JP6148054B2 - 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、磁界発生手段に応力が加わった場合でも、磁界発生手段が外れることを確実に防止することができるとともに、機器への組み込みの作業性を高め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、支持部材の表面に半導体基板を直接載置し、この半導体基板の可動部に備えられた駆動コイルを含む面に、磁界発生手段の上下方向の中心面を一致させるように、支持部材の磁界発生手段に対応する位置にあけられた貫通孔に磁界発生手段の一部を挿入して該磁界発生手段を配置し、磁路形成手段を、支持部材の表面側にて磁界発生手段の周りをその突出部分と略同じ高さで取り囲んで該磁界発生手段を固定する部材と、支持部材の裏面側にて磁界発生手段の周りをその突出部分と略同じ高さで取り囲んで該磁界発生手段を固定する部材とで構成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、支持部材の表面側にて磁界発生手段の周りをその突出部分と略同じ高さで取り囲んだ部材と、支持部材の裏面側にて磁界発生手段の周りをその突出部分と略同じ高さで取り囲んだ部材とで磁路形成手段を構成することができ、この２つの部材によって、支持部材の磁界発生手段に対応する位置にあけられた貫通孔に磁界発生手段の一部を挿入し、支持部材の表面に直接載置された半導体基板の可動部に備えられた駆動コイルを含む面に、磁界発生手段の上下方向の中心面を一致させるように配置した状態で磁界発生手段を固定することができ、これにより、プレーナ型アクチュエータを効率的に作動することができるとともに、プレーナ型アクチュエータの小型化を図ることができるものである。

特許第３８７９９７６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、磁界発生手段により発生する磁界は強力であるため、例えば、プレーナ型アクチュエータを機器に組み込む場合など、ねじ止め用のねじが磁界発生手段に吸着されてしまうことがあり、作業性が極めて悪く、最悪の場合、可動部の破損を招いてしまうという問題を有している。

また、近年、磁界発生手段を半導体基板の両面に設置し、磁界の強度を高めることが行われているが、半導体基板の両面の磁界発生手段が互いに反発して引っ張り応力が加わり、場合によっては、磁界発生手段が半導体基板から外れてしまうという問題を有している。さらに、近年、発明者らにより、磁界発生手段による磁界を可動部に集中させるために、磁界の方向が斜めになるように着磁させた磁界発生手段を用いることを開発したが、このような場合に、磁界発生手段に対して剪断応力が加わり、やはり、磁界発生手段が外れてしまうことがある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、磁界発生手段に応力が加わった場合でも、磁界発生手段が外れることを確実に防止することができるとともに、機器への組み込みの作業性を高め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支持梁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、前記デバイス基板の一面側に設置され前記可動部の所定箇所に磁界を付与する一対の磁界発生手段と、前記磁界発生手段の前記デバイス基板への設置とは別に、前記一対の磁界発生手段の間に生じる磁力の方向に対応して前記磁界発生手段を連結して保持する保持手段と、を備え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、前記保持手段は、一対構成の前記磁界発生手段の間を塞ぐように延びてい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、前記固定部と前記可動部の間に、前記可動部を前記支持梁を介して揺動自在に支持するとともに、前記固定部に第２支持梁を介して揺動自在に支持された第２可動部が設けら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３において、前記磁界発生手段は、前記可動部または前記第２可動部に最も近接する位置にＮ極またはＳ極が形成されるとともに、前記可動部または前記第２可動部から最も離隔する位置にＳ極またはＮ極が形成され、前記可動部または前記第２可動部の所定箇所に斜め磁場を形成するものであり、前記保持手段は、前記磁界発生手段の端面を連結して保持するものであることを特徴とする。

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おり、前記保持手段は、前記デバイス基板の他面側に設置された前記磁界発生手段の端面を連結して保持するものであることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項において、前記保持手段は、その表面に光を反射しない処理が施されていることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項において、前記保持手段は、光を透過する透明材料により形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、磁界発生手段のデバイス基板への設置とは別に、一対の磁界発生手段の間に生じる磁力の方向に対応して磁界発生手段を連結して保持する保持手段を設けるようにしているので、磁界発生手段に応力が加わった場合でも、磁界発生手段を強固に保持することができ、磁界発生手段の磁力によりデバイス基板から磁界発生手段が外れてしまうことを確実に防止することができる。また、磁界発生手段の端面を保持板により塞ぐ構造となることから、例えば、プレーナ型アクチュエータを機器に組み込む場合などに、ねじ止め用のねじが磁界発生手段に吸着されてしまうことを確実に防止することができ、その結果、磁界発生手段の機器への組み込みの作業性を著しく高めることができ、可動部の破損などを確実に防止することができる。

請求項３に係る発明によれば、固定部と可動部の間に、可動部を支持梁を介して揺動自在に支持するとともに、固定部に第２支持梁を介して揺動自在に支持された第２可動部を設けるようにしているので、二次元のプレーナ型アクチュエータにおいても、磁界発生手段を強固に保持することができ、磁界発生手段の磁力によりデバイス基板から磁界発生手段が外れてしまうことを確実に防止することができ、また、磁界発生手段の機器への組み込みの作業性を著しく高めることができ、可動部の破損などを確実に防止することができる。

請求項４に係る発明によれば、磁界発生手段を可動部または第２可動部の所定箇所に斜め磁場を形成する磁界発生手段の端面に保持手段を設けるようにしているので、磁界発生手段に剪断応力が加わった場合でも、磁界発生手段を強固に保持することができ、磁界発生手段の磁力によりデバイス基板から磁界発生手段が外れてしまうことを確実に防止することができ、また、磁界発生手段の機器への組み込みの作業性を著しく高めることができ、可動部の破損などを確実に防止することができる。

請求項５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し、保持手段をデバイス基板の他面側に設置された磁界発生手段の端面に設けるようにしているので、磁界発生手段に引っ張り応力が加わった場合でも、磁界発生手段を強固に保持することができ、磁界発生手段の磁力によりデバイス基板から磁界発生手段が外れてしまうことを確実に防止することができ、また、磁界発生手段の機器への組み込みの作業性を著しく高めることができ、可動部の破損などを確実に防止することができる。

請求項６に係る発明によれば、保持手段にその表面に光を反射しない処理を施すようにしているので、可動部の光照射面の後方における迷光を視認することができるとともに、光漏れなどを確認することができ、迷光対策や光線設計、光学設計などを適正に行うことができる。

請求項７に係る発明によれば、保持手段を光を透過する透明材料により形成するようにしているので、可動部の位置あわせを容易に行うことができ、しかも、磁界発生手段の確認などを外部から容易に行うことができる。

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。 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。

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、支持梁としてのトーションバー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。なお、磁界発生手段７は、永久磁石でも電磁石でもよい。

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。

また、本実施形態においては、各磁界発生手段７の上端面には、各磁界発生手段７を連結して保持する保持手段としての保持板８が取付けられており、この保持板８は、例えば、接着剤などにより各磁界発生手段７に接着されている。そして、本実施形態においては、磁界発生手段７は、斜め磁場が働くように構成されているため、各磁界発生手段７の間には、図中矢印で示すように、旋回するように剪断応力が働くことになる。そのため、保持板８により各磁界発生手段７を保持することにより、剪断応力に対して強固に磁界発生手段７を保持することができるものである。

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、トーションバー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、この回転力とトーションバー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、磁界発生手段７の上端面を保持板８により連結して保持するようにしているので、磁界発生手段７の間に剪断応力が働いた場合でも、剪断応力に対して強固に磁界発生手段７を保持するようになっている。

以上述べたように、本実施形態においては、各磁界発生手段７を保持する保持板８を設けるようにしているので、磁界発生手段７に剪断応力が加わった場合でも、磁界発生手段７を強固に保持することができ、磁界発生手段７の磁力によりデバイス基板２から磁界発生手段７が外れてしまうことを確実に防止することができる。

また、各磁界発生手段７の端面を保持板８により塞ぐ構造となることから、例えば、プレーナ型アクチュエータ１を機器に組み込む場合などに、ねじ止め用のねじが磁界発生手段７に吸着されてしまうことを確実に防止することができ、その結果、磁界発生手段７の機器への組み込みの作業性を著しく高めることができ、可動部５の破損などを確実に防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図３示すように、本実施形態においては、磁界発生手段７は、互いに対向する面の一方にN極が形成されるとともに、他方にS極が形成されるように着磁されている。そして、本実施形態においては、このように構成された磁界発生手段７がデバイス基板２の図２において下面側にも設置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、デバイス基板２の上方側に設置された磁界発生手段７の上端面には、各磁界発生手段７を連結して保持する保持手段としての保持板８が取付けられており、また、デバイス基板２の下方側に設置された磁界発生手段７の下端面には、各磁界発生手段７を連結して保持する保持板８が取付けられている。このデバイス基板２の下方側に設置された磁界発生手段７を保持する保持板８は、可動部５に形成される光反射面により光の照射を邪魔することがないように中央部が開口するように形成されている。

そして、本実施形態においては、デバイス基板２の上下面にそれぞれ設置された磁界発生手段７に、互いに反発する引っ張り応力が働くことになる。そのため、保持板８により各磁界発生手段７を保持して、この状態で、プレーナ型アクチュエータ１を所定の筐体に組み込むことにより、保持板８を介して各磁界発生手段７を押さえる方向に力を加えることができ、これにより、磁界発生手段７を強固に保持することができるように構成されている。

なお、その他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態においては、デバイス基板２の上面および下面にそれぞれ設置された磁界発生手段７の上端面および下端面に、各磁界発生手段７を連結して保持する保持板８を設けるようにしているので、上下の磁界発生手段７の間に引っ張り応力が働いた場合でも、引っ張り応力に対して強固に磁界発生手段７を保持するようになっている。

以上述べたように、本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、各磁界発生手段７を保持する保持板８を設けるようにしているので、磁界発生手段７に引っ張り応力が加わった場合でも、磁界発生手段７を強固に保持することができ、磁界発生手段７の磁力によりデバイス基板２から磁界発生手段７が外れてしまうことを確実に防止することができる。

また、各磁界発生手段７の端面を保持板８により塞ぐ構造となることから、例えば、プレーナ型アクチュエータ１を機器に組み込む場合などに、ねじ止め用のねじが磁界発生手段７に吸着されてしまうことを確実に防止することができ、その結果、磁界発生手段７の機器への組み込みの作業性を著しく高めることができ、可動部５の破損などを確実に防止することができる。

なお、例えば、図４に示すように、第１実施形態と同様に、磁界発生手段７を、可動部５５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構成し、第２実施形態と同様に、この斜め磁場を形成する磁界発生手段７をデバイス基板２の下面側にも設置し、磁界発生手段７に対して剪断応力および引っ張り応力が加わる構造のプレーナ型アクチュエータ１に適用するようにしてもよい。この場合においても、保持板８を設けることにより、各磁界発生手段７に剪断応力が働くとともに、上下の磁界発生手段７の間に引っ張り応力が働いた場合でも、強固に磁界発生手段７を保持することができるものである。

また、前記実施形態においては、可動部５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、可動部５を揺動自在に支持する第２可動部を備え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。

さらに、保持板８の表面に、光を反射しない処理を施すようにしてもよい。プレーナ型アクチュエータ１を光走査させて光スキャナとして用いる場合、例えば、可動部５の図１において下面側は、ミラーなどの光反射面とされるものであり、前述のように保持板８の表面に光を反射しない処理を施すことにより、可動部５の後方、すなわち、可動部５の図１において上方における迷光を視認することができ、迷光対策や光線設計などを適正に行うことができるものである。さらに、保持板８により、可動部５の上方の遮光をすることができるので、光漏れなどの光学設計を適正に行うことができるものである。

また、保持板８を、光を透過する透明材料により形成するようにしてもよい。このように保持板８を透明な材料により形成することにより、可動部５の位置あわせを容易に行うことができ、しかも、磁界発生手段７の確認などを外部から容易に行うことができるものである。

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。

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 トーションバー
５ 可動部
６ ヨーク
７ 磁界発生手段
８ 保持板

Claims (7)

1. デバイス基板に設置された枠状の固定部の内側に支持梁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、
   前記デバイス基板の一面側に設置され前記可動部の所定箇所に磁界を付与する一対の磁界発生手段と、
   前記磁界発生手段の前記デバイス基板への設置とは別に、前記一対の磁界発生手段の間に生じる磁力の方向に対応して前記磁界発生手段を連結して保持する保持手段と、
   を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。
2. 前記保持手段は、一対構成の前記磁界発生手段の間を塞ぐように延びてい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. 前記固定部と前記可動部の間に、前記可動部を前記支持梁を介して揺動自在に支持するとともに、前記固定部に第２支持梁を介して揺動自在に支持された第２可動部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
4. 前記磁界発生手段は、前記可動部または前記第２可動部に最も近接する位置にＮ極またはＳ極が形成されるとともに、前記可動部または前記第２可動部から最も離隔する位置にＳ極またはＮ極が形成され、前記可動部または前記第２可動部の所定箇所に斜め磁場を形成するものであり、
   前記保持手段は、前記磁界発生手段の端面を連結して保持するものであることを特徴とする請求項３に記載のプレーナ型アクチュエータ。
5. 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おり、前記保持手段は、前記デバイス基板の他面側に設置された前記磁界発生手段の端面を連結して保持するものであ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。
6. 前記保持手段は、その表面に光を反射しない処理が施されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のプレーナ型アクチュエータ。
7. 前記保持手段は、光を透過する透明材料により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のプレーナ型アクチュエータ。

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