JP2000314846A - 振動体装置及びその作動方法 - Google Patents
振動体装置及びその作動方法Info
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- JP2000314846A JP2000314846A JP11124407A JP12440799A JP2000314846A JP 2000314846 A JP2000314846 A JP 2000314846A JP 11124407 A JP11124407 A JP 11124407A JP 12440799 A JP12440799 A JP 12440799A JP 2000314846 A JP2000314846 A JP 2000314846A
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Abstract
を減衰されることなく、また、マイクロミラーが支持体
に貼り付くことがないような振動体装置及びその作動方
法を提供すること。 【解決手段】 ミラー4を支持する振動体5に対向する
基板2の面に貫通孔8を設けて空間25と外部とを連通
する。更に振動体5の振動による空間25内の圧縮空気
に対しては、振動体5の動作に相関して動作するメッシ
ュ電極14及びバタフライバルブ15を設て空間25内
の圧縮空気を制御し、振動体5の貼り付きに対しては、
貫通孔8から気流を空間25内へ導入し、貼り付きを防
止する。
Description
クに記録された情報を読み取るために、光反射面を介し
て光を光ディスクの記録部に導く振動体装置及びその作
動方法に関するものである。
ましく、個人が簡単に映像などの大容量情報を扱うこと
が可能となるに伴れ、情報の記録手段に対する高密度化
の要求が高く、この要求に応える記録媒体として光ディ
スクはDVD(Digital Versatile Disk) で代表される
ように、大容量の情報の記録が可能であり普及してい
る。
報トラックの間隔がサブミクロンのオーダーまで小さく
なり、記録、再生用光学スポットは数nmの高い位置決
め精度が要求される。
一つであり、光ディスク上のトラックを横断するラジア
ル方向の位置決めは、光ディスクの記録情報を読み取る
ために、光反射面を有する振動体を介して光を記録部に
導くものであるが、振動体が空気の粘性によって駆動力
を減衰され易い。
従来は、振動体を真空中に封じ込めたり、振動体近傍の
壁に溝を切ったりする(例えば、映像メディア学会誌Vo
l.52,No.10,pp.1507〜1512(1998)参照) ことが行われて
きた。
象を防止する方法として、振動体の貼り付きが起き得る
部分にばねを取りつけ、このばねの反発力で貼り付きを
防ぐ方法が取られてきた。
た振動体を真空中に封じ込める方法では、封じ込めた空
間の真空度が脱ガス効果によって劣化するのを防止する
ために、ゲッタリング(吸着)材を設置したりしてい
た。しかし、この方法では、限られた空間に大きな容量
のゲッタリング材を設置する必要があるのと、ゲッタリ
ング材の能力には限度があるため、高い真空度を保持し
続けるのは困難であった。
一定の効果は得られるものの、高い周波数で振動させる
ときには十分な効果は得られ難い。
その製造工程が極めて複雑であり、製品のコスト高を招
く要因となる。
性によって駆動力を減衰されることなく、また、振動体
が支持体に貼り付くことのない振動体装置及びその作動
方法を提供することにある。
と、この振動体を内空間に面して支持する支持体とから
なり、前記内空間を介して前記振動体に対向した前記支
持体の壁部を貫通して前記内空間と外部とを連通させる
貫通孔が設けられている振動体装置(以下、本発明の振
動体装置と称する。)に係るものである。
の壁部に内空間と外部とを連通する貫通孔が設けられて
いるので、前記内空間又は外部から空気の如き流体を流
出入させることができる。従って、前記振動体の振動に
応じて動作する空気の排出制御手段を設ければ、この振
動体の振動によって内空間で空気が圧縮されることがな
く、振動体が圧縮された空気によって振動が抑制される
ことを防止することができる。また、前記貫通孔を介し
て前記空間内へ気流を導入することによって、前記振動
体の非作動時に、この振動体が前記支持体に貼りつく如
き現象を防止することができる。
内空間に面して支持する支持体とからなり、前記内空間
を介して前記振動体に対向した前記支持体の壁部を貫通
して前記内空間と外部とを連通させる貫通孔が設けられ
ている振動体装置を作動させる際に、前記振動体の振動
時に前記内空間に生じる流体圧を前記貫通孔から外部へ
放出する、振動体装置の作動方法(以下、本発明の作動
方法と称する。)に係るものである。
振動時に前記内空間に生じる流体圧を貫通孔から外部へ
放出するので、上記した振動体装置と同様の効果が奏せ
られる作動方法を提供することができる。
態を図面を参照しながら説明する。
においては、図1に示すように、前記内空間25に面す
る位置において前記振動体5と前記壁部2とに対向電極
6、7が設けられ、これらの電極間に印加する電圧によ
る静電力に応じて前記振動体5が振動するように構成す
ることが望ましい。
持体1にビーム部3によって連結され、このビーム部3
を軸にして回動し、前記振動を行うことが望ましい。
部2側の前記電極7が複数(例えば2つ)に分割され、
これらの電極7a、7bのそれぞれに電位が印加され前
記振動体5側の前記電極6が共通電極として用いられる
ことが望ましい。
に、流体の流動性を制御する制御手段が設けられ、この
制御手段が、バタフライバルブ15からなっていること
が望ましい。
前記バタフライバルブ15に電極16としてのアルミニ
ウム膜が設けられ、図3(a)及び(b)に示すように
これに対向して設けられた多孔電極14との間に所定の
電位が印加されることにより、前記バタフライバルブ1
5が回動し、流体通過領域が制御されることが望まし
い。
図3に示したバタフライバルブ15及び多孔電極14か
らなる前記制御手段が動作することが望ましい。
前記内空間25へ流体を導入し、前記壁部2に振動体5
が貼りついた場合にはこの振動体を復帰させたり、貼り
つきを防止することができる。流体の導入方法として
は、例えばファンを用いてもよく、また、例えばディス
クの回転によるスライダーの浮上に伴う空気流の取り込
みによってもよい。
空間25とは反対側の前記振動体5の面が光反射面4で
あり、この光反射面4に入射する光が前記振動体5の振
動により進路変更する良好なマイクロミラーを実現する
ことができる。
詳細に説明する。図1は第1の実施の形態によるマイク
ロミラー(以下、ミラーと称することがある。)に振動
の制御機構を示すマイクロミラー装置28の断面図であ
る。
aで陽極接合(Siとガラス(Naを含む)を密着さ
せ、高温、高電圧の印加によりNaのSiへの拡散を促
して接着させる)する。ミラー本体5の振動は図1
(c)に示すように、ミラー本体5のビーム3方向を境
に2分された下部電極7と上部電極6間の静電気力によ
り誘起され、ビーム3の捻れ振動として実現される。ミ
ラー本体5はビーム3により基板1に接続する。なお、
図1(a)は図1(b)(c)のa−a線に対応する断
面図である。
ラー本体5の表面にAuの蒸着で形成したミラー4に光
が反射されることにより実現される。また、上部電極6
への電圧印加はコンタクトホール9aを経由し、配線2
0を介して行われ、下部電極7への電圧印加はコンタク
トホール9bを経由し、配線21を介して行われる。
回動であるので、上部電極6と下部電極7との間の極め
て限られた空間25内での振動となる。従って、ミラー
本体5が振動する場合は、この空間25において空気に
より振動がダンピングされることに加えて、ミラーの振
動でこの限られた空間25に空気が圧縮されるため、ミ
ラーの振動が抑制され易くなる。この現象は、ミラーの
振動数が高周波になればなるほど、顕著に現れ、この圧
縮された空気の影響は無視できない。
に、上記空間25に位置する部分の基板2に圧縮される
空気の逃げ道として貫通孔8の群を設けることにより、
この貫通孔8から矢印で示すように圧縮空気を外部に逃
がしてミラーの振動が抑制されることを防止する。これ
により、ミラー本体5はより優れた振動特性を示すこと
ができる。
ミラーの振動の制御機構を示すマイクロミラー装置29
の断面図である。
態における基板2の外側に、シリコンからなる接合した
基板10、12を延設してこの基板10、12に貫通孔
8を延設し、貫通孔8の延設部に空気の流れを制御する
ためのメッシュ電極14及びバタフライバルブ15を設
ける。
る。従って、図示省略した図2における基板2は、図3
に示した基板12の上方に位置する。そして、この基板
10と12とは接合面11にスパッタしたガラスを利用
して陽極接合する。
れた空気は、貫通孔8を矢印方向に流れる。バタフライ
バルブ15は回動軸17が図示省略した軸受けによって
基板10に接続され、また、回動軸17の周囲には図示
省略したコイルを設けて基板10とバタフライバルブ1
5を接続し、回動するバタフライバルブ15に回動に対
する復元力を与える。また、バタフライバルブ15の後
述するメッシュ電極に対向する面16には、Al(アル
ミニウム)膜を蒸着する。
4は、部分的に空気の通過性を有し、図示の如く、直径
方向に設けた配線18a、18bを境に半分ずつが電気
的に互いに絶縁された2つの電極を構成している。そし
て、このメッシュ電極14のバタフライバルブ15に対
向する面にはAl膜を蒸着し、それぞれ配線18a、1
8bで外部に接続する。
14は対向して設置するため、メッシュ電極14の両電
極に対して交互に電圧を印加することにより、バタフラ
イバルブ15との間に生じる静電力が変化し、これによ
りバタフライバルブ15を回動軸17を中心として回動
させることができる。これにより、貫通孔8を通る空気
の流れをメッシュ電極14への印加電圧によってコント
ロールすることができる。
空間25内の空気が、貫通孔8を通り抜けるタイミング
とバタフライバルブ15の動作を関連づけることでミラ
ー本体5の振動を助け、または積極的に振動にブレーキ
をかけることもできる。
ミラー30の貼り付き防止を示す断面図(図1(b)の
IV−IV線断面に対応)である。
が静電気や分子間力などの影響で対向する電極7のある
基板面に貼り付いてしまうことがある。即ち、ミラー本
体5の振動は上部電極6と下部電極7とに電圧を印加す
ることによる静電引力で実現されている。特にミラー本
体5のサイズが微細な場合は、電極に電圧が印加されて
いない場合でも、残留した静電気力や分子間力などの影
響でミラー本体5の電極6が基板2に貼り付くことがあ
る。
部に板ばねを設け、その反発力を利用することにより防
止していた。しかし、この板ばねの製作は難しく高い経
費を要していた。
本体5の配置によって形成される空間25に位置する基
板2に貫通孔8を設けることにより、この貫通孔8を介
して外部から、矢印で示す如く、気流26を導入するこ
とができる。従ってこの気流によりミラー本体5は下側
からの力を受け、電極へ電圧印加がされていない場合は
ミラー本体5は基板2の面に並行に留まる。これによ
り、貼り付きを防止することができる。
いマイクロミラー装置を作製した。
の形態に基づくマイクロミラー装置28を示し、図1
(a)は断面図、(b)は平面図、(c)は(a)のc
−c線断面図である。
基板2とを接合面2aにガラスをスパッタして陽極接合
法で接合した。基板1、2の厚みはそれぞれ300μm
に形成した。
0μm、長さ50μm、幅20μmのシリコン製ビーム
3で基板1に接続している。ミラー本体5の寸法は、5
00μm角である。そして、基板1、2には、それぞれ
上部電極6と下部電極7を半導体用プロセスを利用して
作製した。
ミラー本体5のビーム方向を境に2分した電極に形成し
た。従ってミラー本体5の振動は、下部電極7と上部電
極6の静電気力により誘起され、ビーム3の捻れ振動と
して動作する。これら電極間に電圧が印加されない状態
では、この両電極は平行を呈し、上下電極間の間隔は2
0μmである。そして、電極6、7への電圧印加はコン
タクトホール9a、9bを通して行う。
を200μm角に蒸着してミラー4を形成した。このミ
ラー4面で外部から入射した光を反射することによりミ
ラーとしての働きを実現させた。また、ミラー本体5の
振動はビーム3を軸として最大50kHz程度の振動数
で実現できる。この時、ミラー本体5の上部電極6と下
部電極7との間隔は20μmしかないため、ミラー本体
5の振動は空間25で空気抵抗により抑制されるだけで
なく、ミラー本体5が下方向に押した空気の流れが下部
電極7の面で圧縮されることによっても振動を抑制され
る。
た空気を、基板2に設けた外部に通じる貫通孔8から逃
がすことにより振動が抑制されることを防止した。具体
的には、基板2の底面に15μmφの貫通孔8をドライ
エッチング法により約500箇所に形成した。この貫通
孔8は、図3(c)に示すように下部電極7の分断領域
に集中的に配置したが、下部電極7の中にも設けた。し
かし、図1(c)には貫通孔8は簡略図示してある。
空間25と外部とが常に連通されているので、空間25
内に空気が圧縮されるような現象が生じないため、マイ
クロミラーは良好な振動特性を示すことができる。
2の実施の形態に基づくマイクロミラー装置29を示
し、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 技
術を用いて形成した。
様な基板構成において、基板10及び12を基板2に延
設し、貫通孔8もこの基板10、12に延設した。な
お、基板2と基板12とは陽極接合し、基板10と12
とは接合面11で陽極接合した。
m、他方の基板12の板厚は200μmであり、基板2
の板厚は200μmである。なお、ミラー4の寸法は2
mm角であり、実施例1と同様にミラー本体5を支持し
ているビーム3の捻れ運動によって振動する。図3は、
この延設部の構造を模式的に示す図である。
内には微細なバタフライバルブ15とメッシュ電極14
を対向して設置した。図3(b)に示すように、バタフ
ライバルブ15の直径D2 は95μmで、基板10に設
けた軸受け(図示省略)に軸17を軸着した。軸17の
周囲には、図示省略したコイルを設け、バタフライバル
ブ15に回動に対する復元力を与えている。また、バタ
フライバルブ15のメッシュ電極14と対向する面には
Al膜16を成膜し、軸17介して電気的に接地した。
mで円周部を基板12に固定した。このメッシュ電極1
4の、流体を通す開口部分の割合は、全面積の40%で
ある。そして、メッシュ電極14のバタフライバルブ1
5との対向面にはAl膜を蒸着し、中央部に絶縁帯を設
け、この絶縁帯を挟む両側にそれぞれ電圧をかけられる
ように独立の電極として形成し、それぞれの配線18
a、18bで外部に接続した。
極14は、それぞれの基板10と12とに予め設置後
に、基板10と12とを陽極接合して対向する位置に設
置した。メッシュ電極14とバタフライバルブ15との
間隔は30μmである。
交互に電圧を印加することによって、バタフライバルブ
15を図示省略したコイルの復元力に抗するかたちで回
動させることができた。この時の、バタフライバルブ1
5の最大変位角は定常状態に対して、±30°であっ
た。このように通気孔8aに形成したバタフライバルブ
15及びメッシュ電極14は合計180組作製し実用化
した。
して動作することが可能であるが、ミラーの動作と関連
づけることで有効な働きを示す。
8内を圧縮空気が周期的に流れるが、圧縮空気が流れて
きた時にバタフライバルブ15を開くとミラー本体5の
振動が助長され、逆に、圧縮空気が流れてきた時にバタ
フライバルブ15を閉じるとミラー本体5の振動にブレ
ーキがかかる。従って、ミラー本体5とバタフライバル
ブ15の動作に関連を持たせればミラー本体5の振動の
制御性を向上させることができる。
電極7との間の狭い20μmの間隙の空間25におい
て、ミラー本体5の振動は空間25内で空気抵抗により
振動が抑制されるだけでなく、ミラー本体5が下方向に
押した空気の流れが、下部電極7の面で圧縮されること
によっても振動が抑制されることを、基板2に延設した
通気孔8内のメッシュ電極14及びバタフライバルブ1
5を経由し、圧縮空気を外部に逃がすことにより防止す
ることができた。
6間の静電気力に誘起されて動作するミラー本体5の振
動に相関して、バタフライバルブ15がメッシュ電極1
4への印加電圧によって動作し、ミラー本体5によって
圧縮された空間25内の圧縮空気を通気孔8から外部に
放出するので、圧縮空気によってミラー本体5の振動が
抑制されることを防止することができる。
の形態に基づくマイクロミラー装置30の貼り付き状態
を示す断面図である。
実施例と同様である。即ち、本実施例のマイクロミラー
装置30は、シリコン製の基板31に対して実施例1と
同様に接合面にガラスをスパッタした基板32とを陽極
接合法で接合している。基板31、32の厚みはそれぞ
れ100μmである。ミラー本体5は、厚さ2μm、長
さ5μm、幅2μmのシリコン製ビーム3で基板31に
接続している。ミラー本体5の一方の面には、Auを2
00nm蒸着してミラー4を形成している。ミラー本体
5の寸法は、50μm角である。
と下部電極7を半導体プロセスを用いて作製し、ミラー
本体5の振動は、下部電極7と上部電極6の静電気力に
より誘起され、ビーム3の捻れ振動として実現した。こ
れら電極間に電圧が印加されない状態では、両電極6と
7は平行であり、電極間の間隔は10μmである。
8をドライエッチング法で50箇所に形成した。そし
て、この貫通孔38を通して矢印の如く、外部から気流
26を導入した。導入する気流は、ディスクの回転によ
るスライダーの浮上に伴う空気の流れを利用した。導入
した気流の風速・風量の最適値の計測は困難であるの
で、ミラー本体5を動作させるのに必要な電圧値が実用
的なレベルに留まる範囲内で調節して決定した。
上方向への圧力を受けるため、ミラー本体5が静電気や
分子間力などの影響で対向電極のある平面に貼り付いた
ままになってしまう図4に示すような現象を防止するこ
とができた。しかも、構造も簡単であるので容易に実施
し易い。
る基板32の面に貫通孔38を設け、この貫通孔38を
通して所定圧力の気流26をミラー本体5に吹きつける
ことによって、ミラー本体5が下部電極7側の面に貼り
付くのを防止するので経費的にも安く実施することがで
きる。
に基づいて変形が可能である。
各部の寸法、材質、構造等は、実施例の主旨を逸脱しな
い限り変更が可能である。従って、貫通孔は底面だけに
限らず、側面部などにも設置が可能である。
保持する場合にも有効に適用することができる。
ディスクに限らず、その他の光学系に適用することがで
きる。
と、この振動体を内空間に面して支持する支持体とから
なり、前記内空間を介して前記振動体に対向した前記支
持体の壁部を貫通して前記内空間と外部とを連通させる
貫通孔が設けられているので、前記内空間又は外部から
空気の如き流体を流出入させることができる。従って、
前記振動体の振動に応じて動作する空気の排出制御手段
を設ければ、この振動体の振動によって内空間で空気が
圧縮されることがなく、振動体が圧縮された空気によっ
て振動が抑制されることを防止することができる。ま
た、前記貫通孔を介して前記内空間へ気流を導入させる
ことによって、前記振動体の非作動時に、この振動体が
前記支持体に貼りつく如き現象を防止することができ
る。
示し、(a)は断面図、(b)は平面図、(c)は
(a)のc−c線断面図である。
断面図である。
ある。
貼り付き現象を示す断面図(図1(b)のIV−IV線断面
相当)である。
接合面、3…ビーム、4…ミラー(反射面)、5…ミラ
ー本体(振動体)、6…上部電極、7…下部電極、8…
貫通孔、9a、9b…コンタクトホール、 13…凹
部、14…メッシュ電極、15…バタフライバルブ、1
6…バルブ面、17…回動軸、18a、18b…配線、
19a、19b…電極、20、21…配線、25…空
間、26…空気の流れ、28、29、30…マイクロミ
ラー装置(振動体装置)
Claims (21)
- 【請求項1】 振動体と、この振動体を内空間に面して
支持する支持体とからなり、前記内空間を介して前記振
動体に対向した前記支持体の壁部を貫通して前記内空間
と外部とを連通させる貫通孔が設けられている振動体装
置。 - 【請求項2】 前記内空間に面する位置において前記振
動体と前記壁部とに対向電極が設けられ、これらの電極
間に印加する電圧による静電力に応じて前記振動体が振
動するように構成した、請求項1に記載した振動体装
置。 - 【請求項3】 前記振動体が前記支持体にビーム部によ
って連結され、このビーム部を軸にして回動し、前記振
動を行う、請求項2に記載した振動体装置。 - 【請求項4】 前記壁部側の前記電極が複数に分割さ
れ、これらの電極のそれぞれに電位が印加され前記振動
体側の前記電極が共通電極として用いられる、請求項2
に記載した振動体装置。 - 【請求項5】 前記貫通孔に、流体の流動性を制御する
制御手段が設けられている、請求項1に記載した振動体
装置。 - 【請求項6】 前記制御手段が、バタフライバルブから
なっている、請求項5に記載した振動体装置。 - 【請求項7】 前記バタフライバルブに電極が設けら
れ、これに対向して設けられた多孔電極との間に所定の
電位が印加されることにより、前記バタフライバルブが
回動し、流体通過領域が制御される、請求項6に記載し
た振動体装置。 - 【請求項8】 前記振動体の振動に相関させて前記制御
手段が動作する、請求項5に記載した振動体装置。 - 【請求項9】 前記内空間とは反対側の前記振動体の面
が光反射面であり、この光反射面に入射する光が前記振
動体の振動により進路変更する、請求項1に記載した振
動体装置。 - 【請求項10】 前記振動体がマイクロミラーとして構
成される、請求項9に記載した振動体装置。 - 【請求項11】 振動体と、この振動体を内空間に面し
て支持する支持体とからなり、前記内空間を介して前記
振動体に対向した前記支持体の壁部を貫通して前記内空
間と外部とを連通させる貫通孔が設けられている振動体
装置を作動させる際に、前記振動体の振動時に前記内空
間に生じる流体圧を前記貫通孔から外部へ放出する、振
動体装置の作動方法。 - 【請求項12】 前記内空間に面する位置において前記
振動体と前記壁部とに対向電極を設け、これらの電極間
に電圧を印加し、これによって生じる静電力に応じて前
記振動体を振動させる、請求項11に記載した振動体装
置の作動方法。 - 【請求項13】 前記振動体を前記支持体にビーム部に
よって連結し、このビーム部を軸にして回動させ、前記
振動を行う、請求項12に記載した振動体装置の作動方
法。 - 【請求項14】 前記壁部側の前記電極を複数に分割
し、これらの電極のそれぞれに電位を印加し、前記振動
体側の前記電極を共通電極として用いる、請求項12に
記載した振動体装置の作動方法。 - 【請求項15】 前記貫通孔に、流体の流動性を制御す
る制御手段を設ける、請求項11に記載した振動体装置
の作動方法。 - 【請求項16】 前記制御手段を、バタフライバルブで
形成する、請求項15に記載した振動体装置の作動方
法。 - 【請求項17】 前記バタフライバルブに電極を設け、
これに対向して設けた多孔電極との間に所定の電位を印
加することにより、前記バタフライバルブを回動させ、
流体通過領域を制御する、請求項16に記載した振動体
装置の作動方法。 - 【請求項18】 前記振動体の振動に相関させて前記制
御手段を動作させる、請求項15に記載した振動体装置
の作動方法。 - 【請求項19】 前記貫通孔から前記内空間へ流体を導
入し、前記壁部に貼りついた前記振動体を復帰させる、
請求項11に記載した振動体装置の作動方法。 - 【請求項20】 前記内空間とは反対側の前記振動体の
面を光反射面とし、この光反射面に入射する光を前記振
動体の振動により進路変更する、請求項11に記載した
振動体装置の作動方法。 - 【請求項21】 前記振動体をマイクロミラーとして構
成する、請求項20に記載した振動体装置の作動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12440799A JP4362886B2 (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 振動体装置及びその作動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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