JP2006075944A - Actuator - Google Patents

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Takeshi Shimizu
武士 清水
Mitsuhiro Yoda
光宏 與田
Akihiro Murata
昭浩 村田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator capable of obtaining driving with large driving force and at high frequency and having a large swing angle (amplitude). <P>SOLUTION: The actuator has a first mass part 2; second mass parts 1, 11; vibrators 7, 7, 7, 7 provided in the respective corresponding positions of both ends of the second mass parts 1, 11; a support part 3 for supporting the first mass part 2 and the second mass parts 1, 11; first elastic connection parts 5, 5 for connecting the first mass part 2 and the second mass parts 1, 11 so that the first mass part 2 is turnable relative to the second mass parts 1, 11; and second elastic connection parts 4, 4 for connecting the second mass parts 1, 11 and the support part 3 so that the second mass part 1 is turnable relative to the support part 3. The second mass parts 1, 11 are driven by vibration in the thickness direction of a piezoelectric element by the piezoelectric longitudinal effect of each vibrator 7, and in association with it, the first mass part 2 is turned. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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 end fixing portions 300a of a movable electrode plate 300 made of a silicon single crystal plate to both ends on a glass substrate 1000 via a spacer 200. A fixed electrode 400 that supports the movable electrode portion 300c between the fixed end portions 300a of the plate 300 via a narrow torsion bar 300b and is opposed to the movable electrode portion 300c with an electrode interval is provided on the glass substrate 1000. Above, it is arranged in parallel to the movable electrode part 300c. A power source 500 is connected between the movable electrode plate 300 and the fixed electrode 400 via a switch 600.

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 movable electrode portion 300c and the fixed electrode 400, the movable electrode portion 300c rotates about the torsion bar 300b as an axis by electrostatic attraction. However, in the structure described above, since the movable electrode portion 300c serves as both the electrode and the movable portion, if the electrode interval is narrowed to obtain a large driving force, the displacement (rotation angle) is restricted, and the movable range is increased. When the electrode interval is increased, the driving force is weakened. For this reason, there is a problem that it is difficult to obtain a large driving force and a large amplitude.

K.E.Petersen:“Silicon Torsional Scanning Mirror”,IBMJ.Res.Develop.,vol.24(1980)、P.631K.E.Petersen: “Silicon Torsional Scanning Mirror”, IBM J. Res. Development., Vol. 24 (1980), p. 631 河村他:“Siを用いたマイクロメカニクスの研究”、昭和61年度精密工学会秋季大会学術講演会論文集、P.753Kawamura et al .: “Research of micromechanics using Si”, Proceedings of the 1986 Fall Meeting of the Japan Society for Precision Engineering, p.753

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 protrusion 51 and the like with respect to the second mass portion 1 is shown to be larger than the actual size.

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 actuator 100 shown in FIG. 1 includes a first mass part (movable part) 2, a pair of second mass parts (drive parts) 1, 11, a support part 3, a reinforcing plate 9, and a counter substrate 6. And two pairs of vibrating bodies 7.

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 actuator 100 has the first mass part 2 at the center, the second mass part 1 is provided on the right side, and the second mass part 11 is provided on the left side via the first mass part 2. Yes. That is, the second mass parts 1 and 11 are provided on both sides of the first mass part 2, respectively. Support parts 3 are arranged on the right side of the second mass part 1 in the drawing and on the left side of the second mass part 11 in the drawing, respectively.

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 second mass parts 1 and 11 have substantially the same shape and the same dimensions, and are provided substantially symmetrically via the first mass part 2.
The second mass parts 1, 11, the first mass part 2, and the support part 3 are each made of, for example, silicon.
A light reflecting portion 21 is provided on the surface of the first mass portion 2 of this embodiment (the surface opposite to the side on which the counter substrate 6 is provided).

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 actuator 100 includes a second mass unit 1, 11 provided on the left side of the support unit 3 provided on the right side of the second mass unit 1 and the second mass unit 11, respectively. A pair of second elastic connecting portions 4, 4 that connect the second mass portions 1, 11 and the support portion 3 are provided so as to be rotatable with respect to the supported support portion 3. In addition, a pair of the second mass units 1 and 11 and the first mass unit 2 are connected so that the first mass unit 2 can be rotated with respect to the second mass units 1 and 11. The first elastic connecting portions 5 and 5 are provided. That is, the first mass part 2 is connected to the second mass parts 1 and 11 via the first elastic coupling parts 5 and 5, respectively, and the second mass parts 1 and 11 are respectively connected to the second elastic parts 1 and 11. It is connected to the supporting part 3 on the corresponding side (right side, left side) via connecting parts 4, 4. Further, the second elastic connecting portion 4 and the first elastic connecting portion 5 are provided coaxially, and these serve as a rotation center axis (rotating axis) 41.

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 plate 9 is installed between the support portion 3 and the counter substrate 6, and the support portion 3 and the counter substrate 6 are joined to each other via the reinforcing plate 9. As a result, the second mass parts 1 and 11 face the counter substrate 6 with a gap therebetween.
As shown in FIG. 2, the counter substrate 6 has an opening 61 at a position corresponding to the first mass unit 2.

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 concave portions 62 is formed on the upper surface of the counter substrate 6 at a portion corresponding to the second mass portion 1 and is substantially symmetric (line symmetric) in plan view about the rotation center axis 41. In addition, a pair of recesses 62 are formed in a portion corresponding to the second mass portion 11 so as to be substantially line symmetric about the rotation center axis 41. That is, a total of two pairs of recesses 62 are formed. In addition, each vibrator 7 is inserted and fixed in each recess 62.

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 bodies 7 on the right side in FIG. 1 are respectively installed below the both ends of the second mass unit 1 so as to be substantially symmetric (line symmetric) in plan view about the rotation center axis 41. Yes. In addition, the pair of vibrating bodies 7 on the left side in FIG. 1 are installed so as to be substantially line symmetric about the rotation center axis 41 at the lower part of both ends of the second mass part 11.
Four projections 51, 51, 51, 51 as vibration transmission bodies are formed on the second mass parts 1, 11. The protrusion 51 may not be provided.

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 vibration body 7 has the same configuration and function, a single vibration body 7 will be typically described below.
As shown in FIG. 4, the vibrating body 7 includes piezoelectric elements 71 to 76 as electric / mechanical conversion elements.
Each of the piezoelectric elements 71 to 76 has a substantially rectangular plate shape, and is alternately stacked so that the polarization directions in the thickness direction (arrows A and B in FIG. 4) are reversed, for example, an adhesive or the like. It is fixed by.

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 piezoelectric elements 71 to 76, the upper surface of the piezoelectric element 71, and the lower surface of the piezoelectric element 76, and the electrodes 77 and 78 for applying voltage are formed by these plating layers. Is formed. These piezoelectric elements 71 to 76 and the electrodes 77 and 78 constitute a vibrating body 7 having a laminated structure.
The electrode 77 between the piezoelectric elements 71 and 72, the electrode 77 between the piezoelectric elements 73 and 74, and the electrode 77 between the piezoelectric elements 75 and 76 are electrically connected to each other by, for example, the external electrode 53. Is configured.

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 electrode 78 on the upper surface of the piezoelectric element 71, the electrode 78 between the piezoelectric elements 72 and 73, the electrode 78 between the piezoelectric elements 74 and 75, and the electrode 78 on the lower surface of the piezoelectric element 76 are electrically connected to each other by the external electrode 52, for example. Are connected to each other to form a group electrode 57. The group electrode 56 and the group electrode 57 are connected to a drive circuit described later. Thereby, the direction of polarization of the piezoelectric elements 71 to 76 is the same as the direction of the applied voltage.

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 piezoelectric elements 71 to 76 via the group electrodes 56 and 57, the vibrating body 7 has a thickness of each piezoelectric element 71 to 76 due to the piezoelectric longitudinal effect. Due to the displacement in the direction (vertical direction in FIG. 4), it is displaced in the direction of arrow C in FIG.
When the actuator 100 described later is used, the second mass parts 1 and 11 are pressed and driven by the displacement of the vibrating body 7 due to the piezoelectric longitudinal effect.

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 piezoelectric elements 71 to 76 are not particularly limited. For example, lead zirconate titanate (PZT), crystal, lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead metaniobate, polyvinylidene fluoride, Various types such as lead zinc niobate and lead scandium niobate are preferably used.
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 elastic coupling portion 5, the second mass portions 1 and 11, and the second mass portion. And a second vibration system composed of the elastic connecting portion 4.

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 actuator 100 according to the present embodiment includes at least one of the pair of second elastic coupling portions 4 and the pair of first elastic coupling portions 5. In the present embodiment, the first mass in FIG. The left first elastic coupling portion 5 with respect to the portion 2 includes a piezoresistive element (displacement measuring means) 42 therein. A detection signal indicating the rotation angle (displacement angle) of the second mass parts 1 and 11 is output from the piezoresistive element 42.

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 actuator 100 is provided with a control unit and a storage unit (not shown). The piezoresistive elements 42 are electrically connected to the control means, respectively, and a detection signal (detection value) from the piezoresistive elements 42 is input to the control means as needed. Further, the relationship (calibration curve) between the detection signal and the deflection angle of the first mass unit 2 is stored in the storage unit in advance as a table. The calibration curve may be a table or a mathematical formula.

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 actuator 100 of the present embodiment, an AC voltage is applied between the group electrode 56 and the group electrode 57 of each vibrating body 7. More specifically, for example, the upper two vibrating bodies (one of the pair of vibrating bodies) 7 and 7 in FIG. 1 are respectively provided with sine waves (waveforms) as shown in FIG. 5A is applied to the lower two vibrating bodies (the other vibrating body of the pair of vibrating bodies) 7 and 7 in FIG. When a voltage of a sine wave (waveform) having a phase difference of 180 ° is applied to each of the piezoelectric elements 71 to 76 of each vibrating body 7, an alternating voltage is applied. First, in the section T1, the upper side in FIG. The two vibrating bodies 7 and 7 are displaced by the piezoelectric longitudinal effect and press the second mass parts 1 and 11 via the upper projections 51 and 51, respectively, and against the second mass parts 1 and 11. To transmit the driving force. By this driving force, the second mass parts 1 and 11 rotate by a predetermined angle around the rotation center axis 41 (second elastic coupling part 4). As the second mass portions 1 and 11 rotate, the first mass portion 2 connected via the first elastic connection portion 5 is connected to the rotation center shaft 41 (the first elastic connection portion 5. ) Around a predetermined angle.

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 body 7 is changed, and the driving force to the second mass parts 1 and 11 is changed, and the two lower vibrations in FIG. The bodies 7 and 7 press the second mass parts 1 and 11 through the lower projections 51 and 51, and transmit a driving force to the second mass parts 1 and 11. With this driving force, the second mass parts 1 and 11 cause the rotation center shaft 41 (second elastic coupling part 4) to move in the opposite direction to the rotation direction of the second mass parts 1 and 11. Rotate a predetermined angle around the center. Along with the rotation of the second mass parts 1 and 11, the first mass part 2 connected via the first elastic connection part 5 is relative to the rotation direction of the first mass part 2. In the opposite direction, it rotates by a predetermined angle around the rotation center shaft 41 (first elastic connecting portion 5).

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 body 7, the second mass parts 1 and 11 vibrate (rotate) about the rotation center shaft 41 (second elastic connecting part 4).
Along with the vibration of the second mass portions 1 and 11, the first mass portion 2 connected via the first elastic connecting portion 5 is connected to the rotation center shaft 41 (the first elastic connecting portion 5). ) At a predetermined angle.

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 mass unit 2 at a predetermined deflection angle, the control unit generates the first mass by using the detection signal from the piezoresistive element 42 and, for example, the calibration curve described above. The deflection angle of the unit 2 is obtained and an instruction is given to the drive circuit described above. The drive circuit changes the amplitude of the AC voltage applied to each of the group electrodes 56 and 57 in accordance with an instruction from the control means. Thereby, the 1st mass part 2 can be driven with a desired deflection angle.

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 actuator 100, the frequency of the AC voltage applied to each vibrating body 7 is equal to the resonance frequency of the two-degree-of-freedom vibration system in which the second mass units 1, 11 and the first mass unit 2 resonate. It is preferable to set. Thereby, the rotation angle (swing angle) of the first mass unit can be increased while suppressing the amplitude of the second mass unit.
Here, the distance (length) between the end portion 12 in the direction (longitudinal direction) substantially perpendicular to the rotation center axis 41 of the second mass unit 1 is L1, and the rotation of the second mass unit 11 is The distance (length) between the end portion 12 in the direction (longitudinal direction) substantially perpendicular to the movement center axis 41 is L2, and the direction substantially perpendicular to the rotation center axis 41 of the first mass unit 2 When the distance (length) between the first mass portion 13 and the second mass portion L3 is L3, the second mass portions 1 and 11 are provided independently of each other. The first mass part 2 does not interfere with each other, and L1 and L2 can be reduced regardless of the size of the first mass part 2. Thereby, the rotation angle of the second mass parts 1 and 11 (the deflection angle of the first mass part 2 with respect to the direction parallel to the surface on which the vibrating body 7 of the counter substrate 6 is provided) can be increased. The rotation angle of the first mass unit 2 can be increased.

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 second mass parts 1 and 11 and the first mass part 2 are set so as to satisfy the relationship of L1 <L3 and L2 <L3, respectively.
By satisfying the relationship, L1 and L2 can be further reduced, the rotation angle of the second mass parts 1 and 11 can be further increased, and the rotation angle of the first mass part 2 is further increased. be able to.

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 mass unit 2 is not particularly limited, but is preferably configured to be, for example, 20 ° or more.
In addition, since the second mass parts 1 and 11 can be driven with a smaller driving force by reducing L1 and L2, the voltage applied to each vibrating body 7 can be further reduced.
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 actuator 100 is most displaced when the second mass parts 1 and 11 are most rotated in the clockwise direction in FIG. 6 by the vibrations of the vibrating bodies 7 (two pairs of vibrating bodies 7). The second mass portions 1 and 11 are most rotated in the counterclockwise direction in FIG. 3 by the position S1 of the S point of the end portion 12 in FIG. The length of each projection 51 (length in the vertical direction in FIG. 6) L5 is made longer than the distance L4 from the position S2 of the S point of the end portion 12 in FIG. Is preferred. As a result, for example, when substantially all of the vibrating bodies 7 are disposed below the second mass parts 1 and 11, respectively, or when the vibrating bodies 7 overlap the rotation center axis 41 in plan view. Even in a case where the second mass portions 1 and 11 and the vibrating bodies 7 are not disposed at positions other than the protrusions 51, the contact can be reliably prevented.

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kは、1×10−4〜1×10Nm/rad程度であるのが好ましく、1×10−2〜1×10Nm/rad程度であるのがより好ましく、1×10−1〜1×10Nm/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 second mass parts 1 and 11 is preferably about 1 to 1500 μm, and more preferably about 10 to 300 μm.
The spring constant k 1 of the first elastic connecting portion 5 is preferably about 1 × 10 −4 to 1 × 10 4 Nm / rad, and is preferably about 1 × 10 −2 to 1 × 10 3 Nm / rad. More preferably, it is about 1 * 10 < -1 > -1 * 10 < 2 > Nm / rad. Thereby, the deflection angle of the 1st mass part 2 can be enlarged more, suppressing the deflection angle of the 2nd mass parts 1 and 11. FIG.

また、第2の弾性連結部4のばね定数kは、1×10−4〜1×10Nm/rad程度であるのが好ましく、1×10−2〜1×10Nm/rad程度であるのがより好ましく、1×10−1〜1×10Nm/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k、第2の弾性連結部4のばね定数をkとしたとき、kとkとが、k>k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 portion 4 is preferably about 1 × 10 −4 to 1 × 10 4 Nm / rad, and about 1 × 10 −2 to 1 × 10 3 Nm / rad. It is more preferable that it is about 1 × 10 −1 to 1 × 10 2 Nm / rad. Thereby, the rotation angle (swing angle) of the first mass unit 2 can be further increased.
When the spring constant of the first elastic connecting portion 5 is k 1 and the spring constant of the second elastic connecting portion 4 is k 2 , k 1 and k 2 satisfy the relationship k 2 > k 1 . Is preferred. Thereby, the rotation angle (swing angle) of the first mass unit 2 can be further increased while suppressing the deflection angle of the second mass units 1 and 11.

また、前記第1の質量部2の慣性モーメントをJ、第2の質量部1(第2の質量部11)の慣性モーメントをJ、としたとき、JとJとが、J≧Jの関係を満足することが好ましく、J>J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 J 1> J 2. Thereby, the rotation angle (swing angle) of the first mass unit 2 can be further increased while suppressing the deflection angle of the second mass units 1 and 11.

ところで、第1の振動系の固有振動数ωは、第1の質量部2の慣性モーメントをJ、第1の弾性連結部5のばね定数をkとしたとき、ω=(k/J1/2によって与えられ、第2の振動系の固有振動数ωは、第2の質量部1の慣性モーメントをJ、第2の弾性連結部4のばね定数をkとしたとき、ω=(k/J1/2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 mass portion 2 is J 1 and the spring constant of the first elastic connecting portion 5 is k 1. 1 / J 1 ) 1/2 , and the natural frequency ω 2 of the second vibration system is the inertia moment of the second mass part 1 as J 2 and the spring constant of the second elastic coupling part 4 as k. 2 is given by ω 2 = (k 2 / J 2 ) 1/2 .

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ωと第2の振動系の固有振動数ωとは、ω>ω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 mass unit 2 can be further increased while suppressing the deflection angle of the second mass units 1 and 11.
As described above, according to this actuator 100, each vibrating body 7 vibrates due to the piezoelectric longitudinal effect, so that the second mass portions 1 and 11 can be easily and surely driven with a large driving force and a large rotation. It can be driven at an angle (a deflection angle). Further, since the first mass unit 2 is configured to rotate as the second mass units 1 and 11 are driven, an actuator having a large rotation angle (runout angle) of the second mass unit is provided. can do. Further, the second mass unit can be driven at a high frequency (for example, about 10 kHz).

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 body 7 has a laminated structure, for example, the thickness direction of the actuator 100 (vertical direction in FIG. 2) is larger than when each vibrating body 7 has a bimorph structure. Features such as large driving force and fast response speed. For this reason, each vibrating body 7 drives the second mass units 1 and 11 with a larger deflection angle by pressing the vicinity of the rotation center axis 41 of the second mass units 1 and 11, respectively. can do.

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 bodies 7 is provided for each of the second mass parts 1, 11, one vibrating body 7 is provided for each of the second mass parts 1, 11. Compared with the case where it exists, the driving force with respect to each of the 2nd mass parts 1 and 11 can be substantially doubled.
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 body 7 is configured to transmit a driving force to the second mass parts 1 and 11 via each protrusion 51, each vibrating body 7 and the second mass parts 1 and 11 The contact area is reduced, and vibration loss can be reduced. Moreover, since the 2nd mass parts 1 and 11 can be driven with a desired frequency easily and reliably, for example, control of the 1st mass part 2 can be performed easily.

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 protrusion 51 is formed on the second mass parts 1 and 11, but is not limited thereto, and may be formed on each vibrating body 7, or the second mass parts 1 and 11. And each vibrating body 7 may be formed. In this case, for example, there is a method in which a metal pattern such as gold is formed on the surface of each vibrating body 7 and each protrusion 51 is formed on the metal pattern by, for example, a plating method.

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 piezoresistive element 42 described above, and for example, a photo sensor or the like may be used. In this case, it is preferable to separately install a substrate or the like below the counter substrate 6 and to install a photosensor at a portion corresponding to the end of the first mass portion 2 on the surface of the substrate on the counter substrate 6 side.
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 first mass unit 2 is received by the light receiving unit, a voltage (current) having a magnitude corresponding to the amount of received light is output by photoelectric conversion.
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.

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 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 actuator 100 as shown in FIGS. 1 to 3 will be described with reference to the accompanying drawings.
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 actuator 100 is manufactured by the following first to sixth steps will be described.

[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 substrate 60 is prepared.
The constituent material of the substrate 60 is not particularly limited as long as it has high rigidity, and examples thereof include glass such as SUS (Steel Use Stainless) and Pyrex glass ("Pyrex" is a registered trademark).

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 substrate 60 so as to correspond to a portion excluding a region where the four concave portions 62, 62, 62, 62 are formed. Thus, a metal mask 63 is formed.
Next, after etching the upper surface side of the substrate 60 through the metal mask 63, the metal mask 63 is removed. Thereby, as shown in FIG.7 (b), the board | substrate 60 in which each recessed part 62 was formed is obtained.

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 second mass parts 1, 11 are appropriately adjusted by appropriately adjusting the position and depth at which each recess 62 is formed according to the shape of the second mass parts 1, 11, the thickness of each vibrating body 7, and the like. And the relationship between the vibrating bodies 7 can be made favorable.
Further, by adjusting the thickness of the substrate 90 to be described later, the height relationship between the second mass parts 1 and 11 and each vibrating body 7 can be adjusted, and each concave part 62 is not formed. If the height relationship is appropriate, the above-described process may not be performed.
Next, a groove (not shown) or the like for guiding a conducting wire for applying an AC voltage to each vibrating body 7 is formed.

[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 mass portion 2 of the substrate 60 by a method such as sandblasting. Thereby, as shown in FIG.7 (c), the opening part 61 is formed.
[Third Step] (Vibrating Body Joining Step)
Next, each vibrating body 7 is joined to each recessed part 62 with an adhesive etc., for example. In addition, the adhesive used at the time of joining has a thing which does not have elasticity after hardening, for example, a cyanoacrylate adhesive, an epoxy adhesive, etc. are mentioned. Thereby, it can prevent suitably that the vibration of each vibrating body 7 is absorbed by the adhesive.
Through the above steps, as shown in FIG. 7D, the counter substrate 6 in which the opening 61 and the concave portions 62 are formed and the vibrators 7 are installed is obtained.

[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 silicon substrate 105 is prepared as shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 8F, the piezoresistive element 42 is installed at a portion corresponding to the first elastic coupling portion 5 on the upper surface side of the silicon substrate 105.
Next, a photoresist is applied to the lower surface of the silicon substrate 105, and exposure and development are performed. Thereby, a resist mask (not shown) is formed so as to correspond to the shape of the protrusions 51, 51, 51, 51.

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 silicon substrate 105 through this resist mask, the resist mask is removed. As a result, as shown in FIG. 8G, each protrusion 51 is formed on the lower surface of the silicon substrate 105.
Further, each protrusion 51 may be formed by polishing the lower surface of the silicon substrate 105.

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 silicon substrate 105, and exposure and development are performed. Thereby, so as to correspond to the shapes of the second mass parts 1, 11, the first mass part 2, the support part 3, the second elastic coupling parts 4, 4, the first elastic coupling parts 5, 5, A resist mask (not shown) is formed.
Next, after etching the silicon substrate 105 through this resist mask, the resist mask is removed. Thereby, as shown in FIG. 8 (h), the second mass parts 1, 11, the first mass part 2, the support part 3, the second elastic connection parts 4, 4, and the first elastic connection part 5 are provided. 5 are formed.
Next, the light reflecting portion 21 is formed on the first mass portion 2 by, for example, a vacuum deposition method or the like.
Through the above steps, as shown in FIG. 8 (i), the second mass portions 1, 11, the first mass portion 2, the support portion 3, the second elastic coupling portions 4, 4, and the first elastic coupling. The structure 140 in which the portions 5 and 5 and the light reflecting portion 21 are formed is obtained.

[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 substrate 90 is prepared.
Next, as shown in FIG. 9K, the reinforcing plate 9 is formed on the substrate 90 by, for example, etching.
The constituent material of the substrate 90 is not particularly limited as long as it increases the rigidity of the structure 140 by bonding to the structure 140 described below. For example, glass such as Pyrex glass ("Pyrex" is a registered trademark) is used. Etc.

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 structure 140 and the reinforcing plate 9 are joined by, for example, an adhesive, anodic bonding, alloy bonding, or the like. Thereby, the structure 150 in which the reinforcing plate 9 and the structure 140 are joined is obtained.
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 counter substrate 6 obtained in the first to third steps and the structure 150 obtained in the fourth to fifth steps are bonded by, for example, an adhesive, anodic bonding, alloy bonding, or the like. . Further, the counter substrate 6 and the structure 150 may be mechanically clamped.
The actuator 100 of 1st Embodiment as shown in FIGS. 1-3 is obtained by the above.

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 actuator 100 shown in FIGS. 10 and 11 will be described with a focus on differences from the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The actuator 100 of this embodiment has two structures 110 and 110 as shown in FIG.
Hereinafter, since the structures and functions of the structures 110 are the same except for the position of the vibrating body 7, the structure 110 on the lower side in FIG.

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 structural body 110 includes the connecting member 30 and the vibrating body 7.
The connecting member 30 includes two plate-like base portions 31 and 31 and a support portion 32, and the base portions 31 and 31 are coupled to each other by the support portion 32.
The base 31 on the right side in FIG. 11 is fixed to the upper side in FIG. Thereby, the base parts 31 and 31 vibrate simultaneously by the vibration of the vibrating body 7.

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 structure 110 on the upper side in FIG. 10, the vibrating body 7 is installed in the lower part in FIG. 11 of the base part 31 on the left side of the structure 110. It is fixed.
When using the actuator 100 of the present embodiment, for example, a sine wave as shown in FIG. 5A is applied to the upper vibration body (one vibration body of a pair of vibration bodies) 7 in FIG. A voltage of (waveform) is applied, and the lower vibrating body (the other vibrating body of the pair of vibrating bodies) 7 in FIG. 10 is applied to FIG. 5 (a) as shown in FIG. 5 (b). When a sine wave (waveform) voltage having a phase difference of 180 ° is applied, first, in the section T1, the upper vibrating body 7 in FIG. 10 is displaced and connected to the upper side in FIG. 11 due to the piezoelectric longitudinal effect. By pressing the base portions 31, 31 of the member 30, substantially equal driving force is transmitted to the second mass portions 1, 11 via the upper projections 51, 51 in FIG. 10.

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 body 7 is changed, and the driving force to the second mass parts 1 and 11 is changed, and the two lower vibrations in FIG. The body 7 is displaced upward in FIG. 11 due to the piezoelectric longitudinal effect and presses the base portions 31 and 31 of the connecting member 30, whereby the second mass portion 1 is interposed via the lower protrusions 51 and 51 in FIG. 10. , 11 is transmitted with substantially equal driving force.

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 actuator 100, the same effect as the actuator 100 of the first embodiment described above can be obtained.
In this actuator 100, the driving force of the vibrating body 7 acts on the second mass parts 1 and 11 substantially equally, and the second mass parts 1 and 11 can be driven synchronously easily and reliably. Thereby, control of the 2nd mass part can be made simple. Further, the cost and weight can be reduced by reducing the number of vibrating bodies 7.

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 actuator 100 of the present invention has been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. be able to. In addition, any other component may be added to the present invention.
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 bodies 7 is installed so as to be substantially line-symmetric with respect to the rotation center axis 41, but is not limited to this. It may be installed so as to be substantially point-symmetric with respect to it. When the actuator 100 having such a structure is used, the phase of the voltage applied to each pair of vibrating bodies 7 may be the same, so that the drive circuit is simplified.

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 elastic connection parts 4, it is not limited to this, For example, 2 pairs or more may be sufficient.
Moreover, in embodiment mentioned above, although demonstrated as what has 1 pair of 1st elastic connection parts 5, it is not limited to this, For example, 2 pairs or more may be sufficient.
In the above-described embodiment, the configuration in which the light reflecting portion 21 is provided on the side of the first mass portion 2 opposite to the side on which the counter substrate 6 is provided has been described. The structure provided in this surface may be sufficient, and the structure provided in both surfaces may be sufficient.

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 second mass parts 1 and 11 facing the vibrating bodies 7.
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.

本発明のアクチュエータの第1実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows 1st Embodiment of the actuator of this invention. 図1中のA−A線での断面図である。It is sectional drawing in the AA line in FIG. 図1中のB−B線での断面図である。It is sectional drawing in the BB line in FIG. 振動体(積層型圧電素子)の側面図である。It is a side view of a vibrating body (multilayer piezoelectric element). 振動体に印加する交流電圧の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the alternating voltage applied to a vibrating body. 第2の質量部の回動を示す図である。It is a figure which shows rotation of a 2nd mass part. アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図(断面図)である。It is process drawing (sectional drawing) which shows an example of the manufacturing method of an actuator. アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図(断面図)である。It is process drawing (sectional drawing) which shows an example of the manufacturing method of an actuator. アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図(断面図)である。It is process drawing (sectional drawing) which shows an example of the manufacturing method of an actuator. 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。It is a top view which shows 2nd Embodiment of the actuator of this invention. 図10中のC−C線での断面図である。It is sectional drawing in the CC line | wire in FIG. 従来のアクチュエータを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional actuator.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 100 ... Actuator 1, 11 ... 2nd mass part 12, 13 ... End part 2 ... 1st mass part 21 ... Light reflection part 3 ... Supporting part 4 ... 2nd elastic connection part 41 ...... Pivot center axis 42 ...... Piezoresistive element 5 ...... First elastic connecting part 51 ...... Protrusions 52 and 53 ...... External electrodes 56 and 57 ...... Group electrodes 6 ...... Counter substrate 61 ...... Opening part 62 ...... Concavity 63 ...... Metal mask 7 ...... Vibrating body 70 ...... Connecting members 71 to 76 ...... Piezoelectric elements 77 and 78 ...... Electrode 30 ...... Connecting member 31 ...... Base part 32 ...... Supporting part 60 ...... Glass Substrate 9 …… Reinforcement plate 90 …… Substrate 105 …… Silicon substrate 110 …… Structure 140 …… Structure 150 …… Structure 200 …… Spacer 300 …… Moving electrode plate 300a …… Both ends fixed portion 300b …… Torsion Bar 300c ...... movable Pole portion 400 ...... fixed electrode 500 ...... power 600 ...... switch 1000 ...... glass substrate A, B, C ...... direction L1 to L5 ...... distance S ...... point S1, S2 ...... position T1, T2 ...... interval

Claims (16)

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.
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請求項2に記載のアクチュエータ。   3. The actuator according to claim 2, wherein the two pairs of vibrating bodies are configured to be able to drive the pair of second mass parts synchronously. 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請求項1ないし3のいずれかに記載のアクチュエータ。   4. The actuator according to claim 1, wherein each of the pair of vibrating bodies is provided substantially in line symmetry with respect to a central axis about which the second mass unit rotates in a plan view. 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 phase difference between an alternating voltage applied to the piezoelectric element of one vibrating body of the pair of vibrating bodies and an alternating voltage applied to the piezoelectric element of the other vibrating body is 180 °. The actuator according to any one of 1 to 4. 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.
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請求項9に記載のアクチュエータ。   The position of the most displaced part of the second mass part when the second mass part is most rotated in one direction by the vibration of the pair of vibrators, and the vibration of the pair of vibrators Thus, the length of the protrusion is made longer than 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. Item 10. The actuator according to Item 9. 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請求項10に記載のアクチュエータ。   11. The actuator according to claim 10, wherein 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. 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請求項1ないし11のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 11, further comprising a displacement measuring unit that measures a displacement of the first mass unit or the second mass unit when the vibrating body vibrates. 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請求項12に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 12, wherein the displacement measuring means 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. 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請求項13に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 13, wherein the displacement measuring unit is capable of detecting the displacement in a non-contact manner with respect to the first mass portion and the second mass portion. 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請求項12ないし14のいずれかに記載のアクチュエータ。   The structure according to any one of claims 12 to 14, wherein the rotation angle of the first mass portion with respect to the first elastic coupling portion is controlled based on detection of the displacement measuring means. Actuator. 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請求項15に記載のアクチュエータ。
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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