以下、本実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the present disclosure, its application, or its application.
（実施形態１）
［シャッタ装置の構成］
図１は、本実施形態に係るシャッタ装置の平面図を示し、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線での断面図を示す。このシャッタ装置１は、ＳＯＩ基板２００（以下、単に基板２００と呼ぶことがある）に、以下に示す部材が設けられてなる。シャッタ装置１は、変位拡大機構１０と、第１電極１０１と、第２電極１０２と、を備えている。また、変位拡大機構１０は、固定部２と、固定部２に連結された第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４と、第１端部５ａ及び第２端部５ｂを有し、第１端部５ａが第１アクチュエータ３に連結された第１ビーム５と、第３端部６ａ及び第４端部６ｂを有し、第３端部６ａが第２アクチュエータ４に連結された第２ビーム６と、を備えている。また、変位拡大機構１０は、第１ビーム５の第２端部５ｂと第２ビーム６の第４端部６ｂとに連結された移動部７と、第１ビーム５と第２ビーム６とを互いに連結する連結部材８と、を備えている。
(Embodiment 1)
[Configuration of shutter device]
FIG. 1 is a plan view of the shutter device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. The shutter device 1 is formed by providing the following members on an SOI substrate 200 (hereinafter sometimes simply referred to as a substrate 200). The shutter device 1 includes a displacement magnifying mechanism 10, a first electrode 101, and a second electrode 102. The displacement enlarging mechanism 10 includes a fixed portion 2, a first actuator 3 and a second actuator 4 connected to the fixed portion 2, a first end portion 5a, and a second end portion 5b. 5a has a first beam 5 connected to the first actuator 3, and a second beam 6 having a third end 6a and a fourth end 6b, the third end 6a being connected to the second actuator 4. It is equipped with. The displacement magnifying mechanism 10 includes a moving unit 7 connected to the second end 5b of the first beam 5 and the fourth end 6b of the second beam 6, and the first beam 5 and the second beam 6. And connecting members 8 that are connected to each other.
また、ＳＯＩ基板２００は、デバイス層（第１シリコン層２１０）、Ｂｏｘ層（酸化膜層２２０）、及びハンドル層（第２シリコン層２３０）からなり、例えば、デバイス層の厚さは３０μｍ、Ｂｏｘ層の厚さは１μｍ、ハンドル層の厚さは２５０μｍである。
The SOI substrate 200 includes a device layer (first silicon layer 210), a Box layer (oxide film layer 220), and a handle layer (second silicon layer 230). For example, the thickness of the device layer is 30 μm, and the Box The thickness of the layer is 1 μm and the thickness of the handle layer is 250 μm.
以下、説明の便宜上、第１ビーム５の長手方向をＸ方向、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４の長手方向をＹ方向、シャッタ装置１の厚み方向をＺ方向と称する。なお、Ｘ方向において、図１における左側を単に左側、図１における右側を単に右側と称することもある。Ｙ方向において、図１における上側を単に上側、図１における下側を単に下側と称することもある。Ｚ方向において、図２における上側を上面、図２における下側を下面と称することもある。また、第１ビーム５の第１端部５ａや第２ビーム６の第３端部６ａを基端、第１ビーム５の第２端部５ｂや第２ビーム６の第４端部６ｂを先端と称することもある。
Hereinafter, for convenience of explanation, the longitudinal direction of the first beam 5 is referred to as the X direction, the longitudinal directions of the first actuator 3 and the second actuator 4 are referred to as the Y direction, and the thickness direction of the shutter device 1 is referred to as the Z direction. In the X direction, the left side in FIG. 1 may be simply referred to as the left side, and the right side in FIG. In the Y direction, the upper side in FIG. 1 may be simply referred to as the upper side, and the lower side in FIG. In the Z direction, the upper side in FIG. 2 may be referred to as the upper surface, and the lower side in FIG. The first end 5a of the first beam 5 and the third end 6a of the second beam 6 are the base end, and the second end 5b of the first beam 5 and the fourth end 6b of the second beam 6 are the front end. Sometimes called.
図１に示すように、例えば、シャッタ装置１は平面視で矩形の全体形状を有している。固定部２は、そのような平面視矩形のシャッタ装置１の全体形状を形成するフレームである。固定部２は、Ｙ方向に対向して配置された第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２を備えている。第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２は、いずれも、第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５、第２ビーム６、移動部７の可動域を確保しつつできるだけ広い面積を占める形状にされている。また、第２ベース部材２２は、延長部２２ａを有している。延長部２２ａは、第２ベース部材２２から第１ビーム５及び移動部７を越えてＹ方向上側に延びている。また、延長部２２ａは、移動部７のＹ方向上側を囲むようにＸ方向左側に延びて、先端が第１ベース部材２１の近傍に達している。
As shown in FIG. 1, for example, the shutter device 1 has a rectangular overall shape in plan view. The fixing portion 2 is a frame that forms the overall shape of the shutter device 1 having such a rectangular shape in plan view. The fixed portion 2 includes a first base member 21 and a second base member 22 that are arranged to face each other in the Y direction. Each of the first base member 21 and the second base member 22 has as large an area as possible while ensuring the movable range of the first actuator 3, the second actuator 4, the first beam 5, the second beam 6, and the moving unit 7. Occupied shape. The second base member 22 has an extension 22a. The extension portion 22a extends from the second base member 22 to the upper side in the Y direction beyond the first beam 5 and the moving portion 7. The extension 22 a extends to the left in the X direction so as to surround the upper side of the moving unit 7 in the Y direction, and the tip reaches the vicinity of the first base member 21.
なお、固定部２は、第１シリコン層２１０において第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２の２つのパーツに分かれているが、酸化膜層２２０及び第２シリコン層２３０では１つに繋がっている。このため、第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２の相対位置は固定されており、第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２で可動部材を支持することができる。
The fixing portion 2 is divided into two parts, the first base member 21 and the second base member 22 in the first silicon layer 210, but is connected to one in the oxide film layer 220 and the second silicon layer 230. Yes. For this reason, the relative positions of the first base member 21 and the second base member 22 are fixed, and the movable member can be supported by the first base member 21 and the second base member 22.
また、固定部２は、第１ベース部材２１と第２ベース部材２２との間に開口部２０を有しており、平面視で、開口部２０内に、第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５、第２ビーム６、移動部７、連結部材８がそれぞれ配置されている。また、平面視において、固定部２の外周部分では、第１シリコン層２１０が所定の幅で除去されている。これについては後述する。
The fixed portion 2 has an opening 20 between the first base member 21 and the second base member 22, and the first actuator 3 and the second actuator 4 are located in the opening 20 in plan view. The first beam 5, the second beam 6, the moving part 7, and the connecting member 8 are arranged. Further, in plan view, the first silicon layer 210 is removed with a predetermined width in the outer peripheral portion of the fixed portion 2. This will be described later.
このように、固定部２は、可動部材の可動域を確保しつつできるだけ広い面積を占めるような形状にされていることで、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４を支持するフレームとして必要な高い剛性を確保している。なお、図１に示すように、固定部２において、移動部７よりもＸ方向右側の領域２Ａには、変位拡大機構１０の可動部材は設けられていない。当該領域２Ａ、つまり、移動部７を挟んで第１及び第２アクチュエータ３，４と反対側に位置する領域２Ａは、後述するように、シャッタ装置１と異なる別の部材との接着領域として用いられる。
As described above, the fixed portion 2 has a shape that occupies as large an area as possible while ensuring the movable range of the movable member, and is thus required as a frame that supports the first actuator 3 and the second actuator 4. Ensures rigidity. As shown in FIG. 1, in the fixed portion 2, the movable member of the displacement magnifying mechanism 10 is not provided in the region 2 </ b> A on the right side in the X direction with respect to the moving portion 7. The area 2A, that is, the area 2A located on the opposite side to the first and second actuators 3 and 4 with the moving part 7 interposed therebetween is used as an adhesion area between another member different from the shutter device 1 as will be described later. It is done.
第１アクチュエータ３は、Ｙ方向に伸びた棒状の駆動ビームであり、上端部３ａは、第１ベース部材２１の第１シリコン層２１０に連結されている。下端部３ｂは、第２ベース部材２２の第１シリコン層２１０に連結されている。
The first actuator 3 is a rod-like drive beam extending in the Y direction, and the upper end 3 a is connected to the first silicon layer 210 of the first base member 21. The lower end 3 b is connected to the first silicon layer 210 of the second base member 22.
また、第１アクチュエータ３は、Ｙ方向に一直線に伸びているわけではなく、中間部３ｃがその駆動方向であるＸ方向左側に突出するようにわずかに屈曲、あるいは全体的にＸ方向左側に膨らむようにわずかに湾曲している。
Further, the first actuator 3 does not extend in a straight line in the Y direction, but slightly bends so that the intermediate portion 3c protrudes to the left in the X direction, which is the driving direction thereof, or swells generally to the left in the X direction. So that it is slightly curved.
第２アクチュエータ４は、Ｙ方向に伸びた棒状の駆動ビームであり、上端部４ａは、第１ベース部材２１の第１シリコン層２１０に連結されている。下端部４ｂは、第２ベース部材２２の延長部２２ａの第１シリコン層２１０に連結されている。
The second actuator 4 is a rod-shaped drive beam extending in the Y direction, and the upper end portion 4 a is connected to the first silicon layer 210 of the first base member 21. The lower end 4 b is connected to the first silicon layer 210 of the extension 22 a of the second base member 22.
また、第２アクチュエータ４は、Ｙ方向に一直線に伸びているわけではなく、中間部４ｃがその駆動方向であるＸ方向右側に突出するようにわずかに屈曲、あるいは全体的にＸ方向右側に膨らむようにわずかに湾曲している。
The second actuator 4 does not extend in a straight line in the Y direction, but slightly bends so that the intermediate portion 4c protrudes to the right in the X direction, which is the driving direction, or swells to the right in the X direction as a whole. So that it is slightly curved.
第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４は通電による加熱で熱膨張して駆動力を発生させる熱式アクチュエータである。また、上記のように、第１及び第２アクチュエータ３，４がその駆動方向であるＸ方向に沿って屈曲あるいは湾曲していることにより、加熱による熱膨張時に、第１及び第２アクチュエータ３，４が駆動方向と反対側に屈曲あるいは湾曲することがない。従って、駆動方向に向かって第１及び第２アクチュエータ３，４を確実に屈曲あるいは湾曲させることができる。
The first actuator 3 and the second actuator 4 are thermal actuators that generate a driving force by thermal expansion due to heating by energization. In addition, as described above, the first and second actuators 3 and 4 are bent or curved along the X direction which is the driving direction thereof, so that the first and second actuators 3 and 3 are thermally expanded by heating. 4 does not bend or bend in the direction opposite to the driving direction. Therefore, the first and second actuators 3 and 4 can be reliably bent or curved toward the driving direction.
図１に示すように、シャッタ装置１において、第１アクチュエータ３はＸ方向左側に配置され、移動部７はＸ方向右側に配置されている。一方、第２アクチュエータ４は移動部７よりもＸ方向左側に配置されている。つまり、Ｘ方向で見て、第２アクチュエータ４は、移動部７よりも第１アクチュエータ３に近い側に配置されている。また、Ｙ方向で見て、第１アクチュエータ３の上端部３ａと第２アクチュエータの上端部４ａとは第１ベース部材２１の同じ面に連結されている。一方、第２アクチュエータ４は、第１ビーム５を挟んでＹ方向に関して移動部７と反対側に配置されている。また、前述したように、第２アクチュエータ４の下端部４ｂは第２ベース部材２２の延長部２２ａの先端部に連結されており、Ｙ方向で見て、第２アクチュエータ４は第１アクチュエータ３よりも短くなっている。具体的には、第２アクチュエータ４のＹ方向の長さは第１アクチュエータ３のＹ方向の長さの半分以下である。
As shown in FIG. 1, in the shutter device 1, the first actuator 3 is disposed on the left side in the X direction, and the moving unit 7 is disposed on the right side in the X direction. On the other hand, the second actuator 4 is disposed on the left side in the X direction with respect to the moving unit 7. That is, when viewed in the X direction, the second actuator 4 is disposed closer to the first actuator 3 than the moving unit 7. Further, as viewed in the Y direction, the upper end 3 a of the first actuator 3 and the upper end 4 a of the second actuator are connected to the same surface of the first base member 21. On the other hand, the second actuator 4 is disposed on the opposite side of the moving unit 7 in the Y direction with the first beam 5 interposed therebetween. Further, as described above, the lower end portion 4 b of the second actuator 4 is connected to the tip end portion of the extension portion 22 a of the second base member 22, and the second actuator 4 is more than the first actuator 3 when viewed in the Y direction. Is also shorter. Specifically, the length of the second actuator 4 in the Y direction is not more than half the length of the first actuator 3 in the Y direction.
第１ビーム５は、Ｘ方向に延びる棒状の部材である。第１ビーム５の第１端部５ａ、すなわち、第１ビーム５の基端は、第１アクチュエータ３の中間部３ｃに連結されている。第１ビーム５の第２端部５ｂ、すなわち、第１ビーム５の先端は移動部７に連結されている。
The first beam 5 is a rod-shaped member extending in the X direction. The first end 5 a of the first beam 5, that is, the base end of the first beam 5 is connected to the intermediate portion 3 c of the first actuator 3. The second end 5 b of the first beam 5, that is, the tip of the first beam 5 is connected to the moving unit 7.
第２ビーム６は、折り返し構造を有する部材であり、第２アクチュエータ４の中間部４ｃからＸ方向左側に延びる迂回部６１と、迂回部６１の先端側からＹ方向下側に延びる中間部６２と、中間部６２の先端側に一端が連結されてＸ方向に延び、他端が移動部７に連結された折り返し部６３とを有している。
The second beam 6 is a member having a folded structure, and includes a detour portion 61 extending from the intermediate portion 4c of the second actuator 4 to the left in the X direction, and an intermediate portion 62 extending downward from the distal end side of the detour portion 61 in the Y direction. The intermediate portion 62 includes a folded portion 63 having one end connected to the distal end side and extending in the X direction and the other end connected to the moving portion 7.
迂回部６１は、互いに並列に配置された第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂと、第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂを互いに連結し、それぞれＹ方向に延びる第１及び第２補強ビーム６１ｃ，６１ｄと、を有している。なお、以降の説明も含めて「並列（に）配置されている」とは、２つの部材が略平行関係を保って配置されているということである。第１迂回ビーム６１ａは、第２ビーム６の基端である第３端部６ａからＸ方向に延び、第１連結部６ｃで中間部６２に連結されている。また、第２迂回ビーム６１ｂは、第１補強ビーム６１ｃのＹ方向下端からＸ方向に延び、第２連結部６ｄで中間部６２に連結されている。第１連結部６ｃと第２連結部６ｄとはＹ方向に所定の間隔をあけて配置されている。第１補強ビーム６１ｃは、第１迂回ビーム６１ａの基端側と第２迂回ビーム６１ｂの基端とを連結し、Ｙ方向に延びている。また、第２補強ビーム６１ｄは、第１補強ビームと互いに並列に配置され、第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂの中間部分にそれぞれ連結されてＹ方向に延びている。
The bypass unit 61 connects the first and second bypass beams 61a and 61b and the first and second bypass beams 61a and 61b arranged in parallel to each other, and the first and second reinforcing beams extending in the Y direction, respectively. 61c, 61d. Including the following description, “arranged in parallel” means that two members are arranged in a substantially parallel relationship. The first detour beam 61a extends in the X direction from the third end portion 6a that is the base end of the second beam 6, and is connected to the intermediate portion 62 by the first connecting portion 6c. The second bypass beam 61b extends in the X direction from the lower end of the first reinforcing beam 61c in the Y direction, and is connected to the intermediate portion 62 by the second connecting portion 6d. The 1st connection part 6c and the 2nd connection part 6d are arrange | positioned at predetermined intervals in the Y direction. The first reinforcing beam 61c connects the base end side of the first bypass beam 61a and the base end of the second bypass beam 61b, and extends in the Y direction. The second reinforcing beam 61d is arranged in parallel with the first reinforcing beam, and is connected to the intermediate portions of the first and second detour beams 61a and 61b and extends in the Y direction.
中間部６２は、上記の第１連結部６ｃと第２連結部６ｄとで第１迂回ビーム６１ａと第２迂回ビーム６１ｂにそれぞれ連結されＹ方向に延びる部材であり、迂回部６１と折り返し部６３とを互いに連結している。中間部６２のＹ方向の長さは、第１連結部６ｃと後述する第３連結部６ｅとの距離に相当する。また、中間部６２と第１及び第２補強ビーム６１ｃ、６１ｄとは互いに並列に配置されている。なお、迂回部６１及び中間部６２は、折り返し部６３よりも剛性が高くなるように高剛性領域を少なくとも一部に有し、例えば幅広に形成されている。後述するように、第２ビーム６が第２アクチュエータ４により駆動されても、迂回部６１及び中間部６２はほとんど弾性変形せずにその形状を留めて第２アクチュエータ４の駆動力を折り返し部６３へと伝達する。その他、当該高剛性領域は、迂回部６１及び中間部６２の一部を折り返し部６３よりも厚くしたり、迂回部６１及び中間部６２の一部に金属膜を成膜したりするようにしてもよい。また、迂回部６１及び中間部６２には肉抜き構造６４，６４，・・・がそれぞれ形成されている。迂回部６１及び中間部６２に肉抜き構造６４，６４，・・・を形成することにより、第２ビーム６の質量が小さくなり、共振周波数が高くなるという効果が得られる。さらに、第２アクチュエータ４として、熱式アクチュエータを用いた場合、これらの肉抜き構造により第２ビーム６の表面積が増加することで放熱が促進され、第２アクチュエータ４から移動部７に伝わる熱を緩和することができる。なお、図１に示す構成では、第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂと第１及び第２補強ビーム６１ｃ，６１ｄと中間部６２とは、同じ幅となるように構成されているが、これらの幅は必ずしも同じでなくてもよい。例えば、第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂの幅と第１及び第２補強ビーム６１ｃ，６１ｄの幅とがそれぞれ異なっていてもよいし、第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂの幅と中間部６２の幅とが異なっていてもよい。第２アクチュエータ４の駆動力が折り返し部６３を介して確実に移動部７に伝達できればよく、また、迂回部６１及び中間部６２は、折り返し部６３よりも剛性が高くなるように設定されていればよい。
The intermediate portion 62 is a member that is connected to the first bypass beam 61a and the second bypass beam 61b by the first connecting portion 6c and the second connecting portion 6d, and extends in the Y direction. Are connected to each other. The length of the intermediate portion 62 in the Y direction corresponds to the distance between the first connecting portion 6c and a third connecting portion 6e described later. The intermediate portion 62 and the first and second reinforcing beams 61c and 61d are arranged in parallel with each other. In addition, the detour part 61 and the intermediate part 62 have a high-rigidity area | region in at least one part so that rigidity may become higher than the folding | turning part 63, for example, is formed wide. As will be described later, even when the second beam 6 is driven by the second actuator 4, the detour portion 61 and the intermediate portion 62 are hardly elastically deformed and remain in their shapes, and the driving force of the second actuator 4 is turned back. Communicate to. In addition, in the high-rigidity region, a part of the bypass part 61 and the intermediate part 62 is made thicker than the folded part 63, or a metal film is formed on a part of the bypass part 61 and the intermediate part 62. Also good. Further, the bypass portion 61 and the intermediate portion 62 are respectively formed with a lightening structure 64, 64,. By forming the thinning structures 64, 64,... In the bypass portion 61 and the intermediate portion 62, the mass of the second beam 6 is reduced, and the resonance frequency is increased. Further, when a thermal actuator is used as the second actuator 4, heat radiation is promoted by increasing the surface area of the second beam 6 by these thinning structures, and the heat transmitted from the second actuator 4 to the moving unit 7 is increased. Can be relaxed. In the configuration shown in FIG. 1, the first and second bypass beams 61a and 61b, the first and second reinforcing beams 61c and 61d, and the intermediate portion 62 are configured to have the same width. Are not necessarily the same width. For example, the widths of the first and second bypass beams 61a and 61b may be different from the widths of the first and second reinforcement beams 61c and 61d, respectively, and the widths of the first and second bypass beams 61a and 61b may be different from each other. The width of the intermediate part 62 may be different. It is only necessary that the driving force of the second actuator 4 can be reliably transmitted to the moving unit 7 via the folding part 63, and the bypass unit 61 and the intermediate part 62 are set to have higher rigidity than the folding part 63. That's fine.
折り返し部６３は、中間部６２に連結された基端である第３連結部６ｅからＸ方向に延びた棒状の部材で、第１ビーム５に対してＹ方向上側かつ第１ビーム５と並列に配置されている。すなわち、第１ビーム５と第２ビーム６の折り返し部６３とは並列して同じ方向から移動部７に連結されている。なお、第１ビーム５と第２ビーム６の折り返し部６３とが互いに並列に配置された部分を並列配置部５６と称することがある。言いかえると、第１ビーム５の先端側が移動部７側で折り返されることにより、第１ビーム５及び第２ビーム６と移動部７との連結部分において、第１ビーム５と第２ビーム６の折り返し部６３とが並列に配置される。異なる言い方をすれば、第２ビーム６の折り返し部６３の先端側が移動部７側で折り返されることにより、第１ビーム５及び第２ビーム６と移動部７との連結部分において、第１ビーム５と第２ビーム６の折り返し部６３とが並列に配置される。第１ビーム５は第２端部５ｂから第１ビーム５の延在方向へ移動部７を引く一方、第２ビーム６は第４端部６ｂから第２ビーム６の延在方向へ移動部７を押すことで移動部７を駆動させる。後述するように、第１ビーム５及び第２ビーム６の折り返し部６３は、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４により駆動されて弾性変形して移動部７をＸＹ平面上の別の位置へと移動させる。なお、上記とは逆に、第１ビーム５が移動部７を押す一方、第２ビーム６が移動部７を引くようにしてもよい。
The folded portion 63 is a rod-shaped member extending in the X direction from the third connecting portion 6 e that is the base end connected to the intermediate portion 62, and is above the first beam 5 in the Y direction and in parallel with the first beam 5. Has been placed. That is, the first beam 5 and the folded portion 63 of the second beam 6 are connected in parallel to the moving unit 7 from the same direction. The portion where the first beam 5 and the folded portion 63 of the second beam 6 are arranged in parallel may be referred to as a parallel arrangement portion 56. In other words, the front end side of the first beam 5 is folded back on the moving unit 7 side, so that the first beam 5 and the second beam 6 are connected to each other at the connecting portion between the first beam 5 and the second beam 6 and the moving unit 7. The folded portion 63 is arranged in parallel. In other words, when the distal end side of the folded portion 63 of the second beam 6 is folded back on the moving portion 7 side, the first beam 5 and the connecting portion between the second beam 6 and the moving portion 7 are folded. And the folded portion 63 of the second beam 6 are arranged in parallel. The first beam 5 pulls the moving part 7 from the second end part 5 b in the extending direction of the first beam 5, while the second beam 6 moves from the fourth end part 6 b to the extending direction of the second beam 6. By pushing, the moving unit 7 is driven. As will be described later, the folding portions 63 of the first beam 5 and the second beam 6 are driven by the first actuator 3 and the second actuator 4 to be elastically deformed to move the moving portion 7 to another position on the XY plane. Move. In contrast to the above, the first beam 5 may push the moving unit 7 while the second beam 6 may pull the moving unit 7.
移動部７は、第１ビーム５の第２端部５ｂ及び第２ビーム６の第４端部６ｂ、言いかえると、並列配置部５６の先端側に連結された略円形の部材であり、第１及び第２アクチュエータ３，４によって第１及び第２ビーム５，６が駆動されるときに、ＳＯＩ基板２００の上面と平行な方向に移動する。また、移動部７は、開口部２０におけるＸ方向右側、具体的には第２アクチュエータ４よりもＸ方向右側に配置されている。つまり、Ｘ方向右側から、移動部７、第２アクチュエータ４及び第１アクチュエータ１はこの順に配置されている。シャッタ装置１において、移動部７は、図略の光路を遮断及び開通させるシャッタとして機能する。したがって、移動部７は、当該光路の断面よりも一回り大きい平面形状に形成されている。
The moving part 7 is a substantially circular member connected to the second end part 5b of the first beam 5 and the fourth end part 6b of the second beam 6, in other words, the distal end side of the parallel arrangement part 56. When the first and second beams 5 and 6 are driven by the first and second actuators 3 and 4, the first and second actuators 3 and 4 move in a direction parallel to the upper surface of the SOI substrate 200. The moving unit 7 is disposed on the right side in the X direction in the opening 20, specifically, on the right side in the X direction with respect to the second actuator 4. That is, from the right side in the X direction, the moving unit 7, the second actuator 4, and the first actuator 1 are arranged in this order. In the shutter device 1, the moving unit 7 functions as a shutter that blocks and opens an optical path (not shown). Therefore, the moving part 7 is formed in a planar shape that is slightly larger than the cross section of the optical path.
移動部７は、変位拡大機構１０を構成する他の部材よりも薄く形成されている。これにより、移動部７の質量を小さくして共振周波数を高くしている。また、移動部７の表面全体に金属膜７１、例えば、Ａｕ／Ｔｉ膜が形成されている。特に、移動部７の厚みを第１ビーム５及び第２ビーム６の厚みよりも薄くすることにより、第１ビーム５や第２ビームの折り返し部６３から伝搬する熱の流入経路を小さくでき、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４で発生した熱が移動部７に伝搬するのを抑制できる。このことにより、例えば、移動部７において、金属膜７１中にシリコンが拡散するのを防止し、光を遮断できないなどの光学特性の変化を防止することができる。
The moving part 7 is formed thinner than other members constituting the displacement magnifying mechanism 10. Thereby, the mass of the moving part 7 is made small and the resonance frequency is made high. Further, a metal film 71, for example, an Au / Ti film is formed on the entire surface of the moving part 7. In particular, by making the thickness of the moving part 7 thinner than the thicknesses of the first beam 5 and the second beam 6, it is possible to reduce the inflow path of heat propagated from the first beam 5 and the second beam folding part 63, The heat generated by the first actuator 3 and the second actuator 4 can be prevented from propagating to the moving unit 7. Thereby, for example, in the moving part 7, it is possible to prevent silicon from diffusing into the metal film 71 and to prevent changes in optical characteristics such as inability to block light.
連結部材８は、第１ビーム５と第２ビーム６とを互いに連結する部材であり、第１ビーム５の基端側に連結され、Ｙ方向に延びる第１連結要素８１と、第２ビーム６と第１連結要素８１とを互いに連結する第２連結要素８２とを有している。第２連結要素８２は、第１迂回ビーム６１ａと中間部６２との連結部である第１連結部６ｃと第１連結要素８１のＹ方向上側端部とに連結されている。また、第２連結要素８２は、第１連結要素８１と並列に配置された領域として、Ｙ方向に延びるＹ方向延在部８２ａ（以下、単に延在部８２ａという）を有しており、この延在部８２ａは、第１連結部６ｃに連結されて、中間部６２における延長部をなすようにＹ方向上側に延びている。また、中間部６２は、第１連結要素８１と並列に配置されており、そのＹ方向の長さは、第２連結要素８２の延在部８２ａよりも長くなるように構成されている。また、本実施形態において、第２連結要素８２は、第１連結要素８１よりも剛性が高くなるように幅広に形成されている。さらに、第２連結要素８２には、迂回部６１及び中間部６２と同様に肉抜き構造８４，８４・・・が形成されており、このことにより、第１及び第２ビーム５，６に連結された連結部材８の質量が小さくなり、共振周波数が高くなるという効果が得られる。さらに、第１及び第２アクチュエータ３，４として、熱式アクチュエータを用いた場合、第２ビーム６の迂回部６１及び中間部６２に形成された肉抜き構造６４，６４・・・と合わせて第２ビーム６及び連結部材８の表面積が増加することで放熱が促進され、第１及び第２アクチュエータ３，４から移動部７に伝わる熱を緩和することができる。なお、図１に示す構成では、中間部６２と第２連結要素８２とは、同じ幅となるように構成されているが、これらの幅は必ずしも同じでなくてもよい。
The connecting member 8 is a member that connects the first beam 5 and the second beam 6 to each other. The connecting member 8 is connected to the base end side of the first beam 5 and extends in the Y direction. And a first connecting element 81 are connected to each other. The second connecting element 82 is connected to the first connecting part 6 c, which is a connecting part between the first bypass beam 61 a and the intermediate part 62, and the Y direction upper end of the first connecting element 81. The second connecting element 82 has a Y-direction extending part 82a (hereinafter simply referred to as an extending part 82a) extending in the Y direction as a region arranged in parallel with the first connecting element 81. The extending part 82 a is connected to the first connecting part 6 c and extends upward in the Y direction so as to form an extended part in the intermediate part 62. The intermediate portion 62 is arranged in parallel with the first connecting element 81, and the length in the Y direction is configured to be longer than the extending portion 82 a of the second connecting element 82. Further, in the present embodiment, the second connecting element 82 is formed wider so that the rigidity is higher than that of the first connecting element 81. Further, the second connecting element 82 is formed with the thinning structures 84, 84... In the same manner as the bypass portion 61 and the intermediate portion 62, thereby connecting to the first and second beams 5, 6. The effect is obtained that the mass of the connected member 8 is reduced and the resonance frequency is increased. Further, when a thermal actuator is used as the first and second actuators 3 and 4, the first and second actuators 3 and 4 are combined with the lightening structures 64, 64... Formed in the bypass portion 61 and the intermediate portion 62 of the second beam 6. The heat radiation is promoted by increasing the surface areas of the two beams 6 and the connecting member 8, and the heat transmitted from the first and second actuators 3 and 4 to the moving part 7 can be reduced. In the configuration shown in FIG. 1, the intermediate portion 62 and the second connecting element 82 are configured to have the same width, but these widths do not necessarily have to be the same.
連結部材８は、第１ビーム５と第２ビーム６とを互いに連結することにより、第２アクチュエータ４が第２ビーム６の第３端部６ａを駆動したとき、第２ビーム６の迂回部６１が第３端部６ａを軸としてＸＹ平面上で時計回りに若干回転するのを防止し、移動部７の変位量をより大きくすることができる。また、第２アクチュエータ４による第３端部６ａの駆動量を大きく軽減させることがない。なお、連結部材８の延在方向は、第１ビーム５及び第２ビーム６と略垂直方向でなくてもよく、第１ビーム５や第２ビーム６と交差する方向であればよいが、第１及び第２アクチュエータ３，４を駆動させた場合に、第１アクチュエータ３に接触しないように、第１連結要素８１と第１アクチュエータ３との間隔を適切にあけて配置する必要がある。
The connecting member 8 connects the first beam 5 and the second beam 6 to each other so that when the second actuator 4 drives the third end 6 a of the second beam 6, the bypass portion 61 of the second beam 6. Can be prevented from slightly rotating clockwise on the XY plane with the third end 6a as an axis, and the displacement of the moving part 7 can be further increased. Further, the driving amount of the third end portion 6a by the second actuator 4 is not greatly reduced. Note that the extending direction of the connecting member 8 may not be substantially perpendicular to the first beam 5 and the second beam 6, and may be any direction that intersects the first beam 5 and the second beam 6. When the first and second actuators 3 and 4 are driven, it is necessary to arrange the first connecting element 81 and the first actuator 3 with an appropriate distance so as not to contact the first actuator 3.
［シャッタ装置の動作］
続いて、このように構成されたシャッタ装置１の動作について説明する。図３は、駆動状態のシャッタ装置１の平面図を示す。なお、図３における二点鎖線は、駆動後の状態のシャッタ装置１を示している。
[Operation of shutter device]
Next, the operation of the shutter device 1 configured as described above will be described. FIG. 3 is a plan view of the shutter device 1 in a driving state. 3 indicates the shutter device 1 in a state after driving.
シャッタ装置１は、第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧を印加することで駆動される。第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧が印加されると、第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２を通じて第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４に電流が流れる。このとき、シリコン素材でできた第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４にジュール熱が発生し、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４は一瞬のうちに４００〜５００℃に加熱される。
The shutter device 1 is driven by applying a voltage between the first electrode 101 and the second electrode 102. When a voltage is applied between the first electrode 101 and the second electrode 102, a current flows to the first actuator 3 and the second actuator 4 through the first base member 21 and the second base member 22. At this time, Joule heat is generated in the first actuator 3 and the second actuator 4 made of silicon material, and the first actuator 3 and the second actuator 4 are heated to 400 to 500 ° C. in an instant.
第１アクチュエータ３は、加熱されることにより全長が伸びるように熱膨張する。第１アクチュエータ３の上端部３ａ及び下端部３ｂは固定部２により位置が固定されて移動することができないため、第１アクチュエータ３の熱膨張により、中間部３ｃはあらかじめ突出している方向であるＸ方向左側へ押し出される。
The first actuator 3 is thermally expanded so as to extend its entire length when heated. Since the upper end portion 3a and the lower end portion 3b of the first actuator 3 are fixed in position by the fixing portion 2 and cannot move, the intermediate portion 3c is projected in advance by the thermal expansion of the first actuator 3. Pushed to the left in the direction.
第２アクチュエータ４もまた、加熱されることにより全長が伸びるように熱膨張する。第２アクチュエータ４の上端部４ａ及び下端部４ｂは固定部２により位置が固定されて移動することができないため、第２アクチュエータ４の熱膨張により、中間部４ｃはあらかじめ突出している方向であるＸ方向右側へ押し出される。
The second actuator 4 is also thermally expanded so as to extend its entire length when heated. Since the upper end portion 4a and the lower end portion 4b of the second actuator 4 are fixed in position by the fixing portion 2 and cannot move, the intermediate portion 4c protrudes in advance by the thermal expansion of the second actuator 4 X Extruded to the right.
第１アクチュエータ３の中間部３ｃがＸ方向左側へ押し出されると、それに連結されている第１ビーム５が全体的にＸ方向左側へ引っ張られる。また、第２アクチュエータ４の中間部４ｃがＸ方向右側へ押し出されると、それに連結されている第２ビーム６が全体的にＸ方向右側へ引っ張られる。
When the intermediate portion 3c of the first actuator 3 is pushed out to the left in the X direction, the first beam 5 connected thereto is pulled entirely to the left in the X direction. Further, when the intermediate portion 4c of the second actuator 4 is pushed out to the right in the X direction, the second beam 6 connected thereto is pulled entirely to the right in the X direction.
すなわち、第１ビーム５の第１端部５ａ及び第２ビーム６の第３端部６ａは、互いに遠ざかる方向に相対位置が変化する。
That is, the relative positions of the first end 5a of the first beam 5 and the third end 6a of the second beam 6 change in a direction away from each other.
第２ビーム６が全体的にＸ方向右側へ変位しても、第２ビーム６の迂回部６１はほとんど弾性変形しないため、第２ビーム６による引っ張り力のほとんどは第１連結部６ｃに集中して駆動ビームである折り返し部６３をＸ方向右側へ押し出す力に変化する。この結果、並列配置された第１ビーム５及び第２ビーム６の折り返し部６３において、第１ビーム５がＸ方向左側へ引っ張られ、第２ビーム６の折り返し部６３がＸ方向右側へ押し出されることで、第１ビーム５の第２端部５ｂ及び第２ビーム６の第４端部６ｂがＸＹ平面上で左斜め下へ駆動され、第１ビーム５及び第２ビーム６の折り返し部６３はそれぞれ異なる曲率で大きく湾曲又は屈曲し、第２ビーム６の第４端部６ｂが移動部７を押す一方、第１ビーム５の第２端部５ｂが移動部７を引くことで、移動部７は、図３に二点鎖線で示すＸＹ平面上の位置へ押し出される。また、本実施形態のように、第１ビーム５と第２ビーム６とを互いに連結する連結部材８を設けることにより、第２ビーム６の迂回部６１が第３端部６ａを軸としたＸＹ平面上での時計回りに回転しようとするときの回転剛性を高めることができる。
Even if the second beam 6 is entirely displaced to the right in the X direction, the bypass portion 61 of the second beam 6 is hardly elastically deformed, so that most of the pulling force by the second beam 6 is concentrated on the first connecting portion 6c. Thus, the force changes to push the folding portion 63, which is a drive beam, rightward in the X direction. As a result, in the folded portion 63 of the first beam 5 and the second beam 6 arranged in parallel, the first beam 5 is pulled to the left in the X direction, and the folded portion 63 of the second beam 6 is pushed out to the right in the X direction. Thus, the second end portion 5b of the first beam 5 and the fourth end portion 6b of the second beam 6 are driven obliquely downward to the left on the XY plane, and the folded portions 63 of the first beam 5 and the second beam 6 are respectively set. The fourth end 6b of the second beam 6 pushes the moving unit 7 while being largely bent or bent with different curvatures, while the second end 5b of the first beam 5 pulls the moving unit 7 so that the moving unit 7 becomes 3 is pushed out to a position on the XY plane indicated by a two-dot chain line in FIG. Further, as in the present embodiment, by providing the connecting member 8 for connecting the first beam 5 and the second beam 6 to each other, the detour portion 61 of the second beam 6 is XY with the third end 6a as an axis. It is possible to increase rotational rigidity when attempting to rotate clockwise on a plane.
一方、第１電極１０１と第２電極１０２との間で電圧が印加されなくなると、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４に電流が流れなくなり、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４は急速に自然冷却され、それまで伸びていた全長が元に戻る。このとき、Ｘ方向左側へ押し出されていた第１アクチュエータ３の中間部３ｃはＸ方向右側へ引き戻され、また、Ｘ方向右側へ押し出されていた第２アクチュエータ４の中間部４ｃはＸ方向左側へ引き戻される。
On the other hand, when a voltage is no longer applied between the first electrode 101 and the second electrode 102, no current flows through the first actuator 3 and the second actuator 4, and the first actuator 3 and the second actuator 4 rapidly become natural. It is cooled and the full length that has been extended is restored. At this time, the intermediate portion 3c of the first actuator 3 pushed out to the left in the X direction is pulled back to the right in the X direction, and the intermediate portion 4c of the second actuator 4 pushed out to the right in the X direction goes to the left in the X direction. Pulled back.
第１アクチュエータ３の中間部３ｃがＸ方向右側へ引き戻されると、それに連結されている第１ビーム５が全体的にＸ方向右側へ引き戻される。また、第２アクチュエータ４の中間部４ｃがＸ方向左側へ引き戻されると、それに連結されている第２ビーム６が全体的にＸ方向左側へ引き戻される。
When the intermediate portion 3c of the first actuator 3 is pulled back to the right in the X direction, the first beam 5 connected thereto is pulled back to the right in the X direction as a whole. Further, when the intermediate portion 4c of the second actuator 4 is pulled back to the left in the X direction, the second beam 6 connected thereto is pulled back to the left in the X direction as a whole.
すなわち、第１ビーム５の第１端部５ａ及び第２ビーム６の第３端部６ａは、互いに近づく方向に相対位置が変化する。
That is, the relative positions of the first end portion 5a of the first beam 5 and the third end portion 6a of the second beam 6 change in a direction approaching each other.
第２ビーム６が全体的にＸ方向左側へ引き戻されても、第２ビーム６の迂回部６１はほとんど弾性変形しないため、第２ビーム６による引き込み力のほとんどは第１連結部６ｃに集中して折り返し部６３をＸ方向左側へ引っ張る力に変化する。この結果、並列配置された第１ビーム５及び第２ビーム６の折り返し部６３において、第１ビーム５がＸ方向右側へ押し込まれ、第２ビーム６の折り返し部６３がＸ方向左側へ引っ張られることで、第１ビーム５の第２端部５ｂ及び第２ビーム６の第４端部６ｂがＸＹ平面上で右斜め上へ押し戻され、湾曲又は屈曲していた第１ビーム５及び第２ビーム６の折り返し部６３は元の略直線状に戻り、移動部７は、図１に示したようなＸＹ平面上の位置に戻る。
Even if the second beam 6 is pulled back to the left in the X direction as a whole, the detouring portion 61 of the second beam 6 hardly undergoes elastic deformation, so that most of the pulling force by the second beam 6 is concentrated on the first connecting portion 6c. Thus, the force changes to pull the folded portion 63 leftward in the X direction. As a result, in the folded portion 63 of the first beam 5 and the second beam 6 arranged in parallel, the first beam 5 is pushed to the right in the X direction, and the folded portion 63 of the second beam 6 is pulled to the left in the X direction. Thus, the second end portion 5b of the first beam 5 and the fourth end portion 6b of the second beam 6 are pushed back obliquely upward to the right on the XY plane, and the first beam 5 and the second beam 6 that have been curved or bent are bent. The folded portion 63 returns to the original substantially linear shape, and the moving portion 7 returns to the position on the XY plane as shown in FIG.
上記のように、電極１０１及び電極１０２への電圧印加（シャッタ装置１の移動部７が変位状態）及び解除（シャッタ装置１の移動部７が非変位状態）を切り替えることで、ＸＹ平面上における移動部７の位置が図３及び図１に示したように切り替わる。図１に示した移動部７又は図３に示した移動部７に重なるように図略の光路が配置されており、移動部７の位置が図１及び図３に示したように切り替わることで、移動部７は、図略の光路を遮断及び開通させるシャッタとして機能する。移動部７が第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４によって駆動されていない位置で図略の光路を遮断し、駆動された位置で当該光路を開通させてもよいし、逆に、移動部７が第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４によって駆動されていない状態で図略の光路を開通し、駆動された位置で当該光路を遮断させてもよい。
As described above, by switching between voltage application to the electrode 101 and the electrode 102 (the moving unit 7 of the shutter device 1 is in a displaced state) and release (the moving unit 7 of the shutter device 1 is in a non-displaced state), on the XY plane. The position of the moving part 7 is switched as shown in FIGS. An unillustrated optical path is arranged so as to overlap the moving unit 7 shown in FIG. 1 or the moving unit 7 shown in FIG. 3, and the position of the moving unit 7 is switched as shown in FIG. 1 and FIG. The moving unit 7 functions as a shutter that blocks and opens an optical path (not shown). The optical path (not shown) may be blocked at a position where the moving unit 7 is not driven by the first actuator 3 and the second actuator 4, and the optical path may be opened at the driven position. An optical path (not shown) may be opened without being driven by the first actuator 3 and the second actuator 4, and the optical path may be blocked at the driven position.
本実施形態では構成部材の熱膨張により移動部７を駆動させる熱式アクチュエータの構成を例示したが、第１ビーム５及び第２ビーム６を上記のように駆動させるものであれば、第１及び第２アクチュエータ３，４は、熱式以外の方式、例えば静電容量駆動方式や圧電駆動方式であってもよい。また、シャッタは、光路を遮断及び開通させる以外にも光路の一部を遮断及び開通させる光減衰器を含む概念である。
In the present embodiment, the configuration of the thermal actuator that drives the moving unit 7 by the thermal expansion of the constituent members is illustrated. However, if the first beam 5 and the second beam 6 are driven as described above, The second actuators 3 and 4 may be of a method other than the thermal type, for example, a capacitance driving method or a piezoelectric driving method. The shutter is a concept including an optical attenuator that blocks and opens a part of the optical path in addition to blocking and opening the optical path.
［第１及び第２アクチュエータの寸法関係］
図４は、第１及び第２アクチュエータの寸法関係を説明する模式図を示す。なお、前述したように、第１及び第２アクチュエータ３，４は、駆動方向であるＸ方向に沿って互いに異なる向きに屈曲あるいは湾曲している。このため、後で述べる第１及び第２アクチュエータ３，４のＹ方向の長さ（以下、単に第１及び第２アクチュエータ３，４の長さという）は、図４に示すように、各々のアクチュエータにおいて、屈曲または湾曲した形状に沿った長さをいう。
[Dimensional relationship between the first and second actuators]
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the dimensional relationship between the first and second actuators. As described above, the first and second actuators 3 and 4 are bent or curved in different directions along the X direction as the driving direction. For this reason, the length in the Y direction of the first and second actuators 3 and 4 to be described later (hereinafter simply referred to as the length of the first and second actuators 3 and 4) is as shown in FIG. In an actuator, it refers to the length along a bent or curved shape.
本実施形態において、変位拡大機構１０、ひいてはシャッタ装置１を小型化するために、Ｘ方向で見て、第２アクチュエータ４を移動部７よりも第１アクチュエータ３に近い場所に配置している。また、第２アクチュエータ４の長さを第１アクチュエータ３よりも短くして、第１ビーム５及び移動部７よりもＹ方向上側に、言いかえると、シャッタ装置１の中心よりもＹ方向上側に配置している。この場合、第１及び第２アクチュエータ３，４の駆動量、消費電力及びばね剛性から見て、第１及び第２アクチュエータ３，４の長さＬ１，Ｌ２及びＸ方向の幅（以下、単に第１及び第２アクチュエータ３，４の幅という）Ｗ１，Ｗ２は以下に示す所定の関係を満たす必要がある。
In the present embodiment, the second actuator 4 is disposed closer to the first actuator 3 than the moving portion 7 when viewed in the X direction in order to reduce the size of the displacement enlarging mechanism 10 and thus the shutter device 1. Further, the length of the second actuator 4 is made shorter than that of the first actuator 3 and is located above the first beam 5 and the moving part 7 in the Y direction, in other words, above the center of the shutter device 1 in the Y direction. It is arranged. In this case, the lengths L1 and L2 of the first and second actuators 3 and 4 and the width in the X direction (hereinafter simply referred to as the first) are viewed from the driving amount, power consumption and spring rigidity of the first and second actuators 3 and 4. W1 and W2 (referred to as the widths of the first and second actuators 3 and 4) must satisfy the following predetermined relationship.
まず、第１及び第２アクチュエータ３，４の到達最高温度Ｔｍａｘについて検討してみると、式（１）に示すように、この値は第１及び第２アクチュエータ３，４の寸法に依存しないので、この点に関する寸法の制約条件は存在しない。
Ｔｍａｘ＝Ｖ２／８λρ＋Ｔｓｕｂ ・・・（１）
Ｖ： 第１及び第２電極１０１，１０２間に印加される電圧
λ： 第１及び第２アクチュエータ３，４の線熱膨張率
ρ： 第１及び第２アクチュエータ３，４の抵抗率
Ｔｓｕｂ： ＳＯＩ基板２００あるいは固定部２の温度
First, when the ultimate temperature Tmax of the first and second actuators 3 and 4 is examined, this value does not depend on the dimensions of the first and second actuators 3 and 4 as shown in the equation (1). There are no dimensional constraints on this point.
Tmax = V 2 / 8λρ + Tsub (1)
V: voltage applied between the first and second electrodes 101, 102 λ: linear thermal expansion coefficient of the first and second actuators 3, 4 ρ: resistivity of the first and second actuators 3, 4 Tsub: SOI Temperature of substrate 200 or fixed part 2
一方、熱式アクチュエータの長さをＬ、幅をＷ、厚みをＴとそれぞれしたとき、アクチュエータの消費電力Ｐは、式（２）に示すように、アクチュエータの長さＬに反比例する。
Ｐ＝Ｖ２ＴＷ／ρＬ ・・・（２）
よって、第２アクチュエータ４の長さＬ２を第１アクチュエータ３の長さＬ１に対して極端に短くしてしまうと、第２アクチュエータ４の消費電力が大きくなり、シャッタ装置１を動作させる上であまり好ましくない。この要請から以下の式（３）に示す関係が導かれる。
Ｐ１≧Ｐ２ ⇒ Ｗ１／Ｌ１≧Ｗ２／Ｌ２ ・・・（３）
On the other hand, when the length of the thermal actuator is L, the width is W, and the thickness is T, the power consumption P of the actuator is inversely proportional to the length L of the actuator, as shown in Equation (2).
P = V 2 TW / ρL (2)
Therefore, if the length L2 of the second actuator 4 is extremely shortened with respect to the length L1 of the first actuator 3, the power consumption of the second actuator 4 increases, which is too much for operating the shutter device 1. It is not preferable. From this request, the following relationship (3) is derived.
P1 ≧ P2 ⇒ W1 / L1 ≧ W2 / L2 (3)
次に、第１及び第２アクチュエータ３，４のばね剛性ｋａ１，ｋａ２について検討してみる。一般に、熱式アクチュエータの幅を小さくしたり厚みを薄くしたりすると、アクチュエータのばね剛性が小さくなり、アクチュエータに連結されたビームを駆動するのに必要な駆動力を得られない場合がある。この不具合を回避するために、本実施形態における第２アクチュエータ４のばね剛性ｋａ２は、第１アクチュエータ１のばね剛性ｋａ１と同じか、あるいはそれ以上にすることが要請される。この要請に基づいて、式（４）に示すに示す関係が導かれる。
ｋａ１≦ｋａ２ ・・・（４）
Next, the spring stiffness ka1 and ka2 of the first and second actuators 3 and 4 will be examined. In general, when the width or thickness of the thermal actuator is reduced, the spring stiffness of the actuator is reduced, and the driving force required to drive the beam connected to the actuator may not be obtained. In order to avoid this problem, the spring rigidity ka2 of the second actuator 4 in the present embodiment is required to be the same as or higher than the spring rigidity ka1 of the first actuator 1. Based on this request, the relationship shown in equation (4) is derived.
ka1 ≦ ka2 (4)
一方、アクチュエータが長尺の板状部材であると、そのばね剛性は、両端が固定されたはりにおいて中央部に荷重が集中したと仮定した場合のばね剛性で近似できる。よって、アクチュエータのヤング率をＥ、断面２次モーメントをＩとそれぞれしたとき、アクチュエータのばね剛性ｋａは、式（５）で表わされる。
ｋａ＝１９２ＥＩ／Ｌ３＝１６ＥＴＷ３／Ｌ３ ・・・（５）
On the other hand, if the actuator is a long plate-like member, the spring rigidity can be approximated by the spring rigidity when it is assumed that the load is concentrated at the center of the beam with both ends fixed. Therefore, when the Young's modulus of the actuator is E and the moment of inertia of the cross section is I, the spring stiffness ka of the actuator is expressed by Equation (5).
ka = 192EI / L 3 = 16 ETW 3 / L 3 (5)
第１及び第２アクチュエータ３，４において、式（４）及び式（５）を両立させるようにすると、式（６）に示す関係が導かれ、最終的に、第１及び第２アクチュエータ３，４において、式（３）と式（６）とを両立させるようにすると、式（７）に示す関係が導かれる。
Ｗ１／Ｌ１≦Ｗ２／Ｌ２ ・・・（６）
Ｗ１／Ｌ１＝Ｗ２／Ｌ２ ・・・（７）
If the expressions (4) and (5) are made compatible in the first and second actuators 3 and 4, the relationship shown in the expression (6) is derived, and finally the first and second actuators 3 and 3 are derived. In FIG. 4, when the expressions (3) and (6) are made compatible, the relationship shown in the expression (7) is derived.
W1 / L1 ≦ W2 / L2 (6)
W1 / L1 = W2 / L2 (7)
以上から明らかなように、第１及び第２アクチュエータ３，４を前述したように駆動させるには、第１アクチュエータ３における長さＬ１と幅Ｗ１の比と、第２アクチュエータ４における長さＬ２と幅Ｗ２の比とを同じになるようにすることが好ましい。例えば、第２アクチュエータ４の長さＬ２を第１アクチュエータ３の長さＬ１の半分にした場合、例えば、第２アクチュエータ４の幅Ｗ２も第１アクチュエータ３の幅Ｗ１の半分にするようにするとよい。ただし、実際に変位拡大機構１０を作製するにあたっては、第１及び第２アクチュエータ３，４を含む各種部材に許容された範囲で加工公差を生じうる。従って、第１及び第２アクチュエータ３，４における上記の比を、加工公差を含んで等しくなるようにしてもよい。
As is clear from the above, in order to drive the first and second actuators 3 and 4 as described above, the ratio of the length L1 and the width W1 in the first actuator 3 and the length L2 in the second actuator 4 It is preferable to make the ratio of the width W2 the same. For example, when the length L2 of the second actuator 4 is half of the length L1 of the first actuator 3, for example, the width W2 of the second actuator 4 may be half of the width W1 of the first actuator 3. . However, when the displacement magnifying mechanism 10 is actually manufactured, machining tolerances can occur within a range allowed for various members including the first and second actuators 3 and 4. Therefore, the above ratios of the first and second actuators 3 and 4 may be equal including the processing tolerance.
［シャッタ装置の製造方法］
続いて、シャッタ装置１の製造方法について説明する。図５は、本実施形態に係るシャッタ装置１の製造工程を示す。なお、図５に描かれた各製造工程の図は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図に対応する。
[Manufacturing method of shutter device]
Next, a method for manufacturing the shutter device 1 will be described. FIG. 5 shows a manufacturing process of the shutter device 1 according to the present embodiment. In addition, the figure of each manufacturing process drawn in FIG. 5 respond | corresponds to sectional drawing in the II-II line | wire of FIG.
まず、デバイス層（第１シリコン層２１０）、Ｂｏｘ層（酸化膜層２２０）、及びハンドル層（第２シリコン層２３０）からなるＳＯＩウエハー（ＳＯＩ基板２００）を用意する。例えば、デバイス層の厚さは３０μｍ、Ｂｏｘ層の厚さは１μｍ、ハンドル層の厚さは２５０μｍである。
First, an SOI wafer (SOI substrate 200) including a device layer (first silicon layer 210), a Box layer (oxide film layer 220), and a handle layer (second silicon layer 230) is prepared. For example, the thickness of the device layer is 30 μm, the thickness of the Box layer is 1 μm, and the thickness of the handle layer is 250 μm.
デバイス層をエッチング処理して、デバイス層に、固定部２、第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５、第２ビーム６、移動部７及び連結部材８からなる変位拡大機構１０を一体形成する。なお、図５では、便宜上、変位拡大機構１０の一部のみ描かれている。また、第２ビーム６の迂回部６１及び連結部材８の第２連結要素８２にそれぞれ設けられた肉抜き構造６４，６４・・・、肉抜き構造８４，８４・・・は、デバイス層のエッチング時に同時に形成される。また、本実施形態において、ＳＯＩ基板２００に形成された複数のシャッタ装置１をチップに個片化するときに、レーザスクライブ法を用いる。この方法では、照射したレーザ光のエネルギーがシリコン単結晶に吸収される必要がある。ハンドル層２３０にレーザ光を吸収させるため、この段階で、チップの分割領域にある第１シリコン層２１０もあわせて除去する。
The device layer is etched, and a displacement magnifying mechanism 10 comprising a fixed portion 2, a first actuator 3, a second actuator 4, a first beam 5, a second beam 6, a moving portion 7 and a connecting member 8 is formed on the device layer. Integrally formed. In FIG. 5, only a part of the displacement magnifying mechanism 10 is drawn for convenience. Further, the thinning structures 64, 64... And the thinning structures 84, 84... Provided in the bypass portion 61 of the second beam 6 and the second connection element 82 of the connection member 8 are used for etching the device layer. Sometimes formed at the same time. In the present embodiment, a laser scribing method is used when the plurality of shutter devices 1 formed on the SOI substrate 200 are separated into chips. In this method, the energy of the irradiated laser light needs to be absorbed by the silicon single crystal. In order to cause the handle layer 230 to absorb the laser light, the first silicon layer 210 in the divided region of the chip is also removed at this stage.
特に、移動部７は、他の部材よりもエッチング回数を１回多くして、厚さが７μｍ程度になるように薄く形成される。つまり、図示しないが、移動部７の厚みは第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５及び第２ビーム６の厚みよりも薄い。さらに、第１ベース部材２１の表面に第１電極１０１が形成され、第２ベース部材２２の表面に第２電極１０２が形成され、移動部７の表面に金属膜７１が形成される。電極１０１，１０２及び金属膜７１は、例えば、厚さ２０ｎｍのＴｉ及び厚さ３００ｎｍのＡｕからなるＡｕ／Ｔｉ膜である。
In particular, the moving portion 7 is formed thinly so that the thickness is about 7 μm by increasing the number of times of etching by one more than other members. That is, although not shown, the thickness of the moving unit 7 is thinner than the thickness of the first actuator 3, the second actuator 4, the first beam 5, and the second beam 6. Further, the first electrode 101 is formed on the surface of the first base member 21, the second electrode 102 is formed on the surface of the second base member 22, and the metal film 71 is formed on the surface of the moving part 7. The electrodes 101 and 102 and the metal film 71 are Au / Ti films made of, for example, 20 nm thick Ti and 300 nm thick Au.
デバイス層にシャッタ装置１の原形が形成されると、次に、デバイス層にワックス２４０でダミーウエハー２５０を貼り合わせてシャッタ装置１の裏面の層、すなわち、Ｂｏｘ層及びハンドル層をエッチング処理する。このエッチング処理により、固定部２にはＳＯＩ基板２００が残され、その他の変位拡大機構における可動部材である第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５、第２ビーム６、移動部７及び連結部材８にはデバイス層のみが残される。
When the original shape of the shutter device 1 is formed on the device layer, the dummy wafer 250 is bonded to the device layer with the wax 240, and the layers on the back surface of the shutter device 1, that is, the Box layer and the handle layer are etched. By this etching process, the SOI substrate 200 is left on the fixed portion 2, and the first actuator 3, the second actuator 4, the first beam 5, the second beam 6, and the moving portion 7, which are movable members in other displacement enlarging mechanisms. And only the device layer remains in the connecting member 8.
最後に、ワックス２４０及びダミーウエハー２５０を除去し、レーザスクライブ法による個片化を行ってシャッタ装置１が完成する。
Finally, the wax 240 and the dummy wafer 250 are removed and singulated by a laser scribing method to complete the shutter device 1.
［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係る変位拡大機構１０は、基板２００及びこれに設けられた固定部２と、固定部２に連結された第１アクチュエータ３と、第１アクチュエータ３と対向して固定部２に連結された第２アクチュエータ４と、を有している。また、変位拡大機構１０は、基端側である第１端部５ａが第１アクチュエータ３と連結され、第１アクチュエータ３と離れるようにＸ方向に延在する第１ビーム５と、基端側である第３端部６ａが第２アクチュエータ６と連結され、第１アクチュエータ３に近づくようにＸ方向へ延在し、さらに折り返されて、第１ビーム３と互いに並列に配置された並列配置部５６を構成する第２ビーム６と、を有している。さらに、変位拡大機構１０は、第１ビーム６の先端側である第２端部５ｂ及び第２ビーム６の先端側である第４端部６ｂに連結された移動部７と、を有し、第２アクチュエータ４は、移動部７よりも第１アクチュエータ３に近い側に配置されている。見方を変えると、並列配置部５６の延在するＸ方向において、第２ビーム６の第３端部６ａは、第１ビーム５の第１端部５ａと移動部７との間に配置されている。
[Effects]
As described above, the displacement enlarging mechanism 10 according to the present embodiment is opposed to the substrate 200, the fixed portion 2 provided on the substrate 200, the first actuator 3 connected to the fixed portion 2, and the first actuator 3. And a second actuator 4 connected to the fixed portion 2. Further, the displacement magnifying mechanism 10 includes a first beam 5 extending in the X direction so that the first end 5a, which is the base end side, is connected to the first actuator 3 and is away from the first actuator 3, and the base end side. The third end portion 6 a is connected to the second actuator 6, extends in the X direction so as to approach the first actuator 3, is further folded, and is arranged in parallel with the first beam 3. And a second beam 6 constituting 56. Furthermore, the displacement magnifying mechanism 10 includes a second end 5b that is the front end side of the first beam 6 and a moving unit 7 that is connected to the fourth end 6b that is the front end side of the second beam 6. The second actuator 4 is disposed closer to the first actuator 3 than the moving unit 7. In other words, the third end 6 a of the second beam 6 is disposed between the first end 5 a of the first beam 5 and the moving unit 7 in the X direction in which the parallel arrangement portion 56 extends. Yes.
変位拡大機構１０は上記の構成を備え、第２アクチュエータ４を移動部７よりも第１アクチュエータ３に近い側に配置することで、変位拡大機構１０を小型化することができる。例えば、特許文献１に開示された構成、つまり、第１及び第２アクチュエータ３，４が移動部７を挟んでＸ方向で対向し、Ｙ方向で同じ位置に配置された構成よりも変位拡大機構１０の小型化が可能となる。また、並列配置部５６の延在するＸ方向と交差するＹ方向において、第２ビーム６の第４端部６ｂは、第１ビーム５の第１端部５ａと第２ビーム６の第３端部６ａとの間に配置されている。変位拡大機構１０をこのような構成とすることにより、変位拡大機構１０のＹ方向の長さを小さくすることができ、変位拡大機構１０のさらなる小型化が可能となる。また、固定部２において、移動部７を挟んで第１及び第２アクチュエータ３，４と反対側に位置する領域２Ａには、変位拡大機構１０の可動部材が設けられないため、例えば、領域２Ａを変位拡大機構１０やシャッタ装置１とは異なる別の部材との接着領域として利用することができる。
The displacement magnifying mechanism 10 has the above-described configuration, and the displacement magnifying mechanism 10 can be reduced in size by disposing the second actuator 4 closer to the first actuator 3 than the moving unit 7. For example, the displacement enlarging mechanism is more than the configuration disclosed in Patent Document 1, that is, the first and second actuators 3 and 4 are opposed to each other in the X direction with the moving unit 7 interposed therebetween and are arranged at the same position in the Y direction. 10 downsizing is possible. The fourth end 6 b of the second beam 6 is the first end 5 a of the first beam 5 and the third end of the second beam 6 in the Y direction intersecting the X direction in which the parallel arrangement portion 56 extends. It arrange | positions between the parts 6a. By adopting such a configuration of the displacement magnifying mechanism 10, the length of the displacement magnifying mechanism 10 in the Y direction can be reduced, and the displacement magnifying mechanism 10 can be further downsized. Further, in the fixed portion 2, the movable member of the displacement magnifying mechanism 10 is not provided in the region 2 </ b> A located on the opposite side of the first and second actuators 3, 4 across the moving portion 7. Can be used as an adhesion region with another member different from the displacement enlarging mechanism 10 and the shutter device 1.
また、第２ビーム６は、第１ビーム５と並列配置部５６を構成する折り返し部６３と、第２アクチュエータ４に連結されて、第１アクチュエータ３に近づくように折り返し部６３と並列に延在された迂回部６１と、折り返し部６３と迂回部６１とを互いに連結する中間部６２と、からなり、折り返し部６３は、迂回部６１及び中間部６２よりも剛性が低い。
Further, the second beam 6 is connected to the folded portion 63 constituting the first beam 5 and the parallel arrangement portion 56 and the second actuator 4, and extends in parallel with the folded portion 63 so as to approach the first actuator 3. And the intermediate portion 62 that connects the folded portion 63 and the bypass portion 61 to each other. The folded portion 63 is less rigid than the bypass portion 61 and the intermediate portion 62.
第２ビーム６をこのような構成とすることで、折り返し部６３のＸ方向の長さを長く取ることができ、第２アクチュエータ４で発生した駆動力を損なうことなく第２ビーム６に伝達できる。このことにより、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４にそれぞれ駆動される第１ビーム５及び第２ビーム６の駆動力が足し合わされて移動部７が駆動される。したがって、駆動部材である第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４のわずかな変位で移動部７を大きく変位させることができる。また、第１及び第２ビーム５，６は、移動部７に対してそれぞれ同じ方向から連結されている。このことにより、第１アクチュエータ３が第１ビーム５を介して移動部７をＸ方向に押す力または引く力と、第２アクチュエータ４が第２ビーム６を介して移動部７に対して第１アクチュエータ３とは反対方向に作用させる力とが合成されて、並列配置部５６の基端側を中心として、移動部７をＸＹ平面上で時計回りあるいは反時計回りに大きく変位させることができる。
By configuring the second beam 6 in such a configuration, the length of the folded portion 63 in the X direction can be increased, and the driving force generated by the second actuator 4 can be transmitted to the second beam 6 without loss. . As a result, the driving forces of the first beam 5 and the second beam 6 driven by the first actuator 3 and the second actuator 4 are added to drive the moving unit 7. Therefore, the moving part 7 can be largely displaced by a slight displacement of the first actuator 3 and the second actuator 4 which are driving members. The first and second beams 5 and 6 are connected to the moving unit 7 from the same direction. As a result, the first actuator 3 pushes or pulls the moving unit 7 in the X direction via the first beam 5, and the second actuator 4 applies the first force to the moving unit 7 via the second beam 6. The force acting in the direction opposite to that of the actuator 3 is combined, and the moving part 7 can be greatly displaced clockwise or counterclockwise on the XY plane with the base end side of the parallel arrangement part 56 as the center.
変位拡大機構１０は、第１ビーム５と第２ビーム６とを互いに連結する連結部材８を有している。変位拡大機構１０は、この構成を備えることにより、第２ビーム６のＸＹ平面での時計回りあるいは反時計回りの回転を抑制することができる。
The displacement enlarging mechanism 10 has a connecting member 8 that connects the first beam 5 and the second beam 6 to each other. By providing this configuration, the displacement magnifying mechanism 10 can suppress clockwise or counterclockwise rotation of the second beam 6 on the XY plane.
連結部材８は、第１ビーム５に連結され、第２ビーム６の中間部６２と並列に配置された第１連結要素８１と、第２ビーム６と第１連結要素８１とを互いに連結する第２連結要素８２からなる。また、第２連結要素８２は、第１連結要素８１と並列に配置される延在部８２ａを有している。第２連結要素８２は第２ビームの中間部６２に連結され、中間部６２は第１連結要素８１と並列に配置されていてもよい。連結部材８をこのような構成とすることで、連結部材８のＸ方向の幅を小さく取ることができ、変位拡大機構１０を小型化することができる。
The connecting member 8 is connected to the first beam 5, and the first connecting element 81 arranged in parallel with the intermediate portion 62 of the second beam 6 and the second beam 6 and the first connecting element 81 are connected to each other. It consists of two connecting elements 82. The second connecting element 82 has an extending portion 82 a that is arranged in parallel with the first connecting element 81. The second connecting element 82 may be connected to the intermediate portion 62 of the second beam, and the intermediate portion 62 may be arranged in parallel with the first connecting element 81. By configuring the connecting member 8 as described above, the width of the connecting member 8 in the X direction can be reduced, and the displacement enlarging mechanism 10 can be reduced in size.
また、第２ビーム６において、中間部６２は、連結部材８の第２連結要素８２の延在部８２ａと長さが等しいか、または中間部６２が第２連結要素８２の延在部８２ａよりも長い。また、迂回部６１は互いに並列に配置された複数の迂回ビームである第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂからなり、これら第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂは所定の間隔をあけて中間部６２の異なる連結部である第１連結部６ｃ，第２連結部６ｄにそれぞれ連結されている。さらに、第２ビーム６は、第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂ同士を連結する第１及び第２補強ビーム６１ｃ，６１ｄを有している。
In the second beam 6, the intermediate portion 62 is equal in length to the extending portion 82 a of the second connecting element 82 of the connecting member 8, or the intermediate portion 62 is longer than the extending portion 82 a of the second connecting element 82. Too long. Further, the bypass unit 61 includes first and second bypass beams 61a and 61b, which are a plurality of bypass beams arranged in parallel with each other, and the first and second bypass beams 61a and 61b are intermediate at a predetermined interval. The part 62 is connected to a first connecting part 6c and a second connecting part 6d, which are different connecting parts. Further, the second beam 6 includes first and second reinforcing beams 61c and 61d that connect the first and second bypass beams 61a and 61b.
第２ビーム６をこのような構成とすることで、第２ビーム６の剛性を高められ、第１及び第２アクチュエータ３，４を駆動させたときの連結部材８の反時計回りの回転を抑制することができる。このことにより、連結部材８と第１アクチュエータ３とをＸ方向で近づけることができ、変位拡大機構１０をさらに小型化できる。この理由についてさらに詳述する。
By configuring the second beam 6 as described above, the rigidity of the second beam 6 can be increased, and the counterclockwise rotation of the connecting member 8 when the first and second actuators 3 and 4 are driven is suppressed. can do. As a result, the connecting member 8 and the first actuator 3 can be brought closer in the X direction, and the displacement enlarging mechanism 10 can be further downsized. This reason will be further described in detail.
図６は、比較のためのシャッタ装置の平面図を示す。図６に示す構成では、図１に示す構成に対して、第２ビーム６の第１迂回ビーム６１ａの大部分と第２補強ビーム６１ｄとが省略されている点及び第１連結要素８１及び第２連結要素８２が互いに同じ幅でかつ、第２迂回ビーム６１ｂよりも細い幅で形成されている点で異なる。なお、第１迂回ビーム６１ａは第２ビームの第３端部６ａと第１補強ビーム６１ｃのＹ方向上端部とを連結する部分にのみ存在している。また、図６に示す構成では、中間部６２は、第２迂回ビーム６１ｂと折り返し部６３とを連結しており、そのＹ方向の長さは、第２連結部６ｄと第３連結部６ｅとの距離に相当する。また、中間部６２のＹ方向の長さは、第２連結要素８２の延在部８２ａよりも短くなるように構成されている。
FIG. 6 is a plan view of a shutter device for comparison. In the configuration shown in FIG. 6, most of the first detour beam 61 a of the second beam 6 and the second reinforcing beam 61 d are omitted from the configuration shown in FIG. The two connecting elements 82 are different in that they are formed to have the same width as each other and narrower than the second detour beam 61b. Note that the first detour beam 61a exists only at a portion connecting the third end portion 6a of the second beam and the upper end portion in the Y direction of the first reinforcing beam 61c. In the configuration shown in FIG. 6, the intermediate portion 62 connects the second bypass beam 61b and the folded portion 63, and the length in the Y direction is the second connecting portion 6d and the third connecting portion 6e. It corresponds to the distance. Further, the length of the intermediate portion 62 in the Y direction is configured to be shorter than the extending portion 82 a of the second connecting element 82.
このように構成された変位拡大機構１０では、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４を駆動することにより、第２ビーム６の第２迂回ビーム６１ｂ及び中間部６２はＸ方向右側に押し出され、第１ビーム５はＸ方向左側に引かれる。その結果、連結部材８は，その根元、つまり、第１連結要素８１と第１ビーム５との連結部と、第２連結要素８２の延長部分である中間部６２と折り返し部６３との連結部である第３連結部６ｅとがＸ方向で互いに離れるように開いて連結部材８が変形する。この変形により、連結部材８は、第２ビーム６の迂回部６１が第３端部６ａを軸としてＸＹ平面上で時計回りに若干回転するのを防止し、移動部７の変位量を確保する機能を奏している。
In the displacement magnifying mechanism 10 configured as described above, by driving the first actuator 3 and the second actuator 4, the second detour beam 61b and the intermediate portion 62 of the second beam 6 are pushed out to the right in the X direction, One beam 5 is drawn to the left in the X direction. As a result, the connecting member 8 has its root, that is, a connecting portion between the first connecting element 81 and the first beam 5, and a connecting portion between the intermediate portion 62 that is an extension of the second connecting element 82 and the folded portion 63. The third connecting portion 6e is opened so as to be separated from each other in the X direction, and the connecting member 8 is deformed. By this deformation, the connecting member 8 prevents the bypass portion 61 of the second beam 6 from slightly rotating clockwise on the XY plane around the third end portion 6a, and ensures the displacement amount of the moving portion 7. Has a function.
ここで、連結部材８自体の回転について考えてみる。例えば、特許文献１に示す変位拡大機構において、第１及び第２アクチュエータ３，４を同時に駆動して移動部７が時計回りに回転した場合を考える。なお、部材の名称及びそれを示す符号については、本願明細書の記載を用いる。この場合、第２アクチュエータ４との連結部に位置する第２ビーム６の第３端部６ａには、Ｘ方向右側に引かれる力が作用している。一方、第３連結部６ｅには、第２ビーム６の折り返し部６３からＸ方向左側に押される力が作用している。また、第３端部６ａに作用する力の作用軸と第３連結部６ｅに作用する力の作用軸とはＹ方向で見て所定の間隔でずれている。このため、第２ビーム６の第１部材６１には、第３端部６ａを軸として、ＸＹ平面上で時計回りに回転しようとする力が作用し、第２連結部６ｄはＹ方向上側に押される。さらに、第２連結部６ｄがＹ方向上側に押されることで、連結部材８の第２連結要素８２は、第２連結部６ｄを支点としてＸ方向左側に湾曲するように変位し、連結部材８のＹ方向上端部、つまり、第１連結要素８１と第２連結要素８２のとの連結部分は、反時計回りに回転する。つまり、連結部材８自体がＸ方向左側に湾曲する。このように、連結部材８がＸ方向左側に湾曲すると、第１ビーム５と第２ビーム６の折り返し部６３との間隔が広くなるように力が働き、結果として、移動部７の変位量が低減してしまう。特許文献１における第２アクチュエータ４の位置を、単に図３の位置へ移動させた場合には、前述の影響は顕著である。また、連結部材８がＸ方向左側に湾曲すると、連結部材８のＹ方向上端部が第１アクチュエータ３に接触するおそれが出てくるため、連結部材８と第１アクチュエータ３とをＸ方向に適切な間隔をあけて配置する必要がある。しかし、この場合、変位拡大機構１０のＸ方向の長さが長くなってしまい、変位拡大機構１０を十分に小さくすることができないおそれがある。また、連結部材８と第１アクチュエータ３との間隔を小さくしようとすると、連結部材８と第１アクチュエータ３との接触を回避するために、第１及び第２アクチュエータ３，４の駆動量もあわせて小さくする必要があり、移動部７の変位量を十分に確保できないおそれがある。
Here, consider the rotation of the connecting member 8 itself. For example, in the displacement enlarging mechanism disclosed in Patent Document 1, consider a case where the first and second actuators 3 and 4 are simultaneously driven to rotate the moving unit 7 clockwise. In addition, about the name of a member and the code | symbol which shows it, description of this-application specification is used. In this case, a force that is pulled to the right in the X direction is acting on the third end 6 a of the second beam 6 that is located at the connecting portion with the second actuator 4. On the other hand, a force that is pushed to the left in the X direction from the folded portion 63 of the second beam 6 acts on the third connecting portion 6e. Further, the action axis of the force acting on the third end portion 6a and the action axis of the force acting on the third connecting portion 6e are deviated at a predetermined interval when viewed in the Y direction. For this reason, the first member 61 of the second beam 6 is acted on by a force to rotate clockwise on the XY plane around the third end portion 6a, and the second connecting portion 6d moves upward in the Y direction. Pressed. Further, when the second connecting portion 6d is pushed upward in the Y direction, the second connecting element 82 of the connecting member 8 is displaced so as to bend to the left in the X direction with the second connecting portion 6d as a fulcrum. The upper end in the Y direction, that is, the connecting portion between the first connecting element 81 and the second connecting element 82 rotates counterclockwise. That is, the connecting member 8 is curved to the left in the X direction. As described above, when the connecting member 8 is bent to the left in the X direction, a force acts so that the distance between the first beam 5 and the folded portion 63 of the second beam 6 is widened. As a result, the displacement amount of the moving unit 7 is reduced. It will be reduced. When the position of the second actuator 4 in Patent Document 1 is simply moved to the position shown in FIG. 3, the above-described influence is significant. Further, if the connecting member 8 curves to the left in the X direction, the upper end of the connecting member 8 in the Y direction may come into contact with the first actuator 3, so the connecting member 8 and the first actuator 3 are appropriately placed in the X direction. It is necessary to arrange them at regular intervals. However, in this case, the length of the displacement magnifying mechanism 10 in the X direction becomes long, and the displacement magnifying mechanism 10 may not be sufficiently small. Further, if the interval between the connecting member 8 and the first actuator 3 is to be reduced, the drive amounts of the first and second actuators 3 and 4 are also adjusted in order to avoid contact between the connecting member 8 and the first actuator 3. Therefore, there is a possibility that a sufficient amount of displacement of the moving part 7 cannot be ensured.
一方、本実施形態に示す構成によれば、連結部材８の第２連結要素８２の剛性を高めることで、連結部材８の湾曲を抑制し、第１ビーム５と第２ビーム６の折り返し部６３との間隔が拡がるのを防止することができる。このことにより、移動部７の変位量が低減するのを抑制することができる。さらに、連結部材８が湾曲するのを抑制することで、連結部材８と第１アクチュエータ３とをＸ方向で近づけることができ、変位拡大機構１０を小型化できる。なお、第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂを所定の間隔をあけて中間部６２の第１連結部６ｃ，第２連結部６ｄにそれぞれ連結することで、第２ビームの迂回部６１の回転剛性を高めることができ、ひいては、連結部材８のＸ方向左側への湾曲を抑制できる。同様に、第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂ同士を連結する第１及び第２補強ビーム６１ｃ，６１ｄを有することにより、さらに、第２ビーム６の迂回部６１の回転剛性を高めることができる。これらによっても、連結部材８のＸ方向左側への湾曲を抑制して、変位拡大機構１０を小型化できる。また、第２ビーム６において、中間部６２は、連結部材８の第２連結要素８２の延在部８２ａと長さが等しいか、または中間部６２が第２連結要素８２の延在部８２ａよりも長くなるように構成されている。このことにより、第２連結要素８２を相対的に短くして、第２連結要素８２の湾曲、ひいては連結部材８の湾曲を抑制することができ、移動部７の変位量が低減するのを防止できる。
On the other hand, according to the configuration shown in the present embodiment, the bending of the connection member 8 is suppressed by increasing the rigidity of the second connection element 82 of the connection member 8, and the folded portion 63 of the first beam 5 and the second beam 6. It is possible to prevent the interval between and from expanding. Thereby, it can suppress that the displacement amount of the moving part 7 reduces. Further, by suppressing the bending of the connecting member 8, the connecting member 8 and the first actuator 3 can be brought closer in the X direction, and the displacement enlarging mechanism 10 can be reduced in size. The first and second bypass beams 61a and 61b are connected to the first connecting portion 6c and the second connecting portion 6d of the intermediate portion 62 with a predetermined interval therebetween, thereby rotating the second beam bypass portion 61. Rigidity can be increased, and as a result, the bending of the connecting member 8 to the left in the X direction can be suppressed. Similarly, by having the first and second reinforcing beams 61c and 61d that connect the first and second bypass beams 61a and 61b, the rotational rigidity of the bypass portion 61 of the second beam 6 can be further increased. . Also by these, the displacement expansion mechanism 10 can be reduced in size by suppressing the bending of the connecting member 8 to the left in the X direction. In the second beam 6, the intermediate portion 62 is equal in length to the extending portion 82 a of the second connecting element 82 of the connecting member 8, or the intermediate portion 62 is longer than the extending portion 82 a of the second connecting element 82. Is also configured to be long. Accordingly, the second connecting element 82 can be relatively shortened to suppress the bending of the second connecting element 82, and hence the bending of the connecting member 8, and prevent the displacement of the moving portion 7 from being reduced. it can.
なお、後述するように、迂回部６１には、第１迂回ビーム６１ａのみが設けられるようにしてもよい。また、第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂ以外に、これらと並列に配置された迂回ビームを１または複数設け、所定の間隔をあけて中間部６２にそれぞれが連結されるようにしてもよい。また、第１及び第２迂回ビーム６１ａ，６１ｂの間を第１補強ビーム６１ｃのみで連結するようにしてもよいし、第１及び第２補強ビーム６１ｃ，６１ｄ以外にさらに１または複数の補強ビームを設けるようにしてもよい。隣り合う迂回ビーム同士が１または複数の補強ビームで連結されるのが好ましい。また、これらの迂回ビーム及び補強ビームを含む迂回部６１の剛性は折り返し部６３よりも高くなるように構成されていることが好ましい。そのために各々の部材を幅広に形成するとともに、質量を低減し、かつ表面積を増加させるために肉抜き構造を設けるようにしてもよい。
As will be described later, the bypass unit 61 may be provided with only the first bypass beam 61a. In addition to the first and second detour beams 61a and 61b, one or a plurality of detour beams arranged in parallel therewith may be provided, and each may be connected to the intermediate portion 62 with a predetermined interval. . Further, the first and second bypass beams 61a and 61b may be connected only by the first reinforcing beam 61c, or one or more reinforcing beams other than the first and second reinforcing beams 61c and 61d. May be provided. Adjacent detour beams are preferably connected by one or more reinforcing beams. Further, it is preferable that the bypass portion 61 including the bypass beam and the reinforcing beam has a higher rigidity than the folded portion 63. For this purpose, each member may be formed wide, and a lightening structure may be provided in order to reduce the mass and increase the surface area.
本実施形態の変位拡大機構１０に使用される第１及び第２アクチュエータ３，４は、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータであることが好ましい。このように構成された変位拡大機構１０によれば、通電加熱されて熱膨張することで、第１及び第２アクチュエータ３，４の駆動量を大きく取れる。したがって、駆動部材である第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４のわずかな変位で移動部１０を大きく変位させることができる。また、第１及び第２アクチュエータ３，４が、Ｘ方向に沿って互いに異なる向きに屈曲しているか、第１及び第２アクチュエータの中間部３ｃ、４ｃがその駆動方向であるＸ方向に沿って互いに異なる向きに突出していることが好ましい。このことにより、加熱による熱膨張時に、第１及び第２アクチュエータ３，４が駆動方向と反対側に屈曲あるいは湾曲することがなく、従って、駆動方向に向かって第１及び第２アクチュエータ３，４を確実に屈曲あるいは湾曲させることができる。
The first and second actuators 3 and 4 used in the displacement magnifying mechanism 10 of the present embodiment are preferably thermal actuators that generate heat when current flows and are displaced in a predetermined direction according to the heat generation temperature. . According to the displacement magnifying mechanism 10 configured in this manner, the drive amount of the first and second actuators 3 and 4 can be increased by energizing and heating and thermally expanding. Therefore, the moving part 10 can be largely displaced by a slight displacement of the first actuator 3 and the second actuator 4 which are driving members. Further, the first and second actuators 3 and 4 are bent in different directions along the X direction, or the intermediate portions 3c and 4c of the first and second actuators are along the X direction which is the driving direction thereof. It is preferable to protrude in different directions. Thus, the first and second actuators 3 and 4 do not bend or curve in the direction opposite to the driving direction at the time of thermal expansion due to heating, and accordingly, the first and second actuators 3 and 4 toward the driving direction. Can be reliably bent or curved.
第２アクチュエータ４の長さは第１アクチュエータ３の長さよりも短いことが好ましい。第１及び第２アクチュエータ３，４をこのように構成することで、第１ビーム５を挟んで移動部７と反対側、つまりＹ方向上側に第２アクチュエータ４を配置でき、変位拡大機構１０を小型化することができる。また、第１アクチュエータ３における長さＬ１と幅Ｗ１の比は、第２アクチュエータ４における長さＬ２と幅Ｗ２の比に等しいことが好ましい。第１及び第２アクチュエータ３，４をこのような構成とすることで、第２アクチュエータ４の消費電力が大きくなりすぎるのを抑制し、かつ第１及び第２アクチュエータ３，４にそれぞれ連結された第１及び第２ビーム５，６を駆動するのに必要な駆動力を得ることができる。
The length of the second actuator 4 is preferably shorter than the length of the first actuator 3. By configuring the first and second actuators 3 and 4 in this way, the second actuator 4 can be arranged on the opposite side of the moving unit 7 with the first beam 5 interposed therebetween, that is, on the upper side in the Y direction. It can be downsized. The ratio of the length L1 and the width W1 in the first actuator 3 is preferably equal to the ratio of the length L2 and the width W2 in the second actuator 4. By configuring the first and second actuators 3 and 4 as described above, the power consumption of the second actuator 4 is prevented from becoming too large, and the first and second actuators 3 and 4 are connected to the first and second actuators 3 and 4, respectively. A driving force necessary to drive the first and second beams 5 and 6 can be obtained.
また、シャッタ装置１は、上記の変位拡大機構１０と、変位拡大機構１０の固定部２上に配設され、第１アクチュエータ３の上端部３ａ及び第２アクチュエータ４の上端部４ａに電気的に接続された第１電極１０１と、変位拡大機構１０の固定部２上に配設され、第１アクチュエータ３の下端部３ｂ及び第２アクチュエータ４の下端部４ｂに電気的に接続された第２電極１０２とを備え、変位拡大機構１０の移動部７で光路を遮断及び開通させるものである。
The shutter device 1 is disposed on the displacement magnifying mechanism 10 and the fixed portion 2 of the displacement magnifying mechanism 10, and is electrically connected to the upper end 3 a of the first actuator 3 and the upper end 4 a of the second actuator 4. The connected first electrode 101 and the second electrode disposed on the fixed portion 2 of the displacement magnifying mechanism 10 and electrically connected to the lower end 3b of the first actuator 3 and the lower end 4b of the second actuator 4 102, and the optical path is blocked and opened by the moving unit 7 of the displacement magnifying mechanism 10.
この構成によれば、主要部である変位拡大機構１０を小型化できるため、シャッタ装置１を小型化することができる。また、第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧が印加されると、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４に電流が流れ、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４が加熱されて熱変形することで第１ビーム５及び第２ビーム６が駆動されてこれら２つのビーム５，６に連結された移動部７が駆動される。したがって、第１電極１０１と第２電極１０２との間に低い電圧の印加で移動部７を大きく変位させることができる。
According to this configuration, since the displacement magnifying mechanism 10 that is the main part can be reduced in size, the shutter device 1 can be reduced in size. In addition, when a voltage is applied between the first electrode 101 and the second electrode 102, a current flows through the first actuator 3 and the second actuator 4, and the first actuator 3 and the second actuator 4 are heated and heated. By deforming, the first beam 5 and the second beam 6 are driven, and the moving unit 7 connected to the two beams 5 and 6 is driven. Therefore, the moving part 7 can be greatly displaced by applying a low voltage between the first electrode 101 and the second electrode 102.
＜＜変形例１＞＞
図７Ａは、変形例１に係る第１の連結部材の平面図を、図７Ｂは、第２の連結部材の平面図を、図７Ｃは、第３の連結部材の平面図をそれぞれ示す。なお、図７Ａ〜図７Ｃは、図１における破線Ａで囲まれた部分の平面図である。
<< Modification 1 >>
7A is a plan view of the first connecting member according to the first modification, FIG. 7B is a plan view of the second connecting member, and FIG. 7C is a plan view of the third connecting member. 7A to 7C are plan views of a portion surrounded by a broken line A in FIG.
図１に示す実施形態１の構成において、連結部材８を構成する２つの連結要素のうち、第２ビーム６に連結された第２連結要素８２は第１ビーム５に連結された第１連結要素８１よりも高い剛性を有する構成である。また、第２連結部材８２の剛性は第２ビーム６の中間部６２の剛性に等しくなるようにしている。しかし、連結部材８の湾曲を抑制するためには、図１に示す構成以外にも種々の構成を採ることができ、本変形例では、その一例を示している。例えば、図７Ａに示す連結部材８は、第１連結要素８１が第２連結要素８２よりも高い剛性を有する構成である。また、図７Ｂに示す構成では、第２連結要素８２は、Ｙ方向に延びる幅広の延在部８２ａと、延在部８２のＹ方向上端からＹ方向上側にさらに延び、Ｙ方向下側に折り返されて第１連結要素８１に連結された屈曲部８２ｂとを有している。連結部材８をこれらのような構成としても、連結部材８の湾曲を抑制して、変位拡大機構１０を小型化することができる。つまり、第１連結要素８１及び第２連結部材８２のうちの一方の剛性を他方の剛性よりも高くなるように連結部材８を構成することで、連結部材８の湾曲を抑制して、移動部７の変位量が低減するのを抑制することができる。また、連結部材８と第１アクチュエータ３との接触を回避し、変位拡大機構１０を小型化することができる。
In the configuration of the first embodiment illustrated in FIG. 1, of the two coupling elements constituting the coupling member 8, the second coupling element 82 coupled to the second beam 6 is the first coupling element coupled to the first beam 5. This configuration has higher rigidity than 81. Further, the rigidity of the second connecting member 82 is made equal to the rigidity of the intermediate portion 62 of the second beam 6. However, in order to suppress the bending of the connecting member 8, various configurations other than the configuration shown in FIG. 1 can be adopted, and this modification shows an example thereof. For example, the connecting member 8 shown in FIG. 7A has a configuration in which the first connecting element 81 has higher rigidity than the second connecting element 82. Further, in the configuration shown in FIG. 7B, the second connecting element 82 has a wide extending portion 82a extending in the Y direction, further extending from the upper end in the Y direction to the upper side in the Y direction, and folded back downward in the Y direction. And a bent portion 82 b connected to the first connecting element 81. Even if the connecting member 8 has such a configuration, the displacement enlarging mechanism 10 can be reduced in size by suppressing the bending of the connecting member 8. That is, by configuring the connecting member 8 so that one of the first connecting element 81 and the second connecting member 82 has a higher rigidity than the other, the bending of the connecting member 8 is suppressed, and the moving part 7 can be prevented from decreasing. Further, contact between the connecting member 8 and the first actuator 3 can be avoided, and the displacement enlarging mechanism 10 can be reduced in size.
また、図７Ｃに示すように、第１及び第２連結要素８１，８２をともに幅広に形成して剛性を高めるようにしてもよい。この場合、第１及び第２連結要素８１，８２の剛性は第２ビーム６の中間部６２の剛性に等しくなるようにしているが、特にこれに限定されない。また、第１連結要素８１と第２連結要素８２とがこれらの連結要素８１，８２よりも剛性の低い第３連結要素８３によって互いに連結されている。第１及び第２連結要素８１，８２の剛性をともに高めるようにすると、第１及び第２アクチュエータ３，４が駆動しても、連結部材８が全く弾性変形しないおそれがあり、連結部材８に固定されて第１及び第２ビーム６の駆動量がかえって減少するおそれがある。これを防止するために、図７Ｃに示す構成では、第１及び第２連結要素８１，８２を、これらの連結要素８１，８２よりも剛性の低い第３連結要素８３で連結するようにしている。連結部材８をこのような構成とすることで、連結部材８の湾曲を抑制して、移動部７の駆動量の低下を抑制できる。なお、第１及び第２連結要素８１，８２の少なくとも一方を肉抜き構造８４，８４・・・とすることで、連結部材８の表面積が増加して放熱が促進され、第１及び第２アクチュエータ３，４から移動部７に伝わる熱を緩和することができる。図７Ｂに示す構成においても、第２連結要素８２が屈曲部８２ｂを有することで、同様に、第１及び第２アクチュエータ３，４から移動部７に伝わる熱を緩和することができる。
Further, as shown in FIG. 7C, the first and second connecting elements 81 and 82 may both be formed wide to increase the rigidity. In this case, the rigidity of the first and second connecting elements 81 and 82 is made equal to the rigidity of the intermediate portion 62 of the second beam 6, but is not particularly limited thereto. Further, the first connecting element 81 and the second connecting element 82 are connected to each other by a third connecting element 83 having a rigidity lower than those of the connecting elements 81 and 82. If the rigidity of both the first and second connecting elements 81 and 82 is increased, the connecting member 8 may not be elastically deformed at all even when the first and second actuators 3 and 4 are driven. There is a possibility that the driving amounts of the first and second beams 6 may be reduced instead of being fixed. In order to prevent this, in the configuration shown in FIG. 7C, the first and second connecting elements 81 and 82 are connected by the third connecting element 83 having a rigidity lower than those of the connecting elements 81 and 82. . By setting the connecting member 8 to such a configuration, it is possible to suppress the bending of the connecting member 8 and to suppress a decrease in the driving amount of the moving unit 7. It should be noted that at least one of the first and second connecting elements 81, 82 has a thinning structure 84, 84... Increases the surface area of the connecting member 8 and promotes heat dissipation, and the first and second actuators. Heat transmitted from 3 and 4 to the moving part 7 can be reduced. Also in the configuration shown in FIG. 7B, the heat transmitted from the first and second actuators 3 and 4 to the moving unit 7 can be similarly mitigated by the second connecting element 82 having the bent portion 82b.
＜＜変形例２＞＞
図８は、本変形例２に係るシャッタ装置の平面図を示す。なお、図８は、シャッタ装置１の一部を拡大した平面図を示している。図１に示す実施形態１の構成と、図８に示す本変形例の構成とでは、第２ビーム６の迂回部６１において、第２迂回ビーム６１ｂと第１及び第２補強ビーム６１ｃ、６１ｄとが省略されている点で異なる。第２ビーム６をこのような構成としてもよく、変位拡大機構１０をさらに小さくして、シャッタ装置１の小型化が可能となる。また、第２ビーム６の質量が小さくなり、共振周波数が高くなるという効果が得られる。なお、図８に示す構成において、中間部６２のＹ方向の長さは、第１連結部６ｃと第３連結部６ｅ（図１参照。なお、図８では図示を省略している）との距離に相当する。この長さが、第２連結要素８２の延在部８２ａの長さと等しいか、あるいは第２連結要素８２の延在部８２ａよりも長くなるように、第１迂回ビーム６１ａと中間部６２との連結部である第１連結部６ｃの位置を設定している。第１連結部６ｃの位置をこのように設定することで、第２連結要素８２の回転半径を相対的に小さくして、第２連結要素８２の湾曲量を抑制することができる。その結果、第１ビーム５と第２ビーム６の折り返し部６３との間隔が拡がるのを防止して、移動部７の変位量が低減するのを防止することができる。また、連結部材８と第１アクチュエータ３とをＸ方向で近づけることができ、変位拡大機構１０を小型化できる。
<< Modification 2 >>
FIG. 8 is a plan view of the shutter device according to the second modification. FIG. 8 is an enlarged plan view of a part of the shutter device 1. In the configuration of the first embodiment illustrated in FIG. 1 and the configuration of the present modification illustrated in FIG. 8, in the bypass unit 61 of the second beam 6, the second bypass beam 61 b and the first and second reinforcing beams 61 c and 61 d Is different in that is omitted. The second beam 6 may have such a configuration, and the displacement magnifying mechanism 10 can be further reduced to reduce the size of the shutter device 1. Moreover, the effect that the mass of the 2nd beam 6 becomes small and the resonant frequency becomes high is acquired. In the configuration shown in FIG. 8, the length of the intermediate portion 62 in the Y direction is the first connecting portion 6c and the third connecting portion 6e (see FIG. 1; illustration is omitted in FIG. 8). Corresponds to distance. The length of the first bypass beam 61a and the intermediate portion 62 is such that this length is equal to the length of the extending portion 82a of the second connecting element 82 or longer than the extending portion 82a of the second connecting element 82. The position of the 1st connection part 6c which is a connection part is set. By setting the position of the first connecting part 6c in this way, the radius of rotation of the second connecting element 82 can be made relatively small, and the amount of bending of the second connecting element 82 can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the distance between the folded portion 63 of the first beam 5 and the second beam 6 from increasing and prevent the displacement amount of the moving portion 7 from decreasing. Further, the connecting member 8 and the first actuator 3 can be brought closer in the X direction, and the displacement enlarging mechanism 10 can be reduced in size.
＜＜変形例３＞＞
図９は、本変形例に係るシャッタ装置の平面図を示す。変形例１，２を含む実施形態１に示すシャッタ装置１では、固定部２がＹ方向に分割されて、Ｙ方向上側に第１ベース部材２１が配置され、Ｙ方向下側に第２ベース部材２２が配置されているのに対し、本変形例に示すシャッタ装置１では、第１ベース部材２１がＸ方向に２分割されて第３ベース部材２３が形成されている。第３ベース部材２３は、第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２から電気的に絶縁されており、第３ベース部材２３の上面に第３電極１０３が形成されている。また、第１ベース部材２１はＸ方向左側に、第３ベース部材２３はＸ方向右側にそれぞれ配置されている。
<< Modification 3 >>
FIG. 9 is a plan view of a shutter device according to this modification. In the shutter device 1 shown in the first embodiment including the first and second modifications, the fixing portion 2 is divided in the Y direction, the first base member 21 is disposed on the upper side in the Y direction, and the second base member is disposed on the lower side in the Y direction. In contrast, in the shutter device 1 shown in the present modification, the first base member 21 is divided into two parts in the X direction to form the third base member 23. The third base member 23 is electrically insulated from the first base member 21 and the second base member 22, and the third electrode 103 is formed on the upper surface of the third base member 23. The first base member 21 is disposed on the left side in the X direction, and the third base member 23 is disposed on the right side in the X direction.
第２アクチュエータ４は、第１ベース部材２１と第３ベース部材２３との境界近傍に配置されており、第３ベース部材２３のＸ方向左端からＹ方向下側へ延在する棒状の第１部材４１と、第１部材４１よりも幅広で第１ベース部材２１のＸ方向右端からＹ方向下側へ延在する第２部材４２とを有する。第１部材４１の上端部４１ａは第３ベース部材２３に連結され、第２部材４２の上端部４２ａは第１ベース部材２１に連結され、第１部材４１の下端部４１ｂ及び第２部材４２の下端部４２ｂは互いに連結されている。また、第１部材４１の下端部４１ｂ及び第２部材４２の下端部４２ｂはそれぞれ、第２ビーム６の第３端部６ａに連結されている。また、本変形例に示す第２アクチュエータ４はバイメタル方式であり、図示しないが、第２アクチュエータ４の第１部材４１及び第２部材４２ともに、Ｘ方向で２層構造になっている。また、Ｘ方向左側に配置された物質の熱膨張率がＸ方向右側に配置された物質の熱膨張率よりも高くなっている。このような構造は、第２アクチュエータ４の原型を第１アクチュエータ３と同様に第１シリコン層２１０を加工して得た後、第１部材４１及び第２部材４２に対応するシリコンの棒状部材において、Ｘ方向左側の側面に金属膜等、シリコンよりも熱膨張率の高い物質を蒸着または貼り付けることで得られる。第１電極１０１と第３電極１０３との間に電圧を印加すると、第２アクチュエータ４の第１部材４１及び第２部材４２に電流が流れ、これらの部材が加熱されて熱膨張する。第１部材４１及び第２部材４２において、それぞれＸ方向左側に配置された物質の方がより大きく膨張するため、第２部材４２の下端部４２ｂがＸ方向右側に駆動され、第２アクチュエータ４は、全体的にＸ方向右側に湾曲あるいは屈曲するように変形し、第２ビーム６がＸ方向右側へ押し出される。一方、第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧にも電圧を印加することで、前述したように第１ビーム５はＸ方向左側へ引っ張られる。この結果、移動部７はＸＹ平面の左斜め下へ駆動される。具体的には、第１電極１０１が高電位となるように、かつ第２及び第３電極１０２，１０３が低電位となるように各電極間に電圧を印加することで、第１及び第２アクチュエータ３，４が駆動されて、第１及び第２ビーム５，６が湾曲し、移動部７がＸＹ平面の左斜め下へ駆動される。なお、第２アクチュエータ４において、第１部材４１か第２部材４２のいずれか一方のみをバイメタル構造としてもよい。その場合は、第２ビーム６の第３端部６ａに連結された第１部材４１をバイメタル構造とすることで、第２アクチュエータ４の駆動量を大きくすることができる。
The second actuator 4 is disposed in the vicinity of the boundary between the first base member 21 and the third base member 23 and extends from the left end of the third base member 23 in the X direction to the lower side in the Y direction. 41 and a second member 42 which is wider than the first member 41 and extends downward from the right end in the X direction of the first base member 21 in the Y direction. The upper end portion 41 a of the first member 41 is connected to the third base member 23, the upper end portion 42 a of the second member 42 is connected to the first base member 21, and the lower end portion 41 b of the first member 41 and the second member 42 are connected. The lower end portions 42b are connected to each other. Further, the lower end portion 41 b of the first member 41 and the lower end portion 42 b of the second member 42 are respectively connected to the third end portion 6 a of the second beam 6. Further, the second actuator 4 shown in this modification is a bimetal type, and although not shown, both the first member 41 and the second member 42 of the second actuator 4 have a two-layer structure in the X direction. Moreover, the thermal expansion coefficient of the substance arrange | positioned at the X direction left side is higher than the thermal expansion coefficient of the substance arrange | positioned at the X direction right side. In such a structure, after the prototype of the second actuator 4 is obtained by processing the first silicon layer 210 in the same manner as the first actuator 3, the silicon rod-like members corresponding to the first member 41 and the second member 42 are used. It can be obtained by depositing or sticking a material having a higher thermal expansion coefficient than silicon, such as a metal film, on the left side surface in the X direction. When a voltage is applied between the first electrode 101 and the third electrode 103, a current flows through the first member 41 and the second member 42 of the second actuator 4, and these members are heated and thermally expanded. In the first member 41 and the second member 42, since the substances arranged on the left side in the X direction expand more greatly, the lower end portion 42b of the second member 42 is driven to the right side in the X direction, and the second actuator 4 The second beam 6 is pushed to the right in the X direction by being deformed so as to be bent or bent to the right in the X direction as a whole. On the other hand, by applying a voltage between the first electrode 101 and the second electrode 102, the first beam 5 is pulled to the left in the X direction as described above. As a result, the moving unit 7 is driven obliquely downward to the left of the XY plane. Specifically, the first and second electrodes are applied by applying a voltage between the electrodes such that the first electrode 101 has a high potential and the second and third electrodes 102 and 103 have a low potential. The actuators 3 and 4 are driven, the first and second beams 5 and 6 are curved, and the moving unit 7 is driven diagonally to the left of the XY plane. In the second actuator 4, only one of the first member 41 and the second member 42 may have a bimetal structure. In that case, the driving amount of the second actuator 4 can be increased by making the first member 41 connected to the third end 6 a of the second beam 6 have a bimetal structure.
シャッタ装置１にこのような変更を加えても、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４にそれぞれ駆動される第１ビーム５及び第２ビーム６の駆動力が足し合わされて移動部７が駆動されることで、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４のわずかな変位で移動部７を大きく変位させることができる。
Even if such a change is made to the shutter device 1, the driving force of the first beam 5 and the second beam 6 driven by the first actuator 3 and the second actuator 4 is added to drive the moving unit 7. Thus, the moving unit 7 can be greatly displaced by a slight displacement of the first actuator 3 and the second actuator 4.
＜＜変形例４＞＞
図１０は、本変形例に係るシャッタ装置の平面図を示す。実施形態１に示す構成と本変形例に示す構成との違いは、第１及び第２電極１０１，１０２の形状にある。図１に示す実施形態１の構成において、第１電極１０１の形状は平面視矩形であり、第２電極１０２は第２ベース部材２２の延長部２２ａの上面には設けられていない。一方、図１０に示す本変形例の構成では、図１０に示す第１電極１０１は、左上の角部からさらに延びて第１アクチュエータ３の上端部３ａの近傍に達している。また、第２電極１０２は、第２ベース部材２２の延長部２２ａの上面に延びて、第２アクチュエータ４の下端部４ｂの近傍に達している。
<< Modification 4 >>
FIG. 10 is a plan view of a shutter device according to this modification. The difference between the configuration shown in Embodiment 1 and the configuration shown in this modification is in the shape of the first and second electrodes 101 and 102. In the configuration of the first embodiment illustrated in FIG. 1, the shape of the first electrode 101 is rectangular in plan view, and the second electrode 102 is not provided on the upper surface of the extension 22 a of the second base member 22. On the other hand, in the configuration of the present modification shown in FIG. 10, the first electrode 101 shown in FIG. 10 further extends from the upper left corner and reaches the vicinity of the upper end 3 a of the first actuator 3. The second electrode 102 extends to the upper surface of the extension 22 a of the second base member 22 and reaches the vicinity of the lower end 4 b of the second actuator 4.
第１及び第２電極１０１，１０２をこのような形状とすることで、第１及び第２アクチュエータ３，４のそれぞれにおいて、電流経路の抵抗を低減することができる。このことにより、第１及び第２アクチュエータ３，４のそれぞれの消費電力を低減できる。また、アクチュエータ以外の電流経路での電圧降下を抑制できるため、第１及び第２アクチュエータ３，４のそれぞれにおいて、所望の駆動量を得るための駆動電圧の上昇を抑制できる。
By forming the first and second electrodes 101 and 102 in such a shape, the resistance of the current path can be reduced in each of the first and second actuators 3 and 4. Thereby, the power consumption of each of the first and second actuators 3 and 4 can be reduced. In addition, since a voltage drop in the current path other than the actuator can be suppressed, an increase in drive voltage for obtaining a desired drive amount can be suppressed in each of the first and second actuators 3 and 4.
（実施形態２）
図１１は、本実施形態に係る光伝送装置の断面模式図を示す。なお、本実施形態において、シャッタ装置１は、光伝送装置１０００を通過する光路を遮断または開通させるとともに、その光量を調整するＶＯＡとして機能する。また、図示しないが、光伝送装置１０００は、波長が異なる複数の光線が入射し、複数の光線のそれぞれにおいて、所望の光量に調整した後に出射するように構成されており、例えば、高密度光波長多重伝送装置として用いられる。また、図１１に示す構成は、複数の光線の光路のそれぞれに設けられる。ただし、平面型光導波回路（以下、ＰＬＣという）５００が複数の光導波路を有し、かつその各々に設けられた光入射ポート（図示せず）が所定の間隔をあけて光学的に分離されている場合は、各光線の光路に配置されるＰＬＣ５００を共通化することもできる。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the optical transmission apparatus according to this embodiment. In the present embodiment, the shutter device 1 functions as a VOA that blocks or opens an optical path that passes through the optical transmission device 1000 and adjusts the amount of light. Further, although not shown, the optical transmission device 1000 is configured such that a plurality of light beams having different wavelengths are incident and emitted after being adjusted to a desired light amount in each of the plurality of light beams. Used as a wavelength multiplex transmission device. Moreover, the structure shown in FIG. 11 is provided in each of the optical path of a some light ray. However, the planar optical waveguide circuit (hereinafter referred to as “PLC”) 500 has a plurality of optical waveguides, and light incident ports (not shown) provided in each optical waveguide are optically separated at a predetermined interval. In this case, the PLC 500 arranged in the optical path of each light beam can be shared.
光伝送装置１０００は、実装基板３００とレンズブロック４００とシャッタ装置１とＰＬＣ５００とを有しており、レンズブロック４００とシャッタ装置１とＰＬＣ５００とは実装基板３００の実装面３０１上に配設されるとともに、この順に、光伝送装置１０００に入射し、また出射される光線の光路に配置されている。
The optical transmission device 1000 includes a mounting substrate 300, a lens block 400, a shutter device 1, and a PLC 500. The lens block 400, the shutter device 1, and the PLC 500 are disposed on a mounting surface 301 of the mounting substrate 300. At the same time, they are arranged in the optical path of the light beam incident on and emitted from the optical transmission device 1000.
レンズブロック４００は、光伝送装置１０００に入射した光線を所望の形状に整形する光学部材であり、例えば、入射光線を平行光線に整形するコリメータレンズ（図示せず）や入射光線を集光する集光レンズ（図示せず）、あるいはその両方の機能を有している。なお、図示しない光ファイバを用いて、光伝送装置１０００に光線を入射させてもよい。
The lens block 400 is an optical member that shapes a light beam incident on the optical transmission device 1000 into a desired shape. For example, a collimator lens (not shown) that shapes the incident light beam into a parallel light beam, or a collector that collects the incident light beam. It has a function of an optical lens (not shown) or both. Note that light may be incident on the optical transmission apparatus 1000 using an optical fiber (not shown).
シャッタ装置１は、変形例１〜４を含む実施形態１に示す構成のいずれかを備えている。シャッタ装置１は、レンズブロック４００とＺ方向で見て所定の間隔（第１の間隔）をあけて実装基板３００の実装面３０１に立設されている。また、シャッタ装置１は、図１に示すＸＹ平面が実装面３０１と直交するように実装基板３００の実装面３０１に立設されている。具体的には、図１に示す基板２００のＸ方向右側面が実装基板３００の実装面３０１に当接して、シャッタ装置１は、実装基板３００に立設されている。また、シャッタ装置１は、接着材７００を用いて実装基板３００に立設されている。このとき、シャッタ装置１の固定部２における領域２Ａが、実装基板３００との接着領域として利用されている。実装基板３００に対してシャッタ装置１をこのような配置とすることで、第２アクチュエータ４は、実装面３０１から離れた位置、具体的には、移動部７よりも離れた位置に配置される。また、接着材７００は、領域２ＡのＺ方向上面及び下面の両方に接して設けられ、後述する導電性スペーサ６００とあわせて、シャッタ装置１を安定に実装基板３００に立設させる役割を果たしている。
The shutter device 1 includes any of the configurations shown in the first embodiment including the first to fourth modifications. The shutter device 1 is erected on the mounting surface 301 of the mounting substrate 300 at a predetermined interval (first interval) when viewed in the Z direction from the lens block 400. The shutter device 1 is erected on the mounting surface 301 of the mounting substrate 300 so that the XY plane shown in FIG. 1 is orthogonal to the mounting surface 301. Specifically, the right side surface in the X direction of the substrate 200 shown in FIG. 1 contacts the mounting surface 301 of the mounting substrate 300, and the shutter device 1 is erected on the mounting substrate 300. Further, the shutter device 1 is erected on the mounting substrate 300 using an adhesive material 700. At this time, the area 2 </ b> A in the fixing portion 2 of the shutter device 1 is used as an adhesion area with the mounting substrate 300. By arranging the shutter device 1 in such an arrangement with respect to the mounting substrate 300, the second actuator 4 is arranged at a position away from the mounting surface 301, specifically, a position away from the moving unit 7. . Further, the adhesive 700 is provided in contact with both the upper and lower surfaces in the Z direction of the region 2A, and plays a role of stably standing the shutter device 1 on the mounting substrate 300 together with the conductive spacer 600 described later. .
ＰＬＣ５００は、内部に図示しない光導波路を一つまたは複数有しており、シャッタ装置１を通過した光線が、図示しない光入射ポートを介して光導波路に入射し、図示しない光出射ポートを介して外部に出射される構成となっている。また、ＰＬＣ５００は、シャッタ装置１とＺ方向で見て所定の間隔（第２の間隔）をあけて、かつレンズブロック４００と反対側に実装基板３００に配設されている。シャッタ装置１のＺ方向下面に接した接着材７００とＰＬＣ５００との間には、導電性スペーサ６００とが設けられている。
The PLC 500 has one or more optical waveguides (not shown) inside, and the light beam that has passed through the shutter device 1 enters the optical waveguide via a light incident port (not shown) and passes through a light output port (not shown). It has the structure which is radiate | emitted outside. Further, the PLC 500 is disposed on the mounting substrate 300 at a predetermined interval (second interval) when viewed in the Z direction from the shutter device 1 and on the side opposite to the lens block 400. A conductive spacer 600 is provided between the adhesive 700 in contact with the lower surface in the Z direction of the shutter device 1 and the PLC 500.
以上のように構成された光伝送装置１に入射した光線は、レンズブロック４００で整形または集光あるいはその両方の処理が行われてシャッタ装置１に入射する。シャッタ装置１は、図示しない電圧印加回路から印加される電圧に応じて、第１及び第２アクチュエータ３，４にそれぞれ駆動される第１及び第２ビーム５，６の駆動力が足し合わされて移動部７が駆動され、移動部７の変位によって、シャッタ装置１に入射された光線が開通または遮断される。第１及び第２電極１０１，１０２間に所定の電圧を印加した場合にシャッタ装置１が入射した光線を通過させるようにしてもよいし、第１及び第２電極１０１，１０２間に電圧を印加しない場合にシャッタ装置１が入射した光線を通過させるようにしてもよい。光伝送装置１０００の仕様によって適宜変更されうる。また、第１及び第２電極１０１，１０２間に印加される電圧を変化させることで、シャッタ装置１に入射した光線の一部を遮断し、シャッタ装置１を通過する光線の光量を所望の値に調整することができる。この場合の印加電圧の値と移動部７の変位量との関係を、図示しない記憶装置に保持して、第１及び第２電極１０１，１０２間に印加される電圧を図示しないマイコン等によって制御するようにしてもよい。シャッタ装置１を通過した光線は、ＰＬＣ５００の光導波路を経由して外部に出射される。
The light beam incident on the optical transmission device 1 configured as described above is subjected to shaping and / or focusing processing in the lens block 400 and is incident on the shutter device 1. The shutter device 1 moves by adding the driving forces of the first and second beams 5 and 6 driven by the first and second actuators 3 and 4, respectively, according to a voltage applied from a voltage application circuit (not shown). The unit 7 is driven, and the light beam incident on the shutter device 1 is opened or blocked by the displacement of the moving unit 7. When a predetermined voltage is applied between the first and second electrodes 101 and 102, the light incident on the shutter device 1 may be allowed to pass, or a voltage is applied between the first and second electrodes 101 and 102. If not, the light beam incident on the shutter device 1 may be allowed to pass therethrough. It can be appropriately changed depending on the specifications of the optical transmission apparatus 1000. Further, by changing the voltage applied between the first and second electrodes 101, 102, a part of the light beam incident on the shutter device 1 is blocked, and the light amount of the light beam passing through the shutter device 1 is set to a desired value. Can be adjusted. In this case, the relationship between the value of the applied voltage and the displacement of the moving unit 7 is held in a storage device (not shown), and the voltage applied between the first and second electrodes 101 and 102 is controlled by a microcomputer (not shown). You may make it do. The light beam that has passed through the shutter device 1 is emitted to the outside via the optical waveguide of the PLC 500.
以上説明したように、本実施形態に係る光伝送装置１０００は、実装基板３００の実装面３０１に配設されたレンズブロック４００と、これと所定の間隔をあけて実装面３０１に立設されたシャッタ装置１と、レンズブロック４００と反対側に、シャッタ装置１と所定の間隔をあけて実装面３０１に配設されたＰＬＣ５００とを備えている。また、シャッタ装置１は、第２アクチュエータ４が移動部７よりも実装面３０１から離れて位置するように、実装基板３００に立設されている。
As described above, the optical transmission device 1000 according to the present embodiment is erected on the mounting surface 301 with a predetermined distance from the lens block 400 disposed on the mounting surface 301 of the mounting substrate 300. On the opposite side of the shutter device 1 and the lens block 400, the shutter device 1 and the PLC 500 disposed on the mounting surface 301 with a predetermined interval are provided. The shutter device 1 is erected on the mounting substrate 300 so that the second actuator 4 is positioned farther from the mounting surface 301 than the moving unit 7.
本実施形態のシャッタ装置１の固定部２において、移動部７を挟んで第１及び第２アクチュエータ３，４と反対側に位置する領域２Ａは、実装基板３００との接着領域として用いられている。シャッタ装置１をこのような構成とすることで、シャッタ装置１の可動部材の動作に影響を与えることなく。シャッタ装置１を実装基板３００の実装面３０１に安定して立設させることができる。また、シャッタ装置１を実装面３０１に立設させることで、実装面３０１に交差する平面上で移動部７を移動させることができる。つまり、実装面３０１に略平行な方向に設定された光路を開通または遮断等することが可能となる。また、実装面３０１におけるシャッタ装置１の配置面積を小さくすることができる。さらに、光路上にシャッタ装置１以外の構成部品を配置する際、これらの構成部品を実装面３０１に実装できるため、各構成部品間での位置決めが容易になるとともに、位置決め用のマージンを減らして光伝送装置１０００を小型化することが可能となる。
In the fixed portion 2 of the shutter device 1 of the present embodiment, the region 2A located on the opposite side of the first and second actuators 3 and 4 across the moving portion 7 is used as an adhesive region with the mounting substrate 300. . By configuring the shutter device 1 as described above, the operation of the movable member of the shutter device 1 is not affected. The shutter device 1 can be stably erected on the mounting surface 301 of the mounting substrate 300. In addition, by moving the shutter device 1 upright on the mounting surface 301, the moving unit 7 can be moved on a plane that intersects the mounting surface 301. That is, an optical path set in a direction substantially parallel to the mounting surface 301 can be opened or closed. Further, the arrangement area of the shutter device 1 on the mounting surface 301 can be reduced. Furthermore, when components other than the shutter device 1 are arranged on the optical path, these components can be mounted on the mounting surface 301, which facilitates positioning between the components and reduces the positioning margin. The optical transmission apparatus 1000 can be downsized.
また、本実施形態に係る光伝送装置１０００は、レンズブロック４００で整形または集光されてＰＬＣ５００に入射する光路の一部をシャッタ装置１の移動部７で遮断及び開通させることで、ＰＬＣ５００から外部に出射される光線の光量を調整してもよい。例えば、光波長多重伝送装置として、本実施形態の光伝送装置１０００を用いる場合に、チャンネル毎の光増幅率の違いや、伝送路損失の波長特性といった、光路の特性にあわせて光入力を調整することにより、受信側、この場合は、ＰＬＣ５００から出射される光出力を一定にすることができる。なお、本実施形態において、レンズブロック４００を通過し、シャッタ装置１を介してＰＬＣ５００に入射される光線の波長は１０００ｎｍ以上の赤外域にあるが、特にこれに限定されない。
In addition, the optical transmission apparatus 1000 according to the present embodiment is configured so that a part of the optical path that is shaped or condensed by the lens block 400 and enters the PLC 500 is blocked and opened by the moving unit 7 of the shutter apparatus 1, thereby You may adjust the light quantity of the light ray radiate | emitted to. For example, when the optical transmission apparatus 1000 of this embodiment is used as an optical wavelength division multiplexing transmission apparatus, the optical input is adjusted according to the characteristics of the optical path such as the difference in optical amplification factor for each channel and the wavelength characteristic of transmission path loss. By doing so, the light output emitted from the receiving side, in this case, the PLC 500 can be made constant. In the present embodiment, the wavelength of light that passes through the lens block 400 and is incident on the PLC 500 via the shutter device 1 is in the infrared region of 1000 nm or more, but is not particularly limited thereto.
（その他の実施形態）
上記の実施形態及び変形例において、第１及び第２アクチュエータ３の屈曲方向または中間部３ｃ，４ｃの突出方向をＸ方向に沿って互いに異なる向きとしたが、第１アクチュエータ３が第１ビーム５を介して移動部７を押すかまたは引く一方、第２アクチュエータ４が第２ビーム６を介して移動部７に第１アクチュエータ３とは反対方向に力を作用する構成であれば、第１及び第２アクチュエータ３の屈曲方向または中間部３ｃ，４ｃの突出方向をＸ方向に沿って互いに同じ向きになるようにしてもよい。
(Other embodiments)
In the embodiment and the modification described above, the bending direction of the first and second actuators 3 or the protruding directions of the intermediate portions 3c and 4c are different from each other along the X direction. If the second actuator 4 pushes or pulls the moving part 7 via the second beam 6 and acts on the moving part 7 in the opposite direction to the first actuator 3 via the second beam 6, The bending direction of the second actuator 3 or the protruding direction of the intermediate portions 3c and 4c may be the same in the X direction.
なお、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４をそれぞれ複数のアクチュエータから構成してもよい。また、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４の構造は同じである必要はなく互いに違えてもよい。例えば、第１アクチュエータ３を１つのアクチュエータから構成し、第２アクチュエータ４を並列に配置された２つのアクチュエータから構成するなど、第１アクチュエータ３および第２アクチュエータ４を構成するアクチュエータの数が異なっていてもよい。また、第１アクチュエータ３を熱式アクチュエータとし、第２アクチュエータ４を静電容量駆動方式のアクチュエータとするなど、アクチュエータの駆動方式が異なっていてもよい。変形例を含め上記の全ての実施形態において、必要に応じて、対応する部材に上記の構成を適用することができる。
In addition, you may comprise the 1st actuator 3 and the 2nd actuator 4 from a some actuator, respectively. Moreover, the structure of the 1st actuator 3 and the 2nd actuator 4 does not need to be the same, and may mutually differ. For example, the number of actuators constituting the first actuator 3 and the second actuator 4 is different, for example, the first actuator 3 is constituted by one actuator and the second actuator 4 is constituted by two actuators arranged in parallel. May be. Further, the actuator drive system may be different, for example, the first actuator 3 may be a thermal actuator and the second actuator 4 may be a capacitive drive actuator. In all the embodiments described above including modifications, the above-described configuration can be applied to corresponding members as necessary.