WO2018168658A1 - 変位拡大機構及びそれを用いたシャッタ装置 - Google Patents

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WO2018168658A1
WO2018168658A1 PCT/JP2018/009079 JP2018009079W WO2018168658A1 WO 2018168658 A1 WO2018168658 A1 WO 2018168658A1 JP 2018009079 W JP2018009079 W JP 2018009079W WO 2018168658 A1 WO2018168658 A1 WO 2018168658A1
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WO
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actuator
displacement
substrate
mechanism according
driven member
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/009079
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
亮平 内納
万里夫 木内
Original Assignee
住友精密工業株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a displacement magnifying mechanism and a shutter device.
  • the shutter device described in Patent Document 1 has a shutter, a beam whose central portion is connected to the shutter, and both ends of the beam from a direction orthogonal to the longitudinal direction of the beam.
  • a displacement magnification mechanism including actuators connected two by two. Two actuators connected to each end are spaced apart in the longitudinal direction of the beam with respect to the end of the beam. Also, these two actuators are connected to the beam end from opposite directions.
  • the two actuators When the actuators are electrically heated and thermally expanded, the two actuators push one end of the beam in the opposite direction from each other, and the beam is unidirectionally supported with the connecting portion to which each actuator is connected as a fulcrum It receives a force to rotate and is displaced.
  • the beam At the other end of the beam, the beam is similarly displaced in one direction, and in response to the displacement of the beam, the shutter connected to the central part of the beam is displaced.
  • the shutter device described in Patent Document 1 displaces the shutter by connecting the shutter to the central portion of the beam.
  • only half the length of the beam contributes to the amount of displacement of the shutter.
  • the amount of displacement of the shutter can also be increased by increasing the amount of current supplied to the actuator by increasing the drive voltage of the actuator.
  • the amount of displacement of the shutter can also be increased by increasing the amount of current supplied to the actuator by increasing the drive voltage of the actuator.
  • power consumption when the actuator is driven also increases.
  • the technique disclosed herein has been made in view of the above-mentioned point, and an object thereof is to provide a displacement enlarging mechanism which can be miniaturized while increasing the displacement amount of the shutter.
  • the displacement amplification mechanism disclosed herein comprises a substrate, a fixing portion provided on the substrate, an actuator connected to the fixing portion, and a proximal end connected to the actuator, A first beam extending parallel to the top surface of the substrate, and an extension connected to the tip end side of the first beam and extending parallel to the top surface of the substrate and in a direction intersecting the first beam And a moving unit connected to the extension, wherein the actuator drives the distal end side of the first beam in a direction crossing the first beam.
  • the distal end side of the first beam can be largely displaced by a slight displacement of the actuator, and the extension connected to the moving part intersects the first beam with the distal end side of the first beam
  • the moving part can be disposed substantially at the center of the displacement magnifying mechanism.
  • Another displacement magnifying mechanism disclosed herein includes a substrate, a fixing portion provided on the substrate, an actuator connected to the fixing portion, and a base end side connected to the actuator and parallel to the upper surface of the substrate.
  • a first beam extending, a third beam connected to the fixed portion at a base end side, and extending from a distal end side of the first beam to a proximal end direction in parallel with the first beam;
  • a moving part provided on the tip side of the beam, connected to the tip side of the first beam, extends parallel to the upper surface side of the substrate and in a direction intersecting the first beam, and the third beam
  • an extension connected to the first and second actuators, wherein the actuator drives a distal end side of the first beam in a direction crossing the first beam.
  • the distal end side of the first beam can be largely displaced by a slight displacement of the actuator, and the moving unit is connected to the third beam folded back from the distal end side of the first beam to the proximal end side
  • the displacement of the distal end side of the first beam can be effectively used, and the arrangement of the moving unit can be changed while keeping the size of the displacement enlarging mechanism small.
  • the moving part can be disposed substantially at the center of the displacement magnifying mechanism.
  • the shutter device disclosed herein includes the displacement enlarging mechanism, a first electrode disposed on the fixed portion of the displacement enlarging mechanism, and a first electrode electrically connected to one end of the actuator, and the displacement enlarging. And a second electrode disposed on the fixed portion of the mechanism and electrically connected to the other end of the actuator, wherein the moving portion of the displacement enlarging mechanism blocks and opens the light path.
  • the moving part since the displacement amount of the moving part functioning as a shutter can be increased, the moving part can be sufficiently displaced even if the voltage applied between the first electrode and the second electrode is low. Further, since the moving part can be disposed substantially at the center of the shutter device, the light path of the light to be blocked or opened can be brought to substantially the center of the shutter device.
  • the displacement enlarging mechanism of the present disclosure since the moving part can be largely displaced by a slight displacement of the actuator which is the driving member, the displacement enlarging mechanism can be miniaturized. According to the shutter device provided with the displacement enlarging mechanism, the moving part can be largely displaced at a low voltage.
  • FIG. 2 is a plan view of the shutter device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 5 is a plan view showing the shutter device according to Embodiment 1 before and after driving.
  • FIG. 6 is a view showing a manufacturing process of the shutter device according to Embodiment 1. It is the figure which expanded the connection part vicinity of the 1st actuator and 1st beam in FIG.
  • FIG. 7 is a plan view of a shutter device according to a first modification.
  • FIG. 10 is a plan view of a shutter device according to a second modification;
  • FIG. 6 is a plan view of a shutter device according to Embodiment 2.
  • FIG. 10 is a plan view of another shutter device according to Embodiment 2.
  • FIG. 16 is a plan view of the vicinity of a first end of a first beam according to a third embodiment.
  • FIG. 21 is another plan view of the vicinity of the first end of the first beam according to the third embodiment.
  • FIG. 21 is yet another plan view near the first end of the first beam according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a view showing a manufacturing process of the shutter device according to Embodiment 3.
  • FIG. 14 is a perspective view of a driven member according to a fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view of a shutter device according to Embodiment 5.
  • FIG. 21 is a plan view of another shutter device according to Embodiment 5.
  • FIG. 20 is a plan view of a third beam according to Embodiment 5.
  • FIG. 16 is a plan view of a shutter device according to Embodiment 6. It is sectional drawing in the XVB-XVB line of FIG. 15A. It is a top view which shows the structure of another thermal radiation block. It is a top view of a 1st beam.
  • FIG. 1 shows a plan view of the shutter device according to the present embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the shutter device 1 has a fixed portion 2, a first actuator 3 and a second actuator 4 connected to the fixed portion 2, a first end 5a and a second end 5b, and the first end 5a is a first end.
  • a second beam 6 having a first end 6 b and a second end 6 c, the first end 6 b being connected to the second actuator 4. ing.
  • the shutter device 1 is connected to the beam connecting portion 7 connected to the second end 5 b of the first beam 5 and the second end 6 c of the second beam 6 and to the beam connecting portion 7 via the hinge 81.
  • a third beam 8 coupled to the fixed portion 2 through the hinge 82, a coupling member 9 coupling the first beam 5 and the second beam 6 to each other, and a driven member coupled to the third beam 8 10, a first electrode 101, and a second electrode 102.
  • the SOI substrate 200 is formed of a device layer (first silicon layer 210), a box layer (oxide film layer 220), and a handle layer (second silicon layer 230).
  • the thickness of the device layer is 30 ⁇ m
  • Box The layer thickness is 1 ⁇ m
  • the handle layer thickness is 250 ⁇ m.
  • the longitudinal direction of the first beam 5 will be referred to as X direction, the longitudinal direction of the first actuator 3 and the second actuator 4 as Y direction, and the thickness direction of the shutter device 1 as Z direction.
  • the left side in FIG. 1 may be referred to simply as the left side
  • the right side in FIG. 1 may be referred to simply as the right side.
  • the upper side in FIG. 1 may be referred to simply as the upper side
  • the lower side in FIG. 1 may simply be referred to as the lower side.
  • the upper side in FIG. 2 may be referred to as the upper surface
  • the lower side in FIG. 2 may be referred to as the lower surface.
  • the first end 5a of the first beam 5 and the first end 6b of the second beam 6 are base ends
  • the second end 5b of the first beam 5 and the second end 6c of the second beam 6 are Sometimes called.
  • the shutter device 1 has a rectangular overall shape in plan view.
  • the fixing portion 2 is a frame that forms the overall shape of the shutter device 1 having such a rectangular shape in plan view.
  • the fixing portion 2 includes a first base member 21 and a second base member 22 which are disposed to face each other in the Y direction.
  • Each of the first base member 21 and the second base member 22 secures the movable range of the first actuator 3, the second actuator 4, the first beam 5, the second beam 6, the third beam 8 and the driven member 10. However, it is shaped to occupy the largest possible area.
  • the fixing portion 2 is divided into two parts of the first base member 21 and the second base member 22 in the first silicon layer 210, but is connected to one in the oxide film layer 220 and the second silicon layer 230. There is. Therefore, the relative positions of the first base member 21 and the second base member 22 are fixed, and the movable member can be supported by the first base member 21 and the second base member 22.
  • the fixing portion 2 has an opening 20A between the first base member 21 and the second base member 22, and the first actuator 3 and the second actuator 4 can be formed in the opening 20A in a plan view.
  • the first beam 5 including the hinges 53 and 54, the second beam 6 including the hinges 63 and 64, the beam connecting portion 7, the third beam 8, the hinges 81 and 82, the connecting member 9, and the driven member 10, respectively. ing.
  • the fixed portion 2 is shaped so as to occupy as large an area as possible while securing the movable area of the movable member, so that the fixed portion 2 needs to be high as a frame for supporting the first actuator 3 and the second actuator 4 Stiffness is secured.
  • the first actuator 3 is a rod-like drive beam extended in the Y direction, and the first end 3 b is connected to the first base member 21 at a bottom surface member of the first base member 21.
  • the second end 3 c is connected to the second base member 22 at a bottom surface member of the second base member 22.
  • the first actuator 3 does not extend in a straight line in the Y direction, but slightly bends so that the middle portion 3a protrudes to the right in the X direction, which is the drive direction, or bulges to the right in the X direction as a whole. So it is slightly curved.
  • the second actuator 4 is a rod-like drive beam extended in the Y direction, and the first end 4 b is connected to the first base member 21 at a bottom surface member of the first base member 21.
  • the second end 4 c is connected to the second base member 22 at a bottom surface member of the second base member 22.
  • the second actuator 4 does not extend in a straight line in the Y direction, but slightly bends so that the middle part 4a protrudes to the left in the X direction, which is the drive direction, or bulges entirely to the left in the X direction. So it is slightly curved.
  • the first actuator 3 and the second actuator 4 are thermal actuators that are thermally expanded by heating by energization to generate a driving force. Further, as described above, the first and second actuators 3 and 4 are driven in the thermal expansion due to heating because the first and second actuators 3 and 4 are bent or curved with respect to the drive direction. There is no bending or bending on the opposite side. Therefore, the first and second actuators 3 and 4 can be reliably bent or bent in the driving direction.
  • the first actuator 3 is disposed on the left side in the X direction in the shutter device 1, and the second actuator 4 is disposed on the right side in the X direction in the shutter device 1.
  • the first actuator 3 and the second actuator 4 are viewed in plan Are facing each other.
  • the first beam 5 includes a first member 51 extending from the first end 5 a of the first beam 5, a second member 52 extending in the X direction, a hinge 53 and a hinge 54.
  • the second member 52 partially has lightening portions (holes) 522, 522,... Between the hinge 53 and the hinge 54.
  • the first member 51 and the second member 52 are connected via a hinge 53, and the second member 52 and the beam connecting portion 7 are connected via a hinge 54.
  • the first end 5 a of the first beam 5, that is, the proximal end of the first beam 5 is connected to the middle portion 3 a of the first actuator 3.
  • the second end 5 b of the first beam 5, that is, the tip of the first beam 5 is connected to the beam connector 7.
  • the second beam 6 is a member having a folded structure, and a first member 61 extending from the middle portion 4 a of the second actuator 4 to the vicinity of the middle portion 3 a of the first actuator 3, and a first member 61 and a second member 62. And a second member 62, a hinge 63, and a hinge 64 which are folded back toward the second actuator 4 from the connecting portion 6a.
  • the first member 61 has, for example, a bowl-like shape.
  • the first member 61 has a high elasticity region at least in part so as to be higher in rigidity than the second member 62, and is formed, for example, to be wider. As will be described later, even if the second beam 6 is driven by the second actuator 4, the first member 61 is hardly elastically deformed and retains a hook-like shape so that the driving force of the second actuator 4 can be reduced to the second member 62. To communicate.
  • a part of the first member 61 may be thicker than the second member 62, or a metal film may be formed on a part of the first member 61.
  • the first member 61 is formed with lightening portions (holes) 612, 612,.
  • the second member 62 partially has lightening portions (holes) 622, 622,... Between the hinge 63 and the hinge 64.
  • the second member 62 is disposed on the upper side in the Y direction with respect to the second member 52 of the first beam 5 and in parallel with the first beam 5. That is, the second member 52 of the first beam 5 and the second member 62 of the second beam 6 are connected in parallel and connected to the beam connector 7 from the same direction. Further, the portion near the second end 5 b in the hinge 54 is arranged in parallel with the portion near the second end 6 c in the hinge 64.
  • “arranged in parallel” including the following description means that two members are arranged in a substantially parallel relationship. Further, a portion in which the second member 52 of the first beam 5 and the second member 62 of the second beam 6 are arranged in parallel to each other may be referred to as a parallel arrangement portion.
  • the first member 61 and the second member 62 are connected via a hinge 63.
  • the second member 62 and the beam connecting portion 7 are connected via a hinge 64.
  • the first end 6 b of the second beam 6, that is, the proximal end of the second beam 6 is connected to the middle portion 4 a of the second actuator 4.
  • the second end 6 c of the second beam 6, that is, the tip of the second beam 6 is connected to the beam connector 7.
  • the beam connecting portion 7 is provided on the tip side of the first beam 5 and the second beam 6, is connected to the first beam 5 and the second beam 6 from the left in the X direction, and is connected to the hinge 81 from the right in the X direction There is. Further, the beam connecting portion 7 is disposed on the right side of the center of the opening 20A, that is, on the side closer to the second actuator 4 when viewed in the X direction.
  • the third beam 8 is a member having a substantially constant width extending in the X direction, and the first end 8a is connected to the hinge 81 from the upper side in the Y direction and to the hinge 82 from the lower side in the Y direction.
  • the driven member 10 is connected to the second end 8 b of the third beam 8.
  • the third beam 8 is folded back from the beam connector 7 on the distal side of the first beam 5 and the second beam 6 via the hinge 81 to the proximal side of the first beam 5 and the second beam 6 and extends
  • the second member 52 of the first beam 5, the second member 61 of the second beam 6, and the third beam 8 are arranged in parallel while being separated in the Y direction.
  • the hinges 81 and 82 correspond to the extensions described in the claims.
  • One end of the hinge 81 is connected to the beam connector 7 and the other end is connected to the first end 8 a of the third beam 8.
  • One end of the hinge 82 is connected to the first end 8 a of the third beam 8, and the other end is connected to the fixed portion 2 (second base member 22).
  • the hinge 82 is configured such that the number of folds is larger than that of the hinge 81 or the length in the X direction is longer.
  • the connecting member 9 is a hairpin-shaped member, the first end 9a is connected to the first member 51 of the first beam 5, extends upward in the Y direction, and is folded back, and the second end 9b is the second beam
  • the first beam 61 and the second beam 6 are connected to each other.
  • the connecting member 9 extends in a direction substantially perpendicular to the second beam 6 from the first member 61 of the second beam 6 and the fixing portion 2 (more specifically, the first It may be connected to the base member 21), and when the first member 61 rotates, the rotation is prevented by the first member 61 and the fixing portion 2 (more specifically, the second base member 21) coming into contact with each other.
  • the rotation preventing structure (not shown) may be provided on the fixing portion 2 or the first member 61.
  • the driven member 10 is a moving unit that moves in a direction parallel to the upper surface of the substrate 200 when the first, second and third beams 5, 6 and 8 are driven by the first and second actuators 3 and 4, respectively. is there.
  • the driven member 10 is disposed between the first actuator 3 and the second actuator 4 which face each other. More specifically, the driven member 10 is disposed substantially at the center of the opening 20A.
  • the driven member 10 functions as a shutter that blocks and opens the light path (not shown). Therefore, the driven member 10 is formed in a planar shape, specifically, a circle, which is slightly larger than the cross section of the optical path.
  • the thickness of the driven member 10 is the same as that of the first beam 5 and the sixth beam.
  • a metal film 11 such as an Au / Ti film is formed on the entire surface of the driven member 10.
  • FIG. 3 shows a plan view of the shutter device 1 in the driven state.
  • the two-dot chain line in FIG. 3 indicates the shutter device 1 in a state before driving.
  • the shutter device 1 is driven by applying a voltage between the first electrode 101 and the second electrode 102.
  • a voltage is applied between the first electrode 101 and the second electrode 102, a current flows in the first actuator 3 and the second actuator 4 through the first base member 21 and the second base member 22.
  • Joule heat is generated in the first actuator 3 and the second actuator 4 made of silicon material, and the first actuator 3 and the second actuator 4 are heated to 400 to 500 ° C. in an instant.
  • the first actuator 3 thermally expands so as to extend its entire length by being heated. Since the first end 3b and the second end 3c of the first actuator 3 can not be moved while the positions thereof are fixed by the fixing portion 2, the intermediate portion 3a protrudes in advance by the thermal expansion of the first actuator 3 It is pushed out to the right in the X direction, which is the direction.
  • the second actuator 4 also thermally expands so as to extend its entire length by being heated. Since the first end 4b and the second end 4c of the second actuator 4 can not be moved by fixing the position by the fixing portion 2, the intermediate portion 4a is protruded in advance by the thermal expansion of the second actuator 4 It is pushed out to the left in the X direction, which is the direction.
  • the middle portion 4a of the second actuator 4 is pushed out to the left in the X direction
  • the first end 6b of the second beam 6 connected thereto is pushed out to the left in the X direction.
  • the first member 61 of the beam 6 hardly elastically deforms. Therefore, the force by which the first end 6b is pushed leftward in the X direction works to pull the beam connecting portion 7 leftward in the X direction via the hinge 63, the second member 62 of the second beam 6, and the hinge 64.
  • the second member 52 of the first beam 5 and the second member 62 of the second beam 6 arranged in parallel the second member 52 of the first beam 5 is pushed to the right in the X direction.
  • the first beam is transmitted to the beam connector 7 connected to the second end 5 b of the first beam 5 and the second end 6 c of the second beam 6.
  • the driving forces of the fifth and second beams 6 work together.
  • the beam connecting unit 7 is driven and displaced obliquely upward to the left on the XY plane.
  • the hinges 53 and 54 are respectively connected in the vicinity of both ends of the second member 52 of the first beam 5, and the hinges 63 and 64 are respectively connected in the vicinity of both ends of the second member 62 of the second beam 6. Therefore, the second member 52 of the first beam 5 and the second member 62 of the second beam 6 are not greatly bent or bent. Further, since the first beam 5 and the second beam 6 are connected to each other by the connecting member 9, when the first end 6b of the second beam 6 is driven, the first member 61 of the second beam 6 is It is possible to prevent a slight clockwise rotation on the XY plane with the one end 6b as an axis.
  • the hinge 81 is pulled to the upper left, and the upper portion in the Y direction is deformed.
  • a force to be pulled upward in the Y direction is applied.
  • the hinge 82 connected to the first end 8a is also deformed at the upper portion in the Y direction.
  • the hinge 82 is configured to fold more than the hinge 81. That is, the hinge 82 has a lower rigidity than the hinge 81. Therefore, the hinge 82 has a large amount of deformation as compared to the hinge 81, and the upper portion in the Y direction of the hinge 82 is deformed more largely.
  • the hinge 82 deforms from the connecting end with the fixed portion 2 toward the upper side in the Y direction . With this deformation, the third beam 8 and the driven member 10 connected thereto are displaced obliquely upward to the right on the XY plane with the vicinity of the first end 8a of the third beam 8 as a fulcrum.
  • the first end 5a of the first beam 5 connected thereto is pulled back to the left in the X direction.
  • the force by which the first end 5a of the first beam 5 is pulled back acts to pull the beam connector 7 to the left in the X direction via the hinge 53, the second member 52 of the first beam, and the hinge 54.
  • the middle portion 4a of the second actuator 4 is pulled back to the right in the X direction
  • the first end 6b of the second beam 6 connected thereto is pulled back to the right in the X direction.
  • the first member 61 of the beam 6 hardly elastically deforms. Therefore, the force by which the first end 6 b is pulled back to the right in the X direction works to push the beam connecting portion 7 to the right in the X direction via the hinge 63, the second member 62 of the second beam 6 and the hinge 64.
  • the second member 52 of the first beam 5 and the second member 62 of the second beam 6 arranged in parallel the second member 52 of the first beam 5 is pulled to the left in the X direction.
  • the beam connecting portion 7 connected to the second end 5 b of the first beam 5 and the second end 6 c of the second beam 6 is obliquely right on the XY plane Displace downward.
  • the hinge 81 is pushed back to the lower right, and the upper portion in the Y direction is deformed so as to return to the original state.
  • a force to be pushed back in the Y direction is applied.
  • the hinge 82 connected to the first end 8a is also pushed back in the Y direction, and the upper portion in the Y direction is deformed so as to return to the original state.
  • the position of the driven member 10 on the XY plane is illustrated. Move as shown in 3.
  • An optical path (not shown) is disposed so as to overlap the driven member 10 shown in FIG. 1 or the driven member 10 shown by a two-dot chain line in FIG. 3, and the driven member 10 moves as shown in FIG.
  • the driven member 10 functions as a shutter that blocks and opens the light path (not shown).
  • the driven member 10 may block the light path (not shown) at the position before driving, and the light path may be opened at the driven position.
  • the driven member 10 includes the first actuator 3 and the second actuator 4.
  • the optical path (not shown) may be opened in the undriven state, and the optical path may be blocked at the driven position.
  • the configuration of the thermally driven actuator for driving the driven member 10 by the thermal expansion of the constituent members is exemplified, but if the first and second actuators 3 and 4 are driven as described above, the thermal is used.
  • a system other than the drive system for example, an electrostatic capacity drive system or a piezoelectric drive system may be used.
  • the shutter is a concept including an optical attenuator for blocking and opening a part of the optical path other than blocking and opening the optical path.
  • FIG. 4 shows a manufacturing process of the shutter device 1 according to the present embodiment.
  • the diagrams of the respective manufacturing steps depicted in FIG. 4 correspond to the cross-sectional views taken along the line II-II in FIG.
  • an SOI wafer composed of a device layer (first silicon layer 210), a Box layer (oxide film layer 220), and a handle layer (second silicon layer 230) is prepared.
  • the thickness of the device layer is 30 ⁇ m
  • the thickness of the Box layer is 1 ⁇ m
  • the thickness of the handle layer is 250 ⁇ m.
  • the device layer is etched to form the fixing portion 2, the first and second actuators 3 and 4 (not shown), the first beam 5, the second beam 6 and the beam connecting portion 7 (not shown) on the device layer.
  • a third beam 8 (not shown), hinges 53, 54, 63, 64, 81, 82 (not shown) and a driven member 10 integrally form a displacement magnifying mechanism.
  • FIG. 4 only a part of the displacement enlarging mechanism is depicted for convenience.
  • lightening parts (holes) 522, 522 ..., lightening parts (holes) 612, 612 ..., lightening parts (holes) 622 622 provided in the first beam 5 and the second beam 6 Are formed simultaneously with the etching of the device layer.
  • the first electrode 101 is formed on the surface of the first base member 21, the second electrode 102 is formed on the surface of the second base member 22, and the metal film 11 is formed on the surface of the driven member 10.
  • the electrodes 101 and 102 and the metal film 11 are, for example, an Au / Ti film made of Ti having a thickness of 20 nm and Au having a thickness of 300 nm.
  • the dummy wafer 250 is bonded to the device layer with wax 240, and the layer on the back surface of the shutter device 1, that is, the Box layer and the handle layer are etched.
  • the SOI substrate 200 is left on the fixed portion 2 and the first beam 5 including the first actuator 3 and the second actuator 4 and the hinges 53 and 54 which are movable members in the other displacement enlarging mechanism, and the hinge 63 , 64, the beam connecting portion 7, the third beam 8, the hinges 81 and 82, the connecting member 9, and the driven member 10, only the device layer is left.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the connecting portion between the first actuator 3 and the first beam 5 in FIG.
  • the first end 5a of the first beam 5 is connected to the middle portion 3a of the first actuator 3 in a branched state.
  • the first end 5a is connected to the first actuator 3 at a position separated by an equal distance from the middle portion 3a.
  • the first end 6b of the second beam 6 is connected to the middle portion 4a of the second actuator 4 in a branched state.
  • the first end 6b is connected to the second actuator 4 at a position separated by an equal distance from the middle portion 4a.
  • a force that is pushed to the right in the X direction acts on the first end 5 a of the first beam 5.
  • This force may be applied strictly along the X direction, but when the connecting position of the first end 5a with respect to the middle portion 3a of the first actuator 3 is deviated in the Y direction, the driving of the first actuator 3 is performed.
  • the force acts to rotate the first beam 5 clockwise or counterclockwise with the vicinity of the first end 5a as a fulcrum.
  • the second actuator 4 is driven, there is a possibility that a force to rotate the second beam 6 clockwise or counterclockwise acts.
  • the rotational rigidity of the first beam 5 is achieved by connecting the first end 5 a of the first beam 5 in a plurality of branches to the intermediate portion 3 a of the first actuator 3.
  • the first beam 5 is difficult to rotate.
  • the rotation preventing effect of the first beam 5 is improved.
  • the rotational rigidity of the second beam 6 can be similarly enhanced. 2
  • the beam 6 becomes difficult to rotate. As a result, it is possible to suppress a decrease in the amount of displacement of the beam connecting portion 7 and hence the amount of displacement of the driven member 10.
  • the first beam 5 may be The number of branches of the end 5a or the first end 6b of the second beam may be two or more.
  • the individual size and shape of the branched portion can be changed as appropriate.
  • the first end 5a or the first end 6b may not be a branched structure.
  • the first and second beams 5 and 6 are driven by the first and second actuators 3 and 4 being electrically heated and thermally expanded, so that these two beams 5 and 6 are driven.
  • the connected beam connector 7 is driven. That is, driving forces of the first beam 5 and the second beam 6 driven by the first actuator 3 and the second actuator 4 are added together to drive the beam connector 7.
  • the driven member 10 is driven via the third beam 8 in accordance with the driving of the beam connector 7. Therefore, the driven member 10 can be largely displaced by a slight displacement of the first actuator 3 and the second actuator 4 which are the driving members.
  • the third beam 8 is folded back from the beam connecting portion 7
  • the driving member 10 can be disposed substantially at the center of the opening 20A. Also in this case, since the beam lengths of the first and second beams 5 and 6 can be made longer, the displacement of the beam connecting portion 7 can be made sufficiently large. Therefore, the amount of displacement of the driven member 10 connected to the beam connecting portion 7 through the hinge 81 and the third beam 8 can be made sufficiently large.
  • the amount of displacement of the driven member 10 functioning as a shutter can be increased, so that the driven member can be driven even if the voltage applied between the first electrode 101 and the second electrode 102 is low. 10 can be displaced enough. Further, since the driven member 10 can be disposed substantially at the center of the opening 20A, the optical path of the light to be blocked or opened can be brought to substantially the center of the shutter device 1. Thus, for example, when the shutter devices 1 are arranged in an array to form an optical switch or the like, the freedom of the arrangement of the shutter devices 1 can be secured, and the design of the light selection switch or the like can be easily performed.
  • FIG. 6 is a plan view of the shutter device 1 according to the first modification.
  • the difference between this modification and the shutter device shown in FIG. 1 is that the hinge 82 whose one end is connected to the third beam 8 is connected to the first member 61 of the second beam 6 instead of the fixed part 2 at the other end. That is the point.
  • the first member 61 of the second beam 6 hardly elastically deforms, and is connected to the fixed portion 2 via the second actuator 4. Therefore, the first member 61 is not displaced much even when the second actuator 4 is driven. Therefore, even in the configuration shown in FIG. 6, the deformation of the hinge 82 is not significantly influenced by the first member 61 of the second beam 6, and the displacement of the third beam 8 and the driven member 10 coupled thereto is There is almost no reduction compared to the configuration shown in FIG.
  • FIG. 7 shows a plan view of the shutter device 1 according to the second modification.
  • the first actuator 3 and the second actuator 4 are disposed to face each other in a state of being shifted by a predetermined distance in the Y direction.
  • both the first beam 5 and the second beam 6 have a folded structure.
  • the first member 51 of the first beam 5 is connected to the fixed portion 2 (the first base member 21), and has a hook shape extending from the connecting portion with the fixed portion 2 to the right in the X direction.
  • the hinge 54 is connected to the lower side in the Y direction at the connecting portion 5 d with the second member 52, and is connected to the second member 62 at the upper side in the Y direction.
  • the connecting portion 5d between the first member 51 and the second member 52 is disposed at a position closer to the right in the X direction from the center of the opening 20A.
  • the second member 52 is a member having a substantially constant width extending from the connecting portion 5d toward the left side in the X direction, and is connected to the middle portion 3a of the first actuator 3 at the first end 5a.
  • the connecting portion 5 d of the first beam 5 is connected to the end 8 c of the third beam 8 through a hinge 54.
  • the first member 51 and the second member 52 may not have the same width.
  • a lightening part (not shown) may be provided in a part of the first member 51.
  • the first member 61 of the second beam 6 is connected to the fixed portion 2 (first base member 21), and has a hook shape extending leftward in the X direction from the connecting portion with the fixed portion 2.
  • the connecting portion 6a with the second member 62 is connected to the hinge 64 at the upper side in the Y direction, and is connected to the second member 62 at the lower side in the Y direction.
  • the connecting portion 6a between the first member 61 and the second member 62 is disposed at a position closer to the left in the X direction from the center of the opening 20A.
  • the second member 62 is a member having substantially the same width as the first member 61 extending from the connecting portion 6 a toward the right in the X direction, and is connected to the middle portion 4 a of the second actuator 4 at the first end 6 b.
  • the connecting portion 6 a of the second beam 6 is connected to the end 8 d of the third beam 8 through a hinge 64.
  • the driven member 10 is disposed in the vicinity of the center of the third beam 8.
  • the first member 61 and the second member 62 may not have the same width.
  • a lightening part (not shown) may be provided in a part of the first member 61.
  • the intermediate portion 3a When the first actuator 3 is electrically heated and thermally expanded, the intermediate portion 3a is pushed out to the left in the X direction, and the second member 52 of the first beam 5 is pulled to the left in the X direction. In the vicinity of the end 5d, a force that is pulled to the left in the X direction acts. On the other hand, when the vicinity of the connection end 5d is pulled to the left in the X direction, a force to be pushed out to the left in the X direction acts on the first member 51, but the fixing portion 2 connected to the first member 51 is not elastically deformed. Therefore, the force by which the first member 51 is pushed leftward in the X direction works to push the vicinity of the connection end 5d rightward in the X direction.
  • the force pulled to the left in the X direction and the force pushed out to the right in the X direction work in a substantially parallel relationship
  • a force to rotate clockwise acts on the connecting end 5d, and the hinge 54 connected to the connecting end 5d under the force receives the force in the Y direction.
  • the force by which the first member 61 is pulled to the right in the X direction works to push the vicinity of the connecting portion 6 a to the left in the X direction. Since the first member 61 and the second member 62 are arranged in parallel, in the vicinity of the connecting portion 6a, the force pulled to the left in the X direction and the force pushed out to the right in the X direction work in a substantially parallel relationship. With the vicinity of the first end 6b of the second beam 6 as a fulcrum, a force to turn counterclockwise acts on the connecting portion 6a, and the hinge 64 connected to the connecting portion 6a receives this force and is lowered in the Y direction. Receive power on the side. Accordingly, the third beam 8 whose both ends are respectively connected to the hinges 54 and 64 and the driven member 10 disposed at the center thereof are displaced downward in the Y direction by the force from the hinges 54 and 64.
  • the driven member 10 can be disposed substantially at the center of the opening 20A. Further, the beam length can be increased for both the first and second beams 5 and 6, and the displacement of the end of the first and second beams 5 and 6 can be increased. By this, the displacement amount of the driven member 10 can be increased. In addition, in the case of driving either one of the first actuator 3 or the second actuator 4 and in the case of driving both the first and second actuators 3 and 4, the displacement amount of the driven member 10 and the displacement amount after the displacement The position can be changed, for example, blocking or opening some or all of the incident light.
  • FIG. 8 shows a plan view of the shutter device 1 according to the present embodiment.
  • the difference between the shutter device according to the present embodiment and the shutter device having the configuration shown in FIG. 1 is that the fourth beam 80 is provided so as to extend directly from the beam connecting portion 7 first.
  • the fourth beam 80 as well as the hinges 81 and 82 correspond to an extension in the claims.
  • the beam connector 7 and the fourth beam 80 are directly connected.
  • the fourth beam 80 extends downward in the Y direction.
  • the beam connecting portion 7 is displaced obliquely upward to the left by the driving of the first and second actuators 3 and 4 as in the configuration shown in FIG. 1, but the fourth beam 80 is Y Since it extends in the direction, the driven member 10 connected to the second end 80b is displaced obliquely upward to the right.
  • the fourth beam 80 extends so as to intersect the second member 52 of the first beam 5 and the second member 62 of the second beam 6.
  • the beam length of the fourth beam 80 corresponding to the beam 8 can be increased.
  • the amount of displacement of the driven member 10 coupled to the fourth beam 80 can be increased.
  • the opening 20A has substantially the same length in both the X direction and the Y direction
  • the amount of displacement of the driven member 10 can be approximately 1.5 times that of the configuration shown in the first embodiment. .
  • the beam length of the fourth beam 80 is shortened It is possible to locate it in the vicinity of the center of the opening 20A.
  • the fourth beam 80 may be extended so as to rotate a predetermined angle in the counterclockwise direction from the Y direction.
  • the beam length and the shape of the fourth beam 80 may be appropriately changed depending on the design position before the drive of the driven member 10 and the specification requirement of the displacement amount.
  • FIG. 11 shows a manufacturing process of the shutter device 1 according to the present embodiment. Note that the diagrams of the respective manufacturing steps depicted in FIG. 11 correspond to the cross-sectional views along the line XI-XI in FIG.
  • a predetermined interval is formed along the longitudinal direction of the first beam 5 so as to intersect the entire width direction of the first beam 5.
  • a plurality of heat insulating parts 300 are provided to be open.
  • a part of the first silicon layer constituting the first beam 5 is etched to form a groove, and a silicon oxide 220 a is embedded in the groove to form a heat insulating part 300. It is formed.
  • the silicon oxide 220a is formed by, for example, forming a silicon oxide film in the trench by chemical vapor deposition (CVD) or the like, or oxidizing the side surface of the trench.
  • the heat generated by the first actuator 3 is transmitted to the first beam 5 and is further transmitted to the driven member 10 via the third beam 8 or the fourth beam 80.
  • the amount of propagation heat is large, for example, silicon which is a constituent material of the driven member 10 may diffuse into the metal film 11, and the light blocking performance of the shutter device 1 may be degraded.
  • a rapid temperature change is repeated in the first beam 5 which has a more complicated shape than the first actuator 3, there is a risk that the portion of the first beam 5 with weak mechanical strength may deteriorate or break.
  • the temperature of the first actuator 3 at the time of heating may be lowered, and the driving amount of the first actuator 3 may be reduced.
  • the heat insulating portion 300 is provided to intersect the entire width direction of the first beam 5, heat generated by the first actuator 3 is transmitted to the first beam 5.
  • the silicon constituting the driven member 10 can be prevented from diffusing into the metal film 11 provided on the surface thereof, and the light blocking performance of the driven member 10 as the shutter and the metal film 11 can be maintained.
  • the heat generated by the first actuator 3 is less likely to escape to the outside, the temperature of the first actuator 3 is less likely to decrease. As a result, the drive amount of the first actuator 3 is not reduced, and the displacement amount of the driven member 10 can be maintained.
  • the heat insulating portion 300 may be provided along the longitudinal direction of the first beam 5 as shown in FIG. 10B, and intersects a part in the width direction of the first beam as shown in FIG. 10C.
  • a plurality of the first beams 5 may be alternately provided at predetermined intervals along the longitudinal direction. In any case, the same effect as the configuration shown in FIG. 11 can be obtained.
  • the heat insulating performance along the longitudinal direction of the first beam 5 is lower than that shown in FIG.
  • the heat insulating performance in the lateral direction of the first beam is high.
  • the arrangement interval of the heat insulating portion 300 can be appropriately changed depending on the allowable upper limit of the temperature condition of the first beam 5 or the driven member 10.
  • the depth of the groove provided in the first beam 5 to form the heat insulating portion 300 may be halfway to the first silicon layer 210 as shown in FIG. It may penetrate.
  • the heat insulating portion 300 may be provided in the vicinity of the connection portion between the second actuator 4 and the second beam 6.
  • the temperature rise in the second beam 6 and the driven member 10 can be suppressed. This can prevent the second beam 6 from being deteriorated or damaged.
  • the temperature rise in the second beam 6 and the driven member 10 can be suppressed, it is possible to prevent the silicon constituting the driven member 10 from diffusing into the metal film 11 provided on the surface, and the shutter as a shutter The light blocking performance of the driving member 10 and the metal film 11 can be maintained.
  • the heat insulating portion 300 be provided in the vicinity of the connection between the first actuator 3 and the first beam 5 and in the vicinity of the connection between the second actuator 4 and the second beam 6.
  • the heat insulation part 300 in area
  • the heat insulating portion 300 may be provided to the third beam 8 or the fourth beam 80.
  • the insulator provided in the heat insulating unit 300 is not limited to silicon oxide, and may be another substance such as silicon nitride.
  • FIG. 12 shows a perspective view of the driven member according to the present embodiment, and the difference from the configuration shown in the first embodiment is that the protrusion 10a extending in the direction intersecting with the surface is provided at the periphery of the driven member 10. It is in the point which is doing.
  • the protrusion 10a is formed by etching so as to leave a part of the periphery of the driven member 10, for example, in the process of forming the driven member 10 shown in FIG.
  • the surface area of the driven member 10 can be increased by providing the protrusions 10 a.
  • the heat dissipation time constant when heat is dissipated from an object is represented by the following equation (1).
  • ⁇ c mc / hA (1) here, ⁇ c: Heat dissipation time constant
  • m Mass of object c: Specific heat of object
  • h Heat transfer coefficient of object A: Surface area of object
  • the heat dissipation time constant ⁇ c decreases by increasing the surface area A of the object. That is, heat is dissipated from the object in a shorter time. Therefore, the heat dissipation effect of the driven member 10 can be enhanced by providing the protrusion 10 a. As a result, the temperature rise in the driven member 10 can be suppressed, so that silicon constituting the driven member 10 can be prevented from diffusing into the metal film 11 provided on the surface, and the driven member 10 as a shutter can be prevented. And the light blocking performance of the metal film 11 can be maintained.
  • the heating of the first and second actuators 3 and 4 is stopped to return the position of the driven member 10 to the position before driving, the parallel to the surface of the substrate 200 around the setting position before driving.
  • the driven member 10 vibrates in the XY plane which is the direction, and a phenomenon called so-called ringing occurs in which the amplitude is damped and stopped. If this ringing continues for a long time, the light blocking and opening performance of the shutter device is degraded. Therefore, as shown in the present embodiment, by providing the protrusion 10 a, it is possible to generate a braking force due to air resistance to the vibration of the driven member 10. By this, the vibration of the driven member 10 is converged in a short time, and the light blocking / opening performance does not decrease.
  • the driven member 10 is thinner than the other members constituting the displacement enlarging mechanism, for example, the third beam 8, the mass of the driven member 10 is reduced, The time for which ringing continues can be shortened.
  • the projection part 10a extends upwards from the surface of the driven member 10
  • the projection part 10a extends downward from the back surface of the driven member 10 It may exist.
  • the number and the size of the protrusions 10 a are not particularly limited, and may be appropriately determined depending on the required vibration convergence time of the driven member 10 or the like.
  • the mass of the driven member 10 is slightly increased by providing the projection 10a
  • the driven member 10 including the projection 10a may be made of another material, for example, a porous silicon layer, a silicon oxide layer, and a silicon layer. This effect is reduced because the mass of the driven member 10 is reduced by forming a laminated structure of
  • Embodiment 5 13A shows a plan view of the shutter device according to this embodiment
  • FIG. 13B shows a plan view of another shutter device
  • FIG. 14 shows a plan view of the third beam.
  • parts similar to those in the first embodiment are assigned the same reference numerals and detailed explanations thereof will be omitted.
  • a protrusion is provided on any of the first beam 5, the second beam 6 and the third beam 8.
  • the projection 55 may be provided on the second member 52 of the first beam 5, and as shown in FIG. 13B, the projection 65 may be formed on the second member 62 of the second beam 6. May be provided.
  • the protrusions 55 and 65 respectively have predetermined intervals along the longitudinal direction of the second member 52 of the first beam 5 or the longitudinal direction of the second member 62 of the second beam 6, that is, the X direction. Multiple are arranged.
  • the protrusion part 55 is respectively extended and formed in the Y direction upper side in the Y direction, it is not limited in particular to this.
  • the protrusion 55 and the protrusion 65 abut against the opposing beams to reduce the displacement of the driven member 10, or to the protrusions 55 and 65. It is good if the opposing beams do not get damaged.
  • the protrusion 55 may extend upward in the Y direction.
  • the second member 52 of the first beam 5 rotates counterclockwise around the hinge 53.
  • the protrusion 55 when the protrusion 55 is formed to extend downward in the Y direction, the tips of the adjacent protrusions 55 are displaced so as to open each other when the first beam 5 is driven, as described later, It is preferable from the viewpoint of heat radiation and vibration suppression of the driven member 10. Similarly, it is preferable that the projection 65 be formed to extend upward in the Y direction.
  • the protrusions 55 and 65 are disposed in the vicinity of the hinges 53 and 63, respectively, but the present invention is not particularly limited thereto. It may be disposed in the vicinity of the hinges 54 and 64, or in the central portion of the second member 52 of the first beam 5 or in the central portion of the second member 62 of the second beam 6 as viewed in the X direction. May be
  • the third beam 8 may be provided with a protrusion 8 c.
  • a plurality of protrusions 8 c are arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction of the third beam 8.
  • the protrusion part 8c is extended and formed, respectively from the 3rd beam 8 to the Y direction upper side and lower side, it is not specifically limited to this. It may be formed extending only in the upper side in the Y direction or may be formed extending only in the lower side in the Y direction.
  • the protrusion 8c is provided to extend downward in the Y direction of the third beam 8, when the third beam 8 is driven, the tips of the adjacent protrusions 8c are displaced so as to open each other. As described later, it is preferable from the viewpoint of heat dissipation and vibration suppression of the driven member 10.
  • the projections 55, 65 and 8c are provided on any of the first beam 5, the second beam 6 and the third beam 8, so that the surface area of each of the beams 5, 6 and 8 is obtained.
  • the silicon constituting the driven member 10 can be prevented from diffusing into the metal film 11 provided on the surface, and the light blocking performance of the driven member 10 as the shutter and the metal film 11 can be maintained.
  • the projection 8 c in the third beam 8 for example, when light is irradiated to the driven member 10, it is possible to rapidly dissipate the heat generated in the driven member 10 by light absorption. It becomes. Further, since the third beam 8 is connected to the second base member 22 through the hinge 82, the heat generated in the driven member 10 can be dissipated quickly also from this path.
  • the protrusions 55, 65, and 8c extend in a direction parallel to the upper surface of the substrate 200.
  • the protrusions 55, 65, and 8c extend in the Z direction upper side or lower side which intersects the upper surface of the substrate 200, or vertically.
  • the number of the protrusions 55 and 65 is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the required heat radiation performance, the vibration convergence time of the driven member 10, and the like.
  • the number and the length of the protrusions 8c are not particularly limited, and may be determined appropriately depending on the required vibration convergence time of the driven member 10 or the like.
  • the protrusions 55 and 8c may be provided on the first beam 5 and the third beam 8, respectively, or the protrusions 65 and 8c may be provided on the second beam 6 and the third beam 8, respectively. Projections 55, 65 and 8c may be provided on the first beam 5, the second beam 6 and the third beam 8, respectively.
  • FIG. 15A shows a plan view of the shutter device according to this embodiment
  • FIG. 15B shows a cross-sectional view taken along line XVB-XVB in FIG. 15A.
  • FIG. 16 is a plan view of another configuration of the heat dissipation unit shown in FIGS. 15A and 15B. In the present embodiment, parts similar to those in the first embodiment are assigned the same reference numerals and detailed explanations thereof will be omitted.
  • FIG. 16 is a plan view seen from the lower side in the Z direction.
  • the heat radiation block is provided below the first beam 5 and the second beam 6 in the Z direction at a predetermined distance from these beams 5 and 6.
  • 230a is provided.
  • the heat radiation block 230a is formed of the second silicon layer 230 which is a handle layer, and the ends in the Y direction are connected to the second silicon layer 230 of the fixed portions 21 and 22, respectively. It is done.
  • the Box layer 220 intervenes between the heat radiation block 230a and the first electrode 101 and between the heat radiation block 230a and the second electrode 102, the heat radiation block 230a comprises the first and second base members.
  • the distance between the first beam 5 and the second beam 6 and the heat radiation block 230a corresponds to the thickness (1 ⁇ m) of the Box layer 220.
  • the heat transmitted to the first and second beams 5 and 6 can be dissipated quickly via the heat dissipation block 230a.
  • the distance between the first and second beams 5 and 6 and the heat radiation block 230a is as small as 1 ⁇ m, and the thermal resistance is small at this order, that is, a distance of several ⁇ m or less. Heat is quickly dissipated from the first beam 5 and / or the second beam 6 to the heat radiation block 230a.
  • the heat dissipated to the heat dissipation block 230a is dissipated directly to the atmosphere from the heat dissipation block 230a or from the heat dissipation block 230a via the second silicon layer 230 of the first and second base members 21 and 22.
  • the amount of heat transfer to the driven member 10 can be reduced, and the temperature rise in the driven member 10 can be suppressed. Therefore, the silicon constituting the driven member 10 can be prevented from diffusing into the metal film 11 provided on the surface, and the light blocking performance of the driven member 10 as the shutter and the metal film 11 can be maintained.
  • FIGS. 15A and 15B show an example in which both ends of the heat release block 230a in the Y direction are respectively connected to the first base member 21 and the second base member 22, the heat release block 230a is a first base member. It may be connected to either 21 or the second base member 22.
  • the heat radiation block 230a etches the second silicon layer 230 so as to leave the heat radiation block 230a using a mask (not shown), for example, in the etching process step of the back surface layer of the shutter device 1 shown in FIG.
  • the oxide film layer 220 is removed by etching using a hydrofluoric acid-based chemical solution.
  • the portion where the first and second beams 5 and 6 and the heat dissipation block 230a overlap in plan view is about several hundred ⁇ m to several mm in the Y direction, depending on the width of the overlapping portion in the X direction
  • the etching amount of 220 becomes large, and the oxide film layer 220 of the first and second base members 21 and 22 may be etched from the side, and the first and second base members 21 and 22 may be deformed.
  • adhesion due to surface tension or electrostatic attraction of a member may occur.
  • the above-mentioned problem can be avoided by providing a plurality of lightening portions (holes) 231 in the heat radiation block 230a.
  • the chemical solution enters from the lightening portion 231, so the time for removing the oxide film layer 220 in the portion in contact with the heat dissipation block 230a is shortened.
  • the amount of charge in the first and second beams 5 and 6 and the heat radiation block 230a can be suppressed.
  • the lightening portion 231 it is possible to reduce the facing area of the first and second beams 5, 6 and the heat radiation block 230a, which also causes the heat radiation of the first and second beams 5, 6 and the heat radiation. Fixing due to surface tension or electrostatic attraction at block 230a can be suppressed. From the above, the surface tension and electrostatic attraction between the first beam 5 and / or the second beam 6 and the heat radiation block 230a are weakened, and they are fixed to each other, or the first beam 5 and / or the second beam 6 can be prevented from being damaged. Further, by providing the lightening portion 231, the surface area of the heat radiation block 230a can be increased, and heat can be dissipated quickly from the heat radiation block 230a.
  • the heat radiation block 230a shown in the present embodiment may be provided.
  • the temperature rise of the driven member 10 can be suppressed, and the light blocking performance of the driven member 10 as the shutter and the metal film 11 can be maintained.
  • Each of the first actuator 3 and the second actuator 4 may be composed of a plurality of actuators. Further, the size and the structure of the first actuator 3 and the second actuator 4 do not have to be the same, and may be different from each other. For example, the number of actuators constituting the first actuator 3 and the second actuator 4 may be different, for example, the first actuator 3 may be configured of one actuator, and the second actuator 4 may be configured of two actuators. Moreover, the length of the member which comprises the 1st actuator 3, and the length of the member which comprises the 2nd actuator 4 may differ. Furthermore, the drive system of an actuator may differ, such as making the 1st actuator 3 into a thermal drive system, and making the 2nd actuator 4 into an electrostatic capacitance drive system.
  • the driven member 10 may be driven by driving only one of the first actuator 3 and the second actuator 4. Further, either one of the first actuator 3 and the second actuator 4 may be omitted. In all the above-mentioned embodiments including the modification, the above-mentioned composition can be applied to the corresponding member as needed.
  • the first beams 5 may be formed of materials 56 and 57 having different coefficients of thermal expansion, which are provided side by side along the extending direction and in contact with each other.
  • the amount of bending of the first beam 5 can be increased by arranging a material having a low coefficient of thermal expansion on the side to which the first beam 5 is displaced.
  • the displacement amount of 10 can be increased.
  • the configuration shown in FIG. 17 is also applicable to the second beam 6.
  • the heat transmitted from the first and second actuators 3 and 4 to the first and second beams 5 and 6 is increased in the displacement amount of the driven member 10
  • It can be used to The configuration shown in FIG. 17 may be applied to the third beam 8 or the fourth beam 80.
  • the technology disclosed herein can increase the amount of displacement of a driven member that functions as a shutter, and can position the shutter at the center of the shutter device, which is useful for application to the shutter device.

Abstract

変位拡大機構は、基板２００と、基板２００に設けられた固定部２と、固定部２に連結された第１アクチュエータ３と、基端側が第１アクチュエータ３に連結され、基板２００の上面と平行に延在する第１ビーム５と、を有している。また、第１ビーム５の先端側に連結され、基板２００の上面と平行に、かつ第１ビーム５と交差する方向に延在する延長部８１，８２と、延長部８１，８２に連結された移動部２０と、を有している。第１アクチュエータ３は第１ビーム５の先端側を第１ビーム５と交差する方向に駆動させる。

Description

変位拡大機構及びそれを用いたシャッタ装置
　ここに開示された技術は、変位拡大機構及びシャッタ装置に関するものである。
　従来、所定の光路を遮断及び開通させるシャッタ装置が知られている。例えば、特許文献１（特にＦｉｇ．４，５を参照）に記載のシャッタ装置は、シャッタと、中央部にシャッタが連結されたビームと、ビームの長手方向と直交する方向からビームの両端部にそれぞれ２本ずつ連結されたアクチュエータとを備えた変位拡大機構とを含んでいる。各端部に連結された２本のアクチュエータは、ビームの端部に対してビームの長手方向に離間して配置されている。また、これら２本のアクチュエータは互いに反対方向からビーム端部に連結されている。アクチュエータに通電加熱して熱膨張させると、２本のアクチュエータが互いに反対方向からビームの一方の端部を押すことにより、各々のアクチュエータが連結された連結部の間を支点としてビームが一方向に回転するように力を受けて変位する。ビームの他方の端部でも同様にビームが一方向に変位し、このビームの変位に応じて、ビームの中央部に連結されたシャッタが変位する。
米国特許出願公開第２００３／０１０１７２１号明細書
　特許文献１に記載のシャッタ装置は、ビームの中央部にシャッタを連結させることでシャッタを変位させている。しかし、この構成では、ビームの半分の長さしかシャッタの変位量に寄与しない。シャッタの変位量を大きくするには、ビーム長を長くすることが考えられるが、シャッタ装置のサイズが大きくなってしまう。また、アクチュエータの駆動電圧を高めてアクチュエータに流す電流量を増やすことにより、シャッタの変位量を大きくすることもできる。しかし、アクチュエータの熱膨張を利用してシャッタを変位させる場合、例えば、シャッタの変位量を２倍にするのは困難である。また、アクチュエータ駆動時の消費電力も大きくなってしまう。
　ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、シャッタの変位量を大きくしつつ、小型化が図れる変位拡大機構を提供することにある。
　上記の目的を達成するために、ここに開示する変位拡大機構は、基板と、前記基板に設けられた固定部と、前記固定部に連結されたアクチュエータと、基端側が前記アクチュエータに連結され、前記基板の上面と平行に延在する第１ビームと、前記第１ビームの先端側に連結され、前記基板の上面と平行に、かつ当該第１ビームと交差する方向に延在する延長部と、前記延長部に連結された移動部と、を有し、前記アクチュエータは前記第１ビームの先端側を当該第１ビームと交差する方向に駆動させることを特徴とする。
　この構成によれば、アクチュエータのわずかな変位により第１ビームの先端側を大きく変位させることができるとともに、第１ビームの先端側に対し、移動部に連結された延長部を第１ビームと交差する方向に延在させることで、第１ビームの先端側の変位を有効に利用しつつ、変位拡大機構のサイズを小型に保ったまま移動部の配置を変更できる。例えば、移動部を変位拡大機構の略中央に配置することができる。
　ここに開示する別の変位拡大機構は、基板と、前記基板に設けられた固定部と、前記固定部に連結されたアクチュエータと、基端側が前記アクチュエータに連結され、前記基板の上面と平行に延在する第１ビームと、基端側が前記固定部に連結され、前記第１ビームと並列して該第１ビームの先端側から基端側方向へ延在する第３ビームと、前記第３ビームの先端側に設けられた移動部と、前記第１ビームの先端側に連結され、前記基板の上面側と平行に、かつ当該第１ビームと交差する方向に延在し、前記第３ビームに連結された延長部と、を有し、前記アクチュエータは前記第１ビームの先端側を当該第１ビームと交差する方向に駆動させることを特徴とする。
　この構成によれば、アクチュエータのわずかな変位により第１ビームの先端側を大きく変位させることができるとともに、第１ビームの先端側から基端側に折り返された第３ビームに移動部を連結させることにより、第１ビームの先端側の変位を有効に利用しつつ、変位拡大機構のサイズを小型に保ったまま移動部の配置を変更できる。例えば、移動部を変位拡大機構の略中央に配置することができる。
　また、ここに開示されたシャッタ装置は、前記変位拡大機構と、前記変位拡大機構の前記固定部上に配設され、前記アクチュエータの一端と電気的に接続された第１電極と、前記変位拡大機構の前記固定部上に配設され、前記アクチュエータの他端と電気的に接続された第２電極と、を備え、前記変位拡大機構の前記移動部で光路を遮断及び開通させるものである。
　この構成によれば、シャッタとして機能する移動部の変位量を大きく取れるため、第１電極と第２電極との間に印加される電圧が低くても、移動部を十分に変位させることができる。また、移動部をシャッタ装置の略中央に配置できるため、遮断あるいは開通させる光の光路をシャッタ装置の略中央に持ってくることができる。
　本開示の変位拡大機構によれば、駆動部材であるアクチュエータのわずかな変位で移動部を大きく変位させることができるため、変位拡大機構の小型化が図れる。この変位拡大機構を備えたシャッタ装置によれば、低電圧で移動部を大きく変位させることができる。
実施形態１に係るシャッタ装置の平面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線での断面図である。 実施形態１に係るシャッタ装置の駆動前後の状態を示す平面図である。 実施形態１に係るシャッタ装置の製造工程を示す図である。 図１における第１アクチュエータと第１ビームとの連結部近傍を拡大した図である。 変形例１に係るシャッタ装置の平面図である。 変形例２に係るシャッタ装置の平面図である。 実施形態２に係るシャッタ装置の平面図である。 実施形態２に係る別のシャッタ装置の平面図である。 実施形態３に係る第１ビームの第１端部近傍の平面図である。 実施形態３に係る第１ビームの第１端部近傍の別の平面図である。 実施形態３に係る第１ビームの第１端部近傍のさらなる別の平面図である。 実施形態３に係るシャッタ装置の製造工程を示す図である。 実施形態４に係る被駆動部材の斜視図である。 実施形態５に係るシャッタ装置の平面図である。 実施形態５に係る別のシャッタ装置の平面図である。 実施形態５に係る第３ビームの平面図である。 実施形態６に係るシャッタ装置の平面図である。 図１５ＡのＸＶＢ－ＸＶＢ線での断面図である。 別の放熱ブロックの構成を示す平面図である。 第１ビームの平面図である。
　以下、本実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
　（実施形態１）
　［シャッタ装置の構成］
　図１は、本実施形態に係るシャッタ装置の平面図を示し、図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図を示す。このシャッタ装置１は、ＳＯＩ基板２００に、以下に示す部材が設けられてなる。シャッタ装置１は、固定部２と、固定部２に連結された第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４と、第１端部５ａ及び第２端部５ｂを有し、第１端部５ａが第１アクチュエータ３に連結された第１ビーム５と、第１端部６ｂ及び第２端部６ｃを有し、第１端部６ｂが第２アクチュエータ４に連結された第２ビーム６と、を備えている。また、シャッタ装置１は、第１ビーム５の第２端部５ｂと第２ビーム６の第２端部６ｃとに連結されたビーム連結部７と、ヒンジ８１を介してビーム連結部７に連結され、ヒンジ８２を介して固定部２に連結された第３ビーム８と、第１ビーム５と第２ビーム６とを互いに連結する連結部材９と、第３ビーム８に連結された被駆動部材１０と、第１電極１０１と、第２電極１０２と、を備えている。
　また、ＳＯＩ基板２００は、デバイス層（第１シリコン層２１０）、Ｂｏｘ層（酸化膜層２２０）、及びハンドル層（第２シリコン層２３０）からなり、例えば、デバイス層の厚さは３０μｍ、Ｂｏｘ層の厚さは１μｍ、ハンドル層の厚さは２５０μｍである。
　以下、説明の便宜上、第１ビーム５の長手方向をＸ方向、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４の長手方向をＹ方向、シャッタ装置１の厚み方向をＺ方向と称する。なお、Ｘ方向において、図１における左側を単に左側、図１における右側を単に右側と称することもある。Ｙ方向において、図１における上側を単に上側、図１における下側を単に下側と称することもある。Ｚ方向において、図２における上側を上面、図２における下側を下面と称することもある。また、第１ビーム５の第１端部５ａや第２ビーム６の第１端部６ｂを基端、第１ビーム５の第２端部５ｂや第２ビーム６の第２端部６ｃを先端と称することもある。
　図１に示すように、例えば、シャッタ装置１は平面視で矩形の全体形状を有している。固定部２は、そのような平面視矩形のシャッタ装置１の全体形状を形成するフレームである。固定部２は、Ｙ方向に対向して配置された第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２を備えている。第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２は、いずれも、第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５、第２ビーム６、第３ビーム８及び被駆動部材１０の可動域を確保しつつできるだけ広い面積を占める形状にされている。
　なお、固定部２は、第１シリコン層２１０において第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２の２つのパーツに分かれているが、酸化膜層２２０及び第２シリコン層２３０では１つに繋がっている。このため、第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２の相対位置は固定されており、第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２で可動部材を支持することができる。
　また、固定部２は、第１ベース部材２１と第２ベース部材２２との間に開口部２０Ａを有しており、平面視で、開口部２０Ａ内に、第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、ヒンジ５３，５４を含む第１ビーム５、ヒンジ６３，６４を含む第２ビーム６、ビーム連結部７、第３ビーム８、ヒンジ８１，８２、連結部材９、被駆動部材１０がそれぞれ配置されている。
　このように、固定部２は、可動部材の可動域を確保しつつできるだけ広い面積を占めるような形状にされていることで、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４を支持するフレームとして必要な高い剛性を確保している。
　第１アクチュエータ３は、Ｙ方向に伸びた棒状の駆動ビームであり、第１端部３ｂは、第１ベース部材２１の底面部材において第１ベース部材２１に連結されている。第２端部３ｃは、第２ベース部材２２の底面部材において第２ベース部材２２に連結されている。
　また、第１アクチュエータ３は、Ｙ方向に一直線に伸びているわけではなく、中間部３ａがその駆動方向であるＸ方向右側に突出するようにわずかに屈曲、あるいは全体的にＸ方向右側に膨らむようにわずかに湾曲している。
　第２アクチュエータ４は、Ｙ方向に伸びた棒状の駆動ビームであり、第１端部４ｂは、第１ベース部材２１の底面部材において第１ベース部材２１に連結されている。第２端部４ｃは、第２ベース部材２２の底面部材において第２ベース部材２２に連結されている。
　また、第２アクチュエータ４は、Ｙ方向に一直線に伸びているわけではなく、中間部４ａがその駆動方向であるＸ方向左側に突出するようにわずかに屈曲、あるいは全体的にＸ方向左側に膨らむようにわずかに湾曲している。
　第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４は通電による加熱で熱膨張して駆動力を発生させる熱型アクチュエータである。また、上記のように、第１及び第２アクチュエータ３，４がその駆動方向に対して屈曲あるいは湾曲していることにより、加熱による熱膨張時に、第1及び第２アクチュエータ３，４が駆動方向と反対側に屈曲あるいは湾曲することがない。従って、駆動方向に向かって第１及び第２アクチュエータ３，４を確実に屈曲あるいは湾曲させることができる。　
　このように、第１アクチュエータ３はシャッタ装置１においてＸ方向左側に配置され、第２アクチュエータ４はシャッタ装置１においてＸ方向右側に配置され、第１アクチュエータ３と第２アクチュエータ４とは平面視で対向している。
　第１ビーム５は、第１ビーム５の第１端部５ａから延びる第１部材５１と、Ｘ方向に延びる第２部材５２と、ヒンジ５３とヒンジ５４とを備えている。第２部材５２は、ヒンジ５３とヒンジ５４との間において、肉抜き部（孔）５２２，５２２・・・を一部に有している。第１部材５１と第２部材５２とはヒンジ５３を介して連結されており、第２部材５２とビーム連結部７とはヒンジ５４を介して連結されている。第１ビーム５の第１端部５ａ、すなわち、第１ビーム５の基端は、第１アクチュエータ３の中間部３ａに連結されている。第１ビーム５の第２端部５ｂ、すなわち、第１ビーム５の先端はビーム連結部７に連結されている。
　第２ビーム６は、折り返し構造を有する部材であり、第２アクチュエータ４の中間部４ａから第１アクチュエータ３の中間部３ａの近傍まで延びる第１部材６１と、第１部材６１と第２部材６２との連結部６ａから第２アクチュエータ４の方へ折り返された第２部材６２とヒンジ６３とヒンジ６４とを備えている。
　第１部材６１は、例えば鈎状の形状である。また、第１部材６１は、第２部材６２よりも剛性が高くなるように高弾性領域を少なくとも一部に有し、例えば幅広に形成されている。後述するように、第２ビーム６が第２アクチュエータ４により駆動されても、第１部材６１はほとんど弾性変形せずに鈎状の形状を留めて第２アクチュエータ４の駆動力を第２部材６２へと伝達する。その他、当該高弾性領域は、第１部材６１の一部を第２部材６２よりも厚くしたり、第１部材６１の一部に金属膜を成膜するなどしてもよい。また、第１部材６１には肉抜き部（孔）６１２，６１２，・・・が形成されている。
　第２部材６２は、ヒンジ６３とヒンジ６４との間において、肉抜き部（孔）６２２，６２２・・・を一部に有している。第２部材６２は、第１ビーム５の第２部材５２に対してＹ方向の上側かつ第１ビーム５と並列に配置されている。すなわち、第１ビーム５の第２部材５２と第２ビーム６の第２部材６２とは並列して同じ方向からビーム連結部７に連結されている。また、ヒンジ５４における第２端部５ｂの近傍部分はヒンジ６４における第２端部６ｃの近傍部分と並列に配置されている。なお、以降の説明も含めて「並列（に）配置されている」とは、２つの部材が略平行関係を保って配置されているということである。また、第１ビーム５の第２部材５２と第２ビーム６の第２部材６２とが互いに並列に配置された部分を並列配置部と称することがある。
　第１部材６１と第２部材６２とはヒンジ６３を介して連結されている。第２部材６２とビーム連結部７とはヒンジ６４を介して連結されている。第２ビーム６の第１端部６ｂ、すなわち、第２ビーム６の基端は、第２アクチュエータ４の中間部４ａに連結されている。第２ビーム６の第２端部６ｃ、すなわち、第２ビーム６の先端はビーム連結部７に連結されている。
　第１ビーム５の第２部材５２に肉抜き部５２２，５２２・・・を、第２ビーム６の第１及び第２部材６１，６２にそれぞれ肉抜き部６１２，６１２・・・、肉抜き部６２２，６２２・・・を設けることにより、第１ビーム５及び第２ビーム６の質量が小さくなり、共振周波数が高くなるという効果が得られる。さらに、熱型アクチュエータを用いた場合、これらの肉抜き構造により第１ビーム５及び第２ビーム６の表面積が増加することで放熱が促進され、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４からそれぞれ被駆動部材１０に伝わる熱を緩和することができる。
　ビーム連結部７は、第１ビーム５及び第２ビーム６の先端側に設けられ、Ｘ方向左側から第１ビーム５と第２ビーム６とに連結され、Ｘ方向右側からヒンジ８１に連結されている。また、ビーム連結部７は、Ｘ方向で見て、開口部２０Ａの中央よりも右側、すなわち第２アクチュエータ４に近い側に配置されている。
　第３ビーム８はＸ方向に延びる幅が略一定の部材であり、第１端部８ａは、Ｙ方向上側からヒンジ８１に、Ｙ方向下側からヒンジ８２にそれぞれ連結されている。第３ビーム８の第２端部８ｂには被駆動部材１０が連結されている。第３ビーム８は、第１ビーム５及び第２ビーム６の先端側にあるビーム連結部７からヒンジ８１を介して第１ビーム５及び第２ビーム６の基端側に折り返されて延びており、第１ビーム５の第２部材５２、第２ビーム６の第２部材６１、及び第３ビーム８はＹ方向に離間しつつ、並列に配置されている。
　また、ヒンジ８１，８２は特許請求の範囲に言う延長部に相当する。ヒンジ８１は一端がビーム連結部７に、他端が第３ビーム８の第１端部８ａにそれぞれ連結されている。ヒンジ８２は一端が第３ビーム８の第１端部８ａに、他端が固定部２（第２ベース部材２２）にそれぞれ連結されている。ヒンジ８２はヒンジ８１よりも折り返しの数が多くなるようにあるいはＸ方向の長さが長くなるように構成されている。
　連結部材９はヘアピン形状の部材であり、第１端部９ａが第１ビーム５の第１部材５１に連結され、Ｙ方向上側に延在して折り返され、第２端部９ｂが第２ビーム６の第１部材６１に連結され、第１ビーム５と第２ビーム６とを互いに連結する。このような連結部材９を設けることにより、第２アクチュエータ４が第２ビーム６の第１端部６ｂを駆動したとき、第２ビーム６の第１部材６１が第１端部６ｂを軸としてＸＹ平面上で時計回りに若干回転するのを防止し、被駆動部材１０の変位量をより大きくすることができる。熱型アクチュエータを採用した場合、連結部材９でも放熱されるため被駆動部材１０への熱伝導が防止できる。また、第２アクチュエータ４による第１端部６ｂの駆動量を大きく軽減させることがない。さらに上記回転を防止するための別の例として、連結部材９は第２ビーム６の第１部材６１から第２ビーム６に略垂直方向に延在して固定部２（より詳細には第１ベース部材２１）に連結されてもよく、また、第１部材６１が回転した際、第１部材６１と固定部２（より詳細には第２ベース部材２１）とが接触することで回転を防止する図略の回転防止構造を、固定部２又は第１部材６１に設けてもよい。
　被駆動部材１０は第１及び第２アクチュエータ３，４によって第１、第２及び第３ビーム５，６，８が駆動されるときに、基板２００の上面と平行な方向に移動する移動部である。対向し合う第１アクチュエータ３と第２アクチュエータ４との間に被駆動部材１０が配置されている。より詳細には、被駆動部材１０は、開口部２０Ａの略中央に配置されている。シャッタ装置１において、被駆動部材１０は、図略の光路を遮断及び開通させるシャッタとして機能する。したがって、被駆動部材１０は、当該光路の断面よりも一回り大きい平面形状、具体的は円形に形成されている。
　被駆動部材１０の厚みは、第１ビーム５や第６ビームと同じ厚みである。また、被駆動部材１０の表面全体に金属膜１１、例えば、Ａｕ／Ｔｉ膜が形成されている。
　［シャッタ装置の動作］
　続いて、このように構成されたシャッタ装置１の動作について説明する。図３は、駆動状態のシャッタ装置１の平面図を示す。なお、図３における二点鎖線は、駆動前の状態のシャッタ装置１を示している。
　シャッタ装置１は、第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧を印加することで駆動される。第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧が印加されると、第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２を通じて第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４に電流が流れる。このとき、シリコン素材でできた第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４にジュール熱が発生し、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４は一瞬のうちに４００～５００℃に加熱される。
　第１アクチュエータ３は、加熱されることにより全長が伸びるように熱膨張する。第１アクチュエータ３の第１端部３ｂ及び第２端部３ｃは固定部２により位置が固定されて移動することができないため、第１アクチュエータ３の熱膨張により、中間部３ａはあらかじめ突出している方向であるＸ方向右側へ押し出される。
　第２アクチュエータ４もまた、加熱されることにより全長が伸びるように熱膨張する。第２アクチュエータ４の第１端部４ｂ及び第２端部４ｃは固定部２により位置が固定されて移動することができないため、第２アクチュエータ４の熱膨張により、中間部４ａはあらかじめ突出している方向であるＸ方向左側へ押し出される。
　第１アクチュエータ３の中間部３ａがＸ方向右側へ押し出されると、それに連結されている第１ビーム５の第１端部５ａがＸ方向右側へ押し出される。第１ビーム５の第１端部５ａが押し出される力は、第１ビームの第１部材５１、ヒンジ５３、第２部材５２及びヒンジ５４を介して、ビーム連結部７をＸ方向右側に押し出すように働く。
　一方、第２アクチュエータ４の中間部４ａがＸ方向左側へ押し出されると、それに連結されている第２ビーム６の第１端部６ｂがＸ方向左側へ押し出されるが、それに連結されている第２ビーム６の第１部材６１はほとんど弾性変形しない。よって、第１端部６ｂがＸ方向左側へ押し出される力は、ヒンジ６３、第２ビーム６の第２部材６２及びヒンジ６４を介して、ビーム連結部７をＸ方向左側に引っ張るように働く。
　この結果、並列配置された第１ビーム５の第２部材５２及び第２ビーム６の第２部材６２において、第１ビーム５の第２部材５２がＸ方向右側へ押し出され、第２ビーム６の第２部材６２がＸ方向左側へ引っ張られることで、第１ビーム５の第２端部５ｂ及び第２ビーム６の第２端部６ｃに連結されたビーム連結部７に対して、第１ビーム５及び第２ビーム６の駆動力が足し合わされて働く。その結果、ビーム連結部７が駆動され、ＸＹ平面上で左斜め上へ向けて変位する。なお、第１ビーム５の第２部材５２の両端部近傍にはヒンジ５３，５４がそれぞれ連結され、第２ビーム６の第２部材６２の両端部近傍にはヒンジ６３，６４それぞれ連結されているため、第１ビーム５の第２部材５２及び第２ビーム６の第２部材６２自体は大きく湾曲したり屈曲したりすることはない。また、第１ビーム５と第２ビーム６とを連結部材９により互いに連結しているため、第２ビーム６の第１端部６ｂが駆動したとき、第２ビーム６の第１部材６１が第１端部６ｂを軸としてＸＹ平面上で時計回りに若干回転するのを防止することができる。
　また、ビーム連結部７の変位に応じて、ヒンジ８１は左斜め上側に引っ張られ、Ｙ方向上側の部分が変形する。この変形により、ヒンジ８１に連結された第３ビーム８の第１端部８ａにおいて、Ｙ方向上側に引っ張られる力が加わる。この力を受けて、第１端部８ａに連結されたヒンジ８２もＹ方向上側の部分が変形する。また、ヒンジ８２はヒンジ８１よりも折り返しが多くなるように構成されている。つまり、ヒンジ８２はヒンジ８１よりも剛性が低い構造である。このため、ヒンジ８２はヒンジ８１に比べて変形量が大きく、ヒンジ８２におけるＹ方向上側の部分がより大きく変形する。具体的には、ヒンジ８２における第３ビーム８の第１端部８ａとの連結端がＹ方向上側に引っ張られるため、ヒンジ８２は固定部２との連結端からＹ方向上側に向けて変形する。この変形に伴い、第３ビーム８の第１端部８ａの近傍を支点として、第３ビーム８及びこれに連結された被駆動部材１０がＸＹ平面上で右斜め上に向けて変位する。
　一方、第１電極１０１と第２電極１０２との間で電圧が印加されなくなると、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４に電流が流れなくなり、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４は急速に自然冷却され、それまで伸びていた全長が元に戻る。このとき、Ｘ方向右へ押し出されていた第１アクチュエータ３の中間部３ａはＸ方向左側へ引き戻され、また、Ｘ方向左側へ押し出されていた第２アクチュエータ４の中間部４ａはＸ方向右側へ引き戻される。
　第１アクチュエータ３の中間部３ａがＸ方向左側へ引き戻されると、それに連結されている第１ビーム５の第１端部５ａがＸ方向左側へ引き戻される。第１ビーム５の第１端部５ａが引き戻される力は、ヒンジ５３、第１ビームの第２部材５２及びヒンジ５４を介して、ビーム連結部７をＸ方向左側に引っ張るように働く。
　一方、第２アクチュエータ４の中間部４ａがＸ方向右側へ引き戻されると、それに連結されている第２ビーム６の第１端部６ｂがＸ方向右側へ引き戻されるが、それに連結されている第２ビーム６の第１部材６１はほとんど弾性変形しない。よって、第１端部６ｂがＸ方向右側へ引き戻される力は、ヒンジ６３、第２ビーム６の第２部材６２及びヒンジ６４を介して、ビーム連結部７をＸ方向右側に押し出すように働く。
　この結果、並列配置された第１ビーム５の第２部材５２及び第２ビーム６の第２部材６２において、第１ビーム５の第２部材５２がＸ方向左側へ引っ張られ、第２ビーム６の第２部材６２がＸ方向右側に押し出されることで、第１ビーム５の第２端部５ｂ及び第２ビーム６の第２端部６ｃに連結されたビーム連結部７がＸＹ平面上で右斜め下へ向けて変位する。
　また、ビーム連結部７の変位に応じて、ヒンジ８１は右斜め下側に押し戻され、Ｙ方向上側の部分が元に戻るように変形する。この変形により、ヒンジ８１に連結された第３ビーム８の第１端部８ａにおいて、Ｙ方向下側に押し戻される力が加わる。第１端部８ａに連結されたヒンジ８２もＹ方向下側に押し戻され、Ｙ方向上側の部分が元に戻るように変形する。この変形に伴い、第３ビーム８の第１端部８ａの近傍を支点として、第３ビーム８及びこれに連結された被駆動部材１０がＸＹ平面上で左斜め下に向けて変位し、被駆動部材１０は、図３の二点鎖線で示したような駆動前の位置に戻る。
　上記のように、電極１０１及び電極１０２への電圧印加（シャッタ装置１の駆動状態）及び解除（シャッタ装置１の被駆動状態）を切り替えることで、ＸＹ平面上における被駆動部材１０の位置が図３に示したように移動する。図１に示した被駆動部材１０または図３に二点鎖線で示した被駆動部材１０に重なるように図略の光路が配置されており、被駆動部材１０が図３に示したように移動することで、被駆動部材１０は、図略の光路を遮断及び開通させるシャッタとして機能する。被駆動部材１０が駆動前の位置で図略の光路を遮断し、駆動された位置で当該光路を開通させてもよいし、逆に、被駆動部材１０が第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４によって駆動されていない状態で図略の光路を開通し、駆動された位置で当該光路を遮断させてもよい。
　本実施形態では構成部材の熱膨張により被駆動部材１０を駆動させる熱駆動方式のアクチュエータの構成を例示したが、第１及び第２アクチュエータ３，４は上記のように駆動させるものであれば熱駆動方式以外の方式、例えば静電容量駆動方式や圧電駆動方式であってもよい。また、シャッタは、光路を遮断及び開通させる以外にも光路の一部を遮断及び開通させる光減衰器を含む概念である。
　［シャッタ装置の製造方法］
　続いて、シャッタ装置１の製造方法について説明する。図４は、本実施形態に係るシャッタ装置１の製造工程を示す。なお、図４に描かれた各製造工程の図は、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図に対応する。
　まず、デバイス層（第１シリコン層２１０）、Ｂｏｘ層（酸化膜層２２０）、及びハンドル層（第２シリコン層２３０）からなるＳＯＩウエハー（ＳＯＩ基板２００）を用意する。例えば、デバイス層の厚さは３０μｍ、Ｂｏｘ層の厚さは１μｍ、ハンドル層の厚さは２５０μｍである。
　デバイス層をエッチング処理して、デバイス層に、固定部２、第１及び第２アクチュエータ３，４（図示せず）、第１ビーム５、第２ビーム６、ビーム連結部７（図示せず）、第３ビーム８（図示せず）、ヒンジ５３，５４，６３，６４，８１，８２（図示せず）及び被駆動部材１０からなる変位拡大機構を一体形成する。なお、図４では、便宜上、当該変位拡大機構の一部のみ描かれている。また、第１ビーム５及び第２ビーム６に設けられた肉抜き部（孔）５２２，５２２・・・、肉抜き部（孔）６１２，６１２・・・、肉抜き部（孔）６２２，６２２・・・は、デバイス層のエッチング時に同時に形成される。
　第１ベース部材２１の表面に第１電極１０１が形成され、第２ベース部材２２の表面に第２電極１０２が形成され、被駆動部材１０の表面に金属膜１１が形成される。電極１０１，１０２及び金属膜１１は、例えば、厚さ２０ｎｍのＴｉ及び厚さ３００ｎｍのＡｕからなるＡｕ／Ｔｉ膜である。
　デバイス層にシャッタ装置１の原形が形成されると、次に、デバイス層にワックス２４０でダミーウエハー２５０を貼り合わせてシャッタ装置１の裏面の層、すなわち、Ｂｏｘ層及びハンドル層をエッチング処理する。このエッチング処理により、固定部２にはＳＯＩ基板２００が残され、その他の変位拡大機構における可動部材である第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、ヒンジ５３，５４を含む第１ビーム５、ヒンジ６３，６４を含む第２ビーム６、ビーム連結部７、第３ビーム８、ヒンジ８１，８２、連結部材９、被駆動部材１０にはデバイス層のみが残される。
　最後に、ワックス２４０及びダミーウエハー２５０を除去してシャッタ装置１が完成する。
　［第１アクチュエータと第１ビームとの連結部構造］
　図５は、図１における第１アクチュエータ３と第１ビーム５との連結部近傍を拡大した図を示す。第１アクチュエータ３の中間部３ａに対して、第１ビーム５の第１端部５ａは複数に分岐した状態で連結されている。なお、第１端部５ａは中間部３ａからそれぞれ等しい距離だけ離れた位置で第１アクチュエータ３に連結されている。また、図示しないが、第２アクチュエータ４の中間部４ａに対して、第２ビーム６の第１端部６ｂは複数に分岐した状態で連結されている。第１端部６ｂは中間部４ａからそれぞれ等しい距離だけ離れた位置で第２アクチュエータ４に連結されている。
　上述したように、第１アクチュエータ３を駆動させることで、第１ビーム５の第１端部５ａにはＸ方向右側に押し出される力が働く。この力が厳密にＸ方向に沿って加わればよいが、第１アクチュエータ３の中間部３ａに対する第１端部５ａの連結位置がＹ方向でずれている場合には、第１アクチュエータ３の駆動により、第１端部５ａ近傍を支点として、第１ビーム５を時計回りまたは反時計回りに回転させる力が働く。また、第２アクチュエータ４を駆動させた場合にも同様に、第２ビーム６を時計回りまたは反時計回りに回転させる力が働くおそれがある。
　第１ビーム５あるいは第２ビーム６が時計回りまたは反時計回りに回転するように変位すると、ビーム連結部７の変位量、ひいては被駆動部材１０の変位量が低下してしまう。
　そこで、図５に示すように、第１アクチュエータ３の中間部３ａに対して、第１ビーム５の第１端部５ａを複数に分岐した状態で連結することにより、第１ビーム５の回転剛性を高めることができ、第１ビーム５が回転しにくくなる。その結果、ビーム連結部７の変位量、ひいては被駆動部材１０の変位量の低下を抑制できる。特に、第１端部５ａを第１アクチュエータ３の中間部３ａからそれぞれ等しい距離だけ離れた位置で連結することにより、第１ビーム５の回転防止効果が向上する。
　第２アクチュエータ４の中間部４ａに対して、第２ビーム６の第１端部６ｂを複数に分岐した状態で連結した場合も同様に、第２ビーム６の回転剛性を高めることができ、第２ビーム６が回転しにくくなる。その結果、ビーム連結部７の変位量、ひいては被駆動部材１０の変位量の低下を抑制できる。
　なお、シャッタ装置１のサイズや第１及び第２アクチュエータ３，４の駆動量や第１及び第２ビーム５，６のＸ方向の長さ、あるいは加工公差によっては、第１ビーム５の第１端部５ａや第２ビームの第１端部６ｂの分岐数を２以上にしてもよい。また、分岐部分の個々のサイズや形状は適宜変更可能である。また、第１ビーム５や第２ビーム６の回転剛性が十分に高い場合は、第１端部５ａや第１端部６ｂを分岐構造としなくてもよい。
　［効果］
　上記の変位拡大機構によれば、第１及び第２アクチュエータ３，４が通電加熱されて熱膨張することで、第１及び第２ビーム５，６が駆動されてこれら２つのビーム５，６に連結されたビーム連結部７が駆動される。すなわち、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４にそれぞれ駆動される第１ビーム５及び第２ビーム６の駆動力が足し合わされてビーム連結部７が駆動される。このビーム連結部７の駆動に応じて、第３ビーム８を介して被駆動部材１０が駆動される。したがって、駆動部材である第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４のわずかな変位で被駆動部材１０を大きく変位させることができる。
　また、第１及び第２ビーム５，６の先端に位置するビーム連結部７を開口部２０Ａの中央から離れた場所に配置するとともに、第３ビーム８をビーム連結部７から折り返すことで、被駆動部材１０を開口部２０Ａの略中央に配置することができる。この場合においても、第１及び第２ビーム５，６のビーム長を長くできるため、ビーム連結部７の変位量を十分に大きく取れる。従って、ヒンジ８１及び第３ビーム８を介してビーム連結部７に連結された被駆動部材１０の変位量を十分に大きく取ることができる。
　上記のシャッタ装置１によれば、シャッタとして機能する被駆動部材１０の変位量を大きく取れるため、第１電極１０１と第２電極１０２との間に印加される電圧が低くても、被駆動部材１０を十分に変位させることができる。また、被駆動部材１０を開口部２０Ａの略中央に配置できるため、遮断あるいは開通させる光の光路をシャッタ装置１の略中央に持ってくることができる。このことにより、例えば、シャッタ装置１をアレイ状に配置し光スイッチ等を構成する場合に、シャッタ装置１の配置の自由度が確保でき、光選択スイッチ等の設計を容易に行うことができる。
　＜＜変形例１＞＞
　図６は、変形例１に係るシャッタ装置１の平面図を示す。本変形例と図１に示すシャッタ装置との違いは、一端が第３ビーム８に連結されたヒンジ８２において、その他端が固定部２ではなく第２ビーム６の第１部材６１に連結されている点である。
　上述の通り、第２ビーム６の第１部材６１はほとんど弾性変形せず、また、第２アクチュエータ４を介して固定部２に連結されている。よって、第１部材６１は第２アクチュエータ４の駆動時にもあまり変位しない。よって、図６に示す構成においても、ヒンジ８２の変形は、第２ビーム６の第１部材６１にあまり影響を受けず、第３ビーム８及びこれに連結された被駆動部材１０の変位量が図１に示す構成と比べてほとんど低減しない。
　＜＜変形例２＞＞
　図７は、変形例２に係るシャッタ装置１の平面図を示す。本変形例において、第１アクチュエータ３と第２アクチュエータ４とは、Ｙ方向に所定の距離だけシフトした状態で対向して配置されている。また、第１ビーム５、第２ビーム６ともに折り返し構造を有している。第１ビーム５の第１部材５１は、固定部２（第１ベース部材２１）に連結され、固定部２との連結部からＸ方向右側に延びる鈎状の形状であり、第１部材５１と第２部材５２との連結部５ｄにおいてＹ方向下側でヒンジ５４に連結され、Ｙ方向上側で第２部材６２に連結されている。また、第１部材５１と第２部材５２との連結部５ｄは、開口部２０Ａの中央からＸ方向右側に寄った位置に配置されている。第２部材５２は連結部５ｄからＸ方向左側に向かって延びる略一定の幅を有する部材であり、第１端部５ａで第１アクチュエータ３の中間部３ａに連結されている。第１ビーム５の連結部５ｄはヒンジ５４を介して第３ビーム８の端部８ｃに連結されている。なお、第１部材５１と第２部材５２とは同じ幅でなくてもよい。また、第１部材５１の一部に肉抜き部（図示せず）が設けられていてもよい。
　第２ビーム６の第１部材６１は、固定部２（第１ベース部材２１）に連結され、固定部２との連結部からＸ方向左側に延びる鈎状の形状であり、第１部材６１と第２部材６２との連結部６ａにおいてＹ方向上側でヒンジ６４に連結され、Ｙ方向下側で第２部材６２に連結されている。第１部材６１と第２部材６２との連結部６ａは、開口部２０Ａの中央からＸ方向左側に寄った位置に配置されている。第２部材６２は連結部６ａからＸ方向右側に向かって延びる第１部材６１と略同じ幅を有する部材であり、第１端部６ｂで第２アクチュエータ４の中間部４ａに連結されている。第２ビーム６の連結部６ａはヒンジ６４を介して第３ビーム８の端部８ｄに連結されている。また、第３ビーム８の中央近傍に被駆動部材１０が配置されている。なお、第１部材６１と第２部材６２とは同じ幅でなくてもよい。また、第１部材６１の一部に肉抜き部（図示せず）が設けられていてもよい。
　次に、本変形例に係るシャッタ装置１の動作について説明する。
　第１アクチュエータ３に通電加熱して熱膨張させると、中間部３ａはＸ方向左側に押し出されるとともに、第１ビーム５の第２部材５２はＸ方向左側に引っ張られ、この力を受けて、連結端５ｄ近傍にはＸ方向左側に引っ張られる力が働く。一方、連結端５ｄ近傍がＸ方向左側に引っ張られると、第１部材５１にはＸ方向左側に押し出される力が働くが、第１部材５１に連結された固定部２は弾性変形しない。よって、第１部材５１がＸ方向左側に押し出される力は、連結端５ｄ近傍をＸ方向右側に押し出すように働く。第１部材５１と第２部材５２とは並列に配置されているため、連結端５ｄ近傍において、Ｘ方向左側に引っ張られる力とＸ方向右側に押し出される力とが略平行関係を保って働き、第１ビーム５の第１端部５ａ近傍を支点として、連結端５ｄには時計回りに回転しようとする力が働き、この力を受けて連結端５ｄに連結されたヒンジ５４はＹ方向下側に力を受ける。
　同様に、第２アクチュエータ４に通電加熱して熱膨張させると、中間部３ａはＸ方向右側に引っ張られるとともに、第２ビーム６の第２部材６２はＸ方向右側に引っ張られ、この力を受けて、連結部６ａ近傍にはＸ方向右側に引っ張られる力が働く。一方、連結部６ａ近傍がＸ方向右側に引っ張られると、第１部材６１にもＸ方向右側に引っ張られる力が働くが、第１部材６１に連結された固定部２は弾性変形しない。よって、第１部材６１がＸ方向右側に引っ張られる力は、連結部６ａ近傍をＸ方向左側に押し出すように働く。第１部材６１と第２部材６２とは並列に配置されているため、連結部６ａ近傍において、Ｘ方向左側に引っ張られる力とＸ方向右側に押し出される力とが略平行関係を保って働き、第２ビーム６の第１端部６ｂ近傍を支点として、連結部６ａには反時計回りに回転しようとする力が働き、この力を受けて連結部６ａに連結されたヒンジ６４はＹ方向下側に力を受ける。従って、両端がヒンジ５４，６４にそれぞれ連結された第３ビーム８及び、その中央に配置された被駆動部材１０は、ヒンジ５４，６４からの力を受けてＹ方向下側に変位する。
　この構成によれば、まず、被駆動部材１０を開口部２０Ａの略中央に配置することができる。また、第１及び第２ビーム５，６ともビーム長を長く取れ、第１及び第２ビーム５，６の端部の変位量を大きくできる。このことにより、被駆動部材１０の変位量を大きくすることができる。また、第１アクチュエータ３または第２アクチュエータ４のいずれか一方を駆動させる場合と、第１及び第２アクチュエータ３，４の両方とも駆動させる場合とで、被駆動部材１０の変位量や変位後の位置を変えることができ、例えば、入射光の一部または全部を遮断や開通を行うことができる。
　（実施形態２）
　図８は、本実施形態に係るシャッタ装置１の平面図を示す。本実施形態に係るシャッタ装置と図１に示す構成のシャッタ装置との違いは、まず、ビーム連結部７から直接、第４ビーム８０が延びるように設けられている点である。第４ビーム８０もまた、ヒンジ８１，８２と同様に特許請求の範囲に言う延長部に相当する。言い換えると、ビーム連結部７と第４ビーム８０とが直接連結されている。次に異なる点は、第４ビーム８０がＹ方向下側に延びて設けられている点である。このシャッタ装置１では、第１及び第２アクチュエータ３，４の駆動によりビーム連結部７が左斜め上に変位することは、図１に示した構成と同様であるが、第４ビーム８０がＹ方向に延びているため、第２端部８０ｂに連結された被駆動部材１０は右斜め上に向けて変位する。
　この構成によれば、第１ビーム５の第２部材５２及び第２ビーム６の第２部材６２と交差するように第４ビーム８０が延びて設けられているため、実施形態１に示す第３ビーム８に相当する第４ビーム８０のビーム長を長くすることができる。このことにより、第４ビーム８０に連結された被駆動部材１０の変位量を大きくすることができる。例えば、開口部２０ＡがＸ方向、Ｙ方向ともほぼ同じ長さを有する場合は、実施形態１に示した構成に比べて、被駆動部材１０の変位量を約１．５倍とすることができる。
　また、図８に示した構成では、被駆動部材１０を開口部２０Ａの中央に位置させることは難しいが、例えば、図９に示すように第４ビーム８０のビーム長を短くして、Ｙ方向で見て開口部２０Ａの中央近くに位置させることは可能である。また、図示しないが、図８に示した構成において、第４ビーム８０をＹ方向から反時計回りで所定の角度回転させるように延在させてもよい。なお、第４ビーム８０のビーム長や形状は、被駆動部材１０の駆動前の設計位置や変位量の仕様要求等により適宜変更されうる。
　（実施形態３）
　図１０Ａ～図１０Ｃは、本実施形態における第１ビーム５の第１端部５ａ近傍の平面図を示し、図１１は、本実施形態に係るシャッタ装置１の製造工程を示す。なお、図１１に描かれた各製造工程の図は、図１のＸＩ－ＸＩ線における断面図に対応する。
　図１０Ａに示すように、第１ビーム５の第１端部５ａ近傍には、第１ビーム５の幅方向全体と交差するように、また第１ビーム５の長手方向に沿って所定の間隔を開けて断熱部３００が複数設けられている。図１１に示すように、デバイス層のエッチングにおいて、第１ビーム５を構成する第１シリコン層の一部をエッチングして溝を設け、この溝にシリコン酸化物２２０ａを埋め込むことにより断熱部３００が形成される。なお、シリコン酸化物２２０ａは、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等により溝内にシリコン酸化膜を形成するか、溝の側面を酸化するかして形成される。
　第１アクチュエータ３の駆動時に、第１アクチュエータ３で発生した熱は、第１ビーム５に伝搬し、さらに第３ビーム８または第４ビーム８０を介して被駆動部材１０に伝わる。この伝搬熱量が大きいと、例えば、被駆動部材１０の構成材料であるシリコンが金属膜１１に拡散して、シャッタ装置１の光遮断性能が劣化するおそれがある。また、第１アクチュエータ３よりも複雑な形状である第１ビーム５において急激な温度変化が繰り返されると、第１ビーム５における機械強度の弱い部分が劣化ないし破損するおそれがある。さらに、第１アクチュエータ３から第１ビーム５に熱が流出することにより、加熱時の第１アクチュエータ３の温度が低くなり、第１アクチュエータ３の駆動量が低下するおそれがある。
　図１０Ａに示す構成によれば、第１ビーム５の幅方向全体と交差するように断熱部３００が設けられているため、第１アクチュエータ３で発生した熱が、第１ビーム５に伝搬するのを防止し、第１ビーム５及び被駆動部材１０における温度上昇を抑制することができる。このことにより、第１ビーム５の劣化や破損等を防止できる。また、被駆動部材１０を構成するシリコンが、その表面に設けられた金属膜１１に拡散するのを防止でき、シャッタとしての被駆動部材１０及び金属膜１１の光遮断性能を維持できる。さらに、第１アクチュエータ３で発生した熱が外部に逃げにくくなるため、第１アクチュエータ３の温度が低下しにくくなる。このことにより、第１アクチュエータ３の駆動量が低下せず、ひいては被駆動部材１０の変位量を維持できる。
　なお、図１０Ａに示す構成において、断熱部３００は複数設けられているが、第１ビーム５の温度上昇の許容範囲内であれば、一つだけ設けられていてもよい。また、断熱部３００は、図１０Ｂに示すように第１ビーム５の長手方向に沿って設けられていてもよく、また、図１０Ｃに示すように第１ビームの幅方向の一部と交差するように、また第１ビーム５の長手方向に沿って所定の間隔を開けて互い違いに複数設けられていてもよい。いずれの場合も、図１１に示した構成と同様の効果を奏することができる。なお、図１０Ｂに示す構成では、第１ビーム５の長手方向に沿った断熱性能は、図１０Ａに示す構成よりも低くなるが、第１ビームの短手方向に対しての断熱性能が高くなる。また 、図１０Ａ，１０Ｃにおいて、断熱部３００の配置間隔は、第１ビーム５や被駆動部材１０の温度状況の許容上限等により適宜変更されうる。
　なお、断熱部３００を形成するために第１ビーム５に設けられた溝の深さは、図１１に示したように第１シリコン層２１０の途中までとしてもよく、また、第１シリコン層２１０を貫通していてもよい。また、断熱部３００は、第２アクチュエータ４と第２ビーム６との連結部近傍に設けられていてもよい。この場合、第２ビーム６及び被駆動部材１０における温度上昇を抑制することができる。このことにより、第２ビーム６の劣化や破損等を防止できる。また、第２ビーム６及び被駆動部材１０における温度上昇を抑制できるため、被駆動部材１０を構成するシリコンが、その表面に設けられた金属膜１１に拡散するのを防止でき、シャッタとしての被駆動部材１０及び金属膜１１の光遮断性能を維持できる。さらに、第２アクチュエータ４で発生した熱が外部に逃げにくくなるため、第２アクチュエータ４の温度が低下しにくくなる。このことにより、第２アクチュエータ４の駆動量が低下せず、ひいては被駆動部材１０の変位量を維持できる。従って、断熱部３００が、第１アクチュエータ３と第１ビーム５との連結部近傍及び第２アクチュエータ４と第２ビーム６との連結部近傍に設けられているのがより好ましい。
　なお、第１ビーム５及び／または第２ビーム６において、上記以外の領域に断熱部３００を設けてもよい。また、図示しないが、断熱部３００は第３ビーム８、あるいは第４ビーム８０に設けられていてもよい。さらに、断熱部３００に設けられる絶縁物はシリコン酸化物に限られず、他の物質、例えばシリコン窒化物等であってもよい。
　（実施形態４）
　図１２は本実施形態に係る被駆動部材の斜視図を示し、実施形態１に示した構成との違いは、被駆動部材１０の周縁に、その表面と交差する方向に延びる突起部１０ａを有している点にある。図示しないが、この突起部１０ａは、例えば、図４に示す被駆動部材１０の形成工程において、被駆動部材１０の周縁の一部を残すようにエッチングして形成される。
　突起部１０ａを設けることにより、被駆動部材１０の表面積を増やすことができる。一般に、物体から熱が放散されるときの放熱時定数は、以下の式（１）で表わされる。
　τｃ＝ｍｃ／ｈＡ　・・・（１）
　ここで、
　τｃ：放熱時定数
　ｍ：物体の質量
　ｃ：物体の比熱
　ｈ：物体の熱伝達率
　Ａ：物体の表面積
　である。
　式（１）から明らかなように、物体の表面積Ａを増やすことにより、放熱時定数τｃは減少する。つまり、より短時間で物体から熱が放散される。従って、突起部１０ａを設けることにより、被駆動部材１０の放熱効果を高めことができる。このことにより、被駆動部材１０における温度上昇を抑制できるため、被駆動部材１０を構成するシリコンが、その表面に設けられた金属膜１１に拡散するのを防止でき、シャッタとしての被駆動部材１０及び金属膜１１の光遮断性能を維持できる。
　また、第１及び第２アクチュエータ３，４への通電加熱を停止して、被駆動部材１０の位置を駆動前の位置に戻す際、駆動前の設定位置の周辺で基板２００の表面に平行な方向であるＸＹ平面内を被駆動部材１０が振動し、その振幅を減衰させつつ停止する、いわゆるリンギングと呼ばれる現象が起こる。このリンギングが長く続くと、シャッタ装置としての光の遮断及び開通性能が低下してしまう。そこで、本実施形態に示すように、突起部１０ａを設けることにより、被駆動部材１０の振動に対して空気抵抗による制動力を生じさせることができる。このことにより、被駆動部材１０の振動を短時間で収束させ、光の遮断／開通性能が低下しない。さらに、本実施形態では、被駆動部材１０を、上記変位拡大機構を構成する他の部材、例えば、第３ビーム８よりも薄く形成しているため、被駆動部材１０の質量を低減して、リンギングが続く時間を短くすることができる。なお、被駆動部材１０を薄くするには、図１１に示したデバイス層のエッチング工程において、突起部１０ａを残すようにして被駆動部材１０のみ追加でエッチングすればよい。
　なお、図１２では被駆動部材１０の表面から上方に突起部１０ａが延在する構成を示したが、特にこれに限定されず、例えば、被駆動部材１０の裏面から下方に突起部１０ａが延在していてもよい。また、突起部１０ａの個数や大きさは特に限定されず、要求される被駆動部材１０の振動収束時間等により適宜決められる。また、突起部１０ａを設けることにより、被駆動部材１０の質量は若干増加するが、突起部１０ａを含む被駆動部材１０を別の材料、例えば、多孔質シリコン層やシリコン酸化層とシリコン層との積層構造で構成することにより、被駆動部材１０の質量が低減されるため、この影響は低減される。
　（実施形態５）
　図１３Ａは本実施形態に係るシャッタ装置の平面図を、図１３Ｂは別のシャッタ装置の平面図を、図１４は第３ビームの平面図をそれぞれ示す。なお、本実施形態において、実施形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　本実施形態に示す構成と実施形態１～４に示す構成との違いは、第１ビーム５、第２ビーム６及び第３ビーム８のいずれかに突起部が設けられている点にある。例えば、図１３Ａに示すように、第１ビーム５の第２部材５２に突起部５５が設けられていてもよく、図１３Ｂに示すように、第２ビーム６の第２部材６２に突起部６５が設けられていてもよい。これらの場合、突起部５５，６５はそれぞれ第１ビーム５の第２部材５２の長手方向あるいは第２ビーム６の第２部材６２の長手方向、つまり、Ｘ方向に沿って所定の間隔を開けて複数配置されている。また、突起部５５はＹ方向上側に、突起部６５はＹ方向下側にそれぞれ延びて形成されているが、特にこれに限定されない。第１及び第２ビーム５，６が駆動されるときに、突起部５５や突起部６５が対向するビームに当接して、被駆動部材１０の変位量を低下させたり、突起部５５，６５に対向するビームが損傷したりしなければよい。例えば、突起部５５がＹ方向上側に延びるようにしてもよい。なお、図３に示すように、第１アクチュエータ３によって第１ビーム５が駆動されると、第１ビーム５の第２部材５２は、ヒンジ５３を中心として反時計回りに回転する。よって、突起部５５がＹ方向下側に延びて形成されている場合、第１ビーム５が駆動されると、隣り合う突起部５５の先端が互いに開くように変位するため、後述するように、放熱及び被駆動部材１０の振動抑制の観点から見て好ましい。同様に、突起部６５がＹ方向上側に延びて形成されているのが好ましい。
　また、突起部５５の先端が第２ビーム６に対向する場合は、突起部５５が第２ビーム６に当接しないように、そのＹ方向の長さを調整する必要があり、突起部６５の先端が第１ビーム５の第２部材５２に対向するか、または、第２ビーム６の第１部材６１に対向する場合は、突起部６５がそれぞれの部材５２，６１に当接しないように、そのＹ方向の長さを調整する必要がある。なお、図１３Ａ，１３Ｂにおいて、突起部５５，６５は、それぞれヒンジ５３，６３の近傍に配置されているが、特にこれに限定されない。ヒンジ５４，６４の近傍に配置されていてもよいし、Ｘ方向で見て、第１ビーム５の第２部材５２の中央部分や第２ビーム６の第２部材６２の中央部分に配置されていてもよい。
　また、図１４に示すように、第３ビーム８に突起部８ｃを設けてもよい。図１４において、突起部８ｃは第３ビーム８の長手方向に沿って所定の間隔を開けて複数配置されている。また、突起部８ｃは、第３ビーム８からＹ方向上側及び下側にそれぞれ延びて形成されているが、特にこれに限定されない。Ｙ方向上側のみに延びて形成されていても、Ｙ方向下側のみに延びて形成されていてもよい。なお、突起部８ｃが第３ビーム８のＹ方向下側に延びて設けられている場合、第３ビーム８が駆動されると、隣り合う突起部８ｃの先端が互いに開くように変位するため、後述するように、放熱及び被駆動部材１０の振動抑制の観点から見て好ましい。
　本実施形態に示すように、第１ビーム５、第２ビーム６及び第３ビーム８のいずれかに突起部５５，６５，８ｃが設けられていることによって、各ビーム５，６，８の表面積を増やすことができる。つまり、式（１）に示すように、各ビーム５，６，８での放熱時定数τｃを小さくできるため、第１及び第２アクチュエータ３，４からそれぞれのビーム５，６，８に伝わる熱を各ビーム５，６，８から速やかに放散することができる。このことにより、被駆動部材１０への伝熱量を低減させることができ、被駆動部材１０における温度上昇を抑制できる。よって、被駆動部材１０を構成するシリコンが、その表面に設けられた金属膜１１に拡散するのを防止でき、シャッタとしての被駆動部材１０及び金属膜１１の光遮断性能を維持できる。特に、第３ビーム８に突起部８ｃを形成することで、例えば、被駆動部材１０に光が照射されている場合、光吸収によって被駆動部材１０に発生する熱を速やかに放散させることが可能となる。また、第３ビーム８は、ヒンジ８２を介して第２ベース部材２２に連結されているため、この経路からも被駆動部材１０に発生する熱を速やかに放散させることができる。また、第１ビーム５、第２ビーム６及び第３ビーム８のいずれかに突起部５５，６５，８ｃを設けることによっても、被駆動部材１０の振動に対して空気抵抗による制動力が生じる。このことにより、被駆動部材１０の振動を短時間で収束させ、光の遮断及び開通性能を維持できる。
　なお、突起部５５，６５，８ｃは、基板２００の上面と平行な方向に延びているが、例えば、基板２００の上面と交差する方向であるＺ方向上側または下側、あるいは上下方向に延びていてもよい。また、突起部５５，６５の個数は特に限定されず、要求される放熱性能や被駆動部材１０の振動収束時間等により適宜決められる。また、突起部８ｃの個数や長さは特に限定されず、要求される被駆動部材１０の振動収束時間等により適宜決められる。なお、図１３Ａ，１３Ｂ，１４において、一つのビームにのみ突起部が設けられている構成を示したが、特にこれに限定されず、複数のビームにそれぞれ突起部を設けることができる。例えば、第１ビーム５と第３ビーム８とにそれぞれ突起部５５，８ｃを設けてもよいし、第２ビーム６と第３ビーム８とにそれぞれ突起部６５，８ｃを設けてもよい。第１ビーム５、第２ビーム６及び第３ビーム８にそれぞれ突起部５５，６５，８ｃが設けられていてもよい。
　（実施形態６）
　図１５Ａは、本実施形態に係るシャッタ装置の平面図を、図１５Ｂは、図１５ＡのＸＶＢ－ＸＶＢ線での断面図をそれぞれ示す。また、図１６は、図１５Ａ，１５Ｂに示す放熱部の別の構成の平面図を示す。なお、本実施形態において、実施形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１６は、Ｚ方向下側から見た平面図を示している。
　本実施形態に示す構成と実施形態１～５に示す構成との違いは、第１ビーム５及び第２ビーム６のＺ方向下側に、これらビーム５，６と所定の間隔をあけて放熱ブロック２３０ａが設けられている点にある。図１５Ａ，１５Ｂに示すように、放熱ブロック２３０ａは、ハンドル層である第２シリコン層２３０で構成されており、Ｙ方向の端部は、それぞれ固定部２１，２２の第２シリコン層２３０に連結されている。また、放熱ブロック２３０ａと第１電極１０１との間、及び放熱ブロック２３０ａと第２電極１０２との間にはＢｏｘ層２２０がそれぞれ介在しているため、放熱ブロック２３０ａは第１及び第２ベース部材２１，２２とそれぞれ熱的には結合されているが、電気的には絶縁されている。また、図１５Ｂに示すように、第１ビーム５及び第２ビーム６と放熱ブロック２３０ａとの間隔は、Ｂｏｘ層２２０の厚さ（１μｍ）に相当する。
　本実施形態によれば、第１及び第２ビーム５，６に伝わる熱を放熱ブロック２３０ａを介して速やかに放散させることができる。一般に、大気中に配置され、間隔をあけて対向する２つの物体間で温度差がある場合は、空気を介して両者の間で熱のやり取りが行われる。しかし、本実施形態においては、第１及び第２ビーム５，６と放熱ブロック２３０ａとの間隔は１μｍと小さくなっており、このオーダー、つまり数μｍ以下の間隔では、熱抵抗が小さいため、第１ビーム５及び／または第２ビーム６から放熱ブロック２３０ａに速やかに熱が放散される。放熱ブロック２３０ａに放散された熱は、放熱ブロック２３０ａから直接大気に、あるいは放熱ブロック２３０ａから第１及び第２ベース部材２１，２２の第２シリコン層２３０を介して放散される。このことにより、被駆動部材１０への伝熱量を低減させることができ、被駆動部材１０における温度上昇を抑制できる。よって、被駆動部材１０を構成するシリコンが、その表面に設けられた金属膜１１に拡散するのを防止でき、シャッタとしての被駆動部材１０及び金属膜１１の光遮断性能を維持できる。また、第１及び第２ビーム５，６と放熱ブロック２３０ａとの間では、Ｂｏｘ層である酸化膜層２２０は設けられていないため、第１及び第２ビーム５，６の移動は妨げられることがない。なお、図１５Ａ，１５Ｂにおいて、放熱ブロック２３０ａのＹ方向両端部が第１ベース部材２１と第２ベース部材２２とにそれぞれ連結されている例を示したが、放熱ブロック２３０ａは、第１ベース部材２１又は第２ベース部材２２のいずれかに連結されていればよい。
　ここで、放熱ブロック２３０ａは、例えば、図４に示すシャッタ装置１の裏面層のエッチング処理工程において、図示しないマスクを用いて放熱ブロック２３０ａを残すように第２シリコン層２３０をエッチング処理し、続けて、フッ酸系薬液を用いたエッチング等により、酸化膜層２２０を除去することで形成される。しかし、第１及び第２ビーム５，６と放熱ブロック２３０ａとが平面視で重なる部分はＹ方向で数百μｍ～数ｍｍ程度あるため、当該重なる部分のＸ方向の幅によっては、酸化膜層２２０のエッチング量が大きくなり、第１及び第２ベース部材２１，２２の酸化膜層２２０が側面からエッチングされて、第１及び第２ベース部材２１，２２が変形してしまうおそれがある。また、薬液を用いたウエットエッチングでは部材の表面張力や静電引力に起因した固着が生じるおそれがある。
　そこで、図１６に示すように、放熱ブロック２３０ａに複数の肉抜き部（孔）２３１を設けることで、上記の問題を回避することができる。放熱ブロック２３０ａの形成工程において、酸化膜層２２０を除去する際に、肉抜き部２３１から薬液が入り込むため、放熱ブロック２３０ａに接した部分の酸化膜層２２０を除去する時間が短くなる。このことにより、第１及び第２ビーム５，６や放熱ブロック２３０ａでの帯電量を抑制できる。また、肉抜き部２３１を設けることにより、第１及び第２ビーム５，６と放熱ブロック２３０ａとの対向面積を減らすことができ、このことによっても、第１及び第２ビーム５，６や放熱ブロック２３０ａでの表面張力や静電引力に起因した固着を抑制できる。以上のことから、第１ビーム５及び／または第２ビーム６と放熱ブロック２３０ａと間の表面張力や静電引力を弱めて、これらが互いに固着したり、第１ビーム５及び／または第２ビーム６が破損したりするのを防止できる。また、肉抜き部２３１を設けることで、放熱ブロック２３０ａの表面積を増やし、放熱ブロック２３０ａから速やかに熱を放散させることができる。なお、実施形態１～５に示す構成に、本実施形態に示す放熱ブロック２３０ａをそれぞれ設けるようにしてもよい。被駆動部材１０における温度上昇を抑制して、シャッタとしての被駆動部材１０及び金属膜１１の光遮断性能を維持できる。
　（その他の実施形態）
　なお、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４をそれぞれ複数のアクチュエータから構成してもよい。また、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４の大きさや構造は同じである必要はなく互いに違えてもよい。例えば、第１アクチュエータ３を１つのアクチュエータから構成し、第２アクチュエータ４を２つのアクチュエータから構成するなど、第１アクチュエータ３および第２アクチュエータ４を構成するアクチュエータの数が異なっていてもよい。また、第１アクチュエータ３を構成する部材の長さと第２アクチュエータ４を構成する部材の長さが異なっていてもよい。さらには、第１アクチュエータ３を熱駆動方式とし、第２アクチュエータ４を静電容量駆動方式とするなど、アクチュエータの駆動方式が異なっていてもよい。また、第１アクチュエータ３および第２アクチュエータ４のうちいずれか一方のみを駆動させることで被駆動部材１０を駆動させてもよい。また、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４のいずれか一方を省略してもよい。変形例を含め上記の全ての実施形態において、必要に応じて、対応する部材に上記の構成を適用することができる。
　また、図１７に示すように、第１ビーム５が、その延在方向に沿って並置され、かつ互いに接して設けられた、熱膨張率の異なる材料５６，５７から構成されていてもよい。この場合、第１アクチュエータ３の駆動時に、第１ビーム５が変位する側に熱膨張率の低い材料を配置することで、第１ビーム５の湾曲量を増加させることができ、ひいては被駆動部材１０の変位量を大きくすることができる。図１７に示す構成は、第２ビーム６にも適用可能である。第１及び第２ビーム５，６にこの構成を適用すると、第１及び第２アクチュエータ３，４から第１及び第２ビーム５，６に伝搬した熱を、被駆動部材１０の変位量を増大させるために利用できる。なお、図１７に示す構成を第３ビーム８や第４ビーム８０に適用してもよい。また、これに限らず、上記の各実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
　ここに開示された技術は、シャッタとして機能する被駆動部材の変位量を大きくでき、また、シャッタ位置をシャッタ装置の中央に配置できるため、シャッタ装置に適用する上で有用である。
１　　　　シャッタ装置
２　　　　固定部
３　　　　第１アクチュエータ
４　　　　第２アクチュエータ
５　　　　第１ビーム
６　　　　第２ビーム
７　　　　ビーム連結部
８　　　　第３ビーム
８ｃ　　　突起部
８０　　　第４ビーム（延長部）
８１　　　ヒンジ（延長部）
８２　　　ヒンジ（延長部）
１０　　　被駆動部材（移動部）
１０ａ　　突起部
１０１　　第１電極
１０２　　第２電極
２００　　ＳＯＩ基板（基板）
２１０　　第１シリコン層（デバイス層）
２２０　　酸化膜層（Ｂｏｘ層）
２３０　　第２シリコン層（ハンドル層）
２３０ａ　放熱ブロック

Claims (13)

  1. 　基板と、
    　前記基板に設けられた固定部と、
    　前記固定部に連結されたアクチュエータと、
    　基端側が前記アクチュエータに連結され、前記基板の上面と平行に延在する第１ビームと、
    　前記第１ビームの先端側に連結され、前記基板の上面と平行に、かつ当該第１ビームと交差する方向に延在する延長部と、
    　前記延長部に連結された移動部と、を有し、
    　前記アクチュエータは前記第１ビームの先端側を当該第１ビームと交差する方向に駆動させる変位拡大機構。
  2. 　基板と、
    　前記基板に設けられた固定部と、
    　前記固定部に連結されたアクチュエータと、
    　基端側が前記アクチュエータに連結され、前記基板の上面と平行に延在する第１ビームと、
    　基端側が前記固定部に連結され、前記第１ビームと並列して該第１ビームの先端側から基端側方向へ延在する第３ビームと、
    　前記第３ビームの先端側に設けられた移動部と、
    　前記第１ビームの先端側に連結され、前記基板の上面側と平行に、かつ当該第１ビームと交差する方向に延在し、前記第３ビームに連結された延長部と、を有し、
    　前記アクチュエータは前記第１ビームの先端側を当該第１ビームと交差する方向に駆動させる変位拡大機構。
  3. 　前記アクチュエータは前記第１ビームを湾曲させる請求項１または２のいずれかに記載の変位拡大機構。
  4. 　前記アクチュエータは駆動ビームを有する熱型アクチュエータであり、
    　前記駆動ビームは、駆動前の状態において当該駆動ビームの駆動方向に対して湾曲または屈曲しており、
    　前記第１ビームの先端側は折返され前記固定部と連結されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の変位拡大機構。
  5. 　前記第１ビームは基端側に複数に分岐した接続部を有し、
    　前記アクチュエータと前記第１ビームは接続部を介して接続されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の変位拡大機構。
  6. 　前記第１ビームは、前記アクチュエータに連結される基端と、前記延長部に連結される先端との間に断熱部を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の変位拡大機構。
  7. 　前記第１ビームは、当該第１ビームの延在方向と交差する方向に延在する突起部を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の変位拡大機構。
  8. 　前記移動部は前記基板の上面と交差する方向に延在する突起部を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の変位拡大機構。
  9. 　前記延長部は、当該延長部の延在方向と交差する方向に延在する突起部を有する請求項１に記載の変位拡大機構。
  10. 　前記第１ビームの下方に、当該第１ビームと所定の間隔をあけて放熱ブロックが設けられている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の変位拡大機構。
  11. 　前記基板は、デバイス層と酸化膜層とハンドル層とがこの順で積層されてなり、
    　前記第１ビームは前記デバイス層で構成される一方、前記放熱ブロックは前記ハンドル層で構成され、かつ前記固定部に連結されている請求項１０に記載の変位拡大機構。
  12. 　前記第１ビームは、当該第１ビームの延在方向に沿って並置され、かつ互いに接して設けられた複数の材料からなり、
    　前記複数の材料は互いに熱膨張率が異なる請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の変位拡大機構。
  13. 　請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の変位拡大機構と、
    　前記変位拡大機構の前記固定部上に配設され、前記アクチュエータの一端と電気的に接続された第１電極と、
    　前記変位拡大機構の前記固定部上に配設され、前記アクチュエータの他端と電気的に接続された第２電極と、を備え、
    　前記変位拡大機構の前記移動部で光路を遮断及び開通させるシャッタ装置。
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