JP2010234455A - Ｍｅｍｓデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】共振周波数が充分に高く、且つ、揺動時に変形し難い揺動部材を備えたＭＥＭＳデバイスを提供することを課題とする。
【解決手段】揺動軸周りに揺動可能な板状の揺動部材１１を備えるＭＥＭＳデバイス１であって、揺動部材１１は、肉抜部２２と非肉抜部２３とを同一平面上に有し、非肉抜部２３は、揺動軸と該揺動軸に直交する直交軸との交点Ｃを中心とする第１楕円２５ａが内接可能な内縁部２５と、該交点Ｃを中心とする第２楕円２６ａが外接可能な外縁部２６とを具備する補強部領域２７を有し、交点Ｃから第１楕円２５ａ及び第２楕円２６ａの径方向に延びる直線Ｌと揺動軸とが成す角度θ（但し、θは０°≦θ≦９０°）が大きくなるにつれて、直線Ｌに沿った第１楕円２５ａと第２楕円２６ａとの距離Ｄが小さくなることを特徴とするＭＥＭＳデバイス１を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、揺動可能な揺動部材を備えるＭＥＭＳデバイスに関する。

プリンタ、複写機、プロジェクタ等に使用される光走査装置の部品に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスが用いられる場合がある。ＭＥＭＳデバイスとは、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技術を用いて製作されるデバイスである。光走査装置の部品に用いられるＭＥＭＳデバイスとしては、揺動軸に沿って配置される２つの揺動軸部材と、２つの揺動軸部材の間に配置され、２つの揺動軸部材によって揺動軸周りに揺動可能に支持される板状の揺動部材とを備えるＭＥＭＳデバイスが挙げられる。このようなＭＥＭＳデバイスは、例えば、光走査装置内において、光源から出射した光が入射するように配置される。このように配置されたＭＥＭＳデバイスの揺動部材が揺動軸周りに揺動すると、光源から出射された光の進行方向が変化し、これにより走査が行われる。

近年、走査速度の高速化が要請されている。ＭＥＭＳデバイスが部品に用いられた上述の光走査装置においては、ＭＥＭＳデバイスの揺動部材の揺動周波数を高めることで走査速度の高速化を図ることができる。揺動部材の揺動には共振現象が利用される。これは、小さな駆動力でも大きな振れ角（揺動する角度範囲）を得ることが可能となるためである。従って、ＭＥＭＳデバイスが部品に用いられた上述の光走査装置においては、揺動部材の共振周波数を高めることにより走査速度の高速化を図ることができる。揺動部材の共振周波数は、揺動部材の厚みを薄くして揺動部材の軽量化を図ることによって高めることが可能である。しかし、揺動部材の厚みを薄くすると、揺動部材の剛性が低下し、揺動時において揺動部材が変形し易くなる。揺動部材が変形すると、揺動部材の平面度が低下し、走査する光の形状（光の進行方向に対して直交する断面の光の形状）を走査中において一定に維持できない問題や焦点位置がずれるといった問題が生じる。

このような問題を解決するための揺動部材として、揺動部材の所定の領域に肉抜部が形成された揺動部材が特許文献１に開示されている。揺動部材の所定の領域に肉抜部を形成することで、揺動部材の剛性の低下を抑制しつつ、揺動部材の軽量化を図ることができる。

しかし、本発明者らが特許文献１に開示の揺動部材を製作し、該揺動部材を揺動軸周りに揺動させた結果、図１０（ａ）に示すように、揺動軸（図１０（ａ）に示すＸ’軸）上の揺動部材１００の部位と該揺動軸から最も離れた揺動部材１００の部位１０１との間に位置する中間領域の変形が充分に抑制されていないことが明らかになった。図１０（ｂ）は、揺動部材１００の揺動の角速度が所定の角加速度で変化しているときの中間領域の断面図（図１０（ａ）のＡ−Ａ断面）を示す。揺動部材１００の揺動の角速度が所定の角加速度で変化しているとき、中間領域の揺動軸方向中央部が、中間領域の揺動軸方向両端部に比べて遅れて揺動し、その結果、揺動時において中間領域が、図１０（ｂ）に示すように変形することが明らかになった。

このような中間領域の変形は、肉抜部が形成される領域の面積を小さくすれば抑制することが可能である。しかし、該面積を小さくすると、揺動部材の軽量化が充分に図れず、共振周波数を高めることによって走査速度を高速化することができなくなる。

特開２００３−１７２８９７号

本発明は、共振周波数が充分に高く、且つ、揺動時における平面度の低下が充分に抑制された揺動部材を備えるＭＥＭＳデバイスを提供することを課題とする。

上記課題を解決するべく、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、下記の補強部領域を揺動部材が有することにより、揺動部材の共振周波数を高い状態で維持しつつ、揺動時における揺動部材の中間領域の変形を充分に抑制できることを見出した。

本発明は、揺動軸に沿って配置される２つの支持部材と、２つの前記支持部材の間に配置され、２つの前記支持部材によって前記揺動軸周りに揺動可能に支持される板状の揺動部材とを備えるＭＥＭＳデバイスであって、前記揺動部材は、前記揺動軸及び前記揺動軸と直交する直交軸について対称であり、前記揺動部材は肉抜きされた肉抜部と、肉抜きされておらず、且つ、２つの前記支持部材に連設された非肉抜部とを同一平面上に有し、前記非肉抜部は、前記揺動軸と前記直交軸との交点を中心とする第１楕円が内接可能な内縁部と、前記交点を中心とする第２楕円が外接可能な外縁部とを具備する補強部領域を有し、前記交点から前記第１楕円及び第２楕円の径方向に延びる直線と前記揺動軸とが成す角度θ（但し、θは０°≦θ≦９０°）が大きくなるにつれて、前記直線に沿った前記第１楕円と前記第２楕円との距離が小さくなることを特徴とするＭＥＭＳデバイスを提供する。

本発明に係るＭＥＭＳデバイスが備える揺動部材は、肉抜きされた肉抜部と、肉抜きされておらず、且つ、２つの支持部材に連設された非肉抜部とを同一平面上に有している。非肉抜部は、補強部領域を有している。補強部領域は、揺動軸と直交軸との交点を中心とする第１楕円が内接可能な内縁部と、揺動軸と直交軸との交点を中心とする第２楕円が外接可能な外縁部とを具備している。第１楕円と第２楕円とは、揺動軸と直交軸との交点から第１楕円及び第２楕円の径方向に延びる直線と揺動軸とが成す角度θ（但し、θは０°≦θ≦９０°）が大きくなるにつれて、該直線に沿った第１楕円と第２楕円との距離が小さくなる関係を有する。このような補強部領域を有することで、揺動部材の揺動時における平面度の低下が充分に抑制される。

また、上述のように、揺動軸と直交軸との交点から第１楕円及び第２楕円の径方向に延びる直線と揺動軸とが成す角度θが大きくなるにつれて、該直線に沿った第１楕円と第２楕円との距離（補強部領域の幅）が小さくなる。このため、揺動軸から離れるほど、補強部領域の幅が小さくなる傾向にある。揺動軸から離れた揺動部材の部位ほど、揺動部材の慣性モーメントに大きな影響を与え、揺動軸から大きく離れた揺動部材の部位の重量を抑制すれば、揺動部材の慣性モーメントを大きく抑制することができる。本発明に係るＭＥＭＳデバイスでは、非肉抜部の（肉抜部より重い）補強部領域の幅が、揺動軸から離れるほど小さくなる傾向にあるので、揺動軸から大きく離れた揺動部材の部位の重量が小さく抑制されている。このため、補強部領域を有することにより生じる揺動部材の慣性モーメントの増加が大きく抑制されている。揺動部材の共振周波数は、揺動部材の慣性モーメントが小さくなるほど高く、よって、本発明に係るＭＥＭＳデバイスにおいては、揺動部材の共振周波数を充分に高めることができる。

以上のことから、本発明によれば、共振周波数が充分に高く、且つ、揺動時における平面度の低下が充分に抑制された揺動部材を備えたＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

好ましくは、本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、前記直交軸上において、前記補強部領域の前記外縁部が、前記揺動部材の外縁部より前記揺動軸側に位置している構成とされる。

上述のように、揺動軸から離れた揺動部材の部位ほど、揺動部材の慣性モーメントに与える影響が大きい。かかる好ましい構成によれば、補強部領域の外縁部の直交軸上の部位が、揺動部材の外縁部より揺動軸側に位置している。このため、揺動部材の慣性モーメントの増加を抑制でき、ひいては、揺動部材の共振周波数をより一層高くすることができる。また、補強部領域の外縁部よりも揺動軸から遠い部分及び補強部領域の内縁部よりも揺動軸に近い部分の何れも、補強部領域によって平面度の低下が抑制される。このため、補強部領域の外縁部が、揺動部材の外縁部より揺動軸側に位置していても、補強部領域の外縁部よりも揺動軸から遠い部分を含め、揺動部材全体の平面度の低下を抑制することが可能である。よって、かかる好ましい構成によれば、揺動時の平面度の低下を充分に抑制しつつ、揺動部材の共振周波数をより一層高くすることができる。

本発明は、共振周波数が充分に高く、且つ、揺動時における平面度の低下が充分に抑制された揺動部材を備えるＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

図１は、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの概略構成を示す分解斜視図である。 図２は、揺動部材及び揺動軸部材の底面を示す図である。 図３は、第１楕円及び第２楕円の形状の具体例を示す図である。 図４は、１つの変形例の補強部領域を有する揺動部材の底面を示す図である。 図５は、中央部領域を有する揺動部材の底面を示す図である。 図６は、支持部材が揺動軸部材を備えない場合の一実施形態を構成を示す図である。 図７は、実施例１及び比較例１のＭＥＭＳデバイスの揺動部材の底面を示す図である。 図８は、実施例１のＭＥＭＳデバイスの揺動部材の変形量の測定結果を示す図である。 図９は、比較例１のＭＥＭＳデバイスの揺動部材の変形量の測定結果を示す図である。 図１０は、特許文献１の揺動部材の変形状態を示す図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明に係るＭＥＭＳデバイスの一実施形態について説明する。図１は、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１の概略構成を示す分解斜視図である。図１に示すように、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１は、シリコン材から形成された上層基板１Ａと絶縁材料（例えばガラス材）から形成された下層基板１Ｂとが上下に積層された構造を有している（図１は、上層基板１Ａと下層基板１Ｂとを分離した状態を示すが、実際には両者は積層されている）。尚、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１は、エッチングや成膜など公知のＭＥＭＳ技術を適用することにより当業者であれば容易に製作することが可能であるため、その具体的な製造方法については説明を省略する。

上層基板１Ａには、揺動軸（図１〜図６に示すＸ軸）に沿って配置される２つの支持部材３０Ａ、３０Ｂと、２つの支持部材３０Ａ、３０Ｂの間に配置され、２つの支持部材３０Ａ、３０Ｂによって揺動軸周りに揺動可能に支持される板状の揺動部材１１とが形成されている。揺動部材１１の底面（下層基板１Ｂと対向する面）と反対の上面には、鏡面層が形成されている。鏡面層は、上層基板１Ａの形成材料となるシリコン材の表面を鏡面研磨することで形成してもよいし、該シリコン材の表面にアルミ膜等の金属膜を貼着することで形成してもよい。

支持部材３０Ａは、揺動軸部材１３Ａとヒンジ１５Ａ、１５Ｂとを備え、支持部材３０Ｂは、揺動軸部材１３Ｂとヒンジ１５Ｃ、１５Ｄとを備えている。揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂの揺動軸方向端部（揺動部材１１に接続されている側と反対側の端部）は、ヒンジ１５Ａ、１５Ｄを介して、アンカーとなる接着パッド１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ接続されている。また、揺動軸部材１３Ａのヒンジ１５Ｂは、接着パッド１４Ｃに接続されている。同様に、揺動軸部材１３Ｂのヒンジ１５Ｃは、接着パッド１４Ｄに接続されている。

また、揺動軸と直交する直交軸（図１〜図６に示すＹ軸）方向における揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂの端部には、電極として直交軸方向に延びる揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂが形成されている。この揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂは、上層基板１Ａの本体１９に電極として形成された直交軸方向に延びる固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂと揺動軸方向に沿って交互に配置されている。

一方、下層基板１Ｂには、上層基板１Ａに形成された揺動部材１１と揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂとを揺動軸周りに揺動可能とするべく、揺動部材１１の下方に楕円形の掘り込み領域１６が形成され、揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂに対応する位置に矩形の掘り込み領域１６Ａ、１６Ｂが形成されている。また、下層基板１Ｂには、上層基板１Ａと下層基板１Ｂとが積層された状態で上層基板１Ａに形成された接着パッド１４Ｃ、１４Ｄの裏面がそれぞれ固着される固定用パッド１７Ａ、１７Ｂが形成されている。また、接着パッド１４Ａ、１４Ｂの裏面は、下層基板１Ｂの周壁に固着される。

以上に説明した構成を有するＭＥＭＳデバイス１において、揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂと固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂとの間に揺動部材１１の共振周波数の約２倍の周波数の交流電圧を印加すれば、揺動櫛歯１８Ａ、１８Ｂと固定櫛歯１９Ａ、１９Ｂとの間に生じる静電力によって、揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂに揺動軸周りの揺動力が生じる。該揺動力は、揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂから揺動部材１１に伝達され、揺動部材１１は、該揺動力によって、接着パッド１４Ａ〜１４Ｄを固定端とし、ヒンジ１５Ａ〜１５Ｄの弾性力に抗しながら、揺動軸周りに自身の共振周波数で揺動する。

このように揺動部材１１が揺動軸周りに揺動すると、揺動部材１１の鏡面層に入射した光の反射方向が変化し、光の走査が行われる。尚、以上においては、揺動部材１１の揺動が静電力によって行われる場合について説明したが、揺動部材１１の揺動は、静電力でなく、電磁力や圧電素子等によって行ってもよい。

図２は、下層基板１Ｂと対向する揺動部材１１及び揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂの底面を示す図である。図２に示すように、揺動部材１１は、底面視において、揺動軸及び直交軸について対称な楕円形の外縁部２１を有している。底面視における揺動部材１１の外縁部２１の形状は、限定されるものでなく、例えば、正多角形などの多角形や円形とすることができる。

揺動部材１１は、肉抜きされた肉抜部２２（薄墨色で示す部分）と、肉抜きされておらず、且つ、２つの揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂに連設された非肉抜部２３とを同一平面上に有する。肉抜きは、揺動部材１１の軽量化を目的として行われるものであり、例えば、揺動部材１１の底面から揺動部材１１の上面に向けて揺動部材１１を掘り込んで凹部を形成することや、揺動部材１１の底面に多数の溝（例えば、直交軸方向に延びる溝）を形成することで行うことができる。一方、非肉抜部２３の表面は平坦である。

非肉抜部２３は、補強部領域２７を有している。該補強部領域２７は、内縁部２５と外縁部２６とによって区画される環状の領域である。該補強部領域２７は、揺動軸と直交軸との交点Ｃを中心とする第１楕円２５ａが内接可能な内縁部２５（後述するように、本実施形態では、第１楕円２５ａと内縁部２５とが合致している）と、該交点Ｃを中心とする第２楕円２６ａが外接可能な外縁部２６（後述するように、本実施形態では、第２楕円２６ａと外縁部２６とが合致している）とを具備する。第１楕円２５ａ及び第２楕円２６ａの形状は、長軸または短軸が揺動軸上に位置し、中心（「中心」とは、長軸と短軸とが交わる点である。）が交点Ｃに位置する楕円とすることができる。尚、第１楕円２５ａ及び第２楕円２６ａの形状は、楕円形に限定されるものでなく、交点Ｃを中心とする円形であってもよい。交点Ｃから第１楕円２５ａ及び第２楕円２６ａの径方向に延びる直線Ｌと揺動軸とが成す角度θ（但し、θは０°≦θ≦９０°）が大きくなるにつれて、直線Ｌに沿った第１楕円２５ａと第２楕円２６ａとの距離Ｄが小さくなっている。図２に示すように、本実施形態では、第１楕円２５ａの形状は短軸が揺動軸上に位置し、中心が交点Ｃに位置する楕円形であり、第２楕円２６ａの形状は長軸が揺動軸上に位置し、中心が交点Ｃに位置する楕円形である。従って、角度θが大きくなるにつれて、直線Ｌに沿った第１楕円２５ａと第２楕円２６ａとの距離Ｄが必然的に小さくなっている。

図３（ａ）に示すように、第１楕円２５ａ及び第２楕円２６ａの形状は、共に、長軸が揺動軸上に位置する楕円形とすることができる。この場合、角度θが大きくなるにつれて、直線Ｌに沿った第１楕円２５ａと第２楕円２６ａとの距離Ｄが小さくなるようにするために、それぞれの長径（長軸の寸法）の差よりもそれぞれの短径（短軸の寸法）の差を小さくする必要がある。また、図３（ｂ）に示すように、第１楕円２５ａ及び第２楕円２６ａの形状は、共に、短軸が揺動軸上に位置する楕円形とすることができる。この場合、角度θが大きくなるにつれて、直線Ｌに沿った第１楕円２５ａと第２楕円２６ａとの距離Ｄが小さくなるようにするために、それぞれの長径の差よりもそれぞれの短径の差を大きくする必要がある。

尚、第１楕円２５ａ及び第２楕円２６ａの形状は、円形であってもよいが、一方が円形である場合には角度θが大きくなるにつれて、直線Ｌに沿った第１楕円２５ａと第２楕円２６ａとの距離Ｄが小さくなるようにするために、第１楕円２５ａと第２楕円２６ａとの少なくとも一方の形状が楕円形である必要がある。例えば、図３（ｃ）に示すように、第１楕円２５ａの形状が円形である場合、第２楕円２６ａの形状は揺動軸上に長軸が位置する楕円形とすることができる。また、図３（ｄ）に示すように、第２楕円２６ａの形状が円形である場合、第１楕円２５ａの形状が揺動軸上に短軸が位置する楕円形とすることができる。

このような第１楕円２５ａが内接する内縁部２５の形状は、第１楕円２５ａが内接可能である限りにおいて限定されるものでなく、例えば、揺動軸及び直交軸について対称な正多角形等の多角形とすることができる。同様に、第２楕円２６ａが外接する外縁部２６の形状は、第２楕円２６ａが外接可能である限りにおいて限定されるものでなく、例えば、揺動軸及び直交軸について対称な正多角形等の多角形とすることができる。また、内縁部２５及び外縁部２６の形状は、楕円形または円形であってもよい。内縁部２５の形状が楕円形または円形の場合、第１楕円２５ａは内縁部２５に合致する楕円または円であり、外縁部２６の形状が楕円形または円形の場合、第２楕円２６ａは外縁部２６に合致する楕円または円である。上述のように、本実施形態では、内縁部２５の形状は短軸が揺動軸上に位置する楕円形であり、外縁部２６の形状は長軸が揺動軸上に位置する楕円形であるため、図２に示すように、内縁部２５は第１楕円２５ａと合致し、外縁部２６は第２楕円２６ａと合致している。

尚、第１楕円２５ａの長軸が揺動軸上または直交軸上の何れか一方に位置し、且つ、第２楕円２６ａの長軸が揺動軸上または直交軸上の何れか他方に位置している場合と、第１楕円２５ａ及び第２楕円２６ａの長軸が共に揺動軸上または共に直交軸上に位置している場合においては、第１楕円２５ａ及び第２楕円２６ａの揺動軸方向の寸法、及び、直交軸方向の寸法は、以下の通りにすることができる。
第１楕円２５ａの揺動軸方向寸法：Ｄ１×３／１０〜Ｄ１×８／１０
第１楕円２５ａの直交軸方向寸法：Ｄ２×４／１０〜Ｄ２×８／１０
第２楕円２６ａの揺動軸方向寸法：Ｄ１×８／１０〜Ｄ１×１２／１０
第２楕円２６ａの直交軸方向寸法：Ｄ２×５／１０〜Ｄ２×９／１０
尚、Ｄ１は揺動部材１１の揺動軸方向の寸法であり、Ｄ２は揺動部材１１の直交軸方向の寸法である。

また、補強部領域２７は、揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂに連設していても、していなくてもよい。図２に示すように、本実施形態では、揺動部材１１と揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂの底面上においては、補強部領域２７の外縁部２６と揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂとが揺動軸上において点で連接している。

また、図２に示すように、直交軸上において、補強部領域２７の外縁部２６が、揺動部材１１の外縁部２１より揺動軸側に位置している。

また、非肉抜部２３は、補強部領域２７の他、揺動軸部材１３Ａと補強部領域２７の外縁部２６とに連設される接続部領域２８と、揺動軸部材１３Ｂと補強部領域２７の外縁部２６とに連設される接続部領域２８とを有する。接続部領域２８は、図２に示すように、揺動部材１１の揺動軸方向の両端部に設けられている。また、揺動部材１１の揺動軸方向の両端部のそれぞれにおいて、揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂと補強部領域２７の外縁部２６との接点Ｅを挟んだ両側（図２において接点Ｅの上側と下側）に接続部領域２８が設けられている。また、各接続部領域２８は、揺動部材１１と揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂの底面上においては、補強部領域２７及び揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂと線で連設されている。このような接続部領域２８を介して、補強部領域２７と揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂとが連続的に形成されている。

以上のような補強部領域２７を有することで、揺動部材１１の揺動時における平面度の低下が抑制される。

また、図２に示すように、揺動軸から離れるほど、直線Ｌに沿った内縁部２５と外縁部２６との距離（補強部領域２７の幅）が小さくなる。揺動軸から離れた部位ほど、揺動部材１１の慣性モーメントに大きな影響を与え、揺動軸から大きく離れた部位の重量を抑制すれば、揺動部材１１の慣性モーメントを大きく抑制することができる。本実施形態のＭＥＭＳデバイス１では、非肉抜部２３の補強部領域２７の幅は、上述のように、揺動軸から離れるほど小さくなるので、揺動軸から大きく離れた揺動部材１１の部位の重量が小さく抑制されている。このため、補強部領域２７を有することにより生じる揺動部材１１の慣性モーメントの増加が大きく抑制されている。揺動部材１１の共振周波数は、揺動部材１１の慣性モーメントが小さくなるほど高く、よって、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１においては、揺動部材１１の共振周波数を充分に高めることができる。また、図２に示すように、直交軸上において、補強部領域２７の外縁部２６が、揺動部材１１の外縁部２１より揺動軸側に位置している。このため、揺動部材１１の慣性モーメントの増加が更に抑制され、これにより、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１の共振周波数をより一層高めることができる。

以上のことから、本実施形態によれば充分に高い共振周波数を有し、且つ、揺動時における平面度の低下が充分に抑制された揺動部材１１、及び、これを備えたＭＥＭＳデバイス１を提供することができる。

また、図２に示すように、非肉抜部２３が接続部領域２８を有することで、揺動部材１１と揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂとの底面上において、補強部領域２７と揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂとが点で連設されていても、揺動部材１１と揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂとの底面上において、非肉抜部２３と揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂとを線で連接することができる。このように、肉抜きされていない非肉抜部２３が揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂと線で連設されると、揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂに生じる揺動力を揺動部材１１に効率良く伝達することができる。従って、非肉抜部２３が接続部領域２８を有することで、補強部領域２７と揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂとの連接形態に関わらず、揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂに生じる揺動力を揺動部材１１に効率良く伝達することができる。

図４は、１つの変形例の補強部領域２７を有する揺動部材１１の底面を示す図である。図４に示すように、かかる変形例における補強部領域２７の内縁部２５及び外縁部２６の形状は何れも六角形である。内縁部２５に内接する第１楕円２５ａ及び外縁部２６に外接する第２楕円２６ａは、何れも楕円形である。第１楕円２５ａの短軸と第２楕円２６ａの長軸とが揺動軸上に位置している。図４に示す内縁部２５及び外縁部２６は、揺動軸及び直交軸に対して対称である。

また、図５に示すように、非肉抜部２３は、補強部領域２７及び接続部領域２８の他、中央部領域２９を有してもよい。中央部領域２９は、揺動部材１１の直交軸方向の中央部において、内縁部２５で囲まれた肉抜部２２を２分するように、帯状に揺動軸方向に延び、揺動軸方向両端部が補強部領域２７の内縁部２５に連設されている。中央部領域２９は、揺動軸上または揺動軸から近い部位に設けられるため、中央部領域２９を有することにより生じる揺動部材１１の慣性モーメントの増加は小さい。また、揺動部材１１において、肉抜きされていない非肉抜部２３が設けられる領域が増加すると、その分だけ、揺動部材１１の変形を抑制することができる。従って、図５に示すように、非肉抜部２３が中央部領域２９を有することで、揺動部材１１の共振周波数を高く維持しつつ、揺動部材１１の変形量をより一層抑制することができる。

尚、以上においては、支持部材３０Ａ、３０Ｂが揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂを備えている構成について説明したが、支持部材３０Ａ、３０Ｂは、揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂを備えていない構成であってもよい。

図６は、支持部材３０Ａ、３０Ｂが揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂを備えない場合の一実施形態の構成を示す図である。図６に示すように、支持部材３０Ａはヒンジ１５Ｅで構成され、支持部材３０Ｂはヒンジ１５Ｆで構成されている。ヒンジ１５Ｅ、１５Ｆの一端は、揺動部材１１に接続され、他端は接着パッド１４Ｅ、１４Ｆにそれぞれ接続されている。揺動部材１１の底面には、揺動部材１１の外縁部に沿って電線３１が配置されている。また、揺動部材１１を挟んで、直交軸方向に揺動部材１１から離間した位置には磁石３２が配置され、揺動部材１１に直交軸方向の磁界が及んでいる。

図６に示す構成における揺動部材１１の揺動は、次のようにして行なわれる。電線３１に電流が発生すると、該電流と磁界とによって、図６の紙面に直交する方向の電磁力が生じ、該電磁力によって、接着パッド１４Ｅ、１４Ｆを固定端とし、ヒンジ１５Ｅ、１５Ｆの弾性力に抗しながら、揺動軸周りに揺動部材１１が揺動する。

以下、本発明の実施例及び比較例を説明する。

＜実施例１＞
図７に示すように、実施例１のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１の形状は、直径１.５ｍｍの平面視円形である。揺動部材１１及び揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂの厚みは０．１５ｍｍである。揺動部材１１及び揺動軸部材１３Ａ、１３Ｂの材質はシリコンである。肉抜部２２は、揺動部材１１の底面に、直交軸方向に延びる幅０．０２ｍｍの直線状の溝を０．０３ｍｍ毎に多数設けることで形成されている。該溝の深さは０．１２ｍｍである。非肉抜部２３は、補強部領域２７と接続部領域２８と中央部領域２９とを有する。補強部領域２７の内縁部２５の形状は、交点Ｃを中心とする第１楕円２５ａと合致する楕円形である。該第１楕円２５ａは、短軸が揺動軸上に位置し、長径が１ｍｍ、短径が０．８ｍｍである。補強部領域２７の外縁部２６の形状は、交点Ｃを中心とする第２楕円２６ａと合致する楕円形である。該第２楕円２６ａは、長軸が揺動軸上に位置し、長径が１．５ｍｍ、短径が１．１ｍｍである。接続部領域２８は、図７に示すように、揺動部材１１の揺動軸方向の端部に設けられている。中央部領域２９は、直交軸方向の寸法が０．１１ｍｍである。

＜比較例１＞
比較例１のＭＥＭＳデバイス１は、図７（ｂ）に示すように、揺動部材１１が肉抜部２２を有しない点、即ち、揺動部材１１の全体が非肉抜部２３である点を除いて、実施例１のＭＥＭＳデバイス１と同様の構成である。

＜平面度について＞
実施例１及び比較例１の各ＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１を２５ＫＨｚの揺動周波数で揺動軸周りに揺動させ、該揺動の角加速度が６．４９Ｅ９ｒａｄ／ｓ^２のときの、実施例１及び比較例１の各ＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１における図７（ａ）に示す直交軸上の各部位の相対的な変位量を測定した。各部位の相対的な変位量とは、図８（ａ）に示すように、直交軸上の各部位の変位量を示す曲線（破線Ｆ）と、該曲線を最小二乗法で近似した直線（破線Ｇ）との各部位における変位量の差をいう。尚、図８（ａ）において、横軸は直交軸上の位置を示し、縦軸の変位量は、交点Ｃ上の部位を基準（「０」）としたときの揺動部材１１の法線方向（揺動部材１１が変形しないと仮定したときの揺動部材１１の法線方向）における各部位の位置を示す。直交軸上における各部位間における相対的な変位量の差は、直交軸に沿った揺動部材１１の断面形状がどれだけ直線状に近い形状であるかを示すものであると言える。実施例１における直交軸上の各部位の相対的な変位量を図８（ａ）に、比較例１における直交軸上の各部位の相対的な変位量を図９（ａ）に示す。

また、直交軸上の各部位の相対的な変位量の測定の際と同一の条件で実施例１及び比較例１の各ＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１を揺動させ、そのときの実施例１及び比較例１の各ＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１における図７（ｂ）に示すＢ−Ｂ線上の各部位の変位量を測定した。Ｂ−Ｂ線は、揺動軸から０．３５ｍｍ離れた中間領域において揺動軸と平行に引かれた線分である。Ｂ−Ｂ線上の各部位の変位量は、Ｂ−Ｂ線と直交軸とが交わる部位の位置を基準（「０」）としたときの、揺動部材１１の法線方向（揺動部材１１が変形しないと仮定したときの揺動部材１１の法線方向）の位置を示すものである。実施例１におけるＢ−Ｂ線上の各部位の変位量を図８（ｂ）に、比較例１におけるＢ−Ｂ線上の各部位の変位量を図９（ｂ）に示す。図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、揺動部材１１は、Ｂ―Ｂ線に沿った部位が直交軸について対称となるように変形するため、Ｂ―Ｂ線上における各部位間の変位量の差は、Ｂ―Ｂ線上に沿った揺動部材１１の断面形状がどれだけ直線状に近い形状であるかを示すものであると言える。

図８及び図９に示すように、実施例１のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１及び比較例１のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１における直交軸上の相対的な各部位の変位量、及び、Ｂ―Ｂ線上の各部位の変位量は略同じであった。このことから、実施例１のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１の揺動時における平面度は、肉抜部２２を有しない比較例１のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１の揺動時における平面度と同等であると言える。

＜慣性モーメントについて＞
実施例１のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１の慣性モーメントは、比較例１のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１の慣性モーメントの６０％であった。従って、実施例１のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１の共振周波数は、比較例１のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１の共振周波数よりも高い。

以上のことから、実施例１のＭＥＭＳデバイス１の揺動部材１１は、共振周波数が充分に高く、且つ、揺動時における平面度の低下が充分に抑制されていることが分かった。

１…ＭＥＭＳデバイス、１１…揺動部材、１３Ａ、１３Ｂ…揺動軸部材、２２…肉抜部、２３…非肉抜部、２５…内縁部、２５ａ…第１楕円、２６…外縁部、２６ａ…第２楕円、２７…補強部領域、２８…接続部領域、２９…中央部領域

Claims (2)

1. 揺動軸に沿って配置される２つの支持部材と、２つの前記支持部材の間に配置され、２つの前記支持部材によって前記揺動軸周りに揺動可能に支持される板状の揺動部材とを備えるＭＥＭＳデバイスであって、
   前記揺動部材は、前記揺動軸及び前記揺動軸と直交する直交軸について対称であり、
   前記揺動部材は肉抜きされた肉抜部と、肉抜きされておらず、且つ、２つの前記支持部材に連設された非肉抜部とを同一平面上に有し、
   前記非肉抜部は、前記揺動軸と前記直交軸との交点を中心とする第１楕円が内接可能な内縁部と、前記交点を中心とする第２楕円が外接可能な外縁部とを具備する補強部領域を有し、
   前記交点から前記第１楕円及び前記第２楕円の径方向に延びる直線と前記揺動軸とが成す角度θ（但し、θは０°≦θ≦９０°）が大きくなるにつれて、前記直線に沿った前記第１楕円と前記第２楕円との距離が小さくなることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 前記直交軸上において、前記補強部領域の前記外縁部が、前記揺動部材の外縁部より前記揺動軸側に位置していることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。