JP3749676B2

JP3749676B2 - 光スイッチ

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Publication number: JP3749676B2
Application number: JP2001243916A
Authority: JP
Inventors: 幸久武内; 裕之辻; 和正北村; 伸夫高橋
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: JP2003075746A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチに関する。より詳しくは、光通信システム、光記憶装置、光演算装置、光記録装置、又は、光プリンタ等に適した光スイッチに関し、特に、特定の光毎にスイッチングを行う多チャンネル光スイッチが要望される光通信システムに適した光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進展とともに、高速応答、小型化、高集積化、低消費電力化、及び信号の減衰の低減化が可能な光スイッチが求められている。
【０００３】
従来、光スイッチとしては、液晶を用いたもの、電磁石を用いた機械的な装置により光ファイバーの位置を移動させるもの、マイクロミラーを用いるもの、あるいは、特開平１０−９０７３５号公報に開示されているバブル生成を用いたもの等が知られている。しかし、これらの光スイッチには以下のような問題があった。
【０００４】
液晶を用いた光スイッチでは、分子の配向に基づいてスイッチングを行うため、応答速度が遅く、高速通信が要求される光通信への適用は困難であった。又、偏光板を用いる必要があるため、光の利用効率が低い、即ち、光スイッチの損失が大きいという問題もあった。
【０００５】
電磁石を用いた機械的な装置により光ファイバーの位置を移動させる光スイッチでは、装置の小型化が出来ず、高集積化の要請に応じることが困難であった。又、電磁石を用いた機械的動作によりスイッチングを行うため、消費電力が大きいという問題もあった。
【０００６】
マイクロミラーを用いた光スイッチでは、製造プロセスが煩雑になるため、製造コストが高くなってしまうという問題があった。又、大気中を伝播する光を制御するため、信号の減衰が大きい、即ち、光スイッチの損失が大きいという問題もあった。
【０００７】
バブル生成を用いた光スイッチは、液体が充填された微細スリット中において光導波路と交差させた導波路基板とヒーター基板とを備え、その交差箇所において、マイクロヒーターによるバブル生成により、微細スリット中の液体を存在させたり存在させなかったりして、光伝送路を切り換えるスイッチである。
【０００８】
この光スイッチの、より詳細な動作原理は、光導波路と交差する微細スリットに充填された液体の屈折率が、導波路と実質的に同じになるよう調整されていて、信号入力のないときに光導波路へ送り込まれた光信号は交差箇所を直進するのに対して、信号入力された時点では、マイクロヒーターにより微細スリットに充填された液体が加熱・局所沸騰してバブルを生成するため、光導波路へ送り込まれた光信号は、交差箇所に生成した固体／気体界面により反射され、予め設置された別の光導波路へ屈折して進むことである。このバブル生成を用いた光スイッチは、微細化が可能なことと、高速応答性に優れることから、特に有用性が注目されている。
【０００９】
しかし、バブル生成にマイクロヒーターを用いるため、この光スイッチにおいては、以下のような問題点があった。
（１）応答速度を高速にすればするほど、発熱による蓄熱が大きくなり、微細スリット中に充填した液体の屈折率が変化して、光スイッチの損失が増大する。
（２）微細スリット中に内蔵した液体が時間とともに熱により劣化し、光スイッチの損失が増大するため、耐久性に限界があり、使い捨て式の液体を採用し補充・回収等のサポート機構を付設せざるをえず製造コストがかかり、且つ、全体としてシステムが大きくなる。
（３）マイクロヒーター駆動による消費電力が大きい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、従来の光スイッチの問題を解決し、応答速度を上げても光スイッチの損失が増大することなく、低コストで製造出来、耐久性に優れ、且つ、消費電力の小さい光スイッチを提供することにある。
光スイッチについて鋭意研究が続けられた結果、以下に示す手段によって上記目的を達成出来ることを知見し、本発明に至った。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、光路の途中に設けられ、光信号の経路を規定する光スイッチであって、内部にセルが形成されたセル部材と、微細スリットを有する導波路部材とから構成され、側壁が圧電／電歪体又は反強誘電体の積層構造物で形成されたセルに気体が充填され、微細スリットに液体が充填され、セルと前記微細スリットとは連通孔を介して通じてなり、微細スリット中において光導波路と交差させ、その交差箇所にセルを配設して、セルの側壁を形成する積層構造物を構成する圧電／電歪体又は反強誘電体に電界を加えることにより側壁を伸縮させて、交差箇所においてセルに充填された気体の一部を、直接、連通孔から微細スリット中へ突出させ得ることを特徴とする光スイッチが提供される。
【００１２】
本発明においては、圧電／電歪体又は反強誘電体の分極電界と駆動電界とが、電界方向同一であることが好ましく、セルを形成する側壁の表面の結晶粒子状態は、粒内破壊を受けている結晶粒子が１％以下であることが好ましい。
【００１３】
又、本発明によれば、内部にセルが形成されたセル部材と、微細スリットを有する導波路部材とから構成され、側壁が圧電／電歪体又は反強誘電体で形成されたセルに気体が充填され、微細スリットに液体が充填され、セルと微細スリットとは連通孔を介して通じてなり、微細スリット中において光導波路と交差させる光スイッチの、パンチとダイを用いた製造方法であって、圧電／電歪体又は反強誘電体からなる複数のグリーンシートを用意し、パンチにより、第一のグリーンシートに第一のスリット孔を開ける第一の工程と、第一のスリット孔からパンチを抜き取らない状態で、第一のグリーンシートをストリッパに密着させて引き上げる第二の工程と、パンチの先端部が引き上げた第一のグリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、パンチを引き上げる第三の工程と、パンチにより、第二のグリーンシートに第二のスリット孔を開ける第四の工程と、第二のスリット孔から前記パンチを抜き取らない状態で、第二のグリーンシートを第一のグリーンシートとともに引き上げる第五の工程と、パンチ先端部が引き上げた第二のグリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、パンチを引き上げる第六の工程と、以降、複数枚のグリーンシートを第四の工程から第六の工程を繰り返して積層し、複数のスリットを有する圧電／電歪体又は反強誘電体を形成する過程を含むことを特徴とする光スイッチの製造方法が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光スイッチについて、図面を参酌しながら、実施の形態を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
図１（ａ）、図１（ｂ）、及び、図２（ａ）、図２（ｂ）は、本発明に係る光スイッチの一実施形態を示す断面図である。図１（ａ）は、光スイッチ４４のセル３の長手方向の垂直断面図であり、図１（ｂ）は、光スイッチ４４のセル３の短手方向の垂直断面図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）は、各々の駆動状態を示している。
【００１５】
本発明に係る光スイッチの一実施形態である光スイッチ４４は、セル３を形成する側壁６を圧電／電歪体又は反強誘電体により構成し、側壁６たる圧電／電歪体又は反強誘電体に電界を加え、側壁６を伸縮させることによってセル３の体積を変化させ、セル部材２内部のセル３内に充填された気体３１を、連通孔７３から微細スリット１３中へ突出させ得る。そして、微細スリット１３中の気体３１が突出した場所に光導波路が交差するように構成し、その交差箇所において、微細スリット１３中に液体３２を存在させたり気体３１を存在させたりして、光伝送路を切り換えることが出来る。光導波路と交差する微細スリット１３に充填された液体３２の屈折率は、光導波路と実質的に同じになるよう調整されていて、上記交差箇所の微細スリット１３中に液体３２が存在する場合には、光導波路へ送り込まれた光信号は交差箇所の液体３２と光導波路との界面を直進する。対して、上記交差箇所の微細スリット１３中に気体３１が存在する場合には、光導波路へ送り込まれた光信号は、気体３１と光導波路との界面により反射され、予め設置された別の光導波路へ屈折して進む。
【００１６】
光スイッチ４４は、内部にセル３が形成されたセル部材２と、微細スリット１３を有する導波路部材４２とから構成される。セル３の側壁は、圧電／電歪体又は反強誘電体で形成され、セル３には気体３１が充填される。又、微細スリット１３には、気体３１とは非溶性の液体３２が充填される。
【００１７】
そして、セル部材２内のセル３と、導波路部材４２内の微細スリット１３とは、セル部材２の連通開口部７２と導波路部材４２のノズル８とが通じた連通孔７３を介して連通している。図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるように、導波路部材４２のノズル８に対して、セル部材２の連通開口部７２は大きめに開けることが好ましい。何故ならば、連通開口部７２が開けられる連通板６８の材料としてスペーサ板７０と同じ圧電／電歪体又は反強誘電体を用いることが好ましいが、後述するような圧電／電歪体又は反強誘電体であるセラミックスは、焼成時に収縮率にバラツキが生じ易く、連通開口部７２に位置ズレが生じることがあり得るからである。従って、連通開口部７２に通じるノズル８を精度よく形成し、連通開口部７２に位置ズレが生じても、ノズル８により上記交差場所が特定されるようにすることが好ましい。
【００１８】
セル部材２は、例えば、複数のスリット（Ａ）５が形成された圧電／電歪体又は反強誘電体からなるスペーサ板７０と、スペーサ板７０の一方の側に重ね合わせスリット（Ａ）５を覆蓋する蓋板７と、スペーサ板７０の他方の側に重ね合わせスリット（Ａ）５を覆蓋する連通板６８とから形成することが出来る。そして、セル部材２のスリット（Ａ）５と隣接するスリット（Ａ）５との間には、蓋板７及びスペーサ板７０を貫通するスリット（Ｂ）４５が形成される。セル３は、スリット（Ａ）５と蓋板７とにより形成され、スリット（Ｂ）４５が、隣接する２つのセル３を独立せしめる。
【００１９】
このように、本発明の光スイッチ４４においては、体積変化するセル３が、隣接するセル３と、スリット（Ｂ）４５を隔てて独立して形成されているため、セル３が、個々に、他のセル３から全く独立して駆動し得る。又、隣接するセル３に同時に同じ動作をさせることが出来る。更には、互いに圧電／電歪体又は反強誘電体の変位を妨げることがない。従って、例えば、同じ変位量を得るために、より電界強度は小さくて済む。
【００２０】
スリット（Ｂ）４５は、駆動部である側壁６の変形を妨げない程度に隣接するセル３間に形成されていればよい。例えば、図２（ａ）に示す駆動状態から理解されるように、セル３の長手方向において、少なくとも蓋板７が変形する部分と同程度の長さにスリット（Ｂ）４５が形成されていればよいが、より好ましくはセル３の長さと同程度の長さにスリット（Ｂ）４５を形成する。
【００２１】
本発明の光スイッチ４４においては、セルを構成する壁の屈曲により圧力を生じさせるのではなく、例えばセル３を形成する側壁６の両表面に電極膜を形成し電極膜に電圧を印加することにより、側壁６が上下方向に伸縮することに特徴がある。
【００２２】
駆動部である側壁６が、伸縮という変形によりセル３に体積変化をもたらし、気体３１を液体３２中に突出せしめるので、大きな変位を得るために、駆動部たる側壁６を薄肉にする必要がない。従って、剛性が低下しないため、応答性が鈍くなるという問題は生じない。大変位と高速応答性が相反せず両立し得る。
【００２３】
本発明の光スイッチ４４においては、駆動部であるセル３の側壁６を構成する圧電／電歪体又は反強誘電体の分極電界と駆動電界とが、同一方向であることが好ましい。こうすることにより、製造工程において、仮の分極用電極を作製し電界をかける必要がなく、スループットの向上が図れる。又、分極処理に関わりなく、キュリー温度以上の高い温度での加熱を伴う製造プロセスを適用することが可能である。従って、光スイッチ４４を製造する際に、はんだリフロー等によるはんだ付けや、熱硬化型接着が実施可能であり、更にスループットの向上が導かれ、製造コストの低減が図れる。
【００２４】
そして、高い電界強度で駆動しても、分極状態が変化してしまうことがなく、むしろ、より好ましい分極状態となり得て、安定して高い歪み量を得ることが出来る。従って、よりコンパクトにすることが出来、光スイッチとして好ましい。
【００２５】
以下に、本発明の光スイッチ４４において、他の好ましい条件を記載する。
セル３を形成する側壁６の面の輪郭度は、概ね８μｍ以下であることが好ましく、又、セル３を形成する側壁６の壁面の凹凸量は、概ね１０μｍ以下であることが好ましく、更には、セル３を形成する側壁６の壁面の表面粗さＲｔが、概ね１０μｍ以下であることが好ましい。これらのうち、少なくとも何れか１つの条件に適う光スイッチであれば、セル３を構成する側壁６即ち駆動部のセル３内壁面が平滑であるので、駆動時に電界集中や応力集中が生じ難く、セル３で安定した気体の突出動作を実現することが出来る。
【００２６】
尚、面の輪郭度は、日本工業規格Ｂ０６２１「幾何偏差の定義及び表示」に示されている。面の輪郭とは機能上定められた形状をもつように指定した表面であって、面の輪郭度とは理論的に正確な寸法によって定められた幾何学的輪郭からの面の輪郭の狂いの大きさをいう。本発明において示すセルの面とは、上記したセルを構成する側壁のセル内壁面を指す。
【００２７】
又、１つのセル３において、そのセル３の内幅Ｗ（短手方向の幅）と高さＨとの比が、換言すれば、セル３のアスペクト比Ｗ：Ｈが、概ね１：２〜１：４０であることが好ましく、セル３の内幅Ｗが概ね６０μｍ以下であることが好ましい（内幅Ｗと高さＨについては、図１に示す）。より好ましくは、セル３のアスペクト比Ｗ：Ｈが１：１０〜１：２５、セル３の内幅Ｗが５０μｍ以下である。これらのアスペクト比の値が好ましい理由は、アスペクト比が小さすぎると、十分な気体突出動作を得るために必要な電界が高くなりすぎて、絶縁破壊等の危険性が増す一方、アスペクト比が大きくなると、強度的に弱くなり、組み立て・ハンドリング中の不良発生が増えるからである。少なくとも何れか１つの条件に適う光スイッチであれば、更に好ましくは２つの条件がともに適う光スイッチ、即ち、薄く背の高いセル３を備える光スイッチであれば、よりコンパクトに出来、より低電圧、低消費電力で駆動することが可能である。
【００２８】
本発明の光スイッチにおいては、セルの形状は限定されるものではない。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本発明に係る光スイッチの一実施形態を示す図であり、セル部材部分の断面図である。図１０（ａ）は、光スイッチのセル３の長手方向の垂直断面図であり、図１０（ｂ）は、光スイッチのセル３の短手方向の垂直断面図であり、図１０（ｃ）は、光スイッチのセル部材２を構成するスペーサ板７０の水平断面図である。図１０（ｃ）から理解されるような、概ね直方体状のセル３であることが好ましい。
【００２９】
次に、図１（ａ）、図１（ｂ）に示す本発明に係る光スイッチ４４の製造方法について、説明する。
製造方法の概略工程の一例を、図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照しながら説明する。これは、パンチとダイを用いた製造方法であって、図３（ａ）で、圧電／電歪材料又は反強誘電体材料からなるグリーンシート１６に、積層してスリット（Ａ）５となるスリット孔２５、及び、積層してスリット（Ｂ）４５となるスリット孔１５を開けるとともに、積層を後述する打抜同時積層法により同時に行い、グリーンシート１６を積層していき、打ち抜きの終了とともに積層も完了させ、所定の厚さを有する圧電／電歪体又は反強誘電体を形成する過程を含む製造方法である。その後、例えば、図３（ｂ）で、焼成して一体化し所望のスリット（Ａ）５、スリット（Ｂ）４５が形成されたスペーサ板７０を得て、後にセルとなるスリット（Ａ）５内に電極を形成して、図３（ｃ）で、蓋板７、連通板６８を接合する。尚、グリーンシート１６は、ドクターブレード法等の周知のテープ形成手段によって形成することが出来る。
【００３０】
尚、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、蓋板７も同材料のグリーンシートで形成し、スペーサ板７０及び連通板６８とともに積層し、焼成一体化してもよい。蓋板７と、駆動部を含むスペーサ板７０が同時焼成されて一体のセラミック体となるため、シールの耐久性とセルの剛性が向上し、高速応答性に優れた光スイッチとなり得る。この場合には、電極の形成は、軟らかいグリーンシート上に電極ペーストを塗布することにより行われるが、グリーンシートを破損したり変形させないように注意を要する。又、焼成してセル構造が完成した後に、電極ペーストを流通させて塗布し電極を形成することも可能であるが、その場合には、マスキング作業が困難であり、形成可能な電極パターンが限定される。
【００３１】
上記の製造工程を経て、内部にセルが形成されたセル部材２を得た後に、図示しないが、セル部材２においてセル３の側壁面に電極を形成し、駆動用の配線を設置する。そして、所定の位置に光導波路と微細スリット１３が設けられた導波路部材４２を接合する（図１（ａ）、図１（ｂ）参照）。
次いで、セル３内をアルゴン等の溶解度の低い気体３１に置換した後に、微細スリット１３へ液体３２を封入する。その際、セル３には微細スリット１３へ連通した連通孔７３によってしか外部と通じておらず、又、溶解度の低い気体３１が存在するため、液体３２はセル３内部へ侵入出来ず、連通孔７３内に液体−気体界面が形成される。
このようにして作製される光スイッチ４４においては、所定の信号によりセル３の側壁６を伸縮させて、セル３内の体積を減少させ、上記界面を微細スリット１３内の光導波路交差箇所へ突出させることによって、光スイッチングを実現することが出来る。
【００３２】
図６（ａ）〜図６（ｅ）は、上記した打抜同時積層の具体的方法を示し、周囲にグリーンシート１６（以下、単にシートともいう）の積層操作をするストリッパ１１を配置したパンチ１０とダイ１２からなる金型を用いている。図６（ａ）は、ダイ１２上に最初のシート１６ａを載せた打ち抜き前の状態を示し、図６（ｂ）で、パンチ１０及びストリッパ１１を下降させて、シート１６を打ち抜いて、スリットを形成している（第一の工程）。
【００３３】
次に、２枚目のシート１６ｂの打ち抜き準備に入るが、このとき図６（ｃ）に示すように、最初のシート１６ａは、ストリッパ１１に密着させて上方に移動させてダイ１２から離す（第二の工程）。ストリッパ１１にシート１６を密着させる方法は、例えば、ストリッパ１１に吸引孔を形成して真空吸引すること等で実施出来る。
【００３４】
又、２枚目のシート１６ｂの打ち抜き準備に入るために、ダイ１２からパンチ１０及びストリッパ１１を引き上げるが、この引き上げている途中は、パンチ１０の先端部を、一緒に引き上げた最初のシート１６ａのスリット孔の中まで戻さないことが望ましく、又、止める際には、一緒に引き上げた最初のシート１６ａの最下部より僅かに引き込んだところで止めることが肝要である（第三の工程）。パンチ１０を最初のシート１６ａの孔まで戻したり、完全にストリッパ１１の中へ格納してしまうと、シート１６は軟質であるため形成した孔が変形してしまい、シート１６を積層して得られるスリットを形成した際に、その側面の平坦性が低下してしまう。
【００３５】
図６（ｄ）は、２枚目のシート１６ｂの打ち抜き工程を示し、最初のシート１６ａをストリッパ１１に密着させることで、ダイ１２上に、２枚目のシート１６ｂを容易に載置でき、図６（ｂ）の工程のように打ち抜き出来、同時に最初のシート１６ａに重ね合わせられる（第四の工程）。
【００３６】
そして、図６（ｃ）、図６（ｄ）の工程を繰り返して、打ち抜かれた最初のシート１６ａと２枚目のシート１６ｂとを重ね合わせて、ストリッパ１１により引き上げ（第五の工程）、３枚目のシート１６ｃの打ち抜き準備に入る。但し、このときも一緒に引き上げたシート１６の最下部より僅かに引き込んだところで止めることが肝要である（第六の工程）。その後、第四の工程から第六の工程を繰り返して必要積層数のシート１６の打ち抜き及び積層を繰り返す。
【００３７】
図６（ｅ）は、打ち抜きを終了した状態を示している。必要な枚数のシート１６の打ち抜き及び積層が終了したら、ストリッパ１１によるシート１６の保持を解除し、打ち抜き積層したシート１６をストリッパ１１から引き離して取り出し可能としている。ストリッパ１１からの引き離しは、図示するように、ストリッパ１１下面に引離治具１７を設けることで確実に行うことが出来る。
以上述べた操作は、特願２０００−２８０５７３に記載の製造方法を適用したものであり、この操作により所定の厚さを有し所望のスリットが形成された積層体を得ることが出来る。
【００３８】
このように、パンチとダイを用いてグリーンシートにスリット孔を形成すると同時にグリーンシートの積層を行い、パンチ自体をグリーンシートの積層位置合わせ軸として使用して打抜加工を行えば、パンチにより打ち抜いたスリット孔の変形が防止され、スリット孔の変形が発生せず、グリーンシート積層間のズレ量を５μｍ未満に抑え、高い精度でグリーンシートを積層することが出来、凹凸の少ないスリット壁面を形成することが可能である。そのため、スリット幅が数十μｍ程度であっても、又、アスペクト比１０〜２５程度の、高アスペクト比な、後にセルを形成するスリットや、セル間のスリットを、容易に作成出来、優れた特性の光スイッチを得ることが出来る。
【００３９】
更に、スリット加工後に焼成するので、スリット幅は、シート打ち抜き時点では、金型のパンチ加工幅とほぼ同等であるが、焼成時に収縮するので、薄肉加工スリットと焼成収縮の組み合わせで、幅が４０μｍ以下の微細スリットを形成することも可能であるし、金型の形状を変更する等の打ち抜き金型の設計次第で、スリットは直線以外であっても容易に形成出来、用途に応じた最適な形状を実現することが出来る。
【００４０】
図５（ａ）は、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示される打抜同時積層方法によりスペーサ板７０を得る場合において、図３（ｂ）に示される焼成後のスペーサ板７０のＰ視端面図を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すスリット５壁面のＭ部を拡大した断面模式図を示している。
【００４１】
本発明の光スイッチの製造方法によれば、上記したように焼成前にスリットを形成するので、後にセルになり得るスリットの側壁面は焼成面で形成される。従って、マイクロクラックや粒内破壊が生じず、セルを形成する側壁の表面の結晶粒子状態は粒内破壊を受けている結晶粒子が１％以下となり実質上なしに等しく、圧縮残留応力による特性劣化が生じず、耐久性・信頼性を向上させることが出来る。
【００４２】
本発明の光スイッチの製造方法によるグリーンシートの重ね合わせ精度の一例を掲げれば、厚さが５０μｍ、ヤング率が３９Ｎ／ｍｍ²のグリーンシートを、スリット（Ａ）幅５０μｍ、スリット（Ｂ）幅３０μｍ、となるように打ち抜きし、１０枚積層した場合に、焼成後の各層間のズレ量は、最大で４μｍ、表面粗さＲｔは概ね７μｍである。尚、焼成後のスリット幅は、焼成収縮により約４０μｍであった。
【００４３】
以下に、本発明に係る光スイッチの他の実施形態を説明する。
図８（ａ）、図８（ｂ）、及び、図９（ａ）、図９（ｂ）は、本発明に係る光スイッチの他の実施形態を示す断面図である。図８（ａ）は、光スイッチ１４４のセル３の長手方向の断面図であり、図８（ｂ）は、光スイッチ１４４のセル３の短手方向の断面図であり、図９（ａ）、図９（ｂ）は、各々の駆動状態を示している。又、図７（ａ）、図７（ｂ）は、光スイッチ１４４のセル部材１０２を示す断面図であり、図７（ａ）は、光スイッチ１４４のセル３の長手方向の垂直断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡＡ断面を示す水平断面図である。
【００４４】
本発明に係る光スイッチの他の実施形態である光スイッチ１４４は、セル部材１０２の構成として、薄肉の振動板１６６を有する。光スイッチ１４４は、例えば、グリーンシートの積層、同時焼成一体化により形成し、その後に、振動板１６６の外表面に、少なくとも一対の電極膜１７３，１７７を有する圧電／電歪体膜１７８（又は反強誘電体膜）からなる圧電／電歪素子１７９（又は反強誘電体素子）を形成することによって得られる。
図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、この光スイッチ１４４では、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す光スイッチ４４とは異なり、セル３の側壁６の伸縮ではなく、振動板１６６の屈曲振動でセル３内に生じる減圧及び加圧により、セル３からの気体３１の押し出し及び引っ込みがなされる。
【００４５】
この光スイッチ１４４においては、セル３の側壁６の伸縮振動を用いる光スイッチ４４と比較して、以下の長所及び短所を有している。
（長所１）セル内の加圧力及び減圧力が、セルの側壁の伸縮振動によらないため、側壁の高さを最低５μｍ程度まで低く出来る。従って、光スイッチを、より薄くすることが可能である。
（長所２）製造方法において、打抜同時積層を必要とせず、且つ、高価な圧電／電歪材料又は反強誘電体材料の使用量を大幅に低減出来る。
（短所１）大吐出量を得ようとすると、振動板の面積を大きくせざるをえず、応答性の低下、ならびに、光スイッチ面積が稍大きくなる。
【００４６】
尚、この光スイッチ１４４を製造する場合においては、光スイッチ１４４のセル３の構造として、マトリックス状に配置することが望ましいため、例えば、特開平１０−７８５４９号公報に開示されている表示装置に用いられるアクチュエータ部の製造方法を採用することが好ましい。
【００４７】
以下に、本発明に係る光スイッチの適用例を説明する。
図１１〜図１３は、本発明に係る光スイッチの適用例を説明する水平断面図であり、例えば、シリカからなる基板に、光導波路Ｃ１，Ｃ２，Ｒ１，Ｒ２を井の字状に設け、その交差箇所に、光スイッチ４４ａ〜４４ｄを、それぞれ配設した導波路スイッチ１００を示している。図１１は、光スイッチの微小スリット１３のレベルでの水平断面を表し、図１２、図１３は、光スイッチのセル３のレベルでの水平断面を表す。
【００４８】
図１１に示すように、導波路スイッチ１００において、光信号１ａ，１ｂは光導波路Ｒ１（図示左方向）、及び、光導波路Ｒ２（図示左方向）から、それぞれ入る。このとき、例えば、全ての光スイッチがＯＦＦならば、光信号１ａ，１ｂは、ともに光導波路Ｒ１，Ｒ２を直進する。そして、例えば、図１３に示されるように、光スイッチ４４ａのみがＯＮになると、光信号１ｂは光導波路Ｒ２を直進するが、光信号１ａは光スイッチ４４ａにおいて、例えば、図示するように右折し、光導波路Ｃ１へ導かれる。その後、光スイッチ４４ｃはＯＦＦなので光導波路Ｃ１を直進する。このようにして、光信号の経路を様々に規定することが可能である。
【００４９】
以下に、本発明に係る光スイッチに用いられる圧電／電歪体又は反強誘電体の材料について説明する。
圧電／電歪体として用いられる材料としては、例えば、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウム、マグネシウムタングステン酸鉛、又は、コバルトニオブ酸鉛等の１種又は２種以上を含有するセラミックスを挙げることが出来る。これらのセラミックスは、圧電／電歪体を構成するセラミックス成分中に５０重量％以上を占める主成分であることが好ましく、特に、ジルコン酸鉛を含有するセラミックスが主成分であることが好ましい。
【００５０】
又、これらのセラミックスに、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物の１種又は２種以上を含有させたものを用いてもよく、中でも、マグネシウムニオブ酸鉛と、ジルコン酸鉛と、チタン酸鉛とからなる成分を主成分とし、ランタン又はストロンチウムの少なくとも１種を含有するセラミックスが好ましい。
【００５１】
反強誘電体の材料としては、ジルコン酸鉛を主成分とするセラミックス、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分を主成分とするセラミックス、ジルコン酸鉛を主成分とし酸化ランタンを添加したセラミックス、又はジルコン酸鉛とスズ酸鉛とを主成分とし、ジルコン酸鉛又はニオブ酸鉛を添加したセラミックスが好ましい。
又、圧電／電歪体の他の材料としては、チタン酸バリウム、及び、チタン酸バリウムを主成分とするチタバリ系セラミックス強誘電体や、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）に代表される高分子圧電体、あるいは、（Ｂｉ_0.5Ｎａ_0.5）ＴｉＯ₃に代表されるＢｉ系セラミックス圧電体、Ｂｉ層状セラミックスを挙げることが出来る。勿論、圧電／電歪特性を改善した上記材料の混合物や固溶体、及び、上記材料及び上記材料の混合物に添加物を添加せしめたものが用いられ得ることはいうまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、従来の問題が解決される。即ち、従来技術にあるようなマイクロヒーターによるバブル生成ではなく、常温でのマイクロホンプによる気泡移動によって光スイッチングを実現するため、応答速度を上げても光スイッチの損失が増大することなく、製造コスト低減が図られ、耐久性に優れ、且つ、消費電力の小さい光スイッチを得ることが出来る。更に、従来技術にあるように使い捨て式の液体を採用しないので、補充・回収等のサポート機構の付設も不要であることからも、製造コスト低減が図られ、且つ、全体としてシステムの小型化が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光スイッチの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る光スイッチの一実施形態（駆動状態）を示す断面図である。
【図３】本発明に係る光スイッチの製造方法の一例を示す概略工程説明図である。
【図４】本発明に係る光スイッチの製造方法の他の一例を示す概略工程説明図である。
【図５】本発明に係る打抜同時積層を含む光スイッチの製造方法において、図５（ａ）は図３（ｂ）のＰ視端面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＭ部の断面拡大模式図である。
【図６】図３（ａ）に示すグリーンシートのスリット孔打抜積層において、打抜同時積層を行う方法の一例を示す工程説明図であり、
図６（ａ）は、ダイに最初のグリーンシートを載せた１枚目準備工程を示し、
図６（ｂ）は、最初のグリーンシートの打ち抜き工程を示し、
図６（ｃ）は、２枚目のグリーンシートを載せた２枚目準備工程を示し、
図６（ｄ）は、２枚目のグリーンシートの打ち抜き工程を示し、
図６（ｅ）は、全シートの打ち抜き、積層を終えてストリッパにより積層したグリーンシートを離す打抜完了工程を示す図である。
【図７】本発明に係る光スイッチの他の実施形態を示す断面図である。
【図８】図７に示す実施形態の光スイッチの停止（ＯＦＦ）状態を示す断面図である。
【図９】図７に示す実施形態の光スイッチの駆動（ＯＮ）状態を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る光スイッチの更に他の実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る光スイッチの適用例を説明する断面図である。
【図１２】本発明に係る光スイッチの適用例を説明する断面図である。
【図１３】本発明に係る光スイッチの適用例を説明する断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…光信号、２，１０２…セル部材、３…セル、５…スリット（Ａ）、６…側壁、７…蓋板、８…ノズル、９…ノズル板、１０…パンチ、１１…ストリッパ、１２…ダイ、１３…微細スリット、１４…導波路基板、１５…スリット孔、１６，１６ａ〜１６ｃ…グリーンシート、１７…引離治具、２５…スリット孔、３１…気体、３２…液体、４２，１４２…導波路部材、４４，４４ａ〜４４ｄ，１４４…光スイッチ、４５…スリット（Ｂ）、６８…連通板、７０…スペーサ板、７２…連通開口部、７３…連通孔、１００…導波路スイッチ、１６６…振動板、１７３，１７７…電極膜、１７８…圧電／電歪素子、１７９…圧電／電歪体膜、Ｒ１，Ｒ２，Ｃ１，Ｃ２…光導波路。

Claims

光路の途中に設けられ、光信号の経路を規定する光スイッチであって、
内部にセルが形成されたセル部材と、微細スリットを有する導波路部材とから構成され、側壁が圧電／電歪体又は反強誘電体の積層構造物で形成された前記セルに気体が充填され、前記微細スリットに液体が充填され、前記セルと前記微細スリットとは連通孔を介して通じてなり、
前記微細スリット中において光導波路と交差させ、その交差箇所に前記セルを配設して、
前記セルの側壁を形成する積層構造物を構成する圧電／電歪体又は反強誘電体に電界を加えることにより前記側壁を伸縮させて、前記交差箇所において前記セルに充填された気体の一部を、直接、前記連通孔から微細スリット中へ突出させ得ることを特徴とする光スイッチ。
前記圧電／電歪体又は反強誘電体の分極電界と駆動電界とが、電界方向同一である請求項１に記載の光スイッチ。
前記セルを形成する側壁の表面の結晶粒子状態は、粒内破壊を受けている結晶粒子が１％以下である請求項１に記載の光スイッチ。
内部にセルが形成されたセル部材と、微細スリットを有する導波路部材とから構成され、側壁が圧電／電歪体又は反強誘電体で形成された前記セルに気体が充填され、前記微細スリットに液体が充填され、前記セルと前記微細スリットとは連通孔を介して通じてなり、前記微細スリット中において光導波路と交差させる光スイッチの、パンチとダイを用いた製造方法であって、
圧電／電歪体又は反強誘電体からなる複数のグリーンシートを用意し、
前記パンチにより、第一のグリーンシートに第一のスリット孔を開ける第一の工程と、前記第一のスリット孔から前記パンチを抜き取らない状態で、前記第一のグリーンシートをストリッパに密着させて引き上げる第二の工程と、前記パンチの先端部が引き上げた前記第一のグリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、前記パンチを引き上げる第三の工程と、
前記パンチにより、第二のグリーンシートに第二のスリット孔を開ける第四の工程と、前記第二のスリット孔から前記パンチを抜き取らない状態で、前記第二のグリーンシートを前記第一のグリーンシートとともに引き上げる第五の工程と、前記パンチ先端部が引き上げた前記第二のグリーンシートの最下部より僅かに引き込む程度に、前記パンチを引き上げる第六の工程と、
以降、複数枚のグリーンシートを第四の工程から第六の工程を繰り返して積層し、複数のスリットを有する圧電／電歪体又は反強誘電体を形成する過程を含むことを特徴とする光スイッチの製造方法。