JP2006075944A - 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12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12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 torsional vibrator with one degree of freedom in which electrodes are arranged in a parallel plate shape as shown in FIG. 12 has been proposed from the early stage of research on actuators because of its simple structure (for example, Non-Patent Document 1). reference). In addition, an electrostatic drive type vibrator in which the torsional vibrator is a cantilever type has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2).
The electrostatic drive type torsional vibrator shown in FIG. 12 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、大きな駆動力および高い周波数での駆動が得られ、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 a high frequency 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、
前記第2の質量部の両端部にそれぞれ対応する位置に設けられ、圧電素子を積層して成る積層構造を有し、前記各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1対の振動体と、
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、
前記振動体の圧電縦効果による前記圧電素子の厚さ方向へ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 pair of layers provided at positions corresponding to both ends of the second mass part, each having a laminated structure in which piezoelectric elements are laminated, and driven and vibrated by applying an alternating voltage to each piezoelectric element. Vibration body of
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 second mass unit is driven by the vibration in the thickness direction of the piezoelectric element due to the piezoelectric longitudinal effect of the vibrating body, and the first mass unit is 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の質量部の両側部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、
圧電素子を積層して成る積層構造を有し、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2組の1対の振動体と、
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2組の1対の振動体のうちの一方の1対の振動体は、前記1対の第2の質量部のうちの一方の第2の質量部の両端部にそれぞれ対応する位置に設けられ、
前記2組の1対の振動体のうちの他方の1対の振動体は、前記1対の第2の質量部のうちの他方の第2の質量部の両端部にそれぞれ対応する位置に設けられ、
前記振動体の圧電縦効果による前記圧電素子の厚さ方向へ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 both sides 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 pair of vibrating bodies having a laminated structure in which piezoelectric elements are laminated, and being driven and vibrated by applying an alternating voltage to the piezoelectric elements;
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
One pair of vibrating bodies of the two pairs of vibrating bodies is provided at positions corresponding to both ends of one second mass section of the pair of second mass sections, respectively. And
The other pair of vibrating bodies of the two pairs of vibrating bodies is provided at positions corresponding to both ends of the other second mass section of the pair of second mass sections. And
Each of the second mass parts is driven by the vibration in the thickness direction of the piezoelectric element due to the piezoelectric longitudinal effect of the vibrator, and the first mass part is 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、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, 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 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2組の1対の振動体は、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、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。
本発明のアクチュエータでは、前記1対の振動体は、それぞれ、平面視で前記第2の質量部が回動する中心軸に対して略線対称に設けられることが好ましい。
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。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the two pairs of vibrating bodies are configured to be able to drive the pair of second mass parts in a synchronous manner.
Thus, the corresponding pair of second mass parts can be driven easily and reliably.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that each of the pair of vibrating bodies is provided in substantially line symmetry with respect to a central axis around which the second mass unit rotates in a plan view.
Thereby, control of a pair of 2nd mass parts can be simplified.
本発明のアクチュエータでは、前記1対の振動体のうちの一方の振動体の前記圧電素子に印加される交流電圧と、他方の振動体の前記圧電素子に印加される交流電圧との位相差が180°であることが好ましい。
これにより、確実に第2の質量部を駆動することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記第2の質量部に空隙を隔てて対向するように設けられた対向基板を備え、
前記1対の振動体は、それぞれ前記対向基板の前記第2の質量部に対応する部位に固着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 of the present invention, the phase difference between the AC voltage applied to the piezoelectric element of one vibrating body of the pair of vibrating bodies and the AC voltage applied to the piezoelectric element of the other vibrating body is It is preferably 180 °.
Thereby, a 2nd mass part can be driven reliably.
The actuator of the present invention includes a counter substrate provided to face the second mass part with a gap therebetween,
It is preferable that the pair of vibrators are respectively fixed to portions corresponding to the second mass portions of the counter substrate.
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、前記対向基板に凹部が設けられ、
前記1対の振動体は、それぞれ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、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。
本発明のアクチュエータでは、前記支持部と前記対向基板との間に補強板を備え、
前記支持部と前記対向基板とは、前記補強板を介して互いに接合されていることが好ましい。
これにより、簡易な構成で容易かつ確実に支持部の強度を補強することができる。
In the actuator of the present invention, the counter substrate is provided with a recess,
It is preferable that the pair of vibrators are respectively inserted and fixed in the recesses.
Thereby, the second mass unit can be driven with a large driving force with a simple configuration.
In the actuator of the present invention, a reinforcing plate is provided between the support portion and the counter substrate.
It is preferable that the support portion and the counter substrate are joined to each other via the reinforcing plate.
Thereby, the intensity | strength of a support part can be reinforced easily and reliably with a simple structure.
本発明のアクチュエータでは、前記1対の振動体と前記第2の質量部とのいずれか一方または両方に突起が設けられ、
前記1対の振動体は、それぞれ、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、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 of the present invention, a protrusion is provided on one or both of the pair of vibrating bodies and the second mass unit,
Preferably, each of the pair of vibrating bodies is configured to transmit a driving force to the second mass unit via the protrusion.
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1対の振動体の振動により前記第2の質量部が一方向に最も回動したときの前記第2の質量部の中で最も変位する部分の位置と、前記1対の振動体の振動により前記第2の質量部が前記一方向と逆方向に最も回動したときの前記第2の質量部の中で最も変位する部分の位置との距離より、前記突起の長さを長くすることが好ましい。
これにより、確実に第2の質量部と振動体の突起以外での接触を防止することができる。
In the actuator of the present invention, the position of the most displaced portion of the second mass portion when the second mass portion is most rotated in one direction by the vibration of the pair of vibrating bodies, From the distance from the position of the most displaced part of the second mass part when the second mass part is most rotated in the direction opposite to the one direction by the vibration of the pair of vibrating bodies, It is preferable to increase the length.
Thereby, contact other than the projection of the second mass part and the vibrating body can be reliably prevented.
本発明のアクチュエータでは、前記第2の質量部の中で最も変位する部分は、前記第2の質量部が回動する中心軸に対して略垂直な方向の端部であることが好ましい。
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。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the most displaced portion of the second mass portion is an end portion in a direction substantially perpendicular to a central axis around which the second mass portion rotates.
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.
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、容易かつ確実に、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。
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. .
As a result, the rotation angle of the second mass part can be detected easily and reliably, and the detection result can be used for controlling the deflection angle of the first mass part.
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、光反射部を有することが好ましい。
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、図1中のB−B線での断面図、図4は、振動体(積層型圧電素子)の側面図、図5は、振動体に印加する交流電圧の一例を示す図、図6は、第2の質量部の回動を示す図である。なお、図6は、第2の質量部の回動を誇張して示した図であり、実際の回動を反映するものではない。また、図6は、突起を模式的に示す図であり、実際の寸法を反映するものではない。すなわち、第2の質量部1に対する、突起51等の大きさ(長さ)が実際より大きくなるように示している。
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.
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 cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4 is a side view of the vibrating body (multilayer piezoelectric element), FIG. 5 is a view showing an example of an AC voltage applied to the vibrating body, and FIG. 6 is a view showing the rotation of the second mass unit. It is. FIG. 6 is an exaggerated view of the rotation of the second mass unit and does not reflect the actual rotation. FIG. 6 is a diagram schematically showing the protrusions, and does not reflect actual dimensions. That is, the size (length) of the
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。
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、1対の第2の質量部(駆動部)1、11と、支持部3と、補強板9と、対向基板6と、2組の1対の振動体7とを有している。
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”.
An
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が右側に設けられ、第2の質量部11が左側に設けられている。すなわち、第2の質量部1、11は、それぞれ、第1の質量部2の両側部に設けられている。また、第2の質量部1の図中右側と、第2の質量部11の図中左側にそれぞれ支持部3が配置されている。
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
図2に示すように、補強板9は、支持部3と対向基板6との間に設置され、支持部3と対向基板6とは、補強板9を介して互いに接合されている。これにより、第2の質量部1、11が空隙を隔てて対向基板6と対向する。
対向基板6は、図2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。
As shown in FIG. 2, the reinforcing
As shown in FIG. 2, the
また、図3に示すように、対向基板6の上面には第2の質量部1に対応する部位に1対の凹部62が、回動中心軸41を中心に平面視で略対称(線対称)になるように形成され、また、第2の質量部11に対応する部位に1対の凹部62が、回動中心軸41を中心に略線対称になるように形成されている。すなわち合計で2対の凹部62が、形成されている。また、各凹部62内には、それぞれ各振動体7が挿入され固着されている。
In addition, as shown in FIG. 3, a pair of
図1中右側の1対の振動体7は、それぞれ第2の質量部1の両端部の下部に回動中心軸41を中心に平面視で略対称(線対称)になるように設置されている。また、図1中左側の1対の振動体7は、それぞれ第2の質量部11の両端部の下部に回動中心軸41を中心に略線対称になるように設置されている。
この第2の質量部1、11には、振動伝達体としての4つの突起51、51、51、51が形成されている。なお、突起51は、なくてもよい。
A pair of vibrating
Four
各振動体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、1つの振動体7について説明する。
図4に示すように、振動体7は、電気/機械変換素子としての圧電素子71〜76を有している。
圧電素子71〜76は、それぞれ、略長方形の板状形状をなし、厚み方向の分極の向き(図4中の矢印A、B)が逆になるように交互に積層されて、例えば接着剤等により固着されている。
Since each
As shown in FIG. 4, the vibrating
Each of the
圧電素子71〜76間、圧電素子71の上面および圧電素子76の下面には、それぞれ金メッキ等で構成されるメッキ層が形成されており、これらのメッキ層によって電圧印加用の電極77、78が形成されている。これら圧電素子71〜76、電極77、78が、積層構造の振動体7を構成している。
圧電素子71、72間の電極77、圧電素子73、74間の電極77、並びに圧電素子75、76間の電極77が例えば、外部電極53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56を構成している。
Plating layers made of gold plating or the like are formed between the
The
また、圧電素子71の上面の電極78、圧電素子72、73間の電極78、圧電素子74、75間の電極78、並びに、圧電素子76の下面の電極78が例えば、外部電極52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。グループ電極56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。これにより、印加電圧の向きに対して圧電素子71〜76の分極の向きが同じとなる。
Further, the
ここで、駆動回路からの交流電圧が、グループ電極56、57を介して、それぞれ圧電素子71〜76に印加されると、振動体7は、圧電縦効果による各圧電素子71〜76の厚さ方向(図4中上下方向)への変位により図4中矢印Cの方向に変位する。
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の圧電縦効果による変位により、第2の質量部1、11が押圧駆動される。
Here, when an AC voltage from the drive circuit is applied to the
When the
これらの圧電素子71〜76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
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42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、各振動体7のそれぞれのグループ電極56とグループ電極57との間に交流電圧を印加する。より詳細には、例えば、図1中上側の2つの振動体(1対の振動体のうちの一方の振動体)7、7に、それぞれ図5(a)に示すような正弦波(波形)の電圧を印加し、図1中下側の2つの振動体(1対の振動体のうちの他方の振動体)7、7に、それぞれ図5(b)に示すような図5(a)に対して位相差が180°である正弦波(波形)の電圧を印加すると、各振動体7の圧電素子71〜76に、それぞれ交流電圧が印加され、まず、区間T1において、図1中上側の2つの振動体7、7が、それぞれ圧電縦効果により変位して、上側の突起51、51を介して第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、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、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
その後、区間T2において、交流電圧の振幅が変化し、各振動体7の変位量が変化して第2の質量部1、11への駆動力が変化し、図1中下側の2つの振動体7、7が、下側の突起51、51を介して第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、11が、前記の第2の質量部1、11の回転方向に対して反対方向に、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、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、前記の第1の質量部2の回転方向に対して反対方向に、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, in the section T2, the amplitude of the alternating voltage is changed, the displacement amount of each vibrating
以後同様にして、各振動体7に交流電圧を印加することにより、第2の質量部1、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、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)を中心に所定角度で振動(回転)する。
Thereafter, in the same manner, by applying an AC voltage to each vibrating
Along with the vibration of 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、各グループ電極56および57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。
For example, when the control unit receives a command to vibrate the first
このアクチュエータ100では、各振動体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。
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。
In this
Here, the distance (length) between the
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。
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。
Here, it is preferable that the dimensions of the
By satisfying the relationship, L1 and L2 can be further reduced, the rotation angle of the
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。
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 this case, the maximum rotation angle of the first
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.
ところで、アクチュエータ100は、各振動体7(2組の1対の振動体7)の振動により、第2の質量部1、11が図6中時計回りの方向に最も回動したときの最も変位の大きい部分、一例として図6中の端部12のS点の位置S1と、各振動体7の振動により、第2の質量部1、11が図3中反時計回りの方向に最も回動したときの最も変位の大きい部分、一例として図6中端部12のS点の位置S2との距離L4より、各突起51の長さ(図6中上下方向の長さ)L5を長くするのが好ましい。これにより、例えば、各振動体7の略全体が、それぞれ、第2の質量部1、11の下部に配置されている場合や、平面視で各振動体7が回動中心軸41と重なるような位置に配置されている場合等においても、確実に第2の質量部1、11と各振動体7との各突起51以外での接触を防止することができる。
By the way, the
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
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
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。
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
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。
以上説明したように、このアクチュエータ100によれば、各振動体7が、それぞれ圧電縦効果により振動することによって、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。
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
As described above, according to this
また、各振動体7が、それぞれ積層構造をなしているため、例えば、各振動体7が、それぞれバイモルフ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)の駆動力が大きく、応答速度が速いなどの特徴を有する。このため、各振動体7が、例えば、それぞれ第2の質量部1、11の回動中心軸41の近傍を押圧すること等により、第2の質量部1、11をより大きな振れ角で駆動することができる。
In addition, since each vibrating
また、第2の質量部1、11のそれぞれに対して1対の振動体7が設けられているため、第2の質量部1、11のそれぞれに対して1つの振動体7が設けられている場合と比較して、第2の質量部1、11のそれぞれに対しての駆動力を略2倍にすることができる。
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 one pair of 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、各振動体7は、各突起51を介して第2の質量部1、11に駆動力を伝達するように構成されているため、各振動体7と第2の質量部1、11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。
In addition, since each vibrating
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。 When the actuator of the present invention is used in, for example, a laser printer or the like, it is possible to perform high-quality printing and high-quality printing at a higher resolution than when a polygon mirror or the like is used.
また、本実施形態では、各突起51は第2の質量部1、11に形成されたが、それに限られず、各振動体7に形成されていてもよいし、第2の質量部1、11と各振動体7との両方に形成されていてもよい。この場合、例えば、各振動体7の表面に、それぞれ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各突起51を形成する方法等が挙げられる。
In the present embodiment, each
また、変位測定手段としては、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1の質量部2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。
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。
Further, the displacement measuring means is not limited to the
The photosensor includes a light emitting unit that emits light toward the first
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
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。
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
次に、図1〜図3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7〜図9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6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 a method for manufacturing the
7 to 9 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、基板60を用意する。
この基板60の構成材料としては、剛性が高いものであれば特に限定されないが、例えば、SUS(Steel Use Stainless)、パイレックスガラス(「パイレックス」は登録商標)等のガラス等が挙げられる。
[First step] (Etching step)
First, the
The constituent material of the
そして、図7(a)に示すように、基板60の上面に、4つの凹部62、62、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、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7(b)に示すように、各凹部62が形成された基板60が得られる。
Then, as shown in FIG. 7A, for example, chromium, gold, aluminum, or the like is formed on the upper surface of the
Next, after etching the upper surface side of the
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。 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.
この際、第2の質量部1、11の形状、各振動体7の厚さ等に応じて各凹部62を形成する位置や深さを適宜調整することにより、第2の質量部1、11と各振動体7との関係を好適なものとすることができる。
また、後述する基板90の厚さを調節することによって、第2の質量部1、11と各振動体7との高さの関係を調節することもでき、各凹部62を形成しなくてもそれらの高さの関係が適正である場合には、前述した工程は行わなくてもよい。
次に、各振動体7に交流電圧を印加する導線を外部に導くための溝(図示せず)等を形成する。
At this time, the
Further, by adjusting the thickness of the
Next, a groove (not shown) or the like for guiding a conducting wire for applying an AC voltage to each vibrating
[第2の工程](サンドブラスト工程)
次に、この基板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7(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、各凹部62に各振動体7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、接着剤により各振動体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7(d)に示すように、開口部61、各凹部62が形成され、各振動体7が設置された対向基板6が得られる。
[Second step] (Sandblasting step)
Next, a through hole is formed in a portion corresponding to the first
[Third Step] (Vibrating Body Joining Step)
Next, each vibrating
Through the above steps, as shown in FIG. 7D, the
[第4の工程](シリコン加工工程1)
一方、図8(e)に示すように、シリコン基板105を用意する。
次に、図8(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。
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、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)
On the other hand, a
Next, as shown in FIG. 8F, the
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8(g)に示すように、シリコン基板105の下面に各突起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各突起51を形成してもよい。
Next, after etching the
Further, each
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。
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8(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8(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, a photoresist is applied to the lower surface of the
Next, after etching the
Next, the
Through the above steps, as shown in FIG. 8 (i), the
[第5の工程](接合工程1)
まず、図9(j)に示すように、基板90を用意する。
次に、図9(k)に示すように、基板90に、例えば、エッチング等を施すことにより、補強板9を形成する。
この基板90の構成材料としては、次に述べる構造体140との接合により構造体140の剛性を上げるものであれば特に限定されないが、例えば、パイレックスガラス(「パイレックス」は登録商標)等のガラス等が挙げられる。
[Fifth step] (Jointing step 1)
First, as shown in FIG. 9J, a
Next, as shown in FIG. 9K, the reinforcing
The constituent material of the
次に、図9(l)に示すように、構造体140と補強板9とを、例えば、接着剤、陽極接合、合金接合等により接合する。これにより補強板9と構造体140とが接合された構造体150が得られる。
なお、接着剤を用いた場合は、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(第6の工程の接着剤においても同様)。
Next, as shown in FIG. 9L, the
In addition, when an adhesive is used, an adhesive that does not have elasticity after curing is preferable, and examples thereof include a cyanoacrylate adhesive and an epoxy adhesive (the same applies to the adhesive in the sixth step).
[第6の工程](接合工程2)
次に、前記第1〜3の工程で得られた対向基板6と、前記第4〜5の工程で得られた構造体150とを、例えば、接着剤、陽極接合、合金接合等により接合する。また、対向基板6と構造体150とを機械的にクランプしてもよい。
以上により図1〜図3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。
[Sixth Step] (Jointing Step 2)
Next, the
The
なお、第4〜第5の工程は、第1〜3の工程と同時に行ってもよいし、第1〜3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10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、図11は、図10中のC−C線での断面図である。
The fourth to fifth steps may be performed simultaneously with the first to third steps, or may be performed before the first to third steps.
Next, a second embodiment of the actuator of the present invention will be described.
FIG. 10 is a plan view showing a second embodiment of the actuator of the present invention, and FIG. 11 is a sectional view taken along the line CC in FIG.
以下、図10および図11に示すアクチュエータ100について、前記第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。
本実施形態のアクチュエータ100は、図10に示すように、2つの構造体110、110を有している。
以下、各構造体110については、振動体7の位置を除いてその構成、機能が互いに同様であるので、以下では、代表的に、図10中下側の構造体110について説明する。
Hereinafter, the
The
Hereinafter, since the structures and functions of the
構造体110は、連結部材30と、振動体7とで構成されている。
連結部材30は、2つの板状のベース部31、31と支持部32とを有しており、ベース部31、31は、支持部32によって互いに結合している。
図11中右側のベース部31は、振動体7の図11中上側に固着されている。これにより、振動体7の振動によりベース部31、31が同時に振動する。
The
The connecting member 30 includes two plate-
The base 31 on the right side in FIG. 11 is fixed to the upper side in FIG. Thereby, the
一方、図10中上側の構造体110では、構造体110の左側のベース部31の図11中下部に振動体7が設置されており、ベース部31は、振動体7の上側(上部)に固着されている。
本実施形態のアクチュエータ100を使用する際には、例えば、図10中上側の振動体(1対の振動体のうちの一方の振動体)7に、図5(a)に示すような正弦波(波形)の電圧を印加し、図10中下側の振動体(1対の振動体のうちの他方の振動体)7に、図5(b)に示すような図5(a)に対して位相差が180°である正弦波(波形)の電圧を、それぞれ印加すると、まず、区間T1において、図10中上側の振動体7が、圧電縦効果により図11中上側に変位して連結部材30のベース部31、31を押圧することによって、図10中上側の突起51、51を介して第2の質量部1、11に対して略等しい駆動力を伝達する。
On the other hand, in the
When using the
その後、区間T2において、交流電圧の振幅が変化し、各振動体7の変位量が変化して第2の質量部1、11への駆動力が変化し、図10中下側の2つの振動体7が、圧電縦効果により図11中上側に変位して連結部材30のベース部31、31を押圧することによって、図10中下側の突起51、51を介して第2の質量部1、11に対して略等しい駆動力を伝達する。
Thereafter, in the section T2, the amplitude of the AC voltage is changed, the displacement amount of each vibrating
このアクチュエータ100によれば、前述した第1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、各1対の振動体7は、回動中心軸41に対して略線対称になるように設置されたが、これに限られず、例えば、回動中心軸41に対して略点対称になるように設置されてもよい。このような構造のアクチュエータ100を用いる場合、各1対の振動体7に、それぞれ印加する電圧の位相は同位相でよいため、駆動回路が簡略化される。
In the above-described embodiment, each pair of vibrating
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。
また、第2の質量部1および11の各振動体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。
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.
Moreover, 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……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1の弾性連結部 51……突起 52、53……外部電極 56、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 70……連結部材 71〜76……圧電素子 77、78……電極 30……連結部材 31……ベース部 32……支持部 60……ガラス基板 9……補強板 90……基板 105……シリコン基板 110……構造体 140……構造体 150……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、C……方向 L1〜L5……距離 S……点 S1、S2……位置 T1、T2……区間
DESCRIPTION OF
Claims (16)
第2の質量部と、
前記第2の質量部の両端部にそれぞれ対応する位置に設けられ、圧電素子を積層して成る積層構造を有し、前記各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1対の振動体と、
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、
前記振動体の圧電縦効果による前記圧電素子の厚さ方向へ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 pair of layers provided at positions corresponding to both ends of the second mass part, each having a laminated structure in which piezoelectric elements are laminated, and driven and vibrated by applying an alternating voltage to each piezoelectric element. Vibration body of
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. ,
An actuator characterized in that the second mass part is driven by the vibration in the thickness direction of the piezoelectric element due to the piezoelectric longitudinal effect of the vibrating body, and the first mass part is rotated accordingly.
前記第1の質量部を介して該第1の質量部の両側部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、
圧電素子を積層して成る積層構造を有し、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2組の1対の振動体と、
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2組の1対の振動体のうちの一方の1対の振動体は、前記1対の第2の質量部のうちの一方の第2の質量部の両端部にそれぞれ対応する位置に設けられ、
前記2組の1対の振動体のうちの他方の1対の振動体は、前記1対の第2の質量部のうちの他方の第2の質量部の両端部にそれぞれ対応する位置に設けられ、
前記振動体の圧電縦効果による前記圧電素子の厚さ方向へ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 both sides 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 pair of vibrating bodies having a laminated structure in which piezoelectric elements are laminated, and being driven and vibrated by applying an alternating voltage to the piezoelectric elements;
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
One pair of vibrating bodies of the two pairs of vibrating bodies is provided at positions corresponding to both ends of one second mass section of the pair of second mass sections, respectively. And
The other pair of vibrating bodies of the two pairs of vibrating bodies is provided at positions corresponding to both ends of the other second mass section of the pair of second mass sections. And
The actuator, wherein each of the second mass parts is driven by the vibration in the thickness direction of the piezoelectric element due to the piezoelectric longitudinal effect of the vibrator, and the first mass part is rotated accordingly.
前記1対の振動体は、それぞれ前記対向基板の前記第2の質量部に対応する部位に固着されている請求項1ないし5のいずれかに記載のアクチュエータ。 A counter substrate provided to face the second mass part with a gap therebetween;
6. The actuator according to claim 1, wherein each of the pair of vibrating bodies is fixed to a portion corresponding to the second mass portion of the counter substrate.
前記1対の振動体は、それぞれ前記凹部内に挿入され固着されている請求項6に記載のアクチュエータ。 The counter substrate is provided with a recess,
The actuator according to claim 6, wherein each of the pair of vibrators is inserted into and fixed to the recess.
前記支持部と前記対向基板とは、前記補強板を介して互いに接合されている請求項6または7に記載のアクチュエータ。 A reinforcing plate is provided between the support portion and the counter substrate,
The actuator according to claim 6 or 7, wherein the support portion and the counter substrate are joined to each other via the reinforcing plate.
前記1対の振動体は、それぞれ、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1ないし8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 pair of vibrating bodies and the second mass part,
The actuator according to any one of claims 1 to 8, wherein each of the pair of vibrating bodies is configured to transmit a driving force to the second mass unit 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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2004
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