JP2003153518A - プレーナ型電磁アクチュエータ - Google Patents
プレーナ型電磁アクチュエータInfo
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Abstract
可動部を二軸方向に揺動するプレーナ型電磁アクチュエ
ータにおいて、上記可動部が揺動するときの電力消費を
低減する。 【解決手段】 半導体基板2に、外側可動板3及び内側
可動板4からなる可動部5と、上記外側可動板3を軸支
する第1トーションバー6と、上記内側可動板を軸支す
る第2トーションバー7とを一体形成し、上記可動部5
に駆動コイル8,9を形成し、それに磁界H0を与える
磁界発生手段10a,10bが半導体基板2を挟んで対
向配置して成るプレーナ型電磁アクチュエータにおい
て、上記磁界発生手段10a,10bから発生した磁界
が駆動コイル8,9に与える磁気力を向上する構成とし
た。これにより、上記磁界H0が上記駆動コイル8,9
に与える磁気力が向上し、上記可動部5が揺動するとき
の電力消費を低減することができる。
Description
ことにより、一対の磁界発生手段に挟まれた半導体基板
の可動部を直交する二軸方向に自在に揺動し得るプレー
ナ型電磁アクチュエータに関し、特に、上記一対の磁界
発生手段から発生した磁界が上記可動部の駆動コイルに
与える磁気力を向上する構成としたことにより、上記可
動部が揺動するときの電力消費を低減することができる
プレーナ型電磁アクチュエータに関する。
きる超小型のプレーナ型電磁アクチュエータに関する技
術の開発が進められており、そのような技術の例とし
て、特許第2987750号の特許公報に記載されたも
のがある。従来のこの種のプレーナ型電磁アクチュエー
タ1は、例えば図5に示すように、半導体基板2に、枠
状の外側可動板3及びその内側に配置される内側可動板
4からなる可動部5と、上記外側可動板3を揺動可能に
軸支する第1トーションバー6,6と、該第1トーショ
ンバー6,6に対して軸方向が直交し上記内側可動板4
を揺動可能に軸支する第2トーションバー7,7とを一
体形成し、上記外側可動板3及び内側可動板4の各周縁
部に第1駆動コイル8及び第2駆動コイル9を形成し、
上記駆動コイル8,9に磁界を与える一対の磁界発生手
段10a,10bが上記可動部5の一の対角線方向にて
上記半導体基板2を挟んで対向配置されていた。これに
より、図6に示すように、上記磁界発生手段10aから
10bに向かって磁界H0が発生しており、この磁界H0が
上記半導体基板2の可動部5(図5参照)を斜めに横切
るようになっていた。
ュエータ1は、上記外側可動板3及び内側可動板4の各
周縁部に設けられた第1駆動コイル8及び第2駆動コイ
ル9にそれぞれ電流が流れると、上記可動部5にローレ
ンツ力が働いて二次元方向に揺動できるようになってい
た。このようなプレーナ型電磁アクチュエータ1の動作
について、以下に説明する。ここで、図6に示す磁界H0
を、図5に示す第1トーションバー6,6の軸方向に対
して直交する横成分磁界H1と、同図に示す第2トーシ
ョンバー7,7の軸方向に対して直交する縦成分磁界H
2とのベクトル成分に分解して説明する。
供給されて上記外側可動板3の周縁部に設けられた第1
駆動コイル8に電流を流すと、上記第1駆動コイル8に
は図6に示す横成分磁界H1によって以下の(1)式に
示すローレンツ力F1が働く。 F1=n×I1×B1 …(1) ここで、nは駆動コイル8の巻き数、I1は駆動コイル
8に流れる電流、B1は横成分磁界H1の磁束密度であ
る。
5は、上記第1トーションバー6,6の軸方向を中心に
回動し、該ローレンツ力F1と上記第1トーションバー
6が捩れて戻ろうとする力とが釣り合う位置で静止す
る。なお、上記(1)式より、上記ローレンツ力F
1は、駆動コイル8に流れる電流I1に比例するため、上
記電流I1を制御することにより、上記可動部5が第1
トーションバー6,6の軸方向を中心として回動する角
度が制御される。
供給されて上記内側可動板4の周縁部に設けられた第2
駆動コイル9に電流が流れると、上記第2駆動コイル9
には図6に示す縦成分磁界H2によって上記(1)式と
同様のローレンツ力が働く。したがって、上記駆動コイ
ル9に流れる電流を制御することにより、図5に示す可
動部5が第2トーションバー7,7の軸方向を中心とし
て回動する角度が制御される。以上のように、上記外側
可動板3及び内側可動板4の各周縁部に設けられた第1
駆動コイル8及び第2駆動コイル9に流れる電流をそれ
ぞれ制御することにより、上記半導体基板2の可動部5
を直交する二軸方向にて任意の角度に回動することがで
きる。したがって、上記電流を一定時間ごとに交互に逆
向きに流すことにより、該可動部5を二次元方向に自在
に揺動できる。
対の上記静磁界発生手段10a,10bを、上記可動部
5の1つの対角線方向にて上記半導体基板2を挟んで配
置する構成としたプレーナ型電磁アクチュエータ1にお
いては、上記一対の静磁界発生手段10a,10bは、
所定の距離l1だけ離されて配置されていた。ここで、
磁界の磁束密度は距離の2乗に反比例するため、上記一
対の静磁界発生手段10a,10bの距離l1が大きく
なると、その間の磁界H0が小さくなり、それに伴って
該磁界H0をベクトル分解した横成分磁界H1及び縦成分
磁界H2は小さくなる。このような場合に、上記(1)
式に示すローレンツ力を確保するためには、上記磁界H
0の減少分に相当する電流を流す必要があり、そのとき
には上記可動部5を揺動させるときの電力消費が大きく
なるという問題点があった。
処し、上記一対の磁界発生手段から発生した磁界が上記
可動部の駆動コイルに与える磁気力を向上する構成とし
たことにより、上記可動部が揺動するときの電力消費を
低減することができるプレーナ型電磁アクチュエータを
提供することを目的とする。
に、本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータは、半
導体基板に、枠状の外側可動板及びその内側に配置され
る内側可動板からなる可動部と、上記外側可動板を揺動
可能に軸支する第1トーションバーと、該第1トーショ
ンバーに対して軸方向が直交し上記内側可動板を揺動可
能に軸支する第2トーションバーとを一体形成し、上記
外側可動板及び内側可動板の各周縁部に駆動コイルを形
成し、該駆動コイルに磁界を与える一対の磁界発生手段
が上記可動部の一の対角線方向にて上記半導体基板を挟
んで対向配置して成るプレーナ型電磁アクチュエータに
おいて、上記一対の磁界発生手段から発生した磁界が上
記可動部の駆動コイルに与える磁気力を向上する構成と
したものである。
生手段によって、該一対の磁界発生手段から発生した磁
界が上記可動部の駆動コイルに与える磁気力が向上す
る。
半導体基板に形成された可動部に対して互いに接近させ
て配置したものである。これにより、上記半導体基板に
形成された可動部に対して互いに接近させて配置した一
対の磁界発生手段によって、上記可動部の駆動コイルに
与える磁気力が向上する。
の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を、一対の
棒状の磁界発生手段で当接状態に挟んだものである。こ
れにより、上記一対の棒状の磁界発生手段によって、上
記半導体基板の両端部が当接状態に挟まれ、該一対の磁
界発生手段が互いに接近して配置される。
部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を切断
し、その両端部を一対の棒状の磁界発生手段で当接状態
に挟んだものである。これにより、上記一対の棒状の磁
界発生手段によって、上記両端部が切断された半導体基
板が当接状態に挟まれ、該一対の磁界発生手段が互いに
接近して配置される。
導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半
導体基板の両端部の外形に適合し得る形状に形成したも
のでもよい。これにより、上記半導体基板の両端部の外
形に適合し得る形状に形成された一対の磁界発生手段の
体積が増加し、この磁界発生手段によって上記半導体基
板の両端部が挟まれる。
部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を切断
し、その両端部を上記一対の磁界発生手段で挟んだもの
である。これにより、上記半導体基板の外形に適合し得
る形状に形成された一対の磁界発生手段の体積が増加
し、この磁界発生手段によって上記半導体基板の両端部
が挟まれる。
図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明によるプ
レーナ型電磁アクチュエータ1の第1の実施形態を示す
平面図である。このプレーナ型電磁アクチュエータ1
は、半導体製造技術を利用して形成された可動部3を電
気信号を用いて直交する二軸方向に自在に揺動する装置
で、半導体基板2と、一対の磁界発生手段10a,10
bと、磁路形成手段13とを備えて成る。
揺動可能な可動部が形成されるもので、シリコン層を含
んでなり、図5に示す従来のものと同様に構成されてい
る。すなわち、上記半導体基板2に、枠状の外側可動板
3及びその内側に配置される内側可動板4からなる可動
部5と、上記外側可動板3を揺動可能に軸支する第1ト
ーションバー6,6と、該第1トーションバー6,6に
対して軸方向が直交し上記内側可動板4を揺動可能に軸
支する第2トーションバー7,7とが、例えば異方エッ
チング法を施すことにより一体的に形成されている。こ
こで、上記第1トーションバー6,6及び第2トーショ
ンバー7,7は、上記半導体基板2自体の厚さに比べて
薄く形成されており、上記可動部5が所定の角度に回動
できるようになっている。そして、上記外側可動板3及
び内側可動板4のそれぞれの周縁部には、第1駆動コイ
ル8及び第2駆動コイル9が設けられている。
可動板4の一の対角線方向には、一対の磁界発生手段1
0a,10bが対向して配置されている。この一対の磁
界発生手段10a,10bは、上記半導体基板2に形成
された可動部5の駆動コイル8,9に磁界H0を与える
もので、上記磁界発生手段10aのN極と、磁界発生手
段10bのS極とを互いに対向させて配置した一対の永
久磁石からなる。これにより、簡単な構造にて上記磁界
発生手段10aから磁界発生手段10bの間に磁界H0
が発生するようになる。そして、上記磁界H0は、上記
半導体基板2の可動部5を斜めに横切るようになってい
る。
は、その周りを囲んで配置された磁路形成手段13に固
定されている。この磁路形成手段13は、図1に示すよ
うに、上記左側の磁界発生手段10aのS極から出て右
側の磁界発生手段10bのN極に入る磁力線の経路を形
成し、磁界が周囲に漏れるのを低減するもので、例えば
鉄などの磁性材料からなる。これにより、上記一対の磁
界発生手段10a,10b間の磁界の強さが向上する。
型電磁アクチュエータ1は、上記一対の磁界発生手段1
0a,10bから発生した磁界H0が上記可動部5の駆
動コイル8,9に与える磁気力を向上する構成を備えて
いる。ここでは、上記対向配置された一対の磁界発生手
段10a,10bを、上記半導体基板2に形成された可
動部5に対して互いに接近させて配置されている。
板2に形成された可動部5の一の対角線方向にて該半導
体基板2の両端部が、一対の棒状の磁界発生手段10
a,10bによって当接状態に挟まれている。このと
き、上記一対の棒状の磁界発生手段10a,10b間の
距離l2は、図5に示す従来の場合より接近(l2<
l1)して配置されている。そのため、上記一対の磁界
発生手段10a,10bの間に働く磁界H0の強さにつ
いて従来の場合と比較すると、磁界の磁束密度は距離の
2乗に反比例することから、(l1/l2)2倍だけ大き
くなる。これにより、上記一対の磁界発生手段10a,
10bによって、上記可動部5の駆動コイル8,9に与
える磁気力を向上することができる。したがって、上記
駆動コイル8,9を流す電流の値が小さくても、従来の
場合と同様のローレンツ力(式(1)参照)を確保する
ことができるため、上記可動部5を揺動させるときの電
力消費を低減することができる。
ュエータ1の第2の実施形態を示す平面図である。この
実施形態によるプレーナ型電磁アクチュエータ1は、図
1に示す半導体基板2に形成された可動部5の一の対角
線方向にて該半導体基板2の両端部を切断し、その両端
部を一対の棒状の磁界発生手段10a,10bで当接状
態に挟んだものである。このとき、図2においては、上
記両端部が切断された半導体基板は、全体として四角形
に形成されている(符号14参照)。そして、上記半導
体基板14は、その長さがl3(l3<l2)となる。こ
れにより、上記一対の棒状の磁界発生手段10a,10
bを、上記半導体基板14に形成された可動部5に対し
て互いに距離l3だけ接近させて当接状態に挟んで配置
することができる。したがって、上記一対の磁界発生手
段10a,10bの間の磁界H0の強さが向上し、上記
可動部5を揺動させるときの電力消費を低減することが
できる。なお、上記半導体基板14は、四角形の形状を
有しているため、該半導体基板14及び上記一対の棒状
の磁界発生手段10a,10bの実装を容易に行うこと
ができる。
ュエータ1の第3の実施形態を示す平面図である。この
実施形態によるプレーナ型電磁アクチュエータ1は、図
1に示す一対の磁界発生手段10a,10bを、半導体
基板2に形成された可動部5の一の対角線方向にて該半
導体基板2の両端部の外形に適合し得る形状(図3の符
号15a,15b参照)に形成したものである。そし
て、上記一対の磁界発生手段15a,15bが上記半導
体基板2の両端部を挟んで対向配置される。これによ
り、上記一対の磁界発生手段15a,15bの体積が増
加し、上記可動部5の駆動コイル8,9に与える磁気力
を向上することができる。このとき、上記半導体基板2
の形状に適合し得る形状に形成された一対の磁界発生手
段15a,15bを上記半導体基板2に対して接近させ
て配置した場合には、その中心部間の距離がl2とな
り、また外側部に行くに従ってその間の距離が徐々に狭
くなっている。これにより、上記磁界発生手段15a,
15b間の磁界H0の強さが向上し、上記可動部5を揺
動させるときの電力消費をより低減することができる。
ュエータ1の第4の実施形態を示す平面図である。この
実施形態によるプレーナ型電磁アクチュエータ1は、図
3に示す半導体基板2に形成された可動部5の一の対角
線方向にて該半導体基板2の両端部を切断し(図4の符
号16参照)、その両端部を該半導体基板16の外形に
適合し得る形状に形成された一対の磁界発生手段17
a,17bで挟んだものである。これにより、上記一対
の磁界発生手段17a,17bの体積が増加し、上記可
動部5の駆動コイル8,9に与える磁気力を向上するこ
とができる。このとき、上記一対の磁界発生手段17
a,17bによって上記両端部が切断された半導体基板
16を挟んで対向配置したときには、その中心間距離
が、距離l3(l3<l2)となり、また外側部に行くに
従ってその間の距離が徐々に狭くなっている。これによ
り、上記磁界発生手段17a,17b間の磁界H0の強
さがさらに向上し、上記可動部5を揺動させるときの電
力消費をさらに低減することができる。
請求項1に係る発明によれば、半導体基板に形成された
可動部の駆動コイルに磁界を与える一対の磁界発生手段
によって、該一対の磁界発生手段から発生した磁界が上
記可動部の駆動コイルに与える磁気力を向上することが
できる。したがって、上記駆動コイルを流れる電流値が
小さくても、該駆動コイルに働く力を確保することがで
きるため、上記可動部を揺動させるときの電力消費を低
減することができる。
記一対の磁界発生手段を、上記半導体基板に形成された
可動部に対して互いに接近させて配置したものであるこ
とにより、上記半導体基板に形成された可動部に対して
互いに接近させて配置した一対の磁界発生手段によっ
て、上記可動部の駆動コイルに与える磁気力を向上する
ことができる。したがって、上記半導体基板に形成され
た駆動コイルに流す電流を小さくすることができ、上記
可動部を揺動させるときの電力消費を低減することがで
きる。
半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該
半導体基板の両端部を、一対の棒状の磁界発生手段で当
接状態に挟んだものであることにより、上記一対の棒状
の磁界発生手段によって、上記半導体基板の両端部が当
接状態に挟まれ、該一対の磁界発生手段を互いに接近さ
せて配置することができる。したがって、上記可動部の
駆動コイルに与える磁界の強さを向上させることがで
き、上記可動部を揺動させるときの電力消費を低減する
ことができる。また、半導体基板の実装を容易にするこ
とができる。
記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて
該半導体基板の両端部を切断し、その両端部を一対の棒
状の磁界発生手段で当接状態に挟んだものであることに
より、上記一対の棒状の磁界発生手段によって、上記両
端部が切断された半導体基板が当接状態に挟まれ、該一
対の磁界発生手段を互いに接近させて配置することがで
きる。したがって、上記可動部の駆動コイルに与える磁
界の強さを向上させることができ、上記可動部を揺動さ
せるときの電力消費を低減することができる。
一対の磁界発生手段を、上記半導体基板に形成された可
動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部の外形
に適合し得る形状に形成したことにより、上記半導体基
板の両端部の外形に適合し得る形状に形成された一対の
磁界発生手段の体積が増加し、この磁界発生手段によっ
て上記半導体基板の両端部が挟まれる。したがって、上
記可動部の駆動コイルに与える磁界の強さを向上させる
ことができ、上記可動部を揺動させるときの電力消費を
低減することができる。
記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて
該半導体基板の両端部を切断し、その両端部を上記一対
の磁界発生手段で挟んだことにより、上記半導体基板の
外形に適合し得る形状に形成された一対の磁界発生手段
の体積が増加し、この磁界発生手段によって上記半導体
基板の両端部が挟まれる。したがって、上記可動部の駆
動コイルに与える磁界の強さを向上させることができ、
上記可動部を揺動させるときの電力消費を低減すること
ができる。
の第1の実施形態を示す平面図である。
示す平面図である。
示す平面図である。
示す平面図である。
する斜視図である。
明図である。
Claims (6)
- 【請求項1】半導体基板に、枠状の外側可動板及びその
内側に配置される内側可動板からなる可動部と、上記外
側可動板を揺動可能に軸支する第1トーションバーと、
該第1トーションバーに対して軸方向が直交し上記内側
可動板を揺動可能に軸支する第2トーションバーとを一
体形成し、上記外側可動板及び内側可動板の各周縁部に
駆動コイルを形成し、該駆動コイルに磁界を与える一対
の磁界発生手段が上記可動部の一の対角線方向にて上記
半導体基板を挟んで対向配置して成るプレーナ型電磁ア
クチュエータにおいて、 上記一対の磁界発生手段から発生した磁界が上記可動部
の駆動コイルに与える磁気力を向上する構成としたこと
を特徴とするプレーナ型電磁アクチュエータ。 - 【請求項2】上記一対の磁界発生手段を、上記半導体基
板に形成された可動部に対して互いに接近させて配置し
たことを特徴とする請求項1記載のプレーナ型電磁アク
チュエータ。 - 【請求項3】上記半導体基板に形成された可動部の一の
対角線方向にて該半導体基板の両端部を、一対の棒状の
磁界発生手段で当接状態に挟んだことを特徴とする請求
項2記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。 - 【請求項4】上記半導体基板に形成された可動部の一の
対角線方向にて該半導体基板の両端部を切断し、その両
端部を一対の棒状の磁界発生手段で当接状態に挟んだこ
とを特徴とする請求項2記載のプレーナ型電磁アクチュ
エータ。 - 【請求項5】上記一対の磁界発生手段を、上記半導体基
板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基
板の両端部の外形に適合し得る形状に形成したことを特
徴とする請求項1記載のプレーナ型電磁アクチュエー
タ。 - 【請求項6】上記半導体基板に形成された可動部の一の
対角線方向にて該半導体基板の両端部を切断し、その両
端部を上記一対の磁界発生手段で挟んだことを特徴とす
る請求項5記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
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