(57)【要約】【課題】プレート駆動部が可動プレートに対して応力を加えていない状態において可動プレートの位置を正確に定めるアクチュエータ及び光デバイスを提供する。【解決手段】固定部１０に一端が接続された可撓性のプレート支持部１が撓むことにより変位可能な可動プレート２と、可動プレート２を駆動するプレート駆動部３と、固定部１０に一端が接続された可撓性のラッチ支持部４が撓むことにより変位可能な可動ラッチ部５と、可動ラッチ部５を駆動するラッチ駆動部６とを有し、プレート駆動部３が可動プレート２に対して応力を加えず、且つラッチ駆動部６が可動ラッチ部５に対して応力を加えていない時に、可動ラッチ部５は可動プレート２と接触して可動プレート２の位置を保持し、プレート駆動部３が可動プレート２を変位させる時に、ラッチ駆動部６が可動ラッチ部５を可動プレート２から離れる方向に変位させる。【選択図】図１
2005238346.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プレート支持部と、
前記プレート支持部の他端に接続され、前記プレート支持部が撓むことにより変位可能な可動プレートと、
前記可動プレートに対して応力を加えて変位させるプレート駆動部と、
前記固定部に一端が接続された可撓性のラッチ支持部と、
前記ラッチ支持部の他端に接続され、前記ラッチ支持部が撓むことにより変位可能な可動ラッチ部と、
前記可動ラッチ部に対して応力を加えて変位させるラッチ駆動部とを有し、
前記プレート駆動部が前記可動プレートに対して応力を加えず、且つ前記ラッチ駆動部が前記可動ラッチ部に対して応力を加えていない時に、前記可動ラッチ部は前記可動プレートと接触して前記可動プレートの位置を保持し、
前記プレート駆動部が前記可動プレートを変位させる時に、前記ラッチ駆動部が前記可動ラッチ部を前記可動プレートから離れる方向に変位させることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記プレート駆動部は、
前記可動プレートに対して第１の方向に応力を加えて変位させる第１のプレート駆動部と、
前記可動プレートに対して前記第１の方向に対向する第２の方向に応力を加えて変位させる第２のプレート駆動部
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】
前記ラッチ駆動部は、ギャップクロージング方式を用いた櫛歯電極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】
前記可動ラッチ部は、
前記可動プレートと接触するラッチ部材と、
前記ラッチ部材に接続された柱状部材と、
前記柱状部材の側面に配置されたラッチ爪と、
前記ラッチ爪と嵌合して前記柱状部材を変位した状態で不可逆的に保持する可撓性の戻り防止部材
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５】
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プレート支持部と、
前記プレート支持部の他端に接続され、前記プレート支持部が撓むことにより変位可能な可動プレートと、
前記可動プレートに対して応力を加えて変位させるプレート駆動部と、
前記固定部に一端が接続された可撓性のラッチ支持部と、
前記ラッチ支持部の他端に接続され、前記ラッチ支持部が撓むことにより変位可能な可動ラッチ部と、
前記可動ラッチ部に対して応力を加えて変位させるラッチ駆動部と、
前記可動プレー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し、
前記プレート駆動部が前記可動プレートに対して応力を加えず、且つ前記ラッチ駆動部が前記可動ラッチ部に対して応力を加えていない時に、前記可動ラッチ部は前記可動プレートと接触して前記可動プレートの位置を保持し、
前記プレート駆動部が前記可動プレートを変位させる時に、前記ラッチ駆動部が前記可動ラッチ部を前記可動プレートから離れる方向に変位させることを特徴とする光デバイス。
【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。
【０００４】
従来より、互いに対向して固定電極及び可動電極が配置され、両電極の間に発生する静電引力により可動電極が変位するアクチュエータ及びこれを用いた光スイッチにおいて、可動電極に対して当該変位した状態で嵌合するラッチ部材を用いて、静電引力を解除したあとも可動電極を当該変位した状態で保持する技術が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４１１１７号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１及び２に開示された技術では、ラッチ部材は可動電極に対して当該変位した状態で嵌合するが、変位していない状態、即ち静電引力が加わっていない状態において可動電極の位置を保持することは出来ない。通常、可動電極は可撓性のある支持材を介して固定され、当該支持材が撓むことにより変位することが出来る。よって、当該支持材が撓んでいない状態での可動電極の位置は正確に定めることが出来ず、外部からの振動などにより容易に変位してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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プレート支持部と、プレート支持部の他端に接続され、プレート支持部が撓むことにより変位可能な可動プレートと、可動プレートに対して応力を加えて変位させるプレート駆動部と、固定部に一端が接続された可撓性のラッチ支持部と、ラッチ支持部の他端に接続され、ラッチ支持部が撓むことにより変位可能な可動ラッチ部と、可動ラッチ部に対して応力を加えて変位させるラッチ駆動部とを有するアクチュエータであって、プレート駆動部が可動プレートに対して応力を加えず、且つラッチ駆動部が可動ラッチ部に対して応力を加えていない時に、可動ラッチ部は可動プレートと接触して可動プレートの位置を保持し、プレート駆動部が可動プレートを変位させる時に、ラッチ駆動部が可動ラッチ部を可動プレートから離れる方向に変位させることを要旨とする。
【０００７】
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、可動プレー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スイッチであることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プレート駆動部が可動プレートに対して応力を加えていない状態において、可動プレートの位置を正確に定めるアクチュエータ及び光デバイスを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係わ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１０と、固定部１０に一端が接続された可撓性のプレート支持部１と、プレート支持部１の他端に接続され、プレート支持部１が撓むことにより変位可能な可動プレート２と、可動プレート２に対して応力を加えて変位させるプレート駆動部３と、固定部１０に一端が接続された可撓性のラッチ支持部４と、ラッチ支持部４の他端に接続され、ラッチ支持部４が撓むことにより変位可能な可動ラッチ部５と、可動ラッチ部５に対して応力を加えて変位させるラッチ駆動部６と、プレート駆動部３とラッチ駆動部６とを電気的に接続する電気的連動線７と、可動プレート２が変位した状態で保持するラッチ機構８とを有する。可動プレート２は、その側面に嵌合部材９を有し、嵌合部材９は、可動ラッチ部５の先端部分と嵌合している。
【００１１】
プレート駆動部３が可動プレート２に対して応力を加えず、且つラッチ駆動部６が可動ラッチ部５に対して応力を加えていない時に、可動ラッチ部５の先端は可動プレート２の嵌合部材９と接触（嵌合）して可動プレート２の位置を保持する。
【００１２】
可動プレート２は、プレート支持部１が撓むことにより、プレート駆動部３の側に変位可能である。プレート駆動部３は、可動プレート２に対して応力を加えてプレート駆動部３の側に変位させる。プレート駆動部３が可動プレート２に対して応力を加えなければ、プレート支持部１の弾性復元力により元の状態に戻る。なお、ラッチ機構８は、可動プレート２をプレート駆動部３の側に変位した状態で保持する。また、プレート支持部１の弾性復元力のみで図１に示す元の状態に戻り、可動ラッチ部５の先端と嵌合部材９とを嵌合させるためには、嵌合部材９の外側の傾斜を緩やかにしていくことが望ましい。これにより、プレート支持部１の弾性復元力のみで図１に示す元の状態においてラッチを掛けることが出来る。
【００１３】
プレート駆動部３が可動プレート２を変位させる時に、ラッチ駆動部６が可動ラッチ部５を可動プレート２から離れる方向に変位させる。具体的には、図１に示した状態においては、可動ラッチ部５の先端は可動プレート２の嵌合部材９と嵌合しているため、当該嵌合が障害となり、可動プレート２は変位することが出来ない。可動プレート２を変位させる時は、可動ラッチ部５の先端と嵌合部材９との嵌合を解除する必要がある。そこで、電気的連動線７によりプレート駆動部３とラッチ駆動部６とを電気的に連動させて、プレート駆動部３が可動プレート２を駆動する動作とラッチ駆動部６が可動ラッチ部５を可動プレート２から離れる方向に駆動する動作を連動させる。
【００１４】
以上説明したように、従来では、可動プレート２は初期形成位置において構造的に応力が加わっていないため安定であるが、外乱に対して容易にその位置が変動してしまい、不安定であるといえる。しかし、図１に示したように、可動プレート２の初期形成位置において新たにラッチ機構を設けることにより、可動プレート２の初期形成位置における位置精度が向上し、振動や衝撃などの外乱に対しても容易に変位することを防止できる。
【００１５】
また、プレート駆動部３とラッチ駆動部６とを電気的に連動させることにより、電子制御が必要なくなり、電気回路が簡略化することが出来る。
【００１６】
なお、可動プレート２、可動ラッチ部５は、それぞれ４本の可撓性の支持部１、４に懸吊されている。固定部１０は、ＭＥＭＳ構造体の基本構成要素である。図１には支持部１、４はそれぞれ４本記載されているが、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１、４の伸びを緩和することができる。支持部１，４によって、可動プレート２、可動ラッチ部５は、それぞれ直線的（一次元的）に可動することができる。
【００１７】
また、図１に示したアクチュエータは、上層及び下層からなる２層構造を有する。図１に示すアクチュエータの総ての構成要素は上層内に配置されている。アクチュエータの構成要素のうち固定部１０は、上層の下に絶縁膜を介して重ね合わされた下層内に配置されている基板に接続されている。固定部１０を除く構成要素は、基板の上方に重ね合わせて配置されているが、絶縁膜は配置されていない。よって、固定部１０にその一端が接続された支持部１、４は、基板に対して自由に撓む（変位する）ことができ、同様に支持部１、４に接続された可動要素は基板に対して可動することが出来る。このような２層構造を有するアクチュエータは、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）のウェットエッチング法を用いて、２層構造を容易に実現することができる。
【００１８】
（第２の実施の形態）
図２に示すように、本発明の第２の実施の形態に係わ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１０と、固定部１０に一端が接続された可撓性のプレート支持部１と、プレート支持部１の他端に接続され、プレート支持部１が撓むことにより変位可能な可動プレート２と、可動プレート２に対して応力を加えて変位させる第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂと、固定部１０に一端が接続された可撓性のラッチ支持部４と、ラッチ支持部４の他端に接続され、ラッチ支持部４が撓むことにより変位可能な可動ラッチ部５と、可動ラッチ部５に対して応力を加えて変位させる第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂと、第１のプレート駆動部３ａと第１のラッチ駆動部６ａ間及び第２のプレート駆動部３ｂと第２のラッチ駆動部６ｂ間をそれぞれ電気的に接続する第１及び第２の電気的連動線７ａ、７ｂと、可動プレート２が変位した状態で保持する第１及び第２のラッチ機構８ａ、８ｂとを有する。可動プレート２は、その側面に嵌合部材９を有し、嵌合部材９は、可動ラッチ部５の先端部分と嵌合している。
【００１９】
第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂが可動プレート２に対して応力を加えず、且つ第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂが可動ラッチ部５に対して応力を加えていない時に、可動ラッチ部５の先端は可動プレート２の嵌合部材９と接触して可動プレート２の位置を保持する。
【００２０】
可動プレート２は、プレート支持部１が撓むことにより、第１のプレート駆動部３ａの側（上側）及び第２のプレート駆動部３ｂの側（下側）に変位可能である。第１のプレート駆動部３ａは、可動プレート２に対して応力を加えて上側に変位させる。第２のプレート駆動部３ｂは、可動プレート２に対して応力を加えて下側に変位させる。可動プレート２は、第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂが可動プレート２に対して応力を加えなければ、プレート支持部１の弾性復元力により元の状態に戻る。なお、第１のラッチ機構８ａは、可動プレート２を上側に変位した状態で保持する。第２のラッチ機構８ｂは、可動プレート２を下側に変位した状態で保持する。
【００２１】
第１のプレート駆動部３ａが可動プレート２を変位させる時に、第１のラッチ駆動部６ａが可動ラッチ部５を可動プレート２から離れる方向に変位させる。第２のプレート駆動部３ｂが可動プレート２を変位させる時に、第２のラッチ駆動部６ｂが可動ラッチ部５を可動プレート２から離れる方向に変位させる。具体的には、図２に示した状態においては、可動ラッチ部５の先端は可動プレート２の嵌合部材９と嵌合しているため、当該嵌合が障害となり、可動プレート２は変位することが出来ない。可動プレート２を変位させる時は、可動ラッチ部５の先端と嵌合部材９との嵌合を解除する必要がある。そこで、第１の電気的連動線７ａにより第１のプレート駆動部３ａと第１のラッチ駆動部６ａとを電気的に連動させて、第１のプレート駆動部３ａが可動プレート２を駆動する動作（可動プレート２を下位置或いは中央位置から上位置へ変位させる動作）と第１のラッチ駆動部６ａが可動ラッチ部５を可動プレート２から離れる方向に駆動する動作を連動させる。同様に、第２の電気的連動線７ｂにより第２のプレート駆動部３ｂと第２のラッチ駆動部６ｂとを電気的に連動させて、第２のプレート駆動部３ｂが可動プレート２を駆動する動作（可動プレート２を上位置或いは中央位置から下位置へ変位させる動作）と第２のラッチ駆動部６ｂが可動ラッチ部５を可動プレート２から離れる方向に駆動する動作を連動させる。
【００２２】
以上説明したように、図２に示したように、可動プレート２の初期形成位置において新たにラッチ機構を設けることにより、可動プレート２の初期形成位置における位置精度が向上し、振動や衝撃などの外乱に対しても容易に変位することを防止できる。
【００２３】
また、第１のプレート駆動部３ａと第１のラッチ駆動部６ａとを電気的に連動させることにより、電子制御が必要なくなり、電気回路が簡略化することが出来る。同様に、第２のプレート駆動部３ｂと第２のラッチ駆動部６ｂとを電気的に連動させることにより、電子制御が必要なくなり、電気回路が簡略化することが出来る。
【００２４】
（第１の実施例）
図３を参照して、図１及び図２に示したアクチュエータを基本構成とするアクチュエータの第１の実施例について説明する。
【００２５】
図３に示すように、第１の実施例に係わるアクチュエータは、固定部１０と、固定部１０に一端が接続された可撓性のプレート支持部１と、プレート支持部１の他端に接続され、プレート支持部１が撓むことにより変位可能な可動プレート２と、可動プレート２に対して応力を加えて変位させる第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂと、固定部１０に一端が接続された可撓性のラッチ支持部４ａ、４ｂと、ラッチ支持部の他端に接続され、ラッチ支持部が撓むことにより変位可能な第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂと、第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂに対して応力を加えて変位させる第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂと、第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂと第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂ間をそれぞれ電気的に接続する第１の電気的連動線７ａ1、７ａ2及び第２の電気的連動線７ｂ1、７ｂ2とを有する。可動プレート２は、その側面に第１及び第２の嵌合部材９ａ、９ｂを有し、第１及び第２の嵌合部材９ａ、９ｂは、第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂの先端部分から、「所定の隙間」だけ離れている。なお、図３はアクチュエータの製造直後の状態を示すものであり、この状態から「不可逆動作」を行うことにより、第１及び第２の嵌合部材９ａ、９ｂは、第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂの先端部分とそれぞれ嵌合することになる。「所定の隙間」及び「不可逆動作」については、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して後述する。
【００２６】
第１の実施の形態において、第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂは、相対して配置された櫛歯電極の電極面に平行方向の引力を利用するコム方式のアクチュエータである。一方、第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂは、相対して配置された櫛歯型電極の電極面に垂直な方向の引力を利用するギャップクロージング方式のアクチュエータである。即ち、第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂは、固定部１０に接続された固定電極と自由に変位可能な可動電極を備え、固定電極及び可動電極の各電極面は、駆動方向に垂直に配置されている。いずれの方式のアクチュエータも、相対する櫛歯電極間に電位差を印加することにより静電引力（駆動力）が発生する。
【００２７】
コム方式のアクチュエータは、（１）駆動するストロークは長いが、その分、可撓性支持体が駆動方向に垂直な方向の応力に対して耐性が低くなる。（２）駆動方向の垂直方向に長い形状を有し、広いスペースを必要とする。等の特性を有するため、比較的長い駆動ストロークを必要とする可動プレート用アクチュエータである第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂに適している。
【００２８】
一方、ギャップクロージング方式のアクチュエータは、（１）稼動するストロークは短いが、容易に多段化することが可能であり高い出力を得ることが出来る。（２）駆動方向に長い形状を有する。（３）可撓性支持体が比較的短く、距離を置いて配置できるので、横方向の応力に対しての耐性が高い。等の特性を有するため、ラッチ解放用アクチュエータである第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂに適している。また、ギャップクロージング方式のアクチュエータは、駆動方向に対して左右の静電駆動部を独立して荷電することが出来る。したがって、第１の電気的連動線７ａ1は第１のラッチ駆動部６ａ1に接続され、第１の電気的連動線７ａ2は第１のラッチ駆動部６ａ2に接続され、第１のラッチ駆動部６ａ1、６ａ2はそれぞれ独立して第１の可動ラッチ部５ａを駆動することが出来る。同様に、第２の電気的連動線７ｂ1は第２のラッチ駆動部６ｂ1に接続され、第２の電気的連動線７ｂ2は第２のラッチ駆動部６ｂ2に接続され、第２のラッチ駆動部６ｂ1、６ｂ2はそれぞれ独立して第２の可動ラッチ部５ｂを駆動することが出来る。
【００２９】
なお、図３のアクチュエータにおいては、可動プレート２の両側面にそれぞれ嵌合部材９ａ、９ｂを有し、左右対称な構成を有するが、力のバランスを考慮する必要がない場合は、片方のみであっても構わない。この場合、可動ラッチ部５ａ、５ｂ及びラッチ駆動部６ａ、６ｂもそれぞれ片方のみとなる。
【００３０】
また、コム方式及びギャップクロージング方式の組み合わせは、図３に示したアクチュエータの例に限定されるものではなく、他の組み合わせであっても構わない。
【００３１】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、初期形成直後の第２の可動ラッチ部５ｂの状態（初期状態）、及び不可逆動作を行った後の第２の可動ラッチ部５ｂの状態（嵌合状態）について説明する。なお、第１の可動ラッチ部５ａについても第２の可動ラッチ部５ｂと同様である。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、第２の可動ラッチ部５ｂは、第２の嵌合部材９ｂと接触するラッチ部材１３と、ラッチ部材１３に接続された柱状部材１４と、柱状部材１４の側面に配置されたテーパー状のラッチ爪１５と、可撓性の戻り防止部材１６と、フレーム１８と、支持部４とを有する。第２の可動ラッチ部５ｂは、ラッチ支持部４を介してフレーム１８に接続され、ラッチ支持部４が撓むことにより変位することが出来る。柱状部材１４は、ラッチ支持部４により４箇所（少なくとも２箇所）において懸吊されている。なお、ラッチ爪１５は、三角状或いは錐状の形状を有していても構わない。
【００３３】
一連の半導体製造プロセスを経て製造されるＭＥＭＳ構造体はその製造直後においては、複数の部材が接触していることはなく、隣接する部材の間には、半導体製造プロセスの必要条件により定まる所定の隙間（例えば、５μｍ程度）が必ず形成されている。よって、一連の半導体製造プロセスを経て製造された図１のアクチュエータも例外ではなく、その製造直後において、ラッチ部材１３と第２の嵌合部材９ｂとの間には、上記所定の隙間が形成されている。また、戻り防止部材１６はラッチ爪１５に沿って２つづつ配置され、戻り防止部材１６とラッチ爪１５と間にも上記所定の隙間が形成されている。
【００３４】
図４（ｂ）に示すように、ラッチ支持部４が撓んでラッチ部材１３、柱状部材１４及びラッチ爪１５が第２の嵌合部材９ｂの側へ変位する。この変位動作は、第２の嵌合部材９ｂとラッチ部材１３が接触するまで行われる。そして、戻り防止部材１６がラッチ爪１５と勘合することにより、第２の嵌合部材９ｂとラッチ部材１３が接触した状態を不可逆的に保持する。即ち、一旦図４（ａ）の初期状態から図４（ｂ）の嵌合状態へ不可逆動作を行った後は、ラッチ支持部４の弾性反力により再び図４（ａ）の初期状態に戻ることはない。図４（ａ）に示す初期状態から図４（ｂ）に示す嵌合状態への不可逆動作を行うことにより、第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂが可動プレート２に対して応力を加えず、且つ第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂが第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂに対して応力を加えていない時に、第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂは可動プレート２と接触して可動プレート２の位置を保持することが出来る。なお、この不可逆動作は、手動或いは何らかの駆動手段を用いて行うことが出来る。また、第２の可動ラッチ部５ｂの変位長さは、前述の所定の隙間を埋める長さと、ラッチ部材１３が第２の嵌合部材９ｂを適当な圧力で加圧するために必要なラッチ支持部４の撓み長さとを合計した長さである。
【００３５】
図５に示すように、第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂが可動プレート２に対して応力を加えず、且つ第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂが可動ラッチ部５ａ、５ｂに対してそれぞれ応力を加えていない時（無荷電状態）に、第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂの先端は第１及び第２の嵌合部材９とそれぞれ接触して可動プレート２の位置（中央位置）を保持する。第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂの先端が、ラッチ支持部４の撓みによる弾性反力によって第１及び第２の嵌合部材９に対して適当な圧力で加圧するため、可動プレート２は中央位置で正確に位置決めされている。
【００３６】
可動プレート２は、プレート支持部１が撓むことにより、第１のプレート駆動部３ａの側（上側）及び第２のプレート駆動部３ｂの側（下側）に変位可能である。第１のプレート駆動部３ａは、可動プレート２に対して応力を加えて上側に変位させる。第２のプレート駆動部３ｂは、可動プレート２に対して応力を加えて下側に変位させる。可動プレート２は、第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂが可動プレート２に対して応力を加えなければ、プレート支持部１の弾性復元力により元の状態に戻る。
【００３７】
図６に示すように、第２のプレート駆動部３ｂが可動プレート２を変位させる時に、第１及び第２のラッチ駆動部６ａ2、６ｂ2が第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂを可動プレート２から離れる方向にそれぞれ変位させる。具体的には、図５に示した状態においては、第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂの先端は可動プレート２の第１及び第２の嵌合部材９ａ、９ｂとそれぞれ嵌合しているため、当該嵌合が障害となり、可動プレート２は変位することが出来ない。可動プレート２を変位させる時は、第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂの先端と第１及び第２の嵌合部材９ａ、９ｂとの嵌合を解除する必要がある。そこで、第１及び第２の電気的連動線７ａ2、７ｂ2により第２のプレート駆動部３ｂと第１及び第２のラッチ駆動部６ａ2、６ｂ2とを電気的に連動させて、第２のプレート駆動部３ｂが可動プレート２を駆動する動作（可動プレート２を中央位置から下位置へ変位させる動作）と第１及び第２のラッチ駆動部６ａ2、６ｂ2が第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂを可動プレート２から離れる方向に駆動する動作を連動させる。
【００３８】
同様にして、第１のプレート駆動部３ａが可動プレート２を変位させる時に、第１及び第２のラッチ駆動部６ａ1、６ｂ1が第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂを可動プレート２から離れる方向にそれぞれ変位させる。即ち、第１及び第２の電気的連動線７ａ1、７ｂ1により第１のプレート駆動部３ａと第１及び第２のラッチ駆動部６ａ1、６ｂ1とを電気的に連動させて、第１のプレート駆動部３ａが可動プレート２を駆動する動作（可動プレート２を中央位置から上位置へ変位させる動作）と第１及び第２のラッチ駆動部６ａ1、６ｂ1が第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂを可動プレート２から離れる方向に駆動する動作を連動させる。
【００３９】
なお、第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂの駆動力により、第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂの先端と第１及び第２の嵌合部材９ａ、９ｂ間のそれぞれ嵌合面に摩擦力が働くが、第１及び第２の可動ラッチ部５ａ、５ｂの先端と第１及び第２の嵌合部材９ａ、９ｂ間のそれぞれ嵌合角度及び第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂの駆動力を適切に設定することにより、ラッチ解放動作を円滑に実施できる。
【００４０】
（第２の実施例）
図７を参照して、図３に示したアクチュエータを用いた光デバイス（例えば、光スイッチ）の第２の実施例について説明する。
【００４１】
第２の実施例に係わる光スイッチは、図３に示したアクチュエータと、可動プレート２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９０ａ、９０ｂ、９０ｃと、ミラー９０ａ〜９０ｃ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、１０１ｃ、１０１ｄとを有する。可動プレート２が中央位置で保持されている状態では、光導波路１０１ａから出力される光は、ミラー９０ｂにより反射して光導波路１０１ｃに入光する。第１のプレート駆動部３ａを駆動して可動プレート２が上位置に変位している状態では、光導波路１０１ａから出力される光は、ミラー９０ａにより反射して光導波路１０１ｂに入光する。第２のプレート駆動部３ｂを駆動して可動プレート２が下位置に変位している状態では、光導波路１０１ａから出力される光は、ミラー９０ｃにより反射して光導波路１０１ｄに入光する。
【００４２】
可動プレートは、上位置、中央位置、下位置で正確に保持されるので、可動プレートに連結されている剛体アーム８８の先端に取り付けられたミラー９０ａ〜９０ｃの位置も正確に決定される。したがって、第２の実施例によれば、光導波路１０１ａにより導かれた光軸を３つの方向に正確に反射し、それぞれに対応した光導波路１０１ｂ〜１０１ｄに正確に入光させる３分岐の光スイッチを提供することが出来る。
【００４３】
（第１の参考例）
図８を参照して、ＭＥＭＳ構造を有するアクチュエータを単層のシリコン基板を用いて形成する場合における配線の困難性について説明する。図８に示すアクチュエータの基本構成は、図２に示したアクチュエータの基本構成と比べて、第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂの部分の構成のみが異なり、他の構成要素は一致している。
【００４４】
図８のアクチュエータにおいては、第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂとして、左右独立に荷電可能な多段のコム方式のアクチュエータを使用している。櫛歯型の固定電極１２ａ〜１２ｄと、可動ラッチ部５に接続された可動電極１１ａ〜１１ｄとが交互に配置され、櫛歯電極の電極面は、可動方向に平行に向いている。第１の電気的連動線７ａは、第１のプレート駆動部３ａと固定電極１２ａとの間を連結している。第２の電気的連動線７ｂは、第２のプレート駆動部３ｂと固定電極１２ｃとの間を連結している。そして、固定電極１２ａと固定電極１２ｄは、第３の電気的連動線７ｃにより接続されている。しかし、固定電極１２ｂと第２のプレート駆動部３ｂとを配線することが出来ない。単層のシリコン基板を用いてＭＥＭＳ構造を有するアクチュエータを形成する場合、配線同士を交差せさせることができないからである。但し、３次元で配線できるワイヤーボンディング等を追加した場合は接続することが出来る。したがって、多段のコム方式のアクチュエータを左右独立に荷電して、第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂと連動させることが出来ない。よって、図３に示したように、第１及び第２のラッチ駆動部６ａ、６ｂとしては、ギャップクロージング方式のアクチュエータを用いることが望ましい。
【００４５】
（第２の参考例）
図９を参照して、単層のシリコン基板を用いて形成されたアクチュエータであって、第１の方向（左方向）に変位した「第１の変位状態」、これに対抗する第２の方向（右方向）に変位した「第２の変位状態」及びいずれの方向にも変位していない「中央状態」の３つの状態において状態保持機能を有するアクチュエータの参考例について説明する。なお、図９に示すアクチュエータは、本願と同一出願人による未公開先願（特願２００３−３０１５４９号）に詳細に開示されている。
【００４６】
図９に示すように、第２の参考例に係わ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。
【００４７】
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（６５ａ、６５ｂ）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９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。
【００４８】
中央嵌合部（６５ａ、６５ｂ）は、可動プレート６２に第１の方向へ接続された第１の中央嵌合部６５ａと、可動プレート６２に第２の方向へ接続された第２の中央嵌合部６５ｂとを有する。嵌合ユニット５２は、第１の中央嵌合部６５ａと嵌合する第１の側嵌合部５２ａと、第２の中央嵌合部６５ｂと嵌合する第２の側嵌合部５２ｂとを有する。
【００４９】
第１の中央嵌合部６５ａは、第１の中央爪８２ａと、第１の側爪８３ａとを有する。第２の中央嵌合部６５ｂは、第２の中央爪８２ｂと、第２の側爪８３ｂとを有する。第１の側嵌合部５２ａは、第１の嵌合爪８１ａと、第１の嵌合解除部６９に接触する第１の凸部６６ａとを有する。第２の側嵌合部５２ｂは、第２の嵌合爪８１ｂと、第２の嵌合解除部７２に接触する第２の凸部６６ｂとを有する。
【００５０】
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（６５ａ、６５ｂ）は、中央支持部５６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。
【００５１】
具体的には、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と第１の側電極６８の間に静電引力が生じ、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と第２の側電極７１の間に静電引力が生じ、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。
【００５２】
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。
【００５３】
具体的には、第１の側嵌合部５２ａは、第１の嵌合爪８１ａと第１の中央嵌合部６５ａの第１の中央爪８２ａ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。また、第１の側嵌合部５２ａは、第１の嵌合爪８１ａと第１の中央嵌合部６５ａの第１の側爪８３ａと嵌合することにより、可動プレート６２を第２の変位状態に保持する。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。一方、第２の側嵌合部５２ｂは、第２の嵌合爪８１ｂと第２の中央嵌合部６５ｂの第２の中央爪８２ｂ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。また、第２の側嵌合部５２ｂは、第２の嵌合爪８１ｂと第２の中央嵌合部６５ｂの第２の側爪８３ｂ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し、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。
【００５４】
しかし、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、一連の半導体製造プロセスを経て製造されるＭＥＭＳ構造体はその製造直後においては、隣接して配置される部材９１、９２が接触して形成されることは無く（図１０（ｂ））、隣接する部材９１、９２の間には、半導体製造プロセスの必要条件により定まる所定の隙間（例えば、５μｍ）が必ず形成されてしまう（図１０（ａ））。一連の半導体製造プロセスを経て製造された図９のアクチュエータも例外ではなく、その製造直後では、図１０（ｃ）に示すように、第１の嵌合爪８１ａと第１の中央爪８２ａとは接触しておらず、上記所定の隙間が形成されてしまう。第２の嵌合爪８１ｂと第２の中央爪８２ｂについても同様である。例えば、５μｍの隙間が形成されるとした場合、第１の嵌合爪８１ａと第１の中央爪８２ａとの間、及び第２の嵌合爪８１ｂと第２の中央爪８２ｂとの間にそれぞれ５μｍの隙間が形成される。よって、第１及び第２の方向に合計１０μｍの隙間が発生し、中央電極ユニット５１の位置は、中央状態において、第１及び第２の方向に合計１０μｍの範囲内で不安定となる。
【００５５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、第１及び第２の実施の形態及びその実施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。
【００５６】
以上説明したように、請求項１及び５に係わる発明によれば、可動プレート２の状態を保持する可動ラッチ部５が不可逆構造を有することにより、ＭＥＭＳ構造の形成時に必要な部材間の所定の隙間を、簡単な後処理により埋めると共に、加圧した接触状態を作り出すことが出来る。よって、無荷電状態において部材間の機械的嵌合による確実な位置決めが可能となる。換言すれば、無荷電状態の可動プレート２と勘合するノーマルラッチを形成することが出来る。
【００５７】
請求項２に係わる発明によれば、第１及び第２のプレート駆動部３ａ、３ｂが可動プレート２に対して第１及び第２の方向に応力を加えて変位させることができるため、３位置型のアクチュエータを構成することが出来る。
【００５８】
請求項３に係わる発明によれば、ラッチ駆動部の構成を小型化することが出来、２次元構造においても容易には、３位置型のアクチュエータを構成することが出来る。
【００５９】
請求項４に係わる発明によれば、簡単な操作で不可逆動作を行ってノーマルラッチを形成することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
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】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるアクチュエータを示す平面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わるアクチュエータを示す平面図である。
【図３】図１及び図２に示したアクチュエータを基本構成とする第１の実施例に係わるアクチュエータの製造直後の初期状態を示す平面図である。
【図４】図４（ａ）は初期形成直後の第１及び第２の可動ラッチ部の状態（初期状態）を示す平面図であり、図４（ｂ）は不可逆動作を行った後の第１及び第２の可動ラッチ部の状態（嵌合状態）を示す平面図である。
【図５】図３の状態から図４（ｂ）の不可逆動作を行った後の嵌合状態（無荷電状態）のアクチュエータを示す平面図である。
【図６】図５に示した無荷電状態から第２のプレート駆動部の側へ可動プレートを変位させた状態を示す平面図である。
【図７】図３に示したアクチュエータを用いた第２の実施例に係わる光デバイス（光スイッチ）を示す平面図である。
【図８】ＭＥＭＳ構造を有するアクチュエータを単層のシリコンを用いて形成する場合を示す平面図である。
【図９】単層のシリコン基板を用いて形成された、第２の参考例に係わるアクチュエータを示す平面図である。
【図１０】図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）は、一連の半導体製造プロセスを経て製造されるＭＥＭＳ構造体はその製造直後においては、隣接して配置される部材が接触して形成されることは無く、半導体製造プロセスの必要条件により定まる所定の隙間が形成されることを説明するための図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…プレート支持部
２…可動プレート
３…プレート駆動部
３ａ…第１のプレート駆動部
３ｂ…第２のプレート駆動部
４…ラッチ支持部
５…可動ラッチ部
５ａ…第１の可動ラッチ部
５ｂ…第２の可動ラッチ部
６…ラッチ駆動部
６ａ1、６ａ2…第１のラッチ駆動部
６ｂ1、６ｂ2…第２のラッチ駆動部
７…電気的連動線
７ａ1、７ａ2…第１の電気的連動線
７ｂ1、７ｂ2…第２の電気的連動線
７ｃ…第３の電気的連動線
８…ラッチ機構
８ａ…第１のラッチ機構
８ｂ…第２のラッチ機構
９…嵌合部材
９ａ…第１の嵌合部材
９ｂ…第２の嵌合部材
１０…固定部
１１ａ〜１１ｄ…可動電極
１２ａ〜１２ｄ…固定電極
１３…ラッチ部材
１４…柱状部材
１５…ラッチ爪
１６…防止部材
１８…フレーム
５１…中央電極ユニット
５２…嵌合ユニット
５２ａ…第１の側嵌合部
５２ｂ…第２の側嵌合部
５３…第１の側電極ユニット
５４…第２の側電極ユニット
５５…固定部
５６…中央支持部
５７…第１の側支持部
５８…第２の側支持部
６２…可動プレート
６３…第１の中央電極
６４…第２の中央電極
６５ａ…第１の中央嵌合部
６５ｂ…第２の中央嵌合部
６６ａ…第１の凸部
６６ｂ…第２の凸部
６８…第１の側電極
６９…第１の嵌合解除部
７１…第２の側電極
７２…第２の嵌合解除部
８１ａ…第１の嵌合爪
８１ｂ…第２の嵌合爪
８２ａ…第１の中央爪
８２ｂ…第２の中央爪
８３ａ…第１の側爪
８３ｂ…第２の側爪
８８…剛体アーム
９０ａ〜９０ｃ…ミラー
１０１ａ〜１０１ｄ…光導波路
【図１】
2005238346.tif 000003
【図２】
2005238346.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005238346.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005238346.tif 000008
【図７】
2005238346.tif 000009
【図８】
2005238346.tif 000010
【図９】
2005238346.tif 000011
【図１０】
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