JP2019101234A - アクチュエータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１可動部が第１軸線周りに揺動させられると共に、第１可動部を囲む第２可動部が第２軸線周りに揺動させられるアクチュエータ装置において、第２軸線周りにおける第２可動部の共振周波数の確保と、第１軸線周りにおける第２可動部の変形の抑制との両立を図ることができるアクチュエータ装置を提供する。【解決手段】第２可動部４は、第２軸線上における第１可動部３の両側に位置し、一対の第２トーションバー７，８に接続された一対の第２接続部４２Ａ，４２Ｂを有する。各第２接続部４２Ａ，４２Ｂは、第２可動部４における第１接続部４１Ａ，４１Ｂ及び第２接続部４２Ａ，４２Ｂ以外の部分よりも広い幅を有する部分を含む。各第２接続部４２Ａ，４２Ｂの内縁５１は、第２軸方向に窪む凹部５２を有し、各第２接続部４２Ａ，４２Ｂの外縁５３は、第２軸方向に突出する凸部５４を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスとして構成されたアクチュエータ装置に関する。

ＭＥＭＳデバイスとして、支持部と、第１可動部と、第１可動部を囲む枠状の第２可動部と、第１軸線上において第１可動部と第２可動部とを互いに連結する一対の第１連結部と、第１軸線に直交する第２軸線上において第２可動部と支持部とを互いに連結する一対の第２連結部と、を備えるアクチュエータ装置が知られている。このようなアクチュエータ装置では、第１可動部が第１軸線周りに揺動させられると共に、第２可動部が第１可動部と共に第２軸線周りに揺動させられる（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−４１２３４号公報

上述したようなアクチュエータ装置では、意図しない外力によって第２可動部が振動することを抑制するために、第２軸線周りにおける第２可動部の共振周波数が高いことが望まれる。一方で、第１可動部が第１軸線周りに揺動すると、その反動によって第２可動部が第１軸線周りに第１可動部とは反対側に変形することがある。この場合、第１可動部を規定量だけ揺動させるために第２連結部を大きく変形させる必要が生じるおそれがある。また、意図しない箇所に応力が生じるおそれもある。そのため、第１軸線周りにおける第２可動部の変形は抑制されることが望ましい。

本発明は、第１可動部が第１軸線周りに揺動させられると共に、第１可動部を囲む第２可動部が第２軸線周りに揺動させられるアクチュエータ装置において、第２軸線周りにおける第２可動部の共振周波数の確保と、第１軸線周りにおける第２可動部の変形の抑制との両立を図ることができるアクチュエータ装置を提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータ装置は、支持部と、第１可動部と、第１可動部を囲むように配置された枠状の第２可動部と、第１軸線に平行な第１軸方向における第１可動部の両側に配置され、第１軸線周りに第１可動部が揺動可能となるように、第１可動部と第２可動部とを互いに連結する一対の第１連結部と、第１軸線に直交する第２軸線に平行な第１軸方向における第２可動部の両側に配置され、第２軸線周りに第２可動部が揺動可能となるように、第２可動部と支持部とを互いに連結する一対の第２連結部と、を備え、第２可動部は、第１軸線上における第１可動部の両側に位置し、一対の第１連結部に接続された一対の第１接続部と、第２軸線上における第１可動部の両側に位置し、一対の第２連結部に接続された一対の第２接続部と、を有し、一対の第２接続部のそれぞれは、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合に、第２可動部における一対の第１接続部及び一対の第２接続部以外の部分よりも広い幅を有する部分を含み、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合における一対の第２接続部のそれぞれの内縁は、第２軸方向に窪む凹部を有し、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合における一対の第２接続部のそれぞれの外縁は、第２軸方向に突出する凸部を有している。

このアクチュエータ装置では、第２軸線上における第１可動部の両側に位置する一対の第２接続部のそれぞれが、第２可動部における一対の第１接続部及び一対の第２接続部以外の部分よりも広い幅を有する部分を含んでいる。これにより、第２軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントの増加を抑制しつつも、第１軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントを高めることができる。その結果、第２軸線周りにおける第２可動部の共振周波数の確保と、第１軸線周りにおける第２可動部の変形の抑制との両立を図ることができる。また、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合における各第２接続部の内縁が、第２軸方向に窪む凹部を有している。これにより、第２軸方向に第２可動部を小型化することができ、第２軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントの増加を一層抑制することができる。また、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合における各第２接続部の外縁が、第２軸方向に突出する凸部を有している。これにより、第１軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントを一層高めることができる。更に、各第２接続部が第２軸線上に位置しているため、第２軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントの増加をより一層抑制することができる。よって、このアクチュエータ装置によれば、第１可動部が第１軸線周りに揺動させられると共に、第１可動部を囲む第２可動部が第２軸線周りに揺動させられるアクチュエータ装置において、第２軸線周りにおける第２可動部の共振周波数の確保と、第１軸線周りにおける第２可動部の変形の抑制との両立を図ることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、第２可動部は、第１軸方向における一対の第２接続部の一方の両側に位置し、一対の第２接続部の一方に接続された一対の第１直線状部と、第１軸方向における一対の第２接続部の他方の両側に位置し、一対の第２接続部の他方に接続された一対の第２直線状部と、を更に有し、一対の第１直線状部のそれぞれ、及び一対の第２直線状部のそれぞれは、第１軸方向に沿って延在していてもよい。これによれば、第２軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントの増加を効果的に抑制しつつ、第１軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントを効果的に高めることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、第２可動部は、一対の第１直線状部のそれぞれに対して一対の第２接続部の一方とは反対側に位置し、一対の第１直線状部に接続された一対の第３直線状部と、一対の第２直線状部のそれぞれに対して一対の第２接続部の他方とは反対側に位置し、一対の第２直線状部に接続された一対の第４直線状部と、を更に有し、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合に、一対の第３直線状部の一方は、第１軸線及び第２軸線に対して傾斜した方向に沿って延在しており、一対の第３直線状部の他方は、一対の第３直線状部の一方に対して第２軸線に関して対称に延在しており、一対の第４直線状部の一方は、一対の第３直線状部の一方に対して第１軸線に関して対称に延在しており、一対の第４直線状部の他方は、一対の第４直線状部の一方に対して第２軸線に関して対称に延在していてもよい。これによれば、第２軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントの増加を一層効果的に抑制しつつ、第１軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントを一層効果的に高めることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、第２可動部は、一対の第１接続部の一方及び一対の第２接続部の一方に接続された第５直線状部と、一対の第１接続部の一方及び一対の第２接続部の他方に接続された第６直線状部と、一対の第１接続部の他方及び一対の第２接続部の一方に接続された第７直線状部と、一対の第１接続部の他方及び一対の第２接続部の他方に接続された第８直線状部と、を更に有し、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合に、第５直線状部は、第１軸線及び第２軸線に対して傾斜した方向に沿って延在しており、第６直線状部は、第５直線状部に対して第１軸線に関して対称に延在しており、第７直線状部は、第５直線状部に対して第２軸線に関して対称に延在しており、第８直線状部は、第６直線状部に対して第２軸線に関して対称に延在していてもよい。これによれば、第２軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントの増加を効果的に抑制しつつ、第１軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントを効果的に高めることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、凹部及び凸部は、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合に、第２軸線上に位置していてもよい。これによれば、第２軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントの増加をより一層効果的に抑制しつつ、第１軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントをより一層効果的に高めることができる。

本発明のアクチュエータ装置は、第１可動部を囲むように第２可動部に設けられた渦巻き状のコイルと、コイルに作用する磁界を発生させる磁界発生部と、を更に備えていてもよい。これによれば、第２可動部にコイルの配置スペースを確保しつつも、第２軸線周りにおける第２可動部の共振周波数の確保と、第１軸線周りにおける第２可動部の変形の抑制との両立を図ることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、コイルは、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合に、第２軸線上において、一対の第２接続部のそれぞれの内縁よりも外縁に近い位置に配置されていてもよい。これによれば、第１軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントをより一層効果的に高めることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、コイルは、磁界に直交する方向に沿って延在する部分を有していてもよい。これによれば、コイルを流れる電流と磁界との相互作用によって生じるローレンツ力を増加させることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、コイルは、第２可動部を構成する材料よりも密度が高い金属材料によって構成され、第２可動部に埋め込まれていてもよい。これによれば、第１軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントをより一層効果的に高めることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、一対の第２接続部のそれぞれは、一対の第１接続部のそれぞれよりも広い幅を有する部分を含んでもよい。これによれば、第２軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントの増加をより一層効果的に抑制しつつ、第１軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントをより一層効果的に高めることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、凹部は、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合に、一対の第２接続部のそれぞれにおける第１可動部と対向する領域にわたって設けられていてもよい。これによれば、第１軸線周りにおける第２可動部の慣性モーメントをより一層効果的に高めることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、一対の第２連結部のそれぞれは、第１軸線及び第２軸線に直交する方向から見た場合に、蛇行して延在していてもよい。これによれば、各第２連結部の強度を向上できると共に、各第２連結部のばね定数の調整を容易化することができる。更に、装置が第２軸方向に大型化することを抑制することができる。

本発明によれば、第１可動部が第１軸線周りに揺動させられると共に、第１可動部を囲む第２可動部が第２軸線周りに揺動させられるアクチュエータ装置において、第２軸線周りにおける第２可動部の共振周波数の確保と、第１軸線周りにおける第２可動部の変形の抑制との両立を図ることができる。

一実施形態のアクチュエータ装置の平面図である。 図１に示されるII-II線に沿っての断面図である。 図１の一部を拡大して示す平面図である。 変形例を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、アクチュエータ装置１は、支持部２と、第１可動部３と、第２可動部４と、一対の第１トーションバー（第１連結部）５，６と、一対の第２トーションバー（第２連結部）７，８と、磁界発生部９と、を備えている。支持部２、第１可動部３、第２可動部４、一対の第１トーションバー５，６及び一対の第２トーションバー７，８は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板によって一体的に形成されている。つまり、アクチュエータ装置１は、ＭＥＭＳデバイスとして構成されている。アクチュエータ装置１では、互いに直交するＸ軸（第１軸線）及びＹ軸（第１軸線に直交する第２軸線）のそれぞれの周りに、ミラー面１０が設けられた第１可動部３が揺動させられる。アクチュエータ装置１は、例えば光通信用光スイッチ、光スキャナ等に用いられる。アクチュエータ装置１は、ＭＥＭＳ技術（パターニング、エッチング等）を用いて製造される。

磁界発生部９は、例えばハルバッハ配列がとられた永久磁石等によって構成されている。磁界発生部９は、例えば、平面視において（Ｘ軸及びＹ軸に直交する方向から見た場合に）Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれに対して４５度傾斜した向きＤの磁界を発生させ、後述するコイル１４に作用させる。なお、磁界発生部９が発生させる磁界の向きＤは、平面視においてＸ軸及びＹ軸に対して４５度以外の角度で傾斜していてもよい。

支持部２は、例えば、平面視において四角形状の外形を有し、枠状に形成されている。支持部２は、磁界発生部９に対してＸ軸及びＹ軸に直交する方向における一方側に配置されている。第１可動部３は、磁界発生部９から離間した状態で、支持部２の内側に配置されている。第１可動部３は、本体部３ａと、環状部３ｂと、一対の連結部３ｃと、を有している。

本体部３ａは、平面視において円形状を呈しているが、楕円形状、四角形状、菱形状等の任意の形状に形成されてもよい。平面視における本体部３ａの中心Ｐは、Ｘ軸とＹ軸との交点と一致している。本体部３ａにおける磁界発生部とは反対側の表面には、例えばアルミニウムからなる金属膜によってミラー面１０が設けられている。ミラー面１０は、当該表面における全面に設けられているが、当該表面の一部のみに設けられてもよい。環状部３ｂは、平面視において本体部３ａを囲むように環状に形成されている。環状部３ｂは、平面視において八角形状の外形を有しているが、円形状、楕円形状、四角形状、菱形状等の任意の外形を有していてもよい。一対の連結部３ｃは、Ｙ軸上における本体部３ａの両側に配置され、本体部３ａと環状部３ｂとを互いに連結している。

第２可動部４は、枠状に形成されており、磁界発生部９から離間した状態で、第１可動部３を囲むように支持部２の内側に配置されている。第２可動部４の詳細な構成については後述する。

第１トーションバー５，６は、Ｘ軸上における第１可動部３の両側に配置されている。第１トーションバー５，６は、第１可動部３がＸ軸周りに（Ｘ軸を中心線として）揺動可能となるように、Ｘ軸上において第１可動部３（環状部３ｂ）と第２可動部４とを互いに連結している。各第１トーションバー５，６は、Ｘ軸に沿って直線状に延在している。本実施形態では、第１トーションバー５，６に作用する応力の緩和のために、各第１トーションバー５，６における第１可動部３側の端部の幅は、第１可動部３に近づくほど広がっており、第２可動部４側の端部の幅は、第２可動部４に近づくほど広がっている。

第２トーションバー７，８は、Ｙ軸上における第２可動部４の両側に配置されている。第２トーションバー７，８は、第２可動部４がＹ軸周りに（Ｙ軸を中心線として）揺動可能となるように、Ｙ軸上において第２可動部４と支持部２とを互いに連結している。各第２トーションバー７，８は、平面視において蛇行して延在している。各第２トーションバー７，８は、複数の直線状部１１と、複数の折り返し部１２と、を有している。直線状部１１は、Ｙ軸に平行なＹ軸方向（第２軸方向）に延在し、Ｘ軸に平行なＸ軸方向（第１軸方向）に並んで配置されている。折り返し部１２は、隣り合う直線状部１１の両端を交互に連結している。

アクチュエータ装置１は、一対のコイル１４，１５と、複数の配線２１，２２，２３，２４と、複数の電極パッド２５，２６，２７，２８と、を更に備えている。各コイル１４，１５は、第１可動部３を囲むように第２可動部４に設けられ、平面視において渦巻き状を呈している。各コイル１４，１５は、第１可動部３の周りに複数回巻回されている。一対のコイル１４，１５は、平面視において第２可動部４の幅方向に互い違いに並ぶように、配置されている。図１では、コイル１４，１５が配置されている領域Ｒがハッチングで示されている。平面視におけるコイル１４，１５の詳細な形状及び配置については後述する。

図２は、図１に示されるII-II線に沿っての断面図である。図２に示されるように、第２可動部４には、各コイル１４，１５に対応する形状を有する溝部３１が設けられている。溝部３１の内面上には絶縁層３２が設けられ、絶縁層３２上には絶縁層３３が設けられている。各コイル１４，１５は、絶縁層３２，３３を介して溝部３１内に配置されている。各コイル１４，１５は、第２可動部４に埋め込まれたダマシン配線である。絶縁層３４は、コイル１４，１５及び絶縁層３３を覆うように設けられている。絶縁層３４上には絶縁層３５が設けられている。各絶縁層３２〜３５は、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等によって構成されている。各絶縁層３２〜３５は、支持部２、第１可動部３、第２可動部４、第１トーションバー５，６及び第２トーションバー７，８の表面（磁界発生部９とは反対側の表面）を覆うように一体的に形成されている。

各コイル１４，１５は、第２可動部４を構成する材料よりも密度が高い金属材料によって構成されている。本実施形態では、第２可動部４はシリコンによって構成されており、各コイル１４，１５は銅によって構成されている。各コイル１４，１５は、金によって構成されてもよい。

各電極パッド２５〜２８は、支持部２に設けられ、絶縁層３５から外部に露出している。配線２１は、コイル１４の一端と電極パッド２５とに電気的に接続されている。配線２１は、コイル１４の一端から第２トーションバー７を介して電極パッド２５まで延在している。配線２２は、コイル１４の他端と電極パッド２６とに電気的に接続されている。配線２２は、コイル１４の他端から第２トーションバー８を介して電極パッド２６まで延在している。各配線２１，２２は、例えばコイル１４，１５と同様に構成されたダマシン配線であってもよいし、支持部２等の表面上に配置された配線であってもよい。

配線２３は、コイル１５の一端と電極パッド２７とに電気的に接続されている。配線２３は、コイル１５の一端から第２トーションバー７を介して電極パッド２７まで延在している。配線２４は、コイル１５の他端と電極パッド２８とに電気的に接続されている。配線２４は、コイル１５の他端から第２トーションバー８を介して電極パッド２８まで延在している。各配線２３，２４は、例えばコイル１４，１５と同様に構成されたダマシン配線であってもよいし、支持部２等の表面上に配置された配線であってもよい。

以上のように構成されたアクチュエータ装置１では、電極パッド２５，２６及び配線２１，２２を介してコイル１４にリニア動作用の駆動信号が入力されると、磁界発生部９が発生する磁界との相互作用によってコイル１４にローレンツ力が作用する。当該ローレンツ力と第２トーションバー７，８の弾性力とのつり合いを利用することで、Ｙ軸周りにミラー面１０（第１可動部３）を第２可動部４と共にリニア動作させることができる。

一方、電極パッド２７，２８及び配線２３，２４を介してコイル１５に共振動作用の駆動信号が入力されると、磁界発生部９が発生する磁界との相互作用によってコイル１５にローレンツ力が作用する。当該ローレンツ力に加え、共振周波数での第１可動部３の共振を利用することで、Ｘ軸周りにミラー面１０（第１可動部３）を共振動作させることができる。具体的には、Ｘ軸周りにおける第１可動部３の共振周波数に等しい周波数の駆動信号がコイル１５に入力されると、第２可動部４がＸ軸周りに当該周波数で僅かに振動する。この振動が第１トーションバー５，６を介して第１可動部３に伝わることにより、第１可動部３をＸ軸周りに当該周波数で揺動させることができる。

続いて、第２可動部４の詳細な構成を説明する。図１に示されるように、第２可動部４は、一対の第１接続部４１Ａ，４１Ｂと、一対の第２接続部４２Ａ，４２Ｂと、一対の第１直線状部４３Ａ，４３Ｂと、一対の第２直線状部４４Ａ，４４Ｂと、一対の第３直線状部４５Ａ，４５Ｂと、一対の第４直線状部４６Ａ，４６Ｂと、を有している。第２可動部４は、平面視においてＸ軸及びＹ軸のそれぞれに関して対称な形状を有している。以下の説明において、Ｘ軸又はＹ軸に関して対称とは、平面視における対称をいう。

第１接続部４１Ａ，４１Ｂは、Ｘ軸上における第１可動部３の両側に位置している。各第１接続部４１Ａ，４１Ｂは、平面視において第１可動部３とＸ軸方向に対向する部分を有している。各第１接続部４１Ａ，４１Ｂは、Ｙ軸方向に沿って延在している。第１接続部４１Ａ，４１Ｂは、第１トーションバー５，６に接続されている。すなわち、第１トーションバー５，６は、第１接続部４１Ａ，４１Ｂにおいて第２可動部４に接続されている。

第２接続部４２Ａ，４２Ｂは、Ｙ軸上における第１可動部３の両側に位置している。各第２接続部４２Ａ，４２Ｂは、平面視において第１可動部３とＹ軸方向に対向する部分を有している。各第２接続部４２Ａ，４２Ｂは、Ｘ軸方向に沿って延在している。第２接続部４２Ａ，４２Ｂは、第２トーションバー７，８に接続されている。すなわち、第２トーションバー７，８は、第２接続部４２Ａ，４２Ｂにおいて第２可動部４に接続されている。

第１直線状部４３Ａ，４３Ｂは、Ｘ軸方向における第２接続部４２Ａの両側に位置し、第２接続部４２Ａに接続されている。各第１直線状部４３Ａ，４３Ｂは、Ｘ軸方向に沿って延在している。第１直線状部４３Ａ，４３Ｂは、Ｙ軸に関して互いに対称に配置されている。第２直線状部４４Ａ，４４Ｂは、Ｘ軸方向における第２接続部４２Ｂの両側に位置し、第２接続部４２Ｂに接続されている。各第２直線状部４４Ａ，４４Ｂは、Ｘ軸方向に沿って延在している。第２直線状部４４Ａ，４４Ｂは、Ｙ軸に関して互いに対称に配置されている。

第３直線状部４５Ａ，４５Ｂは、各第１直線状部４３Ａ，４３Ｂに対して第２接続部４２Ａとは反対側に位置し、第１直線状部４３Ａ，４３Ｂと第１接続部４１Ａ，４１Ｂとに接続されている。第３直線状部４５Ａは、平面視において、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれに対して４５度傾斜した方向に沿って延在している。第３直線状部４５Ｂは、第３直線状部４５Ａに対してＹ軸に関して対称に延在している。なお、第３直線状部４５Ａが延在する方向は、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度以外の角度で傾斜していてもよい。

第４直線状部４６Ａ，４６Ｂは、各第２直線状部４４Ａ，４４Ｂに対して第２接続部４２Ｂとは反対側に位置し、第２直線状部４４Ａ，４４Ｂと第１接続部４１Ａ，４１Ｂとに接続されている。第４直線状部４６Ａは、第３直線状部４５Ａに対してＸ軸に関して対称に延在している。第４直線状部４６Ｂは、第４直線状部４６Ａに対してＹ軸に関して対称に延在すると共に、第３直線状部４５Ｂに対してＸ軸に関して対称に延在している。

図３を参照しつつ、第２接続部４２Ａの構成について更に詳細に説明する。以下、第２接続部４２Ａについて説明するが、第２接続部４２Ｂは、第２接続部４２Ａに対してＸ軸に関して対称に構成されており、第２接続部４２Ａと同様の構成を有している。平面視における第２接続部４２Ａの内縁５１は、Ｙ軸方向に窪む１つの凹部５２を有している。凹部５２は、各第１直線状部４３Ａ，４３Ｂの内縁に対して第１可動部３とは反対側に窪んでいる。凹部５２は、平面視においてＹ軸上に位置している。凹部５２は、平面視において、第２接続部４２Ａにおける第１可動部３と対向する領域にわたって設けられている。凹部５２が形成されている領域における内縁５１は、Ｙ軸に近づくほど第１可動部３から離れるように湾曲している。凹部５２が形成されていない領域における内縁５１は、Ｘ軸方向に沿って延在している。凹部５２が形成されている領域と凹部５２が形成されていない領域との境界において、内縁５１の曲率は連続している。

平面視における第２接続部４２Ａの外縁５３は、Ｙ軸方向に突出する１つの凸部５４を有している。凸部５４は、各第１直線状部４３Ａ，４３Ｂの外縁に対して第１可動部３とは反対側に突出している。凸部５４は、平面視においてＹ軸上に位置している。凸部５４は、平面視において、第２接続部４２Ａにおける第１可動部３と対向する領域にわたって設けられている。凸部５４は、凹部５２に対応した形状を有していない。すなわち、外縁５３は、内縁５１に沿っていない部分を有している。凸部５４が形成されている領域における外縁５３は、直線状部５３ａと、一対の湾曲部５３ｂと、を含んでいる。直線状部５３ａは、Ｘ軸方向に沿って延在し、平面視においてＹ軸と交差している。各湾曲部５３ｂは、内側に向けて窪むように湾曲した形状を有し、直線状部５３ａに接続されている。直線状部５３ａと各湾曲部５３ｂとの境界において、外縁５３の曲率は連続している。一対の湾曲部５３ｂは、それぞれ、境界において曲率が連続するように、第１直線状部４３Ａ，４３Ｂの外縁に接続されている。

第２接続部４２Ａは、平面視おいて、第２可動部４における第１接続部４１Ａ，４１Ｂ及び第２接続部４２Ａ，４２Ｂ以外の部分よりも広い幅を有する部分（拡幅部）を含んでいる。本実施形態では、各直線状部４３Ａ〜４６Ｂの幅は、互いに等しい。したがって、第２可動部４における第１接続部４１Ａ，４１Ｂ及び第２接続部４２Ａ，４２Ｂ以外の部分の幅（最大幅）Ｗ１は、各直線状部４３Ａ〜４６Ｂの幅である。第２接続部４２Ａの幅は、Ｙ軸上において最小幅Ｗ２となっている。この最小幅Ｗ２は、幅Ｗ１よりも広い。したがって、本実施形態では、第２接続部４２Ａの全体が、幅Ｗ１よりも広い幅を有している。

また、第２接続部４２Ａの最小幅Ｗ２は、各第１接続部４１Ａ，４１Ｂの幅（最大幅）Ｗ３よりも広い。各第１接続部４１Ａ，４１Ｂの幅Ｗ３は上述した幅Ｗ１よりも広いが、幅Ｗ１と同一であってもよいし、幅Ｗ１よりも狭くてもよい。図３では、第１接続部４１Ａと第１トーションバー５との間の境界が一点鎖線Ｂで示されている。なお、第２可動部４における或る部分の幅とは、平面視における当該部分の内縁と外縁との間の距離であり、換言すれば、Ｘ軸及びＹ軸に直交する方向、並びに当該部分の延在方向に直交する方向（幅方向）における当該部分の幅である。例えば、第１接続部４１Ａの幅とは、Ｘ軸方向における第１接続部４１Ａの幅であり、第２接続部４２Ａの幅とは、Ｙ軸方向における第２接続部４２Ａの幅である。

続いて、平面視におけるコイル１４，１５の詳細な形状及び配置について説明する。図１及び図３に示されるように、各コイル１４，１５は、第１接続部４１Ａ，４１Ｂ及び各直線状部４３Ａ〜４６Ｂにおいて、第１接続部４１Ａ，４１Ｂ及び各直線状部４３Ａ〜４６Ｂの延在方向に沿って延在している。第３直線状部４５Ｂ及び第４直線状部４６Ａに設けられた各コイル１４，１５は、磁界発生部９が発生させる磁界に直交する方向に沿って延在している。第１接続部４１Ａ，４１Ｂ及び各直線状部４３Ａ〜４６Ｂにおいて、コイル１４，１５が配置されている領域Ｒの外縁は、第１接続部４１Ａ，４１Ｂ及び各直線状部４３Ａ〜４６Ｂの外縁に沿っており、領域Ｒの内縁は、第１接続部４１Ａ，４１Ｂ及び各直線状部４３Ａ〜４６Ｂの内縁に沿っている。

図３に示されるように、第２接続部４２Ａにおける領域Ｒは、第１部分５５と、一対の第２部分５６と、一対の第３部分５７と、を含んでいる。第１部分５５は、Ｘ軸方向に沿って延在し、平面視においてＹ軸と交差している。一対の第２部分５６は、Ｘ軸方向における第１部分５５の両側に位置し、第１部分５５に接続されている。一方の第２部分５６は、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれに対して４５度傾斜した方向に沿って延在している。他方の第２部分５６は、一方の第２部分５６に対してＹ軸に関して対称に延在している。他方の第２部分５６に設けられた各コイル１４，１５は、磁界発生部９が発生させる磁界に直交する方向に沿って延在している。第１部分５５は、第２接続部４２Ａの内縁５１よりも外縁５３に近い位置に配置されている。すなわち、第１部分５５と内縁５１との間の距離は、第１部分５５と外縁５３との間の距離よりも大きい。一対の第３部分５７は、各第２部分５６に対して第１部分５５とは反対側に位置し、一対の第２部分５６と、第１直線状部４３Ａ，４３Ｂにおける領域Ｒとに接続されている。各第３部分５７は、Ｘ軸方向に沿って延在している。なお、一方の第２部分５６が延在する方向は、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度以外の角度で傾斜していてもよい。

以上説明したように、アクチュエータ装置１では、Ｙ軸上における第１可動部３の両側に位置する一対の第２接続部４２Ａ，４２Ｂのそれぞれが、第２可動部４における第１接続部４１Ａ，４１Ｂ及び第２接続部４２Ａ，４２Ｂ以外の部分よりも広い幅を有する部分を含んでいる。これにより、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントの増加を抑制しつつも、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントを高めることができる。すなわち、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントが小さいほど、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の共振周波数は大きくなる。Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントが大きいほど、Ｘ軸周りに第２可動部４が変形し難くなる。したがって、アクチュエータ装置１では、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の共振周波数の確保と、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の変形の抑制との両立を図ることができる。

また、アクチュエータ装置１では、平面視における各第２接続部４２Ａ，４２Ｂの内縁５１が、Ｙ軸方向に窪む凹部５２を有している。これにより、Ｙ軸方向に第２可動部４を小型化することができ、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントの増加を一層抑制することができる。また、平面視における各第２接続部４２Ａ，４２Ｂの外縁５３が、Ｙ軸方向に突出する凸部５４を有している。これにより、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントを一層高めることができる。更に、各第２接続部４２Ａ，４２ＢがＹ軸上に位置しているため、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントの増加をより一層抑制することができる。よって、アクチュエータ装置１によれば、第１可動部３がＸ軸周りに揺動させられると共に、第１可動部３を囲む第２可動部４がＹ軸周りに揺動させられるアクチュエータ装置１において、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の共振周波数の確保と、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の変形の抑制との両立を図ることができる。例えば、アクチュエータ装置１によれば、平面視における第２可動部４の外形が略菱形状に形成されている場合と比べて、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントを効果的に高めることができる。

また、アクチュエータ装置１では、第２可動部４が、第１直線状部４３Ａ，４３Ｂ及び第２直線状部４４Ａ，４４Ｂを更に有している。これにより、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントの増加を効果的に抑制しつつ、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントを効果的に高めることができる。

また、アクチュエータ装置１では、第２可動部４が、第３直線状部４５Ａ，４５Ｂと第４直線状部４６Ａ，４６Ｂとを更に有している。これにより、第２可動部４におけるＹ軸方向に沿って延在する部分の長さを短くすることができ、その結果、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントの増加を一層効果的に抑制しつつ、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントを一層効果的に高めることができる。

また、アクチュエータ装置１では、凹部５２及び凸部５４が、平面視においてＹ軸上に位置している。これにより、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントの増加をより一層効果的に抑制しつつ、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントをより一層効果的に高めることができる。

また、アクチュエータ装置１は、コイル１４，１５と磁界発生部９とを備えている。これにより、第２可動部４にコイル１４，１５の配置スペースを確保しつつも、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の共振周波数の確保と、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の変形の抑制との両立を図ることができる。

また、アクチュエータ装置１では、各コイル１４，１５が、Ｙ軸上において、各第２接続部４２Ａ，４２Ｂの内縁５１よりも外縁５３に近い位置に配置されている。これにより、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントをより一層効果的に高めることができる。

また、アクチュエータ装置１では、各コイル１４，１５が、磁界に直交する方向に沿って延在する部分を有している。これにより、コイル１４，１５を流れる電流と磁界との相互作用によって生じるローレンツ力を増加させることができる。

また、アクチュエータ装置１では、各コイル１４，１５が、第２可動部４を構成する材料よりも密度が高い金属材料によって構成され、第２可動部４に埋め込まれている。これにより、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントをより一層効果的に高めることができる。

また、アクチュエータ装置１では、各第２接続部４２Ａ，４２Ｂが、各第１接続部４１Ａ，４１Ｂの幅よりも広い幅を有する部分を含んでいる。これにより、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントの増加をより一層効果的に抑制しつつ、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントをより一層効果的に高めることができる。

また、アクチュエータ装置１では、凹部５２は、平面視において、各第２接続部４２Ａ，４２Ｂにおける第１可動部３と対向する領域にわたって設けられている。これにより、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントをより一層効果的に高めることができる。また、第１可動部３が揺動するスペースを好適に確保することができる。

また、アクチュエータ装置１では、各第２トーションバー７，８は、平面視において蛇行して延在している。これにより、第２トーションバー７，８の強度を向上できると共に、第２トーションバー７，８のばね定数の調整を容易化することができる。更に、凸部５４が設けられていることでＹ軸方向における第２可動部４の長さが増加した場合でも、Ｙ軸方向に装置がＹ軸方向に大型化することを抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、図４に示される変形例のように第２可動部４が構成されてもよい。この変形例では、第２可動部４は、第５直線状部６１と、第６直線状部６２と、第７直線状部６３と、第８直線状部６４と、を有している。第５直線状部６１は、第１接続部４１Ａと第２接続部４２Ａとに接続されている。第６直線状部６２は、第１接続部４１Ａと第２接続部４２Ｂとに接続されている。第７直線状部６３は、第１接続部４１Ｂと第２接続部４２Ａとに接続されている。第８直線状部６４は、第１接続部４１Ｂと第２接続部４２Ｂとに接続されている。第５直線状部６１は、平面視においてＸ軸及びＹ軸に対して傾斜した方向に沿って延在している。第６直線状部６２は、第５直線状部６１に対してＸ軸に関して対称に延在している。第７直線状部６３は、第５直線状部６１に対してＹ軸に関して対称に延在している。第８直線状部６４は、第６直線状部６２に対してＹ軸に関して対称に延在している。第８直線状部６４は、第７直線状部６３に対してＸ軸に関して対称に延在している。このような変形例によっても、上記実施形態と同様に、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の共振周波数の確保と、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の変形の抑制との両立を図ることができる。更に、第２可動部４が直線状部６１〜６４を有することにより、Ｙ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントの増加を効果的に抑制しつつ、Ｘ軸周りにおける第２可動部４の慣性モーメントを効果的に高めることができる。

上記実施形態では、第１可動部３の駆動が電磁力によって行われていたが、第１可動部３の駆動は、圧電素子によって行われてもよい。この場合、例えば、第２可動部４には、コイル１４，１５に代えて、第１可動部３をＸ軸周りに揺動させるための第１圧電膜が設けられる。第１圧電膜は、例えば、第２接続部４２Ａ，４２Ｂ、第１直線状部４３Ａ，４３Ｂ及び第２直線状部４４Ａ，４４Ｂに配置される。また、第２トーションバー７，８には、第２可動部４をＹ軸周りに揺動させるための第２圧電膜が設けられる。磁界発生部９は省略される。

上記実施形態では、Ｙ軸周りに第１可動部３及び第２可動部４をリニア動作させたが、Ｙ軸周りに第１可動部３及び第２可動部４を共振動作させてもよい。上記実施形態では、第２可動部４に一対のコイル１４，１５が設けられていたが、第２可動部４に１本のコイルのみが設けられてもよい。この場合でも、当該コイルへの駆動信号の入力により、第１可動部をＸ軸周りに揺動させると共に第２可動部４をＹ軸周りに揺動させることができる。或いは、第１可動部３をＸ軸周りに揺動させるための１本のコイルが第１可動部３に設けられると共に、第２可動部４をＹ軸周りに揺動させるための１本のコイルが第２可動部４に設けられてもよい。上記実施形態において、起電力を測定するための起電力モニタコイルが第２可動部４に設けられてもよいし、温度を測定するための温度センサコイルが支持部２に設けられてもよい。各コイル１４，１５は、第２可動部４に埋め込まれず、第２可動部４上に配置されてもよい。

各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。第２接続部４２Ａ，４２Ｂの外縁５３は、Ｙ軸方向に突出する凸部を複数有していてもよい。例えば、外縁５３は、Ｙ軸に関して互いに対称に配置された一対の凸部を有していてもよい。この場合、２つの凸部の間における外縁５３がＸ軸方向に沿って直線状に延在し、第２トーションバー７，８が当該直線状の部分に接続されてもよい。この場合、凸部は平面視においてＹ軸上に位置しない。同様に、第２接続部４２Ａ，４２Ｂの内縁５１は、Ｙ軸方向に窪む凹部を複数有していてもよく、凹部は平面視においてＹ軸上に位置していなくてもよい。平面視における凹部５２及び凸部５４の形状は、四角形状、半円形状、半楕円形状等の任意の形状であってもよい。凸部５４にスリット又は凹部が設けられていてもよい。

第２接続部４２Ａ，４２Ｂは、第２可動部４における第１接続部４１Ａ，４１Ｂ及び第２接続部４２Ａ，４２Ｂ以外の部分の幅Ｗ１よりも広い幅を有する部分を含んでいればよく、幅Ｗ１と同一の幅又は幅Ｗ１よりも狭い幅を有する部分を含んでいてもよい。第２接続部４２Ａ，４２Ｂは、第１接続部４１Ａ，４１Ｂの幅Ｗ３よりも広い幅を有する部分を含んでいなくてもよい。

第２可動部４の形状は上述した例に限られない。例えば、第３直線状部４５Ａ，４５Ｂ及び第４直線状部４６Ａ，４６Ｂが設けられず、第１直線状部４３Ａ，４３Ｂ及び第２直線状部４４Ａ，４４Ｂと第１接続部４１Ａ，４１Ｂとが直接に接続されてもよい。或いは、第１直線状部４３Ａ，４３Ｂ及び第２直線状部４４Ａ，４４Ｂが設けられず、第３直線状部４５Ａ，４５Ｂ及び第４直線状部４６Ａ，４６Ｂが第２接続部４２Ａ，４２Ｂに直接に接続されてもよい。第２可動部４は、平面視において略円形状、略楕円形状、又は略四角形状等を呈していてもよい。環状部３ｂが設けられず、第１トーションバー５，６が本体部３ａに直接に接続されてもよい。第１トーションバー５，６は、Ｘ軸方向における第１可動部３の両側に配置されていればよく、Ｘ軸上以外の位置において第１可動部３と第２可動部４とを互いに連結していてもよい。第２トーションバー７，８は、Ｙ軸方向における第２可動部４の両側に配置されていればよく、Ｙ軸上以外の位置において第２可動部４と支持部２とを互いに連結していてもよい。第２トーションバー７，８は、平面視において直線状に延在していてもよい。アクチュエータ装置１は、ミラー面１０以外を駆動するものであってもよい。各直線状部４３Ａ〜４６Ｂは、或る方向に沿って延在していればよく、平面視における直線状部４３Ａ〜４６Ｂの少なくとも１つの内縁が凹部又は凸部を有していてもよいし、平面視における直線状部４３Ａ〜４６Ｂの少なくとも１つの外縁が凹部又は凸部を有していてもよい。

１…アクチュエータ装置、２…支持部、３…第１可動部、４…第２可動部、５，６…第１トーションバー（第１連結部）、７，８…第２トーションバー（第２連結部）、９…磁界発生部、１４，１５…コイル、４１Ａ，４１Ｂ…第１接続部、４２Ａ，４２Ｂ…第２接続部、４３Ａ，４３Ｂ…第１直線状部、４４Ａ，４４Ｂ…第２直線状部、４５Ａ，４５Ｂ…第３直線状部、４６Ａ，４６Ｂ…第４直線状部、５１…内縁、５２…凹部、５３…外縁、５４…凸部。

Claims (12)

1. 支持部と、
   第１可動部と、
   前記第１可動部を囲むように配置された枠状の第２可動部と、
   第１軸線に平行な第１軸方向における前記第１可動部の両側に配置され、前記第１軸線周りに前記第１可動部が揺動可能となるように、前記第１可動部と前記第２可動部とを互いに連結する一対の第１連結部と、
   前記第１軸線に直交する第２軸線に平行な第２軸方向における前記第２可動部の両側に配置され、前記第２軸線周りに前記第２可動部が揺動可能となるように、前記第２可動部と前記支持部とを互いに連結する一対の第２連結部と、を備え、
   前記第２可動部は、前記第１軸線上における前記第１可動部の両側に位置し、前記一対の第１連結部に接続された一対の第１接続部と、前記第２軸線上における前記第１可動部の両側に位置し、前記一対の第２連結部に接続された一対の第２接続部と、を有し、
   前記一対の第２接続部のそれぞれは、前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する方向から見た場合に、前記第２可動部における前記一対の第１接続部及び前記一対の第２接続部以外の部分よりも広い幅を有する部分を含み、
   前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する方向から見た場合における前記一対の第２接続部のそれぞれの内縁は、前記第２軸方向に窪む凹部を有し、前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する方向から見た場合における前記一対の第２接続部のそれぞれの外縁は、前記第２軸方向に突出する凸部を有している、アクチュエータ装置。
2. 前記第２可動部は、前記第１軸方向における前記一対の第２接続部の一方の両側に位置し、前記一対の第２接続部の一方に接続された一対の第１直線状部と、前記第１軸方向における前記一対の第２接続部の他方の両側に位置し、前記一対の第２接続部の他方に接続された一対の第２直線状部と、を更に有し、
   前記一対の第１直線状部のそれぞれ、及び前記一対の第２直線状部のそれぞれは、前記第１軸方向に沿って延在している、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
3. 前記第２可動部は、前記一対の第１直線状部のそれぞれに対して前記一対の第２接続部の一方とは反対側に位置し、前記一対の第１直線状部に接続された一対の第３直線状部と、前記一対の第２直線状部のそれぞれに対して前記一対の第２接続部の他方とは反対側に位置し、前記一対の第２直線状部に接続された一対の第４直線状部と、を更に有し、
   前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する方向から見た場合に、前記一対の第３直線状部の一方は、前記第１軸線及び前記第２軸線に対して傾斜した方向に沿って延在しており、前記一対の第３直線状部の他方は、前記一対の第３直線状部の一方に対して前記第２軸線に関して対称に延在しており、前記一対の第４直線状部の一方は、前記一対の第３直線状部の一方に対して前記第１軸線に関して対称に延在しており、前記一対の第４直線状部の他方は、前記一対の第４直線状部の一方に対して前記第２軸線に関して対称に延在している、請求項２に記載のアクチュエータ装置。
4. 前記第２可動部は、前記一対の第１接続部の一方及び前記一対の第２接続部の一方に接続された第５直線状部と、前記一対の第１接続部の一方及び前記一対の第２接続部の他方に接続された第６直線状部と、前記一対の第１接続部の他方及び前記一対の第２接続部の一方に接続された第７直線状部と、前記一対の第１接続部の他方及び前記一対の第２接続部の他方に接続された第８直線状部と、を更に有し、
   前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する方向から見た場合に、前記第５直線状部は、前記第１軸線及び前記第２軸線に対して傾斜した方向に沿って延在しており、前記第６直線状部は、前記第５直線状部に対して前記第１軸線に関して対称に延在しており、前記第７直線状部は、前記第５直線状部に対して前記第２軸線に関して対称に延在しており、前記第８直線状部は、前記第６直線状部に対して前記第２軸線に関して対称に延在している、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
5. 前記凹部及び前記凸部は、前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する方向から見た場合に、前記第２軸線上に位置している、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
6. 前記第１可動部を囲むように前記第２可動部に設けられた渦巻き状のコイルと、前記コイルに作用する磁界を発生させる磁界発生部と、を更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
7. 前記コイルは、前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する方向から見た場合に、前記第２軸線上において、前記一対の第２接続部のそれぞれの前記内縁よりも前記外縁に近い位置に配置されている、請求項６に記載のアクチュエータ装置。
8. 前記コイルは、前記磁界に直交する方向に沿って延在する部分を有する、請求項６又は７に記載のアクチュエータ装置。
9. 前記コイルは、前記第２可動部を構成する材料よりも密度が高い金属材料によって構成され、前記第２可動部に埋め込まれている、請求項６〜８のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
10. 前記一対の第２接続部のそれぞれは、前記一対の第１接続部のそれぞれよりも広い幅を有する部分を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
11. 前記凹部は、前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する方向から見た場合に、前記一対の第２接続部のそれぞれにおける前記第１可動部と対向する領域にわたって設けられている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
12. 前記一対の第２連結部のそれぞれは、前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する方向から見た場合に、蛇行して延在している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。

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