(57)【要約】【課題】梁で懸架された回転子を利用して、スティクションを有効に回避するスイッチを構成する。【解決手段】スイッチ接触面に介在するメニスカスをせん断方向に変形させることでメニスカスの架橋を切り離し、スティクション状態から復帰する。変形には、トルクの強い静電駆動型ウォブル機構、またはウォブル機構により巻き上げられたばねの復元力を利用する。【選択図】図４
2008186771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁により弾性的に懸架された回転子と、
前記回転子の周縁部に沿って配置された固定子電極を備え、前記回転子の周縁部が、前記固定子電極の周縁部と接触しながら転動し、両周縁の長さが異なることで回転子の公転と自転が発生するように、前記固定子電極との間の電位差に起因する静電力により、前記回転子を駆動する固定子と、
前記回転子の転動により、前記回転子と接触及び非接触の状態を形成し、前記回転子の信号を伝達し得るように配設された対向電極と、前記回転子の対向部とで構成されたスイッチ部とを具備したスイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチであって、
前記回転子は、基板上に固定端を有する梁と、前記梁の他端に、配設されたリング状体とで構成されたスイッチ。
【請求項３】
請求項２に記載のスイッチであって、
前記回転子は、前記基板上に固定端を有し、前記固定端を中心にして回転対称となるように配置された３本の梁の他端に、それぞれ固定されたリング状体を具備したスイッチ。
【請求項４】
請求項３に記載のスイッチであって、
前記固定子は、前記回転子と相対向して配置され、周方向に沿って複数に分割されたリング状をなす固定子電極を具備したスイッチ。
【請求項５】
請求項４に記載のスイッチであって、
前記対向電極は、前記固定子電極のひとつと所定の間隔を隔てて、外方に配置されているスイッチ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のスイッチであって、
前記回転子は、薄板または薄膜を形状加工して形成されるスイッチ。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれかに記載のスイッチであって、
前記回転子は可動電極を具備し、前記可動電極と前記対向電極との対向面積を前記回転子の自転により変化させることで、電気的スイッチ機能を発現するスイッチ。
【請求項８】
請求項７に記載のスイッチであって、
前記可動電極を懸架する梁のたわみ、または可動電極構造のたわみで前記可動電極と前記対向電極との距離を変化させることで、可動電極と対向電極間で電気的スイッチ機能を発現するスイッチ。
【請求項９】
請求項１に記載のスイッチであって、
前記対向電極は、前記回転子と相対向して前記基板上に固定されてリング状をなし、
前記固定子電極は、前記対向電極の外周に沿ってこの対向電極と所定の間隔を隔てて、複数に分割されたリング状体で構成されたスイッチ。
【請求項１０】
請求項１に記載のスイッチであって、
前記回転子は、前記回転子の一部にとりつけられ外方に伸張する可動電極を具備し、
前記可動電極は前記対向電極と相対向するように配置されたスイッチ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のスイッチであって、
前記対向電極は、前記固定子電極間領域上に位置する可動電極との間で信号が伝達されるように配置されたスイッチ。
【請求項１２】
請求項１に記載のスイッチであって、
回転子を懸架する梁に蓄積されたバネエネルギの解放により発生する回転子の自転トルクにより、前記回転子に取り付けられた可動電極と対向電極との対向面積を変化させ、前記可動電極と対向電極間の電気的スイッチ機能を発現するスイッチ。
【請求項１３】
請求項１に記載のスイッチであって、
回転子の周縁部が固定子の周縁部に複数個所で同時に接触可能な固定子構造を有するスイッチ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のスイッチであって、
前記固定子が、前記回転子の周囲に複数配設され、
前記固定子のそれぞれが、同一平面上に複数個の固定子電極を具備し、
前記固定子に対して前記回転子が接触および転動する面は、隣接する前記固定子電極間領域の近傍であるスイッチ。
【請求項１５】
請求項１に記載のスイッチであって、
前記可動電極と前記対向電極とが静電容量をもつ、容量結合型スイッチを構成したスイッチ。
【請求項１６】
請求項１に記載のスイッチであって、
前記可動電極と前記固定子電極とが接触によりオーミック結合を行う、抵抗結合型スイッチを構成したスイッチ。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれかに記載のスイッチを用いた高周波スイッチ。
【請求項１８】
請求項１７記載の高周波スイッチを搭載した無線端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチ及びこれを用いた無線端末に係り、メカニカルスイッチ、特に高周波用スイッチであって、高密度に集積化された電気回路内において、高性能のスイッチ回路を実現するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチについて図８および図９を参照して説明する。図８はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて基板１０１上に作製された一般的なスイッチ構造を示す図である。シリコンまたは金属等からなる一端を基板１０１上に固定された片持ち梁は、基板１０１上の駆動電極１０２からの静電力を受けてたわみ、上部電極１０４と下部電極１０３とを閉じる。この接触面は抵抗結合を行う。１０５は基板表面を覆う絶縁膜である。また図９は容量結合型のスイッチであり、梁自身で構成された上部電極１０４と駆動用を兼ねた下部電極（駆動用電極）１０３Ｓ間のＤＣ電圧印加により、両者が絶縁層１０６を介して接触する。スイッチ開閉時の容量変化を適切に設けることにより、高周波用のスイッチとして利用可能な構造である。なお、スイッチの構造は片持ち梁以外に、両持ち梁やメンブレン構造でもよい。
【０００３】
これらＭＥＭＳスイッチでは、スティクションと呼ばれる現象が課題とされる。この現象は、図８、及び図９のスイッチ構造でスイッチが閉じたときの接触面に結合力が生じ、静電力を切り離しても梁のばね性の復元力ではスイッチを開くことが不可能になる現象である。この接触面に働く結合力としてファンデルワールス力や水分子の付着力などが考えられているが、水分子によるメニスカスのキャピラリフォースは支配的である。
【０００４】
キャピラリフォースに打ち勝つために梁のばね力を強める方法があるが、ばね力を強めると、静電力でスイッチを閉じる際に必要な電圧が高くなる。一般的に数十〜数百ボルトの高電圧発生源が必要となるスイッチを携帯無線端末に搭載される高周波スイッチとして適用するには、この高電圧発生源が携帯端末の小型化を妨げることになる。
【０００５】
このスティクション回避法として、図１０のようなシーソー型も考えられている。梁で構成された上部電極１０４Ｓの長さ中心部は支持柱１０７によって基板１０１上に弾性支持されており、この中心部を支点に梁の一方を基板方向に静電力で引き寄せた際にスティクションを生じても、支点と反対側の梁を基板１０１側に引き寄せることでスティクションを強制的に解除する方法である。ただし、この構造でも、支点を中心にはねあがった梁を静電力で基板側に引き込むには高い電圧を必要とする課題がある。
【０００６】
特に、スティクションを回避する目的ではないが、非特許文献１に記載のスイッチの一部は、スティクションを回避するのに適した構造となっている。図１１（ａ）は非特許文献１のスイッチの構成を基板上面から見た図、図１１（ｂ）は側面の断面図である。ディスク状の回転子２００を具備しており、その中心穴がポールとともにすべり軸受けを構成している。すべり軸受けはスラスト方向にもディスクの移動を制限しており、これによりディスクは傾き、ディスクの周縁は基板１０１上に接触する。基板１０１上に設けられたＤＣ１〜ＤＣ８のラインは、静電力でディスク２００を基板１０１方向に引き寄せる。ディスク２００は傾く方向に従って基板１０１上のＲＦ１〜ＲＦ８のいずれかにオーミック接触し、スイッチ機能を発現する。すなわちＲＦ０ラインを入力とし中心軸およびすべり軸受けを介して、ＲＦ１〜ＲＦ８を出力としたＳＰ８Ｔスイッチを構成している。
剛体ディスクが傾きながら、かつその外周が基板と接触しながら転動するので、ディスクとＲＦラインの１つがスティクションを起こしても、当該ＲＦライン近傍のＤＣラインで若干量のディスク公転を起こすことでスティクションを回避することが可能である。なぜなら当該ＲＦライン近傍のＤＣラインはディスクと極めて近接しており、低い電圧でも十分に公転を引き起こすことができるからである。
【０００７】
しかし、このスイッチの構造の基本はディスクを回転子としたウォブルモータであるが、安定したウォブル運動が得られない課題を有している。これは基板上に描かれる傾斜ディスクの転がり軌跡の直径と、ディスクの直径との差で決定される自転／公転比の他に、ディスク中心部のすべり回転軸受部のクリアランスによって決定される自転／公転比が存在し、ディスクのウォブル運動がどちらの自転／公転比に支配されて動作するかが不確定となるためである。
【０００８】
また、図１１の構造では、安定したスイッチの電気的特性が得られにくいという課題を有している。これはすべり軸受け部の摩擦・磨耗、および磨耗粉によりすべり軸受け部の電気的抵抗が劣化しやすいためである。
【０００９】
さらにまた、本出願人は、マイクロアクチュエータ原理を使用したウォブルアクチュエータを提案している（特許文献１）。図１２（ａ）は特許文献１に示されたウォブルアクチュエータの上面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。リング型の回転子２０１は複数の梁２０３で回転子中心部のポスト２０７より懸架された構造となっている。従って非特許文献１のスイッチ構造と比較して、回転子２０１への電気伝導性の安定性が高いものとなっている。なお、この構造では、固定子電極２０６の一部に駆動用電圧を印加し、固定子電極方向へ回転子を静電力で引き付けて接触させ、順次固定電極への電圧印加箇所を切り替えることで、回転子を固定子上で転動させる。
【００１０】
【非特許文献１】S. Pranonsatit, G. Hong, A.S. Holmes and S. Lucyszyn, “ROTARY RFMEMS SWITCH BASED ON THE WOBBLE MOTOR PRINCIPLE”, Proc. IEEE MEMS 2006, pp.886-889, January 2006
【特許文献１】特許第３１３２１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、特許文献１のマイクロアクチュエータ構造においては、回転子へ電気伝導性の安定性が向上する。
しかしながら、このマイクロアクチュエータをスイッチとして用いる場合には、依然としてスティクションを回避することができないという問題があった。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、梁で懸架された回転子を利用して、スティクションを有効に回避するスイッチを構成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本発明者は種々の実験を重ねた結果、２つの平面間に発生するメニスカスのキャピラリフォースが、２平面を遠ざける方向には強く作用するが、２平面間の間隔を一定に保ちながらスライドする方向へは強く作用しないことに着目し、梁で懸架された回転子のウォブル機構を利用してスティクション状態から復帰可能なスイッチ構造を提供するものである。
【００１３】
本発明のスイッチは、梁により弾性的に懸架された回転子と、前記回転子の周縁部に沿って配置された固定子電極を備え、前記回転子の周縁部が、前記固定子電極の周縁部と接触しながら転動し、両周縁の長さが異なることで回転子の公転と自転が発生するように、前記固定子電極との間の電位差に起因する静電力により、前記回転子を駆動する固定子と、前記回転子の転動により、前記回転子と接触及び非接触の状態を形成し、前記回転子の信号を伝達し得るように配設された対向電極と、前記回転子の対向部とで構成されたスイッチ部とを具備したことを特徴とする。
この構成によれば、回転子に摺動部を有しないため、回転が円滑であり、摺動部が磨耗したり、磨耗粉の介在でポストから回転子への電気伝導性が悪くなり、回転子を静電力で回転させることができなくなったり、スイッチＯＮ時の信号伝達特性が低下するようなこともない。このため、ポストから回転子への良好な電気伝導性を保つことができ、ウォブルモータを駆動する静電力も劣化せず、かつスイッチＯＮ時の信号伝達特性の劣化も回避することができる。従って、電気的特性に優れ、かつ回転子のウォブル運動によりスティクションを回避することが可能なスイッチを提供することが可能となる。
【００１４】
また本発明は、前記回転子は、基板上に固定端を有する梁と、前記梁の他端に、配設されたリング状体とで構成されたものを含む。
この構成によれば、オンオフが確実となり、スイッチング特性の高速化が可能となる。
【００１５】
また本発明は、上記スイッチにおいて、前記回転子は、前記基板上に固定端を有し、前記固定端を中心にして回転対称となるように配置された３本の梁の他端に、それぞれ固定されたリング状体を具備したものを含む。
【００１６】
また本発明は、上記スイッチにおいて、前記固定子は、前記回転子と相対向して配置され、周方向に沿って複数に分割されたリング状をなす固定子電極を具備したものを含む。
【００１７】
また本発明は、上記スイッチにおいて、前記対向電極は、前記固定子電極のひとつと所定の間隔を隔てて、外方に配置されているものを含む。
【００１８】
また本発明は、上記スイッチにおいて、前記回転子は、薄板または薄膜を形状加工して形成されたものを含む。
この構成によれば、ＭＥＭＳ技術を使って容易に高精度の形状加工を行うことができ、信頼性の高いスイッチを提供することが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、前記回転子が可動電極を具備し、前記可動電極と前記対向電極との対向面積を前記回転子の自転により変化させることで、電気的スイッチ機能を発現するものを含む。
すなわち、本発明のスイッチは、可動電極構造と対向電極構造との対向面積をウォブル機構の自転により変化させることで、可動電極構造と対向電極構造間の電気的スイッチ機能を発現する。この構成により、ウォブル機構の強い自転トルクによって電極構造間のスティクションから復帰することができるスイッチを提供できる。
【００２０】
また本発明は、上記スイッチにおいて、前記可動電極を懸架する梁のたわみ、または可動電極構造のたわみで可動電極と前記対向電極との距離を変化させることで、可動電極と対向電極間で電気的スイッチ機能を発現する。
【００２１】
また本発明は、上記スイッチにおいて、前記対向電極が、前記回転子と相対向して前記基板上に固定され、リング状をなし、前記固定子電極は、前記対向電極の外周に沿ってこの対向電極と所定の間隔を隔てて複数に分割されたリング状体で構成されたものを含む。
この構成によれば、回転子と対向電極の間でスティクションが発生しても、スティクションの発生位置が回転子の中心に近いので、ウォブルモータの駆動トルクに対して、メニスカスによる反力としてのトルクは小さい。従って低電圧供給回路でウォブルモータを駆動してもスティクション状態から復帰できる。すなわち、スイッチ素子の小型化を妨げる高圧電源回路が不要である。また、固定子電極が、対向電極の外周に沿ってこの対向電極と所定の間隔を隔てて複数に分割されたリング状体で構成されているため、可動電極（回転子）と対向電極との距離や角度によってもアナログスイッチを構成することも可能である。
【００２２】
また本発明は、上記スイッチにおいて、前記回転子は、前記回転子の一部にとりつけられ外方に伸張する可動電極を具備し、前記可動電極は前記対向電極と相対向するように配置されたものを含む。
この構成によれば、可動電極と対向電極との間の距離を変化させるだけではなく、対向面積（オーバーラップ面積）も変化させることができる。高周波信号は電極間距離が離れていても、対向していると、電界が結合し、スイッチＯＦＦのときでも信号が漏れてしまうが両電極間の対向面積をゼロにすることで、この信号漏れを低減させることができる。
【００２３】
また本発明は、上記スイッチにおいて、前記対向電極は、前記固定子電極間領域上に位置する可動電極との間で信号が伝達されるように配置されたものを含む。
この構成によれば、信号伝達時すなわち、導通時に、対向電極は、固体子電極と対向することなく、固定子電極のない領域すなわち固定子電極間領域に位置しているため、固定子電極の電界を効率よく回転子に印加し、スイッチングを高速化することができる。
【００２４】
また本発明は、上記スイッチにおいて、回転子を懸架する梁に蓄積されたバネエネルギの解放により発生する回転子の自転トルクにより、前記回転子に取り付けられた可動電極と対向電極との対向面積を変化させ、可動電極と対向電極間の電気的スイッチ機能を発現するものを含む。
【００２５】
また本発明は、上記スイッチにおいて、回転子の周縁部が固定子の周縁部に複数個所で同時に接触可能な固定子構造を有するものを含む。
この構成により、ウォブル機構の運動を停止させた状態、特に回転子を懸架する梁にばねエネルギを蓄えた状態で停止させた状態において、回転子の保持をより強固にすることができる。
【００２６】
また本発明は、上記スイッチにおいて、前記固定子が、前記回転子の周囲に複数配設され、前記固定子のそれぞれが、同一平面上に複数個の固定子電極を具備し、前記固定子に対して前記回転子が接触および転動する面は、隣接する固定子電極間領域の近傍であるものを含む。
この構成により、回転子と固定子電極間の静電力は、回転子にトルクおよび固定子への接触力を安定して供給することができるため、回転子と固定子間のすべりや脱調の少ないウォブル機構の回転動作と、スイッチ動作を提供することができる。
【００２７】
また、本発明のスイッチは、可動電極構造と対向電極構造が静電容量を形成する、容量結合型スイッチを含む。
また、本発明のスイッチは、可動電極構造と対向電極構造の接触によりオーミック結合を行う、抵抗結合型スイッチを含む。
また、本発明のスイッチは、高周波スイッチを含む。
また、本発明のスイッチは、高周波スイッチを搭載した無線端末を含む。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のスイッチの構成によれば、スティクションの回避が可能で高信頼性を有するスイッチおよびそれを用いた無線端末を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるスイッチの上面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。本実施の形態１のスイッチは、梁により弾性的に懸架されたリング型の回転子１と、この回転子１の周縁に沿って配置された固定子とで構成され、この回転子１の転動により、回転子と接触及び非接触の状態を形成し、回転子の信号を伝達し得るように配設された対向電極と、回転子の対向部とで構成されたスイッチ部を具備し、スイッチング機能を発現するものである。ここで回転子１は、リング状体で構成され、一端を固定端として基板２に係留された梁３の他端に懸架されている。また固定子は、基板２上の絶縁層４に設けられ、周方向に複数個配列された固定子電極５と、同じく絶縁層４に設けられ、固定子電極５の外周に位置する対向電極６とからなり、前記回転子１と前記対向電極６との相対位置変化で、対向面積あるいは距離などが変化することにより、スイッチング機能を発現するものである。
【００３０】
図１（ｂ）において、対向電極６方向の固定子電極５により静電力で回転子１を傾け、回転子１と対向電極６をオーミック接触し、ポスト７と対向電極６は、回転子の動きによって導通ＯＮの状態になる。このとき、回転子１の回転中心はすべり軸受けを用いていないので、ポスト７と回転子１間の導通は確保されている。
【００３１】
図１（ｂ）において対向電極６と回転子１の間にメニスカスが形成されスティクション状態に陥ったとすると、隣接する固定子電極５に順番に駆動用電圧を印加すると、回転子はスティクションした箇所を支点にウォブル運動を行おうとする。しかしスティクション箇所が拘束されているので、図１（ｃ）のようにポールを中心にスティクション箇所と反対方向に回転子が固定子電極５に引き込まれようとすると、回転子のスティクション部には、回転子を懸架する梁３のばね性による基板垂直方向（ｚ方向）に戻る復元力Ｆｚのほかに、回転子の中心が偏心することによって梁３のばね性による基板水平方向（ｒ方向）に戻る復元力Ｆｒが作用する。
【００３２】
スティクションは、ＦｚとＦｒにより解消することが可能となる。これを、図２を用いて説明する。図２（ａ）は可動電極としての梁１と対向電極６との接触面をあらわしている。接触面粗さにより空隙が存在し、そこに水分子によるメニスカスが形成されているが、固体同士の接触が支配的な状態で可動電極としての梁１と対向電極６はスライドする方向には動きにくい。同図（ｂ）はばね性の復元力Ｆｚによって両電極間距離が増えた状態である。ただしメニスカスの架橋によりスティクションは解消されない。同図（ｃ）はばね性の復元力Ｆｒがさらに加わり、両電極はスライド方向に相対運動することでメニスカスの架橋が引き離される状態を示している。
【００３３】
このように回転子を梁で懸架し、偏心を生じさせたときに偏心を解消させる方向にばね力を持たせることでスティクションを解消することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では図１に示したように、スイッチとして１入力１出力（ＳＰＳＴ）構造としたが、対向電極６を周上に複数個設けて多出力スイッチ構成としてもよい。
また、本実施の形態を示す図１では、ＤＣ結合型スイッチとしているが、図９の原理を用いたいずれかの電極に絶縁層を形成し、容量絶縁膜をはさんだ構造の容量結合型スイッチとしてもよい。
【００３５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、スティクション解消メカニズムを含む、公転／自転間の減速機構を有し、低電圧駆動で高トルクのウォブルスイッチについて説明する。
図３（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるスイッチの上面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。本実施の形態２のスイッチは、梁に懸架された回転子１の外周に沿ってギャップを介して１６分割された固定子電極８を配した構造を用いている。回転子１の側面は固定子電極８の側面と接触し、転動しウォブル運動を行うことができる。なお、接触面においては回転子１と固定子電極８の少なくとも一方には絶縁膜（図示せず）が設けられており、接触しても静電力が印加され続ける構成としている。
このスイッチの特徴は、回転子１のリング形状にほぼ対向する形で基板上に対向電極６を形成し、両者間の静電容量で容量結合型のスイッチを構成している点である。図３（ｃ）では回転子１と対向電極６の間にＤＣ電位差を与え、回転子１を対向電極６に引き込んだ状態となっている。ここで回転子１と対向電極６の接触面においても、回転子１、対向電極６の少なくとも一方には絶縁膜が設けられており、接触しても静電力が印加され続ける構成としている。
【００３６】
図３（ｃ）でメニスカスによるスティクションが発生した場合、梁３のたわみによる基板垂直方向への余圧が生じ、図２（ｂ）のようなメニスカス状態となっている。この状態で固定子電極８と回転子１の間に電位差を与えて回転子を基板水平方向にスライドさせて固定子電極と接触させることができる（図３（ｄ））。
続いて電圧印加を隣接固定子電極へと順次切り替えていくことにより、回転子はウォブル運動を行い、図２（ｃ）のようにメニスカスの架橋が引き離され、やがて固定子電極への電圧印加を停止すると再び図３（ｂ）の状態に復元することができる。
【００３７】
この構成によれば、回転子１と対向電極６の間でスティクションが発生しても、スティクションの発生位置が回転子の中心に近いので、ウォブルモータの駆動トルクに対して、メニスカスによる反力としてのトルクは小さい。従って低電圧供給回路でウォブルモータを駆動してもスティクション状態から復帰できる。すなわち、スイッチ素子の小型化を妨げる高圧電源回路が不要である。
このように、小型で、極めて安定した出力特性を持つスイッチを提供することができる。
なおここで、回転子１に可動電極を形成し、より信号伝達機能を高めることも可能である。また、対向電極が、前記回転子と相対向して前記基板上に固定されてリング状をなしているため、信号伝達面積を大きくとることができる。
【００３８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、特に容量結合型スイッチにおいて、可動電極構造と、それに対向する電極構造との間で、その対向面積をウォブル機構の自転で制御可能なスイッチ構造について説明する。
図４（ａ）は、本発明の実施の形態３におけるスイッチの上面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。本実施の形態３のスイッチは、回転子１からから延展された梁構造からなる可動電極９が、対向電極６にギャップを介して対向した構成となっている。可動電極９の剛性は梁３の剛性に比べて弱く、図４（ｃ）に示すように回転子１を固定子電極８に静電力で引き寄せて回転子１を保持し、さらに可動電極９と対向電極６との間の静電力で可動電極９をたわませてスイッチを閉じることが可能となる。
【００３９】
そして、可動電極９と対向電極６がメニスカスによりスティクションを起こした場合、回転子１をウォブル動作させることによって、可動電極９と対向電極６をスライド方向に移動させ、メニスカスの架橋を引き離すことが可能である。最終的に可動電極９は、回転子１の自転により（ａ）の破線に示したところまで移動し、対向電極６との対向面積を消失させることができる。
【００４０】
本構成において、ウォブル機構の強い自転トルクを利用することによって、スティクション状態から復帰することが可能であり、可動電極９と対向電極６との間の距離を変化させるだけではなく、対向面積（オーバーラップ面積）も変化させることができる。また、高周波信号は電極間距離が離れていても、対向していると、電界が結合し、スイッチＯＦＦのときでも信号が漏れてしまうが、本実施の形態の構成によれば、可動電極と対向電極の対向面積をゼロにすることができるので、この信号漏れを低減させることができ、高周波スイッチに適用した際には、高いアイソレーション特性を有するスイッチを提供することができる。
【００４１】
なお、回転子１から延展された可動電極構造は、梁に限定されることはなく、弾性変形可能なリング形状の膜でもよい。
【００４２】
なお、本実施の形態では、容量結合型スイッチとした場合に優れたアイソレーション特性が得られるものであるが、抵抗結合型のスイッチとしてもスティクション回避の効果は同様に得られる。
【００４３】
（実施の形態４）
本実施例は、実施の形態３と同様、特に容量結合型スイッチにおいて、可動電極構造と、それに対向する電極構造との間で、その対向面積をウォブル機構の自転で制御可能なスイッチ構造に関する。
図５（ａ）は、本発明の実施の形態４におけるスイッチの上面図、図５（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。本実施の形態４のスイッチは、回転子１から延展された梁構造からなる可動電極９が、対向電極６にギャップを介して対向している構成となっている。ただしこの状態で、回転子１は十分なウォブル回転を行い、梁３にばねエネルギが蓄積された状態となり、かつ回転子１は固定子電極８の１つに静電力で引き寄せられて保持された状態となっている。可動電極９の剛性は梁３の剛性に比べて高いため可動電極９はたわむことができず、（ｃ）に示すように、可動電極９と対向電極６との間の静電力で、回転子１、梁３および可動電極９を傾斜させてスイッチを閉じる構成となる。
【００４４】
可動電極９と対向電極６がメニスカスによりスティクションを起こした場合、回転子１はその傾きのために側壁が固定子電極８の側面に十分に接触していないため、ウォブル動作が不安定となり、ウォブル動作でスティクションから復帰させることは難しくなる。そこで、本実施例では固定子電極８への電圧印加を切り、梁３に蓄積されたばねエネルギを解放させる。ウォブル機構の強い自転トルクにより蓄積されたばねエネルギが解放されることによって、回転子１には自転トルクが働き、スティクションを起こした可動電極と対向電極をスライド方向に相対移動させてメニスカスの架橋を引き離すことが可能となる。最終的に可動電極９は、回転子１の自転により（ａ）の破線に示したところまで移動し、対向電極６との対向面積を消失させることができる。
【００４５】
本構成において、回転子を懸架する梁に蓄積されたばねエネルギの解放による回転子の強い自転トルクを利用することによって、スティクション状態から復帰することが可能であり、また、可動電極と対向電極の対向面積をゼロにすることができるので、高周波スイッチに適用した際には、高いアイソレーション特性を有するスイッチを提供することができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、容量結合型スイッチとした場合に優れたアイソレーション特性が得られるものであるが、抵抗結合型のスイッチとしてもスティクション回避の効果は同様に得ることができる。
【００４７】
（実施の形態５）
本実施例は、実施の形態４と同様、特に容量結合型スイッチにおいて、可動電極構造と、それに対向する電極構造との間で、その対向面積をウォブル機構の自転で制御可能なスイッチ構造に関するもので、ウォブル機構の運動を停止させた状態、特に回転子を懸架する梁にばねエネルギを蓄えた状態で停止させた状態において、回転子の保持をより強固にする構造に関する。
【００４８】
図６（ａ）は、本発明の実施の形態５におけるスイッチの上面図である。基本的な構成は実施の形態４をあらわす図５（ａ）と同様であるが、図６（ａ）において、固定子は円周を形成しておらず、互いに直交する方向に配列された固定子Ｃ１〜４から構成されている。またそれぞれの固定子には固定子電極８が２個隣接して配置されている。
【００４９】
次に動作を説明する。ある時刻ｔ＝ｔ１において、回転子１は固定子Ｃ１と固定子Ｃ２と２箇所に接触点を持って静止している。回転子の電位をゼロとし、Ｖｂを電圧印加した状態で、回転子は固定子Ｃ１および固定子Ｃ２に静電力でひきつけられ、強い接触力をもって接触している。この状態の回転子位置を図６（ａ）に破線で示した。次に図６（ｂ）のように、Ｖａを電圧印加、Ｖｂをゼロとなるよう切り替えると、回転子１は固定子Ｃ１上を転がり、やがて固定子Ｃ４に接触する。ｔ＝ｔ２では、回転子１は固定子Ｃ１と固定子Ｃ４の双方に接触点を持ちながら静止し、かつ接触点は静電力による強い接触力を持つ。ｔ＝ｔ２における回転子１の位置を図６（ａ）に示している。逐次固定子電極８への印加を切り替えていくことで、回転子はウォブル運動を行い、反時計方向の自転を行う。回転子１より延展した可動電極９は、破線の位置から実線の位置へ回転移動し、対向電極６と相対し、スイッチ機能を発現することができる。
【００５０】
このとき、うずまきばねである梁３には、ばねエネルギが蓄積された状態であるので、回転子と固定子間の接触を強固にするほど、不用意な外乱によりばねが解放されて可動電極９と対向電極６との相対関係が崩される可能性を低減することができる。本実施例では、図６（ａ）のように、回転子１を固定子と２箇所で接触させて安定した保持を可能としている。
【００５１】
また図６（ａ）において、固定子において回転子が接触および転動する面は、隣接する固定子電極間近傍としている。図６（ｃ）は、回転子１にかかる静電力を説明する図である。横軸は回転子１の固定子Ｃ１上の接触位置をあらわしている。図６（ｂ）のタイミングでＶｂへの電圧印加をきり、Ｖａへの電圧印加を開始すると、図６（ｃ）に示したように、ｔ＝ｔ１およびｔ２で回転子接触位置が移動する。トルクは接触位置が隣接する固定子電極間隙間で、また回転子の固定子への接触力は電極中央上で最大となる。安定したウォブル運動には、固定子電極への電圧切替が逐次生じても、一定のトルクと接触力が保たれる必要がある。図６（ｃ）に示したように、固定子において回転子が接触および転動する面は、隣接する固定子電極間近傍とすることで、一定のトルクと接触力が得られ、安定したウォブル運動を行うことができる。安定とは回転子と固定子間のすべりや脱調の少ないことを意味する。またこの安定した接触力と、回転子が固定子と２箇所で接触可能である特徴の相乗効果で、回転子を強固に保持することが可能となる。
【００５２】
また、図６（ａ）のように、複数個の固定子を配列することで、隣接する固定子間のスペースが設けられ、そこに対向電極６のような別の構造を配置することが容易となる効果を得ることができる。
本実施の形態では、固定子を４個配列したが、３個以上として多角形を構成してもよい。
【００５３】
また、可動電極９は回転子１に複数個設けてもよい。図７は図６（ａ）の構造を基本として、可動電極と対向電極をそれぞれ２個配置したＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチ構成である。基板上の入力電極１０は固定子間のスペースから回転子中央部の梁３の支持部に電気的に接続され、梁３、回転子１、可動電極９までつながっている。可動電極と対向電極対の一方がＯＮ（相対向している）のとき、もう一方はＯＦＦ（相対向していない）状態を作っている。この構成より、スティクションからの復帰が容易なＳＰＤＴスイッチを構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明にかかるスイッチは、半導体プロセスで作製可能な微細な構造体が静電力で駆動される回転子構造を利用したものであって、スイッチ部の対向電極構造間をスライド方向に移動させることでスティクションを回避し、信頼性の高いスイッチを実現するものであるため、携帯型無線端末に積載される高密度に集積化された高周波スイッチ回路等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスイッチの（ａ）上面図および（ｂ）横断面図および（ｃ）スティクション回避の説明図
【図２】メニスカスによるキャピラリフォースの作用をあらわす説明図
【図３】本発明の実施の形態２におけるスイッチの（ａ）上面図および（ｂ）横断面図および（ｃ）スイッチ動作説明図および（ｄ）スティクション回避の説明図
【図４】本発明の実施の形態３におけるスイッチの（ａ）上面図および（ｂ）横断面図および（ｃ）スイッチ動作説明図
【図５】本発明の実施の形態４におけるスイッチの（ａ）上面図および（ｂ）横断面図および（ｃ）スイッチ動作説明図
【図６】本発明の実施の形態５におけるスイッチの（ａ）上面図および（ｂ）駆動動作タイミング図および（ｃ）回転子に作用する静電力の説明図
【図７】本発明の実施の形態５におけるＳＰＤＴスイッチの説明図
【図８】従来の抵抗接触型スイッチを示す概略図
【図９】従来の容量接触型スイッチを示す概略図
【図１０】従来のシーソー型スイッチを示す概略図
【図１１】従来の回転型スイッチを示す概略図
【図１２】従来の梁懸架型ウォブルアクチュエータを示す概略図
【符号の説明】
【００５６】
１  回転子
２  基板
３  梁
４  絶縁層
５  固定子電極
６  対向電極
７  ポスト
８  固定子電極
９  可動電極
１０  入力電極
【図１】
2008186771.tif 000003
【図２】
2008186771.tif 000004
【図３】
2008186771.tif 000005
【図４】
2008186771.tif 000006
【図５】
2008186771.tif 000007
【図６】
2008186771.tif 000008
【図７】
2008186771.tif 000009
【図８】
2008186771.tif 000010
【図９】
2008186771.tif 000011
【図１０】
2008186771.tif 000012
【図１１】
2008186771.tif 000013
【図１２】
2008186771.tif 000014