(57)【要約】多数の第２電極（２）を設けた第１可撓電極（１）を備えて、この第１可撓電極（１）と共に可動する静電装置（１０）。電荷によって、各々の第２電極（２）は、第１可撓電極（１）の偏向を生じ、この偏向は、共に運動する第２電極の動きにより増強される。多方向に運動させたり、回転や捻りといった動きを含めて、第１可撓電極を面内や面外に可動させるように静電装置を様々に異なる設計とするができる。こうした構成とすることで、静電装置は、集積回路の電圧に合わせて機能し、かつ、集積回路製造技術を使用して製造することができる。
2004516783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向可能な第１可撓電極と、該第１可撓電極に取り付けられ、これと共に可動する少なくとも１つの第２電極とを備え、電極に電荷が印加されると第１可撓電極に偏向を生じさせる静電装置。
【請求項２】
前記装置がサポートに取り付けられる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
複数の第２電極が互いに近接して第１電極上に設けられる請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第２電極または少なくともそのいくつかが線形配列に配置される請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第２電極または少なくともそのいくつかが非線形配列に配置される請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記第２電極は、１つ以上の軸に関して第１電極に偏向を生じさせるように配置される請求項３、４、又は５に記載の装置。
【請求項７】
複数の第１電極を含み、第１電極は各々、その上に取り付けられた少なくとも１つの第２電極を備える前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項８】
前記第１電極は機械的に一体形成され、１つの第１電極の偏向が該第１電極又は少なくとも１つの別の第１電極の位置に影響する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１電極が、連続して、平列式に、異なる平面又は角度に互いに、あるいは、これらの任意の組合せに配置される請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置が自身の面の内外で運動可能な前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１１】
偏向が一方向又は二方向に装置の収縮を生じる請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
対向する向きに偏向をもたらすように、１つ又は複数の第１電極に設けられた複数の第２電極を含む前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１３】
１つ又は複数の第２電極が１つ又は複数の第１電極の第１表面に設けられ、１つ又は複数の第２電極が１つ又は複数の第１電極の対向する第２表面に設けられる請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記又は各第２電極が、それが設けられた第１電極より固い前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１５】
多数の第２電極が設けられる場合、少なくとも２つの隣接第２電極が一部重複する前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの第２電極は、実質的にその平面内に伸長するフィンガを備え、該フィンガが互いに組み合わさる請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
第１及び第２電極に出力を供給するための共有供給レールを備える前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１８】
異なる方法で第１及び第２電極に供給するために複数の供給レールを備えた前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２電極に付与する電力を制御するように動作可能な制御ユニットを含む請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】
１つ又は複数の第２電極がブリッジ式、または、カンチレバー式に第１電極に設けられる前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２１】
前記第１及び／又は第２電極は、少なくとも１つの伝導層を含む積層部材である前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２２】
前記第１又は第２電極はその偏向特性を調節するために、穴と、弱勢エリアと、強勢エリアとを有する前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２３】
前記又は各第１電極が不浸透性である請求項１〜２１の何れかに記載の装置。
【請求項２４】
前記第１及び第２電極間のギャップが真空に保たれるか、もしくは気体、流体、ゲル、又は変形可能な固体の１つまたは複数で充填される前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２５】
少なくとも１つの第２電極がアクチュエータの一部として使用され、少なくとも１つの第２電極がセンサの一部として使用される前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２６】
前記装置は、時分割ベースでアクチュエータ及びセンサの両方に使用される前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２７】
第１及び第２平面にそれぞれ設けられた第１及び第２電極を含み、両電極は、電荷が印加されると該平面に対する角度方向に移動するように動作する静電装置。
【請求項２８】
集積回路製造プロセス、ＭＥＭＳ製造プロセス、又はマイクロ製造プロセスによって製造される静電装置。
【請求項２９】
前記請求項の何れかに記載の静電装置を含むミラー。
【請求項３０】
請求項１〜２８の何れかに記載の静電装置を含むスピーカ、イヤーフォン、マイクロフォン、超音波検出器又は変換器。
【請求項３１】
請求項１〜２８の何れかに記載の静電装置を含む光学式スキャナー、ビーム操縦装置、又は総−光スイッチ。
【請求項３２】
請求項１〜２８の何れかに記載の静電装置を含む感圧センサ、ポンプ、又はインクジェット・カートリッジ。
【請求項３３】
請求項１〜２８の何れかに記載の静電装置を含む加速時計、又は加速度センサ。
【請求項３４】
前記請求項の何れかに記載の２つ又はそれ以上の静電装置の一次元、二次元、三次元アレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は静電装置に関し、より詳しくは、超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）またはマイクロ加工装置と一般に称される類のアクチュエータ及びセンサに関する。
【０００２】
【背景技術】
通常、アクチュエータであれ、センサであれ、従来技術の静電型変換器は、ドライブ電源電圧と接続する第１および第２部材を備える。そうして生じる引き付け静電力は、これらの部材の少なくとも一方を他方に移動させる。このため、これらの部材は、帯電や放電を容易にし、適正に機能させるため、普通、金属やドープ処理されたポリシリコンなどの導電体で形成される。
【０００３】
静止対電極の上に隙間を開けて可動電極を吊り下げた標準的なカンチレバー・アクチュエータなどの従来の装置は、例えば、コバックス（１９９８年：ＷＣＢ／ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）著による『超小型変換器原典（Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓｎｅ Ｓｏｕｒｃｅｂｏｏｋ）２７８〜２８１頁に記載されている。しかし、この装置は、隙間長と有効な偏向との間に複雑な問題を抱え、後者の有効な偏向は、ギャップ（隙間）それ自体を超えることはない、かなり大きい。大きな偏向には大きなギャップ、すなわち、標準型のＩＣ駆動回路と殆ど相容れない大電圧を必要とする。多くの場合、実際のギャップより大きな偏向を有する装置を製造することが極めて望ましい。この文献は、主にフリンジ電界によって引力を生成する多数の微小インターデジタル・フィンガを有するコムドライブ・アクチュエータを開示し、この技術は、基板平面に固有のより大きな動きを生み出す。しかし、コムドライブ・アクチュエータは、相対的に大きなサポート／スプリング受動エリア、限定された面外動作、望ましく中央平衡されたフィンガ位置の維持の困難（特に、ギャップ幅が小さい場合）といったいくつかの問題を抱えている。
【０００４】
その他の先行技術は、１９９３年ＩＥＥＥによって刊行された東北大学のヤマグチモトハル他による『分布静電型マイクロ・アクチュエータ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｃｔｕａｔｏｒ）』及び米国特許第５，２０６，５５７号がある。両文献とも、本来、面外運動ができない大きな面内ストロークを生成させるため、直列に接続された多数の部材を提案している。スタックされた部材が標準的な引張り力を備えたロングチェーンを効率的に形成する。コムドライブと共にこれらの装置を製造するには、実際可能なギャップ幅と駆動電圧レベル（及び性能）の間にトレードオフを生じる可能性のある困難な作業といった、小さなギャップを有する深型構造のマイクロ加工に対する要件を満たす必要がある。これは、標準的な集積回路の駆動電圧と製造の適合性を損なうものである。
【０００５】
本発明は、改良された静電装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の開示】
本発明の一態様によれば、偏向可能な第１可撓電極と、第１可撓電極上に設けられて第１可撓電極と一緒に動く少なくとも一つの第２電極とを備え、両電極に電荷が印加されると、第１可撓電極を偏向させる静電装置が、本発明で提供される。
【０００７】
一つまたはそれ以上の第２電極は、第１可撓電極と一緒に動くことで、静電力が発生すると、第１可撓電極の偏向を促進させるように機能する。第１電極と第２電極を近接させると、より大きな静電力を発生させ、電力密度及び効率を向上させることができ、また、低い動作電圧にて、大きな偏向を維持することができる。この装置は、半導体集積回路と同程度の駆動電圧レベルで動作可能である。また、この装置は、機これに械的倍率増大機構を組み込み、負荷適応性を改善することにより、従来の装置が提供する大きい力や小さい偏向を、小さい力や大きい偏向に変換（その逆も可能）することができる。さらに、従来装置における電極間ギャップと偏向との間の解きほぐせない複雑な関係を、本発明の装置はうまく解きほぐし、それぞれを別個に最適化させている。
【０００８】
偏向を高めるため、及び／又は、偏向と力のトレードオフを高めるため、あるいは弱めるための付加的なパラメータとして、セルＮの数を使用することで装置設計の柔軟性を高めることができる。例えば、小さいギャップを採用した場合には（例えば、より低い駆動電圧や、より高い出力密度と効率などの理由から）、Ｎを増やすことで偏向を増大させることができる。
【０００９】
本発明の装置は、面内運動や偏向はもとより、面外運動や偏向をも比較的大きくするものである。
【００１０】
従って、先行技術による装置に比べて、単位印加電圧当たりの第１電極の運動量は増加する。これにより、本発明の装置は、集積回路（ＩＣ）で典型的に使用される電圧と同程度の低電圧でも動作する。このため、ＩＣ製造との両立性のみならず、本発明の装置はＩＣや駆動回路と統合させることが可能で（例えば単一化が可能で）あり、大幅なコスト節減をもたらす。
【００１１】
装置を多様に応用する場合、ギャップを小さく維持しながら大きな偏向をもたらす装置を作ることが極めて望ましい。さらに、より小さなギャップは、電力密度や効率を高め、及び／又は駆動電圧レベルを低くすることができると言う利益をもたらす。
【００１２】
好ましい実施例においては、第１電極上に互いに接近した複数個の第２電極が設けられる。多数の第２電極は第１電極の偏向を高める。
【００１３】
複数個の第２電極を設ける場合、線形の配列にしてもよく、その他の形に配列させても構わない。非線形に配置させた場合には、第１電極を２つ以上の軸で偏向させることができ、アクチュエータ又はセンサに複雑な動きをさせることができる。
【００１４】
ある実施例では、１つ又は複数の第１電極上に複数個の第２電極を設け、この１つ又は複数の第１電極を対向する向きに運動させる。また、ある実施例では、一つ又は複数の第２電極を第１電極の上面と呼ばれるところに位置させ、一つ又は複数の第２電極を第１電極の下面と呼ばれるところに位置させ、上面の第２電極にて第１電極を下向きに偏向または運動させ、下面の第２電極にて第１電極を上向きに偏向または運動させる。
【００１５】
多数の第２電極を設ける場合、例えば、他の電極のフィンガと互いに組み合うフィンガを設けることで、第２電極を部分的に重ねることができる。別法として、第２電極の隣り合う配列を交互に配置して、別の形態で重ねることもできる。
【００１６】
好ましくは、第２電極に電力を供給するための共通供給レールを設ける。異なる方法で駆動させる多数の第２電極を設ける場合は、複数の供給レールが用意される。
【００１７】
第１電極と第２電極とのギャップは、真空状態に保持されるか、あるいは気体、液体、ゲル、または変形可能な固体物質で充填した状態に保持される。
【００１８】
第１電極及び／又は第２電極には、製造上の目的によるアクセスホール又はその他の穴、偏向を減少もしくは増加させる調節領域を設けることができる。また、ポンプや圧力センサとして利用する場合には、第１電極が穴を持たないこともある。
【００１９】
第１電極及び／又は第２電極は、少なくとも１つの導電層を含む層状部材から構成されることができる。
【００２０】
本発明の別の実施態様によれば、第１および第２平面にそれぞれ設けられた第１電極および第２電極を有する静電装置が提供され、これらの電極は両方とも電極間に電荷を印加することで、平面に対するある角度をなす方向に動くことができる。
【００２１】
本発明のさらに別の実施態様によれば、集積回路またはマイクロ加工／ＭＥＭＳ製造技術によって作られる静電装置が提供される。
【００２２】
本発明は、アクチュエータ、センサ、及び、ここに教示される静電装置を使用するアクチュエータやセンサを組込んだ装置に拡張できる。
【００２３】
本発明によれば、集積回路とよ同程度の低電圧で機能する新しいタイプのアクチュエータおよびセンサを提供することできる。そうしたアクチュエータは、偏向ＶＳ電圧特性が改善されると共に、偏向と力とのトレードオフも改善され、より感度の高いセンサとなる。
【００２４】
さらに、本発明は、より多目的で適応性の高いアクチュエータの設計パラメータを提供する。すなわち、本発明は、面の内外で運動し、偏向することができ、従って、、３つの軸で動くことができる装置を提供する。
【００２５】
【実施例】
次に、本発明の実施形態を添付の図面を参照して具体例によって説明する。
【００２６】
当業者であれば、本書に記載したアクチュエータがセンサとしても使用可能で、従って、『装置』なる用語がアクチュエータとセンサの両方を包括することは理解されよう。さらに、明細書全体として簡便性を目指してアクチュエータに焦点を当てているが、同等のセンサも包括するものである。
【００２７】
明細書において、電極Ｅ１は以下に記載の部材１、３１、９１、及び１０１を示し、同じく、電極Ｅ２は、部材２、３２、９２、及び１０２を示す。一つ又は複数の軸線について偏向又はわん曲可能な装置をここでは、単軸装置、複軸装置などと称する。
【００２８】
図１、２ａ及び２ｂに示した装置の実施例は、１つの軸線に対して偏向可能である（この実施例ではＺ軸）。図１は装置の平面図、図２ａは側面図である。理解しやすいように、図１は第１層の概略だけを示し、図２ａと２ｂで中実の形態を示す。
【００２９】
装置１０は、分離ギャップ３ａをもたらす電気絶縁層３によって互いに隔てられたスチフネスＫ１の導電性第１部材または層１と、スチフネスＫ２の導電性第２部材２とを具備する。部材１と２は、装置の第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とをそれぞれ形成する。層３は、部材１と２の間のギャップ３ａを維持するスペーサとして機能するサポートポスト又はアンカーパッドを備える。
【００３０】
部材１と２及び層３は、多数のブリッジ状セル１５を形成する。これらセル１５の配列は共通第１部材１（電極Ｅ１）を共有し、装置の本体を成す柔構造１８を構成する。
【００３１】
有効長さ１９と有効幅１７とを有する部材１８は、ギャップ１４によって基板１６上に持ち上げられたサポートポスト１１に取り付け、又は固定される。従って、部材１８は基板１６上に吊るされ、その自由端（片持梁）は図２ｂに示すように角方向１２に沿って可動する。
【００３２】
第１部材１が実質的にセル１５の端から端まで連続する一方、第２部材２は多数のセル１５を個々に形成するように分割される。セル１５は適当な長さと寸法とを有し、方向９に沿って、及び／又はＺ軸に沿って横に連続する。
【００３３】
図１、２ａ及び２ｂの実施例において、第２部材２（電極Ｅ２）は部材の平面に伸びる多数のフィンガを備え、隣接する部材２のフィンガが組合わさるよう配置されている。これは、後述するように第１部材１の偏向を改善する。この実施例において、隣接する部材２はギャップ８ｂによって隔てられ、距離８ａによって互いに一部重複する。距離８ａは任意の値にできるが、好ましくは、セル長さの半分より短くするのが望ましい。
【００３４】
図２ｂは偏向状態にある装置１０を示す。
【００３５】
部材１と２（電極Ｅ１とＥ２）の電気接続ターミナルは位置１１にあり、電源５への接続を容易にする。各第２電極Ｅ２は、同一の層から形成される共通供給レール６に接続する。
【００３６】
第１電極Ｅ１はセル１５の間で共有されるため、その末端が位置１１で電源５への接続に利用できる。
【００３７】
第２電極Ｅ２と同様、メモリ６もアンカーパッド４（３に相似）によって電極Ｅ１から隔てられる。
【００３８】
装置１０の長さ１９、セル１５の長さ、アクティブセルのブリッジ長さ（すなわち、部材３の間隔）と幅１７、その他の関連パラメータなど各種の部材のスチフネス（ｋ）や厚さ（ｔ）といった機械的性質は、特有な活用を考慮して、また、好ましい操作特性を達成するべく、適正に選択される。殆どの静電装置に共通のように、エネルギー、出力、電力は通常、電極Ｅ１とＥ２間にある装置の作用面積と電界に比例する。セル幅１７の増大、及び／又はセルの並列を利用して作用面積を拡大することで、出力が高められる。さらに、電界を増やしたり、所望する電圧が固定している場合は電極間のギャップを減らすことで出力密度（及び力）が高められる。次に、装置に組込みまれた拡大能力を利用して、所望する偏向規模を実現するために、長さ１９に沿ったセルの数が選択される。
【００３９】
一例において、Ｎ＝１０−２０、おおよその寸法は、ｔ１（層１）＝１マイクロメータ、ｔ２（層２）＝２マイクロメータ、ｔ３（層３）＝３マイクロメータであり、これらの寸法は、当然、所望する性能やその他の要件によって変わる。
【００４０】
装置１０を電源５に接続させると、電極Ｅ１とＥ２間のキャパシタンスの結果、電荷／静電荷が蓄積される。これにより、電極Ｅ１に変形又はカールが生じ、図２ｂに示すように自由端が角方向１２に沿って面外に偏向する。偏向規模は、印加される電圧レベルに比例する。偏向方向は、第２電極から第１電極に向かう。総計１９ｂで収縮する結果、Ｘ軸に沿った装置の実効長さが１９ａに減じることになる（詳細は後述）。
【００４１】
電源５を切ると、電極Ｅ１とＥ２間の電気絶縁のレベルによって、装置は一定時間、偏向状態に保たれる。装置１０を非偏向状態に戻すには、例えば、構造１８全体が跳ね返るように電極Ｅ１とＥ２を一緒に短絡させるなど、電荷を除く必要がある。
【００４２】
符合１２における末端偏向の総合Ｄは、個別セル１５各々が生じさせた偏向の合計である。より具体的には、各セル１５が電極Ｅ１の総合偏向Ｄについてその一部を担い、セル１５の数が増えるほど、全体の偏向Ｄと長さ収縮１９ｂが大きくなる。これは図３ｂの考察から明らかである。
【００４３】
曲げの大きさはセルの寸法、装置内の位置によって異なり、さらに負荷の種類と状態によっても変わる。装置１０は、使用する取り付け方法及び／又はクランプ方法によって多くの運動と出力を生み出す。例えば、中央でクランプさせると末端は上向きの角度に偏向し、末端でクランプさせると中央はＹ軸に沿って並進又は線形に下向きに運動する。電極Ｅ２をＥ１と対向する側に設置すると、装置は対向する方向に偏向する。
【００４４】
装置１０の一般的特徴を次に述べる。先行技術と異なり、電極Ｅ１とＥ２間の密接な近接性と、その結果生じる高い電界レベルを保つことで、装置は高いエネルギー密度と性能を備える。本装置は、独特の適合性を備え、セルＮの数と共にその他の変数において偏向Ｄと出力Ｆ間のトレードオフを制御する。一般に、装置１０において、Ｎが増加すると、Ｆを犠牲にしてＤが増加する。逆に、Ｎを減らすとＤも減る。多くの先行技術による装置は、半導体集積回路で使用するのに望ましいレベルを超えるような高い駆動電圧を使用することが通常強いられる。一方、本発明の装置１０においては、部材Ｅ１、Ｅ２間の高い出力と相対的に低い変位をより低い全体出力Ｆとより大きな全体偏向Ｄに変換し、事実上の機械的拡大（または、縮小）をもたらし、より低いＶレベルを使用する。
【００４５】
図３ａと３ｂは、装置２０の別の実施例を示し、このとき第２電極Ｅ２は組み合わさらず、一部重複もしない。それどころか、これらの電極Ｅ２は、長方形の形状で、ギャップ８ｃによって互いに隔てられている。必要に応じて、多くの電極Ｅ２の列を使用して、隣接する列の位置を互いに（Ｘ軸に沿って）換えることで、装置２０を一部重複型に構成することも可能である。
【００４６】
図３ｂに示すように、第１電極Ｅ１に生じる偏向は、第２電極Ｅ２によって偏向される主要部分により生じる偏向に対する偏倚の結果、その長さ全体に及ぶ。図３ｂは、また、第１電極Ｅ１の上向き偏向、実際には、第２電極Ｅ２と対向する向きへの偏向を図示する。
【００４７】
図４と５は、単一の軸（この場合はＺ軸）について偏向させる装置３０の別の実施例を示す。個の実施例においては、第２電極３２はカンチレバー型で、第１電極３１の一方の端だけに接続する。
【００４８】
この装置３０は、スチフネスＫ３１の導電性第１部材３１（電極Ｅ１を形成）と、スチフネスＫ３２の導電性第２部材（電極Ｅ２を形成）とから成り、部材３１と３２の間に分離ギャップ３３ａを形成する電気絶縁層３３によって隔てられる。部材３１と各部材３２はサポート層３３と共にカンチレバー型のセル４５を構成する。必ずしもサポート層３３を第２部材３２の一方の端に設ける必要はなく、どこに設置するかは任意で、例えば、中央に設けて、共通アンカーパッドを共有する２つの片持梁部を有するようにしても構わない。
【００４９】
図１〜３ｂの実施例において、共通第１部材３１を共有する１つ又は複数のセル４５の配列は、装置３０の本体を成す柔構造を形成する。有効長さ３９と有効幅３７とを有するこの柔構造は、ギャップ４４によって基板４６の上に持ち上げられたサポートポスト４１に取り付け又は固定され、角度方向４２に沿って面外に自在に可動する。セル４５は適当な長さと寸法を有し、必要に応じて方向３９ａに沿って再現される。
【００５０】
隣接セルの部材３２はギャップ４９によって隔てられる。
【００５１】
絶縁ランディングパッド４８は、部材３１と３２が偏向中に互いに接触するのを防ぐために使用される。パッド４８は、例えば、第２電極Ｅ２がパッド４８と接触するとカンチレバー型からブリッジ型に変化し、従って、第１電極Ｅ１にもたらす偏向の種類を換えるといったその他の機能も備える。これはリミットスイッチまたはセンサとして有用である。
【００５２】
前述した実施例において、部材３２は、部材３２とと同じ層から形成されるサプライ層３６に接続する。第１部材３１は電源３５に接続する位置４１まで伸長できる。部材３２と同様に、部材３６もアンカーパッドと絶縁スペーサ３３とによって第１部材から隔てられる（一部重複する場合）。
【００５３】
全ての部材３１、３２、３３は適切な材質から成る。
【００５４】
その他の関連パラメータにおいて、部材３３と幅３７間における各種の部材３１、３２のスチフネス（ｋ）や厚み（ｔ）、装置の有効長さ３９、セルのカンチレバーの長さ及び有効長さなどの機械的性質や寸法は、使途によって決定される。必要に応じて装置３０内の隣接セルの部材３２を一部重複させることができる。
【００５５】
装置３０を電圧電源３５に接続させると、部材３１、３２に蓄積された電荷／静電荷は、部材３１から部材３２に角度方向４２に沿って部材３１を変形させる。装置３０は、また、図２ｂに示した装置１０の１９ｂ同様、長さ収縮を実行する。
【００５６】
カンチレバー型装置３０は、使用する取り付け方法やクランプ方法に従って、ブリッジ型装置と対向する向きに偏向させ、ブリッジ型装置と類似で、かつ、反対の多くの方法で偏向させる。曲げの規模は装置におけるセルの寸法と位置、及び負荷の種類と条件によって決定される。カンチレバー型装置は、通常、ブリッジ型装置と同様の特徴を有する。
【００５７】
ブリッジ型とカンチレバー型とが同じ装置に設けられ、かつ、同じ第１電極を使用できることは理解されよう。
【００５８】
図６〜８は、両方向装置の実施例を示す。両方向装置は、背向式に一つの共通部材１、３１を（それぞれ）共有する第２部材２、３２の両面配置を利用して作られる。例えば、各装置は独立した電気接続を有する一方、電極Ｅ１またはＥ２の一方を共通部材及び共通ターミナルとして共有し、それにより、各々独立してオン／オフの切換えができる。
【００５９】
図６に示す実施例においては、ブリッジ式の２組の第２電極Ｅ２と、これら２組の第２電極に挟まれた１個の共通電極Ｅ１とから成る。事実、この挟み式配置はアーク８９に沿って何れかの方向に偏向を生じさせる１個の共通電極Ｅ１を共有する２つの装置を構成する一方、装置の他方の端は８５で固定される。（あるいは、電極Ｅ１のみでクランプされた）装置４０は、電極の底面または頂面がそれぞれ独立して起動する場合、上向き及び下向き偏向を生じさせる。または、２つの単一方向装置を組合せて、それぞれが組合せた装置を別々の方向に偏向させる。
【００６０】
第２電極Ｅ２の頂面および底面におけるアンカーパッド３は互いに一直線に配置され、ＸＺ面において同一の位置を有する。
【００６１】
図７，８に示すように、２個の電極Ｅ１とＥ２のみを使用して（図６の装置４０では３個の電極Ｅ２、Ｅ１、Ｅ２を使用）、別の両方向装置を作ることができる。こうした装置では、２つの伝導層と１つの絶縁層だけを必要とする、例えば、ポリシリコン２層構造プロセスなど、一般に普及している標準的な製造工程を利用できる。こうした融通性により、例えば、両方向型、上向き偏向単一方向型、下向き偏向単一方向型、又はこれらを組合せたものなど、全て同じ製造行程、ロット、及び／又は同じ基板を利用して異なるタイプの装置を製造することが可能となる。従って、一方向にも両方向にも自在に偏向可能な、ブリッジ型およびカンチレバー型の装置、及び／又は両者のタイプを組合せた装置を好都合に製造できる。
【００６２】
図７は、絶縁アンカーパッド層７３と、ポイント７６で結合する伝導層７４、７５とを具備し、サポートポスト７１に固定された２層ブリッジ型両方向装置の実施例を示す。例えば、層７４を第２電極Ｅ２として、層７５を第１電極Ｅ１としてそれぞれ構成して上向き偏向部７７を左側に設け、層７４を第１電極Ｅ１として、層７５を第２電極Ｅ２としてそれぞれ構成して下向き偏向部７８を右側に設ける。実質的に連続した第１電極Ｅ１は、位置７６で部材７４と７５とを結合させて形成される。パーツ７７と７８は、１つ又は複数の独立及び／又は共有電気ターミナルを有し、７９（又は図１１に示すその他の列）に沿って再現され、任意のサイズ及び偏向特性を備えた装置が製造される。
【００６３】
第１電極だけを一体化させることは不要である。代替手段として、一方の装置の電極Ｅ１を他の装置又は任意の可動部の電極Ｅ２と接続させる。
【００６４】
図８はブリッジ型とカンチレバー型両方のセルを有し、サポートポスト８１に固定された両方向装置の別の実施例を図示する。この装置は絶縁アンカーパッド８３と伝導層８４および８５とを具備する。例えば、層８４を電極Ｅ２として、層８５を電極Ｅ１としてそれぞれ構成して上向き偏向ブリッジ部８７を左手側に設け、層８４を電極Ｅ２として、層８５を電極Ｅ１としてそれぞれ構成して下向き偏向カンチレバー部８８を右手側に設ける。組合せたパーツ８７、８８は、１つ又は複数の独立及び／又は共有電気ターミナルを有し、８９（及び／又は図１１に示すその他の列）に沿って再現され、任意のサイズ及び偏向特性を備えた装置が製造される。利点として、電極Ｅ１に対して、ブリッジセル及びカンチレーバセルの両方が同じ材質／層を利用でき、同様に電極Ｅ２についても同じ材質／層が利用でき、Ｅ１とＥ２を装置の同じ側に配置でき、これは、いくつかの応用において好ましいことである。
【００６５】
層７４、７５（８４、８５）は電極Ｅ１又はＥ２、あるいはその両方として構成されるが、その厚みは通常、固定していて、標準的なＭＥＭＳ製造工程で即座に制御できるものではない。従って、必要に応じて、電極Ｅ１又はＥ２、あるいはその両方として機能する層７４、７５（８４、８５）を最適化するために、例えば、ｋ１やｋ２（それぞれ電極Ｅ１、Ｅ２のスチフネス）を減らすために幅に沿って穴やスリットを設けて、部材Ｅ１、Ｅ２の実効幅を変えることで実効スチフネス（ｋ）を制御する。図７、８における電極の結合は、例えば図２５Ａ〜２９に示すような任意の種類のものとする。この技術は同じ製造工程で上向き／下向き装置を製造するのにも利用できる。
【００６６】
パーツ７７、７８、８７、８８はそれぞれ１つまたは複数のセルを具備する。
【００６７】
セルは、任意の形状、寸法、使用するフィンガの重複部の数で形成できる。図９，１０に示すさらに別の実施例では、部材Ｅ１、Ｅ２および３で構成される多数のセルは、距離８ａによって一部重複する電極Ｅ２と共にブリッジ装置１０のセルに相当する。電極Ｅ１は、説明のために概略だけを示す。セルの形状は自由で、独特な偏向を生じさせるために任意の形にできる。例えば、長方形、正方形、三角形、多角形、山形にできる。同様に、図２５Ａ〜２９に示す接続例を含めて適当な電気接続（図示省略）を任意に使用できる。
【００６８】
単一のセル列を有する装置以外にも、図１１に示す装置１７０のような多数の列を有する装置も提供できる。共通第１電極Ｅ１がそうした列で共有される。隣接する列が互いに一部重複するように互い違いにする。列は同じ又は違う方向に偏向を生じ、必要に応じて独立して制御できる。
【００６９】
２つの軸について偏向可能な装置
図１２ａ〜１３ｂは、部材Ｅ１とＥ２間に静電力を確立させて、例えば、Ｚ軸とＸ軸のように２つの軸について偏向可能な、または、これらの軸について偏向構成要素を有する装置の実施例を示す。一般的な用語として、図１２ａと１３ａの部材９１と１０１は、柔軟電極Ｅ１（理解を容易にするため、概略のみを図示）であり、柔軟隔膜に類似のものと解釈される。
【００７０】
図１２ａは装置９０の実施例を示し、これはブリッジ型の装置（例えば、図１の装置１０）に類似のものと解釈される。装置９０は、図１の装置１０の部材１と２にそれぞれ類似の部材９１及び９２を具備する（本実施例では、部材９２は３個ある）。この目的から、部材９２は適当な形状を備え（本実施例では６角形）、エッジ周囲にフィンガ（図示省略）を有し、図１の実施例同様、領域９８で近隣のフィンガと組み合わさる。部材９２は互いに独立し、例えばフィンガにつき１個又は複数の類似のアンカーパッドによって支持されるブリッジ型装置同様、部材９１上（本実施例では９１の後方）に支持される。
【００７１】
あるいは、図３ａ及び３ｂの実施例同様に、部材９２をギャップで互いに分離させることもできる。図１２ａと１３ａでは３個のセルしか図示していないが、ライン９９及び１０９に沿ってそれぞれセルを追加することが可能で、任意のサイズ、偏向、セルの数を有する配列を提供できる（図２４の配列と類似）。
【００７２】
フィンガを組合せる代わりに部材９２を任意の形状とし、２つの軸について曲げを容易にするために、部材９２の複数または全ての角あるいは頂点付近など、適当な位置に設けたアンカーパッドで支持することもできる。さらに、装置の機能を高めるために、隣接セルの部材９２は任意の構成および重複規模とできる。隣接セルの部材９２と組み合わさる又は噛合する４つのフィンガをそれぞれ有し、２つの軸について一部重複するセルを備える部材９２の代替的な形状を図１２ｂに示す。
【００７３】
部材９１をその周縁部に固定すると、装置の起動を受けて、それぞれ凹型、凸型表面に設置された電極Ｅ１とＥ２と共に湾曲した面を形成するＸ軸、Ｚ軸について変形する。あるいは、中央部に固定するなど、その他の任意の固定手段を使用できる。いくつかの応用例において、装置９０は、ＭＥＭＳマイクロスピーカ、マイクロフォン、マイクロポンプ、インクジェットポンプなどに利用される。
【００７４】
図１３ａは部材１０１（Ｅ１として）、１０２（Ｅ２として）、１０３を具備するカンチレバー型装置に類似するものと解釈される装置１００の実施例を示す。部材１０２は、例えば、中央部など適当な位置１０３でアンカーパッドによって部材１０１上に支持される。この実施例においては、部材１０１と１０３は両方とも部材１０２の後方に設置されているため（理解を容易にするため、図１３ａでは１０３を１０２の前方に表示）、装置１００は装置３０と類似の方向に偏向を生じさせる。例えば、部材１０１が周辺部で固定されると、装置の起動を受けて、それぞれ凹型、凸型表面に設置された電極Ｅ２とＥ１と共に湾曲した面を形成するＸ軸、Ｚ軸について変形する。正方形での電極Ｅ２とＥ１を使用してＥ１が角で固定された、このタイプの偏向を図１３ｂに示す（図１２ａ及び１２ｂの実施例も同様な方法で偏向を生じることは理解されよう）。
【００７５】
必要に応じてセルを一部重複させることができる。
【００７６】
装置９０及び装置１００における隣接セル間の領域は、本書に記載するとおり、例えば接続１０８などの１つ又は複数の電気相互接続を含む。同様に、第２部材９２又は１０２（第２電極Ｅ２を構成）は機能に応じて、一緒に又は独立して出力する。装置１００は装置９０と類似の機能を有する。
【００７７】
３個のセルだけが図示されているが、任意のサイズと数のセルで配列を構成するべくライン１０９に沿ってセルを追加することができる。同様に、装置９０と１００及び電極９１と１０１は、例えば６角形（図２４参照）、円形、正方形、非対称な形など、任意の適当な形状にすることができる。
【００７８】
２つの軸について偏向可能な両方向装置は、装置９０において部材９１の反対側に部材９２、９３をコピーし、装置１００において部材１０１の反対側に部材１０２、１０３をコピーしても形成できる。
【００７９】
当業者であれば、図７と８で使用された技術と類似の技術を用いてもブリッジ状、カンチレバー状、又は同じ装置にその両方を組合せた複軸装置が製造可能で、そうした装置が２電極構造の製造工程を利用して単一又は両方向に偏向可能なことが理解されよう。
【００８０】
２つの軸について運動可能なその他の実施例は、角度を付けて組合せた、それぞれ単一の軸について可動する２つの装置を利用して製造できる。こうした装置は、制御用に共有又は独立したターミナルを備える。例えば、図１４の装置１４０を応用して、同じ装置内の１つ又は複数の列を、１つ又は複数の列に９０度に合わせることで、２つの軸について可動する装置を製造できる。起動されると、各装置は１つの軸について偏向を生じる。装置１８０も２つの軸について偏向可能な別の実施例を示す。電極Ｅ１はスリット、隙間、又は穴を有し、性能をさらに促進させる。
【００８１】
複合装置
単一の第１電極または複数の第１電極上に多数の第２電極を形成した複合装置の製造も可能である。前者の場合、第１電極を複合的な方法で変形させるように製造し、これに接続する、あるいはスピーカ、マイクロフォン、ポンプなどに使用される１つまたは複数の装置に複雑な動きをもたらす。後者の場合、例えば図１〜１３ｂ及び２３ａを参照しながら既に説明した類の装置と組合せて、１つあるいは複数の軸に関する複雑な動き、及び／または、１つあるいは複数の軸に沿った並進的な動きを提供する。装置が偏向可能な軸の数は理論上無制限であり、応用するものや、望ましい偏向特性によって決定される。
【００８２】
例えば、ブリッジ型とカンチレバー型のセルを組み合せたり、１つ又は複数の軸について偏向可能なセルを組み合せたり、逆方向、両方向、あるいは他の任意の組合せにより、望ましい任意の角度と方向に運動するように上述した異なるタイプのセルを組み合わることも可能である。さらに、１つまたは複数のセクションが独立して駆動するために別個の独立した電気ターミナルを備え、あるいは、１つ又は複数の電気ターミナルを備える。こうした組み合わせによる装置は、標準的な製造工程を使用して独特な特徴を備え、従来、複雑過ぎたり、困難過ぎて達成できなかった機能を達成する複合的で連接した構造を提供する。光学式スキャナーやビーム操縦装置の実施例を図１４〜１９に図示する。これらは、総−光スイッチ、光ファイバスイッチ、及び光交差接続（ＯＸＣ）など電気通信に使用される２Ｄや３Ｄの光スイッチに応用できる。
【００８３】
当業者にとって公知な適当な駆動回路や制御電子回路を使用して高性能な動きと偏向が得られ、これらの応用やマイクロ・マニピュレータやロボティクス等のその他の技術にとっても望ましい。低電圧の可能出力により、これらの装置は、大幅なコスト削減を実現しつつ駆動回路と完全に統合し、装置内で多数のファイバ光チャンネル間を光スイッチングできる。こうした装置は、１つ又は複数の軸に関して、例えばライトなど干渉性及び／又は非干渉性の電磁波を偏向するのに使用される。
【００８４】
図１４は回転／ねじりが可能で、複数の装置１７２（本実施例では７個）を備えた複合装置１４０の実施例を示し、各々が単一の軸について偏向可能で、部材１７７によって直列的に接続／取り付けされ、装置１７２の各々が前述した装置によって実行又は共に運動する。装置１７２（ギャップ１７６によって近隣部から隔てられている）は多数のセルを備え（本実施例では３個）、隣接装置に対向する向きに偏向可能である。複合装置は１７１で取り付け又は固定され、他方の端１７５は自在に偏向するようになっている（本実施例の場合、Ｚ軸について）。端１７５は、例えばミラー１７９など任意の望ましい荷重、またはその他の任意の静電装置に接続する。スイッチを入れると、ミラー１７９は相対的に多大にねじり／偏向され、総角度は使用された個々の装置の数と、各装置のセル数と、Ｖの規模とを総括したものとなる。装置の方向によって、時計回りと反時計回りの回転が得られる。
【００８５】
装置１０などその他の装置（あるいはその他の単一または多軸装置）を装置１４０の１７５（１７９の代わりに）に取り付けることで、適切に起動させると、１４０がもたらす転向角によって第１装置が異なる軸について偏向を生じる（１０、１４０は一緒に又は独立して制御される）。例えば、転向角が９０度に近い場合、装置１０はＸＺ面において側方に偏向される。後者のタイプの偏向は基板（ＸＺ面）に対して定位の平面に配置された装置を使用して二者択一的に達成可能である。その他の面内装置を図２３ａと２３ｂに図示する。
【００８６】
図１５は、任意のセル数を有する２つの個別装置１８２、１８３を具備する“Ｌ型”複合装置１８０の実施例を示す。装置１８３は、装置１８２に取り付けられ、それにより可動し、両者は独立して制御可能である。図１４に示すように、端１８５はミラー１８９のように適正な荷重を駆動させる。個別にスイッチを入れると、装置１８２はＺ軸に沿ってミラーを捻り、偏向させ、一方装置１８３は、Ｘ軸についてミラーを偏向させる。様々な量によって両方の装置１８２、１８３のスイッチを入れると、３つの軸ＸＹＺの全てについて解決する構成要素と共にミラーは偏向可能となる。例えば、装置１８２が９０度偏向すると、装置１８３は次にＹ軸について偏向可能になる（Ｙ軸はページに対して定位）。ミラー１８９の代わりに装置１８０に１つ又は複数の静電装置を取り付けるとより複雑な動作が可能となる。
【００８７】
図１４、１５及び図１７〜１９に図示した複合装置はいずれも、光走査／操縦及びＯＸＣスイッチに使用できる。
【００８８】
図１６は、環状の湾曲したセル１６２多数から成り、一方の端はサポート１６８に固定され、部材１６５を支える他方の端は可動する。部材１６５はそこに付加された荷重を動かす。本書に記載するその他の実施例と同様、図１６の実施例も両方向装置を含む任意のタイプに構成できる。同様に、必要に応じて長方形、三角形、らせん形などその他の形状や通路にも形成できる。
【００８９】
図１７の実施例は、２つの複合装置１２１、１２２が素子１２５の何れかの側部に１つずつ設けられる。ミラー素子１２５は、構成要素１２１、１２２の偏向端に取り付けられ、他方の端は１２３に固定される。これらの装置は１つまたは複数の同一方向または対向する方向に偏向可能な２個のパーツ１２１ａ、１２１ｂを具備する。ミラーを様々な方法で動かすために多くの駆動体系が使用される。例えば、部材１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂの全てが上向きに（アウトページに）等量で偏向すると、ミラーは直線的に上方へ動く。一方、偏向が等しくない場合は、ミラーは最も偏向が少ない側に傾斜する。部材１２１と１２２の一方のみを偏向させると、ミラーは一方の側に傾く。図１６において、部材１２１ｂ、１２２ｂをそれぞれ部材１２１ａ、１２２ａと対向する向きに偏向させると、ミラー１２５は左右に傾く。これらの駆動体系を達成するために、当業者に公知のその他の駆動技術が広く利用される。
【００９０】
荷重をサポートする４つの装置１３１、１３２（複合、単軸方向及び／又は両方向）を利用する、より多目的な実施例を図１８に示す。この実施例では、例えば、ミラー１３５は一方の端をフレーム１３７に、他方の端を装置１３３、１３４に固定され、これらの装置１３３、１３４は一方の端でフレーム１３７を支持し、他方の端はアンカーポイント１３６に固定される。ここで再び、図１７の実施例で述べた駆動技術と同様の技術を使用して、ミラー１３５を１つ又は複数の軸に沿って運動、偏向、傾斜させることができる。
【００９１】
図１９は、例えば、ミラー１４５を一方の端で支持し、他方の端がフレーム１４４に固定された（１４４は適正に支持される）４つの装置（複合、単軸方向及び／又は両方向）を具備する実施例を示す。上述した実施例と同様、当業者に公知の技術を用いて１４１の何れか又は複数を適当に起動させることで直線的及び／又は傾斜を伴ってミラー１４５を可動させる。図１７〜１９に示すミラーは装置をオーバーレイし、従って下に隠すため、ミラーの作用面積を最大限とするのに好都合である。
【００９２】
この装置は、ポンプやインクジェット印刷用カートリッジなどの純流体として利用することもできる。図２０に示す実施例では、例えば円形など適当な形状の複軸（又は単軸）装置２８１を具備し、これはバックエッチシリコン製の支持（フレーム）部材２８２にその周縁部が固定される。装置２８１は、好ましくは密閉型で、連続第１部材Ｅ１と共に穴のない不透水膜を形成し、両方向に起動できる。Ｅ１は、好ましくはフェースキャビティ２８５である。別の部材２８３は、ガラス又はシリコン製で、２８６ａ、２８６ｂに沿って、それぞれ吸込口、吐出口（例えば漏斗型）を備え、２８４で部材２８２と適切に結合し、間にくぼみ２８５を形成する。
【００９３】
必要に応じて、２個の一方向バルブ２８７ａ、２８７ｂを吸込口と吐出口でそれぞれ使用し、矢印で示す方向に流体を導く。膜２８１は上下動が可能である。上向きの動きでは、くぼみ２８５が膨張して流体を吸い上げ、下向きの動きでは、収縮して流体を吐出する。従って、ポンプは、結合した溝を介して流体を吸込口から吐出口へ移動させることができる。装置は連続振動状態で動作し、及び／又は即時オン／オフ起動が可能である。
【００９４】
部材２９２によって、部材２８１の上方にその機能を損なうことなく付加的な環境保護膜２９１をぶら下げることができる。この実施例、または他の応用例において、適当なサポートポストを介して装置２８１上に（可動式に）取り付けられた同様の環境保護部材が使用される。
【００９５】
装置は、スピーカ、イヤホン、超音波発生器などの音響関係にも利用される。例えば、図２０の実施例から底部部材２８３を除いたものが適当な信号で駆動されるスピーカ又は超音波発生器として使用される。必要に応じて上部保護膜も使用され、この場合、第２電極Ｅ２をフェース部材２９１とすることが望ましい。
【００９６】
図２１の実施例も、支持部材３０２に固定された装置３０１を具備する、（より手軽に製造できる）スピーカ又は超音波発生器として使用される。適切な起動により、装置は方向３０４に沿って偏向し、音波を発生させる。
【００９７】
装置は、感圧センサや加速度計などのセンサとしても使用できる。図２２に示す実施例では、例えば円形の適当な形状の複軸（又は単軸）装置３１１を備え、周縁部で支持（フレーム）部材３１２に固定され、バックエッチシリコンで形成される。装置３１１は、好ましくは密閉型で、連続第１電極Ｅ１と共に穴のない不透水膜を形成する。電極Ｅ２は、好ましくはフェースキャビティ３１５である。別の部材３１３はガラス又はシリコン製で、３１４で部材３１２と結合し、間に密閉型キャビティ３１５を形成する。キャビティ３１５は適当な手段で、例えば真空など、好ましい基準圧に維持される。装置３１１は、キャビティ３１５やその内圧に関連する外部圧力の変動に対応して上下方向に偏向可能で、装置３１１の静電容量の変動に導き、適当な電子検出器によって絶対圧の計測に使用できる。キャビティは部材３１１の電極Ｅ２に環境保護をもたらすので、付加的な保護部材（図２０における２９１）の必要性は減少するが、必要に応じて、そうした保護部材を使用しても構わない。差圧や差圧計として利用する場合、ポート３１６はそうした圧力の計測を補助するのに使用される。
【００９８】
図２２の実施例（部材３１３を除く）と同様の実施例を使用して、音波を感知したり検知する音響マイクロフォンや超音波検出器が製造される。あるいは、図２０（部材２８３を除く）や２１の実施例と同様の技術も使用される。
【００９９】
図２１や２２の装置と類似の装置は、感知を助ける付加的な質量を備えた加速度計として利用され、例えば、適当なバルクエッチド・シリコンによって形成される。感圧センサや加速センサは、当業者に公知の駆動技術と手法を利用して、本発明による装置の感知性能及び起動性能の恩恵を受ける力平衡センサとしても使用できる。
【０１００】
複合装置のその他の実施例では、上述した長さ収縮効果を利用して自身の平面に実質的に平衡な方向に沿って直線運動と力とを生じさせる。一例として、図２３ａのＸＺ面に配置された装置２５０が挙げられる。装置２５０は、直列的に接続する多数のセクション２５４を備え、各セクションは先行するセクションに取り付けられ、かつ、それと対向する向きに偏向する（部材２５５はこれに付着）。互いに対向する向きに偏向する２つのセクションを使用することで、装置の面内動作が高められる一方、面外動作は減少する。装置２５０は、底部Ａと頂部Ｂ（相対称）とに二分割される。ニ分割ＡとＢは、より均一で安定した偏位２５９を生成するのに使用されるが、何れか一つのみが用いられる。従って、片方のＡのみを詳述する。各セクション２５４は、直列式に接続され、図１４のそれと類似のねじり型装置を形成する３個の装置２５１ａ〜２５３ａ（アーム２５１ａと２５３ａは上向きに偏向し、アーム２５２ａは下向きに偏向する）から成る。起動させると、２５１ａ〜２５３ａ角度偏向が加わって、何れかの２５３ａの端とそれに結合する部材２５５に最大限の偏向を生じさせる。分かりやすくするために、図２３ｂにおいては、部材２５３ａと２５３ｂの偏向のみを図示する。部材２５５〜２５８は任意の適当な材質とする。
【０１０１】
起動させると、装置２５０は、図２３ｂの側面図に示すように変形及び収縮する。事実上、部材２５３ａが次のセクションの部材２５５を次々に駆動させ、装置２５０にリンクリングをもたらし、そのため収縮が起きる。装置２５０の収縮長さＬ２は、変形以前の長さＬ１より短い。装置２５０は、左端部が２５７でクランプすると、実質的に方向２５９に沿って、末端２５８に結合する荷重を引っ張るのに使用できる。
【０１０２】
活動を停止させると、装置２５０は本来の長さＬ１に即座に復帰する。
【０１０３】
装置２５０は、つなぎやガイドなどの付加的な支持部材／固定部材を備え、例えば基板を望ましくない偏向から守るために荷重に適正に結合する。奇数及び偶数の部材２５４は同時起動が可能（１つ又は複数の電気ターミナルを共有）か、あるいは、それぞれ独立して起動する。後者の場合、必要に応じて、示差駆動が付加的な上下方向の正味偏向を生じさせる。３つのセクション（２５１ａ〜２５３ａ）が図示されているが、任意の数が使用でき、それぞれが本書に記載したタイプの１つ又は複数のセルを備える。必要に応じて、上向き偏向部材２５４の偏向を下向き偏向部材のそれより大きくすることで、装置２５０を基板から安全な距離に保つことができる。
【０１０４】
収縮型複合装置のその他の実施例によれば、図７と８に示すように互いに対向する方向に１つ又は複数のセルが偏向する装置が形成される。必要に応じて、収縮装置は、基板に対して正位の平面に設置される。
【０１０５】
面内の直線運動、またはその平面に実質的に平衡な２軸に沿った収縮が可能な装置を考察する。図２４はＸＺ面に設けられた複軸装置２６０の実施例を示し、これは適当な形状の電極Ｅ１及びＥ２とアンカーパッド（図示省略）とを備える。装置は２つのグループのセルを備え、それぞれが互いに対向する向きに偏向可能である（図７、８の技術と同様の技術を使用）。任意の好ましいサイズの装置を製造するためには、より多くのセルが追加される。装置は初期的には平坦で、起動させると変形するが、本実施例ではＸＺ面において実質的に２本の軸に沿って収縮する。図２５Ａ〜２９で図示したものと同様の適当な電気接続が使用される。その他の詳細は、図１２ａ〜１３ａの実施例と同様である。
【０１０６】
さらに、複数の単軸装置を使用して複軸長さ収縮装置が提供される。例えば、そうした装置は、徐々に半径の拡大する１つ又は複数の虚同心円の周縁を横切って外側へ放射状に配置された多数のＥ２電極を有する共通Ｅ１電極をＸＺ面に備える。各セットは自身の円を横切るように設置され、隣接する内側および外側のセットと対向する向きに偏向し、放射状の収縮をもたらす。
【０１０７】
装置２６０の応用には、２Ｄアクチュエータ用の２Ｄ直線運動と、人工筋肉と、可変／可制御スチフネスを有する膜と、２Ｄセンサとが含まれる。
【０１０８】
装置２５０と２６０の双方において、印加される荷重は負荷スプリング形または負荷マウント形で、停止時に即座に復帰するか、あるいは、２つの装置は対向する向きに引っ張られる。
【０１０９】
例えば互いに９０度の角度になるよう配置され、各々が実質的に単軸に沿って収縮できる２つまたはそれ以上の２５０のようなタイプの装置を使用して、その他の面内直線運動装置が製造される。
【０１１０】
例えば、三次元（３Ｄ）運動のように面内及び／面外装置の両方を備えて複合的運動を生成する複合装置が製造される。例えば、実質的に直線的な３Ｄ運動の可能な膜形装置が製造でき、これはは電極Ｅ１を備え、その上には多数のセットの電極Ｅ２が取り付けられ、複軸については面内運動を生じ、単軸については、一部、面外運動を行う。各セットは、独立して制御可能である。これは、ロボティクス、位置決め、アラインメント、３Ｄ光学的ステージ等に応用される。
【０１１１】
２５０の装置は、例えば、人工筋肉、ソレノイド、静電式コムドライブ、サーマルアクチュエータ交換など単軸又は複軸の運動が求められる多くのケースで使用される。その他の実施例では、例えば、アクチュエータからのリンケージが接続する場所にオフセット・ピンを有し、アクチュエータの線形運動によって車輪の回転が伝わる回転輪をクランクさせることで、線形変位または線形運動を回転運動に変換させる。２つのこうしたアクチュエータを互いに９０度になるよう配置することで、適当な電圧信号で駆動する場合（例えば、９０度の位相外れ正弦波）、車輪に連続回転を生じさせる。車輪は歯を有し、噛合するその他の車輪／歯車に荷重を駆動させる。
【０１１２】
複合装置のその他の形態は、面内偏向か面外偏向かを表示するタイプの２つ以上の静電装置を備える一次元アレイ（例えば、線形または収縮）又は二次元アレイ（例えば、線形または角度付き）を含み、様々な応用例で使用できる。例えば、各装置は無線通信用の送受信アンテナや電磁放射線の管理、伝達、感受用の光学的アレイなどのエレメントの走査を実現させる。また、これらは、音波などの信号検知に使用され、装置の作動バージョンが、装置の感知バージョン、あるいは、その他のセンサの管理と走査とを受信範囲にわたって行い、最良の受信条件を達成する。
【０１１３】
その他の実施例においては、アクチュエータとして設定された１つ又は複数の装置が並列、直列、又はその両方の組合せで同じ面に接続する。あるいは、単軸又は複軸について可動する２つまたはそれ以上のアクチュエータ装置が異なる平衡面で互いに積み重なりあって、適切に支持され（例えば、適当な素材による付加的な支持部材／サポートポスト及び／又は可撓シート又は可撓ラミネートを使用）、隣接の装置では互いの偏向を妨害することなく互いに積み重なり、その結果、より大きな出力が得られるなど、装置の性能が改善される。
【０１１４】
その他の積み重ね型実施例では、１つのアクチュエータ（例えばトップアクチュエータ）がカンチレバー型など別のタイプであることを除いて図６の装置と同様のものを具備する。ブリッジ型とカンチレバー型装置では、互いに対向する向きに偏向されるため、この実施例では両方とも同じ方向に動いて、より大きな出力を生成できるようにした。
【０１１５】
電気的相互接続
セルや、様々な部材間、装置間において、対応する電極の電気的接続／相互接続は、多様な技術をもって確立され、そのうちのいくつかは、図１、４、２５Ａ〜２６Ｃに図示されている（分かりやすくするために、これらの図には第１電極Ｅ１が省略されている）。これらは単軸装置として示されているが、当業者であれば、例えば、装置全体に適切な電気的接続の経路を設けるか分布するかして、容易に複軸装置や複合装置に適用または応用できる。これらの接続は、好ましくは、装置の望ましい性能と逆行するような影響を与えず、あるいは、有用な偏向や装置のベースサポートからの伸長を不都合に制限することなく、相対的に柔軟性をもって確立される。こうした接続には、当業者にとって公知の素材や技術が使用でき、例えば、電極Ｅ１やＥ２と同じ材質、または適当な厚みと寸法の金属のレイヤーといったその他の材質が使用できる。相互接続は、セル間、セルの側部、上下に設けられる。適当な位置に自由に吊り下げたり、支持する（例えばスペーサ３により）ことで逆の極性を備えた電極との接触を防げる。普通、セルの電極Ｅ１は連続部材として既に接続されているが、（複合装置のように）未接続の場合は、Ｅ２で説明したような適当な方法を用いる。
【０１１６】
図２５Ａにおいて、ブリッジ型装置２００は多数のセルを備え、電極Ｅ２は可撓部材２０１によって相互接続する。部材２０１は、接続２０２を介して先行セル内の電極Ｅ２を、接続２０３を介して後続セルの電極Ｅ２に接続させる。図２５Ｂと２５Ｃは、部材２１３と共に、又は、図２５Ｃの部材２１４と共に部材２１１と２１２とを備えたその他の接続例を示す。
【０１１７】
図２５Ａは２０５と２０７及び／又は２０４と２０６といったセルの側部に配置された別の接続例を図示する。後者の１つ又は複数の接続は、１つ又は複数の装置への接続を容易にするのに使用され、特に複合装置においては、当業者に公知の技術による装置内電気的接続を容易にする。
【０１１８】
図２６Ａは、部材２２１を使用して、先行セル内のポイント２２２にある電極Ｅ２を後続セル内のポイント２２３にある電極Ｅ２に接続させるカンチレバー型装置の可撓接続の実施例を示す。図２６Ｂ及び２６ｃにおける部材２３１又は２３２はそれぞれ、図２６Ａの２２１に代わる接続を示す。
【０１１９】
図２６Ａは、さらに、図２５Ａに示したものと同様の機能を有する接続２２５と２２７と、及び／又は装置の側部に設けられた接続２２４、２２６の１つ又は複数を示す。
【０１２０】
図２８と２９は装置の側部に設けられた電気接続を実行する２つの実施例と、それがどう実行され、支持されるかを示す装置の断面図である。図２８は独立した接続部材２３５（部材２０４、２０６及び２２４、２２６に類似）を図示し、図２９はその他の電極（例えばＥ１）の材質の一部をどう利用して部材２３６を介して電極Ｅ２（あるいは逆）と相互接続するかを示す。
【０１２１】
図２７Ａ〜２７Ｅはブリッジ型のセルの異なる実施例を示す。これらは、図１の装置１０における部材１、２、３と同様、全て第１及び第２部材６１と６２、及び絶縁部材６３を含む。部材６２と６４は１つまたは２つの部材を構成し、同じまたは異なるスチフネスと、厚みと、材質を有する。部材６２は図２７Ｄに示すように湾曲している。図２７Ｅは電極規模の重複６８をもたらすブリッジ式の接続を示す。
【０１２２】
電気的相互接続は装置の上下何れかに配置され、好ましくは電極Ｅ２の上に適切に支持され、（セル間の適当な可撓部材と共に）装置に沿って伝えられる。それにより、電気的接続が１つ又は複数の装置に供給され、及び／又は１つ又は複数の付加的な装置が実行／動作／偏向する。個々の装置をこの手法で個別に起動させることができる。
【０１２３】
基板に恒久的に固定する代わりに、製造後に装置を基板から外して、（例えば複合装置など）望ましい形態に組立てて代用のサポートに取り付けたり、または、個別に使用したりできる。
【０１２４】
取り外した装置は引き続き荷重（又はサポート）に結合させる（例えば、接合又はガイドにより）。いくつかの実施例においては、静電装置は如何なる基板にも結合せず、可撓リード線を介して単に電源に接続する。
【０１２５】
製造
本書に記載したＭＥＭＳ又はＭＯＥＭＳ（マルチユーザＭＥＭＳプロセス“ＭＵＭＰ”など）、ＩＣ及び半導体プロセス、マイクロ電子及びシリコンプロセス、ＬＩＧＡ／Ｓ−ＬＩＧＡ、薄型フィルム、電気めっき、印刷プロセスによるシリコン、ガラス、プラスチックまたはその他の基板への製造、を含む装置を製造するのに当業者に公知の任意の工程と材質が使用される。
【０１２６】
図３０Ａ〜３０Ｃは、標準的なマイクロ電子技術と処理を用いて、図１の装置１０と同様の上向き偏向装置のパーツを製造する主要ステップを例示する。クロノス総合マイクロシステムなどの標準ＭＵＭＰプロセスのいくつかは、標準として、２層の可動構造ポリシリコンレイヤー間の機能的な絶縁層をすぐには提供しない。この付加的な層は、以下に説明するように製造工程の適当なステージで形成される。
【０１２７】
製造プロセスは、例えばＬＰＣＶＤで溶着し、必要に応じてその後、ポリシリコン層２７８ｂを溶着して成形する窒化珪素層２７８ａを通常有するシリコン基板２７０から始まる。次に、第１防食層２７５（リン化シリケートガラス“ＰＳＧ”など）が、例えばＬＰＣＶＤによって溶着され、任意に成形される。第１構造ポリシリコン層２７２が次に溶着、ドープ処理、焼きなましされ、第２部材Ｅ２の望ましい基本型に従って成形される。第２腐食層２７６（ＰＳＧなど）が例えばＬＰＣＶＤによって溶着される。フォトレジスト層２７７が次に敷かれ、開口部２７４が成形される。次に、層２７６の露出部がエッチングされる。次に適当な技術によって絶縁層２７３が溶着され、開口部２７４内にアンカーパッドが形成され、ストリッピング２７７の後で、例えばリフトオフにより２７３の不要部が除去される。層２７３は、好ましくは、腐食層のエッチング液に対して耐性をもつ。第２構造ポリシリコン層２７１が次に溶着、ドープ処理、焼きなましされ、図示するように、第１部材Ｅ１の望ましい基本型に従って成形される。
【０１２８】
標準プロセスでは通常、金など付加的な最上層を使用し、これは付加的な電気的相互接続に使用される。ポリシリコン層は適当にドープ処理され、続いてアルゴンで焼きなましされ、導電性を高め、応力を減少させる。腐食層もアルゴンで焼きなましされて応力を減少させる。
【０１２９】
全ての腐食層は、第１及び第２部材２７１、２７２を開放するために適当なウエットまたはドライエッチング技術によって除去できる。部材２７１、２７２は、成形されたエッチ／アクセスホールを有し、腐食層の除去を助ける。層２７６は、２７３と共に適当に平面化及び／又は水平化され、より平滑で、より水平な層２７１を提供する（例えば、ＳＵＭＭｉＴプロセス）。
【０１３０】
熱酸化または２７７の除去後に層２７２に窒化珪素を形成し、層２７１に溶着などを含めて層２７３を積層させる方法はたくさんある。図３０Ａ〜３０Ｃに示すように、装置は直接基板に結合し、これは図２ａで図示した結合方法に代用できる。後者の結合は層２７２、２７３の下に層２７５を伸長させ、次に、ベースサポートの周囲（もしくは装置全体）で２７５を適当にアンダーエッチングすることで達成される。これに代えて、または、これに加えて、層２７２を溶着する前に、アンカーパッド２７３のそれと同様に別個のベースサポートが形成される。
【０１３１】
Ｅ１とＥ２の間に付加的な絶縁層を設ける必要性を緩和することで、標準クロノス総合マイクロシステムによるＭＵＭＰの製造工程が代わりに使用される。すなわち、代わりに、除去の間、腐食層（例えば、図３０Ａ〜３０Ｃの２７６）の“アンダーエッチング”を利用し、パーツをアンカーパッドとして残す。アンダーエッチングは、基本的に腐食層（例えば、図３０Ａの２７５、２７６）の制御可能な、又は、選択的なエッチングに依存するので、エッチング工程はアンカーパッド除去の不足を解消させる。必要に応じて、アンカーパッドの位置を適当な技術（例えば、イオンビーム、ドーピング処理など）で付加的に処置して、エッチングへの耐性を増すことができる。エッチングを監視／制御するために、適当なエッチ深さ検出技術（手動／自動）が使用される。この“アンダーエッチング”方法は、関連する層を適正なサイズにしたり、及び／又は、アンカーパッドにより長いエッチング路を設けるために、リップ、オーバーハング、アクセスホール（例えば、Ｅ１／Ｅ２）を提供することで容易になる。
【０１３２】
２つ又は３つの可動電極装置を製造するのに、サンディアのＳＵＭＭｉＴ、ＳＵＭＭｉＴ  Ｖなどの３層構造ポリシリコン部材を有する別のプロセスが使用される。図６の実施例と類似の両方向３電極装置が製造される。また、平衡に設けた２つの装置もこの方法で製造される。３番目の構造ポリシリコンは、必要に応じて、アクチュエータの上（又は付近）に図１４〜１９におけるミラーを形成するなど、付加的な目的のために利用される。
【０１３３】
ここに開示する装置は低駆動電圧で動作し、従って、ＣＭＯＳ、ＣＭＯＳとＭＥＭＳまたはポストＣＭＯＳ、ＢｉＣＭＯＳなどの技術や標準または改良ＩＣプロセスを使用した駆動回路や電子回路と一体に集積される。これにより、駆動回路及び制御回路の統合によるスマートアクチュエータとセンサが実現される。可動部材やアンカーパッド用の伝導層（金属被覆及び／又はポリシリコン）や絶縁層をそれぞれ１つ又は複数使用することを含む、当業者に公知の適当な方法や技術が広く使用される。
【０１３４】
ポンプ、感圧センサ、真空装置、及び流体装置など真空キャビティを必要とするアプリケーションにおいて、Ｅ１にアクセスホールを設けることは望ましくない。その代わり、Ｅ２のみにアクセスホールを設けることでＥ１に到達する効果的な経路が提供される。ドライリリース樹状素材のように加熱すると固体から、直接、蒸気に分解するな素材を用いるなど、その他の代替周知技術を使用して腐食層が除去される。
【０１３５】
良好な層の接着は、付加的な１つ又は複数の接着増進層および技術を含む任意の適当な周知技術によって達成される。大部分のＭＥＭＳ装置同様、層の取り外しを容易にするために、例えば、製造中にへこみを設ける、及び／又は、装置の使用中バンパのように機能するといった、裏に接着剤を用いない任意の先行技術が使用される。
【０１３６】
熱応力や真性応力が任意の相応しい先行技術によって取り扱われ、制御される。
【０１３７】
図２０の実施例に示したような可撓素材の付加的な膜が、ほこりや湿気などを対象にした環境保護のために使用され、装置に取り付けられて、移動や偏向を行う。
【０１３８】
マイクロステレオ・リソグラフィの“ＭＳＬ”製造は、特に、垂直に重ねられた装置や基板に対して直角に配置された装置にも使用される。
【０１３９】
第１部材Ｅ１（又はＥ２）及び／又は荷重部材（例えば図１４のミラー）は、例えばバルクマイクロ加工プロセス、あるいは、表面マイクロ加工プロセスとバルクマイクロ加工プロセスとの組合せにより単結晶シリコンから作られる。
【０１４０】
上記説明は、記載した実施例が教示する本発明の効果及び特徴を基にしている。
【０１４１】
アクチュエータだけでなく、本書に記載の装置も、単軸又は複軸について偏向可能な機械電気変換器およびセンサとして使用される。機械的偏向Ｄは、感知目的に使用できる電極Ｅ１とＥ２間の容量値ｄ（Ｃ）に変化を生じさせる。作動バージョン同様、相対的に大きな作用面積およびキャパシタンスと組合せて、電極Ｅ１、Ｅ２の緊密な近接性を維持することで、マイクロフォン、感圧／出力センサ、慣性センサ、加速度計、及びジャイロスコープなど多くのアプリケーションで役立つ良好な感度が得られる。装置上に作動と感知それぞれ別個の専用セクションを設けて、同じ装置が作動と感知の両方の機能を実行する。もしくは、同じ装置を時分割によって違う時にアクチュエータ又はセンサとして使用したり、あるいは、当業者に公知の技術を用いて同時に両方の機能を果たすようにもできる。従って、アクチュエータの動き及び位置が感知、計測、及び／又はフィードバックループで使用され、光ファイバＯＸＣなど多くのアプリケーションで見られるように、チャンネル間の光ビームを正確に検知・操縦するために、また、最適な操縦条件を動的に維持するために、アクチュエータ位置が制御、維持される。その他のアプリケーションには、力平衡の感知技術及び装置が含まれる。
【０１４２】
アクチュエータやセンサ型の装置はそれぞれ個別に性能最適化パラメータを備える。さらに、集積された電子回路及び論理回路を備え、スマートセンサ及びアクチュエータを実現する。また、１つ又は複数のセンサが１つ又は複数のアクチュエータに取り付けられる。センサの感度は、多くの公知技術により最適化又は制御される。そうしたセンサ装置は本来、両方向性で、前方または後方の何れかの向きに移動する時にｄ（Ｃ）を生じるが、両者の値は等価ではない。等価の値ｄ（Ｃ）を得るために、本書で述べた両方向アクチュエータに類似の両方向センサが使用される（例えば、図６のアクチュエータ）。所定の感知アプリケーションにおいては、Ｅ１、Ｅ２の少なくとも一方がテフロン（登録商標）またはＰＶＤＦ等のエレクトレット素材であるか、これを備える。
【０１４３】
本書に記載した装置は、アナログまたはデジタル形式で任意の電圧で操作され、スマート駆動回路及び電子回路、または、オンボード駆動回路及び電子回路を使用し、既知の電圧対偏向線形化技術を用いている。これらの又はその他の技術を使用して、共振か非共振の何れか、任意の振動数、振動モード、あるいは、交流モードで装置が駆動される。例えば、共振またはこれに近い交流駆動は偏向をより高め、いくつかのアプリケーションで好都合である。
【０１４４】
例えば、過度の電圧（スナップダウン、スナップオーバー、又はプルイン現象）に起因する電極Ｅ１、Ｅ２間の接触を阻止するために、任意の偏向領域伸長（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−ｒａｎｇｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）／反崩壊（ａｎｔｉ−ｃｏｌｌａｐｓｅ）技術が使用される。この技術は、個別のセル及び／又は装置全体に適用される。必要に応じて、衝撃を緩和するために、外部制限または停止部材が制動機能／スプリング機能と共に使用される。例えば、装置３０に関連して図示されているストッパ４８やブリッジ型の装置における類似のストッパ（例えば中央部に配置）が使用される。好ましくは、電極Ｅ１、Ｅ２は鋭いポイントや突起のない平滑な表面を有して、高電界における電圧の降伏を防止する。
【０１４５】
起動装置に収容された静電エネルギーの一部は、適当な技術により、偏向前の状態に復帰した後に回復する。装置は光電装置などのオンボード発電器によって起動される。
【０１４６】
各装置は同一の又は異なるセルを使用する。形状及び、長さ、厚み、ピッチ、スチフネス、及び／又は材質などの寸法は、同じ１つの装置内のセルであっても、同じであったり、違っていたりする。例えば、装置の一方の端から他方の端に行くに従って、セルの幅が徐々に狭まり、これは、装置内の荷重分布法、及び／又は、出力荷重へのエネルギーの供給を改善する。別の実施例では、各セルは最適な荷重駆動のために出力／エネルギーの分配を取り扱う。その他の実施例では、装置のサポート又は荷重に近いセルが異なり、強化されるか、あるいは、その作業用に最適化される。
【０１４７】
第１及び第２電極の任意の相応しく、好ましいスチフネス（ｋ１、ｋ２）値及び／又は両者の比率が使用される（例えば、ｋ１？ｋ２、ｋ１？ｋ２、ｋ１＝ｋ２）。ｋ２／ｋ１の比率が１より大きいと最大有効偏向Ｄｍａｘが増大する（スナップダウンに先駆けて）。その他のパラメータの中で、ｋはｔ、材質のタイプ、機械的性質、求められる有効幅及びリッジ、又は適当な方向に沿った溝によって制御される。セルのアスペクト比（長さに対する幅）は、任意の望ましい値をとる。厚みｔに加えて、例えば、幅に沿って穴又はスリットを設けてｋ１、ｋ２の値を減らし、又はリッジや溝を設けてｋ１、ｋ２の値を増やすなど、部材の有効幅を制御することにより有効スチフネスｋ値がその他の多様な方法で制御される。セル内の有効スチフネス値ｋは変数であり、必要に応じて、例えばサポートポスト近辺で変位し、装置の偏向と性能をさらに制御／促進させる。さらに、電極Ｅ１は、望ましい偏向を生じるために、スリット又は穴を設ける。寸法、特性、及びサポートポスト間の空間（例えば、幅に沿って）は、望ましい性能を得るために適宜選択される。
【０１４８】
隣接セル同士の重複（図１の実施例参照）は、Ｄ及び／又はＦの規模を制御し、これに影響する。任意の適当な値を取る。
【０１４９】
本書に記載した装置の第１及び第２部材間の介在スペースは空気を含むか、真空か、次のうち１つ又は複数を含む：気体、流体、ゲル、又は変形可能な固体。
【０１５０】
有効な作業／エネルギーは、ほぼ、第１電極によって提供され、従って、これは適切な強度及び特性を備える。装置の支持部又は荷重などいくつかの位置において付加的な層（例えば、３又はＥ２）によって強化される。
【０１５１】
基板面に対して平衡な偏向、すなわち、横方向に偏向を生じる装置は、基板に対して直角な平面に装置を設ける製造工程を使用することで製造される。
【０１５２】
特別な言及はしないものの、いくつかの実施例において、特に、電極が異なる方法で操作されるか、及び／又はオン・オフ切換えの連続とタイミングで操作される場合、電源を制御するための制御ユニットを電極Ｅ１とＥ２に設けている（例えば、２つ又はそれ以上の電極Ｅ２が異なる電圧で操作され、電極Ｅ１に異なる偏向効果を生じさせる）。そうした制御ユニットの構造と特徴は、電気制御の当業者にとっては自明のことなので、本明細書では説明しない。
【０１５３】
当業者であれば、本発明のクレームの範囲を逸脱しないで上記の実施例に容易に修正を加えられることは容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
静電駆動器の実施例を示す平面図。
【図２ａ及び２ｂ】
静電駆動器の実施例を示す側面図。
【図３ａ及び３ｂ】
別の静電駆動器の実施例を示す側面図。図３ｂは、偏向位置にあるアクチュエータを示す。
【図４】
別の静電駆動器の実施例を示す平面図。
【図５】
別の静電駆動器の実施例を示す側面図。
【図６〜８】
休止位置に関して対向する２つの向きに偏向できるアクチュエータの３つの異なる実施例を示す側面図。
【図９及び１０】
多数の第２電極を線形配列に設けたアクチュエータの２つの実施例を示す。
【図１１】
複合的な静電装置の別の実施例を示す。
【図１１】
複合的な静電装置の別の実施例を示す。
【図１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ】
２つの別の軸線について偏向可能なアクチュエータの２つの異なる実施例を示す。
【図１４〜１６】
複合的な静電装置の異なる実施例を示す。
【図１７〜２４】
アクチュエータ又はセンサの異なる実施例を示す。
【図２５Ａ〜２６Ｃ】
供給レールと電極間の接続例を示す。
【図２７Ａ〜２７Ｅ】
ブリッジサポートの異なる実施例を示す。
【図２８及び２９】
第１導体と第２導体間の異なる接続例を示す。
【図３０Ａ〜３０Ｃ】
本書に記載したアクチュエータの製造方法の実施例を示す。
【国際公開パンフレット】
2004516783.tif 000003
2004516783.tif 000004
2004516783.tif 000005
2004516783.tif 000006
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2004516783.tif 000008
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【手続補正書】
【提出日】平成15年3月14日(2003.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】静電装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】偏向可能な第１可撓電極と、該第１可撓電極に取り付けられ、これと共に可動する少なくとも１つの第２電極とを備え、
該第２電極は、該第１及び第２電極間に静電力を発生させる電荷が電極に印加されると第１可撓電極に偏向を生じさせる静電装置。
【請求項２】偏向可能な第１可撓電極と、該第１可撓電極に取り付けられた少なくとも１つの第２電極とを備えたセンサとして設けられ、
該第２電極は、第１及び第２電極の両方又は何れか一方の偏向によって、第１電極と共に可動し、該第１及び第２電極間に計測可能な電荷を静電容量内で生じさせる静電装置。
【請求項３】前記少なくとも１つの第２電極は、該第１及び第２電極間に静電力を発生させる電荷が電極に印加されると第１可撓電極に偏向を生じさせるアクチュエータとして設けられる請求項２に記載の装置。
【請求項４】同時に、又は、別々の時に、センサ及びアクチュエータとして機能する請求項３に記載の装置。
【請求項５】前記装置がサポートに取り付けられる前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項６】複数の第２電極が互いに近接して第１電極上に設けられる前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項７】前記第２電極または少なくともそのいくつかが線形配列に配置される請求項６に記載の装置。
【請求項８】前記第２電極または少なくともそのいくつかが非線形配列に配置される請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】前記第２電極は、１つ以上の軸に関して第１電極に偏向を生じさせるように配置される請求項６、７、又は８に記載の装置。
【請求項１０】複数の第１電極を含み、第１電極は各々、その上に取り付けられた少なくとも１つの第２電極を備える前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１１】前記第１電極は機械的に一体形成され、１つの第１電極の偏向が該第１電極又は少なくとも１つの別の第１電極の位置、偏向、及び／又は高度に影響する請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】前記第１電極が、連続して、平列式に、異なる平面又は角度に互いに、あるいは、これらの任意の組合せに配置される請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】前記装置が自身の面の内外で運動可能な前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１４】偏向が一方向又は二方向に装置の収縮を生じる請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】対向する向きに偏向をもたらすように、１つ又は複数の第１電極に設けられた複数の第２電極を含む前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１６】１つ又は複数の第２電極が１つ又は複数の第１電極の第１表面に設けられ、１つ又は複数の第２電極が１つ又は複数の第１電極の対向する第２表面に設けられる請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】前記又は各第２電極が、それが設けられた第１電極より固い前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１８】多数の第２電極が設けられる場合、少なくとも２つの隣接第２電極が一部重複する前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項１９】前記少なくとも２つの第２電極は、実質的にその平面内に伸長するフィンガを備え、該フィンガが互いに組み合わさる請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】第１及び第２電極に出力を供給するための共有供給レールを備える前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２１】異なる方法で１つ又は複数の第１及び第２電極に供給するために複数の供給レールを備えた前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２２】前記１つ又は複数の第１及び第２電極に付与する電力を制御するように動作可能な制御ユニットを含む請求項２０又は２１に記載の装置。
【請求項２３】１つ又は複数の第２電極がブリッジ式、または、カンチレバー式に第１電極に設けられる前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２４】第１及び／又は第２電極は、少なくとも１つの伝導層を含む積層部材である前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２５】前記第１及び／又は第２電極、または前記第１及び／又は第２電極のうち少なくとも１つがその偏向特性を調節するために、穴と、弱勢エリアと、強勢エリアとを有する前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２６】前記又は各第１電極が不浸透性である請求項１〜２４の何れかに記載の装置。
【請求項２７】前記第１及び第２電極間のギャップが真空に保たれるか、もしくは気体、流体、ゲル、又は変形可能な固体の１つまたは複数で充填される前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２８】少なくとも１つの第２電極がアクチュエータの一部として使用され、少なくとも１つの第２電極がセンサの一部として使用される前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項２９】前記装置は、時分割ベースでアクチュエータ及びセンサの両方に使用される前記請求項の何れかに記載の装置。
【請求項３０】集積回路製造プロセス、ＭＥＭＳ製造プロセス、又はマイクロ製造プロセスによって製造される前記請求項の何れかに記載の静電装置。
【請求項３１】前記請求項の何れかに記載の静電装置を含むミラー。
【請求項３２】請求項１〜３０の何れかに記載の静電装置を含むスピーカ、イヤホーン、マイクロフォン、超音波検出器又は変換器。
【請求項３３】請求項１〜３０の何れかに記載の静電装置を含むロボット装置。
【請求項３４】請求項１〜３０の何れかに記載の静電装置を含む光学式スキャナー、ビーム操縦装置、又は総−光スイッチ。
【請求項３５】請求項１〜３０の何れかに記載の静電装置を含む感圧センサ、ポンプ、又はインクジェット・カートリッジ。
【請求項３６】請求項１〜３０の何れかに記載の静電装置を含む加速時計、又は加速度センサ。
【請求項３７】前記請求項の何れかに記載の２つ又はそれ以上の静電装置の一次元、二次元、三次元アレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は静電装置に関し、より詳しくは、超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）またはマイクロ加工装置と一般に称される類のアクチュエータ及びセンサに関する。
【０００２】
【背景技術】
通常、アクチュエータであれ、センサであれ、従来技術の静電型変換器は、ドライブ電源電圧と接続する第１および第２部材を備える。そうして生じる引き付け静電力は、これらの部材の少なくとも一方を他方に移動させる。このため、これらの部材は、帯電や放電を容易にし、適正に機能させるため、普通、金属やドープ処理されたポリシリコンなどの導電体で形成される。
【０００３】
静止対電極の上に隙間を開けて可動電極を吊り下げた標準的なカンチレバー・アクチュエータなどの従来の装置は、例えば、コバックス（１９９８年：ＷＣＢ／ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）著による『超小型変換器原典（Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓｎｅ Ｓｏｕｒｃｅｂｏｏｋ）２７８〜２８１頁に記載されている。しかし、この装置は、隙間長と有効な偏向との間に複雑な問題を抱え、後者の有効な偏向は、ギャップ（隙間）それ自体を超えることはない、かなり大きい。大きな偏向には大きなギャップ、すなわち、標準型のＩＣ駆動回路と殆ど相容れない大電圧を必要とする。多くの場合、実際のギャップより大きな偏向を有する装置を製造することが極めて望ましい。この文献は、主にフリンジ電界によって引力を生成する多数の微小インターデジタル・フィンガを有するコムドライブ・アクチュエータを開示し、この技術は、基板平面に固有のより大きな動きを生み出す。しかし、コムドライブ・アクチュエータは、相対的に大きなサポート／スプリング受動エリア、限定された面外動作、望ましく中央平衡されたフィンガ位置の維持の困難（特に、ギャップ幅が小さい場合）といったいくつかの問題を抱えている。
【０００４】
その他の先行技術は、１９９３年ＩＥＥＥによって刊行された東北大学のヤマグチモトハル他による『分布静電型マイクロ・アクチュエータ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｃｔｕａｔｏｒ）』及び米国特許第５，２０６，５５７号がある。両文献とも、本来、面外運動ができない大きな面内ストロークを生成させるため、直列に接続された多数の部材を提案している。スタックされた部材が標準的な引張り力を備えたロングチェーンを効率的に形成する。コムドライブと共にこれらの装置を製造するには、実際可能なギャップ幅と駆動電圧レベル（及び性能）の間にトレードオフを生じる可能性のある困難な作業といった、小さなギャップを有する深型構造のマイクロ加工に対する要件を満たす必要がある。これは、標準的な集積回路の駆動電圧と製造の適合性を損なうものである。
【０００５】
米国特許第５，７９３，５６０号は、基板と、該基板に設けられた磁気記憶媒体と、該磁気記憶媒体に磁気的に保存された情報と、ヘッドユニットと、該基板に設けられた往復メカニズムとを含む記憶装置を開示し、この往復メカニズムにより、ヘッドユニットは、磁気記憶媒体表面と平行な面で往復運動し、ヘッドユニットは、往復メカニズムによって移動する一方、情報は、ヘッドユニットを見る磁気記憶媒体に記憶され、あるいは、磁気記憶媒体から再生される。
【０００６】
米国特許第５，６４２，０１５号は、各々が微小電極を備える複数の弾性超小型構造を設けた基板を有する電気機械変換器を開示する。電源はそれぞれの微小電極に接続され、個々の微小電極に電気ポテンシャルを付与し、この電気ポテンシャルが、隣接する対の微小電極間の引力を交互に誘起して、微小電極の制御された時間で変動する変位をもたらす。
【０００７】
米国特許第５，４７９，０６１号は、電気的にも機械的にもしっかりした微小電気機械変換器を開示し、この変換器は、両面にパターン化した導体を有するプリーツ形誘電体シートからなる。そのプリーツ（ひだ）は、間隔をおいて設けられた複数の壁を構成し、各壁はその片側に導電部位を備えている。プリーツ形誘導体シートの両面に、正と負の電圧を印加すると、静電引力により壁は、互いの向きに移動する。適当な電圧を加えると、静電反発力により、壁は互いに遠ざかるようにも動く。
【０００８】
本発明は、改良された静電装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の開示】
本発明の一態様によれば、偏向可能な第１可撓電極と、第１可撓電極上に設けられて第１可撓電極と一緒に動く少なくとも一つの第２電極とを備え、両電極に電荷が印加されると、第１可撓電極を偏向させる静電装置が、本発明で提供される。
【００１０】
一つまたはそれ以上の第２電極は、第１可撓電極と一緒に動くことで、静電力が発生すると、第１可撓電極の偏向を促進させるように機能する。第１電極と第２電極を近接させると、より大きな静電力を発生させ、電力密度及び効率を向上させることができ、また、低い動作電圧にて、大きな偏向を維持することができる。この装置は、半導体集積回路と同程度の駆動電圧レベルで動作可能である。また、この装置は、機これに械的倍率増大機構を組み込み、負荷適応性を改善することにより、従来の装置が提供する大きい力や小さい偏向を、小さい力や大きい偏向に変換（その逆も可能）することができる。さらに、従来装置における電極間ギャップと偏向との間の解きほぐせない複雑な関係を、本発明の装置はうまく解きほぐし、それぞれを別個に最適化させている。
【００１１】
偏向を高めるため、及び／又は、偏向と力のトレードオフを高めるため、あるいは弱めるための付加的なパラメータとして、セルＮの数を使用することで装置設計の柔軟性を高めることができる。例えば、小さいギャップを採用した場合には（例えば、より低い駆動電圧や、より高い出力密度と効率などの理由から）、Ｎを増やすことで偏向を増大させることができる。
【００１２】
本発明の装置は、面内運動や偏向はもとより、面外運動や偏向をも比較的大きくするものである。
【００１３】
従って、先行技術による装置に比べて、単位印加電圧当たりの第１電極の運動量は増加する。これにより、本発明の装置は、集積回路（ＩＣ）で典型的に使用される電圧と同程度の低電圧でも動作する。このため、ＩＣ製造との両立性のみならず、本発明の装置はＩＣや駆動回路と統合させることが可能で（例えば単一化が可能で）あり、大幅なコスト節減をもたらす。
【００１４】
装置を多様に応用する場合、ギャップを小さく維持しながら大きな偏向をもたらす装置を作ることが極めて望ましい。さらに、より小さなギャップは、電力密度や効率を高め、及び／又は駆動電圧レベルを低くすることができると言う利益をもたらす。
【００１５】
好ましい実施例においては、第１電極上に互いに接近した複数個の第２電極が設けられる。多数の第２電極は第１電極の偏向を高める。
【００１６】
複数個の第２電極を設ける場合、線形の配列にしてもよく、その他の形に配列させても構わない。非線形に配置させた場合には、第１電極を２つ以上の軸で偏向させることができ、アクチュエータ又はセンサに複雑な動きをさせることができる。
【００１７】
ある実施例では、１つ又は複数の第１電極上に複数個の第２電極を設け、この１つ又は複数の第１電極を対向する向きに運動させる。また、ある実施例では、一つ又は複数の第２電極を第１電極の上面と呼ばれるところに位置させ、一つ又は複数の第２電極を第１電極の下面と呼ばれるところに位置させ、上面の第２電極にて第１電極を下向きに偏向または運動させ、下面の第２電極にて第１電極を上向きに偏向または運動させる。
【００１８】
多数の第２電極を設ける場合、例えば、他の電極のフィンガと互いに組み合うフィンガを設けることで、第２電極を部分的に重ねることができる。別法として、第２電極の隣り合う配列を交互に配置して、別の形態で重ねることもできる。
【００１９】
好ましくは、第２電極に電力を供給するための共通供給レールを設ける。異なる方法で駆動させる多数の第２電極を設ける場合は、複数の供給レールが用意される。
【００２０】
第１電極と第２電極とのギャップは、真空状態に保持されるか、あるいは気体、液体、ゲル、または変形可能な固体物質で充填した状態に保持される。
【００２１】
第１電極及び／又は第２電極には、製造上の目的によるアクセスホール又はその他の穴、偏向を減少もしくは増加させる調節領域を設けることができる。また、ポンプや圧力センサとして利用する場合には、第１電極が穴を持たないこともある。
【００２２】
第１電極及び／又は第２電極は、少なくとも１つの導電層を含む層状部材から構成されることができる。
【００２３】
本発明の別の実施態様によれば、第１および第２平面にそれぞれ設けられた第１電極および第２電極を有する静電装置が提供され、これらの電極は両方とも電極間に電荷を印加することで、平面に対するある角度をなす方向に動くことができる。
【００２４】
本発明のさらに別の実施態様によれば、集積回路またはマイクロ加工／ＭＥＭＳ製造技術によって作られる静電装置が提供される。
【００２５】
本発明は、アクチュエータ、センサ、及び、ここに教示される静電装置を使用するアクチュエータやセンサを組込んだ装置に拡張できる。
【００２６】
本発明によれば、集積回路とよ同程度の低電圧で機能する新しいタイプのアクチュエータおよびセンサを提供することできる。そうしたアクチュエータは、偏向ＶＳ電圧特性が改善されると共に、偏向と力とのトレードオフも改善され、より感度の高いセンサとなる。
【００２７】
さらに、本発明は、より多目的で適応性の高いアクチュエータの設計パラメータを提供する。すなわち、本発明は、面の内外で運動し、偏向することができ、従って、、３つの軸で動くことができる装置を提供する。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明の実施形態を添付の図面を参照して具体例によって説明する。
【００２９】
当業者であれば、本書に記載したアクチュエータがセンサとしても使用可能で、従って、『装置』なる用語がアクチュエータとセンサの両方を包括することは理解されよう。さらに、明細書全体として簡便性を目指してアクチュエータに焦点を当てているが、同等のセンサも包括するものである。
【００３０】
明細書において、電極Ｅ１は以下に記載の部材１、３１、９１、及び１０１を示し、同じく、電極Ｅ２は、部材２、３２、９２、及び１０２を示す。一つ又は複数の軸線について偏向又はわん曲可能な装置をここでは、単軸装置、複軸装置などと称する。
【００３１】
図１、２ａ及び２ｂに示した装置の実施例は、１つの軸線に対して偏向可能である（この実施例ではＺ軸）。図１は装置の平面図、図２ａは側面図である。理解しやすいように、図１は第１層の概略だけを示し、図２ａと２ｂで中実の形態を示す。
【００３２】
装置１０は、分離ギャップ３ａをもたらす電気絶縁層３によって互いに隔てられたスチフネスＫ１の導電性第１部材または層１と、スチフネスＫ２の導電性第２部材２とを具備する。部材１と２は、装置の第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とをそれぞれ形成する。層３は、部材１と２の間のギャップ３ａを維持するスペーサとして機能するサポートポスト又はアンカーパッドを備える。
【００３３】
部材１と２及び層３は、多数のブリッジ状セル１５を形成する。これらセル１５の配列は共通第１部材１（電極Ｅ１）を共有し、装置の本体を成す柔構造１８を構成する。
【００３４】
有効長さ１９と有効幅１７とを有する部材１８は、ギャップ１４によって基板１６上に持ち上げられたサポートポスト１１に取り付け、又は固定される。従って、部材１８は基板１６上に吊るされ、その自由端（片持梁）は図２ｂに示すように角方向１２に沿って可動する。
【００３５】
第１部材１が実質的にセル１５の端から端まで連続する一方、第２部材２は多数のセル１５を個々に形成するように分割される。セル１５は適当な長さと寸法とを有し、方向９に沿って、及び／又はＺ軸に沿って横に連続する。
【００３６】
図１、２ａ及び２ｂの実施例において、第２部材２（電極Ｅ２）は部材の平面に伸びる多数のフィンガを備え、隣接する部材２のフィンガが組合わさるよう配置されている。これは、後述するように第１部材１の偏向を改善する。この実施例において、隣接する部材２はギャップ８ｂによって隔てられ、距離８ａによって互いに一部重複する。距離８ａは任意の値にできるが、好ましくは、セル長さの半分より短くするのが望ましい。
【００３７】
図２ｂは偏向状態にある装置１０を示す。
部材１と２（電極Ｅ１とＥ２）の電気接続ターミナルは位置１１にあり、電源５への接続を容易にする。各第２電極Ｅ２は、同一の層から形成される共通供給レール６に接続する。
【００３８】
第１電極Ｅ１はセル１５の間で共有されるため、その末端が位置１１で電源５への接続に利用できる。
第２電極Ｅ２と同様、メモリ６もアンカーパッド４（３に相似）によって電極Ｅ１から隔てられる。
【００３９】
装置１０の長さ１９、セル１５の長さ、アクティブセルのブリッジ長さ（すなわち、部材３の間隔）と幅１７、その他の関連パラメータなど各種の部材のスチフネス（ｋ）や厚さ（ｔ）といった機械的性質は、特有な活用を考慮して、また、好ましい操作特性を達成するべく、適正に選択される。殆どの静電装置に共通のように、エネルギー、出力、電力は通常、電極Ｅ１とＥ２間にある装置の作用面積と電界に比例する。セル幅１７の増大、及び／又はセルの並列を利用して作用面積を拡大することで、出力が高められる。さらに、電界を増やしたり、所望する電圧が固定している場合は電極間のギャップを減らすことで出力密度（及び力）が高められる。次に、装置に組込みまれた拡大能力を利用して、所望する偏向規模を実現するために、長さ１９に沿ったセルの数が選択される。
【００４０】
一例において、Ｎ＝１０−２０、おおよその寸法は、ｔ１（層１）＝１マイクロメータ、ｔ２（層２）＝２マイクロメータ、ｔ３（層３）＝３マイクロメータであり、これらの寸法は、当然、所望する性能やその他の要件によって変わる。
【００４１】
装置１０を電源５に接続させると、電極Ｅ１とＥ２間のキャパシタンスの結果、電荷／静電荷が蓄積される。これにより、電極Ｅ１に変形又はカールが生じ、図２ｂに示すように自由端が角方向１２に沿って面外に偏向する。偏向規模は、印加される電圧レベルに比例する。偏向方向は、第２電極から第１電極に向かう。総計１９ｂで収縮する結果、Ｘ軸に沿った装置の実効長さが１９ａに減じることになる（詳細は後述）。
【００４２】
電源５を切ると、電極Ｅ１とＥ２間の電気絶縁のレベルによって、装置は一定時間、偏向状態に保たれる。装置１０を非偏向状態に戻すには、例えば、構造１８全体が跳ね返るように電極Ｅ１とＥ２を一緒に短絡させるなど、電荷を除く必要がある。
【００４３】
符合１２における末端偏向の総合Ｄは、個別セル１５各々が生じさせた偏向の合計である。より具体的には、各セル１５が電極Ｅ１の総合偏向Ｄについてその一部を担い、セル１５の数が増えるほど、全体の偏向Ｄと長さ収縮１９ｂが大きくなる。これは図３ｂの考察から明らかである。
【００４４】
曲げの大きさはセルの寸法、装置内の位置によって異なり、さらに負荷の種類と状態によっても変わる。装置１０は、使用する取り付け方法及び／又はクランプ方法によって多くの運動と出力を生み出す。例えば、中央でクランプさせると末端は上向きの角度に偏向し、末端でクランプさせると中央はＹ軸に沿って並進又は線形に下向きに運動する。電極Ｅ２をＥ１と対向する側に設置すると、装置は対向する方向に偏向する。
【００４５】
装置１０の一般的特徴を次に述べる。先行技術と異なり、電極Ｅ１とＥ２間の密接な近接性と、その結果生じる高い電界レベルを保つことで、装置は高いエネルギー密度と性能を備える。本装置は、独特の適合性を備え、セルＮの数と共にその他の変数において偏向Ｄと出力Ｆ間のトレードオフを制御する。一般に、装置１０において、Ｎが増加すると、Ｆを犠牲にしてＤが増加する。逆に、Ｎを減らすとＤも減る。多くの先行技術による装置は、半導体集積回路で使用するのに望ましいレベルを超えるような高い駆動電圧を使用することが通常強いられる。一方、本発明の装置１０においては、部材Ｅ１、Ｅ２間の高い出力と相対的に低い変位をより低い全体出力Ｆとより大きな全体偏向Ｄに変換し、事実上の機械的拡大（または、縮小）をもたらし、より低いＶレベルを使用する。
【００４６】
図３ａと３ｂは、装置２０の別の実施例を示し、このとき第２電極Ｅ２は組み合わさらず、一部重複もしない。それどころか、これらの電極Ｅ２は、長方形の形状で、ギャップ８ｃによって互いに隔てられている。必要に応じて、多くの電極Ｅ２の列を使用して、隣接する列の位置を互いに（Ｘ軸に沿って）換えることで、装置２０を一部重複型に構成することも可能である。
【００４７】
図３ｂに示すように、第１電極Ｅ１に生じる偏向は、第２電極Ｅ２によって偏向される主要部分により生じる偏向に対する偏倚の結果、その長さ全体に及ぶ。図３ｂは、また、第１電極Ｅ１の上向き偏向、実際には、第２電極Ｅ２と対向する向きへの偏向を図示する。
【００４８】
図４と５は、単一の軸（この場合はＺ軸）について偏向させる装置３０の別の実施例を示す。個の実施例においては、第２電極３２はカンチレバー型で、第１電極３１の一方の端だけに接続する。
【００４９】
この装置３０は、スチフネスＫ３１の導電性第１部材３１（電極Ｅ１を形成）と、スチフネスＫ３２の導電性第２部材（電極Ｅ２を形成）とから成り、部材３１と３２の間に分離ギャップ３３ａを形成する電気絶縁層３３によって隔てられる。部材３１と各部材３２はサポート層３３と共にカンチレバー型のセル４５を構成する。必ずしもサポート層３３を第２部材３２の一方の端に設ける必要はなく、どこに設置するかは任意で、例えば、中央に設けて、共通アンカーパッドを共有する２つの片持梁部を有するようにしても構わない。
【００５０】
図１〜３ｂの実施例において、共通第１部材３１を共有する１つ又は複数のセル４５の配列は、装置３０の本体を成す柔構造を形成する。有効長さ３９と有効幅３７とを有するこの柔構造は、ギャップ４４によって基板４６の上に持ち上げられたサポートポスト４１に取り付け又は固定され、角度方向４２に沿って面外に自在に可動する。セル４５は適当な長さと寸法を有し、必要に応じて方向３９ａに沿って再現される。
【００５１】
隣接セルの部材３２はギャップ４９によって隔てられる。
絶縁ランディングパッド４８は、部材３１と３２が偏向中に互いに接触するのを防ぐために使用される。パッド４８は、例えば、第２電極Ｅ２がパッド４８と接触するとカンチレバー型からブリッジ型に変化し、従って、第１電極Ｅ１にもたらす偏向の種類を換えるといったその他の機能も備える。これはリミットスイッチまたはセンサとして有用である。
【００５２】
前述した実施例において、部材３２は、部材３２とと同じ層から形成されるサプライ層３６に接続する。第１部材３１は電源３５に接続する位置４１まで伸長できる。部材３２と同様に、部材３６もアンカーパッドと絶縁スペーサ３３とによって第１部材から隔てられる（一部重複する場合）。
【００５３】
全ての部材３１、３２、３３は適切な材質から成る。
【００５４】
その他の関連パラメータにおいて、部材３３と幅３７間における各種の部材３１、３２のスチフネス（ｋ）や厚み（ｔ）、装置の有効長さ３９、セルのカンチレバーの長さ及び有効長さなどの機械的性質や寸法は、使途によって決定される。必要に応じて装置３０内の隣接セルの部材３２を一部重複させることができる。
【００５５】
装置３０を電圧電源３５に接続させると、部材３１、３２に蓄積された電荷／静電荷は、部材３１から部材３２に角度方向４２に沿って部材３１を変形させる。装置３０は、また、図２ｂに示した装置１０の１９ｂ同様、長さ収縮を実行する。
【００５６】
カンチレバー型装置３０は、使用する取り付け方法やクランプ方法に従って、ブリッジ型装置と対向する向きに偏向させ、ブリッジ型装置と類似で、かつ、反対の多くの方法で偏向させる。曲げの規模は装置におけるセルの寸法と位置、及び負荷の種類と条件によって決定される。カンチレバー型装置は、通常、ブリッジ型装置と同様の特徴を有する。
【００５７】
ブリッジ型とカンチレバー型とが同じ装置に設けられ、かつ、同じ第１電極を使用できることは理解されよう。
【００５８】
図６〜８は、両方向装置の実施例を示す。両方向装置は、背向式に一つの共通部材１、３１を（それぞれ）共有する第２部材２、３２の両面配置を利用して作られる。例えば、各装置は独立した電気接続を有する一方、電極Ｅ１またはＥ２の一方を共通部材及び共通ターミナルとして共有し、それにより、各々独立してオン／オフの切換えができる。
【００５９】
図６に示す実施例においては、ブリッジ式の２組の第２電極Ｅ２と、これら２組の第２電極に挟まれた１個の共通電極Ｅ１とから成る。事実、この挟み式配置はアーク８９に沿って何れかの方向に偏向を生じさせる１個の共通電極Ｅ１を共有する２つの装置を構成する一方、装置の他方の端は８５で固定される。（あるいは、電極Ｅ１のみでクランプされた）装置４０は、電極の底面または頂面がそれぞれ独立して起動する場合、上向き及び下向き偏向を生じさせる。または、２つの単一方向装置を組合せて、それぞれが組合せた装置を別々の方向に偏向させる。
【００６０】
第２電極Ｅ２の頂面および底面におけるアンカーパッド３は互いに一直線に配置され、ＸＺ面において同一の位置を有する。
【００６１】
図７，８に示すように、２個の電極Ｅ１とＥ２のみを使用して（図６の装置４０では３個の電極Ｅ２、Ｅ１、Ｅ２を使用）、別の両方向装置を作ることができる。こうした装置では、２つの伝導層と１つの絶縁層だけを必要とする、例えば、ポリシリコン２層構造プロセスなど、一般に普及している標準的な製造工程を利用できる。こうした融通性により、例えば、両方向型、上向き偏向単一方向型、下向き偏向単一方向型、又はこれらを組合せたものなど、全て同じ製造行程、ロット、及び／又は同じ基板を利用して異なるタイプの装置を製造することが可能となる。従って、一方向にも両方向にも自在に偏向可能な、ブリッジ型およびカンチレバー型の装置、及び／又は両者のタイプを組合せた装置を好都合に製造できる。
【００６２】
図７は、絶縁アンカーパッド層７３と、ポイント７６で結合する伝導層７４、７５とを具備し、サポートポスト７１に固定された２層ブリッジ型両方向装置の実施例を示す。例えば、層７４を第２電極Ｅ２として、層７５を第１電極Ｅ１としてそれぞれ構成して上向き偏向部７７を左側に設け、層７４を第１電極Ｅ１として、層７５を第２電極Ｅ２としてそれぞれ構成して下向き偏向部７８を右側に設ける。実質的に連続した第１電極Ｅ１は、位置７６で部材７４と７５とを結合させて形成される。パーツ７７と７８は、１つ又は複数の独立及び／又は共有電気ターミナルを有し、７９（又は図１１に示すその他の列）に沿って再現され、任意のサイズ及び偏向特性を備えた装置が製造される。
【００６３】
第１電極だけを一体化させることは不要である。代替手段として、一方の装置の電極Ｅ１を他の装置又は任意の可動部の電極Ｅ２と接続させる。
【００６４】
図８はブリッジ型とカンチレバー型両方のセルを有し、サポートポスト８１に固定された両方向装置の別の実施例を図示する。この装置は絶縁アンカーパッド８３と伝導層８４および８５とを具備する。例えば、層８４を電極Ｅ２として、層８５を電極Ｅ１としてそれぞれ構成して上向き偏向ブリッジ部８７を左手側に設け、層８４を電極Ｅ２として、層８５を電極Ｅ１としてそれぞれ構成して下向き偏向カンチレバー部８８を右手側に設ける。組合せたパーツ８７、８８は、１つ又は複数の独立及び／又は共有電気ターミナルを有し、８９（及び／又は図１１に示すその他の列）に沿って再現され、任意のサイズ及び偏向特性を備えた装置が製造される。利点として、電極Ｅ１に対して、ブリッジセル及びカンチレーバセルの両方が同じ材質／層を利用でき、同様に電極Ｅ２についても同じ材質／層が利用でき、Ｅ１とＥ２を装置の同じ側に配置でき、これは、いくつかの応用において好ましいことである。
【００６５】
層７４、７５（８４、８５）は電極Ｅ１又はＥ２、あるいはその両方として構成されるが、その厚みは通常、固定していて、標準的なＭＥＭＳ製造工程で即座に制御できるものではない。従って、必要に応じて、電極Ｅ１又はＥ２、あるいはその両方として機能する層７４、７５（８４、８５）を最適化するために、例えば、ｋ１やｋ２（それぞれ電極Ｅ１、Ｅ２のスチフネス）を減らすために幅に沿って穴やスリットを設けて、部材Ｅ１、Ｅ２の実効幅を変えることで実効スチフネス（ｋ）を制御する。図７、８における電極の結合は、例えば図２５Ａ〜２９に示すような任意の種類のものとする。この技術は同じ製造工程で上向き／下向き装置を製造するのにも利用できる。
【００６６】
パーツ７７、７８、８７、８８はそれぞれ１つまたは複数のセルを具備する。
【００６７】
セルは、任意の形状、寸法、使用するフィンガの重複部の数で形成できる。図９，１０に示すさらに別の実施例では、部材Ｅ１、Ｅ２および３で構成される多数のセルは、距離８ａによって一部重複する電極Ｅ２と共にブリッジ装置１０のセルに相当する。電極Ｅ１は、説明のために概略だけを示す。セルの形状は自由で、独特な偏向を生じさせるために任意の形にできる。例えば、長方形、正方形、三角形、多角形、山形にできる。同様に、図２５Ａ〜２９に示す接続例を含めて適当な電気接続（図示省略）を任意に使用できる。
【００６８】
単一のセル列を有する装置以外にも、図１１に示す装置１７０のような多数の列を有する装置も提供できる。共通第１電極Ｅ１がそうした列で共有される。隣接する列が互いに一部重複するように互い違いにする。列は同じ又は違う方向に偏向を生じ、必要に応じて独立して制御できる。
【００６９】
２つの軸について偏向可能な装置
図１２ａ〜１３ｂは、部材Ｅ１とＥ２間に静電力を確立させて、例えば、Ｚ軸とＸ軸のように２つの軸について偏向可能な、または、これらの軸について偏向構成要素を有する装置の実施例を示す。一般的な用語として、図１２ａと１３ａの部材９１と１０１は、柔軟電極Ｅ１（理解を容易にするため、概略のみを図示）であり、柔軟隔膜に類似のものと解釈される。
【００７０】
図１２ａは装置９０の実施例を示し、これはブリッジ型の装置（例えば、図１の装置１０）に類似のものと解釈される。装置９０は、図１の装置１０の部材１と２にそれぞれ類似の部材９１及び９２を具備する（本実施例では、部材９２は３個ある）。この目的から、部材９２は適当な形状を備え（本実施例では６角形）、エッジ周囲にフィンガ（図示省略）を有し、図１の実施例同様、領域９８で近隣のフィンガと組み合わさる。部材９２は互いに独立し、例えばフィンガにつき１個又は複数の類似のアンカーパッドによって支持されるブリッジ型装置同様、部材９１上（本実施例では９１の後方）に支持される。
【００７１】
あるいは、図３ａ及び３ｂの実施例同様に、部材９２をギャップで互いに分離させることもできる。図１２ａと１３ａでは３個のセルしか図示していないが、ライン９９及び１０９に沿ってそれぞれセルを追加することが可能で、任意のサイズ、偏向、セルの数を有する配列を提供できる（図２４の配列と類似）。
【００７２】
フィンガを組合せる代わりに部材９２を任意の形状とし、２つの軸について曲げを容易にするために、部材９２の複数または全ての角あるいは頂点付近など、適当な位置に設けたアンカーパッドで支持することもできる。さらに、装置の機能を高めるために、隣接セルの部材９２は任意の構成および重複規模とできる。隣接セルの部材９２と組み合わさる又は噛合する４つのフィンガをそれぞれ有し、２つの軸について一部重複するセルを備える部材９２の代替的な形状を図１２ｂに示す。
【００７３】
部材９１をその周縁部に固定すると、装置の起動を受けて、それぞれ凹型、凸型表面に設置された電極Ｅ１とＥ２と共に湾曲した面を形成するＸ軸、Ｚ軸について変形する。あるいは、中央部に固定するなど、その他の任意の固定手段を使用できる。いくつかの応用例において、装置９０は、ＭＥＭＳマイクロスピーカ、マイクロフォン、マイクロポンプ、インクジェットポンプなどに利用される。
【００７４】
図１３ａは部材１０１（Ｅ１として）、１０２（Ｅ２として）、１０３を具備するカンチレバー型装置に類似するものと解釈される装置１００の実施例を示す。部材１０２は、例えば、中央部など適当な位置１０３でアンカーパッドによって部材１０１上に支持される。この実施例においては、部材１０１と１０３は両方とも部材１０２の後方に設置されているため（理解を容易にするため、図１３ａでは１０３を１０２の前方に表示）、装置１００は装置３０と類似の方向に偏向を生じさせる。例えば、部材１０１が周辺部で固定されると、装置の起動を受けて、それぞれ凹型、凸型表面に設置された電極Ｅ２とＥ１と共に湾曲した面を形成するＸ軸、Ｚ軸について変形する。正方形での電極Ｅ２とＥ１を使用してＥ１が角で固定された、このタイプの偏向を図１３ｂに示す（図１２ａ及び１２ｂの実施例も同様な方法で偏向を生じることは理解されよう）。
【００７５】
必要に応じてセルを一部重複させることができる。
【００７６】
装置９０及び装置１００における隣接セル間の領域は、本書に記載するとおり、例えば接続１０８などの１つ又は複数の電気相互接続を含む。同様に、第２部材９２又は１０２（第２電極Ｅ２を構成）は機能に応じて、一緒に又は独立して出力する。装置１００は装置９０と類似の機能を有する。
【００７７】
３個のセルだけが図示されているが、任意のサイズと数のセルで配列を構成するべくライン１０９に沿ってセルを追加することができる。同様に、装置９０と１００及び電極９１と１０１は、例えば６角形（図２４参照）、円形、正方形、非対称な形など、任意の適当な形状にすることができる。
【００７８】
２つの軸について偏向可能な両方向装置は、装置９０において部材９１の反対側に部材９２、９３をコピーし、装置１００において部材１０１の反対側に部材１０２、１０３をコピーしても形成できる。
【００７９】
当業者であれば、図７と８で使用された技術と類似の技術を用いてもブリッジ状、カンチレバー状、又は同じ装置にその両方を組合せた複軸装置が製造可能で、そうした装置が２電極構造の製造工程を利用して単一又は両方向に偏向可能なことが理解されよう。
【００８０】
２つの軸について運動可能なその他の実施例は、角度を付けて組合せた、それぞれ単一の軸について可動する２つの装置を利用して製造できる。こうした装置は、制御用に共有又は独立したターミナルを備える。例えば、図１４の装置１４０を応用して、同じ装置内の１つ又は複数の列を、１つ又は複数の列に９０度に合わせることで、２つの軸について可動する装置を製造できる。起動されると、各装置は１つの軸について偏向を生じる。装置１８０も２つの軸について偏向可能な別の実施例を示す。電極Ｅ１はスリット、隙間、又は穴を有し、性能をさらに促進させる。
【００８１】
複合装置
単一の第１電極または複数の第１電極上に多数の第２電極を形成した複合装置の製造も可能である。前者の場合、第１電極を複合的な方法で変形させるように製造し、これに接続する、あるいはスピーカ、マイクロフォン、ポンプなどに使用される１つまたは複数の装置に複雑な動きをもたらす。後者の場合、例えば図１〜１３ｂ及び２３ａを参照しながら既に説明した類の装置と組合せて、１つあるいは複数の軸に関する複雑な動き、及び／または、１つあるいは複数の軸に沿った並進的な動きを提供する。装置が偏向可能な軸の数は理論上無制限であり、応用するものや、望ましい偏向特性によって決定される。
【００８２】
例えば、ブリッジ型とカンチレバー型のセルを組み合せたり、１つ又は複数の軸について偏向可能なセルを組み合せたり、逆方向、両方向、あるいは他の任意の組合せにより、望ましい任意の角度と方向に運動するように上述した異なるタイプのセルを組み合わることも可能である。さらに、１つまたは複数のセクションが独立して駆動するために別個の独立した電気ターミナルを備え、あるいは、１つ又は複数の電気ターミナルを備える。こうした組み合わせによる装置は、標準的な製造工程を使用して独特な特徴を備え、従来、複雑過ぎたり、困難過ぎて達成できなかった機能を達成する複合的で連接した構造を提供する。光学式スキャナーやビーム操縦装置の実施例を図１４〜１９に図示する。これらは、総−光スイッチ、光ファイバスイッチ、及び光交差接続（ＯＸＣ）など電気通信に使用される２Ｄや３Ｄの光スイッチに応用できる。
【００８３】
当業者にとって公知な適当な駆動回路や制御電子回路を使用して高性能な動きと偏向が得られ、これらの応用やマイクロ・マニピュレータやロボティクス等のその他の技術にとっても望ましい。低電圧の可能出力により、これらの装置は、大幅なコスト削減を実現しつつ駆動回路と完全に統合し、装置内で多数のファイバ光チャンネル間を光スイッチングできる。こうした装置は、１つ又は複数の軸に関して、例えばライトなど干渉性及び／又は非干渉性の電磁波を偏向するのに使用される。
【００８４】
図１４は回転／ねじりが可能で、複数の装置１７２（本実施例では７個）を備えた複合装置１４０の実施例を示し、各々が単一の軸について偏向可能で、部材１７７によって直列的に接続／取り付けされ、装置１７２の各々が前述した装置によって実行又は共に運動する。装置１７２（ギャップ１７６によって近隣部から隔てられている）は多数のセルを備え（本実施例では３個）、隣接装置に対向する向きに偏向可能である。複合装置は１７１で取り付け又は固定され、他方の端１７５は自在に偏向するようになっている（本実施例の場合、Ｚ軸について）。端１７５は、例えばミラー１７９など任意の望ましい荷重、またはその他の任意の静電装置に接続する。スイッチを入れると、ミラー１７９は相対的に多大にねじり／偏向され、総角度は使用された個々の装置の数と、各装置のセル数と、Ｖの規模とを総括したものとなる。装置の方向によって、時計回りと反時計回りの回転が得られる。
【００８５】
装置１０などその他の装置（あるいはその他の単一または多軸装置）を装置１４０の１７５（１７９の代わりに）に取り付けることで、適切に起動させると、１４０がもたらす転向角によって第１装置が異なる軸について偏向を生じる（１０、１４０は一緒に又は独立して制御される）。例えば、転向角が９０度に近い場合、装置１０はＸＺ面において側方に偏向される。後者のタイプの偏向は基板（ＸＺ面）に対して定位の平面に配置された装置を使用して二者択一的に達成可能である。その他の面内装置を図２３ａと２３ｂに図示する。
【００８６】
図１５は、任意のセル数を有する２つの個別装置１８２、１８３を具備する“Ｌ型”複合装置１８０の実施例を示す。装置１８３は、装置１８２に取り付けられ、それにより可動し、両者は独立して制御可能である。図１４に示すように、端１８５はミラー１８９のように適正な荷重を駆動させる。個別にスイッチを入れると、装置１８２はＺ軸に沿ってミラーを捻り、偏向させ、一方装置１８３は、Ｘ軸についてミラーを偏向させる。様々な量によって両方の装置１８２、１８３のスイッチを入れると、３つの軸ＸＹＺの全てについて解決する構成要素と共にミラーは偏向可能となる。例えば、装置１８２が９０度偏向すると、装置１８３は次にＹ軸について偏向可能になる（Ｙ軸はページに対して定位）。ミラー１８９の代わりに装置１８０に１つ又は複数の静電装置を取り付けるとより複雑な動作が可能となる。
【００８７】
図１４、１５及び図１７〜１９に図示した複合装置はいずれも、光走査／操縦及びＯＸＣスイッチに使用できる。
【００８８】
図１６は、環状の湾曲したセル１６２多数から成り、一方の端はサポート１６８に固定され、部材１６５を支える他方の端は可動する。部材１６５はそこに付加された荷重を動かす。本書に記載するその他の実施例と同様、図１６の実施例も両方向装置を含む任意のタイプに構成できる。同様に、必要に応じて長方形、三角形、らせん形などその他の形状や通路にも形成できる。
【００８９】
図１７の実施例は、２つの複合装置１２１、１２２が素子１２５の何れかの側部に１つずつ設けられる。ミラー素子１２５は、構成要素１２１、１２２の偏向端に取り付けられ、他方の端は１２３に固定される。これらの装置は１つまたは複数の同一方向または対向する方向に偏向可能な２個のパーツ１２１ａ、１２１ｂを具備する。ミラーを様々な方法で動かすために多くの駆動体系が使用される。例えば、部材１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂの全てが上向きに（アウトページに）等量で偏向すると、ミラーは直線的に上方へ動く。一方、偏向が等しくない場合は、ミラーは最も偏向が少ない側に傾斜する。部材１２１と１２２の一方のみを偏向させると、ミラーは一方の側に傾く。図１６において、部材１２１ｂ、１２２ｂをそれぞれ部材１２１ａ、１２２ａと対向する向きに偏向させると、ミラー１２５は左右に傾く。これらの駆動体系を達成するために、当業者に公知のその他の駆動技術が広く利用される。
【００９０】
荷重をサポートする４つの装置１３１、１３２（複合、単軸方向及び／又は両方向）を利用する、より多目的な実施例を図１８に示す。この実施例では、例えば、ミラー１３５は一方の端をフレーム１３７に、他方の端を装置１３３、１３４に固定され、これらの装置１３３、１３４は一方の端でフレーム１３７を支持し、他方の端はアンカーポイント１３６に固定される。ここで再び、図１７の実施例で述べた駆動技術と同様の技術を使用して、ミラー１３５を１つ又は複数の軸に沿って運動、偏向、傾斜させることができる。
【００９１】
図１９は、例えば、ミラー１４５を一方の端で支持し、他方の端がフレーム１４４に固定された（１４４は適正に支持される）４つの装置（複合、単軸方向及び／又は両方向）を具備する実施例を示す。上述した実施例と同様、当業者に公知の技術を用いて１４１の何れか又は複数を適当に起動させることで直線的及び／又は傾斜を伴ってミラー１４５を可動させる。図１７〜１９に示すミラーは装置をオーバーレイし、従って下に隠すため、ミラーの作用面積を最大限とするのに好都合である。
【００９２】
この装置は、ポンプやインクジェット印刷用カートリッジなどの純流体として利用することもできる。図２０に示す実施例では、例えば円形など適当な形状の複軸（又は単軸）装置２８１を具備し、これはバックエッチシリコン製の支持（フレーム）部材２８２にその周縁部が固定される。装置２８１は、好ましくは密閉型で、連続第１部材Ｅ１と共に穴のない不透水膜を形成し、両方向に起動できる。Ｅ１は、好ましくはフェースキャビティ２８５である。別の部材２８３は、ガラス又はシリコン製で、２８６ａ、２８６ｂに沿って、それぞれ吸込口、吐出口（例えば漏斗型）を備え、２８４で部材２８２と適切に結合し、間にくぼみ２８５を形成する。
【００９３】
必要に応じて、２個の一方向バルブ２８７ａ、２８７ｂを吸込口と吐出口でそれぞれ使用し、矢印で示す方向に流体を導く。膜２８１は上下動が可能である。上向きの動きでは、くぼみ２８５が膨張して流体を吸い上げ、下向きの動きでは、収縮して流体を吐出する。従って、ポンプは、結合した溝を介して流体を吸込口から吐出口へ移動させることができる。装置は連続振動状態で動作し、及び／又は即時オン／オフ起動が可能である。
【００９４】
部材２９２によって、部材２８１の上方にその機能を損なうことなく付加的な環境保護膜２９１をぶら下げることができる。この実施例、または他の応用例において、適当なサポートポストを介して装置２８１上に（可動式に）取り付けられた同様の環境保護部材が使用される。
【００９５】
装置は、スピーカ、イヤホン、超音波発生器などの音響関係にも利用される。例えば、図２０の実施例から底部部材２８３を除いたものが適当な信号で駆動されるスピーカ又は超音波発生器として使用される。必要に応じて上部保護膜も使用され、この場合、第２電極Ｅ２をフェース部材２９１とすることが望ましい。
【００９６】
図２１の実施例も、支持部材３０２に固定された装置３０１を具備する、（より手軽に製造できる）スピーカ又は超音波発生器として使用される。適切な起動により、装置は方向３０４に沿って偏向し、音波を発生させる。
【００９７】
装置は、感圧センサや加速度計などのセンサとしても使用できる。図２２に示す実施例では、例えば円形の適当な形状の複軸（又は単軸）装置３１１を備え、周縁部で支持（フレーム）部材３１２に固定され、バックエッチシリコンで形成される。装置３１１は、好ましくは密閉型で、連続第１電極Ｅ１と共に穴のない不透水膜を形成する。電極Ｅ２は、好ましくはフェースキャビティ３１５である。別の部材３１３はガラス又はシリコン製で、３１４で部材３１２と結合し、間に密閉型キャビティ３１５を形成する。キャビティ３１５は適当な手段で、例えば真空など、好ましい基準圧に維持される。装置３１１は、キャビティ３１５やその内圧に関連する外部圧力の変動に対応して上下方向に偏向可能で、装置３１１の静電容量の変動に導き、適当な電子検出器によって絶対圧の計測に使用できる。キャビティは部材３１１の電極Ｅ２に環境保護をもたらすので、付加的な保護部材（図２０における２９１）の必要性は減少するが、必要に応じて、そうした保護部材を使用しても構わない。差圧や差圧計として利用する場合、ポート３１６はそうした圧力の計測を補助するのに使用される。
【００９８】
図２２の実施例（部材３１３を除く）と同様の実施例を使用して、音波を感知したり検知する音響マイクロフォンや超音波検出器が製造される。あるいは、図２０（部材２８３を除く）や２１の実施例と同様の技術も使用される。
【００９９】
図２１や２２の装置と類似の装置は、感知を助ける付加的な質量を備えた加速度計として利用され、例えば、適当なバルクエッチド・シリコンによって形成される。感圧センサや加速センサは、当業者に公知の駆動技術と手法を利用して、本発明による装置の感知性能及び起動性能の恩恵を受ける力平衡センサとしても使用できる。
【０１００】
複合装置のその他の実施例では、上述した長さ収縮効果を利用して自身の平面に実質的に平衡な方向に沿って直線運動と力とを生じさせる。一例として、図２３ａのＸＺ面に配置された装置２５０が挙げられる。装置２５０は、直列的に接続する多数のセクション２５４を備え、各セクションは先行するセクションに取り付けられ、かつ、それと対向する向きに偏向する（部材２５５はこれに付着）。互いに対向する向きに偏向する２つのセクションを使用することで、装置の面内動作が高められる一方、面外動作は減少する。装置２５０は、底部Ａと頂部Ｂ（相対称）とに二分割される。ニ分割ＡとＢは、より均一で安定した偏位２５９を生成するのに使用されるが、何れか一つのみが用いられる。従って、片方のＡのみを詳述する。各セクション２５４は、直列式に接続され、図１４のそれと類似のねじり型装置を形成する３個の装置２５１ａ〜２５３ａ（アーム２５１ａと２５３ａは上向きに偏向し、アーム２５２ａは下向きに偏向する）から成る。起動させると、２５１ａ〜２５３ａ角度偏向が加わって、何れかの２５３ａの端とそれに結合する部材２５５に最大限の偏向を生じさせる。分かりやすくするために、図２３ｂにおいては、部材２５３ａと２５３ｂの偏向のみを図示する。部材２５５〜２５８は任意の適当な材質とする。
【０１０１】
起動させると、装置２５０は、図２３ｂの側面図に示すように変形及び収縮する。事実上、部材２５３ａが次のセクションの部材２５５を次々に駆動させ、装置２５０にリンクリングをもたらし、そのため収縮が起きる。装置２５０の収縮長さＬ２は、変形以前の長さＬ１より短い。装置２５０は、左端部が２５７でクランプすると、実質的に方向２５９に沿って、末端２５８に結合する荷重を引っ張るのに使用できる。
【０１０２】
活動を停止させると、装置２５０は本来の長さＬ１に即座に復帰する。
【０１０３】
装置２５０は、つなぎやガイドなどの付加的な支持部材／固定部材を備え、例えば基板を望ましくない偏向から守るために荷重に適正に結合する。奇数及び偶数の部材２５４は同時起動が可能（１つ又は複数の電気ターミナルを共有）か、あるいは、それぞれ独立して起動する。後者の場合、必要に応じて、示差駆動が付加的な上下方向の正味偏向を生じさせる。３つのセクション（２５１ａ〜２５３ａ）が図示されているが、任意の数が使用でき、それぞれが本書に記載したタイプの１つ又は複数のセルを備える。必要に応じて、上向き偏向部材２５４の偏向を下向き偏向部材のそれより大きくすることで、装置２５０を基板から安全な距離に保つことができる。
【０１０４】
収縮型複合装置のその他の実施例によれば、図７と８に示すように互いに対向する方向に１つ又は複数のセルが偏向する装置が形成される。必要に応じて、収縮装置は、基板に対して正位の平面に設置される。
【０１０５】
面内の直線運動、またはその平面に実質的に平衡な２軸に沿った収縮が可能な装置を考察する。図２４はＸＺ面に設けられた複軸装置２６０の実施例を示し、これは適当な形状の電極Ｅ１及びＥ２とアンカーパッド（図示省略）とを備える。装置は２つのグループのセルを備え、それぞれが互いに対向する向きに偏向可能である（図７、８の技術と同様の技術を使用）。任意の好ましいサイズの装置を製造するためには、より多くのセルが追加される。装置は初期的には平坦で、起動させると変形するが、本実施例ではＸＺ面において実質的に２本の軸に沿って収縮する。図２５Ａ〜２９で図示したものと同様の適当な電気接続が使用される。その他の詳細は、図１２ａ〜１３ａの実施例と同様である。
【０１０６】
さらに、複数の単軸装置を使用して複軸長さ収縮装置が提供される。例えば、そうした装置は、徐々に半径の拡大する１つ又は複数の虚同心円の周縁を横切って外側へ放射状に配置された多数のＥ２電極を有する共通Ｅ１電極をＸＺ面に備える。各セットは自身の円を横切るように設置され、隣接する内側および外側のセットと対向する向きに偏向し、放射状の収縮をもたらす。
【０１０７】
装置２６０の応用には、２Ｄアクチュエータ用の２Ｄ直線運動と、人工筋肉と、可変／可制御スチフネスを有する膜と、２Ｄセンサとが含まれる。
【０１０８】
装置２５０と２６０の双方において、印加される荷重は負荷スプリング形または負荷マウント形で、停止時に即座に復帰するか、あるいは、２つの装置は対向する向きに引っ張られる。
【０１０９】
例えば互いに９０度の角度になるよう配置され、各々が実質的に単軸に沿って収縮できる２つまたはそれ以上の２５０のようなタイプの装置を使用して、その他の面内直線運動装置が製造される。
【０１１０】
例えば、三次元（３Ｄ）運動のように面内及び／面外装置の両方を備えて複合的運動を生成する複合装置が製造される。例えば、実質的に直線的な３Ｄ運動の可能な膜形装置が製造でき、これはは電極Ｅ１を備え、その上には多数のセットの電極Ｅ２が取り付けられ、複軸については面内運動を生じ、単軸については、一部、面外運動を行う。各セットは、独立して制御可能である。これは、ロボティクス、位置決め、アラインメント、３Ｄ光学的ステージ等に応用される。
【０１１１】
２５０の装置は、例えば、人工筋肉、ソレノイド、静電式コムドライブ、サーマルアクチュエータ交換など単軸又は複軸の運動が求められる多くのケースで使用される。その他の実施例では、例えば、アクチュエータからのリンケージが接続する場所にオフセット・ピンを有し、アクチュエータの線形運動によって車輪の回転が伝わる回転輪をクランクさせることで、線形変位または線形運動を回転運動に変換させる。２つのこうしたアクチュエータを互いに９０度になるよう配置することで、適当な電圧信号で駆動する場合（例えば、９０度の位相外れ正弦波）、車輪に連続回転を生じさせる。車輪は歯を有し、噛合するその他の車輪／歯車に荷重を駆動させる。
【０１１２】
複合装置のその他の形態は、面内偏向か面外偏向かを表示するタイプの２つ以上の静電装置を備える一次元アレイ（例えば、線形または収縮）又は二次元アレイ（例えば、線形または角度付き）を含み、様々な応用例で使用できる。例えば、各装置は無線通信用の送受信アンテナや電磁放射線の管理、伝達、感受用の光学的アレイなどのエレメントの走査を実現させる。また、これらは、音波などの信号検知に使用され、装置の作動バージョンが、装置の感知バージョン、あるいは、その他のセンサの管理と走査とを受信範囲にわたって行い、最良の受信条件を達成する。
【０１１３】
その他の実施例においては、アクチュエータとして設定された１つ又は複数の装置が並列、直列、又はその両方の組合せで同じ面に接続する。あるいは、単軸又は複軸について可動する２つまたはそれ以上のアクチュエータ装置が異なる平衡面で互いに積み重なりあって、適切に支持され（例えば、適当な素材による付加的な支持部材／サポートポスト及び／又は可撓シート又は可撓ラミネートを使用）、隣接の装置では互いの偏向を妨害することなく互いに積み重なり、その結果、より大きな出力が得られるなど、装置の性能が改善される。
【０１１４】
その他の積み重ね型実施例では、１つのアクチュエータ（例えばトップアクチュエータ）がカンチレバー型など別のタイプであることを除いて図６の装置と同様のものを具備する。ブリッジ型とカンチレバー型装置では、互いに対向する向きに偏向されるため、この実施例では両方とも同じ方向に動いて、より大きな出力を生成できるようにした。
【０１１５】
電気的相互接続
セルや、様々な部材間、装置間において、対応する電極の電気的接続／相互接続は、多様な技術をもって確立され、そのうちのいくつかは、図１、４、２５Ａ〜２６Ｃに図示されている（分かりやすくするために、これらの図には第１電極Ｅ１が省略されている）。これらは単軸装置として示されているが、当業者であれば、例えば、装置全体に適切な電気的接続の経路を設けるか分布するかして、容易に複軸装置や複合装置に適用または応用できる。これらの接続は、好ましくは、装置の望ましい性能と逆行するような影響を与えず、あるいは、有用な偏向や装置のベースサポートからの伸長を不都合に制限することなく、相対的に柔軟性をもって確立される。こうした接続には、当業者にとって公知の素材や技術が使用でき、例えば、電極Ｅ１やＥ２と同じ材質、または適当な厚みと寸法の金属のレイヤーといったその他の材質が使用できる。相互接続は、セル間、セルの側部、上下に設けられる。適当な位置に自由に吊り下げたり、支持する（例えばスペーサ３により）ことで逆の極性を備えた電極との接触を防げる。普通、セルの電極Ｅ１は連続部材として既に接続されているが、（複合装置のように）未接続の場合は、Ｅ２で説明したような適当な方法を用いる。
【０１１６】
図２５Ａにおいて、ブリッジ型装置２００は多数のセルを備え、電極Ｅ２は可撓部材２０１によって相互接続する。部材２０１は、接続２０２を介して先行セル内の電極Ｅ２を、接続２０３を介して後続セルの電極Ｅ２に接続させる。図２５Ｂと２５Ｃは、部材２１３と共に、又は、図２５Ｃの部材２１４と共に部材２１１と２１２とを備えたその他の接続例を示す。
【０１１７】
図２５Ａは２０５と２０７及び／又は２０４と２０６といったセルの側部に配置された別の接続例を図示する。後者の１つ又は複数の接続は、１つ又は複数の装置への接続を容易にするのに使用され、特に複合装置においては、当業者に公知の技術による装置内電気的接続を容易にする。
【０１１８】
図２６Ａは、部材２２１を使用して、先行セル内のポイント２２２にある電極Ｅ２を後続セル内のポイント２２３にある電極Ｅ２に接続させるカンチレバー型装置の可撓接続の実施例を示す。図２６Ｂ及び２６ｃにおける部材２３１又は２３２はそれぞれ、図２６Ａの２２１に代わる接続を示す。
【０１１９】
図２６Ａは、さらに、図２５Ａに示したものと同様の機能を有する接続２２５と２２７と、及び／又は装置の側部に設けられた接続２２４、２２６の１つ又は複数を示す。
【０１２０】
図２８と２９は装置の側部に設けられた電気接続を実行する２つの実施例と、それがどう実行され、支持されるかを示す装置の断面図である。図２８は独立した接続部材２３５（部材２０４、２０６及び２２４、２２６に類似）を図示し、図２９はその他の電極（例えばＥ１）の材質の一部をどう利用して部材２３６を介して電極Ｅ２（あるいは逆）と相互接続するかを示す。
【０１２１】
図２７Ａ〜２７Ｅはブリッジ型のセルの異なる実施例を示す。これらは、図１の装置１０における部材１、２、３と同様、全て第１及び第２部材６１と６２、及び絶縁部材６３を含む。部材６２と６４は１つまたは２つの部材を構成し、同じまたは異なるスチフネスと、厚みと、材質を有する。部材６２は図２７Ｄに示すように湾曲している。図２７Ｅは電極規模の重複６８をもたらすブリッジ式の接続を示す。
【０１２２】
電気的相互接続は装置の上下何れかに配置され、好ましくは電極Ｅ２の上に適切に支持され、（セル間の適当な可撓部材と共に）装置に沿って伝えられる。それにより、電気的接続が１つ又は複数の装置に供給され、及び／又は１つ又は複数の付加的な装置が実行／動作／偏向する。個々の装置をこの手法で個別に起動させることができる。
【０１２３】
基板に恒久的に固定する代わりに、製造後に装置を基板から外して、（例えば複合装置など）望ましい形態に組立てて代用のサポートに取り付けたり、または、個別に使用したりできる。
【０１２４】
取り外した装置は引き続き荷重（又はサポート）に結合させる（例えば、接合又はガイドにより）。いくつかの実施例においては、静電装置は如何なる基板にも結合せず、可撓リード線を介して単に電源に接続する。
【０１２５】
製造
本書に記載したＭＥＭＳ又はＭＯＥＭＳ（マルチユーザＭＥＭＳプロセス“ＭＵＭＰ”など）、ＩＣ及び半導体プロセス、マイクロ電子及びシリコンプロセス、ＬＩＧＡ／Ｓ−ＬＩＧＡ、薄型フィルム、電気めっき、印刷プロセスによるシリコン、ガラス、プラスチックまたはその他の基板への製造、を含む装置を製造するのに当業者に公知の任意の工程と材質が使用される。
【０１２６】
図３０Ａ〜３０Ｃは、標準的なマイクロ電子技術と処理を用いて、図１の装置１０と同様の上向き偏向装置のパーツを製造する主要ステップを例示する。クロノス総合マイクロシステムなどの標準ＭＵＭＰプロセスのいくつかは、標準として、２層の可動構造ポリシリコンレイヤー間の機能的な絶縁層をすぐには提供しない。この付加的な層は、以下に説明するように製造工程の適当なステージで形成される。
【０１２７】
製造プロセスは、例えばＬＰＣＶＤで溶着し、必要に応じてその後、ポリシリコン層２７８ｂを溶着して成形する窒化珪素層２７８ａを通常有するシリコン基板２７０から始まる。次に、第１防食層２７５（リン化シリケートガラス“ＰＳＧ”など）が、例えばＬＰＣＶＤによって溶着され、任意に成形される。第１構造ポリシリコン層２７２が次に溶着、ドープ処理、焼きなましされ、第２部材Ｅ２の望ましい基本型に従って成形される。第２腐食層２７６（ＰＳＧなど）が例えばＬＰＣＶＤによって溶着される。フォトレジスト層２７７が次に敷かれ、開口部２７４が成形される。次に、層２７６の露出部がエッチングされる。次に適当な技術によって絶縁層２７３が溶着され、開口部２７４内にアンカーパッドが形成され、ストリッピング２７７の後で、例えばリフトオフにより２７３の不要部が除去される。層２７３は、好ましくは、腐食層のエッチング液に対して耐性をもつ。第２構造ポリシリコン層２７１が次に溶着、ドープ処理、焼きなましされ、図示するように、第１部材Ｅ１の望ましい基本型に従って成形される。
【０１２８】
標準プロセスでは通常、金など付加的な最上層を使用し、これは付加的な電気的相互接続に使用される。ポリシリコン層は適当にドープ処理され、続いてアルゴンで焼きなましされ、導電性を高め、応力を減少させる。腐食層もアルゴンで焼きなましされて応力を減少させる。
【０１２９】
全ての腐食層は、第１及び第２部材２７１、２７２を開放するために適当なウエットまたはドライエッチング技術によって除去できる。部材２７１、２７２は、成形されたエッチ／アクセスホールを有し、腐食層の除去を助ける。層２７６は、２７３と共に適当に平面化及び／又は水平化され、より平滑で、より水平な層２７１を提供する（例えば、ＳＵＭＭｉＴプロセス）。
【０１３０】
熱酸化または２７７の除去後に層２７２に窒化珪素を形成し、層２７１に溶着などを含めて層２７３を積層させる方法はたくさんある。図３０Ａ〜３０Ｃに示すように、装置は直接基板に結合し、これは図２ａで図示した結合方法に代用できる。後者の結合は層２７２、２７３の下に層２７５を伸長させ、次に、ベースサポートの周囲（もしくは装置全体）で２７５を適当にアンダーエッチングすることで達成される。これに代えて、または、これに加えて、層２７２を溶着する前に、アンカーパッド２７３のそれと同様に別個のベースサポートが形成される。
【０１３１】
Ｅ１とＥ２の間に付加的な絶縁層を設ける必要性を緩和することで、標準クロノス総合マイクロシステムによるＭＵＭＰの製造工程が代わりに使用される。すなわち、代わりに、除去の間、腐食層（例えば、図３０Ａ〜３０Ｃの２７６）の“アンダーエッチング”を利用し、パーツをアンカーパッドとして残す。アンダーエッチングは、基本的に腐食層（例えば、図３０Ａの２７５、２７６）の制御可能な、又は、選択的なエッチングに依存するので、エッチング工程はアンカーパッド除去の不足を解消させる。必要に応じて、アンカーパッドの位置を適当な技術（例えば、イオンビーム、ドーピング処理など）で付加的に処置して、エッチングへの耐性を増すことができる。エッチングを監視／制御するために、適当なエッチ深さ検出技術（手動／自動）が使用される。この“アンダーエッチング”方法は、関連する層を適正なサイズにしたり、及び／又は、アンカーパッドにより長いエッチング路を設けるために、リップ、オーバーハング、アクセスホール（例えば、Ｅ１／Ｅ２）を提供することで容易になる。
【０１３２】
２つ又は３つの可動電極装置を製造するのに、サンディアのＳＵＭＭｉＴ、ＳＵＭＭｉＴ  Ｖなどの３層構造ポリシリコン部材を有する別のプロセスが使用される。図６の実施例と類似の両方向３電極装置が製造される。また、平衡に設けた２つの装置もこの方法で製造される。３番目の構造ポリシリコンは、必要に応じて、アクチュエータの上（又は付近）に図１４〜１９におけるミラーを形成するなど、付加的な目的のために利用される。
【０１３３】
ここに開示する装置は低駆動電圧で動作し、従って、ＣＭＯＳ、ＣＭＯＳとＭＥＭＳまたはポストＣＭＯＳ、ＢｉＣＭＯＳなどの技術や標準または改良ＩＣプロセスを使用した駆動回路や電子回路と一体に集積される。これにより、駆動回路及び制御回路の統合によるスマートアクチュエータとセンサが実現される。可動部材やアンカーパッド用の伝導層（金属被覆及び／又はポリシリコン）や絶縁層をそれぞれ１つ又は複数使用することを含む、当業者に公知の適当な方法や技術が広く使用される。
【０１３４】
ポンプ、感圧センサ、真空装置、及び流体装置など真空キャビティを必要とするアプリケーションにおいて、Ｅ１にアクセスホールを設けることは望ましくない。その代わり、Ｅ２のみにアクセスホールを設けることでＥ１に到達する効果的な経路が提供される。ドライリリース樹状素材のように加熱すると固体から、直接、蒸気に分解するな素材を用いるなど、その他の代替周知技術を使用して腐食層が除去される。
【０１３５】
良好な層の接着は、付加的な１つ又は複数の接着増進層および技術を含む任意の適当な周知技術によって達成される。大部分のＭＥＭＳ装置同様、層の取り外しを容易にするために、例えば、製造中にへこみを設ける、及び／又は、装置の使用中バンパのように機能するといった、裏に接着剤を用いない任意の先行技術が使用される。
【０１３６】
熱応力や真性応力が任意の相応しい先行技術によって取り扱われ、制御される。
【０１３７】
図２０の実施例に示したような可撓素材の付加的な膜が、ほこりや湿気などを対象にした環境保護のために使用され、装置に取り付けられて、移動や偏向を行う。
【０１３８】
マイクロステレオ・リソグラフィの“ＭＳＬ”製造は、特に、垂直に重ねられた装置や基板に対して直角に配置された装置にも使用される。
【０１３９】
第１部材Ｅ１（又はＥ２）及び／又は荷重部材（例えば図１４のミラー）は、例えばバルクマイクロ加工プロセス、あるいは、表面マイクロ加工プロセスとバルクマイクロ加工プロセスとの組合せにより単結晶シリコンから作られる。
【０１４０】
上記説明は、記載した実施例が教示する本発明の効果及び特徴を基にしている。
【０１４１】
アクチュエータだけでなく、本書に記載の装置も、単軸又は複軸について偏向可能な機械電気変換器およびセンサとして使用される。機械的偏向Ｄは、感知目的に使用できる電極Ｅ１とＥ２間の容量値ｄ（Ｃ）に変化を生じさせる。作動バージョン同様、相対的に大きな作用面積およびキャパシタンスと組合せて、電極Ｅ１、Ｅ２の緊密な近接性を維持することで、マイクロフォン、感圧／出力センサ、慣性センサ、加速度計、及びジャイロスコープなど多くのアプリケーションで役立つ良好な感度が得られる。装置上に作動と感知それぞれ別個の専用セクションを設けて、同じ装置が作動と感知の両方の機能を実行する。もしくは、同じ装置を時分割によって違う時にアクチュエータ又はセンサとして使用したり、あるいは、当業者に公知の技術を用いて同時に両方の機能を果たすようにもできる。従って、アクチュエータの動き及び位置が感知、計測、及び／又はフィードバックループで使用され、光ファイバＯＸＣなど多くのアプリケーションで見られるように、チャンネル間の光ビームを正確に検知・操縦するために、また、最適な操縦条件を動的に維持するために、アクチュエータ位置が制御、維持される。その他のアプリケーションには、力平衡の感知技術及び装置が含まれる。
【０１４２】
アクチュエータやセンサ型の装置はそれぞれ個別に性能最適化パラメータを備える。さらに、集積された電子回路及び論理回路を備え、スマートセンサ及びアクチュエータを実現する。また、１つ又は複数のセンサが１つ又は複数のアクチュエータに取り付けられる。センサの感度は、多くの公知技術により最適化又は制御される。そうしたセンサ装置は本来、両方向性で、前方または後方の何れかの向きに移動する時にｄ（Ｃ）を生じるが、両者の値は等価ではない。等価の値ｄ（Ｃ）を得るために、本書で述べた両方向アクチュエータに類似の両方向センサが使用される（例えば、図６のアクチュエータ）。所定の感知アプリケーションにおいては、Ｅ１、Ｅ２の少なくとも一方がテフロン（登録商標）またはＰＶＤＦ等のエレクトレット素材であるか、これを備える。
【０１４３】
本書に記載した装置は、アナログまたはデジタル形式で任意の電圧で操作され、スマート駆動回路及び電子回路、または、オンボード駆動回路及び電子回路を使用し、既知の電圧対偏向線形化技術を用いている。これらの又はその他の技術を使用して、共振か非共振の何れか、任意の振動数、振動モード、あるいは、交流モードで装置が駆動される。例えば、共振またはこれに近い交流駆動は偏向をより高め、いくつかのアプリケーションで好都合である。
【０１４４】
例えば、過度の電圧（スナップダウン、スナップオーバー、又はプルイン現象）に起因する電極Ｅ１、Ｅ２間の接触を阻止するために、任意の偏向領域伸長（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−ｒａｎｇｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）／反崩壊（ａｎｔｉ−ｃｏｌｌａｐｓｅ）技術が使用される。この技術は、個別のセル及び／又は装置全体に適用される。必要に応じて、衝撃を緩和するために、外部制限または停止部材が制動機能／スプリング機能と共に使用される。例えば、装置３０に関連して図示されているストッパ４８やブリッジ型の装置における類似のストッパ（例えば中央部に配置）が使用される。好ましくは、電極Ｅ１、Ｅ２は鋭いポイントや突起のない平滑な表面を有して、高電界における電圧の降伏を防止する。
【０１４５】
起動装置に収容された静電エネルギーの一部は、適当な技術により、偏向前の状態に復帰した後に回復する。装置は光電装置などのオンボード発電器によって起動される。
【０１４６】
各装置は同一の又は異なるセルを使用する。形状及び、長さ、厚み、ピッチ、スチフネス、及び／又は材質などの寸法は、同じ１つの装置内のセルであっても、同じであったり、違っていたりする。例えば、装置の一方の端から他方の端に行くに従って、セルの幅が徐々に狭まり、これは、装置内の荷重分布法、及び／又は、出力荷重へのエネルギーの供給を改善する。別の実施例では、各セルは最適な荷重駆動のために出力／エネルギーの分配を取り扱う。その他の実施例では、装置のサポート又は荷重に近いセルが異なり、強化されるか、あるいは、その作業用に最適化される。
【０１４７】
第１及び第２電極の任意の相応しく、好ましいスチフネス（ｋ１、ｋ２）値及び／又は両者の比率が使用される（例えば、ｋ１？ｋ２、ｋ１？ｋ２、ｋ１＝ｋ２）。ｋ２／ｋ１の比率が１より大きいと最大有効偏向Ｄｍａｘが増大する（スナップダウンに先駆けて）。その他のパラメータの中で、ｋはｔ、材質のタイプ、機械的性質、求められる有効幅及びリッジ、又は適当な方向に沿った溝によって制御される。セルのアスペクト比（長さに対する幅）は、任意の望ましい値をとる。厚みｔに加えて、例えば、幅に沿って穴又はスリットを設けてｋ１、ｋ２の値を減らし、又はリッジや溝を設けてｋ１、ｋ２の値を増やすなど、部材の有効幅を制御することにより有効スチフネスｋ値がその他の多様な方法で制御される。セル内の有効スチフネス値ｋは変数であり、必要に応じて、例えばサポートポスト近辺で変位し、装置の偏向と性能をさらに制御／促進させる。さらに、電極Ｅ１は、望ましい偏向を生じるために、スリット又は穴を設ける。寸法、特性、及びサポートポスト間の空間（例えば、幅に沿って）は、望ましい性能を得るために適宜選択される。
【０１４８】
隣接セル同士の重複（図１の実施例参照）は、Ｄ及び／又はＦの規模を制御し、これに影響する。任意の適当な値を取る。
【０１４９】
本書に記載した装置の第１及び第２部材間の介在スペースは空気を含むか、真空か、次のうち１つ又は複数を含む：気体、流体、ゲル、又は変形可能な固体。
【０１５０】
有効な作業／エネルギーは、ほぼ、第１電極によって提供され、従って、これは適切な強度及び特性を備える。装置の支持部又は荷重などいくつかの位置において付加的な層（例えば、３又はＥ２）によって強化される。
【０１５１】
基板面に対して平衡な偏向、すなわち、横方向に偏向を生じる装置は、基板に対して直角な平面に装置を設ける製造工程を使用することで製造される。
【０１５２】
特別な言及はしないものの、いくつかの実施例において、特に、電極が異なる方法で操作されるか、及び／又はオン・オフ切換えの連続とタイミングで操作される場合、電源を制御するための制御ユニットを電極Ｅ１とＥ２に設けている（例えば、２つ又はそれ以上の電極Ｅ２が異なる電圧で操作され、電極Ｅ１に異なる偏向効果を生じさせる）。そうした制御ユニットの構造と特徴は、電気制御の当業者にとっては自明のことなので、本明細書では説明しない。
【０１５３】
当業者であれば、本発明のクレームの範囲を逸脱しないで上記の実施例に容易に修正を加えられることは容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
静電駆動器の実施例を示す平面図。
【図２ａ及び２ｂ】
静電駆動器の実施例を示す側面図。
【図３ａ及び３ｂ】
別の静電駆動器の実施例を示す側面図。図３ｂは、偏向位置にあるアクチュエータを示す。
【図４】
別の静電駆動器の実施例を示す平面図。
【図５】
別の静電駆動器の実施例を示す側面図。
【図６〜８】
休止位置に関して対向する２つの向きに偏向できるアクチュエータの３つの異なる実施例を示す側面図。
【図９及び１０】
多数の第２電極を線形配列に設けたアクチュエータの２つの実施例を示す。
【図１１】
複合的な静電装置の別の実施例を示す。
【図１１】
複合的な静電装置の別の実施例を示す。
【図１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ】
２つの別の軸線について偏向可能なアクチュエータの２つの異なる実施例を示す。
【図１４〜１６】
複合的な静電装置の異なる実施例を示す。
【図１７〜２４】
アクチュエータ又はセンサの異なる実施例を示す。
【図２５Ａ〜２６Ｃ】
供給レールと電極間の接続例を示す。
【図２７Ａ〜２７Ｅ】
ブリッジサポートの異なる実施例を示す。
【図２８及び２９】
第１導体と第２導体間の異なる接続例を示す。
【図３０Ａ〜３０Ｃ】
本書に記載したアクチュエータの製造方法の実施例を示す。




【国際調査報告】
2004516783.tif 000049
2004516783.tif 000050