JP4349239B2 - Actuator and optical device - Google Patents
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Description
本発明はアクチュエータ及び光デバイスに関し、特に、微小電気機械システムによるアクチュエータ及び光デバイスに関する。 The present invention relates to an actuator and an optical device, and more particularly to an actuator and an optical device based on a microelectromechanical system.
光デバイスの1つである光スイッチは主として、機械式、導波路式、微小電気機械システム(micro-electro-mechanical system:MEMS)式の3つに区別される。この中でMEMS式は、半導体プロセスで形成されるマイクロマシニング技術を用いることにより、光導波路、ミラー及び駆動機構を1つのシリコンチップ上に一体形成することができる。また、光通信に使用される光ファイバのコア径は9μmと小さく、MEMS式はサイズとコストの面から光スイッチへの応用が期待されてきた。 An optical switch which is one of optical devices is mainly classified into three types: a mechanical type, a waveguide type, and a micro-electro-mechanical system (MEMS) type. Among these, in the MEMS type, the optical waveguide, the mirror, and the driving mechanism can be integrally formed on one silicon chip by using a micromachining technology formed by a semiconductor process. Moreover, the core diameter of the optical fiber used for optical communication is as small as 9 μm, and the MEMS type has been expected to be applied to an optical switch in terms of size and cost.
MEMS機構の駆動原理には、静電気による引力が利用されてきた。2枚の電極間の面方向引力を利用するギャップクロージング方式と、相対して配置された櫛歯型電極の面平行方向の引力を利用するコム方式に大別される。長ストロークを得るにはコム方式が優れている。 An attractive force due to static electricity has been used as a driving principle of the MEMS mechanism. It is roughly classified into a gap closing method that uses a surface-direction attractive force between two electrodes and a comb method that uses an attractive force in a plane-parallel direction of the comb-shaped electrodes arranged opposite to each other. The comb method is excellent for obtaining long strokes.
従来より、図42に示すような光スイッチが知られている(例えば、特許文献1参照)。可撓性の支持体153で懸吊された可動コム電極152を中央に配置し、相対して固定コム電極151a、151bを左右に配置し、左右の固定コム電極151a、151bに交互に荷電することで、アースされた中央の可動コム電極152を左右に動かしている。例えば、左の固定コム電極151aに荷電すれば、中央の可動コム電極152は左側へ引き寄せられ、支持体153のバネ反力と静電気の引力がバランスする位置まで、またはその途中に設けられるストッパまで移動する。左の固定コム電極151aを除電すると、静電気の引力が無くなり、中央の可動コム電極152は支持体153のバネ反力により中央位置に戻る。右方向の移動も同様に行われる。
図42に示した従来例では、中央の可動コム電極152は左右の固定コム電極152a、151bに荷電されている時だけ、左右の位置に移動する。従って、左右位置に可動コム電極152を保持するためには、常時通電する必要があり、長時間動かさない使い方をする場合、不経済である。しかしながら、短時間だけ通電し、可動コムが左右位置に移動後は電源が切れてもその位置を保持するラッチ式の光スイッチを図42に示した従来例で構成することは困難であった。
In the conventional example shown in FIG. 42, the central
また、左右の固定コム電極152a、151bに荷電せず、可動コム電極152が中央に位置する時は、可動コム電極152を懸吊している支持体153は、撓んでいない状態であるため、振動や衝撃などの外力が作用すると可動コム電極152は慣性力により揺動することになる。したがって、可動コム電極152の中央位置は安定位置ではあるが、可動コム電極152は完全に固定されてはいない。
In addition, when the left and right fixed
本発明はこのような関連技術の問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、短時間の電圧印加により可動部分を複数の状態に変位させ、且つその状態を保持することができるアクチュエータ及び光デバイスを提供することである。 The present invention has been made to solve such problems of the related art, and an object of the present invention is to displace the movable part into a plurality of states and to maintain the state by applying a voltage for a short time. It is an object of the present invention to provide an actuator and an optical device that can be used.
本発明の第1の特徴は、アクチュエータ全体を支持する固定部に一端が接続された可撓性の中央支持部と、中央支持部の他端に接続され、第1の方向及び第1の方向に対向する第2の方向にそれぞれ変位可能な中央電極ユニットと、固定部に接続され、中央電極ユニットと嵌合することにより、中央電極ユニットを第1の方向へ変位した第1の変位状態、第2の方向へ変位した第2の変位状態、及び第1及び第2の方向の何れにも変位していない中央状態のうち少なくとも1つの状態に保持する嵌合ユニットと、固定部に一端が接続された可撓性の第1の側支持部と、第1の側支持部の他端に接続され、第2の方向に変位することにより嵌合ユニットが保持する第2の変位状態あるいは中央状態を解除する第1の側電極ユニットと、固定部に一端が接続された可撓性の第2の側支持部と、第2の側支持部の他端に接続され、第1の方向に変位することにより嵌合ユニットが保持する第1の変位状態あるいは中央状態を解除する第2の側電極ユニットとを有するアクチュエータであることを要旨とする。 The first feature of the present invention is that a flexible central support part having one end connected to a fixed part that supports the entire actuator, and a first direction and a first direction connected to the other end of the central support part. A central electrode unit that is displaceable in a second direction facing each other, and a first displacement state in which the central electrode unit is displaced in the first direction by being connected to the fixed portion and being fitted to the central electrode unit. A fitting unit that holds at least one of a second displacement state displaced in the second direction and a central state not displaced in any of the first and second directions, and one end of the fixing portion A connected first flexible side support and a second displacement state or center connected to the other end of the first side support and held by the fitting unit by being displaced in the second direction. The first side electrode unit that releases the state, and the fixed part A flexible second side support portion having ends connected thereto, and a first displacement state connected to the other end of the second side support portion and held by the fitting unit by being displaced in the first direction Or it makes it a summary to be an actuator which has the 2nd side electrode unit which cancels | releases a center state.
本発明の第2の特徴は、第1の特徴に係るアクチュエータと、中央電極ユニットに接続されたミラーと、ミラーの近傍において交差又は対向する1対の光導波路とを有する光デバイスであることを要旨とする。 A second feature of the present invention is an optical device having the actuator according to the first feature, a mirror connected to the central electrode unit, and a pair of optical waveguides that intersect or face each other in the vicinity of the mirror. The gist.
本発明によれば、短時間の電圧印加により可動部分を複数の状態に変位させ、且つその状態を保持することができるアクチュエータ及び光デバイスを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an actuator and an optical device capable of displacing a movable part into a plurality of states by applying a voltage for a short time and maintaining the state.
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
(第1の実施の形態)
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係るアクチュエータは、アクチュエータ全体を支持する固定部5と、固定部5にその一端が接続された可撓性の中央支持部6と、中央支持部6の他端に接続された中央電極ユニット1と、固定部5に接続された嵌合ユニット2と、固定部5にその一端が接続された可撓性の第1の側支持部7と、第1の側支持部7の他端に接続された第1の側電極ユニット3と、固定部5にその一端が接続された可撓性の第2の側支持部8と、第2の側支持部8の他端に接続された第2の側電極ユニット4とを有する。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the actuator according to the first embodiment of the present invention includes a
中央電極ユニット1は、中央支持部6が撓むことにより、第1の方向及び第1の方向に対向する第2の方向にそれぞれ変位可能である。嵌合ユニット2は、中央電極ユニット1と嵌合することにより、中央電極ユニット1を第1の方向へ変位した「第1の変位状態」、第2の方向へ変位した「第2の変位状態」、及び第1及び第2の方向の何れにも変位していない「中央状態」に保持する。第1の側電極ユニット3は、第2の方向に変位することにより嵌合ユニット2が保持する第2の変位状態あるいは中央状態を解除する。第2の側電極ユニット4は、第1の方向に変位することにより嵌合ユニット2が保持する第1の変位状態あるいは中央状態を解除する。
The center electrode unit 1 can be displaced in a first direction and a second direction opposite to the first direction by bending the
中央電極ユニット1は、中央支持部6の他端に接続された可動プレート12と、可動プレート12に第1の方向へ接続された第1の中央電極13と、可動プレート12に第2の方向へ接続された第2の中央電極14と、可動プレート12に第1及び第2の方向へ接続された中央嵌合部(15a、15b)とを有する。第1の側電極ユニット3は、第1の側支持部7の他端に接続された第1の側電極18と、第1の側電極18に接続された第1の嵌合解除部19とを有する。第2の側電極ユニット4は、第2の側支持部8の他端に接続された第2の側電極21と、第2の側電極21に接続された第2の嵌合解除部22とを有する。図1においては、第1の方向が左方向に相当し、第2の方向が右方向に相当する。
The central electrode unit 1 includes a
中央嵌合部(15a、15b)は、可動プレート12に第1の方向へ接続された第1の中央嵌合部15aと、可動プレート12に第2の方向へ接続された第2の中央嵌合部15bとを有する。即ち、第1の中央嵌合部15aは、可動プレート12に連結されて第1の方向へ延ばされている。第2の中央嵌合部15bは、可動プレート12に連結されて第2の方向へ延ばされている。嵌合ユニット2は、第1の中央嵌合部15aと嵌合する第1の側嵌合部2aと、第2の中央嵌合部15bと嵌合する第2の側嵌合部2bとを有する。
The central fitting portions (15a, 15b) are a first
第1の中央嵌合部15aは、第1の中央爪32aと、第1の側爪33aとを有する。第2の中央嵌合部15bは、第2の中央爪32bと、第2の側爪33bとを有する。第1の側嵌合部2aは、第1の嵌合爪31aと、第1の嵌合解除部19に接触する第1の凸部16aとを有する。第2の側嵌合部2bは、第2の嵌合爪31bと、第2の嵌合解除部22に接触する第2の凸部16bとを有する。
The 1st center fitting
可動プレート12、第1の側電極18、及び第2の側電極21は、それぞれ4本の可撓性の支持部6〜8に懸吊されている。第1及び第2の中央電極13、14は、可動プレート12の両脇にそれぞれ配置されている。固定部5は、MEMS構造体の基本構成要素である。なお、支持部6〜8は、それぞれ上下1本づつであっても構わないし、折り返し構造にすることも可能である。折り返し構造である場合、撓んだ場合の支持部6〜8の伸びを緩和することができる。支持部6〜8によって、中央電極ユニット1、第1の側電極ユニット3、及び第2の側電極ユニット4は、それぞれ第1及び第2の方向、即ち、直線的(一次元的)に可動することができる。
The
可動プレート12、第1の中央電極13、第2の中央電極14、及び中央嵌合部(15a、15b)は、中央支持部6が撓むことにより、第1及び第2の方向にそれぞれ変位可能である。第1の側電極18は、第1の側支持部7が撓むことにより、第2の方向に変位可能である。第2の側電極21は、第2の側支持部8が撓むことにより、第1の方向に変位可能である。
The
第1の中央電極13と第1の側電極18の間に電位差を生じさせることにより、第1の中央電極13を含む中央電極ユニット1は第1の方向へ変位し、第1の側電極18を含む第1の側電極ユニット3は第2の方向へ変位する。一方、第2の中央電極14と第2の側電極21の間に電位差を生じさせることにより、第2の中央電極14を含む中央電極ユニット1は第2の方向へ変位し、第2の側電極21を含む第2の側電極ユニット4は第1の方向へ変位する。
By generating a potential difference between the first
第1の側嵌合部2aは、第1の嵌合爪31aと第1の中央嵌合部15aの第1の中央爪32aと嵌合することにより、可動プレート12を中央状態に保持する。また、第1の側嵌合部2aは、第1の嵌合爪31aと第1の中央嵌合部15aの第1の側爪33aと嵌合することにより、可動プレート12を第2の変位状態に保持する。即ち、第1の中央爪32aは、可動プレート12が中央状態よりも第1の方向へ移動することを防止し、第1の側爪33aは、可動プレート12が第2の変位状態よりも第1の方向へ移動することを防止する。一方、第2の側嵌合部2bは、第2の嵌合爪31bと第2の中央嵌合部15bの第2の中央爪32bと嵌合することにより、可動プレート12を中央状態に保持する。また、第2の側嵌合部2bは、第2の嵌合爪31bと第2の中央嵌合部15bの第2の側爪33bと嵌合することにより、可動プレート12を第1の変位状態に保持する。即ち、第2の中央爪32bは、可動プレート12が中央状態よりも第2の方向へ移動することを防止し、第2の側爪33bは、可動プレート12が第1の変位状態よりも第2の方向へ移動することを防止する。このようにして、嵌合ユニット2は、中央嵌合部(15a、15b)と嵌合することにより、可動プレート12を第1の変位状態、第2の変位状態、及び中央状態に保持する。なお、可動プレート12が中央状態にある場合において、第1の嵌合爪31aと第1の中央爪32aとは嵌合している、つまり両者の隙間がゼロであるか、或いは極微小な間隔を空けて近接配置されている。同様に、可動プレート12が中央状態にある場合において、第2の嵌合爪31bと第2の中央爪32bとは嵌合している、つまり両者の隙間がゼロであるか、或いは極微小な間隔を空けて近接配置されている。
The 1st side
第1の嵌合解除部19は、第1の側電極18が第2の方向に変位することにより、第1の凸部16aを押して第1の側嵌合部2aを撓ませ、そして、第1の中央爪32aと第1の嵌合爪31aの間の嵌合或いは第1の側爪33aと第1の嵌合爪31aの間の嵌合を解除する。一方、第2の嵌合解除部22は、第2の側電極21が第1の方向に変位することにより、第2の凸部16bを押して第2の側嵌合部2bを撓ませ、そして、第2の中央爪32bと第2の嵌合爪31bの間の嵌合或いは第2の側爪33bと第2の嵌合爪31bの間の嵌合を解除する。即ち、第1及び第2の嵌合解除部19、22は、嵌合ユニット2を撓ませて中央嵌合部(15a、15b)と嵌合ユニット2の間の嵌合を解除する。
When the
なお、中央嵌合部(15a、15b)、嵌合ユニット(2a、2b)、第1及び第2の嵌合解除部(19、22)、及び第1及び第2の中央爪(32a、32b)は、第1及び第2の方向に対して垂直な方向に対象に配置されている。しかし、片側だけであっても、状態保持機能を発揮することができる。 In addition, a center fitting part (15a, 15b), a fitting unit (2a, 2b), a 1st and 2nd fitting cancellation | release part (19, 22), and a 1st and 2nd center nail | claw (32a, 32b) ) Is arranged in a direction perpendicular to the first and second directions. However, the state holding function can be exhibited even on only one side.
また、第1の中央電極13と第1の側電極18間の電気的短絡、及び第2の中央電極14と第2の側電極12間の電気的短絡を防止する施策は、図18(a)乃至図18(d)を参照して後述する。
Further, a measure for preventing an electrical short circuit between the first
図2(a)に示すように、中央支持部6の一端は、固定部5に接続/固定されている。図2(b)及び図2(c)は、図2(a)の点線で囲んだ領域35を拡大して示す。固定部5及び中央支持部6は、第1の層内に配置され、固定部5は、第1の層の下に絶縁膜36を介して重ね合わされた第2の層内に配置されている基板37に接続されている。中央支持部6は、基板37の上方に重ね合わせて配置されている。しかし、中央支持部6と基板37との間に絶縁膜36は配置されておらず、中央支持部6は、基板37に対して自由に撓む(変位する)ことができる。同様に、図1に示した第1及び第2の側支持部7、8及び嵌合ユニット(2a、2b)も、基板37の上方に絶縁膜36を介さずに配置され、基板37に対して自由に撓むことができる。更に、中央支持部6に接続された中央電極ユニット1、第1及び第2の側支持部7、8に接続された第1及び第2の側電極ユニット3、4、及び嵌合ユニット2も、基板37の上方に絶縁膜36を介さずに配置され、基板37に対して自由に変位することができる。
As shown in FIG. 2A, one end of the
なお、図2(b)及び図2(c)に示した構造は、半導体プロセスを用いて容易に形成可能である。即ち、フォトリソグラフィ法、反応性イオンエッチング法(RIE法)などの異方性エッチング法、及び絶縁膜(酸化膜)36のウェットエッチング法を用いて、図2(b)及び図2(c)に示した構造を容易に実現することができる。 Note that the structure shown in FIGS. 2B and 2C can be easily formed using a semiconductor process. 2B and 2C using an anisotropic etching method such as a photolithography method, a reactive ion etching method (RIE method), and a wet etching method of the insulating film (oxide film) 36. The structure shown in (5) can be easily realized.
次に、図3〜図14を参照して、図1に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する。 Next, the operation of the actuator shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIGS.
先ず、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)が中央状態から第2の変位状態へ移動する場合について説明する。 First, the case where the center electrode unit (12-14, 15a, 15b) moves from the center state to the second displacement state will be described.
(イ)第2の中央電極14と第2の側電極21の間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)に接地電位(アース)を印加し、第2の側電極21に対して所定の電圧を印加する。すると、図3に示すように、第2の中央電極14と第2の側電極21の間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。しかし、第2の中央爪32bが第2の嵌合爪31bと嵌合(干渉)している為、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、中央状態から第2の方向へ変位することができない。一方、第2の側電極ユニット(21、22)は、第2の側支持部8が撓むことにより、第1の方向へ変位する。第1の方向への変位と同時に、第2の嵌合解除部22は第2の凸部16bに応力を加えるため、第2の側嵌合部2bは内側へ撓む。
(A) A potential difference is generated between the second
(ロ)第2の側嵌合部2bがある一定値以上内側へ撓むと、図4に示すように、第2の中央爪32bと第2の嵌合爪31bとの嵌合が解除される。即ち、第2の側嵌合部2bが保持していた中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)の中央状態が解除される。従って、中央状態の解除と同時に、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、中央支持部6が撓むことにより、第2の方向へ変位し始める。
(B) When the second side
(ハ)中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)が第2の方向へ変位すると、図5に示すように、第1の側爪33aは第1の嵌合爪31aに応力を加え、第1の側嵌合部2aは内側へ撓む。
(C) When the center electrode unit (12-14, 15a, 15b) is displaced in the second direction, as shown in FIG. 5, the
(ニ)中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)が更に第2の方向へ変位して、第1の側爪33aが第1の嵌合爪31aから外れると、図6に示すように、第1の嵌合爪31aへの応力が無くなり、撓んでいた第1の側嵌合部2aが弾性力により元の状態に戻る。すると、第1の嵌合爪31aは第1の側爪33aと嵌合して、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、第1の方向へ変位することができなくなる。即ち、第1の側嵌合部2aは、第1の中央嵌合部15aと嵌合することにより、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)を、第2の方向へ変位した第2の変位状態に保持する。したがって、第2の側電極21に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図7に示すように、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、安定して第2の変位状態に保持される。
(D) When the center electrode unit (12-14, 15a, 15b) is further displaced in the second direction and the
次に、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)が第2の変位状態から第1の変位状態へ移動する場合について説明する。 Next, the case where the central electrode unit (12-14, 15a, 15b) moves from the second displacement state to the first displacement state will be described.
(ホ)第1の中央電極13と第1の側電極18の間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)に接地電位(アース)を印加し、第1の側電極18に対して所定の電圧を印加する。すると、図7に示すように、第1の中央電極13と第1の側電極18の間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。しかし、第1の側爪33aが第1の嵌合爪31aと嵌合(干渉)している為、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、第2の変位状態から第1の方向へ変位することができない。一方、図8に示すように、第1の側電極ユニット(18、19)は、第1の側支持部7が撓むことにより、第2の方向へ変位する。第2の方向への変位と同時に、第1の嵌合解除部19は第1の凸部16aに応力を加えるため、第1の側嵌合部2aは内側へ撓む。
(E) A potential difference is generated between the first
(へ)第1の側嵌合部2aがある一定値以上内側へ撓むと、図8に示すように、第1の側爪33aと第1の嵌合爪31aとの嵌合が解除される。即ち、第1の側嵌合部2aが保持していた中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)の第2の変位状態が解除される。従って、図9に示すように、第2の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、第1の中央電極13の静電引力により、第1の方向へ変位し始める。
(F) When the first side
(ト)中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)が第1の方向へ変位すると、図9に示すように、第2の側爪33bは第2の嵌合爪31bに応力を加え、第2の側嵌合部2bは内側へ撓む。中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)が更に第1の方向へ変位して、第2の側爪33bが第2の嵌合爪31bから外れると、図10に示すように、第2の嵌合爪31bへの応力が無くなり、撓んでいた第2の側嵌合部2bが弾性力により元の状態に戻る。すると、第2の嵌合爪31bは第2の側爪33bと嵌合して、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、第2の方向へ変位することができなくなる。即ち、第2の側嵌合部2bは、第2の中央嵌合部15bと嵌合することにより、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)を、第1の方向へ変位した第1の変位状態に保持する。したがって、第1の側電極18に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図11に示すように、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、安定して第1の変位状態に保持される。
(G) When the center electrode unit (12-14, 15a, 15b) is displaced in the first direction, as shown in FIG. 9, the
次に、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)が第1の変位状態から中央状態へ移動する場合について説明する。 Next, the case where the central electrode unit (12-14, 15a, 15b) moves from the first displacement state to the central state will be described.
(チ)中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)に接地電位(アース)を印加し、第1の側電極18及び第2の側電極21に対して所定の電圧をそれぞれ印加する。すると、図12に示すように、第1の中央電極13と第1の側電極18の間、及び第1の中央電極14と第2の側電極21の間で静電引力が生じ、第1の側電極ユニット(18、19)及び第2の側電極ユニット(21、22)は中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)へ引き寄せられる方向に変位する。即ち、第1の側電極ユニット(18、19)は第2の方向に変位し、第2の側電極ユニット(21、22)は第1の方向に変位する。一方、第2の側爪33bが第2の嵌合爪31bと嵌合(干渉)している為、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、第1の変位状態に保持されて第2の方向へ変位することができない。
(H) A ground potential (earth) is applied to the central electrode units (12 to 14, 15a, 15b), and predetermined voltages are applied to the
(リ)図12に示すように、第2の側電極ユニット(21、22)が第1の方向へ変位すると、第2の嵌合解除部22は第2の凸部16bに応力を加えるため、第2の側嵌合部2bは内側へ撓む。
(L) As shown in FIG. 12, when the second side electrode unit (21, 22) is displaced in the first direction, the second
(ヌ)第2の側嵌合部2bがある一定値以上内側へ撓むと、図13に示すように、第2の側爪33bと第2の嵌合爪31bとの嵌合が解除される。即ち、第2の側嵌合部2bが保持していた中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)の第1の変位状態が解除される。従って、第1の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、中央支持部6の弾性力により、第2の方向へ変位し始める。
(Nu) When the second side
(ル)中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)は、図14に示すように、第1の側電極18及び第2の側電極21による静電引力が釣り合い、左右の引力が相殺されるので、中央支持部6の弾性力により中央状態まで移動して中央状態で安定する。そして、第1の側電極18及び第2の側電極21に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図1に示したように、第1の側嵌合部2a及び第2の側嵌合部2bは、弾性力により元の状態に復元して、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)を安定して中央状態に保持する。第1の側電極ユニット(18、19)及び第2の側電極ユニット(21、22)も、第1及び第2の側支持部7、8の弾性力により元の状態に戻る。
(L) As shown in FIG. 14, the central electrode units (12-14, 15a, 15b) balance the electrostatic attraction by the
このように、第1の側電極18或いは第2の側電極21の何れかに荷電する前までは、可動プレート12は、状態保持作用により中央位置に固定されている。第1の側電極18或いは第2の側電極21の何れかに荷電することにより、中央状態での状態保持作用が解除される。そして、可動プレート12は荷電された電極18、21の方向へ移動し、新たな位置での状態保持作用が働く。そして、反対側電極21、18を荷電すると可動プレート12は、反対側電極21、18の動きにより現位置での状態保持作用が解除されると同時に引き寄せられ、中央位置を通過して反対側変位状態において状態保持作用が働き固定される。第1及び第2の側電極18、21に同時に荷電するか、或いは中央電極13、14に荷電すると、第1及び第2の側電極18、21の動きにより、現位置での状態保持作用が解除される。そして、可動プレート12は、第1の側電極18と第2の側電極21の静電引力が相殺される中央位置まで中央支持部6のバネ力により復元し、中央位置において状態保持作用が働き、固定される。
As described above, the
以上説明したように、嵌合ユニット(2a、2b)は、第1及び第2の変位状態及び中央状態において、中央嵌合部(15a、15b)と嵌合することにより、中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)を安定して第1及び第2の変位状態及び中央状態に保持することができる。よって、第1及び第2の変位状態及び中央状態における中央電極ユニット(12〜14、15a、15b)の位置精度を向上させることができる。 As described above, the fitting unit (2a, 2b) is fitted to the center fitting portion (15a, 15b) in the first and second displacement states and the center state, thereby the center electrode unit (12). -14, 15a, 15b) can be stably held in the first and second displacement states and the central state. Therefore, the position accuracy of the central electrode units (12 to 14, 15a, 15b) in the first and second displacement states and the central state can be improved.
また、可動プレート12を第1及び第2の変位状態にそれぞれ保持することにより、第1の側電極18或いは第2の側電極21に常時通電する必要が無くなくなる。
Further, by holding the
また、第1の側電極18及び第2の側電極21に荷電せず、可動プレート12が中央状態に位置する場合において振動や衝撃などの外力が作用しても、中央支持部6は撓むことなく、可動プレート12は揺動することがない、或いは、ごく僅かな揺動のみに規制され、実質上固定される。
Further, when the
中央電極ユニット1、第1の側電極ユニット3、及び第2の側電極ユニット4に、短時間だけ荷電するだけで、可動プレート12を3つの状態(第1及び第2の変位状態、及び中央状態)に移動させ、且つその状態で安定して固定することができる。即ち、スイッチとして極めて有効な構造を構築することができ、各種スイッチに応用可能なMEMSアクチュエータを提供することができる。
By only charging the central electrode unit 1, the first
本発明の第1の実施の形態では、中央電極ユニット1、第1の側電極ユニット3、及び第2の側電極ユニット4から成る3つのコム電極による構成を図42に示した関連技術のそれと同じままとし、左右位置におけるラッチ機能を付加すると共に中央電極ユニット1の中央位置での安定性も確保する。それにより、3位置の静電アクチュエータを提供して、各種機能のMEMS式光スイッチを構成することができる。
In the first embodiment of the present invention, the configuration of three comb electrodes including the central electrode unit 1, the first
(第1の実施の形態の第1の変形例)
図1に示したアクチュエータは、第1及び第2の変位状態及び中央状態においてそれぞれ状態保持作用(ラッチ機能)を有していた。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。第1の実施の形態に係るアクチュエータは、第1の変位状態、第2の変位状態、及び中央状態のうち少なくとも1つの状態において状態保持作用を有していればよい。そこで、本発明の第1の実施の形態の第1乃至第3の変形例において、嵌合ユニット2が、第1の変位状態、第2の変位状態、及び中央状態のうち少なくとも1つの状態に保持する場合について説明する。
(First modification of the first embodiment)
The actuator shown in FIG. 1 has a state holding action (latch function) in each of the first and second displacement states and the center state. However, the present invention is not limited to this. The actuator according to the first embodiment only needs to have a state holding action in at least one of the first displacement state, the second displacement state, and the center state. Therefore, in the first to third modifications of the first embodiment of the present invention, the
先ず第1の変形例においては、嵌合ユニット2が、第1の変位状態及び中央状態に中央電極ユニット1を保持する場合について説明する。
First, in the first modification, the case where the
図15に示すように、本発明の第1の実施の形態の第1の変形例に係るアクチュエータは、図1のアクチュエータに比して、
(イ)第1の中央嵌合部15aが、第1の中央爪32aのみを有し、図1の第1の側爪33aを有さない点
が異なり、他の構成は総て同じである。
As shown in FIG. 15, the actuator according to the first modification of the first embodiment of the present invention is compared with the actuator of FIG.
(B) The first central
第1の側嵌合部2aは、第1の嵌合爪31aと第1の中央嵌合部15aの第1の中央爪32aと嵌合することにより、可動プレート12を中央状態に保持する。しかし、第1の中央嵌合部15aが第1の側爪33aを有さない為、第1の側嵌合部2aは、第2の変位状態において第1の中央嵌合部15aと嵌合せず、可動プレート12を第2の変位状態に保持しない。一方、第2の側嵌合部2bは、第2の嵌合爪31bと第2の中央嵌合部15bの第2の中央爪32bと嵌合することにより、可動プレート12を中央状態に保持する。また、第2の側嵌合部2bは、第2の嵌合爪31bと第2の中央嵌合部15bの第2の側爪33bと嵌合することにより、可動プレート12を第1の変位状態に保持する。このようにして、嵌合ユニット2は、中央嵌合部(15a、15b)と嵌合することにより、可動プレート12を第1の変位状態及び中央状態に保持するが、第2の変位状態には保持しない。
The 1st side
このように、第1の中央嵌合部15aから第1の側爪33aを除去することにより、可動プレート12が第2の方向へ移動しても、第1の中央嵌合部15aは第1の側嵌合部2aと嵌合することができない。したがって、第2の側電極21を除電すると、可動プレート12は即時に中央位置に戻る。左右の状態保持機能のうち一方のみを除去することにより、2つの固定位置と、荷電時のみ移動する1つの位置を持つことができる。電荷のオン/オフに即応したスイッチ動作を必要とする場合に応用可能である。
Thus, even if the
なお、図15では、第1の中央嵌合部15aから第1の側爪33aを除去した場合について示したが、第2の中央嵌合部15bから第2の側爪33bを除去した場合についても同様であることは言うまでも無い。
In addition, in FIG. 15, although shown about the case where the 1st side nail |
(第1の実施の形態の第2の変形例)
次に第2の変形例においては、嵌合ユニット2が、第1の変位状態及び第2の変位状態に中央電極ユニット1を保持する場合について説明する。
(Second modification of the first embodiment)
Next, in the second modification, a case where the
図16に示すように、本発明の第1の実施の形態の第2の変形例に係るアクチュエータは、図1のアクチュエータに比して、
(イ)第1の中央嵌合部15aが、第1の側爪33aのみを有し、図1の第1の中央爪32aを有さない点、及び
(ロ)第2の中央嵌合部15bが、第2の側爪33bのみを有し、図1の第2の中央爪32bを有さない点
が異なり、他の構成は総て同じである。
As shown in FIG. 16, the actuator according to the second modification of the first embodiment of the present invention is compared with the actuator of FIG.
(B) The first center
第1の側嵌合部2aは、第1の嵌合爪31aと第1の中央嵌合部15aの第1の側爪33aと嵌合することにより、可動プレート12を第2の変位状態に保持する。しかし、第1の中央嵌合部15aが第1の中央爪32aを有さない為、第1の側嵌合部2aは、中央状態において第1の中央嵌合部15aと嵌合せず、可動プレート12を中央状態に保持しない。一方、第2の側嵌合部2bは、第2の嵌合爪31bと第2の中央嵌合部15bの第2の側爪33bと嵌合することにより、可動プレート12を第1の変位状態に保持する。しかし、第2の中央嵌合部15bが第2の中央爪32bを有さない為、第2の側嵌合部2bは、中央状態において第2の中央嵌合部15bと嵌合せず、可動プレート12を中央状態に保持しない。このようにして、嵌合ユニット2は、中央嵌合部(15a、15b)と嵌合することにより、可動プレート12を第1の変位状態及び第2の変位状態に保持するが、中央状態には保持しない。
The first side
このように、第1及び第2の中央嵌合部15a、15bから第1及び第2の中央爪32a、32bを除去することにより、可動プレート12が中央位置にあっても、第1及び第2の中央嵌合部15a、15bは第1及び第2の側嵌合部2a、2bと嵌合することができない。即ち、アクチュエータは、中央状態における状態保持作用(ラッチ機能)を有さない。外部からの振動や衝撃などによって中央位置での可動プレート12が微小揺動することを利用するセンシング等への適用が可能である。この場合、第1及び第2の変位状態での状態保持機能は、外部からの振動や衝撃が所定のしきい値以上になった時のリミッタとして用いることもできる。
In this way, by removing the first and second
(第1の実施の形態の第3の変形例)
次に第3の変形例においては、嵌合ユニット2が、中央状態に中央電極ユニット1を保持する場合について説明する。
(Third modification of the first embodiment)
Next, in the third modification, a case where the
図17に示すように、本発明の第1の実施の形態の第3の変形例に係るアクチュエータは、図1のアクチュエータに比して、
(イ)第1の中央嵌合部15aが、第1の中央爪32aのみを有し、図1の第1の側爪33aを有さない点、及び
(ロ)第2の中央嵌合部15bが、第2の中央爪32bのみを有し、図1の第2の側爪33bを有さない点
が異なり、他の構成は総て同じである。
As shown in FIG. 17, the actuator according to the third modification of the first embodiment of the present invention is compared with the actuator of FIG.
(B) The first center
第1の側嵌合部2aは、第1の嵌合爪31aが第1の中央嵌合部15aの第1の中央爪32aと嵌合することにより、中央電極ユニット1を中央状態から第1の方向へ変位することを防止する、即ち、可動プレート12を中央状態に保持する。しかし、第1の中央嵌合部15aが第1の側爪33aを有さない為、第1の側嵌合部2aは、第2の変位状態において第1の中央嵌合部15aと嵌合せず、可動プレート12を第2の変位状態に保持しない。一方、第2の側嵌合部2bは、第2の嵌合爪31bが第2の中央嵌合部15bの第2の中央爪32bと嵌合することにより、中央電極ユニット1を中央状態から第2の方向へ変位することを防止する、即ち、可動プレート12を中央状態に保持する。しかし、第2の中央嵌合部15bが第2の側爪33bを有さない為、第2の側嵌合部2bは、第1の変位状態において第2の中央嵌合部15bと嵌合せず、可動プレート12を第1の変位状態に保持しない。このようにして、嵌合ユニット2は、中央嵌合部(15a、15b)と嵌合することにより、可動プレート12を中央状態に保持するが、第1及び第2の変位状態には保持しない。
The 1st side
このように、第1及び第2の中央嵌合部15a、15bから第1及び第2の側爪33a、33bを除去することにより、可動プレート12が第1の変位状態或いは第2の変位状態にあっても、第1及び第2の中央嵌合部15a、15bは第1及び第2の側嵌合部2a、2bと嵌合することができない。即ち、アクチュエータは、第1及び第2の変位状態における状態保持作用(ラッチ機能)を有さない。第1の側電極18或いは第2の側電極21を除電すると、可動プレート12は即時に中央位置へ戻る。したがって、左右の状態保持機能を除去することにより、1つの固定位置と、荷電時のみ移動する2つの位置を持つことができる。電荷のオン/オフに即応したスイッチ動作が必要な場合、いわゆる「ラッチ機能なし」型の光デバイスに適用することができる。
Thus, by removing the 1st and 2nd side nail |
(第1の実施の形態の第4の変形例)
第1の実施の形態に係るアクチュエータの駆動原理は中央電極13、14と第1及び第2の側電極18、21間の静電引力である。したがって、互いに噛み合う第1の中央電極13と第1の側電極18間、及び第2の中央電極14と第2の側電極21間は、電気的に絶縁されている必要が有る。
(Fourth modification of the first embodiment)
The driving principle of the actuator according to the first embodiment is electrostatic attraction between the
そこで、第1の実施の形態の第4の変形例では、これらの電極間の電気的絶縁方法について図18(a)乃至図18(d)を参照して説明する。 Therefore, in a fourth modification of the first embodiment, an electrical insulation method between these electrodes will be described with reference to FIGS. 18 (a) to 18 (d).
図18(a)に示すように、第1の嵌合解除部19を不導体で形成することにより、第1の中央電極13と第1の側電極18間の電気的短絡を防止することができる。具体的には、図1に示した第1の中央電極13は、第1の中央嵌合部15a−第1の側嵌合部2a−第1の嵌合解除部19を介して、第1の側電極18に接続されている。図18(a)においては、第1の中央嵌合部15a、第1の側嵌合部2a、第1の嵌合解除部19のうち、第1の嵌合解除部19を不導体で形成することにより、上記の電気的な接続経路の一部を不導体で構成することが出来るため、第1の中央電極13と第1の側電極18間の電気的短絡を防止することができる。
As shown in FIG. 18A, by forming the first
なお、図示は省略したが、同様にして、第2の嵌合解除部22を不導体で形成することにより、第2の中央電極14と第2の側電極21間の電気的短絡を防止することができる。
Although illustration is omitted, similarly, the second
また、不導体で形成する第1及び第2の嵌合解除部19、22を他の構成要素と一体形成せず、別工程で形成し、後から取り付けても構わない。或いは、形状加工前に予め第1及び第2の嵌合解除部19、22の一部分に相当する部分を不導体としておき、MEMS構造を形成した後、第1及び第2の嵌合解除部19、22が部分的に不導体を含む構成になっていても構わない。
Further, the first and second
図18(b)に示すように、第1の側嵌合部2aを不導体で形成することにより、第1の中央電極13と第1の側電極18間の電気的短絡を防止することができる。具体的には、図1に示した第1の中央電極13と第1の側電極18との間を接続する、第1の中央嵌合部15a、第1の側嵌合部2a、及び第1の嵌合解除部19のうち、第1の側嵌合部2aを不導体で形成することにより、上記の電気的な接続経路の一部を不導体で構成することが出来るため、第1の中央電極13と第1の側電極18間の電気的短絡を防止することができる。
As shown in FIG. 18B, by forming the first side
なお、図示は省略したが、同様にして、第2の側嵌合部2bを不導体で形成することにより、第2の中央電極14と第2の側電極21間の電気的短絡を防止することができる。
Although illustration is omitted, similarly, the second side
また、不導体で形成する第1及び第2の側嵌合部2a、2bを他の構成要素と一体形成せず、別工程で形成し、後から取り付けても構わない。或いは、形状加工前に予め第1及び第2の側嵌合部2a、2bの一部分に相当する部分を不導体としておき、MEMS構造を形成した後、第1及び第2の側嵌合部2a、2bが部分的に不導体を含む構成になっていても構わない。
Further, the first and second
図18(d)に示すように、第1の中央嵌合部15aの一部を不導体で形成することにより、第1の中央電極13と第1の側電極18間の電気的短絡を防止することができる。具体的には、図1に示した第1の中央電極13と第1の側電極18との間を接続する、第1の中央嵌合部15a、第1の側嵌合部2a、及び第1の嵌合解除部19のうち、第1の中央嵌合部15aの一部を不導体で形成することにより、上記の電気的な接続経路の一部を不導体で構成することが出来るため、第1の中央電極13と第1の側電極18間の電気的短絡を防止することができる。
As shown in FIG. 18 (d), a part of the first center
なお、図示は省略したが、同様にして、第2の中央嵌合部15bの一部を不導体で形成することにより、第2の中央電極14と第2の側電極21間の電気的短絡を防止することができる。
Although illustration is omitted, similarly, a part of the second
また、不導体で形成する第1及び第2の中央嵌合部15a、15bの一部を他の構成要素と一体形成せず、別工程で形成し、後から取り付けても構わない。或いは、形状加工前に予め第1及び第2の中央嵌合部15a、15bの一部に相当する部分を不導体としておき、MEMS構造を形成した後、第1及び第2の中央嵌合部15a、15bが部分的に不導体を含む構成になっていても構わない。
In addition, a part of the first and second
図18(c)に示すように、第1の側電極18の一部を不導体で形成することにより、第1の中央電極13と第1の側電極18間の電気的短絡を防止することができる。具体的には、図1に示した第1の中央電極13と第1の側電極18との間を接続する、第1の中央嵌合部15a、第1の側嵌合部2a、及び第1の嵌合解除部19のうち、第1の側電極18の一部を不導体で形成することにより、上記の電気的な接続経路の一部を不導体で構成することが出来るため、第1の中央電極13と第1の側電極18間の電気的短絡を防止することができる。但し、不導体で形成する第1の側電極18の一部は、第1の側電極18が有する櫛歯板と第1の嵌合解除部19との間の一部分である。
As shown in FIG. 18C, a part of the
なお、図示は省略したが、同様にして、第2の側電極21の一部を不導体で形成することにより、第2の中央電極14と第2の側電極21間の電気的短絡を防止することができる。
Although illustration is omitted, similarly, a part of the
また、不導体で形成する第1及び第2の側電極18、21の一部を他の構成要素と一体形成せず、別工程で形成し、後から取り付けても構わない。或いは、形状加工前に予め第1及び第2の側電極18、21の一部に相当する部分を不導体としておき、MEMS構造を形成した後、第1及び第2の側電極18、21が部分的に不導体を含む構成になっていても構わない。
Also, a part of the first and
(第1の実施の形態の第5の変形例)
互いに噛み合う電極間の電気的短絡を防止するには、図18(a)乃至図18(d)に示したように構成要素の一部を不導体で形成するだけでなく、互いに噛み合う電極間に新たな電極を更に付加しても更に有効である。そこで、第5の変形例では、第1の中央電極13と第1の側電極18間、及び第2の中央電極14と第2の側電極21間は、櫛歯状の固定電極23a、23b、24a、24bを配置したアクチュエータについて説明する。
(Fifth modification of the first embodiment)
In order to prevent an electrical short circuit between the electrodes meshing with each other, as shown in FIGS. 18 (a) to 18 (d), not only a part of the component is formed of a non-conductor, but also between the electrodes meshing with each other. It is more effective to add a new electrode. Therefore, in the fifth modification, there are comb-shaped
図19に示すように、第1の実施の形態の第5の変形例に係るアクチュエータは、図1のアクチュエータに比して、
(イ)固定部5に接続され、第1の中央電極13と第1の側電極18の間に配置された第1の固定電極23a、23bと、固定部5に接続され、第2の中央電極14と第2の側電極21の間に配置された第2の固定電極24a、24bとを更に有する点
が異なり、他の構成は総て同じである。したがって、第1の中央電極13及び第1の側電極18は、第1の固定電極23a、23bにそれぞれ対向して配置され、第2の中央電極14及び第2の側電極21は、第2の固定電極24a、24bにそれぞれ対向して配置される。また、第1及び第2の中央嵌合部15a、15bが第1及び第2の方向へ延ばされている為、第1及び第2の固定電極は、それぞれ2つの部分(23a、23b、24a、24b)に分割されている。
As shown in FIG. 19, the actuator according to the fifth modification example of the first embodiment is compared with the actuator of FIG. 1.
(A) First fixed
第1及び第2の固定電極23a、23b、24a、24bは、固定部5に接続され、可撓性を有さない為、第1の方向及び第2の方向の何れにも変位しない。
Since the first and second
第1の中央電極13と第1の固定電極23a、23bの間に電位差を生じさせることにより、中央電極ユニット1は第1の方向へ変位する。第1の固定電極23a、23bと第1の側電極18の間に電位差を生じさせることにより、第1の側電極ユニット3は第2の方向へ変位する。一方、第2の中央電極14と第2の固定電極24a、24bの間に電位差を生じさせることにより、中央電極ユニット1は第2の方向へ変位する。第2の固定電極24a、24bと第2の側電極21の間に電位差を生じさせることにより、第2の側電極ユニット4は第1の方向へ変位する。なおここでは、中央電極ユニット1、第1の側電極ユニット3、及び第2の側電極ユニット4に接地電位を印加し、第1及び第2の固定電極23a、23b、24a、24bに対して荷電することにより、中央電極ユニット1、第1の側電極ユニット3、及び第2の側電極ユニット4を稼動させる。
By generating a potential difference between the first
なお、図19に示すアクチュエータの動作は、図3〜図14に示した動作とほぼ同じである為、説明を省略する。 The operation of the actuator shown in FIG. 19 is almost the same as the operation shown in FIGS.
以上説明したように、第1及び第2の固定電極23a、23b、24a、24bを新たに設けることにより、容易に電極間の短絡防止策を取ることができる。
As described above, by newly providing the first and second
また、第4の変形例で説明したような構成要素の一部を不導体で形成する必要がなくなるため、不導体を形成するための製造工程を省略することができる。 In addition, since it is not necessary to form part of the constituent elements as described in the fourth modification with a non-conductor, the manufacturing process for forming the non-conductor can be omitted.
(第1の実施の形態の第6の変形例)
図1に示したアクチュエータを使用する際、可動プレート12の動きをアクチュエータの外部に取り出す必要がある。また、図1に示したアクチュエータのMEMS構造は、基本的には第1及び第2の方向に垂直な方向(上下方向)に対称であり、力のバランスを考慮すると、可動プレートの動きを外部へ取り出すレバーは、線対称の軸線上にあることが望ましい。特に、図1に示したアクチュエータのMEMS構造は、図2(b)のように、基板37上の単層内に総ての構成要素が形成されている、いわゆる単層構造(平面的構造)であるため、第1及び第2の側電極18、21が障害となって、上記のレバーを対称軸上に形成することが出来ない。そこで、第6の変形例では、第1及び第2の側電極18、21を上下方向に2分割して、中央嵌合部15a、15bに連結されたレバーが、分断された第1及び第2の側電極18、21を貫通して第1及び第2の方向に延長された場合について説明する。
(Sixth modification of the first embodiment)
When the actuator shown in FIG. 1 is used, it is necessary to take out the movement of the
図20に示すように、第1の実施の形態の第6の変形例に係るアクチュエータは、図1のアクチュエータに比して、
(イ)第1及び第2の側電極18、21、嵌合ユニット(2a、2b)、及び第1及び第2の嵌合解除部19、22は、中央嵌合部(15a、15b)を境にして2つの部分にそれぞれ分割され、中央嵌合部は、2つの部分の間を貫通している点
が異なり、他の構成は総て同じである。すなわち、中央嵌合部(15a、15b)は、分割された2つの部分の間を貫通して延長されたレバー25、26を更に有する。
As shown in FIG. 20, the actuator according to the sixth modification of the first embodiment is compared with the actuator of FIG.
(A) The first and
このようにして、レバー25、26が、可動プレート12の動きを対称軸の軸線上でアクチュエータの外部に引き出すことができ、力の釣り合いを取ることができる。特に、第1の実施の形態に係るアクチュエータのように、単層構造(平面的構造)を有する場合に有効である。
In this way, the
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態及びその変形例においては、図2(b)及び図2(c)に示したように、固定部5が絶縁膜36を介して基板37に固定され、その他の構成要素(可動部分)が、基板37の上方に配置されていた。即ち、アクチュエータの総ての構成要素が、基板37上の1つの層(第1の層)内に配置され、単層構造(平面的構造)を有していた。しかし、アクチュエータの構成要素を、複数の層内に分散させ、且つ重ね合わせて配置させても構わない。そこで、本発明の第2の実施の形態では、荷電/除電される電極部分と、可動プレートの各状態を保持し、嵌合を解除する状態保持/嵌合解除部分とを、上下2つの層に分散させ、且つ重ね合わせて配置したアクチュエータの例について説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment and its modification, as shown in FIGS. 2B and 2C, the fixing
図21に示すように、本発明の第2の実施の形態に係るアクチュエータは、アクチュエータ全体を支持する固定部55と、固定部55にその一端が接続された可撓性の中央支持部56と、中央支持部56の他端に接続された中央電極ユニット51と、固定部55に接続された嵌合ユニット52と、固定部55にその一端が接続された可撓性の第1の側支持部57と、第1の側支持部57の他端に接続された第1の側電極ユニット53と、固定部55にその一端が接続された可撓性の第2の側支持部58と、第2の側支持部58の他端に接続された第2の側電極ユニット54とを有する。
As shown in FIG. 21, the actuator according to the second embodiment of the present invention includes a fixed
中央電極ユニット51は、中央支持部56が撓むことにより、第1の方向及び第2の方向にそれぞれ変位可能である。嵌合ユニット52は、中央電極ユニット51と嵌合することにより、中央電極ユニット51を第1の方向へ変位した「第1の変位状態」、第2の方向へ変位した「第2の変位状態」、及び第1及び第2の方向の何れにも変位していない「中央状態」に保持する。第1の側電極ユニット53は、第2の方向に変位することにより嵌合ユニット52が保持する第2の変位状態あるいは中央状態を解除する。第2の側電極ユニット54は、第1の方向に変位することにより嵌合ユニット52が保持する第1の変位状態あるいは中央状態を解除する。
The center electrode unit 51 can be displaced in the first direction and the second direction, respectively, as the
中央電極ユニット51は、中央支持部56の他端に接続された可動プレート62と、可動プレート62に第1の方向へ接続された第1の中央電極63と、可動プレート62に第2の方向へ接続された第2の中央電極64と、可動プレート62に第1及び第2の方向へ接続された中央嵌合部65とを有する。第1の側電極ユニット53は、第1の側支持部57の他端に接続された第1の側電極68と、第1の側電極68に接続された第1の嵌合解除部69とを有する。第2の側電極ユニット54は、第2の側支持部58の他端に接続された第2の側電極71と、第2の側電極71に接続された第2の嵌合解除部72とを有する。図21においては、第1の方向が左方向に相当し、第2の方向が右方向に相当する。
The central electrode unit 51 includes a
中央嵌合部65は、第1の方向の一端に配置された第1の嵌合爪81aと、第2の方向の他端に配置された第2の嵌合爪81bとを有する。嵌合ユニット52は、第1の方向に配置された第1の側爪83a、第1の中央爪82a、及び第1の凸部66aと、第2の方向に配置された第2の側爪83b、第2の中央爪82b、及び第2の凸部66bとを有する。第1の凸部66aは第1の嵌合解除部69に接触し、第2の凸部66bは第2の嵌合解除部72に接触している。
The center
前述したように、図21に示したアクチュエータの構成要素は、上下2つの層に分散され、且つ重ね合わせて配置されている。図22(a)は、図21のアクチュエータの構成要素のうちの第1の層(上層)内に配置されている構成要素を示す。 As described above, the constituent elements of the actuator shown in FIG. 21 are distributed in two upper and lower layers and arranged in an overlapping manner. Fig.22 (a) shows the component arrange | positioned in the 1st layer (upper layer) among the components of the actuator of FIG.
中央支持部56、第1の側支持部57、及び第2の側支持部58は、上層内に配置されている。中央電極ユニット(62〜65)の構成要素のうちで、可動プレート62、第1の中央電極63、第2の中央電極64は、上層内に配置されている。第1の側電極ユニット53の構成要素のうちで、第1の側電極68は、上層内に配置されている。第2の側電極ユニット54の構成要素のうちで、第2の側電極71は、上層内に配置されている。
The
可動プレート62と中央嵌合部65とが重なる部分(斜線で囲んだ部分)85には、絶縁膜が配置されている。中央嵌合部65は、この絶縁膜を介して可動プレート62に接続/固定されている。第1の側電極68と第1の嵌合解除部69とが重なる部分(斜線で囲んだ部分)86には、絶縁膜が配置されている。第1の嵌合解除部69は、この絶縁膜を介して第1の側電極68に接続/固定されている。第2の側電極71と第2の嵌合解除部72とが重なる部分(斜線で囲んだ部分)87には、絶縁膜が配置されている。第2の嵌合解除部72は、この絶縁膜を介して第2の側電極71に接続/固定されている。
An insulating film is disposed in a portion (a portion surrounded by oblique lines) 85 where the
図22(b)は、図21のアクチュエータの構成要素のうちの第1の層(上層)の下に絶縁膜を介して重ね合わされた第2の層(下層)内に配置されている構成要素を示す。 FIG. 22B shows the components arranged in the second layer (lower layer) superimposed on the first layer (upper layer) via the insulating film among the components of the actuator of FIG. Indicates.
中央電極ユニット(62〜65)の構成要素のうちで、中央嵌合部65は、下層内に配置されている。各爪(82a、82b、83a、83b)及び凸部(66a、66b)を含む嵌合ユニット52は、下層内に配置されている。第1の側電極ユニット53の構成要素のうちで、第1の嵌合解除部69は、下層内に配置されている。第2の側電極ユニット54の構成要素のうちで、第2の嵌合解除部72は、下層内に配置されている。
Of the components of the central electrode unit (62 to 65), the central
図23は、図22(a)及び図22(b)に示した上下層の各構成要素を重ね合わせた状態を示す。なお、図23において上層の一部を省略して下層の構成を示した。図21乃至図23を参照して、第2の実施の形態に係るアクチュエータの各構成要素の機能/作用を説明する。 FIG. 23 shows a state in which the constituent elements of the upper and lower layers shown in FIGS. 22 (a) and 22 (b) are overlapped. In FIG. 23, a part of the upper layer is omitted to show the structure of the lower layer. The function / action of each component of the actuator according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
可動プレート62は、4本の可撓性の中央支持部56に懸吊されている。第1の側電極68、及び第2の側電極69は、それぞれ上下1本づつの可撓性の支持部57、58に懸吊されている。第1及び第2の中央電極63、64は、可動プレート62の両脇にそれぞれ配置されている。固定部55は、MEMS構造体の基本構成要素である。なお、支持部56〜58は、それぞれ折り返し構造にすることも可能である。折り返し構造である場合、撓んだ場合の支持部56〜58の伸びを緩和することができる。支持部56〜58によって、中央電極ユニット51、第1の側電極ユニット53、及び第2の側電極ユニット54は、それぞれ第1及び第2の方向、即ち、直線的(一次元的)に可動することができる。
The
可動プレート62、第1の中央電極63、第2の中央電極64、及び中央嵌合部65は、中央支持部56が撓むことにより、第1及び第2の方向にそれぞれ変位可能である。第1の側電極68は、第1の側支持部57が撓むことにより、第2の方向に変位可能である。第2の側電極71は、第2の側支持部58が撓むことにより、第1の方向に変位可能である。
The
第1の中央電極63と第1の側電極68の間に電位差を生じさせることにより、第1の中央電極63を含む中央電極ユニット51は第1の方向へ変位し、第1の側電極68を含む第1の側電極ユニット53は第2の方向へ変位する。一方、第2の中央電極64と第2の側電極71の間に電位差を生じさせることにより、第2の中央電極64を含む中央電極ユニット51は第2の方向へ変位し、第2の側電極71を含む第2の側電極ユニット54は第1の方向へ変位する。
By generating a potential difference between the first
嵌合ユニット52は、第1の中央爪82aが中央嵌合部65の第1の嵌合爪81aと嵌合し、第2の中央爪82bが中央嵌合部65の第2の嵌合爪81bと嵌合することにより、可動プレート62を中央状態に保持する。即ち、第1の中央爪82aは、可動プレート62が中央状態よりも第1の方向へ移動することを防止し、第2の中央爪82bは、可動プレート62が中央状態よりも第2の方向へ移動することを防止する。また、嵌合ユニット52は、第1の側爪83aが中央嵌合部65の第1の嵌合爪81aと嵌合することにより、可動プレート12を第2の変位状態に保持する。即ち、第1の側爪83aは、可動プレート62が第2の変位状態よりも第1の方向へ移動することを防止する。嵌合ユニット52は、第2の側爪83bが中央嵌合部65の第2の嵌合爪81bと嵌合することにより、可動プレート62を第1の変位状態に保持する。即ち、第2の側爪83bは、可動プレート62が第1の変位状態よりも第2の方向へ移動することを防止する。このようにして、嵌合ユニット52は、中央嵌合部65と嵌合することにより、可動プレート62を第1の変位状態、第2の変位状態、及び中央状態に保持する。なお、可動プレート62が中央状態にある場合において、第1の嵌合爪81aと第1の中央爪82aとは嵌合している、つまり両者の隙間がゼロであるか、或いは極微小な間隔を空けて近接配置されている。同様に、可動プレート62が中央状態にある場合において、第2の嵌合爪81bと第2の中央爪82bとは嵌合している、つまり両者の隙間がゼロであるか、或いは極微小な間隔を空けて近接配置されている。
In the
第1の嵌合解除部69は、第1の側電極68が第2の方向に変位することにより、第1の凸部66aを押して嵌合ユニット52を外側へ撓ませ、そして、第1の中央爪82aと第1の嵌合爪81aの間の嵌合或いは第1の側爪83aと第1の嵌合爪81aの間の嵌合を解除する。一方、第2の嵌合解除部72は、第2の側電極71が第1の方向に変位することにより、第2の凸部66bを押して嵌合ユニット52を外側へ撓ませ、そして、第2の中央爪82bと第2の嵌合爪81bの間の嵌合或いは第2の側爪83bと第2の嵌合爪81bの間の嵌合を解除する。即ち、第1及び第2の嵌合解除部69、72は、嵌合ユニット52を撓ませて中央嵌合部65と嵌合ユニット52の間の嵌合を解除する。
When the
なお、中央嵌合部65、嵌合ユニット52、第1及び第2の嵌合解除部69、72、及び第1及び第2の中央爪82a、82bは、第1及び第2の方向に対して垂直な方向に対象に配置されている。しかし、片側だけであっても、状態保持機能を発揮することができる。
The center
また、図22(a)及び図22(b)に示したように、アクチュエータの構成要素は、絶縁膜を介した上下2つの層に分散されて配置されているため、第1の中央電極63と第1の側電極68間の電気的短絡、及び第2の中央電極64と第2の側電極71間の電気的短絡を防止することができる。
Further, as shown in FIGS. 22A and 22B, since the constituent elements of the actuator are distributed and arranged in two upper and lower layers with an insulating film interposed therebetween, the first
以上説明したように、図1に示したアクチュエータが単層構造(平面的構造)であるのに対して、図21に示したアクチュエータの各構成要素は、上下層の2つの層に分散して、且つ重ね合わせて配置されている点で異なる。また、図1に示したアクチュエータでは、嵌合ユニット(2a、2b)は中央嵌合部(15a、15b)の内側に配置され、嵌合ユニット(2a、2b)が内側に撓むことにより、中央嵌合部(15a、15b)との嵌合が解除される。しかし、図21のアクチュエータでは、嵌合ユニット52は中央嵌合部65の外側に配置され、嵌合ユニット52が外側に撓むことにより、中央嵌合部65との嵌合が解除される。
As described above, the actuator shown in FIG. 1 has a single-layer structure (planar structure), whereas each component of the actuator shown in FIG. 21 is dispersed in two layers, the upper and lower layers. And are different in that they are arranged in an overlapping manner. Further, in the actuator shown in FIG. 1, the fitting units (2a, 2b) are arranged inside the central fitting portions (15a, 15b), and the fitting units (2a, 2b) bend inward, The fitting with the center fitting part (15a, 15b) is released. However, in the actuator of FIG. 21, the
次に、図24乃至図34を参照して、図21に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する。 Next, the operation of the actuator shown in FIG. 21 will be described in detail with reference to FIGS.
先ず、中央電極ユニット(62〜65)が中央状態から第2の変位状態へ移動する場合について説明する。 First, the case where the center electrode unit (62 to 65) moves from the center state to the second displacement state will be described.
(イ)第2の中央電極64と第2の側電極71の間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット(62〜65)に接地電位を印加し、第2の側電極71に対して所定の電圧を印加する。すると、第2の中央電極64と第2の側電極71の間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。しかし、図21に示すように、第2の中央爪82bが第2の嵌合爪81bと嵌合(干渉)している為、中央電極ユニット(62〜65)は、中央状態から第2の方向へ変位することができない。一方、第2の側電極ユニット(71、72)は、第2の側支持部58が撓むことにより、第1の方向へ変位する。第1の方向への変位と同時に、第2の嵌合解除部72は第2の凸部66bに応力を加えるため、図24に示すように、嵌合ユニット52の第2の側は外側へ撓む。
(A) A potential difference is generated between the second
(ロ)嵌合ユニット52の第2の側がある一定値以上外側へ撓むと、第2の中央爪82bと第2の嵌合爪81bとの嵌合が解除される。即ち、嵌合ユニット52が保持していた中央電極ユニット(62〜65)の中央状態が解除される。従って、中央状態の解除と同時に、中央電極ユニット(62〜65)は、中央支持部56が撓むことにより、第2の方向へ変位し始める。
(B) When the second side of the
(ハ)中央電極ユニット(62〜65)が第2の方向へ変位すると、第1の嵌合爪81aは第1の側爪83aに応力を加え、嵌合ユニット52の第1の側は外側へ撓む。
(C) When the center electrode unit (62 to 65) is displaced in the second direction, the first
(ニ)中央電極ユニット(62〜65)が更に第2の方向へ変位して、第1の嵌合爪81aが第1の側爪83aから外れると、図25に示すように、第1の側爪83aへの応力が無くなり、撓んでいた嵌合ユニット52の第1の側が弾性力により元の状態に戻る。すると、第1の嵌合爪81aは第1の側爪83aと嵌合して、中央電極ユニット(62〜65)は、第2の変位状態より第1の方向へ変位することができなくなる。即ち、嵌合ユニット52は、中央嵌合部65と嵌合することにより、中央電極ユニット(62〜65)を、第2の方向へ変位した第2の変位状態に保持する。したがって、第2の側電極71に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図26に示すように、中央電極ユニット(62〜65)は、安定して第2の変位状態に保持される。
(D) When the center electrode unit (62 to 65) is further displaced in the second direction and the first
次に、中央電極ユニット(62〜65)が第2の変位状態から第1の変位状態へ移動する場合について説明する。 Next, the case where the center electrode unit (62 to 65) moves from the second displacement state to the first displacement state will be described.
(ホ)第1の中央電極63と第1の側電極68の間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット(62〜65)に接地電位を印加し、第1の側電極68に対して所定の電圧を印加する。すると、図27に示すように、第1の中央電極63と第1の側電極68の間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。しかし、第1の嵌合爪81aが第1の側爪83aと嵌合(干渉)している為、中央電極ユニット(62〜65)は、第2の変位状態から第1の方向へ変位することができない。一方、第1の側電極ユニット(68、69)は、第1の側支持部57が撓むことにより、第2の方向へ変位する。第2の方向への変位と同時に、第1の嵌合解除部69は第1の凸部66aに応力を加えるため、嵌合ユニット52の第1の側は外側へ撓む。
(E) A potential difference is generated between the first
(へ)嵌合ユニット52の第1の側ががある一定値以上外側へ撓むと、図28に示すように、第1の嵌合爪81aと第1の側爪83aとの嵌合が解除される。即ち、嵌合ユニット52が保持していた中央電極ユニット(62〜65)の第2の変位状態が解除される。従って、図29に示すように、第2の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット(62〜65)は、第1の中央電極63の静電引力により、第1の方向へ変位し始める。
(F) When the first side of the
(ト)中央電極ユニット(62〜65)が第1の方向へ変位すると、第2の嵌合爪81bは第2の中央爪82b及び第2の側爪83bに応力を加え、嵌合ユニット52の第2の側は外側へ撓む。中央電極ユニット(62〜65)が更に第1の方向へ変位して、第2の嵌合爪81bが第2の側爪83bから外れると、図30に示すように、第2の側爪83bへの応力が無くなり、撓んでいた嵌合ユニット52の第2の側が弾性力により元の状態に戻る。すると、第2の側爪83bは第2の嵌合爪81bと嵌合して、中央電極ユニット(62〜65)は、第1の変位状態から第2の方向へ変位することができなくなる。即ち、嵌合ユニット52は、中央嵌合部65と嵌合することにより、中央電極ユニット(62〜65)を、第1の方向へ変位した第1の変位状態に保持する。したがって、第1の側電極68に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図31に示すように、中央電極ユニット(62〜65)は、安定して第1の変位状態に保持される。
(G) When the central electrode unit (62 to 65) is displaced in the first direction, the second
次に、中央電極ユニット(62〜65)が第1の変位状態から中央状態へ移動する場合について説明する。 Next, a case where the central electrode unit (62 to 65) moves from the first displacement state to the central state will be described.
(チ)中央電極ユニット(62〜65)に接地電位を印加し、第1の側電極68及び第2の側電極71に対して所定の電圧をそれぞれ印加する。すると、図32に示すように、第1の中央電極63と第1の側電極68の間、及び第2の中央電極64と第2の側電極71の間で静電引力が生じ、第1の側電極ユニット(68、69)及び第2の側電極ユニット(71、72)は中央電極ユニット(62〜65)へ引き寄せられる方向に変位する。即ち、第1の側電極ユニット(68、69)は第2の方向に変位し、第2の側電極ユニット(71、72)は第1の方向に変位する。一方、第2の側爪83bが第2の嵌合爪81bと嵌合(干渉)している為、中央電極ユニット(62〜65)は、第1の変位状態に保持されて第2の方向へ変位することができない。
(H) A ground potential is applied to the central electrode units (62 to 65), and predetermined voltages are applied to the
(リ)第2の側電極ユニット(71、72)が第1の方向へ変位すると、第2の嵌合解除部72は第2の凸部66bに応力を加えるため、嵌合ユニット52の第2の側は外側へ撓む。
(L) When the second side electrode unit (71, 72) is displaced in the first direction, the second
(ヌ)嵌合ユニット52の第2の側がある一定値以上外側へ撓むと、図33に示すように、第2の嵌合爪81bと第2の側爪83bとの嵌合が解除される。即ち、嵌合ユニット52が保持していた中央電極ユニット(62〜65)の第1の変位状態が解除される。従って、第1の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット(62〜65)は、中央支持部56の弾性力により、第2の方向へ変位し始める。
(N) When the second side of the
(ル)中央電極ユニット(62〜65)は、図34に示すように、第1の側電極68及び第2の側電極71による静電引力が釣り合い、左右の引力が相殺されるので、中央支持部56の弾性力により中央状態まで移動して中央状態で安定する。そして、第1の側電極68及び第2の側電極71に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図21に示したように、嵌合ユニット52の第1及び第2の側は、弾性力により元の状態に復元して、中央電極ユニット(62〜65)を安定して中央状態に保持する。第1の側電極ユニット(68、69)及び第2の側電極ユニット(71、72)も、第1及び第2の側支持部57、58の弾性力により元の状態に戻る。
(L) As shown in FIG. 34, the center electrode units (62 to 65) are balanced by the electrostatic attraction by the
以上説明したように、荷電/除電される電極部分と、可動プレートの各状態を保持し、嵌合を解除する状態保持/嵌合解除部分とを、上下2つの層に分散させ、且つ重ね合わせて配置することにより、アクチュエータ全体を小型化することができる。 As described above, the charged / charge-eliminating electrode portion and the state holding / fitting release portion that holds each state of the movable plate and releases the fitting are dispersed in two upper and lower layers and overlapped. Therefore, the entire actuator can be reduced in size.
また、構成要素が絶縁膜を介して上下層に分離されているため、図18(a)〜図18(d)に示したように、構成要素の一部を不導体で形成する必要が無くなり、電気的短絡を容易に防止することができる。また、不導体部分を形成するための製造工程を省略することができる。 In addition, since the constituent elements are separated into upper and lower layers through an insulating film, it is not necessary to form part of the constituent elements with non-conductors as shown in FIGS. 18 (a) to 18 (d). Electrical short circuit can be easily prevented. Moreover, the manufacturing process for forming a nonconductor part can be omitted.
また、上下2つの層に分散させ、且つ重ね合わせて配置することにより、中央電極ユニット51、嵌合ユニット52、第1及び第2の側電極ユニット53、54の各構成要素の配置自由度を高めることができる。
In addition, by dispersing the two upper and lower layers and arranging them in an overlapping manner, the degree of freedom of arrangement of the constituent elements of the central electrode unit 51, the
また、嵌合ユニット52は、第1及び第2の変位状態及び中央状態において、中央嵌合部65と嵌合することにより、中央電極ユニット(62〜65)を安定して第1及び第2の変位状態及び中央状態に保持することができる。よって、第1及び第2の変位状態及び中央状態における中央電極ユニット(62〜65)の位置精度を向上させることができる。
In addition, the
また、可動プレート62を第1及び第2の変位状態にそれぞれ保持することにより、第1の側電極68或いは第2の側電極71に常時通電する必要が無くなくなる。
Further, by holding the
また、第1の側電極68及び第2の側電極71に荷電せず、可動プレート62が中央状態に位置する場合において振動や衝撃などの外力が作用しても、中央支持部56は撓むことなく、可動プレート62は揺動することがない、或いは、ごく僅かな揺動のみに規制され、実質上固定される。
Further, when the
中央電極ユニット51、第1の側電極ユニット53、及び第2の側電極ユニット54に、短時間だけ荷電するだけで、可動プレート62を3つの状態(第1及び第2の変位状態、及び中央状態)に移動させ、且つその状態で安定して固定することができる。即ち、スイッチとして極めて有効な構造を構築することができ、各種スイッチに応用可能なMEMSアクチュエータを提供することができる。
The central plate unit 51, the first side electrode unit 53, and the second side electrode unit 54 are charged for only a short time, and the
本発明の第2の実施の形態では、中央電極ユニット51、第1の側電極ユニット53、及び第2の側電極ユニット54から成る3つのコム電極による構成を図42に示した関連技術のそれと同じままとし、左右位置におけるラッチ機能を付加すると共に中央電極ユニット51の中央位置での安定性も確保する。それにより、3位置の静電アクチュエータを提供して、各種機能のMEMS式光スイッチを構成することができる。 In the second embodiment of the present invention, the configuration of three comb electrodes comprising a central electrode unit 51, a first side electrode unit 53, and a second side electrode unit 54 is different from that of the related art shown in FIG. While maintaining the same, a latch function at the left and right positions is added, and stability at the center position of the center electrode unit 51 is secured. Thereby, a three-position electrostatic actuator can be provided to configure a MEMS optical switch having various functions.
(第2の実施の形態の変形例)
図1に示した単層構造(平面的構造)のアクチュエータでは、図20に示したように、可動プレートの動きを外部に取り出すためには、他の構成要素を分割したり、或いは他の構成要素を避けて、レバーを配置する必要があった。しかし、図21に示した多層構造(立体的構造)のアクチュエータでは、構成要素の配置自由度の高さを利用して、様々な形式で可動プレートの動きを外部に取り出すことができる。そこで、第2の実施の形態の変形例では、可動プレートの動きを外部に取り出すための剛体アームの様々な配置方法について説明する。
(Modification of the second embodiment)
In the actuator having a single layer structure (planar structure) shown in FIG. 1, as shown in FIG. 20, in order to extract the movement of the movable plate to the outside, other components are divided or other structures are used. There was a need to place the lever around the elements. However, in the actuator having the multilayer structure (three-dimensional structure) shown in FIG. 21, the movement of the movable plate can be taken out in various forms by utilizing the high degree of freedom of arrangement of the components. Therefore, in the modification of the second embodiment, various arrangement methods of the rigid arm for taking out the movement of the movable plate to the outside will be described.
図35(a)は、図21に示したアクチュエータ及びアクチュエータに接続された各種の剛体アーム及びミラーを示す。第1の中央電極63から上層剛体アーム88bが伸ばされている。上層剛体アーム88bは、下層剛体アーム89bを介してミラー90bに接続されている。第2の中央電極64から上層剛体アーム88eが伸ばされている。上層剛体アーム88eは、ミラー90eに接続されている。中央嵌合部65の一端(第1の嵌合爪81a)から下層剛体アーム89cが連結して形成されている。下層剛体アーム89cにはミラー90cが接続されている。中央嵌合部65の他端(第2の嵌合爪81b)から下層剛体アーム89fが連結して形成されている。下層剛体アーム89fには上層剛体アーム88fを介してミラー90cが接続されている。可動プレート62の上にはミラー90dが搭載/接着されている。
FIG. 35A shows the actuator shown in FIG. 21 and various rigid arms and mirrors connected to the actuator. An upper
図35(b)は、第1の中央電極63に接続された剛体アーム88b、89b、ミラー90bを示す。上層剛体アーム88bは、絶縁膜99bを介して下層剛体アーム89bに接続され、ミラー90bは下層内に配置されている。
FIG. 35B shows the
図35(c)は、中央嵌合部65の一端(第1の嵌合爪81a)に接続された下層剛体アーム89c、ミラー90cを示す。ミラー90cは、下層剛体アーム89cに、直接接続されている。よって、ミラー90cは、下層内に配置されている。
FIG. 35C shows the lower
図35(d)は、可動プレート62に搭載/接着されたミラー90dを示す。ミラー90dは、可動プレート62の上に直接搭載/接着されている。よって、ミラー90dは、上層のさらに上の層に配置されている。
FIG. 35D shows a
図35(e)は、第2の中央電極64に接続された上層剛体アーム88e、ミラー90eを示す。ミラー90eは、上層剛体アーム88eに直接接続されている。よって、ミラー90eは、上層内に配置されている。
FIG. 35 (e) shows the upper
図35(f)は、中央嵌合部65の他端(第2の嵌合爪81b)に接続された剛体アーム89f、88f、ミラー90fを示す。下層剛体アーム89fは、絶縁膜99fを介して上層剛体アーム88fに接続され、ミラー90fは、上層剛体アーム88fに接続されている。よって、ミラー90fは、上層内に配置されている。
FIG. 35 (f) shows the
なお、図36は、図35(a)乃至図35(f)に示したアクチュエータ、剛体アーム、及びミラーを示す。 36 shows the actuator, rigid arm, and mirror shown in FIGS. 35 (a) to 35 (f).
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態においては、図1に示したアクチュエータを用いた光スイッチについて説明する。
(Third embodiment)
In the third embodiment of the present invention, an optical switch using the actuator shown in FIG. 1 will be described.
図37に示すように、本発明の実施の形態に係る光スイッチは、図1に示したアクチュエータと、可動プレート12から伸ばされた剛体アーム88と、剛体アーム88の先端に接続されたミラー90と、ミラー90に近傍において対向する光導波路(例えば、光ファイバ)101a、101bとを有する。
As shown in FIG. 37, the optical switch according to the embodiment of the present invention includes the actuator shown in FIG. 1, a
図38(a)に示すように、光導波路101a、101bの間隙部分にミラー90が挿入された場合、光導波路101aから出力される光102aは、ミラー90によって反射され、光導波路101bに到達しない。
As shown in FIG. 38A, when the
図38(b)に示すように、光導波路101a、101bの間隙部分にミラー90が挿入されない場合、光導波路101aから出力される光102bは、ミラー90によって反射されずに直進して、光導波路101bに到達する。
As shown in FIG. 38 (b), when the
図39(a)乃至図39(c)は、3つの位置の光スイッチを用いた例を示し、それぞれ第2の変位状態、中央状態、第1の変位状態におけるミラーと光導波路との位置関係を示す。 39 (a) to 39 (c) show examples using optical switches at three positions, and the positional relationship between the mirror and the optical waveguide in the second displacement state, the center state, and the first displacement state, respectively. Indicates.
図39(a)に示すように、図1の可動プレート12が第2の変位状態(右変位状態)である場合、光導波路101a、101bの間隙部分にミラー91a、91bが挿入されない。したがって、光導波路101aから出力される光103aは、ミラー91a、91bによって反射されずに直進して、光導波路101bに到達する。
As shown in FIG. 39A, when the
図39(b)に示すように、図1の可動プレート12が中央状態である場合、光導波路101a、101bの間隙部分にミラー91aが挿入される。したがって、光導波路101aから出力される光103bは、ミラー91aによって反射され、光導波路101bに到達しない。
As shown in FIG. 39B, when the
図39(c)に示すように、図1の可動プレート12が第1の変位状態(左変位状態)である場合、光導波路101a、101bの交差部分にミラー91bが挿入される。したがって、光導波路101aから出力される光103cは、ミラー91bによって反射され、光導波路101bに到達しない。なお、ミラー91bの角度は、ミラー91aと異なる。
As shown in FIG. 39C, when the
このように、光スイッチの3つの状態によって、直進する光路103a、ミラー91aで反射される光路103b、及びミラー91bで反射される光路103cの計3つの異なる光路を切り替えることができる。
In this way, the three different optical paths, that is, the straight
図40(a)乃至図40(c)は、第1の変位状態及び中央状態において状態保持機能(ラッチ機能)を有し、第2の変位状態ではラッチ機能を有さない、図15に示したアクチュエータを用いた光スイッチの一例を示す。ミラー92a及びミラー92bは、互いに平行に配置されている。
40 (a) to 40 (c) have a state holding function (latch function) in the first displacement state and the center state, and have no latch function in the second displacement state, as shown in FIG. 2 shows an example of an optical switch using the actuator. The
図40(b)に示すように、可動プレート12が中央状態である場合、光導波路101a、101bの間隙部分にミラー92a、92bは挿入されない。したがって、光導波路101aから出力される光104bは、ミラー92a、92bによって反射されず直進し、光導波路101bに到達する。
As shown in FIG. 40B, when the
図40(a)に示すように、可動プレート12が第2の変位状態である場合、光導波路101a、101bの交差部分にミラー92aが挿入される。したがって、光導波路101aから出力される光104aは、ミラー92aによって反射され、光導波路101bに到達しない。但し、アクチュエータが第2の変位状態ではラッチ機能を有さない為、可動プレート12は、電極への荷電停止と同時に図40(b)に示した中央状態に戻る。
As shown in FIG. 40A, when the
図40(c)に示すように、可動プレート12が第1の変位状態である場合、光導波路101a、101bの交差部分にミラー92bが挿入される。したがって、光導波路101aから出力される光104cは、ミラー92bによって反射され、光導波路101bに到達しない。なお、アクチュエータが第1の変位状態でラッチ機能を有する為、可動プレート12は、電極への荷電を停止しても第1の変位状態に保持される。
As shown in FIG. 40C, when the
図41(a)乃至図41(c)は、第1の変位状態及び中央状態において状態保持機能(ラッチ機能)を有し、第2の変位状態ではラッチ機能を有さない、図15に示したアクチュエータを用いた光スイッチの他の例を示す。ミラー93a及びミラー93bは、互いに平行に配置されている。光スイッチは、互いに交差する2組の光導波路101a〜101dを有する。
41 (a) to 41 (c) show a state holding function (latch function) in the first displacement state and the center state, and no latch function in the second displacement state, as shown in FIG. 2 shows another example of an optical switch using an actuator. The
図41(b)に示すように、可動プレート12が中央状態である場合、光導波路101a〜101dの交差部分にミラー93a、93bは挿入されない。したがって、光導波路101aから出力される光106bは、ミラー93a、93bによって反射されず直進し、光導波路101bに到達する。同様に、光導波路101cから出力される光105bは、ミラー93a、93bによって反射されず直進し、光導波路101dに到達する。
As shown in FIG. 41B, when the
図41(a)に示すように、可動プレート12が第2の変位状態である場合、光導波路101a〜101dの交差部分にミラー93aが挿入される。したがって、光導波路101aから出力される光106aは、ミラー93aによって反射され、光導波路101dに到達する。同様に、光導波路101cから出力される光105aは、ミラー93aによって反射され、光導波路101bに到達する。但し、アクチュエータが第2の変位状態ではラッチ機能を有さない為、可動プレート12は、電極への荷電停止と同時に図41(b)に示した中央状態に戻る。
As shown in FIG. 41A, when the
図41(c)に示すように、可動プレート12が第1の変位状態である場合、光導波路101a〜101dの交差部分にミラー93bが挿入される。したがって、光導波路101aから出力される光106aは、ミラー93bによって反射され、光導波路101dに到達する。同様に、光導波路101cから出力される光105aは、ミラー93bによって反射され、光導波路101bに到達する。なお、アクチュエータが第1の変位状態でラッチ機能を有する為、可動プレート12は、電極への荷電を停止しても第1の変位状態に保持される。
As shown in FIG. 41 (c), when the
このように、アクチュエータの片側の状態保持機能を除去することにより、ラッチ機能付き動作、及びラッチ機能無し動作を、1つの光デバイス上で実現することができる。また、図41(a)〜図41(c)に示すような、2×2タイプの光スイッチにおいても、ラッチ機能付き/ラッチ機能無し動作を、1つの光デバイス上で実現することができる。 Thus, by removing the state holding function on one side of the actuator, an operation with a latch function and an operation without a latch function can be realized on one optical device. Also, in the 2 × 2 type optical switch as shown in FIGS. 41A to 41C, the operation with / without the latch function can be realized on one optical device.
なお、ミラーの替わりに遮光板を用いても構わない。 A light shielding plate may be used instead of the mirror.
(第4の実施の形態)
図43に示すように、本発明の第4の実施の形態に係るアクチュエータは、アクチュエータ全体を支持する固定部(240、260、280)と、固定部240にその一端が接続された可撓性の中央支持部241と、中央支持部241の他端に接続された中央電極ユニット220と、固定部280に接続された嵌合ユニット(270、281)と、固定部260にその一端が接続された可撓性の第1の側支持部261aと、第1の側支持部261aの他端に接続された第1の側電極ユニット250aと、固定部260にその一端が接続された可撓性の第2の側支持部261bと、第2の側支持部261bの他端に接続された第2の側電極ユニット250bとを有する。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 43, the actuator according to the fourth embodiment of the present invention has a fixed portion (240, 260, 280) that supports the entire actuator, and a flexible member whose one end is connected to the fixed
中央電極ユニット220は、中央支持部241が撓むことにより、第1の方向及び第1の方向に対向する第2の方向にそれぞれ変位可能である。嵌合ユニット(270、281)は、中央電極ユニット220と嵌合することにより、中央電極ユニット220を第1の変位状態及び第2の変位状態に保持する。第1の側電極ユニット250aは、第2の方向に変位することにより嵌合ユニット(270a、281a)が保持する第2の変位状態を解除する。第2の側電極ユニット250bは、第1の方向に変位することにより嵌合ユニット(270b、281b)が保持する第1の変位状態を解除する。第4の実施の形態において、嵌合ユニット(270、281)は、中央電極ユニット220が中央状態である時に、中央電極ユニット220と嵌合しない。よって、嵌合ユニット(270、281)は、中央電極ユニット220を中央状態に保持することはない。図43は、中央電極ユニット220が中央状態にある場合を示している。
The
中央電極ユニット220は、中央支持部241の他端に接続された第1の中央電極222a及び第2の中央電極222bと、第1及び第2の中央電極222に接続された可動プレート224と、第1及び第2の中央電極222に第1及び第2の方向へ接続された中央嵌合部226と、可動プレート224の先端に接続されたミラー219とを有する。第1の側電極ユニット250aは、第1の側支持部261aの他端に接続された第1の側電極258aと、第1の側電極258aに接続された第1の嵌合解除部254aとを有する。第2の側電極ユニット250bは、第2の側支持部261bの他端に接続された第2の側電極258bと、第2の側電極258bに接続された第2の嵌合解除部254bとを有する。図43においては、第1の方向が左方向に相当し、第2の方向が右方向に相当する。
The
嵌合ユニット(270、281)は、中央嵌合部226と嵌合することにより、中央電極ユニット220を第2の変位状態に保持する第1の側嵌合部270aと、第1の側嵌合部270aを支持する第1の嵌合支持部281aと、中央嵌合部226と嵌合することにより、中央電極ユニット220を第1の変位状態に保持する第2の側嵌合部270bと、第2の側嵌合部270bを支持する第2の嵌合支持部281bとを有する。
The fitting units (270, 281) are fitted with the center
第1のキャッチ230aは第1の側爪232aを備え、第2のキャッチ230bは第2の側爪232bを備える。第1の側嵌合部270aは第1の嵌合爪272aを備え、第2の側嵌合部270bは第2の嵌合爪272bを備える。 The first catch 230a includes a first side claw 232a, and the second catch 230b includes a second side claw 232b. The first side fitting portion 270a includes a first fitting claw 272a, and the second side fitting portion 270b includes a second fitting claw 272b.
中央電極ユニット220、第1の側電極258a、及び第2の側電極258bは、それぞれ8本の折り返し構造を有する可撓性の支持部241、261a、261bに懸吊されている。支持部241、261a、261bによって、中央電極ユニット220、第1の側電極258a、及び第2の側電極258bは、それぞれ第1及び第2の方向、即ち、直線的(一次元的)に可動することができる。
The
可動プレート224、第1の中央電極222a、第2の中央電極222b、及び中央嵌合部226は、中央支持部241が撓むことにより、第1及び第2の方向にそれぞれ変位可能である。第1の側電極258aは、第1の側支持部261aが撓むことにより、第2の方向に変位可能である。第2の側電極258bは、第2の側支持部261bが撓むことにより、第1の方向に変位可能である。
The
第1の中央電極222aと第1の側電極258aの櫛歯電極252aの間に電位差を生じさせることにより、第1の中央電極222aを含む中央電極ユニット220は第1の方向へ変位し、第1の側電極258aを含む第1の側電極ユニット250aは第2の方向へ変位する。一方、第2の中央電極222bと第2の側電極258bの櫛歯電極252bの間に電位差を生じさせることにより、第2の中央電極222bを含む中央電極ユニット220は第2の方向へ変位し、第2の側電極258bを含む第2の側電極ユニット250bは第1の方向へ変位する。
By generating a potential difference between the first central electrode 222a and the comb electrode 252a of the first side electrode 258a, the
第1の側嵌合部270aは、第1の嵌合爪272aと第1のキャッチ230aの第1の側爪232aと嵌合することにより、中央電極ユニット220を第2の変位状態に保持する。即ち、第1の側爪232aは、中央電極ユニット220が第2の変位状態よりも第1の方向へ移動することを防止する。一方、第2の側嵌合部270bは、第2の嵌合爪272bと第2のキャッチ230bの第2の第2の側爪232bと嵌合することにより、中央電極ユニット220を第1の変位状態に保持する。即ち、第2の側爪232bは、中央電極ユニット220が第1の変位状態よりも第2の方向へ移動することを防止する。このようにして、第1及び第2の側嵌合部270は、第1及び第2のキャッチ230と嵌合することにより、中央電極ユニット220を第1の変位状態及び第2の変位状態に保持する。なお、中央電極ユニット220が中央状態にある場合において、第1及び第2の嵌合爪272と第1及び第2の側爪232とは嵌合していない。
The first side fitting part 270a holds the
装置製造時において、第1及び第2の嵌合解除部254の先端は、第1及び第2の側嵌合部270に接触していない。これに対して、第1の側電極258aが第2の方向に変位することにより、第1の嵌合解除部254aの先端は、第1の側嵌合部270aに接して押し広げて第1の嵌合支持部281aを撓ませ、そして、第1の側爪232aと第1の嵌合爪272aの間の嵌合を解除する。一方、第2の側電極258bが第1の方向に変位することにより、第2の嵌合解除部254bの先端は、第2の側嵌合部270bに接して押し広げて第2の嵌合支持部281bを撓ませ、そして、第2の側爪232bと第2の嵌合爪272bの間の嵌合を解除する。即ち、第1及び第2の嵌合解除部254は、嵌合ユニット(270、281)を撓ませて中央電極ユニット220と嵌合ユニット(270、281)の間の嵌合を解除する。
At the time of manufacturing the device, the tips of the first and second
なお、第1及び第2の中央電極222、中央嵌合部226、第1及び第2のキャッチ230、嵌合ユニット(270、281)、及び第1及び第2の嵌合解除部254は、第1及び第2の方向に対して垂直な方向に対象に配置されている。しかし、片側だけであっても、状態保持機能を発揮することができる。
The first and
中央電極ユニット220をラッチするための手段は、中央嵌合部226の両端に配置されたキャッチ230と、第1及び第2の側電極ユニット250a、250bに近接して配置され、支持部281を介して固定部280に固定された第1及び第2の側嵌合部270とで構成されている。第1及び第2のキャッチ230a、230bは、中央電極ユニット220の移動に伴って2つの状態をそれぞれ取る。そのうちの1つは、キャッチ230が第1又は第2の側嵌合部270と嵌合して中央電極ユニット220をラッチすることができるラッチ可能状態であり、もう1つは、キャッチ230が第1又は第2の側嵌合部270と嵌合していないため中央電極ユニット220をラッチすることができないラッチ不能状態である。第1のキャッチ230a又は第2のキャッチ230bの一方がラッチ可能状態である時は、他方(第2のキャッチ230b又は第1のキャッチ230a)はラッチ不能状態となる。第1及び第2のキャッチ230a、230bは、中央電極ユニット220の移動に伴って、ラッチ不能状態からラッチ可能状態に移行して、対応する爪と嵌合することで中央電極ユニット220をラッチする。一方、中央電極ユニット220のラッチを解除するための手段は、第1及び第2の側電極ユニット250a、250bと第1及び第2の側嵌合部270とを機械的にそれぞれ連結する嵌合解除部254からなる。
Means for latching the
嵌合解除部254は、一端が固定部に支持された少なくとも1以上のバネからなる。嵌合解除部254と第1及び第2の側嵌合部270との電気抵抗及び第1及び第2の側嵌合部270とキャッチ230との電気抵抗は十分に大きく、中央電極ユニット220と第1及び第2の側電極ユニット250とは電気的に絶縁されている。
The
第1及び第2の側嵌合部270は、支持部281を介して固定部280に対して弾性的に支持され、キャッチ230との嵌合を保持する位置から解除する位置までの間で移動自在である。中央電極ユニット220が中央状態である時に、第1及び第2のキャッチ230a、230bはラッチ不能状態である。嵌合解除部254は、第1及び第2の側電極ユニット250が移動するに伴って、第1及び第2の側嵌合部270がラッチを解除する位置まで移動させて、中央電極ユニット220のラッチを解除する。
The first and second
次に、図44〜図55を参照して、図43に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する。 Next, the operation of the actuator shown in FIG. 43 will be described in detail with reference to FIGS.
先ず、中央電極ユニット220が図43に示した中央状態から第2の変位状態へ移動する場合について説明する。
First, the case where the
(イ)第2の中央電極222bと第2の側電極252bの間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット220に接地電位(アース)を印加し、第2の側電極(右可動コム)252bに対して所定の電圧を印加する。すると、図44に示すように、第2の中央電極(中央コム)222bと第2の側電極252bの間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。中央電極ユニット220は中央状態でラッチされていないため、中央支持部241が撓むことにより第2の方向へ変位する。第2の方向への変位により、第1のキャッチ230aのテーパー面234aが第1の側嵌合部270aの面272aと接し、第1のキャッチ(中央コムラッチ爪)230aが第1の側嵌合部(固定側ラッチ)270aに応力を加える。第1の嵌合支持部281aが撓むことにより第1の側嵌合部270aは押し広がる。一方、第2の側電極ユニット250bは、第2の側支持部261bが撓むことにより、第1の方向へ変位する。
(A) A potential difference is generated between the second central electrode 222b and the second side electrode 252b. Here, a ground potential (earth) is applied to the
(ロ)中央嵌合部226が第2の方向へある一定値以上変位して第1の側爪232aが第1の嵌合爪272aから外れる、即ち通過すると、図45に示すように、第1の側嵌合部270aへの応力が無くなり、撓んでいた第1の嵌合支持部281aが弾性力により元の状態に戻る。すると、第1の側嵌合部270aが閉じて、第1の嵌合爪272aは第1の側爪232aと嵌合して、中央電極ユニット220は、第1の方向へ変位することができなくなる。即ち、第1の側嵌合部270aは、第1のキャッチ230aと嵌合することにより、中央電極ユニット220を、第2の方向へ変位した第2の変位状態に保持する。したがって、第2の側電極252bに対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図46に示すように、第2の側電極ユニット250bは第2の方向に戻るが、中央電極ユニット220は第1の方向に戻ることはなく、図47に示すように安定して第2の変位状態に保持される。
(B) When the center
次に、中央電極ユニット220が第2の変位状態から第1の変位状態へ移動する場合について説明する。
Next, the case where the
(ハ)第1の中央電極222aと第1の側電極252aの間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット220に接地電位(アース)を印加し、第1の側電極252aに対して所定の電圧を印加する。すると、図48に示すように、第1の中央電極222aと第1の側電極252aの間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。中央電極ユニット220は第2の変位状態でラッチされているため、第1の方向へ変位することができない。一方、第1の側電極258aは、第1の側支持部261aが撓むことにより、第2の方向に変位する。第1の側電極258aがさらに第2の方向に変位すると、図49に示すように、第1の嵌合解除部254aの先端は、第1の側嵌合部270aに接して押し広げて第1の嵌合支持部281aを撓ませ、そして、第1の側爪232aと第1の嵌合爪272aの間の嵌合を解除する。即ち、第1の側嵌合部270aが保持していた中央電極ユニット220の第2の変位状態が解除される。従って、第2の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット220は、中央支持部241が撓むことにより、第1の方向へ変位し始める。
(C) A potential difference is generated between the first central electrode 222a and the first side electrode 252a. Here, a ground potential (earth) is applied to the
(ニ)次に、図50に示すように、中央嵌合部226の第1の方向への変位により、第2のキャッチ230bのテーパー面234bが第1の側嵌合部270bの面272bと接し、第2のキャッチ230bが第2の側嵌合部270bに応力を加える。第2の嵌合支持部281bが撓むことにより第2の側嵌合部270bは押し広がる。
(D) Next, as shown in FIG. 50, due to the displacement of the central
(ホ)中央嵌合部226が第1の方向へある一定値以上変位して第2の側爪232bが第2の嵌合爪272bから外れると、図51に示すように、第2の側嵌合部270bへの応力が無くなり、撓んでいた第2の嵌合支持部281bが弾性力により元の状態に戻る。すると、第2の嵌合爪272bは第2の側爪232bと嵌合して、中央電極ユニット220は、第2の方向へ変位することができなくなる。即ち、第2の側嵌合部270bは、第2のキャッチ230bと嵌合することにより、中央電極ユニット220を、第1の方向へ変位した第1の変位状態に保持する。したがって、第1の側電極252aに対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、第1の側電極ユニット250aは第1の方向に戻るが、中央電極ユニット220は第2の方向に戻ることはなく、図52に示すように安定して第1の変位状態に保持される。
(E) When the center
次に、中央電極ユニット220が第1の変位状態から中央状態へ移動する場合について説明する。
Next, the case where the
(へ)中央電極ユニット220に接地電位(アース)を印加し、第1の側電極258a及び第2の側電極258bに対して所定の電圧をそれぞれ印加する。すると、図53に示すように、第1の中央電極222aと第1の側電極258aの櫛歯電極252aの間、及び第2の中央電極222bと第2の側電極258bの櫛歯電極252bの間で静電引力が生じ、第1の側電極ユニット250a及び第2の側電極ユニット250bは中央電極ユニット220へ引き寄せられる方向に変位する。即ち、第1の側電極ユニット250aは第2の方向に変位し、第2の側電極ユニット250bは第1の方向に変位する。一方、第2の側爪232bが第2の嵌合爪272bと嵌合(干渉)している為、中央電極ユニット220は、第1の変位状態に保持されて第2の方向へ変位することができない。
(F) A ground potential (earth) is applied to the
(ト)第2の側電極ユニット250bが第1の方向へ変位すると、第2の嵌合解除部254bの先端は、第2の側嵌合部270bに接して押し広げて第2の嵌合支持部281bを撓ませ、そして、第2の側爪232bと第2の嵌合爪272bの間の嵌合を解除する。即ち、第2の側嵌合部270bが保持していた中央電極ユニット220の第1の変位状態が解除される。従って、第1の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット220は、中央支持部241が撓むことにより、第2の方向へ変位し始める。
(G) When the second side electrode unit 250b is displaced in the first direction, the tip end of the second fitting release portion 254b is expanded in contact with the second side fitting portion 270b to be second fitted. The support portion 281b is bent, and the fitting between the second side claw 232b and the second fitting claw 272b is released. That is, the first displacement state of the
(チ)中央電極ユニット220は、図54に示すように、第1の側電極258a及び第2の側電極258bによる静電引力が釣り合い、左右の引力が相殺されるので、中央支持部241の弾性力により中央状態まで移動して中央状態で安定する。そして、第1の側電極258a及び第2の側電極258bに対する電圧印加を停止すると、即ち除電すると、図55に示すように、支持部261の復元力により、第1の側電極ユニット250aが第1の方向へ変位し、第2の側電極ユニット250bが第2の方向へ変位するが、中央電極ユニット220は中央状態で安定している。
(H) As shown in FIG. 54, the
このように、第1の側電極258a或いは第2の側電極258bの何れかに荷電することにより、中央電極ユニット220は荷電された電極258の方向へ移動し、新たな位置での状態保持作用が働く。そして、反対側電極258を荷電すると中央電極ユニット220は、反対側電極258の動きにより現位置での状態保持作用が解除されると同時に引き寄せられ、中央位置を通過して反対側変位状態において状態保持作用が働き固定される。第1及び第2の側電極258に同時に荷電するか、或いは中央電極222に荷電すると、第1及び第2の側電極258の動きにより、現位置での状態保持作用が解除される。そして、中央電極ユニット220は、第1及び第2の側電極258の静電引力が相殺される中央位置まで中央支持部241のバネ力により復元する。なお、第4の実施の形態では、中央位置にある中央電極ユニット220対して状態保持作用は働かない。
In this way, by charging either the first side electrode 258a or the second side electrode 258b, the
以上説明したように、嵌合ユニット(270、281)は、第1及び第2の変位状態において、中央嵌合部226と嵌合することにより、中央電極ユニット220を安定して第1及び第2の変位状態に保持することができる。よって、第1及び第2の変位状態における中央電極ユニット220の位置精度を向上させることができる。
As described above, the fitting units (270, 281) are fitted to the center
また、可動プレート224を第1及び第2の変位状態にそれぞれ保持することにより、第1の側電極258a或いは第2の側電極258bに常時通電する必要が無くなくなる。
Further, by holding the
中央電極ユニット220、第1の側電極ユニット250a、及び第2の側電極ユニット250bに、短時間だけ荷電するだけで、可動プレート224を2つの状態(第1及び第2の変位状態)に移動させ、且つその状態で安定して固定することができる。即ち、スイッチとして極めて有効な構造を構築することができ、各種スイッチに応用可能なMEMSアクチュエータを提供することができる。
The
(第4の実施の形態の変形例)
図43に示した単層構造(平面的構造)のアクチュエータでは、可動プレート224の動きを外部に取り出すことができる領域、即ちミラー219を配置することができる領域は限られていた。しかし、多層構造(立体的構造)のアクチュエータでは、構成要素の配置自由度の高さを利用して、様々な形式で可動プレート224の動きを外部に取り出すことができる。そこで、第4の実施の形態の変形例では、可動プレート224の動きを外部に取り出すための多層構造(立体的構造)について説明する。
(Modification of the fourth embodiment)
In the actuator having the single-layer structure (planar structure) shown in FIG. 43, the region where the movement of the
図56(a)に示すように、本発明の第4の実施の形態の変形例に係るアクチュエータは、図43のアクチュエータに比べて、可動プレート224の構成が異なり、その他の構成は同じであり、説明を省略する。
As shown in FIG. 56 (a), the actuator according to the modification of the fourth embodiment of the present invention is different in the configuration of the
図56(b)に示すように、可動プレート224は、下層に配置された第1の可動プレート224aと、第1の可動プレート224aの上に中間層218を介して上層に配置された第2の可動プレート224bとを備える。第1の可動プレート224aは中間層218を介して接続されている。図56(a)のアクチュエータの他の構成要素は、第1の可動プレート224aと同じ下層上に配置されている。ミラー219は、第1の可動プレート224a及び第2の可動プレート224bを介して上層に配置されている。このように、可動プレートを上層及び下層からなる立体的な構造としてミラー219をアクチュエータとは異なる層(上層)に配置することにより、ミラー219の配置の自由度が向上する。
As shown in FIG. 56 (b), the
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は、第1乃至第4の実施の形態およびその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described with reference to the first to fourth embodiments and modifications thereof. However, it should be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. is not. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. That is, it should be understood that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.
本発明は、光通信に使用される光デバイスにおける、光路切換を行う光スイッチに利用することができる。 The present invention can be used for an optical switch that performs optical path switching in an optical device used for optical communication.
1、51、220 中央電極ユニット
2、52 嵌合ユニット
3、53、250a 第1の側電極ユニット
4、54、250b 第2の側電極ユニット
5、55、240、260、280 固定部
6、56、241 中央支持部
7、57、261a 第1の側支持部
8、58、261b 第2の側支持部
12、62、224、224a、224b 可動プレート
13、63、222a 第1の中央電極
14、64、222b 第2の中央電極
15a 第1の中央嵌合部
15b 第2の中央嵌合部
16a、66a 第1の凸部
16b、66b 第2の凸部
18、68、258a 第1の側電極
19、69、254a 第1の嵌合解除部
21、71、258b 第2の側電極
22、72、254b 第2の嵌合解除部
23a、23b 第1の固定電極
24a、24b 第2の固定電極
25、26 レバー
27a、27b、34a 不導体
31a、81a、272a 第1の嵌合爪
31b、81b、272b 第2の嵌合爪
32a、82a 第1の中央爪
32b、82b 第2の中央爪
33a、83a、232a 第1の側爪
33b、83b、232b 第2の側爪
36、99b、99d、99f 絶縁膜
37 基板
65、226 中央嵌合部
88b、88e、88f 上層剛体アーム
89b、89c、89f 下層剛体アーム
90b〜90f、91a、91b、92a、92b、93a、93b、219 ミラー
101a〜101d 光導波路
218…中間層
230a…第1のキャッチ
230b…第2のキャッチ
234a、234b…テーパー面
252a、252b…櫛歯電極
270a…第1の側嵌合部
270b…第2の側嵌合部
281a…第1の嵌合支持部
281b…第2の嵌合支持部
1, 51, 220 Central electrode unit 2, 52 Fitting unit 3, 53, 250a First side electrode unit 4, 54, 250b Second side electrode unit 5, 55, 240, 260, 280 Fixed portion 6, 56 241 Central support part 7, 57, 261a First side support part 8, 58, 261b Second side support part 12, 62, 224, 224a, 224b Movable plate 13, 63, 222a First central electrode 14, 64, 222b 2nd center electrode 15a 1st center fitting part 15b 2nd center fitting part 16a, 66a 1st convex part 16b, 66b 2nd convex part 18, 68, 258a 1st side electrode 19, 69, 254a First fitting release portion 21, 71, 258b Second side electrode 22, 72, 254b Second fitting release portion 23a, 23b First fixed electrode 24a, 2 4b Second fixed electrode 25, 26 Lever 27a, 27b, 34a Non-conductor 31a, 81a, 272a First fitting claw 31b, 81b, 272b Second fitting claw 32a, 82a First central claw 32b, 82b Second central claw 33a, 83a, 232a First side claw 33b, 83b, 232b Second side claw 36, 99b, 99d, 99f Insulating film 37 Substrate 65, 226 Center fitting portion 88b, 88e, 88f Upper layer rigid body Arm 89b, 89c, 89f Lower rigid arm 90b-90f, 91a, 91b, 92a, 92b, 93a, 93b, 219 Mirror 101a-101d Optical waveguide 218 ... Intermediate layer 230a ... First catch 230b ... Second catch 234a, 234b ... tapered surfaces 252a, 252b ... comb electrode 270a ... first side fitting portion 27 b ... second side fitting portion 281a ... first fitting support portions 281b ... second fitting support portion
Claims (14)
前記中央支持部の他端に接続され、第1の方向及び前記第1の方向に対向する第2の方向にそれぞれ変位可能な中央電極ユニットと、
前記固定部に接続され、前記中央電極ユニットと嵌合することにより、前記中央電極ユニットを前記第1の方向へ変位した第1の変位状態、前記第2の方向へ変位した第2の変位状態、及び前記第1及び第2の方向の何れにも変位していない中央状態のうち少なくとも1つの状態に保持する嵌合ユニットと、
前記固定部に一端が接続された可撓性の第1の側支持部と、
前記第1の側支持部の他端に接続され、前記第2の方向に変位することにより前記嵌合ユニットが保持する前記第2の変位状態あるいは前記中央状態を解除する第1の側電極ユニットと、
前記固定部に一端が接続された可撓性の第2の側支持部と、
前記第2の側支持部の他端に接続され、前記第1の方向に変位することにより前記嵌合ユニットが保持する前記第1の変位状態あるいは前記中央状態を解除する第2の側電極ユニット
とを有することを特徴とするアクチュエータ。 A flexible central support having one end connected to a fixed part that supports the entire actuator;
A central electrode unit connected to the other end of the central support and displaceable in a first direction and a second direction opposite to the first direction; and
A first displacement state in which the central electrode unit is displaced in the first direction and a second displacement state in which the central electrode unit is displaced in the second direction by being connected to the fixing portion and fitting with the central electrode unit. And a fitting unit that holds at least one of the central states not displaced in any of the first and second directions;
A flexible first side support having one end connected to the fixed part;
A first side electrode unit that is connected to the other end of the first side support portion and releases the second displacement state or the center state held by the fitting unit by being displaced in the second direction. When,
A flexible second side support having one end connected to the fixed part;
A second side electrode unit that is connected to the other end of the second side support portion and releases the first displacement state or the center state held by the fitting unit by being displaced in the first direction. And an actuator.
前記嵌合ユニットは、前記中央嵌合部と嵌合することにより、前記可動プレートを前記第1の変位状態、第2の変位状態、及び前記中央状態のうち少なくとも1つの状態に保持し、
前記第1の側電極ユニットは、前記第1の側支持部の他端に接続された、前記第2の方向に変位可能な第1の側電極と、前記第1の側電極が前記第2の方向に変位することにより前記嵌合ユニットを撓ませて前記中央嵌合部と前記嵌合ユニットの間の嵌合を解除する第1の嵌合解除部とを有し、
前記第2の側電極ユニットは、前記第2の側支持部の他端に接続された、前記第1の方向に変位可能な第2の側電極と、前記第2の側電極が前記第1の方向に変位することにより前記嵌合ユニットを撓ませて前記中央嵌合部と前記嵌合ユニットの間の嵌合を解除する第2の嵌合解除部とを有することを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。 The central electrode unit is connected to the other end of the central support portion and can be displaced in the first and second directions, respectively, and a first connected to the movable plate in the first direction. A center electrode, a second center electrode connected to the movable plate in the second direction, and a center fitting portion connected to the movable plate in the first and second directions,
The fitting unit holds the movable plate in at least one of the first displacement state, the second displacement state, and the center state by fitting with the center fitting portion,
The first side electrode unit includes a first side electrode that is connected to the other end of the first side support portion and is displaceable in the second direction, and the first side electrode is the second side electrode. A first fitting release portion that bends the fitting unit by displacing in the direction to release the fitting between the center fitting portion and the fitting unit,
The second side electrode unit includes a second side electrode that is connected to the other end of the second side support portion and is displaceable in the first direction, and the second side electrode is the first side electrode. And a second fitting release portion for releasing the fitting between the center fitting portion and the fitting unit by deflecting the fitting unit by being displaced in the direction of. The actuator according to 1.
前記中央嵌合部と嵌合することにより、前記可動プレートを前記第2の変位状態及び前記中央状態のうち少なくとも1つの状態に保持する第1の側嵌合部と、
前記中央嵌合部と嵌合することにより、前記可動プレートを前記第1の変位状態及び前記中央状態のうち少なくとも1つの状態に保持する第2の側嵌合部
とを有することを特徴とする請求項2記載のアクチュエータ。 The fitting unit is
A first side fitting portion that holds the movable plate in at least one of the second displacement state and the central state by fitting with the central fitting portion;
A second side fitting portion that holds the movable plate in at least one of the first displacement state and the central state by fitting with the central fitting portion. The actuator according to claim 2.
前記第1の側嵌合部は前記第1のキャッチと嵌合する第1のラッチ部材を有し、前記第2の側嵌合部は前記第2のキャッチと嵌合する第2のラッチ部材を有し
前記第1のラッチ部材が前記第1のキャッチと嵌合することによって前記可動プレートを前記第2の変位状態に保持し、前記第2のラッチ部材が前記第2のキャッチと嵌合することによって前記可動プレートを前記第1の変位状態に保持し、
前記第1の嵌合解除部は前記第1の側嵌合部を撓ませることによって前記第1のラッチ部材と前記第1のキャッチとの嵌合を解除し、前記第2の嵌合解除部は前記第2の側嵌合部を撓ませることによって前記第2のラッチ部材と前記第2のキャッチとの嵌合を解除することを特徴とする請求項3記載のアクチュエータ。 A first catch and a second catch that are fitted to the first and second side fitting portions are arranged at both ends of the central fitting portion, respectively.
The first side fitting portion has a first latch member that fits with the first catch, and the second side fitting portion has a second latch member that fits with the second catch. When the first latch member is engaged with the first catch, the movable plate is held in the second displacement state, and the second latch member is engaged with the second catch. By holding the movable plate in the first displacement state,
The first fitting release portion releases the fitting between the first latch member and the first catch by bending the first side fitting portion, and the second fitting release portion. 4. The actuator according to claim 3, wherein the second side fitting portion is bent to release the fitting between the second latch member and the second catch. 5.
前記第1のラッチ部材は、前記第1の嵌合支持部が撓むことによって、前記第1のキャッチとの嵌合を保持する位置と前記第1のキャッチとの嵌合を解除する位置との間で変位し、前記第2のラッチ部材は、前記第2の嵌合支持部が撓むことによって、前記第2のキャッチとの嵌合を保持する位置と前記第2のキャッチとの嵌合を解除する位置との間で変位し、
前記中央電極ユニットが中央状態である時、第1及び第2のキャッチは、前記第1及び第2のラッチ部材と嵌合しておらず、
前記第1の嵌合解除部は、前記第2の方向に変位することによって前記第1の嵌合支持部を撓ませて前記第2の変位状態を解除し、前記第2の嵌合解除部は、前記第1の方向に変位することによって前記第2の嵌合支持部を撓ませて前記第1の変位状態を解除する
ことを特徴とする請求項4記載のアクチュエータ。 The first side fitting portion further includes a flexible first fitting support portion having one end connected to the fixing portion and the other end connected to the first latch member. The second side fitting portion further includes a flexible second fitting support portion having one end connected to the fixed portion and the other end connected to the second latch member,
The first latch member has a position for holding the fitting with the first catch and a position for releasing the fitting with the first catch by bending the first fitting support portion. The second latch member is fitted between the second catch and the position where the second latch member is held in engagement with the second catch when the second fitting support portion is bent. Displacement between the position to release
When the central electrode unit is in the central state, the first and second catches are not fitted with the first and second latch members,
The first fitting release portion is displaced in the second direction to bend the first fitting support portion to release the second displacement state, and the second fitting release portion. 5. The actuator according to claim 4, wherein the second fitting support portion is bent by being displaced in the first direction to release the first displacement state. 6.
前記第2の中央電極と前記第2の側電極の間に電位差を生じさせることにより、前記第2の中央電極は前記第2の方向へ変位し、前記第2の側電極は前記第1の方向へ変位することを特徴とする請求項2記載のアクチュエータ。 By causing a potential difference between the first central electrode and the first side electrode, the first central electrode is displaced in the first direction, and the first side electrode is the second side electrode. Displaced in the direction
By causing a potential difference between the second central electrode and the second side electrode, the second central electrode is displaced in the second direction, and the second side electrode is the first side electrode. The actuator according to claim 2, wherein the actuator is displaced in a direction.
前記固定部に接続され、前記第2の中央電極と前記第2の側電極の間に配置された第2の固定電極
とを更に有することを特徴とする請求項2記載のアクチュエータ。 A first fixed electrode connected to the fixed portion and disposed between the first central electrode and the first side electrode;
The actuator according to claim 2, further comprising a second fixed electrode connected to the fixed portion and disposed between the second central electrode and the second side electrode.
前記第2の固定電極に電圧を印加することにより、前記第1の中央電極は前記第2の方向へ変位し、前記第2の側電極は前記第1の方向へ変位することを特徴とする請求項7記載のアクチュエータ。 By applying a voltage to the first fixed electrode, the first central electrode is displaced in the first direction, the first side electrode is displaced in the second direction,
By applying a voltage to the second fixed electrode, the first center electrode is displaced in the second direction, and the second side electrode is displaced in the first direction. The actuator according to claim 7.
前記中央嵌合部、前記嵌合ユニット、及び前記第1及び第2の嵌合解除部の少なくとも一部は、前記第1の層の下に絶縁膜を介して重ね合わされた第2の層内に配置されていることを特徴とする請求項2記載のアクチュエータ。 The first and second central electrodes, and the first and second side electrodes are disposed in a first layer;
In the second layer, at least a part of the center fitting portion, the fitting unit, and the first and second fitting release portions are overlapped via an insulating film under the first layer. The actuator according to claim 2, wherein the actuator is disposed in a position.
前記中央支持部の他端に接続され、第1の方向及び前記第1の方向に対向する第2の方向にそれぞれ変位可能な中央電極ユニットと、
前記固定部に接続され、前記中央電極ユニットと嵌合することにより、前記中央電極ユニットを前記第1の方向へ変位した第1の変位状態、前記第2の方向へ変位した第2の変位状態、及び前記第1及び第2の方向の何れにも変位していない中央状態のうち少なくとも1つの状態に保持する嵌合ユニットと、
前記固定部に一端が接続された可撓性の第1の側支持部と、
前記第1の側支持部の他端に接続され、前記第2の方向に変位することにより前記嵌合ユニットが保持する前記第2の変位状態あるいは前記中央状態を解除する第1の側電極ユニットと、
前記固定部に一端が接続された可撓性の第2の側支持部と、
前記第2の側支持部の他端に接続され、前記第1の方向に変位することにより前記嵌合ユニットが保持する前記第1の変位状態あるいは前記中央状態を解除する第2の側電極ユニットと、
前記中央電極ユニットに接続されたミラーと、
前記ミラーの近傍において交差又は対向する1対の光導波路
とを有することを特徴とする光デバイス。 A flexible central support having one end connected to a fixed part that supports the entire actuator;
A central electrode unit connected to the other end of the central support and displaceable in a first direction and a second direction opposite to the first direction; and
A first displacement state in which the central electrode unit is displaced in the first direction and a second displacement state in which the central electrode unit is displaced in the second direction by being connected to the fixing portion and fitting with the central electrode unit. And a fitting unit that holds at least one of the central states not displaced in any of the first and second directions;
A flexible first side support having one end connected to the fixed part;
A first side electrode unit that is connected to the other end of the first side support portion and releases the second displacement state or the center state held by the fitting unit by being displaced in the second direction. When,
A flexible second side support having one end connected to the fixed part;
A second side electrode unit that is connected to the other end of the second side support portion and releases the first displacement state or the center state held by the fitting unit by being displaced in the first direction. When,
A mirror connected to the central electrode unit;
An optical device comprising: a pair of optical waveguides that intersect or face each other in the vicinity of the mirror.
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