(57)【要約】【課題】多段階に保持可能な微動機構を提供する。【解決手段】本発明の微動機構は、駆動方向であるＺ軸における可動部１の位置を保持し、外部からの振動や衝撃による可動部１の揺動を抑えるため、駆動可能な保持部４で可動部１を押圧することで、Ｚ軸における保持を可能としている。及び、その押圧によってＸ軸における位置決めが可能である。また、可動部１と保持部４には、位置決め構造が形成されており、可動部１のＹ軸における位置決めも可能である。さらに、保持機構は、可動部１に形成した多段の段差構造によって多段階に可動部１を保持可能である。本発明により、可動部１を駆動方向に対して保持すると共に、その他の方向に対して位置決め可能であり、さらに、多段階に保持可能な微動機構が実現できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動可能な可動部と、前記可動部を支持するための弾性部、及び前記弾性部を支持する固定基板を有する微動機構において、駆動可能な保持部、及び前記保持部を支持する支持部を有する保持機構によって、前記可動部を前記可動部の駆動方向に対して、少なくとも２つ以上の所定の位置に保持可能である事を特徴とする微動機構。
【請求項２】
前記保持機構が、少なくとも２段以上の段差構造を有し、前記段差構造によって、前記可動部を複数の位置に保持する事を特徴とする請求項１記載の微動機構。
【請求項３】
前記保持機構が、前記可動部の少なくとも１箇所を押圧し、前記可動部を前記所定の位置に保持、及び位置決めする事を特徴とする請求項１記載の微動機構。
【請求項４】
前記保持機構が、多角形の嵌合構造を有する事を特徴とする請求項３記載の微動機構。
【請求項５】
前記保持機構が、半円形の嵌合構造を有する事を特徴とする請求項３記載の微動機構。
【請求項６】
前記保持機構が、前記可動部を、前記可動部の駆動方向以外の方向に対して位置決め可能な、位置決め構造を有する事を特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の微動機構。
【請求項７】
前記位置決め構造が、多角形の嵌合構造である事を特徴とする請求項６記載の微動機構。
【請求項８】
前記位置決め構造が、半円形の嵌合構造である事を特徴とする請求項６記載の微動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、対象物を精密に駆動する微動機構の分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体プロセスを用いた、小型且つ低消費電力な微動機構が開発されている。例えば光スイッチ等の光通信デバイスで、微動機構を利用する場合、その微動機構が、電気信号を入力すること無く駆動部分の動作状態を保持する機構、所謂、自己保持機能を有していれば、電力の消費を抑えることができ、また、停電等が起こっても動作状態を維持できる（例えば、特許文献１参照。）。ここで従来の微動機構について、図７を用いて説明する。
【０００３】
図７（ａ）は従来例の微動機構を模した上面図である。図７（ｂ）は図７（ａ）の線分ＣＣ´における断面図である。図７（ｃ）は従来例の保持機構を示した断面図である。従来の微動機構は、可動電極板６１、解除電極板６２、及び固定電極板６３の３つの基板から構成されている。図７（ａ）に示すように、解除電極板６２は外枠６７から弾性部６６によって、可動電極板６１は外枠６５から弾性部６４によって支持されている。それぞれの基板は、図７（ｂ）に示すように、上から解除電極板６２、可動電極板６１、固定電極板６３の順で配置されており、可動電極板６１と解除電極板６２は、下方向に駆動可能となっている。駆動には、それぞれの基板に形成した電極間への電圧印加によって発生する静電引力を用いている。保持するための構造として、可動電極板６１に係止穴７０、固定電極板６３に係止爪７２が形成されている。係止爪７２による保持を解除するための構造として、解除電極板６２に係止解除穴７１が形成されている。係止爪７２は図７（ｃ）に示すように、先端部７３と支柱部７４から構成され、中央部に間隙７５を設けている。また、図示するように、係止穴７０の直径ａは先端部７３の幅ｃより小さいが、支柱部の幅ｄより大きく、係止解除穴７１の直径ｂは支柱部７４の幅ｄより小さい。
【０００４】
次に、従来例の保持機構について説明する。図７（ｂ）の状態から、可動電極板６１を下方向に駆動すると、係止穴７０が係止爪７２の先端部７３の傾斜部分を押圧する。それによって、間隙７５を閉じる方向に支柱部７４の変形が生じ、幅が狭くなった先端部７３は係止穴７０を通過可能となる。先端部７３が係止穴７０を通過した後、係止爪７２が初期状態に復元すると、先端部７３は再び係止穴７０を通過不可能となる。その結果、静電引力が発生しなくても、可動電極板６１を下側に保持することができる。この状態から、解除電極板６２を下方向に駆動し、係止解除穴７１に先端部７３を押圧させると、先端部７３の幅ｃが係止穴７０の径ａより小さくなり、係止穴７０を係止爪７２が通過可能な状態になるため、保持は解除される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６４６５１号公報（第６頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例では、可動電極板６１を係止爪７２によって保持した状態において、可動電極板６１を固定電極板６３に保持可能であった。しかし、可動電極板６１が保持されていない図７（ｂ）の状態では、外部からの振動等に対して可動電極板６１に揺動が生じやすい。また、従来例の微動機構は、単一の位置でのみ可動電極板６１を保持するため、用途が限定されていた。
【０００７】
そこで本発明は、従来例のように単一の位置のみではなく、保持機構によって、複数の位置で外部からの振動や衝撃に対する揺動を抑えることを目的とする。
解決手段解決手段
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明では、駆動可能な可動部と、可動部を支持する弾性部、及び弾性部を固定基板から構成される微動機構において、駆動可能な保持部と、それを支持する支持部を有する保持機構によって、可動部を、駆動方向に対して、少なくとも２つ以上の所定の位置に保持可能である事を特徴とする。さらに、以上の保持機構が、少なくとも２段以上の段差構造を有し、段差構造の段の位置によって、可動部を保持する所定の位置が決まる事を特徴とする。よって、保持機構は複数の位置で可動部を保持できる。
【０００８】
さらに、以上の保持機構が、可動部内の少なくとも１箇所を押圧し、可動部を所定の位置に保持すると共に、駆動方向以外に対して位置決め事を特徴とする。さらに、以上の保持機構が、多角形、もしくは半円形の嵌合構造を有する事を特徴とする。よって、保持機構は強固に可動部を保持、及び位置決めできる。
【０００９】
さらに、以上の保持機構が可動部を、駆動方向以外に対して位置決め可能な位置決め構造を有しており、その位置決め構造が多角形、もしくは半円形の嵌合構造である事を特徴とする。よって、保持機構は可動部を位置決めできる。
【００１０】
以上のように本発明の微動機構は、可動部の位置決めと保持を行う保持機構を有し、さらに、外部からの振動や衝撃に対して保持可能な位置を複数有する事が可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明における微動機構の第１の実施の形態を、図１、図２、及び図３を用いて以下に説明する。
図１は第１の実施の形態の斜視図である。本実施の形態における微動機構は、可動基板と保持基板から構成されている。図示したように、可動基板は可動部１と固定基板３、及び可動部１と固定基板３をつなぐ弾性部２から構成されている。可動部１に電極を形成、もしくは磁性体や磁石等を設置または形成すれば、静電引力や磁力を用いて、可動部１を図１のＺ軸について駆動可能である。また、可動部１は、Ｚ軸における複数の位置に保持を可能とするための段差構造、及びＸ軸とＹ軸において位置決めするための三角形の嵌合構造を有している。
【００１２】
保持基板は、保持部４と固定基板５、及び保持部４を支持する支持部６から構成されている。保持部４と固定基板５の対向面には櫛歯構造を設けている。櫛歯構造表面に形成された電極間に、電圧を印加すると静電引力が発生し、保持部４をＸ方向に移動可能となっている。また、保持部４は、可動部１の嵌合構造に対応した構造を有している。本実施の形態では、位置決めするために、三角形の嵌合構造を用いたが、半円形やその他の多角形としても良い。尚、本実施の形態に示す微動機構は２枚の基板から構成されているが、同一基板上に形成してもよい。
【００１３】
図２は、可動基板と保持基板を密着させた状態での、図１の線分ＡＡ´における断面図である。この状態では、保持部４は可動部１の下部に位置し、可動部１を駆動できない。そのため、図２（ｂ）の状態に移行する必要がある。図２（ｂ）は、可動部１の段差の中段で、可動部１が保持部４に保持された状態を示している。図２（ａ）から図２（ｂ）の状態への移行は、保持部４を左右に動かした後、可動部１を下側に駆動することによって可能となる。
【００１４】
図２（ｂ）の状態では、可動部１は、弾性部２の復元力によって図２（ａ）の状態に復帰しようとするが、保持部４に抑えられるため、復帰できない。つまり、可動部１は、図１のＺ軸、即ち、駆動方向に対して保持されることになる。さらに、可動部１の段差構造が保持部４によってＸ軸に対して押圧され、位置ずれ、及び不要な動作を抑えられる。また、可動部１及び保持部４、それぞれの嵌合構造が接することによって、可動部１は図１のＹ軸上での位置ずれ、及び不要な動作が抑えられる。つまり、可動部１の駆動方向以外の方向に対して位置決め可能となっている。以上の保持は、保持部４の駆動により解除可能である。
【００１５】
本実施の形態における微動機構の駆動方法を、図３を用いて説明する。図３は、可動部１及び保持部４を示した断面図である。図示した矢印は、可動部１と保持部４に作用する力の向きを示しており、それぞれ、弾性部２の復元力である弾性部復元力７、支持部６の復元力である支持部復元力８、可動部１に作用する駆動力である可動部駆動力９、及び保持部４に作用する静電引力である保持部駆動力１０である。可動部１が保持された図３（ａ）の状態から、可動部１を下方向へ駆動するためには、図３（ｂ）のように可動部駆動力９を作用させる。可動部１を駆動すると、支持部復元力８によって保持部４が移動し、図３（ｃ）のように、可動部１の段差の上段を押圧する。よって、可動部１は下方向に変位した状態で保持される。この状態から上方向に駆動するには、図３（ｄ）のように保持部４を保持部駆動力１０によって駆動すれば良い。すると、弾性部復元力７が可動部１を上方向に移動させる。その後、保持部駆動力１０が解除されると、保持部４は、支持部復元力８によって再び可動部１を押圧する方向に移動し、図３（ａ）の状態となる。本実施の形態では、２段階に可動部１を保持可能であるが、段差構造の段数を増やすことで、より多段階で保持することにも対応できる。
【００１６】
上記の駆動方法では、可動部１を下方向へ駆動する時、保持部駆動力１０を作用させず、保持を解除しなかった。しかし、保持を解除した状態で可動部１を所望の位置まで駆動し、再び保持すれば、上記の駆動方法と同様の結果を得ることができる。前述の駆動方法では、上下方向それぞれの駆動時で、入力する電気信号が異なっていた。しかし、後述の駆動方法では、保持部４は同一の電気信号で良く、電気回路の簡略化を図ることができる。しかし、可動部駆動力９及び保持部駆動力１０、両方を発生させる必要があるため、消費電力の点では、前述の駆動方法の方が優れている。
【００１７】
以上のように、本実施の形態に示す微動機構は、保持機構の作用によって可動部１の駆動方向であるＺ軸における保持と、その他のＸ軸、Ｙ軸における位置決めを実現可能である。
【００１８】
（実施の形態２）
本発明における微動機構の第２の実施の形態を、図４及び図５を用いて説明する。
【００１９】
図４は本実施の形態の斜視図であり、図１と同様に可動基板と保持基板を図示している。可動基板は、可動部１１、弾性部１２、及び固定部１３から構成されており、第１の実施の形態と同様に、可動部１１を上下に動作することが可能である。保持基板は、保持部１４、固定基板１５、及び支持部１６から構成されている。本実施の形態では、保持部１４に、可動部１を複数の位置に保持するための、段差構造が形成されている。段差構造の上部には、組立を補助する構造として、傾斜面が形成されている。また、可動部１１及び保持部１４には、嵌合構造を形成している。
【００２０】
次に、本実施の形態における微動機構の組み立て時の動作を、図５を用いて説明する。図５は図４の線分ＢＢ´における断面図である。図５（ａ）の可動基板と保持基板が離れた状態から、図５（ｂ）のように保持基板を下から近づけると、保持部１４の段差構造上部にある傾斜面が、可動部１１に押圧され、保持部１４は矢印方向に押圧される。さらに保持基板と可動基板の距離を近づけ、可動部１１が保持部１４の段差に差し掛かると、図５（ｃ）のようになる。さらに、可動基板と保持基板を密着させると、可動部１１は保持部１４によって、図５（ｄ）のように図４のＺ方向へ押し上げられる。押し上げられた可動部１１は、弾性部２２の復元力によって初期状態に復帰しようとするが、保持部１４に抑えられ、図示した位置に保持される。また、この状態では支持部１６の復元力によって、可動部１１は図４のＸ軸に対して押圧され、Ｘ軸における位置ずれ及び不要な動きを抑えられている。さらに、可動部１１と保持部１４、それぞれの嵌合構造によって、図４のＹ軸における位置ずれ、及び不要な動きが抑えられる。つまり、第１の実施の形態と同様に、可動部１１は保持、及び位置決めされる。第１の実施の形態では、動作可能な状態とするために、図２（ａ）から図２（ｂ）への移行が必要であったが、本実施の形態ではその必要はない。
【００２１】
可動部１１の駆動方法について説明する。図５（ｄ）の状態から、可動部１１を下方向に動かすには保持部１４を駆動し、再び図５（ｄ）の状態とするには、可動部１１を駆動する。つまり、第１の実施の形態と逆向きの構成となっている。また、第１の実施の形態と同様に、可動部１１を上方向に動かす時、保持を解除した状態で可動部１１を駆動しても良い。
【００２２】
以上のように、本実施の形態に示した微動機構は、第１の実施の形態と同様の自己保持機能を有し、振動や衝撃に強く、尚且つ複数の変位した状態で保持し、位置決めすることが可能である。
【００２３】
（実施の形態３）
本発明における、第３の実施の形態を、図６を用いて説明する。
図６は、本実施の形態における微動機構の斜視図である。図示するように、本実施の形態も、第１の実施の形態と同様に、可動基板と保持基板から構成されている。可動基板の構成は、可動部２１と、弾性部２２、及び固定基板２３であり、保持基板の構成は保持部２４と、固定基板２５、及び支持部２６であることも同様である。第１の実施の形態では、押圧するための構造である段差構造、Ｙ軸上の位置決めをするための構造である三角形の嵌合構造が、同一の構造に含まれていた。それに対し、本実施の形態ではそれぞれ独立して形成されている。押圧のための構造として、可動部２１に２段の三角形の溝構造２７を、保持部２４に先端が半円形の押圧構造２８を形成している。これらの三角形の溝及び半円形の先端は、その他の形状であっても良い。さらに、Ｙ軸上の位置決めをするための構造として、可動部２１に位置決め構造２９、保持部２４位置決め構造３０が形成されている。
【００２４】
本実施の形態において、Ｚ軸における可動部２１の保持、及びＸ軸上の位置決めは、溝構造２７を押圧構造２８が押圧することによって可能である。Ｙ軸上の位置決めについても、位置決め構造２９及び位置決め構造３０によって可能である。よって、第１の実施の形態と同様に、可動部２１は保持、及び位置決めされる。また、第１の実施の形態では、図１（ａ）のＺ軸において可動部１を保持する時、−Ｚ方向については、弾性部２の復元力によって保持していた。しかし、本実施の形態では、±Ｚ方向いずれについても、溝構造２７と押圧構造２８によって保持されるため、より強固に保持可能である。
【００２５】
本実施の形態では、図３に示した、第１の実施の形態のような駆動方法で、可動部２１を駆動することは構造上難しい。よって、可動部２１の駆動方法には、保持を解除した状態で駆動する方法を用いる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態における微動機構も、保持及び位置決めするための自己保持機能を有し、振動や衝撃に強く、尚且つ複数の変位した状態で保持をすることが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明における微動機構は、駆動時以外、機能する自己保持機能を有する点で、従来の微動機構より優れており、外部からの振動や衝撃に対して強固である。また、複数の変位した状態で保持可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の保持の様子を示した断面図である。
【図３】第１の実施の形態の動作する様子を示した断面図である。
【図４】第２の実施の形態の斜視図である。
【図５】第２の実施の形態の、可動基板と保持基板を密着させる時の動作を示した断面図である。
【図６】第３の実施の形態の斜視図である。
【図７】従来例の上面図と断面図、及び保持機構の断面図である。
【符号の説明】
１  可動部
２  弾性部
３  固定基板
４  保持部
５  固定基板
６  支持部
７  弾性部復元力
８  支持部復元力
９  可動部駆動力
１０  保持部駆動力
１１  可動部
１２  弾性部
１３  固定基板
１４  保持部
１５  固定基板
１６  支持部
２１  可動部
２２  弾性部
２３  固定基板
２４  保持部
２５  固定基板
２６  支持部
２７  溝構造
２８  押圧構造
２９  位置決め構造
３０  位置決め構造
６１  可動電極板
６２  解除電極板
６３  固定電極板
６４  弾性部
６５  外枠
６６  弾性部
６７  外枠
７０  係止穴
７１  係止解除穴
７２  係止爪
７３  係止部
７４  支柱部
７５  間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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