スイッチ装置および試験装置
【課題】圧電素子を設けたアクチュエータの接点同士の凝着を防止するスイッチ装置を提供する。
【解決手段】スイッチ装置１００は、第１接点１２２が設けられた接点部と、第１駆動電圧に応じて伸縮する第１圧電膜１３６、および第１圧電膜１３６と並行して設けられて第２駆動電圧に応じて伸縮する第２圧電膜１３８を有し、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の伸縮に伴い第２接点１３２を移動させて第１接点１２２と接触または離間させるアクチュエータと、第１駆動電圧および第２駆動電圧を制御する制御部２００と、を備え、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３２を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、第１駆動電圧を遮断すると共に、第２圧電膜１３８を伸ばす第２駆動電圧を第２圧電膜１３８に印加してアクチュエータの戻りを付勢する。
【解決手段】スイッチ装置１００は、第１接点１２２が設けられた接点部と、第１駆動電圧に応じて伸縮する第１圧電膜１３６、および第１圧電膜１３６と並行して設けられて第２駆動電圧に応じて伸縮する第２圧電膜１３８を有し、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の伸縮に伴い第２接点１３２を移動させて第１接点１２２と接触または離間させるアクチュエータと、第１駆動電圧および第２駆動電圧を制御する制御部２００と、を備え、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３２を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、第１駆動電圧を遮断すると共に、第２圧電膜１３８を伸ばす第２駆動電圧を第２圧電膜１３８に印加してアクチュエータの戻りを付勢する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ装置および試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電膜と当該圧電膜に電圧を印加する電極とを積層させたアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００１−１９１３００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなアクチュエータは、圧電膜を伸縮させて動作させて接点を接触または離間させるスイッチとして用いた場合、接点同士が凝着して接点を離間させることができなくなることがあった。また、圧電膜に駆動電圧を印加することによって、圧電膜に電荷がチャージされ、圧電膜全体に駆動電圧を有効に印加することが困難になる場合も生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、第１接点が設けられた接点部と、第１駆動電圧に応じて伸縮する第１圧電膜、および第１圧電膜と並行して設けられて第２駆動電圧に応じて伸縮する第２圧電膜を有し、第１圧電膜および第２圧電膜の伸縮に伴い第２接点を移動させて第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、第１駆動電圧および第２駆動電圧を制御する制御部と、を備え、制御部は、第１接点および第２接点を接触させる場合に第１圧電膜を伸ばす第１駆動電圧を第１圧電膜に印加してアクチュエータを第２圧電膜側への曲げ、第１接点および第２接点を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、第１駆動電圧を遮断すると共に、第２圧電膜を伸ばす第２駆動電圧を第２圧電膜に印加して前記アクチュエータの戻りを付勢するスイッチ装置を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す。
【図２】本実施形態に係るスイッチ装置１００の側面図を示す。
【図３】本実施形態に係る制御部２００、第１電源部１８０、および第２電源部の構成例を、アクチュエータ１３０と共に示す。
【図４】本実施形態に係る圧電膜の印加電圧と変位の特性の一例を示す。
【図５】本実施形態に係る制御部２００、第１電源部１８０、および第２電源部の変形例を、アクチュエータ１３０と共に示す。
【図６】本実施形態に係る試験装置４１０の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す。図２は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の側面図を示す。スイッチ装置１００は、第１圧電膜に第１駆動電圧を印加して第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させ、第１圧電膜の第１駆動電圧を遮断すると共に第２圧電膜に第２駆動電圧を印加して第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させる。スイッチ装置１００は、基板１１０と、第１接点部１２０と、アクチュエータ１３０と、台座部１４０と、第１電源部１８０と、第２電源部１９０と、制御部２００とを備える。
【０００９】
基板１１０は、第１接点部１２０が設けられる平坦な第１面を有する。基板１１０は、絶縁体でよい。基板１１０は、絶縁性のガラス基板でよく、これに代えてシリコン等の半導体基板等でよい。基板１１０は、ビア１１２と、配線部１１４とをさらに有してよい。また、基板１１０は、第１接点部１２０が設けられる第１面とは異なる第２面に配線部１１４を有してよい。
【００１０】
ビア１１２は、第１接点部１２０と配線部１１４とを電気的に接続する金属で形成される。ビア１１２は、導電性材料が充填されて密閉性を保つように形成されてよい。ビア１１２は、基板１１０に設けられる第１接点部１２０の数に応じて、基板１１０に複数備わってよい。
【００１１】
配線部１１４は、スイッチ装置１００を通過させる信号を伝送する。配線部１１４は、少なくとも１つのビア１１２に対して信号を送信または受信させるべく、基板１１０の第２面に設けられる配線パターンでよい。配線部１１４は、ランド、コネクタ、アンテナ等を含み、外部からスイッチ装置１００に通過させる信号を送受信してよい。
【００１２】
第１接点部１２０は、第１接点１２２が設けられる。第１接点１２２は、突部のない平面であってよい。第１接点部１２０は、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ロジウム、金、白金、ルテニウム、インジウム、イリジウム、モリブデン、および／またはニッケルを含んでよい。ここで、第１接点１２２は、これらの材料を含む２以上の材料の合金であってよい。
【００１３】
本実施例において、スイッチ装置１００は、２つの第１接点部１２０が基板１１０に設けられ、２つの第１接点１２２と１つの第２接点１３４とが接触／離間する。例えば、一方の第１接点１２２ａから第２接点１３４を介して他方の第１接点１２２ｂへの信号伝送をＯＮ／ＯＦＦする。この場合、配線部１１４は、外部からの信号を第１接点１２２ａへと伝送し、スイッチ装置１００がＯＮの場合に当該信号を第１接点１２２ｂから外部へと伝送する。
【００１４】
アクチュエータ１３０は、第２接点１３４を移動させて第１接点１２２と接触または離間させる。アクチュエータ１３０は、半導体プロセスによって成膜されてよい。アクチュエータ１３０は、第２接点部１３２と、第１圧電膜１３６と、第２圧電膜１３８と、第１支持層１５０と、第１圧電膜１３６の電極層１７０と、第２圧電膜１３８の電極層１６０と、露出部１５２とを有する。
【００１５】
第２接点部１３２は、第２接点１３４が設けられる。第２接点部１３２は、第１接点部１２０と同様の金属を含んでよい。第２接点１３４は、第１接点１２２に面で接触するように、突部のない平面であってもよい。これに代えて、第２接点１３４は、第１接点１２２の破壊または劣化を防ぐように、半球状の形状でよく、これに代えて先端を丸めた針状の形状であってもよい。一例として、第２接点１３４は、第１接点１２２と接触して伝送線路を形成する場合に、伝送する信号の周波数に応じた伝送線路幅等を形成するように、予め定められた形状で設けられてよい。
【００１６】
第１圧電膜１３６は、第１駆動電圧に応じて伸縮する。第１圧電膜１３６は、第１駆動電圧を印加された場合に、アクチュエータ１３０の長さ方向に伸縮して、第１接点１２２と第２接点１３４との距離が変化する方向にアクチュエータ１３０を湾曲させるように配される。
【００１７】
第１圧電膜１３６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のウルツ鉱型の結晶、又は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、若しくはチタン酸バリウム（ＢＴＯ）等のペロブスカイト系強誘電体等を用いてよい。第１圧電膜１３６は、例えば、幅方向Ｗに９０μｍ、長さ方向Ｌに７５０μｍ、厚さ方向Ｈに０．５μｍのＰＺＴの圧電膜である。
【００１８】
第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と並行して設けられ、第２駆動電圧に応じて伸縮する。第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と同様に、ペロブスカイト系強誘電体等を用いてよい。第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と略同一の材料で、かつ、第１圧電膜１３６と略同一の形状で形成されることが望ましい。第２圧電膜１３８は、例えば、幅方向Ｗに９０μｍ、長さ方向Ｌに７５０μｍ、厚さ方向Ｈに０．５μｍのＰＺＴの圧電膜である。
【００１９】
アクチュエータ１３０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の伸縮に伴い第２接点１３４を移動させて第１接点１２２と接触または離間させる。ここで、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８は、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面の両側に設けられてよい。また、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８は、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面からの距離および厚さが略同一であってよい。また、アクチュエータ１３０は、厚さ方向の中心面に対し略対称に積層された複数の膜を有してよい。ここで、図中の点線が、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面を示す。
【００２０】
支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の間に設けられる。支持層１５０は、力の印加によって変形する弾性を有し、第１圧電膜１３６が伸縮して力を印加することによって、アクチュエータ１３０は湾曲する。また、支持層１５０は、アクチュエータ１３０が撓みすぎるのを抑制する剛性を有し、第１圧電膜１３６の力の印加が停止すると、アクチュエータ１３０は初期位置に戻る。
【００２１】
支持層１５０は、アルミニウム、金、白金等の導電体、ガラス等の絶縁体、またはシリコン等の半導体を用いてよい。
【００２２】
支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても破壊されない材質で形成されてよい。即ち、支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても、割れ、掛け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない材質で形成することが望ましい。特に、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８をＰＺＴ等で形成する場合、焼成温度は７００℃以上に達する場合もある。
【００２３】
また、第１支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても圧電膜または電極層と化学反応を生じ難い材質で形成されることが望ましい。第１支持層１５０は、圧電膜の焼成温度の加熱によって、圧電膜または電極層と化合物を形成して、割れ、掛け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない材質で形成することが望ましい。また、この場合、第１支持層１５０は、圧電膜の焼成温度の加熱によって、第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８の圧電定数等の膜特性を劣化させない材質で形成することが望ましい。
【００２４】
また、支持層１５０は、絶縁層でよい。支持層１５０は、絶縁層で形成されることで、例えば７００℃程度の圧電膜の焼成温度に耐え、を、金属膜よりも安価なＣＶＤ等の製造方法により短時間で形成することができる。
【００２５】
支持層１５０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。これに代えて、支持層１５０は、窒化シリコン（ＳｉＮ）でよい。支持層１５０は、一例として、幅方向Ｗに９０μｍ、長さ方向Ｌに７５０μｍ、厚さ方向Ｈに４μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。
【００２６】
電極層１６０および電極層１７０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８のそれぞれの上面と下面とに、それぞれの駆動電圧を印加する。電極層１６０および電極層１７０は、アクチュエータ１３０の長さ方向Ｌに延伸する平板形状を有する。電極層１６０および電極層１７０は、アルミニウム、金、白金、銅、インジウム、タングステン、モリブデン、ルテニウム、イリジウム等の低抵抗で加工が容易な金属でよく、ルテニウムオキサイド（ＲｕＯ２）、イリジウムオキサイド（ＩｒＯ２）等酸化物電極、または、シリコン等の半導体を用いてもよい。
【００２７】
電極材料としてシリコンを用いる場合には、不純物を高濃度にドープしたシリコンを用いることが好ましい。電極層１６０および電極層１７０は、一例として、厚さ方向Ｈの厚さが０．２５μｍの白金である。
【００２８】
露出部１５２は、アクチュエータ１３０の先端部において、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８が設けられていない支持層１５０である。第２接点１３４は、露出部１５２上に設けられてよい。これに代えて、第２接点１３４は、第１圧電膜１３６上に設けられてもよい。また、電極層１７０の基板１１０側に面し、かつ、アクチュエータ１３０の先端側に位置する一部分が、第２接点１３４として動作してもよい。この場合、第２接点１３４は、高周波の信号伝達の損失を防ぐ目的で、電極層１７０とは電気的に分離して第１圧電膜１３６の表面に設けられてよい。
【００２９】
台座部１４０は、基板１１０において、第１接点部１２０の近傍で第１接点部１２０と離間した位置に配される。台座部１４０は、ＳｉＯ２等の絶縁体を用いてもよい。これに代えて、台座部１４０は、シリコンまたはガラス等によって形成される基板１１０の一部であってよい。なお、台座部１４０の厚みは、アクチュエータ１３０の最大変位量と同等もしくはそれ以下であってよい。ここで、アクチュエータ１３０の最大変位量とは、第１圧電膜１３６に印加できる最大の駆動電圧を印加した場合における、アクチュエータ１３０の変位量を意味する。
【００３０】
アクチュエータ１３０は、一例として、台座部１４０を介して基板１１０上に固定される。アクチュエータ１３０は、長さ方向Ｌの一方の端部で台座部１４０に支持される。第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加すると、アクチュエータ１３０において台座部１４０に支持されていない第２接点部側の端部は、厚さ方向に屈曲する（図中、下向きに変位する）、若しくは、反り返る（図中、上向きに変位する）ことができる。
【００３１】
第１電源部１８０は、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加する。第１電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加する。また、第１電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第１圧電膜１３６への第１駆動電圧の供給を停止してよい。これに代えて、第１電源部１８０は、スイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加して、スイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に第１駆動電圧の供給を停止してもよい。
【００３２】
第２電源部１９０は、第２圧電膜１３８に第２駆動電圧を印加する。第２電源部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第２圧電膜１３８に第２駆動電圧を印加する。また、第２電源部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第２圧電膜１３８への第２駆動電圧の供給を停止してよい。これに代えて、第２電源部１９０は、スイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に第２圧電膜１３８に第２駆動電圧を印加して、スイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に第２駆動電圧の供給を停止してもよい。
【００３３】
制御部２００は、第１駆動電圧を出力する第１電源部１８０および第２駆動電圧を出力する第２電源部１９０を制御する。制御部２００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧として、予め定められた値を、対応する第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８にそれぞれ供給してよい。制御部２００は、電子回路等のハードウェアであってよく、これに代えて、プログラム等により動作するソフトウェアであってもよい。
【００３４】
制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接触させる場合に、第１圧電膜１３６を縮める第１駆動電圧を第１圧電膜１３６に印加してアクチュエータ１３０を第１圧電膜１３６側への曲げ、第１接点１２２および第２接点１３４を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、第１駆動電圧を遮断すると共に、第２圧電膜１３８を縮める第２駆動電圧を第２圧電膜１３８に印加してアクチュエータ１３０の戻りを付勢する。
【００３５】
これに代えて、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接触させる場合に、第２圧電膜１３８を伸ばす第２駆動電圧を第２圧電膜１３８に印加してアクチュエータ１３０を第１圧電膜１３６側への曲げ、第１接点１２２および第２接点１３４を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、第２駆動電圧を遮断すると共に、第１圧電膜１３６を伸ばす第１駆動電圧を第１圧電膜１３６に印加してアクチュエータ１３０の戻りを付勢してもよい。
【００３６】
以上の本実施例のスイッチ装置１００は、入力された信号の伝送をＯＮ／ＯＦＦする。一例として、本実施例のアクチュエータ１３０は、厚さ方向Ｈに、電極層１７０（白金、０．２５μｍ）／第２圧電膜１３８（ＰＺＴ、０．５μｍ）／電極層１７０（白金、０．２５μｍ）／第１支持層１５０（ＳｉＯ２、４μｍ）／電極層１６０（白金、０．２５μｍ）／第１圧電膜１３６（ＰＺＴ、０．５μｍ）／電極層１６０（白金、０．２５μｍ）が積層される。また、アクチュエータ１３０は、全体の厚さ６ｕｍに対し、第２接点部１３２以外の部分が対称に形成されていてよい。
【００３７】
図３は、本実施形態に係る制御部２００、第１電源部１８０、および第２電源部の構成例を、アクチュエータ１３０と共に示す。第１電源部１８０は、電圧出力部１８２と、出力切替部１８４と、出力制御部１８６とを有する。
【００３８】
電圧出力部１８２は、第１駆動電圧を出力する。電圧出力部１８２は、出力制御部１８６に指示された第１駆動電圧を出力してよい。
【００３９】
出力切替部１８４は、第１圧電膜１３６へ第１駆動電圧を供給するか遮断するかを切り換える。出力切替部１８４は、出力制御部１８６の制御信号に応じて第１駆動電圧の供給および遮断を切り換えてよい。本例において、出力切替部１８４は、第１駆動電圧の遮断として、基準電位である０Ｖに切り換える例を示している。これに代えて、出力切替部１８４は、第１圧電膜１３６を非駆動とする電圧に切り換えてもよい。
【００４０】
出力制御部１８６は、第１圧電膜１３６へ供給する第１駆動電圧の値を電圧出力部１８２に指示する。出力制御部１８６は、制御部２００からの制御信号に基づいて予め定められた第１駆動電圧の値を指示してよく、これに代えて、制御部２００からの制御信号に基づいて第１駆動電圧の値を指示してよい。また、出力制御部１８６は、制御部２００から受信する制御信号に応じて、出力切替部１８４のＯＮ／ＯＦＦを指示する。
【００４１】
第２電源部１９０は、電圧出力部１９２と、出力切替部１９４と、出力制御部１９６とを有する。電圧出力部１９２は、第２駆動電圧を出力する。電圧出力部１９２は、出力制御部１９６に指示された第２駆動電圧を出力してよい。
【００４２】
出力切替部１９４は、第２圧電膜１３８へ第２駆動電圧を供給するか遮断するかを切り換える。出力切替部１９４は、出力制御部１９６の制御信号に応じて第２駆動電圧の供給および遮断を切り換えてよい。本例において、出力切替部１９４は、第２駆動電圧の遮断として、基準電位である０Ｖに切り換える例を示している。これに代えて、出力切替部１９４は、第２圧電膜１３８を非駆動とする電圧に切り換えてもよい。
【００４３】
出力制御部１９６は、制御部２００から受信する制御信号に応じて、第２圧電膜１３８へ供給する第２駆動電圧の値を電圧出力部１９２に指示する。出力制御部１９６は、制御部２００からの制御信号に基づいて予め定められた第２駆動電圧の値を指示してよく、これに代えて、制御部２００からの制御信号に基づいて第２駆動電圧の値を指示してよい。また、出力制御部１９６は、制御部２００から受信する制御信号に応じて、出力切替部１９４のＯＮ／ＯＦＦを指示する。
【００４４】
制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接触させる場合に、第１圧電膜１３６を伸ばす第１駆動電圧を第１電源部１８０から第１圧電膜１３６に印加させる。この場合、出力制御部１８６は、第１駆動電圧を電圧出力部１８２から出力させ、出力切替部１８４をＯＮにする。また、制御部２００は、第２電源部１９０からの第２駆動電圧を遮断する。この場合、出力制御部１９６は、出力切替部１９４をＯＦＦにする。
【００４５】
本実施例の制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、第１駆動電圧を遮断する。この場合、出力制御部１８６は、出力切替部１８４をＯＦＦにする。また、制御部２００は、第２圧電膜１３８を縮める第２駆動電圧を第２圧電膜１３８に印加してアクチュエータ１３０の戻りを付勢する。この場合、出力制御部１９６は、第２動電圧を電圧出力部１９２から出力させ、出力切替部１９４をＯＮにする。
【００４６】
これによって、本実施例のスイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８を縮める駆動電圧を切り換えることで、入力された信号の伝送をＯＮ／ＯＦＦすることができる。また、スイッチ装置１００は、接点同士が凝着しないように、ＯＦＦ状態にする場合に、第２圧電膜１３８を縮めてアクチュエータ１３０の戻りを付勢することができる。
【００４７】
ここで、制御部２００は、アクチュエータ１３０の状態に応じて第２圧電膜１３８によりアクチュエータ１３０の戻りを付勢するか否かを切り替えてよい。アクチュエータ１３０は、剛性を有する状態であれば、第１圧電膜１３６の力の印加が停止すると、アクチュエータ１３０は初期位置に戻る。したがって、スイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、制御部２００は、アクチュエータ１３０が剛性を有する状態であれば、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢しなくてもよい。
【００４８】
制御部２００は、アクチュエータ１３０の累積使用時間をアクチュエータ１３０の状態とする。制御部２００は、一例として、予め定められた累積使用時間に応じて、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢するか否かを切り替える。これによって、スイッチ装置１００は、累積使用時間に応じてアクチュエータ１３０の剛性が低減しても、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢するので、接点同士の凝着を防ぎ、また、スイッチングのオフ時間を略一定に保つことができる。
【００４９】
また、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４が切断状態の初期位置を、アクチュエータ１３０の状態としてよい。例えば、アクチュエータ１３０は、疲労が蓄積すると剛性が低減するので、初期位置が第１接点１２２側に移動する。したがって、スイッチ装置１００は、アクチュエータ１３０の初期位置に応じて、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢することで、接点同士の凝着を防ぎ、また、スイッチングのオフ時間を略一定に保つことができる。
【００５０】
ここで、スイッチ装置１００は、アクチュエータ１３０の初期位置を測定するモニタ部３００を設けてよい。モニタ部３００は、第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８の印加電圧が遮断された状態における変位電圧を測定してよい。例えば、モニタ部３００は、電極層１７０ａおよび電極層１７０ｂに接続され、電極層間の電位差を第２圧電膜１３８に生成される変位電圧として検出する。
【００５１】
制御部２００は、要求されるスイッチング速度に応じて第２圧電膜１３８によりアクチュエータ１３０の戻りを付勢するか否かを切り替えてよい。制御部２００は、スイッチ装置１００のＯＮからＯＦＦに切り替わる場合に要求されるスイッチング速度が、アクチュエータ１３０が有する剛性で初期位置に戻る時間よりも遅い場合、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢しなくてよい。
【００５２】
また、制御部２００は、スイッチ装置１００の要求されるスイッチング速度が、アクチュエータ１３０が有する剛性で初期位置に戻るまでの速度よりも速い場合、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢する。これによって、スイッチ装置１００は、要求されるスイッチング速度が遅い場合は、圧電膜への駆動電圧を印加しないので、圧電膜を長寿命化させることができる。
【００５３】
制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を切断状態とする場合に、第１圧電膜１３６の間にチャージされた電荷を、取り除いてよい。例えば、出力切替部１８４は、電圧出力部１８２からの第１駆動電圧を切断する場合に、電極層１７０ａを基準電位である０Ｖに接続する。これによって、制御部２００は、第１駆動電圧を印加されて電極層１７０ａにチャージされた電荷を取り除くことができる。ここで、出力切替部１８４は、抵抗を介して電極層１７０ａを基準電位である０Ｖに接続することが望ましい。
【００５４】
同様に、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接続状態とする場合に、第２圧電膜１３８の間にチャージされた電荷を、取り除いてよい。例えば、出力切替部１９４は、電圧出力部１９２からの第２駆動電圧を切断する場合に、電極層１６０ａを基準電位である０Ｖに接続する。これによって、制御部２００は、第２駆動電圧を印加されて電極層１６０ａにチャージされた電荷を取り除くことができる。ここで、出力切替部１９４は、抵抗を介して電極層１６０ａを基準電位である０Ｖに接続することが望ましい。
【００５５】
制御部２００は、第２接点１３４を第１接点１２２側に変異させる場合に、第１圧電膜１３６を縮める第１駆動電圧を印加すると共に、第２圧電膜１３８の抗電界よりも小さい電界を与えて第２圧電膜１３８を伸ばす第２駆動電圧を印加してもよい。例えば、圧電膜は、圧電膜が縮む電圧よりも低い電圧を印加することで、圧電膜を伸ばすことができる。
【００５６】
図４は、本実施形態に係る圧電膜の印加電圧と変位の特性の一例を示す。図中の横軸は、圧電膜への印加電圧を示す。縦軸は、印加電圧に応じた圧電膜の変位を示す。図に示されたように、圧電膜は、印加電圧と変位の特性が履歴曲線を示すものがある。したがって、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８がこのような特性を持つ場合は、印加電圧と変位がほぼリニアな関係を示す、例えば、Ａ点からＢ点の範囲で駆動電圧を設定することが望ましい。
【００５７】
本例において、圧電膜は、Ａ点からＢ点の範囲で印加電圧の正負を反転させると、変位の正負も反転する。即ち例えば、圧電膜は、Ａ点において縮んでいた場合、Ｂ点においては伸びることになる。しかしながら、圧電膜は、Ｂ点を超えてさらに印加電圧の絶対値を増加させても、変位は伸びずに縮む方向へと反転する。例えば、圧電膜は、Ｃ点においては縮むことになる。このように、変位が反転するＥｃ−またはＥｃ＋の印加電圧を圧電膜に印加した場合の、圧電膜に印加される電界を抗電界と呼ぶ。
【００５８】
このように、圧電膜は、履歴曲線を有する複雑な特性を有するので、制御部２００は、予め第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の印加電圧と変位の特性を測定して測定結果に基づいて第１駆動電圧および第２駆動電圧を設定することが望ましい。また、制御部２００は、第２圧電膜の抗電界よりも小さい電界を与える第２駆動電圧を第２圧電膜に印加することで第２圧電膜１３８を伸ばし、スイッチ装置１００がＯＮ状態となるアクチュエータ１３０の押し込み力を増加させることができる。また、これにより、制御部２００は、スイッチング速度を向上させることができる。
【００５９】
制御部２００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、使用時間に応じて変化させてよい。圧電膜は、使用時間に応じて、圧電膜を伸縮させる電圧の絶対値が略同一であっても、オフセット電圧が変化する場合がある。
【００６０】
一例として、初期状態において、制御部２００が駆動電圧を０Ｖから５Ｖにすることで圧電膜を伸ばしていた場合に、一定の使用時間が経過すると、駆動電圧を０．５Ｖから５．５Ｖにしないと同様の伸縮が得られないことがある。このような場合、制御部２００は、当初用いていた０Ｖおよび５Ｖの駆動電圧に、０．５Ｖのオフセット電圧を加えることで、圧電膜を伸縮させてよい。
【００６１】
このように、制御部２００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、使用時間に応じて変化させて第１圧電膜１３６および第２圧電膜にそれぞれ供給する。この場合、電圧出力部１８２および電圧出力部１９２のそれぞれは、制御部２００の制御信号に応じて、第１駆動電圧および第２駆動電圧に対応するオフセット電圧をそれぞれ加えて出力する。
【００６２】
また、制御部２００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、アクチュエータ１３０の環境温度に応じて変化させてよい。圧電膜は、環境温度に応じて、圧電膜を伸縮させる電圧の絶対値が略同一であっても、オフセット電圧が変化する場合もある。このような場合、制御部２００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、環境温度に応じて変化させて第１圧電膜１３６および第２圧電膜にそれぞれ供給する。
【００６３】
図５は、本実施形態に係る制御部２００、第１電源部１８０の変形例を、アクチュエータ１３０と共に示す。本変形例のスイッチ装置１００において、図３に示された本実施形態に係るスイッチ装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
【００６４】
第１電源部１８０は、アクチュエータ１３０に第１駆動電圧および第２駆動電圧を切り換えて供給する。第１電源部１８０は、電圧出力部１８２からの出力電圧を、第１接点１２２および第２接点１３４を接触させる場合に、第１圧電膜１３６を縮める第１駆動電圧として、第１圧電膜１３６に印加する。この場合、出力切替部１８４は、電圧出力部１８２と電極層１７０ａとを接続して、出力切替部１９４は、電圧出力部１８２と電極層１６０ａとを遮断する。ここで出力切替部１９４は、電極層１６０ａと基準電位である０Ｖとを接続して電極層１６０ａにチャージされた電荷を取り除いてよい。
【００６５】
また、第１電源部１８０は、第１接点１２２および第２接点１３４を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、出力切替部１８４を遮断すると共に、電圧出力部１８２からの出力電圧を、第２圧電膜１３８を縮める第２駆動電圧として第２圧電膜１３８に印加してアクチュエータ１３０の戻りを付勢する。ここで出力切替部１８４は、電極層１７０ａと基準電位である０Ｖとを接続して電極層１７０ａにチャージされた電荷を取り除いてよい。
【００６６】
スイッチ装置１００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧が略同一の電圧となるように、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８を支持層１５０の表面上にそれぞれ形成されることが望ましい。これによって、スイッチ装置１００は、電圧出力部１８２からの出力電圧を、第１駆動電圧または第２駆動電圧として切り換えて第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８に供給することができる。また、スイッチ装置１００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧が異なる電圧の場合は、制御部２００の制御信号に応じて、出力制御部１８６が第１駆動電圧または第２駆動電圧を電圧出力部１８２に指示して、出力切替部１８４の切り替えに同期して出力させてよい。
【００６７】
スイッチ装置１００は、電極接続部３１０を更に備える。電極接続部３１０は、駆動電位が印加されていた電極層と、次に駆動電位が印加される電極層とを、電気的に接続する。また、電極接続部３１０は、電極層に駆動電位が印加される状態においては、電極層間の電気的接続を遮断する。
【００６８】
制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を切断状態とする場合に、電極接続部３１０を接続状態に切り換えて第１圧電膜１３６の間にチャージされた電荷を、第２圧電膜１３８に移動させる。制御部２００は、電荷を移動させた後に、電極接続部３１０を遮断状態に切り換えてから第１接点１２２および第２接点１３４を切断状態とする。
【００６９】
例えば、制御部２００は、出力切替部１８４に電圧出力部１８２と電極層１７０ａとを接続させて第１駆動電圧を電極層１７０ａに供給して、第１接点１２２および第２接点１３４を接触させているとする。この状態から、制御部２００が、第１接点１２２および第２接点１３４を離間させる状態に切り換える場合を説明する。
【００７０】
まず、制御部２００は、出力切替部１８４を切断状態とする。ここで出力切替部１８４は、電極層１７０ａおよび基準電圧の切断状態に保ったまま、電極層１７０ａおよび電圧出力部１８２を切断する。次に、制御部２００は、電極接続部３１０を接続状態に切り換えて、電極層１６０ａと電極層１７０ａとを接続して、第１圧電膜１３６の間にチャージされた電荷を、第２圧電膜１３８に移動させる。
【００７１】
制御部２００は、電荷を移動させた後に、電極接続部３１０を切断状態に切り換える。ここで制御部２００は、第１駆動電圧と第２駆動電圧が異なる場合、電圧出力部１８２から第２駆動電圧を出力すべく、出力制御部１８６に第２駆動電圧をさせる制御信号を送信してよい。次に、制御部２００は、出力切替部１９４に電圧出力部１８２と電極層１６０ａとを接続させて第２駆動電圧を電極層１６０ａに供給して、アクチュエータ１３０の戻りを付勢する。
【００７２】
このようにして、制御部２００は、第２駆動電圧を第２圧電膜１３８に印加する前に、第１圧電膜１３６の間にチャージされた電荷を、第２圧電膜１３８に移動させる。これによって、制御部２００は、アクチュエータ１３０を駆動させる消費電力を低減させることができる。
【００７３】
以上の本変形例において、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を切断状態とする場合の例を説明したが、これに代えて、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接続状態とする場合も、同様に第２圧電膜１３８の間にチャージされた電荷を、第１圧電膜１３６に移動させてよい。制御部２００は、第１駆動電圧を第１圧電膜１３６に印加する前に、第２圧電膜１３８の間にチャージされた電荷を、第１圧電膜１３６に移動させることで、消費電力を低減させることができる。
【００７４】
図６は、本実施形態に係る試験装置４１０の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。試験装置４１０は、アナログ回路、デジタル回路、アナログ／デジタル混載回路、メモリ、およびシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）等の少なくとも１つの被試験デバイス４００を試験する。試験装置４１０は、被試験デバイス４００を試験するための試験パターンに基づく試験信号を被試験デバイス４００に入力して、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する出力信号に基づいて被試験デバイス４００の良否を判定する。
【００７５】
試験装置４１０は、試験部４２０と、信号入出力部４３０と、制御装置４４０とを備える。試験部４２０は、被試験デバイス４００との間で電気信号を授受して被試験デバイス４００を試験する。試験部４２０は、試験信号発生部４２３と、期待値比較部４２６とを有する。
【００７６】
試験信号発生部４２３は、被試験デバイス４００へ供給する複数の試験信号を発生する。試験信号発生部４２３は、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する応答信号の期待値を生成してよい。試験信号発生部４２３は、信号入出力部４３０を介して複数の被試験デバイス４００に接続されて、複数の被試験デバイス４００を試験してよい。
【００７７】
期待値比較部４２６は、信号入出力部４３０が受信した受信データ値を期待値と比較する。期待値比較部４２６は、期待値を試験信号発生部４２３から受信してよい。試験装置４１０は、期待値比較部４２６の比較結果に基づき、被試験デバイス４００の良否を判定してよい。
【００７８】
信号入出力部４３０は、１以上の被試験デバイス４００に接続され、試験装置４１０と被試験デバイス４００との試験信号をやり取りする。信号入出力部４３０は、複数の被試験デバイス４００を搭載するパフォーマンスボードであってよい。信号入出力部４３０は、スイッチ装置１００を有する。
【００７９】
スイッチ装置１００は、試験部４２０および被試験デバイス４００の間に設けられ、試験部４２０および被試験デバイス４００の間を電気的に接続または切断する。試験装置４１０は、本実施形態に係るスイッチ装置１００によって電気的な接続または切断を実行してよい。
【００８０】
本例において、信号入出力部４３０は１つの被試験デバイス４００に接続され、スイッチ装置１００は、１つの被試験デバイス４００の入力信号ラインおよび出力信号ラインにそれぞれ１つ設けられる例を説明した。これに代えて信号入出力部４３０は、複数の被試験デバイス４００に接続され、スイッチ装置１００は、複数の被試験デバイス４００の入力信号ラインおよび出力信号ラインのそれぞれに１つ設けられてよい。また、信号入出力部４３０から１つの被試験デバイス４００へ接続される信号入出力ラインが１つの場合、１つの入出力ラインに１つのスイッチ装置１００が設けられてよい。
【００８１】
制御装置４４０は、試験装置４１０の試験を実行すべく、試験部４２０および信号入出力部４３０に制御信号を送信する。制御装置４４０は、試験プログラムに応じて、試験部４２０に、試験信号の発生または試験結果と期待値との比較等を実行させる制御信号を送信する。また、制御装置４４０は、試験プログラムに応じて、接続すべき信号入出力ラインに設けられたスイッチ装置１００の接続の指示、および切断すべき信号入出力ラインに設けられたスイッチ装置１００の切断の指示等を、信号入出力部４３０に送信する。
【００８２】
以上の本実施例における試験装置４１０は、電圧制御による低消費電力のスイッチング制御で、かつ、接点同士の凝着を防止するスイッチ装置１００を用いて試験を実行することができる。
【００８３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００８４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１００ スイッチ装置、１１０ 基板、１１２ ビア、１１４ 配線部、１２０ 第１接点部、１２２ 第１接点、１３０ アクチュエータ、１３２ 第２接点部、１３４ 第２接点、１３６ 第１圧電膜、１３８ 第２圧電膜、１４０ 台座部、１５０ 支持層、１５２ 露出部、１６０ 電極層、１７０ 電極層、１８０ 第１電源部、１８２ 電圧出力部、１８４ 出力切替部、１８６ 出力制御部、１９０ 第２電源部、１９２ 電圧出力部、１９４ 出力切替部、１９６ 出力制御部、２００ 制御部、３００ モニタ部、３１０ 電極接続部、４００ 被試験デバイス、４１０ 試験装置、４２０ 試験部、４２３ 試験信号発生部、４２６ 期待値比較部、４３０ 信号入出力部、４４０ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ装置および試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電膜と当該圧電膜に電圧を印加する電極とを積層させたアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００１−１９１３００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなアクチュエータは、圧電膜を伸縮させて動作させて接点を接触または離間させるスイッチとして用いた場合、接点同士が凝着して接点を離間させることができなくなることがあった。また、圧電膜に駆動電圧を印加することによって、圧電膜に電荷がチャージされ、圧電膜全体に駆動電圧を有効に印加することが困難になる場合も生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、第１接点が設けられた接点部と、第１駆動電圧に応じて伸縮する第１圧電膜、および第１圧電膜と並行して設けられて第２駆動電圧に応じて伸縮する第２圧電膜を有し、第１圧電膜および第２圧電膜の伸縮に伴い第２接点を移動させて第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、第１駆動電圧および第２駆動電圧を制御する制御部と、を備え、制御部は、第１接点および第２接点を接触させる場合に第１圧電膜を伸ばす第１駆動電圧を第１圧電膜に印加してアクチュエータを第２圧電膜側への曲げ、第１接点および第２接点を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、第１駆動電圧を遮断すると共に、第２圧電膜を伸ばす第２駆動電圧を第２圧電膜に印加して前記アクチュエータの戻りを付勢するスイッチ装置を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す。
【図２】本実施形態に係るスイッチ装置１００の側面図を示す。
【図３】本実施形態に係る制御部２００、第１電源部１８０、および第２電源部の構成例を、アクチュエータ１３０と共に示す。
【図４】本実施形態に係る圧電膜の印加電圧と変位の特性の一例を示す。
【図５】本実施形態に係る制御部２００、第１電源部１８０、および第２電源部の変形例を、アクチュエータ１３０と共に示す。
【図６】本実施形態に係る試験装置４１０の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す。図２は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の側面図を示す。スイッチ装置１００は、第１圧電膜に第１駆動電圧を印加して第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させ、第１圧電膜の第１駆動電圧を遮断すると共に第２圧電膜に第２駆動電圧を印加して第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させる。スイッチ装置１００は、基板１１０と、第１接点部１２０と、アクチュエータ１３０と、台座部１４０と、第１電源部１８０と、第２電源部１９０と、制御部２００とを備える。
【０００９】
基板１１０は、第１接点部１２０が設けられる平坦な第１面を有する。基板１１０は、絶縁体でよい。基板１１０は、絶縁性のガラス基板でよく、これに代えてシリコン等の半導体基板等でよい。基板１１０は、ビア１１２と、配線部１１４とをさらに有してよい。また、基板１１０は、第１接点部１２０が設けられる第１面とは異なる第２面に配線部１１４を有してよい。
【００１０】
ビア１１２は、第１接点部１２０と配線部１１４とを電気的に接続する金属で形成される。ビア１１２は、導電性材料が充填されて密閉性を保つように形成されてよい。ビア１１２は、基板１１０に設けられる第１接点部１２０の数に応じて、基板１１０に複数備わってよい。
【００１１】
配線部１１４は、スイッチ装置１００を通過させる信号を伝送する。配線部１１４は、少なくとも１つのビア１１２に対して信号を送信または受信させるべく、基板１１０の第２面に設けられる配線パターンでよい。配線部１１４は、ランド、コネクタ、アンテナ等を含み、外部からスイッチ装置１００に通過させる信号を送受信してよい。
【００１２】
第１接点部１２０は、第１接点１２２が設けられる。第１接点１２２は、突部のない平面であってよい。第１接点部１２０は、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ロジウム、金、白金、ルテニウム、インジウム、イリジウム、モリブデン、および／またはニッケルを含んでよい。ここで、第１接点１２２は、これらの材料を含む２以上の材料の合金であってよい。
【００１３】
本実施例において、スイッチ装置１００は、２つの第１接点部１２０が基板１１０に設けられ、２つの第１接点１２２と１つの第２接点１３４とが接触／離間する。例えば、一方の第１接点１２２ａから第２接点１３４を介して他方の第１接点１２２ｂへの信号伝送をＯＮ／ＯＦＦする。この場合、配線部１１４は、外部からの信号を第１接点１２２ａへと伝送し、スイッチ装置１００がＯＮの場合に当該信号を第１接点１２２ｂから外部へと伝送する。
【００１４】
アクチュエータ１３０は、第２接点１３４を移動させて第１接点１２２と接触または離間させる。アクチュエータ１３０は、半導体プロセスによって成膜されてよい。アクチュエータ１３０は、第２接点部１３２と、第１圧電膜１３６と、第２圧電膜１３８と、第１支持層１５０と、第１圧電膜１３６の電極層１７０と、第２圧電膜１３８の電極層１６０と、露出部１５２とを有する。
【００１５】
第２接点部１３２は、第２接点１３４が設けられる。第２接点部１３２は、第１接点部１２０と同様の金属を含んでよい。第２接点１３４は、第１接点１２２に面で接触するように、突部のない平面であってもよい。これに代えて、第２接点１３４は、第１接点１２２の破壊または劣化を防ぐように、半球状の形状でよく、これに代えて先端を丸めた針状の形状であってもよい。一例として、第２接点１３４は、第１接点１２２と接触して伝送線路を形成する場合に、伝送する信号の周波数に応じた伝送線路幅等を形成するように、予め定められた形状で設けられてよい。
【００１６】
第１圧電膜１３６は、第１駆動電圧に応じて伸縮する。第１圧電膜１３６は、第１駆動電圧を印加された場合に、アクチュエータ１３０の長さ方向に伸縮して、第１接点１２２と第２接点１３４との距離が変化する方向にアクチュエータ１３０を湾曲させるように配される。
【００１７】
第１圧電膜１３６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のウルツ鉱型の結晶、又は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、若しくはチタン酸バリウム（ＢＴＯ）等のペロブスカイト系強誘電体等を用いてよい。第１圧電膜１３６は、例えば、幅方向Ｗに９０μｍ、長さ方向Ｌに７５０μｍ、厚さ方向Ｈに０．５μｍのＰＺＴの圧電膜である。
【００１８】
第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と並行して設けられ、第２駆動電圧に応じて伸縮する。第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と同様に、ペロブスカイト系強誘電体等を用いてよい。第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と略同一の材料で、かつ、第１圧電膜１３６と略同一の形状で形成されることが望ましい。第２圧電膜１３８は、例えば、幅方向Ｗに９０μｍ、長さ方向Ｌに７５０μｍ、厚さ方向Ｈに０．５μｍのＰＺＴの圧電膜である。
【００１９】
アクチュエータ１３０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の伸縮に伴い第２接点１３４を移動させて第１接点１２２と接触または離間させる。ここで、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８は、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面の両側に設けられてよい。また、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８は、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面からの距離および厚さが略同一であってよい。また、アクチュエータ１３０は、厚さ方向の中心面に対し略対称に積層された複数の膜を有してよい。ここで、図中の点線が、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面を示す。
【００２０】
支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の間に設けられる。支持層１５０は、力の印加によって変形する弾性を有し、第１圧電膜１３６が伸縮して力を印加することによって、アクチュエータ１３０は湾曲する。また、支持層１５０は、アクチュエータ１３０が撓みすぎるのを抑制する剛性を有し、第１圧電膜１３６の力の印加が停止すると、アクチュエータ１３０は初期位置に戻る。
【００２１】
支持層１５０は、アルミニウム、金、白金等の導電体、ガラス等の絶縁体、またはシリコン等の半導体を用いてよい。
【００２２】
支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても破壊されない材質で形成されてよい。即ち、支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても、割れ、掛け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない材質で形成することが望ましい。特に、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８をＰＺＴ等で形成する場合、焼成温度は７００℃以上に達する場合もある。
【００２３】
また、第１支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても圧電膜または電極層と化学反応を生じ難い材質で形成されることが望ましい。第１支持層１５０は、圧電膜の焼成温度の加熱によって、圧電膜または電極層と化合物を形成して、割れ、掛け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない材質で形成することが望ましい。また、この場合、第１支持層１５０は、圧電膜の焼成温度の加熱によって、第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８の圧電定数等の膜特性を劣化させない材質で形成することが望ましい。
【００２４】
また、支持層１５０は、絶縁層でよい。支持層１５０は、絶縁層で形成されることで、例えば７００℃程度の圧電膜の焼成温度に耐え、を、金属膜よりも安価なＣＶＤ等の製造方法により短時間で形成することができる。
【００２５】
支持層１５０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。これに代えて、支持層１５０は、窒化シリコン（ＳｉＮ）でよい。支持層１５０は、一例として、幅方向Ｗに９０μｍ、長さ方向Ｌに７５０μｍ、厚さ方向Ｈに４μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。
【００２６】
電極層１６０および電極層１７０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８のそれぞれの上面と下面とに、それぞれの駆動電圧を印加する。電極層１６０および電極層１７０は、アクチュエータ１３０の長さ方向Ｌに延伸する平板形状を有する。電極層１６０および電極層１７０は、アルミニウム、金、白金、銅、インジウム、タングステン、モリブデン、ルテニウム、イリジウム等の低抵抗で加工が容易な金属でよく、ルテニウムオキサイド（ＲｕＯ２）、イリジウムオキサイド（ＩｒＯ２）等酸化物電極、または、シリコン等の半導体を用いてもよい。
【００２７】
電極材料としてシリコンを用いる場合には、不純物を高濃度にドープしたシリコンを用いることが好ましい。電極層１６０および電極層１７０は、一例として、厚さ方向Ｈの厚さが０．２５μｍの白金である。
【００２８】
露出部１５２は、アクチュエータ１３０の先端部において、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８が設けられていない支持層１５０である。第２接点１３４は、露出部１５２上に設けられてよい。これに代えて、第２接点１３４は、第１圧電膜１３６上に設けられてもよい。また、電極層１７０の基板１１０側に面し、かつ、アクチュエータ１３０の先端側に位置する一部分が、第２接点１３４として動作してもよい。この場合、第２接点１３４は、高周波の信号伝達の損失を防ぐ目的で、電極層１７０とは電気的に分離して第１圧電膜１３６の表面に設けられてよい。
【００２９】
台座部１４０は、基板１１０において、第１接点部１２０の近傍で第１接点部１２０と離間した位置に配される。台座部１４０は、ＳｉＯ２等の絶縁体を用いてもよい。これに代えて、台座部１４０は、シリコンまたはガラス等によって形成される基板１１０の一部であってよい。なお、台座部１４０の厚みは、アクチュエータ１３０の最大変位量と同等もしくはそれ以下であってよい。ここで、アクチュエータ１３０の最大変位量とは、第１圧電膜１３６に印加できる最大の駆動電圧を印加した場合における、アクチュエータ１３０の変位量を意味する。
【００３０】
アクチュエータ１３０は、一例として、台座部１４０を介して基板１１０上に固定される。アクチュエータ１３０は、長さ方向Ｌの一方の端部で台座部１４０に支持される。第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加すると、アクチュエータ１３０において台座部１４０に支持されていない第２接点部側の端部は、厚さ方向に屈曲する（図中、下向きに変位する）、若しくは、反り返る（図中、上向きに変位する）ことができる。
【００３１】
第１電源部１８０は、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加する。第１電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加する。また、第１電源部１８０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第１圧電膜１３６への第１駆動電圧の供給を停止してよい。これに代えて、第１電源部１８０は、スイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加して、スイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に第１駆動電圧の供給を停止してもよい。
【００３２】
第２電源部１９０は、第２圧電膜１３８に第２駆動電圧を印加する。第２電源部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第２圧電膜１３８に第２駆動電圧を印加する。また、第２電源部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第２圧電膜１３８への第２駆動電圧の供給を停止してよい。これに代えて、第２電源部１９０は、スイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に第２圧電膜１３８に第２駆動電圧を印加して、スイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に第２駆動電圧の供給を停止してもよい。
【００３３】
制御部２００は、第１駆動電圧を出力する第１電源部１８０および第２駆動電圧を出力する第２電源部１９０を制御する。制御部２００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧として、予め定められた値を、対応する第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８にそれぞれ供給してよい。制御部２００は、電子回路等のハードウェアであってよく、これに代えて、プログラム等により動作するソフトウェアであってもよい。
【００３４】
制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接触させる場合に、第１圧電膜１３６を縮める第１駆動電圧を第１圧電膜１３６に印加してアクチュエータ１３０を第１圧電膜１３６側への曲げ、第１接点１２２および第２接点１３４を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、第１駆動電圧を遮断すると共に、第２圧電膜１３８を縮める第２駆動電圧を第２圧電膜１３８に印加してアクチュエータ１３０の戻りを付勢する。
【００３５】
これに代えて、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接触させる場合に、第２圧電膜１３８を伸ばす第２駆動電圧を第２圧電膜１３８に印加してアクチュエータ１３０を第１圧電膜１３６側への曲げ、第１接点１２２および第２接点１３４を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、第２駆動電圧を遮断すると共に、第１圧電膜１３６を伸ばす第１駆動電圧を第１圧電膜１３６に印加してアクチュエータ１３０の戻りを付勢してもよい。
【００３６】
以上の本実施例のスイッチ装置１００は、入力された信号の伝送をＯＮ／ＯＦＦする。一例として、本実施例のアクチュエータ１３０は、厚さ方向Ｈに、電極層１７０（白金、０．２５μｍ）／第２圧電膜１３８（ＰＺＴ、０．５μｍ）／電極層１７０（白金、０．２５μｍ）／第１支持層１５０（ＳｉＯ２、４μｍ）／電極層１６０（白金、０．２５μｍ）／第１圧電膜１３６（ＰＺＴ、０．５μｍ）／電極層１６０（白金、０．２５μｍ）が積層される。また、アクチュエータ１３０は、全体の厚さ６ｕｍに対し、第２接点部１３２以外の部分が対称に形成されていてよい。
【００３７】
図３は、本実施形態に係る制御部２００、第１電源部１８０、および第２電源部の構成例を、アクチュエータ１３０と共に示す。第１電源部１８０は、電圧出力部１８２と、出力切替部１８４と、出力制御部１８６とを有する。
【００３８】
電圧出力部１８２は、第１駆動電圧を出力する。電圧出力部１８２は、出力制御部１８６に指示された第１駆動電圧を出力してよい。
【００３９】
出力切替部１８４は、第１圧電膜１３６へ第１駆動電圧を供給するか遮断するかを切り換える。出力切替部１８４は、出力制御部１８６の制御信号に応じて第１駆動電圧の供給および遮断を切り換えてよい。本例において、出力切替部１８４は、第１駆動電圧の遮断として、基準電位である０Ｖに切り換える例を示している。これに代えて、出力切替部１８４は、第１圧電膜１３６を非駆動とする電圧に切り換えてもよい。
【００４０】
出力制御部１８６は、第１圧電膜１３６へ供給する第１駆動電圧の値を電圧出力部１８２に指示する。出力制御部１８６は、制御部２００からの制御信号に基づいて予め定められた第１駆動電圧の値を指示してよく、これに代えて、制御部２００からの制御信号に基づいて第１駆動電圧の値を指示してよい。また、出力制御部１８６は、制御部２００から受信する制御信号に応じて、出力切替部１８４のＯＮ／ＯＦＦを指示する。
【００４１】
第２電源部１９０は、電圧出力部１９２と、出力切替部１９４と、出力制御部１９６とを有する。電圧出力部１９２は、第２駆動電圧を出力する。電圧出力部１９２は、出力制御部１９６に指示された第２駆動電圧を出力してよい。
【００４２】
出力切替部１９４は、第２圧電膜１３８へ第２駆動電圧を供給するか遮断するかを切り換える。出力切替部１９４は、出力制御部１９６の制御信号に応じて第２駆動電圧の供給および遮断を切り換えてよい。本例において、出力切替部１９４は、第２駆動電圧の遮断として、基準電位である０Ｖに切り換える例を示している。これに代えて、出力切替部１９４は、第２圧電膜１３８を非駆動とする電圧に切り換えてもよい。
【００４３】
出力制御部１９６は、制御部２００から受信する制御信号に応じて、第２圧電膜１３８へ供給する第２駆動電圧の値を電圧出力部１９２に指示する。出力制御部１９６は、制御部２００からの制御信号に基づいて予め定められた第２駆動電圧の値を指示してよく、これに代えて、制御部２００からの制御信号に基づいて第２駆動電圧の値を指示してよい。また、出力制御部１９６は、制御部２００から受信する制御信号に応じて、出力切替部１９４のＯＮ／ＯＦＦを指示する。
【００４４】
制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接触させる場合に、第１圧電膜１３６を伸ばす第１駆動電圧を第１電源部１８０から第１圧電膜１３６に印加させる。この場合、出力制御部１８６は、第１駆動電圧を電圧出力部１８２から出力させ、出力切替部１８４をＯＮにする。また、制御部２００は、第２電源部１９０からの第２駆動電圧を遮断する。この場合、出力制御部１９６は、出力切替部１９４をＯＦＦにする。
【００４５】
本実施例の制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、第１駆動電圧を遮断する。この場合、出力制御部１８６は、出力切替部１８４をＯＦＦにする。また、制御部２００は、第２圧電膜１３８を縮める第２駆動電圧を第２圧電膜１３８に印加してアクチュエータ１３０の戻りを付勢する。この場合、出力制御部１９６は、第２動電圧を電圧出力部１９２から出力させ、出力切替部１９４をＯＮにする。
【００４６】
これによって、本実施例のスイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８を縮める駆動電圧を切り換えることで、入力された信号の伝送をＯＮ／ＯＦＦすることができる。また、スイッチ装置１００は、接点同士が凝着しないように、ＯＦＦ状態にする場合に、第２圧電膜１３８を縮めてアクチュエータ１３０の戻りを付勢することができる。
【００４７】
ここで、制御部２００は、アクチュエータ１３０の状態に応じて第２圧電膜１３８によりアクチュエータ１３０の戻りを付勢するか否かを切り替えてよい。アクチュエータ１３０は、剛性を有する状態であれば、第１圧電膜１３６の力の印加が停止すると、アクチュエータ１３０は初期位置に戻る。したがって、スイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、制御部２００は、アクチュエータ１３０が剛性を有する状態であれば、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢しなくてもよい。
【００４８】
制御部２００は、アクチュエータ１３０の累積使用時間をアクチュエータ１３０の状態とする。制御部２００は、一例として、予め定められた累積使用時間に応じて、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢するか否かを切り替える。これによって、スイッチ装置１００は、累積使用時間に応じてアクチュエータ１３０の剛性が低減しても、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢するので、接点同士の凝着を防ぎ、また、スイッチングのオフ時間を略一定に保つことができる。
【００４９】
また、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４が切断状態の初期位置を、アクチュエータ１３０の状態としてよい。例えば、アクチュエータ１３０は、疲労が蓄積すると剛性が低減するので、初期位置が第１接点１２２側に移動する。したがって、スイッチ装置１００は、アクチュエータ１３０の初期位置に応じて、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢することで、接点同士の凝着を防ぎ、また、スイッチングのオフ時間を略一定に保つことができる。
【００５０】
ここで、スイッチ装置１００は、アクチュエータ１３０の初期位置を測定するモニタ部３００を設けてよい。モニタ部３００は、第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８の印加電圧が遮断された状態における変位電圧を測定してよい。例えば、モニタ部３００は、電極層１７０ａおよび電極層１７０ｂに接続され、電極層間の電位差を第２圧電膜１３８に生成される変位電圧として検出する。
【００５１】
制御部２００は、要求されるスイッチング速度に応じて第２圧電膜１３８によりアクチュエータ１３０の戻りを付勢するか否かを切り替えてよい。制御部２００は、スイッチ装置１００のＯＮからＯＦＦに切り替わる場合に要求されるスイッチング速度が、アクチュエータ１３０が有する剛性で初期位置に戻る時間よりも遅い場合、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢しなくてよい。
【００５２】
また、制御部２００は、スイッチ装置１００の要求されるスイッチング速度が、アクチュエータ１３０が有する剛性で初期位置に戻るまでの速度よりも速い場合、第２圧電膜１３８によるアクチュエータ１３０の戻りを付勢する。これによって、スイッチ装置１００は、要求されるスイッチング速度が遅い場合は、圧電膜への駆動電圧を印加しないので、圧電膜を長寿命化させることができる。
【００５３】
制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を切断状態とする場合に、第１圧電膜１３６の間にチャージされた電荷を、取り除いてよい。例えば、出力切替部１８４は、電圧出力部１８２からの第１駆動電圧を切断する場合に、電極層１７０ａを基準電位である０Ｖに接続する。これによって、制御部２００は、第１駆動電圧を印加されて電極層１７０ａにチャージされた電荷を取り除くことができる。ここで、出力切替部１８４は、抵抗を介して電極層１７０ａを基準電位である０Ｖに接続することが望ましい。
【００５４】
同様に、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接続状態とする場合に、第２圧電膜１３８の間にチャージされた電荷を、取り除いてよい。例えば、出力切替部１９４は、電圧出力部１９２からの第２駆動電圧を切断する場合に、電極層１６０ａを基準電位である０Ｖに接続する。これによって、制御部２００は、第２駆動電圧を印加されて電極層１６０ａにチャージされた電荷を取り除くことができる。ここで、出力切替部１９４は、抵抗を介して電極層１６０ａを基準電位である０Ｖに接続することが望ましい。
【００５５】
制御部２００は、第２接点１３４を第１接点１２２側に変異させる場合に、第１圧電膜１３６を縮める第１駆動電圧を印加すると共に、第２圧電膜１３８の抗電界よりも小さい電界を与えて第２圧電膜１３８を伸ばす第２駆動電圧を印加してもよい。例えば、圧電膜は、圧電膜が縮む電圧よりも低い電圧を印加することで、圧電膜を伸ばすことができる。
【００５６】
図４は、本実施形態に係る圧電膜の印加電圧と変位の特性の一例を示す。図中の横軸は、圧電膜への印加電圧を示す。縦軸は、印加電圧に応じた圧電膜の変位を示す。図に示されたように、圧電膜は、印加電圧と変位の特性が履歴曲線を示すものがある。したがって、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８がこのような特性を持つ場合は、印加電圧と変位がほぼリニアな関係を示す、例えば、Ａ点からＢ点の範囲で駆動電圧を設定することが望ましい。
【００５７】
本例において、圧電膜は、Ａ点からＢ点の範囲で印加電圧の正負を反転させると、変位の正負も反転する。即ち例えば、圧電膜は、Ａ点において縮んでいた場合、Ｂ点においては伸びることになる。しかしながら、圧電膜は、Ｂ点を超えてさらに印加電圧の絶対値を増加させても、変位は伸びずに縮む方向へと反転する。例えば、圧電膜は、Ｃ点においては縮むことになる。このように、変位が反転するＥｃ−またはＥｃ＋の印加電圧を圧電膜に印加した場合の、圧電膜に印加される電界を抗電界と呼ぶ。
【００５８】
このように、圧電膜は、履歴曲線を有する複雑な特性を有するので、制御部２００は、予め第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の印加電圧と変位の特性を測定して測定結果に基づいて第１駆動電圧および第２駆動電圧を設定することが望ましい。また、制御部２００は、第２圧電膜の抗電界よりも小さい電界を与える第２駆動電圧を第２圧電膜に印加することで第２圧電膜１３８を伸ばし、スイッチ装置１００がＯＮ状態となるアクチュエータ１３０の押し込み力を増加させることができる。また、これにより、制御部２００は、スイッチング速度を向上させることができる。
【００５９】
制御部２００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、使用時間に応じて変化させてよい。圧電膜は、使用時間に応じて、圧電膜を伸縮させる電圧の絶対値が略同一であっても、オフセット電圧が変化する場合がある。
【００６０】
一例として、初期状態において、制御部２００が駆動電圧を０Ｖから５Ｖにすることで圧電膜を伸ばしていた場合に、一定の使用時間が経過すると、駆動電圧を０．５Ｖから５．５Ｖにしないと同様の伸縮が得られないことがある。このような場合、制御部２００は、当初用いていた０Ｖおよび５Ｖの駆動電圧に、０．５Ｖのオフセット電圧を加えることで、圧電膜を伸縮させてよい。
【００６１】
このように、制御部２００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、使用時間に応じて変化させて第１圧電膜１３６および第２圧電膜にそれぞれ供給する。この場合、電圧出力部１８２および電圧出力部１９２のそれぞれは、制御部２００の制御信号に応じて、第１駆動電圧および第２駆動電圧に対応するオフセット電圧をそれぞれ加えて出力する。
【００６２】
また、制御部２００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、アクチュエータ１３０の環境温度に応じて変化させてよい。圧電膜は、環境温度に応じて、圧電膜を伸縮させる電圧の絶対値が略同一であっても、オフセット電圧が変化する場合もある。このような場合、制御部２００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、環境温度に応じて変化させて第１圧電膜１３６および第２圧電膜にそれぞれ供給する。
【００６３】
図５は、本実施形態に係る制御部２００、第１電源部１８０の変形例を、アクチュエータ１３０と共に示す。本変形例のスイッチ装置１００において、図３に示された本実施形態に係るスイッチ装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
【００６４】
第１電源部１８０は、アクチュエータ１３０に第１駆動電圧および第２駆動電圧を切り換えて供給する。第１電源部１８０は、電圧出力部１８２からの出力電圧を、第１接点１２２および第２接点１３４を接触させる場合に、第１圧電膜１３６を縮める第１駆動電圧として、第１圧電膜１３６に印加する。この場合、出力切替部１８４は、電圧出力部１８２と電極層１７０ａとを接続して、出力切替部１９４は、電圧出力部１８２と電極層１６０ａとを遮断する。ここで出力切替部１９４は、電極層１６０ａと基準電位である０Ｖとを接続して電極層１６０ａにチャージされた電荷を取り除いてよい。
【００６５】
また、第１電源部１８０は、第１接点１２２および第２接点１３４を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、出力切替部１８４を遮断すると共に、電圧出力部１８２からの出力電圧を、第２圧電膜１３８を縮める第２駆動電圧として第２圧電膜１３８に印加してアクチュエータ１３０の戻りを付勢する。ここで出力切替部１８４は、電極層１７０ａと基準電位である０Ｖとを接続して電極層１７０ａにチャージされた電荷を取り除いてよい。
【００６６】
スイッチ装置１００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧が略同一の電圧となるように、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８を支持層１５０の表面上にそれぞれ形成されることが望ましい。これによって、スイッチ装置１００は、電圧出力部１８２からの出力電圧を、第１駆動電圧または第２駆動電圧として切り換えて第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８に供給することができる。また、スイッチ装置１００は、第１駆動電圧および第２駆動電圧が異なる電圧の場合は、制御部２００の制御信号に応じて、出力制御部１８６が第１駆動電圧または第２駆動電圧を電圧出力部１８２に指示して、出力切替部１８４の切り替えに同期して出力させてよい。
【００６７】
スイッチ装置１００は、電極接続部３１０を更に備える。電極接続部３１０は、駆動電位が印加されていた電極層と、次に駆動電位が印加される電極層とを、電気的に接続する。また、電極接続部３１０は、電極層に駆動電位が印加される状態においては、電極層間の電気的接続を遮断する。
【００６８】
制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を切断状態とする場合に、電極接続部３１０を接続状態に切り換えて第１圧電膜１３６の間にチャージされた電荷を、第２圧電膜１３８に移動させる。制御部２００は、電荷を移動させた後に、電極接続部３１０を遮断状態に切り換えてから第１接点１２２および第２接点１３４を切断状態とする。
【００６９】
例えば、制御部２００は、出力切替部１８４に電圧出力部１８２と電極層１７０ａとを接続させて第１駆動電圧を電極層１７０ａに供給して、第１接点１２２および第２接点１３４を接触させているとする。この状態から、制御部２００が、第１接点１２２および第２接点１３４を離間させる状態に切り換える場合を説明する。
【００７０】
まず、制御部２００は、出力切替部１８４を切断状態とする。ここで出力切替部１８４は、電極層１７０ａおよび基準電圧の切断状態に保ったまま、電極層１７０ａおよび電圧出力部１８２を切断する。次に、制御部２００は、電極接続部３１０を接続状態に切り換えて、電極層１６０ａと電極層１７０ａとを接続して、第１圧電膜１３６の間にチャージされた電荷を、第２圧電膜１３８に移動させる。
【００７１】
制御部２００は、電荷を移動させた後に、電極接続部３１０を切断状態に切り換える。ここで制御部２００は、第１駆動電圧と第２駆動電圧が異なる場合、電圧出力部１８２から第２駆動電圧を出力すべく、出力制御部１８６に第２駆動電圧をさせる制御信号を送信してよい。次に、制御部２００は、出力切替部１９４に電圧出力部１８２と電極層１６０ａとを接続させて第２駆動電圧を電極層１６０ａに供給して、アクチュエータ１３０の戻りを付勢する。
【００７２】
このようにして、制御部２００は、第２駆動電圧を第２圧電膜１３８に印加する前に、第１圧電膜１３６の間にチャージされた電荷を、第２圧電膜１３８に移動させる。これによって、制御部２００は、アクチュエータ１３０を駆動させる消費電力を低減させることができる。
【００７３】
以上の本変形例において、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を切断状態とする場合の例を説明したが、これに代えて、制御部２００は、第１接点１２２および第２接点１３４を接続状態とする場合も、同様に第２圧電膜１３８の間にチャージされた電荷を、第１圧電膜１３６に移動させてよい。制御部２００は、第１駆動電圧を第１圧電膜１３６に印加する前に、第２圧電膜１３８の間にチャージされた電荷を、第１圧電膜１３６に移動させることで、消費電力を低減させることができる。
【００７４】
図６は、本実施形態に係る試験装置４１０の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。試験装置４１０は、アナログ回路、デジタル回路、アナログ／デジタル混載回路、メモリ、およびシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）等の少なくとも１つの被試験デバイス４００を試験する。試験装置４１０は、被試験デバイス４００を試験するための試験パターンに基づく試験信号を被試験デバイス４００に入力して、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する出力信号に基づいて被試験デバイス４００の良否を判定する。
【００７５】
試験装置４１０は、試験部４２０と、信号入出力部４３０と、制御装置４４０とを備える。試験部４２０は、被試験デバイス４００との間で電気信号を授受して被試験デバイス４００を試験する。試験部４２０は、試験信号発生部４２３と、期待値比較部４２６とを有する。
【００７６】
試験信号発生部４２３は、被試験デバイス４００へ供給する複数の試験信号を発生する。試験信号発生部４２３は、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する応答信号の期待値を生成してよい。試験信号発生部４２３は、信号入出力部４３０を介して複数の被試験デバイス４００に接続されて、複数の被試験デバイス４００を試験してよい。
【００７７】
期待値比較部４２６は、信号入出力部４３０が受信した受信データ値を期待値と比較する。期待値比較部４２６は、期待値を試験信号発生部４２３から受信してよい。試験装置４１０は、期待値比較部４２６の比較結果に基づき、被試験デバイス４００の良否を判定してよい。
【００７８】
信号入出力部４３０は、１以上の被試験デバイス４００に接続され、試験装置４１０と被試験デバイス４００との試験信号をやり取りする。信号入出力部４３０は、複数の被試験デバイス４００を搭載するパフォーマンスボードであってよい。信号入出力部４３０は、スイッチ装置１００を有する。
【００７９】
スイッチ装置１００は、試験部４２０および被試験デバイス４００の間に設けられ、試験部４２０および被試験デバイス４００の間を電気的に接続または切断する。試験装置４１０は、本実施形態に係るスイッチ装置１００によって電気的な接続または切断を実行してよい。
【００８０】
本例において、信号入出力部４３０は１つの被試験デバイス４００に接続され、スイッチ装置１００は、１つの被試験デバイス４００の入力信号ラインおよび出力信号ラインにそれぞれ１つ設けられる例を説明した。これに代えて信号入出力部４３０は、複数の被試験デバイス４００に接続され、スイッチ装置１００は、複数の被試験デバイス４００の入力信号ラインおよび出力信号ラインのそれぞれに１つ設けられてよい。また、信号入出力部４３０から１つの被試験デバイス４００へ接続される信号入出力ラインが１つの場合、１つの入出力ラインに１つのスイッチ装置１００が設けられてよい。
【００８１】
制御装置４４０は、試験装置４１０の試験を実行すべく、試験部４２０および信号入出力部４３０に制御信号を送信する。制御装置４４０は、試験プログラムに応じて、試験部４２０に、試験信号の発生または試験結果と期待値との比較等を実行させる制御信号を送信する。また、制御装置４４０は、試験プログラムに応じて、接続すべき信号入出力ラインに設けられたスイッチ装置１００の接続の指示、および切断すべき信号入出力ラインに設けられたスイッチ装置１００の切断の指示等を、信号入出力部４３０に送信する。
【００８２】
以上の本実施例における試験装置４１０は、電圧制御による低消費電力のスイッチング制御で、かつ、接点同士の凝着を防止するスイッチ装置１００を用いて試験を実行することができる。
【００８３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００８４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１００ スイッチ装置、１１０ 基板、１１２ ビア、１１４ 配線部、１２０ 第１接点部、１２２ 第１接点、１３０ アクチュエータ、１３２ 第２接点部、１３４ 第２接点、１３６ 第１圧電膜、１３８ 第２圧電膜、１４０ 台座部、１５０ 支持層、１５２ 露出部、１６０ 電極層、１７０ 電極層、１８０ 第１電源部、１８２ 電圧出力部、１８４ 出力切替部、１８６ 出力制御部、１９０ 第２電源部、１９２ 電圧出力部、１９４ 出力切替部、１９６ 出力制御部、２００ 制御部、３００ モニタ部、３１０ 電極接続部、４００ 被試験デバイス、４１０ 試験装置、４２０ 試験部、４２３ 試験信号発生部、４２６ 期待値比較部、４３０ 信号入出力部、４４０ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接点が設けられた接点部と、
第１駆動電圧に応じて伸縮する第１圧電膜、および前記第１圧電膜と並行して設けられて第２駆動電圧に応じて伸縮する第２圧電膜を有し、前記第１圧電膜および前記第２圧電膜の伸縮に伴い第２接点を移動させて前記第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、
前記第１駆動電圧および前記第２駆動電圧を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１接点および前記第２接点を接触させる場合に前記第１圧電膜を縮める前記第１駆動電圧を前記第１圧電膜に印加して前記アクチュエータを前記第１圧電膜側への曲げ、
前記第１接点および前記第２接点を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、前記第１駆動電圧を遮断すると共に、前記第２圧電膜を縮める前記第２駆動電圧を前記第２圧電膜に印加して前記アクチュエータの戻りを付勢する
スイッチ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記アクチュエータの状態に応じて前記第２圧電膜により前記アクチュエータの戻りを付勢するか否かを切り替える請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記アクチュエータの累積使用時間を前記状態とする請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１接点および前記第２接点が切断状態の初期位置を、前記状態とする請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記制御部は、要求されるスイッチング速度に応じて前記第２圧電膜により前記アクチュエータの戻りを付勢するか否かを切り替える請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１接点および前記第２接点を切断状態とする場合に、前記第１圧電膜の間にチャージされた電荷を、取り除く請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１接点および前記第２接点を切断状態とする場合に、前記第１圧電膜の間にチャージされた電荷を、前記第２圧電膜に移動させる請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第２接点を前記第１接点側に変異させる場合に、前記第１圧電膜を縮める前記第１駆動電圧を印加すると共に、前記第２圧電膜の抗電界よりも小さい電界を与えて前記第２圧電膜を伸ばす第２駆動電圧を印加する請求項１から７のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第１駆動電圧および前記第２駆動電圧として、予め定められた値を対応する前記第１圧電膜および前記第２圧電膜にそれぞれ供給する請求項８に記載のスイッチ装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１駆動電圧および前記第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、使用時間に応じて変化させる請求項９に記載のスイッチ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第１駆動電圧および前記第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、前記アクチュエータの環境温度に応じて変化させる請求項９に記載のスイッチ装置。
【請求項１２】
前記第１圧電膜および前記第２圧電膜は、ＰＺＴ膜である請求項１から１１のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項１３】
被試験デバイスを試験する試験装置であって、
前記被試験デバイスとの間で電気信号を授受して前記被試験デバイスを試験する試験部と、
前記試験部および前記被試験デバイスの間に設けられ、前記試験部および前記被試験デバイスの間を電気的に接続または切断する請求項１から１２のいずれか１項に記載のスイッチ装置と、
を備える試験装置。
【請求項１】
第１接点が設けられた接点部と、
第１駆動電圧に応じて伸縮する第１圧電膜、および前記第１圧電膜と並行して設けられて第２駆動電圧に応じて伸縮する第２圧電膜を有し、前記第１圧電膜および前記第２圧電膜の伸縮に伴い第２接点を移動させて前記第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、
前記第１駆動電圧および前記第２駆動電圧を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１接点および前記第２接点を接触させる場合に前記第１圧電膜を縮める前記第１駆動電圧を前記第１圧電膜に印加して前記アクチュエータを前記第１圧電膜側への曲げ、
前記第１接点および前記第２接点を接触状態から切断状態へと切り替える場合に、前記第１駆動電圧を遮断すると共に、前記第２圧電膜を縮める前記第２駆動電圧を前記第２圧電膜に印加して前記アクチュエータの戻りを付勢する
スイッチ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記アクチュエータの状態に応じて前記第２圧電膜により前記アクチュエータの戻りを付勢するか否かを切り替える請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記アクチュエータの累積使用時間を前記状態とする請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１接点および前記第２接点が切断状態の初期位置を、前記状態とする請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記制御部は、要求されるスイッチング速度に応じて前記第２圧電膜により前記アクチュエータの戻りを付勢するか否かを切り替える請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１接点および前記第２接点を切断状態とする場合に、前記第１圧電膜の間にチャージされた電荷を、取り除く請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１接点および前記第２接点を切断状態とする場合に、前記第１圧電膜の間にチャージされた電荷を、前記第２圧電膜に移動させる請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第２接点を前記第１接点側に変異させる場合に、前記第１圧電膜を縮める前記第１駆動電圧を印加すると共に、前記第２圧電膜の抗電界よりも小さい電界を与えて前記第２圧電膜を伸ばす第２駆動電圧を印加する請求項１から７のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第１駆動電圧および前記第２駆動電圧として、予め定められた値を対応する前記第１圧電膜および前記第２圧電膜にそれぞれ供給する請求項８に記載のスイッチ装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１駆動電圧および前記第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、使用時間に応じて変化させる請求項９に記載のスイッチ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第１駆動電圧および前記第２駆動電圧のそれぞれのオフセット電圧を、前記アクチュエータの環境温度に応じて変化させる請求項９に記載のスイッチ装置。
【請求項１２】
前記第１圧電膜および前記第２圧電膜は、ＰＺＴ膜である請求項１から１１のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項１３】
被試験デバイスを試験する試験装置であって、
前記被試験デバイスとの間で電気信号を授受して前記被試験デバイスを試験する試験部と、
前記試験部および前記被試験デバイスの間に設けられ、前記試験部および前記被試験デバイスの間を電気的に接続または切断する請求項１から１２のいずれか１項に記載のスイッチ装置と、
を備える試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１１９５９５（Ｐ２０１２−１１９５９５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６９９６３（Ｐ２０１０−２６９９６３）
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【特許番号】特許第４７９６６５７号（Ｐ４７９６６５７）
【特許公報発行日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（３９０００５１７５）株式会社アドバンテスト (1,005)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【特許番号】特許第４７９６６５７号（Ｐ４７９６６５７）
【特許公報発行日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（３９０００５１７５）株式会社アドバンテスト (1,005)
【Ｆターム（参考）】
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