JP2009044787A - Drive arrangement, and movable structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device.
近年、レーザ機器および光学機器(以下、「光学機器等」とも称する)の小型化が進んでいる。これに伴い小型の光学機器等に用いられる光偏向素子、光スイッチ素子および形状可変ミラー素子(以下、「光偏向素子等」とも称する)に対する小型化の要請が強くなっている。 In recent years, laser devices and optical devices (hereinafter also referred to as “optical devices and the like”) have been downsized. Accordingly, there is a strong demand for miniaturization of optical deflection elements, optical switch elements, and variable shape mirror elements (hereinafter also referred to as “optical deflection elements etc.”) used in small optical devices.
そこで、半導体の微細加工技術を駆使して作製されたMEMS(Micro Electro Mechanical System)素子を用いて光偏向素子等を構成し、光偏向素子等の小型化を実現する技術が提案されている(特許文献1)。光偏向素子等に用いられるMEMS素子(「光MEMS素子」とも称する)においては、一対のばねによって支持された可動体(可動部)を有する可動構造体が採用されている。 Therefore, a technology has been proposed in which an optical deflection element or the like is configured using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) element manufactured by making full use of a semiconductor microfabrication technique, and the optical deflection element or the like is miniaturized ( Patent Document 1). In a MEMS element (also referred to as an “optical MEMS element”) used for an optical deflection element or the like, a movable structure having a movable body (movable part) supported by a pair of springs is employed.
しかしながら、特許文献1に記載の可動構造体を有する光MEMS素子では、可動部を支持するばね部分に応力集中が生じ易いという問題がある。
However, the optical MEMS element having the movable structure described in
そこで、本発明は、駆動の際に、可動部を支持するばねに生じる応力集中を低減させることが可能な技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of reducing stress concentration generated in a spring that supports a movable part during driving.
上記の課題を解決するため、請求項1の発明は、固定部に対して可動部を駆動させる駆動装置であって、前記可動部に駆動変位を与える駆動部と、前記可動部に設けられた支持部材と、いずれも一端および他端を有し、前記支持部材を介して互いに対向した状態で、前記支持部材と前記一端においてそれぞれ接続される第1弾性部および第2弾性部と、前記固定部と前記第1弾性部の前記他端との間に介挿され、前記駆動変位に応じて前記第1弾性部に生じる弾性変形を緩和させる第1緩和手段と、前記固定部と前記第2弾性部の前記他端との間に介挿され、前記駆動変位に応じて前記第2弾性部に生じる弾性変形を緩和させる第2緩和手段とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention of
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る駆動装置において、前記第1緩和手段は、前記第1弾性部の前記弾性変形を緩和させる方向に前記第1弾性部の前記他端の位置を変位させ、前記第2緩和手段は、前記第2弾性部の前記弾性変形を緩和させる方向に前記第2弾性部の前記他端の位置を変位させることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the drive device according to the first aspect of the invention, the first relaxation means has the other end of the first elastic portion in a direction to relieve the elastic deformation of the first elastic portion. And the second relaxation means displaces the position of the other end of the second elastic portion in a direction to relieve the elastic deformation of the second elastic portion.
また、請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明に係る駆動装置において、前記第1緩和手段は、第3弾性部を有し、前記第1弾性部の前記他端の位置は、前記第3弾性部の弾性変形に応じて変位し、前記第2緩和手段は、第4弾性部を有し、前記第2弾性部の前記他端の位置は、前記第4弾性部の弾性変形に応じて変位することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the drive device according to the first or second aspect of the present invention, the first relaxation means has a third elastic portion, and the position of the other end of the first elastic portion. Is displaced according to the elastic deformation of the third elastic portion, the second relaxation means has a fourth elastic portion, and the position of the other end of the second elastic portion is the position of the fourth elastic portion. It is characterized by displacement according to elastic deformation.
また、請求項4の発明は、請求項1から請求項3のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記第1弾性部および前記第2弾性部は、板状の弾性体であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the drive device according to any one of the first to third aspects, the first elastic portion and the second elastic portion are plate-like elastic bodies. And
また、請求項5の発明は、請求項1から請求項4のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記駆動部と前記支持部材と前記第1弾性部と前記第2弾性部と前記第1緩和手段と前記第2緩和手段とは、SOI基板から作製されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the drive device according to any one of the first to fourth aspects, the drive unit, the support member, the first elastic unit, the second elastic unit, and the first The relaxing means and the second relaxing means are manufactured from an SOI substrate.
また、請求項6の発明は、請求項1から請求項5のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記可動部は、その上面において反射面を有し、前記駆動装置は、光偏向素子として機能することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the drive device according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, the movable portion has a reflective surface on an upper surface thereof, and the drive device is a light deflection element. It is characterized by functioning.
また、請求項7の発明は、固定部に対して可動部を駆動させる可動構造体であって、前記可動部に駆動変位を与える駆動部と、前記可動部に設けられた支持部材と、いずれも一端および他端を有し、前記支持部材を介して互いに対向した状態で、前記支持部材と前記一端においてそれぞれ接続される第1弾性部および第2弾性部と、前記固定部と前記第1弾性部の前記他端との間に介挿され、前記駆動変位に応じて前記第1弾性部に生じる弾性変形を緩和させる第1緩和手段と、前記固定部と前記第2弾性部の前記他端との間に介挿され、前記駆動変位に応じて前記第2弾性部に生じる弾性変形を緩和させる第2緩和手段とを備えることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is a movable structure that drives the movable part relative to the fixed part, and includes a drive part that applies drive displacement to the movable part, and a support member provided on the movable part, Also has a first elastic part and a second elastic part connected to the support member at the one end, respectively, in a state of having one end and the other end and facing each other via the support member, the fixing part and the first A first mitigating means interposed between the other end of the elastic portion and mitigating elastic deformation generated in the first elastic portion in response to the driving displacement; and the other of the fixing portion and the second elastic portion And a second relaxation means that is interposed between the first and second ends and relaxes the elastic deformation generated in the second elastic portion in accordance with the driving displacement.
また、請求項8の発明は、固定部に対して可動部を駆動させる駆動装置であって、前記可動部に駆動変位を与える駆動部と、前記可動部に設けられた支持部材と、いずれも一端および他端を有し、前記支持部材を介して互いに対向した状態で、前記支持部材と前記一端においてそれぞれ接続される第1弾性部および第2弾性部と、前記固定部と前記第1弾性部の前記他端との間に介挿される第3弾性部と、前記固定部と前記第2弾性部の前記他端との間に介挿される第4弾性部とを備え、前記第1弾性部および前記第3弾性部は、前記駆動変位に応じて前記第1弾性部に与えられるエネルギーを弾性エネルギーとして分散して蓄え、前記第2弾性部および前記第4弾性部は、前記駆動変位に応じて前記第2弾性部に与えられるエネルギーを弾性エネルギーとして分散して蓄えることを特徴とする。
Further, the invention of
請求項1から請求項8に記載の発明によれば、駆動変位に応じて第1弾性部に生じる弾性変形を緩和させる第1緩和手段が、固定部と第1弾性部との間に介挿され、駆動変位に応じて第2弾性部に生じる弾性変形を緩和させる第2緩和手段が、固定部と第2弾性部との間に介挿されているので、駆動の際に、可動部を支持する第1弾性部および第2弾性部に生じる応力集中を低減させることが可能になる。 According to the first to eighth aspects of the present invention, the first relaxation means for relaxing the elastic deformation that occurs in the first elastic portion in response to the drive displacement is interposed between the fixed portion and the first elastic portion. Since the second relaxation means for relaxing the elastic deformation generated in the second elastic portion according to the drive displacement is interposed between the fixed portion and the second elastic portion, the movable portion is It becomes possible to reduce the stress concentration which arises in the 1st elastic part and 2nd elastic part to support.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施形態>
<構成>
本実施形態に係る駆動装置1Aの構成について説明する。図1は、本実施形態に係る駆動装置1Aの機能ブロック図である。なお、図1中の矢印(片矢印または両矢印)は、各機能間のエネルギー授受を模式的に示している。
<Embodiment>
<Configuration>
The configuration of the
図1に示されるように、駆動装置1Aは、駆動部5と可動部6と支持部7と固定部8とを備え、固定部8に対して移動可能な可動部6を有する可動構造体として構成されている。
As shown in FIG. 1, the
具体的には、駆動部5は、変位(「駆動変位」とも称する)を発生させ、当該変位を可動部6に与える機能を有している。本実施形態では、駆動部5として移動櫛歯電極と固定櫛歯電極とによって構成される静電アクチュエータを採用する。静電アクチュエータは、櫛歯電極間に印加される電圧によって生じる静電気力(引力)を駆動源とし、移動櫛歯電極を固定櫛歯電極に対して相対的に移動させて変位を発生させる。静電アクチュエータについての詳細は、後述する。
Specifically, the
可動部6は、支持部7を介して固定部8に接続され、上記駆動変位に応じて移動する。
The movable part 6 is connected to the
支持部7は、固定部8に接続され、可動部6を支持(保持)する機能を有している。また、支持部7は、弾性部7aと緩和部7bとを有している。弾性部7aは、駆動変位に応じた可動部6の移動によって弾性変形を生じ、緩和部7bは、弾性部7aの弾性変形を緩和させる機能を有している。
The support portion 7 is connected to the
上述のような各機能部を有する駆動装置1Aでは、可動部6は、駆動部5から与えられる力(駆動力)によって変位し、支持部7の弾性部7aにおいて弾性変形を発生させる。そして、駆動力が消滅すると弾性変形を生じていた弾性部7aの復元力によって、可動部6は元の位置に復帰する。また、駆動装置1Aでは、可動部6の移動によって生じる弾性部7aの弾性変形は、緩和部7bによって緩和される。これによれば、弾性部7aの内部に発生する応力集中を減少(低減)させることが可能になる。
In the
次に、上記各機能部を備える駆動装置1Aの具体的構成について説明する。図2は、駆動装置1Aの上面図である。図3は、可動部6の上面斜視図である。図4は、図2の矢印K方向から視認した場合の駆動装置1Aの側面図である。なお、図2中にはXYZ直交座標系が記入されているが、X軸方向は、固定櫛歯電極5Ka,5Kbの各歯が伸びる方向(「櫛歯の延伸方向」とも称する)に相当し、Y軸方向は、固定櫛歯電極5Ka,5Kbの歯間溝に沿った方向(「櫛歯の厚さ方向」または「櫛歯面内において櫛歯の延伸方向に垂直な方向」とも称する)に相当し、Z軸方向は、対向する2つの櫛歯電極の各歯が交互配置される方向(「交互配置方向」または「ギャップ方向」とも称する)に相当する。
Next, a specific configuration of the
図2に示されるように、駆動装置1Aは、可動部6と、可動部6に駆動変位を与える駆動部5と、支持部7として機能し可動部6を支持する支持部材11a,11bと、弾性部7aとして機能する弾性部材12a,12b,12c,12dと、緩和部7bとして機能する緩和部材13a,13b,13c,13dと、固定部8a,8b,8c,8dとを備えている。
As shown in FIG. 2, the
具体的には、可動部6は、縦辺部6Vと横辺部6Hとによって規定される矩形状の略平面を有し、可動部6の上面には、例えば、光を反射するための反射面(反射ミラー)が配置(設置)される。
Specifically, the movable part 6 has a substantially rectangular plane defined by the
駆動部5は、可動部6の2つの縦辺部6Vにそれぞれ設置される。具体的には、駆動部5は、各縦辺部6Vにそれぞれ設置される移動櫛歯電極5Ea,5Ebと、各移動櫛歯電極5Ea,5Ebにそれぞれ対向して配置される固定櫛歯電極5Ka,5Kbとを有している。
The
また、固定櫛歯電極5Ka,5Kbは、対応する各移動櫛歯電極5Ea,5Ebに対してそれぞれY軸方向にずらして配置される。これにより、図3に示されるように、固定櫛歯電極5Kaの櫛歯面と移動櫛歯電極5Eaの櫛歯面とは、Y軸方向の相対的なずれ(位置ずれ)を有した状態となる。このような位置ずれ状態(「オフセット状態」とも称する)において櫛歯電極間に適当な電位差が与えられると、移動櫛歯電極5Ea,5EbはY軸方向(「オフセット方向」とも称する)の力を受け、軸L1を中心として回転する。また、これに伴い、移動櫛歯電極5Ea,5Ebに連結された可動部6も、軸L1周りに回転移動(回動)する。 The fixed comb electrodes 5Ka and 5Kb are arranged so as to be shifted in the Y-axis direction with respect to the corresponding movable comb electrodes 5Ea and 5Eb. Accordingly, as shown in FIG. 3, the comb tooth surface of the fixed comb electrode 5Ka and the comb tooth surface of the movable comb electrode 5Ea have a relative displacement (positional displacement) in the Y-axis direction. Become. When an appropriate potential difference is applied between the comb electrodes in such a misalignment state (also referred to as “offset state”), the movable comb electrodes 5Ea and 5Eb generate a force in the Y-axis direction (also referred to as “offset direction”). The bearing rotates around the axis L1. Accordingly, the movable portion 6 connected to the movable comb electrodes 5Ea and 5Eb also rotates (rotates) around the axis L1.
支持部材11a,11bは、いずれも一端RTa,RTbおよび他端RHa,RHbを有する板状の部材であり、可動部6の各横辺部6Hの略中央CPa,CPbにおいて当該各一端RTa,RTbは可動部6とそれぞれ接続(連結)されている。これにより、支持部材11a,11bは、互いに対向する位置において可動部7を挟持(支持)する。
Each of the
ここで、駆動装置1Aは、可動部6の対称線C−Cを境界として、上半部と下半部とにおいて対称的な構成を有しているため、以下では、下半部の機構(「第1機構」とも称する)SR1が有する構造および機能を中心に詳述する。
Here, since the
第1機構SR1は、支持部材11aと、支持部材11aを介して互いに対向した状態で支持部材11aに接続される弾性部材12a,12bと、固定部8a,8bと、弾性部材12a,12bと固定部8a,8bとの間にそれぞれ介挿される緩和部材13a,13bとを有している。このような各要素を有する第1機構SR1においては、弾性部材12a、緩和部材13aおよび固定部8aと、弾性部材12b、緩和部材13bおよび固定部8bとは、軸L1に関して対称的に配置される。
The first mechanism SR1 is fixed to the
具体的には、第1機構SR1における支持部材11aは、横辺部6Hの略中央CPaを始点として、軸L1に沿って延びている。
Specifically, the
弾性部材12a,12bは、矩形の薄板状の弾性体であり、一主面とこれとは反対側を向く他主面とをそれぞれ有している。そして、図4に示されるように、弾性部材12a,12bは、一主面を+Y方向に向けるとともに、他主面を−Y方向に向けた姿勢で支持部材11aに接続(連結)される。具体的には、弾性部材12aは、支持部材11aの他端RHaを基準にして支持部材11aの延伸方向(ここでは、−Z方向)に沿って、弾性部材12aの板幅にわたり支持部材11aの上端部(「第1の接続部」とも称する)Gaと接続される。また、弾性部材12bは、支持部材11aの他端RHaを基準にして支持部材11aの延伸方向に沿って、弾性部材12bの板幅にわたり支持部材11aの他の上端部(「第2の接続部」とも称する)Gbと接続される。
The
緩和部材13a,13bは、図4に示すように、それぞれがYZ方向に広がるとともにX方向に間隔をあけて並列して配置される矩形状の複数の板材P1と、これらの板材P1と同じ幅を持ち、これらの板材P1のZ端側両辺の一辺側および対向辺側で交互に各板材P1を連結する側片部P2とを一体的に形成した構造を有している。このような構成を有する緩和部材13a,13bは、ジグザグ状のばねに相当する力学的構造となっており、板材P1の板面に垂直な方向(ここでは、X方向)の力を受けて板面に垂直な方向(X方向)に伸縮するほか、Y方向・Z方向への変位、または各方向(特に板材P1の板面の法線ベクトルがXY面内で傾く方向)への傾斜をも吸収可能な弾性体として機能する。緩和部材13a,13bの各一端は、弾性部材12a,12bと接続される。具体的には、図4に示されるように、支持部材11aの第1の接続部Gaと緩和部材13aの上端部(「第3の接続部」とも称する)Gcとが、薄板状の弾性部材12aを介して接続される。また、支持部材11aの第2の接続部Gbと緩和部材13bの上端部(「第4の接続部」とも称する)Gdとが、薄板状の弾性部材12bを介して接続される。一方、緩和部材13a,13bの各他端は、固定部8a,8bにそれぞれ接続される。緩和部材13a,13bは立体形状とされているため、弾性部材12a,12bと同じ材質で形成される場合であっても、弾性部材12a,12bと比較してXY面内での外力に対する緩和部材13a,13bの弾性係数は大きくなっている。したがって、これら2種の弾性体の結合体を考えたとき、XY面内での外力による弾性変形は主として弾性部材12a,12bにおいて生じるものの、緩和部材13a,13bがその弾性変形のうちの一部を分担することにより、外力による弾性変形が弾性部材12a,12bにおいて完全に集中する事態を防止する。
As shown in FIG. 4, each of the
上半部の機構(「第2機構」とも称する)SR2は、第1機構SR1と同様の構成を有している。簡単には、第2機構SR2は、支持部材11bと、支持部材11bを介して互いに対向した状態で支持部材11bに接続される弾性部材12c,12dと、固定部8c,8dと、弾性部材12c,12dと固定部8c,8dとの間にそれぞれ介挿される緩和部材13c,13dとを有している。
The upper half mechanism (also referred to as “second mechanism”) SR2 has the same configuration as the first mechanism SR1. In brief, the second mechanism SR2 includes a
<製法>
上述のような構成を有する駆動装置1Aの製造方法について説明する。図5は、SOI(Silicon On Insulator)基板50の断面を示す図である。図6および図7は、駆動装置1Aの製法に関する説明図である。
<Production method>
A method for manufacturing the
なお、以下では、図5に示されるSOI基板50の断面が、図2に示される軸L1に垂直な平面HLによる第1機構SR1の切断面CFであると仮定して、作製工程の進展による当該切断面CFの変化を例に駆動装置1Aの製造方法について説明する。
In the following, it is assumed that the cross section of the
駆動装置1Aは、比較的厚い(例えば、200μm)Si層(「形成層」とも称する)SL1と、比較的薄い(例えば、5μm)Si層(「補助層」とも称する)SL2と、形成層SL1と補助層SL2とに挟まれた比較的薄い(例えば、2μm)SiO2層(「犠牲層」とも称する)GSとを有するSOI基板50(図5参照)を加工して作製される。
The
具体的には、形成層SL1の表面および補助層SL2の表面が、マスクを用いてパターンニングされる。そして、ドライエッチング(例えば、ICP−RIE(Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching)、高速原子線(Fast Atom Beam)を用いたエッチング)によって犠牲層GSの表面まで、形成層SL1および補助層SL2における不要な薄膜(Si層)がそれぞれ除去される。例えば、図6に示される切断面CFでは、形成層SL1において弾性部材12a,12bに相当する部分B1および緩和部材13a,13bに相当する部分B2と、補助層SL2において緩和部材13a,13bに相当する部分B3とがドライエッチングによって除去される。
Specifically, the surface of the formation layer SL1 and the surface of the auxiliary layer SL2 are patterned using a mask. The formation layer SL1 and the auxiliary layer SL2 are unnecessary up to the surface of the sacrificial layer GS by dry etching (for example, ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching), etching using a fast atom beam). Each thin film (Si layer) is removed. For example, in the cut surface CF shown in FIG. 6, the formation layer SL1 corresponds to the portion B1 corresponding to the
次に、SiO2を溶解させるHF(フッ酸)を用いたウエットエッチングによって、上記のドライエッチングで露出した犠牲層GSが除去される。例えば、図7に示される切断面CFでは、弾性部材12a,12bに相当する部分B10および緩和部材13a,13bに相当する部分B11の犠牲層GSがウエットエッチングによって除去される。
Next, the sacrificial layer GS exposed by the dry etching is removed by wet etching using HF (hydrofluoric acid) that dissolves SiO 2 . For example, at the cut surface CF shown in FIG. 7, the sacrificial layer GS of the portion B10 corresponding to the
このように、ドライエッチングおよびウエットエッチングによってSOI基板50から駆動装置1Aの外形が作製される。
As described above, the outer shape of the
そして、ワイヤーボンディング等により駆動部5の静電アクチュエータへの電気的な配線が行われる。また、例えば、駆動装置1Aを光偏向素子として使用する場合は、スパッタリング法によって可動部6の上面に金属の反射面が形成される。
Then, electrical wiring to the electrostatic actuator of the
<動作>
次に、駆動装置1Aの動作について説明する。図8は、図2の矢印K方向から視認した場合の駆動状態における駆動装置1Aの側面図である。図9は、駆動装置1Aの初期状態と駆動状態MK1とにおける支持部材11aの変化を示す図である。
<Operation>
Next, the operation of the
駆動前の初期状態(図4参照)において、駆動部5の櫛歯電極間に適当な電位差が与えられると、図8に示されるように、可動部6は、軸L1周りに回動する。そして、この可動部6の回動とともに、支持部材11aも回動する。これにより、支持部材11aに接続された薄板状の弾性部材12a,12bは、弾性変形し、たわんだ状態になる。具体的には、可動部6の回動によって、弾性部材12a,12bのうち、支持部材11aとの連結部分を基準にして一方側の弾性部材(図8では、弾性部材12a)が、当該弾性部材の他主面側(図8の下側)に膨らむように湾曲し、他方側の弾性部材(図8では、弾性部材12b)が当該弾性部材の一主面側(図8の上側)に膨らむように湾曲する。
In the initial state before driving (see FIG. 4), when an appropriate potential difference is applied between the comb electrodes of the
詳細には、例えば、図9に示されるように、軸L1を中心にして可動部6が時計回りに回動した駆動状態MK1(図8参照)においては、支持部材11aにおける第1の接続部Gaは、矢印AR1のように変位する。この変位は、+X方向の変位と−Y方向の変位とを有し、第1の接続部Gaに接続された弾性部材12aは、他主面側に湾曲する弾性変形を生じる。また、支持部材11aにおける第2の接続部Gbは、矢印AR2のように変位する。この変位は、+X方向の変位と+Y方向の変位とを有し、第2の接続部Gbに接続された弾性部材12bは、一主面側に湾曲する弾性変形を生じる。
Specifically, for example, as shown in FIG. 9, in the driving state MK1 (see FIG. 8) in which the movable portion 6 is rotated clockwise about the axis L1, the first connecting portion in the
そして、弾性部材12a,12bに接続された緩和部材13a,13bは、それぞれ第1の接続部Gaおよび第2の接続部Gbの変位によって生じた弾性部材12a,12bの弾性変形を緩和させるように弾性変形する。具体的には、他主面側に膨らんだ弾性部材に接続された緩和部材は、弾性部材から圧縮方向の力を受けて縮み変形し、弾性部材の他主面側に膨らんだ弾性変形を緩和させる。一方、一主面側に膨らんだ弾性部材に接続された緩和部材は、弾性部材から伸長方向の力を受けて伸び変形し、弾性部材の弾性変形を緩和させる。
And the
例えば、駆動状態MK1(図8)においては、第3の接続部Gcには、+X方向に変位した第1の接続部Gaの影響を受けて弾性部材12aから+X方向の力が与えられる。緩和部材13aは、この+X方向の力によって圧縮方向(ここでは、+X方向)に縮み変形し、第3の接続部Gcを矢印ZR1で示すように+X方向に変位させる。第3の接続部Gcが+X方向に変位すると、第1の接続部Gaの+X方向への変位によって短くなった第1の接続部Gaと第3の接続部Gcとの間の距離が長くなるので、弾性部材12aで生じる弾性変形を減少(緩和)させることができる。このように、緩和部材13aは、弾性部材12aの弾性変形を緩和させる方向に第3の接続部Gcを変位させて、矢印AR1で表される第1の接続部Gaにおける+X方向の変位の一部を吸収する。これによれば、弾性部材12aの弾性変形を緩和し、弾性部材12aの内部に発生する応力集中を低減することが可能になる。
For example, in the driving state MK1 (FIG. 8), a force in the + X direction is applied to the third connecting portion Gc from the
一方、第4の接続部Gdには、+X方向に変位した第2の接続部Gbの影響を受けて弾性部材12bから+X方向の力が与えられる。緩和部材13bは、この+X方向の力によって伸長方向(ここでは、+X方向)に伸び変形し、第4の接続部Gdを矢印ZR2で示すように+X方向に変位させる。これにより、第2の接続部Gbと第4の接続部Gdとの間の距離を駆動状態MK1によらず略一定に保つことが可能になる。このように、緩和部材13bは、第4の接続部Gdを変位させて矢印AR2で表される第2の接続部Gbの+X方向の変位を吸収する。これによれば、弾性部材12bの内部に発生する応力集中を低減することが可能になる。
On the other hand, the force in the + X direction is applied to the fourth connecting portion Gd from the
また、軸L1を中心にして可動部6が半時計回りに回動した駆動状態MK2(不図示)においては、第4の接続部Gdには、−X方向に変位した第2の接続部Gbの影響を受けて弾性部材12bから−X方向の力が与えられる。緩和部材13bは、この−X方向の力によって圧縮方向に縮み変形し、第4の接続部Gdを−X方向に変位させる。このように、緩和部材13bは、弾性部材12bの弾性変形を緩和させる方向に第4の接続部Gdを変位させて、第1の接続部Gbにおける−X方向の変位の一部を吸収する。これによれば、弾性部材12bの弾性変形を緩和し、弾性部材12bの内部に発生する応力集中を低減することが可能になる。
In the driving state MK2 (not shown) in which the movable portion 6 is rotated counterclockwise about the axis L1, the fourth connecting portion Gd has a second connecting portion Gb displaced in the −X direction. -X direction force is applied from the
一方、駆動状態MK2においては、第3の接続部Gcには、−X方向に変位した第1の接続部Gaの影響を受けて弾性部材12aから−X方向の力が与えられる。緩和部材13aは、この−X方向の力によって伸長方向(ここでは、+X方向)に伸び変形し、第3の接続部Gcを−X方向に変位させる。このように、緩和部材13aは、第3の接続部Gcを変位させて、第1の接続部Gaの−X方向の変位を吸収する。これによれば、弾性部材12aの内部に発生する応力集中を低減することが可能になる。
On the other hand, in the driving state MK2, a force in the −X direction is applied to the third connecting portion Gc from the
なお、上記では、緩和部材13a,13bによってX方向の変位が吸収される場合について説明したが、緩和部材13a,13bは、Y方向・Z方向への変位、または各方向への傾斜をも吸収し、弾性部材12a,12bの内部に発生する応力集中を低減する。
In the above description, the case where the displacement in the X direction is absorbed by the
このように、駆動装置1Aは、可動部6の回動によって弾性部材12a,12bの一端(一辺側)に与えられる変位に応じて弾性部材12a,12bの他端(対向辺側)を移動(スライド)させる機構(「スライド機構」とも称する)を有している。これによれば、弾性部材12a,12bの一端に与えられる変位を吸収することができるので、弾性部材12a,12bの内部において生じる応力集中を低減させることが可能になる。
As described above, the
なお、第2機構SR2も、可動部6の回動によって弾性部材12c,12dの一端(一辺側)に与えられる変位に応じて弾性部材12c,12dの他端(対向辺側)を移動させるスライド機構を有し、可動部6の回動によって弾性部材12c,12dの内部において生じる応力集中を低減させることが可能になる。
The second mechanism SR2 also slides to move the other end (opposite side) of the
また、駆動装置1Aは、弾性部材12a〜12dにおける応力集中を低減可能なスライド機構を有していることから、このようなスライド機構を有しない場合に比べて、可動部6の移動可能な最大回転範囲(最大回転角)を大きくすることが可能になる。具体的には、駆動装置1Aでは、弾性部材12a〜12dにおいて生じる弾性変形が緩和されるので、スライド機構を有しない場合に比べて、可動部6に与えられた回転角に対する弾性部材12a〜12dの弾性変形量が減少する。このため、駆動装置1Aでは、スライド機構を有しない場合に比べて、弾性部材12a〜12dの最大弾性変形量に対する最大回転角が大きくなる、すなわち可動部6の移動可能な回転範囲が大きくなる。
In addition, since the
また、落下等によって駆動装置1Aに衝撃が与えられた場合は、可動部6の変位によって弾性部材12a〜12dに生じる急激な変形を、緩和部材13a〜13dによって緩和することができる。このように駆動装置1Aは、スライド機構を有することにより高い衝撃耐久性を備えている。
In addition, when an impact is applied to the
以上のように、駆動装置1Aは、可動部6に駆動変位を与える駆動部5と、可動部6に設けられた支持部材11a,11bと、いずれも一端および他端を有し、支持部材を介して互いに対向した状態で、支持部材と一端においてそれぞれ接続される弾性部材12a,12bと、固定部8aと弾性部材12aの他端との間に介挿され、駆動変位に応じて弾性部材12aに生じる弾性変形を緩和させる緩和部材13aと、固定部8bと弾性部材12bの他端との間に介挿され、駆動変位に応じて弾性部材12bに生じる弾性変形を緩和させる緩和部材13bとを備えている。これによれば、駆動の際に、可動部を支持する弾性部材12a,12bに生じる応力集中を低減させることが可能になる。
As described above, the
また、エネルギー授受の観点からみると、上記弾性部材12aおよび緩和部材13aは、駆動変位に応じて弾性部材12aに与えられるエネルギーを弾性エネルギーとしてそれぞれ分散して蓄え、上記弾性部材12bおよび緩和部材13bは、駆動変位に応じて弾性部材12bに与えられるエネルギーを弾性エネルギーとしてそれぞれ分散して蓄えているとも表現することもできる。このように、駆動装置1Aでは、弾性部材12a,12bにおいて蓄積する弾性エネルギーを減少させることができるので、弾性部材12a,12bの内部において生じる応力集中を低減させることが可能になる。
Also, from the viewpoint of energy transfer, the
<変形例>
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は、上記に説明した内容に限定されるものではない。
<Modification>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the contents described above.
例えば、緩和部材13a〜13dの構成は、上記実施形態に示されたものに限定されない。図10は、変形例に係る駆動装置1Bの側面図である。
For example, the configuration of the
具体的には、緩和部材13a〜13dとして板ばねを用いてもよい。詳細には、図10に示されるように、固定部8aに支持台21aを接続し、当該支持台21aと矩形状の板ばね22aとが垂直になるように、支持台21aと矩形状の板ばね22aの一辺側とを接続する。そして、板ばね22aの対向辺側と薄板状の弾性部材12aとを接続する。このような構成の緩和部材13a〜13dを有する駆動装置1Bでは、板ばね22a〜22dを弾性変形させて弾性部材12a〜12dの他端を移動(スライド)させることが可能になるので、弾性部材12a〜12dの一端に与えられる変位を吸収することができ、弾性部材12a〜12dの内部において生じる応力集中を低減させることが可能になる。
Specifically, leaf springs may be used as the
また、上記実施形態においては、駆動部5として静電アクチュエータを採用していたがこれに限定されない。具体的には、電圧を印加することで変形する圧電素子、通電によって発生する熱に応じて変形する形状記憶合金、または有機材料で構成され印加電圧に応じて収縮する有機アクチュエータを駆動部5に採用してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the electrostatic actuator was employ | adopted as the
1A,1B 駆動装置
6 可動部
5Ea,5Eb 移動櫛歯電極
5Ka,5Kb 固定櫛歯電極
11a,11b 支持部材
12a,12b,12c,12d 弾性部材
13a,13b,13c,13d 緩和部材
8,8a,8b,8c,8d 固定部
1A, 1B Drive device 6 Movable part 5Ea, 5Eb Moving comb electrode 5Ka, 5Kb Fixed
Claims (8)
前記可動部に駆動変位を与える駆動部と、
前記可動部に設けられた支持部材と、
いずれも一端および他端を有し、前記支持部材を介して互いに対向した状態で、前記支持部材と前記一端においてそれぞれ接続される第1弾性部および第2弾性部と、
前記固定部と前記第1弾性部の前記他端との間に介挿され、前記駆動変位に応じて前記第1弾性部に生じる弾性変形を緩和させる第1緩和手段と、
前記固定部と前記第2弾性部の前記他端との間に介挿され、前記駆動変位に応じて前記第2弾性部に生じる弾性変形を緩和させる第2緩和手段と、
を備えることを特徴とする駆動装置。 A driving device for driving the movable part relative to the fixed part,
A drive unit that applies drive displacement to the movable unit;
A support member provided on the movable part;
Both have one end and the other end, and in a state of being opposed to each other via the support member, a first elastic part and a second elastic part respectively connected to the support member at the one end,
First relaxation means that is interposed between the fixed portion and the other end of the first elastic portion, and relaxes elastic deformation that occurs in the first elastic portion according to the drive displacement;
Second relaxation means that is interposed between the fixed portion and the other end of the second elastic portion, and relieves elastic deformation that occurs in the second elastic portion according to the drive displacement;
A drive device comprising:
前記第1緩和手段は、前記第1弾性部の前記弾性変形を緩和させる方向に前記第1弾性部の前記他端の位置を変位させ、
前記第2緩和手段は、前記第2弾性部の前記弾性変形を緩和させる方向に前記第2弾性部の前記他端の位置を変位させることを特徴とする駆動装置。 The drive device according to claim 1,
The first relaxation means displaces the position of the other end of the first elastic part in a direction to relax the elastic deformation of the first elastic part,
The drive device characterized in that the second relaxation means displaces the position of the other end of the second elastic portion in a direction in which the elastic deformation of the second elastic portion is relaxed.
前記第1緩和手段は、第3弾性部を有し、
前記第1弾性部の前記他端の位置は、前記第3弾性部の弾性変形に応じて変位し、
前記第2緩和手段は、第4弾性部を有し、
前記第2弾性部の前記他端の位置は、前記第4弾性部の弾性変形に応じて変位することを特徴とする駆動装置。 The drive device according to claim 1 or 2,
The first relaxation means has a third elastic part,
The position of the other end of the first elastic part is displaced according to the elastic deformation of the third elastic part,
The second relaxation means has a fourth elastic part,
The position of the said other end of a said 2nd elastic part is displaced according to the elastic deformation of a said 4th elastic part, The drive device characterized by the above-mentioned.
前記第1弾性部および前記第2弾性部は、板状の弾性体であることを特徴とする駆動装置。 The drive device according to any one of claims 1 to 3,
The drive device characterized in that the first elastic part and the second elastic part are plate-like elastic bodies.
前記駆動部と前記支持部材と前記第1弾性部と前記第2弾性部と前記第1緩和手段と前記第2緩和手段とは、SOI基板から作製されることを特徴とする駆動装置。 The drive device according to any one of claims 1 to 4,
The drive unit, the support member, the first elastic unit, the second elastic unit, the first relaxation unit, and the second relaxation unit are manufactured from an SOI substrate.
前記可動部は、その上面において反射面を有し、
前記駆動装置は、光偏向素子として機能することを特徴とする駆動装置。 The drive device according to any one of claims 1 to 5,
The movable part has a reflective surface on the upper surface thereof,
The driving device functions as an optical deflection element.
前記可動部に駆動変位を与える駆動部と、
前記可動部に設けられた支持部材と、
いずれも一端および他端を有し、前記支持部材を介して互いに対向した状態で、前記支持部材と前記一端においてそれぞれ接続される第1弾性部および第2弾性部と、
前記固定部と前記第1弾性部の前記他端との間に介挿され、前記駆動変位に応じて前記第1弾性部に生じる弾性変形を緩和させる第1緩和手段と、
前記固定部と前記第2弾性部の前記他端との間に介挿され、前記駆動変位に応じて前記第2弾性部に生じる弾性変形を緩和させる第2緩和手段と、
を備えることを特徴とする可動構造体。 A movable structure for driving the movable part relative to the fixed part,
A drive unit that applies drive displacement to the movable unit;
A support member provided on the movable part;
Both have one end and the other end, and in a state of being opposed to each other via the support member, a first elastic part and a second elastic part respectively connected to the support member at the one end,
First relaxation means that is interposed between the fixed portion and the other end of the first elastic portion, and relaxes elastic deformation that occurs in the first elastic portion according to the drive displacement;
Second relaxation means that is interposed between the fixed portion and the other end of the second elastic portion, and relieves elastic deformation that occurs in the second elastic portion according to the drive displacement;
A movable structure comprising:
前記可動部に駆動変位を与える駆動部と、
前記可動部に設けられた支持部材と、
いずれも一端および他端を有し、前記支持部材を介して互いに対向した状態で、前記支持部材と前記一端においてそれぞれ接続される第1弾性部および第2弾性部と、
前記固定部と前記第1弾性部の前記他端との間に介挿される第3弾性部と、
前記固定部と前記第2弾性部の前記他端との間に介挿される第4弾性部と、
を備え、
前記第1弾性部および前記第3弾性部は、前記駆動変位に応じて前記第1弾性部に与えられるエネルギーを弾性エネルギーとして分散して蓄え、
前記第2弾性部および前記第4弾性部は、前記駆動変位に応じて前記第2弾性部に与えられるエネルギーを弾性エネルギーとして分散して蓄えることを特徴とする駆動装置。 A driving device for driving the movable part relative to the fixed part,
A drive unit that applies drive displacement to the movable unit;
A support member provided on the movable part;
Both have one end and the other end, and in a state of being opposed to each other via the support member, a first elastic part and a second elastic part respectively connected to the support member at the one end,
A third elastic portion interposed between the fixed portion and the other end of the first elastic portion;
A fourth elastic portion interposed between the fixed portion and the other end of the second elastic portion;
With
The first elastic part and the third elastic part distribute and store energy given to the first elastic part according to the driving displacement as elastic energy,
The drive device according to claim 2, wherein the second elastic portion and the fourth elastic portion disperse and store energy given to the second elastic portion according to the drive displacement as elastic energy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007204142A JP2009044787A (en) | 2007-08-06 | 2007-08-06 | Drive arrangement, and movable structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007204142A JP2009044787A (en) | 2007-08-06 | 2007-08-06 | Drive arrangement, and movable structure |
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|---|---|
| JP2009044787A true JP2009044787A (en) | 2009-02-26 |
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| JP (1) | JP2009044787A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9664894B2 (en) | 2012-11-13 | 2017-05-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Micro optical switch device, image display apparatus including the same, and method of manufacturing the micro optical switch device |
-
2007
- 2007-08-06 JP JP2007204142A patent/JP2009044787A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9664894B2 (en) | 2012-11-13 | 2017-05-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Micro optical switch device, image display apparatus including the same, and method of manufacturing the micro optical switch device |
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