JP4775165B2 - Actuator - Google Patents

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Description

本発明は、アクチュエータに関するものである。   The present invention relates to an actuator.

例えば、レーザープリンタやディスプレイ等にて光走査により描画を行うための光スキャナとして、捩り振動子で構成されたアクチュエータを用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1には、1自由度振動系の捩り振動子を備えるアクチュエータが開示されている。このようなアクチュエータは、1自由度振動系の捩り振動子として、質量部を捩りバネにより支持した構造を有している。そして、質量部上には光反射性を有する光反射部が設けられており、捩りバネを捩れ変形させながら質量部を回動駆動させて、光反射部で光を反射し走査する。これにより、光走査により描画を行うことができる。
For example, an optical scanner for performing drawing by optical scanning with a laser printer, a display, or the like is known that uses an actuator composed of a torsional vibrator (see, for example, Patent Document 1).
Patent Document 1 discloses an actuator including a torsional vibrator having a one-degree-of-freedom vibration system. Such an actuator has a structure in which a mass portion is supported by a torsion spring as a torsional vibrator of a one-degree-of-freedom vibration system. A light reflecting portion having light reflectivity is provided on the mass portion, and the mass portion is rotationally driven while torsionally deforming the torsion spring, and the light reflecting portion reflects and scans the light. Thereby, drawing can be performed by optical scanning.

特許文献1にかかるアクチュエータにあっては、直線状をなす捩りバネ上に、長手形状をなすp型の拡散抵抗が形成されている。そして、捩りバネを捩れ変形させながら質量部を回動させ、拡散抵抗の比抵抗値の変化量に基づき、質量部の回動角を検知する。このような検知結果に基づいて質量部を回動駆動することにより、質量部の挙動を所望のものとすることができる。ここで、拡散抵抗の比抵抗値変化は、捩りバネの捩り変形に伴う拡散抵抗の曲げ変形により、拡散抵抗に引張応力または圧縮応力が生じることによるものである。
しかしながら、捩りバネ上に生じる応力は引張応力や圧縮応力よりもせん断応力が支配的であるため、特許文献1にかかるアクチュエータのように、捩りバネ上の引張応力や圧縮応力を検出する構造では、拡散抵抗の比抵抗値変化が小さく、検知精度が低くなってしまうという問題があった。
In the actuator according to Patent Document 1, a p-type diffusion resistor having a longitudinal shape is formed on a linear torsion spring. Then, the mass portion is rotated while torsionally deforming the torsion spring, and the rotation angle of the mass portion is detected based on the amount of change in the specific resistance value of the diffusion resistance. By rotating the mass unit based on such a detection result, the behavior of the mass unit can be made desired. Here, the change in the specific resistance value of the diffusion resistance is due to a tensile stress or a compressive stress generated in the diffusion resistance due to the bending deformation of the diffusion resistance accompanying the torsional deformation of the torsion spring.
However, since the stress generated on the torsion spring is dominated by the shear stress rather than the tensile stress and the compressive stress, in the structure for detecting the tensile stress and the compressive stress on the torsion spring as in the actuator according to Patent Document 1, There was a problem that the change in the specific resistance value of the diffused resistor was small and the detection accuracy was low.

特開2002−116403号公報(段落0014等参照。)JP 2002-116403 A (see paragraph 0014 and the like)

本発明の目的は、高精度に質量部の挙動を検知し、質量部の挙動を所望のものとすることができるアクチュエータを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an actuator capable of detecting the behavior of the mass part with high accuracy and making the behavior of the mass part desired.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、板状をなす1対の第1の質量部と、
前記1対の第1の質量部の間に設けられ、板状をなす第2の質量部と、
支持部と、
前記支持部に対して前記1対の第1の質量部を回動可能とするように、前記支持部と前記1対の第1の質量部とを連結する弾性変形可能な1対の第1の弾性部と、
前記第2の質量部を前記1対の第1の質量部に対して回動可能とするように、前記1対の第1の質量部と前記第2の質量部とを連結する弾性変形可能な1対の第2の弾性部と、
前記第2の質量部の挙動を検知する挙動検知手段と
前記挙動検知手段の検知結果に基づいて、前記各第1の弾性部を捩れ変形させながら前記各第1の質量部を回動させ、これに伴い、前記各第2の弾性部を捩れ変形させながら前記第2の質量部を回動させる駆動手段とを有するアクチュエータであって、
前記1対の第1の質量部と前記第2の質量部と前記支持部と前記1対の第1の弾性部と前記1対の第2の弾性部とは、(001)面のp型シリコン単結晶基板を加工することにより一体的に形成され、かつ、前記各第1の弾性部および前記各第2の弾性部は、前記p型シリコン単結晶基板の<110>方向に沿って延在しており、
前記挙動検知手段は、前記1対の第2の弾性部のうちの少なくとも一方の第2の弾性部上の長手方向での端部に設けられたn型の抵抗領域を備えるピエゾ抵抗素子を有し、該ピエゾ抵抗素子の比抵抗値の変化に基づいて、前記第2の質量部の挙動を検知するように構成されていることを特徴とする。
これにより、抵抗領域の結晶方位と第2の弾性部の延在方向(第2の質量部の回動中心軸方向)との関係が最適化され、第2の質量部の回動に伴って第2の弾性部上に生じたせん断応力により抵抗領域の比抵抗値が大きく変化する。そのため、抵抗領域の比抵抗値に基づき、高精度に第2の質量部の挙動を検知し、第2の質量部の挙動を所望のものとすることができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The actuator of the present invention includes a pair of first mass parts that form a plate shape,
Provided between the first mass of the pair, and the second mass to form a plate shape,
A support part;
A pair of elastically deformable first pairs that connect the support portion and the pair of first mass portions such that the pair of first mass portions are rotatable with respect to the support portion. The elastic part of
Elastically deformable to connect the pair of first mass parts and the second mass part so that the second mass parts can rotate with respect to the pair of first mass parts. A pair of second elastic portions;
Behavior detecting means for detecting the behavior of the second mass part ;
Based on the detection result of the behavior detecting means, the first mass portions are rotated while twisting and deforming the first elastic portions, and accordingly, the second elastic portions are twisted and deformed. An actuator having a driving means for rotating the second mass part ,
The pair of first mass parts, the second mass part, the support part, the pair of first elastic parts, and the pair of second elastic parts are (001) plane p-type. The silicon single crystal substrate is integrally formed by processing, and the first elastic portions and the second elastic portions extend along the <110> direction of the p-type silicon single crystal substrate. Exist,
The behavior detecting means, have a piezoresistive element comprising an n-type resistance region provided at an end portion of at least one of the second longitudinal direction on the elastic portion of the second elastic portion of said pair And it is comprised so that the behavior of the said 2nd mass part may be detected based on the change of the specific resistance value of this piezoresistive element.
Thereby, the relationship between the crystal orientation of the resistance region and the extending direction of the second elastic portion ( the rotation center axis direction of the second mass portion) is optimized, and with the rotation of the second mass portion. The specific resistance value of the resistance region changes greatly due to the shear stress generated on the second elastic portion. Therefore, the behavior of the second mass part can be detected with high accuracy based on the specific resistance value of the resistance region, and the behavior of the second mass part can be made as desired.

本発明のアクチュエータは、板状をなす1対の第1の質量部と、
前記1対の第1の質量部の間に設けられ、板状をなす第2の質量部と、
支持部と、
前記支持部に対して前記1対の第1の質量部を回動可能とするように、前記支持部と前記1対の第1の質量部とを連結する弾性変形可能な1対の第1の弾性部と、
前記第2の質量部を前記1対の第1の質量部に対して回動可能とするように、前記1対の第1の質量部と前記第2の質量部とを連結する弾性変形可能な1対の第2の弾性部と、
前記第2の質量部の挙動を検知する挙動検知手段と
前記挙動検知手段の検知結果に基づいて、前記各第1の弾性部を捩れ変形させながら前記各第1の質量部を回動させ、これに伴い、前記各第2の弾性部を捩れ変形させながら前記第2の質量部を回動させる駆動手段とを有するアクチュエータであって、
前記1対の第1の質量部と前記第2の質量部と前記支持部と前記1対の第1の弾性部と前記1対の第2の弾性部とは、(001)面のn型シリコン単結晶基板を加工することにより一体的に形成され、かつ、前記各第1の弾性部および前記各第2の弾性部は、前記n型シリコン単結晶基板の<100>方向または<010>方向に沿って延在しており、
前記挙動検知手段は、前記1対の第2の弾性部のうちの少なくとも一方の第2の弾性部上の長手方向での端部に設けられたp型の抵抗領域を備えるピエゾ抵抗素子を有し、該ピエゾ抵抗素子の比抵抗値の変化に基づいて、前記第2の質量部の挙動を検知するように構成されていることを特徴とする。
これにより、抵抗領域の結晶方位と第2の弾性部の延在方向(第2の質量部の回動中心軸方向)との関係が最適化され、第2の質量部の回動に伴って第2の弾性部上に生じたせん断応力により抵抗領域の比抵抗値が大きく変化する。そのため、抵抗領域の比抵抗値に基づき、高精度に第2の質量部の挙動を検知し、第2の質量部の挙動を所望のものとすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記駆動手段が、前記第1の弾性部を捩れ変形させながら前記第1の質量部を回動させ、これに伴い、前記第2の弾性部を捩れ変形させながら前記第2の質量部を回動させるので、駆動電圧を低減しつつ、質量部の振れ角を大きいものとすることができる。
また、本発明のアクチュエータでは、前記ピエゾ抵抗素子が前記第2の弾性部上に設けられているので、質量部の回動に伴うピエゾ抵抗素子の比抵抗値の変化量を大きくして、質量部の挙動を高精度に検知することができる。これは、一般に、第2の質量部の振れ角は第1の質量部の振れ角よりも大きく、また、第2の弾性部の捩れ変形量は第1の弾性部の捩れ変形量よりも大きいからである。
さらに、本発明のアクチュエータでは、前記ピエゾ抵抗素子が前記第2の弾性部の長手方向での端部に設けられ、第2の弾性部の捩れ変形により第2の弾性部上に生じるせん断応力は、第2の弾性部の長手方向での中央部から端部に向け大きくなっている。そのため、質量部の回動角に対するピエゾ抵抗素子の比抵抗値の変化量を大きくして、質量部の検知精度の向上を図ることができる。
The actuator of the present invention includes a pair of first mass parts that form a plate shape,
Provided between the first mass of the pair, and the second mass to form a plate shape,
A support part;
A pair of elastically deformable first pairs that connect the support portion and the pair of first mass portions such that the pair of first mass portions are rotatable with respect to the support portion. The elastic part of
Elastically deformable to connect the pair of first mass parts and the second mass part so that the second mass parts can rotate with respect to the pair of first mass parts. A pair of second elastic portions;
Behavior detecting means for detecting the behavior of the second mass part ;
Based on the detection result of the behavior detecting means, the first mass portions are rotated while twisting and deforming the first elastic portions, and accordingly, the second elastic portions are twisted and deformed. An actuator having a driving means for rotating the second mass part ,
The pair of first mass portions, the second mass portion, the support portion, the pair of first elastic portions, and the pair of second elastic portions are (001) plane n-type. The silicon single crystal substrate is integrally formed by processing, and each of the first elastic portion and each of the second elastic portions is in the <100> direction or <010> of the n-type silicon single crystal substrate. Extending along the direction,
The behavior detecting means, have the piezoresistive element comprises a p-type resistance region provided at an end portion of at least one of the second longitudinal direction on the elastic portion of the second elastic portion of said pair And it is comprised so that the behavior of the said 2nd mass part may be detected based on the change of the specific resistance value of this piezoresistive element.
Thereby, the relationship between the crystal orientation of the resistance region and the extending direction of the second elastic portion ( the rotation center axis direction of the second mass portion) is optimized, and with the rotation of the second mass portion. The specific resistance value of the resistance region changes greatly due to the shear stress generated on the second elastic portion. Therefore, the behavior of the second mass part can be detected with high accuracy based on the specific resistance value of the resistance region, and the behavior of the second mass part can be made as desired.
In the actuator according to the aspect of the invention, the driving unit rotates the first mass portion while twisting and deforming the first elastic portion, and accordingly, the first elastic portion is twisted and deformed while the second elastic portion is twisted. Since the second mass portion is rotated, the deflection angle of the mass portion can be increased while reducing the driving voltage.
In the actuator of the present invention, since the piezoresistive element is provided on the second elastic portion, the amount of change in the specific resistance value of the piezoresistive element accompanying the rotation of the mass portion is increased, and the mass The behavior of the part can be detected with high accuracy. In general, the deflection angle of the second mass part is larger than the deflection angle of the first mass part, and the torsional deformation amount of the second elastic part is larger than the torsional deformation amount of the first elastic part. Because.
Further, in the actuator according to the present invention, the piezoresistive element is provided at an end portion in the longitudinal direction of the second elastic portion, and a shear stress generated on the second elastic portion due to torsional deformation of the second elastic portion is The second elastic portion increases from the central portion toward the end in the longitudinal direction. Therefore, the change amount of the specific resistance value of the piezoresistive element with respect to the rotation angle of the mass part can be increased to improve the detection accuracy of the mass part.

本発明のアクチュエータでは、前記抵抗領域は、前記第2の弾性部表面に不純物をドーピングすることにより形成されたものであることが好ましい。
これにより、比較的簡単に、抵抗領域の結晶方位を所望のものとすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記ピエゾ抵抗素子は、前記抵抗領域上に前記第2の質量部の回動中心軸に対し直角な方向に並接された1対の入力電極と、前記抵抗領域上に前記回動中心軸方向に並接された1対の出力電極とを有し、前記1対の入力電極を介して前記抵抗領域に電界を印加しつつ、前記1対の出力電極を介して前記抵抗領域の比抵抗値を検知するように構成されていることが好ましい。
これにより、質量部の回動量に対する抵抗領域の比抵抗値変化を1対の出力電極間における電圧値変化として検知するとともに、その電圧値変化を弾性部上のせん断応力のみによるものとすることができる。そのため、より高精度に質量部の挙動を検知し、質量部の挙動をより確実に所望のものとすることができる。
In the actuator of the present invention, it is preferable that the resistance region is formed by doping impurities on the surface of the second elastic portion.
Thereby, the crystal orientation of the resistance region can be set to a desired one relatively easily.
In the actuator of the present invention, the piezoresistive element includes a pair of input electrodes juxtaposed on the resistance region in a direction perpendicular to the rotation center axis of the second mass unit, and the resistance region. A pair of output electrodes juxtaposed in the direction of the central axis of rotation, while applying an electric field to the resistance region via the pair of input electrodes, and via the pair of output electrodes It is preferable to be configured to detect the specific resistance value of the resistance region.
As a result, the specific resistance value change in the resistance region with respect to the rotation amount of the mass part is detected as a voltage value change between the pair of output electrodes, and the voltage value change is caused only by the shear stress on the elastic part. it can. Therefore, the behavior of the mass portion can be detected with higher accuracy, and the behavior of the mass portion can be made more surely desired.

本発明のアクチュエータでは、前記出力電極は、差動増幅回路に接続されていることが好ましい。
これにより、ピエゾ抵抗素子の比抵抗値変化(電圧値変化)を高精度に(高感度で)検知することができる。その結果、より高精度に質量部の挙動を検知することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記ピエゾ抵抗素子は、前記第2の質量部の一方の面側にて各前記第2の弾性部上に設けられており、1対の前記ピエゾ抵抗素子のうちの一方のピエゾ抵抗素子における電界の方向と他方のピエゾ抵抗素子における電界の方向とが互いに同方向であることが好ましい。
これにより、ピエゾ抵抗素子の比抵抗値変化を電圧値変化としてより高精度に(高感度で)検知することができる。その結果、さらに高精度に質量部の挙動を検知することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the output electrode is connected to a differential amplifier circuit.
Thereby, a change in specific resistance value (voltage value change) of the piezoresistive element can be detected with high accuracy (with high sensitivity). As a result, the behavior of the mass part can be detected with higher accuracy.
In the actuator according to the aspect of the invention, the piezoresistive element is provided on each second elastic part on one surface side of the second mass part, and one of the pair of piezoresistive elements. The direction of the electric field in the piezoresistive element is preferably the same as the direction of the electric field in the other piezoresistive element.
Thereby, the change in the specific resistance value of the piezoresistive element can be detected with higher accuracy (with high sensitivity) as the voltage value change. As a result, the behavior of the mass part can be detected with higher accuracy.

本発明のアクチュエータでは、1対の前記ピエゾ抵抗素子は、互いに前記第2の質量部に対して対称に設けられていることが好ましい。
これにより、ピエゾ抵抗素子の比抵抗値変化を電圧値変化としてさらに高精度に(高感度で)検知することができる。その結果、極めて高精度に質量部の挙動を検知することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the pair of piezoresistive elements is provided symmetrically with respect to the second mass portion.
Thereby, a change in the specific resistance value of the piezoresistive element can be detected as a voltage value change with higher accuracy (with high sensitivity). As a result, the behavior of the mass portion can be detected with extremely high accuracy.

本発明のアクチュエータでは、前記第2の質量部は、光反射部が設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータを光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光学デバイスに適用することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the second mass portion is provided with a light reflecting portion.
Thereby, the actuator can be applied to an optical device such as an optical scanner, an optical attenuator, or an optical switch.

以下、本発明のアクチュエータの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
<第1参考例
まず、本発明のアクチュエータの第1参考例を説明する。
図1は、本発明のアクチュエータの第1参考例を示す平面図、図2は、図1中のA−A線断面図、図3は、図1中のB−B線断面図、図4は、図1に示すアクチュエータの第2の質量部および第2の弾性部を示す部分拡大斜視図、図5および図6は、それぞれ、図1に示すアクチュエータに備えられたピエゾ抵抗素子を説明するための図、図7は、(001)面シリコン基板における結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示す図、図8は、図1に示すアクチュエータの制御系の概略構成を示す図、図9は、図1に示すアクチュエータの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図、図10は、図1に示すアクチュエータの駆動電圧として交流電圧を用いた場合における交流電圧の周波数と、第1の質量部および第2の質量部のそれぞれの振幅との関係を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図1中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図2中および図3中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an actuator of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First Reference Example >
First, a first reference example of the actuator of the present invention will be described.
1 is a plan view showing a first reference example of the actuator of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 5 is a partially enlarged perspective view showing a second mass part and a second elastic part of the actuator shown in FIG. 1, and FIGS. 5 and 6 illustrate a piezoresistive element provided in the actuator shown in FIG. 1, respectively. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the crystal orientation and the piezoresistance coefficient in the (001) plane silicon substrate, FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the actuator control system shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 10 is a diagram showing an example of the voltage waveform of the drive voltage of the actuator shown in FIG. 1. FIG. 10 shows the frequency of the AC voltage when the AC voltage is used as the drive voltage of the actuator shown in FIG. Relationship with amplitude of each second mass part It is a graph showing. In the following, for convenience of explanation, the front side of the page in FIG. 1 is referred to as “up”, the back side of the page is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”. The upper side is called “upper”, the lower side is called “lower”, the right side is called “right”, and the left side is called “left”.

アクチュエータ1は、図1ないし図3に示すような2自由度振動系を有する基体2と、この基体2を支持する支持基板3とを有している。
基体2は、1対の第1の質量部(駆動部)21、22と、1対の支持部23、24と、第2の質量部(可動部)25と、1対の第1の弾性部26、27と、1対の第2の弾性部28、29と、1対の電極32、33とを備えている。ここで、第1の質量部21、22と第1の弾性部26、27と第2の弾性部28、29とは、質量部である第2の質量部25を支持部23、24に対し回動可能とするように、第2の質量部25と支持部23、24とを連結する1対の弾性部である。
The actuator 1 has a base 2 having a two-degree-of-freedom vibration system as shown in FIGS. 1 to 3 and a support substrate 3 that supports the base 2.
The base body 2 includes a pair of first mass units (drive units) 21 and 22, a pair of support units 23 and 24, a second mass unit (movable unit) 25, and a pair of first elastic members. Parts 26 and 27, a pair of second elastic parts 28 and 29, and a pair of electrodes 32 and 33. Here, the first mass parts 21, 22, the first elastic parts 26, 27 and the second elastic parts 28, 29 are different from the second mass part 25, which is a mass part, with respect to the support parts 23, 24. It is a pair of elastic parts that connect the second mass part 25 and the support parts 23 and 24 so as to be rotatable.

このようなアクチュエータ1にあっては、1対の電極32、33に電圧を印加することにより、1対の第1の弾性部26、27を捩れ変形させながら1対の第1の質量部21、22を回動させ、これに伴って、1対の第2の弾性部28、29を捩れ変形させながら第2の質量部25を回動させる。このとき、1対の第1の質量部21、22および第2の質量部25は、それぞれ、図1に示す回動中心軸Xを中心にして回動する。   In such an actuator 1, by applying a voltage to the pair of electrodes 32 and 33, the pair of first elastic portions 26 and 27 is twisted and deformed, and the pair of first mass portions 21 is formed. , 22 is rotated, and the second mass portion 25 is rotated while twisting and deforming the pair of second elastic portions 28, 29. At this time, the pair of first mass parts 21 and 22 and the second mass part 25 rotate about the rotation center axis X shown in FIG.

1対の第1の質量部21、22は、それぞれ、板状をなし、互いにほぼ同一寸法でほぼ同一形状をなしている。
また、第1の質量部21の平面視にて回動中心軸Xに直角な方向での両端部(回動中心軸Xからの遠位側の両端部)には、櫛歯状をなす櫛歯状電極部211、212が設けられている。これと同様に、第1の質量部22の平面視にて回動中心軸Xに直角な方向での両端部(回動中心軸Xからの遠位側の両端部)には、櫛歯状をなす櫛歯状電極部221、222が設けられている。
The pair of first mass portions 21 and 22 each have a plate shape, and have substantially the same dimensions and the same shape.
Further, combs having a comb-tooth shape are formed at both ends (both ends on the distal side from the rotation center axis X) in a direction perpendicular to the rotation center axis X in a plan view of the first mass unit 21. Toothed electrode portions 211 and 212 are provided. Similarly, both ends in the direction perpendicular to the rotation center axis X in the plan view of the first mass portion 22 (both ends on the distal side from the rotation center axis X) are comb-like. Comb-like electrode portions 221 and 222 are provided.

また、1対の質量部21、22の間には、第2の質量部25が設けられており、1対の質量部21、22は、図1における平面視にて、第2の質量部25を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。
第2の質量部25は、板状をなし、その板面に光反射部251が設けられている。これにより、アクチュエータ1を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光デバイスに適用することができる。
このような第1の質量部21、22および第2の質量部25にあっては、第1の質量部21、22が第1の弾性部26、27を介して支持部23、24に接続され、第2の質量部25が第2の弾性部28、29を介して第1の質量部21、22に接続されている。
Moreover, the 2nd mass part 25 is provided between the pair of mass parts 21 and 22, and the pair of mass parts 21 and 22 is the second mass part in a plan view in FIG. 25 is provided so as to be substantially symmetrical with respect to 25.
The second mass unit 25 has a plate shape, and a light reflection unit 251 is provided on the plate surface. Thereby, the actuator 1 can be applied to optical devices such as an optical scanner, an optical attenuator, and an optical switch.
In such first mass parts 21, 22 and second mass part 25, the first mass parts 21, 22 are connected to the support parts 23, 24 via the first elastic parts 26, 27. The second mass portion 25 is connected to the first mass portions 21 and 22 via the second elastic portions 28 and 29.

第1の弾性部26は、第1の質量部21を支持部23に対して回動可能とするように、第1の質量部21と支持部23とを連結している。これと同様に、第1の弾性部27は、第1の質量部22を支持部24に対して回動可能とするように、第1の質量部22と支持部24とを連結している。
第2の弾性部28は、第2の質量部25を第1の質量部21に対して回動可能とするように、第2の質量部25と第1の質量部21とを連結している。これと同様に、第2の弾性部29は、第2の質量部25を第1の質量部22に対して回動可能とするように、第2の質量部25と第1の質量部22とを連結している。
The first elastic portion 26 connects the first mass portion 21 and the support portion 23 so that the first mass portion 21 can be rotated with respect to the support portion 23. Similarly, the first elastic portion 27 connects the first mass portion 22 and the support portion 24 so that the first mass portion 22 can be rotated with respect to the support portion 24. .
The second elastic portion 28 connects the second mass portion 25 and the first mass portion 21 so that the second mass portion 25 can be rotated with respect to the first mass portion 21. Yes. Similarly, the second elastic portion 29 is configured so that the second mass portion 25 and the first mass portion 22 are configured so that the second mass portion 25 can be rotated with respect to the first mass portion 22. Are linked.

各第1の弾性部26、27および各第2の弾性部28、29は、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸(回転軸)Xとして、第1の質量部21、22が支持部23、24に対して、また、第2の質量部25が第1の質量部21、22に対して回動可能となっている。
このように、基体2は、第1の質量部21、22と第1の弾性部26、27とで構成された第1の振動系と、第2の質量部25と第2の弾性部28、29とで構成された第2の振動系とを有する。すなわち、基体2は、第1の振動系および第2の振動系からなる2自由度振動系を有する。
The first elastic portions 26 and 27 and the second elastic portions 28 and 29 are provided coaxially. The first mass portions 21 and 22 are set with the rotation central axis (rotation axis) X as the first elastic portions 26 and 27 and the second elastic portions 28 and 29. The second mass portion 25 is rotatable with respect to the support portions 23 and 24 and the second mass portion 25 is rotatable with respect to the first mass portions 21 and 22.
As described above, the base 2 includes the first vibration system including the first mass parts 21 and 22 and the first elastic parts 26 and 27, the second mass part 25, and the second elastic part 28. , 29 and a second vibration system. That is, the base body 2 has a two-degree-of-freedom vibration system including a first vibration system and a second vibration system.

このような2自由度振動系は、基体2の全体の厚さよりも薄く形成されているとともに、図2および図3にて上下方向で基体2の上部に位置している。換言すれば、基体2には、基体2の全体の厚さよりも薄い部分が形成されており、この薄い部分に異形孔が形成されることにより、第1の質量部21、22と第2の質量部25と第1の弾性部26、27と第2の弾性部28、29とが形成されている。   Such a two-degree-of-freedom vibration system is formed thinner than the entire thickness of the base 2 and is located above the base 2 in the vertical direction in FIGS. 2 and 3. In other words, the base 2 is formed with a portion thinner than the entire thickness of the base 2, and the odd-shaped holes are formed in the thin portion, whereby the first mass parts 21, 22 and the second mass are formed. The mass portion 25, the first elastic portions 26 and 27, and the second elastic portions 28 and 29 are formed.

参考例では、前記薄肉部の上面が支持部23、24の上面と同一面上に位置することにより、前記薄い部分の下方には、各質量部21、22、25の回動のための空間(凹部)30が形成されている。
このような基体2は、後述するように、(001)面のp型シリコン単結晶基板またはn型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである。すなわち、第1の質量部21、22と、第2の質量部25と、支持部23、24と、第1の弾性部26、27と、第2の弾性部28、29とは、(001)面のp型シリコン単結晶基板またはn型シリコン単結晶基板を加工することにより一体的に形成されたものである。
In the present reference example , the upper surface of the thin portion is positioned on the same plane as the upper surfaces of the support portions 23 and 24, so that the mass portions 21, 22, and 25 are rotated below the thin portion. A space (concave portion) 30 is formed.
Such a substrate 2 is formed by processing a (001) plane p-type silicon single crystal substrate or an n-type silicon single crystal substrate, as will be described later. That is, the first mass parts 21 and 22, the second mass part 25, the support parts 23 and 24, the first elastic parts 26 and 27, and the second elastic parts 28 and 29 are (001 ) Surface p-type silicon single crystal substrate or n-type silicon single crystal substrate is integrally formed.

そして、基体2が(001)面のp型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、第1の弾性部26、27および第2の弾性部28、29は、それぞれ、(001)面のp型シリコン単結晶基板の<110>方向に沿って延在している。一方、基体2が(001)面のn型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、第1の弾性部26、27および第2の弾性部28、29は、(001)面のn型シリコン単結晶基板の<100>方向または<010>方向に沿って延在している。   When the base 2 is formed by processing a (001) plane p-type silicon single crystal substrate, the first elastic portions 26 and 27 and the second elastic portions 28 and 29 are respectively It extends along the <110> direction of the (001) plane p-type silicon single crystal substrate. On the other hand, when the base 2 is formed by processing a (001) -plane n-type silicon single crystal substrate, the first elastic portions 26 and 27 and the second elastic portions 28 and 29 are (001 ) Plane extending along the <100> direction or the <010> direction of the n-type silicon single crystal substrate.

なお、基体2は、SOI基板等の積層構造を有する基板から、第1の質量部21、22と、第2の質量部25と、支持部23、24と、第1の弾性部26、27と、第2の弾性部28、29と、電極32、33とを形成したものであってもよい。その際、第1の質量部21、22と、第2の質量部25と、支持部23、24の一部と、第1の弾性部26、27と、第2の弾性部28、29とが一体的となるように、これらを積層構造の基板の1つの層で構成するのが好ましい。   The base 2 is made of a substrate having a laminated structure, such as an SOI substrate, from the first mass parts 21, 22, the second mass part 25, the support parts 23, 24, and the first elastic parts 26, 27. Alternatively, the second elastic portions 28 and 29 and the electrodes 32 and 33 may be formed. In that case, the 1st mass parts 21 and 22, the 2nd mass part 25, a part of support parts 23 and 24, the 1st elastic parts 26 and 27, and the 2nd elastic parts 28 and 29, Are preferably formed of one layer of a substrate having a laminated structure.

前述した第2の弾性部28の上面には、図1および図4に示すように、その長手方向に沿ってピエゾ抵抗素子41が設けられている。これと同様に、図1および図4に示すように、第2の弾性部29の上面には、その長手方向に沿ってピエゾ抵抗素子42が設けられている。
より具体的には、ピエゾ抵抗素子41は、第2の質量部25の平面視にて、回動中心軸X方向における第2の弾性部28の中央部に設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 4, a piezoresistive element 41 is provided on the upper surface of the second elastic portion 28 described above along the longitudinal direction thereof. Similarly, as shown in FIGS. 1 and 4, a piezoresistive element 42 is provided on the upper surface of the second elastic portion 29 along the longitudinal direction thereof.
More specifically, the piezoresistive element 41 is provided in the central portion of the second elastic portion 28 in the rotation central axis X direction in the plan view of the second mass portion 25.

このピエゾ抵抗素子41は、図5および図6に示すように、第2の弾性部28上に設けられたn型またはp型の不純物の拡散あるいはイオン注入により形成された抵抗領域411と、抵抗領域411上に回動中心軸Xに対し直角な方向に並接された1対の入力電極412、413と、抵抗領域411上に回動中心軸X方向に並接された1対の出力電極414、415とを有している。   As shown in FIGS. 5 and 6, the piezoresistive element 41 includes a resistance region 411 formed by diffusion or ion implantation of an n-type or p-type impurity provided on the second elastic portion 28, and a resistance. A pair of input electrodes 412 and 413 juxtaposed in a direction perpendicular to the rotation center axis X on the region 411 and a pair of output electrodes juxtaposed in the direction of the rotation center axis X on the resistance region 411 414, 415.

抵抗領域411は、第2の弾性部28表面に不純物をドーピングすることにより形成されたものである。より具体的には、基体2が(001)面のp型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、第2の弾性部28表面にリンなどの不純物をドーピングすることにより形成されたn型シリコン単結晶(n型抵抗領域)である。一方、基体2が(001)面のn型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、第2の弾性部28表面にボロンなどの不純物をドーピングすることにより形成されたp型シリコン単結晶(p型抵抗領域)である。   The resistance region 411 is formed by doping impurities on the surface of the second elastic portion 28. More specifically, when the base 2 is formed by processing a (001) plane p-type silicon single crystal substrate, the surface of the second elastic portion 28 is doped with an impurity such as phosphorus. It is the formed n-type silicon single crystal (n-type resistance region). On the other hand, when the base 2 is formed by processing a (001) plane n-type silicon single crystal substrate, p formed by doping impurities such as boron on the surface of the second elastic portion 28. Type silicon single crystal (p-type resistance region).

そして、基体2が(001)面のp型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域411の<110>方向(すなわち、回動中心軸X方向)に沿って、第2の弾性部28が延在している。一方、基体2が(001)面のn型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域411の<100>方向または<010>方向(すなわち、回動中心軸X方向)に沿って、第2の弾性部28が延在している。
このような結晶方位に沿って第2の弾性部28が延在していると、第2の弾性部28の捩れ変形により抵抗領域411にせん断応力が生じたとき、抵抗領域411の比抵抗値の変化率を最も大きくすることができる。
When the base 2 is formed by processing a (001) -plane p-type silicon single crystal substrate, along the <110> direction of the resistance region 411 (that is, the rotation center axis X direction). The second elastic portion 28 extends. On the other hand, when the base 2 is formed by processing an (001) -plane n-type silicon single crystal substrate, the <100> direction or <010> direction (that is, the rotation center axis X of the resistance region 411). The second elastic portion 28 extends along (direction).
When the second elastic portion 28 extends along such a crystal orientation, when a shear stress is generated in the resistance region 411 due to torsional deformation of the second elastic portion 28, the specific resistance value of the resistance region 411 is obtained. The rate of change can be maximized.

ここで、抵抗領域411における結晶方位と比抵抗値の変化率との関係を説明する。
第2の弾性部28が捩れ変形すると、第2の弾性部28の上面には引張応力や圧縮応力よりもせん断応力が支配的に生じる。これにより、抵抗領域411にせん断応力が生じる。
一方、シリコン単結晶(立方晶)にせん断応力τxyが生じたとき、シリコン単結晶における比抵抗の変化率Δρxy/ρは、次の式(1)のように表される。
Here, the relationship between the crystal orientation in the resistance region 411 and the change rate of the specific resistance value will be described.
When the second elastic portion 28 is torsionally deformed, shear stress is predominantly generated on the upper surface of the second elastic portion 28 rather than tensile stress or compressive stress. Thereby, a shear stress is generated in the resistance region 411.
On the other hand, when the shear stress τ xy is generated in the silicon single crystal (cubic crystal), the specific resistance change rate Δρ xy / ρ 0 in the silicon single crystal is expressed by the following equation (1).

Δρxy/ρ=πτxy・・・(1)
ここで、πは、ピエゾ抵抗係数である。
式(1)から明らかなように、一定のせん断応力τxyのもとでは、ピエゾ抵抗係数πが大きいほど、シリコン単結晶における比抵抗の変化率Δρxy/ρが大きくなる。すなわち、ピエゾ抵抗係数πが大きいほど、シリコン単結晶に生じたせん断応力τxyに対しシリコン単結晶の比抵抗値が大きく変化する。
ピエゾ抵抗係数はシリコン単結晶の結晶構造による異方性を有しており、シリコン単結晶がp型である場合には、ピエゾ抵抗係数πは、図7(a)に示すように、<010>方位または<100>方位で最大となる。一方、シリコン単結晶がn型である場合には、ピエゾ抵抗係数πは、図7(b)に示すように、<110>方位で最大となる。
Δρ xy / ρ 0 = π s τ xy (1)
Here, π s is a piezoresistance coefficient.
As apparent from the equation (1), under a constant shear stress τ xy , the specific resistance change rate Δρ xy / ρ 0 in the silicon single crystal increases as the piezoresistance coefficient π s increases. That is, as the piezoresistance coefficient π s increases, the specific resistance value of the silicon single crystal greatly changes with respect to the shear stress τ xy generated in the silicon single crystal.
The piezoresistance coefficient has anisotropy due to the crystal structure of the silicon single crystal. When the silicon single crystal is p-type, the piezoresistance coefficient π s is < It becomes maximum at 010> orientation or <100> orientation. On the other hand, when the silicon single crystal is n-type, the piezoresistance coefficient π s is maximum in the <110> orientation, as shown in FIG.

アクチュエータ1では、前述したように基体2が(001)面のp型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域411は、n型のシリコン単結晶であり、かつ、抵抗領域411の<110>方向(すなわち、回動中心軸X方向)に沿って、第2の弾性部28が延在している。一方、基体2が(001)面のn型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域411は、p型のシリコン単結晶であり、かつ、抵抗領域411の<100>方向または<010>方向(すなわち、回動中心軸X方向)に沿って、第2の弾性部28が延在している。   In the actuator 1, as described above, when the base 2 is formed by processing a (001) plane p-type silicon single crystal substrate, the resistance region 411 is an n-type silicon single crystal, and The second elastic portion 28 extends along the <110> direction of the resistance region 411 (that is, the rotation center axis X direction). On the other hand, when the base 2 is formed by processing a (001) -plane n-type silicon single crystal substrate, the resistance region 411 is a p-type silicon single crystal, and the resistance region 411 < The second elastic portion 28 extends along the 100> direction or the <010> direction (that is, the rotation center axis X direction).

そのため、抵抗領域411に生じたせん断応力に対し抵抗領域411の比抵抗値が大きく変化する。
このような抵抗領域411上における回動中心軸Xに対し直角な方向での両端部のうち、一端部(図5および図6にて上側の端部)に入力電極412が設けられ、他端部(図5および図6にて下側の端部)に入力電極413が設けられている。入力電極412は、前述した支持部23上に設けられた端子416に接続され、入力電極413は、前述した支持部23上に設けられた端子417に接続されている(図1参照)。このような端子416、417を介して1対の入力電極412、413間に電圧を印加することができる。
Therefore, the specific resistance value of the resistance region 411 changes greatly with respect to the shear stress generated in the resistance region 411.
An input electrode 412 is provided at one end (upper end in FIGS. 5 and 6) of the both ends in the direction perpendicular to the rotation center axis X on the resistance region 411 and the other end. An input electrode 413 is provided on the portion (the lower end in FIGS. 5 and 6). The input electrode 412 is connected to the terminal 416 provided on the support portion 23 described above, and the input electrode 413 is connected to the terminal 417 provided on the support portion 23 described above (see FIG. 1). A voltage can be applied between the pair of input electrodes 412 and 413 through such terminals 416 and 417.

また、抵抗領域411上における回動中心軸X方向での両端部のうち、一端部(図5および図6にて左側の端部)に出力電極414が設けられ、他端部(図5および図6にて右側の端部)に出力電極415が設けられている。出力電極414は、前述した支持部23上に設けられた端子418に接続され、出力電極415は、前述した支持部23上に設けられた端子419に接続されている(図1参照)。このような端子418、419を介して1対の出力電極414、415間の電圧値や比抵抗値を検知することができる。   In addition, an output electrode 414 is provided at one end (the left end in FIGS. 5 and 6) of the both ends in the rotation center axis X direction on the resistance region 411, and the other end (see FIGS. 5 and 6). An output electrode 415 is provided at the right end in FIG. The output electrode 414 is connected to the terminal 418 provided on the support part 23 described above, and the output electrode 415 is connected to the terminal 419 provided on the support part 23 described above (see FIG. 1). The voltage value and specific resistance value between the pair of output electrodes 414 and 415 can be detected via such terminals 418 and 419.

このように構成されたピエゾ抵抗素子41にあっては、1対の入力電極412、413を介して抵抗領域411に電界を印加しつつ、1対の出力電極414、415を介して抵抗領域411の電圧値(比抵抗値)を検知するように構成されている。
より具体的に説明すると、1対の入力電極412、413間に電圧を印加することにより、抵抗領域411上に電界を生じさせる。そして、このような電界のもと、抵抗領域411にせん断応力が生じると、1対の出力電極414、415間に電位差が生じる。この電位差は、抵抗領域411の比抵抗値、第2の弾性部28の捩れ変形量や第2の質量部25の回動角に応じたものである。したがって、この電位差に基づき、第2の質量部25の挙動を検知することができる。
In the piezoresistive element 41 configured as described above, an electric field is applied to the resistance region 411 via the pair of input electrodes 412 and 413, and the resistance region 411 is set via the pair of output electrodes 414 and 415. The voltage value (specific resistance value) is detected.
More specifically, an electric field is generated on the resistance region 411 by applying a voltage between the pair of input electrodes 412 and 413. When a shear stress is generated in the resistance region 411 under such an electric field, a potential difference is generated between the pair of output electrodes 414 and 415. This potential difference depends on the specific resistance value of the resistance region 411, the torsional deformation amount of the second elastic portion 28, and the rotation angle of the second mass portion 25. Therefore, the behavior of the second mass unit 25 can be detected based on this potential difference.

このようにピエゾ抵抗素子41が構成されていると、第2の質量部25の回動量に対する抵抗領域411の比抵抗値変化を電圧値変化として検知するとともに、その電圧値変化を第2の弾性部28上のせん断応力のみによるものとすることができる。そのため、より高精度に第2の質量部25の挙動を検知し、第2の質量部25の挙動をより確実に所望のものとすることができる。   When the piezoresistive element 41 is configured as described above, a change in the specific resistance value of the resistance region 411 with respect to the rotation amount of the second mass unit 25 is detected as a voltage value change, and the voltage value change is detected by the second elasticity. It can be due only to the shear stress on the portion 28. Therefore, the behavior of the second mass unit 25 can be detected with higher accuracy, and the behavior of the second mass unit 25 can be made more surely desired.

また、前述したピエゾ抵抗素子41と同様に、ピエゾ抵抗素子42も、図5および図6に示すように、第2の弾性部29上に設けられたn型またはp型の抵抗領域421と、抵抗領域421上に回動中心軸Xに対し直角な方向に並接された1対の入力電極422、423と、抵抗領域421上に回動中心軸X方向に並接された1対の出力電極424、425とを有している。   Similarly to the piezoresistive element 41 described above, the piezoresistive element 42 also includes an n-type or p-type resistance region 421 provided on the second elastic portion 29, as shown in FIGS. A pair of input electrodes 422 and 423 juxtaposed in a direction perpendicular to the rotation center axis X on the resistance region 421 and a pair of outputs juxtaposed in the direction of the rotation center axis X on the resistance region 421 And electrodes 424 and 425.

抵抗領域421は、第2の弾性部29表面に不純物をドーピングすることにより形成されたものである。ここで、基体2が(001)面のp型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域421の<110>方向(すなわち、回動中心軸X方向)に沿って、第2の弾性部29が延在している。一方、基体2が(001)面のn型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域421の<100>方向または<010>方向(すなわち、回動中心軸X方向)に沿って、第2の弾性部29が延在している。   The resistance region 421 is formed by doping impurities on the surface of the second elastic portion 29. Here, when the base 2 is formed by processing a (001) plane p-type silicon single crystal substrate, it follows the <110> direction of the resistance region 421 (that is, the rotation center axis X direction). Thus, the second elastic portion 29 extends. On the other hand, when the base 2 is formed by processing an (001) -plane n-type silicon single crystal substrate, the <100> direction or <010> direction of the resistance region 421 (that is, the rotation center axis X The second elastic portion 29 extends along (direction).

このような結晶方位に沿って第2の弾性部29が延在していると、第2の弾性部29の捩れ変形により抵抗領域421にせん断応力が生じたとき、前述した抵抗領域411と同様に、抵抗領域421の比抵抗値の変化率を最も大きくすることができる。
このような抵抗領域421上における回動中心軸Xに対し直角な方向での両端部のうち、一端部(図6にて上側の端部)に入力電極422が設けられ、他端部(図6にて下側の端部)に入力電極423が設けられている。入力電極422は、前述した支持部24上に設けられた端子426に接続され、入力電極423は、前述した支持部24上に設けられた端子427に接続されている(図1参照)。このような端子426、427を介して1対の入力電極422、423間に電圧を印加することができる。
When the second elastic portion 29 extends along such a crystal orientation, when a shear stress is generated in the resistance region 421 due to the torsional deformation of the second elastic portion 29, the same as the resistance region 411 described above. In addition, the rate of change of the specific resistance value of the resistance region 421 can be maximized.
The input electrode 422 is provided at one end (upper end in FIG. 6) of the both ends in the direction perpendicular to the rotation center axis X on the resistance region 421, and the other end (see FIG. 6 is provided with an input electrode 423 at the lower end). The input electrode 422 is connected to the terminal 426 provided on the support 24 described above, and the input electrode 423 is connected to the terminal 427 provided on the support 24 described above (see FIG. 1). A voltage can be applied between the pair of input electrodes 422 and 423 through such terminals 426 and 427.

また、抵抗領域421上における回動中心軸X方向での両端部のうち、一端部(図6にて左側の端部)に出力電極424が設けられ、他端部(図6にて右側の端部)に出力電極425が設けられている。出力電極424は、前述した支持部24上に設けられた端子428に接続され、出力電極425は、前述した支持部24上に設けられた端子429に接続されている(図1参照)。このような端子428、429を介して1対の出力電極424、425間の電圧値や比抵抗値を検知することができる。   In addition, an output electrode 424 is provided at one end (the left end in FIG. 6) of both ends in the rotation center axis X direction on the resistance region 421, and the other end (the right side in FIG. 6). An output electrode 425 is provided at the end). The output electrode 424 is connected to the terminal 428 provided on the support 24 described above, and the output electrode 425 is connected to the terminal 429 provided on the support 24 described above (see FIG. 1). The voltage value and specific resistance value between the pair of output electrodes 424 and 425 can be detected through such terminals 428 and 429.

このように構成されたピエゾ抵抗素子42にあっては、1対の入力電極422、423を介して抵抗領域421に電界を印加しつつ、1対の出力電極424、425を介して抵抗領域421の電圧値(比抵抗値)を検知するように構成されている。
より具体的に説明すると、1対の入力電極422、423間に電圧を印加することにより、抵抗領域421上に電界を生じさせる。そして、このような電界のもと、抵抗領域421にせん断応力が生じると、そのせん断応力の程度に応じて1対の出力電極414、415間に電位差が生じる。この電位差は、抵抗領域421の比抵抗値、第2の弾性部29の捩れ変形量や第2の質量部25の回動角に応じたものである。したがって、この電位差に基づいて、第2の質量部25の挙動を検知することができる。
In the piezoresistive element 42 configured as described above, an electric field is applied to the resistance region 421 via the pair of input electrodes 422 and 423, and the resistance region 421 is set via the pair of output electrodes 424 and 425. The voltage value (specific resistance value) is detected.
More specifically, an electric field is generated on the resistance region 421 by applying a voltage between the pair of input electrodes 422 and 423. When a shear stress is generated in the resistance region 421 under such an electric field, a potential difference is generated between the pair of output electrodes 414 and 415 depending on the degree of the shear stress. This potential difference depends on the specific resistance value of the resistance region 421, the torsional deformation amount of the second elastic portion 29, and the rotation angle of the second mass portion 25. Therefore, the behavior of the second mass unit 25 can be detected based on this potential difference.

このようにピエゾ抵抗素子42が構成されていると、第2の質量部25の回動量に対する抵抗領域421の比抵抗値変化を電圧値変化として検知するとともに、その電圧値変化を第2の弾性部29上のせん断応力のみによるものとすることができる。そのため、より高精度に第2の質量部25の挙動を検知し、第2の質量部25の挙動をより確実に所望のものとすることができる。   When the piezoresistive element 42 is configured as described above, a change in the specific resistance value of the resistance region 421 with respect to the rotation amount of the second mass unit 25 is detected as a voltage value change, and the voltage value change is detected by the second elasticity. It can be due only to the shear stress on the part 29. Therefore, the behavior of the second mass unit 25 can be detected with higher accuracy, and the behavior of the second mass unit 25 can be made more surely desired.

特に、抵抗領域411、421の結晶方位と第2の弾性部28、29の延在方向(第2の質量部25の回動中心軸X方向)との関係が最適化され、第2の質量部25の回動に伴って第2の弾性部28、29上に生じたせん断応力により抵抗領域411、421の比抵抗値が大きく変化する。そのため、抵抗領域411、421の比抵抗値に基づき、高精度に第2の質量部25の挙動を検知し、第2の質量部25の挙動を所望のものとすることができる。   In particular, the relationship between the crystal orientation of the resistance regions 411 and 421 and the extending direction of the second elastic portions 28 and 29 (the rotation center axis X direction of the second mass portion 25) is optimized, and the second mass The specific resistance values of the resistance regions 411 and 421 greatly change due to the shear stress generated on the second elastic portions 28 and 29 as the portion 25 rotates. Therefore, based on the specific resistance values of the resistance regions 411 and 421, the behavior of the second mass unit 25 can be detected with high accuracy, and the behavior of the second mass unit 25 can be set as desired.

このようなピエゾ抵抗素子41、42において、抵抗領域411、421中の不純物濃度は、それぞれ、特に限定されないが、例えば、1.0×1018〜1.0×1020cm−3であるのが好ましい。また、本参考例では、図示しないが、図2にて基体2の上面のうちピエゾ抵抗素子41、42以外の部分には、シリコン酸化膜などの絶縁層が形成され、この絶縁層上に端子416〜419、426〜429や配線が形成されている。 In such piezoresistive elements 41 and 42, the impurity concentrations in the resistance regions 411 and 421 are not particularly limited, but are, for example, 1.0 × 10 18 to 1.0 × 10 20 cm −3 . Is preferred. In this reference example , although not shown in the drawing, an insulating layer such as a silicon oxide film is formed on the upper surface of the substrate 2 other than the piezoresistive elements 41 and 42 in FIG. 2, and a terminal is formed on the insulating layer. 416 to 419, 426 to 429 and wirings are formed.

また、電極32、33は、第1の質量部21、22と第2の質量部25と支持部23、24と第1の弾性部26、27と第2の弾性部28、29とに対し、離間している。これにより、電極32、33は、第1の質量部21、22と第2の質量部25と支持部23、24と第1の弾性部26、27と第2の弾性部28、29に対し電気的に絶縁されている。   The electrodes 32 and 33 are connected to the first mass parts 21 and 22, the second mass part 25, the support parts 23 and 24, the first elastic parts 26 and 27, and the second elastic parts 28 and 29. , Separated. Thus, the electrodes 32 and 33 are connected to the first mass parts 21 and 22, the second mass part 25, the support parts 23 and 24, the first elastic parts 26 and 27, and the second elastic parts 28 and 29. It is electrically insulated.

また、電極32は、前述した第1の質量部21の櫛歯状電極部211に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部321と、第1の質量部22の櫛歯状電極部221に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部322とが形成されている。
これと同様に、電極33は、前述した第1の質量部21の櫛歯状電極部212に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部331と、第1の質量部22の櫛歯状電極部222に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部332とが形成されている。
The electrode 32 includes a comb-like electrode portion 321 provided so as to mesh with the comb-like electrode portion 211 of the first mass portion 21 described above with a space therebetween, and a comb-teeth of the first mass portion 22. A comb-like electrode portion 322 is formed so as to mesh with the electrode portion 221 with a space therebetween.
Similarly to this, the electrode 33 includes a comb-like electrode portion 331 provided so as to be engaged with the comb-like electrode portion 212 of the first mass portion 21 with a space therebetween, and the first mass portion 22. The comb-tooth-shaped electrode portion 332 is formed so as to mesh with the comb-tooth-shaped electrode portion 222 while being spaced apart from each other.

ここで、櫛歯状電極部211は、櫛歯状電極部321に対し、上下方向に初期変位しているのが好ましい。これと同様に、櫛歯状電極部212は櫛歯状電極部331に対し、櫛歯状電極部221は櫛歯状電極部322に対し、櫛歯状電極部222は櫛歯状電極部332に対し、上下方向に初期変位しているのが好ましい。これにより、第1の質量部21、22の回動駆動の開始を簡単にすることができる。   Here, it is preferable that the comb-shaped electrode portion 211 is initially displaced in the vertical direction with respect to the comb-shaped electrode portion 321. In the same manner, the comb-like electrode part 212 is for the comb-like electrode part 331, the comb-like electrode part 221 is for the comb-like electrode part 322, and the comb-like electrode part 222 is for the comb-like electrode part 332. On the other hand, it is preferable that the initial displacement is in the vertical direction. Thereby, the start of the rotational drive of the 1st mass parts 21 and 22 can be simplified.

電極32、33は、後述する電源回路12に接続されており、電極32、33に交流電圧(駆動電圧)を印加できるよう構成されている。
前述したような基体2に接合した支持基板3は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。
支持基板3の上面には、図2および図3に示すように、第2の質量部25に対応する部分に開口部31が形成されている。
The electrodes 32 and 33 are connected to a power supply circuit 12 to be described later, and are configured so that an AC voltage (drive voltage) can be applied to the electrodes 32 and 33.
The support substrate 3 bonded to the base 2 as described above is made of, for example, glass or silicon as a main material.
As shown in FIGS. 2 and 3, an opening 31 is formed in the upper surface of the support substrate 3 at a portion corresponding to the second mass portion 25.

この開口部31は、第2の質量部25が回動(振動)する際に、支持基板3に接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部(逃げ部)31を設けることにより、アクチュエータ1全体の大型化を防止しつつ、第2の質量部25の振れ角(振幅)をより大きく設定することができる。
なお、前述したような逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも支持基板3の下面(第2の質量部25と反対側の面)で開放(開口)していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持基板3の上面に形成された凹部で構成することもできる。また、空間30の深さが第2の質量部25の振れ角(振幅)に対し大きい場合などには、逃げ部を設けなくともよい。
The opening 31 constitutes an escape portion that prevents contact with the support substrate 3 when the second mass portion 25 rotates (vibrates). By providing the opening (escape portion) 31, the deflection angle (amplitude) of the second mass portion 25 can be set larger while preventing the actuator 1 from being enlarged.
Note that the relief portion as described above is not necessarily opened (opened) on the lower surface (the surface opposite to the second mass portion 25) of the support substrate 3 as long as the above-described effect can be sufficiently exerted. May be. In other words, the escape portion can also be configured by a recess formed on the upper surface of the support substrate 3. Further, when the depth of the space 30 is larger than the deflection angle (amplitude) of the second mass portion 25, the escape portion need not be provided.

ここで、アクチュエータ1の制御系を説明する。
参考例にかかるアクチュエータ1は、図8に示すように、前述したピエゾ抵抗素子41、42に接続された検知回路11と、電極32、33に電圧を印加する電源回路12と、検知回路11の出力信号に応じて電源回路12の駆動を制御する制御回路13(制御手段)とを有している。
Here, the control system of the actuator 1 will be described.
As shown in FIG. 8, the actuator 1 according to this reference example includes a detection circuit 11 connected to the piezoresistive elements 41 and 42, a power supply circuit 12 that applies a voltage to the electrodes 32 and 33, and a detection circuit 11. And a control circuit 13 (control means) for controlling driving of the power supply circuit 12 in accordance with the output signal.

検知回路11は、ピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値変化に応じた電圧を増幅する差動増幅回路112(差動アンプ)を有している。このように構成された検知回路11は、ピエゾ抵抗素子41、42の歪み量(変形量)に応じた信号を出力するようになっている。すなわち、検知回路11は、前述した第2の弾性部28、29上に設けられたピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値の変化に基づいて、第2の質量部25の挙動を検知するように構成されている。つまり、検知回路11とピエゾ抵抗素子41、42とが、質量部25の挙動を検知する挙動検知手段を構成する。   The detection circuit 11 includes a differential amplifier circuit 112 (differential amplifier) that amplifies a voltage according to a change in specific resistance value of the piezoresistive elements 41 and 42. The detection circuit 11 configured in this way outputs a signal corresponding to the distortion amount (deformation amount) of the piezoresistive elements 41 and 42. That is, the detection circuit 11 detects the behavior of the second mass unit 25 based on the change in the specific resistance value of the piezoresistive elements 41 and 42 provided on the second elastic portions 28 and 29 described above. It is configured. That is, the detection circuit 11 and the piezoresistive elements 41 and 42 constitute a behavior detection unit that detects the behavior of the mass unit 25.

電源回路12は、駆動電圧として交流電圧を電極32、33に印加するように構成されている。ここで、電極32、33および電源回路12は、第1の質量部21、22を回動駆動させる駆動手段を構成する。
制御回路13は、検知回路11の出力信号に基づき、電源回路12の駆動を制御するように構成されている。
The power supply circuit 12 is configured to apply an AC voltage as a drive voltage to the electrodes 32 and 33. Here, the electrodes 32 and 33 and the power supply circuit 12 constitute driving means for driving the first mass parts 21 and 22 to rotate.
The control circuit 13 is configured to control driving of the power supply circuit 12 based on the output signal of the detection circuit 11.

以上のような構成のアクチュエータ1は、次のようにして駆動する。
すなわち、電極32、33に、例えば、正弦波(交流電圧)等を印加する。具体的には、例えば、第1の質量部21、22をアースしておき、電極32に、図9(a)に示すような波形の電圧を印加し、電極33に、図9(b)に示すような波形の電圧を印加する。すなわち、電極32と電極33とに交互に電圧を印加する。すると、電極32と第1の質量部21、22との間(より具体的には、櫛歯状電極部321と櫛歯状電極部211との間、および、櫛歯状電極部322と櫛歯状電極部221との間)と、電極33と第1の質量部21、22との間(より具体的には、櫛歯状電極部331と櫛歯状電極部212との間、および、櫛歯状電極部332と櫛歯状電極部222との間)とに交互に静電引力が生じる。
The actuator 1 having the above configuration is driven as follows.
That is, for example, a sine wave (AC voltage) or the like is applied to the electrodes 32 and 33. Specifically, for example, the first mass parts 21 and 22 are grounded, a voltage having a waveform as shown in FIG. 9A is applied to the electrode 32, and the electrode 33 is applied to FIG. 9B. A voltage having a waveform as shown in FIG. That is, a voltage is applied alternately to the electrode 32 and the electrode 33. Then, between the electrode 32 and the first mass parts 21 and 22 (more specifically, between the comb-like electrode part 321 and the comb-like electrode part 211 and between the comb-like electrode part 322 and the comb. (Between the tooth-like electrode part 221), between the electrode 33 and the first mass parts 21 and 22 (more specifically, between the comb-like electrode part 331 and the comb-like electrode part 212, and The electrostatic attractive force is alternately generated between the comb-shaped electrode portion 332 and the comb-shaped electrode portion 222).

この静電気力により、第1の弾性部26、27を軸に(すなわち、回動中心軸Xまわりに)、支持基板3の板面(図1における紙面)に対して傾斜するように振動(回動)する。
そして、この第1の質量部21、22の振動(駆動)に伴って、第2の弾性部28、29を介して連結されている第2の質量部25も、第2の弾性部28、29を軸に(すなわち、回動中心軸Xまわりに)、支持基板3の板面(図1における紙面)に対して傾斜するように振動(回動)する。
This electrostatic force causes the first elastic portions 26 and 27 to vibrate (rotate around the rotation center axis X) so as to be inclined with respect to the plate surface of the support substrate 3 (the paper surface in FIG. 1). Move).
The second mass part 25 connected via the second elastic parts 28 and 29 in accordance with the vibration (drive) of the first mass parts 21 and 22 is also connected to the second elastic part 28, With the axis 29 as an axis (that is, around the rotation center axis X), it vibrates (rotates) so as to be inclined with respect to the plate surface of the support substrate 3 (the paper surface in FIG. 1).

このとき、捩れ変形する第2の弾性部28、29上では、主にせん断応力を生じる。これにより、ピエゾ抵抗素子41、42がそれぞれせん断応力を受ける。
より具体的には、例えば、第2の質量部25を回動に際し第2の弾性部28が捩れ変形すると、ピエゾ抵抗素子41の抵抗領域411には、図6にて矢印で示すような方向にせん断応力が生じる。
At this time, shear stress is mainly generated on the second elastic portions 28 and 29 that are torsionally deformed. Thereby, the piezoresistive elements 41 and 42 are each subjected to shear stress.
More specifically, for example, when the second elastic portion 28 is torsionally deformed when the second mass portion 25 is rotated, the resistance region 411 of the piezoresistive element 41 has a direction as indicated by an arrow in FIG. Shear stress is generated.

これと同様に、第2の質量部25を回動に際し第2の弾性部29が捩れ変形すると、ピエゾ抵抗素子42の抵抗領域421には、図6にて矢印で示すような方向にせん断応力が生じる。
このようなせん断応力を受ける抵抗領域411、421は、図6に示すように、互いの電界の方向が同方向となっている。そのため、第2の質量部25の回動に伴い、ピエゾ抵抗素子41の比抵抗値とピエゾ抵抗素子42の比抵抗値とは、一方が増加し、他方が減少する。
Similarly, when the second elastic portion 29 is torsionally deformed when the second mass portion 25 is rotated, a shear stress is applied to the resistance region 421 of the piezoresistive element 42 in the direction indicated by the arrow in FIG. Occurs.
As shown in FIG. 6, the resistance regions 411 and 421 that receive such shear stress have the same electric field direction. Therefore, as the second mass unit 25 rotates, one of the specific resistance value of the piezoresistive element 41 and the specific resistance value of the piezoresistive element 42 increases and the other decreases.

このようなピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値の変化は、それぞれ、第2の弾性部28の捩れ変形量(第2の質量部25の回動量)に応じたものとなる。
このように第2の質量部25の回動に伴ってピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値が変化すると、その変化量に応じて、図5に示す検知回路11の出力信号(電圧値)も変化する。
Such changes in the specific resistance values of the piezoresistive elements 41 and 42 correspond to the amount of torsional deformation of the second elastic portion 28 (the amount of rotation of the second mass portion 25), respectively.
When the specific resistance values of the piezoresistive elements 41 and 42 change with the rotation of the second mass unit 25 in this way, the output signal (voltage value) of the detection circuit 11 shown in FIG. 5 according to the change amount. Also changes.

すなわち、検知回路11からの出力信号は、第2の質量部25の挙動(例えば、回動角、振幅、振動数など)に対応したものとなる。
したがって、制御回路13は、検知回路11からの出力信号に基づき、電源回路12の駆動を制御して、第2の質量部25の挙動を所望のものとすることができる。
特に、アクチュエータ1では、ピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値変化に応じた電圧を差動増幅回路112にて増幅するように構成されているため、ピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値変化(電圧値変化)を高精度に(高感度で)検知することができる。その結果、より高精度に第2の質量部25の挙動を検知することができる。
That is, the output signal from the detection circuit 11 corresponds to the behavior of the second mass unit 25 (for example, the rotation angle, amplitude, frequency, etc.).
Therefore, the control circuit 13 can control the drive of the power supply circuit 12 based on the output signal from the detection circuit 11 to make the behavior of the second mass unit 25 desired.
In particular, since the actuator 1 is configured to amplify a voltage corresponding to a change in the specific resistance value of the piezoresistive elements 41 and 42 by the differential amplifier circuit 112, a change in the specific resistance value of the piezoresistive elements 41 and 42 is achieved. (Voltage change) can be detected with high accuracy (with high sensitivity). As a result, the behavior of the second mass unit 25 can be detected with higher accuracy.

ここで、ピエゾ抵抗素子41における電界の方向とピエゾ抵抗素子42における電界の方向とが互いに同方向であるため、これらの比抵抗値変化に応じた電圧を差動増幅回路112にて増幅でき、ピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値変化をより高精度に(高感度で)検知することができる。その結果、さらに高精度に第2の質量部25の挙動を検知することができる。
また、1対のピエゾ抵抗素子41、42は平面視にて互いに第2の質量部25に対して対称に設けられているため、ピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値変化を電圧値変化としてさらに高精度に(高感度で)検知することができる。その結果、極めて高精度に第2の質量部25の挙動を検知することができる。
Here, since the direction of the electric field in the piezoresistive element 41 and the direction of the electric field in the piezoresistive element 42 are the same, the voltage corresponding to the change in the specific resistance value can be amplified by the differential amplifier circuit 112. It is possible to detect a change in the specific resistance value of the piezoresistive elements 41 and 42 with higher accuracy (with high sensitivity). As a result, the behavior of the second mass unit 25 can be detected with higher accuracy.
Further, since the pair of piezoresistive elements 41 and 42 are provided symmetrically with respect to the second mass part 25 in plan view, the specific resistance value change of the piezoresistive elements 41 and 42 is regarded as a voltage value change. Further, it can be detected with high accuracy (with high sensitivity). As a result, the behavior of the second mass unit 25 can be detected with extremely high accuracy.

以上説明したように、本参考例のアクチュエータ1は、前述したように、抵抗領域411、421の結晶方位と第2の弾性部28、29の延在方向(回動中心軸X方向)との関係が最適化されているため、第2の質量部25の回動に伴って第2の弾性部28、29上に生じたせん断応力により抵抗領域411、421の比抵抗値が大きく変化する。そのため、抵抗領域411、421の比抵抗値に基づき、高精度に第2の質量部25の挙動を検知し、第2の質量部25の挙動を所望のものとすることができる。 As described above, as described above, the actuator 1 of this reference example has the crystal orientation of the resistance regions 411 and 421 and the extending direction of the second elastic portions 28 and 29 (rotation central axis X direction). Since the relationship is optimized, the specific resistance values of the resistance regions 411 and 421 greatly change due to the shear stress generated on the second elastic portions 28 and 29 as the second mass portion 25 rotates. Therefore, based on the specific resistance values of the resistance regions 411 and 421, the behavior of the second mass unit 25 can be detected with high accuracy, and the behavior of the second mass unit 25 can be set as desired.

前述したような抵抗領域411、412は第2の弾性部28、29表面に不純物をドーピングすることにより形成されたものであるため、比較的簡単に、抵抗領域411、421の結晶方位を所望のもの、すなわち、抵抗領域411、421の結晶方位を回動中心軸X方向に正確に平行とすることができる。
また、本参考例では、ピエゾ抵抗素子41は第2の弾性部28の長手方向での中央部に設けられ、ピエゾ抵抗素子42は第2の弾性部29の長手方向での中央部に設けられている。第2の弾性部28、29の捩れ変形に伴って第2の弾性部28、29上に生じるせん断応力は、第2の弾性部28、29の長手方向での中央部で、長手方向に亘ってほぼ一定となっている。そのため、アクチュエータ1の製造時に抵抗領域411、412を形成するに際し、その形成位置に高精度を要しなくても、アクチュエータ1の製品ごとの品質のバラツキを少なくすることができる。その結果、アクチュエータ1の低コスト化を図ることができる。
Since the resistance regions 411 and 412 as described above are formed by doping impurities on the surfaces of the second elastic portions 28 and 29, the crystal orientation of the resistance regions 411 and 421 can be set to a desired direction relatively easily. That is, the crystal orientation of the resistance regions 411 and 421 can be made exactly parallel to the rotation center axis X direction.
In this reference example , the piezoresistive element 41 is provided at the center of the second elastic portion 28 in the longitudinal direction, and the piezoresistive element 42 is provided at the center of the second elastic portion 29 in the longitudinal direction. ing. The shear stress generated on the second elastic portions 28 and 29 due to the torsional deformation of the second elastic portions 28 and 29 is the central portion in the longitudinal direction of the second elastic portions 28 and 29 and extends in the longitudinal direction. Almost constant. Therefore, when the resistance regions 411 and 412 are formed at the time of manufacturing the actuator 1, it is possible to reduce variations in the quality of the actuator 1 for each product even if the formation position does not require high accuracy. As a result, the cost of the actuator 1 can be reduced.

なお、ピエゾ抵抗素子41は第2の弾性部28の長手方向での端部に設けられていてもよく、また、ピエゾ抵抗素子42は第2の弾性部29の長手方向での端部に設けられていてもよい。第2の弾性部28、29の捩れ変形により第2の弾性部28、29上に生じるせん断応力は、第2の弾性部28、29の長手方向での中央部から端部に向け大きくなっている。そのため、前述したようにピエゾ抵抗素子41、42を配置すると、第2の質量部25の回動角に対するピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値の変化量を大きくして、第2の質量部25の検知精度の向上を図ることができる。   The piezoresistive element 41 may be provided at an end portion in the longitudinal direction of the second elastic portion 28, and the piezoresistive element 42 is provided at an end portion in the longitudinal direction of the second elastic portion 29. It may be done. The shear stress generated on the second elastic portions 28 and 29 due to the torsional deformation of the second elastic portions 28 and 29 increases from the center portion to the end portion in the longitudinal direction of the second elastic portions 28 and 29. Yes. Therefore, when the piezoresistive elements 41 and 42 are arranged as described above, the amount of change in the specific resistance value of the piezoresistive elements 41 and 42 with respect to the rotation angle of the second mass part 25 is increased, and the second mass part. 25 detection accuracy can be improved.

また、第1の質量部21の回動中心軸Xからこれにほぼ垂直な方向(長手方向)での長さ(最大長)をLとし、第1の質量部22の回動中心軸Xからこれにほぼ垂直な方向(長手方向)での長さ(最大長)をLとし、第2の質量部25の回動中心軸Xからこれにほぼ垂直な方向(長手方向)での長さ(最大長)をLとしたとき、本参考例では、第1の質量部21、22が、それぞれ独立して設けられているため、第2の質量部25の大きさ(長さL)にかかわらず、第1の質量部21、22と第2の質量部25とが干渉せず、LおよびLを小さくすることができる。これにより、第1の質量部21、22の回転角度(振れ角)を大きくすることができ、その結果、第2の質量部25の回転角度を大きくすることができる。 The length of the first substantially vertical direction from the rotational center axis X to the mass portion 21 (longitudinal direction) (the maximum length) and L 1, the rotational axis X of the first mass portion 22 the length in the direction substantially perpendicular thereto from the length in the (longitudinal) (maximum length) of the L 2, substantially perpendicular to the rotational axis X of the second mass portion 25 (the longitudinal direction) When the length (maximum length) is L 3 , in the present reference example , the first mass parts 21 and 22 are provided independently of each other, and therefore the size (length L) of the second mass part 25 is provided. Regardless of 3 ), the first mass parts 21 and 22 and the second mass part 25 do not interfere with each other, and L 1 and L 2 can be reduced. Thereby, the rotation angle (swing angle) of the first mass parts 21 and 22 can be increased, and as a result, the rotation angle of the second mass part 25 can be increased.

また、第1の質量部21、22および第2の質量部25の寸法は、それぞれ、L<LかつL<Lなる関係を満足するよう設定されるのが好ましい。
前記関係を満たすことにより、LおよびLをより小さくすることができ、第1の質量部21、22の回転角度をより大きくすることができ、第2の質量部25の回転角度をさらに大きくすることができる。
Further, the dimensions of the first mass portions 21 and 22 and the second mass portion 25, respectively, preferably set to satisfy L 1 <L 3 and L 2 <L 3 becomes relevant.
By satisfying the above relationship, L 1 and L 2 can be made smaller, the rotation angle of the first mass parts 21 and 22 can be made larger, and the rotation angle of the second mass part 25 can be further increased. Can be bigger.

この場合、第2の質量部25の最大回転角度が、20°以上となるように構成されるのが好ましい。
これらによって、第1の質量部21、22の低電圧駆動と、第2の質量部25の大回転角度での振動(回動)とを実現することができる。
このため、このようなアクチュエータ1を、例えばレーザープリンタや、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の装置に用いられる光スキャナに適用した場合には、より容易に装置を小型化することができる。
In this case, it is preferable that the maximum rotation angle of the second mass unit 25 is configured to be 20 ° or more.
By these, the low voltage drive of the 1st mass parts 21 and 22 and the vibration (rotation) in the large rotation angle of the 2nd mass part 25 are realizable.
For this reason, when such an actuator 1 is applied to, for example, an optical scanner used in an apparatus such as a laser printer or a scanning confocal laser microscope, the apparatus can be more easily downsized.

なお、前述したように、本参考例では、LとLとはほぼ等しく設定されているが、LとLとが異なっていてもよいことは言うまでもない。
ところで、このような質量部21、22、25の振動系(2自由度振動系)では、第1の質量部21、22および第2の質量部25の振幅(振れ角)と、印加する交流電圧の周波数との間に、図9に示すような周波数特性が存在している。
As described above, in this reference example , L 1 and L 2 are set to be approximately equal, but it goes without saying that L 1 and L 2 may be different.
By the way, in such a vibration system (two-degree-of-freedom vibration system) of the mass parts 21, 22, 25, the amplitude (deflection angle) of the first mass parts 21, 22 and the second mass part 25 and the AC applied A frequency characteristic as shown in FIG. 9 exists between the frequency of the voltage.

すなわち、かかる振動系は、第1の質量部21、22の振幅と、第2の質量部25の振幅とが大きくなる2つの共振周波数fm[kHz]、fm[kHz](ただし、fm<fm)と、第1の質量部21、22の振幅がほぼ0となる、1つの反共振周波数fm[kHz]とを有している。
この振動系では、電極32、33に印加する交流電圧の周波数Fが、2つの共振周波数のうち低いもの、すなわち、fmとほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、第1の質量部21、22の振幅を抑制しつつ、第2の質量部25の振れ角(回転角度)を大きくすることができる。
That is, the vibration system has two resonance frequencies fm 1 [kHz] and fm 3 [kHz] (however, fm) in which the amplitude of the first mass parts 21 and 22 and the amplitude of the second mass part 25 are increased. 1 <fm 3 ) and one anti-resonance frequency fm 2 [kHz] at which the amplitude of the first mass parts 21 and 22 is substantially zero.
In this vibration system, it is preferable that the frequency F of the alternating voltage applied to the electrodes 32 and 33 is set so as to be approximately equal to the lower of the two resonance frequencies, that is, fm 1 . Thereby, the deflection angle (rotation angle) of the 2nd mass part 25 can be enlarged, suppressing the amplitude of the 1st mass parts 21 and 22. FIG.

なお、本明細書中では、F[kHz]とfm[kHz]とがほぼ等しいとは、(fm−1)≦F≦(fm+1)の条件を満足することを意味する。
第1の質量部21、22の平均厚さは、それぞれ、1〜1500μmであるのが好ましく、10〜300μmであるのがより好ましい。
第2の質量部25の平均厚さは、1〜1500μmであるのが好ましく、10〜300μmであるのがより好ましい。
第1の弾性部26、27のばね定数kは、1×10−4〜1×10Nm/radであるのが好ましく、1×10−2〜1×10Nm/radであるのがより好ましく、1×10−1〜1×10Nm/radであるのがさらに好ましい。これにより、第2の質量部25の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
In this specification, F [kHz] and fm 1 [kHz] being substantially equal means that the condition of (fm 1 −1) ≦ F ≦ (fm 1 +1) is satisfied.
The average thicknesses of the first mass parts 21 and 22 are each preferably 1 to 1500 μm, and more preferably 10 to 300 μm.
The average thickness of the second mass part 25 is preferably 1 to 1500 μm, and more preferably 10 to 300 μm.
The spring constant k 1 of the first elastic portions 26 and 27 is preferably 1 × 10 −4 to 1 × 10 4 Nm / rad, and preferably 1 × 10 −2 to 1 × 10 3 Nm / rad. Is more preferably 1 × 10 −1 to 1 × 10 2 Nm / rad. Thereby, the rotation angle (swing angle) of the second mass unit 25 can be further increased.

一方、第2の弾性部28、29のばね定数kは、1×10−4〜1×10Nm/radであるのが好ましく、1×10−2〜1×10Nm/radであるのがより好ましく、1×10−1〜1×10Nm/radであるのがさらに好ましい。これにより、第1の質量部21、22の振れ角を抑制しつつ、第2の質量部25の振れ角をより大きくすることができる。 On the other hand, the spring constant k 2 of the second elastic portions 28 and 29 is preferably 1 × 10 −4 to 1 × 10 4 Nm / rad, and 1 × 10 −2 to 1 × 10 3 Nm / rad. More preferably, it is 1 × 10 −1 to 1 × 10 2 Nm / rad. Thereby, the deflection angle of the second mass unit 25 can be further increased while suppressing the deflection angle of the first mass units 21 and 22.

また、第1の弾性部26、27のばね定数kと第2の弾性部28、29のばね定数をkとは、k>kなる関係を満足するのが好ましい。これにより、第1の質量部21、22の振れ角を抑制しつつ、第2の質量部25の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
さらに、第1の質量部21、22の慣性モーメントをJとし、第2の質量部25の慣性モーメントをJとしたとき、JとJとは、J≦Jなる関係を満足することが好ましく、J<Jなる関係を満足することがより好ましい。これにより、第1の質量部21、22の振れ角を抑制しつつ、第2の質量部25の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
Further, the spring constant k 1 of the first resilient portion 26, 27 and k 2 the spring constant of the second elastic portion 28, 29, preferably satisfies the k 1> k 2 the relationship. Thereby, the rotation angle (swing angle) of the second mass unit 25 can be further increased while suppressing the deflection angle of the first mass units 21 and 22.
Furthermore, the moment of inertia of the first mass portions 21 and 22 and J 1, when the moment of inertia of the second mass 25 has a J 2, and J 1 and J 2, the J 1J 2 the relationship It is preferable to satisfy, and it is more preferable to satisfy the relationship of J 1 <J 2 . Thereby, the rotation angle (swing angle) of the second mass unit 25 can be further increased while suppressing the deflection angle of the first mass units 21 and 22.

ところで、第1の質量部21、22と第1の弾性部26、27とからなる第1の振動系の固有振動数ωは、第1の質量部21、22の慣性モーメントJと、第1の弾性部26、27のばね定数kとにより、ω=(k/J1/2によって与えられる。一方、第2の質量部25と第2の弾性部28、29とからなる第2の振動系の固有振動数ωは、第2の質量部25の慣性モーメントJと、第2の弾性部28、29のばね定数kとにより、ω=(k/J1/2によって与えられる。 By the way, the natural frequency ω 1 of the first vibration system including the first mass parts 21 and 22 and the first elastic parts 26 and 27 is the inertia moment J 1 of the first mass parts 21 and 22, and According to the spring constant k 1 of the first elastic part 26, 27, it is given by ω 1 = (k 1 / J 1 ) 1/2 . On the other hand, the natural frequency ω 2 of the second vibration system including the second mass part 25 and the second elastic parts 28 and 29 is the inertia moment J 2 of the second mass part 25 and the second elasticity. With the spring constant k 2 of the parts 28, 29, it is given by ω 2 = (k 2 / J 2 ) 1/2

このようにして求められる第1の振動系の固有振動数ωと第2の振動系の固有振動数ωとは、ω>ωなる関係を満足するのが好ましい。これにより、第1の質量部21、22の振れ角を抑制しつつ、第2の質量部25の回転角度(振れ角)をより大きくすることができる。
以上のように2自由度振動系を有するアクチュエータ1は、駆動電圧を低減しつつ、第2の質量部25の振れ角を大きいものとすることができる。特に、本参考例のアクチュエータ1は、前述したような櫛歯状電極部211、212、221、222、321、322、331、332を用いて第1の質量部21、22を回動させるように構成されているので、平行平板型の電極を用いて第1の質量部21、22を回動するものに比し、第1の質量部21、22の回動角を大きくし、これに伴って、第2の質量部25の回動角を大きくすることができる。
It is preferable that the natural frequency ω 1 of the first vibration system and the natural frequency ω 2 of the second vibration system obtained in this way satisfy the relationship ω 1 > ω 2 . Thereby, the rotation angle (swing angle) of the second mass unit 25 can be further increased while suppressing the deflection angle of the first mass units 21 and 22.
As described above, the actuator 1 having the two-degree-of-freedom vibration system can increase the deflection angle of the second mass unit 25 while reducing the drive voltage. In particular, the actuator 1 of this reference example is configured to rotate the first mass portions 21 and 22 using the comb-like electrode portions 211, 212, 221, 222, 321, 322, 331, and 332 as described above. Therefore, the rotation angle of the first mass portions 21 and 22 is made larger than that in which the first mass portions 21 and 22 are rotated using parallel plate type electrodes. Accordingly, the rotation angle of the second mass unit 25 can be increased.

また、2自由度振動系を有するアクチュエータ1は、前述したように、一般に、第2の質量部25の振れ角は第1の質量部21、22の振れ角よりも大きく、また、第2の弾性部28、29の捩れ変形量は第1の弾性部26、27の捩れ変形量よりも大きいため、ピエゾ抵抗素子41、42が第2の弾性部上に設けられていると、第2の質量部25の回動に伴うピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値の変化量を大きくして、第2の質量部25の挙動を高精度に検知することができる。   In addition, as described above, in the actuator 1 having a two-degree-of-freedom vibration system, generally, the deflection angle of the second mass unit 25 is larger than the deflection angle of the first mass units 21 and 22, Since the amount of torsional deformation of the elastic portions 28 and 29 is larger than the amount of torsional deformation of the first elastic portions 26 and 27, if the piezoresistive elements 41 and 42 are provided on the second elastic portion, the second It is possible to detect the behavior of the second mass unit 25 with high accuracy by increasing the amount of change in the specific resistance value of the piezoresistive elements 41 and 42 accompanying the rotation of the mass unit 25.

このようなアクチュエータ1は、例えば、次のようにして製造することができる。
図11、図12は、それぞれ、第1参考例のアクチュエータの製造方法を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下では、説明の便宜上、図11、図12中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
[A1] まず、図11(a)に示すように、例えばシリコン基板5(n型の単結晶シリコン基板)を用意する。
Such an actuator 1 can be manufactured as follows, for example.
11 and 12 are views (longitudinal sectional views) for explaining a method of manufacturing the actuator of the first reference example . In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIGS. 11 and 12 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
[A1] First, as shown in FIG. 11A, for example, a silicon substrate 5 (n-type single crystal silicon substrate) is prepared.

次に、シリコン基板5の一方の面に、図11(b)に示すように、支持部23、24と各質量部21、22、25と各弾性部26、27、28、29と電極32、33との形状(平面視形状)に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスク6を形成する。なお、このとき、金属マスク6は、図示しないが、支持部23、24に対応する部分と電極32、33に対応する部分とは互いに連結した形状とする。   Next, on one surface of the silicon substrate 5, as shown in FIG. 11 (b), support portions 23, 24, mass portions 21, 22, 25, elastic portions 26, 27, 28, 29, and electrodes 32 are provided. , 33, the metal mask 6 is formed of aluminum or the like, for example. At this time, although not shown, the metal mask 6 has a shape in which a portion corresponding to the support portions 23 and 24 and a portion corresponding to the electrodes 32 and 33 are connected to each other.

そして、図11(c)に示すように、シリコン基板5の他方の面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行って、空間30の平面視形状と同様の形状をなす開口を有するレジストマスク7を形成する。なお、レジストマスク7の形成は、金属マスク6の形成よりも先に行ってもよい。
次に、このレジストマスク7を介して、シリコン基板5の前記他方の面をエッチングした後、レジストマスク7を除去する。これにより、図11(d)に示すように、空間30の平面視に対応する領域に凹部51が形成される。
Then, as shown in FIG. 11 (c), a photoresist is applied to the other surface of the silicon substrate 5, and exposure and development are performed, so that a resist having an opening that has the same shape as the plan view of the space 30 is formed. A mask 7 is formed. The resist mask 7 may be formed before the metal mask 6 is formed.
Next, after etching the other surface of the silicon substrate 5 through the resist mask 7, the resist mask 7 is removed. As a result, as shown in FIG. 11 (d), a recess 51 is formed in a region corresponding to the plan view of the space 30.

エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、以下の各工程におけるエッチングにおいても、同様の方法を用いることができる。   As an etching method, for example, one or more of physical etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, beam etching, and light-assisted etching, and chemical etching methods such as wet etching are used in combination. be able to. Note that the same method can be used for etching in the following steps.

次に、金属マスク6を介して、シリコン基板5の前記一方の面側を、前記凹部51に対応する部分が貫通するまでエッチングする。
そして、金属マスク6を除去した場合、この後、第2の質量部25上に金属膜を成膜し、光反射部251を形成する。
なお、ここで、シリコン基板5に対しエッチングを行った後、金属マスク6は除去してもよく、除去せずに残存させてもよい。金属マスク6を除去しない場合、第2の質量部25上に残存した金属マスク6は光反射部251として用いることができる。
Next, the one surface side of the silicon substrate 5 is etched through the metal mask 6 until a portion corresponding to the recess 51 penetrates.
Then, when the metal mask 6 is removed, a metal film is formed on the second mass portion 25 to form the light reflecting portion 251.
Here, after etching the silicon substrate 5, the metal mask 6 may be removed or may be left without being removed. When the metal mask 6 is not removed, the metal mask 6 remaining on the second mass portion 25 can be used as the light reflecting portion 251.

金属膜の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、金属箔の接合等が挙げられる。なお、以下の各工程における金属膜の成膜においても、同様の方法を用いることができる。
また、支持部23、24および第2の弾性部28、29に対応する部分に、不純物をドープして、抵抗領域411、421を形成する。このとき、抵抗領域411、421の形成に先立ち、抵抗領域411、421の形成予定部位以外の部分に、酸化膜などの絶縁膜を形成する。また、抵抗領域411、421の形成後、前記絶縁膜上に端子416〜419、426〜429および配線を公知の成膜法を用いて形成する。
以上の工程により、図11(e)に示すように、支持部23、24と各質量部21、22、25と各弾性部26、27、28、29と電極32、33が一体的に形成された構造体が得られる。なお、支持部23、24と電極32、33との間の部分を、後述する工程にて除去する。
Examples of the method for forming a metal film include vacuum plating, sputtering (low temperature sputtering), dry plating methods such as ion plating, wet plating methods such as electrolytic plating and electroless plating, thermal spraying methods, and joining metal foils. . Note that the same method can also be used for forming a metal film in the following steps.
Further, the regions corresponding to the support portions 23 and 24 and the second elastic portions 28 and 29 are doped with impurities to form resistance regions 411 and 421. At this time, prior to the formation of the resistance regions 411 and 421, an insulating film such as an oxide film is formed in a portion other than the formation regions of the resistance regions 411 and 421. Further, after the resistance regions 411 and 421 are formed, terminals 416 to 419 and 426 to 429 and wirings are formed on the insulating film by a known film formation method.
Through the above steps, as shown in FIG. 11E, the support portions 23, 24, the mass portions 21, 22, 25, the elastic portions 26, 27, 28, 29 and the electrodes 32, 33 are integrally formed. The obtained structure is obtained. In addition, the part between the support parts 23 and 24 and the electrodes 32 and 33 is removed in the process mentioned later.

[A2] 次に、図12(a)に示すように、支持基板3を形成するための基板として、例えばシリコン基板9を用意する。
そして、シリコン基板9の一方の面に、開口部31を形成する領域を除いた部分に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスクを形成する。
次に、この金属マスクを介して、シリコン基板9の一方の面側をエッチングした後、金属マスクを除去し、図12(b)に示すように、開口部31を形成する。すなわち、支持基板3が得られる。
[A2] Next, as shown in FIG. 12A, for example, a silicon substrate 9 is prepared as a substrate for forming the support substrate 3.
Then, a metal mask is formed on one surface of the silicon substrate 9 with, for example, aluminum so as to correspond to a portion excluding the region where the opening 31 is formed.
Next, after etching one surface side of the silicon substrate 9 through this metal mask, the metal mask is removed, and an opening 31 is formed as shown in FIG. That is, the support substrate 3 is obtained.

[A3] 次に、図12(c)に示すように、前記工程[A1]で得られた構造体と、前記工程[A2]で得られた支持基板3とを直接接合により接合した後に、前記構造体の支持部23、24と電極32、33との間の部分を除去して、アクチュエータ1を得る。なお、基体2と支持基板3との間に可動イオンを含む硼珪酸ガラスのようなガラスを介在させ、これらを陽極接合により接合してもよい。また、シリコン基板9に代えてガラス基板を用いて、基体2と支持基板3とを陽極接合により接合することもできる。
以上のようにして、第1参考例のアクチュエータ1が製造される。
[A3] Next, as shown in FIG. 12C, after the structure obtained in the step [A1] and the support substrate 3 obtained in the step [A2] are bonded by direct bonding, The actuator 1 is obtained by removing portions between the support portions 23 and 24 and the electrodes 32 and 33 of the structure. Note that a glass such as borosilicate glass containing mobile ions may be interposed between the base 2 and the support substrate 3, and these may be joined by anodic bonding. Further, it is possible to join the base 2 and the support substrate 3 by anodic bonding using a glass substrate instead of the silicon substrate 9.
As described above, the actuator 1 of the first reference example is manufactured.

<第2参考例
次に、本発明のアクチュエータの第2参考例について説明する。
図13は、本発明のアクチュエータの第2参考例を示す平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図13中の紙面に対し手前側を「上」、紙面に対し奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
<Second Reference Example >
Next, a second reference example of the actuator of the present invention will be described.
FIG. 13 is a plan view showing a second reference example of the actuator of the present invention. In the following, for convenience of explanation, the front side with respect to the paper surface in FIG. 13 is referred to as “up”, the back side with respect to the paper surface is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”.

以下、第2参考例のアクチュエータについて、前述した第1参考例のアクチュエータとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2参考例のアクチュエータ1Aは、図13に示すように、ピエゾ抵抗素子41、42の配置が異なる以外は、第1参考例のアクチュエータ1とほぼ同様である。
第2参考例のアクチュエータ1Aでは、図13に示すように、ピエゾ抵抗素子41が第1の弾性部26上に設けられ、また、ピエゾ抵抗素子42が第1の弾性部27上に設けられている。これにより、ピエゾ抵抗素子41、42のための配線を第1の質量部21、22上や第2の弾性部28、29上に設けずにアクチュエータ1Aの構成を簡単なものとしつつ、第2の質量部25の挙動を検知することができる。
Hereinafter, the actuator of the second reference example will be described focusing on the differences from the actuator of the first reference example described above, and the description of the same matters will be omitted.
As shown in FIG. 13, the actuator 1A of the second reference example is substantially the same as the actuator 1 of the first reference example except that the arrangement of the piezoresistive elements 41 and 42 is different.
In the actuator 1A of the second reference example , as shown in FIG. 13, the piezoresistive element 41 is provided on the first elastic part 26, and the piezoresistive element 42 is provided on the first elastic part 27. Yes. Accordingly, the wiring for the piezoresistive elements 41 and 42 is not provided on the first mass portions 21 and 22 or the second elastic portions 28 and 29, and the configuration of the actuator 1A is simplified. The behavior of the mass part 25 can be detected.

特に、本参考例では、ピエゾ抵抗素子41は第1の弾性部26の長手方向での端部に設けられ、また、ピエゾ抵抗素子42は第1の弾性部27の長手方向での端部に設けられている。
第1の弾性部26、27の捩れ変形により第1の弾性部26、27上に生じるせん断応力は、第1の弾性部26、27の長手方向での中央部から端部に向け大きくなっている。そのため、第2の質量部25の回動角に対するピエゾ抵抗素子41、42の比抵抗値の変化量を大きくして、第2の質量部25の検知精度の向上を図ることができる。
In particular, in this reference example , the piezoresistive element 41 is provided at the end of the first elastic part 26 in the longitudinal direction, and the piezoresistive element 42 is provided at the end of the first elastic part 27 in the longitudinal direction. Is provided.
The shear stress generated on the first elastic portions 26 and 27 due to the torsional deformation of the first elastic portions 26 and 27 increases from the central portion to the end in the longitudinal direction of the first elastic portions 26 and 27. Yes. Therefore, the change amount of the specific resistance value of the piezoresistive elements 41 and 42 with respect to the rotation angle of the second mass unit 25 can be increased, and the detection accuracy of the second mass unit 25 can be improved.

このようなピエゾ抵抗素子41、42の配置は、第2の弾性部28、29よりも捩れ変形量の少ない第1の弾性部26、27の上のせん断応力を検知する場合に特に有効である。
なお、ピエゾ抵抗素子41を第1の弾性部26の長手方向での中央部に設け、また、ピエゾ抵抗素子42を第1の弾性部27の長手方向での中央部に設けてもよい。この場合、前述した第1参考例と同様に、アクチュエータ1Aの製造時に抵抗領域411、421を形成するに際し、その形成位置に高精度を要しなくても、アクチュエータ1Aの製品ごとの品質のバラツキを少なくすることができる。その結果、アクチュエータ1Aの低コスト化を図ることができる。
Such an arrangement of the piezoresistive elements 41 and 42 is particularly effective when detecting a shear stress on the first elastic parts 26 and 27 having a smaller amount of torsional deformation than the second elastic parts 28 and 29. .
Note that the piezoresistive element 41 may be provided in the central portion of the first elastic portion 26 in the longitudinal direction, and the piezoresistive element 42 may be provided in the central portion of the first elastic portion 27 in the longitudinal direction. In this case, similarly to the first reference example described above, when the resistance regions 411 and 421 are formed at the time of manufacturing the actuator 1A, the quality of each actuator 1A varies depending on the product even if the formation positions do not require high accuracy. Can be reduced. As a result, the cost of the actuator 1A can be reduced.

以上説明したような第2参考例のアクチュエータ1Aによっても、前述した第1参考例のアクチュエータ1と同様の効果を得ることができる。
上述したようなアクチュエータ1、1Aは、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
以上説明したようなアクチュエータ1、1Aは、例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の光スキャナ、イメージング用ディスプレイ等に好適に適用することができる。
Even with the actuator 1A of the second reference example as described above, the same effects as those of the actuator 1 of the first reference example described above can be obtained.
The actuators 1 and 1A as described above can be applied to various electronic devices, and the obtained electronic devices are highly reliable.
The actuators 1 and 1A as described above can be suitably applied to, for example, a laser printer, a barcode reader, an optical scanner such as a scanning confocal laser microscope, an imaging display, and the like.

以上、本発明のアクチュエータについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエータでは、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
例えば、前述した実施形態では、ピエゾ抵抗素子を1対有するアクチュエータを説明したが、ピエゾ抵抗素子は、1つであっても、3つ以上であってもよい。また、ピエゾ抵抗素子の設置位置は、前述した実施形態のものに限られず、第1の質量部21、22上であってよい。また、複数のピエゾ抵抗素子を有する場合、複数のピエゾ抵抗素子は、平面視にて質量部(第2の質量部25)に対し非対称に配置されていてもよい。
The actuator of the present invention has been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this. For example, in the actuator of the present invention, the configuration of each part can be replaced with an arbitrary configuration that exhibits the same function, and an arbitrary configuration can be added.
For example, in the above-described embodiment, an actuator having a pair of piezoresistive elements has been described. However, the number of piezoresistive elements may be one or three or more. Further, the installation position of the piezoresistive element is not limited to that of the above-described embodiment, and may be on the first mass parts 21 and 22. Moreover, when it has a some piezoresistive element, the some piezoresistive element may be arrange | positioned asymmetrically with respect to the mass part (2nd mass part 25) by planar view.

また、前述した実施形態では、2自由動振動系のアクチュエータ(すなわち、質量部として第1の質量部21、22および第2の質量部25を有し、弾性部として第1の弾性部26、27および第2の弾性部28、29を有するもの)について説明したが、1自由度または3自由度以上の振動系のアクチュエータにも本発明を適用することができる。
また、前述した実施形態では、光反射部が第2の質量部の上面(支持基板とは逆側の面)に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆の面に設けられている構成であってもよいし、両方の面に設けられている構成であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the actuator of the two free motion vibration system (that is, having the first mass parts 21 and 22 and the second mass part 25 as the mass part and the first elastic part 26 as the elastic part, 27 and the second elastic portions 28 and 29), the present invention can be applied to a vibration system actuator having one degree of freedom or three degrees of freedom or more.
In the above-described embodiment, the configuration in which the light reflecting portion is provided on the upper surface of the second mass portion (the surface opposite to the support substrate) has been described. For example, the light reflecting portion is provided on the opposite surface. The structure which is provided may be sufficient and the structure provided in both surfaces may be sufficient.

また、前述した実施形態では静電駆動方式により駆動するものについて説明したが、これに限定されない。例えば、2自由度振動系を有するアクチュエータの駆動方式としては、第1の質量部を回動させ、これに伴い、第2の弾性部を捩れ変形させながら、第2の質量部を回動させることができるものであれば、前述したものに限定されず、例えば、圧電素子を用いた駆動方式や、磁力を用いた駆動方式などであってもよい。   Moreover, although what was driven by the electrostatic drive system was demonstrated in embodiment mentioned above, it is not limited to this. For example, as a driving method of an actuator having a two-degree-of-freedom vibration system, the first mass unit is rotated, and the second mass unit is rotated while twisting and deforming the second elastic unit accordingly. As long as it can be used, the present invention is not limited to the above-described one. For example, a driving method using a piezoelectric element or a driving method using a magnetic force may be used.

本発明のアクチュエータの第1参考例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st reference example of the actuator of this invention. 図1中のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line in FIG. 図1中のB−B線断面図である。It is the BB sectional view taken on the line in FIG. 図1に示すアクチュエータの第2の質量部および第2の弾性部を示す部分拡大斜視図である。FIG. 3 is a partially enlarged perspective view showing a second mass part and a second elastic part of the actuator shown in FIG. 1. 図1に示すアクチュエータに備えられたピエゾ抵抗素子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the piezoresistive element with which the actuator shown in FIG. 1 was equipped. 図1に示すアクチュエータに備えられたピエゾ抵抗素子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the piezoresistive element with which the actuator shown in FIG. 1 was equipped. (001)面シリコン基板における結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the crystal orientation in a (001) plane silicon substrate, and a piezoresistance coefficient. 図1に示すアクチュエータの制御系の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the control system of the actuator shown in FIG. 図1に示すアクチュエータの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage waveform of the drive voltage of the actuator shown in FIG. 図1に示すアクチュエータの駆動電圧として交流電圧を用いた場合における交流電圧の周波数と、第1の質量部および第2の質量部のそれぞれの振幅との関係を示すグラフある。2 is a graph showing the relationship between the frequency of an AC voltage and the amplitude of each of a first mass part and a second mass part when an AC voltage is used as the drive voltage for the actuator shown in FIG. 1. 図1に示すアクチュエータの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the actuator shown in FIG. 図1に示すアクチュエータの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the actuator shown in FIG. 本発明のアクチュエータの第2参考例を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd reference example of the actuator of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A……アクチュエータ 11……検知回路 112……差動増幅回路 12……電源回路 13……制御回路 2……基体 21、22……第1の質量部 211、212、221、222……櫛歯状電極部 23、24……支持部 25……第2の質量部 251……光反射部 26、27……第1の弾性部 28、29……第2の弾性部 3……支持基板 30……空間 31……開口部 32、33……電極 321、322、331、332……櫛歯状電極部 41、42……ピエゾ抵抗素子 411、421……抵抗領域 412、413、422、423……入力電極 414、415、424、425……出力電極 416〜419、426〜429……端子 5……シリコン基板 51……凹部 6……金属マスク 7……レジストマスク 9……シリコン基板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A ... Actuator 11 ... Detection circuit 112 ... Differential amplifier circuit 12 ... Power supply circuit 13 ... Control circuit 2 ... Base | substrate 21, 22 ... 1st mass part 211, 212, 221, 222 ... ... comb-teeth electrode parts 23, 24 ... support part 25 ... second mass part 251 ... light reflecting part 26, 27 ... first elastic part 28, 29 ... second elastic part 3 ... Support substrate 30 ... Space 31 ... Opening 32, 33 ... Electrodes 321, 322, 331, 332 ... Comb-shaped electrode parts 41, 42 ... Piezoresistive elements 411, 421 ... Resistance regions 412, 413, 422, 423 ... Input electrode 414, 415, 424, 425 ... Output electrode 416-419, 426-429 ... Terminal 5 ... Silicon substrate 51 ... Recess 6 ... Metal mask 7 ... Resist mask 9: Silicon substrate

Claims (8)

板状をなす1対の第1の質量部と、
前記1対の第1の質量部の間に設けられ、板状をなす第2の質量部と、
支持部と、
前記支持部に対して前記1対の第1の質量部を回動可能とするように、前記支持部と前記1対の第1の質量部とを連結する弾性変形可能な1対の第1の弾性部と、
前記第2の質量部を前記1対の第1の質量部に対して回動可能とするように、前記1対の第1の質量部と前記第2の質量部とを連結する弾性変形可能な1対の第2の弾性部と、
前記第2の質量部の挙動を検知する挙動検知手段と
前記挙動検知手段の検知結果に基づいて、前記各第1の弾性部を捩れ変形させながら前記各第1の質量部を回動させ、これに伴い、前記各第2の弾性部を捩れ変形させながら前記第2の質量部を回動させる駆動手段とを有するアクチュエータであって、
前記1対の第1の質量部と前記第2の質量部と前記支持部と前記1対の第1の弾性部と前記1対の第2の弾性部とは、(001)面のp型シリコン単結晶基板を加工することにより一体的に形成され、かつ、前記各第1の弾性部および前記各第2の弾性部は、前記p型シリコン単結晶基板の<110>方向に沿って延在しており、
前記挙動検知手段は、前記1対の第2の弾性部のうちの少なくとも一方の第2の弾性部上の長手方向での端部に設けられたn型の抵抗領域を備えるピエゾ抵抗素子を有し、該ピエゾ抵抗素子の比抵抗値の変化に基づいて、前記第2の質量部の挙動を検知するように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
A pair of first mass parts in the form of a plate;
Provided between the first mass of the pair, and the second mass to form a plate shape,
A support part;
A pair of elastically deformable first pairs that connect the support portion and the pair of first mass portions such that the pair of first mass portions are rotatable with respect to the support portion. The elastic part of
Elastically deformable to connect the pair of first mass parts and the second mass part so that the second mass parts can rotate with respect to the pair of first mass parts. A pair of second elastic portions;
Behavior detecting means for detecting the behavior of the second mass part ;
Based on the detection result of the behavior detecting means, the first mass portions are rotated while twisting and deforming the first elastic portions, and accordingly, the second elastic portions are twisted and deformed. An actuator having a driving means for rotating the second mass part ,
The pair of first mass parts, the second mass part, the support part, the pair of first elastic parts, and the pair of second elastic parts are (001) plane p-type. The silicon single crystal substrate is integrally formed by processing, and the first elastic portions and the second elastic portions extend along the <110> direction of the p-type silicon single crystal substrate. Exist,
The behavior detecting means, have a piezoresistive element comprising an n-type resistance region provided at an end portion of at least one of the second longitudinal direction on the elastic portion of the second elastic portion of said pair And an actuator configured to detect the behavior of the second mass portion based on a change in a specific resistance value of the piezoresistive element.
板状をなす1対の第1の質量部と、
前記1対の第1の質量部の間に設けられ、板状をなす第2の質量部と、
支持部と、
前記支持部に対して前記1対の第1の質量部を回動可能とするように、前記支持部と前記1対の第1の質量部とを連結する弾性変形可能な1対の第1の弾性部と、
前記第2の質量部を前記1対の第1の質量部に対して回動可能とするように、前記1対の第1の質量部と前記第2の質量部とを連結する弾性変形可能な1対の第2の弾性部と、
前記第2の質量部の挙動を検知する挙動検知手段と
前記挙動検知手段の検知結果に基づいて、前記各第1の弾性部を捩れ変形させながら前記各第1の質量部を回動させ、これに伴い、前記各第2の弾性部を捩れ変形させながら前記第2の質量部を回動させる駆動手段とを有するアクチュエータであって、
前記1対の第1の質量部と前記第2の質量部と前記支持部と前記1対の第1の弾性部と前記1対の第2の弾性部とは、(001)面のn型シリコン単結晶基板を加工することにより一体的に形成され、かつ、前記各第1の弾性部および前記各第2の弾性部は、前記n型シリコン単結晶基板の<100>方向または<010>方向に沿って延在しており、
前記挙動検知手段は、前記1対の第2の弾性部のうちの少なくとも一方の第2の弾性部上の長手方向での端部に設けられたp型の抵抗領域を備えるピエゾ抵抗素子を有し、該ピエゾ抵抗素子の比抵抗値の変化に基づいて、前記第2の質量部の挙動を検知するように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
A pair of first mass parts in the form of a plate;
Provided between the first mass of the pair, and the second mass to form a plate shape,
A support part;
A pair of elastically deformable first pairs that connect the support portion and the pair of first mass portions such that the pair of first mass portions are rotatable with respect to the support portion. The elastic part of
Elastically deformable to connect the pair of first mass parts and the second mass part so that the second mass parts can rotate with respect to the pair of first mass parts. A pair of second elastic portions;
Behavior detecting means for detecting the behavior of the second mass part ;
Based on the detection result of the behavior detecting means, the first mass portions are rotated while twisting and deforming the first elastic portions, and accordingly, the second elastic portions are twisted and deformed. An actuator having a driving means for rotating the second mass part ,
The pair of first mass portions, the second mass portion, the support portion, the pair of first elastic portions, and the pair of second elastic portions are (001) plane n-type. The silicon single crystal substrate is integrally formed by processing, and each of the first elastic portion and each of the second elastic portions is in the <100> direction or <010> of the n-type silicon single crystal substrate. Extending along the direction,
The behavior detecting means, have the piezoresistive element comprises a p-type resistance region provided at an end portion of at least one of the second longitudinal direction on the elastic portion of the second elastic portion of said pair And an actuator configured to detect the behavior of the second mass portion based on a change in a specific resistance value of the piezoresistive element.
前記抵抗領域は、前記第2の弾性部表面に不純物をドーピングすることにより形成されたものである請求項1または2に記載のアクチュエータ。 3. The actuator according to claim 1, wherein the resistance region is formed by doping impurities on a surface of the second elastic portion. 前記ピエゾ抵抗素子は、前記抵抗領域上に前記第2の質量部の回動中心軸に対し直角な方向に並接された1対の入力電極と、前記抵抗領域上に前記回動中心軸方向に並接された1対の出力電極とを有し、前記1対の入力電極を介して前記抵抗領域に電界を印加しつつ、前記1対の出力電極を介して前記抵抗領域の比抵抗値を検知するように構成されている請求項1ないし3のいずれかに記載のアクチュエータ。 The piezoresistive element includes a pair of input electrodes juxtaposed on the resistance region in a direction perpendicular to the rotation center axis of the second mass portion, and the rotation center axis direction on the resistance region. A pair of output electrodes juxtaposed to each other, and applying an electric field to the resistance region via the pair of input electrodes, and a specific resistance value of the resistance region via the pair of output electrodes The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the actuator is configured to detect. 前記出力電極は、差動増幅回路に接続されている請求項4に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 4, wherein the output electrode is connected to a differential amplifier circuit. 前記ピエゾ抵抗素子は、前記第2の質量部の一方の面側にて各前記第2の弾性部上に設けられており、1対の前記ピエゾ抵抗素子のうちの一方のピエゾ抵抗素子における電界の方向と他方のピエゾ抵抗素子における電界の方向とが互いに同方向である請求項5に記載のアクチュエータ。 The piezoresistive element is provided on each second elastic part on one surface side of the second mass part, and an electric field in one piezoresistive element of the pair of piezoresistive elements. The actuator according to claim 5, wherein the direction of and the direction of the electric field in the other piezoresistive element are the same. 1対の前記ピエゾ抵抗素子は、互いに前記第2の質量部に対して対称に設けられている請求項6に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 6, wherein the pair of piezoresistive elements are provided symmetrically with respect to the second mass portion. 前記第2の質量部は、光反射部が設けられている請求項1ないしのいずれかに記載のアクチュエータ。 The second mass portion, an actuator according to any one of claims 1 light reflecting portion is provided 7.
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