JP2003153519A - プレーナ型電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気信号を用いることにより、磁界発生手段
に挟まれた半導体基板の可動部を自在に揺動し得るプレ
ーナ型電磁アクチュエータにおいて、上記可動部に設け
られた駆動コイルに与える磁界を確保し、装置全体の部
品点数を減らす。 【解決手段】 下部基部材１１上に、駆動コイル４を備
えた可動部３が揺動可能に形成された半導体基板５と、
それを挟んで対向配置され上記駆動コイル４に磁界Ｈを
与える磁界発生手段６ａ，６ｂと、その周囲に配置され
た磁路形成手段７とを備えてなるプレーナ型電磁アクチ
ュエータにおいて、上記下部基部材１１の表面に半導体
基板５を直接載置し、上記駆動コイル４を含む面に、上
記磁界発生手段６ａ，６ｂの中心面を一致又は接近させ
て配置した。これにより、上記駆動コイル４に与える磁
界Ｈを確保し、また装置全体の部品点数を減らして製造
工程の効率化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気信号を用いる
ことにより、磁界発生手段に挟まれた半導体基板の可動
部を自在に揺動し得るプレーナ型電磁アクチュエータに
関し、特に、上記半導体基板の可動部に設けられた駆動
コイルに与える磁界を確保すると共に、装置全体の部品
点数を減らして製造工程の効率化を図ることができるプ
レーナ型電磁アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造技術を利用して形成可
能な超小型のプレーナ型電磁アクチュエータに関する技
術の開発が進められている。従来のこの種のプレーナ型
電磁アクチュエータ１は、例えば図４に示すように、支
持部材２上に、駆動コイル４を備えた可動部３が揺動可
能に形成された半導体基板５と、この半導体基板５を挟
んで対向配置され上記駆動コイル４に磁界Ｈ（図５参
照）を与える磁界発生手段６ａ，６ｂと、この磁界発生
手段６ａ，６ｂの周囲に配置された磁路形成手段７とを
備えてなっていた。

【０００３】そして、このようなプレーナ型電磁アクチ
ュエータ１は、上記半導体基板５の可動部３の周縁部に
設けられた駆動コイル４に電気信号が流れると、図５に
示す磁界発生手段６ａ，６ｂの間に発生する磁界Ｈによ
って上記駆動コイル４にローレンツ力が働くため、上記
駆動コイル４に流れる電流を一定時間ごとに交互に逆向
きに流すことにより、上記可動部３が矢印Ｃに示すよう
に揺動するようになっていた。

【０００４】ここで、図５に示すように、左側の磁界発
生手段６ａのＮ極から出て右側の磁界発生手段６ｂのＳ
極に入る磁力線は、該磁界発生手段６ａ，６ｂの中心面
８の付近では該中心面８に沿って形成され、また上記中
心面８から上下方向に離れるほど外側にふくらんで形成
されている。そのため、上記磁界発生手段６ａ，６ｂの
中心面８の付近が最も磁束密度が高く、磁界Ｈの強さが
最大となっている。したがって、上記半導体基板５は、
上記支持部材２の上方にて、半導体基板５の駆動コイル
４を含む面と、上記磁界発生手段６ａ，６ｂの中心面８
とが合致するように配置されていた。すなわち、上記支
持部材２の表面には、例えば図５に示すような台座部
９，９が設けられ、この台座部９，９上に半導体基板５
が載置されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のプレーナ型電磁アクチュエータ１においては、上記
支持部材２の表面に、上記半導体基板５の高さを調節す
るための台座部９を設けていたので、上記磁界発生手段
６ａ，６ｂによって上記半導体基板５の駆動コイル４に
対して効率的な磁界Ｈを与えるためには、上記台座部
９，９の高さ精度を向上し、さらに該台座部９，９上に
半導体基板５を載置するときの取り付け精度を高めなけ
ればならなかった。そのため、装置全体の製造工程に手
間がかかるという問題点があった。また、上記台座部９
自体は、上記半導体基板５の可動部３が揺動する動作に
直接寄与するものでなかった。

【０００６】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、上記半導体基板の可動部に設けられた駆動コイル
に与える磁界を確保すると共に、装置全体の部品点数を
減らして製造工程の効率化を図ることができるプレーナ
型電磁アクチュエータを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータは、支
持部材上に、駆動コイルを備えた可動部が揺動可能に形
成された半導体基板と、この半導体基板を挟んで対向配
置され上記駆動コイルに磁界を与える磁界発生手段と、
この磁界発生手段の周囲に配置された磁路形成手段とを
備えてなるプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、上
記支持部材の表面に上記半導体基板を直接載置し、この
半導体基板の駆動コイルを含む面に、上記磁界発生手段
の中心面を一致又は接近させるように該磁界発生手段を
配置したものである。

【０００８】このような構成により、上記支持部材の表
面に半導体基板を直接載置し、この半導体基板の駆動コ
イルを含む面に、上記磁界発生手段の中心面を一致又は
接近させるように該磁界発生手段を配置したことによっ
て、上記半導体基板の可動部に設けられた駆動コイルに
与える磁界が確保され、また上記半導体基板を載置する
ための特別な部材が省略化される。

【０００９】また、上記磁界発生手段は、上記支持部材
の磁界発生手段に対応する位置にあけられた貫通孔に一
部を挿入して保持されている。これにより、上記支持部
材にあけられた貫通孔によって、上記磁界発生手段の一
部が挿入され所定の高さに保持される。

【００１０】また、上記磁路形成手段は、上記支持部材
の磁路形成手段に対応する位置にあけられた貫通孔に一
部を挿入して保持されている。これにより、上記支持部
材にあけられた貫通孔によって、上記磁路形成手段の一
部が挿入され所定の高さに保持される。

【００１１】さらに、上記支持部材は、非磁性材料から
なるものである。これにより、上記非磁性材料からなる
支持部材が上記磁界発生手段と磁気結合せず、磁路を形
成しないようにする。

【００１２】また、上記支持部材は、その表面に直接載
置される半導体基板の可動部に相当する位置に、該可動
部の大きさよりも広い面積の凹部を備えてもよい。これ
により、上記可動部の大きさよりも広い面積の凹部によ
って、上記半導体基板の可動部が揺動する空間が確保さ
れる。

【００１３】さらにまた、上記支持部材は、その表面に
直接載置される半導体基板の可動部に相当する位置に、
該可動部の大きさよりも広い開口部を備えてもよい。こ
れにより、上記可動部の大きさよりも広い開口部によっ
て、上記半導体基板の可動部が揺動する空間が確保され
る。

【００１４】そして、上記磁路形成手段は、上記支持部
材の表面側にて磁界発生手段の周りを取り囲む部材と、
該支持部材の裏面側にて磁界発生手段の周りを取り囲む
部材とからなるものでもよい。これにより、上記支持部
材の表面側の磁路形成手段及び裏面側の磁路形成手段に
よって、上記磁界発生手段の周りが取り囲まれて固定さ
れ、磁界が周囲に漏れるのが低減される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるプ
レーナ型電磁アクチュエータの実施形態を示す斜視図で
ある。このプレーナ型電磁アクチュエータ１０は、半導
体製造技術を利用して形成された可動部３を電気信号を
用いて自在に揺動制御する装置で、支持部材１１上に、
半導体基板５と、磁界発生手段６ａ，６ｂと、磁路形成
手段７とを備えてなる。

【００１６】上記支持部材１１は、上記プレーナ型電磁
アクチュエータ１０の基礎となる部材で、後述の磁路形
成手段７の外形よりも大きく形成されている。上記支持
部材１１上には、半導体基板５が配置されている。この
半導体基板５は、半導体製造技術を利用して可動部３を
形成するもので、シリコン層を含んでなる。ここで、上
記半導体基板５は、一軸方向に揺動可能な可動部３が形
成されたものとして説明する。

【００１７】すなわち、上記半導体基板５には、平板状
の可動部３と、該可動部３を揺動可能に軸支するトーシ
ョンバー１２，１２とが、例えば異方エッチング法によ
り一体的に形成されている。ここで、上記可動部３及び
トーションバー１２は、上記半導体基板５自体の厚さに
比べて薄く形成されており、上記支持部材１１上に設置
される半導体基板５の可動部３が所定の角度だけ回転で
きるようになっている。そして、上記可動部３の周縁部
には、図１に示すように、駆動コイル４が設けられてい
る。なお、上記駆動コイル４は、例えば電鋳コイル法を
施して形成することができる。

【００１８】また、図１に示すように、上記半導体基板
５の例えば左右両端には、該半導体基板５を挟んで一対
の磁界発生手段６ａ，６ｂが対向配置されている。この
磁界発生手段６ａ，６ｂは、上記半導体基板５の可動部
３に設けられた駆動コイル４に磁界Ｈを与えるもので、
例えば永久磁石から成り、例えば左側の磁界発生手段６
ａのＮ極と右側の磁界発生手段６ｂのＳ極とを互いに対
向させて配置されている。

【００１９】また、図１に示すように、上記磁界発生手
段６ａ，６ｂの周囲には、磁路形成手段７が配置されて
いる。この磁路形成手段７は、上記磁界発生手段６ａ，
６ｂ間に発生する磁界が周囲に漏れるのを低減するもの
で、枠状の形状を有し、例えば鉄などの磁性材料からな
る。

【００２０】ここで、本発明においては、図２に示すよ
うに、上記支持部材１１の表面の略中央部には、上記半
導体基板５が直接載置されており、この半導体基板５の
駆動コイル４を含む面に、上記磁界発生手段６ａ，６ｂ
の中心面８を一致又は接近させるように該磁界発生手段
６ａ，６ｂが配置されている。このとき、上記支持部材
１１には、上記磁界発生手段６ａ，６ｂに対応する位置
に、図２に示すように、該磁界発生手段６ａ，６ｂが貫
通する大きさの一対の貫通孔１３，１３があけられてい
る。そして、上記磁界発生手段６ａ，６ｂは、その一部
を上記貫通孔１３，１３に挿入して保持され、その中心
面８に上記半導体基板５の駆動コイル４を含む面が一致
又は接近するように配置されている。これにより、上述
の支持部材１１の表面に直接載置された半導体基板５の
駆動コイル４に対して、上記磁界発生手段６ａ，６ｂに
よって最大又はそれに近似する強さの磁界Ｈを与えるこ
とができ、上記プレーナ型電磁アクチュエータ１０を効
率的に作動することができる。また、上記支持部材１１
の表面に半導体基板５が直接配置されているので、従来
のように半導体基板５の高さを調節するための台座部９
（図５参照）を設けなくてもよく、装置全体の部品点数
を減らして製造工程の効率化を図ることができる。

【００２１】さらに、上記支持部材１１上の磁路形成手
段７に対応する位置には、図２に示すように、磁路形成
手段７が貫通する大きさの貫通孔１４があけられてい
る。そして、上記磁路形成手段７は、その一部を上記貫
通孔１４に挿入して保持され、上記磁界発生手段６ａ，
６ｂと同様に、その中心面８が上記支持部材１１の表面
付近に形成されるように配置されている。これにより、
上記磁路形成手段７によって、上記左側の磁界発生手段
６ａのＳ極から出た磁力線（図示省略）が右側の磁界発
生手段６ｂのＮ極に入る経路が形成され、上記磁界発生
手段６ａ，６ｂの間に発生する磁界Ｈが周囲に漏れるの
を低減することができ、該磁界Ｈの強さを向上すること
ができる。したがって、上記磁界発生手段６ａ，６ｂ
が、上記半導体基板５の可動部３に設けられた駆動コイ
ル４に与える磁界Ｈの強さをより向上することができ
る。

【００２２】そして、上記支持部材１１は、非磁性材料
からなる。これにより、上記非磁性材料からなる支持部
材が上記磁界発生手段と磁気結合せず、磁路を形成しな
いようにすることができる。したがって、図２に示す半
導体基板５の駆動コイル４に与える磁界Ｈの強さが影響
を受けないようにできる。

【００２３】また、図示省略したが、上記支持部材１１
には、その表面に直接載置される半導体基板５の可動部
３に相当する位置に、該可動部３の大きさよりも広い面
積の凹部を備えてもよい。これにより、上記可動部３の
大きさよりも広い面積の凹部によって、上記半導体基板
５の可動部３が揺動する空間を確保することができる。
したがって、例えば上記半導体基板５の可動部３が大き
く揺動しても、その動作が上記支持部材１１によって妨
げられない。

【００２４】図３は本発明によるプレーナ型電磁アクチ
ュエータの第２の実施形態を示す図１のＡ−Ａ線断面図
である。この実施形態によるプレーナ型電磁アクチュエ
ータ１０の支持部材１５においては、該支持部材１５に
直接載置された半導体基板５の可動部３に相当する位置
に、該可動部３の大きさよりも広い開口部１６が設けら
れている。これにより、上記開口部１６によって、上記
半導体基板５の可動部３が揺動する空間を確保すること
ができる。この場合は、例えば上記半導体基板５の可動
部３が、図３に示す矢印Ｄのように大きく揺動しても、
その動作が上記支持部材１５によって妨げられない。ま
た、例えば図３に示すように、上記可動部３の下面に全
反射ミラー１７を形成し、該全反射ミラー１７にレーザ
ー光１８を照射することにより、上記プレーナ型電磁ア
クチュエータ１０をガルバノミラーとして適用すること
ができる。

【００２５】また、図３に示す支持部材１５は、図２に
示す支持部材１１に設けられた貫通孔１４を設けずに、
上記支持部材１５の上面側及び下面側にそれぞれ磁路形
成手段７ａ，７ｂを備えるようにしてもよい。この場
合、上記磁路形成手段７ａ，７ｂは、上記支持部材１５
の表面及び裏面にて上記磁界発生手段６ａ，６ｂの周り
を取り囲む複数個の部材、例えば、上記支持部材１５の
表面にて上記磁界発生手段６ａ，６ｂの周りを取り囲む
枠状の磁性材料７ａと、上記支持部材１５の裏面にて上
記磁界発生手段６ａ，６ｂの周りを取り囲む枠状の磁性
材料７ｂとから構成される。これにより、上記上下２個
の磁路形成手段７ａ，７ｂによって、上記磁界発生手段
６ａ，６ｂが取り囲まれて固定され、磁界Ｈが周囲に漏
れるのを低減することができる。この場合は、上記半導
体基板５の駆動コイル４に与える磁界Ｈの強さを向上す
ることができる。

【００２６】なお、上述の説明において、上記半導体基
板５は、一軸方向に揺動可能な可動部３が形成されたも
のとして説明したが、これに限られず、例えば直交する
二軸方向に揺動可能な可動部が形成されたもの（図示省
略）でもよい。また、上記磁界発生手段６ａ，６ｂは、
図１に示すように、上記半導体基板５を挟んで対向配置
されたものとして説明したが、上記半導体基板５の構成
にあわせて配置すればよい。例えば、半導体基板に形成
された直交する二軸方向に揺動可能な可動部の一の対角
線方向にて、上記磁界発生手段６ａ，６ｂを対向配置し
てもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
請求項１に係る発明によれば、支持部材の表面に、可動
部が揺動可能に形成された半導体基板を直接載置し、こ
の半導体基板の可動部に設けられた駆動コイルを含む面
に、上記半導体基板を挟んで対向配置された磁界発生手
段の中心面を一致又は接近させるように該磁界発生手段
を配置したことによって、上記駆動コイルに与える磁界
を確保することができると共に、上記半導体基板を載置
するための特別な部材を省略化することができる。した
がって、上記プレーナ型電磁アクチュエータを効率的に
作動することができ、また装置全体の部品点数を減らし
て製造工程の効率化を図ることができる。

【００２８】また、請求項２に係る発明によれば、上記
磁界発生手段は、上記支持部材の磁界発生手段に対応す
る位置にあけられた貫通孔に一部を挿入して保持されて
いることにより、上記支持部材にあけられた貫通孔によ
って、上記磁界発生手段の一部が挿入され所定の高さに
保持することができる。したがって、上記支持部材の表
面に直接載置された半導体基板の可動部に設けられた駆
動コイルに与える磁界を確保することができるため、上
記プレーナ型電磁アクチュエータを効率的に作動するこ
とができる。

【００２９】さらに、請求項３に係る発明によれば、上
記磁路形成手段は、上記支持部材の磁路形成手段に対応
する位置にあけられた貫通孔に一部を挿入して保持され
ていることにより、上記支持部材にあけられた貫通孔に
よって、上記磁路形成手段の一部が挿入され所定の高さ
に保持することができる。したがって、上記磁界発生手
段の周囲に磁界が漏れるのを低減することができ、上記
磁界発生手段の間に発生する磁界の強さを向上すること
ができる。

【００３０】そして、請求項４に係る発明によれば、上
記支持部材１１は、非磁性材料からなるものであること
により、上記非磁性材料からなる支持部材が上記磁界発
生手段と磁気結合せず、磁路を形成しないようにするこ
とができる。したがって、半導体基板の駆動コイルに与
える磁界の強さが影響を受けないようにできる。

【００３１】さらにまた、請求項５に係る発明によれ
ば、上記支持部材は、その表面に直接載置される半導体
基板の可動部に相当する位置に、該可動部の大きさより
も広い面積の凹部を備えたことにより、上記可動部の大
きさよりも広い面積の凹部によって、上記半導体基板の
可動部が揺動する空間を確保することができる。したが
って、上記半導体基板の可動部が大きく揺動しても、そ
の動作が上記支持部材によって妨げられない。

【００３２】さらにまた、請求項６に係る発明によれ
ば、上記支持部材は、その表面に直接載置される半導体
基板の可動部に相当する位置に、該可動部の大きさより
も広い開口部を備えたことにより、上記可動部の大きさ
よりも広い開口部によって、上記半導体基板の可動部が
揺動する空間を確保することができる。したがって、上
記可動部が大きく揺動しても、その動作が上記支持部材
によって妨げられない。

【００３３】そして、請求項７に係る発明によれば、上
記磁路形成手段は、上記支持部材の表面側にて磁界発生
手段の周りを取り囲む部材と、該支持部材の裏面側にて
磁界発生手段の周りを取り囲む部材とからなるものであ
ることにより、上記支持部材の表面及び裏面に設けられ
る磁路形成手段によって、上記磁界発生手段の周りを取
り囲んで固定することができ、磁界が周囲に漏れるのを
低減することができる。したがって、上記磁界発生手段
の間に発生する磁界の強さを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータ
の実施形態を示す斜視図である。

【図２】 上記プレーナ型電磁アクチュエータの動作を
説明するＡ−Ａ線断面図図である。

【図３】 上記プレーナ型電磁アクチュエータの第２の
実施形態を示すＡ−Ａ線断面図図である。

【図４】 従来のプレーナ型電磁アクチュエータを説明
する斜視図である。

【図５】 上記プレーナ型電磁アクチュエータの動作を
説明するＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

３…可動部 ４…駆動コイル ５…半導体基板 ６ａ，６ｂ…磁界発生手段 ７…磁路形成手段 １０…プレーナ型電磁アクチュエータ １１，１５…支持部材 １３，１４…貫通孔 １６…開口部 Ｈ…磁界

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持部材上に、駆動コイルを備えた可動部
   が揺動可能に形成された半導体基板と、この半導体基板
   を挟んで対向配置され上記駆動コイルに磁界を与える磁
   界発生手段と、この磁界発生手段の周囲に配置された磁
   路形成手段とを備えてなるプレーナ型電磁アクチュエー
   タにおいて、 上記支持部材の表面に上記半導体基板を直接載置し、こ
   の半導体基板の駆動コイルを含む面に、上記磁界発生手
   段の中心面を一致又は接近させるように該磁界発生手段
   を配置したことを特徴とするプレーナ型電磁アクチュエ
   ータ。
2. 【請求項２】上記磁界発生手段は、上記支持部材の磁界
   発生手段に対応する位置にあけられた貫通孔に一部を挿
   入して保持されたことを特徴とする請求項１記載のプレ
   ーナ型電磁アクチュエータ。
3. 【請求項３】上記磁路形成手段は、上記支持部材の磁路
   形成手段に対応する位置にあけられた貫通孔に一部を挿
   入して保持されたことを特徴とする請求項１記載のプレ
   ーナ型電磁アクチュエータ。
4. 【請求項４】上記支持部材は、非磁性材料から成ること
   を特徴とした請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレ
   ーナ型電磁アクチュエータ。
5. 【請求項５】上記支持部材は、その表面に直接載置され
   る半導体基板の可動部に相当する位置に、該可動部の大
   きさよりも広い面積の凹部を備えたことを特徴とする請
   求項１〜４のいずれか１項に記載のプレーナ型電磁アク
   チュエータ。
6. 【請求項６】上記支持部材は、その表面に直接載置され
   る半導体基板の可動部に相当する位置に、該可動部の大
   きさよりも広い開口部を備えたことを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか１項に記載のプレーナ型電磁アクチュ
   エータ。
7. 【請求項７】上記磁路形成手段は、上記支持部材の表面
   側にて磁界発生手段の周りを取り囲む部材と、該支持部
   材の裏面側にて磁界発生手段の周りを取り囲む部材とか
   らなることを特徴とする請求項１記載のプレーナ型電磁
   アクチュエータ。