JP2008224807A - Ｍｅｍｓデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】共振特性の調整幅が比較的大きく、温度変化等による共振特性の変動を十分に抑えることが可能なＭＥＭＳデバイスを提供することを課題とする。
【解決手段】ＭＥＭＳデバイス１は、上層基板２と下層基板３とを具備し、上層基板２は、可動電極２８を有する揺動部２Ａと、固定電極２９を有する固定部２Ｂ、２Ｃとを有し、揺動部２Ａは、固定電極２９と可動電極２８との間に交流電圧が印加されることによって揺動する。下層基板３は、揺動部２Ａの所定範囲内での揺動を妨げないように揺動部２Ａの下方に形成された凹部３１を備え、凹部３１を区画する揺動軸ｘと直交する方向の内側壁面３２に、補助電極層４が形成されている。補助電極層４が形成される内側壁面３２は、可動電極２８と固定電極２９とが略同一平面上に位置するとき、可動電極２８に対する最短距離が凹部３１を区画する内底壁面３３との最短距離よりも短くされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流電圧を印加することによって生じる静電力を利用して揺動する揺動部を備えたＭＥＭＳデバイスに関し、特に、揺動部の共振特性の調整が可能なＭＥＭＳデバイスに関する。

近年、レーザを用いたプリンタ、複写機、プロジェクタ等に使用されるレーザ光走査装置など各種装置の小型化が要請されている。かかる装置の小型化の要請により、レーザ光走査装置として、シリコンなどの半導体製造プロセス等における技術を応用して種々の機械要素の小型化を実現するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて作製されるＭＥＭＳデバイス（例えば、特許文献１のＭＥＭＳミラースキャナ）が提案されている。

特許文献１に記載のＭＥＭＳミラースキャナには、シリコン基材にＭＥＭＳ技術を用いて、サスペンションビームによって揺動可能に支持されたミラーや、該ミラーを揺動駆動するための交流電圧を印加する電極などが形成されている。かかるＭＥＭＳミラースキャナは、前記電極間に交流電圧を印加することによって生じる静電力によって、交流電圧の１／２の周波数でミラーが揺動するように構成されている。ミラーの揺動の振れ角（振幅）は、ミラーの揺動周波数（交流電圧の周波数の１／２の周波数）とミラーの振れ角との関係を表す共振特性によって定まるものである。特許文献１に記載のＭＥＭＳミラースキャナのようなＭＥＭＳデバイスにおいては、小さな駆動力でも大きな振れ角を得るため、一般的に、ミラーの振れ角が最も大きくなる周波数（共振周波数）近傍の周波数でミラーを揺動させている。

しかしながら、上記のようなシリコン基材で形成されたミラーは、温度変化等によってシリコン基材のヤング率が変化し、これに伴いミラーの共振特性が変動する。そのため、ミラーの揺動周波数を一定とした場合（電極間に印加する交流電圧の周波数を一定とした場合）には、温度変化等により、ミラーの振れ角が変動してしまうという問題がある。ミラーの振れ角が変動すれば、ミラーに向けて照射したレーザ光の反射光が走査される範囲が変動することになる結果、レーザプリンタ等の走査範囲が変動してしまうという問題が生じる。

このような走査範囲の変動の原因となる共振特性の変動を抑えることが可能なＭＥＭＳデバイスとして、特許文献２に記載の共振型光スキャナを挙げることができる。かかる共振型光スキャナは、基板と、基板の上方に配置され、その上面に光走査面が形成されたステージと、該ステージを揺動させる駆動部と、基板に配置されたチューニング電極とを備える。駆動部は、ステージの両側辺に形成された駆動くし形電極と、基板に固定された固定くし形電極とを具備する。この共振型光スキャナは、駆動くし形電極と固定くし形電極との間に交流電圧を印加することによって生じる静電力によって、ステージが揺動するように構成されている。かかる共振型光スキャナにおいては、駆動くし形電極とチューニング電極との間に印加する直流電圧を変化させることで、ステージの共振特性を調整することが可能とされている。よって、特許文献２に記載の共振型光スキャナは、ステージの共振特性が調整可能であるため、温度変化等により生じる共振特性の変動を抑えることができる。
特開２００６−２０１５２０号公報 特開２００５−１２８５５１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の共振型光スキャナにおいては、ステージの揺動を妨げないようにするために、ステージと基板とを離隔する必要がある。このため、ステージに形成された駆動くし形電極と基板に配置されたチューニング電極とは、必然的に離隔されることになる。共振特性の調整幅は、駆動くし形電極とチューニング電極との距離に依存し、具体的には、駆動くし形電極とチューニング電極との距離を短くすればするほど大きくなる。前述のように、特許文献２に記載の共振型光スキャナにおいては、ステージの揺動を妨げないようにする必要があるために、駆動くし形電極とチューニング電極とを互いの距離が短くなるように配置することができない。また、ステージと基板との離隔距離は、ステージの振れ角が大きいほど長くする必要が有り、そのため、ステージの振れ角が大きい場合、駆動くし形電極とチューニング電極との距離がより一層長くなる。よって、特許文献２に記載の共振型光スキャナにおいては、共振特性の調整幅が小さく、また、ステージの振れ角が大きい場合は、共振特性の調整幅が一層小さくなるため、温度変化等により生じる共振特性の変動を十分に抑えられない場合がある。

本発明は、かかる従来技術の問題を解決するべくなされたものであり、共振特性の調整幅が比較的大きく、温度変化等による共振特性の変動を十分に抑えることが可能なＭＥＭＳデバイスを提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、上層基板と下層基板とを具備し、前記上層基板は、前記下層基板に固定された固定部と、前記固定部に対して前記揺動軸周りに揺動する揺動部とを有し、前記揺動部は、揺動部材と、該揺動部材を前記揺動軸周りに揺動可能に支持する揺動軸部材とを有し、前記揺動軸部材は、前記揺動軸と直交方向の端部に形成された可動電極を有し、前記固定部は、前記可動電極と対向する固定電極を有し、前記揺動部は、前記可動電極と前記固定電極との間に交流電圧が印加されることによって、前記揺動軸周りに揺動し、前記下層基板は、前記揺動部の所定範囲内での揺動を妨げないように前記揺動部の下方に形成された凹部を備え、前記凹部を区画する前記揺動軸と直交する方向の内側壁面に、補助電極層が形成され、前記可動電極と前記固定電極とが略同一平面上に位置するとき、前記可動電極と前記内側壁面との最短距離が、前記可動電極と前記凹部を区画する内底壁面との最短距離よりも短いことを特徴とするＭＥＭＳデバイスを提供する。

本発明に係るＭＥＭＳデバイスの上層基板は、可動電極を有する揺動部と、固定電極を有する固定部とを有している。揺動部は、可動電極と固定電極との間に交流電圧が印加されることによって、揺動軸周りに揺動する。一方、下層基板は、揺動部の所定範囲内での揺動を妨げないように、揺動部の下方に形成された凹部を備えている。かかる凹部は、揺動軸と直交する方向の内側壁面と、揺動部から下方に離隔された内底壁面とで区画されている。内側壁面には、補助電極層が形成されている。本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、可動電極と補助電極層との間に印加する直流電圧を変化させることにより、揺動部の共振特性の調整が可能とされている。本発明に係るＭＥＭＳデバイスにおいては、可動電極と固定電極とが略同一平面上に位置する（揺動部の振れ角が略０°の）とき、可動電極と内側壁面との最短距離が、可動電極と凹部を区画する内底壁面との最短距離よりも短くされている。揺動部の共振特性の調整幅は、可動電極と補助電極層との最短距離に依存し、具体的には、可動電極と補助電極層との最短距離を短くすればするほど大きくなる。前述のように、本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、可動電極と固定電極とが略同一平面上に位置するとき、可動電極に対する最短距離が内底壁面に比べて短い内側壁面に補助電極層が形成されている。よって、本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、揺動部から下方に離隔された内底壁面（特許文献２の基板に相当）に補助電極層が形成された特許文献２の構成に比べて、共振特性の調整幅が大きい。従って、本発明に係るＭＥＭＳデバイスによれば、温度変化等による共振特性の変動を十分に抑えることが可能である。

好ましくは、特許請求の範囲の請求項２に記載の如く、前記補助電極層が、前記内側壁面及び前記内底壁面に形成されている。

かかる好ましい構成においては、内底壁面にも補助電極層が形成されるので、揺動部の振れ角が大きくなって、可動電極が内側壁面から離れて、内底壁面に近づいた場合であっても、可動電極と補助電極層との最短距離が短い。従って、かかる好ましい構成によれば、揺動部の振れ角が略０°のときも、振れ角が大きくなったときも、可動電極と補助電極層との最短距離が短いため、共振特性の調整幅が大きい。従って、かかる好ましい構成によれば、共振特性の変動をより一層抑えることが可能である。

好ましくは、特許請求の範囲の請求項３に記載の如く、前記凹部は、下窄まり状に形成されている。

揺動部が揺動すると、可動電極は揺動部と共に揺動するため、揺動部の下方に形成される凹部が下窄まり状に形成されていることで、内側壁面が可動電極の揺動方向に沿った形状となる。よって、かかる好ましい構成によれば、可動電極が、固定電極と同一平面に位置している状態から揺動したときに、可動電極と補助電極層との最短距離が長くなることを抑えることができる。従って、揺動部の揺動によって、可動電極と補助電極層との最短距離が長くなることによって、共振特性の調整幅が小さくなることを抑えることができる。

また、特許請求の範囲の請求項４に記載の如く、本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、前記上層基板を導電性材料で形成することができる。前記上層基板を導電性材料で形成する場合は、前記補助電極層は、前記内側壁面のうち上端部を除く部分に形成されている構成とすることができる。

上層基板を導電性材料で形成する場合、補助電極層を、内側壁面のうち上端部を除く部分に形成することで、補助電極層と、下層基板に固定される固定部が有する固定電極とのショートを防止することができる。

本発明によれば、共振特性の調整幅が比較的大きく、温度変化等による共振特性の変動を十分に抑えることが可能なＭＥＭＳデバイスを提供することが可能である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１の概略構成を示す分解斜視図である。図２はＭＥＭＳデバイス１の端面図であり、（ａ）は後述する可動電極２８及び貫通孔２０ａを切断するようにＭＥＭＳデバイス１を切断した図１のＡ−Ａ端面図を示し、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図を示す。なお、図１は、上層基板２と下層基板３とを分離した状態を示すが、実際には両者は図２に示すように積層されている。

図１及び図２に示すように、上層基板２は、シリコン材から形成されており、下層基板３に固定された固定部２Ｂ、２Ｃと、固定部２Ｂ、２Ｃに対して揺動軸（図１に示すＸ軸）周りに揺動する揺動部２Ａとを有している。さらに、本実施形態においては、上層基板２は、揺動部２Ａ及び固定部２Ｂ、２Ｃの他に、第１接着パッド２４Ａ、２４Ｂと、第１ヒンジ２５Ａと、２５Ｂ、第２接着パッド２６Ａと、２６Ｂ、第２ヒンジ２７Ａ、２７Ｂとを有している。

図１に示すように、揺動部２Ａは、揺動部材２１と、該揺動部材２１を揺動軸周りに揺動可能に支持する揺動軸部材２３Ａ、２３Ｂとを有している。揺動部材２１の上面は、レーザ光等を反射させるためのアルミ膜が形成されている。一方、揺動軸部材２３Ａ、２３Ｂは、揺動部材２１の揺動軸方向両端部に形成された接続部２２を介して揺動部材２１を揺動軸周りに支持している。揺動軸部材２３Ａ、２３Ｂは、揺動軸と直交（図１に示すＹ軸）方向の両端部に、可動電極２８が形成されている。この可動電極２８は、Ｙ軸方向に延び、揺動軸方向に沿って複数形成されている。揺動軸部材２３Ａ、２３Ｂの揺動軸方向端部（揺動部材２１に接続されている側と反対側の端部）は、第１ヒンジ２５Ａ、２５Ｂを介して、第１接着パッド２４Ａ、２４Ｂにそれぞれ接続されている。この第１接着パッド２４Ａ、２４Ｂは、下層基板３に固定されている。また、揺動軸部材２３Ａ、２３Ｂには、揺動軸方向中間部に形成された貫通孔に第２接着パッド２６Ａ、２６Ｂと第２ヒンジ２７Ａ、２７Ｂとが配置されている。第２接着パッド２６Ａ、２６Ｂは、下層基板３に固定されている。揺動軸部材２３Ａ、２３Ｂは、第２ヒンジ２７Ａ、２７Ｂを介して第２接着パッド２６Ａ、２６Ｂにそれぞれ接続されている。

図１に示すように、本実施形態では、固定部２Ｂ、２Ｃは２つ設けられ、揺動部２ＡのＹ軸方向一方側に固定部２Ｂが、他方側に固定部２Ｃが配置されている。各固定部２Ｂ、２Ｃは、可動電極２８と対向する固定電極２９を有している。かかる固定電極２９は、固定部２Ｂ、２Ｃの揺動軸と直交方向の揺動部２Ａ側の端部に形成されている。固定電極２９は、Ｙ軸方向に延びており、揺動軸方向に沿って複数形成されている。固定電極２９と可動電極２８とは、揺動軸方向に沿って交互に配置されている。また、固定部２Ｂには、上下に貫通する貫通孔２０ａ、２０ｂが形成されている。

以上のような上層基板２が積層される下層基板３は、ガラス材などの絶縁材料から形成されている。図１及び図２に示すように、下層基板３には、揺動部２Ａの揺動軸周りの所定範囲内での揺動を妨げないように、揺動部２Ａの下方に凹部３１が形成されている。凹部３１は、下層基板３の揺動部２Ａの下方部分が除去されて形成された空間領域である。このような空間領域で形成される凹部３１は、図２に示すように、揺動軸（図２の紙面と直交する軸）と直交する方向の内側壁面３２と、揺動部２Ａから下方に離隔された内底壁面３３とで区画されている。内側壁面３２は、下層基板３に上層基板２が積層された状態において、固定部２Ｂに形成された貫通孔２０ａ、２０ｂの下方に上端部３２ａが位置するように形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、可動電極２８と固定電極２９とが略同一平面上に位置するとき、可動電極２８と内側壁面３２との最短距離ａは、可動電極２８と内底壁面３３との最短距離ｂよりも短くされている。また、凹部３１は、下窄まり状に形成されており、内側壁面３２は、凹部３１が下窄まり状となるために、傾斜が付けられている。図２（ｂ）に示すように、内側壁面３２は、上端部３２ａと上端部３２ａよりも下側の部分とで曲率半径が異なる２つの曲面で形成されている。なお、内側壁面３２は、１つの曲面で形成されも、平面で形成されていてもよい。また、凹部３１は、揺動部材２１に対応する部分については、下層基板３を上下方向に貫通させて形成される空間領域で形成してもよい。

また、図１に示すように、下層基板３は、上層基板２と下層基板３とが積層された状態で第２接着パッド２６Ａ、２６Ｂの裏面をそれぞれ固着するべく、凹部３１内側に突出する固定用パッド３４Ａ、３４Ｂを有している。さらに、上層基板２と下層基板３とが積層された状態においては、下層基板３の凹部３１の外周部分３５の上面には、第１接着パッド２４Ａ、２４Ｂ及び固定部２Ｂ、２Ｃの裏面が固着される。

本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、上層基板２及び下層基板３の他に、補助電極層４を具備する。図１及び図２に示すように、補助電極層４は、内側壁面３２及び内底壁面３３に形成されている。補助電極層４は、固定電極２９とのショートを防止するため、内側壁面３２については、上端部３２ａを除く部分に形成されている。補助電極層４が形成されない上端部３２ａとは、内側壁面３２の下層基板３の上面から０．１ｍｍ未満の部分とすることができる。これは、固定電極２９と補助電極層４とを０．１ｍｍ以上離すと、固定電極２９と補助電極層４との間でのショートが発生し難くなるためである。

図１に示すように、補助電極層４は、内側壁面３２及び内底壁面３３のサスペンションビーム２３Ａの下方の部分と、サスペンションビーム２３Ｂの下方の部分とに形成され、揺動部材２１の下方の部分には形成されていないが、揺動部材２１の下方の部分にも形成してもよい。

図１に示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、さらに、電極パッド５１〜５４を有する。電極パッド５１は、揺動部２Ａの第１接着パッド２４Ａ、２４Ｂに形成されている。なお、電極パッド５１は、第１接着パッド２４Ａ、２４Ｂのうちの何れか一方にのみ形成されてもよい。電極パッド５２は、固定部２Ｂに形成され、電極パッド５３は、固定部２Ｃに形成されている。電極パッド５１〜５３は、導線６を介して後述する交流電源及び直流電源に接続されている。よって、上層基板２Ａの揺動部２Ａに形成された可動電極２８は、電極パッド５１及び導線６を介して後述する交流電源及び直流電源に接続され、上層基板２Ａの固定部２Ｂ、２Ｃに形成された固定電極２９は、電極パッド５２、５３及び導線６を介して後述する交流電源及び直流電源に接続されている。

一方、電極パッド５４は、図２（ａ）に示すように、下層基板３に上層基板２が積層された状態でにおいて、固定部２Ｂに形成された貫通孔２０ａ、２０ｂの下方に位置する下層基板３の外周部分３５の上面に１つずつ形成されている。貫通孔２０ａ、２０ｂの下方に電極パッド５４を形成することで、電極パッド５４と固定部２Ｂに形成された固定電極２９との導通が防止される。貫通孔２０ａの下方に形成される電極パッド５４は、サスペンションビーム２３Ａの下方の部分に形成された補助電極層４と、貫通孔２０ｂの下方に形成される電極パッド５４は、サスペンションビーム２３Ｂの下方の部分に形成された補助電極層４と導通している。電極パッド５４と補助電極層４との導通方法は、アルミ等の導電性を有する材料で形成される導通部５５を介して電極パッド５４と補助電極層４とを接続することで行っている。この導通部５５は、下層基板３に上層基板２が積層された状態において、貫通孔２０ａ、２０ｂの下方に位置する内側壁面３２の上端部３２ａに形成されている。このような導通部５５が貫通孔２０ａ、２０ｂの下方に形成されることで、導通部５５と固定部２Ｂとが接触せず、補助電極層４と固定部２Ｂに形成された固定電極２９とのショートが防止されている。電極パッド５４は、導線６が接続され、かかる導線６は、貫通孔２０ａ、２０ｂ内を通って、ＭＥＭＳデバイス１の外部に導き出され、後述する直流電源に接続されている。よって、補助電極層４は、電極パッド５４及び導線６を介して後述する直流電源に接続されている。

次に、以上の構成のＭＥＭＳデバイス１において、揺動部２Ａの揺動における最大振れ角θを１１．６°とする場合の上層基板２及び下層基板３の形状及び寸法の一具体例を示す。図２（ｂ）に示すように、可動電極２８と内側壁面３２との最短距離ａは０．２ｍｍ、可動電極２８と内底壁面３３との最短距離ｂは０．４ｍｍ、揺動軸（図２（ｂ）の参照符号ｘ）から可動電極２８のＹ軸方向端部までの距離ｃは１．６３ｍｍ、揺動軸ｘから固定部２Ｃまでの距離ｄは１．８３ｍｍ、内側壁面３２の上端部３２ａの高さｅは１．０ｍｍ、内側壁面３２の上端部３２ａより下側の部分３２ｂの曲率半径ｆは０．４０ｍｍ、可動電極２８と補助電極層４とが最接近するときの揺動部２Ａの振れ角θが１１．６°、最接近することの可動電極２８と補助電極層４との距離ｇは０．０３ｍｍとすることができる。

図３は、ＭＥＭＳデバイス１の電気的構成を示す回路図である。図３では、説明を容易とするため、揺動部２Ａと固定部２Ｂ、２Ｃが交流電源６１及び直流電源６２に直接接続されているように示すが、実際には、揺動部２Ａは電極パッド５１を介して、固定部２Ｂは電極パッド５２を介して、固定部２Ｃは電極パッド５３を介して、交流電源６１及び直流電源６２に接続されている。

図３に示すように、揺動部２Ａは、交流電源６１の一端側と直流電源６２のマイナス側とに接続されている。固定部２Ｂ及び固定部２Ｃは、交流電源６２の他端側に接続されている。また、補助電極層４は、電極パッド５４を介して、直流電源６２のプラス側に接続されている。このような電気的構成によって、可動電極２８と固定電極２９との間に交流電圧が印加可能とされ、可動電極２８と補助電極層４との間に直流電圧が印加可能とされている。

可動電極２８と固定電極２９との間に交流電圧を印加すると、可動電極２８と固定電極２９との間に静電力が作用し、図２（ａ）の点線で示すように、揺動部２Ａが第１接着パッド２４Ａ、２４Ｂと第２接着パッド２６Ａ、２６Ｂとを固定端とし、第１ヒンジ２５Ａ、２５Ｂ、第２ヒンジ２７Ａ、２７Ｂの弾性力に抗しながら揺動軸周りに揺動する。このときの揺動部２Ａの揺動周波数は、交流電圧の１／２の周波数である。また、揺動の振れ角θ（可動電極２８と固定電極２９とが同一平面上に位置するときの揺動部２Ａに対する揺動部２Ａの傾き角）は、揺動部２Ａの共振特性によって定まる。図４は、揺動部２Ａの共振特性を示す図である。共振特性とは、図４に示すように、揺動部２Ａの揺動周波数（交流電圧の周波数の１／２の周波数）と揺動部２Ａの振れ角θとの関係である。例えば、図４に示す揺動周波数ｆ０で揺動部２Ａが揺動するときは、揺動の振れ角は、θ０となる。

一方、可動電極２８と補助電極層４との間に印加する直流電圧を変化させると、前述の共振特性を調整することができる。具体的には、図４の一点鎖線で示すように、可動電極２８と補助電極層４との間に印加する直流電圧を変化させることで、共振特性が周波数の高い方向または低い方向にシフトする。可動電極２８と補助電極層４との間に印加する直流電圧を変化させて、揺動部２Ａの振れ角θを測定した実験結果を図５に示す。なお、実験時に、可動電極２８と固定電極２９とに印加した交流電圧は、周波数が６０１０Ｈｚ、電圧が１２０±３０Ｖである。

図５に示すように、可動電極２８と補助電極層４との間に直流電圧を印加しない場合、１５０Ｖの直流電圧を印加した場合、１８０Ｖの直流電圧を印加した場合、２００Ｖの直流電圧を印加した場合では、振れ角θは異なった。このように可動電極２８と固定電極２９とに印加する交流電圧の周波数及び電圧を変更しなくても、振れ角θが異なるのは、可動電極２８と補助電極層４との間に印加する直流電圧を変化させることで、揺動部２Ａの共振特性が変動するためである。よって、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、可動電極２８と補助電極層４との間に印加する直流電圧を変化させることで、温度変化等による揺動部２Ａの共振特性の変動を抑えて、揺動部２Ａの振れ角θの変動を抑えることができる。

本実施形態に係る直流電源６２は、可動電極２８と補助電極層４との間に印加する直流電圧を変更可能な可変型電源であり、直流電源６２が印加する直流電圧は、図示しない制御部によって制御されている。制御部は、揺動部２Ａ近傍の雰囲気温度を測定し、測定した雰囲気温度に対応する電圧値を出力する温度センサと、該温度センサから入力された電圧値を直流電源６２が印加する直流電圧に変換する電圧値制御部とを備えている。電圧値制御部は、温度センサから入力された電圧値と直流電源６２が印加する直流電圧との対応関係を記憶しており、当該対応関係に基づいて、温度センサから入力された電圧値を直流電源６２が印加する直流電圧に変換する。このように揺動部２Ａ近傍の雰囲気温度に応じて直流電源６２が印加する直流電圧が調整されることで、揺動部２Ａ近傍の雰囲気温度に応じて揺動部２Ａの共振特性が調整される。

揺動部２Ａの共振特性の調整幅は、可動電極２８と補助電極層４との最短距離に依存し、具体的には、可動電極２８と補助電極層４との最短距離を短くすればするほど大きくなる。本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、可動電極２８と固定電極２９とが略同一平面上に位置する（振れ角θが略０°の）とき、可動電極２８に対する最短距離が内底壁面３３に比べて短い内側壁面３２に補助電極層４が形成されている。よって、内底壁面３３に補助電極層４が形成された特許文献２の構成に比べて、共振特性の調整幅が大きい。従って、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１によれば、温度変化等による共振特性の変動を十分に抑えることが可能である。このように、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、温度変化等による共振特性の変動を十分に抑えることができるので、温度変化等による振れ角θの変動を十分に抑えることができる。従って、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１を、プリンタ、複写機、プロジェクタ等のレーザ光走査装置として用いれば、温度変化等によってレーザ光の走査範囲が変動することを十分に抑えることができる。

また、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、内底壁面３３にも補助電極層４が形成されている。従って、図２（ａ）に示すように、揺動部２Ａの振れ角θが大きくなって、可動電極２８が内側壁面３２から離れて、内底壁面３３に近づいた場合であっても、可動電極２８と補助電極層４との最短距離が短い。従って、かかる好ましい構成によれば、揺動部２８の振れ角θが略０°のときも、振れ角θが大きくなったときも、可動電極２８と補助電極層４との最短距離が短いため、内側壁面３２にのみ補助電極層４を形成した場合に比べて共振特性の調整幅が大きい。

また、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、内側壁面３２に傾斜を付けて凹部３１を下窄まり状に形成している。可動電極２８は、揺動部２Ａと共に揺動軸周りに揺動するため、凹部３１が下窄まり状に形成されていると、内側壁面３２が可動電極２８の揺動方向に沿った形状となる。よって、可動電極２８が内側壁面３２に沿って揺動することになるため、揺動部２Ａの揺動によって可動電極２８と補助電極層４との最短距離が長くなることを抑えることができる。従って、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、揺動部２Ａの揺動によって、可動電極２８と補助電極層４との最短距離が長くなり、共振特性の調整幅が小さくなることが抑えられている。

次に、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１の製造方法の一具体例について説明する。本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、上層基板２と下層基板３とが別々に作製され、その後、上層基板２と下層基板３とが積層されて製造される。上層基板２は、エッチングや成膜など公知のＭＥＭＳ技術をシリコン基材に適用することにより当業者であれば容易に作製することが可能な方法で作製される。一方、下層基板３は、ガラス材などの絶縁材料の基板にブラスト加工等を施して、凹部３１及び接着パッド３４Ａ、３４Ｂを形成することで作製される。このように作成された下層基板３には、内側壁面３２の上端部３２ａを除く部分及び内底壁面３３にアルミ蒸着等によってアルミ層からなる補助電極層４、電極パッド５４及び導通部５５が形成される。このように補助電極層４、電極パッド５４及び導通部５５が形成された下層基板３と上層基板２とを積層することで、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１が完成する。

本実施形態において説明した補助電極層４は、内側壁面３２にのみ形成されてもよい。内側壁面３２は、可動電極２８と固定電極２９とが略同一平面上に位置するとき、可動電極２８に対する最短距離が内底壁面３３に比べて短いため、内底壁面３３に補助電極層４が形成された構成に比べて、可動電極２８と補助電極層４とに印加される直流電圧の変化量が同じであっても、共振特性の調整幅が大きくなるという効果を奏することができる。また、補助電極層４の材料は、アルミに限定されるものでなく、導電性を有する材料であれば限定されるものでない。

図１は本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略構成を示す分解斜視図である。 図２はＭＥＭＳデバイスの端面図であり、（ａ）は可動電極及び貫通孔を切断するようにＭＥＭＳデバイスを切断した図１のＡ−Ａ端面図を示し、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図を示す。 図３はＭＥＭＳデバイスの電気的構成を示す回路図である。 図４は揺動部の共振特性を示す図である。 図５は可動電極と補助電極層との間に印加する直流電圧の大きさを変化させて、揺動部の振れ角を測定した実験結果を示す図である。

符号の説明

１…ＭＥＭＳデバイス、２…上層基板、２Ａ…揺動部、２Ｂ、２Ｃ…固定部、３…下層基板、２８…可動電極、２９…固定電極、３…下層基板、３１…凹部、３２…内側壁面、３３…内底壁面、４…補助電極層

Claims (4)

1. 上層基板と下層基板とを具備し、
   前記上層基板は、前記下層基板に固定された固定部と、前記固定部に対して揺動軸周りに揺動する揺動部とを有し、
   前記揺動部は、揺動部材と、該揺動部材を前記揺動軸周りに揺動可能に支持する揺動軸部材とを有し、
   前記揺動軸部材は、前記揺動軸と直交方向の端部に形成された可動電極を有し、
   前記固定部は、前記可動電極と対向する固定電極を有し、
   前記揺動部は、前記可動電極と前記固定電極との間に交流電圧が印加されることによって、前記揺動軸周りに揺動し、
   前記下層基板は、前記揺動部の所定範囲内での揺動を妨げないように前記揺動部の下方に形成された凹部を備え、
   前記凹部を区画する前記揺動軸と直交する方向の内側壁面に、補助電極層が形成され、
   前記可動電極と前記固定電極とが略同一平面上に位置するとき、前記可動電極と前記内側壁面との最短距離が、前記可動電極と前記凹部を区画する内底壁面との最短距離よりも短いことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 前記補助電極層が、前記内側壁面及び前記内底壁面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
3. 前記凹部は、下窄まり状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＥＭＳデバイス。
4. 前記上層基板は、導電性材料で形成され、
   前記補助電極層は、前記内側壁面のうち上端部を除く部分に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。