JP2002023097A - ねじり揺動体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】弾性部材を通る配線の断線の心配が少ないねじ
り揺動体を提供する。 【解決手段】電磁駆動型のアクチュエーターに用いられ
るねじり揺動体２１０は、可動板２１２と、可動板２１
２を揺動可能に支持する一対の弾性部材２１４ａ，２１
４ｂと、弾性部材２１４ａ，２１４ｂを保持する支持体
２１６とを備えている。可動板２１２の周縁部を周回す
る駆動コイル２２２は、その一端が、弾性部材２１４ａ
を通る配線２２８ａを介して、支持体上の電極パッド２
２６ａに接続され、他端が、駆動コイル２２２の上を横
切る飛び越し配線２３２と、弾性部材２１４ｂを通る配
線２２８ｂとを介して、支持体上の電極パッド２２６ｂ
に接続されている。配線２２８ａ，２２８ｂは、それぞ
れ、Von Mises応力が最も高い、弾性部材２１４ａ，２
１４ｂの表面の幾何学的な中心付近を避け、弾性部材２
１４ａ，２１４ｂの両側の縁の一方の近くを通ってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光スキャナや角加
速度センサなどに使用されるねじり揺動体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ねじり揺動体は、可動部材がねじりバネ
構造によって支持された構造体であり、これを用いたデ
バイスとしては、例えば半導体プロセスによって作製さ
れた光スキャナなどがある。

【０００３】特開平７−１７５００５号は、ねじり揺動
体を用いた電磁駆動型のアクチュエータを開示してい
る。このアクチュエータ１は、図３６と図３７に示され
るように、平板状の可動板５と、可動板５を揺動可能に
軸支する２つのトーションバー６ａ,６ｂと、トーショ
ンバー６ａ,６ｂを保持する枠部２とを備えており、こ
れらの部材はシリコン基板から一体形成されている。可
動板５は、その上面周縁部に設けられた通電により磁界
を発生する平面コイル７と、平面コイル７で囲まれる上
面中央部に設けられた全反射ミラー８とを備えている。

【０００４】図３７に示されるように、枠部２の上下面
にはそれぞれ上側ガラス基板３と下側ガラス基板４が設
けられており、上側ガラス基板３と下側ガラス基板４の
所定位置には、平面コイル７に磁界を作用させるための
永久磁石１０ａ,１１ａと１０ｂ,１１ｂがそれぞれ固定
されている。

【０００５】さらに、図３７に示されるように、枠部２
は、その上面に設けられた一対の電極端子９ａ,９ｂを
備えており、電極端子９ａ,９ｂは、それぞれトーショ
ンバー６ａ,６ｂの各上面を延びるコイル配線１２ａ,１
２ｂを介して、平面コイル７に電気的に接続されてい
る。平面コイル７と電極端子９ａ,９ｂとコイル配線１
２ａ,１２ｂは、電鋳法によりシリコン基板上に同時に
形成される。

【０００６】この電磁アクチュエータは、従来のアクチ
ュエータに比べて、極めて薄型化できるという利点を有
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般に、特願平７−１
７５００５号に開示されているようなねじり揺動体は、
ねじり運動により配線に応力が作用し、これにより配線
の抵抗が変化したり、最悪の場合には金属疲労で配線が
断線したりすることがある。

【０００８】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、その目的は、繰り返しのねじり
運動による応力の影響が低減されたねじり揺動体を提供
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のねじり揺動体
は、可動板と、可動板を揺動可能に支持する弾性部材
と、弾性部材を保持する支持体と、弾性部材を通る配線
とを備えているねじり揺動体であり、弾性部材はほぼ直
方体形状を有しており、配線は、弾性部材の表面の近く
に配置されており、弾性部材のねじり変形の際に発生す
る応力が小さい部分を通っている。

【００１０】配線は、好ましくは、弾性部材の表面の幾
何学的な中心付近を避けて延びている。具体的には、配
線は、弾性部材の中央部では、弾性部材の幅方向に関す
る両側の縁の近くを通っている。

【００１１】配線は、より好ましくは、弾性部材の表面
の幾何学的な中心付近に加えて、弾性部材の表面の幾何
学的な隅付近を避けて延びている。具体的には、配線
は、弾性部材の中央部では、弾性部材の幅方向に関する
両側の縁の近くを通っており、弾性部材の端部では、弾
性部材の幅方向の中心の近くを通っている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。

【００１３】最初に、実施形態の説明に先立ち、ねじり
変形時にねじりバネに発生する応力分布について説明す
る。ここでは図１に示されるねじりバネ構造１００のモ
デルを考える。このねじりバネ構造１００は、図１に示
されるように、ねじりバネ１０２と、ねじりバネ１０２
の一方の端部が接続されている支持体１０４と、ねじり
バネ１０２の他方の端部が接続されている可動板１０６
とを備えている。可動板１０６は、ねじりバネ１０２に
よって、支持体１０４に対して揺動可能に支持されてお
り、その揺動軸はねじりバネ１０２を通っている。

【００１４】以下の考察において、ねじりバネ１０２
は、ほぼ直方体形状を有しているものとする。つまり、
ねじりバネ１０２は、その両端部を除いて、すなわち支
持体１０４との接続部付近および可動板１０６との接続
部付近を除いて、揺動軸方向に一様に長方形の断面を有
しているものとする。また、ねじり変形によってねじり
バネ１０２に発生する応力は、ねじりバネ１０２の材質
の弾性限界内にあり、その弾性限界内においては、ねじ
りバネ１０２の材質は等方性材料であるとする。

【００１５】図１に示されるねじりバネ１０２におい
て、支持体１０４との接続部付近および可動板１０６と
の接続部付近を除いた、ねじりバネ１０２の中央部で
は、ねじりバネ両端の接続部が拘束されている影響を無
視してもよく、その応力分布は、弾性学に基づくサンブ
ナンのねじり理論から導出できる。

【００１６】ねじりバネ１０２に発生する各応力成分を
図１と図２に示されるように定義すると、サンブナンの
ねじり理論によれば、垂直応力σｘ、σｙ、σｚと、せ
ん断応力τｘｙ(=τｙｘ)、τｘｚ(=τｚｘ)、τｙｚ(=
τｚｙ)のうち、応力成分σｘ、σｙ、σｚ、τｘｚは
零になる。

【００１７】さらに、せん断応力τｙｚについて、サン
ブナンのねじり理論から導出されるねじり関数を、長方
形断面形状に適用して解いた結果を図３に示す。このせ
ん断応力τｙｚは、図２の上面付近では、ほぼ零にな
る。一方、せん断応力τｙｘについても、τｙｚと同様
にして、ねじり関数を長方形断面形状に適用して解く
と、図４に示される応力分布となり、上面付近におい
て、図２の長方形断面のＺ軸上に最大値を有する、Ｚ軸
に対称な応力分布となる。

【００１８】同様のねじり変形により発生する応力分布
について、有限要素法を用いたシミュレーション結果を
図５〜図１０に示す。図５〜図７は、それぞれ、ねじり
変形時にねじりバネ１０２の上面付近に発生するσｘ、
σｙ、τｙｘを等高線表示で示している。また、図８〜
図１０は、それぞれ、図５〜図７のσｘ、σｙ、τｙｘ
における、ねじりバネ１０２の長手方向中央部を通るパ
ス１に沿う応力成分分布を示している。

【００１９】これらの結果をサンブナンのねじり理論に
よる結果と比較すると、ねじりバネ１０２の中央部の各
応力成分は、ねじり理論から予測された応力分布に従う
ことが裏付けられる。なお、応力成分の符号は、ねじり
角度の反転によって反転するので、応力としてはその絶
対値で評価しなければならない。また、上面で発生する
応力は、ねじり角度の反転によって、同様にねじりバネ
１０２の下面でも発生する。

【００２０】一方、ねじりバネ１０２は、支持体１０４
との接続部および可動板１０６との接続部の付近では、
ねじりバネ１０２のねじり変形が接続部で拘束されるた
め、ねじりバネ１０２の変形が揺動軸方向に一様ではな
くなり、ねじりバネ１０２の中央部とは異なる分布を示
す。ねじり変形により発生する応力分布について、有限
要素法を用いたシミュレーション結果を図１１〜図１３
に示す。図１１〜図１３は、それぞれ、図５〜図７のσ
ｘ、σｙ、τｙｘにおける、接続部近辺を通るパス２に
沿う応力成分分布を示している。

【００２１】接続部近辺の上面付近では、各応力成分の
中で、揺動軸方向の垂直応力σｙの値が最大値となる。
ただし、この垂直応力σｙは、揺動軸の両側でその符号
が反転、すなわち、引張り応力と圧縮応力を生じるた
め、揺動軸方向には引張りおよび圧縮応力がない線素が
存在し、図１２〜図１３から、その線素付近で応力は小
さく、線素からの距離が大きくなるにしたがって大きく
なる。

【００２２】以上から、ねじりバネ１０２中央部ではτ
ｙｘが、ねじりバネ１０２の接続部ではσｙが、各応力
成分において最大値を示すが、導線(金属)の破断を考慮
する場合には、さらに、金属等の等方性材料の降伏条件
として広く用いられている、Von Mises応力値の高い領
域を特定することが重要である。

【００２３】ねじり変形により、上面付近に発生するVo
n Mises応力分布について、有限要素法を用いたシミュ
レーション結果を図１４〜図１６に示す。ねじりバネ１
０２の中央部では、図５〜図１０と同様に、図２の長方
形断面のＺ軸上に最大値を有する、Ｚ軸に対称な応力分
布となる。また、ねじりバネ１０２の接続部付近では、
ねじりバネ１０２の両側の縁の近くに極大値を有する、
Ｚ軸に対称な応力分布となる。

【００２４】つまり、Von Mises応力分布は、ねじりバ
ネ１０２の表面の幾何学的な中心付近に最も高い値を有
している。また、Von Mises応力分布は、ねじりバネ１
０２の表面の幾何学的な隅付近に比較的高い値を有して
いる。なお、ねじりバネ１０２の表面の幾何学的な中心
付近のVon Mises応力分布の高い値は、主としてせん断
応力によるものである。一方、ねじりバネ１０２の表面
の幾何学的な隅付近のVon Mises応力分布の高い値は、
主として引張応力によるものである。

【００２５】上述の応力分布は、ねじりバネ１０２の両
端に支持体１０４と可動板１０６が接続されている図１
に示されるねじりバネ構造１００のモデルに対する解析
結果であり、従って、可動板１０６が両持ち構造である
か片持ち構造であるかに依存してしない。

【００２６】以上をまとめると、ねじりバネ１０２の揺
動軸方向の中央部では、揺動軸に直交する幅方向におい
て、中心付近が相対的に応力値が高く、ねじりバネ１０
２の揺動軸方向の両端部では、揺動軸に直交する幅方向
において両側の縁付近が、相対的に応力値が高いことが
一般的に説明できる。

【００２７】[第一実施形態]本発明の第一実施形態のね
じり揺動体について説明する。本実施形態は、電磁駆動
型のアクチュエーターに適用されるねじり揺動体であ
る。

【００２８】図１７〜図１９に示されるように、アクチ
ュエーター２００は、ねじり揺動体２１０と、一対の永
久磁石２０２ａ，２０２ｂとを備えている。ねじり揺動
体２１０は、可動板２１２と、可動板２１２を揺動可能
に支持するための一対の弾性部材２１４ａ，２１４ｂ
と、弾性部材２１４ａ，２１４ｂを保持する支持体２１
６とを備えている。一対の弾性部材２１４ａ，２１４ｂ
は、可動板２１２から両側に対称的に延びており、トー
ションバーとして機能する。従って、可動板２１２は支
持体２１６に対して揺動可能に支持されている。可動板
２１２の揺動軸は、弾性部材２１４ａ，２１４ｂの内部
を通っている。

【００２９】弾性部材２１４ａ，２１４ｂは、ほぼ直方
体形状を有しており、揺動軸に垂直な断面は長方形形状
を有している。より詳しくは、弾性部材２１４ａ，２１
４ｂは、可動板２１２との接続部付近の一方の端部と、
支持体２１６との接続部付近の他方の端部と、それらの
間に位置する中央部とを有しており、中央部は直方体形
状を有している。弾性部材２１４ａ，２１４ｂは、設計
や作製の容易さから一般にこのような形状が選ばれる。

【００３０】可動板２１２は、その周縁部を周回する駆
動コイル２２２を備えている。駆動コイル２２２は、そ
の両端に電極パッド２２４ａ，２２４ｂを有している。
支持体２１６は、外部からの電力を駆動コイル２２２に
供給するための一対の電極パッド２２６ａ，２２６ｂを
備えている。ねじり揺動体２１０は、弾性部材２１４ａ
を通る配線２２８ａを備えており、配線２２８ａは駆動
コイル２２２の電極パッド２２４ａと支持体上の電極パ
ッド２２６ａを電気的に接続している。

【００３１】また、ねじり揺動体２１０は、弾性部材２
１４ｂを通る配線２２８ｂを備えており、配線２２８ｂ
は、一端が支持体上の電極パッド２２６ｂに接続され、
他端に電極パッド２３０を有している。さらに、ねじり
揺動体２１０は、絶縁層を介して駆動コイル２２２の上
を横切って延びる飛び越し配線２３２を有しており、飛
び越し配線２３２は、駆動コイル２２２の内側の電極パ
ッド２２４ｂと、配線２２８ｂの電極パッド２３０を電
気的に接続している。

【００３２】可動板２１２と弾性部材２１４ａ，２１４
ｂと支持体２１６は単結晶シリコン基板からモノリシッ
クに形成されている。従って、可動板２１２と弾性部材
２１４ａ，２１４ｂと支持体２１６は共に単結晶シリコ
ンを主材料としている。単結晶シリコンは、精密な加工
が可能であるため、ねじり揺動体の小型化に好適であ
る。また、単結晶シリコンは、剛性が高く、材料の内部
減衰が少ないため、共振駆動用の弾性部材２１４ａ，２
１４ｂとして優れた特性を有している。さらに、単結晶
シリコンは高い剛性を有しているため、外部に固定する
ための接着部として用いられる支持体２１６の材料に好
適である。

【００３３】駆動コイル２２２と電極パッド２２４ａ，
２２４ｂと電極パッド２２６ａ，２２６ｂと配線２２８
ａ，２２８ｂと電極パッド２３０は共に同じ金属膜例え
ばアルミ膜で形成されており、可動板２１２と弾性部材
２１４ａ，２１４ｂと支持体２１６の主材料である単結
晶シリコン基板とは、例えば酸化シリコン膜によって電
気的に絶縁されている。同様に、飛び越し配線も例えば
アルミ膜で形成されており、駆動コイル２２２とは例え
ば酸化シリコン膜によって電気的に絶縁されている。

【００３４】また、配線２２８ａ，２２８ｂその他を含
む金属膜は、作製上の容易さから、一般に表面近くに形
成される。従って、配線２２８ａ，２２８ｂは、それぞ
れ、弾性部材２１４ａ，２１４ｂの表面の近くに位置し
ている。

【００３５】一対の永久磁石２０２ａ，２０２ｂは、可
動板２１２の振動する両端部の外側に、揺動軸にほぼ平
行に配置されている。永久磁石２０２ａ，２０２ｂの着
磁方向は、互いに逆向きで、静止状態の可動板２１２の
面にほぼ垂直である。永久磁石２０２ａ，２０２ｂは、
可動板２１２の両端部に位置する駆動コイル２２２の部
分に対して可動板２１２の面方向の磁界成分を作用させ
るよう、揺動軸にほぼ直交して横切る磁界を発生させ
る。

【００３６】次に、このアクチュエーター２００の動作
について説明する。図１７において、支持体２１６上の
二個の電極パッド２２６ａ，２２６ｂへの交流電圧の印
加に応じて、駆動コイル２２２には交流電流が流れる。
駆動コイル２２２の永久磁石２０２ａ，２０２ｂに近い
部分を流れる電流は、永久磁石２０２ａ，２０２ｂによ
って発生された磁界との相互作用によりローレンツ力を
受け、可動板２１２は板厚方向に偶力を受ける。このた
め、可動板２１２は、二本の弾性部材２１４ａ，２１４
ｂの長手方向に延びる中心軸を揺動軸として、揺動すな
わちねじり振動する。

【００３７】ねじり振動を発生させるモーメントは、永
久磁石２０２ａ，２０２ｂの近くの駆動コイル２２２の
部分が受けるローレンツ力と、二本の弾性部材２１４
ａ，２１４ｂを通る揺動軸から永久磁石２０２ａ，２０
２ｂの近くの駆動コイル２２２の部分までの距離の積に
よって決まる。ローレンツ力は、永久磁石２０２ａ，２
０２ｂの特性、駆動コイル２２２の巻数や配線長、電流
の大きさ、永久磁石２０２ａ，２０２ｂから駆動コイル
２２２までの距離等によって決まる。駆動コイル２２２
が可動板２１２の最外周を周回するように形成されるの
は、発生力量およびモーメントを大きくするためであ
る。

【００３８】可動板２１２と弾性部材２１４ａ，２１４
ｂの形状や材質によって一意的に決定される共振周波数
に等しい周波数の交流電圧を印加することにより、可動
板２１２は駆動コイル２２２を流れる電流における最大
の振幅で振動する。このアクチュエーター２００は、例
えば、外部から照射される光ビームを反射する反射ミラ
ーを可動板２１２に設けることにより、反射された光ビ
ームを走査する光スキャナーとして使用され得る。

【００３９】本実施形態では、図２０に示されるよう
に、配線２２８ａ，２２８ｂは、それぞれ、揺動軸に直
交して延びる幅方向に関して、弾性部材２１４ａ，２１
４ｂの両側の縁の一方の近くを通っている。つまり、配
線２２８ａ，２２８ｂは、VonMises応力が最も高い、弾
性部材２１４ａ，２１４ｂの表面の幾何学的な中心付近
を避けて延びている。このため、弾性部材２１４ａ，２
１４ｂのねじれ運動による配線２２８ａ，２２８ｂの断
線の発生率は低減される。従って、弾性部材２１４ａの
ねじり運動によって配線２２８ａ，２２８ｂが断線する
心配が少ない。その結果、信頼性と耐久性の高いねじり
揺動体２１０が得られる。なお、通常の場合、配線２２
８ａ，２２８ｂの剛性は弾性部材２１４ａ，２１４ｂの
剛性に比較して無視できる。

【００４０】本実施形態のねじり揺動体は、半導体プロ
セスを利用して作製される。以下、図２１〜図２６を参
照して、本実施形態のねじり揺動体２１０の製造方法に
ついて説明する。図２１〜図２６には、図１７のXVIII'
−XVIII線に沿う断面が描かれている。

【００４１】工程１(図２１)：スタートウエハとして、
ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板３００を用意する。
ＳＯＩ基板３００は、支持体基板と呼ばれるシリコン基
板３０２に、絶縁層３０４を介して、活性層基板と呼ば
れる単結晶シリコン基板３０６が貼り合わされた構造体
である。支持体基板３０２は例えば２００〜５００μ
ｍ、絶縁層３０４は例えば１μｍ、活性層基板３０６は
例えば１００μｍの厚さを有している。ＳＯＩ基板３０
０を洗浄し、その表面に熱酸化膜３０８を、裏面に熱酸
化膜３１０を形成する。

【００４２】工程２(図２２)：ＳＯＩ基板３００の裏面
に形成された熱酸化膜３０８は、可動板２１２と支持体
２１６を裏面側から分離する際のマスク材料として用い
られる。また、ＳＯＩ基板３００の表面に形成された熱
酸化膜３１０は、表面側から可動板２１２と弾性部材２
１４ａ，２１４ｂと支持体２１６を形成する際のマスク
材料として用いられる。そのため、熱酸化膜３０８と３
１０に対して、後の工程でシリコンが除去される部分を
エッチングによって予め除去しておく。

【００４３】工程３(図２３)：表面側の熱酸化膜３１０
の上にアルミの薄膜３１２をスパッタ成膜し、これをエ
ッチングすることによって、駆動コイル２２２、電極パ
ッド２２４ｂ、配線２２８ｂ、電極パッド２２６ｂ、そ
の他を形成する。

【００４４】工程４(図２４)：その後、層間絶縁膜とな
る例えばプラズマ酸化膜３１２を成膜し、表面側の熱酸
化膜３１０がエッチングされてシリコンが露出している
部分と、層間コンタクトを形成する部分と、電極パッド
２２６ｂ、その他の上部のみをエッチングで除去し、さ
らにプラズマ酸化膜３１２の上に第二のアルミの薄膜３
１４をスパッタ成膜し、これをエッチングすることによ
って、駆動コイル２２２の内側の電極パッド２２４ｂを
コイル外部に接続する飛び越し配線２３２を形成する。
さらに、飛び越し配線２３２の大気による酸化から保護
するために、第二のプラズマ酸化膜３１４を飛び越し配
線２３２の上部にのみ形成する。

【００４５】工程５(図２５)：表面側からドライエッチ
ングにより、可動板２１２と弾性部材２１４ａ，２１４
ｂと支持体２１６の形状に、ＳＯＩ基板３００の活性層
基板３０６をエッチングする。この際に、ＩＣＰ(Induc
tively-coupled plasma)を利用したＲＩＥ(Reactive Io
n Etching)を用いることによって、エッチングの側面は
基板表面にほぼ垂直に加工される。このエッチングはＳ
ＯＩ基板３００の絶縁層３０４に達すると停止する。そ
の後、可動板２１２と支持体２１６形状を裏面側から形
成するために、アルカリ性溶液を用いて、ＳＯＩ基板３
００の裏面からシリコン基板３０２に対して異方性エッ
チングを行なう。

【００４６】工程６(図２６)：シリコン基板３０２のエ
ッチングの後、弾性部材２１４ａ，２１４ｂの裏面およ
び可動板２１２と支持体２１６の間に露出している絶縁
層３０４をドライエッチングにより除去して、完成品の
ねじり揺動体２１０が得られる。このねじり揺動体２１
０を例えば光スキャナとして使用する場合には、必要に
応じて可動板２１２の裏面側に金やアルミをスパッタし
て反射率の高い反射面を形成することが好ましい。

【００４７】このように、本実施形態のねじり揺動体２
１０は、半導体製造技術を利用して一体に形成されるた
め、その後の組立作業は不要であり、超小型に安価に大
量生産することができると共に、寸法精度が非常に高
く、従って特性のばらつきがきわめて少ない。

【００４８】本実施形態の各構成は、上述した構成に限
定されるものではなく、様々に変形や変更されてもよ
い。

【００４９】例えば、駆動コイル２２２は、実施の形態
ではアルミのスパッタ成膜とエッチング加工により形成
されているが、めっきにより形成されてもよい。特に、
大きな偏向角を必要とする場合には、駆動コイル２２２
の巻き数を増加させる必要があるが、断面積を増やさず
に巻き数のみを増加させると、コイルの抵抗値が増大
し、電源電圧や消費電力の増大につながる。めっきによ
り、スパッタよりもさらに厚膜のコイルを形成し、アス
ペクト比を高めることにより、所定の仕様を満足するこ
とが可能となる。

【００５０】また、駆動方法は、その共振周波数に等し
い交流電流による往復駆動に限定されるものではなく、
例えば可変の周波数による駆動や、直流電流による駆動
で静的な位置決めを行なってもよい。

【００５１】以下、図面を用いて本実施形態の変形例に
ついて説明する。以下の説明において、既に説明した部
材と同じ参照符号で示される部材は同等の部材であり、
その詳しい説明は省略する。

【００５２】第一の変形例のねじり揺動体では、図２７
に示されるように、配線２２８ａ，２２８ｂが共に弾性
部材２１４ａを通っている。より詳しくは、配線２２８
ａ，２２８ｂは、それぞれ、弾性部材２１４ａの両側の
縁の近くを通っている。言い換えれば、配線２２８ａ，
２２８ｂは、Von Mises応力が最も高い、弾性部材２１
４ａの表面の幾何学的な中心付近を避けて延びている。
従って、弾性部材２１４ａのねじり運動によって配線２
２８ａ，２２８ｂが断線する心配が少ない。

【００５３】また、配線２２８ａ，２２８ｂは、揺動軸
に対して対称的に位置している。このため、弾性部材２
１４ａは、ねじり方向に関して対称性の良いねじり特性
を有している。

【００５４】反対側の弾性部材２１４ｂは、左右の弾性
部材２１４ａ，２１４ｂのねじり特性の対称性を向上さ
せるために、ダミー配線２３４ａ，２３４ｂを備えてい
るとよい。ダミー配線２３４ａ，２３４ｂは、配線２２
８ａ，２２８ｂと同じ材料で形成され、配線２２８ａ，
２２８ｂと同様に、それぞれ、弾性部材２１４ｂの両側
の縁の近くを通っているとよい。

【００５５】また、本変形例のねじり揺動体は、二本の
配線２２８ａ，２２８ｂが共に弾性部材２１４ａを通っ
ていることにより、二つの電極パッド２２６ａ，２２６
ｂが近くに位置しており、これにより外部への配線接続
の作業を容易に行なえるという利点を有している。

【００５６】第二の変形例のねじり揺動体は、図２８に
示されるように、可動板２１２と、可動板２１２を揺動
可能に支持する一つの弾性部材２１４と、弾性部材２１
４を保持する支持体２１６とを備えている。つまり、可
動板２１２は揺動可能に片持ちで支持されている。

【００５７】配線２２８ａ，２２８ｂは、それぞれ、弾
性部材２１４ａの両側の縁の近くを通っている。つま
り、配線２２８ａ，２２８ｂは、Von Mises応力が最も
高い、弾性部材２１４ａ，２１４ｂの表面の幾何学的な
中心付近を避けて延びている。従って、弾性部材２１４
のねじり運動によって配線２２８ａ，２２８ｂが断線す
る心配が少ない。

【００５８】第三の変形例のねじり揺動体では、図２９
に示されるように、配線２２８ａ，２２８ｂは、それぞ
れ、弾性部材２１４ａ，２１４ｂの中央部では、弾性部
材２１４ａの両側の縁の一方の近くを通っており、弾性
部材２１４ａ，２１４ｂの端部では、すなわち可動板２
１２との接続部付近および支持体２１６との接続部付近
では、揺動軸に直交して延びる、弾性部材２１４ａの幅
方向において、中心の近くを通っている。

【００５９】前述したように、Von Mises応力分布は、
ねじりバネ１０２の表面の幾何学的な中心付近に最も高
い値を有しており、ねじりバネ１０２の表面の幾何学的
な隅付近に比較的高い値を有している。従って、別の言
い方をすれば、配線２２８ａ，２２８ｂは、Von Mises
応力が最も高い、弾性部材２１４ａ，２１４ｂの表面の
幾何学的な中心付近を避けるとともに、Von Mises応力
が比較的高い、弾性部材２１４ａ，２１４ｂの表面の幾
何学的な隅付近を避けて延びている。従って、本変形例
は、弾性部材２１４ａのねじり運動によって配線２２８
ａ，２２８ｂが断線する心配が更に少ない。

【００６０】第四の変形例は、静電駆動型のアクチュエ
ーターに適用されるねじり揺動体である。本変形例のね
じり揺動体では、図３０と図３１に示されるように、可
動板２１２は、一対の可動電極２４２ａ，２４２ｂを備
えている。可動電極２４２ａ，２４２ｂは、それぞれ、
揺動軸の両側に対称的に位置している。可動電極２４２
ａは、弾性部材２１４ａを通る配線２２８ａを介して、
支持体２１６上に位置する電極パッド２２６ａに電気的
に接続されている。同様に、可動電極２４２ｂは、弾性
部材２１４ｂを通る配線２２８ｂを介して、支持体２１
６上に位置する電極パッド２２６ｂに電気的に接続され
ている。

【００６１】アクチュエーターは、図示しない固定部材
に固定された固定電極２４４を備えている。固定電極２
４４は、可動板２１２に設けられた可動電極２４２ａ，
２４２ｂに対向して配置されている。固定電極２４４
は、電源２４６とスイッチ２４８を介して、電極パッド
２２６ａ，２２６ｂに接続されている。スイッチ２４８
は、その切り換えに応じて、一方の可動電極２４２ａ，
２４２ｂと固定電極２４４との間に選択的に電位差を与
える。その結果、電位差が与えられた一方の可動電極２
４２ａ，２４２ｂと固定電極２４４との間には静電引力
が生じる。これにより可動板２１２は静電引力に従って
対応する方向に傾く。スイッチ２４８を連続的に切り換
えることにより、可動板２１２は弾性部材２１４ａ，２
１４ｂを通る揺動軸の周りに振動される。

【００６２】配線２２８ａ，２２８ｂは、図３１に示さ
れるように、それぞれ、弾性部材２１４ａ，２１４ｂの
両側の縁の一方の近くを通っている。つまり、配線２２
８ａ，２２８ｂは、Von Mises応力が最も高い、弾性部
材２１４ａ，２１４ｂの表面の幾何学的な中心付近を避
けて延びている。従って、弾性部材２１４ａのねじり運
動によって配線２２８ａ，２２８ｂが断線する心配が少
ない。

【００６３】本変形例のねじり揺動体を含むアクチュエ
ーターは、上述したスイッチ２４８の切り換え以外の手
法によって駆動されてもよい。例えば、二つの電極パッ
ド２２６ａ，２２６ｂがそれぞれ別の可変電源に接続さ
れ、それぞれの可変電源から所定の電圧が印加されるこ
とにより駆動されてもよい。

【００６４】また、静電駆動型のアクチュエーターに適
用される本変形例のねじり揺動体に対しても、図２７〜
図２９に示される変形が適用されてもよい。

【００６５】以上に述べた本実施形態および各変形例は
いずれも、１自由度を持つねじり揺動体を例示している
が、本発明は、ジンバル構造のような２自由度を持つね
じり揺動体に適応されてもよい。

【００６６】[第二実施形態]本発明の第二実施形態のね
じり揺動体について説明する。本実施形態のねじり揺動
体は、第一実施形態のねじり揺動体に振動検出コイルが
付加されたねじり揺動体である。以下の説明において、
第一実施形態で既に説明した部材と同等の部材は同一の
参照符号で示し、その詳しい説明は省略する。

【００６７】図３２に示されるように、本実施形態のね
じり揺動体は、可動板２１２と、可動板２１２を揺動可
能に支持するための一対の弾性部材２１４ａ，２１４ｂ
と、弾性部材２１４ａ，２１４ｂを保持する支持体２１
６とを備えている。可動板２１２は、その周縁部を周回
する駆動コイル２２２と、駆動コイル２２２の内側を周
回する振動検出コイル２５２とを備えている。

【００６８】ねじり揺動体２１０は、弾性部材２１４ａ
を通る配線２２８ａ，２２８ｂを備えている。配線２２
８ａは、一端が支持体上の電極パッド２２６ａに接続さ
れ、他端が駆動コイル２２２の電極パッド２２４ａに接
続されている。配線２２８ｂは、一端が支持体上の電極
パッド２２６ｂに接続され、他端に電極パッド２３０を
有している。電極パッド２３０は、絶縁層を介して駆動
コイル２２２の上を横切って延びる飛び越し配線２３２
を介して、駆動コイル２２２の内側の電極パッド２２４
ｂに接続されている。

【００６９】ねじり揺動体２１０は、弾性部材２１４ｂ
を通る配線２５８ａ，２５８ｂを備えている。配線２５
８ａ，２５８ｂは、それぞれ、一端が支持体２１６上の
電極パッド２５６ａ，２５６ｂに接続され、他端に電極
パッド２６０ａ，２６０ｂを有している。電極パッド２
６０ａ，２６０ｂは、それぞれ、絶縁層を介して駆動コ
イル２２２と振動検出コイル２５２の上を横切って延び
る飛び越し配線２６２ａ，２６２ｂによって、振動検出
コイル２５２の電極パッド２５４ａ，２５４ｂに接続さ
れている。

【００７０】配線２２８ａ，２２８ｂは、それぞれ、弾
性部材２１４ａの両側の縁の近くを通っている。つま
り、配線２２８ａ，２２８ｂは、Von Mises応力が最も
高い、弾性部材２１４ａの表面の幾何学的な中心付近を
避けて延びている。従って、弾性部材２１４ａのねじり
運動によって配線２２８ａ，２２８ｂが断線する心配が
少ない。また、配線２２８ａ，２２８ｂは、揺動軸に対
して対称的に位置している。従って、弾性部材２１４ａ
は、ねじり方向に関して対称性の良いねじり特性を有し
ている。

【００７１】同様に、配線２５８ａ，２５８ｂは、それ
ぞれ、弾性部材２１４ｂの両側の縁の近くを通ってい
る。つまり、配線２５８ａ，２５８ｂは、Von Mises応
力が最も高い、弾性部材２１４ｂの表面の幾何学的な中
心付近を避けて延びている。従って、弾性部材２１４ｂ
のねじり運動によって配線２５８ａ，２５８ｂが断線す
る心配が少ない。また、配線２５８ａ，２５８ｂは、揺
動軸に対して対称的に位置している。従って、弾性部材
２１４ｂは、ねじり方向に関して対称性の良いねじり特
性を有している。

【００７２】さらに、弾性部材２１４ａと弾性部材２１
４ｂはそれぞれ配線２２８ａ，２２８ｂと配線２５８
ａ，２５８ｂを有しており、配線２２８ａ，２２８ｂと
配線２５８ａ，２５８ｂは、好ましくは同じ材料で形成
され、対称的に配置されている。従って、弾性部材２１
４ａと弾性部材２１４ｂは、ほぼ同じねじり特性を有し
ている。

【００７３】本実施形態のねじり揺動体は、第一実施形
態のねじり揺動体の製造方法と同様の製造方法によって
製造され、駆動コイル２２２を形成する際に振動検出コ
イル２５２を同時に形成する以外は同じであり、その詳
しい説明は省略する。

【００７４】本実施形態のねじり揺動体は、第一実施形
態のねじり揺動体と同様に、電磁駆動型のアクチュエー
ターに適用される。このアクチュエーターの駆動方法
は、第一実施形態のねじり揺動体を含むアクチュエータ
ーと全く同様であり、その詳しい説明は省略する。

【００７５】本実施形態のねじり揺動体を含むアクチュ
エーターは、可動板２１２の振動状態をモニターするこ
とができる。可動板２１２の振動に伴って、振動検出コ
イル２５２は、永久磁石により形成される磁界内で運動
する。このため、電磁誘導により振動検出コイル２５２
に起電力が発生する。この起電力の極性は、振動検出コ
イル２５２の運動の向きによって決まり、その大きさ
は、磁束密度、コイルの巻き数、コイルの運動の速度、
磁界内のコイルの長さ等で決まる。

【００７６】その結果、振動検出コイル２５２からは、
可動板２１２の振動速度に比例した信号が出力される。
従って、この信号に基づいて可動板２１２の振動状態を
モニターすることができる。また、これに基づいて可動
板２１２の振動を制御することもできる。具体的には、
振動検出コイル２５２の出力信号を基づいて、環境変化
などが原因で起こる共振周波数の変化や偏向角の変化を
自動的に補正する制御を行なうことができる。

【００７７】このアクチュエーターは、第一実施形態と
同様に、例えば、外部から照射される光ビームを反射す
る反射ミラーを可動板２１２に設けることにより、反射
された光ビームを走査する光スキャナーとして使用でき
る。また、偏向角を検出できる特長を生かして、角速度
や角加速度などを検出するセンサーとしても使用するこ
とも可能である。

【００７８】これまでに説明したように、本実施形態の
ねじり揺動体は、弾性部材２１４ａを通る配線２２８
ａ，２２８ｂと弾性部材２１４ｂを通る配線２５８ａ，
２５８ｂが、それぞれ、Von Mises応力が最も高い、弾
性部材２１４ａ，２１４ｂの表面の幾何学的な中心付近
を避けて延びている。従って、弾性部材２１４ａや弾性
部材２１４ｂのねじり運動によって配線２２８ａ，２２
８ｂや配線２５８ａ，２５８ｂが断線する心配が少な
い。つまり、高い信頼性と耐久性を有するねじり揺動体
が得られる。

【００７９】また、本実施形態のねじり揺動体は、半導
体製造技術を利用して一体に形成されるため、その後の
組立作業は不要であり、超小型に安価に大量生産するこ
とができると共に、寸法精度が非常に高く、従って特性
のばらつきがきわめて少ない。

【００８０】本実施形態の各構成は、上述した構成に限
定されるものではなく、様々に変形や変更されてもよ
い。

【００８１】例えば、駆動コイル２２２は、第一実施形
態と同様に、アルミのスパッタ成膜とエッチング加工に
より形成されるが、めっきにより形成されてもよい。特
に、めっきにより駆動コイル２２２のアスペクト比を高
めることは、コイルの抵抗値の増大を防止して電源電圧
や消費電力の増大を抑えるという利点の他に、駆動コイ
ル２２２の占有幅を縮小できるという利点を有してい
る。これは、駆動コイル２２２を可動板２１２の更に周
縁部の近くに配置することを可能にし、振動検出コイル
２５２の感度の向上を図ることができる。あるいは、駆
動コイル２２２と振動検出コイル２５２は、絶縁層を間
に挟んで別の層に重ねて形成されてもよい。特に、振動
検出コイル２５２は、感度向上のために、駆動コイル２
２２に重なるように、可動板２１２の周縁部の近くに形
成されるとよい。

【００８２】また、駆動コイル２２２と振動検出コイル
２５２は別体に設けられているが、一つのコイルが駆動
コイル２２２と振動検出コイル２５２の機能を兼ねても
よい。例えば、コイルを電源に接続して駆動コイルとし
て作用させる場合と、コイルを検出回路に接続して振動
検出コイルとして作用させる場合とを切り換えるために
切り換えスイッチを設け、駆動と振動検出を時分割で切
り換えることによって実現できる。その場合は、ねじり
揺動体の構成は、第一実施形態のねじり揺動体と全く同
じものになる。

【００８３】また、駆動方法は、その共振周波数に等し
い交流電流による往復駆動に限定されるものではなく、
例えば可変の周波数による駆動や、直流電流による駆動
で静的な位置決めを行なってもよい。

【００８４】以下、図面を用いて本実施形態の変形例に
ついて説明する。以下の説明において、既に説明した部
材と同じ参照符号で示される部材は同等の部材であり、
その詳しい説明は省略する。

【００８５】第一の変形例のねじり揺動体では、図３３
に示されるように、配線２２８ａ，２２８ｂ，２５８
ａ，２５８ｂが共に弾性部材２１４ａを通っている。よ
り詳しくは、配線２２８ａ，２２８ｂは、弾性部材２１
４ａの両側の縁の一方の近くを通っており、配線２５８
ａ，２５８ｂは、弾性部材２１４ａの両側の縁の他方の
近くを通っている。言い換えれば、配線２２８ａ，２２
８ｂと配線２５８ａ，２５８ｂは、Von Mises応力が最
も高い、弾性部材２１４ａの表面の幾何学的な中心付近
を避けて延びている。従って、弾性部材２１４ａのねじ
り運動によって配線２２８ａ，２２８ｂ，２５８ａ，２
５８ｂが断線する心配が少ない。なお、外側の配線２２
８ａと内側の配線２２８ｂとでは両者に作用する応力が
異なっており、同様に、内側の配線２５８ａと外側の配
線２５８ｂとでは両者に作用する応力が異なっているの
で、信頼性の確保の上で注意が必要である。

【００８６】また、配線２２８ａ，２２８ｂと配線２５
８ａ，２５８ｂは、揺動軸に対して対称的に位置してい
る。このため、弾性部材２１４ａは、ねじり方向に関し
て対称性の良いねじり特性を有している。

【００８７】反対側の弾性部材２１４ｂは、左右の弾性
部材２１４ａ，２１４ｂのねじり特性の対称性を向上さ
せるために、ダミー配線２３４ａ，２３４ｂ，２６４
ａ，２６４ｂを備えているとよい。ダミー配線２３４
ａ，２３４ｂ，２６４ａ，２６４ｂは、配線２２８ａ，
２２８ｂ，２５８ａ，２５８ｂと同じ材料で形成され、
ダミー配線２３４ａ，２３４ｂとダミー配線２６４ａ，
２６４ｂは、配線２２８ａ，２２８ｂと配線２５８ａ，
２５８ｂと同様に、それぞれ、弾性部材２１４ｂの両側
の縁の近くを通っているとよい。

【００８８】また、本変形例のねじり揺動体は、四本の
配線２２８ａ，２２８ｂ，２５８ａ，２５８ｂが共に弾
性部材２１４ａを通っていることにより、四つの電極パ
ッド２２６ａ，２２６，２５６ａ，２５６ｂが近くに位
置しており、これにより外部への配線接続の作業を容易
に行なえるという利点を有している。

【００８９】本変形例のねじり揺動体の更なる変形例と
して、弾性部材２１４ｂが省かれて、可動板２１２が弾
性部材２１４ａのみによって片持ちで支持されてもよ
い。

【００９０】第二の変形例のねじり揺動体では、図３４
に示されるように、配線２２８ａ，２２８ｂは、それぞ
れ、弾性部材２１４ａの中央部の付近では、弾性部材２
１４ａの両側の縁の近くを通っており、可動板２１２と
の接続部および支持体２１６との接続部の付近では、弾
性部材２１４ａの幅方向の中心の近くを通っている。同
様に、配線２５８ａ，２５８ｂは、それぞれ、弾性部材
２１４ｂの中央部では、弾性部材２１４ｂの両側の縁の
近くを通っており、可動板２１２との接続部および支持
体２１６との接続部の付近では、弾性部材２１４ｂの幅
方向の中心の近くを通っている。

【００９１】前述したように、Von Mises応力分布は、
ねじりバネ１０２の表面の幾何学的な中心付近に最も高
い値を有しており、ねじりバネ１０２の表面の幾何学的
な隅付近に比較的高い値を有している。従って、別の言
い方をすれば、配線２２８ａ，２２８ｂと配線２５８
ａ，２５８ｂは、それぞれ、せん断応力のためにVon Mi
ses応力が最も高い、弾性部材２１４ａと弾性部材２１
４ｂの表面の幾何学的な中心付近を避けるとともに、引
張応力のためにVon Mises応力が比較的高い、弾性部材
２１４ａと弾性部材２１４ｂの表面の幾何学的な隅付近
を避けて延びている。従って、本変形例は、弾性部材２
１４ａ，２１４ｂのねじり運動によって配線２２８ａ，
２２８ｂ，２５８ａ，２５８ｂが断線する心配が更に少
ない。

【００９２】以上に述べた本実施形態および各変形例は
いずれも、１自由度を持つねじり揺動体を例示している
が、本発明は、ジンバル構造のような２自由度を持つね
じり揺動体に適応されてもよい。

【００９３】[第三実施形態]本発明の第三実施形態のね
じり揺動体について説明する。本実施形態のねじり揺動
体は、可動板２１２の振動検出のために、第二実施形態
の振動検出コイルに代えて、歪み検出素子が設けられた
ねじり揺動体である。以下の説明において、第一実施形
態で既に説明した部材と同等の部材は同一の参照符号で
示し、その詳しい説明は省略する。

【００９４】図３５に示されるように、本実施形態のね
じり揺動体は、可動板２１２と、可動板２１２を揺動可
能に支持するための一対の弾性部材２１４ａ，２１４ｂ
と、弾性部材２１４ａ，２１４ｂを保持する支持体２１
６とを備えている。可動板２１２は、その周縁部を周回
する駆動コイル２２２を備えている。

【００９５】ねじり揺動体２１０は、弾性部材２１４ａ
を通る配線２２８ａ，２２８ｂを備えている。配線２２
８ａは、一端が支持体上の電極パッド２２６ａに接続さ
れ、他端が駆動コイル２２２の電極パッド２２４ａに接
続されている。配線２２８ｂは、一端が支持体上の電極
パッド２２６ｂに接続され、他端に電極パッド２３０を
有している。電極パッド２３０は、絶縁層を介して駆動
コイル２２２の上を横切って延びる飛び越し配線２３２
を介して、駆動コイル２２２の内側の電極パッド２２４
ｂに接続されている。

【００９６】ねじり揺動体２１０は、一対の歪み検出素
子２７２ａ，２７２ｂを備えている。歪み検出素子２７
２ａ，２７２ｂは、弾性部材２１４ｂに設けられてお
り、より詳しくは、可動板２１２との接続部の付近で、
弾性部材２１４ｂの両側の縁の近くに設けられている。
つまり、歪み検出素子２７２ａ，２７２ｂは、引張応力
のためにVon Mises応力が比較的高い、弾性部材２１４
ｂの表面の幾何学的な隅付近に配置されている。

【００９７】歪み検出素子２７２ａ，２７２ｂは、それ
ぞれ、弾性部材２１４ｂを通る配線２７４ａ，２７４ｂ
を介して、支持体２１６に設けられた電極パッド２７６
ａ，２７６ｂに電気的に接続されている。

【００９８】配線２２８ａ，２２８ｂは、それぞれ、弾
性部材２１４ａの中央部の付近では、弾性部材２１４ａ
の両側の縁の近くを通っており、可動板２１２との接続
部および支持体２１６との接続部の付近では、弾性部材
２１４ａの幅方向の中心の近くを通っている。同様に、
配線２７４ａ，２７４ｂは、それぞれ、弾性部材２１４
ｂの中央部では、弾性部材２１４ｂの両側の縁の近くを
通っており、可動板２１２との接続部および支持体２１
６との接続部の付近では、弾性部材２１４ｂの幅方向の
中心の近くを通っている。

【００９９】前述したように、Von Mises応力分布は、
ねじりバネ１０２の表面の幾何学的な中心付近に最も高
い値を有しており、ねじりバネ１０２の表面の幾何学的
な隅付近に比較的高い値を有している。従って、別の言
い方をすれば、配線２２８ａ，２２８ｂと配線２７４
ａ，２７４ｂは、それぞれ、せん断応力のためにVon Mi
ses応力が最も高い、弾性部材２１４ａと弾性部材２１
４ｂの表面の幾何学的な中心付近を避けるとともに、引
張応力のためにVon Mises応力が比較的高い、弾性部材
２１４ａと弾性部材２１４ｂの表面の幾何学的な隅付近
を避けて延びている。従って、本変形例は、弾性部材２
１４ａ，２１４ｂのねじり運動によって配線２２８ａ，
２２８ｂ，２７４ａ，２７４ｂが断線する心配が更に少
ない。

【０１００】また、配線２２８ａ，２２８ｂと配線２７
４ａ，２７４ｂは、それぞれ、弾性部材２１４ａと弾性
部材２１４ｂに対して、揺動軸に対して対称的に位置し
ている。従って、弾性部材２１４ａと弾性部材２１４ｂ
は、ねじり方向に関して対称性の良いねじり特性を有し
ている。

【０１０１】本実施形態のねじり揺動体は、第一実施形
態のねじり揺動体の製造方法と同様の製造方法によって
製造され、歪み検出素子２７２ａ，２７２ｂを設けると
ともに、これに接続された配線２７４ａ，２７４ｂおよ
び電極パッド２７６ａ，２７６ｂを駆動コイル２２２と
同時に形成する以外は同じであり、その詳しい説明は省
略する。

【０１０２】本実施形態のねじり揺動体は、第一実施形
態のねじり揺動体と同様に、電磁駆動型のアクチュエー
ターに適用される。このアクチュエーターの駆動方法
は、第一実施形態のねじり揺動体を含むアクチュエータ
ーと全く同様であり、その詳しい説明は省略する。

【０１０３】本実施形態のねじり揺動体を含むアクチュ
エーターは、歪み検出素子２７２ａ，２７２ｂにより、
可動板２１２の振動状態をモニターすることができる。
可動板２１２の振動に伴って、弾性部材２１４ａ，２１
４ｂに歪みが発生する。歪み検出素子２７２ａ，２７２
ｂは、弾性部材２１４ｂに発生する歪みに対応する信号
を出力する。歪み検出素子２７２ａ，２７２ｂの出力信
号の極性は、可動板２１２のねじれる方向に依存して決
まり、その大きさは、可動板２１２のねじれの角度に対
応している。

【０１０４】このように、歪み検出素子２７２ａ，２７
２ｂの出力信号は、可動板２１２の振動状態を反映して
おり、従って、この信号に基づいて可動板２１２の振動
状態をモニターすることができる。また、これに基づい
て可動板２１２の振動を制御することもできる。具体的
には、歪み検出素子２７２ａ，２７２ｂの出力信号に基
づいて、環境変化などが原因で起こる共振周波数の変化
や偏向角の変化を自動的に補正する制御を行なうことが
できる。

【０１０５】従来、歪み検出素子を用いた装置におい
て、歪み検出素子を設ける最適な位置の教示はなされて
いない。本実施形態では、歪み検出素子を設ける最適な
位置を教示している。つまり、歪み検出素子２７２ａ，
２７２ｂは、可動板２１２との接続部の付近で、弾性部
材２１４ｂの両側の縁の近くに設けられるとよい。言い
換えれば、弾性部材２１４ｂの表面の幾何学的な隅付近
に設けられるとよい。これは、引張応力のためにVon Mi
ses応力が比較的高い位置である。本実施形態のねじり
揺動体は、歪み検出素子２７２ａ，２７２ｂがVon Mise
s応力が高い位置に設けられているので、可動板２１２
の振動状態を感度良く検出することを可能にする。

【０１０６】このアクチュエーターは、第一実施形態と
同様に、例えば、外部から照射される光ビームを反射す
る反射ミラーを可動板２１２に設けることにより、反射
された光ビームを走査する光スキャナーとして使用でき
る。また、偏向角を検出できる特長を生かして、角速度
や角加速度などを検出するセンサーとしても使用するこ
とも可能である。

【０１０７】また、本実施形態のねじり揺動体は、半導
体製造技術を利用して一体に形成されるため、その後の
組立作業は不要であり、超小型に安価に大量生産するこ
とができると共に、寸法精度が非常に高く、従って特性
のばらつきがきわめて少ない。

【０１０８】本実施形態の各構成は、上述した構成に限
定されるものではなく、様々に変形や変更されてもよ
い。

【０１０９】例えば、駆動コイル２２２は、第一実施形
態と同様に、アルミのスパッタ成膜とエッチング加工に
より形成されるが、めっきにより形成されてもよい。特
に、めっきにより駆動コイル２２２のアスペクト比を高
めることは、コイルの抵抗値の増大を防止して電源電圧
や消費電力の増大を抑えるという利点の他に、駆動コイ
ル２２２の占有幅を縮小できるという利点を有してい
る。これは、駆動コイル２２２を可動板２１２の更に周
縁部の近くに配置して、より大きい駆動力を得ることを
可能にする。

【０１１０】また、駆動方法は、その共振周波数に等し
い交流電流による往復駆動に限定されるものではなく、
例えば可変の周波数による駆動や、直流電流による駆動
で静的な位置決めを行なってもよい。

【０１１１】歪み検出素子２７２ａ，２７２ｂと配線２
７４ａ，２７４ｂは、弾性部材２１４ａに設けられても
よい。つまり、歪み検出素子２７２ａ，２７２ｂは、可
動板２１２との接続部の付近で、弾性部材２１４ａの両
側の縁の近く、すなわち、引張応力のためにVon Mises
応力が比較的高い、弾性部材２１４ｂの表面の幾何学的
な隅付近に配置されるとともに、歪み検出素子２７２
ａ，２７２ｂに接続された配線２７４ａ，２７４ｂは、
配線２２８ａ，２２８ｂの外側において弾性部材２１４
ａを通り、電極パッド２２６ａ，２２６ｂの近くにおい
て支持体２１６に設けられた電極パッド２７６ａ，２７
６ｂに電気的に接続されてもよい。

【０１１２】この場合、配線２２８ａ，２７２ａと配線
２２８ｂ，２７２ｂが、Von Mises応力が最も高い、弾
性部材２１４ａの表面の幾何学的な中心付近を避けて延
びるため、弾性部材２１４ａのねじり運動によって配線
２２８ａ，２２８ｂ，２７２ａ，２７２ｂが断線する心
配が少ない。なお、外側の配線２７４ａ，２７４ｂと内
側の配線２２８ａ，２２８ｂに作用する応力が異なるた
め、信頼性の確保の上で注意が必要である。

【０１１３】また、配線２２８ａ，２７２ａと配線２２
８ｂ，２７２ｂは、揺動軸に対して対称的に位置するた
め、弾性部材２１４ａは、ねじり方向に関して対称性の
良いねじり特性を有している。さらに、四つの電極パッ
ド２２６ａ，２２６ｂ，２７２ａ，２７２ｂが近くに位
置するため、外部への配線接続の作業を容易に行なえ
る。

【０１１４】さらに、左右の弾性部材２１４ａ，２１４
ｂのねじり特性の対称性を向上させるために、反対側の
弾性部材２１４ｂには、配線２２８ａ，２２８ｂ，２７
２ａ，２７２ｂにそれぞれ対応する四本のダミー配線を
設けるとより好ましい。

【０１１５】この更なる変形例として、弾性部材２１４
ｂが省かれて、可動板２１２が弾性部材２１４ａのみに
よって片持ちで支持されてもよい。

【０１１６】以上に述べた本実施形態および各変形例は
いずれも、１自由度を持つねじり揺動体を例示している
が、本実施形態は、ジンバル構造のような２自由度を持
つねじり揺動体に適応されてもよい。また、静電駆動型
のアクチュエータに用いられるねじり揺動体に適用され
てもよい。

【０１１７】これまで、いくつかの実施の形態について
図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

【０１１８】従って、本発明のねじり揺動体について、
以下のことが言える。

【０１１９】１. 可動板、ねじりバネ、支持体を有し、
前記ねじりバネが略直線形状、略長方形断面を有しかつ
その表面近傍に導線を有するねじり揺動体において、前
記導線が前記ねじりバネ表面において、ねじり変形時に
発生する応力が小さい部分を選択的に通過するように形
成されていることを特徴とするねじり揺動体。

【０１２０】(対応する発明の実施の形態) この発明に
関する実施の形態は、すべての実施の形態が対応する。

【０１２１】(作用効果) 可動板、ねじりバネ、支持体
からなるねじり揺動体は、設計、製作上の容易さから、
ねじりバネが略直線形状、略長方形断面を有することが
多い。また、電磁、静電などの駆動方式で駆動される場
合には、可動板と支持体間の電気的接続などのために、
ねじりバネを配線が経由することが通例であるが、これ
も製作上の容易さからねじりバネの表面近傍に配置され
る。このような構成のねじり揺動体において、ねじりバ
ネ上の配線が、ねじりバネ表面において応力が小さい部
分を選択的に通過するように形成されていることによっ
て、繰り返し運動の際に配線に作用する応力を低減し、
耐久性を向上させることが可能である。

【０１２２】２. 第１項のねじり揺動体において、導線
がねじりバネ表面の幾何学的な中心付近を避けるように
配置されていることを特徴とするねじり揺動体。

【０１２３】(対応する発明の実施の形態) この発明に
関する実施の形態は、すべての実施の形態が対応する。

【０１２４】(作用効果) 略直線形状、略長方形断面を
有するねじりバネにおいては、その表面に発生するねじ
り変形時の応力状態を見ると、幾何学的な中心付近にお
いてVon Mises応力が最大となり、この部分が最も破断
可能性が大きいと言える。したがって、ねじりバネ表面
近傍に配置された配線が、ねじりバネ表面の幾何学的な
中心付近を避けるように配置されていることによって、
応力が高い部分を避けることが可能であり、配線の耐久
性を向上させることが可能である。

【０１２５】３. 第２項のねじり揺動体において、ねじ
りバネと可動板および支持体との接続部付近において
は、導線がねじりバネの揺動軸付近を通過するように形
成されていることを特徴とするねじり揺動体。

【０１２６】(対応する発明の実施の形態)この発明に関
する実施の形態は、すべての実施の形態が対応する。

【０１２７】(作用効果) 略直線形状、略長方形断面を
有するねじりバネにおいては、その表面の幾何学的な中
心部付近の他に、通常、幾何学的な隅付近(表面形状が
長方形の場合にはその四つの角部)に応力が大きい領域
がある。したがって、ねじりバネ表面近傍に配置された
配線が、ねじりバネと可動板の接続部付近およびねじり
バネと支持体の接続部付近では、ねじりバネの揺動軸に
直交する幅方向において中心の近くを通過するように形
成されていることによって、応力が高い部分を避けるこ
とが可能であり、配線の耐久性を向上させることが可能
である。

【０１２８】４. 第２項のねじり揺動体において、一つ
のねじりバネに複数の導線が配置され、かつ前記複数の
導線がねじりバネの揺動軸に対して略対称に配置されて
いることを特徴とするねじり揺動体。

【０１２９】(対応する発明の実施の形態) この発明に
関する実施の形態は、すべての実施の形態が対応する。

【０１３０】(作用効果) 複数の配線が、ねじりバネの
揺動軸に対して略対称に配置されていることによって、
ねじりの方向によらずバネのねじり剛性をほぼ同じにす
ることが可能である。

【０１３１】５. 第１項のねじり揺動体において、ねじ
りバネの表面近傍にさらに歪み検出素子を有し、前記歪
み検出素子はねじりバネ表面において応力が大きい部分
に配置されていることを特徴とするねじり揺動体。

【０１３２】(対応する発明の実施の形態) この発明に
関する実施の形態は、第三の実施の形態が対応する。

【０１３３】(作用効果) 従来はひずみ検出による揺動
角検出が、必ずしも感度良く行われていなかったのに対
し、本クレームによれば歪み検出素子はねじりバネ表面
において応力が大きい部分に配置されていることによっ
て、検出感度を向上させることが可能である。

【０１３４】６. 第５項のねじり揺動体において、歪み
検出素子はねじりバネと可動板および/または支持体と
の接続部付近において、ねじりバネの幅方向に関する両
側の縁の近くに配置されていることを特徴とするねじり
揺動体。

【０１３５】(対応する発明の実施の形態) この発明に
関する実施の形態は、第三の実施の形態が対応する。

【０１３６】(作用効果) 歪み検出素子はねじりバネと
可動板および/または支持体との接続部付近において、
ねじりバネの縁の近くに配置されていることによって、
検出感度を向上させることが可能であるとともに、ねじ
り方向を検出することが可能である。

【０１３７】

【発明の効果】 【図面の簡単な説明】

【図１】ねじり変形時にねじりバネに発生する応力分布
を解析するために想定するねじりバネ構造のモデルの斜
視図である。

【図２】図１のII−II線に沿うねじりバネの断面図であ
る。

【図３】サンブナンのねじり理論から導出されるねじり
関数を長方形の断面形状のねじりバネに適用して解いた
せん断応力τｙｚｙｘの分布を示している。

【図４】サンブナンのねじり理論から導出されるねじり
関数を長方形の断面形状のねじりバネに適用して解いた
せん断応力τｙｘの分布を示している。

【図５】図３と図４に関する解析と同じ条件のねじり変
形に対して、有限要素法を用いたシミュレーションによ
り得た垂直応力σｘの分布を等高線表示で示している。

【図６】図３と図４に関する解析と同じ条件のねじり変
形に対して、有限要素法を用いたシミュレーションによ
り得た垂直応力σｙの分布を等高線表示で示している。

【図７】図３と図４に関する解析と同じ条件のねじり変
形に対して、有限要素法を用いたシミュレーションによ
り得たせん断応力τｙｘの分布を等高線表示で示してい
る。

【図８】図５に示される応力σｘの、ねじりバネの長手
方向中央部を通るパス１に沿う分布を示している。

【図９】図６に示される応力σｙの、ねじりバネの長手
方向中央部を通るパス１に沿う分布を示している。

【図１０】図７に示される応力τｙｘの、ねじりバネの
長手方向中央部を通るパス１に沿う分布を示している。

【図１１】図５に示される応力σｘの、ねじりバネの端
部近くを通るパス２に沿う分布を示している。

【図１２】図６に示される応力σｙの、ねじりバネの端
部近くを通るパス２に沿う分布を示している。

【図１３】図７に示される応力τｙｘの、ねじりバネの
端部近くを通るパス２に沿う分布を示している。

【図１４】有限要素法を用いたシミュレーションにより
得た、ねじり変形によりねじりバネの上面付近に発生す
るVon Mises応力分布を等高線表示で示している。

【図１５】図１４に示されるVon Mises応力分布の、ね
じりバネの長手方向中央部を通るパス１に沿う分布を示
している。

【図１６】図１４に示されるVon Mises応力分布の、ね
じりバネの端部近くを通るパス２に沿う分布を示してい
る。

【図１７】第一実施形態によるねじり揺動体の斜視図で
ある。

【図１８】図１７に示されるねじり揺動体のXVIII−XVI
II線に沿う断面図である。

【図１９】図１７に示されるねじり揺動体のXIX−XIX線
に沿う断面図である。

【図２０】可動板と弾性部材を拡大して示す図１７のね
じり揺動体の部分平面図である。

【図２１】第一実施形態に係るねじり揺動体の製造工程
の最初の工程を、図１７のXVIII'−XVIII線に沿う断面
で示している。

【図２２】第一実施形態に係るねじり揺動体の製造工程
の図２１の工程に続く工程を、図１７のXVIII'−XVIII
線に沿う断面で示している。

【図２３】第一実施形態に係るねじり揺動体の製造工程
の図２２の工程に続く工程を、図１７のXVIII'−XVIII
線に沿う断面で示している。

【図２４】第一実施形態に係るねじり揺動体の製造工程
の図２３の工程に続く工程を、図１７のXVIII'−XVIII
線に沿う断面で示している。

【図２５】第一実施形態に係るねじり揺動体の製造工程
の図２４の工程に続く工程を、図１７のXVIII'−XVIII
線に沿う断面で示している。

【図２６】第一実施形態に係るねじり揺動体の製造工程
の図２５の工程に続く最後の工程を、図１７のXVIII'−
XVIII線に沿う断面で示している。

【図２７】第一実施形態のねじり揺動体の第一の変形例
のねじり揺動体の部分平面図である。

【図２８】第一実施形態のねじり揺動体の第二の変形例
のねじり揺動体の部分平面図である。

【図２９】第一実施形態のねじり揺動体の第三の変形例
のねじり揺動体の部分平面図である。

【図３０】第一実施形態のねじり揺動体の第四の変形例
のねじり揺動体を含む静電駆動型のアクチュエーターの
斜視図である。

【図３１】図３０に示される第一実施形態のねじり揺動
体の第四の変形例のねじり揺動体の拡大部分平面図であ
る。

【図３２】本発明の第二実施形態のねじり揺動体の部分
平面図である。

【図３３】第二実施形態のねじり揺動体の第一の変形例
のねじり揺動体の部分平面図である。

【図３４】第二実施形態のねじり揺動体の第二の変形例
のねじり揺動体の部分平面図である。

【図３５】本発明の第三実施形態のねじり揺動体の部分
平面図である。

【図３６】従来のねじり揺動体を用いた電磁駆動型のア
クチュエータの平面図である。

【図３７】図３６に示されるアクチュエーターのXXXVII
−XXXVII線に沿う断面図である。

【符号の説明】

本発明によれば、弾性部材を通る配線がねじり変形の際
に発生する応力が小さい部分を延びているので、弾性部
材のねじり運動による配線の断線の心配が少ない、信頼
性と耐久性に優れるねじり揺動体が提供される。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動板と、可動板を揺動可能に支持する
   弾性部材と、弾性部材を保持する支持体と、弾性部材を
   通る配線とを備えているねじり揺動体であり、弾性部材
   はほぼ直方体形状を有しており、配線は、弾性部材の表
   面の近くに配置されており、弾性部材のねじり変形の際
   に発生する応力が小さい部分を通っている、ねじり揺動
   体。
2. 【請求項２】 請求項１において、配線は、弾性部材の
   表面の幾何学的な中心付近を避けて延びている、ねじり
   揺動体。
3. 【請求項３】 請求項２において、配線は、さらに、弾
   性部材の表面の幾何学的な隅付近を避けて延びている、
   ねじり揺動体。