特表 2024-521144 ２つの対向する方向に機械部品を移動させることができる微小電気機械システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-28

(54)【発明の名称】２つの対向する方向に機械部品を移動させることができる微小電気機械システム

(51)【国際特許分類】

   B81B 7/02 20060101AFI20240521BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20240521BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240521BHJP

【ＦＩ】

B81B7/02

H02N11/00 Z

B81B3/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023572233

(86)(22)【出願日】2022-05-20

(85)【翻訳文提出日】2024-01-22

(86)【国際出願番号】 FR2022050963

(87)【国際公開番号】W WO2022243644

(87)【国際公開日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】2105347

(32)【優先日】2021-05-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】507069601

【氏名又は名称】シルマック

【氏名又は名称原語表記】ＳＩＬＭＡＣＨ

(71)【出願人】

【識別番号】594016872

【氏名又は名称】サントル、ナショナール、ド、ラ、ルシェルシュ、シアンティフィク、（セーエヌエルエス）

(71)【出願人】

【識別番号】505335120

【氏名又は名称】ユニベルシテ、ド、フランシュ‐コント

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＤＥ ＦＲＡＮＣＨＥ－ＣＯＭＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100202429

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 信人

(72)【発明者】

【氏名】ティエリー、コト

(72)【発明者】

【氏名】パトリス、ミノッティ

(72)【発明者】

【氏名】ジル、ブルボン

(72)【発明者】

【氏名】パトリス、ル、モール

【テーマコード（参考）】

3C081

【Ｆターム（参考）】

3C081AA11

3C081BA07

3C081BA22

3C081BA29

3C081BA33

3C081BA41

3C081BA44

3C081BA48

3C081BA52

3C081BA53

3C081CA03

3C081CA14

3C081DA03

3C081DA04

3C081DA27

3C081DA30

3C081EA21

3C081EA41

3C081EA45

(57)【要約】

本発明は、駆動モジュール（２００）を備える微小電気機械システム（１０）に関し、駆動モジュール（２００）は、固定駆動部分（２１０）と、可動駆動部分（２２０）と、
サスペンション（２３０）と、を備え、可動駆動部分（２２０）が、サスペンション（２３０）の弾性変形を生じさせる静電気力の結果として、固定駆動部分（２１０）に対して第１の方向（Ａ）に移動することができ、可動駆動部分（２２０）が、サスペンション（２３０）によって生成される弾性復帰力の結果として、固定駆動部分（２１０）に対して第１の方向（Ａ）とは反対の第２の方向（Ｂ）に移動することができ、アクチュエータ（１１）はまた、サスペンション（２３０）によって生成された弾性力が相殺されないように、第２の方向（Ｂ）への第１の可動部分（２２０）の移動を制限するストッパ（２４）を備える。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持体（６）およびアクチュエータ（１１）を備える微小電気機械システム（１０）であって、前記アクチュエータ（１１）は駆動モジュール（２００）を備え、前記駆動モジュール（２００）は、
前記支持体（６）に固定して取り付けられた固定駆動部分（２１０）と、
前記支持体（６）に対して移動可能に取り付けられた可動駆動部分（２２０）と、
前記可動駆動部分（２２０）を前記支持体（６）に接続するサスペンション（２３０）と、を備え、
前記固定駆動部分（２１０）と前記可動駆動部分（２２０）との間の非ゼロ電圧の印加によって生じる静電気力の結果として、前記可動駆動部分（２２０）が前記固定駆動部分（２１０）に対して第１の方向（Ａ）に移動することができ、前記固定駆動部分（２１０）に対する前記可動駆動部分（２２０）の前記移動が、前記サスペンション（２３０）の弾性変形を生じさせ、
前記印加電圧が低下したときに、弾性変形した前記サスペンション（２３０）により生じた弾性復帰力が前記静電気力に抗する結果として、前記可動駆動部分（２２０）が、前記固定駆動部分（２１０）に対して前記第１の方向（Ａ）とは反対の第２の方向（Ｂ）に移動することができ、
前記アクチュエータ（１１）がまた、前記サスペンション（２３０）によって生じる前記弾性力がゼロになる休止位置への前記第２の方向（Ｂ）への前記第１の可動駆動部分（２２０）の移動を防止するストッパ（２４０）を備える、微小電気機械システム（１０）。

【請求項2】

初期非ラッチ構成と最終ラッチ構成との間で移動可能なラッチ機構（５００）を備え、前記ラッチ機構の前記初期非ラッチ構成から前記最終ラッチ構成への移行が、前記ストッパ（２４０）が前記第１の可動駆動部分（２２０）の前記休止位置への移動に対する障害物ではない前記ストッパ（２４０）の初期位置から、前記ストッパ（２４０）が前記第１の可動導出部（２２０）の前記休止位置への移動を妨げる前記ストッパ（２４０）の最終位置への、前記ストッパ（２４０）の移動を生じさせる、請求項１に記載のマイクロシステム。

【請求項3】

前記ラッチ機構（５００）が、前記ストッパ（２４０）に接続された少なくとも１つの第１のスナップ係止ラグ（５１２）と、前記支持体（６）に接続された第２のスナップ係止ラグ（１１２）と、を備え、前記第１のスナップ係止ラグ（５１２）が、前記ラッチ機構（５００）が前記最終ラッチ構成にあるときに前記第２のスナップ係止ラグ（１１２）と係合することができる、請求項２に記載のマイクロシステム。

【請求項4】

前記第１のスナップ係止ラグ（５１２）が前記第２のスナップ係止ラグ（１１２）と係合すると、前記第１のスナップ係止ラグ（５１２）および前記第２のスナップ係止ラグ（１１２）が、前記ラッチ機構が前記初期非ラッチ構成に戻るのを防止する、請求項３に記載のマイクロシステム。

【請求項5】

前記ラッチ機構（５００）がタペット（５１０）を備え、前記タペット（５１０）が、前記可動駆動部分（２２０）が前記固定駆動部分（２１０）に対して前記第１の方向（Ａ）に初めて移動するときに、前記可動駆動部分（２２０）が前記タペット（５１０）を前記第１の方向に押すように配置され、これが、前記ラッチ機構（５００）を前記初期非ラッチ構成から前記最終ラッチ構成に移行させる効果を有する、請求項２から４のいずれか一項に記載のマイクロシステム。

【請求項6】

前記ラッチ機構（５００）が、前記タペット（５１０）を前記支持体（６）に接続する可撓性ビーム（５２０）を備え、前記タペット（５１０）の前記第１の方向（Ａ）への前記移動の結果として、前記可撓性ビーム（５２０）が変形される、請求項５に記載のマイクロシステム。

【請求項7】

前記固定駆動部分（２１０）が、フィンガ（２１３）を有する固定コーム（２１１）を備え、前記可動駆動部分（２２０）が、フィンガ（２２３）を有する可動コーム（２２１）を備え、前記可動コーム（２２１）が前記固定コーム（２１１）に面して配置され、前記ラッチ機構（５００）が前記初期非ラッチ構成にあるときには、前記可動コーム（２２１）の前記フィンガ（２２３）が前記固定コーム（２１１）の前記フィンガ（２１３）間に係合されず、前記ラッチ機構（５００）が前記最終ラッチ構成にあるときには、前記可動コーム（２２１）の前記フィンガ（２２３）が前記固定コーム（２１１）の前記フィンガ（２１３）間に係合される、請求項２から６のいずれか一項に記載のマイクロシステム。

【請求項8】

前記アクチュエータ（１１）が係合モジュール（３００）を備え、前記係合モジュール（３００）が、
前記支持体（６）に固定して取り付けられた固定係合部分（３１０）と、
前記支持体（６）に対して移動可能に取り付けられた可動係合部分（３２０）と、
前記可動係合部分（３２０）を前記支持体（６）に接続する第２のサスペンション（３３０）と、を備え、
前記固定係合部分（３１０）と前記可動係合部分（３２０）との間の非ゼロ電圧の印加によって生成される静電気力の結果として、前記可動係合部分（３２０）が、前記可動駆動部分（２２０）の前記移動に対して垂直に、前記固定係合部分（３１０）に対して第３の方向（Ｃ）に移動することができ、前記固定係合部分（３１０）に対する前記可動係合部分（３２０）の前記移動が前記第２のサスペンション（３３０）の弾性変形を生じさせ、
前記印加電圧が低下したときに、弾性変形した前記第２のサスペンション（３３０）により生じた弾性復帰力が前記静電気力に抗する結果として、前記可動係合部分（３２０）が、前記固定係合部分（３１０）に対して前記第３の方向（Ｃ）とは反対の第４の方向（Ｄ）に移動することができる、請求項１から６のいずれか一項に記載のマイクロシステム。

【請求項9】

前記駆動モジュール（２００）によって前記第１の方向（Ａ）および前記第２の方向（Ｂ）に選択的に移動することができ、かつ、前記係合モジュール（３００）によって前記第３の方向（Ｃ）および前記第４の方向（Ｄ）に選択的に移動することができる駆動歯（１１６）を備え、前記駆動歯（１１６）が歯車（１２）を回転駆動するための前記歯車（１２）の連続する歯（１１２）と噛み合う周期的な移動で前記駆動歯（１１６）を移動させるように、前記駆動モジュール（２００）および前記係合モジュール（３００）が制御され得る、請求項８に記載のマイクロシステム。

【請求項10】

前記アクチュエータ（１１）が割り出しモジュール（４００）を備え、前記割り出しモジュール（４００）が、
前記支持体（６）に固定して取り付けられた固定割り出し部分（４１０）と、
前記支持体（６）に対して移動可能に取り付けられた可動割り出し部分（４２０）であって、前記可動割り出し部分（４２０）が、前記可動割り出し部分（４２０）を前記支持体（６）に接続する第３のサスペンション（４３０）を備え、前記可動割り出し部分（４２０）が、前記固定割り出し部分（４１０）と前記可動割り出し部分（２２０）との間の非ゼロ電圧の印加によって生じる静電気力の結果として、前記可動駆動部分（４２０）の前記移動に対して垂直に、前記固定割り出し部分（４１０）に対して第３の方向（Ｃ）に移動することができ、前記可動割り出し部分（４２０）の前記固定割り出し部分（４１０）に対する移動が、前記第３のサスペンション（４３０）の弾性変形を生じさせる、可動割り出し部分（４２０）と、を備え、
前記印加電圧が低下したときに、弾性変形した前記第３のサスペンション（４３０）により生じた弾性復帰力が前記静電気力に抗する結果として、前記可動割り出し部分（４２０）が、前記固定割り出し部分（４１０）に対して前記第３の方向（Ｃ）とは反対の第４の方向（Ｄ）に移動することができる、請求項１から９のいずれか一項に記載のマイクロシステム。

【請求項11】

前記割り出しモジュール（４００）によって前記第３の方向（Ｃ）および前記第４の方向（Ｄ）に選択的に移動することができる割り出し歯（１２０）を備え、前記割り出し歯（１２０）が歯車（１２）の歯（１２１）と係合して前記歯車（１２）の回転を防止し、および前記歯車（１２）の前記歯（１２１）から係合解除されて前記歯車（１２）の回転を可能にする交互の動きで前記割り出し歯（１２０）を駆動するように、前記割り出し歯モジュールが制御され得る、請求項１０に記載のマイクロシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微小電気機械システムの分野に関する。

【背景技術】

【0002】

微小電気機械システム（またはＭＥＭＳ）は、半導体材料をエッチングすることによって製造される小型システムである。これらのマイクロシステムは、マイクロメートル寸法を有する機械部品を備え、動作のためのエネルギー源として電気を使用する。

【0003】

仏国特許出願公開第２８７４９０７号明細書は、例えば、シリコンなどの半導体材料のチップをエッチングすることによって形成された駆動デバイスを記載している。駆動デバイスは、歯車と順次係合することができる駆動歯と、駆動歯を第１の軸（半径方向軸）に沿って移動させることができる第１の要素モジュールと、歯車に対して歯を第２の軸（接線方向軸）に沿って移動させることができる第２の要素モジュールとで構成されるアクチュエータと、を備える。第１の要素モジュールおよび第２の要素モジュールは、互いに噛み合うコームからなる構造を有する静電モジュールである。

【0004】

第１の要素モジュールおよび第２の要素モジュールは、ヒステリシス軌道を有する周期的な運動で駆動歯を動かすように、位相シフトされた交互のアドレス指定信号によって制御される。この周期的な移動の間、駆動歯は駆動位相と係合解除位相とを交互に繰り返す。各サイクルにおいて、駆動歯は歯車の歯と係合し、歯車を１ステップ回転させる。駆動歯が歯車の連続する歯と係合し、その結果、歯車を段階的な回転運動で駆動するように、サイクルが繰り返される。

【0005】

駆動位相の間、駆動歯は、互いに噛み合ったコームによって生成された静電気力の結果として第１の方向に移動する。一方、係合解除位相中、駆動歯は、噛み合ったコームのサスペンションによって生成される弾性復帰力の結果として、第１の方向とは反対の第２の方向に移動する。

【0006】

このタイプの駆動デバイスは、従来の時計モータに代えて時計機構の歯車を駆動するために使用することができ、一般に、歯車を回転駆動するのに必要な機械部品の数を減らすことができるという利点を有する。

【0007】

しかしながら、このデバイスは、一般に、歯車を２つの回転方向に駆動することを可能にしない。

【0008】

実際、歯車が第１の回転方向（例えば時計回り）に１ステップ回転することを可能にする駆動力は、第２の静電モジュールの互いに嵌合するコーム構造によって生成される静電気力から生じる。一方、第２の静電モジュールのサスペンションによって生じる弾性復帰力は、歯車を第１の回転方向とは反対の第２の回転方向（例えば反時計回り）に回転させるには不十分である。実際、第２の静電モジュールがその初期位置に近づくほど、これらの弾性復帰力は減少する。第２の静電モジュールが初期位置にあるとき、弾性復帰力はゼロである。したがって、弾性復帰力は、歯車を１ステップ移動させるのに十分ではない。

【0009】

しかし、特定の用途、特に時計工学の分野では、ホイールを第１の回転方向（例えば時計回り）および第１の回転方向とは反対の第２の回転方向（例えば反時計回り）に選択的に駆動できることが望ましい。

【0010】

歯車を両方の回転方向に駆動することができるようにするために、１つの解決策は、２つの別個の駆動デバイス、すなわち、第１の回転方向にホイールを駆動するように制御される第１の駆動デバイスと、第２の回転方向にホイールを駆動する第２の駆動デバイスと、を提供することである。

【0011】

しかし、２つの駆動デバイスの使用は、機械システムのかさを増加させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】仏国特許出願公開第２８７４９０７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明の１つの目的は、バルクを低減しながら、例えば歯車などの機械部品を選択的に２つの反対方向に移動させることを可能にする微小電気機械システムを提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

この目的は、支持体およびアクチュエータを備える微小電気機械システムによる本発明の範囲内で達成され、アクチュエータは駆動モジュールを備え、駆動モジュールは、
支持体に固定して取り付けられた固定駆動部分と、
支持体に対して移動可能に取り付けられた可動駆動部分と、
可動駆動部分を支持体に接続するサスペンションと、を備え、
固定駆動部分と可動駆動部分との間の非ゼロ電圧の印加によって生じる静電気力の結果として、可動駆動部分が固定駆動部分に対して第１の方向に移動するように適合され、固定駆動部分に対する可動駆動部分の移動が、サスペンションの弾性変形を生じさせ、
印加電圧が低下したときに、弾性変形したサスペンションにより生じた弾性復帰力が静電気力に抗する結果として、可動駆動部分が、固定駆動部分に対して第１の方向とは反対の第２の方向に移動することができ、
アクチュエータがまた、サスペンションによって生じる弾性力がゼロになる休止位置への第２の方向への第１の可動部分の移動を防止するストッパを備える。

【0015】

ストッパは、サスペンションによって生成される弾性復帰力がゼロにならない可動駆動部分の移動範囲を画定することを可能にする。

【0016】

ストッパの位置は、サスペンションによって生成される弾性復帰力の強度が所定の非ゼロ値よりも大きいままであるように選択することができる。

【0017】

したがって、アクチュエータは、静電気力に起因して機械部品を第１の方向に移動させるように選択的に制御され、弾性復帰力に起因して機械部品を第２の方向に移動させるように形成することができる。

【0018】

この微小電気機械システムにより、歯車を第１の回転方向および第２の回転方向の両方に駆動するために単一のアクチュエータのみを使用することが可能である。

【0019】

微小電気機械システムはまた、以下の特徴を有することができる。

【0020】

マイクロシステムは、初期非ラッチ構成と最終ラッチ構成との間で移動可能なラッチ機構を備え、ラッチ機構の初期非ラッチ構成から最終ラッチ構成への移行が、ストッパが第１の可動駆動部分の休止位置への移動に対する障害物を形成しないストッパの初期位置から、ストッパが第１の可動導出部の休止位置への移動を妨げるストッパの最終位置への、ストッパの移動を生じさせる。

【0021】

ラッチ機構が、ストッパに接続された少なくとも１つの第１のスナップ係止ラグと、支持体に接続された第２のスナップ係止ラグとを備え、第１のスナップ係止ラグが、ラッチ機構が最終ラッチ構成にあるときに第２のスナップ係止ラグと係合することができる。

【0022】

第１のスナップ係止ラグが第２のスナップ係止ラグと係合すると、第１のスナップ係止ラグおよび第２のスナップ係止ラグが、ラッチ機構が初期非ラッチ構成に戻るのを防止する。

【0023】

ラッチ機構がタペットを備え、タペットが、可動駆動部分が固定駆動部分に対して第１の方向に初めて移動するときに、可動駆動部分がタペットを第１の方向に押すように配置され、これが、ラッチ機構を初期非ラッチ構成から最終ラッチ構成に移行させる効果を有する。

【0024】

ラッチ機構が、タペットを支持体に接続する可撓性ビームを備え、タペットの第１の方向への移動の結果として、可撓性ビームが変形される。

【0025】

固定駆動部分がフィンガを有する固定コームを備え、可動駆動部分がフィンガを有する可動コームを備え、ラッチ機構が初期非ラッチ構成にあるときに、可動コームのフィンガが固定コームのフィンガの間に係合されないように、可動コームが固定コームに面して配置され、ラッチ機構が最終ラッチ構成にあるときに、可動コームのフィンガが固定コームのフィンガ間に係合される。

【0026】

アクチュエータが係合モジュールを備え、係合モジュールが、
支持体上に固定して取り付けられた固定係合部分と、
支持体に対して移動可能に取り付けられた可動係合部分と、
可動係合部分を支持体に接続する第２のサスペンションと、を備え、固定係合部分と可動係合部分との間の非ゼロ電圧の印加によって生成される静電気力の結果として、可動係合部分が、可動駆動部分の移動に対して垂直に、固定係合部分に対して第３の方向に移動することができ、固定係合部分に対する可動係合部分の移動が第２のサスペンションの弾性変形を生じさせ、
印加電圧が低下したときに、弾性変形した第２のサスペンションにより生じた弾性復帰力が静電気力に抗する結果として、可動係合部分が、固定係合部分に対して第３の方向とは反対の第４の方向に移動することができる。

【0027】

マイクロシステムは、駆動モジュールによって第１の方向および第２の方向に選択的に移動することができ、かつ、係合モジュールによって第３の方向および第４の方向に選択的に移動することができる駆動歯を備え、駆動歯が歯車を回転駆動するために歯車の連続する歯と噛み合う周期的な移動で駆動歯を移動させるように、駆動モジュールおよび係合モジュールが制御され得る。

【0028】

アクチュエータは割り出しモジュールを備え、割り出しモジュールは、
支持体に固定して取り付けられた固定割り出し部分と、
支持体に対して移動可能に取り付けられた可動割り出し部分であって、可動割り出し部分を支持体に接続する第３のサスペンションを備える、可動割り出し部分と、を備え、
可動割り出し部分が、固定割り出し部分と可動割り出し部分との間の非ゼロ電圧の印加によって生じる静電気力の結果として、可動駆動部分の移動に対して垂直に、固定割り出し部分に対して第３の方向に移動することができ、可動割り出し部分の固定割り出し部分に対する移動が、第３のサスペンションの弾性変形を生じさせ、
印加電圧が低下したときに、弾性変形した第３のサスペンションにより生じた弾性復帰力が静電気力に抗する結果として、可動割り出し部分が、固定割り出し部分に対して第３の方向とは反対の第４の方向に移動することができる。

【0029】

マイクロシステムは、割り出しモジュールによって第３の方向および第４の方向に選択的に移動することができる１つの割り出し歯を備え、割り出し歯が歯車の歯と係合して歯車の回転を防止し、および歯車の歯から係合解除されて歯車の回転を可能にする交互の動きで割り出し歯を駆動するように、割り出し歯モジュールが制御され得る。

【0030】

他の特徴および利点もまた、純粋に例示的であり、限定的ではなく、添付の図面を参照して読まれなければならない以下の説明によって明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の１つの可能な実施形態による微小電気機械システムを概略的に示す側面図である。

【図2】微小電気機械システムを概略的に示す上面図である。

【図3】駆動モジュール、ストッパ、およびストッパを位置決めするためのラッチ機構の一部を示す、図２の微小電気機械システムの詳細図である。

【図4】係合解除モジュールの一部を示す、図２の微小電気機械システムの詳細図である。

【図5】割り出しモジュールの一部を示す、図２の微小電気機械システムの詳細図である。

【図6】駆動歯および割り出し歯を示す、図２の微小電気機械システムの詳細図である。

【図7】ラッチ機構の初期化のステップを概略的に示す図である。

【図8】ラッチ機構の初期化のステップを概略的に示す図である。

【図9】ラッチ機構の初期化のステップを概略的に示す図である。

【図10】ラッチ機構の初期化のステップを概略的に示す図である。

【図11】ラッチ機構の初期化前の駆動モジュールを概略的に示す図である。

【図12】ラッチ機構の初期化後の駆動モジュールを概略的に示す図である。

【図13】第１の可撓性ビーム幅について、可動駆動部分が固定駆動部分に対して第１の方向に移動するときに駆動歯に作用する異なる力の強度を概略的に示す図である。

【図14】可動駆動部分が第１の可撓性ビーム幅に対して第１の方向とは反対の第２の方向に固定駆動部分に対して移動するときに駆動歯に作用する弾性復帰力の強度を概略的に示す図である。

【図15】可動駆動部分が第２の可撓性ビーム幅で固定駆動部分に対して第１の方向に移動するときに駆動歯に作用する異なる力の強度を概略的に示す図である。

【図16】第２の可撓性ビーム幅に関して可動駆動部分が第１の方向とは反対の第２の方向に固定駆動部分に対して移動するときに駆動歯に作用する弾性復帰力の強度を概略的に示す図である。

【図17】互いに噛み合うコームのフィンガの形状の詳細図である。

【図18】歯車が第１の回転方向に駆動されることを可能にする駆動歯の第１の周期的動きを概略的に示す図である。

【図19】歯車を第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に駆動することを可能にする駆動歯の第２の周期的動きを概略的に示す図である。

【図20】ラッチ機構の初期化前の本発明の可能な一実施形態による微小電気機械システムの概略図である。

【図21】ラッチ機構の初期化後の本発明の可能な一実施形態による微小電気機械システムの概略図である。

【図22】駆動モジュールの電気制御信号、係合モジュールの電気制御信号、および割り出しモジュールの電気制御信号を概略的に示す図であり、各電気制御信号は方形波形状を有する。

【図23】一期間にわたる駆動モジュールの電気制御信号、係合モジュールの電気制御信号、および割り出しモジュールの電気制御信号をより詳細に示す図である。

【図24】アクチュエータが図２２および図２３の電気制御信号によって制御されるときに得られる駆動モジュール、係合モジュール、および割り出しモジュールの動きを概略的に示す図である。

【図25】駆動モジュールの電気制御信号の電圧の値の関数としての駆動モジュールの動きを概略的に示す図である。

【図26】係合モジュールの電気制御信号の電圧の値の関数としての係合モジュールの動きを概略的に示す図である。

【図27】割り出しモジュールの電気制御信号の電圧の値の関数としての割り出しモジュールの動きを概略的に示す図である。

【図28】本発明の可能な一実施形態による、駆動モジュールの電気制御信号、係合モジュールの電気制御信号、および割り出しモジュールの電気制御信号を概略的に示す図である。

【図29】アクチュエータが図１４の電気制御信号で制御されるときに得られる駆動モジュールの動きを概略的に示す図である。

【図30】アクチュエータが図１４の電気制御信号で制御されるときに得られる係合モジュールの動きを概略的に示す図である。

【図31】本発明の別の可能な実施形態による、駆動モジュールの電気制御信号および係合モジュールの電気制御信号を概略的に示す図である。

【図32】微小電気機械システムを制御するための制御回路を概略的に示す図である。

【図33】図３２の制御回路の一部を形成する減衰回路を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

図１から図６において、示されている微小電気機械システム１０は、例えばシリコンなどの半導体材料の基板１内のエッチング方法によって得られている。

【0033】

使用される基板１は、例えば、「シリコン・オン・インシュレータ」（ＳＯＩ）タイプのものである。この基板１は、シリコンの厚い下層（第１の層２）、酸化シリコンの中間層（第２の層３）、および下層よりも薄い厚さを有するシリコンの上層（第３の層４）を含む。基板１の上層４はエッチングされて一組の機械部品５を形成しているが、基板１の下層２はエッチングされておらず、機械部品５のための支持体６を構成している。酸化シリコン３の中間層の一部は犠牲層として機能し、可動機械部品を支持体６から取り外すことを可能にするために除去されているが、犠牲層の別の部分は残っており、機械部品を支持体６に取り付けることを可能にする。さらに、残っている犠牲層の部分は、機械部品５と支持体６との間、したがって異なる機械部品５の間の電気絶縁体として作用する。

【0034】

したがって、図１～図６に示す微小電気機械システム１０は、支持体６と、微小寸法を有する機械部品５と、を備える。機械部品５は、支持体６の表面の上方に配置されている。

【0035】

より正確には、図１から図６に示す例では、微小電気機械システム１０は、アクチュエータ１１およびホイール１２を備える。アクチュエータ１１は、基板１の上層４に形成されている。ホイール１２はまた、基板１の上層４に形成されていてもよく、または独立して形成された挿入部分であってもよい。

【0036】

アクチュエータ１１は、回転軸の周りで支持体６に対して回転するようにホイール１２を駆動するように構成される。

【0037】

図２～図４に示すアクチュエータ１１は、フレーム１００と、３つの要素モジュール２００、３００および４００と、を備える。

【0038】

フレーム１００は、支持体６に対して固定されている。

【0039】

３つの基本モジュールは、駆動モジュール２００、係合モジュール３００、および割り出しモジュール４００を含む。

【0040】

ホイール１２は、歯車である。すなわち、その外周に一連の歯を有する。各歯は、ホイールの回転軸に対して半径方向軸に沿って延在する。歯車１２は、２，０００と１０，０００μｍとの間に含まれる直径を有することができる。歯車１２は、例えば、２００と１，０００との間の歯を有することができる。

【0041】

駆動モジュール２００は、固定駆動部分２１０および可動駆動部分２２０を備える。

【0042】

固定駆動部分２１０は、支持体６に固定して取り付けられている。固定駆動部分２１０は、第１のキャリア２１４と、第１のキャリア２１４から垂直に延在する複数の固定コーム２１１と、を備える。各固定コーム２１１は、シャンク２１２と、シャンク２１２から垂直に延在するフィンガ２１３と、を備える。

【0043】

可動駆動部分２２０は、第２のキャリア２２４と、第２のキャリア２２４から垂直に延在する複数の可動コーム２２１と、を備える。各可動コーム２２１は、シャンク２２２と、シャンク２２２から垂直に延在するフィンガ２２３と、を備える。

【0044】

アクチュエータ１１はまた、可動駆動部分２２０をフレーム１００に接続する第１のサスペンション２３０を備える。第１のサスペンション２３０は、可動コーム２２１のシャンク２２２に平行に延在する２つの可撓性ビーム２３１を備える。可撓性ビーム２３１は、第２のキャリア２２４をフレーム１００に接続する。

【0045】

可動コーム２２１は、固定コーム２１１の間に交互に配置されている。すなわち、可動コーム２２１は、固定コーム２１１と交互に配置されている。さらに、可動コーム２２１および固定コーム２１１は対になって配置され、各対は固定コーム２１１および関連する可動コーム２２１を含む。より正確には、対の各固定コーム２１１のフィンガ２１３は、それらの自由端が同じ対の関連する可動コーム２２１のフィンガ２２３に向けられて延在する。同様に、対の可動コーム２２１のフィンガ２２３は、それらの自由端が同じ対の固定コーム２１１のフィンガ２１３に向けられて延在する。さらに、固定コーム２１１のフィンガ２１３および可動コーム２２１のフィンガ２２３は、接線軸に平行に延在する。

【0046】

アクチュエータ１１がホイール１２と相互作用する位置を通るホイール１２の半径に垂直な軸は、「接線軸」と呼ばれる。

【0047】

駆動モジュール２００はまた、固定駆動部分２１０上に形成されたコンタクトパッド２１５を備える。コンタクトパッド２１５は、固定駆動部分２１０に電気制御信号を印加するための制御回路に接続可能である。コンタクトパッド２１５は、固定駆動部分２１０上に金属層を堆積させることによって形成することができる。

【0048】

アクチュエータ１１はまた、フレーム１００上に形成された１つまたは複数のコンタクトパッド１１５を備える。コンタクトパッド１１５は、グランドに接続することができる。コンタクトパッド１１５は、フレーム１００上に１つまたは複数の金属層を堆積させることによって形成することができる。

【0049】

アクチュエータ１１はまた、駆動歯１１６と、駆動歯１１６を駆動モジュール２００の可動駆動部分２２０に接続する駆動ビーム１１７と、を備える。

【0050】

駆動歯１１６は、歯車１２の歯１２１と係合して、歯車１２を回転駆動することができる。駆動ビーム１１７は、歯車１２に対して接線軸に沿って延在する。

【0051】

電気コンタクトパッド１１５、２１５を介して固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間に非ゼロ電圧を印加することにより、固定コーム２１１に向かって可動コーム２２１を引き付ける静電気力が生じる。より正確には、一組の可動コーム２２１は、それぞれ、同じ組の固定コーム２１１に向かって引き寄せられる。コーム２１１、２２１間に生じる静電気力により、可動駆動部分２２０は、固定駆動部分２１０に対して接線軸に平行な第１の方向（矢印Ａ）に移動する。

【0052】

可動駆動部分２２０が固定駆動部分２１０に対して第１の方向に移動することにより、第１のサスペンション２３０が弾性変形する。サスペンション２３０の弾性変形は、可動駆動部分２２０をフレーム１００に接続する可撓性ビーム２３１の屈曲を含む。この弾性変形により、第１のサスペンション２３０は、静電気力に対抗しようとする弾性復帰力を生じさせる。この弾性復帰力は、第１のサスペンション２３０が受ける弾性変形の振幅に伴って大きくなる。

【0053】

固定駆動部分２１０および可動駆動部分２２０にかかる張力が低下またはゼロになると、静電気力は弾性復帰力より小さく、またはゼロになる。第１のサスペンション２３０により生じた弾性復帰力によって、可動駆動部分２２０は、固定駆動部分２１０に対して接線軸に平行な第１の方向とは反対の第２の方向（矢印Ｂ）に移動する。より正確には、一対の可動コーム２２１の各々は、同じ対の固定コーム２１１から離れるように移動する。

【0054】

駆動歯１１６が駆動ビーム１１７を介して可動駆動部分２２０に接続されると、駆動モジュール２００によって駆動歯１１６を接線軸に平行に、第１の方向（矢印Ａ）に、次いで第２の方向（矢印Ｂ）に連続的に移動させることができる。

【0055】

係合モジュール３００は、固定係合部分３１０および可動係合部分３２０を備える。

【0056】

固定係合部分３１０は、支持体６に固定して取り付けられている。固定係合部分３１０は、第３のキャリア３１４と、第３のキャリア３１４から垂直に延在する複数の固定コーム３１１と、を備える。各固定コーム３１１は、シャンク３１２と、シャンク３１２から垂直に延在するフィンガ３１３と、を備える。

【0057】

可動係合部分３２０は、第４のキャリア３２４と、第４のキャリア３２４から垂直に延在する複数の可動コーム３２１と、を備える。各可動コーム３２１は、シャンク３２２と、シャンク３２２から垂直に延在するフィンガ３２３と、を備える。

【0058】

係合モジュール３００の固定コーム３１１および可動コーム３２１は、係合モジュール２００の固定コーム２１１および可動コーム２２１に対して垂直に向けられている。

【0059】

アクチュエータ１１はまた、可動係合部分３２０をフレーム１００に接続する第２のサスペンション３３０を備える。第２のサスペンション３３０は、可動コーム３２１のシャンク３２２に平行に延在する２つの可撓性ビーム３３１を備える。可撓性ビーム３３１は、第４のキャリア３２４をフレーム１００に接続する。

【0060】

可動コーム３２１は、固定コーム３１１の間に交互に配置されている。さらに、可動コーム３２１および固定コーム３１１は対になって配置され、各対は固定コーム３１１および関連する可動コーム３２１を含む。より正確には、対の各固定コーム３１１のフィンガ３１３は、それらの自由端が関連する可動コーム３２１のフィンガ３２３に向けられて延在する。同様に、可動コーム３２１のフィンガ３２３は、その自由端が固定コーム３１１のフィンガ３１３に向けられて延在する。さらに、固定コーム３１１のフィンガ３１３および可動コーム３２１のフィンガ３２３は、半径方向軸に平行に延在する。

【0061】

アクチュエータ１１がホイール１２と相互作用する位置を通るホイール１２の半径に平行な軸は、「半径方向軸」と呼ばれる。

【0062】

係合モジュール３００はまた、固定係合部分３１０に形成されたコンタクトパッド３１５を備える。コンタクトパッド３１５は、固定係合部分３１０に電気制御信号を印加するための電位源に接続することができる。

【0063】

アクチュエータ１１はまた、駆動歯１１６を係合モジュール３００の可動係合部分３２０に接続する係合ビーム１１８を備える。

【0064】

係合ビーム１１８は、歯車１２に対して半径方向軸に沿って延在する。

【0065】

電気コンタクトパッド１１５、３１５を介して固定係合部分３１０と可動係合部分３２０との間に非ゼロ電圧が印加されると、可動コーム３２１を固定コーム３１１に向かって引き付ける静電気力が生じる。より正確には、一組の可動コーム３２１は、それぞれ、同じ組の固定コーム３１１に向かって引き寄せられる。生じた静電気力により、可動係合部分３２０は、固定係合部分３１０に対して半径方向軸と平行な第３の方向（矢印Ｃ）に移動する。

【0066】

固定係合部分３１０に対する可動係合部分３２０の第３の方向への移動は、第２のサスペンション３３０の弾性変形を生じさせる。サスペンション３３０の弾性変形は、可動係合部分３２０をフレーム１００に接続する可撓性ビーム３３１の屈曲を含む。この弾性変形により、第２のサスペンション３３０は、静電気力に対抗しようとする弾性復帰力を生じさせる。この弾性復帰力は、弾性変形の振幅に伴って大きくなる。

【0067】

固定係合部分３１０と可動係合部分３２０との間にかかる張力が低下またはゼロになると、静電気力が弾性復帰力より小さくなるか、またはゼロになる。第２のサスペンション３３０により生じた弾性復帰力により、可動係合部分３２０は、固定係合部分３１０に対して、半径方向軸と平行な第３の方向とは反対の第４の方向（矢印Ｄ）に移動する。

【0068】

したがって、駆動歯１１６が係合ビーム１１８を介して可動係合部分３２０に接続されると、駆動歯１１６は、係合モジュール３００によって、半径方向軸に平行に、第３の方向（矢印Ｃ）および第４の方向（矢印Ｄ）に連続して移動することができる。

【0069】

駆動ビーム１１７および係合ビーム１１８の各々は、駆動モジュール２００によって生成された接線方向運動および係合モジュール３００によって生成された半径方向運動をそれぞれ駆動歯１１６に伝達するのに十分な可撓性を有し、一方で、これらの２つの運動の分離を可能にする。したがって、２つの動き（接線方向の動きおよび半径方向の動き）を互いに独立して制御することができる。

【0070】

割り出しモジュール４００は、固定割り出し部分４１０および可動割り出し部分４２０を備える。

【0071】

固定割り出し部分４１０は、支持体上に固定して取り付けられる。固定割り出し部分４１０は、第５のキャリア４１４と、第５のキャリア４１４から垂直に延在する複数の固定コーム４１１と、を備える。各固定コーム４１１は、シャンク４１２と、シャンク４１２から垂直に延在するフィンガ４１３と、を備える。

【0072】

可動割り出し部分４２０は、第６のキャリア４２４と、第６のキャリア４２４から垂直に延在する複数の可動コーム４２１と、を備える。各可動コーム４２１は、シャンク４２２と、シャンク４２２から垂直に延在するフィンガ４２３と、を備える。

【0073】

アクチュエータ１１はまた、可動割り出し部分４２０をフレーム１００に接続する第３のサスペンション４３０を備える。第３のサスペンション４３０は、コーム４２１のシャンク４２２に平行に延在する２つの可撓性ビーム４３１を備える。可撓性ビーム４３１は、横ビーム４２４をフレーム１００に接続する。

【0074】

可動コーム４２１は、固定コーム４１１の間に交互に配置されている。さらに、可動コーム４２１および固定コーム４１１は対になって配置され、各対は固定コーム４１１および関連する可動コーム４２１を含む。より正確には、対の各固定コーム４１１のフィンガ４１３は、それらの自由端が関連する可動コーム４２１のフィンガ４２３に向けられて延在する。同様に、可動コーム４２１のフィンガ４２３は、その自由端が固定コーム４１１のフィンガ４１３に向けられて延在する。さらに、固定コーム４１１のフィンガ４１３および可動コーム４２１のフィンガ４２３は、半径方向軸に平行に延在する。

【0075】

アクチュエータ１１はまた、割り出し歯１２０を備える。図３に示す例では、割り出し歯１２０は、２つの突起１２６と、２つの突起１２６の間に設けられた凹部１２７と、を備える。割り出し歯１２０が歯車１２の歯１２１と係合すると、凹部１２７は歯車１２の歯１２１を凹部１２７内に受け入れ、これはホイール１２の回転を阻止する効果を有する。

【0076】

アクチュエータ１１はまた、割り出し歯１２０を割り出しモジュール４００の可動割り出し部分４２０に接続する割り出しビーム１２８を備える。

【0077】

割り出しビーム１２８は、歯車１２に対して半径方向軸に沿って延在する。

【0078】

電気コンタクトパッド４１５および１１５を介して固定割り出し部分４１０と可動割り出し部分４２０との間に非ゼロ電圧を印加すると、固定コーム４１１に向かって可動コーム４２１を引き付ける静電気力が生じる。より正確には、一組の可動コーム４２１は、それぞれ、同じ組の固定コーム４１１に向かって引き寄せられる。生じた静電気力により、可動割り出し部分４２０は、固定割り出し部分４１０に対して半径方向軸と平行な第３の方向（矢印Ｃ）に移動する。

【0079】

固定割り出し部分４１０に対する可動割り出し部分４２０の第３の方向への移動は、第３のサスペンション４３０の弾性変形を生じさせる。サスペンション４３０の弾性変形は、可動割り出し部分４２０をフレーム１００に接続する可撓性ビーム４３１の屈曲を含む。この弾性変形により、第３のサスペンション４３０は、静電気力に対抗しようとする弾性復帰力を生じさせる。この弾性復帰力は、弾性変形の振幅に伴って大きくなる。

【0080】

固定割り出し部分４１０と可動割り出し部分４２０との間にかかる張力が低下またはゼロになると、静電気力は弾性復帰力より小さく、またはゼロになる。第３のサスペンションによって生成された弾性復帰力の結果として、可動割り出し部分４２０は、固定割り出し部分４１０から半径方向軸に平行な第３の方向とは反対の第４の方向（矢印Ｄ）に離れるように移動する。

【0081】

割り出し歯１２０が割り出しビーム１２８を介して可動割り出し部分４２０に接続されると、割り出し歯１２０はこうして、半径方向軸に平行に、割り出しモジュールによって第３の方向および第４の方向に連続的に移動する。

【0082】

したがって、割り出し歯１２０をホイール１２に対して半径方向に交互に移動させることが可能である。

【0083】

位相シフトされた周期的な電気制御信号によって駆動モジュール２００および係合モジュール３００を適切に制御することによって、ヒステリシスの第１の周期的動き（図１８に示す動き）またはヒステリシスの第１の周期的動きに対して反転されたヒステリシスの第２の周期的動き（図１９に示す動き）で駆動歯１１６を動かすことが可能である。

【0084】

駆動歯１１６がヒステリシス内の第１の周期的動きで移動すると、駆動歯１１６は、歯車１２の連続する歯１２１と噛み合い、歯車１２を第１の回転方向に段階的な回転運動で駆動する。

【0085】

歯がヒステリシス内の第２の周期的動きで移動すると、駆動歯１１６は、歯車１２の連続する歯１２１と噛み合い、歯車１２を第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に段階的な回転運動で駆動する。

【0086】

並行して、割り出しモジュール４００は、係合モジュール３００に印加される電気制御信号と位相が反対の電気制御信号によって制御される。

【0087】

したがって、駆動歯１１６がホイール１２の歯１２１から係合解除されると、割り出し歯１２０はホイール１２の歯１２１と係合する。逆に、駆動歯１１６がホイール１２の歯１２１と係合しているとき、割り出し歯１２０はホイール１２の歯１２１と係合解除される。

【0088】

したがって、割り出し歯１２０は、駆動歯１１６がホイール１２の歯１２１から係合解除されている間（係合解除位相の間）、ホイール１２の早すぎる回転を防止する。一方、割り出し歯１２０は、（駆動位相中に）駆動歯１１６によって引き起こされるホイール１２１の回転に対して障害物を形成しない。

【0089】

アクチュエータ１１はまた、駆動モジュール２００の可動駆動部分２２０の第２の方向（矢印Ｂ）への移動を制限することを可能にするストッパ２４０を備える。

【0090】

アクチュエータ１１はまた、所定の位置で支持体に対して当接部２４０を位置決めするためのラッチ機構５００を備える。

【0091】

図３において、当接部２４０およびラッチ機構５００は、微小電気機械システム１０の製造直後に、すなわち微小電気機械システムを動作させる前のラッチ機構５００のラッチ前に得られるものとして示されている。

【0092】

この図では、ラッチ機構５００は非ラッチ構成にある。

【0093】

さらに、この図から分かるように、この構成では、駆動モジュール２００の可動コーム２２１のフィンガ２２３は、駆動モジュール２００の固定コーム２１１のフィンガ２１３の間に係合されない。

【0094】

ラッチ機構５００は、タペット５１０と、タペット５１０から接線軸に沿って延在する弾性脚部５１１と、を備える。図３に示す例では、ラッチ機構は、２つの弾性脚部５１１を備える。

【0095】

各弾性脚部５１１は、自由端を有し、その自由端に配置された第１のスナップ係止ラグ５１２を備える。

【0096】

ラッチ機構５００はまた、タペット５１０をフレーム１００に接続する可撓性ビーム５２０を備える。図２に示す例では、ラッチ機構５００は２つの可撓性ビーム５２０を備える。可撓性ビーム５２０は、互いに平行に、半径方向軸に沿って延在する。

【0097】

ストッパ２４０は、タペット５１０に固定されている。言い換えると、ストッパ２４０は、タペット５１０に対して固定されている。より正確には、図３に示す例では、ストッパ２４０およびタペット５１０は、単一の固有の材料片に形成されている。

【0098】

さらに、フレーム１００は、第２のスナップ係止ラグ１１２を備える。図３に示す例では、フレーム１００は、２つの第２のスナップ係止ラグ１１２を備える。

【0099】

図７～図１０は、ラッチ機構５００をラッチするステップを概略的に示し、ラッチ機構５００をラッチされていない構成（図７に示す構成）からラッチされた構成（図１０に示す構成）に移行させることを可能にする。

【0100】

図７に示すように、電気コンタクトパッド１１５、２１５を介して駆動モジュール２００の固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間に非ゼロ電圧が印加される。

【0101】

印加された電圧は、接線軸に平行な第１の方向（矢印Ａ）に駆動モジュール２００の可動駆動部分２２０を固定駆動部分２１０に対して移動させる効果を有する静電気力を生じさせる。

【0102】

図８に示すように、その移動中、可動駆動部分２２０はタペット５１０を押し、これはタペット５１０を移動させ、ストッパ２４０も第１の方向（矢印Ａ）に移動させる効果を有する。

【0103】

これはまた、第１のスナップ係止ラグ５１２を第２のスナップ係止ラグ１１２に押し付ける効果を有する。

【0104】

それらの形状により、第１のスナップ係止ラグ５１２は、弾性脚部５１１の屈曲を生じさせることによって第２のスナップ係止ラグ１１２上を摺動する。図８に示す例では、弾性脚部５１１は互いに接近しながら屈曲する。

【0105】

図９に示すように、弾性脚部５１１の屈曲により、第１のスナップ係止ラグ５１２は、第２のスナップ係止ラグ１１２を越えて押される。

【0106】

第１のスナップ係止ラグ５１２が第２のスナップ係止ラグ１１２を超えると、弾性脚部５１１は元の形状に戻る傾向がある。図９に示す例では、弾性脚部５１１は互いに分離している。弾性脚部５１１の分離は、第１のスナップ係止ラグ５１２を第２のスナップ係止ラグ１１２と係合させる効果を有する。

【0107】

図１０に示すように、その後に、駆動モジュール２００の固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間に印加される電圧が除去される。静電気力が消滅する。

【0108】

第１のサスペンション２３０によって及ぼされる弾性復帰力の結果として、駆動モジュール２００の可動駆動部分２２０は、接線軸に平行な第２の方向（矢印Ｂ）に駆動モジュール２００の固定駆動部分２１０に対して移動する。駆動モジュール２００の可動駆動部分２２０がストッパ２４０に当接するまで、駆動モジュール２００の可動駆動部分２２０は固定駆動部分２１０に対して第２の方向に移動する。

【0109】

しかしながら、ストッパ２４０は、第１のスナップ係止ラグ５１２および第２のスナップ係止ラグ１１２によって保持され、タペット５１０がその初期位置に戻るのを防止する。

【0110】

ラッチ機構５００がラッチ構成になると、ストッパ２４０は、ストッパ２４０が第１のサスペンションによって生成される弾性力がゼロになる休止位置への第２の方向への第１の可動駆動部分２２０の移動を防止する位置に配置される。

【0111】

換言すれば、ストッパ２４０は、第１のサスペンション２３０を永久的に弾性変形させた状態で保持するように位置している。ストッパ２４０の位置は、第１のサスペンション２３０によって及ぼされる弾性復帰力の最小値を決定する。

【0112】

ストッパ２４０の存在に起因して、第１のサスペンション２３０によって及ぼされる弾性復帰力は、この最小値より小さくすることができない。

【0113】

図１１は、ラッチ機構５００のラッチ前の駆動モジュール２００を概略的に示す。

【0114】

この図に示すように、可動コーム２２１のフィンガ２２３は、固定コーム２１１のフィンガ２１３の間に係合していない。

【0115】

さらに、第１のサスペンション２３０は休止位置にある。すなわち、第１のサスペンション２３０の可撓性ビーム２３１は変形しない。したがって、第１のサスペンション２３０が及ぼす弾性復帰力はゼロである。

【0116】

図１２は、ラッチ機構５００のラッチ後の駆動モジュール２００を概略的に示す。

【0117】

この図に示すように、可動コーム２２１のフィンガ２２３は、固定コーム２１１のフィンガ２１３の間に設けられた空間に部分的に係合している。

【0118】

ストッパ２４０が可動駆動部分２２０の休止位置への復帰を阻止することにより、可撓性ビーム２３１は弾性変形した状態で保持される。したがって、第１のサスペンション２３０が及ぼす弾性復帰力はゼロではない。

【0119】

図１３は、可動駆動部分２２０が固定駆動部分２１０に対して第１の方向（矢印Ａの方向）に移動するときに駆動歯１１６に作用する異なる力の強度を概略的に示す図である。

【0120】

駆動歯１１６に作用する力は、固定部分２１０と可動駆動部分２２０との間に印加される電圧による静電気力と、第１のサスペンション２３０の変形による弾性復帰力である。

【0121】

弾性復帰力は、静電気力に対抗する。このため、駆動歯１１６に作用する駆動力の強さは、静電気力の強さと弾性復帰力の強さとの差となる。

【0122】

図１３の図の灰色の領域は、第１の回転方向（矢印Ａの方向）における第１のサスペンション２３０（ビーム幅：３３μｍ）の第１の剛性値に対して駆動歯１１６に及ぼされる駆動力を示す。

【0123】

この図から分かるように、静電気力の強度は、固定駆動部分２１０に対する可動駆動部分２２０の移動中に比較的一定のままである。

【0124】

一方、弾性復帰力の大きさは、可動駆動部分２２０が第１の方向に移動するほど大きくなる。

【0125】

弾性復帰力の強さの増加は、第１のサスペンション２３０の剛性に依存する。比較として、この図は、第１のサスペンション２３０の第１の剛性値（ビーム幅＝３３μｍ）に対する弾性復帰力の強度の変動と、第１のサスペンション２３０の第２の剛性値（ビーム幅＝１５μｍ）に対する弾性復帰力の強度の変動と、を示す。

【0126】

また、可動駆動部分２２０の移動がゼロであれば、弾性復帰力の強さはゼロではない。実際、この位置では、第１のサスペンション２３０は、ストッパ２４０の存在に起因して変形する。

【0127】

図１４は、可動駆動部分２２０が固定駆動部分２１０に対して第１の方向とは反対の第２の方向（矢印Ｂの方向）に移動したときに駆動歯１１６に作用する弾性復帰力の強度を概略的に示す図である。

【0128】

この図から分かるように、可動部分には静電気力が作用していない。

【0129】

可動駆動部分２２０は、弾性復帰力のみによって固定駆動部分２１０に対して第２の方向に移動する。

【0130】

弾性復帰力の大きさは、可動駆動部分２２０が第２の方向に移動するにしたがって小さくなる。しかしながら、ストッパ２４０の存在に起因して、弾性復帰力の強度はゼロにならない。弾性復帰力の強度は、ゼロではない最小値よりも大きいままである。

【0131】

この図に示すように、弾性復帰力の強さの低下は、第１のサスペンション２３０の剛性に依存する。したがって、この図は、第１のサスペンションの第１の剛性値（ビーム幅＝３３μｍ）に対する弾性復帰力の強度の変動を示す。

【0132】

図１４の図の灰色の領域は、第２の回転方向（矢印Ｂの方向）における第１のサスペンション２３０（ビーム幅：３３μｍ）の第１の剛性値に対して駆動歯１１６に及ぼされる駆動力を示す。

【0133】

図１５は、可動駆動部分２２０が固定駆動部分２１０に対して第１の方向に移動するときに駆動歯１１６に作用する異なる力の強度を概略的に示す図である。

【0134】

駆動歯１１６に作用する力は、固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間にかかる張力によって生じる静電気力と、第１のサスペンション２３０の変形による弾性復帰力である。弾性復帰力は、静電気力に対抗する。

【0135】

この図は、第１のサスペンション２３０の第２の剛性値（ビーム幅＝１５μｍ）に対する弾性復帰力の強度の変化を示す。

【0136】

図１５の図の灰色の領域は、第１のサスペンション２３０の第２の剛性値（ビーム幅：１５μｍ）に対する、第１の方向（矢印Ａの方向）で駆動歯１１６に及ぼされる駆動力の強度の変動を示す。第１の剛性値よりも小さいこの第２の剛性値は、より大きなグレーゾーン（図１３および図１５のグレー領域の面積の比較）をもたらし、したがって、第１の方向の駆動力のより大きな強度ももたらす。

【0137】

図１６は、可動駆動部分２２０が第１のサスペンション２３０の第２の剛性値に対して第１の方向とは反対の第２の方向に固定駆動部分２１０に対して移動するときに駆動歯１１６に作用する弾性復帰力の強度を概略的に示す図である。

【0138】

この図から分かるように、可動駆動部分２２０には静電気力は作用しない。

【0139】

可動駆動部分２２０は、弾性復帰力のみによって固定部分２１０に対して第２の方向に移動する。

【0140】

弾性復帰力の大きさは、可動駆動部分２２０が第２の方向に移動するにしたがって小さくなる。

【0141】

しかしながら、ストッパ２４０の存在に起因して、弾性復帰力の強度はゼロにならない。弾性復帰力の強度は、ゼロではない最小値よりも大きいままである。

【0142】

この図は、第１のサスペンション２４０の第２の剛性値（ビーム幅＝１５μｍ）に対する弾性復帰力の強度の変化を示す。

【0143】

図１６の図の灰色の領域は、第２の回転方向（矢印Ｂの方向）における第１のサスペンション２３０の第２の剛性値（ビーム幅：１５μｍ）に対して駆動歯１１６に及ぼされる駆動力を示す。比較として、第１の剛性値に対する第２の方向の駆動力も同じ図に表示される。

【0144】

図１３～図１６は、第１のサスペンションの剛性が高くなるほど、歯車１２を第１の回転方向に駆動するのに役立つ駆動力が急激に減少することを示している。

【0145】

したがって、意図される用途に応じて、第１のサスペンション２３０の剛性は、歯車１２の第１の回転方向への回転駆動のより良好な有効性または歯車１２の第２の回転方向への回転駆動のより良好な有効性を促進するために調整され得る。

【0146】

図１７は、固定コーム２１１のフィンガ２１３の形状および駆動モジュール２００の可動コーム２２１のフィンガ２２３の形状の詳細図である。

【0147】

生産中の微小電気機械システムのエッチングに使用されるエッチング技術は、各微小システムの固定部分と可動部分との間に最小間隔を設けることを必要とする。

【0148】

例えば、図１～図６に示すような微小電気機械システムの場合、固定コームと可動コームのフィンガ間に最小間隔を設ける必要がある。

【0149】

最小間隔Ｇｕは、エッチング深さに依存する。例えば、深さ２００μｍの深さで深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）の手法で行うエッチングの場合、最小間隔Ｇｕは約４～６μｍとすることができる。

【0150】

ラッチ機構５００のラッチ前では、可動コーム２２１のフィンガ２２３は、固定コーム２１１のフィンガ２１３と係合していない。可動コーム２２１のフィンガ２２３は、固定コーム２１１の最も近いフィンガ２１３から第１の間隔Ｇ１だけ離間している。

【0151】

固定コーム２１１のフィンガ２１３と可動コーム２２１のフィンガ２２３との間の間隔Ｇ１は、最小間隔Ｇｕよりも大きい。２つのフィンガ間の「間隔」は、２つのフィンガを分離する最短距離として定義される。

【0152】

ラッチ機構５００のラッチ後に、可動コーム２２１のフィンガ２２３が固定コーム２１１のフィンガ２１３の間に係合される。

【0153】

したがって、可動コーム２２１のフィンガ２２３は、固定コーム２１１の最も近いフィンガ２１３から、第１の間隔Ｇ１よりも小さい第２の間隔Ｇ２および第３の間隔Ｇ３だけ離間している。より正確には、可動コーム２２１のフィンガ２２３は、可動コーム２２１のフィンガ２２３の一方の側に位置する固定コーム２１１のフィンガ２１３から第２の間隔Ｇ２だけ離間しており、可動コーム２２１のフィンガ２２３の他方の側に位置する固定コーム２１１の別のフィンガ２１３から第３の間隔Ｇ３だけ離間している。固定コーム２１１のフィンガ２１３および２２３と可動コーム２２１のフィンガ２２３との間の間隔Ｇ２およびＧ３は、最小間隔Ｇｕ未満とすることができる。間隔Ｇ２および／または間隔Ｇ３は、０．１から５μｍの間に含まれ、好ましくは１から３μｍの間に含まれ得る。例えば、間隔Ｇ２は３μｍに等しくすることができ、間隔Ｇ３は４μｍに等しくすることができる。

【0154】

特に、フィンガ２１３、２２３の厚さ（すなわち、シリコンの上層のエッチングの深さ）と、固定コーム２１１のフィンガ２１３と可動コーム２２１のフィンガ２２３との間の間隔との比は、５０から４００の間に含まれることができ、好ましくは７０から１５０の間に含まれることができる。

【0155】

駆動モジュール２００によって生成される静電気力は、固定コーム２１１のフィンガ２１３と可動コーム２２１のフィンガ２２３との間の間隔に反比例するため、これは、使用されるエッチング技術によって課される間隔の制約を省きながら、駆動モジュール２００によって生成される駆動力を増加させる効果を有する。

【0156】

第２の間隔Ｇ２は、固定駆動部分２１０に対する可動駆動部分２２０の移動中に、可動コーム２２１のフィンガ２２３の移動が完全に直線的ではなく、固定コーム２１１のフィンガ２１３に完全に平行でもないという事実を考慮に入れるために、第３の間隔Ｇ３とは異なり得る。

【0157】

図２０および図２１は、本発明の別の可能な実施形態による微小電気機械システム１０を概略的に示す。

【0158】

この他の実施形態は、駆動モジュール２００が接線軸に平行な対称軸に対して対称であるという点で、図１から図６に示す実施形態とは異なる。

【0159】

図１から図６の実施形態のように、駆動モジュール２００は、固定駆動部分２１０および可動駆動部分２２０を含む。

【0160】

固定駆動部分２１０は、支持体６に固定して取り付けられている。

【0161】

この実施形態では、固定駆動部分２１０は、２つの第１のキャリア２１４を備え、第１の系列の固定コーム２１１は、第１のキャリア２１４の一方から垂直に延在し、第２の系列の固定コーム２１１は、第１のキャリア２１４の他方から垂直に延在する。

【0162】

可動駆動部分２２０は、第２のキャリア２２４と、第２のキャリア２２４から垂直に延在する複数の可動コーム２２１と、を備える。

【0163】

この実施形態では、可動コーム２２１は、第２のキャリア２２４の第１の側面から延在する第１の組の可動コームと、第１の側面とは反対の第２のキャリア２２４の第２の側面から延在する第２の組の可動コームと、を含む。したがって、可動コーム２２１は、第２のキャリア２２４の両側に対称的に延在する。

【0164】

同様に、第１の系列の固定コームの固定コーム２１１は、第２のキャリア２２４の第１の側面から延在し、第２の系列の固定コームの固定コーム２１１は、第１の側面とは反対の第２のキャリア２２４の第２の側面から延在する。したがって、固定コーム２１１は、第２のキャリア２２４の両側に対称的に延在する。

【0165】

アクチュエータ１１はまた、可動駆動部分２２０をフレーム１００に接続する第１のサスペンション２３０を備える。第１のサスペンション２３０は、可動コーム２２１のシャンク２２２に平行に延在する４つの可撓性ビーム２３１を備える。可撓性ビーム２３１は、第２のキャリア２２４をフレーム１００に接続する。４つの可撓性ビーム２３１は、第２のキャリア２２４の第１の側面から延在する２つの可撓性ビームと、第２のキャリア２２４の第２の側面から延在する２つの他の可撓性ビームと、を含む。したがって、第１のサスペンション２３０は、接線軸に平行な対称軸に対して対称である。

【0166】

可動コーム２２１は、固定コーム２１１の間に交互に配置されている。すなわち、可動コーム２２１は、固定コーム２１１と交互に位置している。さらに、可動コーム２２１および固定コーム２１１は対で配置され、各対は固定コーム２１１および関連する可動コーム２２１を含む。より正確には、対の各固定コーム２１１のフィンガ２１３は、それらの自由端が同じ対の関連する可動コーム２２１のフィンガ２２３に向けられて延在する。同様に、対の可動コーム２２１のフィンガ２２３は、それらの自由端が同じ対の固定コーム２１１のフィンガ２１３に向けられて延在する。さらに、固定コーム２１１のフィンガ２１３および固定コーム２２１のフィンガ２２３は、接線軸に平行に延在する。

【0167】

図２０は、ラッチ機構５００のラッチ前の駆動モジュール２００を概略的に示す。

【0168】

この図に示すように、可動コーム２２１のフィンガ２２３は、固定コーム２１１のフィンガ２１３の間に係合していない。

【0169】

さらに、第１のサスペンション２３０は休止位置にある。すなわち、第１のサスペンション２３０の可撓性ビーム２３１は変形しない。したがって、第１のサスペンション２３０が及ぼす弾性復帰力はゼロである。

【0170】

図２１は、ラッチ機構５００のラッチ後の駆動モジュール２００を概略的に示す。

【0171】

この図に示すように、可動コーム２２１のフィンガ２２３は、固定コーム２１１のフィンガ２１３間に設けられた空間に部分的に係合している。

【0172】

ストッパ２４０が可動駆動部分２２０の休止位置への復帰を阻止することにより、可撓性ビーム２３１は弾性変形した状態で保持される。したがって、第１のサスペンション２３０が及ぼす弾性復帰力はゼロではない。

【0173】

この実施形態の一つの利点は、第１のサスペンション２３０の対称的な構成に起因して、可動駆動部分２２０が固定駆動部分２１０に対して移動する間、可動コーム２２１のフィンガ２２３の移動が完全に直線的であり、固定コーム２１１のフィンガ２１３に平行であることである。

【0174】

言い換えれば、第２のキャリア２２４は、接線軸に沿って移動するように拘束され、半径方向軸に沿って移動することができない。

【0175】

したがって、固定コーム２１１および可動コーム２２１のフィンガ２１３、２２３間の間隔Ｇ２、Ｇ３をさらに小さくすることができる。また、第２の間隔Ｇ２と第３の間隔Ｇ３とを等しくすることができる。間隔Ｇ２およびＧ３（図１７に示す）は、１μｍ未満とすることができる。

【0176】

これにより、駆動モジュール２００により生じた静電気力をより大きくすることができる。

【0177】

図２２は、駆動モジュールの電気制御信号の一例、係合モジュールの電気制御信号の一例、および割り出しモジュールの電気制御信号の一例を概略的に示す。

【0178】

図２２では、各電気制御信号は電圧電気制御信号である。したがって、図２２の図は、各電気制御信号の電圧の変動を時間の関数として示す。各電気制御信号は周期的であり、実質的に方形波の形状を有する。

【0179】

例えば、駆動モジュールの電気制御信号は、最小電圧値（例えば、Ｖｍｉｎ＝０）と最大電圧値（例えば、Ｖｍａｘ＝１１０ボルト）とを交互にとる。

【0180】

図２３の図は、一期間中の時間の関数としての各電気制御信号の電圧の変動をより正確に示す。

【0181】

図２４は、駆動モジュール２００の可動駆動部分２２０の経時的な移動、係合モジュール３００の可動係合部分３２０の経時的な移動、および割り出しモジュール４００の可動部分４２０の経時的な移動を概略的に示す。

【0182】

これらの動きは、アクチュエータ１１が図２２および図２３に示されているものと同一の電気制御信号で制御されるときに得られた。

【0183】

図２４は、駆動モジュール２００の可動駆動部分２２０が跳ね返ることを示す。これらの跳ね返りは、本質的に、可動駆動部分２２０がそのストロークの終わりに達するときに生じる。より正確には、これらの跳ね返りは、第２の方向（矢印Ｂ）への要素運動中に可動駆動部分２２０がストッパ２４０に接触したとき、すなわち、弾性変形した第１のサスペンション２３０により生じる弾性復帰力の結果として可動駆動部分２２０がその初期位置に戻るときに視認可能である。

【0184】

図２４はまた、係合モジュール３００の可動係合部分３２０および割り出しモジュール４００の可動割り出し部分４２０も残留振動を受けることを示している。

【0185】

これらの跳ね返りまたはこれらの残留振動は、アクチュエータ１１の適切な動作に有害である。

【0186】

一方では、可動部分の逆方向への移動を指令する前に、これらの跳ね返りまたはこれらの振動が十分に減衰されるのを待つ必要があり、これにより、アクチュエータを制御できる周波数が制限される。

【0187】

一方、跳ね返りは、機械部品間に繰り返しの衝撃を発生させ、接触している表面の早期摩耗を引き起こし、微小電気機械システムの寿命を短縮する。

【0188】

図２５は、可動駆動部分２２０と固定駆動部分２１０との間に印加される電気制御信号の電圧の値の関数としての駆動モジュール２００の可動駆動部分２２０の動きを概略的に示す図である。

【0189】

この図は、より詳細には、駆動モジュール２００に印加される電気制御信号の電圧の値が経時的に漸進的に直線的に増加するときの固定駆動部分２１０に対する可動駆動部分２２０の移動の振幅を示す。

【0190】

図２５に見られるように、電気制御信号の電圧の値がしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔ未満であるとき、可動駆動部分２２０は固定駆動部分２１０に対して移動しない。実際、可動駆動部分２２０と固定駆動部分２１０との間に生じる静電気力は、第１のサスペンション２３０によって生じる弾性復帰力に打ち勝つには不十分であり、したがって、可動駆動部分２２０を固定駆動部分２１０に対して移動させるには不十分である。言い換えると、第１のサスペンション２３０は、固定駆動部分２１０に対して可動駆動部分２２０を移動させることができるようにするために静電気力が克服しなければならない弾性プレストレスを受ける。

【0191】

電気制御信号の電圧の値がしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔとしきい値電圧値Ｖｆｉｎとの間に含まれるとき、可動駆動部分２２０は固定駆動部分２１０に対して移動する。実際、可動駆動部分２２０と固定駆動部分２１０との間に生じる静電気力は、固定駆動部分２１０に対する可動駆動部分２２０の移動を生じさせる。固定駆動部分２１０に対する可動駆動部分２２０の移動の振幅は、電気制御信号の電圧の値に応じて連続的に増加する。

【0192】

制御信号の電圧の値が電圧Ｖｆｉｎよりも大きい場合、可動駆動部分２２０は固定駆動部分２１０に対して移動しなくなる。実際、可動駆動部分はフレーム１００に当接している。したがって、静電気力の増加は、固定駆動部分２１０に対する可動駆動部分２２０のさらなる移動を引き起こさない。

【0193】

図２６は、係合モジュール３００に印加される電気制御信号の電圧の値の関数としての係合モジュール３００の可動係合部分３２０の動きを概略的に示す図である。

【0194】

駆動モジュール２００については、可動係合部分３２０と固定係合部分３１０との間に生じる静電気力が、可動係合部分３２０を固定係合部分３１０に対して移動させるには不十分であるしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔを決定することができる。

【0195】

係合モジュール３００の場合、電気制御信号の電圧の値がしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔ未満であるとき、可動係合部分３２０は固定係合部分３１０に対して移動しない。実際、可動コーム３２１のフィンガ３２３が固定コーム３１１のフィンガ３１３に係合していないため、固定コーム３１１と可動コーム３２１との間に生じる静電気力は非常に小さい。

【0196】

可動係合部分３２０がフレーム１００に当接するしきい値電圧値Ｖｆｉｎを決定することも可能である。

【0197】

制御信号の電圧がしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔとしきい値電圧値Ｖｆｉｎとの間に含まれるとき、可動係合部分３２０は固定係合部分３１０に対して移動する。固定係合部分３１０に対する可動係合部分３２０の移動の振幅は、電気制御信号の電圧の値に応じて連続的に大きくなる。

【0198】

図２７は、割り出しモジュール４００に印加される電気制御信号の電圧の値の関数としての、割り出しモジュール４００の可動割り出し部分４２０の移動を概略的に示す図である。

【0199】

係合モジュール３００に関して、それを下回ると、可動割り出し部分４２０と固定割り出し部分４１０との間に生成される静電気力が、固定割り出し部分４１０に対する可動割り出し部分４２０の移動を生じさせるのに不十分であるしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔを決定することが可能である。

【0200】

可動割り出し部分４２０がフレーム１００に当接するしきい値電圧値Ｖｆｉｎを決定することも可能である。

【0201】

制御信号の電圧がしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔとしきい値電圧値Ｖｆｉｎとの間に含まれるとき、可動割り出し部分４２０は固定割り出し部分４１０に対して移動する。固定割り出し部分４１０に対する可動割り出し部分４２０の移動の振幅は、電気制御信号の電圧の値と共に連続的に増加する。

【0202】

図２８は、本発明の可能な一実施形態による、駆動モジュール２００の電気制御信号、係合モジュール３００の電気制御信号、および割り出しモジュール４００の電気制御信号を概略的に示す図である。

【0203】

この図に示すように、駆動モジュール２００の電気制御信号は、最小電圧値（例えば、Ｖｍｉｎ＝０）と最大電圧値（例えば、Ｖｍａｘ＝１１０ボルト）とを交互にとる。

【0204】

最大電圧値Ｖｍａｘから最小電圧値Ｖｍｉｎまでの移行の間、電気制御信号の電圧値は、最大電圧値Ｖｍａｘから最小電圧値Ｖｍｉｎまで単調に減少する。

【0205】

加えて、この減少中に、電気制御信号は、
最大電圧値Ｖｍａｘと駆動モジュールについて定義されたしきい値電圧値Ｖｆｉｎとの間の第１の平均勾配（この例では、Ｖｆｉｎ≒０．８３×Ｖｍａｘ）と、
しきい値電圧値Ｖｆｉｎとしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔとの間の、第１の平均勾配よりも絶対値が小さい第２の平均勾配（この例では、Ｖｄｅｂｕｔ≒０．４１×Ｖｍａｘ）と、
駆動モジュールについて定義されたしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔと最小電圧値Ｖｍｉｎとの間の、第２の平均勾配よりも絶対値が大きい第３の平均勾配（この例では、Ｖｍｉｎ＝０）と、を連続して有する。

【0206】

第１の平均勾配は、電気制御信号の値が値Ｖｍａｘから値Ｖｆｉｎまで移行する期間［Ｔｍａｘ，Ｔｆｉｎ］にわたる電気制御信号の瞬時勾配の平均として定義される。言い換えれば、第１の平均勾配は、（Ｖｆｉｎ－Ｖｍａｘ）／（Ｔｆｉｎ－Ｔｍａｘ）に等しく、（Ｔｆｉｎ－Ｔｍａｘ）は、電気制御信号が値Ｖｍａｘから値Ｖｆｉｎまで移行するのにかかる時間である。

【0207】

第２の平均勾配は、電気制御信号の値が値Ｖｆｉｎから値Ｖｄｅｂｕｔまで移行する期間［Ｔｆｉｎ，Ｔｄｅｂｕｔ］にわたる電気制御信号の瞬時勾配の平均として定義される。言い換えれば、第２の平均勾配は、（Ｖｄｅｂｕｔ－Ｖｆｉｎ）／（Ｔｄｅｂｕｔ－Ｔｆｉｎ）に等しく、（Ｔｄｅｂｕｔ－Ｔｆｉｎ）は、電気制御信号が値Ｖｆｉｎから値Ｖｄｅｂｕｔまで移行するのにかかる時間である。

【0208】

第３の平均勾配は、電気制御信号の値が値Ｖｄｅｂｕｔから値Ｖｍｉｎまで移行する期間［Ｔｄｅｂｕｔ，Ｔｍｉｎ］にわたる電気制御信号の瞬時勾配の平均として定義される。言い換えれば、第３の平均勾配は、（Ｖｍｉｎ－Ｖｄｅｂｕｔ）／（Ｔｍｉｎ－Ｔｄｅｂｕｔ）に等しく、（Ｔｍｉｎ－Ｔｄｅｂｕｔ）は、電気制御信号が値Ｖｄｅｂｕｔから値Ｖｍｉｎまで移行するのにかかる時間である。

【0209】

図２８に示す例では、電気制御信号は、各期間［Ｔｍａｘ，Ｔｆｉｎ］、［Ｔｆｉｎ，Ｔｄｅｂｕｔ］、および［Ｔｄｅｂｕｔ，Ｔｍｉｎ］にわたって線形である。この場合、第１の平均勾配は、期間［Ｔｍａｘ，Ｔｆｉｎ］にわたって一定である信号の瞬時勾配に等しく、第２の平均勾配は、期間［Ｔｆｉｎ，Ｔｄｅｂｕｔ］にわたって一定である信号の瞬時勾配に等しく、第３の平均勾配は、期間［Ｔｄｅｂｕｔ，Ｔｍｉｎ］にわたって一定である信号の瞬時勾配に等しい。

【0210】

しかしながら、他の形態の電気制御信号ももちろん可能であり、例えば、電気制御信号が各期間にわたって線形ではない形態である。

【0211】

図２８には、第２の平均勾配のいくつかの可能な値が示されている。

【0212】

図２８に示すように、係合モジュール３００の電気制御信号、および割り出しモジュール４００の電気制御信号は、駆動モジュール２００の電気制御信号の形態と同様の形態を有する。

【0213】

この図に示すように、係合モジュール３００（それぞれ、割り出しモジュール４００）の電気制御信号は、最小電圧値（例えば、Ｖｍｉｎ＝０）と最大電圧値（例えば、Ｖｍａｘ＝１１０ボルト）とを交互にとる。

【0214】

最大電圧値から最小電圧値までの移行の間、電気制御信号の電圧値は、最大電圧値Ｖｍａｘから最小電圧値Ｖｍｉｎまで単調に減少する。

【0215】

加えて、この減少中に、電気制御信号は、
係合モジュール３００（それぞれ割り出しモジュール４００）について定義された最大電圧値としきい値電圧値Ｖｆｉｎとの間の第１の平均勾配（この例では、Ｖｆｉｎ≒０．９１×Ｖｍａｘ）と、
しきい値電圧値Ｖｆｉｎとしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔとの間の、第１の平均勾配よりも絶対値が小さい第２の平均勾配（この例では、Ｖｄｅｂｕｔ≒０．２７×Ｖｍａｘ）と、
係合モジュール３００（それぞれ割り出しモジュール４００）について定義されたしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔと最小電圧値Ｖｍｉｎ（この例ではＶｍｉｎ＝０）との間の、第２の平均勾配よりも絶対値が大きい第３の平均勾配と、を連続して有する。

【0216】

図２８には、第２の平均勾配のいくつかの可能な値が示されている。

【0217】

図２９は、駆動モジュール２００が図２８の電気制御信号によって制御されるときに得られる、経時的な固定駆動部分２１０に対する可動駆動部分２２０の動きの振幅を概略的に示す図である。

【0218】

駆動モジュール２００に印加される電気制御信号のために選択される第２の平均勾配に応じて（すなわち、制御信号が電圧値Ｖｆｉｎから電圧値Ｖｄｅｂｕｔまで移行するのにかかる時間に応じて）、可動部分２２０の跳ね返りは多かれ少なかれ減衰される。

【0219】

第２の平均勾配の最適値（または制御信号が電圧値Ｖｆｉｎから電圧値Ｖｄｅｂｕｔまで移行するのにかかる時間の最適値）、すなわちこれらの跳ね返りの最良の減衰を得ることを可能にする第２の平均勾配の値を決定することが可能である。

【0220】

図２９に示す例では、制御信号が電圧値Ｖｆｉｎから電圧値Ｖｄｅｂｕｔまで移行するのにかかる時間は、跳ね返りの最良の減衰を可能にする０．４２ｍｓである。この時間は、固定駆動部分２１０に対する可動駆動部分２２０の１つの固有自由振動周期に実質的に等しい。例えば、この時間は、固定駆動部分２１０に対する可動駆動部分２２０の固有自由振動周期の０．７倍から１．３倍の範囲に含まれる。

【0221】

同様に、図３０は、係合モジュール３００が図２８の電気制御信号で制御されるときに得られる、係合モジュール３００の固定係合部分３１０に対する可動係合部分３２０の移動の振幅を経時的に概略的に示す図である。

【0222】

この例では、制御信号が電圧値Ｖｆｉｎから電圧値Ｖｄｅｂｕｔまで移行するのにかかる時間は、振動の最良の減衰を可能にする０．５６ｍｓである。この時間は、固定係合部分３１０に対する可動係合部分３２０の１つの固有自由振動周期に実質的に等しい。

【0223】

図３１は、本発明の別の可能な実施形態による、駆動モジュールの電気制御信号および係合モジュールの電気制御信号を概略的に示す図である。

【0224】

本実施形態では、前述の実施形態と同様に、制御信号は、最小電圧値Ｖｍｉｎと最大電圧値Ｖｍａｘとを交互にとる。

【0225】

しかし、本実施形態では、最小電圧値から最大電圧値まで移行の間、電気制御信号の電圧値は、最小電圧値から最大電圧値まで単調に増加する。

【0226】

加えて、電気制御信号の電圧値は、
最小電圧値Ｖｍｉｎとしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔとの間の第４の平均勾配と、
しきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔとしきい値電圧値Ｖｆｉｎとの間の、第４の平均勾配よりも絶対値が小さい第５の平均勾配と、
しきい値電圧値Ｖｆｉｎと最大電圧値Ｖｍａｘとの間の、第５の平均勾配よりも絶対値が大きい第６の平均勾配と、を連続して有する。

【0227】

第４の平均勾配は、電気制御信号の値が値Ｖｍｉｎから値Ｖｄｅｂｕｔまで移行する期間［Ｔｍｉｎ，Ｔｄｅｂｕｔ］にわたる電気制御信号の瞬時勾配の平均として定義される。言い換えれば、第４の平均勾配は、（Ｖｄｅｂｕｔ－Ｖｍｉｎ）／（Ｔｄｅｂｕｔ－Ｔｍｉｎ）に等しく、（Ｔｄｅｂｕｔ－Ｔｍｉｎ）は、電気制御信号が値Ｖｍｉｎから値Ｖｄｅｂｕｔまで移行するのにかかる時間である。

【0228】

第５の平均勾配は、電気制御信号の値が値Ｖｄｅｂｕｔから値Ｖｆｉｎまで移行する期間［Ｔｄｅｂｕｔ、Ｔｆｉｎ］にわたる電気制御信号の瞬時勾配の平均として定義される。言い換えれば、第５の平均勾配は、（Ｖｆｉｎ－Ｖｄｅｂｕｔ）／（Ｔｆｉｎ－Ｔｄｅｂｕｔ）に等しく、（Ｔｆｉｎ－Ｔｄｅｂｕｔ）は、電気制御信号が値Ｖｄｅｂｕｔから値Ｖｆｉｎに移行するのにかかる時間である。

【0229】

第６の平均勾配は、電気制御信号の値が値Ｖｆｉｎから値Ｖｍａｘまで移行する期間［Ｔｆｉｎ，Ｔｍａｘ］にわたる電気制御信号の瞬時勾配の平均として定義される。言い換えれば、第６の平均勾配は、（Ｖｍａｘ－Ｖｆｉｎ）／（Ｔｍａｘ－Ｔｆｉｎ）に等しく、（Ｔｍａｘ－Ｔｆｉｎ）は、電気制御信号が値Ｖｆｉｎから値Ｖｍａｘに移行するのにかかる時間である。

【0230】

図３１に示す例では、電気制御信号は、各期間［Ｔｍｉｎ，Ｔｄｅｂｕｔ］、［Ｔｄｅｂｕｔ，Ｔｆｉｎ］、および［Ｔｆｉｎ，Ｔｍａｘ］にわたって線形である。この場合、第４の平均勾配は、期間［Ｔｍｉｎ，Ｔｄｅｂｕｔ］にわたって一定である信号の瞬時勾配に等しく、第５の平均勾配は、期間［Ｔｄｅｂｕｔ，Ｔｆｉｎ］にわたって一定である信号の瞬時勾配に等しく、第６の平均勾配は、期間［Ｔｆｉｎ，Ｔｍａｘ］にわたって一定である信号の瞬時勾配に等しい。

【0231】

しかしながら、他の形態の電気制御信号ももちろん可能であり、例えば、電気制御信号が各期間にわたって線形ではない形態である。

【0232】

図３２は、微小電気機械システム１０のアクチュエータ１１を制御するのに適した制御回路１３を概略的に示す。

【0233】

この例では、制御回路１３は、
減衰回路１３１と、
チャージポンプコンバータおよび電圧調整器を備える電源回路１３２であって、高電圧電源信号を生成するように構成された電源回路１３２と、
高電圧スイッチを備える転流回路１３３であって、アクチュエータ１１を電源回路１３２出力および減衰回路１３１に選択的に接続するように構成された転流回路１３３と、
減衰回路を制御するように構成された始動回路１３４と、
電圧レベルシフト回路１３５と、
低電圧デジタルマイクロプロセッサ１３６と、を備える。

【0234】

減衰回路１３１、電源回路１３２、転流回路１３３、始動回路１３４および電圧レベルシフト回路１３５は、同じＡＳＩＣ回路の構成要素とすることができる。

【0235】

デジタルプロセッサ１３６（「低電圧デジタルコア」とも呼ばれる）は、ＡＳＩＣ回路の異なる回路を制御するように構成された低電圧プログラマブルデジタルプロセッサである。

【0236】

電源回路１３２は、例えば、最大電圧が１２５ボルトであり、場合によっては最大電圧よりも低い２つの値の間で調整され、チャージポンプの動作周波数に応じて１ｍｓ未満の可変立ち上がり時間を特徴とする高電圧電源信号を生成するように構成される。

【0237】

チャージポンプは、転流回路１３３の入力に印加される電気制御信号の電圧を増幅することを可能にするコンデンサを含むアナログ回路である（チャージポンプは「電圧増倍器」とも呼ばれる）。このアナログ回路は、例えば、従来のバッテリ（ボタンセル）の１．５～３ボルトの入力電圧から、アクチュエータ１１のモジュール２００、３００および４００に供給するのに必要な１００ボルトを超える出力電圧まで移行することを可能にする。

【0238】

転流回路１３３のスイッチは、アクチュエータ１１に印加される電気制御信号の電圧上昇に必要な高電圧端子（１１０ボルト）と減衰回路１３１との間の転流を可能にするように構成される。これらのスイッチは、例えば、高電圧に耐えることができる１つまたは複数のＭＯＳＦＥＴパワートランジスタを備える。

【0239】

始動回路１３４（「ＶＤＤブートストラップ」とも呼ばれる）は、減衰回路１３１のＭＯＳＦＥＴトランジスタを制御するように構成される。始動回路１３４は、デジタルプロセッサ１３６によって生成された低電圧デジタル制御信号を減衰回路１３１のＭＯＳＦＥＴトランジスタのゲートに適合させ、変換し、注入することを可能にするアナログ回路である。

【0240】

電圧レベルシフタ回路１３５（「高電圧レベルシフタ」とも呼ばれる）は、デジタルプロセッサ１３６によって生成された低電圧デジタル制御信号を、転流回路１３３のＭＯＳＦＥＴトランジスタのゲートに印加される高電圧制御信号に変換するように構成されたアナログ回路である。

【0241】

図３３は、図１８の制御回路１３の一部を形成する減衰回路１３１を概略的に示す。

【0242】

この図では、アクチュエータ１１はコンデンサに同化されている。実際、駆動モジュール２００、係合モジュール３００、および割り出しモジュールの各々は、可動部分および固定部分を備える。可動部分および固定部分は、キャパシタのプレートに同化させることができる。

【0243】

図３３では、駆動モジュール２００のみが示されている。しかしながら、減衰回路１３１の概略図は、３つのモジュールについて同一である。

【0244】

減衰回路１３１は、ダイオードＤ１と、抵抗器Ｒ１と、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１と、を備える。ダイオードＤ１、抵抗器Ｒ１およびＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１は、転流回路１３３とグランドとの間に並列アセンブリで電気的に接続されている。

【0245】

ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１は、始動回路１３４によって制御される。始動回路１３４は、トランジスタのゲートに接続され、トランジスタを選択的にブロックするかまたはトランジスタを活性化するようにトランジスタを制御するように構成される。

【0246】

ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１が遮断されると、トランジスタ（ドレイン－ソース間）に電流が流れなくなる。

【0247】

ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１が活性化されると、電流がトランジスタを通過することができる。

【0248】

制御回路１３の動作は以下の通りである。

【0249】

ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１は、最初は遮断されている。

【0250】

高電圧電源信号の電圧が最小電圧値（Ｖｍｉｎ）から最大電圧値（Ｖｍａｘ）まで移行するとき、転流モジュール１３３は、転流モジュール１３３がアクチュエータ１１を電源回路１３２の出力に接続する第１の構成にある。したがって、アクチュエータ１１は、電源回路１３２によって生成された高電圧電源信号によって供給される。

【0251】

高電圧電源信号の電圧が最大電圧値（Ｖｍａｘ）から最小電圧値（Ｖｍｉｎ）に移行すると、転流回路１３３は、転流モジュール１３３がアクチュエータ１１を減衰回路１３１に接続する第２の構成に移行する。

【0252】

したがって、転流回路１３３が第２の構成に位置するとき、駆動モジュール２００は減衰回路１３１を介して放電する。

【0253】

駆動モジュール２００の放電は、３つの連続する位相で行われる。

【0254】

最初、固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間の電圧は、最大電圧値Ｖｍａｘに等しい。駆動モジュール２００の放電中、固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間の電圧は低下する。

【0255】

固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間の電圧がしきい値電圧値Ｖｆｉｎ（第１の位相）よりも大きい限り、アクチュエータ１１の放電電流はダイオードＤ１を通過する。駆動モジュール２００の端子の電圧は、最大電圧値Ｖｍａｘからしきい値電圧値Ｖｆｉｎまで急激に低下する。最大電圧値Ｖｍａｘからしきい値電圧値Ｖｆｉｎまでの駆動モジュール２００の端子における電圧の変動は、第１の勾配を有する。この例では、第１の平均勾配は準垂直である。言い換えると、第１の平均勾配は－１Ｖ／μｓ未満である。電気制御信号が最大電圧値Ｖｍａｘからしきい値電圧値Ｖｆｉｎまで移行するのにかかる時間（Ｔｆｉｎ－Ｔｍａｘ）は、５０μｓ未満、またはさらには１０μｓ未満である。

【0256】

固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間の電圧がしきい値電圧値Ｖｆｉｎ（第２の位相）未満になると、ダイオードＤ１は通過しなくなる。アクチュエータ１１の放電電流は、抵抗器Ｒ１を通過する。固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間の電圧は、しきい値電圧値Ｖｆｉｎからしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔまで低下する。駆動モジュール２００の端子における電圧の変動は、抵抗器Ｒ１の値に依存する第２の平均勾配を有する。第２の平均勾配は、第１の平均勾配よりも絶対値が小さい。言い換えると、固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間の電圧の低下は、第１の位相のときよりも緩やかである。抵抗器Ｒ１は、固定駆動部分２１０に対する可動駆動部分２２０の動きを減衰させる役割を果たす。

【0257】

固定駆動部分２１０と可動駆動部分２２０との間の電圧がしきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔ（第３の位相）未満になると、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１が活性化する。これにより、アクチュエータ１１の放電電流がＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１を通過する。駆動モジュール２００の端子における電圧は、しきい値電圧値Ｖｄｅｂｕｔから最小電圧値Ｖｍｉｎまで急激に低下する。駆動モジュール２００の端子における電圧の変動は、第３の平均勾配を有する。この例では、第３の勾配は準垂直である。言い換えると、第３の平均勾配は－１Ｖ／μｓ未満である。電気制御信号が最大電圧値Ｖｄｅｂｕｔからしきい値電圧値Ｖｍｉｎ（Ｔｍｉｎ－Ｔｄｅｂｕｔ）まで移行するのにかかる時間は、５０μｓ未満、またはさらには１０μｓ未満である。第３の勾配は、第２の勾配よりも絶対値が大きい。

【0258】

実際には、始動回路１３４は、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１を、第１の位相の間および第２の位相の間、トランジスタがブロックされ、第３の位相の間、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１が活性化されるように制御する。この目的のために、始動回路１３４は、電源回路１３２によって生成された高電圧電源信号に同期してＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１を交互に遮断および起動するのに適した期間を有する電気制御信号を生成する。２つの信号の同期は、電源回路１３２および始動回路１３４がデジタルプロセッサ１３６によって制御されることによって得られる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【国際調査報告】