JP4260470B2

JP4260470B2 - プレーナ型アクチュエータ

Info

Publication number: JP4260470B2
Application number: JP2002365672A
Authority: JP
Inventors: 譲上田
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: JP2004198648A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレーナ型アクチュエータに関し、特に、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術で製造する２次元走査型のプレーナ型アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のプレーナ型アクチュエータは、レーザ光等の光ビームの偏向走査等に利用され、電磁力を利用する電磁型や静電力を利用する静電型等がある。
【０００３】
以下に、電磁型のアクチュエータの例を説明する。
プレーナ型電磁アクチュエータとしては、図１０に示すものがある。
この２次元走査型のプレーナ型電磁アクチュエータは、シリコン基板の外側固定部１に外側トーションバー２で枠状の外側可動板３を回動可能に軸支し、外側可動板３に外側トーションバー２と軸方向が直交する内側トーションバー４で回動可能に平板状の内側可動板５を軸支する。これら外側固定部１、外側及び内側トーションバー２，４及び外側及び内側可動板３，５は、半導体基板で一体に形成する。外側可動板３には、通電により磁界を発生する第２駆動コイル６（図では模式的に１本線で示す）を形成し、第２駆動コイル６は、外側固定部１に形成した一対の外側電極端子７Ａ，７Ａに外側トーションバー２の一方を介して電気的に接続する。内側可動板５には、中央部に反射ミラー８を形成し、その周縁部に通電により磁界を発生する第１駆動コイル９（図では模式的に１本線で示す）を形成する。第１駆動コイル９は、内側トーションバー４の一方から外側可動板３部分を通り、外側トーションバー２の他方側を介して外側固定部１の一対の内側電極端子１０Ａ，１０Ｂに電気的に接続する。更に、互いに対をなす静磁界発生手段（例えば永久磁石）を、外側及び内側トーションバー２，４の軸方向とそれぞれ平行な各可動板３，５の対辺の駆動コイル部分に静磁界が作用するよう可動板周囲に設ける。図１０の例では、一対の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ〜１４Ａ，１４Ｂを、外側固定部１の上下に接合する、例えばガラス等からなる上側絶縁基板１５及び下側絶縁基板１６に、静磁界が第１及び第２駆動コイル６，９を外側及び内側可動板３，５と平行な方向に横切るよう上下に位置をずらすようにして配置してある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような構成の電磁アクチュエータは、第１及び第２駆動コイル６，９に電流を流すことにより発生する磁界と、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ〜１４Ａ，１４Ｂの作る静磁界との相互作用により外側及び内側可動板３，５を駆動する。
【０００５】
即ち、外側及び内側可動板３，５の両側では、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ〜１４Ａ，１４Ｂによって外側及び内側可動板３，５の平面に沿って第１及び第２駆動コイル６，９を横切るような方向に静磁界を形成する。この静磁界中の第１及び第２駆動コイル６，９に電流を流すと、外側及び内側可動板３，５の両端に、フレミングの左手の法則に従った方向に電磁力が作用して外側及び内側可動板３，５が回動する。外側及び内側可動板３，５が回動するとトーションバー２，４が捩じられてばね反力が発生し、電磁力とばね反力が釣り合う位置まで外側及び内側可動板３，５が回動する。外側及び内側可動板３，５の回動角は第１及び第２駆動コイル６，９に流れる電流に比例し、電流を制御することで外側及び内側可動板３，５の回動角を制御できる。そして、第１及び第２駆動コイル６，９に流す交流電流の周波数を、外側及び内側トーションバー２，４の材質、形状等で規定される共振周波数と同じ周波数とすることにより、その電流値における最大の回動角が得られる。これにより、反射ミラー８に入射するレーザ光等の光の反射方向を自由に制御でき、外側及び内側可動板３，５を連続的に反復動作させることで、レーザ光のスキャニング等、光の走査が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２７２２３１４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザ光等の光を２次元走査してレーザレーダ等の物体検知や絵や文字等の画像表示を行うには、ラスタ走査で行うのが一般的であり、この場合、水平走査と垂直走査の周波数比は大きい方がよい。しかしながら、上述した従来のプレーナ型アクチュエータは、外側と内側のトーションバー２，４が同一の材料（半導体基板材料と同じシリコン）で形成されているため、断面形状等を異ならせたとしてもその剛性を大きく変化させることが難しい。このため、外側可動板３と内側可動板５の共振周波数比を大きくとれず、ラスタ走査しようとすると走査軌跡がリサージュ曲線になってしまう。そのため、従来のプレーナ型アクチュエータで物体検知や画像表示を行おうとすると、リサージュ曲線を制御する必要があるが、リサージュ曲線はわずかな周波数の違いにより曲線形状が大きく変わるため制御が難しいという問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、外側可動板と内側可動板の共振周波数比を大きくでき、光の偏向走査等に利用する場合にラスタ走査を可能とするプレーナ型アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の発明は、外側可動板を外側固定部に外側トーションバーで回動可能に軸支して備えた外側可動部と、内側可動板を内側固定部に内側トーションバーで回動可能に軸支して備えた内側可動部と、前記各可動板を駆動する駆動手段とを備え、前記外側可動部と内側可動部とを剛性の異なる材料で形成すると共に、前記外側トーションバーの軸方向と前記内側トーションバーの軸方向とが直交するように前記内側可動部を前記外側可動部の外側可動板に固定して構成した。
【００１０】
このような構成により、外側可動部と内側可動部とを剛性の異なる材料で形成し、外側可動部の外側可動板を外側固定部に外側トーションバーで軸支し、駆動手段で外側可動板を内側可動部と共に回動し、内側可動部の内側可動板を内側固定部に外側トーションバーの軸方向と直交する内側トーションバーで軸支し、駆動手段で内側可動板を回動する。これにより、外側可動板と内側可動板との駆動周波数比を大きくすることを可能にする。
【００１１】
本発明のプレーナ型アクチュエータは、具体的には請求項２のように、前記外側可動部と内側可動部のいずれか一方を、剛性を決定する主材料としてシリコンを用いて形成し、他方を、剛性を決定する主材料として前記シリコンより剛性の低い材料を用いて形成する構成とするとよい。この場合、請求項３のように、前記内側可動部をシリコンで形成し、前記外側可動部をシリコンより剛性の低い材料で形成してもよく、この場合、請求項４に記載のように前記外側可動部をプラスチックで形成するとよい。
【００１２】
また、請求項５のように前記内側可動部を、前記外側可動板の上面に貼り付けた構成とした。または、請求項６のように前記内側可動部を、前記外側可動板に嵌め込んで構成してもよい。この場合、請求項７のように内側可動板が回動時に前記外側可動板に接触しないように該外側可動板の前記内側可動板に対応した部位に逃部を設けるとよい。
【００１３】
請求項８においては、前記駆動手段は、前記各可動板にそれぞれ敷設した駆動コイルと、前記各駆動コイルに静磁界を作用する静磁界発生手段とを備え、前記各駆動コイルに電流を流すことにより発生する電磁力により前記各可動板をそれぞれ駆動する構成とした。この場合、請求項９のように前記内側可動板に敷設した駆動コイルを、前記外側可動板の回動軸線近傍部から前記外側トーションバーを経由して外部に引出すようにするとよい。このとき、請求項１０のように前記内側可動板に敷設した駆動コイルの中継端子を、前記外側可動板の回動軸線近傍部で前記内側固定部と前記外側可動板とに設け、該各中継端子をそれぞれワイヤボンディングしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。なお、図１０の従来技術と同一要素については同一符号を用いて説明する。
図１は、本発明に係るプレーナ型アクチュエータの実施形態を示し、光スキャナーに適用した場合の概略構成図であり、図２は、図１の分解斜視図である。
図１において、本実施形態のプレーナ型アクチュエータは、光のラスタ走査を可能とするものであり、内側可動部１６と、外側可動部１７と、駆動手段としての第１駆動コイル９及び第２駆動コイル６並びに静磁界発生手段１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂと、を備えて構成している。
【００１５】
そして、上記内側可動部１６を、外側可動板１７の中央部にそれぞれの回動軸が直交するようにして接着固定し、内側可動部１６の後述する内側可動板５に敷設した第１駆動コイル９と、外側可動部１７の後述する外側可動板３に敷設した第２駆動コイル６とにそれぞれ電流を流し、これらの電流と上記外側可動部１７の外側に配置した上記静磁界発生手段１８Ａ〜１９Ｂの静磁界との相互作用により発生する電磁力で、内側可動板５及び外側可動板３を回動させるようにしている。
以下、図１及び図２を参照して本実施形態の構成を詳細に説明する。
【００１６】
上記内側可動部１６は、光ビームを走査するものであり、内側可動板５を、該内側可動板５の外側に設けた内側固定部２０に内側トーションバー４で回動可能に軸支して構成しており、例えば、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術を適用して、剛性の大きい（例えば、ヤング率が190GPa程度）シリコン基板を上記内側固定部２０及び内側トーションバー４並びに内側可動板５以外の部分が上下方向に貫通するように異方性エッチングして形成される。
【００１７】
上記内側可動板５の表面には、該内側可動板５の周縁部に沿って第１駆動コイル９が敷設されている。この第１駆動コイル９は、コイルを流れる電流と後述の静磁界発生手段１８Ａ，１８Ｂから発生する静磁界との相互作用により内側トーションバー４に平行な内側可動板５の対辺近傍部の第１駆動コイル９部分に電磁力を発生させ、内側可動板５を回動させるものであり、第１引出線２１により内側トーションバー４を経由して内側固定部２０上に設けた第１中継端子２２Ａ，２２Ａに接続している。この第１中継端子２２Ａ，２２Ａは、図２に示すように、内側トーションバー４の軸線に直交する内側可動板５の中心線Ｘ近傍部に設けられている。なお、上記中心線Ｘは、後述する外側可動部１７の外側トーションバー２の軸線と略一致するものである。なお、内側可動板５の中央部表面には、光ビームを反射する反射ミラー８が設けられる。反射ミラー８は、例えば、アルミニウムを真空蒸着等により薄膜形成したものである。
【００１８】
上記外側可動部１７は、外側可動板３を該外側可動板３の外方に設けた外側固定部１に外側トーションバー２で回動可能に軸支して構成しており、例えば、上記内側可動部１６のシリコン基板よりも剛性が小さいプラスチック材料で金型成型またはプラスチックの板材を打ち抜き加工して一体的に形成される。上記プラスチック材料としては、例えばポリイミドの材料を適用することができる。なお、プラスチックの剛性は、ガラスファイバーやカーボンファイバー、金属繊維といったフィラー材を添加して調整することができる。
【００１９】
また、上記外側可動部１７は、外側可動板３の上面中央部で図２中に破線で示す枠Ｐ内に、外側トーションバー２の軸方向に対して内側トーションバー４の軸方向が直交するように内側可動部１６を接着して保持しており、外側可動板３を内側可動板５の回動方向と直交する方向に内側可動部１６と一体的に回動させることにより、内側可動板５の回動とあいまって内側可動板５の反射ミラー８で反射される光を二次元方向に走査できるようにしている。なお、内側可動部１６は、外側可動部１７の外側可動板３に接着するのではなく、内側可動部１６を金型内に装填した後、プラスチック樹脂を注入して外側可動部１７を形成するインサート成型により、図３に示すように、両可動部を一体的に形成してもよい。または、外側可動部１７をシリコンで形成し、プラスチック樹脂で形成した内側可動部１６を外側可動部１７の外側可動板３に嵌め込んで固定するアウトサート成型により両可動部を一体化させてもよい。
【００２０】
また、上記外側可動板３の中央部で、上記内側可動板５に対応した部位には、該内側可動板５が回動時に外側可動板３に接触しないように逃部２３が設けられている。該逃部２３は、図２に示すように、穴部でも貫通孔であってもよく、また、図４に示すように、内側可動板５の回動軸Ｙを挟んで両側に設けた溝２４Ａ，２４Ａであってもよい。また、内側可動板５の回動角度が小さくて外側可動板３に接触する虞がない場合には、上記逃部２３は設けなくてもよい。なお、外側可動板３に逃部２３として貫通孔を設けた場合には、反射ミラー８は内側可動板５の裏面に設けてもよい。
【００２１】
そして、図２に示すように、上記外側可動板３には、周縁部に沿って第２駆動コイル６が敷設されている。該第２駆動コイル６は、コイルを流れる電流と後述の静磁界発生手段１９Ａ，１９Ｂから発生する静磁界との相互作用により外側トーションバー２に平行な外側可動板３の対辺近傍部の第２駆動コイル６部分に電磁力を発生させ、該外側可動板３を回動させるものであり、第２引出線２５により一方の外側トーションバー２を経由して上記外側固定部１に設けた外側電極端子７Ａ，７Ａに接続している。また、上記外側可動板３において、外側トーションバー２の回動軸線近傍部には、上記第１駆動コイル９の第１中継端子２２Ａ，２２Ａと対向して第２中継端子２６Ａ，２６Ａが設けられており、第３引出線２７により他方の外側トーションバー２を経由して上記外側固定部１に設けた内側電極端子１０Ａ，１０Ａに接続している。そして、上記第１中継端子２２Ａ，２２Ａと第２中継端子２６Ａ，２６Ａとを、図１に示すように、例えば金等のボンディングワイヤＷでワイヤボンディングして接続する。なお、第１及び第２中継端子２２Ａ，２２Ａ，２６Ａ，２６Ａは、外側可動板３の回動時にボンディングワイヤＷが受けるモーメントを小さくでき、ボンディングワイヤＷの断線を抑制できることから外側トーションバー２の回動軸線近傍部に設ける方が好ましいが、必ずしも外側トーションバー２の回動軸線近傍部に限定されるものではない。
【００２２】
また、外側可動部１７の外側固定部１の外側には、それぞれ静磁界発生手段１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂが、外側可動板３及び内側可動板５を間にして互いに反対磁極を対向させて配置されている。この静磁界発生手段１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂは、例えば、一対の永久磁石であり、静磁界発生手段１８Ａ，１８Ｂは、内側トーションバー４の軸方向に平行な内側可動板５の対辺近傍部の第１駆動コイル９部分を流れる電流に、また静磁界発生手段１９Ａ，１９Ｂは、外側トーションバー２の軸方向に平行な外側可動板３の対辺近傍部の第２駆動コイル６部分を流れる電流にそれぞれ直交する、外側及び内側可動板３，５の面に平行な静磁界を作用させて電磁力を発生させるように機能する。
【００２３】
このような構成のプレーナ型アクチュエータによれば、シリコンからなる剛性の高い内側可動部１６を高い共振周波数で駆動し、プラスチックからなる剛性の小さい外側可動部１７を低い共振周波数で駆動することが可能となり、内側可動部１６と外側可動部１７との共振周波数比を大きくすることができる。したがって、内側可動部１６と外側可動部１７とを駆動制御してレーザ光のラスタ走査が容易に可能となり、レーザ光等を利用した物体検知や画像表示のための光走査装置に好適なプレーナ型アクチュエータが提供できる。また、ポリイミドは剛性が低く、小さい力で所定の位置に可動板を停止させることが可能であるので、外側可動板３をステップ的に回動動作させることが可能となり、レーザ光の水平走査が可能となる。また、ポリイミドは耐衝撃性が良好であり、外側トーションバー２の破壊等に対する耐久性を向上できる。また、内側可動部１６が剛性の高いシリコンで形成されているので、内側可動板５の反り等の変形を抑制でき、光スキャナーに適用した場合には、光の走査精度を向上することができる。さらに、内側可動部をシリコンで形成し、外側可動部をプラスチックで形成した場合には、内側可動部の形状が小さいので１枚のシリコン基板から作る内側可動部の取り数が増え、製造コストを低減できる。また、形状の大きい外側可動部もプラスチック材料で金型成型または打ち抜き加工して容易に製造することができ、製造コストを低減できる。したがって、安価なプレーナ型アクチュエータが提供できる。なお、内側可動部１６をプラスチックで構成し、外側可動部１７をシリコンで構成してもよい。
【００２４】
次に、本発明によるプレーナ型アクチュエータの製造方法を説明する。
先ず、図５及び図６を参照してシリコンからなる内側可動部１６の製造方法を説明する。なお、図５は一連の製造工程のうち、第１駆動コイル９の形成工程までを示し、図６はシリコン基板のエッチング工程を示している。そして、いずれの図も図２のＡ−Ｏ−Ｂ線断面図で示している。
【００２５】
先ず、図５に示すように、工程（ａ）においては、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハのシリコン基板２７を準備する。例えばシリコン基板２７は１００μｍの厚みを有するシリコン活性層２７ａと、１μｍの厚みを有するＳｉＯ₂の中間層２７ｂと、４００μｍの厚みを有するシリコン支持基板２７ｃを積層した構成を有するものである。
【００２６】
次に、工程（ｂ）においては、シリコン基板２７の上下面を熱酸化し１μｍ程度のＳｉＯ₂の絶縁層２７ｄ，２７ｅを形成する。そして、シリコン活性層２７ａ側の絶縁層２７ｄ上に第１駆動コイル９の１層目駆動コイル９ａを形成する。１層目駆動コイル９ａの形成方法は、先ず、シリコン基板２７のほぼ全面に、例えば良電導性の金属としてアルミニウムの薄膜を２μｍ程度の厚みでスパッタリング等の真空成膜技術により形成する。次に、その上にレジストを塗布し、内側可動板５に相当する部分に、１層目駆動コイル９ａ及び２層目駆動コイルとの電気的接続をとるための第１コンタクト部９ｂに相当する部分のレジストを残して、コイル形状のレジストのパターンを形成する。そして、これをマスクとして上記アルミニウムの薄膜をエッチングした後、レジストを除去して１層目駆動コイル９ａ及び第１コンタクト部９ｂを形成する。エッチングはエッチング液を使用して行うウエットエッチングまたは反応性ガスを使用して行うドライエッチングのいずれも適用できる。
【００２７】
また、工程（ｃ）においては、上記１層目駆動コイル９ａの上に感光性ポリイミドの第１絶縁層２８ａを２μｍ程度の厚さで形成する。この場合、上記第１コンタクト部９ｂ上、及び内側トーションバー４に相当する部分の第１引出線２１及び内側固定部２０に相当する部分の図示省略の第１中継端子２２Ａ，２２Ａ（図２参照）に相当する部分を除いて、第１絶縁層２８ａが形成される。さらに、工程（ｂ）と同様にして、シリコン基板２７の全面にアルミニウムの薄膜を２μｍ程度成膜し、これをエッチングして２層目駆動コイル９ｃ、第２コンタクト部９ｄ、第１引出線２１及び図示省略の第１中継端子２２Ａ，２２Ａ（図２参照）を形成する。
【００２８】
次に、工程（ｄ）において、工程（ｃ）と同様にして上記２層目駆動コイル９ｃ、第２コンタクト部９ｄ及び第１引出線２１の上部を覆って感光性ポリイミドの第２絶縁層２８ｂを形成する。これは、２層目駆動コイル９ｃ及び第１引出線２１の腐食防止を目的とする保護膜となるものである。
【００２９】
次に、図６に示すように、シリコン基板２７がエッチングされる。
先ず、工程（ａ）では、シリコン基板２７の内側可動板５、内側トーションバー４及び内側固定部２０に相当する部分をレジストマスクで覆い、シリコン基板２７のＳｉＯ₂の絶縁層２７ｄをエッチングして除去する。さらに、ＳｉＯ₂の絶縁層２７ｄが除かれ剥き出しとなったシリコン活性層２７ａを厚み方向に異方性エッチングする。この場合、エッチングはＳｉＯ₂の中間層２７ｂでストップし、図５に示すように凹部２９が形成され、内側可動板５及び内側トーションバー４並びに内側固定部２０に相当する部分がシリコン支持基板２７ｃで繋がった状態の内側可動部１６が形成される。
【００３０】
さらに工程（ｂ）では、シリコン基板２７の下面側で内側固定部２０に相当する部分をレジストでマスクしＳｉＯ₂の絶縁層２７ｅをエッチングして除去する。さらに露出したシリコン基板２７の支持基板２７ｃをＳｉＯ₂の中間層２７ｂ部まで厚み方向に異方性エッチングする。そして、このエッチングによって露出したＳｉＯ₂の中間層２７ｂをエッチングして除去すれば、図６の凹部２９がシリコン基板２７の上下方向に貫通する。そして、内側可動板５の上面中央部にアルミニウム等の反射膜を真空成膜し反射ミラー８を形成すると、図２に示す内側可動部１６が形成される。
【００３１】
次に、図７〜９を参照して、外側可動部１７の製造工程を説明する。
先ず、図７に示すように、成形金型２９にポリイミドの樹脂３０を流し込み８０℃で乾燥させた後に、４００℃で８時間焼成して硬化させる。成型の型は、焼成後に外側トーションバー２部の厚み及び外側可動板３部分の厚みが所定の厚みとなるように、約１０倍の厚みでできている。そして、焼成後に室温に戻すことで成型金型とポリイミド基板との熱膨張率の差により脱型する。
【００３２】
または、図８に示すように、プラスチックの板材３１を打ち抜き加工して外側可動部１７となるポリイミド基板３２を切り出してもよい。なお、図７及び８には、外側可動板３に設ける逃部２３が図示省略されているが、金型成型する際または打ち抜き加工する際に同時に形成してもよい。
【００３３】
次に、ポリイミド基板３２の上面に、第２駆動コイル６を形成する。この第２駆動コイル６の形成は、図９に示す製造工程により第１駆動コイル９と同様にして行われる。なお、いずれの図も図２のＣ−Ｏ’−Ｄ線断面図で示している。
【００３４】
先ず、工程（ａ）においては、ポリイミド基板３２のほぼ全面に例えば良電導性の金属としてアルミニウムの薄膜を２μｍ程度の厚みでスパッタリング等の真空成膜技術によりまたは銅をめっきにより形成する。次に、その上にレジストを塗布し、外側可動板３の上面に、１層目駆動コイル６ａ、２層目駆動コイルとの電気的接続をとるための第１コンタクト部６ｂ及び図示省略の第２中継端子２６Ａ，２６Ａ（図２参照）に相当する部分のレジストを残して、コイル形状のレジストのパターンを形成する。そして、これをマスクとして上記アルミニウムの薄膜をエッチングした後、レジストを除去して１層目駆動コイル６ａ、第１コンタクト部６ｂ及び図示省略の第２中継端子２６Ａ，２６Ａを形成する。
【００３５】
次に、工程（ｂ）においては、上記１層目駆動コイル６ａの上に感光性ポリイミドの第１絶縁層３３ａを２μｍ程度の厚さで形成する。この場合、上記第１コンタクト部６ｂ上と、図示省略の第２中継端子２６Ａ，２６Ａに相当する部分と、外側トーションバー２から外側固定部１に至る図示省略の第２及び第３引出線２５，２７に相当する部分と、外側固定部１上の図示省略の外側及び内側電極端子７Ａ，７Ａ，１０Ａ，１０Ａ（図２参照）に相当する部分とを除いて、第１絶縁層３３ａが形成される。さらに、工程（ａ）と同様にして、ポリイミド基板３２の全面にアルミニウム等の薄膜を２μｍ程度成膜し、これをエッチングして２層目駆動コイル６ｃと、第２コンタクト部６ｄと、図示省略の第２及び第３引出線２５，２７と、図示省略の外側及び内側電極端子７Ａ，７Ａ，１０Ａ，１０Ａ（図２参照）を形成する。
【００３６】
そして、工程（ｃ）において、工程（ｂ）と同様にして上記２層目駆動コイル６ｃと、第２コンタクト部６ｄと、第２及び第３引出線２５，２７の上部を覆って感光性ポリイミドの第２絶縁層３３ｂを形成する。これにより、外側可動部１７が形成される。
【００３７】
このようにして形成された内側可動部１６と外側可動部１７とは図２中矢印Ｑ方向に接着され、内側可動部１６が外側可動板３の中央部で図２中破線枠Ｐ内に固定して保持される。さらに、図１に示すように第１及び第２中継端子２２Ａ，２２Ａ，２６Ａ，２６ＡをボンディングワイヤＷでワイヤボンディングして第１駆動コイル９に通電可能とし、その後、外側可動部１７の外側固定部１の外方部に、それぞれ静磁界発生手段１８Ａ〜１９Ｂを、外側可動板３と内側可動板５とを間にして互いに反対磁極を対向させて配置する。こうして、図１に示すプレーナ型アクチュエータが完成する。
【００３８】
また、第２駆動コイル６は、上述のようにプラスチック基板３２に形成する方法に限定されず、第２駆動コイル６等の配線をプラスチックの板材３１の所定位置に予め形成しておき、これを打ち抜き加工して第２駆動コイル６等の配線を備えた外側可動部１７を製造してもよい。
【００３９】
さらに、各駆動コイルは前述のように各駆動部を形成する際に個別に形成するものに限られず、内側駆動部１６と外側駆動部１７とを一体化した後に各駆動コイルを形成してもよい。
【００４０】
さらにまた、本発明のプレーナ型アクチュエータは、上述の電磁駆動するものに限られず、静電駆動するものであってもよく、また上述の光スキャナーに限定されず、可動板が直交する二軸の下で回動するプレーナ型アクチュエータであればいかなるものでもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のプレーナ型アクチュエータによれば、内側可動部と外側可動部とをそれぞれ剛性の異なる材料で形成し一体化して構成したことにより、内側可動板と外側可動板とを周波数比の大きいそれぞれ異なる共振周波数で駆動することができる。従って、光スキャナーに適用した場合、内側可動部と外側可動部とを駆動制御してレーザ光のラスタ走査を容易に行うことができる。
【００４２】
また、光スキャナーに適用した場合、内側または外側可動部のいずれか一方を剛性の小さいプラスチック材料で形成することにより、小さい力で所定の位置に可動板を停止させることが可能となり、外側可動板をステップ的に回動動作させることができ、レーザ光の水平走査が可能となる。
【００４３】
さらに、内側可動部をシリコンで形成し、外側可動部をプラスチックで形成した場合には、内側可動部の形状が小さいので１枚のシリコン基板から作る内側可動部の取り数が増え、製造コストを低減できること、また、形状の大きい外側可動部もプラスチック材料で金型成型または打ち抜き加工して容易に製造することができ、製造コストを低減できること、さらには、個別に製造した内側可動部と外側可動部を接合するようにしているので最終製品の製造歩留まりが向上すること等から安価なプレーナ型アクチュエータを提供することができる。
【００４４】
さらにまた、内側可動部をシリコンで形成し、外側可動部をプラスチックで形成した場合には、内側可動板の反り等の変形を抑制でき、光スキャナーに適用したとき光の走査精度が向上し、また外側トーションバーがプラスチックであるので破壊等に対する耐久性を向上することができる。
【００４５】
そして、二次元走査型のプレーナ型アクチュエータをシリコンとプラスチックとの複合構造としているのでシリコン材料のみで製造する場合に比べ、耐振動性、耐衝撃性が向上し、製造歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプレーナ型アクチュエータの実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】内側可動部と外側可動部とを一体化する他の方法を示す中心断面である。
【図４】外側可動部に形成した逃部の他の構成例を示す中心断面図である。
【図５】内側可動部の製造工程のうち、駆動コイルの製造工程を示す説明図である。
【図６】内側可動部の製造工程のうち、シリコン基板のエッチング工程を示す説明図である。
【図７】外側可動部の製造方法で、金型成型による製造方法を示す説明図である。
【図８】図６の他の製造方法を示す説明図である。
【図９】外側可動部の製造工程のうち、駆動コイルの製造工程を示す説明図である。
【図１０】従来技術になる二次元走査型のプレーナ型アクチュエータの構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１…外側固定部
２…外側トーションバー
３…外側可動板
４…内側トーションバー
５…内側可動板
６，９…駆動コイル
１６…内側可動部
１７…外側可動部
１８Ａ〜１９Ｂ…静磁界発生手段
２０…内側固定部
２２Ａ，２６Ａ…中継端子
２３…逃部

Claims

外側可動板を外側固定部に外側トーションバーで回動可能に軸支して備えた外側可動部と、
内側可動板を内側固定部に内側トーションバーで回動可能に軸支して備えた内側可動部と、
前記各可動板を駆動する駆動手段と
を備え、前記外側可動部と内側可動部とを剛性の異なる材料で形成すると共に、前記外側トーションバーの軸方向と前記内側トーションバーの軸方向とが直交するように前記内側可動部を前記外側可動部の外側可動板に固定して構成したことを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。
前記外側可動部と内側可動部のいずれか一方を、剛性を決定する主材料としてシリコンを用いて形成し、他方を、剛性を決定する主材料として前記シリコンより剛性の低い材料を用いて形成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アクチュエータ。
前記内側可動部をシリコンで形成し、前記外側可動部をシリコンより剛性の低い材料で形成したことを特徴とする請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
前記外側可動部をプラスチックで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アクチュエータ。
前記内側可動部を、前記外側可動板の上面に接着した構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
前記内側可動部を、前記外側可動板に嵌め込んで構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
内側可動板が回動時に前記外側可動板に接触しないよう、該外側可動板の前記内側可動板に対応した部位に逃部を設けたことを特徴とする請求項１〜６に記載のプレーナ型アクチュエータ。
前記駆動手段は、前記各可動板にそれぞれ敷設した駆動コイルと、前記各駆動コイルに静磁界を作用する静磁界発生手段とを備え、前記各駆動コイルに電流を流すことにより発生する電磁力により前記各可動板をそれぞれ駆動する構成であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のプレーナ型アクチュエータ。
前記内側可動板に敷設した駆動コイルを、前記外側可動板の回動軸線近傍部から前記外側トーションバーを経由して外部に引出すように構成したことを特徴とする請求項８に記載のプレーナ型アクチュエータ。
前記内側可動板に敷設した駆動コイルの中継端子を、前記外側可動板の回動軸線近傍部で前記内側固定部と前記外側可動板とに設け、該各中継端子をそれぞれワイヤボンディングしたことを特徴とする請求項９に記載のプレーナ型アクチュエータ。