(57)【要約】【課題】本発明は、従来よりも、プルイン電圧を低く、プルアウト電圧を高くすることができ、安定した動作で、信頼性を有する静電アクチュエータを提供する。【解決手段】基板１００上に設けられた電極部２と、電極部２と対向させて設けられた導電性の膜体部３と、導電性の膜体部３の第１の周縁部３ａに設けられた膜体部３を支持する複数の付勢部４と、第１の周縁部３ａに対向する第２の周縁部３ｂに設けられた膜体部３を支持する複数の付勢部４とを備えていて、電極部２に所定値の電圧を設定することによって、電極部２と導電性の膜体部３とが接触または離隔するように構成されている静電アクチュエータ。この静電アクチュエータは、第１の周縁部３ａ、及び第２の周縁部３ｂの各々において、複数の付勢部４の各々の間で、それらの剛性が相互に異なる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた電極部と、
前記電極部と対向させて設けられた導電性の膜体部と、
前記導電性の膜体部の第１の周縁部に設けられた前記膜体部を支持する複数の第１の付勢部と、
前記第１の周縁部に対向する第２の周縁部に設けられた前記膜体部を支持する複数の第２の付勢部と、
を備え、かつ前記電極部に所定値の電圧を設定することによって、前記電極と前記導電性の膜体部とが、接触または離隔するように構成され、
前記複数の第１の付勢部の各々の間で、及び前記第２の付勢部の各々の間では、それらの剛性は、相互に異なること、を特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の第１の付勢部の剛性は、その各々の間で、段階的に、または徐々に変化していること、を特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
前記複数の第２の付勢部の剛性は、その各々の間で、段階的に、または徐々に変化していること、を特徴とする請求項１または２に記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記複数の第１の付勢部の剛性は、前記第１の周縁部の端部側に設けられたものよりも前記第１の周縁部の中央部側に設けられたもののほうが高くされていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
前記複数の第２の付勢部の剛性は、前記第２の周縁部の端部側に設けられたものよりも前記第２の周縁部の中央部側に設けられたもののほうが高くされていること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項６】
前記複数の第１の付勢部の各々と、前記複数の第２の付勢部の各々と、は互いに対向する位置に設けられたこと、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項７】
互いに対向する位置にある前記第１の付勢部の剛性と、前記第２の付勢部の剛性と、は略同一であること、を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項８】
前記膜体部は、孔部をさらに有し、
前記孔部の長軸方向と、前記膜体部の長軸方向と、が略直交していること、を特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項９】
前記複数の第１の付勢部と、前記複数の第２の付勢部と、は前記導電性の膜体部と同じ材料から形成されたこと、を特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記複数の第１の付勢部のうち最も剛性が低いものと、前記複数の第２の付勢部のうち最も剛性が低いものと、は前記導電性の膜体部と同じ材料から形成されたこと、を特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータを構成する固定子と可動子との間に静電気力を作用させ、その吸引力により可動子を駆動する静電アクチュエータが知られている。また、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）分野などにおいては、いわゆる半導体プロセス（半導体装置の製造技術）を用いて非常に小型の静電アクチュエータが開発されている。  
また、ＭＥＭＳ分野などにおいては、静電アクチュエータを利用したいわゆるＭＥＭＳスイッチが知られている。この様なＭＥＭＳスイッチにおいては、膜体部を複数のバネ要素により懸架し、スイッチのオン時にはプルイン電圧を与え、バネ要素のバネ力に抗して膜体部を電極部に静電的に吸引し、スイッチのオフ時にはプルアウト電圧を与え、バネ要素のバネ力により膜体部を電極部から離隔させるようにしたものが知られている。
【０００３】
ここで、静電駆動型のＭＥＭＳスイッチは、一般的にはプルイン電圧が例えば２０Ｖ（ボルト）以上と高いものとなる。そのため、ＭＥＭＳスイッチを携帯電話などの携帯システムに用いる場合には、昇圧回路が必要となる。この場合、昇圧回路はチップ面積が大きい上に消費電流も多いため、携帯システムにとっては不利となる。さらには、昇圧回路において発生するノイズが無線回路の誤動作を生じさせるおそれもある。
【０００４】
この場合、バネ要素の剛性を小さくすれば、プルイン電圧を低くすることができる。しかしながら、バネ要素の剛性を単に小さくすると膜体部と電極部とが接触したまま離れなくなるという不具合、すなわちいわゆるスティクション不良が生じやすくなる。また、プルイン電圧を低くすると膜体部と電極部とを接触させる力、すなわちコンタクト力が弱くなる。その結果、スイッチの接触抵抗が増加してしまうおそれがある。  
この様な問題は、有接点型のＭＥＭＳスイッチのみならず高周波回路に用いられる可変容量などについても同様に存在する。すなわち、プルイン電圧を低くするためにバネ要素の剛性を単に小さくするとスティクション不良が生じやすくなる。また、コンタクト力が弱くなるので大きな容量比が得られなくなるおそれがある。
【０００５】
そこで、膜体部を剛性の異なる複数のバネ要素により懸架し、オン時には剛性の低いバネ要素が設けられた側の膜体部分から静電的に吸引し、オフ時には剛性の高いバネ要素が設けられた側の膜体部分から離隔させるようにした技術が提案されている（特許文献１を参照）。  
しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、吸引開始時に小さな力で膜体部を電極部に吸引させることについての考慮がされておらず、吸引開始時の動作が不安定となるおそれがあった。  
また、矩形形状を呈する膜体部の短辺側にバネ要素を設けるようにしているので、対向するバネ要素間において膜体部が撓みやすくなる。そのため、スイッチのオフ時に膜体部が撓んで膜体部の一部が電極部から離れなくなるなど離隔時の動作が不安定になるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３５６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来よりも、プルイン電圧を低く、プルアウト電圧を高くすることができ、安定した動作で、信頼性を有する静電アクチュエータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、基板上に設けられた電極部と、前記電極部と対向させて設けられた導電性の膜体部と、前記導電性の膜体部の第１の周縁部に設けられた前記膜体部を支持する複数の第１の付勢部と、前記第１の周縁部に対向する第２の周縁部に設けられた前記膜体部を支持する複数の第２の付勢部と、を備え、かつ前記電極部に所定値の電圧を設定することによって、前記電極と前記導電性の膜体部とが、接触または離隔するように構成され、前記複数の第１の付勢部の各々の間で、及び前記第２の付勢部の各々の間では、それらの剛性は、相互に異なること、を特徴とする静電アクチュエータが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来よりも、プルイン電圧を低く、プルアウト電圧を高くすることができ、安定した動作で、信頼性を有する静電アクチュエータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る静電アクチュエータを例示するための模式図である。
【図２】本実施の形態に係る静電アクチュエータを例示するための模式斜視図である。
【図３】孔部を設けた場合の効果について例示をするための模式図である。
【図４】本実施の形態に係る静電アクチュエータの作用を例示するための模式グラフ図である。
【図５】比較例に係る静電アクチュエータを例示するための模式図である。
【図６】静電アクチュエータの駆動特性を例示するための模式グラフ図である。
【図７】他の実施形態に係る静電アクチュエータについて例示をするための模式図である。
【図８】環境温度の変化に対する安定性を例示するための模式グラフ図である。
【図９】環境温度が２００℃となった際の様子を表すための模式図である。
【図１０】付勢部の材料的な構成について例示をするための模式図である。
【図１１】本実施の形態に係る静電アクチュエータの製造方法について例示をするためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。また、図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは、互いに直交する方向を表している。  
図１は、本実施の形態に係る静電アクチュエータを例示するための模式図である。  
なお、図１（ａ）は模式平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ間の断面図である。  
図２は、本実施の形態に係る静電アクチュエータを例示するための模式斜視図である。  なお、図２（ａ）は膜体部と付勢部とを例示するための模式斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ部の模式拡大図である。  
図１、図２に示すように、静電アクチュエータ１には、電極部２、膜体部３、付勢部４が設けられている。  
図１(ｂ）に示すように、電極部２は、基板１００上に設けられている。  
電極部２は、例えば、金属などの導電性材料から形成されたものとすることができる。この場合、導電性材料の中でも抵抗値の低いものとすることが好ましい。また、いわゆる半導体プロセス（半導体装置の製造技術）における成膜やエッチングなどにおいて用いることのできるものとすることが好ましい。その様なものとしては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、またはこれらを含む合金などを例示することができる。  
また、電極部２の主面は、絶縁性材料で覆われている。この場合、絶縁性材料としては、いわゆる半導体プロセス（半導体装置の製造技術）における成膜やエッチングなどにおいて用いることのできるものとすることが好ましい。その様なものとしては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯやＳｉＯ２など）、窒化シリコン（ＳｉＮ）などを例示することができる。
【００１２】
電極部２には、図示しない直流電源が接続されており、電極部２に正電荷あるいは負電荷を与えられるようになっている。そのため、電極部２は、膜体部３を静電的に吸引することができるようになっている。  
また、電極部２には、図示しない信号発生部が接続されており、電極部２に信号電圧を印加することができるようになっている。すなわち、電極部２には、膜体部３を静電的に吸引するための駆動電圧と、信号電圧とが足し合わされた電圧が印加されることになる。  なお、電極部２が設けられる基板１００は、例えば、ガラスのような絶縁性材料から形成されたものとすることができる。また、導電性材料や、シリコン（Ｓｉ）などの半導体材料から形成されたものの表面を絶縁性材料で覆ったものなどとすることもできる。
【００１３】
膜体部３は、電極部２と対向させるようにして設けられている。  
また、膜体部３は、金属などの導電性材料から形成されている。この場合、いわゆる半導体プロセス（半導体装置の製造技術）における成膜やエッチングなどにおいて用いることのできるものとすることが好ましい。その様なものとしては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、またはこれらを含む合金などを例示することができる。
【００１４】
また、膜体部３は、電極部２に電圧が印加されていない状態において、膜体部３の主面と電極部２の主面との間に所定寸法の隙間５が形成されるように付勢部４により支持されている。  
また、膜体部３には、可撓性を有する図示しない接地部が接続されており、膜体部３がグランド電位となるようになっている。そのため、膜体部３の主面と電極部２の主面との間に形成される隙間５の寸法を変化させることで、膜体部３と電極部２との間の電気容量を変化させることができる。そして、この電気容量の変化をスイッチングなどに利用することができるようになっている。
【００１５】
矩形形状を呈する膜体部３の第１の周縁部３ａ、第２の周縁部３ｂには、付勢部４が設けられている。そのため、膜体部３は、図中のＸ方向（長軸方向）においては撓みやすく、Ｙ方向（長軸方向に略直交する方向）においては撓み難くなっている。  
また、膜体部３には孔部６が設けられている。孔部６は、矩形形状を呈し、孔部６の長軸方向と膜体部３の長軸方向とが略直交するように設けられている。また、膜体部３の第１の周縁部３ａ、第２の周縁部３ｂの近傍に設けられた孔部６の一端が、膜体部３の第１の周縁部３ａ、第２の周縁部３ｂにおいて開口している。そのため、孔部６が設けられることで膜体部３が図中のＸ方向（長軸方向）においてさらに撓みやすくなっている。
【００１６】
図３（ａ）、（ｂ）は、孔部６を設けた場合の効果について例示をするための模式図である。  
図３（ａ）、（ｂ）は、膜体部３に不均一な応力分布を擬似的に付与し、Ｚ方向の変位量（反り量）をＦＥＭ（Finite Element Method；有限要素法)シミュレーションにより求めたものである。なお、Ｚ方向の変位量をモノトーン色の濃淡で表し、Ｚ方向の変位量が大きいほど淡く、Ｚ方向の変位量が小さいほど濃くなるように表示した。  
ここで、静電アクチュエータ１は、例えば、半導体プロセス（半導体装置の製造技術）を用いて製造することができる。この場合、スパッタ法や蒸着法などを用いるものとすれば、成膜時に残留応力が発生するおそれがある。また、成膜後の熱処理工程においても薄膜（膜体部３）の結晶特性が変化して反りが発生するおそれがある。
【００１７】
図３（ａ）に示すように、膜体部３０に孔部６が設けられていない場合には、残留応力による膜体部３０のＺ方向の変位量（反り量）が大きなものとなる。  
一方、図３（ｂ）に示すように、膜体部３に孔部６が設けられている場合には、残留応力による膜体部３のＺ方向の変位量（反り量）を小さくすることができる。  
膜体部３に孔部６を設けるようにすれば、膜体部３が図中のＸ方向（長軸方向）において撓みやすくなる。そのため、残留応力による膜体部３の変形を付勢部４により矯正しやすくなるので、膜体部３のＺ方向の変位量（反り量）を小さくすることができる。
【００１８】
また、図１や図２などに例示をしたように、孔部６の長軸方向と膜体部３の長軸方向とが略直交するように孔部６を設けるようにすれば、膜体部３が図中のＸ方向（膜体部３の長軸方向）において撓みやすくなる。また、膜体部３の第１の周縁部３ａ、第２の周縁部３ｂの近傍に設けられた孔部６の一端が膜体部３の第１の周縁部３ａ、第２の周縁部３ｂにおいて開口するようにすれば、膜体部３が図中のＸ方向（膜体部３の長軸方向）においてさらに撓みやすくなる。そのため、この様な孔部６を設けるものとすれば、残留応力による膜体部３のＺ方向の変位量（反り量）をさらに小さくすることができる。
【００１９】
付勢部４の一端には接続部４ａが設けられ、接続部４ａは基板１００と接続されている。付勢部４の他端は膜体部３の第１の周縁部３ａ、第２の周縁部３ｂと接続されている。また、付勢部４は弾性材料から形成されている。そのため、付勢部４は、いわゆる弾性梁となる。  
また、付勢部４には緩衝部４ｂが設けられている。緩衝部４ｂは、熱膨張などにより発生した熱応力を低減させるために設けられている。例えば、図１、図２に例示をした付勢部４には、付勢部４の長軸方向（長手方向に相当する）と直交する方向に突出するようにして形成された緩衝部４ｂが設けられている。そして、Ｘ方向、Ｙ方向における熱膨張が発生した場合には、緩衝部４ｂが変形することで熱応力を低減させることができるようになっている。
【００２０】
付勢部４の材料としては、いわゆる半導体プロセス（半導体装置の製造技術）における成膜やエッチングなどにおいて用いることのできるものとすることが好ましい。その様なものとしては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ、ＳｉＯ２など）、チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ、Ｔｉ３Ａｌ、Ａｌ３Ｔｉなど）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属などを例示することができる。この場合、付勢部４の寿命（破断などするまでの屈曲回数）を考慮すると、クリープ変形に対する耐性が高い材料から形成されることが好ましい。本発明者らの得た知見によれば、クリープ変形に対する耐性がアルミニウム（Ａｌ）より高い材料から形成されるようにすることが好ましく、例えば、前述したものの中では窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ、ＳｉＯ２など）、チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ、Ｔｉ３Ａｌ、Ａｌ３Ｔｉなど）とすることが好ましい。
【００２１】
また、膜体部３の第１の周縁部３ａに設けられた膜体部３を支持する複数の第１の付勢部（例えば、図１においてＹ方向の上側に設けられた付勢部４）と、第１の周縁部３ａに対向する第２の周縁部３ｂに設けられた膜体部３を支持する複数の第２の付勢部（例えば、図１においてＹ方向の下側に設けられた付勢部４）と、が設けられている。そして、第１の付勢部同士の剛性は相互に異なり、第２の付勢部同士の剛性は相互に異なるものとなっている。すなわち、剛性の異なる複数の付勢部４が膜体部３の対向する第１の周縁部３ａ、第２の周縁部３ｂに設けられている。
【００２２】
また、付勢部４の剛性は、膜体部３の第１の周縁部３ａ、第２の周縁部３ｂに沿って段階的に、または徐々に変化するようになっている。そして、第１の付勢部の剛性は、第１の周縁部３ａの端部側に設けられたものよりも第１の周縁部３ａの中央部側に設けられたもののほうが高くされている。また、第２の付勢部の剛性は、第２の周縁部３ｂの端部側に設けられたものよりも第２の周縁部３ｂの中央部側に設けられたもののほうが高くされている。
【００２３】
また、第１の付勢部と、第２の付勢部と、は互いに対向する位置に設けられている。そして、互いに対向する位置にある第１の付勢部の剛性と、第２の付勢部の剛性と、は略同一となるようになっている。すなわち、付勢部４は、膜体部３の対向する第１の周縁部３ａ、第２の周縁部３ｂにおいて互いに対向する位置に設けられている。そして、互いに対向する位置にある付勢部４同士の剛性が略同一となるようになっている。
【００２４】
付勢部４の剛性は、付勢部４の寸法を変えることで変化させるようにすることができる。例えば、剛性は、付勢部４の長さ寸法（Ｙ方向の寸法）の三乗に反比例し、付勢部４の幅寸法（Ｘ方向寸法）に比例する。また、付勢部４の厚み寸法（Ｚ方向寸法）の三乗に比例する。そのため、付勢部４の長さ寸法が短く、幅寸法が長くなるほど付勢部４の剛性は高くなる。また、付勢部４の厚み寸法が厚くなるほど付勢部４の剛性は高くなる。
【００２５】
図１、図２において例示をしたものの場合には、幅寸法（Ｘ方向寸法）と厚み寸法（Ｚ方向寸法）においては略同等とし、付勢部４の長さ寸法を変えることで剛性を変化させるようにしている。そして、Ｘ方向において、膜体部３の中央部に設けられた付勢部４の長さ寸法を最も短くし、膜体部３の端部に近づくにつれて付勢部４の長さ寸法が長くなるようにすることで、付勢部４の剛性が段階的に、または徐々に低くなるようにしている。すなわち、膜体部３の両端部近傍に設けられた付勢部４の剛性が最も低く、膜体部３の中央部近傍に設けられた付勢部４の剛性が最も高くなるようにしている。また、Ｙ方向において、互いに対向するようにして設けられた付勢部４同士の剛性が略同一となるようにしている。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る静電アクチュエータ１の作用について例示をする。    
図４は、本実施の形態に係る静電アクチュエータの作用を例示するための模式グラフ図である。  
なお、図４は、静電アクチュエータの駆動特性をＦＥＭ（Finite Element Method；有限要素法)シミュレーションにより求めたものである。また、縦軸は膜体部中心におけるＺ方向の変位量、横軸は駆動電圧を表している。この場合、静電的な吸引は駆動電圧の他に信号電圧によっても発生するが、本シミュレーションにおいては駆動特性にとって最も厳しい条件とした。すなわち、プルイン時（吸引時）には信号電圧を０Ｖ（ボルト）とし、プルアウト時（離隔時）には４Ｖ（ボルト）の信号電圧が印加されるものとして計算を行った。また、図中のＣ点は吸引開始位置、Ｄ点は吸引停止位置である。
【００２７】
図４に示すように、膜体部３を電極部２に静電的に吸引させる場合には、図示しない直流電源により電極部２に駆動電圧が印加される。電極部２に駆動電圧が印加されると電極部２には正電荷あるいは負電荷が与えられるので膜体部３が電極部２に静電的に吸引される。そして、Ｃ点から矢印（１）のように駆動電圧が上昇すると静電的な吸引力が大きくなるので、矢印（２）部分におけるプルイン電圧において膜体部３が電極部２に静電的に吸着される。なお、矢印（３）のようにＤ点に到達するまでは駆動電圧が上げられる。
【００２８】
膜体部３が電極部２に静電的に吸引される際には、まず、Ｘ方向において膜体部３の両端部に設けられた剛性の低い付勢部４が撓み、この部分における隙間５の寸法が小さくなる。ここで、静電的な吸引力は膜体部３の主面と電極部２の主面との間に形成される隙間５の寸法の二乗に反比例する。そのため、隙間５の寸法が小さくなれば、大きな吸引力が発生するので、膜体部３が容易に吸引されることになる。そして、この部分に牽引されることで膜体部３が湾曲するようにして撓み、隙間５の寸法が小さくなる部分、すなわち大きな吸引力が発生する部分が漸次Ｘ方向に拡大して行くことになる。そのため、膜体部３の中央部に近づくにつれて付勢部４の剛性が高くなるようになっていても膜体部３を容易に吸引させることができる。また、膜体部３を電極部２に静電的に吸着させるのに必要なプルイン電圧（図４中の矢印（２）部分における電圧）を低くすることができる。
【００２９】
また、膜体部３は長方形形状を有している。そのため、膜体部３は、図中のＸ方向（長軸方向）において撓みやすくなっている。また、膜体部３が図中のＸ方向（長軸方向）において撓みやすくなるように孔部６が設けられている。  
そのため、膜体部３を電極部２に静電的に吸着させるのに必要なプルイン電圧（図４中の矢印（２）部分における電圧）をさらに低くすることができる。  
また、膜体部３が図中のＹ方向（長軸方向に略直交する方向）において撓み難くなっている。そのため、不必要な変形を抑えることができるので、動作の安定化を図ることができる。
【００３０】
ここで、膜体部３には、可撓性を有する図示しない接地部が接続されており、膜体部３がグランド電位となるようになっている。そのため、膜体部３の主面と電極部２の主面との間に形成される隙間５の寸法が変化することで、膜体部３と電極部２との間の電気容量が変化する。そして、この電気容量の変化がスイッチングなどに利用される。
【００３１】
Ｄ点においては、図示しない信号発生部より電極部２に４Ｖ（ボルト）の信号電圧が印加されている。この様に、電極部２に信号電圧が印加された場合には、駆動電圧と信号電圧とが足し合わされた電圧により静電的な吸引が行われることになる。
【００３２】
膜体部３を電極部２から離隔させる場合には、図示しない直流電源により電極部２への駆動電圧の印加が停止される。電極部２への駆動電圧の印加が停止されると電極部２への正電荷あるいは負電荷の供給が停止されるので静電的な吸引が解かれる。そして、Ｄ点から矢印（４）のように駆動電圧が下降すると静電的な吸引力が小さくなるので、矢印（５）部分におけるプルアウト電圧において膜体部３が電極部２から離隔する。
【００３３】
静電的な吸引が解かれた際には、まず、Ｘ方向において膜体部３の中央部に設けられた剛性の高い付勢部４の弾性力により膜体部３の中央部が電極部２から離隔される。膜体部３が電極部２から離隔された部分においては、隙間５の寸法が大きくなるので静電的な吸引力が小さくなり、膜体部３が容易に離隔できるようになる。そして、この部分に牽引されることで膜体部３が湾曲するようにして撓み、隙間５の寸法が大きくなる部分、すなわち静電的な吸引力が小さくなる部分が漸次Ｘ方向に拡大して行くことになる。そのため、膜体部３の両端部に近づくにつれて付勢部４の剛性が低くなるようになっていても膜体部３を容易に離隔させることができる。
【００３４】
ここで、電極部２には信号電圧が印加されているので信号電圧による静電的な吸引力が発生している。また、駆動電圧の印加を停止しても残留電荷が残る場合もある。  
本実施の形態においては、Ｘ方向における膜体部３の中央部に剛性の高い付勢部４を設け、中央部に設けられた付勢部４による離隔を起点として離隔される位置が漸次Ｘ方向に拡大するようにすることができる。そのため、膜体部３を電極部２から離隔させる際のプルアウト電圧（図４中の矢印（５）部分における電圧）を高くすることができる。
【００３５】
また、膜体部３は長方形形状を有している。そのため、膜体部３は、図中のＸ方向（長軸方向）において撓みやすくなっている。また、膜体部３が図中のＸ方向（長軸方向）において撓みやすくなるように孔部６が設けられている。  
そのため、膜体部３を電極部２から離隔させる際のプルアウト電圧（図４中の矢印（５）部分における電圧）をさらに高くすることができる。  
また、膜体部３が図中のＹ方向（長軸方向に略直交する方向）において撓み難くなっている。そのため、不必要な変形を抑えることができるので、動作の安定化を図ることができる。
【００３６】
図５は、比較例に係る静電アクチュエータを例示するための模式図である。  
図６は、静電アクチュエータの駆動特性を例示するための模式グラフ図である。  
図５に例示をした静電アクチュエータ５０ａ〜５０ｅは、各静電アクチュエータにおける付勢部の剛性が略同一の場合である。この場合、図５（ａ）に例示をした静電アクチュエータ５０ａに設けられている付勢部の剛性が最も低く、図５（ｂ）に例示をした静電アクチュエータ５０ｂ、図５（ｃ）に例示をした静電アクチュエータ５０ｃ、図５（ｄ）に例示をした静電アクチュエータ５０ｄ、図５（ｅ）に例示をした静電アクチュエータ５０ｅの順に付勢部の剛性が高くなるようにしている。  
また、図６は、静電アクチュエータの駆動特性をＦＥＭ（Finite Element Method；有限要素法)シミュレーションにより求めたものである。また、縦軸は膜体部中心におけるＺ方向の変位量、横軸は駆動電圧を表している。この場合、静電的な吸引は駆動電圧の他に信号電圧によっても発生するが、本シミュレーションにおいては駆動特性にとって最も厳しい条件とした。すなわち、プルイン時（吸引時）には信号電圧を０Ｖ（ボルト）とし、プルアウト時（離隔時）には４Ｖ（ボルト）の信号電圧が印加されるものとして計算を行った。
【００３７】
図６から分かるように、静電アクチュエータ５０ａのように付勢部の剛性を低くすれば、プルイン電圧を低くすることができる。しかしながら、４Ｖ（ボルト）の信号電圧が印加された状態において、付勢部の剛性を均等に低くすれば静電アクチュエータ５０ａ、５０ｂ、５０ｃのように膜体部３が電極部２から離隔できないという問題が発生する。  
この場合、静電アクチュエータ５０ｄ、５０ｅのように付勢部の剛性を高くすれば、４Ｖ（ボルト）の信号電圧が印加された状態においても膜体部３を電極部２から離隔させることができる。しかしながら、付勢部の剛性を高くすれば、プルイン電圧が高くなることになる。
【００３８】
これに対し、本実施の形態における静電アクチュエータ１によれば、プルイン電圧を低くすることができるとともに、プルアウト電圧を高くすることができる。そのため、静電アクチュエータ１の動作を大幅に安定させることができる。また、消費電力の低減を図ることができるとともに、電極部の大きさを小さくすることができるようになるので静電アクチュエータ１の小型化を図ることもできる。
【００３９】
次に、他の実施形態に係る静電アクチュエータについて例示をする。    
図７は、他の実施形態に係る静電アクチュエータについて例示をするための模式図である。  
図７（ａ）、図７（ｂ）に例示をする静電アクチュエータ１ａ、１ｂのように、付勢部４の剛性が、膜体部３の一方の端部から他方の端部に向けて段階的に、または徐々に変化するようにすることもできる。  
また、図７（ｃ）に例示をする静電アクチュエータ１ｃのように、膜体部３の中央部に設けられた付勢部４の剛性を最も低くし、膜体部３の端部に近づくにつれて付勢部４の剛性が段階的に、または徐々に高くなるようにすることもできる。
【００４０】
図７（ａ）〜（ｃ）に例示する静電アクチュエータ１ａ〜１ｃの場合にも、プルイン電圧を低くすることができるとともに、プルアウト電圧を高くすることができる。そのため、静電アクチュエータ１ａ〜１ｃの動作を大幅に安定させることができる。また、消費電力の低減を図ることができるとともに、電極部の大きさを小さくすることができるようになるので静電アクチュエータ１ａ〜１ｃの小型化を図ることもできる。
【００４１】
次に、図１、図７において例示をした静電アクチュエータに関して本発明者らが得た知見についてさらに例示をする。  
図８は、環境温度の変化に対する安定性を例示するための模式グラフ図である。  
図８は、環境温度の変化に対する膜体部中心におけるＺ方向の変位量をＦＥＭ（Finite Element Method；有限要素法)シミュレーションにより求めたものである。なお、縦軸は膜体部中心におけるＺ方向の変位量、横軸は環境温度を表している。また、初期温度を２０℃とし、環境温度を２００℃まで上昇させるようにした。  
また、図９は、環境温度が２００℃となった際の様子を表すための模式図である。  
なお、Ｚ方向の変位量をモノトーン色の濃淡で表し、Ｚ方向の変位量が大きいほど淡く、Ｚ方向の変位量が小さいほど濃くなるように表示した。
【００４２】
図８、図９から分かるように、図７（ｃ）において例示をした静電アクチュエータ１ｃの場合には、環境温度が１３０℃を超えると膜体部３の変位量が大きくなる。これに対し、図１において例示をした静電アクチュエータ１の場合には、環境温度が２００℃となっても膜体部３の変位量が大きくなることがない。
【００４３】
環境温度が高くなるにつれて熱膨張により膜体部３がＸ方向、Ｙ方向に伸びていく。この場合、Ｙ方向においては膜体部３の寸法が短いので、膜体部３がＹ方向に伸びたとしても緩衝部４ｂにより吸収することができる。  
一方、Ｘ方向においては膜体部３の寸法が長いので熱膨張による伸び量が大きなものとなる。  
この場合、静電アクチュエータ１ｃには、剛性の高い付勢部４が膜体部３の両端部近傍に設けられている。そのため、膜体部３の熱膨張が妨げられて膜体部３がＺ方向に変形しやすくなる。  
これに対し、静電アクチュエータ１には、剛性の高い付勢部４が膜体部３の中央部近傍に設けられている。そのため、膜体部３の熱膨張が妨げられることが少なく膜体部３がＺ方向に変形し難くなる。  
その結果、図８、図９に示したように、静電アクチュエータ１の方が温度変化の影響を受けにくくなる。
【００４４】
環境温度が高温となることは、静電アクチュエータの使用環境において生じるのみならず、静電アクチュエータの製造工程においても生じ得る。例えば、半導体プロセス（半導体装置の製造技術）を用いて静電アクチュエータを製造する場合には、成膜後に高温の熱処理が必要となる場合がある。  
そのため、環境温度の変化に対する安定性を考慮すると、図１において例示をした静電アクチュエータ１の様な付勢部４の配置とすることが好ましい。すなわち、膜体部３の中央部近傍に設けられた付勢部４の剛性が最も高くなるようにし、膜体部３の端部に近づくにつれて付勢部４の剛性が段階的に、または徐々に低くなるようにすることが好ましい。
【００４５】
図１０は、付勢部の材料的な構成について例示をするための模式図である。  
図１において例示をした静電アクチュエータ１の場合には、付勢部４と膜体部３とが異なる材料から形成されたものとすることができる。例えば、付勢部４は、クリープ変形に対する耐性がアルミニウム（Ａｌ）より高い材料（例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ、ＳｉＯ２など）、チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ、Ｔｉ３Ａｌ、Ａｌ３Ｔｉなど）など）から形成されたものとすることができる。また、膜体部３は、金属などの導電性材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、またはこれらを含む合金など）から形成されたものとすることができる。
【００４６】
これに対し、図１０（ａ）は、付勢部と膜体部とが同じ材料から形成される場合を例示したものである。例えば、付勢部と膜体部とがアルミニウム（Ａｌ）から形成される場合を例示することができる。この様にすれば、付勢部と膜体部とを一体的に形成することができるので製造プロセスの工程数を削減することができる。また、付勢部が導電性材料から形成されるものとすれば、付勢部を膜体部がグランド電位となるようにするための接地部とすることができる。そのため、図示しない接地部を別途設ける必要がないので、占有面積を小さくすることができる。
【００４７】
図１０（ｂ）は、Ｘ方向における両端部近傍に設けられた付勢部１４ａが膜体部３と同じ材料から形成され、他の付勢部１４ｂがクリープ変形に対する耐性がアルミニウム（Ａｌ）より高い材料から形成される場合を例示したものである。  
ここで、膜体部３の材料となるアルミニウム（Ａｌ）などの導電性材料は、一般的にクリープ変形をおこしやすい。そのため、付勢部を膜体部３と同じ材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）など）から形成するようにすると寿命が短くなるおそれがある。
【００４８】
そのため、図１０（ｂ）に例示をしたものの場合には、剛性が最も低い付勢部１４ａを膜体部３と同じ材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）など）から形成し、他の付勢部１４ｂをクリープ変形に対する耐性がアルミニウム（Ａｌ）より高い材料から形成するようにしている。  
付勢部の剛性が低ければクリープ変形を起こしにくいので、付勢部１４ａを膜体部３と同じ材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）など）から形成するようにしても寿命が短くなることを抑制することができる。また、付勢部１４ａを接地部とすることができるので、図示しない接地部を別途設ける必要がない。そのため、占有面積を小さくすることができる。
【００４９】
なお、図１０においては、図１において例示をした静電アクチュエータ１と同じ付勢部の配置としたがこれに限定されるわけではない。  
例えば、図７において例示をした静電アクチュエータ１ａ、１ｂ、１ｃの場合にも適用することができる。すなわち、静電アクチュエータ１ａ、１ｂ、１ｃの場合にも付勢部と膜体部とが同じ材料から形成されるものとすることができる。また、静電アクチュエータ１ａ、１ｂ、１ｃの場合にも剛性が最も低い付勢部を膜体部３と同じ材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）など）から形成し、他の付勢部をクリープ変形に対する耐性がアルミニウム（Ａｌ）より高い材料から形成するようにすることができる。
【００５０】
次に、本実施の形態に係る静電アクチュエータの製造方法について例示をする。  
図１１は、本実施の形態に係る静電アクチュエータの製造方法について例示をするためのフローチャートである。    
本実施の形態に係る静電アクチュエータは、例えば、いわゆる半導体プロセス（半導体装置の製造技術）により製造することができる。  
すなわち、まず、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、絶縁性材料から形成された基板１００上に金属などの導電性材料の膜を成膜する。そして、この膜をリソグラフィ技術を用いて所望の形状に加工することで、電極部２を形成する（ステップＳ１）。
【００５１】
次に、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、電極部２を覆うように図示しない絶縁層を形成する（ステップＳ２）。  次に、図示しない絶縁層の表面に所望の形状を有するレジスト膜を形成する（ステップＳ３）。後述するように、このレジスト膜は犠牲層（最終的には除去される層）となる。
【００５２】
次に、レジスト膜を覆うようにＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、膜体部３となる膜を成膜する（ステップＳ４）。
なお、図１０（ａ）などに例示をした静電アクチュエータのように、付勢部と膜体部とが同じ材料から形成される場合には付勢部となる部分をも成膜する。  
次に、リソグラフィ技術を用いて、膜体部３と孔部６とを形成する（ステップＳ５）。
なお、付勢部４と膜体部３とが同じ材料から形成される場合には付勢部をも形成する。
【００５３】
次に、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて、付勢部４となる膜を成膜する（ステップＳ６）。  
次に、リソグラフィ技術を用いて、付勢部４を形成する（ステップＳ７）。  
なお、必要に応じて、膜体部３がグランド電位となるようにするための図示しない接地部をさらに形成するようにすることができる。
【００５４】
次に、レジスト膜をアッシング技術を用いて除去する（ステップＳ８）。  
レジスト膜の除去後には、膜体部３の主面と電極部２の主面との間に所定寸法の隙間５が形成されることになる。  
なお、膜体部３には孔部６が形成されているので、孔部６を介してレジスト膜を容易に除去することができる。
【００５５】
以上、本実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。  
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。  
例えば、静電アクチュエータ１、１ａ〜１ｃなどが備える各要素の形状、寸法、材料、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  また、図１などに例示をした静電アクチュエータは、膜体部３と電極部２との間の電気容量の変化をスイッチングなどに利用するものであるがこれに限定されるわけではない。例えば、離隔した複数の信号用電極部を備え、膜体部３の接触と離隔とによってスイッチングなどを行うようなものであってもよい。  
また、信号用電極部を備えず、膜体部３の動作を利用するものであってもよい。例えば、マイクロ光スイッチの切り替え動作、インクジェットヘッドのような液滴吐出ヘッドの液滴吐出動作、走査型プローブ顕微鏡のプローブの動作、その他各種マイクロマシンの動作などに利用するものであってもよい。  
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５６】
１  静電アクチュエータ、１ａ〜１ｃ  静電アクチュエータ、２  電極部、３  膜体部、３ａ  第１の周縁部、３ｂ  第２の周縁部、４  付勢部、４ａ  接続部、４ｂ  緩衝部、５  隙間、６  孔部、１００  基板
【図１】
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【図２】
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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１０】
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【図１１】
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【図３】
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【図９】
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