JP5558799B2

JP5558799B2 - Planar actuator

Info

Publication number: JP5558799B2
Application number: JP2009279464A
Authority: JP
Inventors: 洋輔渡邉
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: JP2011123176A

Description

本発明はプレーナ型アクチュエータに係り、特に、枠状の固定部に平板状の可動部を揺動可能に軸支し、可動部の揺動動作による空気の流れが発生した場合でも、可動部を安定して揺動動作させることを可能としたプレーナ型アクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a planar actuator, and in particular, supports a flat movable portion pivotably on a frame-like fixed portion so that the movable portion can be moved even when an air flow is generated by the swinging motion of the movable portion. The present invention relates to a planar actuator that can be stably oscillated.

従来から、枠状の固定部に平板状の可動部を揺動可能に軸支する構造のアクチュエータとして、例えば半導体製造技術を利用し、シリコン基板を異方性エッチングし、枠状の固定部と平板状の可動部と固定部に可動部を軸支するトーションバーとを一体に形成し、可動部に駆動コイルを設け、可動部の駆動コイルに静磁界を付与する例えば永久磁石のような静磁界発生手段を設け、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により発生するローレンツ力を利用して可動部を揺動させる電磁駆動タイプのプレーナ型アクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。
そして、このようなアクチュエータは、例えば、可動部にミラーを設けることで光ビームを偏向走査する光スキャナなどに適用される。 Conventionally, as an actuator having a structure in which a plate-like movable part is pivotally supported on a frame-like fixed part, for example, using a semiconductor manufacturing technique, a silicon substrate is anisotropically etched to form a frame-like fixed part. A flat movable part and a torsion bar that pivotally supports the movable part are integrally formed on the fixed part, a drive coil is provided on the movable part, and a static magnetic field is applied to the drive coil of the movable part, for example, a static magnet such as a permanent magnet. There is an electromagnetically driven planar actuator that has a magnetic field generating means and swings the movable part by utilizing Lorentz force generated by the interaction between the magnetic field generated in the drive coil by energization and the static magnetic field generated by the static magnetic field generating means. (For example, refer to Patent Document 1).
Such an actuator is applied to, for example, an optical scanner that deflects and scans a light beam by providing a mirror on a movable part.

特許第２７２２３１４号公報Japanese Patent No. 2722314

しかしながら、前記従来のアクチュエータにおいては、可動が揺動動作する際に、可動部の端縁の動作により空気の流れが発生するが、可動部の揺動動作の方向と反対側の面から空気の流れが剥離してしまい、可動部の当該面に負圧が発生してしまうという問題を有している。そのため、可動部の挙動が不安定になってしまうという問題を有している。 However, in the conventional actuator, when the movable swings, an air flow is generated by the movement of the edge of the movable part, but the air flows from the surface opposite to the swinging direction of the movable part. The flow is separated, and there is a problem that negative pressure is generated on the surface of the movable part. Therefore, there is a problem that the behavior of the movable part becomes unstable.

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、可動部の揺動動作による空気の流れが発生した場合でも、可動部を安定して揺動動作させることのできるプレーナ型アクチュエータを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a planar actuator that can stably swing a movable part even when an air flow is generated by the swinging movement of the movable part. It is for the purpose.

本発明は前記目的を達成するために、請求項１の発明に係るプレーナ型アクチュエータは、枠状の固定部と、
前記固定部の内側にトーションバーを介して可動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部と、
前記可動部に設けられ、前記トーションバーの中心軸が通る部分から前記可動部の端部までにわたって突出することで、空気の流れの剥離によって負圧が発生することを抑える負圧防止部（すなわち整流部材）と、
を備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the planar actuator according to the invention of claim 1 includes a frame-shaped fixing portion,
A movable part that is movably supported inside the fixed part via a torsion bar and is driven by a driving means;
Provided on the movable part, said that protrude over the torsion bar central portion axis passes to the end of the movable portion, the negative pressure preventing portion to suppress the negative pressure is generated by the peeling of the air flow (i.e. Rectifying member) ,
It is characterized by having.

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記負圧防止部は、半円柱形状に形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, the negative pressure preventing portion is formed in a semi-cylindrical shape.

請求項３に係る発明は、請求項１において、前記負圧防止部は、半球状に形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that, in claim 1, the negative pressure preventing portion is formed in a hemispherical shape.

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、前記負圧防止部の表面には、凹部が形成されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a concave portion is formed on a surface of the negative pressure preventing portion .

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、前記負圧防止部の表面には、突部が形成されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a protrusion is formed on a surface of the negative pressure preventing portion .

請求項１に係る発明によれば、可動部に負圧防止部を取付けるようにしているので、この負圧防止部により、可動部が揺動動作する際に、可動部の端縁部の動作により生じた空気の流れが剥離することがなく、負圧が生じにくくなる。その結果、可動部の揺動動作を安定して行うことができる。 According to the invention of claim 1, since the to mount the vacuum preventing unit to the movable portion, by the negative pressure preventing portion, when the movable unit is operated swinging operation of the edge portion of the movable portion The flow of air generated by the above does not peel off and negative pressure is less likely to occur. As a result, the swinging operation of the movable part can be performed stably.

請求項２に係る発明によれば、負圧防止部を半円柱形状に形成するようにしているので、空気の流れを阻害することがなく、負圧の発生を防止して可動部を安定して揺動させることができる。 According to the second aspect of the invention, since the negative pressure preventing portion is formed in a semi-cylindrical shape, the flow of air is not hindered, the generation of negative pressure is prevented, and the movable portion is stabilized. Can be swung.

請求項３に係る発明によれば、負圧防止部を半球状に形成するようにしているので、空気の流れを阻害することがなく、負圧の発生を防止して可動部を安定して揺動させることができる。 According to the invention of claim 3, since the negative pressure preventing portion is formed in a hemispherical shape, the flow of air is not hindered, the generation of negative pressure is prevented, and the movable portion is stabilized. It can be swung.

請求項４に係る発明によれば、負圧防止部の表面に凹部を形成するようにしているので、空気の流れを阻害することがなく、負圧の発生を防止して可動部を安定して揺動させることができる。 According to the invention of claim 4, since the concave portion is formed on the surface of the negative pressure preventing portion , the flow of air is not hindered, the generation of negative pressure is prevented, and the movable portion is stabilized. Can be swung.

請求項５に係る発明によれば、負圧防止部の表面に突部を形成するようにしているので、空気の流れを阻害することがなく、負圧の発生を防止して可動部を安定して揺動させることができる。

According to the fifth aspect of the present invention, since the protrusion is formed on the surface of the negative pressure preventing portion , the flow of air is not hindered and the generation of negative pressure is prevented to stabilize the movable portion. And can be swung.

本発明に係るプレーナ型アクチュエータの実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the planar type actuator which concerns on this invention. 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの可動部部分の斜視図である。It is a perspective view of the movable part part of the planar type actuator which concerns on this invention. 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの可動部部分の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the movable part part of the planar type actuator which concerns on this invention. 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの整流部材の変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification of the baffle member of the planar type actuator which concerns on this invention. 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの整流部材の変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification of the baffle member of the planar type actuator which concerns on this invention. 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの整流部材の変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification of the baffle member of the planar type actuator which concerns on this invention. 図７（ａ）は従来のプレーナ型アクチュエータによる空気の流れを示す説明図、図７（ｂ）は本発明に係るプレーナ型アクチュエータによる空気の流れを示す説明図である。FIG. 7A is an explanatory diagram showing the air flow by the conventional planar actuator, and FIG. 7B is an explanatory diagram showing the air flow by the planar actuator according to the present invention. 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of the planar type actuator which concerns on this invention. 図８のＡ−Ｂ線における断面図である。It is sectional drawing in the AB line | wire of FIG. 図８のＣ−Ｄ線における断面図である。It is sectional drawing in the CD line of FIG.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明に係るプレーナ型アクチュエータの実施形態を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a planar actuator according to the present invention.

図１に示すように、本実施形態のプレーナ型アクチュエータ１は、図示しないデバイス基板上に設置された枠状の固定部２を備えている。この固定部２の内側には、トーションバー３を介して可動部４が揺動自在に支持されており、これら固定部２、可動部４およびトーションバー３は、一体的に形成されている。 As shown in FIG. 1, the planar actuator 1 of this embodiment includes a frame-shaped fixing portion 2 installed on a device substrate (not shown). Inside the fixed part 2, a movable part 4 is swingably supported via a torsion bar 3. The fixed part 2, the movable part 4 and the torsion bar 3 are integrally formed.

また、本実施形態においては、可動部４の一面側には、整流部材５が取付けられている。この整流部材５は、図２および図３に示すように、トーションバーの中心軸から可動部４の端部までの長さを半径とする半円柱状に形成されており、整流部材５は、可動部４に対して、例えば、接着剤などにより貼着されるように構成されている。なお、整流部材５は、可動部４を形成するプロセスにおいて、例えば、エッチングなどにより可動部４と一体に形成するようにしてもよい。 In the present embodiment, a rectifying member 5 is attached to one surface side of the movable part 4. As shown in FIGS. 2 and 3, the rectifying member 5 is formed in a semi-cylindrical shape having a radius from the center axis of the torsion bar to the end of the movable portion 4. For example, the movable part 4 is configured to be adhered by an adhesive or the like. Note that the rectifying member 5 may be formed integrally with the movable part 4 by, for example, etching or the like in the process of forming the movable part 4.

なお、整流部材５の形状としては、例えば、図４に示すように、半円柱形状の突出量を変更するようにしてもよい。また、図５に示すように、整流部材５の表面に、整流効果を高めるために複数の微小な凹部６を形成するようにしてもよいし、図６に示すように、整流部材５の表面に、整流効果を高めるために複数の微小な突部７を形成するようにしてもよい。さらに、整流部材５を半球状に形成するようにしてもよい。すなわち、整流効果が得られるのであれば、整流部材５の形状は適宜設定することができるものである。なお、整流部材５は、可動部４の動作への影響を少なくするため、例えば、合成樹脂などの軽量な材料を用いるとともに、整流部材５の内部を中空に形成して軽量化を図ることが好ましい。ただし、十分な軽量化を図ることができる場合には、整流部材５の内部を中実に形成するようにしてもよい。 In addition, as a shape of the rectification | straightening member 5, as shown in FIG. 4, you may make it change the protrusion amount of a semi-cylinder shape, for example. In addition, as shown in FIG. 5, a plurality of minute recesses 6 may be formed on the surface of the rectifying member 5 in order to enhance the rectifying effect, or as shown in FIG. 6, the surface of the rectifying member 5. In addition, a plurality of minute protrusions 7 may be formed to enhance the rectifying effect. Further, the flow regulating member 5 may be formed in a hemispherical shape. That is, as long as a rectifying effect is obtained, the shape of the rectifying member 5 can be appropriately set. In addition, in order to reduce the influence on the operation | movement of the movable part 4, the rectification | straightening member 5 uses a lightweight material, such as a synthetic resin, For example, forming the inside of the rectification | straightening member 5 hollowly, and aiming at weight reduction. preferable. However, when the weight can be sufficiently reduced, the inside of the rectifying member 5 may be formed solid.

また、固定部２の周囲には、可動部４を挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される一対の静磁界発生部材（図示せず）が配置されている。なお、静磁界発生部材は、永久磁石でも電磁石でもよい。 In addition, a pair of static magnetic field generating members (not shown) are disposed around the fixed portion 2 so as to face opposite magnetic poles with the movable portion 4 interposed therebetween. The static magnetic field generating member may be a permanent magnet or an electromagnet.

次に、本実施形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.

このプレーナ型アクチュエータ１の駆動原理は、例えば、特許第２７２２３１４号公報等で詳述されているので、以下、光スキャナの場合を例として簡単に説明する。 Since the driving principle of the planar actuator 1 is described in detail in, for example, Japanese Patent No. 2722314, etc., a brief description will be given below using an optical scanner as an example.

可動部４の駆動コイル（図示せず）に電流を流すと磁界が発生し、この磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生し、トーションバー３の軸方向と平行な可動部４の対辺部分に互いに逆方向の回転力が発生し、この回転力とトーションバー３の復元力とが釣合う位置まで可動部４が回動される。 When a current is passed through a drive coil (not shown) of the movable part 4, a magnetic field is generated, and a Lorentz force is generated by the interaction between this magnetic field and the static magnetic field generated by the static magnetic field generating means, and is parallel to the axial direction of the torsion bar 3. Rotational forces in opposite directions are generated on opposite sides of the movable portion 4, and the movable portion 4 is rotated to a position where the rotational force and the restoring force of the torsion bar 3 are balanced.

そして、駆動コイルに直流電流を流すことにより、駆動電流量に応じた回動位置で可動部４を停止させることで、反射ミラーにより光ビームを所望の方向に偏向することが可能となる。 Then, by passing a direct current through the drive coil, the movable portion 4 is stopped at a rotation position corresponding to the drive current amount, whereby the light beam can be deflected in a desired direction by the reflection mirror.

一方、駆動コイルに交流電流を流すことにより、可動部４が揺動し、反射ミラーにより光ビームを偏向走査できる。可動部４を回動させるための回転力は、駆動コイルに流す駆動電流値に比例するので、駆動コイルに供給する駆動電流値を制御することで、可動部４の振れ角（光ビームの偏向角度）を制御することができる。なお、本実施形態においては、光スキャナの場合を例として作用を説明したが、本発明は光スキャナ以外にも適用できるものである。 On the other hand, when an alternating current is passed through the drive coil, the movable part 4 swings, and the light beam can be deflected and scanned by the reflection mirror. Since the rotational force for rotating the movable part 4 is proportional to the drive current value flowing through the drive coil, the deflection angle (light beam deflection) of the movable part 4 is controlled by controlling the drive current value supplied to the drive coil. Angle) can be controlled. In the present embodiment, the operation has been described by taking the case of an optical scanner as an example. However, the present invention can be applied to other than the optical scanner.

このとき、可動部４が揺動動作する際に、可動部４の端縁の動作により空気の流れが生じ、図７（ａ）に示すように、従来の場合には、可動部４の揺動方向と反対側の面において、空気の流れが剥離して負圧を生じることがあるが、本実施形態においては、図７（ｂ）に示すように、整流部材５に沿って空気が流れることになり、負圧が生じにくくなる。また、可動部４に整流部材５を取付けることにより、可動部４の強度を増大させることができ、可動部４に取り付けた反射ミラーの反りなどを低減させることが可能となる。 At this time, when the movable part 4 swings, an air flow is generated by the movement of the edge of the movable part 4, and in the conventional case, as shown in FIG. On the surface opposite to the moving direction, the air flow may be peeled off to generate a negative pressure, but in this embodiment, the air flows along the rectifying member 5 as shown in FIG. As a result, negative pressure is less likely to occur. Further, by attaching the rectifying member 5 to the movable part 4, the strength of the movable part 4 can be increased, and the warp of the reflecting mirror attached to the movable part 4 can be reduced.

以上述べたように、本実施形態においては、可動部４の一面側に整流部材５を設けるようにしているので、可動部４が揺動動作する際に、可動部４の端縁部の動作により生じた空気の流れが剥離することがなく、負圧が生じにくくなる。その結果、可動部４の揺動動作を安定して行うことができる。 As described above, in this embodiment, since the rectifying member 5 is provided on one surface side of the movable part 4, the operation of the edge part of the movable part 4 is performed when the movable part 4 swings. The flow of air generated by the above does not peel off and negative pressure is less likely to occur. As a result, the swinging operation of the movable part 4 can be performed stably.

なお、前記実施形態においては、１つの可動部４のみを備えた一次元のアクチュエータに適用した場合について説明したが、図８から図１０に示すように、固定部２の内側に、第２トーションバー８を介して枠状の第２可動部９を揺動自在に設けるとともに、この第２可動部９の内側に、トーションバー３を介して可動部４を揺動自在に設けた二次元のアクチュエータに適用することも可能である。すなわち、この場合には、図８から図１０に示すように、可動部４の一面側に、半円柱状の整流部材５を取付けるとともに、第２可動部９の一面側に整流部材５を取付けるようにすればよい。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a one-dimensional actuator having only one movable part 4 has been described. However, as shown in FIGS. A two-dimensional frame-like movable part 9 is provided so as to be swingable via a bar 8, and a movable part 4 is provided inside the second movable part 9 so as to be swingable via a torsion bar 3. It is also possible to apply to an actuator. That is, in this case, as shown in FIGS. 8 to 10, the semi-columnar rectifying member 5 is attached to one surface side of the movable portion 4 and the rectifying member 5 is attached to the one surface side of the second movable portion 9. What should I do?

また、前記実施形態においては、アクチュエータの駆動方式として、電磁駆動方式の場合について説明したが、その他、静電駆動方式や圧電駆動方式のアクチュエータにも適用することが可能である。 In the above-described embodiment, the electromagnetic driving method has been described as the actuator driving method. However, the present invention can also be applied to an electrostatic driving method or a piezoelectric driving method actuator.

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the gist of the present invention.

１プレーナ型アクチュエータ
２固定部
３トーションバー
４可動部
５整流部材
６凹部
７突部
８第２トーションバー
９第２可動部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Planar type actuator 2 Fixed part 3 Torsion bar 4 Movable part 5 Rectification member 6 Concave part 7 Protrusion part 8 2nd torsion bar 9 2nd movable part

Claims

A frame-shaped fixing part;
A movable part that is movably supported inside the fixed part via a torsion bar and is driven by a driving means;
A negative pressure preventing portion that is provided in the movable portion and protrudes from a portion through which the central axis of the torsion bar passes to an end of the movable portion, thereby suppressing generation of negative pressure due to separation of air flow ;
A planar actuator characterized by comprising:

The planar actuator according to claim 1, wherein the negative pressure preventing portion is formed in a semi-cylindrical shape.

The planar actuator according to claim 1, wherein the negative pressure preventing portion is formed in a hemispherical shape.

The planar actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein a concave portion is formed on a surface of the negative pressure preventing portion .

The planar actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein a protrusion is formed on a surface of the negative pressure preventing portion .