９が形成され、基板２上において第１の櫛歯電極９と対向する位置には第２の櫛歯電極１０が形成されており、回転子４は両櫛歯電極９，１０間に駆動電圧が印加され静電引力が作用することで回転する。支持アーム８の前記一側面に配設された可動接点１６は、基板２上において支持アーム８の前記一側面と対向する位置に形成された固定接点１５に対して、回転子４の回転に伴って接離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いたＭＥＭＳスイッチに関するものである。

従来から、携帯電話端末器等の技術分野においては、アンテナ切替、バンド切替などに半導体スイッチング素子が用いられているが、この種の半導体スイッチング素子では使用する周波数が高周波になるとオン時の損失が増加し、オフ時のアイソレーション（絶縁性能）が低下することがある。そこで、近年では、高周波に対してもオン時の損失が低く、オフ時に高いアイソレーションを確保できるものとして、ＭＥＭＳ技術を用いて半導体製造プロセスにより作製される小型の機械式スイッチであるＭＥＭＳスイッチが注目されている。

この種のＭＥＭＳスイッチ１は、一般的に、図９に示すように基板（ベース部）２の一表面に沿って直線移動する可動部２９を有し、基板２上に形成された固定接点（固定コンタクト電極）３０と、可動部に設けられた可動接点（可動コンタクト電極）３１とを可動部２９の移動に伴って接離させるように構成される（たとえば特許文献１参照）。特許文献１に記載の発明では、可動部２９は、基板２の厚み方向において基板２の一表面から離間しており、移動方向の両端部がそれぞれ各一対の支持梁３２ａ，３２ｂを介して基板２上に形成されたフレーム５に連結されることにより、図の上下方向（つまり支持梁３２ａ，３２ｂに直交する方向）に移動可能とされている。

しかして、可動部２９に設けた櫛歯電極３３と、基板２上に形成した櫛歯電極３４との間に駆動電圧を印加して静電引力を作用させることにより、可動接点３１を固定接点３０に接触させる向きに可動部２９が支持梁３２ａ，３２ｂを撓ませながら移動し、前記静電引力を消滅させると支持梁３２ａ，３２ｂの弾性によって、可動接点３１を固定接点３０から離間させる向きに可動部２９が移動する。
国際公開第２００５／０１５５９５号パンフレット（図１）

ところで、上述した構成のＭＥＭＳスイッチ１においては、可動部２９が移動する際の支持梁３２ａ，３２ｂの撓み量が大きくなると、支持梁３２ａ，３２ｂが折損しスティッキング現象を生じる（つまり、可動接点３１が固定接点３０から離れなくなる）可能性があり、接点の開閉特性がよくないという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、接点の開閉特性を改善したＭＥＭＳスイッチを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、基板上に立設された回転支柱と、基板の厚み方向において基板から離間して設けられ、基板の一表面に沿う面内において回転支柱の周方向に等間隔となるように回転支柱から放射状に延長された複数本の支持アームと、支持アームにおける前記周方向の一側面側に形成され、当該一側面から突出した複数本の第１櫛歯片を有する第１の櫛歯電極と、基板上において支持アームの前記一側面と対向する位置に形成され、支持アームとの対向面から突出し隣接する２本の第１櫛歯片間にそれぞれ入り込む複数本の第２櫛歯片を有する第２の櫛歯電極と、基板上に形成された第１の固定接点と、支持アームのうち第１の固定接点と前記周方向に対向する位置に設けられ、第１および第２の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加したときに生じる静電引力により回転支柱を中心に回転する支持アームの回転に伴って、第１の固定接点に接触する位置と第１の固定接点から離間する位置との間で移動する第１の可動接点とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、第２の櫛歯電極は、第１の櫛歯電極との間に駆動電圧が印加され静電引力が作用すると第１の櫛歯電極を引き寄せて回転支柱を中心に支持アームを回転させ、第１の可動接点は、支持アームに設けられており、支持アームの回転に伴って第１の固定接点に接触する位置と第１の固定接点から離間する位置との間で移動するので、第１および第２の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加することによって接点を開閉することができる。このとき支持アームは回転支柱を中心として回転するから、支持アームが撓むことによる支持アームの折損を生じることはなく、したがって、支持アームの折損に起因したスティッキング現象の発生を回避することができる。すなわち、従来構成に比較して、接点の開閉特性がよくなるという利点がある。しかも、第１の櫛歯電極は複数の第１櫛歯片を有し、第２の櫛歯電極は複数の第２櫛歯片を有するので、第１および第２の両櫛歯電極の対向面積を比較的広く確保することができ、比較的小さな駆動電圧で支持アームを駆動することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記支持アームが３の倍数となる本数設けられ、前記回転支柱に対して３回対称に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、支持アームは回転支柱に対して３回対称に形成されているから、２回対称に形成されている場合に比べて支持アームの回転が安定するという利点がある。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記第１の可動接点が複数本の前記支持アームにそれぞれ設けられ、前記第１の固定接点が各第１の可動接点と対向する位置にそれぞれ形成されることを特徴とする。

この構成によれば、第１の可動接点および第１の固定接点が複数組設けられているため、いずれか１組の可動接点と固定接点との間で電気的接続を確保できればよいので、接点の電気的接続の信頼性が向上する。また、複数本の支持アームのそれぞれに第１の可動接点が設けられているから、支持アームを回転させることによって複数の接点を開閉することができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記第１の可動接点が、前記支持アームの長手方向における先端寄りの位置に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、支持アームの長手方向における基端寄りの位置に第１の可動接点が設けられている場合に比べて、支持アームの回転に伴う第１の可動接点の移動距離を大きくとることができ、したがって、第１の固定接点と第１の可動接点との間の絶縁距離を長く確保でき、オフ時のアイソレーションを向上させることができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記第１櫛歯片および前記第２櫛歯片が、それぞれ前記回転支柱を中心とする円弧の一部を形成する形状に湾曲していることを特徴とする。

この構成によれば、回転支柱を中心に支持アームが回転する際に、第１櫛歯片と第２櫛歯片との距離を略一定に維持することができ、第１櫛歯片と第２櫛歯片とが接触することを回避できる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記第１の櫛歯電極が前記第２の櫛歯電極から離れる向きに前記支持アームを付勢する復帰ばねを備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２の櫛歯電極間への駆動電圧の印加を解除したときに、復帰ばねによって支持アームを駆動電圧が印加される前の位置に復帰させることができ、スティッキング現象が生じにくくなる。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記支持アームにおける前記周方向の他側面側に形成され、当該他側面から突出した複数本の第３櫛歯片を有する第３の櫛歯電極と、基板上において支持アームの前記他側面と対向する位置に形成され、支持アームとの対向面から突出し隣接する２本の第３櫛歯片間にそれぞれ入り込む複数本の第４櫛歯片を有し、第３の櫛歯電極との間に駆動電圧が印加されたときに生じる静電引力により支持アームを回転させる第４の櫛歯電極とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加して静電引力を作用させたときと、第３および第４の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加して静電引力を作用させたときとで、支持アームは反対向きに回転することとなる。したがって、いずれの櫛歯電極間に駆動電圧を印加するかによって、接点の開閉状態を切り替えることができる。

請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記第３櫛歯片および前記第４櫛歯片が、それぞれ前記回転支柱を中心とする円弧の一部を形成する形状に湾曲していることを特徴とする。

この構成によれば、回転支柱を中心に支持アームが回転する際に、第３櫛歯片と第４櫛歯片との距離を略一定に維持することができ、第３櫛歯片と第４櫛歯片とが接触することを回避できる。

請求項９の発明は、請求項７または請求項８の発明において、前記第１の櫛歯電極および前記第２の櫛歯電極からなる電極対と、前記第３の櫛歯電極および前記第４の櫛歯電極からなる電極対とが、前記支持アームの長手方向に沿った支持アームの中心線および前記基板の厚み方向に沿った前記回転支柱の中心線を含む平面に対して面対称に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加したときと、第３および第４の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加したときとで、静電引力によって支持アームに作用するモーメントの大きさを揃えることができ、支持アームの強度等の設計が簡単になる。

請求項１０の発明は、請求項７ないし請求項９のいずれかの発明において、前記第１の可動接点が、前記支持アームにおける前記周方向の前記一側面に設けられており、前記第１および第２の両櫛歯電極間に静電引力が作用して支持アームが回転したときに前記第１の固定接点に接触することを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加することで第１の可動接点を第１の固定接点に接触させることができ、第３および第４の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加することで第１の可動接点を第１の固定接点から離間させることができるので、第３および第４の両櫛歯電極間に作用する静電引力により、第１の固定接点に当接した状態の第１の可動接点を第１の固定接点から強制的に引き離すことができる。

請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記基板上において前記支持アームの他側面と対向する位置には第２の固定電極が形成されており、支持アームの前記他側面には、前記第３および第４の両櫛歯電極間に静電引力が作用して支持アームが回転したときに第２の固定接点に接触する第２の可動接点が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加することで第１の可動接点を第１の固定接点に接触させるとともに第２の可動接点を第２の固定接点から離間させることができ、第３および第４の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加することで第１の可動接点を第１の固定接点から離間させるとともに第２の可動接点を第２の固定接点に接触させることができるので、第１および第２の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加したときと、第３および第４の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加したときとで、接点状態を切り替えることができる。

請求項１２の発明は、請求項１１の発明において、前記第２の可動接点が複数本の前記支持アームにそれぞれ設けられ、前記第２の固定接点が各第２の可動接点と対向する位置にそれぞれ形成されることを特徴とする。

この構成によれば、第２の可動接点および第２の固定接点が複数組設けられているため、いずれか１組の可動接点と固定接点との間で電気的接続を確保できればよいので、接点の電気的接続の信頼性が向上する。また、複数本の支持アームのそれぞれに第２の可動接点が設けられているから、支持アームを回転させることによって複数の接点を開閉することができる。

請求項１３の発明は、請求項１１または請求項１２の発明において、前記第２の可動接点が、前記支持アームの長手方向における先端寄りの位置に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、支持アームの長手方向における基端寄りの位置に第２の可動接点が設けられている場合に比べて、支持アームの回転に伴う第２の可動接点の移動距離を大きくとることができ、したがって、第２の固定接点と第２の可動接点との間の絶縁距離を長く確保でき、オフ時のアイソレーションを向上させることができる。

本発明は、回転支柱を中心とした支持アームの回転に伴って第１の固定接点に第１の可動接点が接離するので、従来構成に比較して接点の開閉特性がよくなるという利点がある。

（実施形態１）
本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１は、図１および図２に示すように平面視が円形状の基板２と、基板２上に立設された回転支柱３と、回転支柱３によって基板２の一表面上に当該一表面から離間するように支持された回転子４と、回転子４を包囲する形で基板２の一表面上における外周部に形成された円環状のフレーム５と、回転子４を駆動するためのアクチュエータ６と、アクチュエータ６により回転子４を駆動することで開閉する接点装置７とを備えている。なお、ここでは基板２をシリコン基板とするが、シリコン以外の半導体を基板２に用いることも可能である。

回転支柱３は、基板２の一表面上における中心部に配置され、当該一表面に沿う断面が円形状となる円柱形状に形成されている。ここで、基板２表面からの高さ寸法は、回転支柱３と回転子４とフレーム５とで一律に揃えられている。

回転子４は、図１に示すように回転支柱３の外周面から、基板２の一表面に沿う面内で放射状に延長された３本の支持アーム８を具備する。これら支持アーム８は、回転支柱３の周方向において等間隔で配置され、且つそれぞれの先端部とフレーム５との間に所定の隙間を有するように長さ寸法が設定されている。回転子４は基板２の一表面に沿う面内で回転支柱３を中心に回転するものであって、以下では、図１の反時計回りの回転を正回転、時計回りの回転を逆回転という。

アクチュエータ６は、各支持アーム８の幅方向の一側面（ここでは、回転子４の正回転時に前面となる側面）側にそれぞれ形成された第１の櫛歯電極９と、基板２上において各支持アーム８の前記一側面と対向する各位置にそれぞれ形成された第２の櫛歯電極１０とを具備する。第１の櫛歯電極９は、支持アーム８のうち長手方向の両端部を除く部位に形成されている。

第１の櫛歯電極９は、支持アーム８の前記一側面からそれぞれ突出し、支持アーム８の長手方向に沿って等間隔に並設された複数本の第１櫛歯片９ａを有する。一方、第２の櫛歯電極１０は、基板２上に形成された基台１０ｂと、基台１０ｂにおける支持アーム８の前記一側面との対向面からそれぞれ突出し、支持アーム８の長手方向に沿って等間隔に並設された複数本の第２櫛歯片１０ａとを有する。図示例では、基台１０ｂはフレーム５の内側面から突出し先端面を支持アーム８の前記一側面に突き合わせた形に形成されている。ここに、第２櫛歯片１０ａは、隣接する２本の第１櫛歯片９ａ間にそれぞれ入り込むように形成されており、支持アーム８の長手方向における第１櫛歯片９ａとの間隔は全ての第２櫛歯片１０ａにおいて略一律となるように設定される。

しかして、第１の櫛歯電極９と第２の櫛歯電極１０との間に駆動電圧を印加することによって、第１の櫛歯電極９と第２の櫛歯電極１０との間に静電引力が作用する。ここで作用する静電引力は、第１櫛歯片９ａと第２櫛歯片１０ａとの対向面積を増加させる向きに作用するから、第１の櫛歯電極９が第２の櫛歯電極１０に引き寄せられることとなる。すなわち、第１の櫛歯電極９を設けた支持アーム８が第２の櫛歯電極１０に引き寄せられることとなるので、回転子４は回転支柱３をねじり変形させながら回転支柱３を中心として正回転する。その後、両櫛歯電極９，１０間への駆動電圧の印加を停止し、両櫛歯電極９，１０間の静電引力を消滅させれば、回転支柱３の弾性によって回転子４は回転支柱３を中心として逆回転し、駆動電圧が印加される前の位置（以下、初期位置という）に復帰する。

このように、櫛歯状に形成された第１および第２の櫛歯電極９，１０をアクチュエータ６に採用したことにより、ＭＥＭＳスイッチ１全体を小型化しながらも、両櫛歯電極９，１０間の対向面積を比較的広く確保することが可能であるから、比較的小さい駆動電圧であっても両櫛歯電極９，１０間に静電引力を生じさせて回転子４を駆動することが可能となる。

ここにおいて、本実施形態では、第１の櫛歯電極９は、導電性材料を用いて支持アーム８および回転支柱３と連続一体に形成されており、第２櫛歯電極１０は、導電性材料を用いてフレーム５と連続一体に形成されている。ただし、回転支柱３と基板２との間、並びにフレーム５と基板２との間は、後述の絶縁層１１（図２参照）によって電気的に絶縁されるものとする。そして、回転支柱３の表面上には第１の櫛歯電極９への通電用である第１の電極パッド１２が形成され、基台１０ｂの表面上には第２の櫛歯電極１０への通電用である第２の電極パッド１３が形成される。

接点装置７は、基板２上であって支持アーム８の前記一側面と対向する位置に形成された接点台１４を具備し、さらに、接点台１４における支持アーム８との対向面に配設された第１の固定接点１５と、支持アーム８の前記一側面において固定接点１５と対向する位置に配設された第１の可動接点１６とを有する。この可動接点１６は、回転子４の回転に伴って移動し、回転子４を初期位置から正回転させた際に固定接点１５に当接するものであって、本実施形態では、支持アーム８の先端部に可動接点１６を設けることで、回転子４の回転に伴う可動接点１６の移動距離を比較的大きくとるようにしてある。これにより、回転子４が初期位置にあるときの固定接点１５と可動接点１６との間の絶縁距離を長く確保でき、接点装置７のオフ時のアイソレーションの向上を図ることができる。

ここで、可動接点１６は、３本の支持アーム８にそれぞれ設けられており、接点台１４は、フレーム５の内側面から突出する形で各可動接点１６に対向する各位置にそれぞれ形成されている。固定接点１５は各接点台１４に対して一対ずつ配設されており、可動接点１６がこれら一対の固定接点１５に接触することにより、可動接点１６を介して一対の固定接点１５間が導通するようにしてある。各固定接点１５からはそれぞれリードパターン１７が延出されており、これらのリードパターン１７は、接点台１４の表面およびフレーム５の表面を通してフレーム５の外周面にまで引き出される。なお、固定接点１５およびリードパターン１７と接点台１４およびフレーム５との間は絶縁され、可動接点１６と支持アーム８との間も絶縁されるものとする。

以上説明した構成のＭＥＭＳスイッチ１によれば、第１および第２の両櫛歯電極９，１０間に駆動電圧が印加されると、両櫛歯電極９，１０間に作用する静電引力によって回転子４が回転支柱３を中心に初期位置から正回転し、このとき、回転子４の回転（正回転）に伴って支持アーム８に設けた可動接点１６が移動して固定接点１５に当接する。可動接点１６が固定接点１５に当接すると、一対の固定接点１５間が可動接点１６を介して導通することとなる。そして、第１および第２の両櫛歯電極９，１０間への駆動電圧の印加が停止すると、両櫛歯電極９，１０間の静電引力が消滅して、回転支柱３の弾性によって回転子４は回転支柱３を中心に逆回転し初期位置に復帰する。このとき、回転子４の回転（逆回転）に伴って支持アーム８に設けた可動接点１６が移動して固定接点１５から離間する。

要するに、第１の電極パッド１２と第２の電極パッド１３との間に駆動電圧を印加する状態と印加しない状態とを切り替えることで、固定接点１５に対して可動接点１６を接離させて接点装置７の開閉状態を切り替えることができる。ここで、可動接点１６は３本の支持アーム８のそれぞれに設けられているから、回転子４の回転に伴って３組の固定接点１５間の導通・非導通が同時に切り替わることとなる。接点装置７の接点出力（各組の固定接点１５間の導通・非導通）は、リードパターン１７を通して取り出すことが可能である。

このように、本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１は、支持アーム８が回転支柱３を中心として回転するものであるから、支持アーム８が撓むことによる支持アーム８の折損を生じることはなく、したがって、支持アーム８の折損に起因したスティッキング現象（つまり、可動接点が固定接点から離れなくなる現象）の発生を回避することができ、従来構成に比較して接点の開閉特性が改善される。

このＭＥＭＳスイッチ１では、回転支柱３をねじり変形させながら回転子４が回転し可動接点が移動するので、回転子４の回転範囲は、回転支柱３のねじり変形時に生じる最大剪断応力が回転支柱３の許容剪断応力以下となるように設定される。なお、実際には、回転支柱３のねじり変形だけでなく、支持アーム８の撓みが可動接点１６の移動に寄与することもある。

ところで、上述した構成の本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１は、基板２としてのシリコン基板上に、絶縁層（シリコン酸化膜）１１を介して活性層（シリコン層）が積層された構成のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて製造される。

具体的に説明すると、ＳＯＩ基板の活性層の表面側にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて前記フォトレジスト層のパターニングを行い、パターニングされたフォトレジスト層をマスクとして活性層の一部に絶縁層に達する深さまで異方性エッチングを施すことにより、図１および図２に示す回転支柱３と回転子４とフレーム５と第１および第２の櫛歯電極９，１０と接点台１４とが形成される。その後、上記異方性エッチングにより形成された孔を通して、絶縁層１１の一部をフッ酸等によりエッチング除去することで、回転子４を基板２から離間させる。このとき回転支柱３やフレーム５および基台１０ｂについては、残った絶縁層１１を介して基板２に結合された状態を維持するようにする。その後、上述のフォトレジスト層を除去する。

また、本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１を使用するに当たっては、第１および第２の両櫛歯電極９，１０間への駆動電圧を印加するために、駆動電圧を発生する駆動回路を両櫛歯電極９，１０と電気的に接続することが必要になる。そこで、一般的には、図３に示すように第１の電極パッド１２と第２の電極パッド１３とのそれぞれに対してワイヤボンディングにより駆動回路（図示せず）をワイヤ１８で接続する。ただし、図３の例に限るものではなく、たとえば図４に示すようにＭＥＭＳスイッチ１をセラミック材料やガラス材料からなる支持基板１９上に実装する場合には、第１の電極パッド１２と第２の電極パッド１３とをそれぞれ支持基板１９に形成した貫通配線１９ａを介して駆動回路に接続するようにしてもよい。この場合、支持基板１９はＭＥＭＳスイッチ１の電極パッド１２，１３側の表面に対向するように配置されるが、回転子４の回転を妨げないように少なくとも回転子４と支持基板１９との間には隙間が形成される。

なお、本実施形態では、回転子４として３本の支持アーム８を有する構成を例示したが、支持アーム８の本数は３本に限るものではなく、複数本であればよい。ただし、３ｎ本（ｎは自然数）の支持アーム８を回転支柱３に対して３回対称に形成した場合、２本の支持アーム８を回転支柱に対して２回対称に形成されている場合に比べ、回転子４の回転時に基板２の一表面に対し回転子４が傾きにくくなり、回転子４の回転が安定するという利点があるので、支持アーム８の本数は３の倍数とすることが望ましい。

（実施形態２）
本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１は、図５に示すように基板２上に形成された支持部２０と、支持アーム８との間に架設された復帰ばね２１を具備する点が実施形態１のＭＥＭＳスイッチ１と相違する。

支持部２０は、基板２の一表面上において各支持アーム８の幅方向の他側面（ここでは、回転子４の逆回転時に前面となる側面）と対向する位置にそれぞれ配置され、基板２に対して固定されている。

復帰ばね２１は、各支持アーム８の前記他側面と各支持部２０との間にそれぞれ架設され、基板２の一表面から離間するように形成される。各復帰ばね２１は、それぞれ支持アーム８の幅方向に伸縮可能となるように中央部が略Ｓ字状に屈曲した形状に形成されている。

以上説明した構成によれば、第１および第２の両櫛歯電極９，１０間に駆動電圧が印加されると、回転子４は復帰ばね２１の弾性に抗して両櫛歯電極９，１０間に作用する静電引力によって初期位置から正回転する。この状態で第１および第２の両櫛歯電極９，１０間への駆動電圧の印加が停止すると、回転子４は復帰ばね２１の弾性並びに回転支柱３の弾性によって逆回転し初期位置に復帰する。したがって、回転支柱３の弾性のみで回転子４を初期位置に復帰させる場合に比べて、回転子４を復帰させる力が大きくなり、スティッキング現象がより発生しにくくなる。

なお、図５の例では各支持部２０の表面にそれぞれ第１の電極パッド１２が形成されている。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１は、図６に示すように支持アーム８の幅方向の他側面（ここでは、回転子４の逆回転時に前面となる側面）側にもアクチュエータ６’を付加し、アクチュエータ６’によって回転子４の逆回転を可能とした点が実施形態１のＭＥＭＳスイッチ１と相違する。

アクチュエータ６’は、各支持アーム８の幅方向の他側面側にそれぞれ形成された第３の櫛歯電極２２と、基板２上において各支持アーム８の前記他側面と対向する各位置にそれぞれ形成された第４の櫛歯電極２３とを具備する。ここで、第３の櫛歯電極２２および第４の櫛歯電極２３からなるアクチュエータ６’は、第１の櫛歯電極９および第２の櫛歯電極１０からなるアクチュエータ６と、支持アーム８の長手方向に沿った支持アーム８の中心線および基板２の厚み方向に沿った回転支柱３の中心線を含む平面に対して面対称に形成されている。

すなわち、第３の櫛歯電極２２は、支持アーム８の前記他側面からそれぞれ突出し、支持アーム８の長手方向に沿って等間隔に並設された複数本の第３櫛歯片２２ａを有する。一方、第４の櫛歯電極２３は、基板２上に形成された基台２３ｂと、基台２３ｂにおける支持アーム８の前記他側面との対向面からそれぞれ突出し、支持アーム８の長手方向に沿って等間隔に並設された複数本の第４櫛歯片２３ａとを有する。図示例では、基台２３ｂはフレーム５の内側面から突出し先端面を支持アーム８の前記他側面に突き合わせた形に形成されている。ここに、第４櫛歯片２３ａは、隣接する２本の第３櫛歯片２２ａ間にそれぞれ入り込むように形成されており、支持アーム８の長手方向における第３櫛歯片２２ａとの間隔は全ての第４櫛歯片２３ａにおいて略一律となるように設定される。なお、基台２３ｂの表面上には第４の櫛歯電極２３への通電用である第４の電極パッド２４が形成され、第３の櫛歯電極２２への通電用には回転支柱３上に形成された第１の電極パッド１２が兼用される。ここで、基台１０ｂおよび基台２３ｂはいずれもフレーム５から離間して設けられる。

しかして、第３の櫛歯電極２２と第４の櫛歯電極２３との間に駆動電圧を印加することによって、第３の櫛歯電極２２と第４の櫛歯電極２３との間に静電引力が作用する。ここで作用する静電引力は、第３櫛歯片２２ａと第４櫛歯片２３ａとの対向面積を増加させる向きに作用するから、第３の櫛歯電極２２が第４の櫛歯電極２３に引き寄せられることとなる。すなわち、第３の櫛歯電極２２を設けた支持アーム８が第４の櫛歯電極２３に引き寄せられることとなるので、回転子４は回転支柱３をねじり変形させながら回転支柱３を中心として逆回転する。その後、両櫛歯電極２２，２３間への駆動電圧の印加を停止し、両櫛歯電極２２，２３間の静電引力を消滅させれば、回転支柱３の弾性によって回転子４は回転支柱３を中心として正回転し、初期位置に復帰する。

以上説明した構成のＭＥＭＳスイッチ１によれば、第１および第２の両櫛歯電極９，１０間に駆動電圧が印加されると、回転子４は両櫛歯電極９，１０間に作用する静電引力によって初期位置から正回転し、可動接点１６が固定接点１５に当接する。この状態で第３および第４の両櫛歯電極２２，２３間に駆動電圧が印加されると、回転子４は両櫛歯電極２２，２３間に作用する静電引力によって逆回転し、可動接点１６が固定接点１５から強制的に引き離される。それから両櫛歯電極２２，２３間への駆動電圧の印加を停止すると、回転子４は回転支柱３の弾性によって正回転し初期位置に復帰する。したがって、回転支柱３の弾性のみで固定接点１５から可動接点１６を引き離す場合に比べて、可動接点１６を引き離す力が大きくなり、スティッキング現象がより発生しにくくなる。

また、支持アーム８の一側面側に設けたアクチュエータ６と他側面側に設けたアクチュエータ６’とが面対称に形成されているから、各アクチュエータ６，７’により回転子４を駆動する際に、支持アーム８および回転支柱３に作用するモーメントの大きさを揃えることができ、支持アーム８および回転支柱３の強度等の設計が簡単になる。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態４）
本実施形態のＭＥＭＳスイッチ１は、図７に示すように支持アーム８の幅方向の他側面（ここでは、回転子４の逆回転時に前面となる側面）側にも接点装置７’を付加した点が実施形態３のＭＥＭＳスイッチ１と相違する。

接点装置７’は、基板２上であって支持アーム８の前記他側面と対向する位置に形成された接点台２５を具備し、さらに、接点台２５における支持アーム８との対向面に配設された第２の固定接点２６と、支持アーム８の前記他側面において固定接点２６と対向する位置に配設された第２の可動接点２７とを有する。ここで、第２の固定接点２６および第２の可動接点２７からなる接点装置７’は、第１の固定接点１５および第１の可動接点１６からなる接点装置７と、支持アーム８の長手方向に沿った支持アーム８の中心線および基板２の厚み方向に沿った回転支柱３の中心線を含む平面に対して面対称に形成されている。

すなわち、可動接点２７は、回転子４の回転に伴って移動し、回転子４を初期位置から逆回転させた際に固定接点２６に当接するものであって、本実施形態では、支持アーム８の先端部に可動接点２７を設けることで、回転子４の回転に伴う可動接点２７の移動距離を比較的大きくとるようにしてある。これにより、回転子４が初期位置にあるときの固定接点２６と可動接点２７との間の絶縁距離を長く確保でき、接点装置７’のオフ時のアイソレーションの向上を図ることができる。なお、図示例では第１の可動接点１６と第２の可動接点２７とを一体に形成してあるが、両可動接点１６，２７は別体であってもよい。

ここで、可動接点２７は、３本の支持アーム８にそれぞれ設けられており、接点台２５は、フレーム５の内側面から突出する形で各可動接点２７に対向する各位置にそれぞれ形成されている。固定接点２６は各接点台２５に対して一対ずつ配設されており、可動接点２７がこれら一対の固定接点２６に接触することにより、可動接点２７を介して一対の固定接点２６間が導通するようにしてある。各固定接点２６からはそれぞれリードパターン２８が延出されており、これらのリードパターン２８は、接点台２５の表面およびフレーム５の表面を通してフレーム５の外周面にまで引き出される。なお、固定接点２６およびリードパターン２８と接点台２５およびフレーム５との間は絶縁され、可動接点２７と支持アーム８との間も絶縁されるものとする。

以上説明した構成によれば、第１および第２の両櫛歯電極９，１０間に駆動電圧が印加されると、回転子４は両櫛歯電極９，１０間に作用する静電引力によって初期位置から正回転し、第１の固定接点１５および第１の可動接点１６からなる接点装置７がオンする。この状態で第１および第２の両櫛歯電極９，１０間への駆動電圧の印加が停止すると、回転子４は回転支柱３の弾性によって逆回転し初期位置に復帰する。一方、第３および第４の両櫛歯電極２２，２３間に駆動電圧が印加されると、回転子４は両櫛歯電極２２，２３間に作用する静電引力によって初期位置から逆回転し、第２の固定接点２６および第２の可動接点２７からなる接点装置７’がオンする。この状態で第３および第４の両櫛歯電極２２，２３間への駆動電圧の印加が停止すると、回転子４は回転支柱３の弾性によって正回転し初期位置に復帰する。

すなわち、第１および第２の櫛歯電極９，１０からなるアクチュエータ６と、第３および第４の櫛歯電極２２，２３からなるアクチュエータ６’とのいずれを作動させるかによって、接点装置７がオンする状態と接点装置７’がオンする状態とを切り替えることができる。

その他の構成および機能は実施形態３と同様である。

ところで、上述した各実施形態において、第１櫛歯片９ａおよび第２櫛歯片１０ａは、図８に示すようにそれぞれ回転支柱３の中心軸を中心とする円弧の一部を形成する形状に湾曲していることが望ましい。すなわち、回転支柱３を中心とする同心円上に第１櫛歯片９ａおよび第２櫛歯片１０ａを形成すれば、回転支柱３を中心に回転子４を回転させたときに、第１櫛歯片９ａ−第２櫛歯片１０ａの間隔をそれぞれ略一定に保つことができ、第１櫛歯片９ａと第２櫛歯片１０ａとが接触することを回避できる。第３櫛歯片２２ａおよび第４櫛歯片２３ａについても同様である。

なお、上記各実施形態では、平面視円形状の基板２を採用しフレーム５も円環状とする例を示したが、この例に限るものではなく、フレーム５の内側が回転子４の回転を妨げない形状に形成されていればよいので、たとえば平面視矩形状の基板２を採用してもよい。

本発明の実施形態１の構成を示す概略平面図である。 同上の構成を示す図１のＸ−Ｘ’断面の概略図である。 同上のＭＥＭＳスイッチの使用例を示す図１のＸ−Ｘ’断面の概略図である。 同上のＭＥＭＳスイッチの他の使用例を示す図１のＸ−Ｘ’断面の概略図である。 本発明の実施形態２の構成を示す概略平面図である。 本発明の実施形態３の構成を示す概略平面図である。 本発明の実施形態４の構成を示す概略平面図である。 同上の要部を示す概略平面図である。 従来例を示す平面図である。

符号の説明

１ ＭＥＭＳスイッチ
２ 基板
３ 回転支柱
４ 回転子
８ 支持アーム
９ 第１の櫛歯電極
９ａ 第１櫛歯片
１０ 第２の櫛歯電極
１０ａ 第２櫛歯片
１５ 第１の固定接点
１６ 第１の可動接点
２１ 復帰ばね
２２ 第３の櫛歯電極
２２ａ 第３櫛歯片
２３ 第４の櫛歯電極
２３ａ 第４櫛歯片
２６ 第２の固定接点
２７ 第２の可動接点

Claims (13)

1. 基板上に立設された回転支柱と、基板の厚み方向において基板から離間して設けられ、基板の一表面に沿う面内において回転支柱の周方向に等間隔となるように回転支柱から放射状に延長された複数本の支持アームと、支持アームにおける前記周方向の一側面側に形成され、当該一側面から突出した複数本の第１櫛歯片を有する第１の櫛歯電極と、基板上において支持アームの前記一側面と対向する位置に形成され、支持アームとの対向面から突出し隣接する２本の第１櫛歯片間にそれぞれ入り込む複数本の第２櫛歯片を有する第２の櫛歯電極と、基板上に形成された第１の固定接点と、支持アームのうち第１の固定接点と前記周方向に対向する位置に設けられ、第１および第２の両櫛歯電極間に駆動電圧を印加したときに生じる静電引力により回転支柱を中心に回転する支持アームの回転に伴って、第１の固定接点に接触する位置と第１の固定接点から離間する位置との間で移動する第１の可動接点とを備えることを特徴とするＭＥＭＳスイッチ。
2. 前記支持アームは３の倍数となる本数設けられ、前記回転支柱に対して３回対称に形成されていることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳスイッチ。
3. 前記第１の可動接点は複数本の前記支持アームにそれぞれ設けられ、前記第１の固定接点は各第１の可動接点と対向する位置にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
4. 前記第１の可動接点は、前記支持アームの長手方向における先端寄りの位置に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳスイッチ。
5. 前記第１櫛歯片および前記第２櫛歯片は、それぞれ前記回転支柱を中心とする円弧の一部を形成する形状に湾曲していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳスイッチ。
6. 前記第１の櫛歯電極が前記第２の櫛歯電極から離れる向きに前記支持アームを付勢する復帰ばねを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳスイッチ。
7. 前記支持アームにおける前記周方向の他側面側に形成され、当該他側面から突出した複数本の第３櫛歯片を有する第３の櫛歯電極と、基板上において支持アームの前記他側面と対向する位置に形成され、支持アームとの対向面から突出し隣接する２本の第３櫛歯片間にそれぞれ入り込む複数本の第４櫛歯片を有し、第３の櫛歯電極との間に駆動電圧が印加されたときに生じる静電引力により支持アームを回転させる第４の櫛歯電極とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳスイッチ。
8. 前記第３櫛歯片および前記第４櫛歯片は、それぞれ前記回転支柱を中心とする円弧の一部を形成する形状に湾曲していることを特徴とする請求項７記載のＭＥＭＳスイッチ。
9. 前記第１の櫛歯電極および前記第２の櫛歯電極からなる電極対と、前記第３の櫛歯電極および前記第４の櫛歯電極からなる電極対とは、前記支持アームの長手方向に沿った支持アームの中心線および前記基板の厚み方向に沿った前記回転支柱の中心線を含む平面に対して面対称に形成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のＭＥＭＳスイッチ。
10. 前記第１の可動接点は、前記支持アームにおける前記周方向の前記一側面に設けられており、前記第１および第２の両櫛歯電極間に静電引力が作用して支持アームが回転したときに前記第１の固定接点に接触することを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載のＭＥＭＳスイッチ。
11. 前記基板上において前記支持アームの他側面と対向する位置には第２の固定電極が形成されており、支持アームの前記他側面には、前記第３および第４の両櫛歯電極間に静電引力が作用して支持アームが回転したときに第２の固定接点に接触する第２の可動接点が設けられていることを特徴とする請求項１０記載のＭＥＭＳスイッチ。
12. 前記第２の可動接点は複数本の前記支持アームにそれぞれ設けられ、前記第２の固定接点は各第２の可動接点と対向する位置にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１１記載のＭＥＭＳスイッチ。
13. 前記第２の可動接点は、前記支持アームの長手方向における先端寄りの位置に設けられていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
    

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