JP2005279863A - Actuator manufacturing method and actuator - Google Patents
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Abstract
【課題】低電圧駆動が可能で、かつ、振れ角(振幅)の大きい安価なアクチュエータの製造方法およびアクチュエータを提供すること。
【解決手段】シリコンを主材料として構成された基体2の一方の面をエッチングすることにより、凹部28、29を形成する第1の工程と、基体2における凹部28、29に対応する部分をエッチングすることにより、第1の質量部21、22、第2の質量部23、支持部24、第1の弾性連結部25、第2の弾性連結部26を形成する第2の工程とを有する。
【選択図】図2An object of the present invention is to provide an inexpensive actuator manufacturing method and actuator that can be driven at a low voltage and have a large deflection angle (amplitude).
A first step of forming recesses 28 and 29 by etching one surface of a substrate 2 made of silicon as a main material, and a portion corresponding to the recesses 28 and 29 in the substrate 2 are etched. By doing so, it has the 2nd process of forming the 1st mass parts 21 and 22, the 2nd mass part 23, support part 24, the 1st elastic connection part 25, and the 2nd elastic connection part 26.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、アクチュエータの製造方法およびアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to an actuator manufacturing method and an actuator.
例えば、レーザープリンタ等に用いられるアクチュエータとしてポリゴンミラー(回転多面体)が知られている。
しかし、このようなポリゴンミラーにおいて、より高解像度で品質のよい印字と高速印刷を達成するには、ポリゴンミラーの回転をさらに高速にしなければならない。
現在のポリゴンミラーには高速安定回転を維持するためにエアーベアリングが使用されているが、今以上の高速回転を得るのは困難となっている。また、高速にするためには、大型のモーターが必要であり、機器の小型化の面で不利であるという問題がある。
For example, a polygon mirror (rotating polyhedron) is known as an actuator used in a laser printer or the like.
However, in such a polygon mirror, in order to achieve high-quality, high-quality printing and high-speed printing, the polygon mirror must be rotated at a higher speed.
In current polygon mirrors, air bearings are used to maintain high-speed and stable rotation, but it is difficult to obtain higher-speed rotation. In addition, in order to increase the speed, a large motor is required, which is disadvantageous in terms of downsizing the device.
このようなポリゴンミラーを用いると、構造が複雑となり、コストが高くなるといった問題も生じる。
また、図14に示すような、平行平板状に電極を配置した1自由度のねじり振動子は、その構造が簡単なことから、アクチュエータの研究初期から提案されている(例えば、非特許文献1参照)。また、前記ねじり振動子をカンチレバー方式とした1自由度静電駆動型振動子も提案されている(例えば、非特許文献2参照)。
When such a polygon mirror is used, there is a problem that the structure becomes complicated and the cost becomes high.
Further, a one-degree-of-freedom torsional vibrator in which electrodes are arranged in a parallel plate shape as shown in FIG. 14 has been proposed from the early stage of research on actuators (for example, Non-Patent Document 1). reference). In addition, a one-degree-of-freedom electrostatic drive type vibrator in which the torsional vibrator is a cantilever type has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2).
図14の1自由度静電駆動型ねじり振動子は、ガラス基板1000上の両端部にスぺーサ1200を介してシリコンの単結晶板からなる可動電極板1300の両端固定部1300aを固定し、この可動電極板1300の両端固定部1300a間に、細巾のトーションバー1300bを介して可動電極部1300cを支持させ、また、その可動電極部1300cに電極間隔を置いて対向させる固定電極1400を、ガラス基板1000上において前記可動電極部1300cに対し平行配置している。可動電極板1300と固定電極1400との間にはスイッチ1600を介して電源1500が接続される。
The one-degree-of-freedom electrostatic drive type torsional vibrator of FIG. 14 fixes both
前記構成を有するねじり振動子は、可動電極部1300cと固定電極1400との間に電圧を印加すると、静電引力によりトーションバー1300bを軸として可動電極部1300cが回転するものである。しかるに、静電引力は電極間隔の二乗に反比例するため、この種の静電アクチュエータにおいては電極間隔を小さくすることが望まれる。しかし、上述した1自由度の構造では、可動電極部1300cが電極と可動部を兼ねるため、電極間隔を狭くすると変位(回転角)に制約が生じ、また可動範囲を大きくとるためには電極間隔を大きくする必要がある。このため、低電圧駆動と大振幅の両立が困難であるという問題がある。
In the torsional vibrator having the above-described configuration, when a voltage is applied between the
本発明の目的は、低電圧駆動が可能で、かつ、振れ角(振幅)の大きい安価なアクチュエータの製造方法およびアクチュエータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an inexpensive actuator manufacturing method and actuator that can be driven at a low voltage and have a large deflection angle (amplitude).
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータの製造方法は、第1の質量部と、第2の質量部と、支持部と、前記第1の質量部を前記支持部に対して回動可能とするように前記第1の質量部と前記支持部とを連結する少なくとも一対の第1の弾性連結部と、前記第2の質量部を前記第1の質量部に対して回動可能とするように前記第1の質量部と前記第2の質量部とを連結する少なくとも一対の第2の弾性連結部とを有し、交流電圧の印加により、前記第1の質量部が回動駆動され、この回動駆動に伴い前記第2の質量部が回動される2自由度振動系のアクチュエータの製造方法であって、
シリコンを主材料として構成された第1の基板の一方の面をエッチングすることにより、凹部を形成する第1の工程と、
前記第1の基板における前記凹部に対応する部分をエッチングすることにより、前記第1の質量部、前記第2の質量部、前記支持部、前記第1の弾性連結部、前記第2の弾性連結部を形成する第2の工程とを有することを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The manufacturing method of the actuator of the present invention includes a first mass unit, a second mass unit, a support unit, and the first mass unit so that the first mass unit is rotatable with respect to the support unit. The first mass so that the at least one pair of first elastic connecting portions for connecting the mass portion and the support portion and the second mass portion can be rotated with respect to the first mass portion. And at least a pair of second elastic connecting portions that connect the second mass portion and the first mass portion is rotationally driven by application of an alternating voltage, and accompanying this rotational driving A method of manufacturing a two-degree-of-freedom vibration system actuator in which the second mass part is rotated,
A first step of forming a recess by etching one surface of a first substrate composed mainly of silicon;
Etching a portion of the first substrate corresponding to the concave portion allows the first mass portion, the second mass portion, the support portion, the first elastic coupling portion, and the second elastic coupling. And a second step of forming the part.
これにより、第1の基板に形成された凹部により、第1の質量部および第2の質量部が振動(回動)し得る十分なスペースを確保することができる。また、前記凹部の形成により、第1の質量部および第2の質量部の低質量化が図られる。
このようなことから、得られるアクチュエータを、低電圧駆動が可能で、かつ、振れ角(振幅)が大きいものとすることができる。
さらには、シリコンを主材料として構成されている第1の基板は比較的安価であるので、製造コストの低減化を図ることもできる。
Thereby, the recessed part formed in the 1st board | substrate can ensure sufficient space which can vibrate (rotate) the 1st mass part and the 2nd mass part. Further, the formation of the concave portion can reduce the mass of the first mass portion and the second mass portion.
For this reason, the obtained actuator can be driven at a low voltage and can have a large deflection angle (amplitude).
Furthermore, since the first substrate formed using silicon as a main material is relatively inexpensive, the manufacturing cost can be reduced.
本発明のアクチュエータの製造方法では、前記第2の工程の後に、前記第1の基板の前記凹部を覆うように、前記第1の基板に第2の基板を接合する第3の工程を有することが好ましい。
これにより、第2の基板上に、第1の質量部および第2の質量部が振動(回動)し得るスペースが形成されることとなる。
The method for manufacturing an actuator of the present invention includes a third step of bonding the second substrate to the first substrate so as to cover the concave portion of the first substrate after the second step. Is preferred.
As a result, a space in which the first mass unit and the second mass unit can vibrate (turn) is formed on the second substrate.
本発明のアクチュエータの製造方法では、前記第1の工程では、前記凹部を、前記第1の質量部および前記第2の質量部の回動を前記第2の基板が妨げない深さで形成することが好ましい。
これにより、第2の基板が単なる板状であっても、第1の質量部および第2の質量部が振動(回動)し得るスペースを第2の基板上に形成することができる。
In the actuator manufacturing method of the present invention, in the first step, the recess is formed at a depth that does not prevent the second substrate from rotating the first mass portion and the second mass portion. It is preferable.
As a result, even if the second substrate has a simple plate shape, a space where the first mass portion and the second mass portion can vibrate (turn) can be formed on the second substrate.
本発明のアクチュエータの製造方法では、前記第3の工程に先立ち、前記第2の基板における、前記第1の質量部に対応する部位に、電極を設けることが好ましい。
これにより、第2の基板に設けられた電極に交流電圧を印加することにより、第1の質量部を回動駆動させることができる。
本発明のアクチュエータの製造方法では、前記第2の工程に先立ち、前記第1の基板の他方の面に、他の凹部をエッチングにより形成することが好ましい。
これにより、第1の基板の両面に形成された凹部により、第1の基板の両側で、第1の質量部および第2の質量部が振動(回動)し得る十分なスペースを確保することができる。
In the method for manufacturing an actuator of the present invention, it is preferable that an electrode is provided in a portion corresponding to the first mass part in the second substrate prior to the third step.
Thereby, the 1st mass part can be rotationally driven by applying an alternating voltage to the electrode provided in the 2nd substrate.
In the actuator manufacturing method of the present invention, it is preferable to form another recess by etching on the other surface of the first substrate prior to the second step.
Accordingly, the concave portions formed on both surfaces of the first substrate ensure sufficient space on both sides of the first substrate where the first mass portion and the second mass portion can vibrate (turn). Can do.
本発明のアクチュエータの製造方法では、前記他の凹部を覆うように、前記第1の基板に第3の基板を接合し、前記第1の基板と前記第2の基板および前記第3の基板との接合により、前記第1の質量部、前記第2の質量部、前記第1の弾性連結部、前記第2の弾性連結部を収容する気密空間を形成することが好ましい。
これにより、アクチュエータの内部(凹部内)へゴミ等の異物が侵入するのを防止することができる。また、アクチュエータの内部(凹部内)を減圧状態とすることや、不活性ガス等を充填することにより、第1の質量部および第2の質量部が振動(回動)する際に生じる空気抵抗を低減して、より大きな触れ角が実現可能となる。
In the actuator manufacturing method of the present invention, a third substrate is bonded to the first substrate so as to cover the other concave portion, and the first substrate, the second substrate, and the third substrate are bonded to each other. It is preferable to form an airtight space that accommodates the first mass portion, the second mass portion, the first elastic coupling portion, and the second elastic coupling portion by joining the first and second mass portions.
Thereby, it is possible to prevent foreign matters such as dust from entering the inside of the actuator (inside the recess). In addition, air resistance generated when the first mass portion and the second mass portion vibrate (rotate) when the inside of the actuator (inside the recess) is in a reduced pressure state or filled with an inert gas or the like. And a larger touch angle can be realized.
本発明のアクチュエータの製造方法では、前記第3の基板は、ガラスを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、第2の質量部の第3の基板側の面に反射鏡を設けることにより、アクチュエータを光スキャナとすることができる。
本発明のアクチュエータは、本発明の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。
これにより、低電圧駆動が可能で、かつ、振れ角(振幅)の大きい安価なアクチュエータを得ることができる。
In the actuator manufacturing method of the present invention, it is preferable that the third substrate is made of glass as a main material.
Thus, the actuator can be an optical scanner by providing the reflecting mirror on the surface of the second mass portion on the third substrate side.
The actuator of the present invention is manufactured using the manufacturing method of the present invention.
Thus, an inexpensive actuator that can be driven at a low voltage and has a large deflection angle (amplitude) can be obtained.
本発明のアクチュエータは、第1の質量部と、第2の質量部と、支持部と、前記第1の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように前記第1の質量部と前記支持部とを連結する少なくとも一対の第1の弾性連結部と、前記第2の質量部が前記第1の質量部に対して回動可能となるように前記第1の質量部と前記第2の質量部とを連結する少なくとも一対の第2の弾性連結部とを有し、交流電圧の印加により、前記第1の質量部が回動駆動され、この回動駆動に伴い前記第2の質量部が回動される2自由度振動系のアクチュエータであって、
前記第1の質量部、前記第2の質量部、前記支持部、前記第1の弾性連結部、前記第2の弾性連結部は、シリコンを主材料として構成された基体に設けられており、
前記基体の少なくとも一方の面には、凹部が形成され、
前記基体における前記凹部に対応する部分に、前記第1の質量部、前記第2の質量部、前記第1の弾性連結部、前記第2の弾性連結部が設けられていることを特徴とする。
これにより、低電圧駆動が可能で、かつ、振れ角(振幅)の大きい安価なアクチュエータを得ることができる。
The actuator according to the present invention includes a first mass unit, a second mass unit, a support unit, and the first mass unit so that the first mass unit is rotatable with respect to the support unit. And at least a pair of first elastic connecting portions for connecting the support portion and the first mass portion and the second mass portion so that the second mass portion is rotatable with respect to the first mass portion. And at least a pair of second elastic connecting portions that connect the second mass portion, and the first mass portion is rotationally driven by application of an alternating voltage, and the second mass is accompanied by the rotational driving. A two-degree-of-freedom vibration actuator in which a mass part of the actuator is rotated,
The first mass portion, the second mass portion, the support portion, the first elastic coupling portion, and the second elastic coupling portion are provided in a base body mainly composed of silicon,
A recess is formed on at least one surface of the substrate,
The first mass portion, the second mass portion, the first elastic coupling portion, and the second elastic coupling portion are provided in a portion of the base corresponding to the concave portion. .
Thus, an inexpensive actuator that can be driven at a low voltage and has a large deflection angle (amplitude) can be obtained.
本発明のアクチュエータでは、前記2自由度振動系は、前記第1の質量部を一対備え、
前記一対の第1の質量部の一方は、前記第2の質量部の一端側に設けられ、他方は、前記第2の質量部の他端側に設けられていることが好ましい。
これにより、より確実に、低電圧で駆動が可能で、かつ、振れ角(振幅)が大きいものとすることができる。
In the actuator of the present invention, the two-degree-of-freedom vibration system includes a pair of the first mass parts,
One of the pair of first mass parts is preferably provided on one end side of the second mass part, and the other is provided on the other end side of the second mass part.
As a result, it is possible to more reliably drive at a low voltage and to have a large deflection angle (amplitude).
本発明のアクチュエータでは、前記一方の第1の質量部の回動中心軸と、該一方の第1の質量部の前記回動中心軸に対して、ほぼ垂直な方向の端部との間の距離をL1とし、前記他方の第1の質量部の回動中心軸と、該他方の第1の質量部の前記回動中心軸に対して、ほぼ垂直な方向の端部との間の距離をL2とし、前記第2の質量部の回動中心軸と、該第2の質量部の前記回動中心軸に対して、ほぼ垂直な方向の端部との間の距離をL3としたとき、L1とL3とが、L1<L3なる関係を満足し、かつ、L2とL3とが、L2<L3なる関係を満足することが好ましい。
これにより、より容易かつ確実に、低電圧駆動が可能で、かつ、振れ角(振幅)が大きいものとすることができる。
In the actuator of the present invention, the rotation center axis of the one first mass portion and the end portion in the direction substantially perpendicular to the rotation center axis of the one first mass portion. distance and L 1, and the rotational axis of the first mass of the other, with respect to the central axis of rotation of the first mass portion of said other, between the substantially vertical direction of the end portion The distance is L 2, and the distance between the rotation center axis of the second mass unit and the end of the second mass unit in the direction substantially perpendicular to the rotation center axis is L 3. In this case, it is preferable that L 1 and L 3 satisfy the relationship L 1 <L 3 , and L 2 and L 3 satisfy the relationship L 2 <L 3 .
As a result, low-voltage driving can be performed more easily and reliably, and the deflection angle (amplitude) can be increased.
本発明のアクチュエータでは、前記距離L1と、前記距離L2とがほぼ等しいことが好ましい。
これにより、アクチュエータの制御が容易となり、さらに容易かつ確実に、低電圧駆動が可能で、かつ、振れ角(振幅)が大きいものとすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記交流電圧の周波数が、前記第1の質量部と前記第2の質量部とが共振する2自由度振動系の共振周波数のうち低いものとほぼ等しくなるように設定されていることが好ましい。
これにより、低電圧で高速動作が可能で、かつ、振れ角(振幅)が大きいものとすることができる。また、このような構成とすることにより、第1の質量部の振幅を抑制しつつ、第2の質量部の回転角度(振れ角)を大きくすることができる。
The actuator of the present invention, and the distance L 1, it is preferable that said distance L 2 is approximately equal.
As a result, the actuator can be easily controlled, and can be driven easily and reliably at a low voltage, and the deflection angle (amplitude) can be increased.
In the actuator of the present invention, the frequency of the AC voltage is set to be substantially equal to the lower one of the resonance frequencies of the two-degree-of-freedom vibration system in which the first mass unit and the second mass unit resonate. It is preferable.
As a result, high-speed operation can be performed at a low voltage, and the deflection angle (amplitude) can be increased. Moreover, by setting it as such a structure, the rotation angle (deflection angle) of a 2nd mass part can be enlarged, suppressing the amplitude of a 1st mass part.
本発明のアクチュエータでは、前記第1の弾性連結部のばね定数をk1とし、前記第2の弾性連結部のばね定数をk2としたとき、k1とk2とが、k1>k2なる関係を満足することが好ましい。
これにより、第1の質量部の振れ角(振幅)を抑制しつつ、第2の質量部の回転角度(振れ角)を大きくすることができる。
In the actuator according to the present invention, when the spring constant of the first elastic coupling portion is k 1 and the spring constant of the second elastic coupling portion is k 2 , k 1 and k 2 are k 1 > k. It is preferable that the relationship of 2 is satisfied.
Thereby, the rotation angle (deflection angle) of the second mass part can be increased while suppressing the deflection angle (amplitude) of the first mass part.
本発明のアクチュエータでは、前記2自由度振動系は、前記第1の弾性連結部および前記第2の弾性連結部のうちの少なくとも一方が、その内部にピエゾ抵抗素子を備えていることが好ましい。
これにより、例えば、回転角度および回転周波数を検出したりすることができ、また、その検出結果を、第2の質量部の姿勢の制御に利用することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that in the two-degree-of-freedom vibration system, at least one of the first elastic connection portion and the second elastic connection portion includes a piezoresistive element therein.
Thereby, for example, the rotation angle and the rotation frequency can be detected, and the detection result can be used for controlling the attitude of the second mass unit.
本発明のアクチュエータでは、前記第1の質量部の慣性モーメントをJ1とし、前記第2の質量部の慣性モーメントをJ2としたとき、J1とJ2とがJ1≦J2なる関係を満足することが好ましい。
これにより、第1の質量部の振幅を抑制しつつ、第2の質量部の回転角度(振れ角)を大きくすることができる。
The actuator of the present invention, the moment of inertia of the first mass and J 1, when the moment of inertia of the second mass was J 2, J 1 and J 2 and the J 1 ≦ J 2 the relationship Is preferably satisfied.
Thereby, the rotation angle (swing angle) of the second mass unit can be increased while suppressing the amplitude of the first mass unit.
以下、本発明のアクチュエータの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明のアクチュエータおよびその製造方法の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明のアクチュエータの第1実施形態を示す平面図(内部透視図)、図2は、図1中のA−A線断面図、図3は、図1に示すアクチュエータの電極の配置を示す平面図、図4は、印加する交流電圧の一例を示す図、図5は、印加した交流電圧の周波数と、第1の質量部および第2の質量部の共振曲線を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図1および図3中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図2中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an actuator of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the actuator of the present invention and the manufacturing method thereof will be described.
1 is a plan view (internal perspective view) showing a first embodiment of the actuator of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is an electrode of the actuator shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of the applied AC voltage, and FIG. 5 is a graph showing the frequency of the applied AC voltage and the resonance curves of the first mass part and the second mass part. is there. In the following, for convenience of explanation, the front side of the page in FIGS. 1 and 3 is referred to as “up”, the back side of the page is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”. The upper side is called “upper”, the lower side is called “lower”, the right side is called “right”, and the left side is called “left”.
アクチュエータ1は、図1に示すような2自由度振動系を有する基体2を有しており、図2に示すように、この基体2の下部には、底部材3が接合され、また、基体2の上部には、光透過性の蓋部材4が接合されている。
すなわち、本実施形態のアクチュエータ1は、底部材3と蓋部材4との間で、後述する基体2の2自由度振動系が駆動されるようになっている。
The
That is, in the
基体2は、一対の第1の質量部(駆動部)21、22と、上面(後述する蓋部材4側の面)に光反射部231が設けられた第2の質量部(可動部)23と、これらを囲む枠状の支持部24とを備えている。
具体的には、基体2は、第2の質量部23を中心として、その一端側(図1および図2中、左側)に第1の質量部21が設けられ、他端側(図1および図2中、右側)に第1の質量部22が設けられて構成されている。
The
Specifically, the
また、本実施形態では、第1の質量部21、22は、互いにほぼ同一形状かつほぼ同一寸法をなし、第2の質量部23を介して、ほぼ対称に設けられている。
さらに、基体2は、図1および図2に示すように、第1の質量部21、22と支持部24とを連結する一対の第1の弾性連結部25、25と、第1の質量部21、22と第2の質量部23とを連結する一対の第2の弾性連結部26、26とを備えている。
In the present embodiment, the
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the
各第1の弾性連結部25、25および各第2の弾性連結部26、26は、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸(回転軸)27として、第1の質量部21、22が支持部24に対して、また、第2の質量部23が第1の質量部21、22に対して回動可能となっている。
このように、基体2は、第1の質量部21、22と第1の弾性連結部25、25とからなる第1の振動系と、第2の質量部23と第2の弾性連結部26、26とからなる第2の振動系とを有する2自由度振動系を構成する。
The first elastic connecting
As described above, the
このような2自由度振動系は、基体2の全体の厚さよりも薄く形成されているとともに、図2にて上下方向で基体2の中心に位置している。換言すれば、基体2には、基体2の全体の厚さよりも薄い部分(以下、薄肉部という)が形成されており、この薄肉部に異形孔が形成されることにより、第1の質量部21、22と第2の質量部23と第1の弾性連結部25、25と第2の弾性連結部26、26とが形成されている。
Such a two-degree-of-freedom vibration system is formed thinner than the entire thickness of the
前記薄肉部は、上方に開口せる凹部28と、下方に開口せる凹部29とが基体2に設けられることによって、基体2に形成されている。本実施形態では、凹部28の深さと凹部29の深さは、ほぼ同じになっている。
このような基体2は、シリコンを主材料として構成されていて、第1の質量部21、22と、第2の質量部23と、支持部24と、第1の弾性連結部25、25と、第2の弾性連結部26、26とが一体的に形成されている。これにより、(1)製作工程が少なくてすむので安価となる。(2)一体型なので亀裂などの故障を回避できる。(3)弾性体としての設計が容易となる。
The thin portion is formed in the
Such a
底部材3は、例えば、各種ガラスやシリコン等を主材料として構成されている。
底部材3の上面には、図2および図3に示すように、第2の質量部23に対応する部分に凹部31が形成されている。
この凹部31は、第2の質量部23が回動(振動)する際に、底部材3に接触するのを防止する逃げ部を構成する。凹部(逃げ部)31を設けることにより、アクチュエータ1全体の大型化を防止しつつ、第2の質量部23の振れ角(振幅)をより大きく設定することができる。なお、凹部29の深さが第2の質量部23の振れ角(振幅)に対し大きい場合などには、凹部31を設けなくともよい。
The
As shown in FIGS. 2 and 3, a
The
また、底部材3の上面には、図3に示すように、第1の質量部21に対応する部分に、一対の電極32が回動中心軸27を中心にほぼ対称となるように設けられ、また、第1の質量部22に対応する部分に、一対の電極32が回動中心軸27を中心にほぼ対称となるように設けられている。すなわち、本実施形態では、一対の電極32が2組(合計4個)、設けられている。
Further, as shown in FIG. 3, a pair of
第1の質量部21、22と各電極32とは、図示しない電源に接続されており、第1の質量部21、22と各電極32との間に交流電圧(駆動電圧)を印加できるよう構成されている。
なお、第1の質量部21、22は、各電極32と対向する面に、それぞれ、絶縁膜(図示せず)が設けられている。これにより、第1の質量部21、22と各電極32との間での短絡が発生するのが好適に防止される。
The
In addition, the
蓋部材4は、外部光を光反射部231に入射させ、光反射部231による反射光を外部に導出させる機能を有する。このため、蓋部材4は、平坦性に優れ、かつ、光透過性に優れた基板、例えば各種ガラス基板等で構成されている。
本実施形態のアクチュエータ1にあっては、基体2、底部材3、蓋部材4が気密空間を形成している。具体的には、凹部31、凹部28、29が互いに連通しているとともに、これらが気密空間をなしている。このような気密空間内に、前述の第1の質量部21、22、第2の質量部23、支持部24、第1の弾性連結部25、25、第2の弾性連結部26、26が配されている。
The
In the
このような構成により、I:第1の質量部21、22や第2の質量部23の振動し得るスペースの確保が容易となる。
また、II:アクチュエータ1の内部(前記気密空間内)へゴミ等の異物が侵入するのを防止することができる。III:アクチュエータ1の内部(前記気密空間内)を減圧状態とすることや、不活性ガス等を充填することにより、第1の質量部21、22や第2の質量部23が振動(回動)する際に生じる空気抵抗を低減して、より大きな角度での振動(回動)が可能となる。これらにより、アクチュエータ1を信頼性の高いものとすることができる。
With such a configuration, I: It is easy to secure a space where the
II: Foreign matter such as dust can be prevented from entering the actuator 1 (in the airtight space). III: The
さらに、IV:蓋部材4をエッチング等により加工して、第1の質量部21、22や第2の質量部23が振動し得るスペースを確保することを要しないので、蓋部材4の表面(特に、凹部28側の面)の平坦性が確保される(すなわち、表面の荒れが防止される)。これにより、蓋部材4において、入射光や反射光が散乱すること等により、損失するのが防止または低減され、その結果、アクチュエータ1では、高い反射率を得ることができる。
Furthermore, IV: Since it is not necessary to process the
ここで、蓋部材4の表面の平坦性を示す指標には、各種のものがあるが、例えば、表面粗さ(JIS B 0601に規定の中心線平均粗さ)Raが好適に用いられる。
具体的には、蓋部材4の表面粗さRaは、1μm以下であるのが好ましく、100nm以下であるのがより好ましく、1nm〜100nm程度であるのがさらに好ましい。表面粗さが前記上限値を超えて大きくなると、蓋部材4の構成材料や厚さ等によっては、入射光や反射光の損失が大きくなり、十分な反射率が得られないおそれがある。
Here, there are various indexes indicating the flatness of the surface of the
Specifically, the surface roughness Ra of the
また、凹部28、29の平均深さは、第1の質量部21、22や第2の質量部23(アクチュエータ1)の寸法等に応じて適宜設定され、特に限定されないが、1〜2000μm程度であるのが好ましく、5〜10μm程度であるのがより好ましい。前記平均深さが薄過ぎると、各質量部21、22、23と底部材3や蓋部材4との間隔を十分に確保することができず、各質量部21、22、23の触れ角(変位角)を大きく設定するのが困難となる場合がある。一方、前記平均深さが厚過ぎると、各質量部21、22、23と底部材3や蓋部材4との間隔が不必要に大きくなり、アクチュエータ1の大型化を招き好ましくない。
The average depth of the
以上のような構成のアクチュエータ1は、次のようにして駆動する。
すなわち、第1の質量部21、22と各電極32との間に、例えば、正弦波(交流電圧)等を印加する。具体的には、例えば、第1の質量部21、22をアースしておき、図3中上側の2つの電極32に、図4(a)に示すような波形の電圧を印加し、図3中下側の2つの電極32に、図4(b)に示すような波形の電圧を印加する。すると、第1の質量部21、22と各電極32との間に静電気力(クーロン力)が生じる。
The
That is, for example, a sine wave (AC voltage) or the like is applied between the
この静電気力により、第1の質量部21、22が、各電極32の方へ引きつけられる力が正弦波の位相により変化し、回動中心軸27(第1の弾性連結部25)を軸に、基体2の板面(図1における紙面)に対して傾斜するように振動(回動)する。
そして、この第1の質量部21、22の振動(駆動)に伴って、第2の弾性連結部26を介して連結されている第2の質量部23も、回動中心軸27(第2の弾性連結部26)を軸に、基体2の板面(図1における紙面)に対して傾斜するように振動(回動)する。
Due to this electrostatic force, the force that the first
The
ここで、このアクチュエータ1では、前述したように、底部材3における、第2の質量部23に対応する部分に、凹部31が形成され、また、図2にて基体2の下面に凹部29、上面に凹部28が形成され、かつ、平面視で第1の質量部21、22が凹部28、29内に位置するように設けられている。
このような構成により、第2の質量部23が振動し得るスペース、および、第1の質量部21、22が振動し得るスペースとして、大きなスペースが確保されている。したがって、第1の質量部21、22の質量を比較的小さく設定すること等により、第1の質量部21、22を大きな振れ角で振動させた場合や、さらに第2の質量部23が共振によって大きな振れ角で振動した場合でも、各質量部21、22、23(2自由度振動系)が底部材3および蓋部材4に接触することを好適に防止することができる。
Here, in the
With such a configuration, a large space is secured as a space where the
このため、このようなアクチュエータ1を、例えば光スキャナに適用した場合には、より解像度の高いスキャニングを行うことが可能となる。
ここで、第1の質量部21の回動中心軸27に対して、ほぼ垂直な方向(長手方向)の端部211との間の距離(長さ)をL1とし、第1の質量部22の回動中心軸27に対して、ほぼ垂直な方向(長手方向)の端部221との間の距離(長さ)をL2とし、第2の質量部23の回動中心軸27に対して、ほぼ垂直な方向の端部232との間の距離(長さ)をL3としたとき、本実施形態では、第1の質量部21、22が、それぞれ独立して設けられているため、第1の質量部21、22と、第2の質量部23とが干渉せず、第2の質量部23の大きさ(長さL3)にかかわらず、L1およびL2を小さくすることができる。これにより、第1の質量部21、22の回転角度(振れ角)を大きくすることができ、第2の質量部23の回転角度を大きくすることができる。
For this reason, when such an
Here, with respect to the
また、L1およびL2を小さくすることにより、第1の質量部21、22と各電極32との間の距離を小さくすることができ、これにより、静電気力が大きくなり、第1の質量部21、22と各電極32に印加する交流電圧を小さくすることができる。
ここで、第1の質量部21、22および第2の質量部23の寸法は、それぞれ、L1<L3かつL2<L3なる関係を満足するよう設定されるのが好ましい。
In addition, by reducing L 1 and L 2 , the distance between the
Here, it is preferable that the dimensions of the
前記関係を満たすことにより、L1およびL2をより小さくすることができ、第1の質量部21、22の回転角度をより大きくすることができ、第2の質量部23の回転角度をさらに大きくすることができる。
この場合、第2の質量部23の最大回転角度が、20°以上となるように構成されるのが好ましい。
By satisfying the above relationship, L 1 and L 2 can be further reduced, the rotation angle of the
In this case, it is preferable that the maximum rotation angle of the
また、このように、L1およびL2を小さくすることにより、第1の質量部21、22と各電極32との間の距離をより小さくすることができ、第1の質量部21、22と各電極32に印加する交流電圧をさらに小さくすることができる。
これらによって、第1の質量部21、22の低電圧駆動と、第2の質量部23の大回転角度での振動(回動)とを実現することができる。
In addition, by reducing L 1 and L 2 in this way, the distance between the
By these, the low voltage drive of the
このため、このようなアクチュエータ1を、例えばレーザープリンタや、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の装置に用いられる光スキャナに適用した場合には、より容易に装置を小型化することができる。
なお、前述したように、本実施形態では、L1とL2とはほぼ等しく設定されているが、L1とL2とが異なっていてもよいことは言うまでもない。
For this reason, when such an
As described above, in the present embodiment, L 1 and L 2 are set to be substantially equal, but it goes without saying that L 1 and L 2 may be different.
ところで、このような質量部21、22、23よりなる振動系(2自由度振動系)では、第1の質量部21、22および第2の質量部23の振幅(振れ角)と、印加する交流電圧の周波数との間に、図5に示すような周波数特性が存在している。
すなわち、かかる振動系は、第1の質量部21、22の振幅と、第2の質量部23の振幅とが大きくなる2つの共振周波数fm1[kHz]、fm3[kHz](ただし、fm1<fm3)と、第1の質量部21、22の振幅がほぼ0となる、1つの反共振周波数fm2[kHz]とを有している。
By the way, in such a vibration system (two-degree-of-freedom vibration system) composed of the
That is, the vibration system includes two resonance frequencies fm 1 [kHz] and fm 3 [kHz] (however, fm) in which the amplitude of the
この振動系では、第1の質量部21、22と電極32との間に印加する交流電圧の周波数Fが、2つの共振周波数のうち低いもの、すなわち、fm1とほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、第1の質量部21、22の振幅を抑制しつつ、第2の質量部23の振れ角(回転角度)を大きくすることができる。
なお、本明細書中では、F[kHz]とfm1[kHz]とがほぼ等しいとは、(fm1−1)≦F≦(fm1+1)の条件を満足することを意味する。
In this vibration system, the frequency F of the AC voltage applied between the
In this specification, F [kHz] and fm 1 [kHz] being substantially equal means that the condition of (fm 1 −1) ≦ F ≦ (fm 1 +1) is satisfied.
第1の質量部21、22の平均厚さは、それぞれ、1〜1500μmであるのが好ましく、10〜300μmであるのがより好ましい。
第2の質量部23の平均厚さは、1〜1500μmであるのが好ましく、10〜300μmであるのがより好ましい。
第1の弾性連結部25のばね定数k1は、1×10−4〜1×104Nm/radであるのが好ましく、1×10−2〜1×103Nm/radであるのがより好ましく、1×10−1〜1×102Nm/radであるのがさらに好ましい。これにより、第2の質量部23の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
The average thicknesses of the
The average thickness of the second
The spring constant k 1 of the first elastic connecting
一方、第2の弾性連結部26のばね定数k2は、1×10−4〜1×104Nm/radであるのが好ましく、1×10−2〜1×103Nm/radであるのがより好ましく、1×10−1〜1×102Nm/radであるのがさらに好ましい。これにより、第1の質量部21、22の振れ角を抑制しつつ、第2の質量部23の振れ角をより大きくすることができる。
On the other hand, the spring constant k 2 of the second
また、第1の弾性連結部25のばね定数k1と第2の弾性連結部26のばね定数をk2とは、k1>k2なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第1の質量部21、22の振れ角を抑制しつつ、第2の質量部23の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
さらに、第1の質量部21、22の慣性モーメントをJ1とし、第2の質量部23の慣性モーメントをJ2としたとき、J1とJ2とは、J1≦J2なる関係を満足することが好ましく、J1<J2なる関係を満足することがより好ましい。これにより、第1の質量部21、22の振れ角を抑制しつつ、第2の質量部23の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
Further, the spring constant k 1 of the first elastic connecting
Furthermore, the moment of inertia of the first
ところで、第1の質量部21、22と第1の弾性連結部25、25とからなる第1の振動系の固有振動数ω1は、第1の質量部21、22の慣性モーメントJ1と、第1の弾性連結部25のばね定数k1とにより、ω1=(k1/J1)1/2によって与えられる。一方、第2の質量部23と第2の弾性連結部26、26とからなる第2の振動系の固有振動数ω2は、第2の質量部23の慣性モーメントJ2と、第2の弾性連結部26のばね定数k2とにより、ω2=(k2/J2)1/2によって与えられる。
Incidentally, the natural frequency ω 1 of the first vibration system composed of the
このようにして求められる第1の振動系の固有振動数ω1と第2の振動系の固有振動数ω2とは、ω1>ω2なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第1の質量部21、22の振れ角を抑制しつつ、第2の質量部23の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
なお、本実施形態の振動系は、一対の第1の弾性連結部25および一対の第2の弾性連結部26のうち少なくとも1つが、その内部にピエゾ抵抗素子を備えたものであるのが好ましい。これにより、例えば、回転角度および回転周波数を検出したりすることができ、また、その検出結果を、第2の質量部23の姿勢の制御に利用することができる。
このようなアクチュエータ1は、例えば、次のようにして製造することができる。
図6〜図9は、それぞれ、第1実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下では、説明の便宜上、図6〜図9中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
It is preferable that the natural frequency ω 1 of the first vibration system and the natural frequency ω 2 of the second vibration system obtained in this way satisfy the relationship ω 1 > ω 2 . Thereby, it is possible to increase the rotation angle (deflection angle) of the
In the vibration system of the present embodiment, it is preferable that at least one of the pair of first
Such an
6 to 9 are views (longitudinal sectional views) for explaining the manufacturing method of the actuator of the first embodiment. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIGS. 6 to 9 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
[A1] まず、図6(a)に示すように、第1の基板たるシリコン基板5を用意する。
そして、図6(b)に示すように、シリコン基板5の両方の面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、図6(b)に示すように、支持部24の形状に対応するように、レジストマスク6を形成する。
次に、このレジストマスク6を介して、シリコン基板5の両方の面をエッチングした後、レジストマスク6を除去する。これにより、図6(c)に示すように、支持部24に対応する部分以外の領域に凹部51が形成される(第1の工程)。なお、その際、エッチングは、シリコン基板5の両面に対して、同時に行ってもよいし、片面ずつ行ってもよい。シリコン基板5に対し片面ずつエッチングを行う場合には、後述の金属マスク7を形成する側の一方の面のエッチングと、他方の面のエッチングとの先後はどちらでも構わない。
[A1] First, as shown in FIG. 6A, a silicon substrate 5 as a first substrate is prepared.
And as shown in FIG.6 (b), a photoresist is apply | coated to both surfaces of the silicon substrate 5, and exposure and image development are performed. Thereby, as shown in FIG. 6B, the resist
Next, after etching both surfaces of the silicon substrate 5 through the resist
エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、以下の各工程におけるエッチングにおいても、同様の方法を用いることができる。 As an etching method, for example, one or more of physical etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, beam etching, and light-assisted etching, and chemical etching methods such as wet etching are used in combination. be able to. Note that the same method can be used for etching in the following steps.
次に、シリコン基板5の一方の面に、図7(d)に示すように、支持部24と各質量部21、22、23との形状に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスク7を形成する。
次に、金属マスク7を介して、シリコン基板5の一方の面側を、前記凹部51に対応する部分が貫通するまでエッチングする(第2の工程)。
Next, on one surface of the silicon substrate 5, as shown in FIG. 7 (d), for example, a metal mask is formed with aluminum or the like so as to correspond to the shapes of the
Next, the one surface side of the silicon substrate 5 is etched through the
そして、金属マスク7を除去した場合、この後、第2の質量部23上に金属膜を成膜し、光反射部231を形成する。
なお、ここで、シリコン基板5をエッチングを行った後、金属マスク7は除去してもよく、除去せずに残存させてもよい。金属マスク7を除去しない場合、第2の質量部23上に残存した金属マスク7は光反射部231として用いることができる。
When the
Here, after etching the silicon substrate 5, the
金属膜の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、金属箔の接合等が挙げられる。なお、以下の各工程における金属膜の成膜においても、同様の方法を用いることができる。
以上の工程により、図7(e)に示すように、各質量部21、22、23および支持部24が一体的に形成された構造体、すなわち基体2が得られる。
Examples of the method for forming a metal film include vacuum plating, sputtering (low temperature sputtering), dry plating methods such as ion plating, wet plating methods such as electrolytic plating and electroless plating, thermal spraying methods, and joining metal foils. . Note that the same method can also be used for forming a metal film in the following steps.
Through the above steps, as shown in FIG. 7E, a structure in which the
[A2] 次に、図8(f)に示すように、底部材3を形成するための第2の基板たるシリコン基板9を用意する。なお、シリコン基板9に代えて、ガラス基板等でもよい。
そして、シリコン基板9の一方の面に、凹部31を形成する領域を除いた部分に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスクを形成する。
次に、この金属マスクを介して、シリコン基板9の一方の面側をエッチングした後、金属マスクを除去する。これにより、図8(g)に示すように、凹部31が形成された底部材3が得られる。
[A2] Next, as shown in FIG. 8F, a
Then, a metal mask is formed on one surface of the
Next, after etching one surface side of the
次に、底部材3上に、図8(h)に示すように、電極32を形成する。
電極32は、底部材3の凹部31が形成された面に金属膜を成膜し、電極32の形状に対応するマスクを介して金属膜をエッチングを行った後、マスクを除去することにより形成することができる。
次に、図9(i)に示すように、前記工程[A1]で得られた構造体の基体2と底部材3とを、例えば直接接合等により接合して接合体を得る(第3の工程)。なお、シリコン基板9に代えて、ガラス基板を用いた場合には、基体2と底部材3とを陽極接合により接合する。
Next, an
The
Next, as shown in FIG. 9 (i), the
[A3] 次に、図9(j)に示すように、前記工程[A2]で得られた接合体と第3の基板たる蓋部材4(好ましくはガラス基板)とを、例えば陽極接合等により接合する。
以上のようにして、第1実施形態のアクチュエータ1が製造される。
このような製造方法では、基体2が、高価なSOI基板を用いることなく、シリコンを主材料とする安価なシリコン基板5のみから製造されるので、安価にアクチュエータ1を得ることができる。
[A3] Next, as shown in FIG. 9 (j), the joined body obtained in the step [A2] and the lid member 4 (preferably a glass substrate) as the third substrate are bonded by, for example, anodic bonding. Join.
As described above, the
In such a manufacturing method, since the
また、第1の基板5(基体2)に凹部51(凹部29)を形成することで、各質量部21、22、23と底部材3との接触を防止するとともに、各質量部21、22、23の低質量化が図られるので、駆動電圧の低電圧化、および、各質量部21、22、23の高周波数化を図ることができる。
また、第1の基板5(基体2)に凹部51(凹部28)を形成することで、蓋部材4を加工することなく基体2に接合するので、蓋部材4の表面の平坦性を確保することができる。これにより、蓋部材4において、入射光や反射光が散乱すること等により、損失するのが防止または低減され、その結果、アクチュエータ1では、高い反射率を得ることができる。
Moreover, by forming the recessed part 51 (recessed part 29) in the 1st board | substrate 5 (base | substrate 2), while contacting each
Further, by forming the recess 51 (recess 28) in the first substrate 5 (base 2), the
また、凹部28の形成工程や、基体2と蓋部材4との接合工程は、蓋部材4をエッチング等より加工する工程よりも簡易に行うことができる工程である。また、凹部28の深さを設定することにより、第1の質量部21、22および第2の質量部23と蓋部材4との間隔を所望のものに容易に設定することができる。したがって、前述したような製造方法によれば、アクチュエータ1の製造工程の簡易化を図ることができる。
Moreover, the formation process of the recessed
<第2実施形態>
次に、本発明のアクチュエータの第2実施形態について説明する。
図10は、第2実施形態のアクチュエータを示す縦断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図10中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the actuator of the present invention will be described.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the actuator of the second embodiment. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 10 is referred to as “upper”, the lower side as “lower”, the right side as “right”, and the left side as “left”.
以下、第2実施形態のアクチュエータについて、前記第1実施形態のアクチュエータとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態のアクチュエータ1は、凹部28を基体2’とスペーサ241とで形成している以外は、前記第1実施形態のアクチュエータ1と同様である。
すなわち、図10に示す基体2’は、各質量部21、22、23の上面と支持部24’の上面とが同一面上に位置し、支持部24’の形状に対応する枠状のスペーサ241が支持部24の上面に接合されることにより、凹部28が形成されている。
Hereinafter, the actuator of the second embodiment will be described focusing on the differences from the actuator of the first embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The
That is, in the
このような第2実施形態のアクチュエータ1によっても、前記第1実施形態のアクチュエータと同様の作用・効果が得られる。
また、このようなアクチュエータ1は、基体2の上面の凹部形成のための工程を省略し、スペーサ241の形成、スペーサ241と基体2との接合のための工程を行う以外は、前述の第1実施形態と同様の方法によって、製造することができる。
Also with the
Further, such an
<第3実施形態>
次に、本発明のアクチュエータの第3実施形態について説明する。
図11は、本発明のアクチュエータの第3実施形態を示す平面図(内部透視図)である。なお、以下では、説明の便宜上、図11中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the actuator of the present invention will be described.
FIG. 11 is a plan view (internal perspective view) showing a third embodiment of the actuator of the present invention. In the following, for convenience of explanation, the front side of the paper in FIG. 11 is referred to as “up”, the back side of the paper is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”.
以下、第3実施形態のアクチュエータについて、前記第1実施形態のアクチュエータとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第3実施形態のアクチュエータ1は、支持部24と、第1の質量部21、22と、第2の質量部23との連結構造が異なり、それ以外は、前記第1実施形態のアクチュエータ1と同様である。
Hereinafter, the actuator of the third embodiment will be described focusing on the differences from the actuator of the first embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The
すなわち、図11に示すように、第1の質量部21、22が支持部24に二対の第1の弾性連結部25’を介して連結され、また、第2の質量部23が第1の質量部21、22に二対の第2の弾性連結部26’を介して連結されている。
このような第3実施形態のアクチュエータ1によっても、前記第1実施形態のアクチュエータと同様の作用・効果が得られる。
That is, as shown in FIG. 11, the
Also with the
特に、本実施形態においては、第1の質量部21、22および第2の質量部23を、それぞれ、二対の弾性連結部を介して連結することにより、より確実に第2の質量部23の振幅(回転)を制御することができる。
なお、本実施形態のように、二対の第1の弾性連結部25’と二対の第2の弾性連結部26’を有する場合、前記実施形態で説明したばね定数k1、k2は、ほぼ同じ位置で連結している2つの弾性連結部を一体的なものとみなして求められるものである。
また、このようなアクチュエータ1は、基体2’’の製造工程において、第1の弾性連結部25’と第2の弾性連結部26’の形状が前述したような形状をなしている以外は、前述の第1実施形態と同様の方法によって、製造することができる。
In particular, in the present embodiment, the
Incidentally, as in this embodiment, when having 'the second elastic connecting
In addition, in the manufacturing process of the
<第4実施形態>
次に、本発明のアクチュエータの第4実施形態について説明する。
図12は、本発明のアクチュエータの第4実施形態を示す平面図(内部透視図)である。なお、以下では、説明の便宜上、図12中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the actuator of the present invention will be described.
FIG. 12 is a plan view (internal perspective view) showing a fourth embodiment of the actuator of the present invention. In the following, for convenience of explanation, the front side of the sheet in FIG. 12 is referred to as “upper”, the rear side of the sheet is referred to as “lower”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”.
以下、第4実施形態のアクチュエータについて、前記第1実施形態のアクチュエータとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第4実施形態のアクチュエータ1は、電磁力(ローレンツ力)により駆動するように構成され、それ以外は、前記第1実施形態のアクチュエータ1と同様である。
すなわち、図12に示すアクチュエータ1は、支持部24に絶縁膜(図示せず)を介して設けられた4つの端子10と、第1の質量部21、22の上面(蓋部材4側の面)に設けられたコイル20と、第1の質量部21、22を介して弾性連結部(回動中心軸27)を中心に対向(ほぼ対称に)配置された一対の永久磁石40とを有している。
Hereinafter, the actuator of the fourth embodiment will be described focusing on the differences from the actuator of the first embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The
That is, the
一対の永久磁石40は、S極とN極とが互いに向かい合うように、底部材3の上面に取り付けられている。
また、コイル20の端部は、端子10と接続されている。
端子10は、図示せぬ電源に接続されており、コイル20に交流電圧を印加できるようになっている。
The pair of
The end of the
The terminal 10 is connected to a power source (not shown) so that an AC voltage can be applied to the
このアクチュエータ1では、コイル20に交流電圧を印加すると、コイル20(第1の質量部21、22)と永久磁石40との間で電磁力が生じ、その電磁力によって、第1の質量部21、22が回動(駆動)し、この第1の質量部21、22の駆動に伴って、第2の質量部23が回動(駆動)する。
このような第4実施形態のアクチュエータ1によっても、前記第1実施形態のアクチュエータと同様の作用・効果が得られる。
In the
Also by the
<第5実施形態>
次に、本発明のアクチュエータの第5実施形態について説明する。
図13は、本発明のアクチュエータの第5実施形態を示す平面図(内部透視図)である。なお、以下では、説明の便宜上、図13中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the actuator of the present invention will be described.
FIG. 13 is a plan view (internal perspective view) showing a fifth embodiment of the actuator of the present invention. In the following, for convenience of explanation, the front side in FIG. 13 is referred to as “up”, the back side in FIG. 13 is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”.
以下、第5実施形態のアクチュエータについて、前記第1実施形態のアクチュエータとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第5実施形態のアクチュエータ1は、ピエゾアクチュエータにより駆動するように構成され、それ以外は、前記第1実施形態のアクチュエータ1と同様である。
すなわち、図13に示すアクチュエータ1は、第1の質量部21、22の上面(蓋部材4側の面)の端部に、それぞれ、1つのピエゾアクチュエータ(圧電素子を備えたアクチュエータ)400が設けられている。
Hereinafter, the actuator of the fifth embodiment will be described focusing on the differences from the actuator of the first embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
The
That is, in the
このアクチュエータ1では、ピエゾアクチュエータ400の駆動により、第1の質量部21、22にひずみ(伸縮)が生じ、そのひずみによって、第2の質量部23を回動(駆動)する。
このような第5実施形態のアクチュエータ1によっても、前記第1実施形態のアクチュエータと同様の作用・効果が得られる。
In the
Also with the
特に、本実施形態においては、ピエゾアクチュエータ400を第1の質量部21、22に設けたことにより、電極32が不要になり、生産コストを下げることができる。また、電極32を不要とすることにより、凹部31の左右方向での寸法を、第1の質量部21、22に対応する位置にまで大きくすることができる。これにより、第1の質量部21、22の回転角度をより大きくすることができる。
In particular, in the present embodiment, by providing the
また、本実施形態では、第1の質量部21、22に、1つの(1層の)ピエゾアクチュエータ400を設けたが、これに限らず、例えば、バイモルフ型ピエゾアクチュエータ(2層構造のピエゾアクチュエータのうち、一方のピエゾアクチュエータを圧縮方向に振動させ、他方のピエゾアクチュエータを伸長方向に振動させる撓み振動を生じさせるアクチュエータ)等の2つ(2層)以上のピエゾアクチュエータを設けてもよい。
In the present embodiment, one (one layer)
なお、本実施形態では、ピエゾアクチュエータ400を第1の質量部21、22の上面の端部にそれぞれ設けたが、これに限らず、例えば、第1の質量部21、22の上面の全面に設けてもよいし、第1の質量部21、22の下面(底部材32側の面)の端部または全面に設けてもよい。
以上説明したようなアクチュエータ1は、例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の光スキャナ、イメージング用ディスプレイ等に好適に適用することができる。
In the present embodiment, the
The
以上、本発明のアクチュエータについて、図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明のアクチュエータは、前記第1〜第5実施形態のうちの任意の2以上の構成を組み合わせるようにしてもよい。
また、本発明のアクチュエータでは、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
As mentioned above, although the actuator of this invention was demonstrated based on each embodiment of illustration, this invention is not limited to these.
For example, the actuator of the present invention may be combined with any two or more configurations of the first to fifth embodiments.
In the actuator of the present invention, the configuration of each part can be replaced with an arbitrary configuration that exhibits the same function, and an arbitrary configuration can be added.
また、前述した実施形態では、第1の弾性連結部を一対または二対有するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、三対以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、第2の弾性連結部を一対または二対有するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、三対以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、光反射部231が第2の質量部23の蓋部材33側の面に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆の面に設けられている構成であってもよいし、両方の面に設けられている構成であってもよい。
Moreover, in embodiment mentioned above, although demonstrated as what has 1st or 2 pairs of 1st elastic connection parts, it is not limited to this, For example, 3 pairs or more may be sufficient.
Moreover, in embodiment mentioned above, although demonstrated as what has a 1st or 2nd 2nd elastic connection part, it is not limited to this, For example, 3 or more pairs may be sufficient.
In the above-described embodiment, the configuration in which the
また、前述した第1〜第3実施形態では、底部材3上に電極32が設けられている構成について説明したが、底部材3と第1の質量部21、22の両方に設けられていてもよい。
また、前述した第1〜第3実施形態では、第1の質量部21、22に対応する位置に、それぞれ一対の電極32を設けたが、これに限らず、それぞれ、電極32を1つ、もしくは3つ以上設けてもよい。
In the first to third embodiments described above, the configuration in which the
In the first to third embodiments described above, a pair of
なお、第1の質量部21、22に対応する位置に、それぞれ1つの電極32を設けた場合は、例えば、オフセット電圧を加えた、最小電位がグランド電位である正弦波(交流電圧)等を印加するのが好ましい。
また、前述した実施形態では、第1の弾性連結部および第2の弾性連結部の形状として図示の構成のものについて説明したが、これに限定されず、例えば、その形状が、クランク形状等であってもよいし、分岐した構造を有するものであってもよい。
When one
In the above-described embodiment, the shape of the first elastic coupling portion and the second elastic coupling portion has been described with respect to the illustrated configuration. However, the shape is not limited thereto. For example, the shape is a crank shape or the like. It may have a branched structure.
また、前述した第1〜第3実施形態では、第1の質量部21、22の電極32と対向する面に、短絡防止用の絶縁膜が設けられている構成について説明したが、例えば、このような絶縁膜は、電極32の表面に設けられていてもよいし、両方に設けられていてもよい。
また、前述した第4実施形態では、コイル20が第1の質量部21、22の蓋部材4側の面に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆の面に設けられていてもよいし、第1の質量部21、22の内部に設けられているものであってもよい。
また、前述した実施形態では、第1の質量部が一対で設けられる構成のものであったが、第1の質量部は、第2の質量部を囲むように設けられる構成のものであってもよい。
In the first to third embodiments described above, the configuration in which the insulating film for preventing a short circuit is provided on the surface of the
In the fourth embodiment described above, the configuration in which the
In the above-described embodiment, the pair of first mass parts is provided. However, the first mass part is configured to surround the second mass part. Also good.
1……アクチュエータ 2……基体 21、22……第1の質量部 211、221……端部 23……第2の質量部 231……光反射部 232……端部 24……支持部 241……スペーサ 25、25’……第1の弾性連結部 26、26’……第2の弾性連結部 27……回動中心軸 28、29……凹部 3……底部材 31……凹部 32……電極 4……蓋部材 5……シリコン基板 51……凹部 6……レジストマスク 7……金属マスク 9……シリコン基板 10……端子 20……コイル 40……永久磁石 400……ピエゾアクチュエータ 1200……スペーサ 1300……可動電極板 1300a……両端固定部 1300b……トーションバー 1300c……可動電極部 1400……固定電極 1500……電源 1600……スイッチ L1、L2、L3……距離
DESCRIPTION OF
Claims (16)
シリコンを主材料として構成された第1の基板の一方の面をエッチングすることにより、凹部を形成する第1の工程と、
前記第1の基板における前記凹部に対応する部分をエッチングすることにより、前記第1の質量部、前記第2の質量部、前記支持部、前記第1の弾性連結部、前記第2の弾性連結部を形成する第2の工程とを有することを特徴とするアクチュエータの製造方法。 The first mass unit, the second mass unit, the support unit, and the first mass unit and the support unit so that the first mass unit is rotatable with respect to the support unit. At least a pair of first elastic connecting portions to be connected, and the first mass portion and the second mass portion so that the second mass portion can be rotated with respect to the first mass portion; And at least a pair of second elastic connecting portions, and by applying an alternating voltage, the first mass portion is rotationally driven, and the second mass portion is rotated by the rotational driving. A method for manufacturing a two-degree-of-freedom vibration system actuator,
A first step of forming a recess by etching one surface of a first substrate composed mainly of silicon;
Etching a portion of the first substrate corresponding to the concave portion allows the first mass portion, the second mass portion, the support portion, the first elastic coupling portion, and the second elastic coupling. And a second step of forming the portion.
前記第1の質量部、前記第2の質量部、前記支持部、前記第1の弾性連結部、前記第2の弾性連結部は、シリコンを主材料として構成された基体に設けられており、
前記基体の少なくとも一方の面には、凹部が形成され、
前記基体における前記凹部に対応する部分に、前記第1の質量部、前記第2の質量部、前記第1の弾性連結部、前記第2の弾性連結部が設けられていることを特徴とするアクチュエータ。 The first mass unit, the second mass unit, the support unit, and the first mass unit and the support unit so that the first mass unit is rotatable with respect to the support unit. The at least one pair of first elastic coupling portions to be coupled, and the first mass portion and the second mass portion so that the second mass portion is rotatable with respect to the first mass portion; And at least a pair of second elastic connecting portions, and by applying an alternating voltage, the first mass portion is rotationally driven, and the second mass portion is rotated by the rotational driving. A two-degree-of-freedom vibration system actuator,
The first mass portion, the second mass portion, the support portion, the first elastic coupling portion, and the second elastic coupling portion are provided in a base body mainly composed of silicon,
A recess is formed on at least one surface of the substrate,
The first mass portion, the second mass portion, the first elastic coupling portion, and the second elastic coupling portion are provided in a portion of the base corresponding to the concave portion. Actuator.
前記一対の第1の質量部の一方は、前記第2の質量部の一端側に設けられ、他方は、前記第2の質量部の他端側に設けられている請求項8または9に記載のアクチュエータ。 The two-degree-of-freedom vibration system includes a pair of the first mass parts,
10. The one of the pair of first mass parts is provided on one end side of the second mass part, and the other is provided on the other end side of the second mass part. Actuator.
The moment of inertia of the first mass and J 1, when the moment of inertia of the second mass was J 2, claims and J 1 and J 2 satisfies J 1 ≦ J 2 the relationship 8 The actuator according to any one of 15 to 15.
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071016 |