JP2006067706A - Actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクチュエータに関するものである。 The present invention relates to an actuator.
例えば、レーザープリンタ等に用いられるアクチュエータとしてポリゴンミラー(回転多面体)が知られている。
しかし、このようなポリゴンミラーにおいて、より高解像度で品質のよい印字と高速印刷を達成するには、ポリゴンミラーの回転をさらに高速にしなければならない。現在のポリゴンミラーには高速安定回転を維持するためにエアーベアリングが使用されているが、今以上の高速回転を得るのは困難となっている。また、高速にするためには、大型のモーターが必要であり、騒音、発熱、消費電力が大きいことや小型化が困難であるという問題がある。このようなポリゴンミラーを用いると、構造が複雑となり、コストが高くなるといった問題も生じる。
For example, a polygon mirror (rotating polyhedron) is known as an actuator used in a laser printer or the like.
However, in such a polygon mirror, in order to achieve high-quality, high-quality printing and high-speed printing, the polygon mirror must be rotated at a higher speed. In current polygon mirrors, air bearings are used to maintain high-speed and stable rotation, but it is difficult to obtain higher-speed rotation. In addition, in order to increase the speed, a large motor is required, and there are problems that noise, heat generation, power consumption are large, and miniaturization is difficult. When such a polygon mirror is used, there is a problem that the structure becomes complicated and the cost becomes high.
また、図13に示すような、平行平板状に電極を配置した1自由度のねじり振動子は、その構造が簡単なことから、アクチュエータの研究初期から提案されている(例えば、非特許文献1参照)。また、前記ねじり振動子をカンチレバー方式とした静電駆動型振動子も提案されている(例えば、非特許文献2参照)。
図13の静電駆動型ねじり振動子は、ガラス基板1000上の両端部にスぺーサ200を介してシリコンの単結晶板からなる可動電極板300の両端固定部300aを固定し、この可動電極板300の両端固定部300a間に、細巾のトーションバー300bを介して可動電極部300cを支持させ、また、その可動電極部300cに電極間隔を置いて対向させる固定電極400を、ガラス基板1000上において前記可動電極部300cに対し平行配置している。可動電極板300と固定電極400との間にはスイッチ600を介して電源500が接続される。
Further, a one-degree-of-freedom torsional vibrator in which electrodes are arranged in a parallel plate shape as shown in FIG. 13 has been proposed from the early stage of research on actuators because of its simple structure (for example, Non-Patent
The electrostatic drive type torsional vibrator shown in FIG. 13 fixes both
前記構成を有するねじり振動子は、可動電極部300cと固定電極400との間に電圧を印加すると、静電引力によりトーションバー300bを軸として可動電極部300cが回転するものである。しかし、上述した構造では、可動電極部300cが電極と可動部を兼ねるため、大きな駆動力を得ようとして電極間隔を狭くすると変位(回転角)に制約が生じ、また可動範囲を大きくとるために電極間隔を大きくすると、駆動力が弱くなってしまう。このため、大きな駆動力を得ることと、大振幅の両立が困難であるという問題がある。
In the torsional vibrator having the above-described configuration, when a voltage is applied between the
本発明の目的は、大きな駆動力が得られ、かつ、振れ角(振幅)の大きいアクチュエータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an actuator capable of obtaining a large driving force and having a large deflection angle (amplitude).
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、第1の質量部と、
第2の質量部と、
圧電素子を備え、該圧電素子に交流電圧を印加することにより駆動されて振動する振動体と、
前記第1の質量部と前記第2の質量部とを支持する支持部と、
前記第1の質量部と前記第2の質量部とを、前記第1の質量部が前記第2の質量部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも1対の第1の弾性連結部と、
前記第2の質量部と前記支持部とを、前記第2の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも1対の第2の弾性連結部とを有し、
前記振動体の振動により前記第2の質量部が駆動し、それに伴い前記第1の質量部が回動することを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The actuator of the present invention includes a first mass part,
A second mass part;
A vibrating body that includes a piezoelectric element and is driven and vibrated by applying an AC voltage to the piezoelectric element;
A support part for supporting the first mass part and the second mass part;
At least one pair of first elastic members that connect the first mass unit and the second mass unit so that the first mass unit is rotatable with respect to the second mass unit. A connecting portion;
And having at least one pair of second elastic connecting portions for connecting the second mass portion and the support portion so that the second mass portion is rotatable with respect to the support portion. ,
The second mass unit is driven by the vibration of the vibrating body, and the first mass unit rotates accordingly.
これにより、容易かつ確実に第2の質量部を大きな駆動力、かつ、大きな回転角度(振れ角)で駆動することができるため、第1の質量部の回転角度(振れ角)の大きいアクチュエータを提供することができる。また、第1の質量部を高い周波数で駆動することができる。また、構造を簡易なものとすることができるため、高集積化、高密度化、低コスト化を図ることができる。 Accordingly, since the second mass unit can be easily and reliably driven with a large driving force and a large rotation angle (swing angle), an actuator having a large rotation angle (swing angle) of the first mass unit can be obtained. Can be provided. In addition, the first mass unit can be driven at a high frequency. In addition, since the structure can be simplified, high integration, high density, and low cost can be achieved.
本発明のアクチュエータは、第1の質量部と、
前記第1の質量部を介して該第1の質量部の一端側と他端側とにそれぞれ設けられる1対の第2の質量部と、
前記第1の質量部と前記各第2の質量部とを支持する支持部と、
圧電素子を備え、該圧電素子に交流電圧を印加することにより駆動されて振動する振動体と、
前記第1の質量部と前記各第2の質量部とを、前記第1の質量部が前記各第2の質量部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも1対の第1の弾性連結部と、
前記各第2の質量部と前記支持部とを、前記各第2の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも1対の第2の弾性連結部とを有し、
前記振動体の振動により前記各第2の質量部が駆動し、それに伴い前記第1の質量部が回動することを特徴とする。
The actuator of the present invention includes a first mass part,
A pair of second mass parts respectively provided on one end side and the other end side of the first mass part via the first mass part;
A support part for supporting the first mass part and the second mass parts;
A vibrating body that includes a piezoelectric element and is driven and vibrated by applying an AC voltage to the piezoelectric element;
At least one pair of first masses connecting the first mass parts and the second mass parts so that the first mass parts are rotatable with respect to the second mass parts. An elastic connecting portion of
At least one pair of second elastic connecting portions that connect each of the second mass portions and the support portion such that each of the second mass portions is rotatable with respect to the support portion; Have
The second mass portions are driven by the vibration of the vibrating body, and the first mass portions are rotated accordingly.
これにより、容易かつ確実に第2の質量部を大きな駆動力、かつ、大きな回転角度(振れ角)で駆動することができる。また、第2の質量部の回転角度に第1の質量部の回転角度が制限されないため、より第1の質量部の回転角度(振れ角)の大きいアクチュエータを提供することができる。また、構造を簡易なものとすることができるため、高集積化、高密度化、低コスト化を図ることができる。 Accordingly, the second mass unit can be easily and reliably driven with a large driving force and a large rotation angle (runout angle). In addition, since the rotation angle of the first mass unit is not limited to the rotation angle of the second mass unit, an actuator having a larger rotation angle (swing angle) of the first mass unit can be provided. In addition, since the structure can be simplified, high integration, high density, and low cost can be achieved.
本発明のアクチュエータでは、前記振動体を複数有し、
前記1対の第2の質量部に対応する部位に、それぞれ、前記振動体が設けられていることが好ましい。
これにより、容易かつ確実に、それぞれ対応する1対の第2の質量部を駆動することができる。
In the actuator of the present invention, the actuator has a plurality of the vibrators,
It is preferable that the vibrating bodies are respectively provided at portions corresponding to the pair of second mass parts.
Thus, the corresponding pair of second mass parts can be driven easily and reliably.
本発明のアクチュエータでは、前記振動体は、前記1対の第2の質量部を、それぞれ、同期的に駆動し得るよう構成されていることが好ましい。
これにより、1対の第2の質量部の制御を簡易なものとすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記振動体は、バイモルフ構造をなし、
前記振動体は、前記圧電素子の屈曲変位により、前記第2の質量部に駆動力を伝達するよう構成されていることが好ましい。
これにより、第2の質量部に対して大きな変位量を与えることができるため、第2の質量部をより大きな回転角度(振れ角)で駆動することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the vibrating body is configured to be able to drive the pair of second mass parts in synchronization with each other.
Thereby, control of a pair of 2nd mass parts can be simplified.
In the actuator of the present invention, the vibrating body has a bimorph structure,
It is preferable that the vibrating body is configured to transmit a driving force to the second mass unit by a bending displacement of the piezoelectric element.
Thereby, since a big displacement amount can be given with respect to a 2nd mass part, a 2nd mass part can be driven with a bigger rotation angle (deflection angle).
本発明のアクチュエータでは、前記振動体と前記第2の質量部とは、それぞれ長板状をなし、
前記振動体の一方の端部と前記第2の質量部の一方の端部とが、平面視で重なるよう設けられていることが好ましい。
これにより、簡易な構成で第2の質量部を大きな駆動力で駆動することができる。
In the actuator of the present invention, each of the vibrating body and the second mass unit has a long plate shape,
It is preferable that one end portion of the vibrating body and one end portion of the second mass portion are provided so as to overlap in a plan view.
Thereby, the second mass unit can be driven with a large driving force with a simple configuration.
本発明のアクチュエータでは、前記振動体の他方の端部は、前記支持部に固着されていることが好ましい。
これにより、簡易な構成で第2の質量部を安定して駆動することができる。また、振動体の変位を大きくすることができる。また、装置全体の小型化が図れる。
本発明のアクチュエータでは、前記支持部と対向するように設けられた対向基板を備え、
前記振動体の他方の端部は、前記対向基板に固着されていることが好ましい。
これにより、簡易な構成で第2の質量部を安定して駆動することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the other end portion of the vibrating body is fixed to the support portion.
Thereby, the second mass unit can be stably driven with a simple configuration. Moreover, the displacement of the vibrating body can be increased. Further, the entire apparatus can be reduced in size.
In the actuator of the present invention, comprising an opposing substrate provided to face the support portion,
It is preferable that the other end of the vibrating body is fixed to the counter substrate.
Thereby, the second mass unit can be stably driven with a simple configuration.
本発明のアクチュエータでは、前記対向基板に凹部が設けられ、
前記振動体の他方の端部は、前記凹部内に挿入され固着されていることが好ましい。
これにより、より確実に第2の質量部を安定して駆動することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記振動体の前記一方の端部と前記第2の質量部の前記一方の端部とのいずれか一方または両方に、突起が設けられ、
前記振動体は、前記突起を介して前記第2の質量部に駆動力を伝達するよう構成されていることが好ましい。
これにより、第2の質量部の振動の制御の簡素化が図れる。
In the actuator of the present invention, the counter substrate is provided with a recess,
It is preferable that the other end of the vibrating body is inserted and fixed in the recess.
As a result, the second mass unit can be stably driven more reliably.
In the actuator of the present invention, a protrusion is provided on one or both of the one end of the vibrating body and the one end of the second mass unit,
It is preferable that the vibrating body is configured to transmit a driving force to the second mass unit via the protrusion.
Thereby, simplification of the control of the vibration of the second mass unit can be achieved.
本発明のアクチュエータでは、前記第2の質量部と前記振動体とが、予め結合していることが好ましい。
これにより、振動体と第2の質量部との接触面積を小さくして、振動の損失を小さくすることができる。また、容易かつ確実に第2の質量部を所望の周波数で駆動することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the second mass unit and the vibrating body are coupled in advance.
Thereby, the contact area of a vibrating body and a 2nd mass part can be made small, and the loss of vibration can be made small. In addition, the second mass unit can be easily and reliably driven at a desired frequency.
本発明のアクチュエータでは、前記振動体の振動時において、前記第1の質量部または前記第2の質量部の変位を測定する変位測定手段を有することが好ましい。
これにより、例えば、第2の質量部の回転角度を検出したりすることができ、また、その検出結果を、第1の質量部の振れ角の制御に利用することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記変位測定手段は、前記1対の第1の弾性連結部および前記1対の第2の弾性連結部のうち少なくとも1つの内部に設けられるピエゾ抵抗素子を有することが好ましい。
これにより、構造を簡易なものとすることができる。
The actuator according to the aspect of the invention preferably includes a displacement measuring unit that measures the displacement of the first mass unit or the second mass unit when the vibrating body vibrates.
Thereby, for example, the rotation angle of the second mass part can be detected, and the detection result can be used for controlling the deflection angle of the first mass part.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the displacement measuring unit includes a piezoresistive element provided in at least one of the pair of first elastic coupling portions and the pair of second elastic coupling portions. .
Thereby, the structure can be simplified.
本発明のアクチュエータでは、前記変位測定手段は、前記第1の質量部および前記第2の質量部に非接触でその変位を検出し得るものであることが好ましい。
これにより、構造を簡易なものとすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記変位測定手段の検出に基づいて、前記第1の弾性連結部に対しての前記第1の質量部の回動する角度を制御するよう構成されていることが好ましい。
これにより、確実に、振動体の変位量を制御することができるため、第2の質量部の回転角度(振れ角)を所望のものとすることができる。これにより、第1の質量部の振れ角を好適に制御することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the displacement measuring unit can detect the displacement in a non-contact manner with respect to the first mass portion and the second mass portion.
Thereby, the structure can be simplified.
The actuator of the present invention is preferably configured to control an angle of rotation of the first mass part with respect to the first elastic coupling part based on detection of the displacement measuring means.
Thereby, since the displacement amount of a vibrating body can be controlled reliably, the rotation angle (deflection angle) of a 2nd mass part can be made into a desired thing. Thereby, the deflection angle of the first mass part can be suitably controlled.
本発明のアクチュエータでは、前記交流電圧の周波数が、前記第2の質量部と前記第1の質量部とが共振する2自由度振動系の共振周波数と等しくなるように前記振動体の振動を制御することが好ましい。
これにより、第2の質量部の振幅を抑制しつつ、第1の質量部の回転角度(振れ角)を大きくすることができる。
前記第1の質量部は、光反射部を有するのが好ましい。
これにより、本発明のアクチュエータを例えば、光スキャナとして用いた場合、光の光路を容易に変更することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, the vibration of the vibrating body is controlled so that the frequency of the AC voltage is equal to a resonance frequency of a two-degree-of-freedom vibration system in which the second mass portion and the first mass portion resonate. It is preferable to do.
Thereby, the rotation angle (swing angle) of the first mass unit can be increased while suppressing the amplitude of the second mass unit.
The first mass part preferably has a light reflecting part.
Thereby, when the actuator of this invention is used as an optical scanner, for example, the optical path of light can be changed easily.
以下、本発明のアクチュエータの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明のアクチュエータの第1実施形態について説明する。
図1は、本発明のアクチュエータの第1実施形態を示す平面図、図2は、図1中のA−A線での断面図、図3は、第1実施形態の対向基板を示す平面図、図4は、図1中のB−B線での断面図、図5は、振動体(バイモルフ型圧電素子)の側面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an actuator of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, a first embodiment of the actuator of the present invention will be described.
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the actuator of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view showing a counter substrate of the first embodiment. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1, and FIG. 5 is a side view of a vibrating body (bimorph type piezoelectric element). In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper”, the lower side as “lower”, the right side as “right”, and the left side as “left”.
図1に示すアクチュエータ100は、第1の質量部(可動部)2と、矩形の長板状をなす1対の第2の質量部(駆動部)1、11と、支持部3と、対向基板6と、矩形の長板状をなす1対(複数)の振動体7とを有している。
このアクチュエータ100は、第1の質量部2が中心に位置し、第1の質量部2を介し、第2の質量部1が一端側(右側)に設けられ、第2の質量部11が他端側(左側)に設けられている。また、第2の質量部1の図1中右側と、第2の質量部11の図1中左側にそれぞれ支持部3が配置されている。
An
In the
また、本実施形態では、第2の質量部1および11は、略同一形状かつ略同一寸法で、第1の質量部2を介して、略対称に設けられている。
第2の質量部1、11、第1の質量部2および支持部3は、それぞれ、例えば、シリコン等で構成されている。
本実施形態の第1の質量部2の表面(対向基板6が設けられている側とは反対側の面)には、光反射部21が設けられている。
In the present embodiment, the
The
A
また、アクチュエータ100は、図1に示すように、第2の質量部1、11が、それぞれ第2の質量部1の右側に設けられた支持部3および第2の質量部11の左側に設けられた支持部3に対して回動可能となるように、第2の質量部1、11と支持部3とを連結する1対の第2の弾性連結部4、4を有している。また、第1の質量部2が第2の質量部1、11に対して回動可能となるように、第2の質量部1、11と、第1の質量部2とを連結する1対の第1の弾性連結部5、5を有している。すなわち、第1の質量部2は第1の弾性連結部5、5を介して、第2の質量部1、11にそれぞれ接続され、第2の質量部1、11は、それぞれ第2の弾性連結部4、4を介して対応する側(右側、左側)の支持部3に接続されている。また、第2の弾性連結部4と、第1の弾性連結部5とは同軸的に設けられており、これらが回動中心軸(回転軸)41となる。
In addition, as shown in FIG. 1, the
支持部3は、図2に示すように、対向基板6と接合している。
この対向基板6は、各種ガラスやシリコン等で構成されている。
対向基板6は、図2および図3に示すように、第1の質量部2に対応する位置に開口部61を有している。
また、図3および図4に示すように、対向基板6の上面には第2の質量部1、11に対応する部位に凹部62、62が形成されている。また、対向基板6の上面には、凹部62、62の図1中下側に凹部62、62よりも深さの浅い凹部71、71が形成されている。
The
The
As shown in FIGS. 2 and 3, the
As shown in FIGS. 3 and 4, recesses 62 and 62 are formed on the upper surface of the
図2に示すように、凹部71、71内には振動体7、7の端部(他方の端部)17、17が挿入され固着されている。また、振動体7、7の端部(一方の端部)18、18は、第2の質量部1、11の、それぞれ長手方向の端部(図1中下側の端部)14、14の図4中下部に位置している。すなわち、第2の質量部1、11の端部14、14と、振動体7、7の端部18、18とが、それぞれ平面視で重なるように設置されている。
As shown in FIG. 2, end portions (the other end portions) 17 and 17 of the vibrating
これらの振動体7、7は、第1の質量部2を中心に略線対称となるように設置されている。
なお、第2の質量部1、11の端部14、14と、振動体7、7の端部18、18との、それぞれ平面視で重なる部位は、なるべく小さいことが好ましい。このようにすることで、振動体7、7の振動が第2の質量部1、11に対して効率よく伝達される。
These vibrating
In addition, it is preferable that the site | part which overlaps in planar view each of the
図4に示すように、この第2の質量部1、11には、振動伝達体としての突起51、51が形成されている。第2の質量部1、11と振動体7、7とは、これらの突起51、51を介して結合されている。
なお、突起51は、なくてもよい。
振動体7、7については、その構成、機能が互いに同様であるので、以下では、代表的に、図1中右側の振動体7について説明する。
As shown in FIG. 4,
The
Since the configurations and functions of the vibrating
図5に示すように、振動体7は、第1の電極52と、電気/機械変換素子(第1の電気/機械変換素子)としての第1の圧電素子53と、第3の電極54と、電気/機械変換素子(第2の電気/機械変換素子)としての第2の圧電素子55と、第2の電極56とを順に積層して構成されている。これら第1の電極52、第1の圧電素子53、第3の電極54、第2の圧電素子55、第2の電極56が、バイモルフ構造の振動体7を構成している。従って、以下の説明では、振動体7を「バイモルフ型圧電素子7」とも言うことがある。
As shown in FIG. 5, the vibrating
第1の電極52および第2の電極56は、例えば導線等により互いに電気的に接続され、これらにより、グループ電極57を構成している。第3の電極54およびグループ電極57は、後述する駆動回路に接続されている。
ここで、第3の電極54とグループ電極57からの交流電圧が、第1の圧電素子53と第2の圧電素子55とに印加されると、第1の圧電素子53は、長方形状をなす第1の圧電素子53の長手方向Aに収縮する。
The
Here, when an AC voltage from the
一方、第2の圧電素子55は、長方形状をなす第2の圧電素子53、55の長手方向Bに伸長する。これにより、振動体7が第1および第2の圧電素子53、55の図5中方向Cに屈曲変位する。
後述するアクチュエータ100の使用の際には、この振動体7の屈曲変位により、第2の質量部1、11が押圧駆動される。
On the other hand, the second
When the
これらの圧電素子53、55の構成材料としては、特に限定されないが、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものが好適に用いられる。
上述したような構成の2自由度振動型アクチュエータにおいては、第1の質量部2と第1の弾性連結部5とからなる第1の振動系と、第2の質量部1および11と第2の弾性連結部4とからなる第2の振動系とを構成する。
The constituent materials of these
In the two-degree-of-freedom vibration type actuator configured as described above, the first vibration system including the first mass portion 2 and the first
また、本実施形態のアクチュエータ100は、1対の第2の弾性連結部4および1対の第1の弾性連結部5のうち少なくとも1つ、本実施形態では、図1中、第1の質量部2に対して左側の第1の弾性連結部5が、その内部にピエゾ抵抗素子(変位測定手段)42を備えている。このピエゾ抵抗素子から第2の質量部1および11の回転角度(変位角度)を示す検出信号が出力される。
In addition, the
また、アクチュエータ100には、図示しない制御手段および記憶部が設けられている。ピエゾ抵抗素子42は、それぞれ制御手段に電気的に接続されており、制御手段には、ピエゾ抵抗素子42からの検出信号(検出値)が、随時入力される。また、記憶部には、検出信号と、第1の質量部2の振れ角との関係(検量線)が予めテーブル化されて記憶されている。なお、検量線としては、テーブルでもよく、数式でもよい。
In addition, the
本実施形態のアクチュエータ100を使用する際には、振動体7、7の第3の電極54とグループ電極57との間に交流電圧を印加する。これにより第1の圧電素子53と第2の圧電素子55とに交流電圧が印加され、第1の圧電素子53が収縮し、第2の圧電素子55が伸長することにより、振動体7、7が、それぞれ図2中上側に屈曲変位して第2の質量部1、11を押圧し、第2の質量部1、11に対して駆動力を伝達する。この駆動力により、第2の質量部1および11が、回動中心軸41(第2の弾性連結部4)を中心に所定角度回転する。この第2の質量部1および11の回転に伴って、第1の弾性連結部5を介して連結されている第1の質量部2は、回動中心軸41(第1の弾性連結部5)を中心に所定角度回転する。
When the
その後、交流電圧の振幅の変化により、振動体7の第2の質量部1および11への駆動力が変化し、第2の質量部1および11が回動中心軸41(第2の弾性連結部4)を軸に振動(回転)する。この第2の質量部1および11の振動に伴って、第1の弾性連結部5を介して連結されている第1の質量部2は、回動中心軸41(第1の弾性連結部5)を中心に所定角度回転する。
Thereafter, due to the change in the amplitude of the AC voltage, the driving force to the
前述した制御手段は、例えば、第1の質量部2を所定の振れ角で振動させる命令を受けると、ピエゾ抵抗素子42からの検出信号と、例えば、前述した検量線とにより、第1の質量部2の振れ角を求め、前述した駆動回路に対して指示を行う。駆動回路は圧電素子53および55に印加する交流電圧の振幅を制御手段からの指示に応じて変化させる。これにより第1の質量部2を所望の振れ角で駆動することができる。
このアクチュエータ100では、バイモルフ型圧電素子7に印加する交流電圧の周波数は、第2の質量部1、11と第1の質量部2とが共振する2自由度振動系の共振周波数と等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、第2の質量部の振幅を抑制しつつ、第1の質量部の回転角度(振れ角)を大きくすることができる。
For example, when the control unit receives a command to vibrate the first mass unit 2 at a predetermined deflection angle, the control unit generates the first mass by using the detection signal from the
In this
ここで、第2の質量部1の回動中心軸41に対して略垂直な方向(長手方向)の端部12との間の距離(長さ)をL1、第2の質量部11の回動中心軸41に対して略垂直な方向(長手方向)の端部12との間の距離(長さ)をL2、第1の質量部2の回動中心軸41に対して略垂直な方向の端部13との間の距離(長さ)をL3としたとき、第2の質量部1および11が、それぞれ独立して設けられているため、第2の質量部1および11と、第1の質量部2とが干渉せず、第1の質量部2の大きさにかかわらず、L1およびL2を小さくすることができる。これにより、第2の質量部1および11の回転角度(対向基板6の振動体7が設けられている面と平行な方向に対する第1の質量部2の振れ角)を大きくすることができ、第1の質量部2の回転角度を大きくすることができる。
ここで、第2の質量部1、11および第1の質量部2の寸法は、それぞれ、L1<L3かつL2<L3の関係を満足するよう設定されるのが好ましい。
Here, the distance (length) between the
Here, it is preferable that the dimensions of the
前記関係を満たすことにより、L1およびL2をより小さくすることができ、第2の質量部1および11の回転角度をより大きくすることができ、第1の質量部2の回転角度をさらに大きくすることができる。
この場合、第1の質量部2の最大回転角度が、特に限定されないが、例えば20°以上となるように構成されるのが好ましい。
By satisfying the relationship, L1 and L2 can be further reduced, the rotation angle of the
In this case, the maximum rotation angle of the first mass unit 2 is not particularly limited, but is preferably configured to be, for example, 20 ° or more.
また、L1およびL2を小さくすることにより、より小さい駆動力で第2の質量部1および11を駆動することができるため、各振動体7に印加する電圧をさらに小さくすることができる。
なお、前述したように、本実施形態では、L1とL2とは略等しく設定されているが、L1とL2とが異なっていてもよいことは言うまでもない。
In addition, since the
As described above, in this embodiment, L1 and L2 are set to be approximately equal, but it goes without saying that L1 and L2 may be different.
第1の質量部2の平均厚さは、1〜1500μm程度であるのが好ましく、10〜300μm程度であるのがより好ましい。
また、第2の質量部1および11の平均厚さは、1〜1500μm程度であるのが好ましく、10〜300μm程度であるのがより好ましい。
第1の弾性連結部5のばね定数k1は、1×10−4〜1×104Nm/rad程度であるのが好ましく、1×10−2〜1×103Nm/rad程度であるのがより好ましく、1×10−1〜1×102Nm/rad程度であるのがさらに好ましい。これにより、第2の質量部1および11の振れ角を抑制しつつ、第1の質量部2の振れ角をより大きくすることができる。
The average thickness of the first mass part 2 is preferably about 1 to 1500 μm, and more preferably about 10 to 300 μm.
In addition, the average thickness of the
The spring constant k 1 of the first elastic connecting
また、第2の弾性連結部4のばね定数k2は、1×10−4〜1×104Nm/rad程度であるのが好ましく、1×10−2〜1×103Nm/rad程度であるのがより好ましく、1×10−1〜1×102Nm/rad程度であるのがさらに好ましい。これにより、第1の質量部2の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
第1の弾性連結部5のばね定数をk1、第2の弾性連結部4のばね定数をk2としたとき、k1とk2とが、k2>k1の関係を満足するのが好ましい。これにより、第2の質量部1および11の振れ角を抑制しつつ、第1の質量部2の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
Further, the spring constant k 2 of the second elastic connecting
When the spring constant of the first elastic connecting
また、前記第1の質量部2の慣性モーメントをJ1、第2の質量部1(第2の質量部11)の慣性モーメントをJ2、としたとき、J1とJ2とが、J1≧J2の関係を満足することが好ましく、J1>J2の関係を満足することがより好ましい。これにより、第2の質量部1および11の振れ角を抑制しつつ、第1の質量部2の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
Further, when the inertia moment of the first mass part 2 is J 1 and the inertia moment of the second mass part 1 (second mass part 11) is J 2 , J 1 and J 2 are J it is preferable to satisfy one of ≧ J 2 relations, it is more preferable to satisfy the relationship of
ところで、第1の振動系の固有振動数ω1は、第1の質量部2の慣性モーメントをJ1、第1の弾性連結部5のばね定数をk1としたとき、ω1=(k1/J1)1/2によって与えられ、第2の振動系の固有振動数ω2は、第2の質量部1の慣性モーメントをJ2、第2の弾性連結部4のばね定数をk2としたとき、ω2=(k2/J2)1/2によって与えられる。
前記のようにして求められる第1の振動系の固有振動数ω1と第2の振動系の固有振動数ω2とは、ω2>ω1の関係を満足するのが好ましい。これにより、第2の質量部1および11の振れ角を抑制しつつ、第1の質量部2の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
By the way, the natural frequency ω 1 of the first vibration system is expressed as ω 1 = (k when the moment of inertia of the first mass portion 2 is J 1 and the spring constant of the first elastic connecting
It is preferable that the natural frequency ω 1 of the first vibration system and the natural frequency ω 2 of the second vibration system obtained as described above satisfy the relationship of ω 2 > ω 1 . Thereby, the rotation angle (swing angle) of the first mass unit 2 can be further increased while suppressing the deflection angle of the
以上説明したように、このアクチュエータ100によれば、振動体7が屈曲変位することによって、容易かつ確実に第2の質量部1、11を大きな駆動力、かつ、大きな回転角度(振れ角)で駆動することができる。また、第2の質量部1、11の駆動に伴い、第1の質量部2が回動するように構成されているため、第2の質量部の回転角度(振れ角)の大きいアクチュエータを提供することができる。また、第2の質量部を高い周波数(例えば、10kHz程度)で駆動することができる。
As described above, according to the
また、振動体7がバイモルフ構造をなしているため、例えば、振動体が積層型構造をなしている場合等に比べてアクチュエータ100の厚み方向(図2中上下方向)の寸法を小さくすることができる。
また、静電駆動方式のアクチュエータに比べて構造を簡易なものとすることができるため、高集積化、高密度化、低コスト化を図ることができる。
Further, since the vibrating
Further, since the structure can be simplified as compared with an electrostatic drive type actuator, high integration, high density, and low cost can be achieved.
また、第2の質量部1と振動体7とは、突起51を介して結合されているため、振動体と第2の質量部との接触面積が小さくなり、振動の損失を小さくすることができる。また、容易かつ確実に第2の質量部1、11を所望の周波数で駆動することができるため、例えば、第1の質量部2の制御を容易に行うことができる。
本発明のアクチュエータを例えば、レーザープリンタ等に用いた場合は、ポリゴンミラー等を用いた場合と比べて、より高解像度で品質のよい印字と高速印刷とを行うことができる。
In addition, since the
For example, when the actuator of the present invention is used in a laser printer or the like, it is possible to perform high-quality printing and high-speed printing with higher resolution than when a polygon mirror or the like is used.
また、本実施形態では、振動体7として、圧電素子53、55を備えたバイモルフ構造をなす振動体を用いたが、本発明では圧電素子を備えた振動体であれば、特に限定されない。
また、本実施形態では、振動体7、7と第2の質量部1、11とが予め結合された構成としたが、結合されてなくてもよい。
In the present embodiment, a vibrating body having a bimorph structure including the
Further, in the present embodiment, the vibrating
また、本実施形態では、突起51、51は第2の質量部1、11に形成されたが、それに限られず、振動体7に形成されてもよいし、第2の質量部1、11と振動体7、7との両方に形成されていてもよい。この場合、例えば、振動体7の表面に金等の金属パターンを形成して、その金属パターン上に例えば、メッキ法等によって突起51を形成する方法等が挙げられる。
In the present embodiment, the
また、変位検出手段としては、前述したピエゾ抵抗素子42に限られず、例えば、フォトセンサ等を用いてもよい。この場合、対向基板6の下部に別途基板等を設置し、前記基板の対向基板6側の面の第1の質量部2の端部に対応する部位に、フォトセンサを設置するのが好ましい。
フォトセンサは、第1の質量部2へ向けて光を照射する発光部と、この発光部から発せられ、第1の質量部2で反射した光(反射光)を受光し光電変換する受光部とを有し、第2の質量部1を反射した光が、受光部で受光されると、光電変換により、受光光量に応じた大きさの電圧(電流)が出力される。
Further, the displacement detection means is not limited to the
The photosensor includes a light emitting unit that emits light toward the first mass unit 2 and a light receiving unit that receives light (reflected light) emitted from the light emitting unit and reflected by the first mass unit 2 and performs photoelectric conversion. When the light reflected by the
この電圧値(検出値)に基づいて、前記制御部が前述した駆動回路に対して指示を行うことによって、第1の質量部2の姿勢(変位)および回転周波数を制御することができる。
なお、発光部としては、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード等が挙げられ、受光部としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。
また、レーザダイオードを用いた場合には、レーザー光を移動体に当てたとき、反射して戻ってくる光の振動数が移動体の速度に比例して変化する現象(ドップラー効果)を利用して移動体の速度を計測する方法であるレーザードップラー法を用いて第1の質量部2の回転角度を検出することもできる。
Based on the voltage value (detected value), the control unit instructs the drive circuit described above to control the attitude (displacement) and the rotation frequency of the first mass unit 2.
Examples of the light emitting unit include a light emitting diode and a laser diode, and examples of the light receiving unit include a photodiode and a phototransistor.
In addition, when a laser diode is used, a phenomenon (Doppler effect) is used in which the frequency of reflected light that is reflected back when the laser beam is applied to the moving body changes in proportion to the speed of the moving body. The rotation angle of the first mass unit 2 can also be detected using a laser Doppler method, which is a method for measuring the speed of the moving body.
次に、図1〜図5に示すようなアクチュエータ100の製造方法の一例について添付図面を参照しつつ説明する。
図6、図7は、アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図(部分断面図)である。
本実施形態では、一例として、以下に示す第1〜第7の工程により、アクチュエータ100を製造する場合について説明する。
Next, an example of the manufacturing method of the
6 and 7 are process diagrams (partial sectional views) showing an example of a method for manufacturing an actuator.
In the present embodiment, as an example, the case where the
[第1の工程](エッチング工程)
まず、ガラス基板60を用意する。
そして、図6(a)に示すように、ガラス基板60の上面に、凹部62、62および凹部71、71を形成する領域を除いた部分に対応するように、例えば、クロムや金、アルミニウム等により金属マスク63を形成する。
[First step] (Etching step)
First, the
And as shown to Fig.6 (a), it corresponds to the part except the area | region which forms the recessed
次に、この金属マスク63を介して、ガラス基板60の上面側をエッチングした後、金属マスク63を除去する。これにより、図6(b)に示すように、凹部62、62および凹部71、71が形成されたガラス基板60が得られる。
エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、以下の各工程におけるエッチングにおいても、同様の方法を用いることができる。
Next, after etching the upper surface side of the
As an etching method, for example, one or more of physical etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, beam etching, and light-assisted etching, and chemical etching methods such as wet etching are used in combination. be able to. Note that the same method can be used for etching in the following steps.
[第2の工程](サンドブラスト工程)
次に、このガラス基板60の第1の質量部2に対応する部位に、例えば、サンドブラスト等の方法により、貫通孔を形成する。これにより図6(c)に示すように、開口部61が形成される。
[第3の工程](振動体接合工程)
次に、凹部71、71に振動体7、7の端部17、17を例えば、接着剤等により接合する。なお、接合の際に用いられる接着剤は、硬化後に弾性を有さないものが好ましく、例えば、シアノアクリレート系接着剤やエポキシ系接着剤等が挙げられる。これにより、接着剤により振動体7の振動が吸収されてしまうことを好適に防止することができる。
以上の工程により、図6(d)に示すように、凹部62、62、凹部71、71、開口部61が形成され、振動体7、7が設置された対向基板6が得られる。
次に、図7(e)に示すように、シリコン基板105を用意して、第4の工程以下を行う。
[Second step] (Sandblasting step)
Next, a through hole is formed in a portion corresponding to the first mass portion 2 of the
[Third Step] (Vibrating Body Joining Step)
Next, the
Through the above steps, as shown in FIG. 6D, the
Next, as shown in FIG. 7E, a
[第4の工程](シリコン加工工程1)
まず、図7(f)に示すように、シリコン基板105の上面側の第1の弾性連結部5に対応する部位にピエゾ抵抗素子42を設置する。
[第5の工程](シリコン加工工程2)
次に、シリコン基板105の下面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、突起51、51の形状に対応するように、レジストマスク(図示せず)を形成する。
[Fourth step] (Silicon processing step 1)
First, as shown in FIG. 7 (f), the
[Fifth step] (silicon processing step 2)
Next, a photoresist is applied to the lower surface of the
次に、このレジストマスクを介して、シリコン基板105をエッチングした後、レジストマスクを除去する。これにより、図7(g)に示すように、シリコン基板105の下面に突起51、51が形成される。
また、シリコン基板105の下面に対して研磨を行うことにより突起51、51を形成してもよい。
Next, after etching the
Further, the
[第6の工程](シリコン加工工程3)
次に、シリコン基板105の下面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、第2の質量部1、11、第1の質量部2、支持部3、第2の弾性連結部4、4、第1の弾性連結部5、5の形状に対応するように、レジストマスク(図示せず)を形成する。
[Sixth step] (Silicon processing step 3)
Next, a photoresist is applied to the lower surface of the
次に、このレジストマスクを介して、シリコン基板105をエッチングした後、レジストマスクを除去する。これにより、図7(h)に示すように、第2の質量部1、11、第1の質量部2、支持部3、第2の弾性連結部4、4、第1の弾性連結部5、5が形成される。
次に、第1の質量部2上に光反射部21を例えば、真空蒸着法等により成膜する。
以上の工程により、図7(i)に示すように、第2の質量部1、11、第1の質量部2、支持部3、第2の弾性連結部4、4、第1の弾性連結部5、5、光反射部21が形成された構造体140が得られる。
Next, after etching the
Next, the
Through the above steps, as shown in FIG. 7 (i), the
[第7の工程](接合工程)
次に、前記第1〜3工程で得られた対向基板6と、前記第4〜6工程で得られた構造体140とを、例えば、接着剤、陽極接合、合金接合等により接合する。なお、接着剤を用いた場合の接着剤としては、硬化後に弾性を有さないものが好ましく、例えば、シアノアクリレート系接着剤やエポキシ系接着剤等が挙げられる。
[Seventh step] (joining step)
Next, the
以上により図1〜図5に示すような第1実施形態のアクチュエータ100が得られる。
なお、第4〜第6の工程は、第1〜第3の工程と同時に行ってもよいし、第1〜第3の工程よりも先に行ってもよい。
次に、本発明のアクチュエータの第2実施形態について説明する。
図8は、本発明のアクチュエータの第2実施形態を示す平面図である。
The
The fourth to sixth steps may be performed simultaneously with the first to third steps, or may be performed prior to the first to third steps.
Next, a second embodiment of the actuator of the present invention will be described.
FIG. 8 is a plan view showing a second embodiment of the actuator of the present invention.
以下、第2実施形態のアクチュエータ1について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態のアクチュエータ1は、振動体7の配置および突起51の位置が、第1実施形態と異なっている。
図8、図9に示すように、第2実施形態のアクチュエータ1では、振動体7、7の端部17、17は、支持部3の上面に設置(固着)されている。また、振動体7,7の端部18、18は、第2の質量部1、11の、それぞれ長手方向の端部14、14の上部に位置している。また、端部18、18は、それぞれ突起51、51を介して第2の質量部1、11の上面に固着されている。すなわち、第2の質量部1、11の端部14、14と、振動体7、7の端部18、18とが、それぞれ平面視で重なるように設置されている。
Hereinafter, the
The
As shown in FIGS. 8 and 9, in the
また、本実施形態の支持部3の端部17、17が設置される部位には、支持部3の他の部位に比べて突起51の図9中上下方向の厚さと略同じ厚さだけ厚い厚肉部30が形成されている。
次に、図8、図9に示すようなアクチュエータ100の製造方法の一例について添付図面を参照しつつ説明する。
図10、図11は、アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図(部分断面図)である。
以下第2実施形態のアクチュエータの製造方法について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
In addition, the portion where the
Next, an example of a method for manufacturing the
10 and 11 are process diagrams (partial sectional views) showing an example of a method for manufacturing an actuator.
Hereinafter, the manufacturing method of the actuator according to the second embodiment will be described. However, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of similar matters will be omitted.
[第1の工程](エッチング工程)
まず、ガラス基板60を用意する。
そして、図10(a)に示すように、ガラス基板60の上面に、凹部62、62を形成する領域を除いた部分に対応するように、例えば、クロムや金、アルミニウム等により金属マスク63を形成する。
次に、この金属マスク63を介して、ガラス基板60の上面をエッチングした後、金属マスク63を除去する。これにより、図10(b)に示すように、凹部62、62が形成されたガラス基板60が得られる。
[First step] (Etching step)
First, the
Then, as shown in FIG. 10A, a
Next, after etching the upper surface of the
[第2の工程](サンドブラスト工程)
次に、このガラス基板60の第1の質量部2に対応する部位に、例えば、サンドブラスト等の方法により、貫通孔を形成する。これにより図10(c)に示すように、開口部61が形成される。
以上の工程により、凹部62、62、開口部61が形成された対向基板6が得られる。
[Second step] (Sandblasting step)
Next, a through hole is formed in a portion corresponding to the first mass portion 2 of the
The
[第3の工程](シリコン加工工程1)
まず、図11(d)に示すように、シリコン基板105を用意する。
次に、シリコン基板105の上面に、突起51、51の形状および支持部3の厚肉部30、30の形状に対応するように、レジストマスク(図示せず)を形成する。
次に、このレジストマスクを介して、シリコン基板105をエッチングした後、レジストマスクを除去する。これにより、図11(e)に示すように、シリコン基板105の上面に突起51、51および厚肉部30、30が形成される。
また、シリコン基板105の上面に対して研磨を行うことにより突起51、51および厚肉部30、30を形成してもよい。
[Third Step] (Silicon Processing Step 1)
First, as shown in FIG. 11D, a
Next, a resist mask (not shown) is formed on the upper surface of the
Next, after etching the
Further, the
[第4の工程](シリコン加工工程2)
第1実施形態の第4の工程と同様の工程を行う(図11(f)参照)。
[第5の工程](シリコン加工工程3)
第1実施形態の第6の工程と同様の工程を行う(図11(g)参照)。
[第6の工程](接合工程)
第1実施形態の第7の工程と同様の工程を行う(図11(h)参照)。
[Fourth Step] (Silicon Processing Step 2)
A process similar to the fourth process of the first embodiment is performed (see FIG. 11F).
[Fifth step] (silicon processing step 3)
A process similar to the sixth process of the first embodiment is performed (see FIG. 11G).
[Sixth step] (joining step)
A process similar to the seventh process of the first embodiment is performed (see FIG. 11H).
以上により図8、図9に示すような第2実施形態のアクチュエータ100が得られる。
このアクチュエータ1によれば、前述した第1実施形態のアクチュエータ1と同様の効果が得られる。
そして、このアクチュエータ1では、支持部3の厚さ(図9中上下方向の厚さ)を第2の質量部1、11および第1の質量部2を使用する際の回転角度(振れ角)が制限されない程度に十分厚くした場合には、対向基板6を不要なものとすることができるため、より構造を簡易なものとすることができる。
The
According to this
In this
次に、本発明のアクチュエータの第3実施形態について説明する。
図12は、本発明のアクチュエータの第3実施形態を示す平面図である。
以下、図12に示すアクチュエータ100について、前記第2実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態のアクチュエータ100は、図12に示すように、構造体110を有している。
Next, a third embodiment of the actuator of the present invention will be described.
FIG. 12 is a plan view showing a third embodiment of the actuator of the present invention.
Hereinafter, the
The
この構造体110は、平面視でコの字状の連結部材70と、振動体7とで構成されている。
連結部材70は、板状のベース部72と板状の支持部73、73とを有しており、ベース部72の略中央部に振動体7が固着されている。また、支持部73、73の先端部19、19は、それぞれ、突起51、51を介して第2の質量部1、11に固着されている。
The
The connecting
本実施形態のアクチュエータ100を使用する際には、振動体7の第3の電極54とグループ電極57との間に交流電圧を印加する。これにより第1の圧電素子53と第2の圧電素子55とに交流電圧が印加され、第1の圧電素子53が収縮し、第2の圧電素子55が伸長することにより、振動体7が図2中上側に屈曲変位して連結部材70のベース部72を押圧することによって、この連結部材70を介して第2の質量部1、11に対して略等しい駆動力が伝達される。この駆動力により、第2の質量部1および11が、回動中心軸41(第2の弾性連結部4)を中心に所定角度回転する。この第2の質量部1および11の回転に伴って、第1の弾性連結部5を介して連結されている第1の質量部2は、回動中心軸41(第1の弾性連結部5)を中心に所定角度回転する。
When using the
このアクチュエータ100によれば、前述した第2実施形態のアクチュエータ100と同様の効果が得られる。
そして、このアクチュエータ100では、振動体7の駆動力が第2の質量部1および11に略等しく作用し、容易かつ確実に第2の質量部1、11を同期的に駆動することができる。これにより、第2の質量部の制御を簡易なものとすることができる。また、振動体7の数を減らすことによる低コスト化、軽量化が図れる。
According to this
In this
以上、本発明のアクチュエータ100を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)(工程)を組み合わせたものであってもよい。
The
Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) (processes) of the above-described embodiments.
また、前述した実施形態では、第2の弾性連結部4を1対有するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、2対以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、第1の弾性連結部5を1対有するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、2対以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、光反射部21が第1の質量部2の対向基板6が設けられている側とは反対の面側に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆の面に設けられている構成であってもよいし、両方の面に設けられている構成であってもよい。
Moreover, in embodiment mentioned above, although demonstrated as what has 1 pair of 2nd
Moreover, in embodiment mentioned above, although demonstrated as what has 1 pair of 1st
In the above-described embodiment, the configuration in which the
また、前述した第1実施形態および第2実施形態では、第2の質量部1に対応する位置および第2の質量部11に対応する位置に、それぞれ振動体7、7が設けられている構成について説明したが、これに限らず、例えば、第2の質量部1と第2の質量部11とのうちのいずれか一方の端部にのみ振動体7が設けられている構成であってもよい。
また、前述した各実施形態では、第1の弾性連結部および第2の弾性連結部の形状として図示の構成のものについて説明したが、これに限定されず、例えば、その形状が、クランク形状等であってもよい。
Further, in the first embodiment and the second embodiment described above, the
In each of the above-described embodiments, the shapes of the first elastic coupling portion and the second elastic coupling portion have been described with respect to the illustrated configuration. However, the shape is not limited to this, and for example, the shape is a crank shape or the like. It may be.
また、第2の質量部1および11の振動体7と対向する面の表面に、短絡防止用の絶縁膜が設けられてもよい。
以上説明したようなアクチュエータは、例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の光スキャナ、チューナブルエタロン、イメージング用ディスプレイ等のMEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)デバイスの駆動に好適に適用することができる。
An insulating film for preventing a short circuit may be provided on the surface of the surface of the
The actuator described above is suitable for driving MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) devices such as laser printers, barcode readers, optical scanners such as scanning confocal laser microscopes, tunable etalon, and imaging displays. Can be applied to.
100……アクチュエータ 1、11……第2の質量部 12、13、14……端部 17……端部 18……端部 2……第1の質量部 21……光反射部 3……支持部 4……第2の弾性連結部 41……回動中心軸 42……ピエゾ抵抗素子 5……第2の弾性連結部 51……突起 52……第1の電極 53……第1の圧電素子 54……第3の電極 55……第2の圧電素子 56……第2の電極 57……グループ電極 6……対向基板 61……開口部 62……凹部 63……金属マスク 7……振動体(バイモルフ型圧電素子) 70……連結部材 71……凹部 72……ベース部 73……支持部 60……ガラス基板 105……シリコン基板 110……構造体 140……構造体 200……スペーサ 300……可動電極板 300a……両端固定部 300b……トーションバー 300c……可動電極部 400……固定電極 500……電源 600……スイッチ 1000……ガラス基板 A、B……長手方向 C……方向 L1、L2、L3……距離
DESCRIPTION OF
Claims (16)
第2の質量部と、
圧電素子を備え、該圧電素子に交流電圧を印加することにより駆動されて振動する振動体と、
前記第1の質量部と前記第2の質量部とを支持する支持部と、
前記第1の質量部と前記第2の質量部とを、前記第1の質量部が前記第2の質量部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも1対の第1の弾性連結部と、
前記第2の質量部と前記支持部とを、前記第2の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも1対の第2の弾性連結部とを有し、
前記振動体の振動により前記第2の質量部が駆動し、それに伴い前記第1の質量部が回動することを特徴とするアクチュエータ。 A first mass part;
A second mass part;
A vibrating body that includes a piezoelectric element and is driven and vibrated by applying an AC voltage to the piezoelectric element;
A support part for supporting the first mass part and the second mass part;
At least one pair of first elastic members that connect the first mass unit and the second mass unit so that the first mass unit is rotatable with respect to the second mass unit. A connecting portion;
And at least one pair of second elastic coupling portions that couple the second mass portion and the support portion so that the second mass portion is rotatable with respect to the support portion. ,
The actuator, wherein the second mass unit is driven by the vibration of the vibrating body, and the first mass unit rotates accordingly.
前記第1の質量部を介して該第1の質量部の一端側と他端側とにそれぞれ設けられる1対の第2の質量部と、
前記第1の質量部と前記各第2の質量部とを支持する支持部と、
圧電素子を備え、該圧電素子に交流電圧を印加することにより駆動されて振動する振動体と、
前記第1の質量部と前記各第2の質量部とを、前記第1の質量部が前記各第2の質量部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも1対の第1の弾性連結部と、
前記各第2の質量部と前記支持部とを、前記各第2の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも1対の第2の弾性連結部とを有し、
前記振動体の振動により前記各第2の質量部が駆動し、それに伴い前記第1の質量部が回動することを特徴とするアクチュエータ。 A first mass part;
A pair of second mass parts respectively provided on one end side and the other end side of the first mass part via the first mass part;
A support part for supporting the first mass part and the second mass parts;
A vibrating body that includes a piezoelectric element and is driven and vibrated by applying an AC voltage to the piezoelectric element;
At least one pair of first masses connecting the first mass parts and the second mass parts so that the first mass parts are rotatable with respect to the second mass parts. An elastic connecting portion of
At least one pair of second elastic connecting portions that connect each of the second mass portions and the support portion such that each of the second mass portions is rotatable with respect to the support portion; Have
Each of the second mass parts is driven by the vibration of the vibrating body, and the first mass part rotates accordingly.
前記1対の第2の質量部に対応する部位に、それぞれ、前記振動体が設けられている請求項2に記載のアクチュエータ。 A plurality of the vibrators;
The actuator according to claim 2, wherein the vibrating bodies are respectively provided at portions corresponding to the pair of second mass parts.
前記振動体は、前記圧電素子の屈曲変位により、前記第2の質量部に駆動力を伝達するよう構成されている請求項1ないし4のいずれかに記載のアクチュエータ。 The vibrating body has a bimorph structure,
The actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the vibrating body is configured to transmit a driving force to the second mass portion by bending displacement of the piezoelectric element.
前記振動体の一方の端部と前記第2の質量部の一方の端部とが、平面視で重なるよう設けられている請求項1ないし5のいずれかに記載のアクチュエータ。 Each of the vibrating body and the second mass part has a long plate shape,
The actuator according to any one of claims 1 to 5, wherein one end portion of the vibrating body and one end portion of the second mass portion are provided so as to overlap in a plan view.
前記振動体の他方の端部は、前記対向基板に固着されている請求項6に記載のアクチュエータ。 A counter substrate provided to face the support portion;
The actuator according to claim 6, wherein the other end of the vibrating body is fixed to the counter substrate.
前記振動体の他方の端部は、前記凹部内に挿入され固着されている請求項8に記載のアクチュエータ。 The counter substrate is provided with a recess,
The actuator according to claim 8, wherein the other end of the vibrating body is inserted and fixed into the recess.
前記振動体は、前記突起を介して前記第2の質量部に駆動力を伝達するよう構成されている請求項6ないし9のいずれかに記載のアクチュエータ。 A protrusion is provided on one or both of the one end of the vibrating body and the one end of the second mass unit,
The actuator according to claim 6, wherein the vibrating body is configured to transmit a driving force to the second mass portion via the protrusion.
16. The vibration of the vibrating body is controlled so that the frequency of the AC voltage is equal to a resonance frequency of a two-degree-of-freedom vibration system in which the second mass unit and the first mass unit resonate. Actuator.
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