JP2003211395A - 薄膜多自由度アクチュエータ - Google Patents
薄膜多自由度アクチュエータInfo
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Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い生産性と高い再現性とを有し、形態安定
性に優れた薄膜金属ガラスを用いた薄膜構造体からなる
多自由度の薄膜アクチュエータを提供する。 【解決手段】 薄膜金属ガラスと、当該薄膜金属ガラス
を駆動させる二つ以上のアクチュエータとを備えた片持
ちはり状の薄膜構造体であって、薄膜金属ガラスは、曲
部又は捻り部を有し、アクチュエータは少なくとも一部
の前記曲部又は捻り部を挟むように配置されている。
性に優れた薄膜金属ガラスを用いた薄膜構造体からなる
多自由度の薄膜アクチュエータを提供する。 【解決手段】 薄膜金属ガラスと、当該薄膜金属ガラス
を駆動させる二つ以上のアクチュエータとを備えた片持
ちはり状の薄膜構造体であって、薄膜金属ガラスは、曲
部又は捻り部を有し、アクチュエータは少なくとも一部
の前記曲部又は捻り部を挟むように配置されている。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、薄膜状のアクチュ
エータ及びその製造方法に関し、特に、多自由度の駆動
方向を有する薄膜アクチュエータに関する。
エータ及びその製造方法に関し、特に、多自由度の駆動
方向を有する薄膜アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】片持はり状の薄膜構造体に、圧電体や形
状記憶合金、熱膨張等の駆動原理により、アクチュエー
タ機能を付与した薄膜状のアクチュエータ（本発明で
は、薄膜アクチュエータとする）は、様々な原理、形状
のものが存在する。しかし、いずれも基本的には平面的
な構造のために、一つの薄膜構造体で二自由度以上の自
由度を有する薄膜アクチュエータは実現困難であった。
状記憶合金、熱膨張等の駆動原理により、アクチュエー
タ機能を付与した薄膜状のアクチュエータ（本発明で
は、薄膜アクチュエータとする）は、様々な原理、形状
のものが存在する。しかし、いずれも基本的には平面的
な構造のために、一つの薄膜構造体で二自由度以上の自
由度を有する薄膜アクチュエータは実現困難であった。
【０００３】特開平５−２４４７８２号には、圧電バイ
モルフを積層重合形成するマイクロアクチュエータであ
って、捻り動作のような多自由度の動きが可能となるも
のが提案されている。
モルフを積層重合形成するマイクロアクチュエータであ
って、捻り動作のような多自由度の動きが可能となるも
のが提案されている。
【０００４】しかながら、これは屈曲の態様が複雑であ
り、電極層等の影響により動作が困難となる場合が考え
られ、それぞれの態様に応じた電極層等の配置を考慮す
る必要があると考えられる。
り、電極層等の影響により動作が困難となる場合が考え
られ、それぞれの態様に応じた電極層等の配置を考慮す
る必要があると考えられる。
【０００５】さらに、主に高分子材料を用いているの
で、柔軟性は有るものの、電極層等の意図しない変形に
よって容易に変形することが考えられるので、形態安定
性に乏しいものであるといえる。したがって、形態安定
性を有し、多自由度の動きが可能な薄膜アクチュエータ
が待望された。
で、柔軟性は有るものの、電極層等の意図しない変形に
よって容易に変形することが考えられるので、形態安定
性に乏しいものであるといえる。したがって、形態安定
性を有し、多自由度の動きが可能な薄膜アクチュエータ
が待望された。
【０００６】ところで、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mech
anical Systems）材料である薄膜金属ガラスは、アモル
ファス合金の一種であり、結晶構造に起因する欠陥が本
質的に存在せず、等方且つ均質な材料である。そのた
め、材料強度の寸法依存性や、ばらつきが小さいことが
予想され、微細構造に適した材料であるといえる。
anical Systems）材料である薄膜金属ガラスは、アモル
ファス合金の一種であり、結晶構造に起因する欠陥が本
質的に存在せず、等方且つ均質な材料である。そのた
め、材料強度の寸法依存性や、ばらつきが小さいことが
予想され、微細構造に適した材料であるといえる。
【０００７】特許第３０９９０６６号には、過冷却液体
域におけるガラス転移現象を利用し薄膜構造体の製造方
法が提案されているが、この方法によって、高い生産性
と高い再現性を有し、成形後の形状安定性に優れた薄膜
構造体を提供することができる。
域におけるガラス転移現象を利用し薄膜構造体の製造方
法が提案されているが、この方法によって、高い生産性
と高い再現性を有し、成形後の形状安定性に優れた薄膜
構造体を提供することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許第
３０９９０６６号で提案されている方法では直角曲げや
捻り等の局所的な変形は困難であり、薄膜多自由度アク
チュエータを形成するための加工方法としては問題があ
った。
３０９９０６６号で提案されている方法では直角曲げや
捻り等の局所的な変形は困難であり、薄膜多自由度アク
チュエータを形成するための加工方法としては問題があ
った。
【０００９】又、上述した特開平５−２４４７８２号に
提案されるような主に高分子材料を用いたものである場
合には、形成後の形態安定性に問題が有り、薄膜金属ガ
ラスを用いた薄膜構造体からなる薄膜多自由度アクチュ
エータはなかった。
提案されるような主に高分子材料を用いたものである場
合には、形成後の形態安定性に問題が有り、薄膜金属ガ
ラスを用いた薄膜構造体からなる薄膜多自由度アクチュ
エータはなかった。
【００１０】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、高い生産性と高い再現性とを有
し、形態安定性に優れた薄膜構造体からなる多自由度の
薄膜アクチュエータ及びその製造方法を提供することを
目的とする。
なされたものであり、高い生産性と高い再現性とを有
し、形態安定性に優れた薄膜構造体からなる多自由度の
薄膜アクチュエータ及びその製造方法を提供することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の問
題を解決すべく研究を重ねた。その結果、ＭＥＭＳプロ
セスで製作した薄膜金属ガラスを、ＹＡＧレーザを用い
て局所的に過冷却液体域まで加熱して軟化させ、局所的
に屈曲したマイクロビームを形成する方法を見出した。
一般に、微小な薄膜構造体を局所加熱することは困難と
されているが、レーザ等による出力の調整、加熱範囲を
絞ること、微細構造の全体が加熱されないように放熱す
ること等を考慮に入れた方法を実現することによって局
所的な屈曲が可能となった。さらに、上記のようにして
薄膜金属ガラスを局所的に屈曲することが可能であるこ
とを利用し、薄膜金属ガラスの少なくとも一部に曲部又
は捻り部を設け、その曲部又は捻り部を挟む位置にアク
チュエータ機能を具備させることによって、多自由度の
駆動方向を有する薄膜アクチュエータが実現した。
題を解決すべく研究を重ねた。その結果、ＭＥＭＳプロ
セスで製作した薄膜金属ガラスを、ＹＡＧレーザを用い
て局所的に過冷却液体域まで加熱して軟化させ、局所的
に屈曲したマイクロビームを形成する方法を見出した。
一般に、微小な薄膜構造体を局所加熱することは困難と
されているが、レーザ等による出力の調整、加熱範囲を
絞ること、微細構造の全体が加熱されないように放熱す
ること等を考慮に入れた方法を実現することによって局
所的な屈曲が可能となった。さらに、上記のようにして
薄膜金属ガラスを局所的に屈曲することが可能であるこ
とを利用し、薄膜金属ガラスの少なくとも一部に曲部又
は捻り部を設け、その曲部又は捻り部を挟む位置にアク
チュエータ機能を具備させることによって、多自由度の
駆動方向を有する薄膜アクチュエータが実現した。
【００１２】本発明は、物の発明にあっては、薄膜金属
ガラスと、薄膜金属ガラスを駆動させる二つ以上のアク
チュエータとを備えた片持ちはり状の薄膜構造体であっ
て、薄膜金属ガラスは、曲部又は捻り部を有し、アクチ
ュエータは少なくとも一部の曲部又は捻り部を挟むよう
に配置した薄膜多自由度アクチュエータである。
ガラスと、薄膜金属ガラスを駆動させる二つ以上のアク
チュエータとを備えた片持ちはり状の薄膜構造体であっ
て、薄膜金属ガラスは、曲部又は捻り部を有し、アクチ
ュエータは少なくとも一部の曲部又は捻り部を挟むよう
に配置した薄膜多自由度アクチュエータである。
【００１３】特に、薄膜金属ガラスには、過冷却液体域
を有するアモルファス薄膜、過冷却液体域を有するアモ
ルファス合金薄膜を用いることができる。
を有するアモルファス薄膜、過冷却液体域を有するアモ
ルファス合金薄膜を用いることができる。
【００１４】さらにアクチュエータは、熱膨張体、圧電
体、形状記憶合金からなるグループから選択されるアク
チュエータを例としてあげることができる。
体、形状記憶合金からなるグループから選択されるアク
チュエータを例としてあげることができる。
【００１５】本発明の薄膜多自由度アクチュエータは、
圧電薄膜、電極の組を二つ以上備え、過冷却液体域を有
する薄膜金属ガラスを備えた片持ちはり状の薄膜構造体
であって、金属ガラスは、曲部又は捻り部を有し、圧電
薄膜は少なくとも一部の曲部又は捻り部を挟むように配
置され、電極と金属ガラスとの間に組となる圧電薄膜が
配置された薄膜多自由度アクチュエータによっても実現
される。このように、電極と金属ガラスとの間に組とな
る圧電薄膜が配置することで、電極と金属ガラスとの間
に電位差により、組となる圧電薄膜に電圧を印加して薄
膜構造体を駆動させることができる。
圧電薄膜、電極の組を二つ以上備え、過冷却液体域を有
する薄膜金属ガラスを備えた片持ちはり状の薄膜構造体
であって、金属ガラスは、曲部又は捻り部を有し、圧電
薄膜は少なくとも一部の曲部又は捻り部を挟むように配
置され、電極と金属ガラスとの間に組となる圧電薄膜が
配置された薄膜多自由度アクチュエータによっても実現
される。このように、電極と金属ガラスとの間に組とな
る圧電薄膜が配置することで、電極と金属ガラスとの間
に電位差により、組となる圧電薄膜に電圧を印加して薄
膜構造体を駆動させることができる。
【００１６】この金属ガラスについても、アモルファス
薄膜又はアモルファス合金薄膜を用いることができる。
薄膜又はアモルファス合金薄膜を用いることができる。
【００１７】一方、方法の発明にあっては、基板上に、
過冷却液体域を有する非晶質材料からなる薄膜金属ガラ
ス層、及び薄膜金属ガラスを駆動させる二つ以上のアク
チュエータを含むアクチュエータ層を積層して薄膜構造
体を形成する薄膜構造体形成工程と、当該二つ以上のア
クチュエータから選択される二つのアクチュエータの間
の部位において当該薄膜金属ガラスをレーザで局所的に
過冷却領域まで加熱する加熱工程と、当該加熱した部位
を冶具によって曲げる曲げ工程とを含む薄膜多自由度ア
クチュエータの製造方法である。
過冷却液体域を有する非晶質材料からなる薄膜金属ガラ
ス層、及び薄膜金属ガラスを駆動させる二つ以上のアク
チュエータを含むアクチュエータ層を積層して薄膜構造
体を形成する薄膜構造体形成工程と、当該二つ以上のア
クチュエータから選択される二つのアクチュエータの間
の部位において当該薄膜金属ガラスをレーザで局所的に
過冷却領域まで加熱する加熱工程と、当該加熱した部位
を冶具によって曲げる曲げ工程とを含む薄膜多自由度ア
クチュエータの製造方法である。
【００１８】当該加熱工程は、冶具を薄膜構造体に接触
させた状態で薄膜構造体の部位を局所的に過冷却領域ま
で加熱する工程とすることによって、冶具による放熱効
率の向上を行うことができ、さらに薄膜構造体の自重に
よる変形等を避けることができる。
させた状態で薄膜構造体の部位を局所的に過冷却領域ま
で加熱する工程とすることによって、冶具による放熱効
率の向上を行うことができ、さらに薄膜構造体の自重に
よる変形等を避けることができる。
【００１９】又、本発明の薄膜多自由度アクチュエータ
の製造方法は、基板上に、過冷却液体域を有する非晶質
材料からなる薄膜金属ガラス、及び薄膜金属ガラスを駆
動させる二つ以上のアクチュエータを含むアクチュエー
タ層を積層して薄膜構造体を形成する薄膜構造体形成工
程と、当該二つ以上のアクチュエータから選択される二
つのアクチュエータの間の部位において金属ガラスをレ
ーザで局所的に過冷却領域まで加熱する加熱工程と、加
熱した部位を冶具によって捻る捻り工程とを含む薄膜多
自由度アクチュエータの製造方法によっても実現され
る。
の製造方法は、基板上に、過冷却液体域を有する非晶質
材料からなる薄膜金属ガラス、及び薄膜金属ガラスを駆
動させる二つ以上のアクチュエータを含むアクチュエー
タ層を積層して薄膜構造体を形成する薄膜構造体形成工
程と、当該二つ以上のアクチュエータから選択される二
つのアクチュエータの間の部位において金属ガラスをレ
ーザで局所的に過冷却領域まで加熱する加熱工程と、加
熱した部位を冶具によって捻る捻り工程とを含む薄膜多
自由度アクチュエータの製造方法によっても実現され
る。
【００２０】この場合における冶具はグラブ状とするこ
とができ、加熱工程及び捻り工程は当該グラブ内に薄膜
構造体を挟持した状態で行う工程とすることによって、
冶具による放熱効率の向上を行うことができ、さらに薄
膜構造体の自重による変形等を避けることができる。
とができ、加熱工程及び捻り工程は当該グラブ内に薄膜
構造体を挟持した状態で行う工程とすることによって、
冶具による放熱効率の向上を行うことができ、さらに薄
膜構造体の自重による変形等を避けることができる。
【００２１】さらに、本発明の薄膜多自由度アクチュエ
ータの製造方法は、基板上に、過冷却液体域を有する非
晶質材料からなる薄膜金属ガラス、及び薄膜金属ガラス
を駆動させる二つ以上のアクチュエータを含むアクチュ
エータ層を積層して薄膜構造体を形成する薄膜構造体形
成工程と、当該二つ以上のアクチュエータから選択され
る二つのアクチュエータの間の部位において金属ガラス
をレーザで局所的に過冷却領域まで加熱する第一の加熱
工程と、加熱した部位を冶具によって４５度捻る第一の
捻り工程と、部位を前記第一の加熱工程におけるレーザ
出力より高出力で加熱する第二の加熱工程と、加熱した
部位を冶具によって４５度捻る第二の捻り工程とを含む
薄膜多自由度アクチュエータの製造方法によっても実現
される。
ータの製造方法は、基板上に、過冷却液体域を有する非
晶質材料からなる薄膜金属ガラス、及び薄膜金属ガラス
を駆動させる二つ以上のアクチュエータを含むアクチュ
エータ層を積層して薄膜構造体を形成する薄膜構造体形
成工程と、当該二つ以上のアクチュエータから選択され
る二つのアクチュエータの間の部位において金属ガラス
をレーザで局所的に過冷却領域まで加熱する第一の加熱
工程と、加熱した部位を冶具によって４５度捻る第一の
捻り工程と、部位を前記第一の加熱工程におけるレーザ
出力より高出力で加熱する第二の加熱工程と、加熱した
部位を冶具によって４５度捻る第二の捻り工程とを含む
薄膜多自由度アクチュエータの製造方法によっても実現
される。
【００２２】この場合においても冶具はグラブ状とする
ことができ、第一の加熱工程、第二の加熱工程、第一の
捻り工程、及び第二の捻り工程はグラブ内に薄膜構造体
を挟持した状態で行う工程とすることで、冶具による放
熱効率の向上を図ることができ、さらに薄膜構造体の自
重による変形等を避けることができる。
ことができ、第一の加熱工程、第二の加熱工程、第一の
捻り工程、及び第二の捻り工程はグラブ内に薄膜構造体
を挟持した状態で行う工程とすることで、冶具による放
熱効率の向上を図ることができ、さらに薄膜構造体の自
重による変形等を避けることができる。
【００２３】本発明の薄膜多自由度アクチュエータの製
造方法においては、アクチュエータを圧電薄膜とするこ
とができる。
造方法においては、アクチュエータを圧電薄膜とするこ
とができる。
【００２４】さらには、本発明の薄膜多自由度アクチュ
エータの製造方法における加熱工程において、レーザ照
射時間、レーザ出力を決定する方法については、薄膜構
造体形成工程によって形成された薄膜構造体に種々のレ
ーザ照射時間、レーザ出力で照射した場合における曲げ
又は捻りの戻りを調べる工程と、薄膜構造体が結晶化し
ないレーザ出力をＸ線回折によって調べる工程とによっ
て加熱工程におけるレーザ照射時間、レーザ出力を決定
することができる。
エータの製造方法における加熱工程において、レーザ照
射時間、レーザ出力を決定する方法については、薄膜構
造体形成工程によって形成された薄膜構造体に種々のレ
ーザ照射時間、レーザ出力で照射した場合における曲げ
又は捻りの戻りを調べる工程と、薄膜構造体が結晶化し
ないレーザ出力をＸ線回折によって調べる工程とによっ
て加熱工程におけるレーザ照射時間、レーザ出力を決定
することができる。
【００２５】尚、本発明における「過冷却液体域」と
は、ガラス転移温度（Ｔｇ）から結晶化開始温度（Ｔ
ｘ）までの温度領域（ΔＴｘ）をいう。
は、ガラス転移温度（Ｔｇ）から結晶化開始温度（Ｔ
ｘ）までの温度領域（ΔＴｘ）をいう。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の発明の実施の形態
を詳細に説明する。本発明の薄膜構造体は、過冷却液体
域を有する非晶質材料からなる薄膜金属ガラスと、アク
チュエータとを有する。本発明の目的を達成するもので
あれば、非晶質材料の種類は限定されない。酸化物ガラ
ス（ＳｉＯ２、パイレツクスガラス等）、カルコゲナイ
ト半導体（Ａｓ−Ｓ、Ｓｉ−Ａｓ−Ｔｅ等）、及び一部
の非晶質合金（Ｚｒ−Ｃｕ−ＡｌやＰｄ−Ｃｕ−Ｓｉ
等）の金属ガラスを例示することができる。
を詳細に説明する。本発明の薄膜構造体は、過冷却液体
域を有する非晶質材料からなる薄膜金属ガラスと、アク
チュエータとを有する。本発明の目的を達成するもので
あれば、非晶質材料の種類は限定されない。酸化物ガラ
ス（ＳｉＯ２、パイレツクスガラス等）、カルコゲナイ
ト半導体（Ａｓ−Ｓ、Ｓｉ−Ａｓ−Ｔｅ等）、及び一部
の非晶質合金（Ｚｒ−Ｃｕ−ＡｌやＰｄ−Ｃｕ−Ｓｉ
等）の金属ガラスを例示することができる。
【００２７】しかしながら、過冷却液体域のガラス転移
温度が２００〜６００℃の温度範囲内にある非晶質材料
を使用することが好ましく、さらには２５０〜４００℃
の温度範囲内にある非晶質材料を使用することが好まし
い。非晶質材料がこのような比較的低いガラス転移温度
を有することによって基板等の材料の選択の余地が広が
る。さらに、過冷却温度域の温度範囲は２０℃以上であ
ることが望ましい。このように広い過冷却温度域を有す
ることによって、加熱時の温度変化による影響を低減す
ることができる。このような非晶質材料として、Ｚｒ
６６Ｃｕ３３Ａｌ １、Ｚｒ７６Ｃｕ１９Ａｌ６、Ｐｄ
７６Ｃｕ７Ｓｉ１７及び酸化ボロンを例示することがで
きる。
温度が２００〜６００℃の温度範囲内にある非晶質材料
を使用することが好ましく、さらには２５０〜４００℃
の温度範囲内にある非晶質材料を使用することが好まし
い。非晶質材料がこのような比較的低いガラス転移温度
を有することによって基板等の材料の選択の余地が広が
る。さらに、過冷却温度域の温度範囲は２０℃以上であ
ることが望ましい。このように広い過冷却温度域を有す
ることによって、加熱時の温度変化による影響を低減す
ることができる。このような非晶質材料として、Ｚｒ
６６Ｃｕ３３Ａｌ １、Ｚｒ７６Ｃｕ１９Ａｌ６、Ｐｄ
７６Ｃｕ７Ｓｉ１７及び酸化ボロンを例示することがで
きる。
【００２８】アクチュエータは、熱膨張、圧電体、形状
記憶合金等を用いることができ、さらには、水圧体、空
圧体等を用いてもよい。
記憶合金等を用いることができ、さらには、水圧体、空
圧体等を用いてもよい。
【００２９】アクチュエータとして電極と圧電体の組を
用いる場合には、薄膜構造体はさらに絶縁体の薄膜を設
けることができる。尚、本発明においては、圧電体は薄
膜状の圧電薄膜であることが好ましい。電極と金属ガラ
スとの間に圧電薄膜を設け、電極と金属ガラスとの間に
電位差を生じさせて圧電薄膜に電圧を印加し、薄膜構造
体を駆動させることができる。電極は、組となる圧電薄
膜と電気的に接しており、他の電極や金属ガラスとの間
には絶縁体が設けられる。さらに、圧電薄膜は、金属ガ
ラスと、組となる電極と接しており、圧電薄膜どうしが
接しないように圧電薄膜と圧電薄膜との間には、絶縁体
が設けられる。
用いる場合には、薄膜構造体はさらに絶縁体の薄膜を設
けることができる。尚、本発明においては、圧電体は薄
膜状の圧電薄膜であることが好ましい。電極と金属ガラ
スとの間に圧電薄膜を設け、電極と金属ガラスとの間に
電位差を生じさせて圧電薄膜に電圧を印加し、薄膜構造
体を駆動させることができる。電極は、組となる圧電薄
膜と電気的に接しており、他の電極や金属ガラスとの間
には絶縁体が設けられる。さらに、圧電薄膜は、金属ガ
ラスと、組となる電極と接しており、圧電薄膜どうしが
接しないように圧電薄膜と圧電薄膜との間には、絶縁体
が設けられる。
【００３０】上述の薄膜構造体はスパッタリング、蒸着
法等の物理蒸着法や、ＣＤＶ法等の化学蒸着法等の公知
の方法を用いることで形成することができ、容易且つ高
い再現性で行うことができる。例えば特許第３１２５０
４８号に記載の方法を用いることによって片持ちはり状
の薄膜構造体を容易に形成することができる。したがっ
て、本発明の多自由度薄膜アクチュエータの製造方法に
おける薄膜構造体形成工程には従来技術を適用すること
ができる。又、基板には単結晶シリコン、酸化膜又は窒
化膜のついた単結晶シリコン、パイレックスガラス、及
びステンレス板等を用いることができる。
法等の物理蒸着法や、ＣＤＶ法等の化学蒸着法等の公知
の方法を用いることで形成することができ、容易且つ高
い再現性で行うことができる。例えば特許第３１２５０
４８号に記載の方法を用いることによって片持ちはり状
の薄膜構造体を容易に形成することができる。したがっ
て、本発明の多自由度薄膜アクチュエータの製造方法に
おける薄膜構造体形成工程には従来技術を適用すること
ができる。又、基板には単結晶シリコン、酸化膜又は窒
化膜のついた単結晶シリコン、パイレックスガラス、及
びステンレス板等を用いることができる。
【００３１】本発明の薄膜アクチュエータは、上述のよ
うな薄膜構造体に曲げ又は捻りを設けることによって形
成される。曲げ又は捻りは、レーザ等で局所的に加熱
し、冶具で曲げ又は捻ることによってなされる。加熱時
間が長いほど、冶具による押込み又は捻り量が大きいほ
ど薄膜構造体の変形が大きくなることから、一定の曲げ
を与えて、レーザの照射時間、出力を変化させて曲げが
戻らないレーザ出力範囲を見出し、さらにＸ線回折で結
晶化しないレーザ出力を決定することができる。具体例
については後述する。
うな薄膜構造体に曲げ又は捻りを設けることによって形
成される。曲げ又は捻りは、レーザ等で局所的に加熱
し、冶具で曲げ又は捻ることによってなされる。加熱時
間が長いほど、冶具による押込み又は捻り量が大きいほ
ど薄膜構造体の変形が大きくなることから、一定の曲げ
を与えて、レーザの照射時間、出力を変化させて曲げが
戻らないレーザ出力範囲を見出し、さらにＸ線回折で結
晶化しないレーザ出力を決定することができる。具体例
については後述する。
【００３２】厚さ数ミクロン、長さ数百ミクロンの微細
構造体は、簡単に全体が加熱されてしまうため、薄膜構
造体全体が加熱されないように、レーザを小さく絞り、
さらに基板及び冶具は放熱手段として利用されるが、こ
の他に、Ｈｅ等の熱伝導性のよい不活性ガスを加熱時に
薄膜構造体周囲に満たすことにより、放熱効率を上げる
ことができる。
構造体は、簡単に全体が加熱されてしまうため、薄膜構
造体全体が加熱されないように、レーザを小さく絞り、
さらに基板及び冶具は放熱手段として利用されるが、こ
の他に、Ｈｅ等の熱伝導性のよい不活性ガスを加熱時に
薄膜構造体周囲に満たすことにより、放熱効率を上げる
ことができる。
【００３３】
【実施例】実施例１
図１（ａ）は、本発明の薄膜多自由度アクチュエータに
ついての第一の実施例の側断面図を示したものである。
曲部１’を持つ薄膜構造体１は、厚さ５μｍのｐｄ基薄
膜金属ガラス（Ｐｄ７６Ｃｕ７Ｓｉ１７、添字は原子
％）を有する。この薄膜構造体１の基板２側には、厚さ
１μｍの圧電薄膜３ａ、３ｂ（ＰＺＴ）と絶縁膜４（Ｓ
ｉＯ２）及び電極５ａ、５ｂ（Ｔｉ）が形成されてい
る。曲部１’は、以下のような手順で製作される。
ついての第一の実施例の側断面図を示したものである。
曲部１’を持つ薄膜構造体１は、厚さ５μｍのｐｄ基薄
膜金属ガラス（Ｐｄ７６Ｃｕ７Ｓｉ１７、添字は原子
％）を有する。この薄膜構造体１の基板２側には、厚さ
１μｍの圧電薄膜３ａ、３ｂ（ＰＺＴ）と絶縁膜４（Ｓ
ｉＯ２）及び電極５ａ、５ｂ（Ｔｉ）が形成されてい
る。曲部１’は、以下のような手順で製作される。
【００３４】まず、基板２上に上記構造を二次元的に公
知のＭＥＭＳプロセス（例えば特許第３１２５０４８
号）にて製作した後、レーザ又は赤外線を用いて局部的
に加熱し、薄膜構造体１を形成するＰｄ基薄膜金属ガラ
スを、その過冷却液体域、すなわちガラス転移点（６３
７Ｋ）以上、結晶化開始温度（６６９Ｋ）以下に加熱
し、局部的に軟化させる。この状態で、マイクロマニピ
ュレータ等により薄膜構造体１を所定の角度を有するよ
うに局所的に変形させ、冷却することで曲部１’を形成
する。尚、局所的な変形方法については後述する。
知のＭＥＭＳプロセス（例えば特許第３１２５０４８
号）にて製作した後、レーザ又は赤外線を用いて局部的
に加熱し、薄膜構造体１を形成するＰｄ基薄膜金属ガラ
スを、その過冷却液体域、すなわちガラス転移点（６３
７Ｋ）以上、結晶化開始温度（６６９Ｋ）以下に加熱
し、局部的に軟化させる。この状態で、マイクロマニピ
ュレータ等により薄膜構造体１を所定の角度を有するよ
うに局所的に変形させ、冷却することで曲部１’を形成
する。尚、局所的な変形方法については後述する。
【００３５】図１（ｂ）は図１（ａ）に示される第一の
実施例を下方からみた図であって、図１（ｃ）は図１
（ａ）に示される第一の実施例を右方からみた図であ
る。絶縁膜４は電極５ａ、５ｂとが互いに接することが
ないように、さらに、金属薄膜ガラスと電極５ａ、５ｂ
と互いに接触することがないように配置されている。
又、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示されるように電極
（５ａ、５ｂ）はそれぞれ組となる圧電薄膜（３ａ、３
ｂ）に電圧を印加できるように電極と金属薄膜ガラスと
の間に圧電薄膜が配置されている。尚、図１（ｂ）にお
ける圧電薄膜３ａ、図１（ｃ）における圧電薄膜３ｂ
（斜線部）は外部からは見えないが、説明のために配置
が点線で示されている。
実施例を下方からみた図であって、図１（ｃ）は図１
（ａ）に示される第一の実施例を右方からみた図であ
る。絶縁膜４は電極５ａ、５ｂとが互いに接することが
ないように、さらに、金属薄膜ガラスと電極５ａ、５ｂ
と互いに接触することがないように配置されている。
又、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示されるように電極
（５ａ、５ｂ）はそれぞれ組となる圧電薄膜（３ａ、３
ｂ）に電圧を印加できるように電極と金属薄膜ガラスと
の間に圧電薄膜が配置されている。尚、図１（ｂ）にお
ける圧電薄膜３ａ、図１（ｃ）における圧電薄膜３ｂ
（斜線部）は外部からは見えないが、説明のために配置
が点線で示されている。
【００３６】図１（ａ）〜図１（ｃ）に示されるような
形状をもつ第一の実施例の駆動状態を図２に示す。薄膜
金属ガラスからなる薄膜構造体１を一方の電極とし、電
極５ａを用いて圧電薄膜３ａに電圧を印加すると、圧電
薄膜３ａが収縮又は伸長し、薄膜アクチュエータがＹ−
Ｙ方向に変形する。同様に電極５ｂを用いて圧電薄膜３
ｂに電圧を印加すると、圧電薄膜３ｂが収縮又は伸長
し、薄膜アクチュエータが、Ｘ−Ｘ方向に変形し、二自
由度の薄膜アクチュエータが実現できた。
形状をもつ第一の実施例の駆動状態を図２に示す。薄膜
金属ガラスからなる薄膜構造体１を一方の電極とし、電
極５ａを用いて圧電薄膜３ａに電圧を印加すると、圧電
薄膜３ａが収縮又は伸長し、薄膜アクチュエータがＹ−
Ｙ方向に変形する。同様に電極５ｂを用いて圧電薄膜３
ｂに電圧を印加すると、圧電薄膜３ｂが収縮又は伸長
し、薄膜アクチュエータが、Ｘ−Ｘ方向に変形し、二自
由度の薄膜アクチュエータが実現できた。
【００３７】実施例２
図３（ａ）は本発明の薄膜多自由度アクチュエータにつ
いての第二の実施例の側断面図を示したものである。捻
り部１”を持つ薄膜構造体１は、厚さ５μｍのＺｒ基薄
膜金属ガラス（Ｚｒ７５Ｃｕ１９Ａｌ６、沿字は原子
％）を有する。この薄膜構造体１の一面には、厚さ１μ
ｍの圧電薄膜３ａ、３ｂ（ＰＴＺ）と絶縁膜４（ＳｉＯ
２）及び電極５ａ、５ｂ（Ｔｉ）が形成されている。捻
り部１”は、第一の実施例の曲部１’と同様に、Ｚｒ基
薄膜金属ガラスの過冷却液体域、すなわちガラス転移点
（６４３Ｋ）以上、結晶化開始温度（７１３Ｋ）以下に
加熱し、局部的に軟化させる。この状態でマイクロマニ
ピュレータ等により薄膜構造体１を所定の角度を有する
ように局所的に変形させ、冷却することで捻り部１”を
成形する。尚、局所的な変形方法については後述する。
いての第二の実施例の側断面図を示したものである。捻
り部１”を持つ薄膜構造体１は、厚さ５μｍのＺｒ基薄
膜金属ガラス（Ｚｒ７５Ｃｕ１９Ａｌ６、沿字は原子
％）を有する。この薄膜構造体１の一面には、厚さ１μ
ｍの圧電薄膜３ａ、３ｂ（ＰＴＺ）と絶縁膜４（ＳｉＯ
２）及び電極５ａ、５ｂ（Ｔｉ）が形成されている。捻
り部１”は、第一の実施例の曲部１’と同様に、Ｚｒ基
薄膜金属ガラスの過冷却液体域、すなわちガラス転移点
（６４３Ｋ）以上、結晶化開始温度（７１３Ｋ）以下に
加熱し、局部的に軟化させる。この状態でマイクロマニ
ピュレータ等により薄膜構造体１を所定の角度を有する
ように局所的に変形させ、冷却することで捻り部１”を
成形する。尚、局所的な変形方法については後述する。
【００３８】図３（ｂ）は図３（ａ）に示される第二の
実施例を上方からみた図である。絶縁膜４は電極５ａ、
５ｂが互いに接することがないように、さらに、金属薄
膜ガラスと電極５ａ、５ｂと互いに接触することがない
ように配置されている。又、図３（ｂ）に示されるよう
に電極（５ａ、５ｂ）はそれぞれ組となる圧電薄膜（３
ａ、３ｂ）に電圧を印加できるように電極と金属薄膜ガ
ラスとの間に圧電薄膜が配置されている。
実施例を上方からみた図である。絶縁膜４は電極５ａ、
５ｂが互いに接することがないように、さらに、金属薄
膜ガラスと電極５ａ、５ｂと互いに接触することがない
ように配置されている。又、図３（ｂ）に示されるよう
に電極（５ａ、５ｂ）はそれぞれ組となる圧電薄膜（３
ａ、３ｂ）に電圧を印加できるように電極と金属薄膜ガ
ラスとの間に圧電薄膜が配置されている。
【００３９】尚、図３（ａ）における圧電薄膜３ｂ（斜
線部）、図３（ｂ）における圧電薄膜３ａ（斜線部）は
外部からは見えないが、説明のために配置が点線で示さ
れている。
線部）、図３（ｂ）における圧電薄膜３ａ（斜線部）は
外部からは見えないが、説明のために配置が点線で示さ
れている。
【００４０】第二の実施例における駆動状態を図４
（ａ）及び図４（ｂ）に示す。図４（ａ）は圧電薄膜３
ａによる駆動状態を示し、図４（ｂ）は圧電薄膜３ｂに
よる駆動方向を示している。尚、図４（ａ）における圧
電薄膜３ｂ（斜線部）、図４（ｂ）における圧電薄膜３
ａ（斜線部）は外部からは見えないが、説明のために配
置が点線で示されている。薄膜金属ガラスからなる薄膜
構造体１を一方の電極とし、電極５ａを用いて圧電薄膜
３ａに電圧を印加すると、圧電薄膜３ａが収縮又は伸長
し、薄膜アクチュエータがＡ−Ａ方向に変形する。同様
に電極５ａを用いて圧電薄膜３ｂに電圧を印加すると、
圧電薄膜３ｂが収縮又は伸長し、薄膜アクチュエータが
Ｂ−Ｂ方向に変形し、二自由度の薄膜アクチュエータが
実現できた。
（ａ）及び図４（ｂ）に示す。図４（ａ）は圧電薄膜３
ａによる駆動状態を示し、図４（ｂ）は圧電薄膜３ｂに
よる駆動方向を示している。尚、図４（ａ）における圧
電薄膜３ｂ（斜線部）、図４（ｂ）における圧電薄膜３
ａ（斜線部）は外部からは見えないが、説明のために配
置が点線で示されている。薄膜金属ガラスからなる薄膜
構造体１を一方の電極とし、電極５ａを用いて圧電薄膜
３ａに電圧を印加すると、圧電薄膜３ａが収縮又は伸長
し、薄膜アクチュエータがＡ−Ａ方向に変形する。同様
に電極５ａを用いて圧電薄膜３ｂに電圧を印加すると、
圧電薄膜３ｂが収縮又は伸長し、薄膜アクチュエータが
Ｂ−Ｂ方向に変形し、二自由度の薄膜アクチュエータが
実現できた。
【００４１】又、これらの実施例を並列又は直列に組合
せて、さらなる自由度化や剛性、出力の向上を図れる。
せて、さらなる自由度化や剛性、出力の向上を図れる。
【００４２】ここで、薄膜構造体を局所的に曲げ又は捻
る変形方法について具体的に説明する。
る変形方法について具体的に説明する。
【００４３】先ず、図５及び図６によってレーザ加熱及
び、マイクロフォーミングを行う装置について説明す
る。
び、マイクロフォーミングを行う装置について説明す
る。
【００４４】図５はレーザ加熱及び、マイクロフォーミ
ングを行う装置全体の実施例を示した概略図である。照
射場所を２０〜１００μｍの範囲で調整できるＬＤ励起
ＹＡＧレーザ１０（最大出力３００ｍＷ、波長１，０６
４ｎｍ）から、ビーム拡大器１１、コリメータ１２、シ
ャッタ１３、対物レンズ１４（×１０）を通してマイク
ロフォーミングチャンバ２０中の薄膜構造体に照射され
る。照射場所はガイドレーザ、ＣＣＤ、ライトを用いる
ことで調整することができる。レーザの直径はビーム拡
大器１１の移動によって変化させることができる。
ングを行う装置全体の実施例を示した概略図である。照
射場所を２０〜１００μｍの範囲で調整できるＬＤ励起
ＹＡＧレーザ１０（最大出力３００ｍＷ、波長１，０６
４ｎｍ）から、ビーム拡大器１１、コリメータ１２、シ
ャッタ１３、対物レンズ１４（×１０）を通してマイク
ロフォーミングチャンバ２０中の薄膜構造体に照射され
る。照射場所はガイドレーザ、ＣＣＤ、ライトを用いる
ことで調整することができる。レーザの直径はビーム拡
大器１１の移動によって変化させることができる。
【００４５】図６はマイクロフォーミングチャンバ２０
の実施例を示した断面図である。レーザは窓２１をとお
して薄膜構造体１に照射される。Ｘ−Ｙ載台２２、Ｚ台
２３によって薄膜構造体１は所定の位置に固定され、薄
膜構造体１は、冶具２４によって曲げ又は捻られる。冶
具２４は、回動インデューサ、直線動インデューサによ
って動かすことができる。又、薄膜構造体１の過冷却液
体域での酸化を防ぐために、バキュームポンプでチャン
バ内を５×１０―３Ｐａに減圧することができる。この
他、酸化を防ぎ且つ放熱効率を上げるために、チャンバ
内をＨｅ等の熱伝導性のよい不活性ガスを満たすことも
可能である。
の実施例を示した断面図である。レーザは窓２１をとお
して薄膜構造体１に照射される。Ｘ−Ｙ載台２２、Ｚ台
２３によって薄膜構造体１は所定の位置に固定され、薄
膜構造体１は、冶具２４によって曲げ又は捻られる。冶
具２４は、回動インデューサ、直線動インデューサによ
って動かすことができる。又、薄膜構造体１の過冷却液
体域での酸化を防ぐために、バキュームポンプでチャン
バ内を５×１０―３Ｐａに減圧することができる。この
他、酸化を防ぎ且つ放熱効率を上げるために、チャンバ
内をＨｅ等の熱伝導性のよい不活性ガスを満たすことも
可能である。
【００４６】本発明においては、薄膜構造体１の曲げ又
は捻りが戻らないレーザの照射時間、レーザ出力範囲を
見出し、さらにＸ線回折で結晶化しないレーザ出力を決
定することが望ましく、その決定方法について説明す
る。尚、以下の実施例において用いる薄膜構造体１は、
図７に示されるような寸法のＴＦＭＧマイクロビームで
あるが、本発明における薄膜構造体１についても実質的
に同様の方法を用いることができる。
は捻りが戻らないレーザの照射時間、レーザ出力範囲を
見出し、さらにＸ線回折で結晶化しないレーザ出力を決
定することが望ましく、その決定方法について説明す
る。尚、以下の実施例において用いる薄膜構造体１は、
図７に示されるような寸法のＴＦＭＧマイクロビームで
あるが、本発明における薄膜構造体１についても実質的
に同様の方法を用いることができる。
【００４７】図８は、図５及び図６で説明したシステム
によって薄膜構造体１を押込み、戻りを計測する工程を
示した説明図である。図８（ａ）に示されるように５０
０μｍの片持ちはり状の薄膜構造体１を冶具２４と接触
させる。そして図８（ｂ）にあるようにレーザを照射し
て冶具２４によって曲げる。図８（ｂ）では、基板側か
ら２００μｍの位置にレーザ照射を行ない、５０μｍ押
込んだ状態を示している。図８（ｃ）では冶具２４を戻
した状態を示しており、変形量ａを計測することができ
る。
によって薄膜構造体１を押込み、戻りを計測する工程を
示した説明図である。図８（ａ）に示されるように５０
０μｍの片持ちはり状の薄膜構造体１を冶具２４と接触
させる。そして図８（ｂ）にあるようにレーザを照射し
て冶具２４によって曲げる。図８（ｂ）では、基板側か
ら２００μｍの位置にレーザ照射を行ない、５０μｍ押
込んだ状態を示している。図８（ｃ）では冶具２４を戻
した状態を示しており、変形量ａを計測することができ
る。
【００４８】図９は図８のようにして５０μｍ押込んだ
後の変形量をレーザ出力に対してプロットしたグラフで
ある。○で示されるプロットは、レーザ照射時間６０秒
の場合であり、□で示されるプロットはレーザ照射時間
１０秒の場合である。３９ｍＷ、４１．６ｍＷ、４４．
２ｍＷで薄膜構造体１の戻りが無い。このようにして、
戻りのないレーザ照射時間、レーザ出力を調べることが
できる。さらにこのときのＸ線回折強度のピークから結
晶化しないレーザ出力を調べたのが、図１０にあるグラ
フである。４４．２ｍＷ、４１．６ｍＷの場合は複数の
ピークがあり、結晶化したことがわかり、広いピーク領
域を有する３９．０ｍＷの場合のみが結晶化しないビー
ム出力であることがわかる。このような工程によってＸ
線回折で結晶化しないレーザ出力を決定することができ
る。
後の変形量をレーザ出力に対してプロットしたグラフで
ある。○で示されるプロットは、レーザ照射時間６０秒
の場合であり、□で示されるプロットはレーザ照射時間
１０秒の場合である。３９ｍＷ、４１．６ｍＷ、４４．
２ｍＷで薄膜構造体１の戻りが無い。このようにして、
戻りのないレーザ照射時間、レーザ出力を調べることが
できる。さらにこのときのＸ線回折強度のピークから結
晶化しないレーザ出力を調べたのが、図１０にあるグラ
フである。４４．２ｍＷ、４１．６ｍＷの場合は複数の
ピークがあり、結晶化したことがわかり、広いピーク領
域を有する３９．０ｍＷの場合のみが結晶化しないビー
ム出力であることがわかる。このような工程によってＸ
線回折で結晶化しないレーザ出力を決定することができ
る。
【００４９】加熱工程及び曲げ工程について図１１〜１
４を用いてさらに詳細に説明する。図１１（ａ）にある
ように薄膜構造体１を設置し、図１１（ｂ）にあるよう
に冶具２４を薄膜構造体１の先に接触させ、レーザを照
射して加熱する。この実施例の場合には、３９ｍＷ、直
径６０μｍで基板から２００μｍの場所を照射し、図１
１（ｃ）にあるように冶具２４をｄμｍ押込んだ後、図
１１（ｄ）にあるように冶具２４を戻した後の曲がり角
θを計測した。レーザ照射時間を１０秒（□のプロッ
ト）、３０秒（△のプロット）、６０秒（○のプロッ
ト）のそれぞれについての計測結果を示したのが図１２
のグラフである。図１３は９０度に曲げたときのＸ線回
折強度を調べたグラフであり、このグラフから結晶化し
ていないことがわかる。さらに、図１４は上述のように
して９０度曲げた状態を示した図である。
４を用いてさらに詳細に説明する。図１１（ａ）にある
ように薄膜構造体１を設置し、図１１（ｂ）にあるよう
に冶具２４を薄膜構造体１の先に接触させ、レーザを照
射して加熱する。この実施例の場合には、３９ｍＷ、直
径６０μｍで基板から２００μｍの場所を照射し、図１
１（ｃ）にあるように冶具２４をｄμｍ押込んだ後、図
１１（ｄ）にあるように冶具２４を戻した後の曲がり角
θを計測した。レーザ照射時間を１０秒（□のプロッ
ト）、３０秒（△のプロット）、６０秒（○のプロッ
ト）のそれぞれについての計測結果を示したのが図１２
のグラフである。図１３は９０度に曲げたときのＸ線回
折強度を調べたグラフであり、このグラフから結晶化し
ていないことがわかる。さらに、図１４は上述のように
して９０度曲げた状態を示した図である。
【００５０】次に加熱工程及び捻る工程について図１５
〜１９を用いてさらに詳細に説明する。図１５（ａ）に
あるように薄膜構造体１を設置し、さらに図示されるよ
うな薄膜構造体１を挟むことができるグラブ構造をした
捻り冶具２４’のグラブ中に薄膜構造体１を差込む。つ
いで図１５（ｂ）にあるようにレーザを照射して加熱す
る。本実施例の場合には、３９．０ｍＷ、直径６０μｍ
のレーザで基板から２００μｍの場所を３０秒間照射
（第一の加熱工程）し、図１５（ｃ）にあるように４５
度まで捻る（第一の捻り工程）。９０度まで捻らずに４
５度とすることにより薄膜構造体１の損傷を防ぐことが
できる。そして、図１５（ｄ）にあるようにさらに６０
秒同じ場所をレーザ照射（第二の加熱工程）し、９０度
まで捻る（第二の捻り工程）。ここでレーザを６０秒間
照射したのは、捻りによる照射部の面積減少にともなっ
て加熱に費やされるレーザパワーが低下し、温度が低下
するのを防止する効果があり、さらに、捻りによる弾性
応力を十分に緩和することができる。尚、別の実施例と
して、捻り角に応じてレーザ出力を自動的にコントロー
ルする機構を付加することにより、連続的に捻ることも
可能である。図１５（ｅ）は図１５（ｄ）の薄膜構造体
１を右方からみた図であり、φが、捻り角である。尚、
図１５（ｅ）においては、薄膜構造体１の捻られている
部位については図示されていない。
〜１９を用いてさらに詳細に説明する。図１５（ａ）に
あるように薄膜構造体１を設置し、さらに図示されるよ
うな薄膜構造体１を挟むことができるグラブ構造をした
捻り冶具２４’のグラブ中に薄膜構造体１を差込む。つ
いで図１５（ｂ）にあるようにレーザを照射して加熱す
る。本実施例の場合には、３９．０ｍＷ、直径６０μｍ
のレーザで基板から２００μｍの場所を３０秒間照射
（第一の加熱工程）し、図１５（ｃ）にあるように４５
度まで捻る（第一の捻り工程）。９０度まで捻らずに４
５度とすることにより薄膜構造体１の損傷を防ぐことが
できる。そして、図１５（ｄ）にあるようにさらに６０
秒同じ場所をレーザ照射（第二の加熱工程）し、９０度
まで捻る（第二の捻り工程）。ここでレーザを６０秒間
照射したのは、捻りによる照射部の面積減少にともなっ
て加熱に費やされるレーザパワーが低下し、温度が低下
するのを防止する効果があり、さらに、捻りによる弾性
応力を十分に緩和することができる。尚、別の実施例と
して、捻り角に応じてレーザ出力を自動的にコントロー
ルする機構を付加することにより、連続的に捻ることも
可能である。図１５（ｅ）は図１５（ｄ）の薄膜構造体
１を右方からみた図であり、φが、捻り角である。尚、
図１５（ｅ）においては、薄膜構造体１の捻られている
部位については図示されていない。
【００５１】図１６は図１５に示される方法によって捻
り冶具２４’の回転角を９０度とした場合、第二のレー
ザ照射出力（ｍＷ）に対する捻り角（φ）をプロットし
たグラフであり、９１．０ｍＷ、９３．６ｍＷ、９６．
２ｍＷのレーザ出力で捻り角がほぼ９０度となってい
る。尚、グラフから、９１．０ｍＷの出力が、照射部の
面積減少にともなうレーザパワーの低下の解消や弾性応
力の緩和に十分なレーザ出力であることがわかる。図１
７はそれら第二のレーザ出力が９１．０ｍＷ、９３．６
ｍＷ、９６．２ｍＷのときの薄膜構造体１のＸ線回折強
度を調べたグラフであり、９３．６ｍＷ、９１．０ｍＷ
の場合に結晶化がなく、９６．２ｍＷの場合に結晶化し
ていることがわかる。図１８は上述のようにして９０度
捻った状態を示した図である。
り冶具２４’の回転角を９０度とした場合、第二のレー
ザ照射出力（ｍＷ）に対する捻り角（φ）をプロットし
たグラフであり、９１．０ｍＷ、９３．６ｍＷ、９６．
２ｍＷのレーザ出力で捻り角がほぼ９０度となってい
る。尚、グラフから、９１．０ｍＷの出力が、照射部の
面積減少にともなうレーザパワーの低下の解消や弾性応
力の緩和に十分なレーザ出力であることがわかる。図１
７はそれら第二のレーザ出力が９１．０ｍＷ、９３．６
ｍＷ、９６．２ｍＷのときの薄膜構造体１のＸ線回折強
度を調べたグラフであり、９３．６ｍＷ、９１．０ｍＷ
の場合に結晶化がなく、９６．２ｍＷの場合に結晶化し
ていることがわかる。図１８は上述のようにして９０度
捻った状態を示した図である。
【００５２】
【発明の効果】本発明によって、一つの薄膜構造体で二
自由度以上の自由度を有する薄膜アクチュエータを提供
することができるが、スパッタリング等の公知の技術を
使って薄膜構造体を容易且つ高い再現性で大量生産する
ことができるので高い生産性と高い再現性とをも有する
ものである。又、薄膜金属ガラスを用いたものであるこ
とから、形態安定性に優れた多自由度の薄膜アクチュエ
ータが提供できる。
自由度以上の自由度を有する薄膜アクチュエータを提供
することができるが、スパッタリング等の公知の技術を
使って薄膜構造体を容易且つ高い再現性で大量生産する
ことができるので高い生産性と高い再現性とをも有する
ものである。又、薄膜金属ガラスを用いたものであるこ
とから、形態安定性に優れた多自由度の薄膜アクチュエ
ータが提供できる。
【００５３】さらに、曲げ又は捻りを予め設けられてい
るので、アクチュエータによる屈曲の態様は複雑にしな
くても多自由度の動きをすることができるので、動作の
困難性もない。
るので、アクチュエータによる屈曲の態様は複雑にしな
くても多自由度の動きをすることができるので、動作の
困難性もない。
【００５４】さらに、本発明によって薄膜金属ガラスに
局所的な曲げ又は捻りを任意の角度でつくることができ
るので、曲げ又は捻りを組合せて薄膜構造体を加工する
ことによって、種々の用途にあった薄膜アクチュエータ
を提供することができる。
局所的な曲げ又は捻りを任意の角度でつくることができ
るので、曲げ又は捻りを組合せて薄膜構造体を加工する
ことによって、種々の用途にあった薄膜アクチュエータ
を提供することができる。
【図１】 （ａ）は本発明の第一の実施例の側断面図を
示したものであり、（ｂ）は（ａ）に示される第一の実
施例を下方からみた図であって、（ｃ）は（ａ）に示さ
れる第一の実施例を右方からみた図である。
示したものであり、（ｂ）は（ａ）に示される第一の実
施例を下方からみた図であって、（ｃ）は（ａ）に示さ
れる第一の実施例を右方からみた図である。
【図２】 図１に示される第一の実施例の駆動状態を示
した説明図である。
した説明図である。
【図３】 （ａ）は本発明の第二の実施例を上方からみ
た図であり、（ｂ）は（ａ）に示される第二の実施例を
上方からみた図である。
た図であり、（ｂ）は（ａ）に示される第二の実施例を
上方からみた図である。
【図４】 第二の実施例の駆動状態を示した説明図であ
って（ａ）は圧電薄膜３ａによる駆動方向を示し、
（ｂ）は圧電薄膜３ｂによる駆動方向を示している。
って（ａ）は圧電薄膜３ａによる駆動方向を示し、
（ｂ）は圧電薄膜３ｂによる駆動方向を示している。
【図５】 レーザ加熱及びマイクロフォーミングを行う
装置全体を示した概略図である。
装置全体を示した概略図である。
【図６】 マイクロフォーミングチャンバ２０の実施例
を示した断面図である。
を示した断面図である。
【図７】 ＴＦＭＧマイクロビームの正面図である。
【図８】 薄膜構造体１の戻りを計測する工程を示した
説明図であって、（ａ）は冶具２４を押込み薄膜構造体
１と接触させた状態であって、（ｂ）はレーザを照射し
て冶具２４によって曲げた状態であって、（ｃ）は冶具
２４を戻した状態を示している。
説明図であって、（ａ）は冶具２４を押込み薄膜構造体
１と接触させた状態であって、（ｂ）はレーザを照射し
て冶具２４によって曲げた状態であって、（ｃ）は冶具
２４を戻した状態を示している。
【図９】 図８のようにして５０μｍ押込んだ後の変形
量をレーザ出力に対してプロットしたグラフである。
量をレーザ出力に対してプロットしたグラフである。
【図１０】 戻りのなかった薄膜構造体１についてＸ線
回折強度のピークから結晶化しないレーザ出力を調べた
グラフである。
回折強度のピークから結晶化しないレーザ出力を調べた
グラフである。
【図１１】 加熱工程及び曲げ工程についての説明図で
あって、（ａ）は薄膜構造体１を設置した状態であり、
（ｂ）は冶具２４を薄膜構造体１の先に接触させてレー
ザを照射して加熱した状態であり、（ｃ）は冶具２４を
押込んだ状態であり、（ｄ）は冶具２４を戻した後の曲
がり角を計測した状態を示している。
あって、（ａ）は薄膜構造体１を設置した状態であり、
（ｂ）は冶具２４を薄膜構造体１の先に接触させてレー
ザを照射して加熱した状態であり、（ｃ）は冶具２４を
押込んだ状態であり、（ｄ）は冶具２４を戻した後の曲
がり角を計測した状態を示している。
【図１２】 図１１に示される方法によって冶具２４を
曲げたときの冶具押込み量ｄに対する薄膜構造体１の曲
がり角θをプロットしたグラフである。
曲げたときの冶具押込み量ｄに対する薄膜構造体１の曲
がり角θをプロットしたグラフである。
【図１３】 図１１のようにして９０度に曲げたときの
Ｘ線回折強度を調べたグラフである。
Ｘ線回折強度を調べたグラフである。
【図１４】 図１１のようにして９０度に曲げたときの
薄膜構造体１の状態を示した図である。
薄膜構造体１の状態を示した図である。
【図１５】 加熱工程及び捻る工程についての説明図で
あって、（ａ）は捻り冶具２４’のグラブ中に薄膜構造
体１を差込んだ状態であり、（ｂ）は（ｃ）は第一の加
熱工程及び第一の捻り工程を示しており、（ｄ）は第二
の加熱工程及び第二の捻り工程を示しており、（ｅ）は
（ｄ）の薄膜構造体１を右方からみたものである。
あって、（ａ）は捻り冶具２４’のグラブ中に薄膜構造
体１を差込んだ状態であり、（ｂ）は（ｃ）は第一の加
熱工程及び第一の捻り工程を示しており、（ｄ）は第二
の加熱工程及び第二の捻り工程を示しており、（ｅ）は
（ｄ）の薄膜構造体１を右方からみたものである。
【図１６】 図１５に示される方法によって冶具回転角
を９０度とした場合における、第二の加熱工程でのレー
ザ照射出力（ｍＷ）に対する捻り角（φ）をプロットし
たグラフである。
を９０度とした場合における、第二の加熱工程でのレー
ザ照射出力（ｍＷ）に対する捻り角（φ）をプロットし
たグラフである。
【図１７】 図１５のようにして薄膜構造体１の捻り角
が９０度であった場合におけるＸ線回折強度を調べたグ
ラフである。
が９０度であった場合におけるＸ線回折強度を調べたグ
ラフである。
【図１８】 図１５のようにして９０度捻った状態を示
した図である。
した図である。
１ 薄膜構造体
１’ 曲部
１” 捻り部
２ 基板
３ａ、３ｂ 圧電薄膜
４ 絶縁膜
５ａ、５ｂ 電極
６ 薄膜金属ガラス
１０ ＬＤ励起ＹＡＧレーザ
１１ ビーム拡大器
１２ コリメータ
１３ シャッタ
１４ 対物レンズ
１５ ガイドレーザ
１６ ＣＣＤ
１７ ライト
２０ マイクロフォーミングチャンバ
２１ 窓
２２ Ｘ−Ｙ載台
２３ Ｚ台
２４ 冶具
２４’ 捻り冶具
２５ 回動インデューサ
２６ 直線動インデューサ
Claims (13)
- 【請求項１】 薄膜金属ガラスと、前記薄膜金属ガラス
を駆動させる二つ以上のアクチュエータとを備えた片持
ちはり状の薄膜構造体であって、前記薄膜金属ガラス
は、曲部又は捻り部を有し、前記アクチュエータは少な
くとも一部の前記曲部又は捻り部を挟むように配置され
ていることを特徴とする薄膜多自由度アクチュエータ。 - 【請求項２】 前記薄膜金属ガラスが、過冷却液体域を
有するアモルファス薄膜又は過冷却液体域を有するアモ
ルファス合金薄膜からなる請求項１に記載の薄膜多自由
度アクチュエータ。 - 【請求項３】 前記アクチュエータが、熱膨張体、圧電
体、形状記憶合金からなるグループから選択されるアク
チュエータである請求項１又は請求項２に記載の薄膜多
自由度アクチュエータ。 - 【請求項４】 圧電薄膜、電極の組を二つ以上備え、過
冷却液体域を有する薄膜金属ガラスを備えた片持ちはり
状の薄膜構造体であって、前記金属ガラスは、曲部又は
捻り部を有し、前記圧電薄膜は少なくとも一部の前記曲
部又は捻り部を挟むように配置され、前記電極と前記金
属ガラスとの間に組となる前記圧電薄膜が配置されるこ
とを特徴とする薄膜多自由度アクチュエータ。 - 【請求項５】 前記金属ガラスが、アモルファス薄膜又
はアモルファス合金薄膜である請求項４に記載の薄膜多
自由度アクチュエータ。 - 【請求項６】 基板上に、過冷却液体域を有する非晶質
材料からなる薄膜金属ガラス層、及び前記薄膜金属ガラ
スを駆動させる二つ以上のアクチュエータを含むアクチ
ュエータ層を積層して薄膜構造体を形成する薄膜構造体
形成工程と、前記二つ以上のアクチュエータから選択さ
れる二つのアクチュエータの間の部位において前記金属
ガラスをレーザで局所的に過冷却領域まで加熱する加熱
工程と、当該加熱した部位を冶具によって曲げる曲げ工
程とを含むことを特徴とする薄膜多自由度アクチュエー
タの製造方法。 - 【請求項７】 前記加熱工程が、冶具を前記薄膜構造体
に接触させた状態で前記薄膜構造体の前記部位を局所的
に過冷却領域まで加熱する工程である請求項６に記載の
薄膜多自由度アクチュエータの製造方法。 - 【請求項８】 基板上に、過冷却液体域を有する非晶質
材料からなる薄膜金属ガラス、及び前記薄膜金属ガラス
を駆動させる二つ以上のアクチュエータを含むアクチュ
エータ層を積層して薄膜構造体を形成する薄膜構造体形
成工程と、前記二つ以上のアクチュエータから選択され
る二つのアクチュエータの間の部位において前記金属ガ
ラスをレーザで局所的に過冷却領域まで加熱する加熱工
程と、当該加熱した部位を冶具によって捻る捻り工程と
を含むことを特徴とする薄膜多自由度アクチュエータの
製造方法。 - 【請求項９】 前記冶具はグラブ状であって、前記加熱
工程及び前記捻り工程は当該グラブ内に前記薄膜構造体
を挟持した状態で行う工程である請求項８に記載の薄膜
多自由度アクチュエータの製造方法。 - 【請求項１０】 基板上に、過冷却液体域を有する非晶
質材料からなる薄膜金属ガラス、及び前記薄膜金属ガラ
スを駆動させる二つ以上のアクチュエータを含むアクチ
ュエータ層を積層して薄膜構造体を形成する薄膜構造体
形成工程と、前記二つ以上のアクチュエータから選択さ
れる二つのアクチュエータの間の部位において前記金属
ガラスをレーザで局所的に過冷却領域まで加熱する第一
の加熱工程と、当該加熱した部位を冶具によって４５度
捻る第一の捻り工程と、当該部位を前記第一の加熱工程
におけるレーザ出力より高出力で加熱する第二の加熱工
程と、当該加熱した部位を冶具によって４５度捻る第二
の捻り工程とを含むことを特徴とする薄膜多自由度アク
チュエータの製造方法。 - 【請求項１１】 前記冶具はグラブ状であって、前記第
一の加熱工程、前記第二の加熱工程、前記第一の捻り工
程、及び前記第二の捻り工程は当該グラブ内に前記薄膜
構造体を挟持した状態で行う工程である請求項１０に記
載の薄膜多自由度アクチュエータの製造方法。 - 【請求項１２】 前記アクチュエータが、圧電薄膜であ
る請求項８乃至請求項１１のいずれか１項に記載の薄膜
多自由度アクチュエータの製造方法。 - 【請求項１３】 請求項８乃至請求項１２のいずれか１
項に記載の薄膜多自由度アクチュエータの製造方法にお
ける前記加熱工程でのレーザ照射時間、レーザ出力を決
定する方法であって、前記薄膜構造体形成工程によって
形成された薄膜構造体に種々のレーザ照射時間、レーザ
出力で照射した場合における曲げ又は捻りの戻りを調べ
る工程と、前記薄膜構造体が結晶化しないレーザ出力を
Ｘ線回折によって調べる工程とによってレーザ照射時
間、レーザ出力を決定する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002010414A JP2003211395A (ja) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | 薄膜多自由度アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002010414A JP2003211395A (ja) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | 薄膜多自由度アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003211395A true JP2003211395A (ja) | 2003-07-29 |
Family
ID=27648162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002010414A Pending JP2003211395A (ja) | 2002-01-18 | 2002-01-18 | 薄膜多自由度アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003211395A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006346830A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Toshiba Corp | マイクロメカニカルデバイス、マイクロスイッチ、容量可変キャパシタ、高周波回路及び光学スイッチ |
| KR101332008B1 (ko) * | 2012-07-24 | 2013-11-25 | 광운대학교 산학협력단 | 에너지 하베스터 |
| CN112744777A (zh) * | 2019-10-29 | 2021-05-04 | 无锡微奥科技有限公司 | 一种电热式mems扭转驱动器 |
-
2002
- 2002-01-18 JP JP2002010414A patent/JP2003211395A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006346830A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Toshiba Corp | マイクロメカニカルデバイス、マイクロスイッチ、容量可変キャパシタ、高周波回路及び光学スイッチ |
| JP4580826B2 (ja) * | 2005-06-17 | 2010-11-17 | 株式会社東芝 | マイクロメカニカルデバイス、マイクロスイッチ、容量可変キャパシタ、高周波回路及び光学スイッチ |
| KR101332008B1 (ko) * | 2012-07-24 | 2013-11-25 | 광운대학교 산학협력단 | 에너지 하베스터 |
| CN112744777A (zh) * | 2019-10-29 | 2021-05-04 | 无锡微奥科技有限公司 | 一种电热式mems扭转驱动器 |
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