(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）一端が固定され、静止摩擦に打ち勝つ復元力を生じるには不十分なばね定数を有するそり可能な導電性の梁と、
（ロ）該梁と対面するように設けられたイッチ電極と、
（ハ）前記梁と対面するように設けられスイッチの開閉を制御する制御電極とを備え、
（ニ）前記梁と対面するように、前記スイッチ電極に、圧縮されたときに弾性エネルギーを蓄積する特性を有する導電性の層が設けられており、スイッチを開くときに、上記導電性の梁のばね定数と上記導電性の層のばね定数とで決まる復元力が前記静止摩擦に打ち勝つことにより上記導電性の梁を上記スイッチ電極から開放することを特徴とする電気機械スイッチ。
【請求項２】
前記梁のそりを該梁と前記制御電極との間に電圧を印加することによって制御する、請求項１に記載の電気機械スイッチ。
【請求項３】
（イ）一端が固定され、静止摩擦に打ち勝つ復元力を生じるには不十分なばね定数を有するそり可能な導電性の梁と、
（ロ）該梁と対面するように設けられたスイッチ電極と、
（ハ）前記梁と対面するように設けられスイッチの開閉を制御する制御電極とを備え、
（ニ）前記スイッチ電極と対面するように、前記梁に、圧縮されたときに弾性エネルギーを蓄積する特性を有する導電性の層が設けられており、スイッチを開くときに、上記導電性の梁のばね定数と上記導電性の層のばね定数とで決まる復元力が前記静止摩擦に打ち勝つことにより上記導電性の梁を上記スイッチ電極から開放することを特徴とする電気機械スイッチ。
【請求項４】
前記梁のそりを該梁と前記制御電極との間に電圧を印加することによって制御する、請求項３に記載の電気機械スイッチ。
【請求項５】
（イ）一端が固定され、静止摩擦に打ち勝つ復元力を生じるには不十分なばね定数を有するそり可能な導電性の梁と、
（ロ）該梁と対面するように設けられたスイッチ電極と、
（ハ）前記梁と対面するように設けられスイッチの開閉を制御する制御電極とを備え、
（ニ）前記梁と対面するように、前記スイッチ電極に複数の層が設けられており、該複数の層のそれぞれが、圧縮されたときに弾性エネルギーを蓄積する特性を有する導電性の層であり、スイッチを開くときに、上記導電性の梁のばね定数と上記複数の導電性の層のばね定数とで決まる復元力が前記静止摩擦に打ち勝つことにより上記導電性の梁を上記スイッチ電極から開放することを特徴とする電気機械スイッチ。
【請求項６】
前記梁のそりを該梁と前記制御電極との間に電圧を印加することによって制御する、請求項５に記載の電気機械スイッチ。
【請求項７】
（イ）一端が固定され、静止摩擦に打ち勝つ復元力を生じるには不十分なばね定数を有するそり可能な導電性の梁と、
（ロ）該梁と対面するように設けられたスイッチ電極と、
（ハ）前記梁と対面するように設けられスイッチの開閉を制御する制御電極とを備え、
（ニ）前記スイッチ電極と対面するように、前記梁に複数の層が設けられており、該複数の層のそれぞれが、圧縮されたときに弾性エネルギーを蓄積する特性を有する導電性の層であり、スイッチを開くときに、上記導電性の梁のばね定数と上記複数の導電性の層のばね定数とで決まる復元力が前記静止摩擦に打ち勝つことにより上記導電性の梁を上記スイッチ電極から開放することを特徴とする電気機械スイッチ。
【請求項８】
前記梁のそりを該梁と前記制御電極との間に電圧を印加することによって制御する、請求項７に記載の電気機械スイッチ。
【請求項９】
（イ）一端が固定され、静止摩擦に打ち勝つ復元力を生じるには不十分なばね定数を有するそり可能な導電性の梁と、
（ロ）該梁と対面するように設けられたスイッチ電極と、
（ハ）前記梁と対面するように設けられスイッチの開閉を制御する制御電極とを備え、
（ニ）前記梁と対面するように、金属球の粉末を埋め込んで導電性とされ圧縮されたときに弾性エネルギーを蓄積する特性を有する高分子基材の層が前記スイッチ電極に設けられており、スイッチを開くときに、上記導電性の梁のばね定数と上記高分子基材の層のばね定数とで決まる復元力が前記静止摩擦に打ち勝つことにより上記導電性の梁を上記スイッチ電極から開放することを特徴とする電気機械スイッチ。
【請求項１０】
前記梁のそりを該梁と前記制御電極との間に電圧を印加することによって制御する、請求項９に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１１】
（イ）一端が固定され、静止摩擦に打ち勝つ復元力を生じるには不十分なばね定数を有するそり可能な導電性の梁と、
（ロ）該梁と対面するように設けられたスイッチ電極と、
（ハ）前記梁と対面するように設けられスイッチの開閉を制御する制御電極とを備え、
（ニ）前記スイッチ電極と対面するように、金属球の粉末を埋め込んで導電性とされ圧縮されたときに弾性エネルギーを蓄積する特性を有する高分子基材の層が前記梁に設けられており、スイッチを開くときに、上記導電性の梁のばね定数と上記高分子基材の層のばね定数とで決まる復元力が前記静止摩擦に打ち勝つことにより上記導電性の梁を上記スイッチ電極から開放することを特徴とする電気機械スイッチ。
【請求項１２】
前記梁のそりを該梁と前記制御電極との間に電圧を印加することによって制御する、請求項１１に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１３】
（イ）一端が固定され、静止摩擦に打ち勝つ復元力を生じるには不十分なばね定数を有するそり可能な導電性の梁と、
（ロ）該梁と対面するように設けられたスイッチ電極と、
（ハ）前記梁と対面するように設けられスイッチの開閉を制御する制御電極とを備え、
（ニ）前記梁と対面するように、圧縮されたときに弾性エネルギーを蓄積する特性を有する異方性導電膜（ＡＣＦ）の層が前記スイッチ電極に設けられており、スイッチを開くときに、上記導電性の梁のばね定数と上記異方性導電膜（ＡＣＦ）の層のばね定数とで決まる復元力が前記静止摩擦に打ち勝つことにより上記導電性の梁を上記スイッチ電極から開放することを特徴とする電気機械スイッチ。
【請求項１４】
前記梁のそりを該梁と前記制御電極との間に電圧を印加することによって制御する、請求項１３に記載の電気機械スイッチ。
【請求項１５】
（イ）一端が固定され、静止摩擦に打ち勝つ復元力を生じるには不十分なばね定数を有するそり可能な導電性の梁と、
（ロ）該梁と対面するように設けられたスイッチ電極と、
（ハ）前記梁と対面するように設けられスイッチの開閉を制御する制御電極とを備え、
（ニ）前記スイッチ電極と対面するように、圧縮されたときに弾性エネルギーを蓄積する特性を有する異方性導電膜（ＡＣＦ）の層が前記梁に設けられており、スイッチを開くときに、上記導電性の梁のばね定数と上記異方性導電膜（ＡＣＦ）の層のばね定数とで決まる復元力が前記静止摩擦に打ち勝つことにより上記導電性の梁を上記スイッチ電極から開放することを特徴とする電気機械スイッチ。
【請求項１６】
前記梁のそりを該梁と前記制御電極との間に電圧を印加することによって制御する、請求項１５に記載の電気機械スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に微小電気機械スイッチに関し、特に金属コンタクト−金属コンタクト間の静止摩擦を最小化する構造と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
よく知られているように、携帯電話送受話器など様々な通信システムは、システム間で信号の流れを振り分けるスイッチを必要としている。たとえば、ブロックを送信している携帯電話機とブロックを受信している携帯電話機との間では、携帯電話機のアンテナを切り替える必要がある。適切なスイッチは、オン状態では信号を低損失（低挿入損失）で通過させ、かつ、オフ状態では端末間を良好に絶縁しうるものでなければならない。
【０００３】
微小電気機械スイッチは、挿入損失の低さと絶縁性の高さゆえに、高周波（ＲＦ）スイッチングにとってますます魅力的な選択肢になった。ある種の微小電気機械スイッチでは、導電膜から成る一方のコンタクトを動かしすなわちそらせて、他方のコンタクトと接触させると、回路が閉じる。次いで、２つのコンタクトを離すと、スイッチが開く。
【０００４】
既存の微小電気機械コンタクト・スイッチに付随する大きな課題は、コンタクト部において電極が互いにくっつき合う結果、それらを引き離してスイッチをオフにするのが困難であるという点である。「静止摩擦」と呼ばれるこの現象は、２つの表面の原子や分子の間におけるマイクロスコピック（微視的な）レベルの引力に起因する。１つの解決策として、コンタクト板の一方をそらせてスイッチを閉じるときに、そらす力によってバネ状の復元力を生じさせ、２つのコンタクトを自然に引き離すようにするものが挙げられる。このような力は、十分に大きければ静止摩擦に打ち勝ちうる。しかし、このことは、コンタクトをそらせてスイッチを閉じるには、このような力を大きくする必要があるということも示している。このそらす力が静電力によるスイッチでは、このことは、たとえば携帯電話の送受話器で必要な最大５Ｖの電圧を超える制御電圧を必要とするということを意味する。
【０００５】
静止摩擦の問題は新しくはない。静止摩擦のある側面は、従来技術中に記載されている。たとえば、米国特許第５７７２９０２号には、製造中に互いにくっつき合う微小電気機械構造体が接着するのを回避する方法が記載されている。ここに記載されている構造は、微小電気機械システムに適用されるものであるが、スイッチの動作中に生じる静止摩擦に適用されるものではない。具体的には、この特許には、部品を製造して市場に出すときに、静止摩擦を回避するように当該部品の形状を変える方法が記載されている。
【０００６】
たとえば米国特許第５９０１９３９号には、微小電気機械スイッチの復元力を変更する別の解決策が記載されている。同特許には、複数の制御電極とより強い復元力を生成する特別な形状をした梁（はり）とが記載されている。しかし、同特許に記載されている手法では、２相構成の複数の電極対を駆動する必要がある。したがって、このスイッチを用いると、コストとシステムの複雑さが増す。さらに、このスイッチは、そり梁を使わずに、もっぱら金属線の屈曲部を一端または他端に移動させている。したがって、この手法は、金属線に大きな屈曲を生じさせるので、長時間使用すると信頼性の問題が発生しうる。
【０００７】
スイッチがオン状態からオフ状態に遷移する間に静止摩擦によって生じる課題が探究されて論じられるのは、このような挙動が製造工程中に生じる場合に限られ、製造後のスイッチング動作中に生じる場合には行なわれていない。さらに、解決策の大部分は、ほぼ同位相の電圧によってすべてが駆動される単純な単一または複数の制御電極を連続して使用していない。さらに、既存の解決策は、そり梁に追加の復元力を加えるのに、単純な電極被覆によらず、通常はそらしではなく屈曲によって駆動される製造が困難な新種の梁を用いている（この結果、材料に大きな応力がかかるので、信頼性が影響を受ける）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、静止摩擦に打ち勝つのに十分な大きさを有する復元力を備えた微小電気機械スイッチを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、弾性的に変形可能な膜または機械的に変形可能な導電層で被覆された複数の電極を備えた微小電気機械スイッチを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、制御電圧を印加した当初は単一のばね定数ｋ０で決まり、スイッチが閉状態に近づくのにつれて追加のばね定数ｋ１〜ｋｎで決まる力が順次追加される復元力を備えた微小電気機械スイッチを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、平坦な表面全体が接触するのではなく徐徐に接触するが、開放は瞬時に行なう微小電気機械スイッチを提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、コンタクト板すなわち梁をそらせてスイッチを閉じ、梁のそりによって、閉じたスイッチを自然に開かせるばね状の復元力を生成する微小電気機械スイッチを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成して、本発明は、静止摩擦現象にかかわらず低制御電圧で駆動しうる微小電気機械スイッチを開示するものである。
【００１４】
本発明は、少なくとも一端が固定された変形可能な梁から成る微小電気機械スイッチの確立された概念に基づいてなされたものである。梁と制御電極との間に電圧を印加すると、梁が曲がり、制御電極に近づく。電圧が十分に高くなると、梁のそりによって、梁が第２の電極と接触しうるようになる結果、電気回路が完成し、スイッチが閉じられる。制御電極は、非導電性の材料で被覆するか、スイッチ電極面よりもいくぶん下に位置させて、スイッチが閉じる間に梁自体に接触するのを避けるのが望ましい。
【００１５】
本発明の別の側面では、微小電気機械スイッチは、好ましくは非平滑な接触面を備えた連続膜、または、個別のばね状素子の集積体を備えた少なくとも１つのコンタクト（すなわちスイッチ素子）に接触するように設計されたそり梁を備えている。被膜を備えた複数の電極は、弾性的に変形可能であるとともに、非圧縮状態では粗面であるが、圧縮されると平坦になる表面を備えている。また、表面全体を接触させるのではなく徐徐に接触させて瞬時に開放するのに加え、スイッチがその閉位置に近づくときに分離力を非線形に増加させる弾性エネルギーが加算される。これにより、静止摩擦の問題を低減するのが容易になる。
【００１６】
本発明は、比較的よく研究されている構造、すなわちそり梁（deflecting beam)型のスイッチに端を発する。そのようなスイッチは、通常、単一のばね定数ｋ０で制御されている。本発明では、スイッチが閉状態に近づいたときにだけ駆動される少なくとも１つの追加のばね定数ｋ１をｋ０に加算する。したがって、圧縮可能な導電素子をスイッチ電極に付加することにより、スイッチは、ばね定数ｋ０に打ち勝つ低制御電圧を印加するだけで閉じ始める。閉状態近傍で、ばね定数ｋ１を駆動すると、スイッチの復元力が増加する。これにより、スイッチは静止摩擦に打ち勝つことができるので、開放が容易になる。スイッチがほとんど閉状態（すなわち梁と制御電極との間のギャップが小さくなる地点）になるまでばね定数ｋ１は駆動されないから、スイッチを完全に閉状態にするのに必要な制御電圧は低いままである。この特性は、電池駆動の携帯電話機などこのようなスイッチの最新の用途では、多くの場合、きわめて望ましい。
【００１７】
そり梁型の微小電気機械スイッチは主ばね定数（すなわちそり梁のばね定数）ｋ０によって制御されているから、スイッチの開動作を容易にする（すなわちばね定数ｋ０を大きくしてコンタクト静止摩擦を緩和する）と、必然的にスイッチの閉動作が困難になる。この結果、大きな制御電圧が必要になる。このことは、３．６〜７．２ボルトの電池で駆動する携帯電話機など、典型的な微小電気機械スイッチの用途の要件に反する。
【００１８】
少なくとも１つの追加のばね定数ｋ１を導入することにより、本発明は、微小電気機械スイッチの設計に新たな自由度を付加している。制御電圧を印加すると、スイッチは、ばね定数ｋ０に打ち勝つ駆動力によって通常のそり梁の態様で閉じはじめる。ばね定数ｋ０は、制御電圧を低くしうるように比較的小さな値に設定されている。しかし、スイッチが閉じる途中でばね定数ｋ１がオンになる。好適な機構は、梁がスイッチ電極上に形成された圧縮可能かつ導電性の被膜に接触することである。ばね定数ｋ１によって強い復元力が得られるから、スイッチは、コンタクト静止摩擦に打ち勝つのが容易になる結果、適切に開くようになる。しかし、ばね定数ｋ１はスイッチがほぼ完全に閉じるまで駆動されないから、梁と制御電極との間のギャップは小さいままである。この結果、ｋ０＋ｋ１に打ち勝ち、スイッチを適切に閉じるのに必要な力を生成するには、低い制御電圧で十分である。
【００１９】
本発明の別の側面では、スイッチは、積層された被膜をなすとともに追加のばね定数ｋ１、ｋ２、・・・、ｋｎ（ｎは積層された層の数）を導入する、スイッチ電極上に積層された複数の圧縮可能な層を備えている。このように構成することにより、梁のそりの関数としての復元力を表わす曲線を、単一の層の場合に比して全体的により正確に調整することが可能になる。
【００２０】
さらに、本発明では、圧縮可能な層を一連のばね状構造体で置き換えてもよい。これらのばね状構造体は、一端がスイッチ電極に固定されるとともに電気的に接触している。制御電圧によりばね定数ｋ０で梁をそらすと、梁は変形可能なばね状素子と接触する。この結果、同素子が圧縮して追加のばね定数ｋ１が導入される。動作原理は圧縮可能な膜の場合と同じであるが、追加のばね定数は、圧縮可能な膜ではなく機械的なばね状構造体によって導入される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、スイッチの動作中に生じる静止摩擦の問題を扱う。本発明は、特に、静止摩擦を最小にするスイッチ手段を組み込んだあとに残存する静止摩擦に打ち勝つ復元力を提供するものである。
【００２２】
本発明は、少なくとも一端が固定された変形可能な梁から成る従来技術の微小電気機械スイッチ（説明目的のみの一例）に基づいてなされたものである。梁と制御電極との間に電圧を印加すると、梁が制御電極の方向に曲がる。印加電圧を大きくすると、梁のそり（曲がり）は、当該梁が第２の電極と接触するのに十分なほど大きくなる。この結果、電気回路が完成し、スイッチが閉じる。
【００２３】
このスイッチの形状には多くの変形例があるけれども、それらに共通する特性は、梁をスイッチを閉じる位置までそらせるのに必要な電圧は次に示す３つのパラメータの関数である、という点である。すなわち、
ｋ：梁自体のばね定数、
ｄ１：梁と制御電極との間の距離（この距離の間で制御電圧が降下する）、ｄ２：梁とスイッチ電極との間の距離（これにより、梁をそらせてスイッチ電極に接触させるのに必要な距離が決まる）
である。制御電極とスイッチ電極は通常平坦であるから、梁と制御電極との間の距離、および、梁とスイッチ電極との間の距離は最終的には同じになる。したがって、問題は、所定のばね定数ｋと距離ｄとに限定されることになる。
【００２４】
このようなスイッチの形状を考慮に入れ、（説明目的のみの一例として）制御電極とスイッチ電極とが並べて配置されているものと仮定すると、スイッチを閉じるのに必要な制御電圧はｋとｄとの双方に比例する。一般に、距離ｄは、（容量性結合によりスイッチ・ギャップをまたいで信号が漏れるのを避けるために）ある最小値よりも小さくすることができない。したがって、低い制御電圧で駆動しうるスイッチを形成しようとするスイッチ設計者には、たった１つの自由度しか残されていない。それは、ばね定数ｋを小さくすることである。しかし、ばね定数ｋを小さくしすぎると、静止摩擦に打ち勝つには不十分なほどに復元力が小さくなってしまう。その結果、制御電圧の印加を止めてもスイッチが開かなくなってしまう。
【００２５】
本発明は、ばね定数と必要な制御電圧との間に存在する関係を扱うものである。本発明では、ばね定数をいくぶん非線形にし、そらし範囲の大部分にわたって梁のそらしを容易にする（すなわちばね定数を小さくする）とともに、コンタクト近傍の地点だけそらすのを困難にしている（すなわちばね定数を大きくしている。コンタクト地点近傍におけるこの余分なばね力によって、スイッチは静止摩擦に打ち勝つことができるようになる。さらに、この余分なばね力は、スイッチが閉位置近傍にあるときにだけ駆動されるので、比較的低い制御電圧で駆動しうる。
【００２６】
復元力に余分な非線形性をもたせるために、本発明では、めっき、蒸着、堆積など任意の手段を用い、圧縮可能で弾性エネルギーを蓄積しうる特性を有する単層または多層の導電材料でスイッチ電極を被覆している。そのような材料の一例として、高分子基材パリレンが挙げられる。パリレンは、微細な金属球の粉末を埋め込んで導電性にしうる。この材料は、多くのメーカーや商社などから容易に入手可能である。このような材料の別の例として、ＡＣＦ（異方性導電膜）がある。ＡＣＦは、通常、異なる用途で使われている。たとえば、「異方性導電材料を用いた、液晶表示装置の駆動ＩＣアタッチメント用の微細ピッチ接続」（西田ら、ＩＢＭジャーナル・オブ・リサーチ・アンド・ディベロプメント、第４２巻第３／４号、１９９８年５／７月）とういう名称の論文には、ＬＣＤ表示装置で使う例が記載されている（"Micropitch connection using anisotropic conductive materials for driver IC attachment to a liquid crystal display" by Nishida et. al., published in the IBM Journal of Research and Development, Vol. 42, No. 3/4, May/July 1998)。圧縮可能な材料のさらに別の例として、スイッチ電極上に突出形成した機械的なばね状の素子すなわち構造体を集積したものが挙げられる。そのような構造体は、たとえば電極自体を形成するのに用いる産業標準のリソグラフィ法を用いて形成しうる。
【００２７】
本発明の好適な実施形態を図１に示す。図１に示すスイッチは、少なくとも１つ制御電極１２と少なくとも１つのスイッチ電極１３を備えている。制御電極１２とスイッチ電極１３の双方は、導電性であるとともに、そらすことのできる梁１０を取り囲む空洞すなわちギャップ１４の両端に位置している。梁１０は、導電性の材料から成り、少なくとも一端が固定されている。少なくとも１つのスイッチ電極１３は、当該スイッチ電極１３と電気的に接触している少なくとも１つの圧縮可能な導電層１１で被覆されている。導電層１１は、スイッチが「オフ」のとき、すなわち制御電圧が印加されていないときには、ギャップ１４によって梁１０から離れている。
【００２８】
次に、図２を参照する。図２に示す梁は、当該梁と少なくとも１つの制御電極との間に印加される制御電圧２０の下で、ばね定数ｋ０で制御電極とスイッチ電極双方に向かってそらされ、圧縮可能な導電層と接触している。この接触によって、スイッチが閉じるとともに、図３に示すように、追加のばね定数ｋ１によって圧縮可能な導電層が圧縮されている。この圧縮可能な導電層を圧縮することにより、制御電圧の印加がなくなったときにスイッチを開く復元力が大きくなる。
【００２９】
図４は、復元力が梁のそりの関数としてどのように変化するのかを示す図である（復元力は任意単位で示してある）。２値の「０」は梁にそりがない（すなわちスイッチが開の位置にある）ことを表しており、「１」は梁が完全にそっている（すなわちスイッチが閉の位置にある）ことを表わしている。復元力は、追加のばね定数ｋ１が駆動される地点まで、ばね定数ｋ０で決まる傾斜に沿って線形に増加する。その後、復元力は、梁が完全にそるまで、ｋ０＋ｋ１で決まる新たな傾斜に沿って線形に増加する。
【００３０】
本発明の別の実施形態を図５に示す。図５に示すスイッチは、スイッチ電極上に形成された単一の圧縮可能な導電層の代わりに、複数の圧縮可能な導電層５１、５２、５３を備えている。各導電層５１、５２、５３のばね定数は、異ならせてある。これらの層群は、スイッチ電極上に積層するのが望ましい。説明目的のみの一例として圧縮可能な導電層を３層積層した例が示してあるけれども、圧縮可能な導電層を任意の層数に設定しうることは明らかである。図５のスイッチの動作は、図１のスイッチと同じである。そり梁５０が圧縮可能な導電層群の積層体と接触すると、当該導電層群は、複数のばね定数ｋ１〜ｋｎ（ｎは層数を表わす２以上の整数）の下に圧縮される。このような構成にすると、図１に示す実施形態と比べて、復元力対梁のそりをより正確に調整することが可能になる。
【００３１】
図６は、さらに別の実施形態を示す図である。図６から容易に分かるように、変形可能なスイッチ梁６０の下部を複数の圧縮可能な導電層６１、６２、６３で被覆することにより、スイッチの復元力を図５と同様に調整することができる。図６には、説明を目的として、圧縮可能な導電層が３層しか示されていないけれども、任意の数の圧縮可能な導電層を用いることができる。当業者が容易に理解しうるように、図５と図６に示す２つの実施形態は、スイッチ電極上に、および／または、変形可能な梁の下に複数の圧縮可能な導電層を形成することにより、組み合わせうる。（「Ａおよび／またはＢ」は「ＡおよびＢ、Ａ、またはＢ」を表わす。）
【００３２】
図７は、図５と図６の実施形態に印加しうるように調整した復元力を梁のそりの関数として示す図である。図７の座標軸の読みは、図４と同じである。復元力は、梁の相対的なそりに対して線形に増加する。まず、ばね定数ｋ０で決まる傾斜に沿って増加する。層６１が接触すると、傾斜はｋ０＋ｋ１で決まるものに変化する。次いで、層６２が接触すると、傾斜はｋ０＋ｋ１＋ｋ２で決まるものに変化する。最後に、層６３が接触すると、傾斜はｋ０＋ｋ１＋ｋ２＋ｋ３で決まるものに変化し、スイッチが完全に閉じるまでその傾斜が維持される。
【００３３】
本発明のさらに別の２つの実施形態を図８と図９にそれぞれ示す。動作原理は、図１を参照して上述したものと同じである。しかし、図８では、スイッチ電極上に形成された圧縮可能な導電層が、圧縮可能な導電性の機械ばね状の突起８１で置き換えられている。これらの素子（突起８１）は、スイッチ電極上に取り付けられており、スイッチ電極と梁８０が形成するギャップ中に伸びている。図９の構造は、図８の構造と似ているが、スイッチ電極を被覆する機械ばね状の突起９１の形状が異なっている。制御電圧を印加すると、梁はばね定数ｋ０の下でそり、最終的にばね状素子（突起）と接触する。この動作によって、スイッチが閉じるとともに、図１０に示すように、追加のばね定数ｋ１によってばね状構造体（突起）９１が圧縮される。この圧縮力がスイッチの復元力に加算される。これらのばね状素子（突起）の設計目的は、ばね状素子（突起）が圧縮されるときにばね定数が変化するようにすることである。これにより、復元力と梁のそりとの間の関係をさらに調整すること可能になる。機械的に変形可能な素子（突起）は、スイッチ電極上ではなく、そり梁の下部に取り付けてもよい。
【００３４】
以上、いくつかの好適な実施形態とともに本発明を説明けれども、上述した点から、当業者にとって多くの代替例、変更例、および変形例が明らかであるということを理解すべきである。したがって、このような代替例、変更例、および変形例は、すべて、本発明の本旨と範囲のうちのものである。上述するとともに図面に示したすべての事項は、説明を意図したものとして解釈すべきであり、本発明を限定する意味に解釈すべきではない。
【００３５】
まとめとして以下の事項を開示する。
（１）少なくとも１つのコンタクト電極と、
そり梁であって、前記そり梁は、当該そり梁の少なくとも一方の端に、または、前記コンタクト電極の少なくとも１つに固定された圧縮可能かつ変形可能な手段によって前記少なくとも１つのコンタクト電極と接触する、そり梁と
を備えた
微小電気機械スイッチ。
（２）前記圧縮可能かつ変形可能な手段が、１つの層、および、前記少なくとも１つのコンタクト電極から突出した個別のばね状素子群から成る群から選択されている、
上記（１）に記載の微小電気機械スイッチ。
（３）さらに、
前記少なくとも１つのコンタクト電極と同一平面をなす制御電極
を備えた、
上記（１）に記載の微小電気機械スイッチ。
（４）前記そり梁のそりを、前記そり梁と前記制御電極との間に電圧を印加することによって制御する、
上記（３）に記載の微小電気機械スイッチ。
（５）前記そり梁をそらせて前記微小電気機械スイッチを閉じるのに必要な電圧が、前記そり梁のばね定数、前記そり梁と前記制御電極との間の距離、および、前記そり梁と前記コンタクト電極との間の距離に依存している、
上記（４）に記載の微小電気機械スイッチ。
（６）前記微小電気機械スイッチがその閉位置に近づくのにつれて、前記圧縮可能かつ変形可能な手段が、静止摩擦に打ち勝ちうる分離力を非線形に増加させる、
上記（１）に記載の微小電気機械スイッチ。
（７）前記圧縮可能かつ変形可能な手段が前記少なくとも１つのコンタクト電極に取り付けられた層であり、該層が、高分子基材パリレンおよび異方性導電膜（ＡＣＦ）から成る群から選択された材料から成る、
上記（１）に記載の微小電気機械スイッチ。
（８）静止摩擦に打ち勝ちうる前記分離力が、さらに、ばね定数ｋ１、・・・、ｋｎ（ｎは１以上の整数）に依存しており、前記分離力は前記そり梁のばね定数ｋ０で決まる力に順次加算されるものであり、ばね定数ｋ１、・・・、ｋｎに依存する前記分離力は前記そり梁を前記少なくとも１つのコンタクト電極に対して圧縮することによってのみ駆動される、
上記（６）に記載の微小電気機械スイッチ。
（９）少なくとも１つのコンタクト電極と、
前記少なくとも１つのコンタクト電極と同一平面をなす制御電極と、
前記コンタクト電極と接触するそり梁と
を備え、
前記そり梁または前記少なくとも１つのコンタクト電極の表面に圧縮可能かつ弾性変形可能な手段が取り付けられている
微小電気機械スイッチ。
（１０）前記そり梁が、前記制御電極と前記そり梁との間に印加される電圧によってそらされる、
上記（９）に記載の微小電気機械スイッチ。
（１１）前記圧縮可能かつ弾性変形可能な手段が、前記少なくとも１つのコンタクト電極または前記そり梁から突出した個別のばね状素子である、
上記（９）に記載の微小電気機械スイッチ。
（１２）少なくとも１つの制御電極と、
少なくとも１つのスイッチ電極と、
一端が固定され、自身を取り囲む空洞の端から端まで位置するそり可能な導電性の梁と
を備えた微小電気機械スイッチであって、
前記少なくとも１つのスイッチ電極は、前記少なくとも１つのスイッチ電極と電気的に接触している少なくとも１つの圧縮可能な導電層で被覆されているとともに、前記微小電気機械スイッチが「オフ」状態にあるときには前記空洞によって前記そり可能な導電性の梁から分離されている
微小電気機械スイッチ。
（１３）前記そり可能な導電性の梁は、前記少なくとも１つの制御電極と前記少なくとも１つのスイッチ電極とに向かう力によってそらされ、ばね定数ｋ０で決まる前記力は前記そり可能な導電性の梁と前記少なくとも１つの制御電極との間に印加される電圧によって生成され、前記圧縮可能な導電層と接触する、
上記（１２）に記載の微小電気機械スイッチ。
（１４）前記そり可能な導電性の梁は、前記微小電気機械スイッチを閉じるとともに、追加のばね定数ｋ１で決まる力によって前記圧縮可能な導電層を圧縮し、前記圧縮可能な導電層の前記圧縮力は前記電圧の印加がなくなったときに前記微小電気機械スイッチを開状態に復帰させる復元力に加算される、
上記（１３）に記載の微小電気機械スイッチ。
（１５）前記圧縮可能な導電層は前記少なくとも１つのスイッチ電極の表面に位置しており、前記圧縮可能な導電層は複数の積層された層から成り、前記複数の積層された層の少なくとも１つの層は異なるばね定数を有する、
上記（１４）に記載の微小電気機械スイッチ。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る微小電気機械スイッチの第１の実施形態の断面図である。
【図２】  図１に示す微小電気機械スイッチの動作中の断面図である。
【図３】  図１に示す微小電気機械スイッチの動作中の断面図である。
【図４】  復元力を梁のそりの関数として示す図である。
【図５】  本発明の別の実施形態の断面図である。
【図６】  本発明のさらに別の実施形態の断面図である。
【図７】  図５および図６に示す本発明の実施形態に適用可能な復元力を示す図である。
【図８】  図７の実施形態の一実現方法を示す断面図である。
【図９】  図７の実施形態の一実現方法を示す断面図である。
【図１０】  図８に示す微小電気機械スイッチの動作中の断面図である。
【符号の説明】
１０  梁
１１  導電層
１２  制御電極
１３  スイッチ電極
１４  ギャップ
２０  制御電圧
５０  そり梁
５１  導電層
５２  導電層
５３  導電層
６０  そり梁
６１  導電層
６２  導電層
６３  導電層
８０  そり梁
８１  突起
９１  ばね状構造体（突起）
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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