JP2003299333A - プレーナ型電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トーションバーで可動板を揺動可能に軸支す
る構成のプレーナ型電磁アクチュエータの追従性を向上
させることを目的とする。 【解決手段】 固定部２にトーションバー３，３で可動
板４を軸支し、可動板４に駆動コイル５を設け、固定部
２側に駆動コイル５に静磁界を作用する永久磁石９Ａ，
９Ｂを設け、駆動コイル５に電流を流すことにより電磁
力を発生して可動板４を駆動するプレーナ型電磁アクチ
ュエータにおいて、可動板５に制動コイル６を設け、制
動コイル６に、駆動コイル５とは逆方向の電流を流して
可動板４に対して制動力を発生してダンパー効果を持た
せる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造技術を
応用したマイクロマシニング技術で製造するプレーナ型
電磁アクチュエータに関し、特に、追従性能を向上させ
たプレーナ型電磁アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造技術を応用したマイクロマシ
ニング技術で製造するプレーナ型電磁アクチュエータと
しては、本出願人により先に提案された例えば特許公報
第２７２２３１４号に記載されたものがあり、レーザ光
等を偏向走査する光走査機器等に応用されている。

【０００３】この電磁アクチュエータは、シリコン基板
に可動板とトーションバーとを一体に形成し、シリコン
基板の固定部に可動板をトーションバーで軸支する。更
に、可動板周縁部に駆動コイルを設け、トーションバー
の軸方向と平行な可動板対辺部のコイル部分に静磁界を
作用させる静磁界発生手段（例えば永久磁石）を設けて
構成する。

【０００４】かかる構成の電磁アクチュエータの動作原
理は、静磁界発生手段による静磁界が作用している状態
で駆動コイルに電流を流すと、可動板の両端に、電流・
磁束密度・力のフレミングの左手の法則に従った方向に
電磁力が作用して可動板が回動する。可動板が回動する
とトーションバーが捩じられてばね反力が発生し、電磁
力とばね反力が釣り合う位置まで可動板が回動する。可
動板の回動角は駆動コイルに流れる電流に比例し、電流
を制御することで可動板の回動角を制御できる。駆動コ
イルに交流電流を流せば周波数に応じて可動板を揺動さ
せることができる。従って、この電磁アクチュエータの
可動板に反射ミラーを設ければ、光の偏向走査が可能と
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の電
磁アクチュエータは、可動板やトーションバー等の材
質、形状等で規定される共振周波数を必ず有し、この共
振周波数で駆動すると同一電流値において可動板の振れ
角を最大にできる。しかしながら、この電磁アクチュエ
ータを、例えば光ディスク装置の光ヘッド等に適用しよ
うとすると、共振周波数が存在するために以下のような
問題がある。

【０００６】光ディスク装置では、ディスク上に微小間
隔でスパイラル状に形成した案内溝に光ヘッドから光ビ
ームを照射して情報の再生或いは記録を行うが、ディス
クの偏心や傾き等により案内溝位置はディスクの回転に
伴って正しい位置から微小に変化する。このため、光ヘ
ッドにおけるレーザ発光器からのレーザ光を反射して案
内溝に光ビームを照射する反射ミラーの位置を、トラッ
キングサーボ機構（ビーム法、プッシュプル法、ＤＰＤ
（Differential Phase Detection）法等がある）により
案内溝の微小変化に追従させて制御する。そして、反射
ミラーの駆動用アクチュエータとして上述の電磁アクチ
ュエータを利用することが考えられるが、案内溝の微小
変化が周期的で電磁アクチュエータの共振周波数に一致
すると、電磁アクチュエータの可動板の振れがオーバー
シュートして、光ビームを案内溝位置の変化に対して追
従させることができなくなる虞れがある。

【０００７】本発明は上記問題点に着目してなされたも
ので、共振周波数における可動板のオーバーシュート現
象を抑制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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明は、固定部にトーションバーで揺動可能に軸支した可
動板と、該可動板を駆動するための駆動コイルと、該駆
動コイルに静磁界を作用させる静磁界発生手段とを備
え、前記駆動コイルに電流を流して前記トーションバー
の軸方向と平行な可動板対辺部に互いに反対方向の電磁
力を作用させて前記可動板を駆動する構成のプレーナ型
電磁アクチュエータにおいて、可動板駆動方向と反対方
向の制動力を前記可動板対辺部に発生可能な制動手段を
備える構成とした。

【０００９】かかる構成では、可動板の駆動時に、可動
板の振れ角が過大とならないように制動手段により可動
板の駆動方向と反対方向に制動力を作用する。これによ
り、可動板の揺動運動におけるオーバーシュート現象を
抑制できるようになる。プレーナ型電磁アクチュエータ
は、具体的には請求項２のように、前記駆動コイルを可
動板に設けると共に、前記静磁界発生手段を、前記固定
部の前記トーションバー軸方向と平行な部位に前記可動
板を挟んで互いに対向して配置される一対の磁石で構成
するようにするとよい。この場合、前記制動手段は、請
求項３のように前記可動板に設けられ前記駆動コイルの
通電方向と反対方向に電流を流して前記制動力を発生す
る制動コイルを備える構成としてもよく、請求項４のよ
うに前記一対の磁石と互いに引き合うよう前記可動板に
配置した制動用磁石を備える構成としてもよい。

【００１０】請求項４の構成の場合において、制動用磁
石は、請求項５のように前記可動板の略全面に形成した
薄膜磁石でもよく、請求項６のように前記可動板のトー
ションバー軸方向と平行な対辺部にそれぞれ形成した一
対の薄膜磁石でもよい。請求項７の発明では、前記駆動
コイルを前記固定部側に設けると共に、前記静磁界発生
手段を、前記可動板の略全面に薄膜磁石を形成して構成
し、前記制動手段が、前記固定部のトーションバー軸方
向と平行な部位に前記薄膜磁石と互いに引き合うよう配
置される一対の制動用磁石を備える構成とした。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１に、本発明に係るプレーナ型電
磁アクチュエータの第１実施形態の概略構成図を示す。
図１において、本実施形態のプレーナ型電磁アクチュエ
ータ１は、シリコン基板の枠状の固定部２に、トーショ
ンバー３と可動板４を一体形成することにより、前記固
定部２にトーションバー３を介して可動板４を揺動可能
に軸支する。可動板４は、周縁部に可動板を駆動するた
めの駆動コイル５が設けられ、中央部に可動板駆動方向
と反対方向に制動力を発生可能は制動手段を構成する制
動コイル６が設けられる。前記駆動コイル５の各端部
は、固定部２に設けた一対の電極端子７Ａ，７Ｂにトー
ションバー３の一方を介して接続される。前記制動コイ
ル６の端部は、固定部２に設けた一対の電極端子８Ａ，
８Ｂにトーションバー３の他方を介して接続される。そ
して、駆動コイル５と制動コイル６には、それぞれの電
極端子７Ａ，７Ｂ、８Ａ，８Ｂを介して各通電制御装置
（図示せず）により通電方向が互いに反対方向となるよ
うに電流が供給制御される。

【００１２】また、トーションバー３の軸方向とそれぞ
れ平行な固定部位には、可動板４を挟んで互いに対向し
て静磁界発生手段として一対の永久磁石９Ａ，９Ｂが配
置される。永久磁石９Ａ，９Ｂは、Ｎ極、Ｓ極が図示の
ように配置され、永久磁石９ＡのＮ極から永久磁石９Ｂ
のＳ極へ可動板４と略平行方向に静磁界を形成してい
る。尚、可動板４の裏面全面に、アルミニウムや金等の
薄膜からなる反射ミラー１０（図３（ｇ）に示す）を設
け、光走査のためのアクチュエータとしている。

【００１３】このプレーナ型電磁アクチュエータ１の動
作を、例えば光ディスクに対する情報の読み書きを行う
光ヘッドに適用した場合を例として説明する。この種の
光ヘッドでは、光ディスクの案内溝の微小な位置変化に
対して、ビーム法、プッシュプル法或いはＤＰＤ（Diff
erential Phase Detection）法の従来公知のトラッキン
グサーボ機構により、電磁アクチュエータ１の振れ角を
制御して、ミラーで反射するレーザ反射光が案内溝の中
央位置に照射するよう精度良く追従させる。

【００１４】プレーナ型電磁アクチュエータ１の駆動コ
イル５に電流を流すと、トーションバー３，３の軸方向
と平行な可動板４の両対辺部に互いに逆方向の電磁力が
作用し可動板４が回動する。そして、光ディスクの案内
溝の微小な位置変化に応じて駆動コイル５に流す電流値
と電流方向を制御し、レーザ反射光の照射位置を追従さ
せる。光ディスクの案内溝の位置変化が周期的でその周
波数が電磁アクチュエータ１の共振周波数に一致する
と、その変化に合わせて駆動コイル５に流す電流の周波
数が前記共振周波数と一致し、可動板４の振れ角が大き
くなろうとする。この際に、可動板４の振れ角がオーバ
ーシュートしないように、制動コイル６に流す電流状態
（電流値、電流波形、周波数、位相等）を制御して制動
コイル６に電流を供給する。これにより、可動板４の両
対辺部には適切な制動力が作用し、この制動力がダンパ
ー効果を発揮して可動板４が必要以上に振れるのを防止
し、振れ角のオーバーシュート現象が防止できる。

【００１５】次に、第１実施形態のプレーナ型電磁アク
チュエータ１の製造工程を、図２及び図３の概略図を参
照しながら説明する。尚、図２及び図３の図は、図１の
Ａ−Ｏ−Ｂに沿った断面を示す。まず、例えばシリコン
層の中間に絶縁酸化膜（ＳｉＯ₂）を有するＳＯＩ基板
１０１の上下面を熱酸化して酸化膜（ＳｉＯ₂）１０２
を形成する（ａ工程）。

【００１６】次に、シリコン基板１０１表面側の酸化膜
１０２上にスパッタリングによりアルミニウム薄膜を形
成し、駆動コイル５及び制動コイル６に相当する部分を
レジストでマスクし、アルミニウム薄膜をエッチングし
た後、前記レジストを除去する。これにより、１層目の
駆動コイル５と制動コイル６にそれぞれ相当するアルミ
ニウム層１０３、１０４が形成される。（工程ｂ）。

【００１７】次に、駆動コイル５と制動コイル６の各一
層目の配線取り出し部（図示せず）を除いて、感光性ポ
リイミド等の絶縁層１０５を形成した後、スパッタリン
グによりアルミニウム薄膜を形成し、図示しないが、固
定部２上に形成する各電極端子７Ａ，７Ｂ、８Ａ，８
Ｂ、トーションバー３，３部分に形成する配線部分及び
各配線取り出し部にそれぞれ相当する部分をレジストで
マスクし、アルミニウム薄膜をエッチングした後、前記
レジストを除去する。これにより、各電極端子７Ａ，７
Ｂ、８Ａ，８Ｂに相当するアルミニウム層が形成され、
各配線取り出し部において駆動コイル５及び制動コイル
６がそれそれトーションバー３，３部分に形成する配線
部分を介して各電極端子７Ａ，７Ｂ、８Ａ，８Ｂに接続
される（工程ｃ）。尚、上記実施形態では、駆動コイル
５及び制動コイル６は１層コイルとなっているが、２層
コイルとしても良い。この場合、工程ｂで１層目のコイ
ルを形成し、更に、絶縁層を形成して２層目のコイルを
形成し、その後、前述の工程ｃの電極形成工程となる。

【００１８】次に、各電極端子７Ａ，７Ｂ、８Ａ，８Ｂ
に相当するアルミニウム層を除いて、駆動コイル５、制
動コイル６及び配線部分の腐食防止のために感光性ポリ
イミド等の絶縁層１０８を形成する（工程ｄ）。次に、
ＳＯＩ基板１０１の表面側の可動板４と固定部２間の貫
通部に相当する部分以外をレジストでマスクし、酸化膜
１０２をエッチングして除去した後、レジストと酸化膜
をマスクとして、ＳＯＩ基板１０１のシリコン層を中間
の絶縁酸化膜まで異方性エッチングし、前記レジストを
除去する。前記中間の絶縁酸化膜は、シリコン層を異方
性エッチングする際のエッチストップの役目を果たす
（工程ｅ）。尚、図中の点線部分がトーションバー部分
に相当する。

【００１９】次に、工程ｅと同様に、ＳＯＩ基板１０１
の裏面側の可動板４と固定部２間の貫通部に相当する部
分以外をレジストでマスクし、酸化膜１０２をエッチン
グして除去した後、レジストと酸化膜をマスクとして、
ＳＯＩ基板１０１のシリコン層を中間の絶縁酸化膜まで
異方性エッチングし、前記レジストを除去する（工程
ｆ）。

【００２０】次に、裏面側の酸化膜１０２と中間の絶縁
酸化膜をエッチング除去した後、可動板４の裏面に相当
する部分に、アルミニウムや金等の薄膜からなる前述の
反射ミラー１０を形成する（工程ｇ）。最後に、永久磁
石９Ａ，９Ｂを所定部位に取り付けることにより、図１
に示すプレーナ型電磁アクチュエータ１が形成される。

【００２１】上記実施形態では、制動コイル６を可動板
４の中央部に配置する構成を示したが、逆に、周縁部に
制動コイル６を設け中央部に駆動コイル５を設けるよう
にしてもよい。また、駆動コイル５と同じ位置で駆動コ
イル５の上又は下に制動コイル６を形成するようにして
もよい。また、駆動コイル５を可動板の表面側或いは裏
面側に形成し、制動コイル６を反対側の面に形成するよ
うにしてもよい。

【００２２】また、磁場の効率を上げるため、永久磁石
９Ａ，９Ｂの外側にヨークを配置してもよい。次に、図
４に本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第２
実施形態の概略構成図を示す。尚、図１の第１実施形態
と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

【００２３】図４において、本実施形態のプレーナ型電
磁アクチュエータ２０は、制動コイル６に代えて、制動
手段として制動用磁石を設ける構成である。前記制動用
磁石は、可動板４のトーションバー軸方向と平行な対辺
部にそれぞれ形成した一対の薄膜の永久磁石２１Ａ，２
１Ｂである。薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂは、Ｎ極、Ｓ極が
図示のように配置され、永久磁石９Ａ，９Ｂと互いに引
き合うように配置される。

【００２４】この電磁アクチュエータ２０では、可動板
４が回動動作を開始すると、薄膜磁石２１Ａ，２１Ｂと
永久磁石９Ａ，９Ｂとの間の磁気吸引力により、可動板
４に制動力が作用し、ダンパー効果を発揮して第１実施
形態と同様に可動板４の振れ角のオーバーシュート現象
が防止できる。次に、第２実施形態のプレーナ型電磁ア
クチュエータ２０の製造工程を、図５及び図６の概略図
を参照しながら説明する。尚、図５及び図６の図は、図
４のＡ−Ｏ−Ｂに沿った断面を示す。

【００２５】まず、第１実施形態と同様にＳＯＩ基板１
０１の上下面を熱酸化して酸化膜（ＳｉＯ₂）１０２を
形成する（ａ工程）。次に、シリコン基板１０１表面側
の酸化膜１０２上にスパッタリングによりアルミニウム
薄膜を形成し、駆動コイル５に相当する部分をレジスト
でマスクし、アルミニウム薄膜をエッチングした後、前
記レジストを除去する。これにより、１層目の駆動コイ
ル５に相当するアルミニウム層１０３が形成される。
（工程ｂ）。

【００２６】次に、駆動コイル５の配線取り出し部（図
示せず）を除いて、感光性ポリイミド等の絶縁層１０５
を形成した後、スパッタリングによりアルミニウム薄膜
を形成し、駆動コイル５、固定部２上に形成する電極端
子７Ａ，７Ｂ（図示せず）、トーションバー３，３部分
に形成する配線部分１０３ａ及び配線取り出し部（図示
せず）にそれぞれ相当する部分をレジストでマスクし、
アルミニウム薄膜をエッチングした後、前記レジストを
除去する。これにより、電極端子７Ａ，７Ｂに相当する
アルミニウム層（図示せず）、２層目の駆動コイル５に
相当するアルミニウム層１０３が形成される。また、そ
れぞれトーションバー３，３部分に形成する配線部分１
０３ａを介して駆動コイル５が電極端子７Ａ，７Ｂに接
続される（工程ｃ）。

【００２７】次に、電極端子７Ａ，７Ｂに相当するアル
ミニウム層を除いて、駆動コイル５及び配線部分１０３
ａの腐食防止のために感光性ポリイミド等の絶縁層１０
８を形成する（工程ｄ）。次に、第１実施形態と同様に
して、ＳＯＩ基板１０１の表面側の可動板４と固定部２
間の貫通部に相当する部分の酸化膜１０２をエッチング
して除去し、ＳＯＩ基板１０１のシリコン層を中間の絶
縁酸化膜まで異方性エッチングする。更に、ＳＯＩ基板
１０１の裏面側の可動板４と固定部２間の貫通部に相当
する部分の酸化膜１０２をエッチングして除去し、ＳＯ
Ｉ基板１０１のシリコン層を中間の絶縁酸化膜まで異方
性エッチングする（工程ｅ、ｆ）。

【００２８】次に、裏面側の酸化膜１０２と中間の絶縁
酸化膜をエッチング除去した後、薄膜磁石２１Ａ，２１
Ｂをスパッタリングにより形成し、可動板４の裏面に相
当する部分に、アルミニウムや金等の薄膜からなる反射
ミラー１０を形成する（工程ｇ）。尚、薄膜磁石２１Ａ
は図示していない。上記第２実施形態では、薄膜磁石を
可動板４の両端部にそれぞれ分離して設ける構成を示し
たが、図７に示す第３実施形態のプレーナ型電磁アクチ
ュエータ３０のように、分離せずに可動板４の全面に制
動用磁石として薄膜の永久磁石２１を設けるようにして
もよい。薄膜磁石２１は、Ｎ極、Ｓ極が図示のように配
置され、永久磁石９Ａ，９Ｂと互いに引き合うように配
置される。その他の構成は第２実施形態と同様であり説
明を省略する。また、製造工程も第２実施形態と同様で
ある。

【００２９】尚、上記第２及び第３実施形態では、駆動
コイル５の上に薄膜磁石を設ける構成を示したが、逆
に、駆動コイル５の下に薄膜磁石を設けるようにしても
よい。また、可動板４の同一面に駆動コイル５と薄膜磁
石を設ける構成を示したが、可動板４の異なる面に駆動
コイル５と薄膜磁石を設ける構成としてもよい。次に、
図８に本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第
４実施形態の概略構成図を示す。

【００３０】図８において、本実施形態のプレーナ型電
磁アクチュエータ４０は、可動板４の下方に、駆動コイ
ル５を設けた平板状の固定部４１を設け、可動板４側
に、可動板４を駆動するための薄膜の永久磁石９を設け
る。また、固定部４１に、制動用磁石として永久磁石４
２Ａ，４２Ｂを固定する。そして、平板状の固定部４１
上に固定部２を取り付ける。尚、固定部２にトーション
バー３，３を介して可動板４を軸支する構成は、上述の
各実施形態と同一であり説明を省略する。

【００３１】かかる構成のプレーナ型電磁アクチュエー
タ４０も、駆動コイル５に電流を流すことにより可動板
４が回動動作を開始すると、薄膜磁石９と永久磁石４２
Ａ，４２Ｂとの間の磁気吸引力により可動板４に制動力
が作用するので、ダンパー効果により可動板４の振れ角
のオーバーシュート現象を防止することが可能である。

【００３２】尚、上述の各実施形態では、１次元走査型
電磁アクチュエータを例として説明したが、特許公報第
２７２２３１４号にも記載されている２次元走査型電磁
アクチュエータ、即ち、軸方向が互いに直交する各トー
ションバーによりそれぞれ軸支される２つの可動板を備
える構造のプレーナ型電磁アクチュエータにも適用可能
である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明のプレーナ型
電磁アクチュエータによれば、可動板駆動時に可動板に
対してダンパー効果を発揮するよう可動板駆動方向に対
して制動力を作用させることにより、感動がフラットで
広い周波数特性を持つプレーナ型電磁アクチュエータを
実現できるので、共振周波数時における目標位置からの
オーバーシュート現象等を防止でき、微小な変化に対す
る追従性を向上できる。従って、光ディスク装置等に使
用する光ヘッド等にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの
第１実施形態を示す概略構成図

【図２】第１実施形態の製造工程の説明図

【図３】図２に続く製造工程の説明図

【図４】本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの
第２実施形態を示す概略構成図

【図５】第２実施形態の製造工程の説明図

【図６】図５に続く製造工程の説明図

【図７】本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの
第３実施形態を示す概略構成図

【図８】本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの
第４実施形態を示す概略構成図

【符号の説明】

１，２０，３０，４０ プレーナ型電磁アクチュエー
タ ２，４１ 固定部 ３ トーションバー ４ 可動板 ５ 駆動コイル ６ 制動コイル ７Ａ，７Ｂ、８Ａ，８Ｂ 電極端子 ９，９Ａ，９Ｂ 永久磁石 ２１，２１Ａ，２１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ 永久磁石
（制動用磁石）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定部にトーションバーで揺動可能に軸支
   した可動板と、該可動板を駆動するための駆動コイル
   と、該駆動コイルに静磁界を作用させる静磁界発生手段
   とを備え、前記駆動コイルに電流を流して前記トーショ
   ンバーの軸方向と平行な可動板対辺部に互いに反対方向
   の電磁力を作用させて前記可動板を駆動する構成のプレ
   ーナ型電磁アクチュエータにおいて、 可動板駆動方向と反対方向の制動力を前記可動板対辺部
   に作用させる制動手段を備え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】前記駆動コイルを可動板側に設けると共
   に、前記静磁界発生手段を、前記固定部側の前記トーシ
   ョンバー軸方向と平行な部位に前記可動板を挟んで互い
   に対向して配置される一対の磁石で構成した請求項１に
   記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
3. 【請求項３】前記制動手段は、前記可動板に設けられ前
   記駆動コイルの通電方向と反対方向に電流を流して前記
   制動力を発生する制動コイルを備える構成である請求項
   ２に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
4. 【請求項４】前記制動手段は、前記一対の磁石と互いに
   引き合うよう前記可動板に配置した制動用磁石を備える
   構成である請求項２に記載のプレーナ型電磁アクチュエ
   ータ。
5. 【請求項５】前記制動用磁石は、前記可動板の略全面に
   形成した薄膜磁石である請求項４に記載のプレーナ型電
   磁アクチュエータ。
6. 【請求項６】前記制動用磁石は、前記可動板のトーショ
   ンバー軸方向と平行な対辺部にそれぞれ形成した一対の
   薄膜磁石である請求項４に記載のプレーナ型電磁アクチ
   ュエータ。
7. 【請求項７】前記駆動コイルを前記固定部側に設けると
   共に、前記静磁界発生手段を、前記可動板の略全面に薄
   膜磁石を形成して構成し、前記制動手段が、前記固定部
   のトーションバー軸方向と平行な部位に前記薄膜磁石と
   互いに引き合うよう配置される一対の制動用磁石を備え
   る構成である請求項１に記載のプレーナ型電磁アクチュ
   エータ。