(57)【要約】【課題】  ２つの状態の間で移動することができる座屈ビーム・スイッチを提供する。【解決手段】  非座屈状態の略直線ビームは、調節可能な圧縮器を使用してこのビームが座屈変形されるように圧縮される。調節可能な圧縮器は、力をビームの一端又は両端に加え、ビームを第１の座屈状態及び第２の座屈状態間で移動可能にするためにビーム上にかかる圧縮量を制限する。第１の座屈状態及び第２の座屈状態は、略均等な座屈変形量を有し、非座屈状態から反対方向に座屈変形する動作から構成される。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームと、
前記ビームの両側にあるアクチュエータと、
前記ビームの端部と接触し、前記ビームを座屈状態に圧縮するように適合されるくさびと、
を含む、座屈ビーム・スイッチ。
【請求項２】
ビームと、
前記ビームの両側にあるアクチュエータと、
前記ビームの端部と接触し、前記ビームを座屈状態に圧縮するように適合される調節可能な圧縮器と、
を含む、座屈ビーム・スイッチ。
【請求項３】
前記ビームの前記端部における可撓性部材を更に含む、請求項１及び２に記載の座屈ビーム・スイッチ。
【請求項４】
略直線ビームを非座屈状態に形成することと、
前記ビームを座屈変形させるように前記ビームを圧縮することと、
座屈状態の前記ビームを固定することと、
前記ビームの両側にアクチュエータを配置することと、
を含む、ビーム・スイッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）などのスイッチ、例えば、ＭＥＭＳスイッチ（即ち、接点、継電器、分流器など）に関する。ＭＥＭＳは、マイクロ加工技術を用いて機械要素及び電気要素を共通基板上に集積するマイクロ装置である。電気要素は、公知の集積回路製造技術を用いて一般に形成される。機械要素は、マイクロ加工を実施するためにリソグラフィ・プロセス及び他の関連プロセスを用いて一般には製造され、基板（例えば、シリコンウエハ）の一部は選択的にエッチング除去され、又は、新しい材料や構造用レイヤが付加される。ＭＥＭＳ装置は、アクチュエータ、センサ、スイッチ、加速度計、及び変調装置を含む。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途において、ＭＥＭＳスイッチはそれらの従来式の半導体に対応するもの（例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチ）を越えた、優れた電力効率、低い挿入損失、及び優れた絶縁を含む固有の利点を有する。しかしながら、ＭＥＭＳスイッチは、一般的に半導体スイッチよりはるかに低速である。こうした制約のため、例えば高速無線通信装置におけるアンテナを送受信間で切り換えるようなサブマイクロ秒スイッチが必要とされる特定の技術にＭＥＭＳスイッチを適用することは不可能である。
【０００３】
１種のＭＥＭＳスイッチは、電熱式に湾曲した又は座屈した「ビーム」と称される接続部材を含んでいる。この座屈ビームは１つ以上の電気接点と係合して、接点間を電気的に接続する。電熱式に湾曲したビームを使用する１つの利点は、スイッチが動作中に必要とする作動電圧が比較的低いことである。しかしながら、ＭＥＭＳスイッチが作動位置にあるとき、ビーム内部に抵抗加熱を維持するために電力が連続的に消費される。米国特許出願公表第２００３／０２１０１１５号（Kubby）では、座屈ビーム双安定マイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチが開示され、該米国出願は参照によって全体が本明細書中に組み込まれる。この技術では、変位位置の１つに変位されたビームを作成するためのプロセスが開示されている。第２の変位状態が存在することになっている場合、ビームの軸線に沿った断面形状及び外形などのビーム構成の特定の組み合わせだけを選択することができる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，５０２，７８１号（Li et al.）
【特許文献２】米国特許第６，０７２，９２４号（Sato et al.）
【特許文献３】米国特許第６，３０３，８８５号（Hichwa）
【特許文献４】米国特許第６，５２６，１９８号（Wu et al.）
【特許文献５】米国特許出願公表第２００３／０２１０１１５号（Kubby）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、第１及び第２の状態の間で移動することができるスイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書中に記載される種々の例示的な実施形態により、特定の組合せが２つの安定状態を付与するかどうかの代わりに、これら状態間の理想的な距離、及び、これら状態間における切り換えにどの程度の高い力が必要とされるかに基づいてビームの選択が可能となる。このような例示的な実施の形態によれば、実質的に直線状のビームは、非座屈状態で形成され、次に、調節可能な圧縮器を使用してビームを座屈させるように圧縮される。こうした実施の形態は、ビームが座屈する量を調整するためにビームの位置を調整するプロセスをさらに含んでいる。圧縮プロセス中に、調節可能な圧縮器はビームの一端又は両端に力を加え、押圧時に第１の座屈状態及び第２の座屈状態間でビームを移動させ得るようにビームにかかる圧縮量を制限する。第１の座屈状態及び第２の座屈状態は、非座屈状態からの均等な反対側への座屈移動からなる。
【０００７】
アクチュエータは第１の座屈状態及び第２の座屈状態間においてビームを押圧する。該アクチュエータが作動されるのは、第１の座屈状態から第２の座屈状態へのビーム動作の間だけである。このように、ビームは、アクチュエータによって移動されると、第１の座屈状態及び第２の座屈状態のいずれかの状態にとどまる。さらに、ビームが最初は実質的に直線状の部材として形成されているので、ビームを第１の座屈状態又は第２の座屈状態に移動するために均等な力が必要とされ、このビームは「双安定」であると考えられる。
【０００８】
種々の例示的な実施の形態において、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）座屈ビーム・スイッチは、ビーム、ビームの両側にあるアクチュエータ、及び、ビームを座屈状態にするように圧縮するビームの一端又は両端に配置される調節可能な圧縮器から構成される。本明細書中における実施の形態は、また、ビームの第１の端部にある固定アンカー、及び、ビームの他端（第２の端部）にある可撓性部材（例えば、ばねなど）を含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ＭＥＭＳにおけるスイッチには多くの用途がある。マイクロ流体工学において、スイッチを使用して、バルブを開閉したり、又は２本のパイプのうちの１つへと流れるように方向付けることもできる。光学においては、スイッチは、別の導波管（標準光学スイッチ）へと光を導いたり、又は、ＷＤＭシステム（オプティカル・アド／ドロップ・マルチプレクサ）においてチャネルを追加及び減少させるために使用することもできる。理想的なスイッチは、電力の消費が少なく、電源がオフになるとその状態を保持し、再生可能な状態を有し、磨耗したり疲労することがない。双安定ビームを使用するスイッチは、これらの属性のすべてを満たすように設計できる。
【００１０】
ビームを変位させた位置にある状態で作成する（「前成形する」）代わりに、本明細書中における種々の例示的な実施の形態は、直線ビームを製造し、製造後に座屈させる（「後座屈」）。この座屈（バックリング）は、個々のプローブ若しくはプローブカードを用いて手動で行なったり、又は、一体化したアクチュエータを使用して電気的に行なうことができる。ビーム端部の一方又は両方は、回転を避ける一方、ビームを圧縮するための軸上の平行移動を可能にするビーム及びアンカーの支持構造に取り付けられる。その結果、任意の長さと幅の組み合わせにより２つの対称安定状態を備えたビームをもたらすことになる。これにより、特定の組み合わせが２つの安定状態を付与するかどうかの代わりに、こうした状態間の理想的な距離、及び、状態間の切り替えにどの程度の高い力が必要とされるかに基づいてビームの選択を行なうことができる。
【００１１】
さらに詳細には、図１に示すように、例示的な実施の形態は、上部アンカー１００及び下部アンカー１０４によって所定の位置に保持される直線ビーム又は略直線ビーム１０２から構成される。図１において、ビーム１０２は非座屈状態にあり、（図２における矢示２００の方向に）圧縮されて、片側に若しくはその反対側に座屈され、このとき、くさび形若しくはカム形構造から構成可能な調節可能な圧縮器３００、４００（図３及び図４に図示）を用いる。
【００１２】
種々の例示的な実施の形態はまた、ビーム１０２が座屈する量を調整するようにビーム１０２の圧縮を調整するプロセスを提供する。圧縮プロセスの間に、調節可能な圧縮器（３００、４００）は、ビーム１０２と接触し、ビーム１０２の一端に力を加える。圧縮後、ビーム１０２は、（片側方向への）第１の座屈状態及び（反対方向への）第２の座屈状態の間で移動することができる。第１の座屈状態及び第２の座屈状態は、図１に示される非座屈状態から均等に反対側に座屈変形する移動からなる。
【００１３】
ビーム１０２を状態間で切り替えるために、１つ以上のアクチュエータ２０４を使用して、ビーム１０２が第２の安定状態までの距離の残りの部分を移動するように十分な距離を移動するまで、ビーム１０２を押圧することができる。アクチュエータ２０４は、第１の座屈状態及び第２の座屈状態間でビーム１０２を押圧する。ビーム１０２は左右対称であるので、アクチュエータ２０４はビーム１０２の動作中に作動されるだけであり、ビーム１０２は、アクチュエータによって移動されると、第１の座屈状態又は第２の座屈状態のいずれの状態にとどまる。さらに、ビーム１０２は最初、略直線状の部材１０２（図１に図示）として形成されているので、第１の座屈状態及び第２の座屈状態にビーム１０２を移動させるために均等な力が必要とされ、ビーム１０２は「双安定」であると考えられる。
【００１４】
いったんビーム１０２が座屈されると、アクチュエータ又は同様の装置を用いて状態間で移動される。たとえば、種々の例示的な実施の形態は、インパクト・アームを移動させるサーマル・アクチュエータ２０４を使用することができ、このインパクト・アームは、ビーム１０２と衝突し、該ビームを押圧して他の状態に変化させる。サーマル・アクチュエータは、一般に「Ｖ字形」アクチュエータである。サーマル・アクチュエータは、比較的小型であるにもかかわらず、生成する力が大きいという理由で有益である。サーマル・アクチュエータ２０４は、内部を流れる電流によって加熱されるとき、ビームが所望の方向に座屈するように促す微量のオフセット（約１度の傾斜角）を有するほぼ直線状のビームを有する。他のタイプのアクチュエータ２０４、例えばコーム・ドライブ、平行板ドライブ、スクラッチ・ドライブ、インパクト・ドライブ、Ｕ字形サーマル・アクチュエータ、又は磁気ドライブなどを使用して作動を実現することもできる。
【００１５】
図５に示すように、ＭＥＭＳ座屈ビーム・スイッチは、ビームを座屈状態に圧縮する、ビームの一端に配置された調節可能な圧縮器４００を含むことができる。図５における実施の形態はまた、ビーム１０２を上部アンカー１００に接続する可撓性部材５０２（例えば、ばね、可撓性シリコンビームなど）も含んでいる。調節可能な圧縮器４００は、水平運動を生じる、ねじ山やアクチュエータなどのいずれのタイプの線形調整機構５００にも接続されることができる。くさび（ウェッジ）又はカム４００は、こうした水平動作を下降動作に変換する。より広い意味で述べると、くさび又はカム４００は、第１の方向の動作を第１の方向に対しほぼ垂直な方向の動作に変換する。これにより、ビーム１０２の長さに平行な方向に移動する完全線形アクチュエータ３００を使用して達成できる圧縮制御よりも、より正確な圧縮制御が可能になる。
【００１６】
たとえばアクチュエータなどの多種多様な線形調整機構５００によって、大規模な作動（アクチュエーション）を行なうことができる。ある可能性として、「コーム・ドライブ」などの容量性ドライブ、サーマル・アクチュエータ、インパクト駆動アクチュエータ、スクラッチ駆動アクチュエータ、又は磁気アクチュエータが挙げられる。アクチュエータが押圧しようとする力、必要な動作の範囲、ボード上の電子部品が高圧若しくは高電流を処理することができるかどうか、及び他の要因によって、アクチュエータの最適選択は決まる。
【００１７】
図５に示すように、くさび４００が右の方に押圧されると、座屈ビーム１０２の上部を押圧する。上述したように、ビーム１０２は、可撓性部材５０２を介してアンカー１００に接続され、回転運動に比べて平行運動が生じやすいように、ビーム１０２と可撓性部材５０２とは十分に離れて配置される。座屈ビーム１０２を保持するばね５０２が短く、剛性が高い場合でも、所定の位置にくさび４００を押し込むために必要とされる力が十分であるほど、くさび４００の傾斜は十分に緩やかである。くさび又はカム４００を移動させるためにアクチュエータを使用する代わりに、その動作は、（例えば、プローブカードを押し込み又はネジ５００を調整することによって）手動で行なうこともできる。装置を手動で組み立てることは、必ずしも効果的な方法でないかもしれないが、適切な位置に指を置くカスタム・プローブカードが使用される場合、組み立てはコスト効率の良いバッチ製造に変えられることができる。
【００１８】
図４におけるアンカー１００は、ビームを圧縮するために移動することができ、移動した後に、（例えば、接着、取り付け、固着などの周知技術を使用して）圧縮位置に固定することができる。又は、可撓性部材５０２を使用してビームの圧縮を随時調整し、及び／若しくは再調整することができる。これによって、製造プロセス中、ＭＥＭＳスイッチを設置する製造後、又は、既に使用中のＭＥＭＳスイッチを修理（点検）するときに、ビームの座屈変形量を調整することが可能になる。
【００１９】
状態間の距離及び必要な力に応じて、力の作用点は変化することがある。必要とされる力が大きく、状態間の距離が小さい場合、もっと短くより剛性の高いアクチュエータが使用でき、スイッチ・ビーム１０２の中心を押圧する。状態間の距離があまりに大きく、よって必要とされるアクチュエータが大きすぎることとなる場合、一対のアクチュエータ２０４が代わりに使用することができ、図３に示すように、ビーム１０２の中心から均等な距離の位置でビーム１０２を押圧する。必要とされる変位はより小さくなるが、必要とされる力はより大きくなる。例えば、力の作用点が中心及びアンカーの間の中間にある場合、アクチュエータ２０４が押圧する必要がある距離は、中心において必要とされる動作距離の約半分であり、必要とされる力は、約２倍の大きさである。
【００２０】
このように、小量変位ハイフォース・アクチュエータ２０４の動作を増幅するために、アクチュエータ２０４からの力をビーム１０２の中心から離して加えることができ、そこでは、変位が小さく、及び／又は、図３に示すように多数のアクチュエータが側面ごとに使用されることができる。機械式止め具（メカニカル・ストップ）２０６を追加することができ、スイッチ状態の位置をリソグラフィ及びエッチングの許容範囲に対して正確な位置とし、これによって、ビーム幅の変化によるビーム湾曲の偶発性変化を補償する。アクチュエータ２０４及び止め具２０６は、図面が乱雑になることを回避し、実施の形態の顕著な特徴をより明確に理解できるようにするために、すべての図面に示されてはいない。
【００２１】
種々の例示的な実施の形態は、２つの状態の間で移動することができるスイッチを提供し、電力の供給なしにこうした状態を維持する。反対に、非対称前成形座屈ビームに基づくスイッチは、２つの安定状態の一方の状態で製造され、第２の座屈状態は、第１の状態とほぼ反対側にある。こうしたビームは、一方の状態における応力が０であり、一方座屈状態は、かなりの量の応力を有することになる。これらビームは対称的でない。ゆえに、非対称ビームは特定形状でないとうまく作動しないことになる。非対称座屈ビームが短すぎたり、及び／若しくは幅が広すぎたりして、意図された第２の状態に変位されるときに曲げ応力が大きすぎる場合、第２の状態は存在し得なかったり、又は、移動するのに必要とされる力が大きすぎることがあり、実用的でない状態になる。
【００２２】
このように、非対称ビームでは、２つの状態の応力が異なることになるが、これは、製造時の第１の状態の応力がゼロであり、座屈状態ではビームの曲げを必要とするからである。この対称性の欠如は、１つの状態の存在がもう一方の状態の存在を保証しないことを意味する。特定の形状を有する非対称ビームのみが、第２の安定状態をもたらすことになり、これは本明細書中の実施の形態の対称的状況には存在しない問題に対して余分な制約があることを意味する。（本明細書中の実施の形態で行なわれ得るように）状態間に理想的な距離及びポテンシャル障壁を付与するようにビーム形状を選定することができる代わりに、従来の技術はまた、第２の状態が得られることを確認するために、非対称ビーム形状のそれぞれを検査しなければならない。
【００２３】
図６は、所与の長さに対して、一定のビーム断面のみが第２の安定状態を生じることを示す力の曲線を示している。図に示された力は、横軸に示された量だけ変位されたときに、ビーム上にかかるすべての力の合計である。「２×５」と記載された曲線は、幅２μ（０．００２ｍｍ）、高さ５μ（０．００５ｍｍ）のビームを示している。ビームが５μ（０．００５ｍｍ）変位されると、力は正のままであり、この力がゼロ変位の始点にビームを押し戻すような力であることを示している。約１５μ（０．０１５ｍｍ）の変位において、力はゼロになり、均衡点を示すが、その地点からいずれかの方向にわずかに変位すると、結果としてその地点から更に推進される力を受けることになるので、これは（丘の上のボールのように）不安定均衡である。約１９μ（０．０１９ｍｍ）の変位では、力は再びゼロとなるが、ここで、わずかな変位が、ビームを（谷底にあるボールのように）均衡状態に戻す力を生じる。その他２つの断面に対する力の曲線が決してゼロまで減少することなく、それゆえ、第２の均衡状態がないことに留意すべきである。
【００２４】
本明細書中の種々の例示的な実施の形態では、非対称座屈ビームに比べて、ビームにかかる応力が少ない。本明細書中の実施の形態の種々の対称のデザインのように、応力は-1/2 StressMaxから+1/2 StressMaxの値となる代わりに、非対称座屈ビームでは、応力は第１の状態の０から第２の状態のStressMaxの値となる。さらに、本明細書中に述べられる実施の形態では、アクチュエータ２０４がビーム１０２を切り替えているときに、電力が必要とされるだけである。たとえば、ｖ−ビーム・サーマルアクチュエータは、加熱電流が約１乃至２ｍｓの間流れることを必要とするだけである。電圧が１５Ｖ  Ｐ−Ｐであり、電流が２ｍｓの所要時間で３０ｍＡ（Ｐ＝Ｉ×Ｖ＝０．４５Ｗ）であると仮定すると、ビームを切り替えるために用いられる全エネルギーは、１ミリジュール（ｍＪ）より小さい。
【００２５】
ビーム１０２の対称性に影響を及ぼす可能性がある１つの要因は、ビームにおける応力である。したがって、略直線ビーム１０２は、ポリシリコンとは異なり、固有応力を持たない単結晶シリコンなどの非応力材料から構成される。応力はまた、異なる熱膨張率を有する材料に対する温度変化によって生じられることもある。熱応力の問題を回避するために、適切な温度を維持するために装置を熱電式冷却器で包装することができる。
【００２６】
各安定状態（第１又は第２の状態）の位置は、シリコンが再現可能に湾曲する程度によって決まる。単結晶シリコンは、完全に弾性的であるように示されている。これはガラスのように壊れやすく、曲がる前に粉々に割れてしまうことになるので、破壊地点まで正確にまっすぐである。このように、第２の状態の位置は、再現性が高い。しかしながら、ビーム１０２の実際の位置は、導波管などの一部の精密アライメント装置に必要とされる程度には正確でないこともある。たとえば、ビーム１０２の位置はビーム１０２の幅によって決まり、これは、約５％まで変化することができる。このため、機械式止め具２０６は、ビーム１０２を正しい位置に停止させるように加えられる。この止め具がビーム１０２自体と同じフォトマスク層上にあるので、止め具の位置は１０分の１ミクロン未満まで正確である。
【００２７】
実施の形態によるＭＥＭＳスイッチの動作が全体にビーム１０２の曲げにあるので、スイッチはこすれ合う部分がなく、従って、磨耗する機構が存在しない。アクチュエータはスイッチと衝突するので、摩耗はその領域において起こり得るが、これはいずれの状態の位置にも影響を及ぼすことはない。経時減少するアクチュエータの変位は、最初に変位を大きくすることによって補償できる。ビーム１０２が第２の状態に近づくにつれて「スナップ作動」し、アクチュエータから離れるので、アクチュエータが特別に大きく変位することは不利点を示すものではない。
【００２８】
したがって、上記に示したように、非対称ビームを変位した位置にある状態で作成する（「前成形」）代わりに、本明細書中の種々の例示的な実施の形態は、直線ビームを圧縮して、座屈した後に電力を必要としないメカニズムを使用して製造後に座屈させる（「後座屈」）。この座屈は、個々のプローブ若しくはプローブカードによって手動で行なったり、又は一体化アクチュエータを使用して電気的に行なうことができる。ビーム端部の一端又は両端は、回転を回避しながら、軸上の平行移動を可能にするビーム及びアンカーの支持構造に取り付けられる。その結果、いかなる長さと幅の組み合わせでも、対称性によって、２つの安定状態を有するビームをもたらすことになる。
【００２９】
図７には、対称性双安定座屈ビーム１０２に対する位置エネルギー（Ｕ）及び力（Ｆ）の各曲線が示されている。状態間のポテンシャル丘の高さは、チップが近接して存在することによって生じられるような状態間の偶発的な変化を回避するのに十分な大きさでなければならない。こうした状態間の距離は、ビーム１０２の形状、及びビーム１０２が製造後に座屈変形される間に圧縮される度合いによって決定される。
【００３０】
一例において、ビームは、１０乃至１５μの状態間の距離となるように圧縮される。ビーム長が８００μであり、状態間の所望の距離が１４μであると仮定して、図８では、圧縮の近似方法が示されている。直角三角形の辺の長さは、ａ2＋ｂ2＝ｃ2を使用して算出されることができる。ここで、ｃは斜辺であり、ａとｂは直角三角形の辺である。ビームが座屈変形する場合、２つの直角三角形を形成することが考えられ、各直角三角形は、４００μの長さの斜辺を有する。実際の形状は、折れ曲がるのではなく丸くなっているが、良好な第１近似値が得られる。この例において、ビーム動作全体は１４μであることが望ましく、その動作の半分は直線中心位置から一方までということになる。ゆえに、２つの直角三角形のそれぞれの一辺は、７μである。図８の算出に示すように、各直角三角形の他の辺は、３９９．９３９μである。このように、ビームの端部間の距離は、ビームを一方へ７μだけ湾曲させるために、０．１２２μ((400 - 399.939) x 2) = 0.122)の長さだけ減少させなければならない。その結果、中心の非座屈位置から７μだけ湾曲させ得るために、ビームの極めて小さな圧縮量（約１０分の１ミクロン、即ち、０．１２２μ）が必要となる。
【００３１】
この小量の変位は、メカニズムの部品間に２乃至３μの空間が必要とされる標準設計規則を考えると、一般的なシステムで達成し、維持することは非常に困難である。したがって、本明細書中の一部の実施の形態は、くさび又はカム４００を使用してくさびの幅及びカムの半径の変化率に基づいて、一方向における大規模動作を略垂直方向における微細な動作に変換する。
【００３２】
更なる実施の形態は、ビーム１０２が圧縮されるときに、座屈したビーム１０２の中心地点がシフトするのを防止する。まず、図９に示すように、ビーム１０２の各端部においてくさび４００を用いて一端だけでなく両端をシフトすることができる。これは対称性を維持するが、複雑性及びシステムの大きさを増加させる。
【００３３】
別の実施の形態は、設計に修正を組み込み、座屈によって変位されると所望の位置に達するように一部をシフトすることによって、座屈ビームの中心地点がシフトすることを防止する。例えば、一端に固定される５００μ長のビーム１０２（図４及び図５に図示）が１０μだけ圧縮されることになる場合、これは最大ビーム湾曲の地点を５μだけシフトすることになるが、これは、５００μの代わりに４９０μのビームの中心にあるからである。このように、アクチュエータが最大湾曲の地点上を押圧するように意図される場合、それらアクチュエータは固定端部から２４５μ（４９０／２）の位置に配置されなければならない。
【００３４】
１本のビームのみが使用される場合、ビーム１０２は、所望の第２の状態になる途中でＳ字形モード（図１０に図示）にスナップ作動したり、又は、安定しているならば、むしろそのＳ字形モードのままであることもある。図１１に示された実施の形態は、ビーム１５０、１５２に対し垂直に配置される略剛性ビーム１５４によって中心で接合される２本のビーム１５０、１５２を用いて、こうした状態を回避する。剛性ビーム１５４の存在は、ビームの中心の傾斜がゼロでなければならないという境界条件を課し、「Ｓ字形」モードの形成を防止する。
【００３５】
適切に座屈変形するためのデュアル・ビーム形状では、両ビームの座屈変形は、同じでなければならない。先に述べた実施の形態は、両ビームを同じ可動部品に接続することによって、これを達成するので、これらは、図１１に示すように、一方又は両方のアンカー１５６を共有する。このように、ビーム１５０、１５２が個々に座屈変形することはできない。あるいはまた、図１２に示した実施の形態は、個々の可動アンカー１６０、１６２を使用できるが、アンカー１６０、１６２を変位させるためのアクチュエータ５００は、両方の調節可能な圧縮器１７２に接続される。このように、図１２に示すように、ビームを座屈変形させたくさび１７２は剛性的に接続されるので、それらは共に、同じアクチュエータ５００によって移動される。
【００３６】
アクチュエータ２０４（図３）の個数及び位置は、ビームが第１の座屈モード、又は、より高次の座屈モードを経て状態を切り替えるかどうかを決定することもできる。単一のビーム１０２スイッチの場合、複数の力がビーム１０２の中心から離れて同時に加えられるのであれば、Ｓ字形モードにはならないであろう。１つのアクチュエータが別のアクチュエータの前に始動する場合、Ｓ字形モードの出現が促され、これは、状態を切り替えるのに必要とされる力全体を減少させる傾向がある。
【００３７】
双安定ビームを使用する用途に対して、単一ビーム又はデュアルビーム構成のいずれが最も有利であるかどうかを決定するために、システム要求が考慮されるべきである。例えばプレーナ型導波管光スイッチングなどの用途の範囲内でも、最適な構成が設計によって決まり、一般にはトレード・オフを含む。たとえば、単一の双安定ビーム（図５）の片側に取り付けられる移動可能な導波管プラットフォーム及びアクチュエータを有するプレーナ型導波管スイッチは、移動プラットフォームまでの静止導波管の容易な経路指定を可能にする設計であり、比較的簡単なビーム圧縮メカニズムを有する。
【００３８】
上記の説明を種々の例示的な実施の形態に関連して述べてきたが、多くの代替物、修正、及び変更が当業者に明らかであることは理解すべきことである。したがって、本出願人は、本発明の精神及び範囲において生じるかかるすべての代替物、修正、及び変更を包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】略直線ビームの概略図である。
【図２】座屈ビームの概略図である。
【図３】座屈ビームの概略図である。
【図４】座屈ビームの概略図である。
【図５】座屈ビームの概略図である。
【図６】非対称座屈ビーム構成と、対応する力対変位を示すグラフである。
【図７】対称双安定ビームに対する位置エネルギー対変位の曲線及び力対変位の曲線を示す図である。
【図８】座屈ビームを圧縮するために必要な三角法的計算を示す図である。
【図９】座屈ビームの概略図である。
【図１０】座屈ビームの概略図である。
【図１１】座屈ビームの概略図である。
【図１２】座屈ビームの概略図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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