(57)【要約】【課題】スイッチ等にて使用することができ且つチップ内占有スペースを縮小可能なアクチュエータシステム及び方法を提供する。【解決手段】梁５０１及び５０２が菱形をなすようアクチュエータシステム５００を構成し、梁中央部５０１ａと梁中央部５０２ａの間はクロスバー５０３により連結する。これらの梁５０１及び５０２に起動力を印加すると菱形が縦方向に動く。基板上に下梁を含む第２層がまた第２層より上方に上梁を含む第１層が形成され、その一端で上梁と下梁とが連結された構成及びそれを形成する方法としてもよい。その際は、アクチュエータシステムの縦方向の動きを制御できるよう、上梁と下梁をその幅、長さ、厚み又はその任意の組合せが異なる構成とする。【選択図】図５Ａ
2006281438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
菱形をなすようその端部で連結された２本の梁と、これら２本の梁の中央部に位置しそれら２本の梁同士を連結するクロスバーと、を備え、それら２本の梁への起動力印加によって上記菱形が略法線方向に熱駆動されるアクチュエータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチに関し、特にスイッチ内で使用されるアクチュエータシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（micro-electromechanidal system）テクノロジにより製作されたスイッチは様々な用途に用いられている。例えば、ＭＥＭＳスイッチをマイクロ流体チップ内に組み込みバルブ開閉やパイプ内流路方向を制御することができる。また、広大な通信帯域を使用する光通信システムの多くでは効率改善のためＭＥＭＳ光スイッチが用いられている。光通信システムにおけるＭＥＭＳ光スイッチの用途は、光導波路内における光波伝搬制御や光マルチプレクサにおけるチャネルアドドロップ制御である。例えば光マルチプレクサ内では、しばしば数多くのＭＥＭＳ光スイッチが用いられる。それらのＭＥＭＳ光スイッチは、その光マルチプレクサに光源側ファイバから入射された光信号を出力ポートを介し別の光ファイバに出射させる際、光信号を選択的にアド及びドロップするのに使用される。そのためのＭＥＭＳ光スイッチは、例えば、光信号ルーティング（経路制御）用導波路構造物を保持するシャトル機構、このシャトル機構を物理的に動かすアクチュエータ、並びにラッチングシステムを物理的に動かすアクチュエータから構成される。
【０００３】
従来型ＭＥＭＳ光スイッチにおける光スイッチアクチュエータコンポーネントは、通常、光スイッチコンポーネントとは別体に構成されている。前者、例えば従来型シャトル機構を動かすのに使用されるアクチュエータは、熱的に作動する（熱駆動される）サーマルアクチュエータ、特に平面内で二次元的に動くタイプのアクチュエータであり、光通信システムにおけるスイッチング動作はこの二次元運動によって制御される。例えば、スイッチング素子が形成されているシャトル機構を、サーマルアクチュエータを熱駆動することによって動かすことにより変位させ、その位置をあるスイッチング位置から別のスイッチング位置へと変化させることができる。しかしながら、この構成におけるサーマルアクチュエータは、シャトル機構懸架腕の復元力と自分自身の復元力の双方に打ち克てるものでなくてはならない。即ち、そのアクチュエーション力が大きく変位距離が大きいサーマルアクチュエータでなければ、シャトル機構をうまく動かすことができない。光スイッチ駆動用サーマルアクチュエータの変位距離を大きくするにはそのサーマルアクチュエータ自体を長めのものにする必要があり、そのようにすると、ＭＥＭＳ光スイッチ内でサーマルアクチュエータ用スペースを広く採らねばならなくなるほか交差面内変形も生じやすくなる。
【０００４】
今日では、ＭＥＭＳテクノロジによって実現された交差方向作動型の磁気アクチュエータ及び静電アクチュエータも用いられている。しかしながら、磁気アクチュエータを使用する際にはその駆動用に強力な磁石をチップのすぐ近くに何個か配置する必要がある。ＭＥＭＳデバイスコンポーネントの中には磁気から保護しなければならないものもあるため、チップのパッケージングに当たり磁石その他をどのように配置するかが、複雑な問題になる。勿論磁石を弱めのものにすることもできるが、そうすると今度は非常に大きな電流を流さないとそのアクチュエータを作動させられなくなる。また、静電アクチュエータには、チップ上の広いエリアを占有するため製造コストが嵩む、一般に高い駆動電圧を必要とするため高電圧を利用できない用途では採用不可能である等の問題点があるほか、電圧駆動型静電アクチュエータには、引込不安定性（pull-in instability）があるため可調作動範囲を十分拡げるのにスイッチドキャパシタ型電荷駆動回路等といった複雑な構成の駆動回路が必要になる、という問題点もある。
【０００５】
標準的な熱バイモルフを用いてスイッチ内交差面内運動を実現することもできるが、熱膨張係数（ＣＴＥ）が異なる複数種の素材から形成しなければならないバイモルフは、ＭＥＭＳデバイス形成プロセスで使用される高温工程にて大抵は欠陥品になる。このように、上掲の各種従来システムには、チップ全体のサイズが非常に大きく、製造コストやパッケージングコストが嵩むという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記問題点に鑑み、本発明は、スイッチ等にて使用することができ且つチップ内占有スペースを縮小可能なアクチュエータシステム及び方法を提供することを、その目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係るアクチュエータは交差方向作動（out-of-plane motion）型アクチュエータであるため、面内作動（in-plane motion）型ＭＥＭＳスイッチに比べかなり小型にすることができ、そのパッケージ寸法の縮小及び総コスト低減を達成することができる。本実施形態に係る交差面内運動型アクチュエータにおいては、交差方向のみに動けるようその運動が加熱梁により幾何学的に制約される。本アクチュエータは、その平面内形状・構造が対称で同一素材により形成されている複数個の梁を、縦方向（交差方向）に沿って非対称な形状・構造、例えばその幅、高さ、長さ又はその任意の組合せを異ならせたものである。また、アクチュエータを構成する複数個の梁を更に工夫すれば、交差面内回転をサポートすることもできる。例えば、各梁のドーピングレベル、加熱電流の大きさ又は幾何学的寸法を互いに異なるものにすればよい。これら、本発明の実施形態に係る各アクチュエータによれば、その動きが三次元的な即ち交差方向沿いの動きであるため、二次元的即ち面内運動型アクチュエータでは得られない優れた効果が得られる。更に、本アクチュエータによれば、各梁を互いに同じ素材から形成できるため、バイモルフを用いるときに発生するような問題は発生しない。
【０００８】
本発明に係るアクチュエータシステムは、菱形をなすようその端部で連結された２本の梁と、これら２本の梁の中央部に位置しそれら２本の梁同士を連結するクロスバーと、を備え、それら２本の梁への起動力印加によって上記菱形が略法線方向に熱駆動されるアクチュエータシステムとして、実施できる。
【０００９】
本発明に係るアクチュエータシステムは、基板と、基板上に形成され下梁を含む第２層と、第２層より上方に形成され上梁を含み第２層より長い第１層と、を備え、その一端では上梁と下梁とが連結され、他端では空隙が形成されるよう第１層及び第２層が基板に個別連結され、上梁と下梁の幅、長さ、厚み又はその任意の組合せが互いに異なり、第１層及び第２層への起動力印加によって上梁と下梁との連結端が略法線方向に駆動されるアクチュエータシステムとして、実施できる。
【００１０】
本発明に係るアクチュエータシステム形成方法は、基板上の第２層より上方に第２層より長くなるよう第１層を形成するステップと、その幅、長さ、厚み又はその任意の組合せが互いに異なるものになるよう、且つその一端で上梁と下梁とが連結される一方他端では第１層及び第２層が基板に個別連結されるよう、第１層内に上梁をまた第２層内に下梁を形成するステップと、を有し、第１層及び第２層への起動力印加によって上梁と下梁との連結端が略法線方向に駆動されるアクチュエータシステムを形成する方法として、実施できる。
【００１１】
上記実施形態においては、例えば、第１層及び第２層に起動力を印加して第１層内の上梁及び第２層内の下梁を作動させ、それによって光導波路を動かすことにより、通信用光信号をルーティングすることができる。
【００１２】
本発明の各実施形態に係るアクチュエータシステムは、表面マイクロマシニングやバルクマイクロマシニング等のＭＥＭＳマイクロファブリケーション技術を用いて形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、理解を容易にするため、光通信システム内で使用されるアドドロップ型光マルチプレクサに組み込まれた光スイッチを例として本発明の実施形態に関し説明するが、本件技術分野における習熟者（いわゆる当業者）であれば、本発明に係るアクチュエータシステム及び方法を本発明の神髄及び技術的範囲から逸脱すること無しに様々なスイッチングシステムに適用できることを理解されたい。
【００１４】
図１に、光通信システムの一例としてアドドロップ型光マルチプレクサ１００を示す。この図に例示されているアドドロップ型光マルチプレクサ１００は例えば８個、１６個、３２個、６４個といった個数の光チャネルを収容できるマルチプレクサであり、ある１本の光ファイバからの入力（ＩＮ）である光入力信号１１０には、波長によって分けられた多数の光チャネルが多重化されている。この光入力信号１１０はマルチプレクサ１００内のデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１２０によって波長に基づき逆多重化され複数個の光入力チャネル１１２に分割される。アドドロップ型光マルチプレクサ１００内には複数個の光スイッチ２３０が設けられており、逆多重化の後各光チャネル１１２はそれぞれ何れかの光スイッチ２３０に行き当たる。光スイッチ２３０は、複数個の光入力チャネル１１２それぞれをパスさせるかドロップアウトさせるかを切り替えるための部材であり、ある光入力チャネル１１２をドロップアウト（ＤＲＯＰ）させるときには新規信号１１４をアド（ＡＤＤ）して、当該新規信号１１４により対応する光出力チャネル１１６を使わせる。光スイッチ２３０によりパス又はアドされた後、各光出力チャネル１１６はマルチプレクサ（ＭＵＸ）１４０により再多重化され、この再多重化により得られる光出力信号１５０が（入力側とは別の）１本の光ファイバに送出（ＯＵＴ）される。このアドドロップ型光マルチプレクサ１００によれば、複数個の光入力チャネル１１２上の光信号を随意にドロップアウトさせることや新規信号１１４を随意にアドすることができるため、光出力信号１５０により搬送されるデータストリームを光入力信号１１０により搬送されてきたデータストリームとは異なるデータストリームにすることができる。
【００１５】
図２に、図１に示した光通信システム内で使用できる光スイッチ２３０の一例構成を示す。図中の光スイッチ２３０は、光導波路スイッチ乃至光学的切替スイッチとして使用できるものであり、複数個の光導波路２３４が付設されたシャトル２３２を備えている。シャトル２３２に付設されている光導波路２３４の一端には入力光導波路２２２及びアド光導波路２４２が、同様に他端には出力光導波路２２４及びドロップ光導波路２２８が、それぞれ設けられている。入力光導波路２２２は図１中の入力光チャネル１１２の何れかに対応する光導波路であり、出力光導波路２２４は同図中の出力光チャネル１１６の何れかに対応する光導波路であり、アド光導波路２４２はアドすべき新規信号１１４を搬送するための光導波路であり、ドロップ光導波路２２８は光信号をドロップアウトさせるための光導波路である。
【００１６】
図中矢印で示されているように、シャトル２３２は一対のアクチュエータ２３６により横方向に動かされる。アクチュエータ２３６としては、サーマルアクチュエータ、静電アクチュエータ、磁気アクチュエータ、圧電アクチュエータ等、適宜どのようなタイプのアクチュエータをも使用できる。光導波路２３４は、シャトル２３２が横方向に動いたときに、光導波路２３４のうち１本により入力光導波路２２２が出力光導波路２２４に接続される状態から、光導波路２３４のうち１本により新規信号１１４搬送用のアド光導波路２４２が出力光導波路２２４に接続される状態へと、またその逆方向へと切り替わるよう、構成されている。図示されている構成においては、更に、光導波路２３４のうち１本により入力光導波路２２２をドロップ光導波路２２８へと接続して入力光導波路２２２上の光信号をドロップアウトさせることができる。
【００１７】
図３に、ラッチアクチュエータ及びアクチュエータを有し平面内で二次元的に作動する従来型の光スイッチの一例を示す。図中の光シャトルデバイス３００は、端子電極３０８に電気的に接続されており剛性を有するサーマルアクチュエータ３１０と、サーマルアクチュエータ３１０に連結されているアクチュエータヘッド３０６と、シャトル２３２に連結されひいては図２でいう光スイッチ２３０にも締結されているスプリング３０２と、端子電極３１２に電気的に接続されているラッチサーマルアクチュエータ３０４と、を備えている。スプリング３０２は抵抗モーメント乃至剛性を有しているため、このスプリング３０２によってシャトル２３２の位置を暫時固定する（懸架する）ことができ、また駆動時におけるシャトル２３２の運動をこのスプリング３０２によって適正に案内することができる。
【００１８】
図３における光シャトルデバイス３００の状態は非ラッチ状態である。この状態は、端子電極３０８に起動力たる電力が印加されていないためサーマルアクチュエータ３１０が偏向しておらず引出姿勢乃至平衡姿勢を採っている状態であり、アクチュエータヘッド３０６がシャトル２３２に接触していないためシャトル２３２は初期位置にある。しかし、一旦端子電極３０８に電力が印加されると、サーマルアクチュエータ３１０が熱膨張して引出姿勢から偏向し、アクチュエータヘッド３０６がシャトル２３２と接触してシャトル２３２を動かし、図３中の非ラッチ状態から図４中のラッチ状態乃至ロック状態へと切り替わる。シャトル２３２には光導波路２３４等の光学コンポーネントが設けられているため、アクチュエータヘッド３０６を動かしてシャトル２３２を動かすことにより、光シャトルデバイス３００を光スイッチとして機能させることができる。即ち、アドドロップ型光マルチプレクサ１００内に設けられている各種光導波路のうちどの光導波路に対しシャトル２３２上の光導波路２３４の位置を合わせるかを、アクチュエータヘッド３０６によりシャトル２３２を動かして制御することにより、光シャトルデバイス３００を光スイッチとして機能させることができる。この機能は、光通信システム内における光信号伝送経路乃至方向を制御するのに使用される。
【００１９】
図４に例示されている光スイッチはロック状態である。この図に示されているように、端子電極３１２に電力を印加するとラッチサーマルアクチュエータ３０４が反り返ってラッチ歯３０５とラッチ歯３０５の隙間が広がり、電力印加を停止するとこの隙間は元に戻ろうとする。図中の矢印はラッチサーマルアクチュエータ３０４が反る方向である。サーマルアクチュエータ３１０をその平衡姿勢から偏向させるときには、シャトル２３２が変位するように、その剛性乃至抵抗モーメントによりサーマルアクチュエータ３１０にもたらされている復元力に打ち克つ必要がある。シャトル２３２を変位させるには、更に、スプリング３０２の復元力に打ち克ってスプリング３０２を図示の如く変形及び偏向させる必要がある。スプリング３０２ではこの変形及び偏向に抗する復元力だけでなくシャトル２３２の位置を元の平衡位置に戻そうとする復元力も発生する。シャトル２３２が所定位置に達したら、まず、端子電極３１２に電力を印加してラッチ歯３０５とラッチ歯３０５の隙間を拡げ、ラッチ３１４をラッチ歯３０５とラッチ歯３０５の隙間から更に奥に入れる。その上で端子電極３１２への電力印加を停止してラッチ歯３０５とラッチ歯３０５の隙間を狭めれば、ラッチサーマルアクチュエータ３０４とラッチサーマルアクチュエータ３０４の間にラッチ３１４が挟まってシャトル２３２がその場所でロックされ、光導波路２３４の位置が変位後位置にてロックされることとなる。
【００２０】
図３及び図４に示した従来型ラッチスイッチは二組の面内作動型アクチュエータ３０４及び３１０を有する構成である。即ち、一組目のアクチュエータ３１０によりシャトル２３２を所望位置まで動かし、二組目のアクチュエータ３０４をシャトル２３２に対して動かしてシャトル２３２を移動後の位置でロックする構成である。先にも述べたように、このようにサーマルアクチュエータを用いる従来型スイッチには、非常に広いスペースを食う、ラッチサーマルアクチュエータ（図の例では３０４）の偏向幅を大きくする必要がある、ラッチサーマルアクチュエータ（同３０４）を動かすために大きな力が必要である等の問題があり、その分はチップコストが嵩んでしまう。そこで、上述の従来型アクチュエータに代わるアクチュエータとして、光導波路、ラッチ、ラッチレシーバ等を動かすための光スイッチにて使用できるアクチュエータシステムについて、次に説明する。
【００２１】
図５Ａ及び図５Ｂに、本発明の一実施形態に係るアクチュエータシステム５００を示す。本アクチュエータシステム５００は図示の通り梁５０１及び５０２を備えており、これらの梁５０１及び５０２によって菱形が形成されている。本アクチュエータシステム５００は、更に、梁５０１の中央部５０１ａと梁５０２の中央部５０２ａとの間に挟まれ両者を連結するクロスバー５０３を備えている。図中のアクチュエータシステム５００はクロスバー５０３を１個しか備えていないが、理解できるように何個のクロスバーを設けてもかまわないし、そのようにしても本発明の神髄及び技術的範囲から逸脱することはない。また、梁５０１及び５０２は、本アクチュエータシステム５００を熱駆動できるよう、例えばシリコンから形成する。本アクチュエータシステム５００の端部５０４即ち梁５０１と梁５０２との連結部は、例えば、本アクチュエータシステム５００を熱駆動するための電力を印加できるよう、電源に接続される。本アクチュエータシステム５００においては、更に、梁５０１及び５０２が特定方向に移動、変形する傾向を持つように、構造的非対称性を持たせている。例えば、中央部５０１ａ及び５０２ａでは厚めであるが端部５０１ｃ及び５０２ｃに近づくにつれ薄くなるよう、梁５０１及び５０２を形成するとよい。そのようにして非対称性を持たせた梁５０１及び５０２に起動力たる電力を印加すると、これらの梁５０１及び５０２は、各半菱形の開き角Ａが拡がる方向に変位、変形しようとするが、クロスバー５０３により連結されているため図５Ａ中の角度Ａが拡がることはなく、結果として本アクチュエータシステム５００は図５Ｂに示す如く交差方向（図中の縦方向）に動かされることになる。
【００２２】
図５Ａ及び図５Ｂに示したアクチュエータシステム５００は、長く延びた菱形の長い方の対角線を回転軸にして形成面交差面内で回転するように、構成することができる。それには、二個の梁５０１及び５０２のうち一方の梁が他方の梁とは異なる方向に付勢されるよう、一方を他方より大きく熱膨張させればよい。熱膨張に差を持たせる方法としては、例えば、梁５０１に対するドーピングレベルと梁５０２に対するそれとを異なるレベルにする、梁５０１に流れる電流と梁５０２に流れるそれとを異なる大きさにする等の方法がある。また、複数の梁が束になっているためアクチュエータ強度が高い。交差方向即ち上下方向に非対称性を持たせるには、梁の表面に金属を堆積・成長させる、梁上に窪みを形成する等すればよい。
【００２３】
図６にシリコンの熱膨張係数温度特性例を示す。説明の便宜上、例えば、第１梁が６００℃であり第２梁が室温であるとすると、電力印加状態における第１梁の長さは第２梁のそれより０．２５％長くなる。梁の長さが１０００μｍでクロスバーの長さが１０μｍの構成であれば、このときの交差方向回転角度は約１４°になる。この角度はＭＥＭＳスイッチ用に有用である。
【００２４】
電力印加に伴い発生した電流が梁内を流れるとき、電子が梁内の原子と衝突することによって梁にエネルギが与えられ、その結果その原子が振動する。梁内振動は平均運動エネルギ増大例えば温度上昇となって現れる。単位時間当たりエネルギ増加即ち熱損失電力は次の式
（数１）
Ｐ＝Ｉ2Ｒ
で表される量となる。梁に与えられる熱エネルギの量Ｑはこの電力Ｐに加熱時間ｔを乗じた値であるから次の式
（数２）
Ｑ＝Ｐ×ｔ
によって表される。この熱エネルギによって生じる温度変化は、加熱対象たる梁を構成する素材の質量ｍと、その素材の単位質量当たり熱容量ｃとに依存しており、次の式
（数３）
ΔＴ＝Ｑ／ｍｃ
によって表すことができる。
【００２５】
梁内に電流が流れ始める時点では、上掲の数１〜数３に従い梁での温度上昇量を計算することができるが、その梁が到達する最終温度はその梁からの熱損失速度に依存する。梁の温度が上がっていくにつれ梁からの熱損失が多くなるので、梁の温度上昇は、熱損失速度がジュール加熱の速度と等しくなった時点或いはその梁に電流を流すのをやめた時点で終わる。熱損失の多くは梁から基板への伝搬及び梁からの輻射によって生じる。
【００２６】
バイモルフを形成する一対の層各々にて梁を形成する場合、梁同士で違う熱膨張速度にするには、梁を形成する素材を梁同士で別々の素材とし、それら素材間での熱膨張係数差を利用して、熱膨張速度に差を付ける。しかし、そのようなことをしなくても、梁同士で熱膨張速度を異ならせることができる。即ち、バイモルフを形成する２個の梁が互いに異なる幾何学的形状を有していれば、それらの梁が同一素材から形成されていてもなお、層間熱膨張速度差が発生するため光スイッチとして動作させることができる。それには、例えば、各層内に形成される梁の高さ（例えば厚み）、幅、長さ又はその任意の組合せを互いに異なる値にすればよい。
【００２７】
図７に、本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステム７００を示す。本アクチュエータシステム７００は図示の通り互いに厚みが異なる２個の梁を有しており、そのうち上梁７０１ｂは厚く下梁７０２ｂは薄くなっている。より詳細には、本アクチュエータシステム７００は基板７５０上の第２層７０２の上方に第１層７０１を配置した構成を有している。何れも例えばシリコンから形成されているこれら第１層７０１及び第２層７０２は、その一端７０３で互いに連結される一方、その反対側の端７０１ａ及び７０２ａでは、両者間に空隙ＡＧが生じるよう個別に基板７５０に連結されている。図中の実施形態はこのように層間に空隙ＡＧを形成した構成であるが、この空隙ＡＧに代え、層間分離に絶縁体を使用する構成とすることもでき、そのような構成も本発明の神髄及び技術的範囲に包含される。そして、第１層７０１及び第２層７０２は、それぞれ、第１層７０１内に上梁７０１ｂがまた第２層７０２内に下梁７０２ｂが形成されるように、形成されている。
【００２８】
この図に示すアクチュエータシステム７００に起動力として電流を供給すると、その電流は一方の梁に流れた後他方の梁を辿って巡り戻ってくる。電流方向は本アクチュエータシステム７００の動きに何ら影響しないし、またキルヒホッフの第２法則により第１層７０１及び第２層のどの箇所の断面を調べても流れる電流の大きさは同じになる。しかし、上梁７０１ｂ及び下梁７０２ｂにより構成される回路の断面積がその長さ方向位置により異なっているので、上梁７０１ｂ及び下梁７０２ｂに電流を流したとき当該断面積の違いにより電流密度が随所随所で別の大きさになり、こうした電流密度の違いによって上梁７０１ｂ及び下梁７０２ｂの内部でのジュール熱発生量に部位毎の違いが生じる。例えば下梁７０２ｂが上梁７０１ｂの半分の厚み（電気抵抗値Ｒが２倍）であるならば、失われる熱ＰはＰ＝Ｉ2Ｒで与えられるから、下梁７０２ｂにおけるジュール熱発生量即ち熱損失は上梁７０１ｂにおけるそれの２倍になる。更に、下梁７０２ｂ中に含まれる発熱素材の量を上梁７０１ｂ中に含まれるそれの半分にしてあるため、下梁７０２ｂと上梁７０１ｂとの間に生じる温度差は素材量の差の４倍になる。
【００２９】
下梁７０２ｂと上梁７０１ｂの間での厚みの違いは、本アクチュエータシステム７００に電流を流したときに生じる下梁７０２ｂでの発熱量と上梁７０１ｂでの発熱量との違いとなって現れる。図示の通り下梁７０２ｂの方が上梁７０１ｂよりも厚いので、薄い下梁７０２ｂの方が厚い上梁７０１ｂよりも熱くなり、従って上梁７０１ｂよりも大きく膨張するため、この図のアクチュエータシステム７００に電流を流すと第１層７０１乃至その上梁７０１ｂと第２層７０２乃至その下梁７０２ｂの連結端７０３は上向きに動く。この上方変位量（より一般には形成面乃至基板面に対して略法線方向の変位量）は、そのとき本アクチュエータシステム７００に流している電流の大きさ、上梁７０１ｂと下梁７０２ｂの厚みの比、並びに上梁７０１ｂ及び下梁７０２ｂを形成している素材の熱膨張係数の温度特性によって変わる。本アクチュエータシステム７００に対する起動力印加を停止すると上梁７０１ｂと下梁７０２ｂの層間連結端７０３は元の平衡位置に復帰する。
【００３０】
図８に、本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステム８００を示す。本アクチュエータシステム８００も図示の通り互いに厚みが異なる２個の梁を有しており、そのうち上梁８０１ｃは厚く下梁８０２ｃは薄くなっている。より詳細には、本アクチュエータシステム８００は基板８５０上の第２層８０２の上方に第１層８０１を配置した構成を有している。何れも例えばシリコンから形成されているこれら第１層８０１及び第２層８０２は、その一端８０３で互いに連結される一方、その反対側の端８０１ａ及び８０２ａでは、両者間に空隙ＡＧが生じるよう個別に基板８５０に連結されている。先に述べたように空隙ＡＧに代え絶縁体による層間分離を行ってもよい。そして、第１層８０１及び第２層８０２は、それぞれ、第１層８０１内に上梁８０１ｃがまた第２層８０２内に下梁８０２ｃが形成されるように、また上梁８０１ｃが下梁８０２ｃより厚くなるように形成されている。
【００３１】
上梁８０１ｃはその内寄り部分８０４が同外寄り部分よりも薄くなるよう形成されている。内寄り部分８０４が薄いためこの図のアクチュエータシステム８００の可撓性は全体として高いから、本アクチュエータシステム８００に電流を流したとき、第１層８０１乃至その上梁８０１ｃと第２層８０２乃至その下梁８０２ｃの連結端８０３は上向きに動く。内寄り部分８０４が薄い分は上梁８０１ｃと下梁８０２ｃの間の膨張量差が小さくなるものの、その上方変位量は、図７に示したアクチュエータシステム７００における振れよりも大きくなる。即ち、本アクチュエータシステム８００では、上梁８０１ｃと下梁８０２ｃの間の膨張量は小さいものの、図７に示したアクチュエータシステム７００に比べ大きな上方変位量が得られる。更に、上側にある第１層８０１にはシリコン製の幅広部分８０１ｂが形成されている。この幅広部分８０１ｂは、２個の梁８０１ｃ及び８０２ｃの本体部分の長さを同一にするため、第２層８０２の上方にさしかかるように設けられている。シリコン製の幅広部分８０１ｂの幅は上梁８０１ｃ及び下梁８０２ｃの本体の幅より広いため、この幅広部分８０１ｂにおける熱の発生や温度変化は無視できる。本アクチュエータシステム８００に対する起動力印加を停止すると、上梁８０１ｃと下梁８０２ｃの層間連結端８０３は元の平衡位置に復帰する。
【００３２】
図９に、本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステム９００を示す。本アクチュエータシステム９００は図示の通り互いに幅が異なる２個の梁を有しており、そのうち上梁９０１ｂは広く下梁９０２ｂは狭くなっている。より詳細には、本アクチュエータシステム９００は基板９５０上の第２層９０２の上方に第１層９０１を配置した構成を有している。何れも例えばシリコンから形成されているこれら第１層９０１及び第２層９０２は、その一端９０３で互いに連結される一方、その反対側の端９０１ａ及び９０２ａでは、両者間に空隙ＡＧが生じるよう個別に基板９５０に連結されている。先に述べたように空隙ＡＧに代え絶縁体による層間分離を行ってもよい。そして、第１層９０１及び第２層９０２は、それぞれ、第１層９０１内に上梁９０１ｂがまた第２層９０２内に下梁９０２ｂが形成されるように、形成されている。
【００３３】
この図のアクチュエータシステム９００においては、互いに異なる幅になるように上梁９０１ｂ及び下梁９０２ｂが形成されている。図示の例では上梁９０１ｂの方が下梁９０２ｂよりも幅広である。上梁９０１ｂと下梁９０２ｂの間にあるこの幅の違いは、上梁９０１ｂと下梁９０２ｂの厚みの違いにより発生する力を打ち消すため、上梁９０１ｂ及び下梁９０２ｂが意図しない方向へと動くことはない。例えば、上梁９０１ｂ及び下梁９０２ｂを交差方向上向きに動かしたいとする。この場合、下梁９０２ｂの厚みが上梁９０１ｂの厚みの２倍であっても上梁９０１ｂの幅が下梁９０２ｂの幅の３〜４倍程あれば、上梁９０１ｂの断面積が下梁９０２ｂの断面積より十分大きくなるので、本アクチュエータシステム９００に起動力を印加したとき梁間厚み差により生じる駆動力は打ち消され、上梁９０１ｂ及び下梁９０２ｂは上向きに動くことになる。本アクチュエータシステム９００に対する起動力印加を停止すると、上梁９０１ｂと下梁９０２ｂの層間連結端９０３は元の平衡位置に復帰する。
【００３４】
図１０に、本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステム１０００を示す。本アクチュエータシステム１０００も図示の通り互いに幅が異なる２個の梁を有しており、そのうち上梁１００１ｂは広く下梁１００２ｂは狭くなっている。より詳細には、本アクチュエータシステム１０００は基板１０５０上の第２層１００２の上方に第１層１００１を配置した構成を有している。何れも例えばシリコンから形成されているこれら第１層１００１及び第２層１００２は、その一端１００３で互いに連結される一方、その反対側の端１００１ａ及び１００２ａでは、両者間に空隙ＡＧが生じるよう個別に基板１０５０に連結されている。先に述べたように空隙ＡＧに代え絶縁体による層間分離を行ってもよい。そして、第１層１００１及び第２層１００２は、それぞれ、第１層１００１内に上梁１００１ｂがまた第２層１００２内に下梁１００２ｂが形成されるように、形成されている。
【００３５】
上梁１００１ｂはその内寄り部分１００５が同外寄り部分よりも薄くなるよう形成されている。内寄り部分１００５が薄いためこの図のアクチュエータシステム１０００の可撓性は全体として高くなる。図示の如く内寄り部分１００５が薄い分上梁１００１ｂと下梁１００２ｂの間の膨張量差が小さくなるものの、本アクチュエータシステム１０００に電流を流したとき、上梁１００１ｂと下梁１００２ｂの層間連結端１００３は上向きに動く。薄い内寄り部分１００５を形成する際には、上梁１００１ｂの熱膨張量が下梁１００２ｂの熱膨張量より大きくならないよう、従って上梁１００１ｂ及び下梁１００２ｂの動く方向が意図した方向と逆の方向になることがないよう、細心の注意を払うべきである。本アクチュエータシステム１０００に対する起動力印加を停止すると、上梁１００１ｂと下梁１００１ｂの層間連結端１００３は元の平衡位置に復帰する。
【００３６】
図１１に、本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステム１１００を示す。本アクチュエータシステム１１００は図示の通り互いに長さが異なる２個の梁を有しており、そのうち上梁１１０１ｂは短く下梁１１０２ｂは長くなっている。より詳細には、本アクチュエータシステム１１００は基板１１５０上の第２層１１０２の上方に第１層１１０１を配置した構成を有している。何れも例えばシリコンから形成されているこれら第１層１１０１及び第２層１１０２は、その一端１１０３で互いに連結される一方、その反対側の端１１０１ａ及び１１０２ａでは、両者間に空隙ＡＧが生じるよう個別に基板１１５０に連結されている。先に述べたように空隙ＡＧに代え絶縁体による層間分離を行ってもよい。そして、第１層１１０１及び第２層１１０２は、それぞれ、第１層１１０１内に上梁１１０１ｂがまた第２層１１０２内に下梁１１０２ｂが形成されるように、また上梁１１０１ｂに連結された幅広部分１１０４が形成されるように、形成されている。
【００３７】
所与の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する素材の温度変化ΔＴによる長さ変化量ΔＬとその長さＬとの比は、次の式
（数４）
ΔＬ／Ｌ＝ΔＴ×ＣＴＥ
によって表される。従って、同じ温度変化ならば短い梁より長い梁の方がその長さ変化量ΔＬが大きくなる。図中の幅広部分１１０４即ち割合に温度変化が生じにくい部分を差し引いた上梁１１０１ｂの実効長は下梁１１０２ｂのそれよりも短いので、上の式から、同一温度でも両者の長さに違いが生じ、本アクチュエータシステム１１００に起動力を印加すると上梁１１０１ｂ及び下梁１１０２ｂが形成面に交差して上向きに動く。本アクチュエータシステム１１００に対する起動力印加を停止すると、第１層１１０１乃至その上梁１１０１ｂと第２層１１０２乃至その下梁１１０２ｂの層間連結端１１０３は元の平衡位置に復帰する。
【００３８】
図１２に、本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステム１２００を示す。本アクチュエータシステム１０００における上梁１２０１ｂはその内寄り部分１２０５が同外寄り部分よりも薄くなるよう形成されている。内寄り部分１２０５が薄いためこの図のアクチュエータシステム１２００の可撓性は全体として高くなる。内寄り部分１２０５が薄い分は上梁１２０１ｂと下梁１２０２ｂの間の膨張量差が小さくなるものの、本アクチュエータシステム１２００に電流を流したとき、上梁１２０１ｂと下梁１２０２ｂの連結端１２０３は上向きに動く。薄い内寄り部分１２０５を形成する際には、上梁１２０１ｂの熱膨張量が下梁１２０２ｂの熱膨張量より大きくならないよう、従って上梁１２０１ｂ及び下梁１２０２ｂの動く方向が意図した方向と逆の方向になることがないよう、細心の注意を払うべきである。本アクチュエータシステム１２００に対する起動力印加を停止すると、第１層１２０１乃至その上梁１２０１ｂと第２層１２０２乃至その下梁１２０１ｂの層間連結端１２０３は元の平衡位置に復帰する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】光通信システムの一例を示す図である。
【図２】図１に示した光通信システム内で使用できる光スイッチの一例を示す図である。
【図３】従来型アクチュエータを有する光スイッチの一例を示す図である。
【図４】図３に示した光スイッチがロックしている状態を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係るアクチュエータシステムを示す図である。
【図５Ｂ】この実施形態の変位状態を示す図である。
【図６】シリコンの熱膨張係数特性例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステムを示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステムを示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステムを示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステムを示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステムを示す図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係るアクチュエータシステムを示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
５００，７００，８００，９００，１０００，１１００，１２００  アクチュエータシステム、５０１，５０２  梁、５０１ａ，５０２ａ  梁中央部、５０１ｃ，５０２ｃ  梁端部、５０３  クロスバー、５０４  アクチュエータシステム端部、７０１，８０１，９０１，１００１，１１０１，１２０１  第１層、７０１ａ，７０２ａ，８０１ａ，８０２ａ，９０１ａ，９０２ａ，１００１ａ，１００２ａ，１１０１ａ，１１０２ａ  基板連結端、７０１ｂ，８０１ｃ，９０１ｂ，１００１ｂ，１１０１ｂ，１２０１ｂ  上梁、７０２，８０２，９０２，１００２，１１０２，１２０２  第２層、７０２ｂ，８０２ｃ，９０２ｂ，１００２ｂ，１１０２ｂ，１２０２ｂ  下梁、７０３，８０３，９０３，１００３，１１０３，１２０３  層間連結端、７５０，８５０，９５０，１０５０，１１５０  基板、８０１ｂ，１１０４  幅広部分、８０４，１００５，１２０５  内寄り部分、ＡＧ  空隙。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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