JPH06217561A - Small mobile body - Google Patents

Small mobile body

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JPH06217561A
JPH06217561A JP25124693A JP25124693A JPH06217561A JP H06217561 A JPH06217561 A JP H06217561A JP 25124693 A JP25124693 A JP 25124693A JP 25124693 A JP25124693 A JP 25124693A JP H06217561 A JPH06217561 A JP H06217561A
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polycrystalline silicon
electrode
electrodes
bushing
movable body
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Abstract

PURPOSE:To provide a small mobile body which is simple not only in wiring and electrode structures, but also in structure of driving mechanism, can effec tively utilize electrostatic forces and elastic forces and transmits the forces after efficiently converting them into mechanical forces, incorporates a control function, and can realize pitching motions and a latching function. CONSTITUTION:The mobile body is equipped with a driving mechanism constituting a driving section 300 just above the upper surface of a silicon substrate 1 constituting the mobile body. The driving mechanism has a spring supporting body 12 as an elastic supporting member and the body 12 supports a pair of electrodes 111 and 112 in such a state that the electrodes 111 and 112 are faced to each other at a variable interval. The pawl 13 at one end of the electrodes 111 and 112 drives the substrate 1 in the mobile section 100 of the mobile body.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、静電力や磁力などで駆
動する微小な可動体、いわゆる、マイクロマシン(以
下、マイクロマシン)に関する。さらに詳しくは、シリ
コンウエハ上に集積回路を構成するために利用されてい
る多結晶シリコンに微細加工技術をほどこして製作した
多結晶シリコン可動体や、各種の半導体材料や、金属材
料、プラスチック材料などに微細加工技術をほどこして
製作した微小形状のマイクロマシンに係わるものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called micromachine (hereinafter referred to as a micromachine), which is a minute movable body driven by electrostatic force or magnetic force. More specifically, polycrystalline silicon movable bodies manufactured by subjecting polycrystalline silicon, which is used to form integrated circuits on a silicon wafer, to microfabrication technology, various semiconductor materials, metal materials, plastic materials, etc. The present invention relates to a micromachine having a minute shape, which is manufactured by applying fine processing technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、マイクロマシンに関する代表的な
研究の例として、微小なロータとステータを組み合わせ
た回転型マイクロロータがある(庄野克房著「CMOS
LSIエンジニヤリング」pp.273〜282(日
刊工業新聞社)参照)。その構成を図17に示す。図1
7(a)は平面図であり、図17(b)は縦断側面図を
示す。基板101上にはキャップ付きのシャフト102
が設けられており、その周囲にはロータ電極103が配
設され、さらに、そのロータ電極103の外周にはステ
ータ電極104が配設されている。ロータ電極103と
ステータ電極104とは基板上の同じ高さに設けられて
おり、ロータ電極103を挟んで対向するステータ電極
104間に電圧を順次印加することにより、ロータ電極
103とステータ電極104との間に発生する静電力に
よってロータ電極103が回転する。以下、上記従来技
術の製法の一例を説明する。構造材料である多結晶シリ
コンは、モノシランの熱分解(CVD法)によって析出
する。レジストを用いた写真食刻技術がシャフトやロー
タの微細加工に用いられる。多結晶シリコンは、フレオ
ン・酸素のプラズマエッチングにより加工される。多結
晶シリコンは熱酸化SiOあるいはCVD SiO
によってつつみ込むように製作される。これらの工程を
繰り返すことにより微小機械可動体としてのマイクロマ
シンが組み立てられる。なお、犠牲材料であるSiO
は、製作工程の最後にエッチング液により取り除かれ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an example of a typical research on a micromachine, there is a rotary microrotor in which a minute rotor and a stator are combined (Katsufusa Shono, "CMOS
LSI Engineering "pp. 273-282 (see Nikkan Kogyo Shimbun)). The structure is shown in FIG. Figure 1
7 (a) is a plan view and FIG. 17 (b) is a vertical side view. Shaft 102 with a cap on substrate 101
Is provided, the rotor electrode 103 is provided around the rotor electrode 103, and the stator electrode 104 is provided on the outer periphery of the rotor electrode 103. The rotor electrode 103 and the stator electrode 104 are provided at the same height on the substrate, and by sequentially applying a voltage between the stator electrodes 104 facing each other with the rotor electrode 103 interposed therebetween, the rotor electrode 103 and the stator electrode 104 can be separated from each other. The rotor electrode 103 is rotated by the electrostatic force generated during the period. Hereinafter, an example of the above-mentioned conventional manufacturing method will be described. Polycrystalline silicon, which is a structural material, is deposited by thermal decomposition (CVD method) of monosilane. Photo-etching technology using resist is used for microfabrication of shafts and rotors. Polycrystalline silicon is processed by Freon oxygen plasma etching. Polycrystalline silicon is thermally oxidized SiO 2 or CVD SiO 2
It is produced so that it can be wrapped in. By repeating these steps, a micromachine as a micromachine movable body is assembled. In addition, SiO 2 which is a sacrificial material
Are removed with an etchant at the end of the fabrication process.

【0003】次に、従来のマイクロマシンの他の例とし
て、マイクロミラーについて説明する(「オプチカル
マイクロシャッタズ アンド トーショナル マイクロ
ミラーズ フォア ライト モジュレータ アレーズ
(OPTICAL MICTOSHUTTERS AN
D TORSIONAL MICRONIRRORSF
OR LIGHT MODULATOR ARRAY
S)」、IEEE MEMS’93,Fort Lau
derdale,Florida,pp.124−12
7 参照)。これは、多結晶シリコンを用いて形成さ
れ、シリコン基板上に両端が固定された両持ち梁と、両
持ち梁によって支えられたねじれ振動子と、ねじれ振動
子に平行にシリコン基板上に設けられた電極によって構
成され、電極とねじれ振動子との間に電圧を印加するこ
とによりねじれ振動子に取り付けられた鏡面を回転させ
る。
Next, a micromirror will be described as another example of the conventional micromachine (see "Optical").
Micro Shutters and Torsional Micro Mirrors Forelight Modulator Araizu (OPTICAL MICTOSHUTTERS AN
D TORSIONAL MICRONIRORSF
OR LIGHT MODULAR ARRAY
S) ", IEEE MEMS '93, Fort Lau
derdale, Florida, pp. 124-12
7). This is formed by using polycrystalline silicon, and is provided on the silicon substrate in parallel with the torsional oscillator supported by the double-supported beam whose both ends are fixed on the silicon substrate, the torsional oscillator supported by the both-supported beam. The mirror surface attached to the torsion oscillator is rotated by applying a voltage between the electrode and the torsion oscillator.

【0004】さらに他の従来技術として、一方向に変位
する静電アクチュエータがある。例えば、固定電極の櫛
歯と噛み合う櫛歯状の可動電極を持つ可動部材を一方向
にのみ案内するために弾性支持バネなどの案内部材を備
え、変位量の増大を図るものである(特開平5−761
86号特許公開公報)。
Still another conventional technique is an electrostatic actuator that displaces in one direction. For example, a guide member such as an elastic support spring is provided in order to guide a movable member having a comb-teeth-shaped movable electrode that meshes with the comb-teeth of a fixed electrode in only one direction to increase the amount of displacement (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-1999) 5-761
No. 86 patent publication).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】マイクロマシンの最大
の特徴は、ミクロンレベルの寸法で形成される点にあ
る。このため、従来から、できるだけ簡素な構造のマイ
クロマシンが待ち望まれていた。簡素な構造のマイクロ
マシンでなければ、微小な個別部品を組み立てて微小な
機械システムを構成することはできないからである。従
って、製作課程であるウエハプロセスの各工程において
も、組み立てられた形(完成形状)になるように製作課
程が進められなければならない。
The greatest feature of the micromachine is that it is formed in the size of the micron level. Therefore, conventionally, a micromachine having a structure as simple as possible has been desired. This is because, unless the micromachine has a simple structure, it is impossible to assemble minute individual parts to form a minute mechanical system. Therefore, even in each step of the wafer process, which is a manufacturing process, the manufacturing process must be advanced so as to obtain an assembled shape (completed shape).

【0006】マイクロマシンの別な特徴は、従来にない
微小な運動を実現できる点である。このため、従来か
ら、マイクロマシンにふさわしい動きが待ち望まれてい
た。即ち、例えば、巨視的スケールの汎用機械では重力
や慣性の影響を強く受けるため、加える力はそれに打ち
勝つ大きさでなければならないが、ミクロンオーダのマ
イクロマシンでは当然のことながら重力や慣性の影響が
小さいので、新たな概念でマイクロマシンの実用化研究
に取り組む必要がある。しかるに、従来のマイクロマシ
ンでは、単に上記巨視的スケールの汎用機械を微小化す
るに留まっていた。そして、マイクロマシンの微小性を
活かした特異な動きを実現する構造や、マイクロマシン
を動作させるために加える力、その伝達方法など、マイ
クロマシンそれ自体の構造を含めてマイクロマシンにふ
さわしい方式の発見が切望されていた。
[0006] Another feature of the micromachine is that it can realize a minute movement which has never been achieved. Therefore, a movement suitable for a micromachine has been long awaited. That is, for example, a general-purpose machine on a macroscopic scale is strongly affected by gravity and inertia, so the applied force must be large enough to overcome it, but of course micron-order micromachines are naturally less affected by gravity and inertia. Therefore, it is necessary to work on the practical application of micromachines with a new concept. However, in the conventional micromachine, the general-purpose machine on the macroscopic scale is merely miniaturized. There is a strong demand for the discovery of methods suitable for micromachines, including the structure of the micromachine itself, such as the structure that realizes peculiar movements that take advantage of the minuteness of the micromachine, the force that is applied to operate the micromachine, and the transmission method thereof. It was

【0007】ところが、前記従来技術によれば、マイク
ロマシンの初歩的な試みであるマイクロロータの例でも
分かるように、ロータの周囲に配置された多数のステー
タ電極に電圧を切り替えながら与えるための配線や電極
構造だけでなく、ロータやミラーを支える機構などを含
めて、マイクロマシンの構造が複雑になってしまうとい
う欠点がある。
However, according to the above-mentioned prior art, as can be seen from the example of the micro-rotor, which is a rudimentary trial of micro-machines, wiring for applying voltage to a large number of stator electrodes arranged around the rotor while switching the voltage, There is a drawback in that the structure of the micromachine is complicated, including not only the electrode structure but also the mechanism for supporting the rotor and the mirror.

【0008】しかも、従来技術によれば、ロータの回転
力は、回転角度に応じて半径方向に対向するステータと
ロータとの端面間の静電力で与えられる。その結果、せ
っかくの静電力も有効に活用され得ず、効率よく静電力
を機械力に変換したり、力の伝達をさせることができな
い。
Moreover, according to the prior art, the rotational force of the rotor is given by the electrostatic force between the end surfaces of the stator and the rotor, which face each other in the radial direction according to the rotation angle. As a result, the electrostatic force cannot be effectively utilized, and the electrostatic force cannot be efficiently converted into mechanical force or the force cannot be transmitted.

【0009】さらに、マイクロロータに限らず前記のマ
イクロミラーでは、ロータやミラーの回転速度や回転角
度、位置(変位)を制御するために、微小なロータやミ
ラーの運動状態や位置を正確に検出するための高度な検
出手段を設けなければならず、結果としてマイクロマシ
ン全体が複雑化、大型化し、マイクロマシンを実用化す
る上での大きな障害になっていた。
Further, not only the micro-rotor but also the above-mentioned micro-mirror can accurately detect the motion state and the position of the minute rotor and the mirror in order to control the rotation speed, the rotation angle and the position (displacement) of the rotor and the mirror. Therefore, a sophisticated detection means must be provided, and as a result, the entire micromachine becomes complicated and large in size, which has been a major obstacle to putting the micromachine into practical use.

【0010】しかも、前記の従来技術によれば、いずれ
も、電圧を加えない状態では、1ピッチづつのピッチ運
動やそれにともなって必要になるラッチ機能が実現でき
ないという基本的な課題を有していた。
Moreover, each of the above-mentioned prior arts has a basic problem that the pitch movement of each pitch and the necessary latch function cannot be realized in the state where no voltage is applied. It was

【0011】本発明は、上記の従来技術が有していた種
々の課題に鑑みてなされたもので、マイクロマシンを実
現するためにふさわしい簡素な構造を持ち、しかも、静
電力を効率よく機械力に変換して外部に伝達でき、マイ
クロマシンそれ自体に制御機能を内在し、ピッチ運動や
ラッチ機能をも実現可能な微小な可動体を提供するこを
目的としており、また、多結晶シリコンのもつ弾性を利
用して、加えた静電気引力を前進運動にかえ、確実に運
動するミクロの可動体をシリコンウエハ上に形成するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the various problems that the above-mentioned prior art has, and has a simple structure suitable for realizing a micromachine, and efficiently converts electrostatic force into mechanical force. The purpose is to provide a minute movable body that can be converted and transmitted to the outside, has a control function in the micromachine itself, and can also realize a pitch movement and a latch function. The purpose is to change the applied electrostatic attraction force to the forward movement and form a micro movable body that moves reliably on the silicon wafer.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の微小可動体では、少なくとも一対の電極
と、前記一対の電極の電極間隔を弾性力で可変に支える
弾性支持部材とを備えるものである。
In order to achieve the above object, in the micro movable body of the present invention, at least a pair of electrodes and an elastic support member that variably supports the electrode interval between the pair of electrodes by elastic force. Be prepared.

【0013】また、この発明の微小可動体では、絶縁膜
を介してシリコン基板と多結晶シリコン板との間に交流
パルスを加え、その立ち上がりにおいて多結晶シリコン
板のブッシング支持部につらなる多結晶シリコン棒にひ
ねりをあたえ、立ち下がりにおいてひねられた多結晶シ
リコン棒がもとにもどることを利用して、ブッシング支
持部がピッチ運動をすることを特徴とする。
Further, in the minute movable body according to the present invention, an alternating current pulse is applied between the silicon substrate and the polycrystalline silicon plate through the insulating film, and at the rising thereof, the polycrystalline silicon which hangs on the bushing support portion of the polycrystalline silicon plate. It is characterized in that the bushing support part makes a pitch movement by giving a twist to the rod and utilizing the fact that the polycrystalline silicon rod twisted at the fall returns to the original position.

【0014】そして、前記多結晶シリコン棒のひねりに
加えて、多結晶シリコン板がたわむことをも利用するこ
とが好ましい。
In addition to the twist of the polycrystalline silicon rod, it is preferable to utilize the fact that the polycrystalline silicon plate bends.

【0015】[0015]

【作用】上記のように構成された微小可動体の一対の電
極に電圧を加えると、電極間に静電力が働き、弾性支持
部材の弾性力とあいまって電極間隔を変化させ、電極か
ら電圧を取り除いた後は、弾性部材の弾性力が働き、電
極間隔を所定に復元させ、この動作がそれ自体に制御機
能を有し、これらの動作を繰り返しても微小可動体が安
定に運動するように作用する。
When a voltage is applied to the pair of electrodes of the minute movable body configured as described above, an electrostatic force acts between the electrodes, the electrode spacing is changed in combination with the elastic force of the elastic support member, and the voltage is applied from the electrodes. After the removal, the elastic force of the elastic member works to restore the electrode spacing to a predetermined value, and this operation has a control function itself, so that the micro movable body can move stably even if these operations are repeated. To work.

【0016】本発明は、たとえば断面積3ミクロン×3
ミクロンの多結晶シリコン棒の弾性定数の測定に関する
物性的研究から、新たな力の伝達方法を発見したことに
よりなされたものである。具体的に説明すれば、モノシ
ランの熱分解によって析出された多結晶シリコンを微細
加工技術を用いて加工した多結晶シリコン棒(たとえば
長さ500ミクロン)では、弾性定数が150GPaで
あり、その値は単結晶シリコンでの値に匹敵する。弾性
限界内で歪を加え、そののち力を取り除くと、多結晶シ
リコン棒はもとの形状にもどる。たわみだけでなく、ね
じりに関しても同様である。
The present invention, for example, has a cross-sectional area of 3 microns × 3.
It was made by discovering a new force transmission method from a physical property study on the measurement of the elastic constant of a micron polycrystalline silicon rod. Specifically, a polycrystalline silicon rod (for example, a length of 500 microns) obtained by processing the polycrystalline silicon deposited by the thermal decomposition of monosilane using a microfabrication technique has an elastic constant of 150 GPa, and its value is It is comparable to the value for single crystal silicon. When strain is applied within the elastic limit and then the force is removed, the polycrystalline silicon rod returns to its original shape. The same applies not only to bending but also to twisting.

【0017】そして、本発明は、この多結晶シリコンの
機械的物性にも着目し、絶縁膜を介してシリコン基板と
多結晶シリコン板との間に交流パルスを加え、その立ち
上がりにおいて多結晶シリコン板のブッシング支持部に
つらなる多結晶シリコン棒にひねりをあたえ、立ち下が
りにおいてひねられた多結晶シリコン棒がもとにもどる
ことを利用して、ブッシング支持部がピッチ運動をする
という現象そのものが、前記の目的にも合うことをつき
とめ、これを提供するものである。
The present invention also pays attention to the mechanical properties of the polycrystalline silicon, applies an AC pulse between the silicon substrate and the polycrystalline silicon plate through the insulating film, and at the rising edge of the polycrystalline silicon plate. The phenomenon itself that the bushing support part makes a pitch motion by using the fact that the polycrystalline silicon rod twisted at the bushing support part of the above is given a twist and the polycrystalline silicon rod twisted at the fall returns to the original, The purpose is to find and meet the purpose of.

【0018】また、ブッシング支持部がピッチ運動をす
るのに、前記の多結晶シリコン棒のひねりに加えて、多
結晶シリコン板がたわむことを利用してもよい。
In addition to the above-mentioned twist of the polycrystalline silicon rod, the bending of the polycrystalline silicon plate may be used for the bushing support portion to perform the pitch movement.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例について、
図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、
同一要素には同一符号を付して説明の重複を避けてい
る。
EXAMPLES Some examples of the present invention will be described below.
A description will be given with reference to the drawings. In the following explanation,
The same elements are designated by the same reference numerals to avoid duplication of description.

【0020】先ず、本発明の第一の実施例について説明
する。図1において、微小可動体としてのマイクロマシ
ンには、可動部100と駆動部300が設けられてお
り、可動部100を構成するシリコン基板1の上面には
凹凸が形成され、シリコン基板1の上面に接して駆動部
300が設けられている。駆動部300には弾性支持部
材としてのスプリング支持体12が設けられており、ス
プリング支持体12は一対の電極111、112が互い
に対向して電極間隔dを可変にするように保持してい
る。そして、電極111の一端にはツメ13が設けられ
ており、ツメ13はシリコン基板1の上面の凹凸に噛み
合っている。なお、電極112は図示されぬ取付具によ
って外部に固定されている。
First, a first embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, a micromachine as a minute movable body is provided with a movable portion 100 and a driving portion 300, and an uneven surface is formed on the upper surface of a silicon substrate 1 which constitutes the movable portion 100. The drive unit 300 is provided in contact with each other. The drive unit 300 is provided with a spring support 12 as an elastic support member, and the spring support 12 holds a pair of electrodes 111, 112 so that they are opposed to each other and the electrode spacing d is variable. A claw 13 is provided at one end of the electrode 111, and the claw 13 meshes with the unevenness on the upper surface of the silicon substrate 1. The electrode 112 is fixed to the outside by a mounting tool (not shown).

【0021】以下、図2(a)、(b)、(c)を参照
して上記実施例の動作原理を説明する。電極111、1
12間に電圧を加えると(図2(a))、これらの電極
111、112の間には静電力が働き、スプリング支持
体12が弾性変形することによって電極111が電極1
12側に吸引され、電圧が加わらないときに比べて電極
間隔dが狭くなる(図2(b))。ついで、これらの電
極111、112間から電圧が取り除かれると、スプリ
ング支持体12の弾性復元力によって電極111が電極
112から離れ、電極間隔dが広がって元に戻る(図2
(c))。このとき、電極111の一端のツメ13がシ
リコン基板1の凹溝を図中矢印方向に押しやり、シリコ
ン基板1で形成された可動部100を駆動部300に対
して相対的に移動させる。そして、電極111、112
間に加える電圧を入切して上記動作を繰り返す事によっ
て可動部100を歩進(ピッチング)駆動する。
The operating principle of the above embodiment will be described below with reference to FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c). Electrodes 111, 1
When a voltage is applied between the electrodes 12 (FIG. 2A), an electrostatic force acts between these electrodes 111 and 112, and the spring support 12 is elastically deformed, so that the electrode 111 moves to the electrode 1.
The electrode distance d is narrowed compared to the case where the voltage is applied to the 12 side and no voltage is applied (FIG. 2B). Then, when the voltage is removed from between the electrodes 111 and 112, the elastic restoring force of the spring support 12 causes the electrode 111 to separate from the electrode 112, and the electrode interval d is widened to return to the original state (FIG. 2).
(C)). At this time, the claw 13 at one end of the electrode 111 pushes the concave groove of the silicon substrate 1 in the direction of the arrow in the figure, and moves the movable portion 100 formed of the silicon substrate 1 relative to the driving portion 300. Then, the electrodes 111 and 112
The movable portion 100 is stepped (pitching) by turning on and off the voltage applied in between and repeating the above operation.

【0022】上記実施例によれば、一回の電圧印加によ
ってシリコン基板1上に刻まれた凹凸一ピッチに対応し
た変位量が確保され、しかも、その変位力は、スプリン
グ支持体12の持つ弾性復元力に相当し、しかも、電圧
を切ってもその変位位置が保持される。つまり、上記構
成のマイクロマシンでは、それ自体に制御機能が内在
し、静電力と弾性力の組み合わせによって効率よく機械
的な原動力を得ている。
According to the above-mentioned embodiment, the amount of displacement corresponding to one pitch of the concaves and convexes engraved on the silicon substrate 1 is secured by applying the voltage once, and the displacement force is the elasticity of the spring support 12. It corresponds to a restoring force, and its displacement position is maintained even when the voltage is turned off. That is, the micromachine having the above-described structure has a control function in itself, and efficiently obtains mechanical motive force by combining electrostatic force and elastic force.

【0023】なお、上記実施例の説明では、理解の容易
のために駆動部を外部に固定して可動部を歩進させると
したが、可動部を固定して駆動部を移動させることもで
き、シリコン基板上で駆動部をピッチ運動させることが
できるのは勿論である。また、上記説明ではシリコン基
板を例に取り上げたが、材料や形状はそれに限らず、プ
ラスチックなどの他の材料や、円筒などの他の形状に置
き換える事もできる。
In the above description of the embodiment, the drive part is fixed to the outside and the movable part is stepped for easy understanding, but the movable part may be fixed and the drive part may be moved. Of course, the drive unit can be pitch-moved on the silicon substrate. Further, in the above description, the silicon substrate is taken as an example, but the material and the shape are not limited thereto, and other materials such as plastic and other shapes such as a cylinder can be replaced.

【0024】次に、上記本発明の第一の実施例の変形例
について図3を参照して以下に説明する。この変形例の
構成が図1に示す実施例の構成と異なる点は以下の通り
である。即ち、駆動部300の一方の電極111は、弾
性支持部材としてのポリイミド弾性板121の片面に蒸
着形成されており、他方の電極112は、外部に固定さ
れたリジッドなポリイミド固定板上に形成され、電極1
12の表面は絶縁層2で覆われている。そして、これら
一対の電極111、112の一端(図中上部)は互いに
固着され、他端(図中下部)は裾広がりに開いている。
Next, a modified example of the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The structure of this modification is different from the structure of the embodiment shown in FIG. 1 in the following points. That is, one electrode 111 of the driving unit 300 is formed by vapor deposition on one surface of a polyimide elastic plate 121 as an elastic supporting member, and the other electrode 112 is formed on a rigid polyimide fixing plate fixed to the outside. , Electrode 1
The surface of 12 is covered with an insulating layer 2. One end (upper part in the drawing) of the pair of electrodes 111 and 112 is fixed to each other, and the other end (lower part in the drawing) is widened to the bottom.

【0025】以下、図3(a)、(b)、(c)、
(d)を参照して上記実施例の動作原理を説明する。電
極111、112間に電圧を加えると(図3(a))、
これらの電極111、112の間には静電力が働き、は
じめは電極間隔が狭い図中上部から弾性板121を変形
させて電極111が電極112側に吸引され、電極間隔
dが狭くなる(図3(b))。その後、電圧を加え続け
ると、電極111は図中下部にまで及んで電極112側
に吸引されて絶縁膜2に徐々に張り付いていく(図3
(c))。なお、絶縁膜2は、電極111、112が静
電力によって吸引されても、両電極間の電圧を短絡しな
いで絶縁を保つ作用をなす。ついで、これらの電極11
1、112間から電圧を取り除くと、弾性板121の弾
性復元力によって電極111が電極112から引き離さ
れ、電極間隔dが広がって元に戻る(図3(d))。こ
のとき、電極111の一端のツメ13がシリコン基板1
の凹溝を押しやり、シリコン基板1で形成された可動部
を駆動機構300に対して相対移動させる。そして、電
極111、112間に加える電圧を入切して上記動作を
繰り返す事によってシリコン基板2をピッチング駆動す
る。
Hereinafter, FIG. 3 (a), (b), (c),
The operation principle of the above embodiment will be described with reference to FIG. When a voltage is applied between the electrodes 111 and 112 (FIG. 3A),
An electrostatic force acts between the electrodes 111 and 112, and the electrode gap is narrowed at first by deforming the elastic plate 121 from the upper part in the drawing where the electrode gap is narrow, and the electrode gap d is narrowed (Fig. 3 (b)). After that, when the voltage is continuously applied, the electrode 111 reaches the lower part in the figure and is attracted to the electrode 112 side and gradually sticks to the insulating film 2 (FIG. 3).
(C)). The insulating film 2 has a function of maintaining insulation without short-circuiting the voltage between both electrodes even if the electrodes 111 and 112 are attracted by electrostatic force. Then these electrodes 11
When the voltage is removed from between 1 and 112, the electrode 111 is separated from the electrode 112 by the elastic restoring force of the elastic plate 121, and the electrode interval d is widened and returns to the original state (FIG. 3D). At this time, the claw 13 at one end of the electrode 111 is attached to the silicon substrate 1
The concave portion is pushed away to move the movable portion formed of the silicon substrate 1 relative to the drive mechanism 300. Then, the voltage applied between the electrodes 111 and 112 is turned on / off and the above operation is repeated to pitch drive the silicon substrate 2.

【0026】上記変形例によれば、一対の電極間が裾広
がりに形成できるので、裾野の部分での電極間隔を広く
とることができ、結果的に大きなピッチでピッチ運動を
実現できる。しかも、電極間に加える電圧を調整するこ
とによって、電極間の吸引度合い調整できる。これによ
れば、電極間に加える印加電圧量を調整することによっ
て、シリコン基板1上に刻まれた凹凸の任意の数ピッチ
に対応して所望の変位量を得ることもでき、ピッチ運動
を自在に制御することができる。
According to the above modification, since the pair of electrodes can be formed so as to widen the skirt, the electrode interval in the skirt portion can be widened, and as a result, the pitch motion can be realized at a large pitch. Moreover, the degree of attraction between the electrodes can be adjusted by adjusting the voltage applied between the electrodes. According to this, by adjusting the amount of applied voltage between the electrodes, it is possible to obtain a desired amount of displacement corresponding to an arbitrary number of pitches of irregularities engraved on the silicon substrate 1, and to freely perform pitch movement. Can be controlled.

【0027】なお、上記変形例の図面の説明では、理解
の容易のために電極111にツメ13を備え、電極11
2が外部に固定されるとしたが、電極112にツメを備
えて電極111を外部に固定することもできる。また、
電極112の表面に絶縁膜2を設けたが、電極112で
はなく電極111の表面に絶縁膜2を設けるようにして
もよいのは勿論である。
In the description of the drawings of the above modification, the electrode 111 is provided with the claw 13 and the electrode 11 is provided for easy understanding.
Although 2 is fixed to the outside, the electrode 112 can be fixed to the outside by providing the electrode 112 with a claw. Also,
Although the insulating film 2 is provided on the surface of the electrode 112, it goes without saying that the insulating film 2 may be provided on the surface of the electrode 111 instead of the electrode 112.

【0028】次に、本発明の第二の実施例について図4
乃至図6を参照して以下に説明する。図4は、多結晶シ
リコンで一体形成された可動部500の構造を示した斜
視図であり、可動部500は図5に示されるように固定
部600としてのシリコン基板1上に移動可能に置かれ
る。可動部500の形状は、断面が概ね逆L字状に形成
され、可動部500の水平面の一部には電極111が形
成されている。電極111の延長面から直角に延びる可
動部500の他端にはブッシング50が設けられてい
る。ブッシング50の上辺はブッシング支持部51であ
り、その左右には弾性支持部材としての梁17が突き出
して設けられている。梁17の突出端は図示されぬ枠体
などを介して外部(移動子)に固定されている。そし
て、当初、可動体500は、電極111がシリコン基板
1に形成されるもう一方の電極(図示されぬ)と平行に
位置し、しかも、ブッシング50の足52とシリコン基
板1の表面が機械的に接するように、梁17によって支
えられている。なお、シリコン基板1の表面は絶縁膜で
覆われており、ブッシング50の足52がシリコン基板
1と接触しても、可動部500と固定部600の間は電
気的に絶縁されている。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
It is described below with reference to FIGS. FIG. 4 is a perspective view showing a structure of a movable part 500 integrally formed of polycrystalline silicon. The movable part 500 is movably placed on a silicon substrate 1 as a fixed part 600 as shown in FIG. Get burned. The movable part 500 has a cross-section formed in a substantially inverted L shape, and the electrode 111 is formed on a part of the horizontal surface of the movable part 500. A bushing 50 is provided at the other end of the movable portion 500 that extends at a right angle from the extension surface of the electrode 111. An upper side of the bushing 50 is a bushing support portion 51, and beams 17 as elastic support members are provided so as to project to the left and right of the bushing support portion 51. The protruding end of the beam 17 is fixed to the outside (moving element) via a frame body (not shown). At first, in the movable body 500, the electrode 111 is positioned parallel to the other electrode (not shown) formed on the silicon substrate 1, and the foot 52 of the bushing 50 and the surface of the silicon substrate 1 are mechanical. Is supported by the beam 17 so as to be in contact with. The surface of the silicon substrate 1 is covered with an insulating film, and even if the legs 52 of the bushing 50 contact the silicon substrate 1, the movable portion 500 and the fixed portion 600 are electrically insulated.

【0029】以下、図5(a)、(b)、(c)を参照
して上記第二の実施例の動作について説明する。可動部
500の電極111と固定部600のシリコン基板1の
電極の間に電圧を加えると(図5(a))、これらの電
極間には静電力が働き、梁17がねじられることによっ
て電極111がシリコン基板1側に吸引され、可動部5
00が傾き、電圧が加わる前に比べて電極間隔dが狭く
なる。このとき、可動部500は梁17を介して固定さ
れているので、足52は、電圧を印加する前の位置から
ΔXだけ、シリコン基板1上でずれる(図5(b))。
次に、電極111とシリコン基板1の電極の間から電圧
が取り除かれると、ねじられた梁17の弾性復元力によ
って電極111がシリコン基板1から離れて平行に戻ろ
うとし、電極間隔dが広がって可動部500の姿勢が元
に戻る(図5(c))。このとき、可動部500は足5
2が支点となって姿勢を戻すので、可動部500は固定
部600に対してΔXだけ相対的に移動する。上記の電
極間に加える電圧を入切することで、可動部と固定部は
相対的にピッチ運動を行う。
The operation of the second embodiment will be described below with reference to FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (c). When a voltage is applied between the electrode 111 of the movable part 500 and the electrode of the silicon substrate 1 of the fixed part 600 (FIG. 5A), an electrostatic force acts between these electrodes, and the beam 17 is twisted to cause the electrodes to move. 111 is attracted to the silicon substrate 1 side, and the movable portion 5
00 is inclined, and the electrode interval d is narrower than before the voltage is applied. At this time, since the movable portion 500 is fixed via the beam 17, the foot 52 is displaced from the position before the voltage is applied by ΔX on the silicon substrate 1 (FIG. 5B).
Next, when the voltage is removed from between the electrode 111 and the electrode of the silicon substrate 1, the elastic restoring force of the twisted beam 17 causes the electrode 111 to separate from the silicon substrate 1 and return to the parallel direction, so that the electrode distance d increases. The posture of the movable part 500 returns to its original position (FIG. 5 (c)). At this time, the movable part 500 moves the foot 5
Since the posture is returned with 2 as the fulcrum, the movable portion 500 moves relative to the fixed portion 600 by ΔX. By turning on and off the voltage applied between the electrodes, the movable portion and the fixed portion relatively perform a pitch motion.

【0030】次に図6(a)、(b)、(c)、(d)
を参照して上記第二の実施例の変型例について説明す
る。なお、図6(a)、(b)、(c)、(d)には、
固定部のシリコン基板1側の電極112と絶縁膜2が示
されており、この変型例の構成が図4乃至図5に示す実
施例の構成と異なる点は以下の通りである。即ち、図6
(a)においては、梁17が移動可能な枠体16に固着
されている点であり、図6(b)においては、梁17が
電極111の近傍に設けられている点であり、図6
(c)においては、枠体16を外部に固定し、しかも、
シリコン基板1上の一部分にのみ絶縁膜2を設け、固定
部600としてのシリコン基板1側を移動可能とした点
である。
Next, FIGS. 6A, 6B, 6C and 6D.
A modified example of the second embodiment will be described with reference to FIG. 6 (a), (b), (c), and (d),
The electrode 112 on the silicon substrate 1 side of the fixed portion and the insulating film 2 are shown. The configuration of this modified example is different from the configuration of the embodiment shown in FIGS. 4 to 5 as follows. That is, FIG.
In FIG. 6A, the beam 17 is fixed to the movable frame body 16, and in FIG. 6B, the beam 17 is provided near the electrode 111.
In (c), the frame 16 is fixed to the outside, and
This is that the insulating film 2 is provided only on a part of the silicon substrate 1 so that the silicon substrate 1 side as the fixing portion 600 can be moved.

【0031】以下、上記変形例の動作原理を説明する。
図6(a)の構成では、電極111、112間に電圧を
加えると、これらの電極111、112の間には静電力
が働き、梁17がねじれ弾性変形することによって電極
111が電極112側に吸引され、電圧が加わらないと
きに比べて電極間隔dが狭くなる。このとき、図6
(a)においては、梁17がねじられると同時に枠体1
6が矢印161方向に移動する。そして、電圧を切る
と、ねじられていた梁17が弾性復元する弾性力によっ
て電極111が電極112から離れ、電極間隔dが広が
って元に戻り、枠体16は矢印162の方向に移動す
る。つまり、この変型例では、電圧の入切を繰り返す事
によって枠体16を紙面の左右方向に振動させる事がで
きる。次に、図6(b)の構成においては、梁17がね
じられると同時に枠体16が矢印163方向に移動す
る。そして、電圧を切ると、ねじられていた梁17の弾
性復元力によって枠体16は矢印164の方向に戻り、
上記と同様にして枠体16を紙面の上下方向に振動させ
る事ができる。さらに、図6(c)においては、枠体1
6が固定されたいるために、ブッシング50によって絶
縁膜2とそれに連なる電極112が矢印1121方向に
駆動され、ついで、これらの電極111、112間から
電圧が取り除かれると、ねじられていた梁17が弾性復
元することによって電極112が矢印1122の方向に
移動するので、上記と同様にしてシリコン基板1を紙面
の左右方向に振動させる事ができる。
The operation principle of the above modification will be described below.
In the configuration of FIG. 6A, when a voltage is applied between the electrodes 111 and 112, an electrostatic force acts between the electrodes 111 and 112, and the beam 17 is twisted and elastically deformed, so that the electrode 111 is placed on the electrode 112 side. The electrode spacing d becomes narrower than that when no voltage is applied. At this time, FIG.
In (a), the beam 17 is twisted and at the same time the frame 1
6 moves in the direction of arrow 161. Then, when the voltage is turned off, the electrode 111 is separated from the electrode 112 by the elastic force of elastically restoring the twisted beam 17, the electrode interval d is expanded and returned to the original state, and the frame body 16 moves in the direction of the arrow 162. That is, in this modified example, the frame 16 can be vibrated in the left-right direction on the paper surface by repeating turning on and off of the voltage. Next, in the configuration of FIG. 6B, the beam 17 is twisted, and at the same time, the frame body 16 moves in the direction of arrow 163. Then, when the voltage is turned off, the frame body 16 returns in the direction of the arrow 164 due to the elastic restoring force of the twisted beam 17,
The frame 16 can be vibrated in the vertical direction of the paper in the same manner as described above. Further, in FIG. 6C, the frame 1
6 is desired to be fixed, the insulating film 2 and the electrode 112 connected to the insulating film 2 are driven in the direction of arrow 1121 by the bushing 50, and when the voltage is removed from between the electrodes 111 and 112, the beam 17 twisted. Since the electrode 112 moves in the direction of the arrow 1122 by elastically restoring, the silicon substrate 1 can be vibrated in the left-right direction of the paper surface in the same manner as described above.

【0032】上記変形例によれば、梁17に弾性支持部
材としてのねじり弾性の機能と、可動部500と枠体1
6を機械的に結合させる機能とを併せもたせているの
で、微小可動体の構造が簡素化でき、しかも、特別な伝
達機構無しで電極間隔の変位量を振動に変換でき、ある
いは、外部に伝達損失無く取り出すことができる。つま
り、上記構成のマイクロマシンでは、静電力と弾性力の
組み合わせによって効率よく得られた変位量を原動力と
して利用できる。
According to the above modification, the beam 17 has a function of torsional elasticity as an elastic support member, and the movable portion 500 and the frame 1 are provided.
Since it also has a function of mechanically coupling 6, the structure of the minute movable body can be simplified, and the displacement amount of the electrode interval can be converted into vibration without a special transmission mechanism, or transmitted to the outside. It can be taken out without loss. That is, in the micromachine having the above configuration, the displacement amount efficiently obtained by the combination of the electrostatic force and the elastic force can be used as the driving force.

【0033】なお、上記説明ではブッシング50の往復
移動によってシリコン基板1または枠体16が振動する
としたが、前記図5に説明した動きを取り入れる事によ
って、シリコン基板1または枠体16を歩進(ピッチ運
動)させる事もできる。なお、この場合、シリコン基板
1または枠体16に沿って案内用のガイドレールを設け
る事も好ましい。また、図6(c)における変形例の説
明では、理解の容易のために電極112を移動するとし
たが、電極112とその上面にある絶縁膜2を分離し、
絶縁膜2のみを移動可能とする事もできる。
In the above description, the silicon substrate 1 or the frame body 16 vibrates due to the reciprocating movement of the bushing 50, but the silicon substrate 1 or the frame body 16 advances by incorporating the movement described in FIG. You can also make a pitch movement). In this case, it is also preferable to provide a guide rail for guiding along the silicon substrate 1 or the frame 16. In the description of the modified example in FIG. 6C, the electrode 112 is moved for easy understanding, but the electrode 112 and the insulating film 2 on the upper surface thereof are separated,
It is also possible to make only the insulating film 2 movable.

【0034】次に、図7乃至図11を参照して本発明の
第三の実施例について説明する。この実施例の構成が前
記第二の実施例の構成と異なる主要な点は、可動部50
0に特別な梁などを設けず、固定部600上に単に載せ
てあり、しかも、可動部600の少なくとも一部が弾性
部材で形成されている点である。そして、この実施例で
は、可動部500を固定部600の上で自在に移動させ
ることができる点に特徴がある。可動部500は電極1
11を含めて多結晶シリコンで形成されており、電極1
11自体が弾性変型可能な弾性支持部材としての機能も
有している。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The main difference of the structure of this embodiment from the structure of the second embodiment is the movable part 50.
0 is not provided with a special beam or the like, and is simply placed on the fixed portion 600, and at least a part of the movable portion 600 is formed of an elastic member. In addition, this embodiment is characterized in that the movable part 500 can be freely moved on the fixed part 600. The movable part 500 is the electrode 1
The electrode 1 is made of polycrystalline silicon including 11
11 itself also has a function as an elastic support member capable of elastic deformation.

【0035】以下、図8(a)、(b),(c)を参照
して上記実施例の動作原理を説明する。電極111、1
12間に電圧を加えると(図8(a))、これらの電極
111、112の間には静電力が働き、可動部500の
電極111が固定部600に静電力で吸引される。この
とき、電極111は、それ自体の弾性を活かして変型し
ながら電極112側に吸引される。そして、可動部50
0から延びて固定部600に接するブッシング足52
が、電圧印加の前に位置していた位置から図示の矢印方
向にずれる(図8(b))。ついで、これらの電極11
1、112間から電圧が取り除かれると、多結晶シリコ
ンでつくられた電極111は、絶縁膜2上を滑り、その
弾性復元力によって電極112から離れ、電極間隔dが
広がって元に戻る。このとき、可動部500のブッシン
グ足52が支点となり、可動部500は足52を中心と
して移動するので、可動部500は固定部600に対し
てΔXだけ相対的に移動する(図8(c))。このよう
に、電極111、112間に加える電圧を入切繰り返し
て上記動作を続ける事によって、可動部500が固定部
600上をピッチ移動する。
The operating principle of the above embodiment will be described below with reference to FIGS. 8 (a), 8 (b) and 8 (c). Electrodes 111, 1
When a voltage is applied between 12 (FIG. 8A), electrostatic force acts between these electrodes 111 and 112, and the electrode 111 of the movable portion 500 is attracted to the fixed portion 600 by electrostatic force. At this time, the electrode 111 is deformed by utilizing its own elasticity and is attracted to the electrode 112 side. And the movable part 50
Bushing feet 52 extending from 0 and contacting the fixed portion 600
Is displaced in the direction of the arrow shown in the drawing from the position before the voltage was applied (FIG. 8B). Then these electrodes 11
When the voltage is removed from between 1 and 112, the electrode 111 made of polycrystalline silicon slides on the insulating film 2 and is separated from the electrode 112 by its elastic restoring force, and the electrode distance d is widened and returns to the original state. At this time, since the bushing foot 52 of the movable portion 500 serves as a fulcrum and the movable portion 500 moves around the foot 52, the movable portion 500 moves relative to the fixed portion 600 by ΔX (FIG. 8C). ). As described above, the voltage applied between the electrodes 111 and 112 is repeatedly turned on and off to continue the above operation, so that the movable portion 500 moves on the fixed portion 600 with a pitch.

【0036】次に、図9(a)、(b)、(c)、
(d)、(e)を参照して上記実施例の変型例と動作を
説明する。なお、図9(a)、(b)、(c)に示す変
型例では電極111とブッシング50で挟まれた角αの
頂点部が弾性を有している。また、図9(d)に示す変
型例では電極111およびブッシング50自体も弾性を
有している。さらに図9(e)に示す変型例では角αの
頂点部が弾性を有するとともに電極111が固定部60
0の上面に対して平行に維持されている。そして、上記
変型例によれば、電圧を加えると頂点部の弾性に応じて
角αを変えて電極111が固定部600側に吸引される
(図9(a)、(b)、(c))。あるいは、電極11
1とブッシング50の弾性に応じて、電極111とブッ
シング50が弾性変型して可動部500が固定部600
に吸引される(図9(d))。または、固定部600に
対して電極111が平行状態を保ちながら可動部500
が変型する(図9(e))。その後、これらの電極から
電圧が取り除かれると、可動部500が有する弾性復元
力によって電極111が固定部600から離れて元の状
態に戻る。そして、上記に種々の変型例は、例えば、表
示板用のミラーや光集積回路などの光偏向器に利用でき
る。
Next, FIGS. 9 (a), 9 (b), 9 (c),
A modified example and operation of the above embodiment will be described with reference to (d) and (e). In the modified examples shown in FIGS. 9A, 9 </ b> B, and 9 </ b> C, the apex of the angle α sandwiched between the electrode 111 and the bushing 50 has elasticity. Further, in the modified example shown in FIG. 9D, the electrode 111 and the bushing 50 themselves also have elasticity. Further, in the modified example shown in FIG. 9E, the apex of the angle α has elasticity and the electrode 111 has the fixing portion 60.
0 is maintained parallel to the top surface. Then, according to the modified example, when a voltage is applied, the angle α is changed according to the elasticity of the apex and the electrode 111 is attracted to the fixed part 600 side (FIGS. 9A, 9B, and 9C). ). Alternatively, the electrode 11
1 and the bushing 50 have elasticity, the electrode 111 and the bushing 50 are elastically deformed so that the movable part 500 is fixed.
Is sucked in (FIG. 9 (d)). Alternatively, the movable portion 500 may be maintained while the electrode 111 remains parallel to the fixed portion 600.
Is deformed (FIG. 9 (e)). Thereafter, when the voltage is removed from these electrodes, the elastic restoring force of the movable portion 500 causes the electrode 111 to separate from the fixed portion 600 and return to the original state. The various modified examples described above can be applied to, for example, a mirror for a display plate or an optical deflector such as an optical integrated circuit.

【0037】次に、本発明の第三の実施例に係るさらに
別な変形例について図10を参照して以下に説明する。
この変形例の構成が前記変形例の構成と異なる点は以下
の通りである。即ち、可動部500には、図7乃至図9
において説明した可動部500を用いている。そして、
固定部600の上面には、可動部500の電極と対向す
る固定部600の電極112上の絶縁膜2を介して、可
動部500の電極に電圧を供給するための給電電極11
3がXY平面に格子状に設けられており、可動部500
の電極と固定部600の電極113は、機械的接触によ
って電気的に接続している。
Next, another modification of the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
The configuration of this modified example is different from the configuration of the modified example as follows. That is, the movable part 500 includes
The movable part 500 described in the above is used. And
On the upper surface of the fixed part 600, a power supply electrode 11 for supplying a voltage to the electrode of the movable part 500 via the insulating film 2 on the electrode 112 of the fixed part 600 facing the electrode of the movable part 500.
3 are provided in a grid pattern on the XY plane, and the movable part 500
The electrode and the electrode 113 of the fixed portion 600 are electrically connected by mechanical contact.

【0038】以下に、上記変形例の動作原理を説明す
る。可動部500が位置するXY平面の番地に対応して
XYマトリクス状に配置された電極113を選び、電極
113と電極112の間に電圧を加えると、電極113
と電極111は電気的に接続しているので、可動部50
0の電極111と固定部600の電極112の間には静
電力が働き、ついで、電極113と電極112の間に加
えた電圧を取り除くと可動部500の電極111は電極
112から離れ(この間の動作は、前記種々の実施例の
動作と同じである)、先に説明した原理により、可動部
500は電極113のアドレス(番地)選択に応じてX
Y平面上を自在の平面移動する。
The operation principle of the above modification will be described below. When the electrodes 113 arranged in an XY matrix are selected corresponding to the addresses on the XY plane where the movable portion 500 is located and a voltage is applied between the electrodes 113 and 112, the electrodes 113
Since the electrode 111 and the electrode 111 are electrically connected, the movable part 50
An electrostatic force acts between the electrode 111 of 0 and the electrode 112 of the fixed portion 600, and when the voltage applied between the electrode 113 and the electrode 112 is removed, the electrode 111 of the movable portion 500 separates from the electrode 112 ( The operation is the same as the operation of the various embodiments described above.) According to the principle described above, the movable section 500 causes the X-axis according to the address (address) selection of the electrode 113.
Move freely on the Y plane.

【0039】上記変形例によれば、可動部500に対し
て直接的に配線をすることなく通電できるので、XY平
面上を自由に動くマイクロマシンを構成できる。しか
も、静電力により駆動されるので、可動部500は固定
部600から離れる心配がない。
According to the above-described modification, since it is possible to energize the movable portion 500 without directly wiring it, it is possible to construct a micromachine that freely moves on the XY plane. Moreover, since it is driven by electrostatic force, the movable portion 500 does not have to be separated from the fixed portion 600.

【0040】なお、上記変形例の説明では、理解の容易
のために可動部500を図7乃至図9において説明した
可動部としたが、図11に示すような別異の可動部とし
てもよい。図11に示す可動部500では、可動部50
0に互いに直角なブッシング50を2つ設けている。こ
の場合、可動部500は、2つのブッシング50の合成
力によって矢印1111の方向に移動することができ
る。
In the above description of the modified example, the movable portion 500 is the movable portion described in FIGS. 7 to 9 for easy understanding, but it may be a different movable portion as shown in FIG. . In the movable portion 500 shown in FIG. 11, the movable portion 50
Two bushings 50 that are perpendicular to each other are provided at 0. In this case, the movable portion 500 can move in the direction of the arrow 1111 by the combined force of the two bushings 50.

【0041】以上説明したように、上記の各種の実施例
や変型例によれば、電圧を電極間に印加し、それを取り
除くことにより、可動部500を固定部600に対して
相対的に一定距離だけピッチ移動させることができる。
したがって、可動部500の移動速度は単位時間あたり
に電圧を印加して取り除く回数(サイクル)によって決
まる。逆に、電圧を印加して取り除く回数(サイクル)
を制御することで、可動部500を必要な距離だけ移動
させることができる。しかも、多結晶シリコンで可動部
500を構成すると、構造が簡単になり、重力や慣性力
の影響を受けない動きが得られる。また、その移動方向
は、固定部600に対して水平方向のみならず、斜め方
向にも移動が可能である。つまり、上記構成のマイクロ
マシンでは、構造が簡単であるにも拘らず、その運動を
制御しやすいために、マイクロマシンにふさわしい動き
を得ることができる。
As described above, according to the above-mentioned various embodiments and modifications, the voltage is applied between the electrodes and the voltage is removed, so that the movable portion 500 is relatively fixed with respect to the fixed portion 600. The pitch can be moved by a distance.
Therefore, the moving speed of the movable portion 500 is determined by the number of times (cycles) the voltage is applied and removed per unit time. Conversely, the number of times the voltage is applied and removed (cycles)
The movable part 500 can be moved by a required distance by controlling the. Moreover, when the movable portion 500 is made of polycrystalline silicon, the structure is simplified and a movement that is not affected by gravity or inertial force can be obtained. Further, the moving direction is not only horizontal with respect to the fixed portion 600, but also diagonally movable. That is, in the micromachine having the above-mentioned configuration, the movement suitable for the micromachine can be obtained because the movement is easy to control although the structure is simple.

【0042】なお、上記実施例の説明では、理解の容易
のために電極を多結晶シリコンとしたが、他の材料、例
えば、燐青銅や導電性プラスチックなどに置き換える事
もできる。
In the above description of the embodiments, the electrodes are made of polycrystalline silicon for easy understanding, but other materials such as phosphor bronze or conductive plastic may be used instead.

【0043】次に、本発明の第四の実施例について図1
2を参照して以下に説明する。微小可動体としてのマイ
クロマシンには、可動部700と平行に固定部800が
設けられており、可動部700には、電極111が設け
られており、電極111からは弾性支持部材としての2
つの棒状のスプリング支持体12が絶縁膜2に延びてい
る。2つのスプリング支持体12は、中心線1112と
非平行に円周方向に傾けて、中心線1112を中心に円
周上に均等に配設されいる。固定部800は図示しない
シリコン基板によって構成され、その上面には絶縁膜2
によって覆われた電極112が形成されている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described below with reference to FIG. The micromachine as a minute movable body is provided with a fixed portion 800 in parallel with the movable portion 700, the movable portion 700 is provided with an electrode 111, and the electrode 111 is provided as an elastic support member.
Two rod-shaped spring supports 12 extend to the insulating film 2. The two spring supports 12 are inclined in the circumferential direction non-parallel to the center line 1112, and are evenly arranged on the circumference with the center line 1112 as the center. The fixing portion 800 is composed of a silicon substrate (not shown), and the insulating film 2 is formed on the upper surface thereof.
The electrode 112 covered with is formed.

【0044】以下、図12(a)、(b)を参照して上
記実施例の動作原理を説明する。電極111、112間
に電圧を加えると、これらの電極111、112の間に
は静電力が働き、スプリング支持体12が弾性変形して
円周方向にいっそう傾くことによって電極111が電極
112側に吸引され、電圧が加わらないときに比べて電
極間隔dが狭くなる。そして、電極111は中心線11
12を中心として矢印1113方向に回転する(図12
(b))。ついで、これらの電極111、112間から
電圧を取り除くと、スプリング支持体12が弾性復元す
る弾性力によって電極111が電極112から離れて元
に戻り、電極間隔dが広がる。このとき、電極111は
矢印1113の方向と反対方向に回転する。
The operating principle of the above embodiment will be described below with reference to FIGS. 12 (a) and 12 (b). When a voltage is applied between the electrodes 111 and 112, an electrostatic force acts between these electrodes 111 and 112, the spring support 12 is elastically deformed and further tilted in the circumferential direction, so that the electrode 111 moves toward the electrode 112 side. The electrode interval d becomes narrower than when the electrodes are attracted and no voltage is applied. Then, the electrode 111 has the center line 11
12 and rotates in the direction of arrow 1113 (see FIG. 12).
(B)). Then, when the voltage is removed from between the electrodes 111 and 112, the electrode 111 is separated from the electrode 112 and returned to the original state due to the elastic force of the spring support 12 elastically restoring, and the electrode interval d is widened. At this time, the electrode 111 rotates in the direction opposite to the direction of the arrow 1113.

【0045】上記実施例によれば、ギヤなどの機械運動
変換手段を要さずに、直線的な静電力の吸引ベクトルの
方向(中心線1112の方向)とは直交する円周方向
に、直接に回転ベクトルを生じさせる事ができ、しか
も、回転角度を印可電圧量によって微妙に制御でき、さ
らに、電圧を切れば元に戻る自己復帰性のある画期的な
マイクロマシンを実現できる。
According to the above-described embodiment, the mechanical motion converting means such as gears is not required, and the linear electrostatic force is directly applied in the circumferential direction orthogonal to the direction of the attraction vector (direction of the center line 1112). It is possible to realize a revolutionary micromachine which can generate a rotation vector, and can delicately control the rotation angle by the applied voltage amount, and further has a self-restoring property that returns to the original state when the voltage is cut off.

【0046】なお、上記実施例の説明では、理解の容易
のためにスプリング支持体12を2つとしたが、それ以
上でもよいことは勿論であり、支持体12の形状も棒状
に限らない。また、必ずしも支持体自体に弾性が必要と
は限らず、支持体と電極部とのつなぎを弾性とする事な
ど各種の変型が可能である。
In the above description of the embodiment, the number of spring support members 12 is two for ease of understanding, but it is needless to say that the number of spring support members may be more than two, and the shape of the support members 12 is not limited to the rod shape. In addition, the support itself does not necessarily need to have elasticity, and various modifications can be made such that the connection between the support and the electrode part is made elastic.

【0047】次に、上記本発明を具体的に適用したいく
つかの実施例について図13乃至図16を参照して以下
に説明する。先ず、図13の多結晶シリコン可動体を例
にとって、ブッシング5の支持部がピッチ運動をするこ
とによって、多結晶シリコン可動体が移動する理由を説
明する。
Next, some embodiments to which the present invention is specifically applied will be described below with reference to FIGS. 13 to 16. First, taking the polycrystalline silicon movable body of FIG. 13 as an example, the reason why the polycrystalline silicon movable body moves by the pitch movement of the support portion of the bushing 5 will be described.

【0048】図13の多結晶シリコン可動体の構造を以
下に説明する。多結晶シリコン板4とブッシング5と多
結晶シリコン棒6とガイドブッシング7と多結晶シリコ
ンガイド8とは一体に形成されている。ブッシング5
は、多結晶シリコン板4が静電気引力を受けたときに傾
くために設けた。図13のA−A′における断面が図1
4(a)の断面図に示されている。多結晶シリコン棒6
は、多結晶シリコン板4が傾いたときにひねりが生ずる
ように、多結晶シリコン板4と同じ高さでブッシング5
の支持部につらなる位置に形成されている。また、多結
晶シリコンガイド8は2つ以上のガイドブッシング7に
支えられ、多結晶シリコン板4が傾いたときに、多結晶
シリコン棒6と共にひねられないように、おさえる役目
をしている。絶縁膜2と多結晶シリコン可動体との関係
は、図13のB−B′に沿った図14(b)の断面図に
示されている。静電気引力を受けたとき、ブッシング5
の底面とガイドブッシング7の一部が絶縁膜2と接す
る。多結晶シリコンレール3と電気的に接することがで
きるのはガイドブッシング7の一部分だけである。全て
の多結晶シリコン部品はドナーまたはアクセプタの不純
物がドープされていて導伝体となっている。また、シリ
コン基板1と多結晶シリコンの部品との間は、犠牲層に
ならない絶縁膜2、例えばCVD Si(窒化シ
リコン)により電気的に絶縁されている。
The structure of the polycrystalline silicon movable body shown in FIG. 13 will be described below. The polycrystalline silicon plate 4, the bushing 5, the polycrystalline silicon rod 6, the guide bushing 7, and the polycrystalline silicon guide 8 are integrally formed. Bushing 5
Are provided to incline the polycrystalline silicon plate 4 when it is subjected to electrostatic attraction. A cross section taken along line AA ′ of FIG. 13 is shown in FIG.
4 (a) is shown in cross section. Polycrystalline silicon rod 6
Has a bushing 5 at the same height as the polycrystalline silicon plate 4 so that a twist occurs when the polycrystalline silicon plate 4 tilts.
Is formed at a position where it is attached to the support portion of the. Further, the polycrystalline silicon guide 8 is supported by two or more guide bushings 7 and has a function of keeping the polycrystalline silicon plate 4 from being twisted together with the polycrystalline silicon rod 6 when the polycrystalline silicon plate 4 is tilted. The relationship between the insulating film 2 and the polycrystalline silicon movable body is shown in the sectional view of FIG. 14B taken along the line BB ′ of FIG. 13. When receiving electrostatic attraction, bushing 5
And a part of the guide bushing 7 is in contact with the insulating film 2. Only a part of the guide bushing 7 can make electrical contact with the polycrystalline silicon rail 3. All polycrystalline silicon components are doped with donor or acceptor impurities to serve as conductors. Further, the silicon substrate 1 and the polycrystalline silicon component are electrically insulated from each other by an insulating film 2 which does not serve as a sacrifice layer, for example, CVD Si 3 N 4 (silicon nitride).

【0049】以上のように構成された図13の多結晶シ
リコン可動体におけるブッシング5の支持部のピッチ運
動は前記図5に示した通りである。ただし、図5はピッ
チ運動を説明しやすくするために、図14(a)の断面
図を簡略化して描いている。
The pitch motion of the supporting portion of the bushing 5 in the polycrystalline silicon movable body of FIG. 13 configured as described above is as shown in FIG. However, in FIG. 5, the cross-sectional view of FIG. 14A is simplified to facilitate the explanation of the pitch movement.

【0050】説明は、多結晶シリコン可動体に静電気引
力が作用していない状態から出発する(図5(a))。
多結晶シリコンレール3とシリコン基板1との間に交流
パルス電圧を印加し、多結晶シリコン可動体とシリコン
基板1間にパルスの立ち上がりにおいて静電気引力を作
用する。多結晶シリコン板4は基板方向に引き寄せら
れ、ブッシング5の支持部を中心として、傾いた状態に
なり(図5(b))、ブッシング5は、ブッシング5支
持部を中心とした多結晶シリコン棒6のひねり(回転運
動)のために、その底面を距離ΔXだけ移動させる。こ
のときの多結晶シリコン板4の傾きは、作用させた静電
気引力の大きさに依存し、多結晶シリコン板4の端が絶
縁膜に接するまで傾き、さらにそれ以上静電気引力が作
用する場合は、多結晶シリコン板4にたわみを伴う。ま
た、多結晶シリコン棒6には、静電気引力によって多結
晶シリコンガイド8が固定されているために、多結晶シ
リコン板4の傾きに応じたひねりが与えられる。
The description starts from the state where no electrostatic attraction acts on the polycrystalline silicon movable body (FIG. 5A).
An AC pulse voltage is applied between the polycrystalline silicon rail 3 and the silicon substrate 1, and electrostatic attraction acts between the polycrystalline silicon movable body and the silicon substrate 1 at the rising edge of the pulse. The polycrystalline silicon plate 4 is attracted toward the substrate, and is in an inclined state around the supporting portion of the bushing 5 (FIG. 5B), and the bushing 5 is a polycrystalline silicon rod centering around the supporting portion of the bushing 5. Due to the twist of 6 (rotational movement), its bottom surface is moved a distance ΔX. The inclination of the polycrystalline silicon plate 4 at this time depends on the magnitude of the electrostatic attractive force applied, and until the end of the polycrystalline silicon plate 4 contacts the insulating film, when the electrostatic attractive force further acts, The polycrystalline silicon plate 4 is bent. Further, since the polycrystalline silicon guide 8 is fixed to the polycrystalline silicon rod 6 by electrostatic attraction, the polycrystalline silicon rod 6 is twisted according to the inclination of the polycrystalline silicon plate 4.

【0051】多結晶シリコン可動体に作用している静電
気引力を取り除くと(パルスの立ち下がり時)、多結晶
シリコン板4は、多結晶シリコン棒6に生じているひね
りと、場合によっては多結晶シリコン板4に生じている
たわみも含めた力よって、もとの位置より距離ΔXだけ
移動したブッシング5の底面を中心にして引き起こされ
る(図5(c))。このとき、多結晶シリコンガイド8
は、静電気引力による固定が解かれるために、多結晶シ
リコン板4が引き起こされるのと同時に、その位置を距
離ΔXだけ移動する。その結果、繰り返しのパルスによ
りブッシング5支持部は距離ΔXづつ移動するというピ
ッチ運動をする。したがって、多結晶シリコン可動体を
パルスの数に比例して任意の距離だけ移動させることが
できる。
When the electrostatic attraction acting on the polycrystalline silicon movable body is removed (at the falling edge of the pulse), the polycrystalline silicon plate 4 is twisted in the polycrystalline silicon rod 6 and, in some cases, polycrystalline. The force including the flexure generated in the silicon plate 4 causes it to center around the bottom surface of the bushing 5 which is moved by the distance ΔX from the original position (FIG. 5C). At this time, the polycrystalline silicon guide 8
Causes the polycrystalline silicon plate 4 to be raised because the fixing due to the electrostatic attraction is released, and at the same time, moves its position by the distance ΔX. As a result, the repeated movement of the pulse causes the bushing 5 support portion to move by the distance ΔX in a pitch motion. Therefore, the polycrystalline silicon movable body can be moved by an arbitrary distance in proportion to the number of pulses.

【0052】以下、本発明の具体例を図面に基づいて説
明する。図13に、本発明である多結晶シリコン可動体
の第一の具体例を示す。2本の多結晶シリコンレール3
(幅20ミクロン、高さ0.3ミクロン)が間隔180
ミクロンで形成されている。多結晶シリコン板4、ブッ
シング5、多結晶シリコン棒6、ガイドブッシング7、
多結晶シリコンガイド8は、高濃度に燐がドープされた
厚さ1.5ミクロンの一層の多結晶シリコンにより、一
体に形成されている。また、これらからなる多結晶シリ
コン可動体は、厚さ0.3ミクロンのCVD Si
からなる絶縁膜2によって、シリコン基板1から電気
的に絶縁されている。
Specific examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 13 shows a first specific example of the polycrystalline silicon movable body according to the present invention. Two polycrystalline silicon rails 3
(Width 20 microns, height 0.3 microns) is 180
It is made of micron. Polycrystalline silicon plate 4, bushing 5, polycrystalline silicon rod 6, guide bushing 7,
The polycrystalline silicon guide 8 is integrally formed of one layer of polycrystalline silicon having a thickness of 1.5 μm and heavily doped with phosphorus. In addition, the polycrystalline silicon movable body made of these is a 0.3 μm thick CVD Si 3 N film.
The insulating film 2 made of 4 electrically insulates the silicon substrate 1.

【0053】ブッシング5(長さ80ミクロン、幅8ミ
クロン、高さ1.7ミクロン)は、多結晶シリコン板4
(長さ100ミクロン、幅50ミクロン)が静電気引力
を受けたときに傾くためにもうけた。図13のA−A′
における断面が図14(a)の断面図に示されている。
多結晶シリコン棒6(長さ10ミクロン、幅4ミクロ
ン)は、多結晶シリコン板4が傾いたときにひねりが生
ずるように、多結晶シリコン板4と同じ高さでブッシン
グ5支持部につらなる位置に形成されている。また、多
結晶シリコンガイド8(長さ80ミクロン、幅30ミク
ロン)は2つ以上のガイドブッシング7(長さ18ミク
ロン、幅8ミクロン、高さ1.7ミクロン)に支えら
れ、多結晶シリコン板4が傾いたときに、多結晶シリコ
ン棒6と共にひねられないように、おさえる役目をして
いる。絶縁膜2と多結晶シリコン可動体との関係は、図
13のB−B′に沿った図14(b)の断面図に示され
る。静電気引力を受けたとき、ブッシング5の底面とガ
イドブッシング7の一部が絶縁膜2と接する。多結晶シ
リコンレール3と電気的に接することができるのはガイ
ドブッシング7の一部分だけである。
The bushing 5 (length 80 μm, width 8 μm, height 1.7 μm) is made of polycrystalline silicon plate 4.
(100 micron long, 50 micron wide) was made to tilt when subjected to electrostatic attraction. AA 'in FIG.
14A is shown in the sectional view of FIG.
The polycrystalline silicon rod 6 (10 μm in length and 4 μm in width) is located at the same height as the polycrystalline silicon plate 4 so as to be twisted when the polycrystalline silicon plate 4 is tilted and hung on the supporting portion of the bushing 5. Is formed in. In addition, the polycrystalline silicon guide 8 (80 μm in length and 30 μm in width) is supported by two or more guide bushings 7 (18 μm in length, 8 μm in width, 1.7 μm in height), and the polycrystalline silicon plate. When 4 is tilted, it serves to keep it from being twisted together with the polycrystalline silicon rod 6. The relationship between the insulating film 2 and the polycrystalline silicon movable body is shown in the sectional view of FIG. 14B taken along the line BB ′ of FIG. When the electrostatic attraction is applied, the bottom surface of the bushing 5 and a part of the guide bushing 7 are in contact with the insulating film 2. Only a part of the guide bushing 7 can make electrical contact with the polycrystalline silicon rail 3.

【0054】この多結晶シリコン可動体は、たとえばS
iOを犠牲材料とし、多結晶シリコンを構造材料とす
るマイクロマシンを作る技術によって実現できる。しか
し、このままでは犠牲材料のエッチングによって、多結
晶シリコン可動体が多結晶シリコンレール3から外れて
しまう。したがって、犠牲材料のエッチングの間、この
多結晶シリコン可動体をシリコン基板1上の多結晶シリ
コンレール3の上にとどめておく機構が必要となる。
This polycrystalline silicon movable body is, for example, S
This can be realized by a technique for producing a micromachine using polycrystalline silicon as a structural material and using iO 2 as a sacrificial material. However, if this is left as it is, the polycrystalline silicon movable body will be dislocated from the polycrystalline silicon rail 3 due to the etching of the sacrificial material. Therefore, a mechanism is needed to keep this polycrystalline silicon mover on the polycrystalline silicon rail 3 on the silicon substrate 1 during the etching of the sacrificial material.

【0055】この上記の実施例の場合、一例として、幅
4ミクロン、長さ50ミクロンの細い梁を1個の多結晶
シリコンガイド8に1本取り付け、その片側を絶縁膜2
上に固定し、電気的に動作させられる多結晶シリコン可
動体の動く力によって、その梁が折れて切断されること
を利用した機構を用いて、多結晶シリコン可動体を多結
晶シリコンレール3の上にとどめている。
In the case of the above-mentioned embodiment, as an example, one thin beam having a width of 4 microns and a length of 50 microns is attached to one polycrystalline silicon guide 8, and one side thereof is covered with the insulating film 2.
The polycrystalline silicon movable body is fixed to the top of the polycrystalline silicon rail 3 by a mechanism utilizing the fact that the beam is broken and cut by the moving force of the polycrystalline silicon movable body which is electrically operated. Stays on top.

【0056】多結晶シリコンを構造材料として、十分に
ミクロなスケールに構成された多結晶シリコン可動体を
動作させるには、単にシリコン基板1と2本の多結晶シ
リコンレール3との間に交流パルス電圧を印加するだけ
でよい。たとえば、単相のAC(正弦波)100V、5
0Hzをあたえてもよい。すると、この多結晶シリコン
可動体は、ブッシング5支持部におきるピッチ運動を繰
り返し行い、2本の多結晶シリコンレール3にそって、
レールがなくなるところまでシリコン基板1の上を動い
て行く。
In order to operate a polycrystalline silicon movable body having a sufficiently microscopic scale using polycrystalline silicon as a structural material, an AC pulse is simply applied between the silicon substrate 1 and the two polycrystalline silicon rails 3. All that is required is to apply a voltage. For example, single-phase AC (sine wave) 100V, 5
You may give 0 Hz. Then, this polycrystalline silicon movable body repeats the pitch motion that occurs in the support portion of the bushing 5, and along the two polycrystalline silicon rails 3,
Move on the silicon substrate 1 until the rail disappears.

【0057】図15に、本発明である多結晶シリコン可
動体の第2の具体例を示す。上記の第1の具体例と異な
るところは、多結晶シリコンレール3が1本であり、2
つの多結晶シリコン板4が1つの多結晶シリコンガイド
8をはさんで、多結晶シリコンレール3を中心線とした
対称な位置に同じ大きさに作られていることである。ま
た、2つの多結晶シリコン板4にはそれぞれ1本づつし
か多結晶シリコン棒6がつながっていないことも第1の
具体例と異なるところである。
FIG. 15 shows a second specific example of the polycrystalline silicon movable body according to the present invention. The difference from the first specific example is that there is one polycrystalline silicon rail 3 and
That is, two polycrystalline silicon plates 4 sandwich one polycrystalline silicon guide 8 and are formed in the same size at symmetrical positions with the polycrystalline silicon rail 3 as a center line. Further, it is different from the first specific example in that only one polycrystalline silicon rod 6 is connected to each of the two polycrystalline silicon plates 4.

【0058】この多結晶シリコン可動体も、シリコン基
板1と多結晶シリコンレール3との間に交流パルス電圧
を与えることによって、多結晶シリコンレール3にそっ
て移動する。このとき、2つの多結晶シリコン板4は同
じ電位になっており、それぞれのブッシング5の支持部
は同じタイミングでピッチ運動をしている。2つの多結
晶シリコン板4は同じ方向に、同じ速さで移動する。こ
の多結晶シリコン可動体は与えられるパルスの数に正確
に比例した移動をする。
This polycrystalline silicon movable body also moves along the polycrystalline silicon rail 3 by applying an AC pulse voltage between the silicon substrate 1 and the polycrystalline silicon rail 3. At this time, the two polycrystalline silicon plates 4 have the same electric potential, and the support portions of the bushings 5 make pitch motions at the same timing. The two polycrystalline silicon plates 4 move in the same direction and at the same speed. The polycrystalline silicon movable body moves in a proportion exactly to the number of applied pulses.

【0059】また、2つ以上の多結晶シリコン板4が、
1つの多結晶シリコンガイド8につながり、それぞれの
ブッシング5支持部が同時にピッチ運動するかたちの多
結晶シリコン可動体でもよい。
Further, two or more polycrystalline silicon plates 4 are
It may be a polycrystalline silicon movable body which is connected to one polycrystalline silicon guide 8 and in which the supporting portions of the bushings 5 simultaneously perform a pitch motion.

【0060】さらに、第1の具体例のように、2つの多
結晶シリコンガイド8に、2つ以上の多結晶シリコン板
4をつないだかたちの多結晶シリコン可動体でもよい。
Further, as in the first specific example, a polycrystalline silicon movable body in which two or more polycrystalline silicon plates 4 are connected to two polycrystalline silicon guides 8 may be used.

【0061】第1の具体例および第2の具体例に示した
多結晶シリコン可動体は、多結晶シリコン棒6に生ずる
ひねりに加えて、多結晶シリコン板4に生ずるたわみも
利用しながら移動するものでもよい。
The polycrystalline silicon movable body shown in the first concrete example and the second concrete example moves while utilizing the bending generated in the polycrystalline silicon plate 4 in addition to the twist generated in the polycrystalline silicon rod 6. It may be one.

【0062】また、多結晶シリコン可動体の移動速度
は、構造材料に用いている多結晶シリコンの機械的物性
やそのサイズにも依存するので、上記の大きさ以外にそ
れぞれの目的に合わせた大きさでもよい。
Further, the moving speed of the polycrystalline silicon movable body depends on the mechanical properties and the size of the polycrystalline silicon used as the structural material. That's fine.

【0063】図16に、本発明の他の実施例である多結
晶シリコン可動体の第3の具体例を示す。この第3の具
体例は、リング状に形成した直径の異なる2つの多結晶
シリコンガイド8を、中心を同じにして配置し、その間
に第1の具体例で示したかたちの多結晶シリコン板4と
ブッシング5と多結晶シリコン棒6を、多結晶シリコン
棒6がその半径方向にそうように2組配置し、それらを
一層の多結晶シリコン膜で一体に形成したものである。
FIG. 16 shows a third concrete example of a polycrystalline silicon movable body which is another embodiment of the present invention. In the third specific example, two polycrystalline silicon guides 8 formed in a ring shape and having different diameters are arranged so that their centers are the same, and the polycrystalline silicon plate 4 in the shape shown in the first specific example is interposed therebetween. The bushing 5 and the polycrystalline silicon rod 6 are arranged in two sets in such a manner that the polycrystalline silicon rod 6 is in the radial direction, and they are integrally formed by a single layer of polycrystalline silicon film.

【0064】この多結晶シリコン可動体は、シャフト1
0を中心に回転できるように形成されていて、内側の多
結晶シリコンガイド8が、キャップ9によってシャフト
10から外れないように押さえられている。したがっ
て、第1、第2の具体例には必要であった犠牲材料エッ
チング時の、細い梁を用いた機構は必要ない。また、外
側の多結晶シリコンガイド8は、ガイドブッシング7を
通して多結晶シリコンレール3から電位を与えられる。
This polycrystalline silicon movable body has a shaft 1
It is formed so that it can rotate about 0, and the inner polycrystalline silicon guide 8 is pressed by a cap 9 so as not to come off from the shaft 10. Therefore, the mechanism using a thin beam at the time of etching the sacrificial material, which is necessary in the first and second specific examples, is not necessary. Further, the outer polycrystalline silicon guide 8 is given a potential from the polycrystalline silicon rail 3 through the guide bushing 7.

【0065】この第3の具体例は多結晶シリコン板4を
2つ備えているが、1つであっても、そのブッシング5
支持部がピッチ運動するのであれば、この多結晶シリコ
ン可動体は回転することがでる。したがって、この実施
例では、ブッシング5と一体に形成された多結晶シリコ
ン板4が、少なくとも1つ以上あればよい。
The third specific example is provided with two polycrystalline silicon plates 4, but even if only one is provided, the bushing 5 thereof will be used.
This polycrystalline silicon movable body can rotate if the support section makes a pitch motion. Therefore, in this embodiment, the number of the polycrystalline silicon plate 4 integrally formed with the bushing 5 may be at least one.

【0066】また、外側の多結晶シリコンガイド8を省
略して、外側の多結晶シリコン棒6の端にガイドブッシ
ング7のみを取り付けた形であっても、内側の多結晶シ
リコン棒6がひねられることによって回転することがで
き、そのような多結晶シリコン可動体でもよい。
Even when the outer polycrystalline silicon guide 8 is omitted and only the guide bushing 7 is attached to the end of the outer polycrystalline silicon rod 6, the inner polycrystalline silicon rod 6 is twisted. It can be rotated by means of such a polycrystalline silicon movable body.

【0067】以上の説明のようにように、本発明はシリ
コン基板1を片側電極として、多結晶シリコン可動体に
交流パルス電圧を与え、移動させるものである。
As described above, according to the present invention, the silicon substrate 1 is used as the one-sided electrode, and an alternating pulse voltage is applied to the movable body of polycrystalline silicon to move it.

【0068】ミクロな多結晶シリコン可動体の移動でき
る範囲は、多結晶シリコンレール3を用いることによっ
て、シリコンウエハ全面に及ぼすこともできる。
The movable range of the micro polycrystalline silicon movable body can be exerted on the entire surface of the silicon wafer by using the polycrystalline silicon rail 3.

【0069】また、大きな静電気引力を得るのに、多結
晶シリコン板4の面積を大きくするか、ブッシング5の
高さを低くするだけでよく、技術的になんら複雑なこと
はない。
Further, in order to obtain a large electrostatic attraction, it suffices to increase the area of the polycrystalline silicon plate 4 or decrease the height of the bushing 5, and there is no technical complexity.

【0070】さらに、パルスの立ち上がりで多結晶シリ
コン棒6にひねりを生ずると同時に多結晶シリコンガイ
ド8もシリコン基板1に引き付けておくので、多結晶シ
リコン可動体が基板から離れたり、レールからはずれる
ことはない。
Further, since the polycrystalline silicon rod 6 is twisted at the rising edge of the pulse and the polycrystalline silicon guide 8 is also attracted to the silicon substrate 1, the polycrystalline silicon movable body is separated from the substrate or deviated from the rail. There is no.

【0071】本発明によれば、1回のピッチ運動によっ
て多結晶シリコン可動体が移動できる距離ΔXはごくわ
ずかであるが、移動できる距離は与えるパルスの数によ
り正確に制御することができる。また、与える単相電源
の周波数や振幅を変えることによって移動速度を変える
ことができる。
According to the present invention, the movable distance ΔX of the polycrystalline silicon movable body by one pitch movement is very small, but the movable distance can be accurately controlled by the number of pulses to be given. In addition, the moving speed can be changed by changing the frequency or amplitude of the single-phase power supply.

【0072】いくつもの多結晶シリコン板4を多結晶シ
リコンガイド8を共通にしてアレイ状に形成することに
よって、多結晶シリコン可動体をシリコンウエハの2次
元平面上で自由に移動させうる。
By forming a number of polycrystalline silicon plates 4 in an array with the polycrystalline silicon guide 8 being common, the polycrystalline silicon movable body can be freely moved on the two-dimensional plane of the silicon wafer.

【0073】さらに、第3の具体例のように回転体とし
て構成した場合は、他の歯車と連結して動力を伝えるマ
イクロマシンのシステムを構成することができる。
Further, in the case of being configured as a rotating body as in the third specific example, it is possible to configure a micromachine system for transmitting power by coupling with other gears.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので配線や電極構造だけでなく、駆動機構の構造
が単純で、静電力と弾性力を有効に活用して効率よく機
械力に変換・伝達でき、それ自体に制御機能を内在し、
ピッチング運動やラッチ機能をも実現可能な微小な可動
体を提供できる。さらに、多結晶シリコンのもつ弾性を
利用して、加えた静電気引力を前進運動にかえ、確実に
運動するミクロの可動体をシリコンウエハ上に形成する
ことができる。結果としてマイクロマシン全体が簡素
化、小型化できるので、マイクロマシンを実用化する上
で大きな効果を発揮する。
Since the present invention is configured as described above, not only the wiring and electrode structure but also the structure of the driving mechanism is simple, and the electrostatic force and the elastic force are effectively utilized to efficiently and efficiently apply the mechanical force. Can be converted and transmitted to, and has a control function in itself,
It is possible to provide a minute movable body that can realize a pitching motion and a latch function. Furthermore, by utilizing the elasticity of polycrystalline silicon, it is possible to change the applied electrostatic attraction force to forward movement and form a micro movable body that moves reliably on the silicon wafer. As a result, the entire micromachine can be simplified and downsized, which is very effective in putting the micromachine into practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第一の実施例における動作原理を説明
するための説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an operation principle in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第一の実施例に係る変形例の構造と動
作原理を説明するための説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a structure and an operating principle of a modified example according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第二の実施例の構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第二の実施例の動作原理を説明するた
めの説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation principle of the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第二の実施例の変型例の構成と動作原
理を説明するための説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a configuration and an operating principle of a modified example of the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第三の実施例の構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第三の実施例の動作原理を示す説明図
である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operating principle of the third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第三の実施例に係る変形例を示す説明
図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a modification of the third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第三の実施例の変型例を示す斜視図
である。
FIG. 10 is a perspective view showing a modified example of the third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第三の実施例に係る具体例を示す斜
視図である。
FIG. 11 is a perspective view showing a specific example according to the third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第四の実施例の構成と動作原理を説
明するための説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a configuration and an operating principle of a fourth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第五の実施例の構成を示す斜視図で
ある。
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a fifth exemplary embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第五の実施例の構成を示す断面図で
ある。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the fifth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第六の実施例の構成を示す斜視図で
ある。
FIG. 15 is a perspective view showing a configuration of a sixth exemplary embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第七の実施例の構成を示す斜視図で
ある。
FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of a seventh embodiment of the present invention.

【図17】本発明を説明するための従来例FIG. 17 is a conventional example for explaining the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 絶縁膜 3 多結晶シリコンレール 4 多結晶シリコン板 5、50 ブッシング 51 ブッシング支持部 52 ブッシング足 6 多結晶シリコン棒 7 ガイドブッシング 8 多結晶シリコンガイド 9 キャップ 10 シャフト 111 電極 112 電極 113 電極 12 スプリング支持体 121 弾性板 13 ツメ 16 枠体 17 梁 100、500、700 可動部 200、600、800 固定部 300 駆動機構 1 Silicon Substrate 2 Insulating Film 3 Polycrystalline Silicon Rail 4 Polycrystalline Silicon Plate 5, 50 Bushing 51 Bushing Support 52 Bushing Leg 6 Polycrystalline Silicon Rod 7 Guide Bushing 8 Polycrystalline Silicon Guide 9 Cap 10 Shaft 111 Electrode 112 Electrode 113 Electrode 12 Spring Support 121 Elastic Plate 13 Claw 16 Frame 17 Beam 100, 500, 700 Movable Part 200, 600, 800 Fixed Part 300 Drive Mechanism

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも一対の電極と、前記一対の電
極の電極間隔を弾性力で可変に支える弾性支持部材とを
備える微小可動体。
1. A micro movable body comprising at least a pair of electrodes and an elastic support member that variably supports an electrode interval between the pair of electrodes by elastic force.
【請求項2】 絶縁膜を介してシリコン基板と多結晶シ
リコン板との間に交流パルスを加え、その立ち上がりに
おいて多結晶シリコン板のブッシング支持部につらなる
多結晶シリコン棒にひねりをあたえ、立ち下がりにおい
てひねられた多結晶シリコン棒がもとにもどることを利
用して、ブッシング支持部がピッチ運動をする微小可動
体。
2. An alternating current pulse is applied between a silicon substrate and a polycrystalline silicon plate through an insulating film, and a rising edge of the alternating current pulse gives a twist to a polycrystalline silicon rod which is hung on a bushing support portion of the polycrystalline silicon plate and falls. A minute movable body in which the bushing support part makes a pitch motion by utilizing the fact that the polycrystalline silicon rod twisted in step 3 returns to the original.
【請求項3】 多結晶シリコン棒のひねりに加えて、多
結晶シリコン板がたわむことも利用した請求項2記載の
微小可動体。
3. The micro movable body according to claim 2, wherein the bending of the polycrystalline silicon plate is utilized in addition to the twist of the polycrystalline silicon rod.
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