(57)【要約】【課題】ＯＮ時に可動側櫛歯状電極が移動方向と垂直な横方向に静電引力で位置ズレすることを復帰バネで確実に防止することができる静電駆動型アクチュエータを提供する。【解決手段】固定側櫛歯状電極１と、固定側櫛歯状電極１に対して差し込み・引き出し方向に移動自在に形成され、電圧を印加したＯＮ時に固定側櫛歯状電極１に吸引されて差し込まれる可動側櫛歯状電極２と、電圧を印加しないＯＦＦ時に可動側櫛歯状電極２を固定側櫛歯状電極１から引き出す方向に弾性的に付勢して初期状態に復帰させる復帰バネ３とを具備する。復帰バネ３を、可動側櫛歯状電極２の移動方向と垂直な方向に細長い形状に形成すると共に、電圧ＯＦＦ時の固定側櫛歯状電極１から可動側櫛歯状電極２を引き出した初期状態では非直線状であり、且つ電圧ＯＮ時の可動側櫛歯状電極２が固定側櫛歯状電極１に差し込まれた状態では略直線状に変形するように形成する。【選択図】　　　図１
2004129347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側櫛歯状電極と、固定側櫛歯状電極に対して差し込み・引き出し方向に移動自在に形成され、電圧を印加したＯＮ時に固定側櫛歯状電極に吸引されて差し込まれる可動側櫛歯状電極と、電圧を印加しないＯＦＦ時に可動側櫛歯状電極を固定側櫛歯状電極から引き出すべく可動側櫛歯状電極を引き出し方向に弾性的に付勢して初期状態に復帰させる復帰バネとを具備して形成される静電駆動型アクチュエータにおいて、復帰バネを、可動側櫛歯状電極の移動方向と垂直な方向に細長い形状に形成すると共に、電圧ＯＦＦ時の固定側櫛歯状電極から可動側櫛歯状電極を引き出した初期状態では非直線状であり、且つ電圧ＯＮ時の可動側櫛歯状電極が固定側櫛歯状電極に差し込まれた状態では略直線状に変形するように形成して成ることを特徴とする静電駆動型アクチュエータ。
【請求項２】
電圧ＯＮ時に可動側櫛歯状電極が固定側櫛歯状電極に差し込まれる際に、復帰バネが非直線状から完全な直線状に変形する直前で、可動側櫛歯状電極の移動を停止させるようにして成ることを特徴とする請求項１に記載の静電駆動型アクチュエータ。
【請求項３】
復帰バネが非直線状から完全な直線状に変形する直前で可動側櫛歯状電極の移動を停止させるストッパーを備えて成ることを特徴とする請求項２に記載の静電駆動型アクチュエータ。
【請求項４】
ストッパーを点接触もしくは線接触して可動側櫛歯状電極の移動を停止させるように形成して成ることを特徴とする請求項３に記載の静電駆動型アクチュエータ。
【請求項５】
固定側櫛歯状電極と、固定側櫛歯状電極に対して差し込み・引き出し方向に移動自在に形成され、電圧を印加したＯＮ時に固定側櫛歯状電極に吸引されて差し込まれる可動側櫛歯状電極と、電圧を印加しないＯＦＦ時に可動側櫛歯状電極を固定側櫛歯状電極から引き出すべく可動側櫛歯状電極を引き出し方向に弾性的に付勢して初期状態に復帰させる復帰バネとを具備して形成される静電駆動型アクチュエータを製造するにあたって、可動側櫛歯状電極を固定側櫛歯状電極に差し込ませた状態で直線状を呈するように形成した設計用復帰バネが、可動側櫛歯状電極を固定側櫛歯状電極から引き出した状態で呈する非直線状の形状を抽出し、この抽出した設計用復帰バネの非直線状の形状に復帰バネの初期状態の形状を設計して、復帰バネを作製することを特徴とする静電駆動型アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
一端が光入射部、他端が光出射部となった光導波路を、光入射部と光出射部を対向させて複数配置し、隣合う光導波路の光入射部と光出射部の間にミラーを抜き差し移動自在に設けると共にミラーの抜き差しで光が伝達される光導波路を切り替えるようにした光スイッチにおいて、請求項１乃至４のいずれかに記載の静電駆動型アクチュエータを具備し、静電駆動型アクチュエータの可動側櫛歯状電極にミラーを設けて成ることを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、櫛歯状電極を有する静電駆動型アクチュエータ及びその製造方法、並びにこの静電駆動型アクチュエータを用いた光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光スイッチのミラーを駆動する駆動機構などに、櫛歯状電極を有する静電駆動型アクチュエータが使用されている（特許文献１、特許文献２等参照）。
【０００３】
図５は特許文献１に記載された光スイッチ及びそれに組込まれた静電駆動型アクチュエータを示すものであり、静電駆動型アクチュエータＡは、基体１２に固定された固定側櫛歯状電極１と、固定側櫛歯状電極１に対して差し込み・引き出し方向に移動自在な可動側櫛歯状電極２とを具備して形成してある。可動側櫛歯状電極２には可動体１３が一体に設けてあり、可動体１３の先端部にはミラー８が設けてある。また可動側櫛歯状電極２の可動体１３にはバネ連結部１４が設けてあり、一端をアンカー部１５で基体１２に固定した復帰バネ３の他端がバネ連結部１４に一体に連結してある。図５において５は光スイッチの光導波路であり、４本の光導波路５を十字状に対向配置してある。また矢印は光導波路５内の光の進行を示すものである。
【０００４】
上記のように形成される静電駆動型アクチュエータＡにおいて、図５（ａ）は固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加しないＯＦＦ時を示すものであり、可動側櫛歯状電極２は固定側櫛歯状電極１に吸引されない初期状態になっている。この初期状態のときには、ミラー８は隣合う光導波路５間に差し込まれており、光はミラー８で反射されて進行方向が変更されるようになっている。そして固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加してＯＮにすると、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に静電引力が作用し、図５（ｂ）のように、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６の間に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が差し込まれ、可動側櫛歯状電極２は復帰バネ３の弾撥力に抗して固定側櫛歯状電極１に近接する方向に移動する。このＯＮ時の可動側櫛歯状電極２の移動に伴なって、ミラー８は隣合う光導波路５間から引き抜かれ、光はミラー８で反射されずに直進するようになっている。
【０００５】
また、図５（ｂ）のＯＮ作動状態で、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間への電圧の印加を停止すると、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に静電引力が作用しなくなるので、復帰バネ３の弾撥力で、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６の間から可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が引き抜かれ、可動側櫛歯状電極２は固定側櫛歯状電極１から離れる方向に移動して、図５（ａ）の初期状態に戻る。
【０００６】
ここで、上記の静電駆動型アクチュエータＡにおいて、復帰バネ３は可動側櫛歯状電極２の移動方向と垂直な方向に細長い直線形状に形成されている。そして図５（ａ）にみられるように、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加しないＯＦＦ時の初期状態では、復帰バネ３は直線形状のままであるが、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加し、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に静電引力を作用させて、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６の間に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が差し込まれるように可動側櫛歯状電極２を移動させたときには、図５（ｂ）にみられるように、可動側櫛歯状電極２の移動に伴なって復帰バネ３は弓なり状に撓んで非直線形状になる。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第６２２９６４０号明細書
【特許文献２】
米国特許第６３１５４６２号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に櫛歯状電極を有する静電駆動型アクチュエータの特徴として、可動側櫛歯状電極２を固定側櫛歯状電極１に吸引する方向に対しては、対向する櫛歯状電極１，２の櫛歯１６，１７間のギャップを完全にクローズする直前まで、ほぼ一定の安定した静電駆動力が得られる反面、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６の間に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が差し込まれる際に、櫛歯１６の側面と櫛歯１７の側面の間に敏感な強い静電引力が発生し、可動側櫛歯状電極２にはその移動方向と垂直な横方向に位置ズレさせる力が働くという問題がある。このように固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加したＯＮ時に可動側櫛歯状電極２が横方向に位置ずれすると、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６と可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７の側面同士が接触し、短絡に至るおそれがある。
【０００９】
そこで、上記の図５に示す静電駆動型アクチュエータＡでは、復帰バネ３を可動側櫛歯状電極２の移動方向と垂直な横方向に細長い直線形状に形成し、復帰バネ３は可動側櫛歯状電極２の移動方向に対しては弾性変形するが、可動側櫛歯状電極２の移動方向と垂直な横方向、すなわち復帰バネ３の長手方向に対しては弾性変形せず高い剛性を有するようにしてある。従って、可動側櫛歯状電極２にその移動方向と垂直な横方向に位置ズレさせる力が働いても、復帰バネ３はこの方向に剛性を有するので、可動側櫛歯状電極２が位置ズレすることを防ぐことができるのである。
【００１０】
しかし、図５の静電駆動型アクチュエータＡでは、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加して、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に静電引力を作用させて、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６の間に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が差し込まれるようにしたときには、図５（ｂ）にみられるように、可動側櫛歯状電極２の移動に伴なって復帰バネ３は湾曲して撓んでおり、非直線形状になっている。復帰バネ３が図５（ａ）のように直線形状であれば、その長手方向（すなわち可動側櫛歯状電極２の移動方向と垂直な方向）に対して非常に高い剛性を有するが、復帰バネ３が湾曲して非直線形状になっていると、長手方向での剛性は大幅に低下する。従って、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加して、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に静電引力を作用させて、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６の間に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が差し込まれているときには、復帰バネ３は非直線状態になっているので、可動側櫛歯状電極２にその移動方向と垂直な横方向に位置ズレさせる静電引力が働くと、復帰バネ３が抗しきれずに可動側櫛歯状電極２が位置ズレするおそれがあり、短絡が発生するおそれがあった。
【００１１】
このような固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６と可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７の短絡を防止する手段として、各電極１，２の櫛歯１６，１７の歯間隔を大きくすることが考えられるが、これは単位電圧当りの静電引力が大幅に低下することを意味しており、低電圧駆動や、アクチュエータの小型化などの観点から採用することは難しい。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、電圧ＯＮ時に可動側櫛歯状電極が移動方向と垂直な横方向に静電引力で位置ズレすることを復帰バネで確実に防止することができ、さらに低電圧駆動、小型化が可能になる静電駆動型アクチュエータを提供することを目的とするものである。また可動側櫛歯状電極が静電引力で位置ズレすることを防ぐ形状に復帰バネを容易に作製することができる静電駆動型アクチュエータの製造方法を提供することを目的とするものである。また作動が確実で、低電圧駆動、小型化が可能になる光スイッチを提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る静電駆動型アクチュエータは、固定側櫛歯状電極１と、固定側櫛歯状電極１に対して差し込み・引き出し方向に移動自在に形成され、電圧を印加したＯＮ時に固定側櫛歯状電極１に吸引されて差し込まれる可動側櫛歯状電極２と、電圧を印加しないＯＦＦ時に可動側櫛歯状電極２を固定側櫛歯状電極１から引き出すべく可動側櫛歯状電極２を引き出し方向に弾性的に付勢して初期状態に復帰させる復帰バネ３とを具備して形成される静電駆動型アクチュエータにおいて、復帰バネ３を、可動側櫛歯状電極２の移動方向と垂直な方向に細長い形状に形成すると共に、電圧ＯＦＦ時の固定側櫛歯状電極１から可動側櫛歯状電極２を引き出した初期状態では非直線状であり、且つ電圧ＯＮ時の可動側櫛歯状電極２が固定側櫛歯状電極１に差し込まれた状態では略直線状に変形するように形成して成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項２の発明は、請求項１において、電圧ＯＮ時に可動側櫛歯状電極２が固定側櫛歯状電極１に差し込まれる際に、復帰バネ３が非直線状から完全な直線状に変形する直前で、可動側櫛歯状電極２の移動を停止させるようにして成ることを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項３の発明は、請求項２において、復帰バネ３が非直線状から完全な直線状に変形する直前で可動側櫛歯状電極２の移動を停止させるストッパー４を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項４の発明は、請求項３において、ストッパー４を点接触もしくは線接触して可動側櫛歯状電極２の移動を停止させるように形成して成ることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項５に係る静電駆動型アクチュエータの製造方法は、固定側櫛歯状電極１と、固定側櫛歯状電極１に対して差し込み・引き出し方向に移動自在に形成され、電圧を印加したＯＮ時に固定側櫛歯状電極１に吸引されて差し込まれる可動側櫛歯状電極２と、電圧を印加しないＯＦＦ時に可動側櫛歯状電極２を固定側櫛歯状電極１から引き出すべく可動側櫛歯状電極２を引き出し方向に弾性的に付勢して初期状態に復帰させる復帰バネ３とを具備して形成される静電駆動型アクチュエータを製造するにあたって、可動側櫛歯状電極２を固定側櫛歯状電極１に差し込ませた状態で直線状を呈するように形成した設計用復帰バネ９が、可動側櫛歯状電極２を固定側櫛歯状電極１から引き出した状態で呈する非直線状の形状を抽出し、この抽出した設計用復帰バネ９の非直線状の形状に復帰バネ３の初期状態の形状を設計して、復帰バネ３を作製することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の請求項６に係る光スイッチは、一端が光入射部６、他端が光出射部７となった光導波路５を、光入射部６と光出射部７を対向させて複数配置し、隣合う光導波路５の光入射部６と光出射部７の間にミラー８を抜き差し移動自在に設けると共にミラー８の抜き差しで光が伝達される光導波路５を切り替えるようにした光スイッチにおいて、請求項１乃至４のいずれかに記載の静電駆動型アクチュエータＡを具備し、静電駆動型アクチュエータＡの可動側櫛歯状電極２にミラー８を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る静電駆動型アクチュエータＡの実施の形態の一例を示すものであり、静電駆動型アクチュエータＡは、電気絶縁性の支持基板などの基体１２の表面に固定された固定側櫛歯状電極１と、基体１２に固定されず基体１２の表面に沿って移動自在な可動側櫛歯状電極２とを具備して形成してある。固定側櫛歯状電極１は導電材料で形成されるものであり、直線状の背骨部２０の片面に等間隔で多数本の櫛歯１６が平行に突設してある。
【００２１】
可動側櫛歯状電極２は固定側櫛歯状電極１と平行に配置してあり、直線状の背骨部２１の片面に等間隔で多数本の櫛歯１７を平行に突設して、導電材料で形成してある。固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６は可動側櫛歯状電極２に向けて、可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７は固定側櫛歯状電極１に向けてそれぞれ突出させてあると共に、櫛歯１６と櫛歯１７は同じ等間隔で形成してあり、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６の間に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が差し込まれるようにしてある。
【００２２】
可動側櫛歯状電極２の背骨部２１の中央には、固定側櫛歯状電極１と反対側に向けて可動体１３が一体に突出して設けてある。また背骨部２１の可動体１３の両側位置と、可動体１３の中央部付近の両側面に、それぞれ一対ずつバネ連結片２２及び２３が突設してあり、各バネ連結片２２及び２３にはそれぞれ復帰バネ３ａ，３ｂの一端が一体的に連結してある。これらの復帰バネ３ａ、３ｂの他端は、可動体１３の両側方に配置されるバネ連結体２４に一体的に連結してある。この各バネ連結体２４には復帰バネ３ａ，３ｂの間の位置において一対の復帰バネ３ｃの一端が一体に連結してあり、この復帰バネ３ｃの他端は、可動体１３の両側位置において基体１２の表面に固定されたアンカー体２５に一体に連結してある。このように、復帰バネ３ａ，３ｂ，３ｃからなる復帰バネ３は、バネ連結体２４を介して、アンカー体２５と可動側櫛歯状電極１との間に連結されるものである。
【００２３】
ここで、上記の復帰バネ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）は、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６や可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７の並び方向と平行な方向に細長い形態に形成されるものである。復帰バネ３は線状であっても、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の対向面と平行に厚みが薄い板状であってもよい。そしてアンカー体２５は基体１２の表面に固定されているが、可動側櫛歯状電極２は、復帰バネ３や可動体１３、バネ連結体２４を含めて基体１２の表面から２〜３μｍ程度の間隙で浮いている。従って復帰バネ３はその長手方向と垂直な方向に弾性的に撓み変形をすることによって、可動側櫛歯状電極２は復帰バネ３の長手方向と垂直な方向、すなわち固定側櫛歯状電極２と近接離間する方向に移動自在になっている。
【００２４】
上記のように形成される静電駆動型アクチュエータＡにあって、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加しない電圧ＯＦＦ時には、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に静電引力は働かないので、図１（ａ）のように固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７は差し込まれず、可動側櫛歯状電極２は固定側櫛歯状電極１から離間した状態にある。この状態では復帰バネ３は弾性変形されていず、復帰バネ３及び可動側櫛歯状電極２は図１（ａ）の状態が初期状態である。
【００２５】
次に、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加して電圧ＯＮにすると、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に静電引力が働き、図１（ｂ）のように固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が差し込まれ、可動側櫛歯状電極２は固定側櫛歯状電極１に近接する方向に移動する。可動側櫛歯状電極２は復帰バネ３を撓ませる弾性変形をさせながら移動するものであり、図１（ｂ）のように可動側櫛歯状電極２は固定側櫛歯状電極１に近接する方向に移動した状態では、復帰バネ３は弾性変形をしているので、可動側櫛歯状電極２には、櫛歯１６から櫛歯１７を引き出して固定側櫛歯状電極１から離間する方向に復帰バネ３の弾性付勢力が作用している。
【００２６】
従って、図１（ｂ）の状態で電圧ＯＦＦにすると、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に静電引力が働かなくなるので、復帰バネ３の弾撥付勢力で櫛歯１６から櫛歯１７を引き出して可動側櫛歯状電極２を固定側櫛歯状電極１から離間させる方向に移動させ、図１（ａ）の初期状態に復帰させることができるものである。
【００２７】
ここで、可動側櫛歯状電極２の復帰バネ３は、上記のように固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６や可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７の並び方向と平行な方向、すなわち電圧ＯＮ・ＯＦＦ時の可動側櫛歯状電極２の移動方向と垂直な方向に細長い形態に形成してあるが、電圧ＯＦＦ時の固定側櫛歯状電極１から可動側櫛歯状電極２が離間している初期状態では、図１（ａ）のように復帰バネ３は湾曲形状など非直線状に形成してある。そして電圧ＯＮにして櫛歯１６に櫛歯１７が差し込まれて可動側櫛歯状電極２が固定側櫛歯状電極１に近接する方向に移動したときには、復帰バネ３は上記の非直線状から変形されて、図１（ｂ）のようにほぼ直線状になるようにしてある。
【００２８】
既述のように、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加して電圧ＯＮにすると、固定側櫛歯状電極１に可動側櫛歯状電極２が近接移動して固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６の間に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が差し込まれる際に、櫛歯１６の側面と櫛歯１７の側面の間に強い静電引力が発生し、可動側櫛歯状電極２にはその移動方向と垂直な横方向に位置ズレさせる力が働く。しかしこのように固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６の間に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が差し込まれる際には、上記のように、復帰バネ３は非直線状から変形されて図１（ｂ）のようにほぼ直線状になり、復帰バネ３はその長手方向（すなわち可動側櫛歯状電極２の移動方向と垂直な横方向）への剛性が極めて高い状態になっている。従って、可動側櫛歯状電極２にその移動方向と垂直な横方向に位置ズレさせる力が働いても、復帰バネ３はこの方向に高い剛性を有するので、可動側櫛歯状電極２が位置ズレすることを復帰バネ３の高い剛性で防ぐことができるものである。
【００２９】
そしてこのように復帰バネ３で可動側櫛歯状電極２が横方向に位置ズレすることを防ぐことによって、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６と可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７の側面同士が接触することを防止して短絡の発生を防ぐことができるものであり、アクチュエータとして作動の信頼性を高めることができるものである。またこのように固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６と可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７の短絡を防止できるので、固定側櫛歯状電極１や可動側櫛歯状電極２の櫛歯１６，１７の歯間隔を大きくする必要がなくなり、単位電圧当りの静電引力が低下することを防いで低電圧駆動が可能になると共に、アクチュエータの小型化が可能になるものである。
【００３０】
上記の図１の実施の形態にあって、一対の各アンカー体２５にはストッパー４が設けてある。ストッパー４はバネ連結片２３を兼用するストッパー受け片２７に向けて突出するように形成してあり、突出先端が点もしくは線になるように尖らしてある。電源ＯＦＦ時の初期状態では、図１（ａ）のようにストッパー４の先端はストッパー受け片２７と離れている。そして、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加した電圧ＯＮ時には、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７が差し込まれて、可動側櫛歯状電極２は固定側櫛歯状電極１に近接する方向に移動するが、図１（ｂ）のようにアンカー体２５のストッパー４の先端が可動側櫛歯状電極２のストッパー受け片２７に当ることによって、可動側櫛歯状電極２の移動は停止される。ここで、可動側櫛歯状電極２の移動に伴なって復帰バネ３は図１（ａ）の非直線状から図２（ｂ）の直線状へと変形するが、復帰バネ３が非直線状から完全な直線状に変形する直前の、復帰バネ３が略直線状になった段階で、可動側櫛歯状電極２の移動を停止させるようにストッパー４を形成してある。
【００３１】
復帰バネ３を湾曲形状など非直線状から直線状に変形させる際に、非直線状から完全な直線状にまで変形させると、復帰バネ３は逆方向に湾曲する反転が発生し易くなるなど、不安定な飛び移り現象が生じるおそれがある。そこで、上記のように復帰バネ３が非直線状から完全な直線状に変形する直前に、可動側櫛歯状電極２の移動をストッパー４で停止させることによって、復帰バネ３のこのような不安定な飛び移り現象を防ぐことができ、安定してアクチュエータを作動させることができるものである。
【００３２】
また、ストッパー４を三角形状に形成して上記のように突出先端が点もしくは線になるように尖らしてあり、ストッパー４は先端がストッパー受け片２７に点接触もしくは線接触して当ることによって、可動側櫛歯状電極２の移動を停止させるようにしてある。ここで、可動側櫛歯状電極２の移動を停止させる際に、ストッパー４とストッパー受け片２７との間が、シリコン等の滑らかな鏡面同士の面接触になる場合には、水分等の影響により５０００〜１００００ｍＮ／ｍｍ２程度の固着力が発生し、ストッパー４とストッパー受け片２７が固着する現象が生じるおそれがある。このため、ストッパー４とストッパー受け片２７の接触面積を大きくすると、電圧ＯＦＦにしても固着力が復帰バネ３の弾撥付勢力を上回り、ストッパー４とストッパー受け片２７とが解離しなくなる可能性がある。そこで、上記のようにストッパー４はストッパー受け片２７に点接触もしくは線接触するようにし、接触面積を小さくすることで固着現象が発生することを防ぐようにしたものであり、安定してアクチュエータを作動させることができるものである。
【００３３】
上記のように本発明では、電圧ＯＦＦ時の固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に静電引力が作用せず、復帰バネ３に応力が作用しない初期状態のときに、復帰バネ３の形状を湾曲形状などの非直線状に形成しておき、電圧ＯＮ時に可動側櫛歯状電極２が固定側櫛歯状電極１に吸引されて近接したときに、可動側櫛歯状電極１２の移動に伴なって、復帰バネ３の形状が略直線状に変形するようにしてある。しかしこのように、可動側櫛歯状電極１２が移動し終わった時点で復帰バネ３の形状が略直線状に変形しているように、復帰バネ３が変形を始める前の初期状態の非直線形状を設計することは非常に困難である。
【００３４】
そこで本発明は次のようにして復帰バネ３の初期状態の形状を設計するようにしている。すなわちまず、復帰バネ３の代わりに設計用復帰バネ９を形成するようにした点を除いて図１と同様な構造・材質の設計用のアクチュエータＢを作製する。この設計用アクチュエータＢでは図２（ａ）に示すように、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６に可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７を差し込ませて可動側櫛歯状電極２を固定側櫛歯状電極１に近接させた状態を初期状態とし、この初期状態での設計用復帰バネ９の形状は、図１（ｂ）の電圧ＯＮ時に可動側櫛歯状電極１２が移動し終わった時点での復帰バネ３の略直線状と同一形状に形成してある。次に、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２が静電反発するように両電極１に電圧を印加し、固定側櫛歯状電極１の櫛歯１６から可動側櫛歯状電極２の櫛歯１７を引き出して可動側櫛歯状電極２を固定側櫛歯状電極１から離間させると、可動側櫛歯状電極２の移動に伴なって設計用復帰バネ９は略直線状態から弾性的に変形し、湾曲形状など非直線状になる。そして図１（ａ）と同じ位置まで固定側櫛歯状電極１から可動側櫛歯状電極２が離間した時点での、設計用復帰バネ９の非直線形状を抽出して記録する。設計用復帰バネ９の非直線形状の抽出は、有限要素法等の解析技術でトレースすることによって行なうことができる。
【００３５】
このようにして設計用復帰バネ９から抽出して得られた非直線形状と同形状に、復帰バネ３の初期状態の形状を設計することによって、図１（ａ）のような非直線形状に復帰バネ３を作製して、静電駆動型アクチュエータＡを製造することができるものである。この静電駆動型アクチュエータＡを電圧ＯＮにして、可動側櫛歯状電極２が固定側櫛歯状電極１に吸引されて近接したときには、可動側櫛歯状電極１２の移動に伴なって、復帰バネ３の形状が図１（ｂ）のような略直線状に確実に変形することになる。
【００３６】
次に、上記の静電駆動型アクチュエータＡを用いた光スイッチについて説明する。静電駆動型アクチュエータＡの可動側櫛歯状電極２の可動体１３の先部には、両側面にＡｌやＡｕなどの高い光反射率を有する金属箔を設けて、ミラー８が形成してある。そしてシリコンなどで形成される基板２９内に光導波路５と、ミラー８を設けた静電駆動型アクチュエータＡを組込むことによって、図３のような光スイッチを形成することができる。光導波路５は一方の端部が光入射部６、他方の端部が光出射部７となった内部空洞に形成してあり、その内周に光反射膜３０を設けることによって、光は光反射膜３０で反射しながら光導波路５内を伝播されるようになっている。
【００３７】
光導波路５は基板２９内に光出射部７と光入射部６を対向させて複数配置して設けられるものであり、図３（ｂ）に示すように、光導波路５が横方向に並ぶ行と光導波路５が縦方向に並ぶ列からなるマトリクス状に配置してある。光導波路５が横方向に並ぶ行と光導波路５が縦方向に並ぶ列は直交させてあり、光導波路５は碁盤目の格子状に配置されるものである。上記の光導波路５の各交差部では２本〜４本の光導波路５の端部が対向している。そしてこの各交差部にミラー８を抜き差し自在に配置して、基板２９に静電駆動型アクチュエータＡが取り付けてあり、横方向に隣合う光導波路５の端部間、すなわち一方の光導波路５の光出射部７と他方の光導波路５の光入射部６の間、及び縦方向に隣合う光導波路５の端部間、すなわち一方の光導波路５の光出射部７と他方の光導波路５の光入射部６の間が、それぞれミラー８で分断されるようにしてある。ミラー８はその表面が光導波路５の光を導波する方向に対して４５°の角度で傾斜するように配置してあり、光導波路５の光出射部７から出射した光の進行方向を９０°変更することができるようにしてある。
【００３８】
ここで、静電駆動型アクチュエータＡにおいて、固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加しない電圧ＯＦＦ時は、図１（ａ）のように可動側櫛歯状電極２は固定側櫛歯状電極１から離間した位置にあり、可動側櫛歯状電極２に設けたミラー８は前進状態であって、ミラー８は光導波路５の交差部に差し込まれている。また固定側櫛歯状電極１と可動側櫛歯状電極２の間に電圧を印加した電圧ＯＮ時は、図１（ｂ）のように可動側櫛歯状電極２は固定側櫛歯状電極１に吸引されて近接した位置にあり、可動側櫛歯状電極２に設けたミラー８は後退状態であって、ミラー８は光導波路５の交差部から抜き出されている。このように、静電駆動型アクチュエータＡに電圧をＯＮ・ＯＦＦするだけで、光導波路５の交差部へのミラー８の抜き差しを容易に制御することができるものである。
【００３９】
上記のように形成される光スイッチにあって、端部に位置する光導波路５の光入射部６や光出射部７には光ファイバーが接続してあり、そして、一側の端部に位置する光導波路５に入力された光は、光導波路５の交差部にミラー８が差し込まれている箇所では、ミラー８によって反射されて進行方向が変更され、図４（ａ）の実線矢印のように横方向の光導波路５から出射した光は縦方向の光導波路５に入射して伝送され、あるいは破線矢印のように縦方向の光導波路５から出射した光は横方向の光導波路５に入射して伝送される。また光導波路５の交差部からミラー８が抜け出ている箇所では、ミラー８によって反射されないので方向が変更されることがなく、図４（ｂ）の実線矢印のように横方向の光導波路５から出射した光はそのまま横方向の光導波路５に入射して伝送され、あるいは破線矢印のように縦方向の光導波路５から出射した光はそのまま縦方向の光導波路５に入射して伝送される。このようにミラー８を静電駆動型アクチュエータＡで移動させて、光導波路５の所定箇所の交差部にミラー８を差し込むと共に、所定箇所の交差部からミラー８を抜くようにミラー８の移動を制御することによって、一側の端部の光導波路５から入力された光を、所定の光路の光導波路５を経て、他側の端部の所定の光導波路５から出力させることができるものである。
【００４０】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る静電駆動型アクチュエータは、固定側櫛歯状電極と、固定側櫛歯状電極に対して差し込み・引き出し方向に移動自在に形成され、電圧を印加したＯＮ時に固定側櫛歯状電極に吸引されて差し込まれる可動側櫛歯状電極と、電圧を印加しないＯＦＦ時に可動側櫛歯状電極を固定側櫛歯状電極から引き出すべく可動側櫛歯状電極を引き出し方向に弾性的に付勢して初期状態に復帰させる復帰バネとを具備して形成される静電駆動型アクチュエータにおいて、復帰バネを、可動側櫛歯状電極の移動方向と垂直な方向に細長い形状に形成すると共に、電圧ＯＦＦ時の固定側櫛歯状電極から可動側櫛歯状電極を引き出した初期状態では非直線状であり、且つ電圧ＯＮ時の可動側櫛歯状電極が固定側櫛歯状電極に差し込まれた状態では略直線状に変形するように形成したので、電圧ＯＮ時の固定側櫛歯状電極に可動側櫛歯状電極が差し込まれる際に、可動側櫛歯状電極に静電引力で移動方向と垂直な横方向に位置ズレさせる力が働いても、このときには復帰バネは非直線状から変形されてほぼ直線状になっており、復帰バネはその長手方向への剛性が極めて高い状態になっているものであり、可動側櫛歯状電極が位置ズレして短絡が発生することを復帰バネの高い剛性で防ぐことができるものである。またこのように可動側櫛歯状電極が位置ズレして短絡が発生することを防止することができるので、固定側櫛歯状電極や可動側櫛歯状電極の櫛歯の歯間隔を大きくする必要がなくなり、単位電圧当りの静電引力が低下することを防いで低電圧駆動が可能になると共に、アクチュエータの小型化が可能になるものである。
【００４１】
また請求項２の発明は、請求項１において、電圧ＯＮ時に可動側櫛歯状電極が固定側櫛歯状電極に差し込まれる際に、復帰バネが非直線状から完全な直線状に変形する直前で、可動側櫛歯状電極の移動を停止させるようにしたので、復帰バネを非直線状から完全な直線状にまで変形させる際に発生するおそれのある反転など不安定な飛び移り現象を防ぐことができるものであり、安定してアクチュエータを作動させることができるものである。
【００４２】
また請求項３の発明は、請求項２において、復帰バネが非直線状から完全な直線状に変形する直前で可動側櫛歯状電極の移動を停止させるストッパーを備えるので、復帰バネが非直線状から完全な直線状に変形する直前で可動側櫛歯状電極の移動を確実に停止させることができるものである。
【００４３】
また請求項４の発明は、請求項３において、ストッパーを点接触もしくは線接触して可動側櫛歯状電極の移動を停止させるように形成したので、ストッパーに固着現象が発生することを防ぐことができるものであり、安定してアクチュエータを作動させることができるものである。
【００４４】
本発明の請求項５に係る静電アクチュエータの製造方法は、固定側櫛歯状電極と、固定側櫛歯状電極に対して差し込み・引き出し方向に移動自在に形成され、電圧を印加したＯＮ時に固定側櫛歯状電極に吸引されて差し込まれる可動側櫛歯状電極と、電圧を印加しないＯＦＦ時に可動側櫛歯状電極を固定側櫛歯状電極から引き出すべく可動側櫛歯状電極を引き出し方向に弾性的に付勢して初期状態に復帰させる復帰バネとを具備して形成される静電駆動型アクチュエータを製造するにあたって、可動側櫛歯状電極を固定側櫛歯状電極に差し込ませた状態で直線状を呈するように形成した設計用復帰バネが、可動側櫛歯状電極を固定側櫛歯状電極から引き出した状態で呈する非直線状の形状を抽出し、この抽出した設計用復帰バネの非直線状の形状に復帰バネの初期状態の形状を設計して、復帰バネを作製するようにしたので、電圧ＯＮ時の可動側櫛歯状電極が移動し終わった時点で復帰バネの形状が直線状に変形するように、電圧ＯＦＦ時の復帰バネが変形をはじめる前の初期状態の非直線形状を設計することが容易になり、動側櫛歯状電極が静電引力で位置ズレすることを防ぐ形状に復帰バネを容易に作製することができるものである。
【００４５】
本発明の請求項６に係る光スイッチは、一端が光入射部、他端が光出射部となった光導波路を、光入射部と光出射部を対向させて複数配置し、隣合う光導波路の光入射部と光出射部の間にミラーを抜き差し移動自在に設けると共にミラーの抜き差しで光が伝達される光導波路を切り替えるようにした光スイッチにおいて、請求項１乃至４のいずれかに記載の静電駆動型アクチュエータを具備し、静電駆動型アクチュエータの可動側櫛歯状電極にミラーを設けたので、この静電駆動型アクチュエータは上記のように短絡の発生がなく作動が確実でありると共に、低電圧駆動やアクチュエータの小型化が可能であり、この結果、光スイッチを作動が確実で、低電圧駆動、小型化可能に形成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電駆動型アクチュエータの実施の形態の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図である。
【図２】本発明に係る静電駆動型アクチュエータを製造する際に用いる、設計用アクチュエータの実施の形態の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図である。
【図３】本発明に係る光スイッチの実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は厚み方向中央部で切断した断面図である。
【図４】同上の一部を拡大して示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図である。
【図５】従来例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図である。
【符号の説明】
１　固定側櫛歯状電極
２　可動側櫛歯状電極
３　復帰バネ
４　ストッパー
５　光導波路
６　光入射部
７　光出射部
８　ミラー
９　設計用復帰バネ
【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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