JP2004206043A

JP2004206043A - Planer electromagnetic actuator

Info

Publication number: JP2004206043A
Application number: JP2003061706A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Ueda; 譲上田; Shuichiro Nakamura; 修一郎中村; Hiroshi Aoki; 浩青木
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd; Miyota KK
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd; Miyota KK
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP4404560B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a very small planer electromagnetic actuator by downsizing the outside dimensions. <P>SOLUTION: The planer electromagnetic actuator is composed so that a movable plate 22 and a pair of torsion bars 23 and 24 which support oscillatably journal the movable plate 22 are formed in a unit on a silicon substrate, a permanent magnet 25 which has yokes 26 and 27 on the pole faces is so arranged in the normal direction of the movable plate 22 of a planer electromagnetic actuator chip 21 which is provided with a flat plane coil on a face of the movable plate 22 and a mirror on the other face that the permanent magnet 25 generates an external magnetic field which is normal to the axial direction of the torsion bars 23 and 24 and in parallel to the movable plate. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレーナ型電磁アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プレーナ型電磁アクチェエータは、レーザー光を偏向走査するレーザースキャナ等に利用されるもので、その原理として、磁界中に配置した可動コイルに電流を流すと電流と磁界とに関連して電磁力が発生して電流に比例した回転力が生じるものや、永久磁石とコイルによって発生する電磁力によって動作するものがあり、小型のプレーナ型電磁アクチュエータチップとして、半導体を使用したものが提案されている。
【０００３】
前者の原理を用いた従来のプレーナ型電磁アクチュエータとして、例えば図１５に示すような構成のものがある。
図１５は、このプレーナ型電磁アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【０００４】
シリコン基板１に中抜き状態で形成された可動板２は、やはり一体形成されているトーションバー３，４により保持されている。前記可動板２の一方の面に通電により磁界を発生する平面コイル（不図示）を敷設し、もう一方の面にはその全面にミラー（不図示）が設けてある。前記シリコン基板１のトーションバー３，４の軸方向と直角方向に磁界を作用させる一対の永久磁石５，６と、ヨーク７を設け、前記シリコン基板１と共にベース基板８に固定されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
次に動作を説明する。
前記平面コイルに電流を印加すると、前記永久磁石５，６により作用している磁界に関連して電磁力が発生して、前記トーションバー３，４を軸として前記可動板２が回動動作する。電流値に比例して回転力が発生して前記ミラーにより反射するレーザー光を偏向走査する。
【０００６】
後者の原理を用いた従来のプレーナ型電磁アクチュエータとしては、例えば図１６に示すような構成のものがある。尚、図１３と同一要素には同一符号を付してある。
【０００７】
図１６はこのプレーナ型電磁アクチュエータの構成を示す斜視図である。
シリコン基板１に中抜き状態で形成された可動板２は、やはり一体形成されているトーションバー３，４により保持されている。可動板２の周縁部に枠状に薄膜永久磁石９が形成されており、その内側中央部にミラー１０が形成されている。一方、可動板２の側方のシリコン基板１の上面には、電流を印加すると磁界を発生させる平面コイル１１，１２がトーションバー３，４の軸に対して相対位置に形成されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
次に動作を説明する。
前記平面コイル１１，１２に電流を印加すると、前記薄膜永久磁石９により作用している磁界に関連して電磁力が発生して、前記トーションバー３，４を軸として前記可動板２が回動動作する。電流値に比例して回転力が発生して前記ミラーより反射するレーザー光を偏向走査する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−３２２２２７号公報
【特許文献２】
特開平７−１７５００５号公報（請求項３）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のプレーナ型電磁アクチュエータをさらに小型化することを考えた場合、図１５のようにシリコン基板１と永久磁石５，６を同一平面上に配置する構造や、図１６のようにシリコン基板１上に可動板２と平面コイル１１，１２を形成する構造では、プレーナ型電磁アクチュエータの外形寸法を小さくするには物理的に限界がある。
【００１１】
本発明は、プレーナ型電磁アクチュエータの技術を応用して、汎用デバイス部品（例えば光通信技術に必要な可変光減衰器のアクチュエータ）として使用することに鑑み、外形寸法の小型化が可能な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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明は、半導体基板に、平面状の可動板と該可動板を前記半導体基板に対して基板上下方向に揺動可能に軸支するトーションバーとを一体形成し、前記可動板に磁界発生手段を設けたプレーナ型電磁アクチュエータチップと、該チップに対して外部から磁界を作用する外部磁界発生手段と、を備え、前記可動板の磁界発生手段が発生する磁界と前記外部磁界発生手段が発生する外部磁界との相互作用により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であって、前記外部磁界発生手段を、前記プレーナ型電磁アクチュエータチップの可動板の法線方向に配置する構成とした。
【００１３】
かかる構成では、プレーナ型電磁アクチュエータチップの可動板の法線方向に沿って、プレーナ型電磁アクチュエータチップと外部磁界発生手段が並ぶので、プレーナ型電磁アクチュエータの外形寸法を小さくできるようになる。
【００１４】
この場合、請求項２のように、前記プレーナ型電磁アクチュエータチップと、前記外部磁界発生手段と、少なくとも２つのリード線を有する端子と、前記プレーナ型電磁アクチュエータチップと前記外部磁界発生手段を位置決め固定する部材と、カバー部材と、を具備し、前記端子とカバー部材で筒状空間を形成し、該筒状空間の端子側から順に端子、外部磁界発生手段、プレーナ型電磁アクチュエータチップを配置する構成とするとよい。
【００１５】
かかる構成では、外形寸法を小さくしてプレーナ型電磁アクチュエータのパッケージングができるようになる。
請求項３の発明では、前記可動板の磁界発生手段が当該可動板に敷設した平面コイルであり、前記外部磁界発生手段が１個の永久磁石であり、該永久磁石が、前記トーションバーの軸方向に対して略直角で且つ前記可動板に対して略平行な外部磁界成分を発生する構成とした。具体的には、請求項４のように、前記永久磁石は、前記可動板の法線方向と平行で互いに対面する一対の側面に極面を有する構成である。
【００１６】
かかる構成では、通電により平面コイルに磁界が発生し、平面コイルの発生する磁界と永久磁石の発生する外部磁界との相互作用により、可動板に対して通電電流に比例した回転力が生じ、この回転力とトーションバーのバネ力とが平衡する角度まで可動板が回動するようになる。
【００１７】
この場合、請求項５のように、前記永久磁石が、可動板側端面に溝を有する構成とするよい。また、請求項６のように、前記永久磁石が、前記可動板の法線方向に貫通する貫通孔を有する構成とするとよい。
【００１８】
かかる構成では、永久磁石の端面で可動板の回動動作が規制されず、可動板、言い換えればプレーナ型電磁アクチュエータチップを永久磁石に対して接近させることができ、可動板に作用する永久磁石による磁束の密度が高くなり効率を高められるようになる。
【００１９】
請求項７のように、前記永久磁石の極面にヨークを備える構成とするとよい。この場合、請求項８のように、前記ヨークの可動板側端面が、前記永久磁石の可動板側端面と同一平面に位置する構成としてもよく、請求項９のように、前記ヨークの可動板側端面が、前記永久磁石の可動板側端面より可動板側に突出する構成としてもよい。
【００２０】
かかる構成では、永久磁石の磁界が拡散するのを防止し、磁界を効率良く可動板に作用させることができるようになる。
請求項１０の発明では、前記可動板が、前記半導体基板に外側トーションバーを介して揺動可能に軸支される枠状の外側可動板と、該外側可動板の内側に前記外側トーションバーと軸方向が直交する内側トーションバーを介して揺動可能に軸支される内側可動板とから構成されるようにするとよい。
【００２１】
かかる構成では、外形寸法の小さい２次元駆動型のプレーナ型電磁アクチュエータが可能となる。
請求項１１のように、前記プレーナ型電磁アクチュエータチップを搭載し、かつ前記チップの平面コイルと前記端子との電気的導通を得るためのベース基板を備える構成とするとよい。
【００２２】
請求項１２の発明では、前記可動板の磁界発生手段が当該可動板に形成した薄膜永久磁石であり、前記外部磁界発生手段が磁性金属芯に導線を巻き付けたコイル型電磁石であり、該コイル型電磁石を、前記可動板の法線方向に前記磁性金属芯が沿うよう配置する構成とした。
【００２３】
かかる構成では、コイル型電磁石はプレーナ型電磁アクチュエータチップの可動板面と垂直方向に外部磁界を発生させるためのもので、通電によりコイル型電磁石から発生する外部磁界と薄膜永久磁石の発生する磁界との相互作用により、可動板に対してコイル通電電流に比例した回転力が生じ、この回転力とトーションバーのバネ力とが平衡する角度まで可動板が回動するようになる。
【００２４】
この場合、請求項１３のように、前記コイル型電磁石の磁性金属芯は、可動板側端面に溝を有する構成とするとよい。また、請求項１４のように、前記コイル型電磁石の磁性金属芯は、前記可動板の法線方向に貫通する貫通孔を有する構成とするとよい。
【００２５】
請求項１５のように、前記可動板の少なくとも一方の面にミラーを有する構成とすれば、光ビームをミラーで偏向走査することが可能となり、光ビームの偏向走査装置に適用できるようなる。
【００２６】
【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は、外部磁界発生手段として永久磁石を用いる場合の本発明の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斜視図である。
【００２７】
図において、２１はプレーナ型電磁アクチュエータチップである。２２は可動板であり、２３，２４は可動板２２を保持しているトーションバーである。可動板２２の一方の面（図１で背面側）には通電により磁界を発生する磁界発生手段としての平面コイル（不図示）が敷設されており、もう一方の面（図１で手前側）にはその全面にミラー（不図示）が設けられている。可動板２２及びトーションバー２３，２４はシリコン基板に一体形成されており、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１を構成している。２５は外部磁界発生手段としての永久磁石で、２６，２７は永久磁石２５の両極面に接合されているヨークである。永久磁石２５は、その磁界方向がトーションバー２３，２４の軸方向と直角になるように、かつプレーナ型電磁アクチュエータチップ２１と略平行になるように配置する。即ち、永久磁石２５は、可動板２２の法線方向と平行で互いに対面する一対の側面（図中の上下方向）に極面を有するよう配置される。更に、可動板２２が必要角度まで回動した際でも接触しない直近に永久磁石２５を設置する。今回の実施の形態においては、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１と永久磁石２５の間隔は０．１ｍｍとした。
【００２８】
この状態で平面コイルに電流を印加すると、平面コイルの発生する磁界と永久磁石２５の磁界との相互作用によりローレンツ力が発生して可動板２２に前記印加電流に比例した回転力が発生し、トーションバー２３，２４のバネ力と回転力が平衡する角度まで、可動板２２がトーションバー２３，２４を軸として回動する。
【００２９】
可動板２２を効率よく動作させるために、永久磁石２５による磁束密度はより高い方が望ましい。
図２は永久磁石とヨークで構成される磁気回路を示す説明図である。
【００３０】
（Ａ）は永久磁石２５のみの場合で、図のような磁界状態となり磁束密度が粗く湾曲している。（Ｂ）は永久磁石２５の両極にヨーク２６，２７を設けた図で永久磁石２５とヨーク２６，２７の端面は同一平面である。この場合、図のような磁界状態となり磁束密度が細かくなり、方向も平行に近くなり効率が上がる。（Ｃ）は永久磁石２５の端面よりヨーク２６，２７が突出した状態である。この場合の磁界は図のように平行になり、磁束密度も最密となり、効率は更に良くなる。設計的には（Ｃ）の形態が望ましいが、この場合互いのヨーク２６，２７間にチップ２１を配置する必要があり磁気回路が大型化してしまうため、今回の実施形態においては（Ｂ）の形態を採用している。
【００３１】
本実施形態のように、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１と永久磁石２５を、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１の可動板２２の法線方向に沿って縦型に配置する構成としたことにより、チップと永久磁石を平面状に配置する従来の構成と比べて外形寸法を小型化することが実現でき、また、永久磁石を一対２個から１個にすることでコストを下げることを実現している。
【００３２】
図３は、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１と平面コイル通電のためのベース基板との取付けた状態を示す斜視図である。
図３において、３０がベース基板である。ベース基板３０には略リング状に形成したチップ搭載部両側の突起部に、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１の永久磁石側の面に形成された平面コイルと後述する端子４５との電気的導通を得るためのパターン３１が形成されている。プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１はシリコン基板製のため、外部から直接電気的導通を得ることが困難である。そこで、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１をベース基板３０に搭載して接合させて、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１に設けた平面コイル（不図示）の引出し線端部の端子パターンとベース基板３０上の端子パターン３１の間をワイヤー３２により電気的に接続する。外部からの電気的導通は、端子パターン３１と端子４５との間を、例えばリード線のはんだ付けにより行う。
【００３３】
図４は、第１実施形態のプレーナ型電磁アクチュエータのパッケージングの例を示す斜視図である。
図において、４１は、図３に示すようにベース基板３０と接合した状態のプレーナ型電磁アクチュエータチップで、４２はヨークと永久磁石を図２の（Ｂ）の状態で一体化した外部磁界発生部である。４３はプレーナ型電磁アクチュエータチップ４１と外部磁界発生部４２を位置精度よく設置させるための位置決め固定部材である。４４，４４は内部を保護するためのカバー部材で、４５は外部から平面コイルに電流を供給するためのリード線を有する前述の端子である。プレーナ型電磁アクチュエータチップ４１の基板３０の端子パターン３１（図３参照）と端子４５のリード線を、例えば導電性ワイヤー（不図示）のはんだ付けにより接続する。固定部材４３、カバー部材４４，４４、端子４５の材質は非磁性材料とする。プレーナ型電磁アクチュエータチップ４１から端子４５までの部品は、例えば接着剤によりそれぞれ接合される。本実施形態では、端子パターン３１と端子４５のリード線と接続する導電性ワイヤーのはんだ付け作業性を考慮し、このはんだ付け作業後にパッケージできるように、一対の半円筒形状のカバー部材４４，４４とし、はんだ付け作業後にカバー部材４４，４４を接合する。これにより、一つのデバイス部品として完成したプレーナ型電磁アクチュエータ４６となる。本実施の形態では円筒の直径が約５ｍｍ、長さ約８ｍｍの小型化を実現している。尚、本実施形態ではパッケージ形状を円筒形としたが、その他の形状でもよい。
【００３４】
本実施形態のように、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１と永久磁石２５を、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１の可動板２２の法線方向に沿って配置する構成としたことにより、チップ２１と永久磁石２５の位置合わせが容易となり、プレーナ型電磁アクチュエータ４６のパッケージングの小型化に加えて、パッケージングの簡素化ができる利点がある。
【００３５】
例えば可変光減衰器のアクチュエータ部に本発明品を使用することを鑑みた場合、従来の可変光減衰器でアクチュエータ部の駆動にモーター等を使用しているものと比べて、小型、低コスト、省電力の可変光減衰器を得ることができる。特に断面積（外形寸法）が小さいことによって、小スペースの中に並列に可変光減衰器を多数配列することが可能となる。
【００３６】
尚、上記実施形態では、永久磁石２５のチップ（可動板）側端面を平坦状としたが図５（Ａ）のように溝２５ａを設けてもよく、同図（Ｂ）のように可動板法線方向に貫通する貫通孔２５ｂを設けるようにしてもよい。
【００３７】
かかる構成とすれば、可動板２２の外形より大きい溝２５ａや貫通孔２５ｂとすれば、磁石端面と接触せずに可動板２２を回動動作させることが可能となり、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１を永久磁石２５上に直接載置させることも可能となる。このため、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１を永久磁石２５に更に近づけることができ、磁気効率を高めることができる。また、貫通孔２５ｂを設けた場合には、プレーナ型電磁アクチュエータチップ２１の可動板２２の永久磁石２５側の面にもミラーを設け、図７に示すように受発光素子７０を配置することにより、光ビームを利用した可動板回動位置検出機構を設けることが可能となる。
【００３８】
上記の実施形態では、永久磁石を直方体形状としたが、これに限らず図６に示すような円柱形状の永久磁石２５′としてもよい。この場合も、同図（Ａ）のようにチップ側端面が平坦状でもよく、（Ｂ）、（Ｃ）のように溝２５ａ′や貫通孔２５ｂ′を設けてもよい。この場合も、図示しないが磁石側面の極面に一対のヨークを図２（Ｂ）、（Ｃ）のように接合してもよいことは言うまでもない。
【００３９】
上記の実施形態ではプレーナ型電磁アクチュエータチップが円形形状のものを示したが、図８に示すように従来同様の四角形状のプレーナ型電磁アクチュエータチップ２１′でもよい。
【００４０】
更に、図９に示すような２次元駆動型のプレーナ型電磁アクチュエータチップとしてもよい。２次元駆動型のプレーナ型電磁アクチュエータチップ５１は、枠状の外側可動板５２、内側可動板５３、外側トーションバー５４，５５及び内側トーションバー５６，５７を、半導体基板５８に一体に形成する。外側可動板５２を一対の外側トーションバー５４，５５で揺動可能に軸支し、内側可動板５３を外側トーションバー５４，５５と軸方向が直交する一対の内側トーションバー５６，５７で外側可動板５２の内側に揺動可能に軸支し、外側可動板５２及び内側可動板５３のそれぞれに平面コイル（不図示）を敷設する構成である。
【００４１】
この２次元駆動型のプレーナ型電磁アクチュエータチップ５０をパッケージする場合は、図９に示すように、永久磁石２５の極面に対して外側トーションバー５４，５５及び内側トーションバー５６，５７の各軸方向をそれぞれずらすようにプレーナ型電磁アクチュエータチップ５１を配置する。
【００４２】
こうすることにより、１つの永久磁石２５で、外側トーションバー５４，５５及び内側トーションバー５６，５７の各軸方向に対してそれぞれ直角方向の外部磁界成分を生成でき、外側及び内側可動板５２，５３を回動動作させることができる。尚、２次元駆動型プレーナ型電磁アクチュエータ５１の場合は、外側可動板５２上の平面コイルに比較して内側可動板５３の平面コイルの方が極面からの距離が遠くなるので、外部磁界の作用効率の均一化を図るために、内側可動板５３の平面コイルに作用する外部磁界成分（内側トーションバー５６，５７と直角方向の外部磁界成分）が多くなるよう永久磁石２５に対する角度を調節することが望ましい。
【００４３】
次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第２実施形態について説明する。
図１０は、外部磁界発生手段としてコイル型電磁石を用いる場合の本発明の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斜視図である。
【００４４】
６１はプレーナ型電磁アクチェエータチップである。６２は可動板であり、６３，６４は可動板６２を保持しているトーションバーである。可動板６２の一方の面（図１０で背面側）にはその全面に磁界発生手段としての薄膜永久磁石（不図示）を形成しており、もう一方の面（図１０で手前側）にはその全面にミラー（不図示）が設けられている。可動板６２及びトーションバー６３，６４はシリコン基板より一体形成されており、プレーナ型電磁アクチュエータチップ６１を構成している。６５は外部磁界発生手段としてのコイル型電磁石で、磁性金属芯６６に巻かれている導線６７に電流を印加することで磁界を発生させる。プレーナ型電磁アクチュエータチップ６１の可動板６２の法線方向に沿うようコイル型電磁石６５を設ける。即ち、プレーナ型電磁アクチュエータチップ６１とコイル型電磁石６５の中心軸を一致させるように配置し、更に可動板６２が必要角度まで回動した際でも接触しない直近にコイル型電磁石６５を設置する。今回の実施の形態においてはプレーナ型電磁アクチュエータチップ６１と磁性金属芯６６の間隔は０．１ｍｍとした。
【００４５】
この状態でコイル型電磁石６５に電流を印加すると電磁力が発生して、薄膜永久磁石の磁界と関連して可動板６２に回転力が発生し、トーションバー６３、６４のバネ力と回転力が平衡する角度まで、可動板６２がトーションバーを軸として回動する。
【００４６】
本実施形態の駆動原理は、「電気学会研究会、マイクロマシン研究会、ＭＭ−９９−３４，Ｐ７１−７４（１９９９）」で公知であり、図１１に示すように、薄膜永久磁石をトーションバーと直角且つ可動板と平行に磁化し、コイルに電流を供給して外部磁場を発生させるものとする。この場合、薄膜永久磁石の体積をＶ、磁化Ｍ、外部磁場Ｈとすると、可動板に作用する回転力Ｎは、
Ｎ＝ＶＭ×Ｈ
となる。コイルに供給する電流方向を逆にして外部磁場Ｈの方向を図の矢印方向と逆にすれば、図の矢印方向と逆方向の回転力が発生する。従って、コイルに交流の電流を供給することにより、可動板を周期的に揺動駆動させることができ、ミラーにより光ビームを走査することができる。
【００４７】
本実施形態のように、プレーナ型電磁アクチュエータチップ６１とコイル型電磁石６５を、プレーナ型電磁アクチュエータチップ６１の可動板６２の法線方向に沿って縦型に配置する構成としたことにより、チップとコイル型電磁石を平面状に配置する従来の構造と比較して外形寸法を小型化することが実現可能となる。
【００４８】
図１２は、第２実施形態のプレーナ型電磁アクチュエータのパッケージングの例を示す斜視図である。
図において、７１はプレーナ型電磁アクチュエータチップ６１とコイル型電磁石６５を位置精度良く設置させるための位置決め固定部材である。７２は内部を保護するための円筒形状のカバー部材で、７３は外部から電流を供給するためのリード線を有する端子である。コイル型電磁石６５の導線と端子７３のリード線を例えば導電性ワイヤーのはんだ付けにより電気的に接続する。固定部材７１，カバー部材７２，端子７３の材質は非磁性材料とする。プレーナ型電磁アクチュエータ６１から端子７３は例えば接着剤によりそれぞれ接合される。本構成により、一つのデバイス部品として完成したプレーナ型電磁アクチュエータ７４となる。本実施の形態では、第１実施形態と同様に円筒の直径が約５ｍｍ、長さ約８ｍｍの小型化を実現している。尚、本実施形態では、パッケージ形状と円筒形としているが、その他の形状でもよい。
【００４９】
従って、第１実施形態と同様に、従来の可変光減衰器でアクチュエータ部の駆動にモーター等を使用している物と比べて、小型、低コスト、省電力の可変光減衰器を得ることができ、小スペースの中に並列に可変光減衰器を多数配列することが可能となる。
【００５０】
尚、上記実施形態では、コイル型電磁石６５の磁性金属芯６６のチップ（可動板）側端面を平坦状としたが、図１３（Ａ）のように溝６６ａを設けてもよく、同図（Ｂ）のように可動板法線方向に貫通する貫通孔６６ｂを設けるようにしてもよい。
【００５１】
かかる構成とすれば、第１実施形態と同様で、磁性金属芯６６端面と接触せずに可動板６２を回動動作させることが可能となり、プレーナ型電磁アクチュエータチップ６１をコイル型電磁石６５に更に接近させることができる。コイル型電磁石６５の磁気効率を高めることができる。また、貫通孔６６ｂを設けた場合には、プレーナ型電磁アクチュエータチップ６１の可動板６２のコイル型電磁石側の面にもミラーを設け、図１４に示すように受発光素子７０を配置することにより、光ビームを利用した可動板回動位置検出機構を設けることが可能となる。
【００５２】
尚、上記の実施形態では、コイル型電磁石６５を外形円形状としたが、角形状としてもよく、この場合、プレーナ型電磁アクチュエータチップも図８のような角形状とし、パッケージングのカバー部材も角形状とするとよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、プレーナ型電磁アクチュエータチップの可動板の法線方向に外部磁界発生手段を配置する構成としたので、プレーナ型電磁アクチュエータの外形寸法を小型化できる。また、プレーナ型電磁アクチュエータチップと外部磁界発生手段の位置合わせが容易となり、プレーナ型電磁アクチュエータのパッケージングの簡素化ができる利点がある。また、プレーナ型電磁アクチュエータの構成部品を一列に配置することで小型且つ容易にプレーナ型電磁アクチュエータのパッケージングが可能となる。
【００５４】
外部磁界発生手段として永久磁石を利用するものでは、永久磁石が１個で済み、プレーナ型電磁アクチュエータのコストも低減できる。また、永久磁石の両極面に一対のヨークを設けることで磁界を効率良く使えるプレーナ型電磁アクチュエータが実現できる。
【００５５】
また、外部磁界発生手段としての永久磁石やコイル型電磁石の可動板側端面に溝や貫通孔を設ければ、プレーナ型電磁アクチュエータチップを外部磁界発生手段側により一層接近させることができ、外部磁界発生手段の磁気効率を向上できる。貫通孔の場合にはチップの外部磁界発生手段側の面にもミラーを設けることが可能となり、光を利用した可動板の位置検出機構を設けることが可能となる。
【００５６】
また、電気的導通を得るためのベース基板とプレーナ型電磁アクチュエータチップを一体化することで、プレーナ型電磁アクチュエータチップの平面コイルとベース基板、ベース基板とリード線の接続が容易にできる。
【００５７】
プレーナ型電磁アクチュエータチップを、外側可動板と内側可動板を有する構成とすれば、小型の２次元駆動型プレーナ型電磁アクチュエータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】外部磁界発生手段に永久磁石を用いる場合の本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第１実施形態を示す斜視図
【図２】永久磁石とヨークで構成される磁気回路を示す説明図
【図３】プレーナ型電磁アクチュエータチップと基板の取付け状態を示す斜視図
【図４】同上実施形態のプレーナ型電磁アクチュエータのパッケージングの一例を示す斜視図
【図５】（Ａ）は永久磁石の可動板側端面に溝を有する構造例、（Ｂ）は永久磁石の可動板側端面に貫通孔を有する構造例
【図６】永久磁石の別の形状例を示す図で、（Ａ）は可動板側端面が平坦な構造例、（Ｂ）は可動板側端面に溝を有する構造例、（Ｃ）は可動板側端面に貫通孔を有する構造例である。
【図７】光ビームを利用した可動板回動位置検出機構の概略配置図
【図８】四角形状のプレーナ型電磁アクチュエータチップの例を示す図
【図９】２次元駆動型プレーナ型電磁アクチュエータの例を示す図
【図１０】外部磁界発生手段にコイル型電磁石を用いる場合の本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第２実施形態を示す斜視図
【図１１】同上実施形態の動作原理の説明図
【図１２】同上実施形態のプレーナ型電磁アクチュエータのパッケージングの一例を示す斜視図
【図１３】（Ａ）は磁性金属芯の可動板側端面に溝を有する構造例、（Ｂ）は磁性金属芯の可動板側端面に貫通孔を有する構造例
【図１４】光ビームを利用した可動板回動位置検出機構の概略配置図
【図１５】従来のプレーナ型電磁アクチュエータの構成を示す斜視図
【図１６】従来のプレーナ型電磁アクチュエータの別の構成を示す斜視図
【符号の説明】
２１，２１′，４１，５１，６１プレーナ型電磁アクチュエータチップ
２２，５２，５３，６２可動板
２３，２４，５４〜５７，６３，６４トーションバー
２５，２５′ 永久磁石
２５ａ，２５ａ′，６６ａ溝
２５ｂ，２５ｂ′，６６ｂ貫通孔
２６，２７ヨーク
３０ベース基板
３１パターン
３２ワイヤー
４１ベース基板付きのプレーナ型電磁アクチュエータチップ
４２外部磁界発生部
４３，７１位置決め固定部材
４４，７２カバー部材
４５，７３端子
４６，７４パッケージングされたプレーナ型電磁アクチュエータ
６６磁性金属芯[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar electromagnetic actuator.
[0002]
[Prior art]
Planar electromagnetic actuators are used in laser scanners that deflect and scan laser light. As a principle, when an electric current is passed through a moving coil placed in a magnetic field, an electromagnetic force is generated in relation to the current and the magnetic field. There are those that generate a rotational force proportional to the current, and those that operate by an electromagnetic force generated by a permanent magnet and a coil. A small planar electromagnetic actuator chip using a semiconductor has been proposed.
[0003]
As a conventional planar type electromagnetic actuator using the former principle, for example, there is a configuration as shown in FIG.
FIG. 15 is a perspective view showing the configuration of this planar electromagnetic actuator.
[0004]
The movable plate 2 formed in the hollow state on the silicon substrate 1 is held by torsion bars 3 and 4 that are also integrally formed. A planar coil (not shown) that generates a magnetic field when energized is laid on one surface of the movable plate 2, and a mirror (not shown) is provided on the other surface. A pair of permanent magnets 5 and 6 for applying a magnetic field in a direction perpendicular to the axial direction of the torsion bars 3 and 4 of the silicon substrate 1 and a yoke 7 are provided and fixed to the base substrate 8 together with the silicon substrate 1 (for example, , See Patent Document 1).
[0005]
Next, the operation will be described.
When a current is applied to the planar coil, an electromagnetic force is generated in association with the magnetic field acting by the permanent magnets 5 and 6, and the movable plate 2 rotates about the torsion bars 3 and 4. . A rotational force is generated in proportion to the current value, and the laser beam reflected by the mirror is deflected and scanned.
[0006]
As a conventional planar type electromagnetic actuator using the latter principle, for example, there is a configuration as shown in FIG. The same elements as those in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals.
[0007]
FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of the planar electromagnetic actuator.
The movable plate 2 formed in the hollow state on the silicon substrate 1 is held by torsion bars 3 and 4 that are also integrally formed. A thin film permanent magnet 9 is formed in a frame shape at the peripheral edge of the movable plate 2, and a mirror 10 is formed at the inner central portion thereof. On the other hand, on the upper surface of the silicon substrate 1 on the side of the movable plate 2, planar coils 11 and 12 that generate a magnetic field when a current is applied are formed at a relative position with respect to the axes of the torsion bars 3 and 4 (for example, , See Patent Document 2).
[0008]
Next, the operation will be described.
When a current is applied to the planar coils 11 and 12, an electromagnetic force is generated in association with the magnetic field acting by the thin film permanent magnet 9, and the movable plate 2 rotates about the torsion bars 3 and 4 as axes. Operate. A rotational force is generated in proportion to the current value, and the laser beam reflected from the mirror is deflected and scanned.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-8-322227
[Patent Document 2]
JP-A-7-175005 (Claim 3)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, when considering further miniaturization of this type of planar electromagnetic actuator, a structure in which the silicon substrate 1 and the permanent magnets 5 and 6 are arranged on the same plane as shown in FIG. 15, or a silicon as shown in FIG. In the structure in which the movable plate 2 and the planar coils 11 and 12 are formed on the substrate 1, there is a physical limit in reducing the external dimensions of the planar electromagnetic actuator.
[0011]
The present invention is based on the planar electromagnetic actuator technology and is used as a general-purpose device component (for example, an actuator for a variable optical attenuator necessary for optical communication technology). An object is to provide an electromagnetic actuator.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the invention of claim 1 integrally forms on a semiconductor substrate a planar movable plate and a torsion bar that pivotally supports the movable plate with respect to the semiconductor substrate in a vertical direction of the substrate. A planar electromagnetic actuator chip provided with a magnetic field generating means on a movable plate; and an external magnetic field generating means for applying a magnetic field to the chip from the outside. The magnetic field generated by the magnetic field generating means of the movable plate A planar electromagnetic actuator configured to drive the movable plate by interaction with an external magnetic field generated by a magnetic field generating means, wherein the external magnetic field generating means is arranged in a normal direction of the movable plate of the planar electromagnetic actuator chip. It was set as the structure to arrange.
[0013]
In such a configuration, the planar electromagnetic actuator chip and the external magnetic field generating means are arranged along the normal direction of the movable plate of the planar electromagnetic actuator chip, so that the external dimensions of the planar electromagnetic actuator can be reduced.
[0014]
In this case, as in claim 2, the planar electromagnetic actuator chip, the external magnetic field generating means, a terminal having at least two lead wires, and the planar electromagnetic actuator chip and the external magnetic field generating means are positioned and fixed. And a cover member, wherein the terminal and the cover member form a cylindrical space, and the terminal, the external magnetic field generating means, and the planar electromagnetic actuator chip are arranged in this order from the terminal side of the cylindrical space. It is good to do.
[0015]
With such a configuration, the planar type electromagnetic actuator can be packaged by reducing the outer dimension.
In the invention of claim 3, the magnetic field generating means of the movable plate is a planar coil laid on the movable plate, the external magnetic field generating means is a single permanent magnet, and the permanent magnet is an axis of the torsion bar. An external magnetic field component that is substantially perpendicular to the direction and substantially parallel to the movable plate is generated. Specifically, as in claim 4, the permanent magnet has a pole surface on a pair of side surfaces facing each other in parallel to the normal direction of the movable plate.
[0016]
In such a configuration, a magnetic field is generated in the planar coil by energization, and a rotational force proportional to the energizing current is generated on the movable plate due to the interaction between the magnetic field generated by the planar coil and the external magnetic field generated by the permanent magnet. The movable plate is rotated to an angle at which the rotational force and the spring force of the torsion bar are balanced.
[0017]
In this case, as in the fifth aspect, the permanent magnet may have a groove on the movable plate side end face. Moreover, it is preferable that the permanent magnet has a through-hole penetrating in the normal direction of the movable plate.
[0018]
In such a configuration, the rotational movement of the movable plate is not restricted by the end face of the permanent magnet, and the movable plate, in other words, the planar electromagnetic actuator chip can be brought close to the permanent magnet, and the permanent magnet acts on the movable plate. The density of magnetic flux is increased and the efficiency can be increased.
[0019]
It is preferable that the yoke is provided on the pole surface of the permanent magnet. In this case, the movable plate side end surface of the yoke may be positioned in the same plane as the movable plate side end surface of the permanent magnet, as in claim 8, and the movable plate of the yoke as in claim 9. It is good also as a structure which a side end surface protrudes in the movable plate side from the movable plate side end surface of the said permanent magnet.
[0020]
In such a configuration, the magnetic field of the permanent magnet can be prevented from diffusing and the magnetic field can be efficiently applied to the movable plate.
According to a tenth aspect of the present invention, the movable plate is a frame-shaped outer movable plate that is pivotally supported on the semiconductor substrate via an outer torsion bar, and the outer torsion bar is disposed inside the outer movable plate. It is good to comprise from the inner side movable board pivotally supported via the inner side torsion bar which an axial direction orthogonally crosses.
[0021]
With such a configuration, a planar electromagnetic actuator of a two-dimensional drive type with a small outer dimension is possible.
It is preferable that the planar electromagnetic actuator chip is mounted and a base substrate is provided for obtaining electrical continuity between the planar coil of the chip and the terminal.
[0022]
In the invention of claim 12, the magnetic field generating means of the movable plate is a thin film permanent magnet formed on the movable plate, and the external magnetic field generating means is a coil type electromagnet in which a conductive wire is wound around a magnetic metal core, the coil type The electromagnet is arranged so that the magnetic metal core is along the normal direction of the movable plate.
[0023]
In such a configuration, the coil-type electromagnet is for generating an external magnetic field in a direction perpendicular to the movable plate surface of the planar electromagnetic actuator chip. The external magnetic field generated from the coil-type electromagnet when energized and the magnetic field generated by the thin film permanent magnet Due to this interaction, a rotational force proportional to the coil energization current is generated on the movable plate, and the movable plate rotates to an angle at which the rotational force and the spring force of the torsion bar are balanced.
[0024]
In this case, as in the thirteenth aspect, the magnetic metal core of the coil-type electromagnet may be configured to have a groove on the movable plate side end surface. According to a fourteenth aspect of the present invention, the magnetic metal core of the coiled electromagnet may have a through hole that penetrates in the normal direction of the movable plate.
[0025]
If the mirror is provided on at least one surface of the movable plate as in the fifteenth aspect, the light beam can be deflected and scanned by the mirror, and can be applied to a light beam deflection scanning device.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a first embodiment of a planar electromagnetic actuator according to the present invention when a permanent magnet is used as an external magnetic field generating means.
[0027]
In the figure, 21 is a planar type electromagnetic actuator chip. Reference numeral 22 denotes a movable plate, and reference numerals 23 and 24 denote torsion bars that hold the movable plate 22. A planar coil (not shown) as a magnetic field generating means for generating a magnetic field by energization is laid on one side (back side in FIG. 1) of the movable plate 22, and the other side (front side in FIG. 1). Is provided with a mirror (not shown) on its entire surface. The movable plate 22 and the torsion bars 23 and 24 are integrally formed on a silicon substrate, and constitute a planar electromagnetic actuator chip 21. Reference numeral 25 denotes a permanent magnet as an external magnetic field generating means, and reference numerals 26 and 27 denote yokes joined to both polar surfaces of the permanent magnet 25. The permanent magnet 25 is disposed so that the magnetic field direction is perpendicular to the axial direction of the torsion bars 23 and 24 and substantially parallel to the planar electromagnetic actuator chip 21. That is, the permanent magnet 25 is disposed so as to have a pole surface on a pair of side surfaces (vertical direction in the drawing) facing each other in parallel with the normal direction of the movable plate 22. Further, the permanent magnet 25 is installed in the immediate vicinity where it does not come into contact even when the movable plate 22 is rotated to the required angle. In the present embodiment, the distance between the planar electromagnetic actuator chip 21 and the permanent magnet 25 is 0.1 mm.
[0028]
When a current is applied to the planar coil in this state, Lorentz force is generated by the interaction between the magnetic field generated by the planar coil and the magnetic field of the permanent magnet 25, and a rotational force proportional to the applied current is generated on the movable plate 22. The movable plate 22 rotates about the torsion bars 23 and 24 up to an angle at which the spring force and the rotational force of the torsion bars 23 and 24 are balanced.
[0029]
In order to operate the movable plate 22 efficiently, it is desirable that the magnetic flux density by the permanent magnet 25 is higher.
FIG. 2 is an explanatory view showing a magnetic circuit composed of a permanent magnet and a yoke.
[0030]
(A) is a case where only the permanent magnet 25 is used, and the magnetic field is in a state as shown in the figure, and the magnetic flux density is roughly curved. (B) is a diagram in which yokes 26 and 27 are provided on both poles of permanent magnet 25, and the end surfaces of permanent magnet 25 and yokes 26 and 27 are the same plane. In this case, the magnetic field state becomes as shown in the figure, the magnetic flux density becomes fine, the direction becomes nearly parallel, and the efficiency increases. (C) is a state in which the yokes 26 and 27 protrude from the end face of the permanent magnet 25. In this case, the magnetic fields are parallel to each other as shown in the figure, the magnetic flux density is closest, and the efficiency is further improved. In terms of design, the form of (C) is desirable, but in this case, since the chip 21 must be disposed between the yokes 26 and 27 and the magnetic circuit becomes large, in the present embodiment, (B) The form is adopted.
[0031]
As in the present embodiment, the planar electromagnetic actuator chip 21 and the permanent magnet 25 are arranged vertically along the normal direction of the movable plate 22 of the planar electromagnetic actuator chip 21 so that the chip and the permanent magnet 25 are permanent. Compared to the conventional configuration in which the magnets are arranged in a planar shape, it is possible to reduce the outer dimensions, and the cost is reduced by changing the number of permanent magnets from one to two.
[0032]
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the planar electromagnetic actuator chip 21 and a base substrate for energizing the planar coil are attached.
In FIG. 3, reference numeral 30 denotes a base substrate. The base substrate 30 is electrically connected to the planar coil formed on the surface of the planar electromagnetic actuator chip 21 on the permanent magnet side and a terminal 45 to be described later on the protrusions on both sides of the chip mounting portion formed in a substantially ring shape. A pattern 31 is formed. Since the planar electromagnetic actuator chip 21 is made of a silicon substrate, it is difficult to obtain electrical continuity directly from the outside. Therefore, the planar electromagnetic actuator chip 21 is mounted on and bonded to the base substrate 30, and the terminal pattern of the lead wire end portion of the planar coil (not shown) provided on the planar electromagnetic actuator chip 21 and the terminal on the base substrate 30. The patterns 31 are electrically connected by wires 32. Electrical conduction from the outside is performed between the terminal pattern 31 and the terminal 45 by, for example, soldering of lead wires.
[0033]
FIG. 4 is a perspective view showing an example of packaging of the planar electromagnetic actuator of the first embodiment.
In the figure, 41 is a planar type electromagnetic actuator chip bonded to the base substrate 30 as shown in FIG. 3, and 42 is an external magnetic field generating unit in which a yoke and a permanent magnet are integrated in the state of FIG. It is. Reference numeral 43 denotes a positioning and fixing member for installing the planar electromagnetic actuator chip 41 and the external magnetic field generator 42 with high positional accuracy. 44 and 44 are cover members for protecting the inside, and 45 is the aforementioned terminal having a lead wire for supplying a current to the planar coil from the outside. The terminal pattern 31 (see FIG. 3) of the substrate 30 of the planar electromagnetic actuator chip 41 and the lead wire of the terminal 45 are connected by soldering, for example, a conductive wire (not shown). The material of the fixing member 43, the cover members 44 and 44, and the terminal 45 is a nonmagnetic material. The components from the planar electromagnetic actuator chip 41 to the terminal 45 are joined by, for example, an adhesive. In the present embodiment, a pair of semi-cylindrical cover members 44, 44 are provided so that the conductive wire connected to the lead wires of the terminal pattern 31 and the terminal 45 can be packaged and packaged after the soldering operation. The cover members 44 and 44 are joined after the soldering operation. As a result, the planar electromagnetic actuator 46 completed as one device component is obtained. In the present embodiment, downsizing of the cylinder having a diameter of about 5 mm and a length of about 8 mm is realized. In the present embodiment, the package shape is cylindrical, but other shapes may be used.
[0034]
As in the present embodiment, the planar electromagnetic actuator chip 21 and the permanent magnet 25 are arranged along the normal direction of the movable plate 22 of the planar electromagnetic actuator chip 21, so that the chip 21 and the permanent magnet 25 are arranged. Therefore, in addition to downsizing the packaging of the planar electromagnetic actuator 46, there is an advantage that the packaging can be simplified.
[0035]
For example, when considering using the product of the present invention for the actuator part of a variable optical attenuator, compared to a conventional variable optical attenuator that uses a motor or the like to drive the actuator part, it is small, low cost, A power-saving variable optical attenuator can be obtained. In particular, since the cross-sectional area (outer dimension) is small, a large number of variable optical attenuators can be arranged in parallel in a small space.
[0036]
In the above embodiment, the end surface of the permanent magnet 25 on the chip (movable plate) side is flat, but a groove 25a may be provided as shown in FIG. 5A, or the movable plate as shown in FIG. A through hole 25b penetrating in the normal direction may be provided.
[0037]
With such a configuration, if the groove 25a and the through hole 25b are larger than the outer shape of the movable plate 22, the movable plate 22 can be rotated without contacting the magnet end surface, and the planar electromagnetic actuator chip 21 can be moved. It is also possible to place it directly on the permanent magnet 25. For this reason, the planar electromagnetic actuator chip 21 can be brought closer to the permanent magnet 25, and the magnetic efficiency can be increased. When the through hole 25b is provided, a mirror is also provided on the surface of the movable plate 22 of the planar electromagnetic actuator chip 21 on the permanent magnet 25 side, and the light emitting / receiving element 70 is arranged as shown in FIG. It is possible to provide a movable plate rotation position detection mechanism using a light beam.
[0038]
In the above embodiment, the permanent magnet has a rectangular parallelepiped shape, but the present invention is not limited to this and may be a cylindrical permanent magnet 25 'as shown in FIG. Also in this case, the chip-side end surface may be flat as shown in FIG. 6A, or a groove 25a ′ or a through hole 25b ′ may be provided as shown in FIGS. In this case as well, although not shown, it goes without saying that a pair of yokes may be joined to the pole surface of the magnet side as shown in FIGS.
[0039]
In the above embodiment, the planar electromagnetic actuator chip has a circular shape. However, as shown in FIG.
[0040]
Furthermore, a planar electromagnetic actuator chip of a two-dimensional drive type as shown in FIG. 9 may be used. The planar electromagnetic actuator chip 51 of a two-dimensional drive type integrally forms a frame-shaped outer movable plate 52, inner movable plate 53, outer torsion bars 54 and 55, and inner torsion bars 56 and 57 on a semiconductor substrate 58. The outer movable plate 52 is pivotally supported by a pair of outer torsion bars 54 and 55, and the inner movable plate 53 is movable outer by a pair of inner torsion bars 56 and 57 whose axial directions are orthogonal to the outer torsion bars 54 and 55. The plate 52 is pivotally supported on the inner side of the plate 52, and a planar coil (not shown) is laid on each of the outer movable plate 52 and the inner movable plate 53.
[0041]
When the two-dimensional drive type planar electromagnetic actuator chip 50 is packaged, each axis of the outer torsion bars 54 and 55 and the inner torsion bars 56 and 57 with respect to the pole face of the permanent magnet 25 is shown in FIG. The planar type electromagnetic actuator chip 51 is arranged so as to shift the directions.
[0042]
In this way, an external magnetic field component in a direction perpendicular to the axial directions of the outer torsion bars 54 and 55 and the inner torsion bars 56 and 57 can be generated by one permanent magnet 25, and the outer and inner movable plates 52, 53 can be rotated. In the case of the two-dimensional drive type planar electromagnetic actuator 51, the planar coil of the inner movable plate 53 is farther from the pole surface than the planar coil on the outer movable plate 52. In order to make the working efficiency uniform, the angle with respect to the permanent magnet 25 is adjusted so that the external magnetic field component (external magnetic field component perpendicular to the inner torsion bars 56 and 57) acting on the planar coil of the inner movable plate 53 increases. It is desirable.
[0043]
Next, a second embodiment of the planar electromagnetic actuator according to the present invention will be described.
FIG. 10 is a schematic perspective view showing a second embodiment of the planar electromagnetic actuator of the present invention when a coil type electromagnet is used as the external magnetic field generating means.
[0044]
61 is a planar type electromagnetic actuator chip. 62 is a movable plate, and 63 and 64 are torsion bars that hold the movable plate 62. A thin film permanent magnet (not shown) as a magnetic field generating means is formed on one surface (back side in FIG. 10) of the movable plate 62, and on the other surface (front side in FIG. 10). A mirror (not shown) is provided on the entire surface. The movable plate 62 and the torsion bars 63 and 64 are integrally formed from a silicon substrate, and constitute a planar electromagnetic actuator chip 61. Reference numeral 65 denotes a coil type electromagnet as an external magnetic field generating means, which generates a magnetic field by applying a current to a conducting wire 67 wound around a magnetic metal core 66. A coil type electromagnet 65 is provided along the normal direction of the movable plate 62 of the planar type electromagnetic actuator chip 61. That is, the planar type electromagnetic actuator chip 61 and the coil type electromagnet 65 are arranged so that the central axes thereof coincide with each other, and the coil type electromagnet 65 is installed in the immediate vicinity so as not to contact even when the movable plate 62 is rotated to the required angle. In the present embodiment, the distance between the planar electromagnetic actuator chip 61 and the magnetic metal core 66 is 0.1 mm.
[0045]
When a current is applied to the coiled electromagnet 65 in this state, an electromagnetic force is generated, a rotational force is generated in the movable plate 62 in association with the magnetic field of the thin film permanent magnet, and the spring force and rotational force of the torsion bars 63 and 64 are generated. The movable plate 62 rotates about the torsion bar up to the balanced angle.
[0046]
The driving principle of the present embodiment is known in “The Institute of Electrical Engineers of Japan, Micromachine Study Group, MM-99-34, P71-74 (1999)”, and as shown in FIG. It is assumed that the magnet is magnetized at right angles and parallel to the movable plate, and an electric field is supplied to the coil to generate an external magnetic field. In this case, if the volume of the thin film permanent magnet is V, magnetization M, and external magnetic field H, the rotational force N acting on the movable plate is
N = VM × H
It becomes. If the direction of the external magnetic field H is reversed from the direction of the arrow in the figure by reversing the direction of the current supplied to the coil, a rotational force in the direction opposite to the arrow in the figure is generated. Therefore, by supplying an alternating current to the coil, the movable plate can be periodically driven to swing, and the light beam can be scanned by the mirror.
[0047]
As in the present embodiment, the planar electromagnetic actuator chip 61 and the coiled electromagnet 65 are arranged vertically along the normal direction of the movable plate 62 of the planar electromagnetic actuator chip 61. As compared with the conventional structure in which the coil-type electromagnets are arranged in a planar shape, it is possible to reduce the external dimensions.
[0048]
FIG. 12 is a perspective view showing an example of packaging of the planar electromagnetic actuator of the second embodiment.
In the figure, reference numeral 71 denotes a positioning and fixing member for installing the planar type electromagnetic actuator chip 61 and the coil type electromagnet 65 with high positional accuracy. Reference numeral 72 denotes a cylindrical cover member for protecting the inside, and reference numeral 73 denotes a terminal having a lead wire for supplying a current from the outside. The conductive wire of the coil-type electromagnet 65 and the lead wire of the terminal 73 are electrically connected, for example, by soldering a conductive wire. The material of the fixing member 71, the cover member 72, and the terminal 73 is a nonmagnetic material. The terminals 73 from the planar electromagnetic actuator 61 are joined by an adhesive, for example. With this configuration, the planar electromagnetic actuator 74 is completed as one device component. In the present embodiment, as in the first embodiment, the size of the cylinder is reduced to about 5 mm and the length is about 8 mm. In this embodiment, the package shape and the cylindrical shape are used, but other shapes may be used.
[0049]
Therefore, similarly to the first embodiment, it is possible to obtain a variable optical attenuator that is small, low-cost, and power-saving compared to a conventional variable optical attenuator that uses a motor or the like to drive the actuator unit. Thus, a large number of variable optical attenuators can be arranged in parallel in a small space.
[0050]
In the above embodiment, the end surface on the chip (movable plate) side of the magnetic metal core 66 of the coiled electromagnet 65 is flat, but a groove 66a may be provided as shown in FIG. You may make it provide the through-hole 66b penetrated to a movable-plate normal line direction like B).
[0051]
With this configuration, as in the first embodiment, the movable plate 62 can be rotated without contacting the end face of the magnetic metal core 66, and the planar electromagnetic actuator chip 61 is further moved to the coil type electromagnet 65. Can be approached. The magnetic efficiency of the coiled electromagnet 65 can be increased. When the through hole 66b is provided, a mirror is also provided on the surface of the movable plate 62 of the planar electromagnetic actuator chip 61 on the coil-type electromagnet side, and the light emitting / receiving element 70 is disposed as shown in FIG. It is possible to provide a movable plate rotation position detection mechanism using a light beam.
[0052]
In the above embodiment, the coiled electromagnet 65 has an outer circular shape. However, the coiled electromagnet 65 may have a rectangular shape. In this case, the planar electromagnetic actuator chip has a rectangular shape as shown in FIG. It is good to have a square shape.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the external magnetic field generating means is arranged in the normal direction of the movable plate of the planar electromagnetic actuator chip, the external dimensions of the planar electromagnetic actuator can be reduced. Further, it is easy to align the planar electromagnetic actuator chip and the external magnetic field generating means, and there is an advantage that the packaging of the planar electromagnetic actuator can be simplified. Further, the planar electromagnetic actuator can be packaged in a small size and easily by arranging the components of the planar electromagnetic actuator in a line.
[0054]
In the case of using a permanent magnet as the external magnetic field generating means, only one permanent magnet is required, and the cost of the planar electromagnetic actuator can be reduced. Also, a planar electromagnetic actuator that can efficiently use a magnetic field can be realized by providing a pair of yokes on both pole surfaces of the permanent magnet.
[0055]
Also, if a groove or a through hole is provided on the end face of the permanent magnet or coil type electromagnet as the external magnetic field generating means, the planar electromagnetic actuator chip can be made closer to the external magnetic field generating means side, and the external magnetic field The magnetic efficiency of the generating means can be improved. In the case of the through hole, it is possible to provide a mirror on the surface of the chip on the side of the external magnetic field generating means, and it is possible to provide a movable plate position detection mechanism using light.
[0056]
Further, by integrating the base substrate for obtaining electrical continuity and the planar electromagnetic actuator chip, the planar coil of the planar electromagnetic actuator chip and the base substrate can be easily connected to the lead wire.
[0057]
If the planar electromagnetic actuator chip has an outer movable plate and an inner movable plate, a small two-dimensional drive type planar electromagnetic actuator can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a planar electromagnetic actuator according to the present invention when a permanent magnet is used as an external magnetic field generating means.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a magnetic circuit composed of a permanent magnet and a yoke.
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a planar electromagnetic actuator chip and a substrate are attached.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of packaging of the planar electromagnetic actuator according to the embodiment.
5A is a structural example having a groove on the movable plate side end surface of the permanent magnet, and FIG. 5B is a structural example having a through hole on the movable plate side end surface of the permanent magnet.
6A and 6B are diagrams showing another shape example of the permanent magnet, in which FIG. 6A is a structural example in which the end surface on the movable plate side is flat, FIG. It is a structural example which has a through-hole in a board side end surface.
FIG. 7 is a schematic layout diagram of a movable plate rotation position detection mechanism using a light beam.
FIG. 8 is a view showing an example of a rectangular planar electromagnetic actuator chip;
FIG. 9 is a view showing an example of a two-dimensional drive type planar electromagnetic actuator;
FIG. 10 is a perspective view showing a planar electromagnetic actuator according to a second embodiment of the present invention when a coil type electromagnet is used as an external magnetic field generating means.
FIG. 11 is an explanatory diagram of an operation principle of the embodiment.
FIG. 12 is a perspective view showing an example of packaging of the planar electromagnetic actuator of the embodiment.
13A is a structural example having a groove on the end surface of the magnetic metal core on the movable plate side, and FIG. 13B is a structural example having a through hole on the end surface of the magnetic metal core on the movable plate side.
FIG. 14 is a schematic layout diagram of a movable plate rotation position detection mechanism using a light beam.
FIG. 15 is a perspective view showing a configuration of a conventional planar electromagnetic actuator.
FIG. 16 is a perspective view showing another configuration of a conventional planar type electromagnetic actuator.
[Explanation of symbols]
21, 21 ', 41, 51, 61 Planar type electromagnetic actuator chip
22, 52, 53, 62 Movable plate
23, 24, 54-57, 63, 64 Torsion bar
25,25 'permanent magnet
25a, 25a ', 66a groove
25b, 25b ', 66b Through hole
26, 27 York
30 Base substrate
31 patterns
32 wires
41 Planar electromagnetic actuator chip with base substrate
42 External magnetic field generator
43, 71 Positioning fixing member
44, 72 cover member
45, 73 terminals
46,74 Packaged planar electromagnetic actuator
66 Magnetic metal core

Claims

A planar substrate in which a planar movable plate and a torsion bar that pivotably supports the movable plate in a vertical direction relative to the semiconductor substrate are integrally formed on a semiconductor substrate, and a magnetic field generating means is provided on the movable plate. Type electromagnetic actuator chip and external magnetic field generating means for applying a magnetic field to the chip from the outside, and a magnetic field generated by the magnetic field generating means of the movable plate and an external magnetic field generated by the external magnetic field generating means A planar electromagnetic actuator configured to drive the movable plate by interaction;
A planar electromagnetic actuator characterized in that the external magnetic field generating means is arranged in the normal direction of the movable plate of the planar electromagnetic actuator chip.

The planar electromagnetic actuator chip, the external magnetic field generating means, a terminal having at least two lead wires, a member for positioning and fixing the planar electromagnetic actuator chip and the external magnetic field generating means, and a cover member. The planar electromagnetic actuator according to claim 1, wherein a cylindrical space is formed by the terminal and the cover member, and a terminal, an external magnetic field generating means, and a planar electromagnetic actuator chip are arranged in this order from the terminal side of the cylindrical space.

The magnetic field generating means of the movable plate is a planar coil laid on the movable plate, and the external magnetic field generating means is one permanent magnet,
3. The planar electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the permanent magnet generates an external magnetic field component substantially perpendicular to the axial direction of the torsion bar and substantially parallel to the movable plate.

4. The planar electromagnetic actuator according to claim 3, wherein the permanent magnet has a pole surface on a pair of side surfaces facing each other in parallel with a normal direction of the movable plate.

5. The planar electromagnetic actuator according to claim 3, wherein the permanent magnet has a groove on an end surface on a movable plate side.

5. The planar electromagnetic actuator according to claim 3, wherein the permanent magnet has a through-hole penetrating in a normal direction of the movable plate.

The planar electromagnetic actuator according to any one of claims 3 to 6, wherein a yoke is provided on a pole surface of the permanent magnet.

The planar electromagnetic actuator according to claim 7, wherein a movable plate side end surface of the yoke is positioned in the same plane as a movable plate side end surface of the permanent magnet.

The planar electromagnetic actuator according to claim 7, wherein a movable plate side end surface of the yoke protrudes from a movable plate side end surface of the permanent magnet toward the movable plate side.

The movable plate is a frame-shaped outer movable plate that is pivotally supported on the semiconductor substrate via an outer torsion bar, and an inner torsion whose axial direction is orthogonal to the outer torsion bar inside the outer movable plate. The planar electromagnetic actuator according to any one of claims 3 to 9, comprising an inner movable plate that is pivotally supported via a bar.

The planar electromagnetic actuator according to any one of claims 3 to 10, further comprising: a base substrate on which the planar electromagnetic actuator chip is mounted and a planar coil of the chip and the terminal are electrically connected.

The magnetic field generating means of the movable plate is a thin film permanent magnet formed on the movable plate, the external magnetic field generating means is a coil type electromagnet in which a conductive wire is wound around a magnetic metal core, and the coil type electromagnet is connected to the movable plate. The planar electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the magnetic metal core is arranged along a normal direction.

The planar electromagnetic actuator according to claim 12, wherein the magnetic metal core of the coiled electromagnet has a groove on an end surface on the movable plate side.

The planar electromagnetic actuator according to claim 12, wherein the magnetic metal core of the coiled electromagnet has a through-hole penetrating in a normal direction of the movable plate.

The planar electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the planar electromagnetic actuator has a mirror on at least one surface of the movable plate.