(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内フレーム（１６）と、
当該内フレームを包囲する少なくとも１つの中間フレーム（１４）と、
前記内フレーム（１６）と前記少なくとも１つの中間フレーム（１４）とを包囲する外フレーム（１２）を備えた静電駆動装置において、
前記内フレーム、前記中間フレーム及び前記外フレーム（１２，１４，１６）の隣り合う２つのフレーム（１２，１４，１６）の各々は少なくとも１つのバネ部材（２２，２４，２６）を介して互いに接続されており、
前記内フレーム、中間フレーム及び外フレーム（１２，１４，１６）の隣り合う２つのフレーム（１２，１４，１６）の各々を接続している前記バネ部材（２２，２４，２６）は、前記バネ部材（２２，２４，２６）の長手方向が共通のバネ長手軸（２８）上にあるように配置されており、
前記内フレーム（１６）、前記少なくとも１つの中間フレーム（１４）及び前記外フレーム（１２）の、前記バネ長手軸（２８）に平行なフレーム梁部材（１２ａ，１４ａ，１６ａ）に直接、電極指（３０，３２）が配置されており、
前記バネ部材（２２，２４，２６）のうちで、前記中間フレーム（１４）の１つと外側に隣接する中間フレーム又は外フレーム（１２，１４）とを接続するバネ部材（２２，２４）は第１のバネ剛性を有し、前記中間フレーム（１４）と内側に隣接する内フレーム又は中間フレーム（１４，１６）とを接続する別のバネ部材（２４，２６）は第１のバネ剛性よりも小さい第２のバネ剛性を有していることを特徴とする静電駆動装置。
【請求項２】
前記内フレーム（１６）、前記少なくとも１つの中間フレーム（１４）及び前記外フレーム（１２）は、前記内フレーム、前記中間フレーム及び前記外フレーム（１２，１４，１６）の隣り合う２つのフレーム（１２，１４，１６）のフレーム梁部材（１２ａ，１４ａ，１６ａ）に配置された前記電極指（３０，３２）の間に電圧を印加できるように形成されており、前記隣り合う２つのフレーム（１２，１４，１６）の間の前記少なくとも１つのバネ部材（２２，２４，２６）は、前記隣り合う２つのフレーム（１２，１４，１６）の第１のフレーム（１２，１４，１６）が電圧の印加によって前記バネ長手軸（２８）を中心として前記２つの隣り合うフレーム（１２，１４，１６）の第２のフレーム（１２，１４，１６）に対して回転可能であるように形成されている、請求項１記載の静電駆動装置。
【請求項３】
前記内フレーム（１６）、前記少なくとも１つの中間フレーム（１４）及び前記外フレーム（１２）のフレーム梁部材（１２ａ，１４ａ，１６ａ）に直接配置されている前記電極指（３０，３２）の長手方向は、前記バネ長手軸（２８）に対して垂直である、請求項１又は２記載の静電駆動装置。
【請求項４】
前記内フレーム又は前記中間フレーム（１４，１６）に配置されている電極指は第１の長さを有しており、前記外側に隣接する中間フレーム又は外フレーム（１２，１４）に配置されている電極指は第１の長さとは異なる第２の長さを有しており、第２の長さは第１の長さよりも短い、請求項１から３のいずれか１項記載の静電駆動装置。
【請求項５】
前記各電極指（３０，３２）は導電性の下部領域（４０，４４）と中央の絶縁層（３６）と導電性の上部領域（４２，４６）とを有している、請求項１から４のいずれか１項記載の静電駆動装置。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか１項記載の静電駆動装置と、アクチュエータ（１８）とを備えたマイクロメカニカル部品（１０）において、前記アクチュエータ（１８）は、前記内フレーム、前記中間フレーム及び前記外フレーム（１２，１４，１６）の隣り合う２つのフレーム（１２，１４，１６）のフレーム梁部材（１２ａ，１４ａ，１６ａ）に配置されている電極指（３０，３２）の間に電圧を印加することにより、前記共通のバネ長手軸（２８）を中心として回転できるように、前記内フレーム（１６）と接続されている、ことを特徴とするマイクロメカニカル部品。
【請求項７】
静電駆動装置を製造する方法であって、
少なくとも１つの中間フレーム（１４）を内フレーム（１６）の周りに配置するステップと、外フレーム（１２）を前記内フレーム（１６）と前記少なくとも１つの中間フレーム（１４）の周りに配置するステップとを有しており、これらステップにおいて、前記内フレーム、前記中間フレーム及び前記外フレーム（１２，１４，１６）の隣り合って配置された２つのフレーム（１２，１４，１６）の各々は少なくとも１つのバネ部材（２２，２４，２６）を介して接続され、前記内フレーム、前記中間フレーム及び前記外フレーム（１２，１４，１６）の隣り合って配置された２つのフレーム（１２，１４，１６）の各々を互いに接続する前記バネ部材（２２，２４，２６）は、前記バネ部材（２２，２４，２６）の長手方向が共通のバネ長手軸（２８）上にくるように配置され、
前記内フレーム（１６）、前記少なくとも１つの中間フレーム（１４）及び前記外フレーム（１２）の、前記バネ長手軸（２８）に平行なフレーム梁部材（１２ａ，１４ａ，１６ａ）に直接、電極指（３０，３２）が配置され、
前記バネ部材（２２，２４，２６）のうちで、前記中間フレーム（１４）の１つと外側に隣接する中間フレーム又は外フレーム（１２，１４）とを接続するバネ部材（２２，２４）は第１のバネ剛性を有し、前記中間フレーム（１４）と内側に隣接する内フレーム又は中間フレーム（１４，１６）とを接続する別のバネ部材（２４，２６）は第１のバネ剛性よりも小さい第２のバネ剛性を有していることを特徴とする静電駆動装置を製造する方法。
【請求項８】
下部導電層（３４）と中央絶縁層（３６）と上部導電層（３８）とから成る積層体を形成し、当該積層体から前記内フレーム（１６）、前記少なくとも１つの中間フレーム（１４）及び前記外フレーム（１２）を構造化して形成する、請求項７記載の製造方法。
【請求項９】
マイクロメカニカル部品（１０）を製造する方法であって、
前記内フレーム、前記中間フレーム及び前記外フレーム（１２，１４，１６）の隣り合う２つのフレーム（１２，１４，１６）のフレーム梁部材（１２ａ，１４ａ，１６ａ）に配置された前記電極指（３０，３２）の間に電圧を印加できるように、前記内フレーム（１６）、前記少なくとも１つの中間フレーム（１４）及び前記外フレーム（１２）を形成するステップと、
前記隣り合う２つのフレーム（１２，１４，１６）の第１のフレーム（１２，１４，１６）が電圧の印加によって前記バネ長手軸（２８）を中心として前記２つの隣り合うフレーム（１２，１４，１６）の第２のフレーム（１２，１４，１６）に対して回転できるように、前記隣り合う２つのフレーム（１２，１４，１６）の間の前記少なくとも１つのバネ部材（２２，２４，２６）を形成するステップと、
前記内フレーム、前記中間フレーム及び前記外フレーム（１２，１４，１６）の隣り合う２つのフレーム（１２，１４，１６）のフレーム梁部材（１２ａ，１４ａ，１６ａ）に配置されている電極指（３０，３２）の間に電圧を印加することにより、前記共通のバネ長手軸（２８）を中心として回転できるように、アクチュエータ（１８）を前記内フレーム（１６）に接続するステップとを有し、
前記バネ部材（２２，２４，２６）のうちで、前記中間フレーム（１４）の１つと外側に隣接する中間フレーム又は外フレーム（１２，１４）とを接続するバネ部材（２２，２４）は第１のバネ剛性を有し、前記中間フレーム（１４）と内側に隣接する内フレーム又は中間フレーム（１４，１６）とを接続する別のバネ部材（２４，２６）は第１のバネ剛性よりも小さい第２のバネ剛性を有していることを特徴とする静電駆動装置を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電駆動装置と静電駆動装置の製造方法とに関する。さらに、本発明はマイクロメカニカル部品とマイクロメカニカルの製造方法とに関する。
【０００２】
先行技術
変位可能なアクチュエータを備えたマイクロメカニカル部品は静電及び／又は磁気駆動装置を有していることが多い。しかし通常、静電駆動装置によって実現されるアクチュエータを変位させる力は磁気駆動装置によって実現される力よりも小さい。
【０００３】
アクチュエータを回転軸回りに回転させるための実現可能な力を高めるために、多くの静電駆動装置は回転軸から比較的遠い距離に配置された電極指を有している。このような例は例えばＵＳ２００５／００３５６８２Ａ１に記載されている。
【０００４】
ＵＳ２００５／００３５６８２に記載されているマイクロ振動素子は静電駆動装置として内フレームと外フレームを有しており、内フレームは２つずつのＶ字バネを介してアクチュエータと外フレームとに接続されている。Ｖ字バネの隣接して、アクチュエータの回転軸に平行に延びる横材がアクチュエータとフレームとに取り付けられている。横材に配置された電極指は回転軸に対して垂直に延びている。
【０００５】
このようにして、ＵＳ２００５／００３５６８２Ａ１に記載されているマイクロ振動素子は回転軸と電極指との間の大きな距離を保証している。しかしながら、電極指と回転軸との間のこの大きな距離はアクチュエータの最大変位角度を比較的小さくしてしまう。その上、フレームはそれに取り付けられている横材と電極指とのために比較的大きな設置スペースを取る。これはマイクロ振動素子をマイクロメカニカル部品の中に取り付ける際に問題を生じかねない。
【０００６】
発明の概要
本発明によれば、請求項１に記載の特徴を備えた静電駆動装置と、請求項７に記載の特徴を備えたマイクロメカニカル部品と、請求項８に記載の特徴を備えた静電駆動装置を製造する方法と、請求項１０に記載の特徴を備えたマイクロメカニカル部品の製造方法が実現される。
【０００７】
本発明の基本的なアイデアは、少なくとも３つのフレームとこれらに割り当てられた電極指とから成る静電駆動装置に必要な動作体積は、電極指を直接フレームの梁部材に取り付けることで小さくできるというものである。ただしここで、フレームの梁部材は静電駆動装置の動作時には回転軸に平行に延びている。回転軸はバネ部材の長手方向に沿った共通のバネ長手軸に相当する。
【０００８】
バネ長手軸と呼びうる回転軸に平行に電極指をフレームの梁部材に直接配置することにより、電極指をフレームに配置するために従来使用されてきた横材を不要とすることができる。したがって、従来フレームから延び出ていた横材のための体積が不要になる。これにより、本発明による静電駆動装置の動作体積の縮小が保証される。したがって、本発明による静電駆動装置を備えたマイクロメカニカル部品は簡単に小さく実現することができる。
【０００９】
ここで再び、本発明では、電極指は横材を介して横からフレームに取り付けられているのではなく、直接フレームの正面（フレーム梁部材）に取り付けられていることに注意されたい。電極指を回転軸に平行に走るフレーム梁部材に直接配置することにより、有利には、電極指と回転軸との間に大きな距離が保証される。こうすることで（フレームごとに）達成できる最大トルクが著しく向上する。したがって、フレームの面積を大きくすることなく、トルクを大きく、例えば１００倍にすることができる。
【００１０】
複数のフレームとフレーム梁部材に直接配置された電極指とから成る静電駆動装置の動作体積は比較的小さいので、動作体積が同じでも先行技術に比べてフレームの数を多くすることができる。したがって、内フレームと外フレームの間に複数の中間フレームを配置することができる。有利には、３つよりも明らかに多くのフレームが互いに接続される。その際、隣り合う各２つのフレームは少なくとも１つのバネ部材と相互に接続される。電極指を回転軸に平行に走る多数のフレームの梁部材に直接取り付けることにより、面積の最適利用が可能になる。外フレームに対する内フレームの総変位角度は隣り合う２つのフレームの個々の変位角度の和から得られる。多数のフレームをカスケードすることにより、先行技術に比べてフレームの数が多いので、個々の変位角度が同じでも全体的な変位角度を大きくすることが可能である。
【００１１】
電極指が回転軸から離して配置された従来の静電駆動装置は、電極指の高さに比べて回転角度が比較的小さい場合に、電極指が相手電極指から出てしまうという欠点を有している。このため、隣り合う２つのフレームの間で達成可能な個々の変位角度が著しく小さくなってしまう。本発明では、フレームの数が多いことによって、達成できる個々の変位角度が比較的小さいことが埋め合わされる。
【００１２】
内フレーム、少なくとも１つの中間フレーム、及び外フレームは長方形のフレームを意味するものとしてよい。もちろん、回転軸に平行に延びるフレーム梁部材を互いに接続する接続梁部材は弓形に形成されていてよい。しかし、内フレーム、中間フレーム又は外フレームという呼称は使用されるフレームを長方形に限定するわけではない。
【００１３】
電極指は完成したフレームに取り付けられるので、静電駆動装置の安定性は良好である。さらに、静電駆動装置の基本的な振動モードは回転軸に関して回転対称である。
【００１４】
有利な実施形態では、内フレーム、少なくとも１つの中間フレーム及び外フレームは、内フレーム、中間フレーム及び外フレームの隣り合う２つのフレームのフレーム梁部材に配置されている電極指の間に電圧を印加できるように形成されている。ここで、隣り合う２つのフレームの間の少なくとも１つのバネ部材は、隣り合う２つのフレームの第の１フレームが電圧の印加によってバネ長手軸を中心として２つの隣り合うフレームの第２のフレームに対して回転可能であるように形成されている。有利には、各フレームは外側に隣接するフレームに対して個々の変位角度の分だけ回転される。電極指に印加される電圧は、個々の変位角度を合計した総変位角度の分だけ内フレームを外フレームに対して回転させるように制御される。達成できる総変位角度は、例えば全部で１１個のフレームの場合、およそ７°の範囲となる。このようにして簡単にアクチュエータを大きな変位角度だけ変位することができる。
【００１５】
とりわけ、内フレーム、少なくとも１つの中間フレーム及び外フレームのフレーム梁部材に配置されている電極指の長手方向は、バネ長手軸に対して垂直である。
【００１６】
例えば、中間フレームの１つを外側に隣接する中間フレーム又は外フレームと接続するバネ部材の１つは第１のバネ剛性を有し、中間フレームを内側に隣接する内フレーム又は中間フレームと接続する別の１つのバネ部材は第１のバネ剛性とは異なる第２のバネ剛性を有する。第２のバネ剛性は第１のバネ剛性よりも小さくてよい。内側に隣接するフレームに配置されている電極指は、外側に隣接するフレームに配置されている電極指よりも回転軸までの距離が小さい。第２の曲げ剛性が第１の曲げ剛性より小さいことにより、印加される電圧が同じでも各フレームは可能な最大変位角度だけ回転することができる。
【００１７】
補足的又は代替的に、内フレーム又は中間フレームに配置されている電極指が第１の長さを有し、外側に隣接する中間フレーム又は外フレームに配置されている電極指が第１の長さとは異なる第２の長さを有していてもよい。有利には、第２の長さは第１の長さよりも短い。外側に隣接するフレームは、フレーム梁部材が比較的長いため、内フレーム又は中間フレームよりも多くの電極指を配置することができる。したがって、電極指を短く形成してよい。第２の長さを第１の長さよりも短くすることにより、静電駆動装置に必要とされる動作体積をさらに低減することができる。そのため、マイクロメカニカル部品への静電駆動装置の配置が単純化される。
【００１８】
１つの実施形態では、各電極指は導電性の下部領域と中央の絶縁層と導電性の上部領域を有している。この場合、個々のフレームの変位はＳＥＡ（SwitchElectrodeActuator）スイッチングを介して実現することができる。平面内で応力のない状態に置かれたフレームは共振により平面から外へ回転させることができる。
【００１９】
代替的な実施形態では、各電極はそれぞれ異なる平面内のフレーム梁部材の外側及び内側にある。例えば、外側の電極は上の平面に、内側の電極は下の平面に配置されている。もちろん、外側の電極を下の平面に、内側の電極を上の平面に配置してもよい。梁部材の外側部分と内側部分は互いに電気的に絶縁されている。２つの電極の一方に電圧を印加することにより、フレームを互いに対して傾けることができる。
【００２０】
上で説明した静電駆動装置はマイクロメカニカル部品で使用することができる。なお、このマイクロメカニカル部品は、内フレーム、中間フレーム及び外フレームの隣り合う２つのフレームのフレーム梁部材に配置された電極指の間に電圧を印加することによりアクチュエータが共通のバネ長手軸を中心として回転できるように、内フレームと接続されている。したがって、アクチュエータは比較的大きな総変位角度だけ回転させることができる。上記静電駆動装置によって高いトルクが保証されるので、今説明しているマイクロメカニカル部品では、比較的重いアクチュエータでも変位することが可能である。
【００２１】
上で述べた利点は相応する製造方法においても保証される。とりわけ、下部導電層と中央絶縁層と上部導電層とから成る積層体を形成するようにしてよい。ここで、内フレーム、少なくとも１つの中間フレーム、及び外フレームとそれらに属する電極指は、前記積層体から構造化されて形成される。これにより、内フレーム、少なくとも１つの中間フレーム及び外フレームを低コストで製造することが可能になる。特に、このようにしてフレームが互いにぴったりと形成される。さらに、ここに説明した方法により、コストの高い調整ステップを実行しなくても、個々のフレームが１つの平面内に確実に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態による静電駆動装置を備えたマイクロメカニカル部品の平面図を示す。
【図２】図１の一部を拡大した図を示す。
【図３】図１のマイクロメカニカル部品の断面を示す。
【図４】図１のマイクロメカニカル部品の側面図を示す。
【図５】静電駆動装置の第２の実施形態を説明するための座標系を示す。
【図６】静電駆動装置の第３の実施形態を説明するための座標系を示す。
【図７】達成可能な変位角度の２つの例を示すための座標系を示す。
【図８】静電駆動装置の製造方法の実施形態を表すフローチャートを示す。
【００２３】
発明の実施形態
図１には、第１の実施形態による静電駆動装置を備えたマイクロメカニカル部品の平面図が示されている。
【００２４】
図示されているマイクロメカニカル部品１０は、外フレーム１２と複数の中間フレーム１４と内フレーム１６とを備えた静電駆動装置を含んでいる。図示の例では、静電駆動装置は全部で１１個のフレーム１２，１４及び１６を含んでいる。しかし、本発明は決まった数の中間フレーム１４に限定されないことに注意されたい。
【００２５】
外フレーム１２は中間フレーム１４と内フレーム１６を包囲している。中間フレーム１４は内フレーム１６を包囲しており、一番内側の中間フレーム１４はその他の中間フレーム１４によって包囲されている。一番外側の中間フレーム１４は他のすべての中間フレーム１４と内フレーム１６を包囲している。
【００２６】
フレーム１２及び／又は１４の包囲とは、フレーム１２及び／又は１４を３つの空間方向において完全に包囲することを意味していない。そうではなく、フレーム１２及び／又は１４の包囲とは、フレーム１２及び／又は１４の少なくとも一部分を取り囲む、及び／又は、フレーム１２及び／又は１４を２次元的に縁取ることを意味している。
【００２７】
フレーム１２，１４及び１６は長方形に形成してよい。例えば、フレーム１２，１４及び１６の各々が、対向する２つのフレーム梁部材１２ａ，１４ａ及び１６ａと対向する２つの接続梁部材１２ｂ，１４ｂ及び１６ｂとから形成される。各フレーム１２，１４及び１６において、２つのフレーム梁部材１２ａ，１４ａ及び１６ａの対向する端部は接続梁部材１２ｂ，１４ｂ及び１６ｂを介して互いに接続されている。ここで、フレーム梁部材１２ａ，１４ａ及び１６ａは接続梁部材１２ｂ，１４ｂ及び１６ｂと一体形成されていてもよい。
【００２８】
しかし、本発明は長方形のフレーム１２，１４及び１６に限定されてない。例えば、接続梁部材１２ｂ，１４ｂ及び１６ｂは弓状に形成してもよい。有利には、フレーム１２，１４及び１６の形状はマイクロメカニカル部品１０のアクチュエータ１８の形状に適合するように形成されている。
【００２９】
マイクロメカニカル部品１０において、アクチュエータ１８は有利には反射コーティングで少なくとも部分的に覆われた鏡面板である。しかし、鏡面板として形成されたアクチュエータ１８の代わりに、マイクロメカニカル部品１０は別のアクチュエータも有していてよい。
【００３０】
アクチュエータ１８は２つの接続部材２０を介して内フレーム１６と接続されている。各接続部材２０はアクチュエータ１８の側面から内フレーム１６の梁部材１６ａの内側まで延びている。特に、接続部材２０の長手軸は共通の直線（図示せず）上にあってよい。有利には、接続部材２０は、アクチュエータ１８のその時その時の位置が内フレーム１６のその時その時の位置に適合するように固定的に形成されている。
【００３１】
図１では、アクチュエータ１８は外フレーム１２に平行である。以下により詳しく述べるように、外フレーム１２に対して平行なこのアクチュエータ１８の位置は、アクチュエータ１８の初期位置と呼ぶことができる。特に、アクチュエータ１８は初期位置においては外フレーム１２によって張られた平面内にあってよい。
【００３２】
フレーム１２，１４及び１６によって、隣り合う２つのフレーム１２，１４及び１６の各々は２つのバネ部材２２，２４又は２６を介して互いに接続されている。外フレーム１２は２つのバネ部材２２を介して最も外側の中間フレーム１４と接続されている。なお、バネ部材２２は接続梁部材１２ｂの内側と隣りの接合梁部材１４ｂの外側との間に形成されている。同様に、隣り合う２つの中間フレーム１４は２つのバネ部材２４を介して互いに接続されている。さらに、内フレーム１６は２つのバネ部材２６を介して最も内側の中間フレーム１４と接続されている。
【００３３】
バネ部材２２，２４及び２６は捩りバネ及び／又はＶバネであってよい。バネ部材２２，２４及び２６は、バネ部材２２，２４及び２６の長手方向が実質的な回転軸２８と言える共通のバネ長手軸上にくるように、対応するフレーム１２，１４及び１６に配置されている。回転軸２８はフレーム１２，１４及び１６のフレーム梁部材１２ａ，１４ａ及び１６ａに平行である。したがって、接続梁部材１２ｂ，１４ｂ及び１６ｂは回転軸２８に垂直に延びている。
【００３４】
図２には、図１の一部が拡大して示されている。
【００３５】
図２に拡大して示されている幾つかの中間フレーム１４の接続梁部材１４ｂはバネ部材２４を介して互いに接続されている。なお、バネ部材２４はつねに、隣り合って配置された２つの接続梁部材１４ｂの間を走っている。以下により詳しく説明されるように、バネ部材２２，２４及び２６は比較的広い幅ｂ１を有している。例えば、バネ部材２２，２４及び／又は２６の幅ｂ１は２０μｍから４０μｍの間、特に３０μｍとしてよい。
【００３６】
図３には、図１のマイクロメカニカル部品の断面が示されている。図示されている断面は、外フレーム１２と最も外側の２つの中間フレーム１４のフレーム梁部材１２ａ及び１４ｂに対して垂直な断面である。
【００３７】
図３から分かるように、電極指３０は外フレーム１２のフレーム梁部材１２ａの内側に直接配置されている。電極指３０はフレーム梁部材１２ａの内側に接触している。電極指３０はフレーム梁部材１２ａの長手方向に垂直である。それゆえ、電極指３０は（図示されていない）回転軸２８に対して垂直である。
【００３８】
外フレーム１２の電極指３０に隣り合って、最も外側の中間フレーム１４のフレーム梁部材１４ａの外側に相手電極指３２が直接配置されている。最も外側の中間フレーム１４の外側に直接配置された相手電極指３２は、最も外側の中間フレーム１４のフレーム梁部材１４ａの長手方向に対して垂直に、外フレーム１２の電極指３０の間の隙間へと突き出ている。
【００３９】
最も外側の中間フレーム１４のフレーム梁部材１４ａの内側にも相手電極指３２が直接配置されている。最も外側の中間フレーム１４のすべての相手電極指３２は外フレーム１２の電極指３０に平行に延びている。外フレーム１２と最も外側の中間フレーム１４との間に形成される電極指３０と相手電極指３２のパターンは、有利にはフレーム１２，１４及び１６のすべての隣り合うフレーム梁部材１２ａ，１４ａ及び１６ａの間に形成される。隣り合う２つの電極指３０と相手電極指３２の間に電圧を印加することにより、対応する２つのフレーム１４又は１６の内側の方を（図示されていない）回転軸２８を中心として隣のフレーム１２又は１４の外側の方に対して回転させることができる。
【００４０】
ここで、すべての電極指３０及び３２はフレーム梁部材１２ａ，１４ａ及び１６ａの内側又は外側に直接配置されていることに注意されたい。各電極指３０及び３２の一方の端部は対応するフレーム梁部材１２ａ，１４ａ又は１６ａに直接固定されている。有利には、フレーム梁部材１２ａ，１４ａ又は１６ａのすべての長手領域は少なくとも１つの側面に電極指３０及び３２を有している。なお、フレーム梁部材１２ａ，１４ａ又は１６ａと呼ばれるのは、フレーム１２，１４及び１６の、回転軸２８に平行な部分だけである。それゆえ、電極指３０及び３２を配置する際に、従来のやり方では必要な横材を省くことが可能である。
【００４１】
マイクロメカニカル部品１０において、フレーム１２，１４及び１６は対応する電極指３０又は相手電極指３２によって多層的に形成されている。例えば、フレーム１２，１４及び１６とバネ部材２２，２４及び２６は、下部導電層３４と中央絶縁層３６と上部導電層３８とから成る積層体から構造化によって形成されている。したがって、各フレーム１２，１４及び１６は層３４〜３８の部分を含んでいる。導電層３４及び３８は例えばシリコン及び／又は金属を含むものであってよい。
【００４２】
各電極指３０は、下部導電層３４の材料からできている下部導電領域４０と上部導電層３８の材料からできている上部導電領域４２を有している。相応して、相手電極指３２も下部導電領域４４と上部導電領域４６を含んでいる。
【００４３】
電極指３０と相手電極指３２の導電領域４０〜４６をスイッチングすることにより、電極指３０と相手電極指３２の位置を互いに対して変化させることができる。電極指３０と相手電極指３２の位置と同様に、フレーム１２，１４及び１６の位置も互いに対して変化させることができる。導電領域４０〜４６をスイッチングする方法は、例えばＳＥＡ（SwitchElectrodeActuator）の名で知られているので、ここでは説明しない。
【００４４】
隣り合う２つのフレーム１２，１４及び１６の領域４０〜４６のスイッチングにより、例えば２つのフレームの内側の方１２又は１４を、回転軸２８を中心として２つのフレームの外側の方１４又は１６に対して個々の変位角度だけ回転させることができる。もちろん、同時に複数のフレーム１４又は１６を回転軸２８を中心として外フレーム１２に対して回転させてもよい。
【００４５】
図４には、図１のマイクロメカニカル部品の側面図が示されている。
【００４６】
図示された側面図に基づいて、マイクロメカニカル部品１０の動作を説明する。マイクロメカニカル部品１０の動作時には、すべての電極指３０と相手電極指３２は、対応するフレーム１４及び１６が外側に隣接するフレーム１２又は１４に対して個々の変位角度だけ回転するように、同時にスイッチングされる。特に、すべての中間フレームと内フレーム１６の個々の変位角度が、回転軸２８を中心として内フレーム１６を外フレーム１２に対してできるだけ大きく回転させる総変位角度へと加算されるようにしてよい。
【００４７】
フレーム梁部材１２ａ，１４ａ及び１６ａに配置された電極指３０と相手電極指３２の回転軸２８までの距離は比較的大きい。したがって、電極指３０と相手電極指３２をスイッチングする際に生じるフレーム１４及び１６のトルクは比較的大きい。これにより、比較的大きな幅ｂ１を有する短いバネ部材２２，２４及び２６を形成することが可能になる。さらに、フレーム１２，１４及び１６は、電極指３０と相手電極指３２がフレーム梁部材１２ａ，１４ａ及び１６ａに直接固定されているので、動作位置において比較的小さな動作体積しか必要としない。そのため、マイクロメカニカル部品１０をマイクロシステム内に配置するのは容易である。
【００４８】
アクチュエータ１８は、内フレーム１６の回転運動時にアクチュエータ１８も外フレーム１２に対して総変位角度だけ回転させられるように、２つの接続部材２０を介して内フレーム１６に接続されている。フレーム１２，１４及び１６は比較的小さな動作体積内に配置可能なので、多数のフレーム１２，１４及び１６によって、個々の比較的小さな変位角度から一つの大きな総変位角度を形成することができる。特に、（図示されていない）電極指を省スペースでフレーム１２，１４及び１６のフレーム梁部材１２ａ，１４ａ及び１６ａに直接配置することにより、総変位角度が大きくなる。
【００４９】
図５Ａ及びＢにはそれぞれ、静電駆動装置の第２の実施形態を説明するための座標系が示されている。これらの座標系の横座標は、静電駆動装置の中間フレーム又は内フレームを外から内へと数えた場合の中間フレーム又は内フレームの番号ｎを表している。その際、外フレームはカウントされず、番号０を有する。最も外側の中間フレームは番号１を有する。１１個のフレームを有する静電駆動装置ならば、内フレームは番号１０を有する。
【００５０】
図５Ａの座標系の縦座標は、対応するフレームを外フレームに対して変位させる力Ｆ（単位：ニュートン）に相当する。図５Ｂの座標系の縦座標は対応するトルクＭ（単位：Ｎｍ）を表している。
【００５１】
力Ｆは、番号ｎ−１のフレームと番号ｎのフレームとの間の電極指の個数と長さ、及び相手電極指の個数及び長さによって決まる。今説明している実施形態では、力Ｆは番号１〜１０のすべてのフレームについてほぼ一定であるべきである。
【００５２】
フレームの両方のフレーム梁部材が長ければ長いほど、多くの電極指又は相手電極指をフレーム梁部材に直接配置することができる。ほとんどの電極指は外フレームのフレーム梁部材に配置することができる。番号１０のフレームが最も短く、したがって最も少ない電極指を有する。それでも番号１〜１０のすべてのフレームに対してほぼ同じ力Ｆを保証するために、電極指の長さを変えてもよい。外側から内側へと数えて番号ｎが大きくなるにつれて電極指の長さを短くすると有利である。電極指の長さはコンスタントに低減するようにしてよい。例えば、番号１の最も外側の中間フレームは長さ５０μｍの電極指を有し、番号１０の内フレームの電極指の長さは２００μｍとしてよい。
【００５３】
番号ｎの小さな外側のフレームに比較的短い電極指を形成することにより、外側のフレームの間の距離は比較的短くなるので、フレームの個数が同じでも静電駆動装置の動作体積を小さくすることが可能である。それゆえ、静電駆動装置を備えたマイクロメカニカル部品を最小化することが可能である。
【００５４】
番号１〜１０のフレームに対する力Ｆがほぼ一定であるにもかかわらず、番号ｎの小さな外側の中間フレームは、（短い）電極指から回転軸までの距離が増大していくため、大きなトルクＭを有する（図５Ｂ）。大きな番号ｎのフレームは回転軸までの距離が小さいため明らかにより小さなトルクＭを有する。
【００５５】
図６には、静電駆動装置の第３の実施形態を説明するための座標系が示されている。この座標系の横座標は中間フレーム又は内フレームを外側から内側へと数えた場合の番号ｎを表している。縦座標は、番号ｎ−１と番号ｎの隣り合うフレームを相互に接続する少なくとも１つのバネ部材のバネ定数ｆ（バネ剛性、単位：Ｎｍ／°）を表している。
【００５６】
静電駆動装置の第３の実施形態では、外側のフレームに配置されたバネ部材は比較的高いバネ定数ｆを有し、内側のフレームに配置されたバネ部材は比較的低いバネ定数ｆを有するように、バネ部材が形成されている。バネ部材のバネ定数ｆは例えば番号ｎが大きくなるにつれてコンスタントに低下する。
【００５７】
番号ｎが大きくなるにしたがってバネ定数ｆが低下するようにバネ部材を形成することによって、すべての電極指に同じ電圧を印加しても、隣り合うすべてのフレームの間の個々の変位角度をほぼ同じにすることが保証される。このように番号ｎが大きくなるにしたがってバネ定数ｆが低下することによって、番号ｎが大きくなるにしたがって低下するトルクが埋め合わされる。さらに、最高電圧を印加したときに各フレームが隣り合う外側フレームに対して一定の最大角度だけ回転することも保証される。
【００５８】
もちろん、図５Ａ及びＢに基づいて説明した第２の実施形態と図６に基づいて説明した第３の実施形態の組み合わせも可能である。
【００５９】
図７には、実現可能な変位角度の２つの例を示すための座標系が示されている。この座標系の横座標静電駆動装置の中間フレーム及びうちフレームを外側から内側へと数えた場合の番号ｎである。縦座標は、すべてのフレーム間に同じ電圧を印加した場合に各フレームが外フレームに対して変位することのできる変位角度ａ（単位：°）を表している。
【００６０】
グラフ５０は、番号ｎの各フレームが最大でどれだけ回転できるかを示している。この種の静電駆動装置の場合、フレームが全部で６個ならば、つまり中間フレームが４個ならば、最大の総変位角度は番号０〜ｎのフレームのおよそ６°の変位角度ａの合計に等しい。フレームの数を倍にして１０個にすれば、少なくとも１２°の総変位角度が実現できる。
【００６１】
一方、グラフ５２は、例えば５０Ｖの電圧を印加したときに番号ｎのフレームがどれくらいの変位角度ａだけ回転できるかを示している。グラフ５０とグラフ５２の比較から分かるように、達成できる変位角度ａは変えることができる。
【００６２】
図８には、静電駆動装置の製造方法の１つの実施形態を説明するフローチャートが示されている。
【００６３】
おそらく記載されている製造方法に先行するステップＳ０において、下部導電層と中央絶縁層と上部導電層とから成る積層体が形成される。例えばＳＯＩ（Silicon-On-Isolator）基板が製造される。しかし、ここで説明している製造方法を実行するにはＳＯＩ基板は必要ない。導電層のために、絶縁層の上に金属及び／又はシリコンを載せてもよい。
【００６４】
この方法の第１ステップ（Ｓ１）では、内フレームと少なくとも１つの中間フレームと外フレームが積層体から構造化されて形成される。その際、少なくとも１つの中間フレームは内フレームの周りに配置される。また、外フレームは内フレームと少なくとも１つの中間フレームの周りに配置される。隣り合うって配置された２つのフレームは少なくとも１つのバネ部材を介して接続される。有利には、フレームの間のバネ部材も積層体から構造化されて形成される。その際、内フレームと少なくとも１つの中間フレームと外フレームを相互に接続するバネ部材は、バネ部材の長手方向が共通のバネ長手軸上にくるように配置される。
【００６５】
ここで説明しているステップＳ１の代わりに、内フレームと少なくとも１つの中間フレームと外フレームを別個に製造してもよい。この場合、静電駆動装置の製造方法はこれらのフレームを相互に配置することから始まる。その際、フレームは上で既に述べたやり方でバネ部材と接続される。
【００６６】
この方法の別のステップ（ステップＳ２）では、電極指が軸に平行なフレームのフレーム梁部材に直接配置される。これは電極指の長手方向が共通のバネ長手軸に対して垂直になるように行われる。有利には、ステップＳ２はステップＳ１と同時に行われる。その場合、フレームを構造化する際に電極指も積層体からエッチングするようにしてよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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