JP2011121156A - プレーナ型アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】枠状の固定部の内側にトーションバーで揺動可能に支持された可動部を有し、この可動部を揺動駆動するプレーナ型アクチュエータであって、可動部の揺動動作による応力の影響を受けて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子R1,R2と、可動部の揺動動作による応力の影響を受けても抵抗値が変化せず抵抗温度係数の小さい抵抗素子13,14とで構成したブリッジ回路21を備え、ブリッジ回路21は、一方の対辺21a,21cに抵抗素子13,14を配置し、他方の対辺21b,21dにピエゾ抵抗素子R1,R2を配置し、ブリッジ回路21の出力値Voutに基づいて可動部の揺動角度を検出する構成とした。
【選択図】図2
Description
なお、このような課題は、光偏向走査用のアクチュエータとして用いる場合に限られるものではなく、トーションバーによって可動部を揺動可能に支持する構成を有し、この可動部の揺動角度を検出する必要のあるアクチュエータに共通するものである。
図1は、本発明の一実施形態の概略構成を示し、電磁駆動式のプレーナ型アクチュエータに適用した例を示している。本実施形態による電磁駆動式のプレーナ型アクチュエータ(以下単に「アクチュエータ」という)は、半導体製造技術を利用して製造される。
可動部7は、固定部3に対して所定の空隙を有して設けられている。一対のトーションバー5,5は、可動部7を挟むように形成されており、各トーションバー5,5は、対向する固定部3の内側面の略中央部分と可動部7の側面の略中央部分とを連結している。尚、固定部3、トーションバー5,5及び可動部7は、半導体基板から一体的に形成されている。
外部の駆動電流供給回路から駆動コイル7aに電流が供給されると磁界が発生し、発生した磁界と永久磁石11,11によって形成された静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生する。このローレンツ力によって可動部7をトーションバー5,5の軸回りに回転させる回転力が生じ、可動部7は、この回転力とトーションバー5,5の捩り抵抗力とがつり合う位置(角度)まで回動する。
上述した構成を有するアクチュエータ1において、可動部7が一方に回動すると、第1,2ピエゾ抵抗素子R1,R2は引張方向(又は圧縮方向)の応力を受け、可動部7が他方に回動すると、第1,2ピエゾ抵抗素子R1,R2は圧縮方向(又は引張方向)の応力を受けることになる。ピエゾ抵抗素子は、例えばP型拡散抵抗によって形成されていると、引張方向の応力を受けると抵抗値が増加し、圧縮方向の応力を受けると抵抗値が減少する。このため、例えば可動部7をトーションバー5,5の軸線を中心にして所定角度で交互に回動させる(即ち、揺動させる)と、上記ブリッジ回路21からは可動部7の揺動角度(振れ角)に応じた電圧が出力(例えば、sin波で出力)され、ブリッジ回路21の出力電圧Voutは図3に示すようになる。尚、抵抗素子13,14の抵抗値は、可動部7の揺動動作に関係なく変化しない。
Vout1=[{R−(r+Δr)}/{R+(r+Δr)}]Vin ・・・(1)
Vout2
=[{R−(r+Δr+Δrt)}/{R+(r+Δr+Δrt)}]Vin・・・(2)
A=[2R・Δrt/{(R+r+Δr+Δrt)(R+r+Δr)}]Vin ・・・(3)
4つのピエゾ抵抗素子で構成したブリッジ回路、即ち、本実施形態の抵抗素子13,14をピエゾ抵抗素子R3,R4で置き換えた従来のアクチュエータのブリッジ回路の場合、ピエゾ抵抗素子R3,R4は、図4のように配置する。
Vout3=(Δr/r)Vin ・・・(4)
Vout4={Δr/(r+Δrt)}Vin ・・・(5)
従来のブリッジ回路の場合、(4)、(5)式より、温度変化前の出力電圧Vout3、温度変化後の出力電圧Vout4は、それぞれ、Vout3=0.070、Vout4=0.062となる。従って、従来のブリッジ回路は、温度変化前の出力電圧Vout3に対する温度変化後の出力電圧Vout4の変動量B(B={(Vout4−Vout3)/Vout3}×100とする)は、温度変化前の出力電圧Vout3の約12%である。
3 固定部
5 トーションバー
7 可動部
7a 駆動コイル
9 電極端子
11 永久磁石
13,14 抵抗素子(抵抗温度係数の小さい)
21 ブリッジ回路
R1,R2 ピエゾ抵抗素子
Claims (5)
- 枠状の固定部の内側にトーションバーによって揺動可能に支持された可動部を有し、該可動部が揺動駆動されるプレーナ型アクチュエータであって、
前記可動部の揺動動作による応力の影響を受けて抵抗値が変化する2つのピエゾ抵抗素子と、前記可動部の揺動動作による応力の影響を受けても抵抗値が変化せず且つ前記ピエゾ抵抗素子より抵抗温度係数の小さい2つの抵抗素子とで構成したブリッジ回路を備え、前記ブリッジ回路は、前記2つのピエゾ抵抗素子と前記抵抗温度係数の小さい2つの抵抗素子をそれぞれ対辺同士に配置して構成し、前記ブリッジ回路の出力値に基づいて前記可動部の揺動角度を検出する構成としたことを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。 - 前記2つのピエゾ抵抗素子は、前記可動部の揺動動作により同じ方向の応力の影響を受ける位置に配置した請求項1に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記2つのピエゾ抵抗素子は、前記固定部と前記トーションバーとの接続部近傍に配置した請求項2に記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記抵抗温度係数の小さい2つの抵抗素子は、金属皮膜抵抗である請求項1〜3のいずれか1つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
- 前記抵抗温度係数の小さい抵抗素子の抵抗値は、前記ブリッジ回路の温度変化に基づく出力値の変動量が温度変化前の出力値に対して1パーセント以内になるように前記ピエゾ抵抗素子の抵抗値より大きな値に設定する請求項1〜4のいずれか1つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018081176A (ja) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | 株式会社デンソー | Memsデバイス |
JP2019058993A (ja) * | 2017-09-27 | 2019-04-18 | セイコーエプソン株式会社 | ロボットシステム |
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JPH06109561A (ja) * | 1992-09-29 | 1994-04-19 | Ricoh Co Ltd | 力検出装置 |
WO2005062060A1 (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-07 | Hitachi Metals, Ltd. | 半導体型3軸加速度センサ |
JP2008003330A (ja) * | 2006-06-22 | 2008-01-10 | Seiko Epson Corp | アクチュエータ |
-
2009
- 2009-12-14 JP JP2009282893A patent/JP5634705B2/ja active Active
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