JP2013138601A - プレーナ型電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 可動板を複数配列して構成した小型で安価なプレーナ型電磁アクチュエータを提供する。
【解決手段】 枠状に形成した一つのヨーク部材５と、該ヨーク部材５の内側に、固定部１にトーションバー２で回動可能に軸支されて整列して備えた複数の可動板３と、該各可動板３の周縁部に沿って敷設した駆動コイルと、前記固定部１の外側に設けられ、前記各可動板３を間にして互いに反対磁極を対向して配置した静磁界発生手段４と、を備えて構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁駆動するプレーナ型電磁アクチュエータに関し、特に、可動板を複数配列して構成した小型で安価なプレーナ型電磁アクチュエータに関する。

従来のプレーナ型電磁アクチュエータには、例えば、図２０（ａ）に示す枠状の固定部１にトーションバー２で回動可能に軸支した可動板３と、該可動板３の周縁部に沿って敷設した図示省略の駆動コイルと、上記トーションバー２の軸線に直交する方向で固定部１の外側に上記可動板３を間にして一対配置し、上記駆動コイルに流れる電流との相互作用により発生する電磁力で、上記トーションバー２の軸方向に平行な可動板３の対辺部分に回動力を発生させる静磁界発生手段４と、上記固定部１の外側に上記一対の静磁界発生手段４を互いに磁気的に結合する枠状のヨーク部材５とを備えて構成した一次元走査のプレーナ型電磁アクチュエータや、図２０（ｂ）に示すように上記可動板３を、内側可動板６と該内側可動板６の外側に設けた枠状の外側可動板７とで構成し、該外側可動板７が上記固定部１に外側トーションバー８で回動可能に軸支され、内側可動板６が上記外側可動板７に上記外側トーションバー８の軸方向に直交する内側トーションバー９で回動可能に軸支され、上記各可動板の周縁部に沿って図示省略の駆動コイルを敷設し、上記外側トーションバー８及び内側トーションバー９の軸線に直交する方向で固定部１の外側に上記各可動板を間にしてそれぞれ一対の静磁界発生手段４，１０を対向配置して構成した二次元走査のプレーナ型電磁アクチュエータがある。そして、これらプレーナ型電磁アクチュエータの可動板３に反射ミラーを設けることで一次元及び二次元走査のアクチュエータが得られる。

一方、光MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）が近年特に注目されている。この光MEMSは、マイクロマシン技術とマイクロ光学技術とを融合したものであり、光ファイバ通信、光ディスクメモリ、光電子機器、画像処理、光計算等様々な分野で研究開発及び用途展開が進められている。この光MEMSには、例えば、アレイ状に配置したマイクロミラーを素早く動かすことで光を反射させ光ファイバ通信の光スイッチとして利用したものや（例えば、特許文献１参照）、マイクロミラーを数十万枚も集積した半導体光スイッチに光源から光を照射し、画像情報に応じて個々のマイクロミラーを素早く傾けて反射光をオン／オフし、画像を表示するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２５８５２７号公報 特開平８−１４６９１１号公報

しかし、このような従来の光スイッチは、いずれも静電駆動する可動板で構成したものであり、プレーナ型電磁アクチュエータを複数アレイ状に配置して構成した光スイッチは未だない。

ところで、図２０に示すプレーナ型電磁アクチュエータを用いてアレイ状の光スイッチを構成しようとすると、例えば、図２１または図２２に示す構成となる。即ち、図２０（ａ）に示す一次元走査のプレーナ型電磁アクチュエータを、図２１（ａ）に示すようにトーションバー２の軸線に直交する方向に複数一列状に配置する構成や、図２１（ｂ）に示すようにマトリクス状に配置する構成が考えられる。また、同様にして、図２０（ｂ）に示す二次元走査のプレーナ型電磁アクチュエータを、図２２（ａ）に示すように複数一列状に配置する構成や、図２２（ｂ）に示すようにマトリクス状に配置する構成も考えられる。

しかし、このように個別に製造した一次元または二次元走査のプレーナ型電磁アクチュエータをそのままアレイ状に配列して光スイッチを構成した場合は、ヨーク部材５の存在で光スイッチが大型化し、また部品点数が増えてコストアップとなる問題がある。

そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、可動板を複数配列して構成した小型で安価なプレーナ型電磁アクチュエータを提供することを目的とする。

このために、本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータは、枠状に形成した一つのヨーク部材と、該ヨーク部材の内側に、固定部にトーションバーで回動可能に軸支されて整列して備えた複数の可動板と、該各可動板の周縁部に沿って敷設した駆動コイルと、前記固定部の外側に設けられ、前記各可動板を間にして互いに反対磁極を対向して配置した静磁界発生手段と、を備えて構成とした。

本発明のプレーナ型電磁アクチュエータによれば、一つのヨーク部材の内側に、固定部にトーションバーで回動可能に軸支した可動板を複数整列して配置し、上記可動板を間にして固定部の外側に静磁界発生手段を配置する構成としたことにより、複数の可動板をアレイ状に配置して構成したプレーナ型電磁アクチュエータの部品点数を減らすことができる。従って、プレーナ型電磁アクチュエータの小型化及び低コスト化を図ることができる。

本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第１実施形態を示す概略構成図である。 第１実施形態における可動チップの他の配置例を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第２実施形態を示す概略構成図である。 第２実施形態における可動チップの変形例を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第３実施形態を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第４実施形態を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第５実施形態を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第６実施形態を示す概略構成図である。 第６実施形態における可動チップの変形例を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第７実施形態を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第８実施形態を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第９実施形態を示す概略構成図である。 図１２に示す可動チップの他の構成とその配置例を示す概略構成図である。 図１２に示す可動チップの更に他の構成とその配置例を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第１０実施形態を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第１１実施形態を示す概略構成図である。 図１６に示す可動板の他の構成例を示す概略構成図である。 第１１実施形態において個別に形成した可動チップの配置例を示す概略構成図である。 本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第１２実施形態を示す概略構成図である。 プレーナ型電磁アクチュエータの概略構成図であり、（ａ）は一次元走査用、（ｂ）は二次元走査用を示す。 図２０（ａ）の一次走査のプレーナ型電磁アクチュエータを複数配列した構成例を示す説明図である。 図２０（ｂ）の二次元走査のプレーナ型電磁アクチュエータを複数配列した構成例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第１実施形態で、例えば光スイッチに適用した場合の概略構成図を示す。なお、図２０に示すプレーナ型電磁アクチュエータの要素と同一の要素については、同一符号を用いて示す。

図１において、本第１実施形態のプレーナ型電磁アクチュエータは、可動板を複数アレイ状に配列して備えた光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータであり、枠状のヨーク部材５と、複数の可動チップ１１と、静磁界発生手段４とを備えて構成する。

上記ヨーク部材５は、後述の静磁界発生手段４の異なる磁極端部を磁気的に結合して静磁界発生手段４の磁気効率を向上させるものであり、一般には、軟磁性材料により形成される。

上記ヨーク部材５の内側には、可動チップ１１が設けられている。この可動チップ１１は、回動して光路を切換える光スイッチ部であり、表面に反射ミラー１２を備えた可動板３を個別に形成した枠状の固定部１にトーションバー２で回動可能に軸支した構成を有し、図１に示すように、後述の静磁界発生手段４で挟まれて上記トーションバー２の軸線に直交する方向に三つ整列して備える。または、図２に示すように、上記個別に形成した枠状の固定部１を互いに密接して静磁界発生手段４の対向方向でトーションバー２の軸線に直交する方向に三つ（同図（ａ）参照）、または静磁界発生手段４の対向方向に直交する方向でトーションバー２の軸方向に三つ（同図（ｂ）参照）整列して備えてもよい。

そして、上記各可動板３にはその周縁部に沿って図示省略の駆動コイルが敷設され、この駆動コイルは、上記トーションバー２を介して固定部１に設けた図示省略の電極端子部に接続して外部から駆動電流が供給できるようになっている。

また、上記固定部１の外側には、磁極面の法線とトーションバー２の軸線とが直交するように可動板３を間にして互いに反対磁極を対向して一対の静磁界発生手段４を配置している。この静磁界発生手段４は、上記トーションバー２の軸方向に平行な可動板３の対辺近傍部の上記駆動コイル部分に静磁界を作用し、駆動コイルの当該部分を流れる電流との相互作用により、上記可動板３に回動力を発生させるものであり、例えば永久磁石で構成する。なお、上記静磁界発生手段４は、図１に示すように三つ一列に配列した可動チップ１１の間に挿入してそれぞれ配置してもよく、また図２（ａ）に示すようにトーションバー２の軸線に直交する方向に密接して配列した三つの可動チップ１１を間にしてその両端の部位に一対配置してもよく、図２（ｂ）に示すようにトーションバー２の軸方向に密接して配列した三つの可動チップ１１を間にして、該三つの可動チップ１１に跨る一対の細長い静磁界発生手段４を配置してもよい。

この場合、図１の構成では、静磁界発生手段４から各可動板３の対辺部までの距離が各可動板３について等しくなるため、トーションバー２の軸方向に平行な各可動板３の対辺近傍部の駆動コイル部分に均等な静磁界を作用させることができる。これにより、トーションバー２の軸方向に平行な可動板３の対辺近傍部の駆動コイル部分の電流と上記静磁界とが相互作用して各可動板３を略同じ回動角で回動し、各可動板３の表面に設けた反射ミラー１２で入射光の光路を一次元方向に切換える。一方、図２（ａ）の構成は、図１の可動チップ１１間から静磁界発生手段４を排除したものと同じであり、排除された静磁界発生手段４の厚み分だけ小型化でき、また静磁界発生手段４の排除分だけ部品点数が減り低コスト化が可能となる。ただし、この場合、図２（ａ）に示す真中の可動板３は、静磁界発生手段４からの距離が他の可動板３に比べて遠くなるため、該可動板３に敷設した駆動コイルに作用する静磁界強度が低下する。したがって、駆動電流を他の可動板３の駆動電流と同じにしたときは、該可動板３の回動角が小さくなるが、駆動電流または駆動コイルの巻数等を調整して各可動板３の回動角を一致させることができる。また、図２（ｂ）の構成では、図１と同様に静磁界発生手段４から各可動板３の対辺部までの距離が各可動板３について等しくなるため、駆動コイルに均等な静磁界を作用させることができる。

このように構成したことにより、上記第１実施形態は、一次元方向に光路を切換えるアレイ状の光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータを提供することができ、アレイ状に複数配列した可動チップ１１を囲んで枠状のヨーク部材５を一つ設けるだけでよく、図２０（ａ）の個別のプレーナ型電磁アクチュエータを複数配列して構成した図２１（ａ）の場合よりも小型化することができる。また、部品点数が減り安価なアレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。

図１または図２（ｂ）に示す構成の場合は、複数配列した可動チップ１１の各可動板３に作用する静磁界強度を均等にすることができ、各可動板３の回動角のばらつきを抑えることができる。また、図２（ａ）に示す構成とした場合には、アレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータのさらに小型化及びコスト低減を図ることができる。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第２実施形態について説明する。なお、図１と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第１実施形態と異なる部分について説明する。
図３に示す第２実施形態は、可動チップ１１を、三つの可動板３がそれぞれ一つの固定部１にトーションバー２で回動可能に軸支され該トーションバー２の軸線に直交する方向に互いに近接して整列された一チップ構成とし、マイクロマシニング技術により固定部１と、トーションバー２と、可動板３と、可動板３の周縁部に沿って敷設する図示省略の駆動コイルとを一体的に形成したものである。または、可動チップ１１を、図４に示すように可動板３をトーションバー２の軸方向に複数整列配置して構成してもよい。この場合、静磁界発生手段４は、上記トーションバー２の軸線に直交する方向で上記可動チップ１１を間にして互いに反対磁極を対向して一対配置される。

このように構成したことにより、本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて可動チップ１１をマイクロマシニング技術により一体的に形成することができ製造が容易となる。また、この場合、必要な静磁界発生手段４は、一対だけでよいので部品点数が減りアレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータのコスト低減を図ることができる。

また、図３に示す構成の場合は、複数の可動板３を近接して配置することができるので稠密構造のアレイ状の光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。ただし、この場合、図２（ａ）と同様に図３に示す真中の可動板３は、静磁界発生手段４からの距離が遠くなるため、該可動板３に敷設した駆動コイルに作用する静磁界強度が低下し、該可動板３の回動角が小さくなるが、駆動電流または駆動コイルの巻数等を調整すれば各可動板３の回動角を一致させることができる。一方、図４に示す構成の場合は、図２（ｂ）と同様に静磁界発生手段４から各可動板３の対辺部までの距離が各可動板３について等しくなるため、各可動板３の必要部分に均等な静磁界を作用させることができ、各可動板３の回動角を略同一に揃えることができる。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第３実施形態について説明する。なお、図１と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第１実施形態と異なる部分について説明する。
図５に示す第３実施形態は、可動チップ１１を、二つの可動板３が一つの固定部１にトーションバー２で回動可能に軸支されて、該トーションバー２の軸方向に配列された構成とし、該可動チップ１１を上記トーションバー２の軸線に直交する方向に静磁界発生手段４に挟まれて三つ整列配置し、マトリクス状の光スイッチを構成したものである。

このように構成したことにより、上記第３実施形態は、図２０（ａ）の一次元走査のアクチュエータを個別にマトリクス状に配置した図２１（ｂ）の構成に比べて小型化を図ることができ、また部品点数が減り安価なマトリクスアレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。さらに、図１と同様に複数配列した可動チップ１１の各可動板３に均等な静磁界を作用させることができ、各可動板３の回動角のばらつきを抑えることができる。なお、この場合も図２（ａ）と同様に、可動チップ１１を互いに密接して配列し、複数の可動チップ１１を間にしてその両端の部位に静磁界発生手段４を一対配置してもよい。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第４実施形態について説明する。なお、図３と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第２実施形態と異なる部分について説明する。
図６に示す第４実施形態は、可動チップ１１を、トーションバー２で回動可能に軸支された可動板３が上記トーションバー２の軸線に直交する方向に三つ近接して整列配置されると共に、上記トーションバー２の軸方向に二つ配置され、該各可動板３が一つの固定部１に軸支された一チップ構成としたものである。そして、静磁界発生手段４は、トーションバー２の軸線に直交する方向で固定部１の外側に可動チップ１１を間にして対向して配置される。

このように構成したことにより、上記第４実施形態は、第２実施形態の効果に加えてマトリクスアレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータのコストのより一層の低減を図ることができる。さらに、小型で稠密構造の光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第５実施形態について説明する。なお、図１と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第１実施形態と異なる部分について説明する。
図７に示す第５実施形態は、可動チップ１１を、第１実施形態における可動板３が内側可動板６と該内側可動板６の外側に設けた枠状の外側可動板７とで構成され、該内側可動板６が外側可動板７に内側トーションバー９で回動可能に軸支され、外側可動板７が固定部１に内側トーションバー９の軸方向に直交する外側トーションバー８で回動可能に軸支された構成としたものであり、該可動チップ１１を上記内側トーションバー９の軸線に直交する方向に三つ整列配置している。また、上記内側可動板６及び外側可動板７にはその周縁部に沿って図示省略の駆動コイルを敷設している。そして、上記各トーションバーの軸線に直交する方向で上記固定部１の外側に静磁界発生手段４，１０を上記可動チップ１１を間にして互いに反対磁極を対向して配置している。この場合、静磁界発生手段４，１０から各内側及び外側可動板６，７の対辺部までの距離が各内側及び外側可動板６，７について等しくなるため、駆動コイルに均等な静磁界を作用させることができる。

これにより、静磁界発生手段１０で内側トーションバー９の軸方向に平行な内側可動板６の対辺近傍部の駆動コイル部分の電流に静磁界を作用し、該電流と静磁界の相互作用により内側可動板６を回動し、静磁界発生手段４で外側トーションバー８の軸線に平行な外側可動板７の対辺近傍部の駆動コイル部分の電流に静磁界を作用し、該電流と静磁界の相互作用により外側可動板７を回動し、反射ミラー１２で入射光の光路を二次元方向に切換える。

ここで、静磁界発生手段４，１０のうち静磁界発生手段４は、図７（ａ）に示すように各可動チップ１１に対応して個別に設けてもよく、同図（ｂ）に示すように三つの可動チップ１１に跨るような細長い形状としてもよい。また、図２と同様にして、可動チップ１１を三つ密接させて配置し、三つの可動チップ１１を間にしてその両端部に静磁界発生手段１０を一対設けてもよい。

このように構成したことにより、上記第５実施形態によれば、二次元方向に光路を切換えるアレイ状の光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータを提供することができ、図２０（ｂ）の二次元光走査のプレーナ型電磁アクチュエータを個別に一列に配列して構成した図２２（ａ）の場合に比べ小型化することができ、部品点数が減って安価なアレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。

なお、各可動チップ１１は、互いに密接して配置し、両端の固定部１の外側に静磁界発生手段１０を配置してもよい。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第６実施形態について説明する。なお、図７と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第５実施形態と異なる部分について説明する。
図８に示す第６実施形態は、可動チップ１１を、内側可動板６と外側可動板７とからなる可動板３が外側トーションバー８の軸方向に三つ整列して配置され、各可動板３が外側トーションバー８で一つの固定部１に軸支された一チップ構成としたものであり、図３に示す可動チップ１１と同様にしてマイクロマシニング技術により一体的に形成する。なお、図９に示すように可動板３を内側トーションバー９の軸方向に、例えば三つ配置してもよい。そして、上記各トーションバーの軸線に直交する方向で上記固定部１の外側に静磁界発生手段４，１０を上記可動チップ１１を間にして互いに反対磁極を対向して配置する。

ここで、図８に示す構成においては、図７の第５実施形態と同様に、静磁界発生手段４から各外側可動板７の対辺部までの距離が各外側可動板７について等しくなるため、該外側可動板７に敷設した駆動コイルに均等な静磁界を作用させることができるが、図８に示す真中の内側可動板６は、静磁界発生手段１０からの距離が他の内側可動板６に比べ遠くなるため、該内側可動板６に敷設した駆動コイルに作用する静磁界は弱くなる。一方、図９に示す構成においては、図８の構成と逆の関係になり、各内側可動板６の駆動コイルには均等な静磁界が作用するものの、図９に示す真中の外側可動板７の駆動コイルに作用する静磁界は弱くなる。したがって、作用する静磁界が弱くなる図８に示す真中の内側可動板６または図９に示す真中の外側可動板７については、駆動電流または駆動コイルの巻数等を調整して他の各可動板の回動角と一致させる必要がある。

このように構成したことにより、第６実施形態によれば、第２実施形態と同様にして可動チップ１１をマイクロマシニング技術により一体的に形成することができ、二次元方向に光路を切換えるアレイ状の光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータを容易に製造することができる。また、第５実施形態に比べ静磁界発生手段の使用数量を減らすことができ、アレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータのコスト低減を図ることができる。さらに、小型で稠密構造の光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第７実施形態について説明する。なお、図７と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第５実施形態と異なる部分について説明する。
図１０に示す第７実施形態は、二軸で回動する可動板３を備えた二次元走査の可動チップ１１を外側トーションバー８の軸方向に三つ及び内側トーションバー９の軸方向に二つ整列して配置している。そして、各可動チップ１１を間にして該可動チップ１１の上記各トーションバーの軸線に直交する方向の両端部に静磁界発生手段４，１０を配置している。なお、図１０（ａ）は、上記複数整列して配置した可動チップ１１の外側に配置した静磁界発生手段４，１０のうち、静磁界発生手段４を各可動チップ１１に対応して個別に設けたものであり、同図（ｂ）は静磁界発生手段４を三つの可動チップ１１に跨る細長い静磁界発生手段で形成したものである。なお、本第７実施形態においても、図２に示すように可動チップ１１に挟まれて配置した静磁界発生手段４，１０を排除して可動チップ１１を互いに密接して配置し、複数の可動チップ１１を間にして各トーションバーに直交する二方向からそれぞれ一対の静磁界発生手段４，１０で可動板３の必要部分に静磁界を作用させてもよい。また、図８に示すように外側トーションバー８の軸方向に配置した三つの可動チップ１１を一体的に形成してもよく、図９に示すように内側トーションバー９の軸方向に配置した二つの可動チップ１１を一体的に形成してもよい。

このように構成したことにより、第７実施形態によれば、図２０（ｂ）に示す二次元走査のプレーナ型電磁アクチュエータを個別にマトリクス状に配置した図２２（ｂ）の場合に比べ小型化することができ、部品点数も減って安価なマトリクスアレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第８実施形態について説明する。なお、図７と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第５実施形態と異なる部分について説明する。
図１１に示す第８実施形態は、可動チップ１１を、二軸の下に回動する可動板３が外側トーションバー８の軸方向に三つ整列して配置されると共に、上記内側トーションバー９の軸方向に二つ配置され、各可動板３が一つの固定部１に軸支されてマトリクス構造を有する一チップ構成としたものである。この場合、静磁界発生手段４，１０は、各トーションバーの軸線に直交する方向で固定部１の外側に可動チップ１１を間にして対向して配置する。

このように構成したことにより、第８実施形態によれば、図６の第４実施形態と同様にして、二次元走査の可動板３がマトリクス状に複数配置された可動チップ１１を、マイクロマシニング技術により一体的に形成することができ、製造が容易となると共に、部品点数が減りマトリクスアレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータのコストのより一層の低減を図ることができる。さらに、小型で稠密構造の光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第９実施形態について説明する。なお、図３と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第２実施形態と異なる部分について説明する。
図１２に示す第９実施形態は、一つの固定部１にトーションバー２で回動可能に軸支した円形形状の可動板３を、一対の静磁界発生手段４の間に、該静磁界発生手段４の磁極面４ａにおける法線Ｐと上記トーションバー２の軸線Ｏとが角度θで互いに斜めに交差するように傾けて、静磁界発生手段４の対向方向に直交する方向に互いに近接して、例えば三つ整列配置し一チップ構成としたものである。そして、上記可動チップ１１は、マイクロマシニング技術を用いて固定部１と、トーションバー２と、可動板３とを一体的に形成される。なお、上記トーションバー２の磁極面４ａの法線Ｐに対する傾き角度θは任意である。例えば、可動板３の配列状態及び静磁界発生手段４から可動板３までの距離を維持したままトーションバー２を長くしたい場合は、傾き角度θを４５度付近にすることによって実現することができる。逆に、トーションバー２は短くなるが駆動コイルに作用する磁力を強くしたい場合は、傾き角度θを９０度付近にすればよい。

また、固定部１のトーションバー２との接合面部１ａをトーションバー２の軸線Ｏを挟んで略対称形状に形成する。これにより、トーションバー２の可動板３から固定部１に至る長さがトーションバー２のいずれの側面部でも等しくなるようにして捩じり応力がトーションバー２に略均一に発生するようにしている。

さらに、固定部１の静磁界発生手段４に対向する側面部１ｂを、可動板３の配列方向に平行に形成した。これにより、静磁界発生手段４を可動板３に対して接近して配置することができるようにして、可動板３に作用する静磁界強度を増し駆動効率を向上させている。

なお、図１３に示すように、可動板３を個別に形成した固定部１にトーションバー２で回動可能に軸支して可動チップ１１を構成し、該可動チップ１１を、対向して配置した静磁界発生手段４の間に該静磁界発生手段４の磁極面４ａにおける法線とトーションバー２の軸線とが互いに斜めに交差するように、可動チップ１１を傾けて静磁界発生手段４の対向方向に直交する方向に複数整列配置してもよい。また、図１４に示すように、個別に形成した矩形状の固定部１の対角方向にトーションバー２で可動板３を回動可能に軸支して可動チップ１１を構成し、該可動チップ１１を、対向配置した静磁界発生手段４の間に該静磁界発生手段４の対向方向に直交する方向に互いに密接して一列に複数整列配置してもよい。

このような構成により、静磁界発生手段４でトーションバー２の軸方向に平行な可動板３の対辺部に静磁界を作用し、該対辺近傍部の駆動コイル部分の電流と上記トーションバー２の軸線に直交する静磁界成分との相互作用により可動板３を回動し、反射ミラー１２で入射光の光路を一次元方向に切換える。

このように構成したことにより、上記第９実施形態によれば、第２実施形態の効果に加えて、可動板３を、互いに対向する静磁界発生手段４の磁極面４ａにおける法線と上記トーションバー２の軸線とが互いに斜めに交差するように整列配置することにより、静磁界発生手段４から各可動板３の対辺部までの距離を各可動板３について略等しくすることができ、可動板３の必要部分に略均等な静磁界を作用させることができる。これにより、各可動板３の回動角のばらつきを抑制することができる。

さらに、可動板３を円形形状とすれば、隣接する可動板３を互いに近接して配置することができ、アレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータのより一層の小型化を図ることができる。

なお、複数の可動板３を静磁界発生手段４の対向方向に整列して配置することも可能である。この場合、静磁界発生手段４からの距離が遠くなる真中の可動板３に対しては、作用する静磁界強度が弱くなるため他の可動板４の回動角と一致させるためには、真中の可動板３の駆動電流または駆動コイルの巻数等を調整する必要がある。

また、個別に形成した各可動チップ１１を静磁界発生手段４の対向方向に整列して配置すると共に、図１と同様に各可動チップ１１の間に静磁界発生手段４を配置してもよい。この場合は、各可動板３に作用する静磁界強度は均等になる。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第１０実施形態について説明する。なお、図１２と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第９実施形態と異なる部分について説明する。
図１５に示す第１０実施形態は、可動チップ１１を、トーションバー２に軸支されて回動する可動板３がマトリクス状に配置され、一つの固定部１に回動可能に軸支された一チップ構成としたものである。そして、第９実施形態と同様に静磁界発生手段４の磁極面４ａにおける法線とトーションバー２とが互いに斜めに交差するようにトーションバー２を傾けて、可動板３を静磁界発生手段４の対向方向と直交する方向に二列状態で千鳥状に配置している。

このように構成したことにより、上記第１０実施形態によれば、第９実施形態の効果に加えてマトリクスアレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータのコスト低減を図ることができる。さらに、小型で稠密構造の光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。

なお、可動板３の配列は、上述の二列の千鳥配置に限定されず、三列以上の千鳥配置としてもよい。この場合、静磁界発生手段４から距離が離れており、駆動コイルに作用する静磁界が弱い可動板３に対しては、作用する静磁界の強度に応じて各駆動コイルの駆動電流または駆動コイルの巻数や駆動コイルの必要部分の長さを変化させる等により回動角のばらつきを抑えることができる。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第１１実施形態について説明する。なお、図１２と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第９実施形態と異なる部分について説明する。
図１６に示す第１１実施形態は、可動板３が円形の内側可動板６と円形枠状の外側可動板７とからなり、内側可動板６は外側可動板７に内側トーションバー９で回動可能に軸支され、外側可動板７は固定部１に内側トーションバー９の軸線に直交する外側トーションバー８で回動可能に軸支されて構成されている。そして、一つの固定部１に可動板３を互いに近接して複数整列配置して可動チップ１１を形成している。

このような構成により、一対の静磁界発生手段４で内側トーションバー９の軸方向に平行な可動板３の対辺部及び外側トーションバー８の軸方向に平行な外側可動板７の対辺部に静磁界を作用し、上記各対辺近傍部の駆動コイル部分の電流と、内側トーションバー９の軸線に直交する静磁界成分及び外側トーションバー８の軸線に直交する静磁界成分との相互作用により内側可動板６と外側可動板７とを回動し、反射ミラー１２で入射光の光路を二次元方向に切換える。

なお、図１６においては、可動板３を円形形状で示しているがこれに限られず、例えば図１７に示すように四角形状であっても、または他のいかなる形状であってもよい。

また、図１８に示すように、可動板３を固定部１に回動可能に軸支して構成した可動チップ１１を個別に形成し、該可動チップ１１を、対向して配置した静磁界発生手段４の間に該静磁界発生手段４の磁極面４ａにおける法線と外側及び内側トーションバー８，９とが互いに斜めに交差するように、外側及び内側トーションバー８，９を傾けて静磁界発生手段４の対向方向に直交する方向に複数配置してもよい。

このように構成したことにより、上記第１１実施形態によれば、第９実施形態の効果に加えて二次元方向に光路を切換えるアレイ状の光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。

次に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの第１２実施形態について説明する。なお、図１６と同一の要素については、同一符号で示し、ここでは第１１実施形態と異なる部分について説明する。
図１９に示す第１２実施形態は、可動チップ１１を、二つのトーションバーの軸回りに回動する可動板３がマトリクス状に配置され、第１１実施形態と同様に複数の可動板３を一体化して一チップ構成としたものである。そして、可動チップ１１を、静磁界発生手段４の磁極面４ａにおける法線と外側及び内側トーションバー８，９とが互いに斜めに交差するように外側及び内側トーションバー８，９を傾けて、静磁界発生手段４の対向方向に直交する方向に二列状態で千鳥状に配置している。

このような構成としたことにより、上記第１２実施形態は、第１１実施形態の効果に加えて二次元方向に光路を切換えるマトリクスアレイ状のプレーナ型電磁アクチュエータのコスト低減を図ることができる。さらに、小型で稠密構造の光スイッチ用プレーナ型電磁アクチュエータを提供することができる。

なお、第１０実施形態において説明したように、可動板３の配列は、三列以上の千鳥配置としてもよい。この場合も、静磁界発生手段４から距離が離れているため、駆動コイルに作用する静磁界が弱い可動板３に対しては、作用する静磁界の強度に応じて各駆動コイルの駆動電流または駆動コイルの巻数や駆動コイルの必要部分の長さを変化させる等により回動角のばらつきを抑えることができる。

なお、本発明のプレーナ型電磁アクチュエータは、光スイッチに限定されるものでなく、複数の可動板３をアレイ状に配置して構成したものであればいかなるものにも適用できる。また、可動板３の形状は四角形状又は円形形状に限られず、いかなる形状であってもよい。また、可動板３の個数は各図に示すものに限られず複数であれば幾つでもよい。

１…固定部
１ａ…接合面部
１ｂ…側面部
２…トーションバー
３…可動板
４，１０…静磁界発生手段
４ａ…磁極面
５…ヨーク部材
６…内側可動板
７…外側可動板
８…外側トーションバー
９…内側トーションバー

このために、本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータは、一つの固定部に夫々トーションバーで回動可能に軸支されて整列配置された一チップ構成の複数の可動板と、該各可動板の周縁部に沿って敷設された駆動コイルと、前記各可動板を間にして互いに反対磁極を対向させて前記固定部の外側に設けられ、前記複数の可動板の前記トーションバーの軸線に平行な対辺部近傍の前記駆動コイルの部分に静磁界を作用する少なくとも一対の静磁界発生手段と、を備え、前記各構成要素を枠状に形成した一つのヨーク部材の内側に配置して構成した。

Claims (16)

1. 枠状に形成した一つのヨーク部材と、
   該ヨーク部材の内側に、固定部にトーションバーで回動可能に軸支されて整列して備えた複数の可動板と、
   該各可動板の周縁部に沿って敷設した駆動コイルと、
   前記各可動板を間にして互いに反対磁極を対向して前記固定部の外側に設けられ、前記トーションバーの軸方向に平行な前記可動板の対辺部に静磁界を作用する静磁界発生手段と、
   を備えて構成したことを特徴とするプレーナ型電磁アクチュエータ。
2. 前記静磁界発生手段の磁極面の法線と前記トーションバーの軸線とが直交するように前記複数の可動板を配置する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
3. 前記静磁界発生手段の磁極面の法線と前記トーションバーの軸線とが斜めに交差するように前記複数の可動板を配置する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
4. 前記各可動板を、それぞれ個別に形成した枠状の固定部にトーションバーで軸支して整列配置する構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
5. 前記各可動板を、それぞれ個別に形成した枠状の固定部にトーションバーで軸支し、該各固定部を互いに密接配置する構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
6. 前記複数の可動板を、一つの固定部にトーションバーで軸支して一体的に形成する構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
7. 前記複数の可動板を前記静磁界発生手段の対向方向に整列して配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
8. 前記複数の可動板を前記静磁界発生手段の対向方向と直交する方向に整列して配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
9. 前記複数の可動板を前記静磁界発生手段の対向方向及び対向方向と直交する方向にそれぞれ整列して配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
10. 前記静磁界発生手段を複数の可動板に跨るように一対配置したことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
11. 前記複数の可動板を千鳥状に配置したことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
12. 前記可動板を円形形状に形成した特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
13. 前記固定部の前記トーションバーとの接合面部を前記トーションバーの軸線を挟んで対称形状に形成したことを特徴とする請求項３に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
14. 前記固定部の前記静磁界発生手段に対向する側面部を、前記可動板の配列方向に平行する形状に形成したことを特徴とする請求項３に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
15. 前記可動板は、内側可動板と該内側可動板の外側に設けた枠状の外側可動板とからなり、該外側可動板を前記固定部に外側トーションバーで回動可能に軸支し、前記内側可動板を前記外側可動板に外側トーションバーの軸方向に直交する内側トーションバーで回動可能に軸支する構成とし、前記各トーションバーの軸線に直交する方向にそれぞれ静磁界発生手段を配置したことを特徴とする請求項２に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
16. 前記可動板は、内側可動板と該内側可動板の外側に設けた枠状の外側可動板とからなり、該外側可動板を前記固定部に外側トーションバーで回動可能に軸支し、前記内側可動板を前記外側可動板に外側トーションバーの軸方向に直交する内側トーションバーで回動可能に軸支する構成とし、一対の静磁界発生手段を配置したことを特徴とする請求項３に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。

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