(57)【要約】【課題】短時間の電圧印加により可動部分を複数の状態に変位させ且つその状態を保持できるアクチュエータ及び光デバイスを提供する。【解決手段】第１の方向及び第１の方向に対向する第２の方向にそれぞれ変位可能な中央電極ユニットと、中央電極ユニットと嵌合することにより、中央電極ユニットを第１の方向へ変位した第１の変位状態、第２の方向へ変位した第２の変位状態、及び第１及び第２の方向の何れにも変位していない中央状態のうち少なくとも１つの状態に保持する嵌合ユニットと、第２の方向に変位することにより嵌合ユニットが保持する第２の変位状態あるいは中央状態を解除する第１の側電極ユニットと、第１の方向に変位することにより嵌合ユニットが保持する第１の変位状態あるいは中央状態を解除する第２の側電極ユニットとを有する。【選択図】図１
2005096069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータ全体を支持する固定部に一端が接続された可撓性の中央支持部と、
前記中央支持部の他端に接続され、第１の方向及び前記第１の方向に対向する第２の方向にそれぞれ変位可能な中央電極ユニットと、
前記固定部に接続され、前記中央電極ユニットと嵌合することにより、前記中央電極ユニットを前記第１の方向へ変位した第１の変位状態、前記第２の方向へ変位した第２の変位状態、及び前記第１及び第２の方向の何れにも変位していない中央状態のうち少なくとも１つの状態に保持する嵌合ユニットと、
前記固定部に一端が接続された可撓性の第１の側支持部と、
前記第１の側支持部の他端に接続され、前記第２の方向に変位することにより前記嵌合ユニットが保持する前記第２の変位状態あるいは前記中央状態を解除する第１の側電極ユニットと、
前記固定部に一端が接続された可撓性の第２の側支持部と、
前記第２の側支持部の他端に接続され、前記第１の方向に変位することにより前記嵌合ユニットが保持する前記第１の変位状態あるいは前記中央状態を解除する第２の側電極ユニット
とを有することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記中央電極ユニットは、前記中央支持部の他端に接続された、前記第１及び第２の方向にそれぞれ変位可能な可動プレートと、前記可動プレートに前記第１の方向へ接続された第１の中央電極と、前記可動プレートに前記第２の方向へ接続された第２の中央電極と、前記可動プレートに前記第１及び第２の方向へ接続された中央嵌合部とを有し、
前記嵌合ユニットは、前記中央嵌合部と嵌合することにより、前記可動プレートを前記第１の変位状態、第２の変位状態、及び前記中央状態のうち少なくとも１つの状態に保持し、
前記第１の側電極ユニットは、前記第１の側支持部の他端に接続された、前記第２の方向に変位可能な第１の側電極と、前記第１の側電極が前記第２の方向に変位することにより前記嵌合ユニットを撓ませて前記中央嵌合部と前記嵌合ユニットの間の嵌合を解除する第１の嵌合解除部とを有し、
前記第２の側電極ユニットは、前記第２の側支持部の他端に接続された、前記第１の方向に変位可能な第２の側電極と、前記第２の側電極が前記第１の方向に変位することにより前記嵌合ユニットを撓ませて前記中央嵌合部と前記嵌合ユニットの間の嵌合を解除する第２の嵌合解除部とを有することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記嵌合ユニットは、
前記中央嵌合部と嵌合することにより、前記可動プレートを前記第２の変位状態及び前記中央状態のうち少なくとも１つの状態に保持する第１の側嵌合部と、
前記中央嵌合部と嵌合することにより、前記可動プレートを前記第１の変位状態及び前記中央状態のうち少なくとも１つの状態に保持する第２の側嵌合部
とを有することを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記中央嵌合部の両端には第１及び第２の側嵌合部と嵌合する第１のキャッチ及び第２のキャッチがそれぞれ配置され、
前記第１の側嵌合部は前記第１のキャッチと嵌合する第１のラッチ部材を有し、前記第２の側嵌合部は前記第２のキャッチと嵌合する第２のラッチ部材を有し
前記第１のラッチ部材が前記第１のキャッチと嵌合することによって前記可動プレートを前記第２の変位状態に保持し、前記第２のラッチ部材が前記第２のキャッチと嵌合することによって前記可動プレートを前記第１の変位状態に保持し、
前記第１の嵌合解除部は前記第１の側嵌合部を撓ませることによって前記第１のラッチ部材と前記第１のキャッチとの嵌合を解除し、前記第２の嵌合解除部は前記第２の側嵌合部を撓ませることによって前記第２のラッチ部材と前記第２のキャッチとの嵌合を解除することを特徴とする請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記第１の側嵌合部は、前記固定部に一端が接続され、前記第１のラッチ部材に他端が接続された可撓性の第１の嵌合支持部を更に有し、前記第２の側嵌合部は、前記固定部に一端が接続され、前記第２のラッチ部材に他端が接続された可撓性の第２の嵌合支持部を更に有し、
前記第１のラッチ部材は、前記第１の嵌合支持部が撓むことによって、前記第１のキャッチとの嵌合を保持する位置と前記第１のキャッチとの嵌合を解除する位置との間で変位し、前記第２のラッチ部材は、前記第２の嵌合支持部が撓むことによって、前記第２のキャッチとの嵌合を保持する位置と前記第２のキャッチとの嵌合を解除する位置との間で変位し、
前記中央電極ユニットが中央状態である時、第１及び第２のキャッチは、前記第１及び第２のラッチ部材と嵌合しておらず、
前記第１の嵌合解除部は、前記第２の方向に変位することによって前記第１の嵌合支持部を撓ませて前記第２の変位状態を解除し、前記第２の嵌合解除部は、前記第１の方向に変位することによって前記第２の嵌合支持部を撓ませて前記第１の変位状態を解除する
ことを特徴とする請求項４記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記第１の中央電極と前記第１の側電極の間に電位差を生じさせることにより、前記第１の中央電極は前記第１の方向へ変位し、前記第１の側電極は前記第２の方向へ変位し、
前記第２の中央電極と前記第２の側電極の間に電位差を生じさせることにより、前記第２の中央電極は前記第２の方向へ変位し、前記第２の側電極は前記第１の方向へ変位することを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記固定部に接続され、前記第１の中央電極と前記第１の側電極の間に配置された第１の固定電極と、
前記固定部に接続され、前記第２の中央電極と前記第２の側電極の間に配置された第２の固定電極
とを更に有することを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記第１の固定電極に電圧を印加することにより、前記第１の中央電極は前記第１の方向へ変位し、前記第１の側電極は前記第２の方向へ変位し、
前記第２の固定電極に電圧を印加することにより、前記第１の中央電極は前記第２の方向へ変位し、前記第２の側電極は前記第１の方向へ変位することを特徴とする請求項７記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記可動プレートは、中間層を介して前記第１及び第２の中央電極に接続されていることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１及び第２の中央電極、及び前記第１及び第２の側電極は、第１の層内に配置され、
前記中央嵌合部、前記嵌合ユニット、及び前記第１及び第２の嵌合解除部の少なくとも一部は、前記第１の層の下に絶縁膜を介して重ね合わされた第２の層内に配置されていることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記第１及び第２の側電極、前記嵌合ユニット、及び前記第１及び第２の嵌合解除部は、前記中央嵌合部を境にして２つの部分にそれぞれ分割され、前記中央嵌合部は、前記２つの部分の間を貫通していることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記中央嵌合部、前記嵌合ユニット、及び前記第１及び第２の嵌合解除部の少なくとも一部は不導体から成ることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
アクチュエータ全体を支持する固定部に一端が接続された可撓性の中央支持部と、
前記中央支持部の他端に接続され、第１の方向及び前記第１の方向に対向する第２の方向にそれぞれ変位可能な中央電極ユニットと、
前記固定部に接続され、前記中央電極ユニットと嵌合することにより、前記中央電極ユニットを前記第１の方向へ変位した第１の変位状態、前記第２の方向へ変位した第２の変位状態、及び前記第１及び第２の方向の何れにも変位していない中央状態のうち少なくとも１つの状態に保持する嵌合ユニットと、
前記固定部に一端が接続された可撓性の第１の側支持部と、
前記第１の側支持部の他端に接続され、前記第２の方向に変位することにより前記嵌合ユニットが保持する前記第２の変位状態あるいは前記中央状態を解除する第１の側電極ユニットと、
前記固定部に一端が接続された可撓性の第２の側支持部と、
前記第２の側支持部の他端に接続され、前記第１の方向に変位することにより前記嵌合ユニットが保持する前記第１の変位状態あるいは前記中央状態を解除する第２の側電極ユニットと、
前記中央電極ユニットに接続されたミラーと、
前記ミラーの近傍において交差又は対向する１対の光導波路
とを有することを特徴とする光デバイス。
【請求項１４】
前記中央電極ユニットが前記第１の変位状態、前記第２の変位状態、及び前記中央状態のうち少なくとも１つの状態に保持されることにより、前記ミラーは前記光導波路内を伝播する光の光路を切り替えることを特徴とする請求項１３記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクチュエータ及び光デバイスに関し、特に、微小電気機械システムによるアクチュエータ及び光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光デバイスの１つである光スイッチは主として、機械式、導波路式、微小電気機械システム（micro-electro-mechanical system：ＭＥＭＳ）式の３つに区別される。この中でＭＥＭＳ式は、半導体プロセスで形成されるマイクロマシニング技術を用いることにより、光導波路、ミラー及び駆動機構を１つのシリコンチップ上に一体形成することができる。また、光通信に使用される光ファイバのコア径は９μｍと小さく、ＭＥＭＳ式はサイズとコストの面から光スイッチへの応用が期待されてきた。
【０００３】
ＭＥＭＳ機構の駆動原理には、静電気による引力が利用されてきた。２枚の電極間の面方向引力を利用するギャップクロージング方式と、相対して配置された櫛歯型電極の面平行方向の引力を利用するコム方式に大別される。長ストロークを得るにはコム方式が優れている。
【０００４】
従来より、図４２に示すような光スイッチが知られている（例えば、特許文献１参照）。可撓性の支持体１５３で懸吊された可動コム電極１５２を中央に配置し、相対して固定コム電極１５１ａ、１５１ｂを左右に配置し、左右の固定コム電極１５１ａ、１５１ｂに交互に荷電することで、アースされた中央の可動コム電極１５２を左右に動かしている。例えば、左の固定コム電極１５１ａに荷電すれば、中央の可動コム電極１５２は左側へ引き寄せられ、支持体１５３のバネ反力と静電気の引力がバランスする位置まで、またはその途中に設けられるストッパまで移動する。左の固定コム電極１５１ａを除電すると、静電気の引力が無くなり、中央の可動コム電極１５２は支持体１５３のバネ反力により中央位置に戻る。右方向の移動も同様に行われる。
【特許文献１】米国特許第５０２５３４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図４２に示した従来例では、中央の可動コム電極１５２は左右の固定コム電極１５２ａ、１５１ｂに荷電されている時だけ、左右の位置に移動する。従って、左右位置に可動コム電極１５２を保持するためには、常時通電する必要があり、長時間動かさない使い方をする場合、不経済である。しかしながら、短時間だけ通電し、可動コムが左右位置に移動後は電源が切れてもその位置を保持するラッチ式の光スイッチを図４２に示した従来例で構成することは困難であった。
【０００６】
また、左右の固定コム電極１５２ａ、１５１ｂに荷電せず、可動コム電極１５２が中央に位置する時は、可動コム電極１５２を懸吊している支持体１５３は、撓んでいない状態であるため、振動や衝撃などの外力が作用すると可動コム電極１５２は慣性力により揺動することになる。したがって、可動コム電極１５２の中央位置は安定位置ではあるが、可動コム電極１５２は完全に固定されてはいない。
【０００７】
本発明はこのような関連技術の問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、短時間の電圧印加により可動部分を複数の状態に変位させ、且つその状態を保持することができるアクチュエータ及び光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の特徴は、アクチュエータ全体を支持する固定部に一端が接続された可撓性の中央支持部と、中央支持部の他端に接続され、第１の方向及び第１の方向に対向する第２の方向にそれぞれ変位可能な中央電極ユニットと、固定部に接続され、中央電極ユニットと嵌合することにより、中央電極ユニットを第１の方向へ変位した第１の変位状態、第２の方向へ変位した第２の変位状態、及び第１及び第２の方向の何れにも変位していない中央状態のうち少なくとも１つの状態に保持する嵌合ユニットと、固定部に一端が接続された可撓性の第１の側支持部と、第１の側支持部の他端に接続され、第２の方向に変位することにより嵌合ユニットが保持する第２の変位状態あるいは中央状態を解除する第１の側電極ユニットと、固定部に一端が接続された可撓性の第２の側支持部と、第２の側支持部の他端に接続され、第１の方向に変位することにより嵌合ユニットが保持する第１の変位状態あるいは中央状態を解除する第２の側電極ユニットとを有するアクチュエータであることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、第１の特徴に係るアクチュエータと、中央電極ユニットに接続されたミラーと、ミラーの近傍において交差又は対向する１対の光導波路とを有する光デバイスであることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、短時間の電圧印加により可動部分を複数の状態に変位させ、且つその状態を保持することができるアクチュエータ及び光デバイス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】
【００１１】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るアクチュエータは、アクチュエータ全体を支持する固定部５と、固定部５にその一端が接続された可撓性の中央支持部６と、中央支持部６の他端に接続された中央電極ユニット１と、固定部５に接続された嵌合ユニット２と、固定部５にその一端が接続された可撓性の第１の側支持部７と、第１の側支持部７の他端に接続された第１の側電極ユニット３と、固定部５にその一端が接続された可撓性の第２の側支持部８と、第２の側支持部８の他端に接続された第２の側電極ユニット４とを有する。
【００１３】
中央電極ユニット１は、中央支持部６が撓むことにより、第１の方向及び第１の方向に対向する第２の方向にそれぞれ変位可能である。嵌合ユニット２は、中央電極ユニット１と嵌合することにより、中央電極ユニット１を第１の方向へ変位した「第１の変位状態」、第２の方向へ変位した「第２の変位状態」、及び第１及び第２の方向の何れにも変位していない「中央状態」に保持する。第１の側電極ユニット３は、第２の方向に変位することにより嵌合ユニット２が保持する第２の変位状態あるいは中央状態を解除する。第２の側電極ユニット４は、第１の方向に変位することにより嵌合ユニット２が保持する第１の変位状態あるいは中央状態を解除する。
【００１４】
中央電極ユニット１は、中央支持部６の他端に接続された可動プレート１２と、可動プレート１２に第１の方向へ接続された第１の中央電極１３と、可動プレート１２に第２の方向へ接続された第２の中央電極１４と、可動プレート１２に第１及び第２の方向へ接続された中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）とを有する。第１の側電極ユニット３は、第１の側支持部７の他端に接続された第１の側電極１８と、第１の側電極１８に接続された第１の嵌合解除部１９とを有する。第２の側電極ユニット４は、第２の側支持部８の他端に接続された第２の側電極２１と、第２の側電極２１に接続された第２の嵌合解除部２２とを有する。図１においては、第１の方向が左方向に相当し、第２の方向が右方向に相当する。
【００１５】
中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）は、可動プレート１２に第１の方向へ接続された第１の中央嵌合部１５ａと、可動プレート１２に第２の方向へ接続された第２の中央嵌合部１５ｂとを有する。即ち、第１の中央嵌合部１５ａは、可動プレート１２に連結されて第１の方向へ延ばされている。第２の中央嵌合部１５ｂは、可動プレート１２に連結されて第２の方向へ延ばされている。嵌合ユニット２は、第１の中央嵌合部１５ａと嵌合する第１の側嵌合部２ａと、第２の中央嵌合部１５ｂと嵌合する第２の側嵌合部２ｂとを有する。
【００１６】
第１の中央嵌合部１５ａは、第１の中央爪３２ａと、第１の側爪３３ａとを有する。第２の中央嵌合部１５ｂは、第２の中央爪３２ｂと、第２の側爪３３ｂとを有する。第１の側嵌合部２ａは、第１の嵌合爪３１ａと、第１の嵌合解除部１９に接触する第１の凸部１６ａとを有する。第２の側嵌合部２ｂは、第２の嵌合爪３１ｂと、第２の嵌合解除部２２に接触する第２の凸部１６ｂとを有する。
【００１７】
可動プレート１２、第１の側電極１８、及び第２の側電極２１は、それぞれ４本の可撓性の支持部６〜８に懸吊されている。第１及び第２の中央電極１３、１４は、可動プレート１２の両脇にそれぞれ配置されている。固定部５は、ＭＥＭＳ構造体の基本構成要素である。なお、支持部６〜８は、それぞれ上下１本づつであっても構わないし、折り返し構造にすることも可能である。折り返し構造である場合、撓んだ場合の支持部６〜８の伸びを緩和することができる。支持部６〜８によって、中央電極ユニット１、第１の側電極ユニット３、及び第２の側電極ユニット４は、それぞれ第１及び第２の方向、即ち、直線的（一次元的）に可動することができる。
【００１８】
可動プレート１２、第１の中央電極１３、第２の中央電極１４、及び中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）は、中央支持部６が撓むことにより、第１及び第２の方向にそれぞれ変位可能である。第１の側電極１８は、第１の側支持部７が撓むことにより、第２の方向に変位可能である。第２の側電極２１は、第２の側支持部８が撓むことにより、第１の方向に変位可能である。
【００１９】
第１の中央電極１３と第１の側電極１８の間に電位差を生じさせることにより、第１の中央電極１３を含む中央電極ユニット１は第１の方向へ変位し、第１の側電極１８を含む第１の側電極ユニット３は第２の方向へ変位する。一方、第２の中央電極１４と第２の側電極２１の間に電位差を生じさせることにより、第２の中央電極１４を含む中央電極ユニット１は第２の方向へ変位し、第２の側電極２１を含む第２の側電極ユニット４は第１の方向へ変位する。
【００２０】
第１の側嵌合部２ａは、第１の嵌合爪３１ａと第１の中央嵌合部１５ａの第１の中央爪３２ａと嵌合することにより、可動プレート１２を中央状態に保持する。また、第１の側嵌合部２ａは、第１の嵌合爪３１ａと第１の中央嵌合部１５ａの第１の側爪３３ａと嵌合することにより、可動プレート１２を第２の変位状態に保持する。即ち、第１の中央爪３２ａは、可動プレート１２が中央状態よりも第１の方向へ移動することを防止し、第１の側爪３３ａは、可動プレート１２が第２の変位状態よりも第１の方向へ移動することを防止する。一方、第２の側嵌合部２ｂは、第２の嵌合爪３１ｂと第２の中央嵌合部１５ｂの第２の中央爪３２ｂと嵌合することにより、可動プレート１２を中央状態に保持する。また、第２の側嵌合部２ｂは、第２の嵌合爪３１ｂと第２の中央嵌合部１５ｂの第２の側爪３３ｂと嵌合することにより、可動プレート１２を第１の変位状態に保持する。即ち、第２の中央爪３２ｂは、可動プレート１２が中央状態よりも第２の方向へ移動することを防止し、第２の側爪３３ｂは、可動プレート１２が第１の変位状態よりも第２の方向へ移動することを防止する。このようにして、嵌合ユニット２は、中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）と嵌合することにより、可動プレート１２を第１の変位状態、第２の変位状態、及び中央状態に保持する。なお、可動プレート１２が中央状態にある場合において、第１の嵌合爪３１ａと第１の中央爪３２ａとは嵌合している、つまり両者の隙間がゼロであるか、或いは極微小な間隔を空けて近接配置されている。同様に、可動プレート１２が中央状態にある場合において、第２の嵌合爪３１ｂと第２の中央爪３２ｂとは嵌合している、つまり両者の隙間がゼロであるか、或いは極微小な間隔を空けて近接配置されている。
【００２１】
第１の嵌合解除部１９は、第１の側電極１８が第２の方向に変位することにより、第１の凸部１６ａを押して第１の側嵌合部２ａを撓ませ、そして、第１の中央爪３２ａと第１の嵌合爪３１ａの間の嵌合或いは第１の側爪３３ａと第１の嵌合爪３１ａの間の嵌合を解除する。一方、第２の嵌合解除部２２は、第２の側電極２１が第１の方向に変位することにより、第２の凸部１６ｂを押して第２の側嵌合部２ｂを撓ませ、そして、第２の中央爪３２ｂと第２の嵌合爪３１ｂの間の嵌合或いは第２の側爪３３ｂと第２の嵌合爪３１ｂの間の嵌合を解除する。即ち、第１及び第２の嵌合解除部１９、２２は、嵌合ユニット２を撓ませて中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）と嵌合ユニット２の間の嵌合を解除する。
【００２２】
なお、中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）、嵌合ユニット（２ａ、２ｂ）、第１及び第２の嵌合解除部（１９、２２）、及び第１及び第２の中央爪（３２ａ、３２ｂ）は、第１及び第２の方向に対して垂直な方向に対象に配置されている。しかし、片側だけであっても、状態保持機能を発揮することができる。
【００２３】
また、第１の中央電極１３と第１の側電極１８間の電気的短絡、及び第２の中央電極１４と第２の側電極１２間の電気的短絡を防止する施策は、図１８（ａ）乃至図１８（ｄ）を参照して後述する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、中央支持部６の一端は、固定部５に接続／固定されている。図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、図２（ａ）の点線で囲んだ領域３５を拡大して示す。固定部５及び中央支持部６は、第１の層内に配置され、固定部５は、第１の層の下に絶縁膜３６を介して重ね合わされた第２の層内に配置されている基板３７に接続されている。中央支持部６は、基板３７の上方に重ね合わせて配置されている。しかし、中央支持部６と基板３７との間に絶縁膜３６は配置されておらず、中央支持部６は、基板３７に対して自由に撓む（変位する）ことができる。同様に、図１に示した第１及び第２の側支持部７、８及び嵌合ユニット（２ａ、２ｂ）も、基板３７の上方に絶縁膜３６を介さずに配置され、基板３７に対して自由に撓むことができる。更に、中央支持部６に接続された中央電極ユニット１、第１及び第２の側支持部７、８に接続された第１及び第２の側電極ユニット３、４、及び嵌合ユニット２も、基板３７の上方に絶縁膜３６を介さずに配置され、基板３７に対して自由に変位することができる。
【００２５】
なお、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示した構造は、半導体プロセスを用いて容易に形成可能である。即ち、フォトリソグラフィ法、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）などの異方性エッチング法、及び絶縁膜（酸化膜）３６のウェットエッチング法を用いて、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示した構造を容易に実現することができる。
【００２６】
次に、図３〜図１４を参照して、図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する。
【００２７】
先ず、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）が中央状態から第２の変位状態へ移動する場合について説明する。
【００２８】
（イ）第２の中央電極１４と第２の側電極２１の間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）に接地電位（アース）を印加し、第２の側電極２１に対して所定の電圧を印加する。すると、図３に示すように、第２の中央電極１４と第２の側電極２１の間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。しかし、第２の中央爪３２ｂが第２の嵌合爪３１ｂと嵌合（干渉）している為、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、中央状態から第２の方向へ変位することができない。一方、第２の側電極ユニット（２１、２２）は、第２の側支持部８が撓むことにより、第１の方向へ変位する。第１の方向への変位と同時に、第２の嵌合解除部２２は第２の凸部１６ｂに応力を加えるため、第２の側嵌合部２ｂは内側へ撓む。
【００２９】
（ロ）第２の側嵌合部２ｂがある一定値以上内側へ撓むと、図４に示すように、第２の中央爪３２ｂと第２の嵌合爪３１ｂとの嵌合が解除される。即ち、第２の側嵌合部２ｂが保持していた中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）の中央状態が解除される。従って、中央状態の解除と同時に、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、中央支持部６が撓むことにより、第２の方向へ変位し始める。
【００３０】
（ハ）中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）が第２の方向へ変位すると、図５に示すように、第１の側爪３３ａは第１の嵌合爪３１ａに応力を加え、第１の側嵌合部２ａは内側へ撓む。
【００３１】
（ニ）中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）が更に第２の方向へ変位して、第１の側爪３３ａが第１の嵌合爪３１ａから外れると、図６に示すように、第１の嵌合爪３１ａへの応力が無くなり、撓んでいた第１の側嵌合部２ａが弾性力により元の状態に戻る。すると、第１の嵌合爪３１ａは第１の側爪３３ａと嵌合して、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、第１の方向へ変位することができなくなる。即ち、第１の側嵌合部２ａは、第１の中央嵌合部１５ａと嵌合することにより、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）を、第２の方向へ変位した第２の変位状態に保持する。したがって、第２の側電極２１に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図７に示すように、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、安定して第２の変位状態に保持される。
【００３２】
次に、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）が第２の変位状態から第１の変位状態へ移動する場合について説明する。
【００３３】
（ホ）第１の中央電極１３と第１の側電極１８の間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）に接地電位（アース）を印加し、第１の側電極１８に対して所定の電圧を印加する。すると、図７に示すように、第１の中央電極１３と第１の側電極１８の間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。しかし、第１の側爪３３ａが第１の嵌合爪３１ａと嵌合（干渉）している為、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、第２の変位状態から第１の方向へ変位することができない。一方、図８に示すように、第１の側電極ユニット（１８、１９）は、第１の側支持部７が撓むことにより、第２の方向へ変位する。第２の方向への変位と同時に、第１の嵌合解除部１９は第１の凸部１６ａに応力を加えるため、第１の側嵌合部２ａは内側へ撓む。
【００３４】
（へ）第１の側嵌合部２ａがある一定値以上内側へ撓むと、図８に示すように、第１の側爪３３ａと第１の嵌合爪３１ａとの嵌合が解除される。即ち、第１の側嵌合部２ａが保持していた中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）の第２の変位状態が解除される。従って、図９に示すように、第２の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、第１の中央電極１３の静電引力により、第１の方向へ変位し始める。
【００３５】
（ト）中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）が第１の方向へ変位すると、図９に示すように、第２の側爪３３ｂは第２の嵌合爪３１ｂに応力を加え、第２の側嵌合部２ｂは内側へ撓む。中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）が更に第１の方向へ変位して、第２の側爪３３ｂが第２の嵌合爪３１ｂから外れると、図１０に示すように、第２の嵌合爪３１ｂへの応力が無くなり、撓んでいた第２の側嵌合部２ｂが弾性力により元の状態に戻る。すると、第２の嵌合爪３１ｂは第２の側爪３３ｂと嵌合して、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、第２の方向へ変位することができなくなる。即ち、第２の側嵌合部２ｂは、第２の中央嵌合部１５ｂと嵌合することにより、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）を、第１の方向へ変位した第１の変位状態に保持する。したがって、第１の側電極１８に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図１１に示すように、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、安定して第１の変位状態に保持される。
【００３６】
次に、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）が第１の変位状態から中央状態へ移動する場合について説明する。
【００３７】
（チ）中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）に接地電位（アース）を印加し、第１の側電極１８及び第２の側電極２１に対して所定の電圧をそれぞれ印加する。すると、図１２に示すように、第１の中央電極１３と第１の側電極１８の間、及び第１の中央電極１４と第２の側電極２１の間で静電引力が生じ、第１の側電極ユニット（１８、１９）及び第２の側電極ユニット（２１、２２）は中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）へ引き寄せられる方向に変位する。即ち、第１の側電極ユニット（１８、１９）は第２の方向に変位し、第２の側電極ユニット（２１、２２）は第１の方向に変位する。一方、第２の側爪３３ｂが第２の嵌合爪３１ｂと嵌合（干渉）している為、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、第１の変位状態に保持されて第２の方向へ変位することができない。
【００３８】
（リ）図１２に示すように、第２の側電極ユニット（２１、２２）が第１の方向へ変位すると、第２の嵌合解除部２２は第２の凸部１６ｂに応力を加えるため、第２の側嵌合部２ｂは内側へ撓む。
【００３９】
（ヌ）第２の側嵌合部２ｂがある一定値以上内側へ撓むと、図１３に示すように、第２の側爪３３ｂと第２の嵌合爪３１ｂとの嵌合が解除される。即ち、第２の側嵌合部２ｂが保持していた中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）の第１の変位状態が解除される。従って、第１の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、中央支持部６の弾性力により、第２の方向へ変位し始める。
【００４０】
（ル）中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）は、図１４に示すように、第１の側電極１８及び第２の側電極２１による静電引力が釣り合い、左右の引力が相殺されるので、中央支持部６の弾性力により中央状態まで移動して中央状態で安定する。そして、第１の側電極１８及び第２の側電極２１に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図１に示したように、第１の側嵌合部２ａ及び第２の側嵌合部２ｂは、弾性力により元の状態に復元して、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）を安定して中央状態に保持する。第１の側電極ユニット（１８、１９）及び第２の側電極ユニット（２１、２２）も、第１及び第２の側支持部７、８の弾性力により元の状態に戻る。
【００４１】
このように、第１の側電極１８或いは第２の側電極２１の何れかに荷電する前までは、可動プレート１２は、状態保持作用により中央位置に固定されている。第１の側電極１８或いは第２の側電極２１の何れかに荷電することにより、中央状態での状態保持作用が解除される。そして、可動プレート１２は荷電された電極１８、２１の方向へ移動し、新たな位置での状態保持作用が働く。そして、反対側電極２１、１８を荷電すると可動プレート１２は、反対側電極２１、１８の動きにより現位置での状態保持作用が解除されると同時に引き寄せられ、中央位置を通過して反対側変位状態において状態保持作用が働き固定される。第１及び第２の側電極１８、２１に同時に荷電するか、或いは中央電極１３、１４に荷電すると、第１及び第２の側電極１８、２１の動きにより、現位置での状態保持作用が解除される。そして、可動プレート１２は、第１の側電極１８と第２の側電極２１の静電引力が相殺される中央位置まで中央支持部６のバネ力により復元し、中央位置において状態保持作用が働き、固定される。
【００４２】
以上説明したように、嵌合ユニット（２ａ、２ｂ）は、第１及び第２の変位状態及び中央状態において、中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）と嵌合することにより、中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）を安定して第１及び第２の変位状態及び中央状態に保持することができる。よって、第１及び第２の変位状態及び中央状態における中央電極ユニット（１２〜１４、１５ａ、１５ｂ）の位置精度を向上させることができる。
【００４３】
また、可動プレート１２を第１及び第２の変位状態にそれぞれ保持することにより、第１の側電極１８或いは第２の側電極２１に常時通電する必要が無くなくなる。
【００４４】
また、第１の側電極１８及び第２の側電極２１に荷電せず、可動プレート１２が中央状態に位置する場合において振動や衝撃などの外力が作用しても、中央支持部６は撓むことなく、可動プレート１２は揺動することがない、或いは、ごく僅かな揺動のみに規制され、実質上固定される。
【００４５】
中央電極ユニット１、第１の側電極ユニット３、及び第２の側電極ユニット４に、短時間だけ荷電するだけで、可動プレート１２を３つの状態（第１及び第２の変位状態、及び中央状態）に移動させ、且つその状態で安定して固定することができる。即ち、スイッチとして極めて有効な構造を構築することができ、各種スイッチに応用可能なＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【００４６】
本発明の第１の実施の形態では、中央電極ユニット１、第１の側電極ユニット３、及び第２の側電極ユニット４から成る３つのコム電極による構成を図４２に示した関連技術のそれと同じままとし、左右位置におけるラッチ機能を付加すると共に中央電極ユニット１の中央位置での安定性も確保する。それにより、３位置の静電アクチュエータを提供して、各種機能のＭＥＭＳ式光スイッチを構成することができる。
【００４７】
（第１の実施の形態の第１の変形例）
図１に示したアクチュエータは、第１及び第２の変位状態及び中央状態においてそれぞれ状態保持作用（ラッチ機能）を有していた。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。第１の実施の形態に係るアクチュエータは、第１の変位状態、第２の変位状態、及び中央状態のうち少なくとも１つの状態において状態保持作用を有していればよい。そこで、本発明の第１の実施の形態の第１乃至第３の変形例において、嵌合ユニット２が、第１の変位状態、第２の変位状態、及び中央状態のうち少なくとも１つの状態に保持する場合について説明する。
【００４８】
先ず第１の変形例においては、嵌合ユニット２が、第１の変位状態及び中央状態に中央電極ユニット１を保持する場合について説明する。
【００４９】
図１５に示すように、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係るアクチュエータは、図１のアクチュエータに比して、
（イ）第１の中央嵌合部１５ａが、第１の中央爪３２ａのみを有し、図１の第１の側爪３３ａを有さない点
が異なり、他の構成は総て同じである。
【００５０】
第１の側嵌合部２ａは、第１の嵌合爪３１ａと第１の中央嵌合部１５ａの第１の中央爪３２ａと嵌合することにより、可動プレート１２を中央状態に保持する。しかし、第１の中央嵌合部１５ａが第１の側爪３３ａを有さない為、第１の側嵌合部２ａは、第２の変位状態において第１の中央嵌合部１５ａと嵌合せず、可動プレート１２を第２の変位状態に保持しない。一方、第２の側嵌合部２ｂは、第２の嵌合爪３１ｂと第２の中央嵌合部１５ｂの第２の中央爪３２ｂと嵌合することにより、可動プレート１２を中央状態に保持する。また、第２の側嵌合部２ｂは、第２の嵌合爪３１ｂと第２の中央嵌合部１５ｂの第２の側爪３３ｂと嵌合することにより、可動プレート１２を第１の変位状態に保持する。このようにして、嵌合ユニット２は、中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）と嵌合することにより、可動プレート１２を第１の変位状態及び中央状態に保持するが、第２の変位状態には保持しない。
【００５１】
このように、第１の中央嵌合部１５ａから第１の側爪３３ａを除去することにより、可動プレート１２が第２の方向へ移動しても、第１の中央嵌合部１５ａは第１の側嵌合部２ａと嵌合することができない。したがって、第２の側電極２１を除電すると、可動プレート１２は即時に中央位置に戻る。左右の状態保持機能のうち一方のみを除去することにより、２つの固定位置と、荷電時のみ移動する１つの位置を持つことができる。電荷のオン／オフに即応したスイッチ動作を必要とする場合に応用可能である。
【００５２】
なお、図１５では、第１の中央嵌合部１５ａから第１の側爪３３ａを除去した場合について示したが、第２の中央嵌合部１５ｂから第２の側爪３３ｂを除去した場合についても同様であることは言うまでも無い。
【００５３】
（第１の実施の形態の第２の変形例）
次に第２の変形例においては、嵌合ユニット２が、第１の変位状態及び第２の変位状態に中央電極ユニット１を保持する場合について説明する。
【００５４】
図１６に示すように、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係るアクチュエータは、図１のアクチュエータに比して、
（イ）第１の中央嵌合部１５ａが、第１の側爪３３ａのみを有し、図１の第１の中央爪３２ａを有さない点、及び
（ロ）第２の中央嵌合部１５ｂが、第２の側爪３３ｂのみを有し、図１の第２の中央爪３２ｂを有さない点
が異なり、他の構成は総て同じである。
【００５５】
第１の側嵌合部２ａは、第１の嵌合爪３１ａと第１の中央嵌合部１５ａの第１の側爪３３ａと嵌合することにより、可動プレート１２を第２の変位状態に保持する。しかし、第１の中央嵌合部１５ａが第１の中央爪３２ａを有さない為、第１の側嵌合部２ａは、中央状態において第１の中央嵌合部１５ａと嵌合せず、可動プレート１２を中央状態に保持しない。一方、第２の側嵌合部２ｂは、第２の嵌合爪３１ｂと第２の中央嵌合部１５ｂの第２の側爪３３ｂと嵌合することにより、可動プレート１２を第１の変位状態に保持する。しかし、第２の中央嵌合部１５ｂが第２の中央爪３２ｂを有さない為、第２の側嵌合部２ｂは、中央状態において第２の中央嵌合部１５ｂと嵌合せず、可動プレート１２を中央状態に保持しない。このようにして、嵌合ユニット２は、中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）と嵌合することにより、可動プレート１２を第１の変位状態及び第２の変位状態に保持するが、中央状態には保持しない。
【００５６】
このように、第１及び第２の中央嵌合部１５ａ、１５ｂから第１及び第２の中央爪３２ａ、３２ｂを除去することにより、可動プレート１２が中央位置にあっても、第１及び第２の中央嵌合部１５ａ、１５ｂは第１及び第２の側嵌合部２ａ、２ｂと嵌合することができない。即ち、アクチュエータは、中央状態における状態保持作用（ラッチ機能）を有さない。外部からの振動や衝撃などによって中央位置での可動プレート１２が微小揺動することを利用するセンシング等への適用が可能である。この場合、第１及び第２の変位状態での状態保持機能は、外部からの振動や衝撃が所定のしきい値以上になった時のリミッタとして用いることもできる。
【００５７】
（第１の実施の形態の第３の変形例）
次に第３の変形例においては、嵌合ユニット２が、中央状態に中央電極ユニット１を保持する場合について説明する。
【００５８】
図１７に示すように、本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係るアクチュエータは、図１のアクチュエータに比して、
（イ）第１の中央嵌合部１５ａが、第１の中央爪３２ａのみを有し、図１の第１の側爪３３ａを有さない点、及び
（ロ）第２の中央嵌合部１５ｂが、第２の中央爪３２ｂのみを有し、図１の第２の側爪３３ｂを有さない点
が異なり、他の構成は総て同じである。
【００５９】
第１の側嵌合部２ａは、第１の嵌合爪３１ａが第１の中央嵌合部１５ａの第１の中央爪３２ａと嵌合することにより、中央電極ユニット１を中央状態から第１の方向へ変位することを防止する、即ち、可動プレート１２を中央状態に保持する。しかし、第１の中央嵌合部１５ａが第１の側爪３３ａを有さない為、第１の側嵌合部２ａは、第２の変位状態において第１の中央嵌合部１５ａと嵌合せず、可動プレート１２を第２の変位状態に保持しない。一方、第２の側嵌合部２ｂは、第２の嵌合爪３１ｂが第２の中央嵌合部１５ｂの第２の中央爪３２ｂと嵌合することにより、中央電極ユニット１を中央状態から第２の方向へ変位することを防止する、即ち、可動プレート１２を中央状態に保持する。しかし、第２の中央嵌合部１５ｂが第２の側爪３３ｂを有さない為、第２の側嵌合部２ｂは、第１の変位状態において第２の中央嵌合部１５ｂと嵌合せず、可動プレート１２を第１の変位状態に保持しない。このようにして、嵌合ユニット２は、中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）と嵌合することにより、可動プレート１２を中央状態に保持するが、第１及び第２の変位状態には保持しない。
【００６０】
このように、第１及び第２の中央嵌合部１５ａ、１５ｂから第１及び第２の側爪３３ａ、３３ｂを除去することにより、可動プレート１２が第１の変位状態或いは第２の変位状態にあっても、第１及び第２の中央嵌合部１５ａ、１５ｂは第１及び第２の側嵌合部２ａ、２ｂと嵌合することができない。即ち、アクチュエータは、第１及び第２の変位状態における状態保持作用（ラッチ機能）を有さない。第１の側電極１８或いは第２の側電極２１を除電すると、可動プレート１２は即時に中央位置へ戻る。したがって、左右の状態保持機能を除去することにより、１つの固定位置と、荷電時のみ移動する２つの位置を持つことができる。電荷のオン／オフに即応したスイッチ動作が必要な場合、いわゆる「ラッチ機能なし」型の光デバイスに適用することができる。
【００６１】
（第１の実施の形態の第４の変形例）
第１の実施の形態に係るアクチュエータの駆動原理は中央電極１３、１４と第１及び第２の側電極１８、２１間の静電引力である。したがって、互いに噛み合う第１の中央電極１３と第１の側電極１８間、及び第２の中央電極１４と第２の側電極２１間は、電気的に絶縁されている必要が有る。
【００６２】
そこで、第１の実施の形態の第４の変形例では、これらの電極間の電気的絶縁方法について図１８（ａ）乃至図１８（ｄ）を参照して説明する。
【００６３】
図１８（ａ）に示すように、第１の嵌合解除部１９を不導体で形成することにより、第１の中央電極１３と第１の側電極１８間の電気的短絡を防止することができる。具体的には、図１に示した第１の中央電極１３は、第１の中央嵌合部１５ａ−第１の側嵌合部２ａ−第１の嵌合解除部１９を介して、第１の側電極１８に接続されている。図１８（ａ）においては、第１の中央嵌合部１５ａ、第１の側嵌合部２ａ、第１の嵌合解除部１９のうち、第１の嵌合解除部１９を不導体で形成することにより、上記の電気的な接続経路の一部を不導体で構成することが出来るため、第１の中央電極１３と第１の側電極１８間の電気的短絡を防止することができる。
【００６４】
なお、図示は省略したが、同様にして、第２の嵌合解除部２２を不導体で形成することにより、第２の中央電極１４と第２の側電極２１間の電気的短絡を防止することができる。
【００６５】
また、不導体で形成する第１及び第２の嵌合解除部１９、２２を他の構成要素と一体形成せず、別工程で形成し、後から取り付けても構わない。或いは、形状加工前に予め第１及び第２の嵌合解除部１９、２２の一部分に相当する部分を不導体としておき、ＭＥＭＳ構造を形成した後、第１及び第２の嵌合解除部１９、２２が部分的に不導体を含む構成になっていても構わない。
【００６６】
図１８（ｂ）に示すように、第１の側嵌合部２ａを不導体で形成することにより、第１の中央電極１３と第１の側電極１８間の電気的短絡を防止することができる。具体的には、図１に示した第１の中央電極１３と第１の側電極１８との間を接続する、第１の中央嵌合部１５ａ、第１の側嵌合部２ａ、及び第１の嵌合解除部１９のうち、第１の側嵌合部２ａを不導体で形成することにより、上記の電気的な接続経路の一部を不導体で構成することが出来るため、第１の中央電極１３と第１の側電極１８間の電気的短絡を防止することができる。
【００６７】
なお、図示は省略したが、同様にして、第２の側嵌合部２ｂを不導体で形成することにより、第２の中央電極１４と第２の側電極２１間の電気的短絡を防止することができる。
【００６８】
また、不導体で形成する第１及び第２の側嵌合部２ａ、２ｂを他の構成要素と一体形成せず、別工程で形成し、後から取り付けても構わない。或いは、形状加工前に予め第１及び第２の側嵌合部２ａ、２ｂの一部分に相当する部分を不導体としておき、ＭＥＭＳ構造を形成した後、第１及び第２の側嵌合部２ａ、２ｂが部分的に不導体を含む構成になっていても構わない。
【００６９】
図１８（ｄ）に示すように、第１の中央嵌合部１５ａの一部を不導体で形成することにより、第１の中央電極１３と第１の側電極１８間の電気的短絡を防止することができる。具体的には、図１に示した第１の中央電極１３と第１の側電極１８との間を接続する、第１の中央嵌合部１５ａ、第１の側嵌合部２ａ、及び第１の嵌合解除部１９のうち、第１の中央嵌合部１５ａの一部を不導体で形成することにより、上記の電気的な接続経路の一部を不導体で構成することが出来るため、第１の中央電極１３と第１の側電極１８間の電気的短絡を防止することができる。
【００７０】
なお、図示は省略したが、同様にして、第２の中央嵌合部１５ｂの一部を不導体で形成することにより、第２の中央電極１４と第２の側電極２１間の電気的短絡を防止することができる。
【００７１】
また、不導体で形成する第１及び第２の中央嵌合部１５ａ、１５ｂの一部を他の構成要素と一体形成せず、別工程で形成し、後から取り付けても構わない。或いは、形状加工前に予め第１及び第２の中央嵌合部１５ａ、１５ｂの一部に相当する部分を不導体としておき、ＭＥＭＳ構造を形成した後、第１及び第２の中央嵌合部１５ａ、１５ｂが部分的に不導体を含む構成になっていても構わない。
【００７２】
図１８（ｃ）に示すように、第１の側電極１８の一部を不導体で形成することにより、第１の中央電極１３と第１の側電極１８間の電気的短絡を防止することができる。具体的には、図１に示した第１の中央電極１３と第１の側電極１８との間を接続する、第１の中央嵌合部１５ａ、第１の側嵌合部２ａ、及び第１の嵌合解除部１９のうち、第１の側電極１８の一部を不導体で形成することにより、上記の電気的な接続経路の一部を不導体で構成することが出来るため、第１の中央電極１３と第１の側電極１８間の電気的短絡を防止することができる。但し、不導体で形成する第１の側電極１８の一部は、第１の側電極１８が有する櫛歯板と第１の嵌合解除部１９との間の一部分である。
【００７３】
なお、図示は省略したが、同様にして、第２の側電極２１の一部を不導体で形成することにより、第２の中央電極１４と第２の側電極２１間の電気的短絡を防止することができる。
【００７４】
また、不導体で形成する第１及び第２の側電極１８、２１の一部を他の構成要素と一体形成せず、別工程で形成し、後から取り付けても構わない。或いは、形状加工前に予め第１及び第２の側電極１８、２１の一部に相当する部分を不導体としておき、ＭＥＭＳ構造を形成した後、第１及び第２の側電極１８、２１が部分的に不導体を含む構成になっていても構わない。
【００７５】
（第１の実施の形態の第５の変形例）
互いに噛み合う電極間の電気的短絡を防止するには、図１８（ａ）乃至図１８（ｄ）に示したように構成要素の一部を不導体で形成するだけでなく、互いに噛み合う電極間に新たな電極を更に付加しても更に有効である。そこで、第５の変形例では、第１の中央電極１３と第１の側電極１８間、及び第２の中央電極１４と第２の側電極２１間は、櫛歯状の固定電極２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂを配置したアクチュエータについて説明する。
【００７６】
図１９に示すように、第１の実施の形態の第５の変形例に係るアクチュエータは、図１のアクチュエータに比して、
（イ）固定部５に接続され、第１の中央電極１３と第１の側電極１８の間に配置された第１の固定電極２３ａ、２３ｂと、固定部５に接続され、第２の中央電極１４と第２の側電極２１の間に配置された第２の固定電極２４ａ、２４ｂとを更に有する点
が異なり、他の構成は総て同じである。したがって、第１の中央電極１３及び第１の側電極１８は、第１の固定電極２３ａ、２３ｂにそれぞれ対向して配置され、第２の中央電極１４及び第２の側電極２１は、第２の固定電極２４ａ、２４ｂにそれぞれ対向して配置される。また、第１及び第２の中央嵌合部１５ａ、１５ｂが第１及び第２の方向へ延ばされている為、第１及び第２の固定電極は、それぞれ２つの部分（２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ）に分割されている。
【００７７】
第１及び第２の固定電極２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂは、固定部５に接続され、可撓性を有さない為、第１の方向及び第２の方向の何れにも変位しない。
【００７８】
第１の中央電極１３と第１の固定電極２３ａ、２３ｂの間に電位差を生じさせることにより、中央電極ユニット１は第１の方向へ変位する。第１の固定電極２３ａ、２３ｂと第１の側電極１８の間に電位差を生じさせることにより、第１の側電極ユニット３は第２の方向へ変位する。一方、第２の中央電極１４と第２の固定電極２４ａ、２４ｂの間に電位差を生じさせることにより、中央電極ユニット１は第２の方向へ変位する。第２の固定電極２４ａ、２４ｂと第２の側電極２１の間に電位差を生じさせることにより、第２の側電極ユニット４は第１の方向へ変位する。なおここでは、中央電極ユニット１、第１の側電極ユニット３、及び第２の側電極ユニット４に接地電位を印加し、第１及び第２の固定電極２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂに対して荷電することにより、中央電極ユニット１、第１の側電極ユニット３、及び第２の側電極ユニット４を稼動させる。
【００７９】
なお、図１９に示すアクチュエータの動作は、図３〜図１４に示した動作とほぼ同じである為、説明を省略する。
【００８０】
以上説明したように、第１及び第２の固定電極２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂを新たに設けることにより、容易に電極間の短絡防止策を取ることができる。
【００８１】
また、第４の変形例で説明したような構成要素の一部を不導体で形成する必要がなくなるため、不導体を形成するための製造工程を省略することができる。
【００８２】
（第１の実施の形態の第６の変形例）
図１に示したアクチュエータを使用する際、可動プレート１２の動きをアクチュエータの外部に取り出す必要がある。また、図１に示したアクチュエータのＭＥＭＳ構造は、基本的には第１及び第２の方向に垂直な方向（上下方向）に対称であり、力のバランスを考慮すると、可動プレートの動きを外部へ取り出すレバーは、線対称の軸線上にあることが望ましい。特に、図１に示したアクチュエータのＭＥＭＳ構造は、図２（ｂ）のように、基板３７上の単層内に総ての構成要素が形成されている、いわゆる単層構造（平面的構造）であるため、第１及び第２の側電極１８、２１が障害となって、上記のレバーを対称軸上に形成することが出来ない。そこで、第６の変形例では、第１及び第２の側電極１８、２１を上下方向に２分割して、中央嵌合部１５ａ、１５ｂに連結されたレバーが、分断された第１及び第２の側電極１８、２１を貫通して第１及び第２の方向に延長された場合について説明する。
【００８３】
図２０に示すように、第１の実施の形態の第６の変形例に係るアクチュエータは、図１のアクチュエータに比して、
（イ）第１及び第２の側電極１８、２１、嵌合ユニット（２ａ、２ｂ）、及び第１及び第２の嵌合解除部１９、２２は、中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）を境にして２つの部分にそれぞれ分割され、中央嵌合部は、２つの部分の間を貫通している点
が異なり、他の構成は総て同じである。すなわち、中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）は、分割された２つの部分の間を貫通して延長されたレバー２５、２６を更に有する。
【００８４】
このようにして、レバー２５、２６が、可動プレート１２の動きを対称軸の軸線上でアクチュエータの外部に引き出すことができ、力の釣り合いを取ることができる。特に、第１の実施の形態に係るアクチュエータのように、単層構造（平面的構造）を有する場合に有効である。
【００８５】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態及びその変形例においては、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示したように、固定部５が絶縁膜３６を介して基板３７に固定され、その他の構成要素（可動部分）が、基板３７の上方に配置されていた。即ち、アクチュエータの総ての構成要素が、基板３７上の１つの層（第１の層）内に配置され、単層構造（平面的構造）を有していた。しかし、アクチュエータの構成要素を、複数の層内に分散させ、且つ重ね合わせて配置させても構わない。そこで、本発明の第２の実施の形態では、荷電／除電される電極部分と、可動プレートの各状態を保持し、嵌合を解除する状態保持／嵌合解除部分とを、上下２つの層に分散させ、且つ重ね合わせて配置したアクチュエータの例について説明する。
【００８６】
図２１に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るアクチュエータは、アクチュエータ全体を支持する固定部５５と、固定部５５にその一端が接続された可撓性の中央支持部５６と、中央支持部５６の他端に接続された中央電極ユニット５１と、固定部５５に接続された嵌合ユニット５２と、固定部５５にその一端が接続された可撓性の第１の側支持部５７と、第１の側支持部５７の他端に接続された第１の側電極ユニット５３と、固定部５５にその一端が接続された可撓性の第２の側支持部５８と、第２の側支持部５８の他端に接続された第２の側電極ユニット５４とを有する。
【００８７】
中央電極ユニット５１は、中央支持部５６が撓むことにより、第１の方向及び第２の方向にそれぞれ変位可能である。嵌合ユニット５２は、中央電極ユニット５１と嵌合することにより、中央電極ユニット５１を第１の方向へ変位した「第１の変位状態」、第２の方向へ変位した「第２の変位状態」、及び第１及び第２の方向の何れにも変位していない「中央状態」に保持する。第１の側電極ユニット５３は、第２の方向に変位することにより嵌合ユニット５２が保持する第２の変位状態あるいは中央状態を解除する。第２の側電極ユニット５４は、第１の方向に変位することにより嵌合ユニット５２が保持する第１の変位状態あるいは中央状態を解除する。
【００８８】
中央電極ユニット５１は、中央支持部５６の他端に接続された可動プレート６２と、可動プレート６２に第１の方向へ接続された第１の中央電極６３と、可動プレート６２に第２の方向へ接続された第２の中央電極６４と、可動プレート６２に第１及び第２の方向へ接続された中央嵌合部６５とを有する。第１の側電極ユニット５３は、第１の側支持部５７の他端に接続された第１の側電極６８と、第１の側電極６８に接続された第１の嵌合解除部６９とを有する。第２の側電極ユニット５４は、第２の側支持部５８の他端に接続された第２の側電極７１と、第２の側電極７１に接続された第２の嵌合解除部７２とを有する。図２１においては、第１の方向が左方向に相当し、第２の方向が右方向に相当する。
【００８９】
中央嵌合部６５は、第１の方向の一端に配置された第１の嵌合爪８１ａと、第２の方向の他端に配置された第２の嵌合爪８１ｂとを有する。嵌合ユニット５２は、第１の方向に配置された第１の側爪８３ａ、第１の中央爪８２ａ、及び第１の凸部６６ａと、第２の方向に配置された第２の側爪８３ｂ、第２の中央爪８２ｂ、及び第２の凸部６６ｂとを有する。第１の凸部６６ａは第１の嵌合解除部６９に接触し、第２の凸部６６ｂは第２の嵌合解除部７２に接触している。
【００９０】
前述したように、図２１に示したアクチュエータの構成要素は、上下２つの層に分散され、且つ重ね合わせて配置されている。図２２（ａ）は、図２１のアクチュエータの構成要素のうちの第１の層（上層）内に配置されている構成要素を示す。
【００９１】
中央支持部５６、第１の側支持部５７、及び第２の側支持部５８は、上層内に配置されている。中央電極ユニット（６２〜６５）の構成要素のうちで、可動プレート６２、第１の中央電極６３、第２の中央電極６４は、上層内に配置されている。第１の側電極ユニット５３の構成要素のうちで、第１の側電極６８は、上層内に配置されている。第２の側電極ユニット５４の構成要素のうちで、第２の側電極７１は、上層内に配置されている。
【００９２】
可動プレート６２と中央嵌合部６５とが重なる部分（斜線で囲んだ部分）８５には、絶縁膜が配置されている。中央嵌合部６５は、この絶縁膜を介して可動プレート６２に接続／固定されている。第１の側電極６８と第１の嵌合解除部６９とが重なる部分（斜線で囲んだ部分）８６には、絶縁膜が配置されている。第１の嵌合解除部６９は、この絶縁膜を介して第１の側電極６８に接続／固定されている。第２の側電極７１と第２の嵌合解除部７２とが重なる部分（斜線で囲んだ部分）８７には、絶縁膜が配置されている。第２の嵌合解除部７２は、この絶縁膜を介して第２の側電極７１に接続／固定されている。
【００９３】
図２２（ｂ）は、図２１のアクチュエータの構成要素のうちの第１の層（上層）の下に絶縁膜を介して重ね合わされた第２の層（下層）内に配置されている構成要素を示す。
【００９４】
中央電極ユニット（６２〜６５）の構成要素のうちで、中央嵌合部６５は、下層内に配置されている。各爪（８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂ）及び凸部（６６ａ、６６ｂ）を含む嵌合ユニット５２は、下層内に配置されている。第１の側電極ユニット５３の構成要素のうちで、第１の嵌合解除部６９は、下層内に配置されている。第２の側電極ユニット５４の構成要素のうちで、第２の嵌合解除部７２は、下層内に配置されている。
【００９５】
図２３は、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示した上下層の各構成要素を重ね合わせた状態を示す。なお、図２３において上層の一部を省略して下層の構成を示した。図２１乃至図２３を参照して、第２の実施の形態に係るアクチュエータの各構成要素の機能／作用を説明する。
【００９６】
可動プレート６２は、４本の可撓性の中央支持部５６に懸吊されている。第１の側電極６８、及び第２の側電極６９は、それぞれ上下１本づつの可撓性の支持部５７、５８に懸吊されている。第１及び第２の中央電極６３、６４は、可動プレート６２の両脇にそれぞれ配置されている。固定部５５は、ＭＥＭＳ構造体の基本構成要素である。なお、支持部５６〜５８は、それぞれ折り返し構造にすることも可能である。折り返し構造である場合、撓んだ場合の支持部５６〜５８の伸びを緩和することができる。支持部５６〜５８によって、中央電極ユニット５１、第１の側電極ユニット５３、及び第２の側電極ユニット５４は、それぞれ第１及び第２の方向、即ち、直線的（一次元的）に可動することができる。
【００９７】
可動プレート６２、第１の中央電極６３、第２の中央電極６４、及び中央嵌合部６５は、中央支持部５６が撓むことにより、第１及び第２の方向にそれぞれ変位可能である。第１の側電極６８は、第１の側支持部５７が撓むことにより、第２の方向に変位可能である。第２の側電極７１は、第２の側支持部５８が撓むことにより、第１の方向に変位可能である。
【００９８】
第１の中央電極６３と第１の側電極６８の間に電位差を生じさせることにより、第１の中央電極６３を含む中央電極ユニット５１は第１の方向へ変位し、第１の側電極６８を含む第１の側電極ユニット５３は第２の方向へ変位する。一方、第２の中央電極６４と第２の側電極７１の間に電位差を生じさせることにより、第２の中央電極６４を含む中央電極ユニット５１は第２の方向へ変位し、第２の側電極７１を含む第２の側電極ユニット５４は第１の方向へ変位する。
【００９９】
嵌合ユニット５２は、第１の中央爪８２ａが中央嵌合部６５の第１の嵌合爪８１ａと嵌合し、第２の中央爪８２ｂが中央嵌合部６５の第２の嵌合爪８１ｂと嵌合することにより、可動プレート６２を中央状態に保持する。即ち、第１の中央爪８２ａは、可動プレート６２が中央状態よりも第１の方向へ移動することを防止し、第２の中央爪８２ｂは、可動プレート６２が中央状態よりも第２の方向へ移動することを防止する。また、嵌合ユニット５２は、第１の側爪８３ａが中央嵌合部６５の第１の嵌合爪８１ａと嵌合することにより、可動プレート１２を第２の変位状態に保持する。即ち、第１の側爪８３ａは、可動プレート６２が第２の変位状態よりも第１の方向へ移動することを防止する。嵌合ユニット５２は、第２の側爪８３ｂが中央嵌合部６５の第２の嵌合爪８１ｂと嵌合することにより、可動プレート６２を第１の変位状態に保持する。即ち、第２の側爪８３ｂは、可動プレート６２が第１の変位状態よりも第２の方向へ移動することを防止する。このようにして、嵌合ユニット５２は、中央嵌合部６５と嵌合することにより、可動プレート６２を第１の変位状態、第２の変位状態、及び中央状態に保持する。なお、可動プレート６２が中央状態にある場合において、第１の嵌合爪８１ａと第１の中央爪８２ａとは嵌合している、つまり両者の隙間がゼロであるか、或いは極微小な間隔を空けて近接配置されている。同様に、可動プレート６２が中央状態にある場合において、第２の嵌合爪８１ｂと第２の中央爪８２ｂとは嵌合している、つまり両者の隙間がゼロであるか、或いは極微小な間隔を空けて近接配置されている。
【０１００】
第１の嵌合解除部６９は、第１の側電極６８が第２の方向に変位することにより、第１の凸部６６ａを押して嵌合ユニット５２を外側へ撓ませ、そして、第１の中央爪８２ａと第１の嵌合爪８１ａの間の嵌合或いは第１の側爪８３ａと第１の嵌合爪８１ａの間の嵌合を解除する。一方、第２の嵌合解除部７２は、第２の側電極７１が第１の方向に変位することにより、第２の凸部６６ｂを押して嵌合ユニット５２を外側へ撓ませ、そして、第２の中央爪８２ｂと第２の嵌合爪８１ｂの間の嵌合或いは第２の側爪８３ｂと第２の嵌合爪８１ｂの間の嵌合を解除する。即ち、第１及び第２の嵌合解除部６９、７２は、嵌合ユニット５２を撓ませて中央嵌合部６５と嵌合ユニット５２の間の嵌合を解除する。
【０１０１】
なお、中央嵌合部６５、嵌合ユニット５２、第１及び第２の嵌合解除部６９、７２、及び第１及び第２の中央爪８２ａ、８２ｂは、第１及び第２の方向に対して垂直な方向に対象に配置されている。しかし、片側だけであっても、状態保持機能を発揮することができる。
【０１０２】
また、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示したように、アクチュエータの構成要素は、絶縁膜を介した上下２つの層に分散されて配置されているため、第１の中央電極６３と第１の側電極６８間の電気的短絡、及び第２の中央電極６４と第２の側電極７１間の電気的短絡を防止することができる。
【０１０３】
以上説明したように、図１に示したアクチュエータが単層構造（平面的構造）であるのに対して、図２１に示したアクチュエータの各構成要素は、上下層の２つの層に分散して、且つ重ね合わせて配置されている点で異なる。また、図１に示したアクチュエータでは、嵌合ユニット（２ａ、２ｂ）は中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）の内側に配置され、嵌合ユニット（２ａ、２ｂ）が内側に撓むことにより、中央嵌合部（１５ａ、１５ｂ）との嵌合が解除される。しかし、図２１のアクチュエータでは、嵌合ユニット５２は中央嵌合部６５の外側に配置され、嵌合ユニット５２が外側に撓むことにより、中央嵌合部６５との嵌合が解除される。
【０１０４】
次に、図２４乃至図３４を参照して、図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する。
【０１０５】
先ず、中央電極ユニット（６２〜６５）が中央状態から第２の変位状態へ移動する場合について説明する。
【０１０６】
（イ）第２の中央電極６４と第２の側電極７１の間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット（６２〜６５）に接地電位を印加し、第２の側電極７１に対して所定の電圧を印加する。すると、第２の中央電極６４と第２の側電極７１の間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。しかし、図２１に示すように、第２の中央爪８２ｂが第２の嵌合爪８１ｂと嵌合（干渉）している為、中央電極ユニット（６２〜６５）は、中央状態から第２の方向へ変位することができない。一方、第２の側電極ユニット（７１、７２）は、第２の側支持部５８が撓むことにより、第１の方向へ変位する。第１の方向への変位と同時に、第２の嵌合解除部７２は第２の凸部６６ｂに応力を加えるため、図２４に示すように、嵌合ユニット５２の第２の側は外側へ撓む。
【０１０７】
（ロ）嵌合ユニット５２の第２の側がある一定値以上外側へ撓むと、第２の中央爪８２ｂと第２の嵌合爪８１ｂとの嵌合が解除される。即ち、嵌合ユニット５２が保持していた中央電極ユニット（６２〜６５）の中央状態が解除される。従って、中央状態の解除と同時に、中央電極ユニット（６２〜６５）は、中央支持部５６が撓むことにより、第２の方向へ変位し始める。
【０１０８】
（ハ）中央電極ユニット（６２〜６５）が第２の方向へ変位すると、第１の嵌合爪８１ａは第１の側爪８３ａに応力を加え、嵌合ユニット５２の第１の側は外側へ撓む。
【０１０９】
（ニ）中央電極ユニット（６２〜６５）が更に第２の方向へ変位して、第１の嵌合爪８１ａが第１の側爪８３ａから外れると、図２５に示すように、第１の側爪８３ａへの応力が無くなり、撓んでいた嵌合ユニット５２の第１の側が弾性力により元の状態に戻る。すると、第１の嵌合爪８１ａは第１の側爪８３ａと嵌合して、中央電極ユニット（６２〜６５）は、第２の変位状態より第１の方向へ変位することができなくなる。即ち、嵌合ユニット５２は、中央嵌合部６５と嵌合することにより、中央電極ユニット（６２〜６５）を、第２の方向へ変位した第２の変位状態に保持する。したがって、第２の側電極７１に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図２６に示すように、中央電極ユニット（６２〜６５）は、安定して第２の変位状態に保持される。
【０１１０】
次に、中央電極ユニット（６２〜６５）が第２の変位状態から第１の変位状態へ移動する場合について説明する。
【０１１１】
（ホ）第１の中央電極６３と第１の側電極６８の間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット（６２〜６５）に接地電位を印加し、第１の側電極６８に対して所定の電圧を印加する。すると、図２７に示すように、第１の中央電極６３と第１の側電極６８の間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。しかし、第１の嵌合爪８１ａが第１の側爪８３ａと嵌合（干渉）している為、中央電極ユニット（６２〜６５）は、第２の変位状態から第１の方向へ変位することができない。一方、第１の側電極ユニット（６８、６９）は、第１の側支持部５７が撓むことにより、第２の方向へ変位する。第２の方向への変位と同時に、第１の嵌合解除部６９は第１の凸部６６ａに応力を加えるため、嵌合ユニット５２の第１の側は外側へ撓む。
【０１１２】
（へ）嵌合ユニット５２の第１の側ががある一定値以上外側へ撓むと、図２８に示すように、第１の嵌合爪８１ａと第１の側爪８３ａとの嵌合が解除される。即ち、嵌合ユニット５２が保持していた中央電極ユニット（６２〜６５）の第２の変位状態が解除される。従って、図２９に示すように、第２の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット（６２〜６５）は、第１の中央電極６３の静電引力により、第１の方向へ変位し始める。
【０１１３】
（ト）中央電極ユニット（６２〜６５）が第１の方向へ変位すると、第２の嵌合爪８１ｂは第２の中央爪８２ｂ及び第２の側爪８３ｂに応力を加え、嵌合ユニット５２の第２の側は外側へ撓む。中央電極ユニット（６２〜６５）が更に第１の方向へ変位して、第２の嵌合爪８１ｂが第２の側爪８３ｂから外れると、図３０に示すように、第２の側爪８３ｂへの応力が無くなり、撓んでいた嵌合ユニット５２の第２の側が弾性力により元の状態に戻る。すると、第２の側爪８３ｂは第２の嵌合爪８１ｂと嵌合して、中央電極ユニット（６２〜６５）は、第１の変位状態から第２の方向へ変位することができなくなる。即ち、嵌合ユニット５２は、中央嵌合部６５と嵌合することにより、中央電極ユニット（６２〜６５）を、第１の方向へ変位した第１の変位状態に保持する。したがって、第１の側電極６８に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図３１に示すように、中央電極ユニット（６２〜６５）は、安定して第１の変位状態に保持される。
【０１１４】
次に、中央電極ユニット（６２〜６５）が第１の変位状態から中央状態へ移動する場合について説明する。
【０１１５】
（チ）中央電極ユニット（６２〜６５）に接地電位を印加し、第１の側電極６８及び第２の側電極７１に対して所定の電圧をそれぞれ印加する。すると、図３２に示すように、第１の中央電極６３と第１の側電極６８の間、及び第２の中央電極６４と第２の側電極７１の間で静電引力が生じ、第１の側電極ユニット（６８、６９）及び第２の側電極ユニット（７１、７２）は中央電極ユニット（６２〜６５）へ引き寄せられる方向に変位する。即ち、第１の側電極ユニット（６８、６９）は第２の方向に変位し、第２の側電極ユニット（７１、７２）は第１の方向に変位する。一方、第２の側爪８３ｂが第２の嵌合爪８１ｂと嵌合（干渉）している為、中央電極ユニット（６２〜６５）は、第１の変位状態に保持されて第２の方向へ変位することができない。
【０１１６】
（リ）第２の側電極ユニット（７１、７２）が第１の方向へ変位すると、第２の嵌合解除部７２は第２の凸部６６ｂに応力を加えるため、嵌合ユニット５２の第２の側は外側へ撓む。
【０１１７】
（ヌ）嵌合ユニット５２の第２の側がある一定値以上外側へ撓むと、図３３に示すように、第２の嵌合爪８１ｂと第２の側爪８３ｂとの嵌合が解除される。即ち、嵌合ユニット５２が保持していた中央電極ユニット（６２〜６５）の第１の変位状態が解除される。従って、第１の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット（６２〜６５）は、中央支持部５６の弾性力により、第２の方向へ変位し始める。
【０１１８】
（ル）中央電極ユニット（６２〜６５）は、図３４に示すように、第１の側電極６８及び第２の側電極７１による静電引力が釣り合い、左右の引力が相殺されるので、中央支持部５６の弾性力により中央状態まで移動して中央状態で安定する。そして、第１の側電極６８及び第２の側電極７１に対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図２１に示したように、嵌合ユニット５２の第１及び第２の側は、弾性力により元の状態に復元して、中央電極ユニット（６２〜６５）を安定して中央状態に保持する。第１の側電極ユニット（６８、６９）及び第２の側電極ユニット（７１、７２）も、第１及び第２の側支持部５７、５８の弾性力により元の状態に戻る。
【０１１９】
以上説明したように、荷電／除電される電極部分と、可動プレートの各状態を保持し、嵌合を解除する状態保持／嵌合解除部分とを、上下２つの層に分散させ、且つ重ね合わせて配置することにより、アクチュエータ全体を小型化することができる。
【０１２０】
また、構成要素が絶縁膜を介して上下層に分離されているため、図１８（ａ）〜図１８（ｄ）に示したように、構成要素の一部を不導体で形成する必要が無くなり、電気的短絡を容易に防止することができる。また、不導体部分を形成するための製造工程を省略することができる。
【０１２１】
また、上下２つの層に分散させ、且つ重ね合わせて配置することにより、中央電極ユニット５１、嵌合ユニット５２、第１及び第２の側電極ユニット５３、５４の各構成要素の配置自由度を高めることができる。
【０１２２】
また、嵌合ユニット５２は、第１及び第２の変位状態及び中央状態において、中央嵌合部６５と嵌合することにより、中央電極ユニット（６２〜６５）を安定して第１及び第２の変位状態及び中央状態に保持することができる。よって、第１及び第２の変位状態及び中央状態における中央電極ユニット（６２〜６５）の位置精度を向上させることができる。
【０１２３】
また、可動プレート６２を第１及び第２の変位状態にそれぞれ保持することにより、第１の側電極６８或いは第２の側電極７１に常時通電する必要が無くなくなる。
【０１２４】
また、第１の側電極６８及び第２の側電極７１に荷電せず、可動プレート６２が中央状態に位置する場合において振動や衝撃などの外力が作用しても、中央支持部５６は撓むことなく、可動プレート６２は揺動することがない、或いは、ごく僅かな揺動のみに規制され、実質上固定される。
【０１２５】
中央電極ユニット５１、第１の側電極ユニット５３、及び第２の側電極ユニット５４に、短時間だけ荷電するだけで、可動プレート６２を３つの状態（第１及び第２の変位状態、及び中央状態）に移動させ、且つその状態で安定して固定することができる。即ち、スイッチとして極めて有効な構造を構築することができ、各種スイッチに応用可能なＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【０１２６】
本発明の第２の実施の形態では、中央電極ユニット５１、第１の側電極ユニット５３、及び第２の側電極ユニット５４から成る３つのコム電極による構成を図４２に示した関連技術のそれと同じままとし、左右位置におけるラッチ機能を付加すると共に中央電極ユニット５１の中央位置での安定性も確保する。それにより、３位置の静電アクチュエータを提供して、各種機能のＭＥＭＳ式光スイッチを構成することができる。
【０１２７】
（第２の実施の形態の変形例）
図１に示した単層構造（平面的構造）のアクチュエータでは、図２０に示したように、可動プレートの動きを外部に取り出すためには、他の構成要素を分割したり、或いは他の構成要素を避けて、レバーを配置する必要があった。しかし、図２１に示した多層構造（立体的構造）のアクチュエータでは、構成要素の配置自由度の高さを利用して、様々な形式で可動プレートの動きを外部に取り出すことができる。そこで、第２の実施の形態の変形例では、可動プレートの動きを外部に取り出すための剛体アームの様々な配置方法について説明する。
【０１２８】
図３５（ａ）は、図２１に示したアクチュエータ及びアクチュエータに接続された各種の剛体アーム及びミラーを示す。第１の中央電極６３から上層剛体アーム８８ｂが伸ばされている。上層剛体アーム８８ｂは、下層剛体アーム８９ｂを介してミラー９０ｂに接続されている。第２の中央電極６４から上層剛体アーム８８ｅが伸ばされている。上層剛体アーム８８ｅは、ミラー９０ｅに接続されている。中央嵌合部６５の一端（第１の嵌合爪８１ａ）から下層剛体アーム８９ｃが連結して形成されている。下層剛体アーム８９ｃにはミラー９０ｃが接続されている。中央嵌合部６５の他端（第２の嵌合爪８１ｂ）から下層剛体アーム８９ｆが連結して形成されている。下層剛体アーム８９ｆには上層剛体アーム８８ｆを介してミラー９０ｃが接続されている。可動プレート６２の上にはミラー９０ｄが搭載／接着されている。
【０１２９】
図３５（ｂ）は、第１の中央電極６３に接続された剛体アーム８８ｂ、８９ｂ、ミラー９０ｂを示す。上層剛体アーム８８ｂは、絶縁膜９９ｂを介して下層剛体アーム８９ｂに接続され、ミラー９０ｂは下層内に配置されている。
【０１３０】
図３５（ｃ）は、中央嵌合部６５の一端（第１の嵌合爪８１ａ）に接続された下層剛体アーム８９ｃ、ミラー９０ｃを示す。ミラー９０ｃは、下層剛体アーム８９ｃに、直接接続されている。よって、ミラー９０ｃは、下層内に配置されている。
【０１３１】
図３５（ｄ）は、可動プレート６２に搭載／接着されたミラー９０ｄを示す。ミラー９０ｄは、可動プレート６２の上に直接搭載／接着されている。よって、ミラー９０ｄは、上層のさらに上の層に配置されている。
【０１３２】
図３５（ｅ）は、第２の中央電極６４に接続された上層剛体アーム８８ｅ、ミラー９０ｅを示す。ミラー９０ｅは、上層剛体アーム８８ｅに直接接続されている。よって、ミラー９０ｅは、上層内に配置されている。
【０１３３】
図３５（ｆ）は、中央嵌合部６５の他端（第２の嵌合爪８１ｂ）に接続された剛体アーム８９ｆ、８８ｆ、ミラー９０ｆを示す。下層剛体アーム８９ｆは、絶縁膜９９ｆを介して上層剛体アーム８８ｆに接続され、ミラー９０ｆは、上層剛体アーム８８ｆに接続されている。よって、ミラー９０ｆは、上層内に配置されている。
【０１３４】
なお、図３６は、図３５（ａ）乃至図３５（ｆ）に示したアクチュエータ、剛体アーム、及びミラーを示す。
【０１３５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態においては、図１に示したアクチュエータを用いた光スイッチについて説明する。
【０１３６】
図３７に示すように、本発明の実施の形態に係る光スイッチは、図１に示したアクチュエータと、可動プレート１２から伸ばされた剛体アーム８８と、剛体アーム８８の先端に接続されたミラー９０と、ミラー９０に近傍において対向する光導波路（例えば、光ファイバ）１０１ａ、１０１ｂとを有する。
【０１３７】
図３８（ａ）に示すように、光導波路１０１ａ、１０１ｂの間隙部分にミラー９０が挿入された場合、光導波路１０１ａから出力される光１０２ａは、ミラー９０によって反射され、光導波路１０１ｂに到達しない。
【０１３８】
図３８（ｂ）に示すように、光導波路１０１ａ、１０１ｂの間隙部分にミラー９０が挿入されない場合、光導波路１０１ａから出力される光１０２ｂは、ミラー９０によって反射されずに直進して、光導波路１０１ｂに到達する。
【０１３９】
図３９（ａ）乃至図３９（ｃ）は、３つの位置の光スイッチを用いた例を示し、それぞれ第２の変位状態、中央状態、第１の変位状態におけるミラーと光導波路との位置関係を示す。
【０１４０】
図３９（ａ）に示すように、図１の可動プレート１２が第２の変位状態（右変位状態）である場合、光導波路１０１ａ、１０１ｂの間隙部分にミラー９１ａ、９１ｂが挿入されない。したがって、光導波路１０１ａから出力される光１０３ａは、ミラー９１ａ、９１ｂによって反射されずに直進して、光導波路１０１ｂに到達する。
【０１４１】
図３９（ｂ）に示すように、図１の可動プレート１２が中央状態である場合、光導波路１０１ａ、１０１ｂの間隙部分にミラー９１ａが挿入される。したがって、光導波路１０１ａから出力される光１０３ｂは、ミラー９１ａによって反射され、光導波路１０１ｂに到達しない。
【０１４２】
図３９（ｃ）に示すように、図１の可動プレート１２が第１の変位状態（左変位状態）である場合、光導波路１０１ａ、１０１ｂの交差部分にミラー９１ｂが挿入される。したがって、光導波路１０１ａから出力される光１０３ｃは、ミラー９１ｂによって反射され、光導波路１０１ｂに到達しない。なお、ミラー９１ｂの角度は、ミラー９１ａと異なる。
【０１４３】
このように、光スイッチの３つの状態によって、直進する光路１０３ａ、ミラー９１ａで反射される光路１０３ｂ、及びミラー９１ｂで反射される光路１０３ｃの計３つの異なる光路を切り替えることができる。
【０１４４】
図４０（ａ）乃至図４０（ｃ）は、第１の変位状態及び中央状態において状態保持機能（ラッチ機能）を有し、第２の変位状態ではラッチ機能を有さない、図１５に示したアクチュエータを用いた光スイッチの一例を示す。ミラー９２ａ及びミラー９２ｂは、互いに平行に配置されている。
【０１４５】
図４０（ｂ）に示すように、可動プレート１２が中央状態である場合、光導波路１０１ａ、１０１ｂの間隙部分にミラー９２ａ、９２ｂは挿入されない。したがって、光導波路１０１ａから出力される光１０４ｂは、ミラー９２ａ、９２ｂによって反射されず直進し、光導波路１０１ｂに到達する。
【０１４６】
図４０（ａ）に示すように、可動プレート１２が第２の変位状態である場合、光導波路１０１ａ、１０１ｂの交差部分にミラー９２ａが挿入される。したがって、光導波路１０１ａから出力される光１０４ａは、ミラー９２ａによって反射され、光導波路１０１ｂに到達しない。但し、アクチュエータが第２の変位状態ではラッチ機能を有さない為、可動プレート１２は、電極への荷電停止と同時に図４０（ｂ）に示した中央状態に戻る。
【０１４７】
図４０（ｃ）に示すように、可動プレート１２が第１の変位状態である場合、光導波路１０１ａ、１０１ｂの交差部分にミラー９２ｂが挿入される。したがって、光導波路１０１ａから出力される光１０４ｃは、ミラー９２ｂによって反射され、光導波路１０１ｂに到達しない。なお、アクチュエータが第１の変位状態でラッチ機能を有する為、可動プレート１２は、電極への荷電を停止しても第１の変位状態に保持される。
【０１４８】
図４１（ａ）乃至図４１（ｃ）は、第１の変位状態及び中央状態において状態保持機能（ラッチ機能）を有し、第２の変位状態ではラッチ機能を有さない、図１５に示したアクチュエータを用いた光スイッチの他の例を示す。ミラー９３ａ及びミラー９３ｂは、互いに平行に配置されている。光スイッチは、互いに交差する２組の光導波路１０１ａ〜１０１ｄを有する。
【０１４９】
図４１（ｂ）に示すように、可動プレート１２が中央状態である場合、光導波路１０１ａ〜１０１ｄの交差部分にミラー９３ａ、９３ｂは挿入されない。したがって、光導波路１０１ａから出力される光１０６ｂは、ミラー９３ａ、９３ｂによって反射されず直進し、光導波路１０１ｂに到達する。同様に、光導波路１０１ｃから出力される光１０５ｂは、ミラー９３ａ、９３ｂによって反射されず直進し、光導波路１０１ｄに到達する。
【０１５０】
図４１（ａ）に示すように、可動プレート１２が第２の変位状態である場合、光導波路１０１ａ〜１０１ｄの交差部分にミラー９３ａが挿入される。したがって、光導波路１０１ａから出力される光１０６ａは、ミラー９３ａによって反射され、光導波路１０１ｄに到達する。同様に、光導波路１０１ｃから出力される光１０５ａは、ミラー９３ａによって反射され、光導波路１０１ｂに到達する。但し、アクチュエータが第２の変位状態ではラッチ機能を有さない為、可動プレート１２は、電極への荷電停止と同時に図４１（ｂ）に示した中央状態に戻る。
【０１５１】
図４１（ｃ）に示すように、可動プレート１２が第１の変位状態である場合、光導波路１０１ａ〜１０１ｄの交差部分にミラー９３ｂが挿入される。したがって、光導波路１０１ａから出力される光１０６ａは、ミラー９３ｂによって反射され、光導波路１０１ｄに到達する。同様に、光導波路１０１ｃから出力される光１０５ａは、ミラー９３ｂによって反射され、光導波路１０１ｂに到達する。なお、アクチュエータが第１の変位状態でラッチ機能を有する為、可動プレート１２は、電極への荷電を停止しても第１の変位状態に保持される。
【０１５２】
このように、アクチュエータの片側の状態保持機能を除去することにより、ラッチ機能付き動作、及びラッチ機能無し動作を、１つの光デバイス上で実現することができる。また、図４１（ａ）〜図４１（ｃ）に示すような、２×２タイプの光スイッチにおいても、ラッチ機能付き／ラッチ機能無し動作を、１つの光デバイス上で実現することができる。
【０１５３】
なお、ミラーの替わりに遮光板を用いても構わない。
【０１５４】
（第４の実施の形態）
図４３に示すように、本発明の第４の実施の形態に係るアクチュエータは、アクチュエータ全体を支持する固定部（２４０、２６０、２８０）と、固定部２４０にその一端が接続された可撓性の中央支持部２４１と、中央支持部２４１の他端に接続された中央電極ユニット２２０と、固定部２８０に接続された嵌合ユニット（２７０、２８１）と、固定部２６０にその一端が接続された可撓性の第１の側支持部２６１ａと、第１の側支持部２６１ａの他端に接続された第１の側電極ユニット２５０ａと、固定部２６０にその一端が接続された可撓性の第２の側支持部２６１ｂと、第２の側支持部２６１ｂの他端に接続された第２の側電極ユニット２５０ｂとを有する。
【０１５５】
中央電極ユニット２２０は、中央支持部２４１が撓むことにより、第１の方向及び第１の方向に対向する第２の方向にそれぞれ変位可能である。嵌合ユニット（２７０、２８１）は、中央電極ユニット２２０と嵌合することにより、中央電極ユニット２２０を第１の変位状態及び第２の変位状態に保持する。第１の側電極ユニット２５０ａは、第２の方向に変位することにより嵌合ユニット（２７０ａ、２８１ａ）が保持する第２の変位状態を解除する。第２の側電極ユニット２５０ｂは、第１の方向に変位することにより嵌合ユニット（２７０ｂ、２８１ｂ）が保持する第１の変位状態を解除する。第４の実施の形態において、嵌合ユニット（２７０、２８１）は、中央電極ユニット２２０が中央状態である時に、中央電極ユニット２２０と嵌合しない。よって、嵌合ユニット（２７０、２８１）は、中央電極ユニット２２０を中央状態に保持することはない。図４３は、中央電極ユニット２２０が中央状態にある場合を示している。
【０１５６】
中央電極ユニット２２０は、中央支持部２４１の他端に接続された第１の中央電極２２２ａ及び第２の中央電極２２２ｂと、第１及び第２の中央電極２２２に接続された可動プレート２２４と、第１及び第２の中央電極２２２に第１及び第２の方向へ接続された中央嵌合部２２６と、可動プレート２２４の先端に接続されたミラー２１９とを有する。第１の側電極ユニット２５０ａは、第１の側支持部２６１ａの他端に接続された第１の側電極２５８ａと、第１の側電極２５８ａに接続された第１の嵌合解除部２５４ａとを有する。第２の側電極ユニット２５０ｂは、第２の側支持部２６１ｂの他端に接続された第２の側電極２５８ｂと、第２の側電極２５８ｂに接続された第２の嵌合解除部２５４ｂとを有する。図４３においては、第１の方向が左方向に相当し、第２の方向が右方向に相当する。
【０１５７】
嵌合ユニット（２７０、２８１）は、中央嵌合部２２６と嵌合することにより、中央電極ユニット２２０を第２の変位状態に保持する第１の側嵌合部２７０ａと、第１の側嵌合部２７０ａを支持する第１の嵌合支持部２８１ａと、中央嵌合部２２６と嵌合することにより、中央電極ユニット２２０を第１の変位状態に保持する第２の側嵌合部２７０ｂと、第２の側嵌合部２７０ｂを支持する第２の嵌合支持部２８１ｂとを有する。
【０１５８】
第１のキャッチ２３０ａは第１の側爪２３２ａを備え、第２のキャッチ２３０ｂは第２の側爪２３２ｂを備える。第１の側嵌合部２７０ａは第１の嵌合爪２７２ａを備え、第２の側嵌合部２７０ｂは第２の嵌合爪２７２ｂを備える。
【０１５９】
中央電極ユニット２２０、第１の側電極２５８ａ、及び第２の側電極２５８ｂは、それぞれ８本の折り返し構造を有する可撓性の支持部２４１、２６１ａ、２６１ｂに懸吊されている。支持部２４１、２６１ａ、２６１ｂによって、中央電極ユニット２２０、第１の側電極２５８ａ、及び第２の側電極２５８ｂは、それぞれ第１及び第２の方向、即ち、直線的（一次元的）に可動することができる。
【０１６０】
可動プレート２２４、第１の中央電極２２２ａ、第２の中央電極２２２ｂ、及び中央嵌合部２２６は、中央支持部２４１が撓むことにより、第１及び第２の方向にそれぞれ変位可能である。第１の側電極２５８ａは、第１の側支持部２６１ａが撓むことにより、第２の方向に変位可能である。第２の側電極２５８ｂは、第２の側支持部２６１ｂが撓むことにより、第１の方向に変位可能である。
【０１６１】
第１の中央電極２２２ａと第１の側電極２５８ａの櫛歯電極２５２ａの間に電位差を生じさせることにより、第１の中央電極２２２ａを含む中央電極ユニット２２０は第１の方向へ変位し、第１の側電極２５８ａを含む第１の側電極ユニット２５０ａは第２の方向へ変位する。一方、第２の中央電極２２２ｂと第２の側電極２５８ｂの櫛歯電極２５２ｂの間に電位差を生じさせることにより、第２の中央電極２２２ｂを含む中央電極ユニット２２０は第２の方向へ変位し、第２の側電極２５８ｂを含む第２の側電極ユニット２５０ｂは第１の方向へ変位する。
【０１６２】
第１の側嵌合部２７０ａは、第１の嵌合爪２７２ａと第１のキャッチ２３０ａの第１の側爪２３２ａと嵌合することにより、中央電極ユニット２２０を第２の変位状態に保持する。即ち、第１の側爪２３２ａは、中央電極ユニット２２０が第２の変位状態よりも第１の方向へ移動することを防止する。一方、第２の側嵌合部２７０ｂは、第２の嵌合爪２７２ｂと第２のキャッチ２３０ｂの第２の第２の側爪２３２ｂと嵌合することにより、中央電極ユニット２２０を第１の変位状態に保持する。即ち、第２の側爪２３２ｂは、中央電極ユニット２２０が第１の変位状態よりも第２の方向へ移動することを防止する。このようにして、第１及び第２の側嵌合部２７０は、第１及び第２のキャッチ２３０と嵌合することにより、中央電極ユニット２２０を第１の変位状態及び第２の変位状態に保持する。なお、中央電極ユニット２２０が中央状態にある場合において、第１及び第２の嵌合爪２７２と第１及び第２の側爪２３２とは嵌合していない。
【０１６３】
装置製造時において、第１及び第２の嵌合解除部２５４の先端は、第１及び第２の側嵌合部２７０に接触していない。これに対して、第１の側電極２５８ａが第２の方向に変位することにより、第１の嵌合解除部２５４ａの先端は、第１の側嵌合部２７０ａに接して押し広げて第１の嵌合支持部２８１ａを撓ませ、そして、第１の側爪２３２ａと第１の嵌合爪２７２ａの間の嵌合を解除する。一方、第２の側電極２５８ｂが第１の方向に変位することにより、第２の嵌合解除部２５４ｂの先端は、第２の側嵌合部２７０ｂに接して押し広げて第２の嵌合支持部２８１ｂを撓ませ、そして、第２の側爪２３２ｂと第２の嵌合爪２７２ｂの間の嵌合を解除する。即ち、第１及び第２の嵌合解除部２５４は、嵌合ユニット（２７０、２８１）を撓ませて中央電極ユニット２２０と嵌合ユニット（２７０、２８１）の間の嵌合を解除する。
【０１６４】
なお、第１及び第２の中央電極２２２、中央嵌合部２２６、第１及び第２のキャッチ２３０、嵌合ユニット（２７０、２８１）、及び第１及び第２の嵌合解除部２５４は、第１及び第２の方向に対して垂直な方向に対象に配置されている。しかし、片側だけであっても、状態保持機能を発揮することができる。
【０１６５】
中央電極ユニット２２０をラッチするための手段は、中央嵌合部２２６の両端に配置されたキャッチ２３０と、第１及び第２の側電極ユニット２５０ａ、２５０ｂに近接して配置され、支持部２８１を介して固定部２８０に固定された第１及び第２の側嵌合部２７０とで構成されている。第１及び第２のキャッチ２３０ａ、２３０ｂは、中央電極ユニット２２０の移動に伴って２つの状態をそれぞれ取る。そのうちの１つは、キャッチ２３０が第１又は第２の側嵌合部２７０と嵌合して中央電極ユニット２２０をラッチすることができるラッチ可能状態であり、もう１つは、キャッチ２３０が第１又は第２の側嵌合部２７０と嵌合していないため中央電極ユニット２２０をラッチすることができないラッチ不能状態である。第１のキャッチ２３０ａ又は第２のキャッチ２３０ｂの一方がラッチ可能状態である時は、他方（第２のキャッチ２３０ｂ又は第１のキャッチ２３０ａ）はラッチ不能状態となる。第１及び第２のキャッチ２３０ａ、２３０ｂは、中央電極ユニット２２０の移動に伴って、ラッチ不能状態からラッチ可能状態に移行して、対応する爪と嵌合することで中央電極ユニット２２０をラッチする。一方、中央電極ユニット２２０のラッチを解除するための手段は、第１及び第２の側電極ユニット２５０ａ、２５０ｂと第１及び第２の側嵌合部２７０とを機械的にそれぞれ連結する嵌合解除部２５４からなる。
【０１６６】
嵌合解除部２５４は、一端が固定部に支持された少なくとも１以上のバネからなる。嵌合解除部２５４と第１及び第２の側嵌合部２７０との電気抵抗及び第１及び第２の側嵌合部２７０とキャッチ２３０との電気抵抗は十分に大きく、中央電極ユニット２２０と第１及び第２の側電極ユニット２５０とは電気的に絶縁されている。
【０１６７】
第１及び第２の側嵌合部２７０は、支持部２８１を介して固定部２８０に対して弾性的に支持され、キャッチ２３０との嵌合を保持する位置から解除する位置までの間で移動自在である。中央電極ユニット２２０が中央状態である時に、第１及び第２のキャッチ２３０ａ、２３０ｂはラッチ不能状態である。嵌合解除部２５４は、第１及び第２の側電極ユニット２５０が移動するに伴って、第１及び第２の側嵌合部２７０がラッチを解除する位置まで移動させて、中央電極ユニット２２０のラッチを解除する。
【０１６８】
次に、図４４〜図５５を参照して、図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する。
【０１６９】
先ず、中央電極ユニット２２０が図４３に示した中央状態から第２の変位状態へ移動する場合について説明する。
【０１７０】
（イ）第２の中央電極２２２ｂと第２の側電極２５２ｂの間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット２２０に接地電位（アース）を印加し、第２の側電極（右可動コム）２５２ｂに対して所定の電圧を印加する。すると、図４４に示すように、第２の中央電極（中央コム）２２２ｂと第２の側電極２５２ｂの間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。中央電極ユニット２２０は中央状態でラッチされていないため、中央支持部２４１が撓むことにより第２の方向へ変位する。第２の方向への変位により、第１のキャッチ２３０ａのテーパー面２３４ａが第１の側嵌合部２７０ａの面２７２ａと接し、第１のキャッチ（中央コムラッチ爪）２３０ａが第１の側嵌合部（固定側ラッチ）２７０ａに応力を加える。第１の嵌合支持部２８１ａが撓むことにより第１の側嵌合部２７０ａは押し広がる。一方、第２の側電極ユニット２５０ｂは、第２の側支持部２６１ｂが撓むことにより、第１の方向へ変位する。
【０１７１】
（ロ）中央嵌合部２２６が第２の方向へある一定値以上変位して第１の側爪２３２ａが第１の嵌合爪２７２ａから外れる、即ち通過すると、図４５に示すように、第１の側嵌合部２７０ａへの応力が無くなり、撓んでいた第１の嵌合支持部２８１ａが弾性力により元の状態に戻る。すると、第１の側嵌合部２７０ａが閉じて、第１の嵌合爪２７２ａは第１の側爪２３２ａと嵌合して、中央電極ユニット２２０は、第１の方向へ変位することができなくなる。即ち、第１の側嵌合部２７０ａは、第１のキャッチ２３０ａと嵌合することにより、中央電極ユニット２２０を、第２の方向へ変位した第２の変位状態に保持する。したがって、第２の側電極２５２ｂに対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、図４６に示すように、第２の側電極ユニット２５０ｂは第２の方向に戻るが、中央電極ユニット２２０は第１の方向に戻ることはなく、図４７に示すように安定して第２の変位状態に保持される。
【０１７２】
次に、中央電極ユニット２２０が第２の変位状態から第１の変位状態へ移動する場合について説明する。
【０１７３】
（ハ）第１の中央電極２２２ａと第１の側電極２５２ａの間に電位差を生じさせる。ここでは、中央電極ユニット２２０に接地電位（アース）を印加し、第１の側電極２５２ａに対して所定の電圧を印加する。すると、図４８に示すように、第１の中央電極２２２ａと第１の側電極２５２ａの間で静電引力が生じ、両者は互いに引き合う方向に変位しようとする。中央電極ユニット２２０は第２の変位状態でラッチされているため、第１の方向へ変位することができない。一方、第１の側電極２５８ａは、第１の側支持部２６１ａが撓むことにより、第２の方向に変位する。第１の側電極２５８ａがさらに第２の方向に変位すると、図４９に示すように、第１の嵌合解除部２５４ａの先端は、第１の側嵌合部２７０ａに接して押し広げて第１の嵌合支持部２８１ａを撓ませ、そして、第１の側爪２３２ａと第１の嵌合爪２７２ａの間の嵌合を解除する。即ち、第１の側嵌合部２７０ａが保持していた中央電極ユニット２２０の第２の変位状態が解除される。従って、第２の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット２２０は、中央支持部２４１が撓むことにより、第１の方向へ変位し始める。
【０１７４】
（ニ）次に、図５０に示すように、中央嵌合部２２６の第１の方向への変位により、第２のキャッチ２３０ｂのテーパー面２３４ｂが第１の側嵌合部２７０ｂの面２７２ｂと接し、第２のキャッチ２３０ｂが第２の側嵌合部２７０ｂに応力を加える。第２の嵌合支持部２８１ｂが撓むことにより第２の側嵌合部２７０ｂは押し広がる。
【０１７５】
（ホ）中央嵌合部２２６が第１の方向へある一定値以上変位して第２の側爪２３２ｂが第２の嵌合爪２７２ｂから外れると、図５１に示すように、第２の側嵌合部２７０ｂへの応力が無くなり、撓んでいた第２の嵌合支持部２８１ｂが弾性力により元の状態に戻る。すると、第２の嵌合爪２７２ｂは第２の側爪２３２ｂと嵌合して、中央電極ユニット２２０は、第２の方向へ変位することができなくなる。即ち、第２の側嵌合部２７０ｂは、第２のキャッチ２３０ｂと嵌合することにより、中央電極ユニット２２０を、第１の方向へ変位した第１の変位状態に保持する。したがって、第１の側電極２５２ａに対する電圧印加を停止しても、即ち除電しても、第１の側電極ユニット２５０ａは第１の方向に戻るが、中央電極ユニット２２０は第２の方向に戻ることはなく、図５２に示すように安定して第１の変位状態に保持される。
【０１７６】
次に、中央電極ユニット２２０が第１の変位状態から中央状態へ移動する場合について説明する。
【０１７７】
（へ）中央電極ユニット２２０に接地電位（アース）を印加し、第１の側電極２５８ａ及び第２の側電極２５８ｂに対して所定の電圧をそれぞれ印加する。すると、図５３に示すように、第１の中央電極２２２ａと第１の側電極２５８ａの櫛歯電極２５２ａの間、及び第２の中央電極２２２ｂと第２の側電極２５８ｂの櫛歯電極２５２ｂの間で静電引力が生じ、第１の側電極ユニット２５０ａ及び第２の側電極ユニット２５０ｂは中央電極ユニット２２０へ引き寄せられる方向に変位する。即ち、第１の側電極ユニット２５０ａは第２の方向に変位し、第２の側電極ユニット２５０ｂは第１の方向に変位する。一方、第２の側爪２３２ｂが第２の嵌合爪２７２ｂと嵌合（干渉）している為、中央電極ユニット２２０は、第１の変位状態に保持されて第２の方向へ変位することができない。
【０１７８】
（ト）第２の側電極ユニット２５０ｂが第１の方向へ変位すると、第２の嵌合解除部２５４ｂの先端は、第２の側嵌合部２７０ｂに接して押し広げて第２の嵌合支持部２８１ｂを撓ませ、そして、第２の側爪２３２ｂと第２の嵌合爪２７２ｂの間の嵌合を解除する。即ち、第２の側嵌合部２７０ｂが保持していた中央電極ユニット２２０の第１の変位状態が解除される。従って、第１の変位状態の解除と同時に、中央電極ユニット２２０は、中央支持部２４１が撓むことにより、第２の方向へ変位し始める。
【０１７９】
（チ）中央電極ユニット２２０は、図５４に示すように、第１の側電極２５８ａ及び第２の側電極２５８ｂによる静電引力が釣り合い、左右の引力が相殺されるので、中央支持部２４１の弾性力により中央状態まで移動して中央状態で安定する。そして、第１の側電極２５８ａ及び第２の側電極２５８ｂに対する電圧印加を停止すると、即ち除電すると、図５５に示すように、支持部２６１の復元力により、第１の側電極ユニット２５０ａが第１の方向へ変位し、第２の側電極ユニット２５０ｂが第２の方向へ変位するが、中央電極ユニット２２０は中央状態で安定している。
【０１８０】
このように、第１の側電極２５８ａ或いは第２の側電極２５８ｂの何れかに荷電することにより、中央電極ユニット２２０は荷電された電極２５８の方向へ移動し、新たな位置での状態保持作用が働く。そして、反対側電極２５８を荷電すると中央電極ユニット２２０は、反対側電極２５８の動きにより現位置での状態保持作用が解除されると同時に引き寄せられ、中央位置を通過して反対側変位状態において状態保持作用が働き固定される。第１及び第２の側電極２５８に同時に荷電するか、或いは中央電極２２２に荷電すると、第１及び第２の側電極２５８の動きにより、現位置での状態保持作用が解除される。そして、中央電極ユニット２２０は、第１及び第２の側電極２５８の静電引力が相殺される中央位置まで中央支持部２４１のバネ力により復元する。なお、第４の実施の形態では、中央位置にある中央電極ユニット２２０対して状態保持作用は働かない。
【０１８１】
以上説明したように、嵌合ユニット（２７０、２８１）は、第１及び第２の変位状態において、中央嵌合部２２６と嵌合することにより、中央電極ユニット２２０を安定して第１及び第２の変位状態に保持することができる。よって、第１及び第２の変位状態における中央電極ユニット２２０の位置精度を向上させることができる。
【０１８２】
また、可動プレート２２４を第１及び第２の変位状態にそれぞれ保持することにより、第１の側電極２５８ａ或いは第２の側電極２５８ｂに常時通電する必要が無くなくなる。
【０１８３】
中央電極ユニット２２０、第１の側電極ユニット２５０ａ、及び第２の側電極ユニット２５０ｂに、短時間だけ荷電するだけで、可動プレート２２４を２つの状態（第１及び第２の変位状態）に移動させ、且つその状態で安定して固定することができる。即ち、スイッチとして極めて有効な構造を構築することができ、各種スイッチに応用可能なＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【０１８４】
（第４の実施の形態の変形例）
図４３に示した単層構造（平面的構造）のアクチュエータでは、可動プレート２２４の動きを外部に取り出すことができる領域、即ちミラー２１９を配置することができる領域は限られていた。しかし、多層構造（立体的構造）のアクチュエータでは、構成要素の配置自由度の高さを利用して、様々な形式で可動プレート２２４の動きを外部に取り出すことができる。そこで、第４の実施の形態の変形例では、可動プレート２２４の動きを外部に取り出すための多層構造（立体的構造）について説明する。
【０１８５】
図５６（ａ）に示すように、本発明の第４の実施の形態の変形例に係るアクチュエータは、図４３のアクチュエータに比べて、可動プレート２２４の構成が異なり、その他の構成は同じであり、説明を省略する。
【０１８６】
図５６（ｂ）に示すように、可動プレート２２４は、下層に配置された第１の可動プレート２２４ａと、第１の可動プレート２２４ａの上に中間層２１８を介して上層に配置された第２の可動プレート２２４ｂとを備える。第１の可動プレート２２４ａは中間層２１８を介して接続されている。図５６（ａ）のアクチュエータの他の構成要素は、第１の可動プレート２２４ａと同じ下層上に配置されている。ミラー２１９は、第１の可動プレート２２４ａ及び第２の可動プレート２２４ｂを介して上層に配置されている。このように、可動プレートを上層及び下層からなる立体的な構造としてミラー２１９をアクチュエータとは異なる層（上層）に配置することにより、ミラー２１９の配置の自由度が向上する。
【０１８７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、第１乃至第４の実施の形態およびその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
本発明は、光通信に使用される光デバイスにおける、光路切換を行う光スイッチに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示したアクチュエータを示す平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した点線で囲んだ領域を拡大して示す斜視図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）に示した点線で囲んだ領域を拡大して示す断面図である。
【図３】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１）。
【図４】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その２）。
【図５】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その３）。
【図６】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その４）。
【図７】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その５）。
【図８】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その６）。
【図９】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その７）。
【図１０】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その８）。
【図１１】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その９）。
【図１２】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１０）。
【図１３】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１１）。
【図１４】図１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１２）。
【図１５】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、第１の嵌合解除部を不導体で形成した場合のアクチュエータの一部を示す平面図である。図１８（ｂ）は、第１の側嵌合部を不導体で形成した場合のアクチュエータの一部を示す平面図である。図１８（ｃ）は、第１の中央嵌合部の一部を不導体で形成した場合のアクチュエータの一部を示す平面図である。図１８（ｄ）は、第１の側電極の一部を不導体で形成した場合のアクチュエータの一部を示す平面図である。
【図１９】第１の実施の形態の第５の変形例に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図２０】第１の実施の形態の第６の変形例に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図２１】本発明の第２の実施の形態に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図２２】図２２（ａ）は、図２１のアクチュエータの構成要素のうち、第１の層（上層）内に配置されている構成要素のみを示す平面図である。図２２（ｂ）は、図２１のアクチュエータの構成要素のうち、第２の層（下層）内に配置されている構成要素のみを示す平面図である。
【図２３】図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示した上下層の各構成要素を重ね合わせた状態を示す斜視図である。
【図２４】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１）。
【図２５】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その２）。
【図２６】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その３）。
【図２７】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その４）。
【図２８】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その５）。
【図２９】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その６）。
【図３０】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その７）。
【図３１】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その８）。
【図３２】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その９）。
【図３３】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１０）。
【図３４】図２１に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１１）。
【図３５】図３５（ａ）は、図２１に示したアクチュエータ及びアクチュエータに接続された各種の剛体アーム及びミラーを示す平面図である。図３５（ｂ）は、第１の中央電極に接続された剛体アーム及びミラーを示す断面図である。図３５（ｃ）は、中央嵌合部の一端（第１の嵌合爪）に接続された剛体アーム及びミラーを示す断面図である。図３５（ｄ）は、可動プレートに搭載／接着されたミラーを示す断面図である。図３５（ｅ）は、第２の中央電極に接続された剛体アーム及びミラーを示す断面図である。図３５（ｆ）は、中央嵌合部の他端（第２の嵌合爪）に接続された剛体アーム及びミラーを示す断面図である。
【図３６】図３５（ａ）乃至図３５（ｆ）に示したアクチュエータ、剛体アーム、及びミラーを示す斜視図である。
【図３７】本発明の第３の実施の形態に係る光スイッチを示す平面図である。
【図３８】図３８（ａ）は、図３７の光導波路の間隙部分にミラーが挿入された場合の光導波路内を伝播する光の光路を示す斜視図である。図３８（ｂ）は、図３７の光導波路の間隙部分にミラーが挿入されない場合の光導波路内を伝播する光の光路を示す斜視図である。
【図３９】図３９（ａ）乃至図３９（ｃ）は、３つの位置の光スイッチを用いた例を示す模式図である。
【図４０】図４０（ａ）乃至図４０（ｃ）は、図１５に示したアクチュエータを用いた光スイッチの一例を示す模式図である。
【図４１】図４１（ａ）乃至図４１（ｃ）は、図１５に示したアクチュエータを用いた光スイッチの他の例を示す模式図である。
【図４２】関連技術に係る光スイッチを示す平面図である。
【図４３】本発明の第４の実施の形態に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図４４】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１）。
【図４５】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その２）。
【図４６】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その３）。
【図４７】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その４）。
【図４８】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その５）。
【図４９】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その６）。
【図５０】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その７）。
【図５１】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その８）。
【図５２】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その９）。
【図５３】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１０）。
【図５４】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１１）。
【図５５】図４３に示したアクチュエータの動作を詳細に説明する為の平面図である（その１２）。
【図５６】図５６（ａ）は本発明の第４の実施の形態の変形例に係るアクチュエータを示す平面図であり、図５６（ｂ）は、図５６（ａ）のＡ−Ａ切断面に沿った断面図である。
【符号の説明】
【０１９０】
１、５１、２２０    中央電極ユニット
２、５２    嵌合ユニット
３、５３、２５０ａ    第１の側電極ユニット
４、５４、２５０ｂ    第２の側電極ユニット
５、５５、２４０、２６０、２８０    固定部
６、５６、２４１    中央支持部
７、５７、２６１ａ    第１の側支持部
８、５８、２６１ｂ    第２の側支持部
１２、６２、２２４、２２４ａ、２２４ｂ    可動プレート
１３、６３、２２２ａ    第１の中央電極
１４、６４、２２２ｂ    第２の中央電極
１５ａ    第１の中央嵌合部
１５ｂ    第２の中央嵌合部
１６ａ、６６ａ    第１の凸部
１６ｂ、６６ｂ    第２の凸部
１８、６８、２５８ａ    第１の側電極
１９、６９、２５４ａ    第１の嵌合解除部
２１、７１、２５８ｂ    第２の側電極
２２、７２、２５４ｂ    第２の嵌合解除部
２３ａ、２３ｂ    第１の固定電極
２４ａ、２４ｂ    第２の固定電極
２５、２６    レバー
２７ａ、２７ｂ、３４ａ    不導体
３１ａ、８１ａ、２７２ａ    第１の嵌合爪
３１ｂ、８１ｂ、２７２ｂ    第２の嵌合爪
３２ａ、８２ａ    第１の中央爪
３２ｂ、８２ｂ    第２の中央爪
３３ａ、８３ａ、２３２ａ    第１の側爪
３３ｂ、８３ｂ、２３２ｂ    第２の側爪
３６、９９ｂ、９９ｄ、９９ｆ    絶縁膜
３７    基板
６５、２２６    中央嵌合部
８８ｂ、８８ｅ、８８ｆ    上層剛体アーム
８９ｂ、８９ｃ、８９ｆ    下層剛体アーム
９０ｂ〜９０ｆ、９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂ、９３ａ、９３ｂ、２１９    ミラー
１０１ａ〜１０１ｄ    光導波路
２１８…中間層
２３０ａ…第１のキャッチ
２３０ｂ…第２のキャッチ
２３４ａ、２３４ｂ…テーパー面
２５２ａ、２５２ｂ…櫛歯電極
２７０ａ…第１の側嵌合部
２７０ｂ…第２の側嵌合部
２８１ａ…第１の嵌合支持部
２８１ｂ…第２の嵌合支持部
【図１】
2005096069.tif 000003
【図２】
2005096069.tif 000004
【図３】
2005096069.tif 000005
【図４】
2005096069.tif 000006
【図５】
2005096069.tif 000007
【図６】
2005096069.tif 000008
【図７】
2005096069.tif 000009
【図８】
2005096069.tif 000010
【図９】
2005096069.tif 000011
【図１０】
2005096069.tif 000012
【図１１】
2005096069.tif 000013
【図１２】
2005096069.tif 000014
【図１３】
2005096069.tif 000015
【図１４】
2005096069.tif 000016
【図１５】
2005096069.tif 000017
【図１６】
2005096069.tif 000018
【図１７】
2005096069.tif 000019
【図１８】
2005096069.tif 000020
【図１９】
2005096069.tif 000021
【図２０】
2005096069.tif 000022
【図２１】
2005096069.tif 000023
【図２２】
2005096069.tif 000024
【図２３】
2005096069.tif 000025
【図２４】
2005096069.tif 000026
【図２５】
2005096069.tif 000027
【図２６】
2005096069.tif 000028
【図２７】
2005096069.tif 000029
【図２８】
2005096069.tif 000030
【図２９】
2005096069.tif 000031
【図３０】
2005096069.tif 000032
【図３１】
2005096069.tif 000033
【図３２】
2005096069.tif 000034
【図３３】
2005096069.tif 000035
【図３４】
2005096069.tif 000036
【図３５】
2005096069.tif 000037
【図３６】
2005096069.tif 000038
【図３７】
2005096069.tif 000039
【図３８】
2005096069.tif 000040
【図３９】
2005096069.tif 000041
【図４０】
2005096069.tif 000042
【図４１】
2005096069.tif 000043
【図４２】
2005096069.tif 000044
【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
2005096069.tif 000048
【図４７】
2005096069.tif 000049
【図４８】
2005096069.tif 000050
【図４９】
2005096069.tif 000051
【図５０】
2005096069.tif 000052
【図５１】
2005096069.tif 000053
【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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