JP5235341B2 - プレーナ型電磁アクチュエータ - Google Patents
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Description
請求項3のように、前記可動板が、前記駆動コイルを一体形成した柔軟なフレキシブルシートと、該フレキシブルシートを貼り付ける剛体の回動板とを有し、前記回動板と前記トーションバーとを連結する構成とするとよい。
かかる構成では、駆動コイルの引出し配線部分をフレキシブルシートに形成することで、可動板の回動動作による捩れ応力が引出し配線部分に直接作用しないようになる。
請求項5のように、前記可動板に、ミラーを一体形成するようにしてもよい。
図1〜図3に、本発明に係るプレーナ型電磁アクチュエータの参考例を示し、光走査用電磁アクチュエータに適用した場合の例を示す。図1は平面図、図2は図1のA−A矢視断面図、図3は分解図である。
図1〜図3において、本参考例のプレーナ型電磁アクチュエータ1は、枠状の固定部2にトーションバー3を介して揺動可能に軸支される可動板10と、通電により磁界を発生する駆動コイル4(図3参照)と、可動板10の下方に配置されて駆動コイル4に静磁界を作用する静磁界発生手段5とを備え、駆動コイル4に発生する磁界と静磁界発生手段5の静磁界との相互作用によりトーションバー3の軸方向と平行な可動板10の両端縁部に電磁力(ローレンツ力)を作用させて可動板10を回動させる構成である。
前記固定部2は、四角の枠状に形成され、互いに対向する一対の枠辺部に、トーションバー3の端部3a,3aを貼り付ける等して組付ける切欠部2a,2aを形成してある。
前記トーションバー3は、耐久性を確保するために機械的強度の高い単結晶シリコンウエハから形成し、固定部2に組付ける各端部3a,3a及び後述の回動板12との位置出しのための中央部3bを、可動板10の回動動作に伴って捩られる軸部3c,3cより幅広に形成する。また、各端部3a,3aは、組立工程におけるハンドリング性を向上させるために他の部位より厚くしてある。尚、トーションバー3は、必ずしも端部3a,3aを厚く形成する必要はなく、一様な厚さに形成してもよい。
前記フレキシブルシート11は、ポリイミド等の絶縁体シートに導体箔で駆動コイル4と当該駆動コイル4の引出し配線部4Aを一体形成したもので、例えばFPC(Flexible printed circuits)を用いる。
前記回動板12は、例えば単結晶シリコンより安価な通常のシリコンウエハで形成し、一方の面(図3の上面側)に、トーションバー3を組付けたときに回動板中心部とトーションバー中央部とだけが互いに連結するような溝部が形成されている。前記溝部は、トーションバー3の中央部3bを貼り付ける第1の溝部12aと、トーションバー3の軸部3c,3cを回動板12から浮遊状態にするための第2の溝部12bとからなる。前記第1の溝部12aの深さを、トーションバー中央部3bの厚さより深く形成し、該第1の溝部12aの両側に当該第1の溝部12aと直交するように形成された第2の溝部12bは、第1の溝部12aより更に深く形成する。
前記静磁界発生手段5は、永久磁石6と、この永久磁石6の両側に設けられるヨーク7,7とで構成される。
また、ミラー板13(反射ミラー14がない場合は回動板となる)をシリコンで形成し、前記ミラー板13に駆動コイル4をパターニングして形成する構成としてもよい。かかる構成によれば、フレキシブルシート11を省略でき、部品点数を削減でき、また、組立て作業が簡素化できる。
図4は、トーションバーと可動板の組立て前の断面図を示し、図5は、組立て後の状態を示す断面図である。
図4において、本実施形態のトーションバー21は、可動板22と連結する中央部に、図4及び図5に示すように後述する可動板22の穴部22aの深さより厚い位置出し用の凸状部21bを形成してある。尚、固定部2に組付ける各端部21a,21aは、軸部21c,21cと同じ厚さの平坦状に形成してあるが、組立工程におけるハンドリング性を向上させるために第1実施形態と同様に厚く形成してもよい。
一方、本実施形態の可動板22は、例えばシリコンからなり、その中心部に位置出し用の穴部22aを形成してある。また、その上面には、駆動コイル4をパターニングして形成する。尚、光走査用電磁アクチュエータとして使用する場合は、駆動コイル4上に絶縁層を介して反射ミラー14や発光素子を設ければよい。また、可動板22に駆動コイル4を形成する場合、駆動コイル4の引出しは、ワイヤボンディングで行ってもよく、或いは、トーションバー21に導電材を設けると共に、可動板22の中心部付近にスルーホールを形成し、前記スルーホースを介して前記導電材に駆動コイルを接続して引出すようにすればよい。尚、可動板22の下面側に駆動コイル4を形成するようにしてもよい。
本参考例は、トーションバーと可動板を一体形成したものである。
図6に、本参考例の電磁アクチュエータの製造工程の概略を示す。
図6において、トーションバー形成用の半導体ウエハとして例えば絶縁層101aを有するSOI構造の単結晶シリコンウエハ101を準備する(同図(a))。次に、シリコンウエハ101をエッチング加工により例えば上述した実施形態と同形状のトーションバー部分102を形成する(同図(b))。次に、トーションバー部分102を形成したウエハ101上に犠牲層103を形成する。犠牲層103の表面は、トーションバー部分102中央部の凸状部102aと面一にする(同図(c))。次に、犠牲層103上にシリコン層を成長形成して可動板部分104を形成する。これにより、トーションバー部分102の凸状部102aと一体の可動板部分104が形成される(同図(d))。その後、可動板部分104を加工して可動板32が形成される。次に、犠牲層103を溶かして除去し、ウエハ101底部のシリコン部分と絶縁層101aを除去する。これにより、固定部2に組付ける端部31a,31a、凸状部31b及び軸部31c,31を有するトーションバー31が形成される(同図(e))。ここで、ウエハ101底部のシリコン部分と絶縁層101aの除去時に、固定部2に組付ける端部31a,31aに相当する部分を、図中点線で示すように残すことで、チップのハンドリング性を向上することもできる。尚、図6(e)の工程の以前に、可動板32の上に駆動コイル4や反射ミラー14等を形成するが、ここでは図示を省略してある。また、本参考例では、SOI構造のウエハを使用する例を示したが、通常のシリコンウエハを使用してもよいことは言うまでもない。
図7及び図8に、2軸タイプのプレーナ型電磁アクチュエータに適用した本発明の第2実施形態を示す。図7は平面図であり、図8は図7のB−B矢視断面図である。
図において、本実施形態のプレーナ型電磁アクチュエータ40は、可動板が、図示しない枠状の固定部2に第1のトーションバーである外側トーションバー42A,42Aを介して揺動可能に軸支される枠状の第1の可動板である外側可動板41Aと、外側可動板41Aに外側トーションバー42A,42Aと軸方向が直角な第2のトーションバーである内側トーションバー42Bを介して揺動可能に軸支される第2の可動板である内側可動板41Bとからなる。外側トーションバー42A,42A、枠状の外側可動板41A及び内側トーションバー42Bは、半導体ウエハをエッチングして一体形成し、内側可動板41Bは別に形成する。また、外側トーションバー42A,42Aの各端部42a,42aを、その軸部より幅広に形成し、内側トーションバー42Bの中央部に凸状部42bを形成する。そして、内側可動板41Bの中心部に内側トーションバー42Bの凸状部42bを連結する構成である。
尚、第2実施形態では、内側可動板41Bと内側トーションバー42Bの連結構造として第2実施形態の構造を適用したものを示したが、上述した各参考例の連結構造としてもよいことは言うまでもない。
2 固定部
2a 切欠部
3、21、31、102 トーションバー
3a、21a、31a,42a 端部
3b 中央部
3c、21c、31c 軸部
4 駆動コイル
4a 引出し配線部
5 静磁界発生手段
6 永久磁石
7 ヨーク
10、22、32,104 可動板
11 フレキシブルシート
12 回動板
12a 第1の溝部
12b 第2の溝部
13 ミラー板
14 反射ミラー
21b、31b,42b、42b′、102a 凸状部(トーションバーの)
22a 穴部
41A 外側可動板
41B、41B′ 内側可動板
42A 外側トーションバー
42B、42B′ 内側トーションバー
101 SOI構造の単結晶シリコン
101a 絶縁層
103 犠牲層
Claims (6)
- 枠状の固定部にトーションバーを介して揺動可能に軸支した可動板を、通電により駆動コイルに発生する磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用で発生する電磁力を用いて駆動するプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、
前記可動板と前記トーションバーとを別体で形成し、前記可動板には、その中心部に位置出し用の穴部を形成し、前記トーションバーは、中央部と両端部を前記可動板の回動動作に伴って捩られる軸部より幅広に形成すると共に、前記中央部に前記可動板の前記穴部の深さより厚い位置出し用の凸状部を形成し、前記穴部に前記凸状部の上部を嵌合して前記可動板の中心部に前記トーションバーの中央部を連結し、当該トーションバーの前記両端部を前記固定部の互いに対向する枠部に組付けて、当該トーションバーを介して前記可動板を前記固定部に軸支する構成としたことを特徴とするプレーナ型電磁アクチュエータ。 - 前記可動板が、前記駆動コイルと前記静磁界発生手段のどちらか一方を一体形成した剛体からなる請求項1に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
- 前記可動板が、前記駆動コイルを一体形成した柔軟なフレキシブルシートと、該フレキシブルシートを貼り付ける剛体の回動板とを有し、前記回動板と前記トーションバーとを連結する構成とした請求項1又は2に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
- 前記可動板が、更に、ミラーを形成したミラー板を有し、該ミラー板を前記回動板に取付ける構成である請求項3に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
- 前記可動板に、ミラーを一体形成した請求項3又は4に記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
- 前記可動板が、前記固定部に第1のトーションバーを介して揺動可能に軸支される枠状の第1の可動板と、該第1の可動板に前記第1のトーションバーと軸方向が直角な第2のトーションバーを介して揺動可能に軸支される第2の可動板とからなり、前記第2の可動板の中心部に前記第2のトーションバーの中央部を連結し、前記第1のトーションバーの両端部を前記固定部の互いに対向する枠部に組付ける構成とした請求項1〜5のいずれか1つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
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