JP6177636B2 - プレーナ型アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明はプレーナ型アクチュエータに係り、特に、磁界発生手段を大型化することなく、効率よく磁界を発生させることで、省電力化を図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。

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支持梁とを一体に形成し、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多く利用されている。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ている。

このようなプレーナ型アクチュエータとしては、例えば、従来、枠部と、枠部に対してトーションバーにより回動可能に軸支された可動板と、可動板に敷設されて通電により磁界を発生する駆動コイルとを備えたチップと、このチップのトーションバーと平行な駆動コイル部分に静磁界を与える一対の静磁界発生手段とをベース基板上に搭載し、ベース基板にザグリ部を設けて、チップをザグリ部内に収納させ、チップの上面とベース基板の上面とがほぼ面一となるようにし、互いに対向する一対の静磁界発生手段を、可動板を挟んでベース基板の上面とチップの上面とに跨って載置するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）

前記特許文献１に記載の技術においては、ザグリ部内にチップとベース基板の上面とがほぼ面一となるようにチップを収納させることによって、一対の静磁界発生手段を、ベース基板側の上面とチップの上面とに跨って載置させているので、チップに規制されることなく、一対の静磁界発生手段の対向面の距離をチップの外周部を越えて内側に接近させることができ、そのため、一対の静磁界発生手段の対向面の距離をチップの外周部を越えて接近できることに加えて、駆動コイルに作用させる磁界強度が従来と同等でよい場合は、静磁界発生手段を小さくでき、従来と同等の性能で小型化を図ることができるものである。

特開２０１０−０４１８７３号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術においては、一対の磁界発生手段の間で磁界が発生するものであるが、磁界発生手段の基板に対して高さ方向の中央部分の磁界が最も強く、磁界発生手段の端面部分に配置される可動部に対して十分な磁界を付与することができないという問題を有している。そのため、可動部に対して十分な磁界を付与するためには、磁界発生手段を大型化する必要があり、プレーナ型アクチュエータの大型化を招いてしまうという問題を有している。しかも、プレーナ型アクチュエータの省電力化を図るためには、磁界発生手段を大型化する必要があり、さらなるプレーナ型アクチュエータの大型化を招いてしまうという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、磁界発生手段を大型化することなく、効率よく磁界を発生させることで、省電力化を図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。

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、デバイス基板に設置された枠状の固定部の内側に設けられる可動部と、前記デバイス基板の一面側に、前記可動部を挟む様に一方のＮ極と他方のＳ極とを近接させて設置されている一対の磁界発生手段とを備え、
前記一対の磁界発生手段の一方の着磁方向と他方の着磁方向とが斜めで、かつ、双方の着磁方向が前記可動部に向いていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記固定部と前記可動部の間に第２可動部を設け、
前記磁界発生手段は、前記可動部および前記第２可動部をそれぞれ挟んで配置される二対構成であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記磁界発生手段は、前記デバイス基板の他面側にも設置されていることを特徴とする。

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、前記可動部に設置されて前記可動部を駆動するための駆動コイルを有し、
前記磁界発生手段は、前記駆動コイルに対して斜め磁場を形成していることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、一対の磁界発生手段について、可動部を挟む様に一方のＮ極と他方のＳ極とを近接させて設置し、磁界発生手段の一方の着磁方向と他方の着磁方向とが斜めで、かつ、双方の着磁方向が可動部に向いているようにしているので、斜め磁場を形成させて可動部の所定箇所における磁界の強さを大きくすることができる。その結果、例えば、従来の磁界発生手段と同じ大きさの磁界発生手段を用いた場合には、可動部における磁界の強さを大きく確保することができ、電流値を低下させても従来と同様の動作を確保することが可能となり、著しく省電力化を図ることができるとともに、例えば、従来と同様の磁界の強さを得るためには、磁界発生手段の寸法を小さく形成することが可能となり、装置の大幅な小型化を図ることができる。

請求項２に係る発明によれば、固定部と可動部の間に第２可動部を設け、磁界発生手段を、可動部および第２可動部をそれぞれ挟んで配置される二対構成であるようにしているので、可動部および第２可動部の所定箇所における磁界の強さを大きくすることができる。その結果、可動部における磁界の強さを大きく確保することができ、電流値を低下させても従来と同様の動作を確保することが可能となり、著しく省電力化を図ることができるとともに、従来と同様の磁界の強さを得るためには、磁界発生手段の寸法を小さく形成することが可能となり、装置の大幅な小型化を図ることができる。

請求項３に係る発明によれば、磁界発生手段を、デバイス基板の他面側にも設置するようにしているので、可動部または第２可動部に、デバイス基板の両面から斜め磁場を形成することができ、この斜め磁場により、省電力化または装置の小型化を図りつつ、可動部または第２可動部の所定箇所における磁界の強さをより大きくすることができる。

請求項４に係る発明によれば、駆動コイルを、可動部に設置するようにし、磁界発生手段を、駆動コイルに対して斜め磁場を形成しているので、駆動コイルに対して効率よく斜め磁場を付与することができ、省電力化または装置の小型化を図りつつ、可動部または第２可動部の所定箇所における磁界の強さを大きくすることができる。

本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示す概略平面図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示す概略断面図である。 従来のプレーナ型アクチュエータによる磁界の強さを示す説明図である。 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断面図である。 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断面図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第２実施形態を示す概略平面図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第２実施形態を示す図６のＡＯＢ線における概略断面図である。

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。

図１および図２は本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示す概略図である。図１および図２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、デバイス基板２上に設置された枠状の固定部３を備えている。この固定部３の内側には、支持梁４を介して可動部５が揺動自在に支持されている。

また、デバイス基板２上であって固定部３の周囲には、枠状のヨーク６が設置されており、このヨーク６の内側には、可動部５を挟んで対向配置される一対の磁界発生手段７が設置されている。

そして、本実施形態においては、磁界発生手段７は、可動部５に磁界を集中させるように着磁されている。具体的には、磁界発生手段７の互いに対向する面の可動部５に最も近接する位置であるデバイス基板２側の角部の一方にＮ極が、他方にＳ極がそれぞれ形成されるように構成されている。これにより、可動部５の所定箇所に斜め方向から磁界を送る斜め磁場を形成するようになっている。

また、可動部５の一面側には、可動部５を駆動するための渦巻き状に形成された図示しない駆動コイルが設置されており、この駆動コイルの両端部は、支持梁４を介して固定部３から引き出されるように構成されている。そして、本実施形態においては、これにより、可動部５の駆動コイル部分に、磁界発生手段７の斜め磁場が働くようになっている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

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。

可動部５の駆動コイルに電流を流すと磁界が発生し、この磁界と磁界発生手段７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、支持梁４の軸方向と平行な可動部５の対辺部分に互いに逆方向の回転力が発生し、この回転力と支持梁４の復元力とが釣合う位置まで可動部５が揺動される。

そして、駆動コイルに交流電流を流すことにより、可動部５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５を揺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５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。

このとき、本実施形態においては、可動部５の駆動コイル部分に斜め方向から磁界を送る斜め磁場を形成するようにしているので、磁界発生手段７による磁界の強さが可動部５付近で最大とすることができる。発明者らの実験によれば、図３に示すように、従来のものでは、磁界発生手段７の上下方向中央部分が最も磁界が強くなるのに対して、本実施形態においては、図２に示すように、可動部５の位置において、最も磁界が強くなることがわかり、従来と比較しても約３０％程度、可動部５の位置における磁界の強さが上昇した。

以上述べたように、本実施形態においては、可動部５の駆動コイル部分に斜め方向から磁界を送る斜め磁場を形成するようにしているので、可動部５の駆動コイル部分における磁界の強さを大きくすることができる。例えば、従来の磁界発生手段７と同じ大きさの磁界発生手段７を用いた場合には、可動部５における磁界の強さを大きく確保することができ、電流値を低下させても従来と同様の動作を確保することが可能となり、著しく省電力化を図ることができる。

また、例えば、従来と同様の磁界の強さを得るためには、磁界発生手段７の寸法を小さく形成することが可能となり、装置の大幅な小型化を図ることができる。

なお、前記実施形態においては、磁界発生手段７の形状を断面形状四角形状に形成するようにしたが、可動部５の所定箇所に斜め方向から磁界を送る斜め磁場を形成することができればいずれの形状に形成するようにしてもよく、例えば、図４に示すように、磁界発生手段７の形状を斜め四角形状に形成するようにしてもよい。また、前記実施形態にのおいては、磁界発生手段７をデバイス基板２の上面側に設置した場合について説明したが、例えば、図５に示すように、デバイス基板２の下面側にも磁界発生手段７を設置するようにしてもよい。この場合には、可動部５の所定箇所において、より強い磁界を得ることが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

本実施形態においては、図６および図７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、デバイス基板２上に設置された枠状の固定部３を備えている。この固定部３の内側には、第２支持梁８を介して枠状の第２可動部９が揺動自在に支持されており、この第２可動部９の内側には、支持梁４を介して可動部５が揺動自在に支持されている。すなわち、可動部５と第２可動部９とは、支持梁４および第２支持梁８を介して互いに直交する方向に揺動自在とされており、可動部５と第２可動部９とは、異なる駆動周波数で駆動されるように構成されている。なお、これら固定部３、第２可動部９、可動部５、支持梁４および第２支持梁８は、それぞれ一体的に形成されている。

また、固定部３の周囲には、可動部５および第２可動部９を挟んで配置される二対の磁界発生手段７が配置されている。本実施形態においては、互いに対向する２つの磁界発生手段７は、可動部５および第２可動部９に最も近接する位置であるデバイス基板２側の角部の一方にＮ極が、他方にＳ極がそれぞれ形成されるように着磁されており、他の２つの磁界発生手段７は、可動部５および第２可動部９に最も近接する位置であるデバイス基板２側の角部の一方にS極が、他方にN極がそれぞれ形成されるように着磁されている。このように磁界発生手段７を着磁することにより、図６および図７に破線矢印で示すように、磁界発生手段７から隣接する磁界発生手段７に対して、斜め方向から磁界を送る斜め磁場を形成するように構成され、これにより、磁界発生手段７からの磁場を、可動部５および第２可動部９の駆動コイル（図示せず）部分を通過させることができるようになっている。

次に、第２実施形態の作用について説明する。

本実施形態においても第１実施形態と同様に、図示しない駆動コイルに交流電流を流すことにより、可動部５および第２可動部９を揺動動作させることができ、可動部５に反射ミラーを設置することにより、光ビームを走査させることができるようになっている。

このとき、本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、可動部５および第２可動部９の駆動コイル部分に斜め方向から磁界を送る斜め磁場を形成するようにしているので、磁界発生手段７による磁界の強さが可動部５付近で最大とすることができる。

以上述べたように、本実施形態においては、可動部５および第２可動部９の駆動コイル部分に斜め方向から磁界を送る斜め磁場を形成するようにしているので、可動部５および第２可動部９における磁界の強さを大きくすることができる。その結果、従来の磁界発生手段７と同じ大きさの磁界発生手段７を用いた場合には、可動部５および第２可動部９における磁界の強さを大きく確保することができ、電流値を低下させても従来と同様の動作を確保することが可能となり、著しく省電力化を図ることができる。また、従来と同様の磁界の強さを得るためには、磁界発生手段７の寸法を小さく形成することが可能となり、装置の大幅な小型化を図ることができる。

なお、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。

１ プレーナ型アクチュエータ
２ デバイス基板
３ 固定部
４ 支持梁
５ 可動部
６ ヨーク
７ 磁界発生手段
８ 第２支持梁
９ 第２可動部

Claims (4)

1. デバイス基板に設置された枠状の固定部の内側に設けられる可動部と、
   前記デバイス基板の一面側に、前記可動部を挟む様に一方のＮ極と他方のＳ極とを近接させて設置されている一対の磁界発生手段とを備え、
   前記一対の磁界発生手段の一方の着磁方向と他方の着磁方向とが斜めで、かつ、双方の着磁方向が前記可動部に向いていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。
2. 前記固定部と前記可動部の間に第２可動部を設け、
   前記磁界発生手段は、前記可動部および前記第２可動部をそれぞれ挟んで配置される二対構成であることを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
3. 前記磁界発生手段は、前記デバイス基板の他面側にも設置されていることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか一項に記載のプレーナ型アクチュエータ。
4. 前記可動部に設置されて前記可動部を駆動するための駆動コイルを有し、
   前記磁界発生手段は、前記駆動コイルに対して斜め磁場を形成していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプレーナ型アクチュエータ。

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