JP2009195053A - Actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電極層及び圧電素子層を積層したアクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator in which a plurality of electrode layers and piezoelectric element layers are stacked.
従来より、シリコン等の弾性を有する材料を用いて形成された基材に圧電素子等を積層して構成されたアクチュエータが種々提案されている。
例えば、特許文献1に記載のアクチュエータでは、矩形状に形成された枠体の中央部に反射ミラー部が配置され、この反射ミラー部の両側部と枠体とは、それぞれ2本の弾性部で連結されて本体部が形成されている。また、この本体部の反射ミラー部の両側部における2本の弾性部と枠体とを跨いで上部電極、圧電素子及び下部電極が形成されている。そして、この上部電極と下部電極との間に駆動電圧を印加することによって、反射ミラー部を反射面に対して垂直方向に駆動することができるように構成される。
For example, in the actuator described in
ここで、上記アクチュエータにおいて、上部電極、圧電素子及び下部電極を形成する際には、予め所定形状に成形したシリコン基材の所定領域に対して、下部電極層、圧電素子層、上部電極層を順に積層することにより形成する。そして、下部電極を接地し、上部電極に交流電圧を印加する。それによって、下部電極層と上部電極層との間にある圧電素子層を変位させる。
ここで、図17は圧電素子層の変位動作を説明した説明図である。図17(A)に示すように、下部電極を接地し、上部電極にも電圧を印加していない場合には圧電素子層301には応力が生じずに変位も行われない。
一方、上部電極にプラス電圧を付加する場合には、図17(B)に示すように、圧電素子層301に電界が印加されることによって、圧電素子層301は上部電極や下部電極に垂直な方向に延びる。このとき、圧電素子層301は上部電極及び下部電極に平行な面内においては等方的に縮むように変位を起こす。
また、上部電極にマイナス電圧を付加する場合には、図17(C)に示すように、圧電素子層301に電界が印加されることによって、圧電素子層301は上部電極や下部電極に垂直な方向に縮む。このとき、圧電素子層301は上部電極及び下部電極に平行な面内においては等方的に伸びるように変位を起こす。
一方、反射ミラー部の形成された基材302は電圧印加によって膨張も収縮もしないので、上面に形成された圧電素子層301の上部電極及び下部電極に平行な面内の伸び(縮み)により、下方へ(上方へ)曲げ変形を起こす。これによって、基材302に形成された反射ミラー部が反射面に対して垂直方向に変位することとなる。
Here, in the above actuator, when the upper electrode, the piezoelectric element, and the lower electrode are formed, the lower electrode layer, the piezoelectric element layer, and the upper electrode layer are applied to a predetermined region of the silicon base material that is previously formed into a predetermined shape. It forms by laminating in order. Then, the lower electrode is grounded and an AC voltage is applied to the upper electrode. Thereby, the piezoelectric element layer between the lower electrode layer and the upper electrode layer is displaced.
Here, FIG. 17 is an explanatory view for explaining the displacement operation of the piezoelectric element layer. As shown in FIG. 17A, when the lower electrode is grounded and no voltage is applied to the upper electrode, no stress is generated in the
On the other hand, when a positive voltage is applied to the upper electrode, as shown in FIG. 17B, an electric field is applied to the
When a negative voltage is applied to the upper electrode, as shown in FIG. 17C, an electric field is applied to the
On the other hand, since the
ここで、上記特許文献1に記載のアクチュエータでは、電界を付加する電極が圧電素子を挟んで一組のみ形成されており、変位される圧電素子はその一組の電極間に配置される一層の圧電素子のみであった。従って、圧電素子の変位量が小さく、アクチュエータの駆動力を十分に確保することができなかった。
Here, in the actuator described in
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、複数層の圧電素子と電極とを積層させて各圧電素子を変位させることにより、アクチュエータの駆動力を向上させたアクチュエータを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and the driving force of the actuator has been improved by stacking a plurality of layers of piezoelectric elements and electrodes and displacing each piezoelectric element. An object is to provide an actuator.
前記目的を達成するため請求項1に係るアクチュエータは、少なくとも2本一対の梁を備える支持部と、前記支持部を介して揺動可能に支持される可動部とを有し、電圧を印加することによって前記可動部を揺動させるアクチュエータであって、前記支持部上に梁毎に分離して積層された電極層から形成される第1層電極と、前記第1層電極上に積層された圧電素子層から形成される第1層圧電素子と、前記第1層圧電素子上に梁毎に分離して積層された電極層から形成される第2層電極と、前記第2層電極上に積層された圧電素子層から形成される第2層圧電素子と、前記第2層圧電素子上に梁毎に分離して積層された電極層から形成される第3層電極と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an actuator according to
また、請求項2に係るアクチュエータは、請求項1に記載のアクチュエータにおいて、前記支持部は平板形状を有し、前記第1層電極、前記第1層圧電素子、前記第2層電極、前記第2層圧電素子及び前記第3層電極は前記支持部の両面に形成することを特徴とする。
The actuator according to
また、請求項3に係るアクチュエータは、請求項1又は請求項2に記載のアクチュエータにおいて、前記第1層圧電素子及び前記第2層圧電素子が梁毎に分離して積層された圧電素子層から形成されることを特徴とする。
An actuator according to
また、請求項4に係るアクチュエータは、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記第2層電極を接地するとともに、前記第1層電極と前記第3層電極とにそれぞれ逆位相の電圧を印加することを特徴とする。 An actuator according to a fourth aspect is the actuator according to any one of the first to third aspects, wherein the second layer electrode is grounded and the first layer electrode and the third layer electrode are respectively grounded. An antiphase voltage is applied.
また、請求項5に係るアクチュエータは、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記一対の梁の内、一方の梁に接続される前記第1層電極と他方の梁に接続される前記第1層電極とにそれぞれ逆位相の電圧を印加することを特徴とする。
An actuator according to claim 5 is the actuator according to any one of
また、請求項6に係るアクチュエータは、請求項5に記載のアクチュエータにおいて、前記支持部は前記可動部を隔てて互いに対向する位置にそれぞれ一対の梁を備え、各対の梁に接続された前記第1層電極と前記第3層電極とにそれぞれ電圧を印加することを特徴とする。 The actuator according to claim 6 is the actuator according to claim 5, wherein the support portion includes a pair of beams at positions facing each other across the movable portion, and is connected to each pair of beams. A voltage is applied to each of the first layer electrode and the third layer electrode.
また、請求項7に係るアクチュエータは、請求項6に記載のアクチュエータにおいて、前記2対の梁の内、前記可動部を中心に対称に位置する一方の梁に接続する前記第1層電極と他方の梁に接続する前記第1層電極とにそれぞれ逆位相の電圧を印加することを特徴とする。 An actuator according to a seventh aspect is the actuator according to the sixth aspect, wherein the first layer electrode connected to one of the two pairs of beams symmetrically about the movable portion and the other of the two pairs of beams A voltage having an opposite phase is applied to each of the first layer electrodes connected to the beam.
また、請求項8に係るアクチュエータは、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記第3層電極上に、圧電素子層からなる上部圧電素子と梁毎に分離して積層された電極層からなる上部電極とを交互に積層することを特徴とする。 An actuator according to an eighth aspect is the actuator according to any one of the first to seventh aspects, wherein the upper piezoelectric element made of a piezoelectric element layer and a beam are separated and laminated on the third layer electrode. It is characterized in that upper electrodes made of the formed electrode layers are alternately laminated.
更に、請求項9に係るアクチュエータは、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記上部圧電素子を挟んで配置される前記各上部電極にそれぞれ逆位相の電圧を印加することを特徴とする。
Furthermore, the actuator according to claim 9 is the actuator according to any one of
請求項1に記載のアクチュエータによれば、第1層電極と第2層電極と間にある第1層圧電素子を変位させるとともに、第2層電極と第3層電極と間にある第2層圧電素子を変位させることにより、可動部の揺動変位量を大きくし、アクチュエータの駆動力を向上させることが可能となる。
According to the actuator of
また、請求項2に記載のアクチュエータによれば、可動部を支持する支持部の両面に対して圧電素子を形成し、両面の圧電素子をそれぞれ変位させることによって、支持部に対して生じる応力を増加させ、アクチュエータの駆動力を更に向上させることが可能となる。 According to the actuator of the second aspect, the piezoelectric element is formed on both surfaces of the support portion that supports the movable portion, and the stress generated on the support portion is reduced by displacing the piezoelectric elements on both surfaces. It is possible to increase the driving force of the actuator further.
また、請求項3に記載のアクチュエータによれば、梁毎に分離して圧電素子を形成し、梁毎に圧電素子をそれぞれ変位させることによって、可動部の揺動変位量を大きくすることができる。 According to the actuator of the third aspect, the swing displacement amount of the movable portion can be increased by forming the piezoelectric element separately for each beam and displacing the piezoelectric element for each beam. .
また、請求項4に記載のアクチュエータによれば、第1層圧電素子の変位方向と第2層圧電素子の変位方向を同方向とすることにより、支持部に対して生じる応力を増加させ、可動部の揺動変位量をより大きくすることができる。 According to the actuator of the fourth aspect, by causing the displacement direction of the first layer piezoelectric element and the displacement direction of the second layer piezoelectric element to be the same direction, it is possible to increase the stress generated on the support portion and The swing displacement amount of the part can be further increased.
また、請求項5に記載のアクチュエータによれば、一対の梁に対してそれぞれ逆方向への応力を付与するので、支持部によって支持される可動部の揺動変位量をより大きくすることができる。 Further, according to the actuator of the fifth aspect, since the stress in the opposite direction is applied to each of the pair of beams, the swing displacement amount of the movable portion supported by the support portion can be further increased. .
また、請求項6に記載のアクチュエータによれば、可動部を中心に左右方向から支持する梁部に対して、支持する各梁に対して応力を付与するので、支持部によって支持される可動部の揺動変位量を大きくすることができる。 Further, according to the actuator of claim 6, since the stress is applied to each beam to be supported with respect to the beam portion supported from the left and right directions around the movable portion, the movable portion supported by the support portion. Can be increased.
また、請求項7に記載のアクチュエータによれば、可動部中心に対称に位置する梁部に対してそれぞれ逆方向への応力を付与するので、支持部によって支持される可動部の揺動変位量を大きくすることができる。 In addition, according to the actuator of the seventh aspect, stress in the opposite direction is applied to each of the beam portions that are symmetrically located at the center of the movable portion, so that the swing displacement amount of the movable portion supported by the support portion Can be increased.
また、請求項8に記載のアクチュエータによれば、積層する圧電素子層と電極層を更に増やすことによって、電極間にある多数の圧電素子を変位させ、可動部の揺動変位量をより大きくすることが可能となる。従って、アクチュエータの駆動力を向上させることが可能となる。 Further, according to the actuator of the eighth aspect, by further increasing the piezoelectric element layers and electrode layers to be stacked, a large number of piezoelectric elements between the electrodes are displaced, and the swing displacement amount of the movable portion is further increased. It becomes possible. Therefore, it becomes possible to improve the driving force of the actuator.
更に、請求項9に記載のアクチュエータによれば、積層する多数の圧電素子について、圧電素子の変位方向を同方向とすることにより、支持部に対して生じる応力を増加させ、可動部の揺動変位量をより大きくすることができる。 Furthermore, according to the actuator of the ninth aspect, by causing the piezoelectric elements to be displaced in the same direction for a large number of stacked piezoelectric elements, the stress generated on the support portion is increased, and the movable portion is swung. The amount of displacement can be increased.
以下、本発明に係るアクチュエータについて具体化した第1〜第4実施例に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, the actuator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on first to fourth embodiments.
(第1実施例)
[アクチュエータの概略構成]
先ず、第1実施例に係るアクチュエータ1の概略構成について図1に基づき説明する。図1はアクチュエータ1の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。
図1に示すように、アクチュエータ1は、本体部2がベース3に装着されて構成されている。
(First embodiment)
[Schematic structure of actuator]
First, a schematic configuration of the
As shown in FIG. 1, the
先ず、本体部2について詳細に説明する。本体部2は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて形成された基材4に、後述の第1電極層5A〜5D、第1圧電素子層6A、6B、第2電極層7A〜7D、第2圧電素子層8A、8B、第3電極層9A〜9Dが積層されることによって構成される。尚、第1電極層5A〜5Dはアクチュエータ1の第1層電極を構成し、第1圧電素子層6A、6Bはアクチュエータ1の第1層圧電素子を構成し、第2電極層7A〜7Dはアクチュエータ1の第2層電極を構成し、第2圧電素子層8A、8Bはアクチュエータ1の第2層圧電素子を構成し、第3電極層9A〜9Dはアクチュエータ1の第3層電極を構成する。また、本体部2の積層後の厚さは、約30μm〜200μmとする。
First, the
更に、本体部2は、図1の上部に示すように、光が通過し得る貫通孔11を有した薄板長方形状を成している。また、本体部2は、反射面12が形成された平面視略円形の反射ミラー部13と、反射ミラー部13を揺動可能に支持する一対の梁部14A、14Bと、外側に本体部2を固定する固定枠16とを備えている。尚、反射ミラー部13と梁部14A、14Bとから構成される部分を振動体15という。
Further, as shown in the upper part of FIG. 1, the
ここで、反射ミラー部13は、梁部14A、14Bによって固定枠16に対して揺動可能に支持された可動部である。そして、反射ミラー部13は後述のように第2層電極を接地するとともに第1層電極及び第3層電極に電圧を印加することによって、その対称中心線である揺動軸17を中心として揺動される。尚、反射ミラー部13は、円形に限らず、四角形、多角形等であってもよい。
Here, the
また、梁部14A、14Bは、平板形状を備え、反射ミラー部13の揺動軸17上の両側面部から外側方向に同一面上に延び、その反射ミラー部13を固定枠16に接合することにより、反射ミラー部13を揺動可能に支持する支持部である。尚、第1実施例のアクチュエータ1では、反射ミラー部13の両側面部から一対の梁部14A、14Bがそれぞれ互いに逆向きに延び出している。
The beam portions 14 </ b> A and 14 </ b> B have a flat plate shape, extend from both side surface portions on the
そして、一方の(図1中、左側の)梁部14Aは、揺動軸17上に配置された1個のミラー側板ばね部18Aと、該揺動軸17に対して直角方向の対称位置に配置される一対の枠側板ばね部19A、19Bと、それらミラー側板ばね部18Aと一対の枠側板ばね部19A、19Bとを互いに接続する接続部20Aとから構成されている。
One beam portion 14 </ b> A (on the left side in FIG. 1) is in a symmetrical position in a direction perpendicular to the one mirror side leaf spring portion 18 </ b> A disposed on the
また、他方の(図1中、右側の)梁部14Bは、揺動軸17上に配置された1個のミラー側板ばね部18Bと、該揺動軸17に対して直角方向の対称位置に配置される一対の枠側板ばね部19C、19Dと、それらミラー側板ばね部18Bと一対の枠側板ばね部19C、19Dとを互いに接続する接続部20Bとから構成されている。
The
従って、図1の上部に示すように、一対の枠側板ばね部19A、19Bと一対の枠側板ばね部19C、19Dとは、反射ミラー部13を挟んで、各枠側板ばね部19A、19D、各枠側板ばね部19B、19Cが、それぞれ揺動軸方向に対向するように配置されている。つまり、一対の枠側板ばね部19A、19Bと一対の枠側板ばね部19C、19Dとは、反射ミラー部13を挟んで、各枠側板ばね部19A、19C、各枠側板ばね部19B、19Dが、それぞれ対角方向に対向するように配置されている。
Therefore, as shown in the upper part of FIG. 1, the pair of frame side
また、各梁部14A、14Bにおいては、各ミラー側板ばね部18A、18Bが、反射ミラー部13のうち揺動軸17上において互いに対向する一対の縁の一方から、対応する各接続部20A、20Bまで延びている。また、各接続部20A、20Bは、揺動軸17と直交する方向に延びている。さらに、各梁部14A、14Bにおいては、一対の枠側板ばね部19A、19Bと一対の枠側板ばね部19C、19Dとが、対応する各接続部20A、20Bの端部から、揺動軸17に対して平行に固定枠16まで延びている。
Moreover, in each
また、梁部14Aにおいては、一対の枠側板ばね部19A、19Bのそれぞれから固定枠16に渡って、後述のように0.2μm〜0.6μmの厚さで積層された一対の第1電極層5A、5Bが形成されている。また、各一対の第1電極層5A、5Bは、揺動軸17を挟んで梁部14Aを構成する2本の梁毎に分離して形成されている。
一方、梁部14Bにおいては、一対の枠側板ばね部19C、19Dのそれぞれから固定枠16に渡って、後述のように0.2μm〜0.6μmの厚さで積層された一対の第1電極層5C、5Dが形成されている。また、各一対の第1電極層5C、5Dは、揺動軸17を挟んで梁部14Bを構成する2本の梁毎に分離して形成されている。
Further, in the
On the other hand, in the
また、一対の第1電極層5A、5Bの上側には、一対の枠側板ばね部19A、19Bのそれぞれから該各第1電極層5A、5Bの固定枠16側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように1μm〜3μmの厚さで積層された第1圧電素子層6Aが形成されている。従って、第1圧電素子層6Aは固定枠16上から各枠側板ばね部19A、19B上に延出されて形成され、各一対の第1電極層5A、5B間の分離部分を覆うように形成されている。
In addition, a predetermined gap is formed on the upper side of the pair of
また、一対の第1電極層5C、5Dの上側には、一対の枠側板ばね部19C、19Dのそれぞれから該各第1電極層5C、5Dの固定枠16側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように1μm〜3μmの厚さで積層された第1圧電素子層6Bが形成されている。従って、第1圧電素子層6Bは固定枠16上から各枠側板ばね部19C、19D上に延出されて形成され、各一対の第1電極層5C、5D間の分離部分を覆うように形成されている。
Further, a predetermined gap is formed on the upper side of the pair of
また、第1圧電素子層6Aの上側には、一対の枠側板ばね部19A、19Bのそれぞれから該第1圧電素子層6Aの固定枠16側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように0.2μm〜0.6μmの厚さで積層された一対の第2電極層7A、7Bが形成されている。また、一対の第2電極層7A、7Bは、揺動軸17を挟んで梁部14Aを構成する2本の梁毎に分離して形成されている。
Further, on the upper side of the first
また、第1圧電素子層6Bの上側には、一対の枠側板ばね部19C、19Dのそれぞれから該第1圧電素子層6Bの固定枠16側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように0.2μm〜0.6μmの厚さで積層された一対の第2電極層7C、7Dが形成されている。また、一対の第2電極層7C、7Dは、揺動軸17を挟んで梁部14Bを構成する2本の梁毎に分離して形成されている。
Further, on the upper side of the first
また、一対の第2電極層7A、7Bの上側には、一対の枠側板ばね部19A、19Bのそれぞれから該各第2電極層7A、7Bの固定枠16側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように1μm〜3μmの厚さで積層された第2圧電素子層8Aが形成されている。従って、第2圧電素子層8Aは固定枠16上から各枠側板ばね部19A、19B上に延出されて形成され、各一対の第2電極層7A、7B間の分離部分を覆うように形成されている。
Further, a predetermined gap is formed on the upper side of the pair of second electrode layers 7A and 7B from the outer peripheral portion of the second electrode layers 7A and 7B on the fixed
また、一対の第2電極層7C、7Dの上側には、一対の枠側板ばね部19C、19Dのそれぞれから該各第2電極層7C、7Dの固定枠16側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように1μm〜3μmの厚さで積層された第2圧電素子層8Bが形成されている。従って、第2圧電素子層8Bは固定枠16上から各枠側板ばね部19C、19D上に延出されて形成され、各一対の第2電極層7C、7D間の分離部分を覆うように形成されている。
尚、第2圧電素子層8A、8Bは、第1圧電素子層6A、6Bより形成領域を大きくする。それによって、電極の被覆性を高める。
In addition, a predetermined gap is formed on the upper side of the pair of
The second piezoelectric element layers 8A and 8B have a larger formation area than the first piezoelectric element layers 6A and 6B. Thereby, the coverage of the electrode is increased.
また、第2圧電素子層8Aの上側には、一対の枠側板ばね部19A、19Bのそれぞれから該第2圧電素子層8Aの固定枠16側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように0.2μm〜0.6μmの厚さで積層された一対の第3電極層9A、9Bが形成されている。また、一対の第3電極層9A、9Bは、揺動軸17を挟んで梁部14Aを構成する2本の梁毎に分離して形成されている。
Further, on the upper side of the second
また、第2圧電素子層8Bの上側には、一対の枠側板ばね部19C、19Dのそれぞれから該第2圧電素子層8Bの固定枠16側の外周部と所定隙間を形成するように、後述のように0.2μm〜0.6μmの厚さで積層された一対の第3電極層9C、9Dが形成されている。また、一対の第2電極層7C、7Dは、揺動軸17を挟んで梁部14Bを構成する2本の梁毎に分離して形成されている。
Further, on the upper side of the second
従って、第1電極層5A〜5Dと第2電極層7A〜7Dと第3電極層9A〜9Dとの固定枠16上に形成された部分にワイヤボンディングして、各枠側板ばね部19A〜19Dに駆動電圧を印加し、または、発生した発生電圧を検出することが可能となる。つまり、各枠側板ばね部19A〜19Dに負荷を与えることなく、駆動電圧を印加し、また、発生電圧を検出することが可能となる。尚、アクチュエータ1の具体的な駆動方法については後述する。
Accordingly, wire bonding is performed to the portions of the first electrode layers 5A to 5D, the second electrode layers 7A to 7D, and the third electrode layers 9A to 9D formed on the fixed
一方、上記の本体部2の構成に対応して、ベース3は、図1の下部に示すように、本体部2との装着状態において固定枠16が装着されるべき装着部22と、振動体15と対向する凹部23とを有するように構成されている。尚、凹部23は、本体部2をベース3に装着した状態において、振動体15が振動によって変位してもベース3と干渉しない形状を有する。
On the other hand, as shown in the lower part of FIG. 1, the
[アクチュエータの製造方法]
次に、アクチュエータ1の本体部2の製造方法について図2乃至図9に基づいて説明する。
図2は固定枠16、反射ミラー部13及び各梁部14A、14Bの作製を示す説明図である。図3は第1層電極の作製を示す説明図である。図4は第1層圧電素子の作製を示す説明図である。図5は第2層電極の作製を示す説明図である。図6は第2層圧電素子の作製を示す説明図である。図7は第3層電極の作製を示す説明図である。図8は図7のX1−X1矢視断面を示す模式図である。図9は図7のX2−X2矢視断面を示す模式図である。
[Actuator manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the
FIG. 2 is an explanatory view showing the production of the fixed
先ず、図2に示すように、厚さ約30μm〜200μmの薄長四角形のシリコンからなる基材4上において、貫通孔11の部分を除いた部分にレジスト膜を形成し、マスキングを行う。続いて、マスキング後にエッチング処理を行い、貫通孔11を形成した後、レジスト膜を切除する。これにより、固定枠16、反射ミラー部13及び各梁部14A、14Bを構成する各ミラー側板ばね部18A、18B、各枠側板ばね部19A〜19D、各接続部20A、20Bが形成される。
First, as shown in FIG. 2, a resist film is formed on a portion of the
次に、図3に示すように、固定枠16と各枠側板ばね部19A〜19Dとの上側の各第1電極層5A〜5Dを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングを行う。続いて、マスキング後に、チタン(Ti)を0.05μm積層する。次に、白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm〜0.6μm積層して各第1電極層5A〜5Dを形成する。その後、レジスト膜を除去する。これにより、図3、図8及び図9に示すように、各第1電極層5A〜5Dが各枠側板ばね部19A〜19Dから固定枠16に渡って、それぞれ梁毎に分離された状態で形成される。
Next, as shown in FIG. 3, a resist film is formed and masked at portions other than the portions where the first electrode layers 5 </ b> A to 5 </ b> D on the upper side of the fixed
尚、一対の第1電極層5A、5Bと一対の第1電極層5C、5Dは、それぞれ連続した状態で形成後、分割するようにしても良い。具体的には、第1電極層5A、5Bと第1電極層5C、5Dとを、それぞれ連続した状態で形成後、揺動軸17に沿って、それぞれ所定幅の分離孔を各第1層電極の揺動軸17方向全幅に渡って形成するようにレジスト膜を形成してマスキングする。その後、エッチングして、一対の第1電極層5A、5Bと一対の第1電極層5C、5Dに分割した後、レジスト膜を除去する。また、各第1電極層5A〜5Dをシャドウマスク法でなく、エッチング法によって形成してもよい。
Note that the pair of
続いて、図4に示すように、各第1圧電素子層6A、6Bを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングする。その後、PZT等の圧電素子を1μm〜3μm積層して各第1電極層5A、5Bと各第1電極層5C、5Dとの上側に各第1圧電素子層6A、6Bを形成する。その後、レジスト膜を除去する。また、レジスト膜によるマスキング法だけでなく、シャドウマスク法によって形成してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 4, a resist film is formed and masked on a portion excluding the portion where the first piezoelectric element layers 6A and 6B are formed. Thereafter, piezoelectric elements such as PZT are laminated by 1 μm to 3 μm to form the first piezoelectric element layers 6A and 6B above the
これにより、図4、図8及び図9に示すように、第1圧電素子層6Aが固定枠16上から各枠側板ばね部19A、19B上に延出されて形成され、各一対の第1電極層5A、5B間の分離部分を覆うように形成される。また、第1圧電素子層6Bが固定枠16上から各枠側板ばね部19C、19D上に延出されて形成され、各一対の第1電極層5C、5D間の分離部分を覆うように形成される。
As a result, as shown in FIGS. 4, 8, and 9, the first
その後、図5に示すように、各第1圧電素子層6A、6Bの上側に、各枠側板ばね部19A〜19Dから固定枠16に渡って各第2電極層7A〜7Dを形成するように、各第2電極層7A〜7Dを形成する表面部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングする。続いて、マスキング後に、チタン(Ti)を0.05μm積層する。次に、白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm〜0.6μm積層して各第2電極層7A〜7Dを形成する。その後、レジスト膜を除去する。これにより、図5、図8及び図9に示すように、各第2電極層7A〜7Dが各枠側板ばね部19A〜19Dから固定枠16に渡って、それぞれ梁毎に分離された状態で形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 5, the second electrode layers 7 </ b> A to 7 </ b> D are formed on the upper sides of the first piezoelectric element layers 6 </ b> A and 6 </ b> B from the frame-side plate spring portions 19 </ b> A to 19 </ b> D to the fixed
尚、一対の第2電極層7A、7Bと一対の第2電極層7C、7Dについても、前記した第1電極層5A〜5Dと同様に、それぞれ連続した状態で形成後、分割するようにしても良い。
Note that the pair of second electrode layers 7A and 7B and the pair of
続いて、図6に示すように、各第2圧電素子層8A、8Bを形成する部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングする。その後、PZT等の圧電素子を1μm〜3μm積層して各第2電極層7A、7Bと各第2電極層7C、7Dとの上側に各第2圧電素子層8A、8Bを形成する。その後、レジスト膜を除去する。また、レジスト膜によるマスキング法だけでなく、シャドウマスク法によって形成してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 6, a resist film is formed and masked on portions excluding the portions where the second piezoelectric element layers 8 </ b> A and 8 </ b> B are formed. Thereafter, piezoelectric elements such as PZT are laminated by 1 μm to 3 μm to form the second piezoelectric element layers 8A and 8B above the second electrode layers 7A and 7B and the
これにより、図6、図8及び図9に示すように、第2圧電素子層8Aが固定枠16上から各枠側板ばね部19A、19B上に延出されて形成され、各一対の第2電極層7A、7B間の分離部分を覆うように形成される。また、第2圧電素子層8Bが固定枠16上から各枠側板ばね部19C、19D上に延出されて形成され、各一対の第2電極層7C、7D間の分離部分を覆うように形成される。
As a result, as shown in FIGS. 6, 8 and 9, the second
その後、図7に示すように、各第2圧電素子層8A、8Bの上側に、各枠側板ばね部19A〜19Dから固定枠16に渡って各第3電極層9A〜9Dを形成するように、各第3電極層9A〜9Dを形成する表面部分を除いた部分にレジスト膜を形成してマスキングする。続いて、マスキング後に、チタン(Ti)を0.05μm積層する。次に、白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm〜0.6μm積層して各第3電極層9A〜9Dを形成する。その後、レジスト膜を除去する。これにより、図7〜図9に示すように、各第3電極層9A〜9Dが各枠側板ばね部19A〜19Dから固定枠16に渡って、それぞれ梁毎に分離された状態で形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 7, the third electrode layers 9 </ b> A to 9 </ b> D are formed on the upper side of the second piezoelectric element layers 8 </ b> A and 8 </ b> B from the frame-side plate spring portions 19 </ b> A to 19 </ b> D to the fixed
尚、一対の第3電極層9A、9Bと一対の第3電極層9C、9Dについても、前記した第1電極層5A〜5Dと同様に、それぞれ連続した状態で形成後、分割するようにしても良い。
Note that the pair of
また、上述したアクチュエータ1の製造方法においては、電極材料、圧電素子材料を交互に堆積させて、第1電極層5A〜5D、第1圧電素子層6A、6B、第2電極層7A〜7D、第2圧電素子層8A、8B、第3電極層9A〜9Dを順に積層し、各第1層電極、第1層圧電素子、第2層電極、第2層圧電素子、第3層電極を順に形成する物理気相成長法(PVD:Physical Vapor Deposition)を採用した。物理気相成長法には、例えば、真空中に不活性ガスを導入しながら基板とターゲット間に直流電圧あるいは交流電圧を印加し、イオン化した不活性ガスをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を基板に成膜させるスパッタリングあるいはナノサイズの微粒子を吹付けることによって成膜を行うAD法もある。但し、これに限らず、化学気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)によって、第1電極層、第1圧電素子層、第2電極層、第2圧電素子層、第3電極層のうち、少なくとも一つの層を形成してもよい。
Moreover, in the manufacturing method of the
[駆動方法]
次に、アクチュエータ1の駆動方法について説明する。尚、アクチュエータ1の駆動は、前記したように基材4に積層された各電極に電圧が印加されることにより行われ、圧電素子の伸縮に伴って反射ミラー部13が揺動駆動される。図10は第1実施例に係るアクチュエータ1の駆動方法を示した図である。また、図10に示す断面図はアクチュエータ1における図7のX2−X2付近の矢視断面である。
[Driving method]
Next, a method for driving the
ここで、第1実施例に係るアクチュエータ1では、第1電極層5A、第2電極層7A、第3電極層9Aに電圧を印加することにより、枠側板ばね部19A、19B上に形成された第1圧電素子層6A及び第2圧電素子層8Aが駆動源として機能し、振動体15を揺動軸17の回りに捩り振動させて、反射ミラー部13を揺動軸17の回りに揺動させる。
尚、第1電極層5B、第2電極層7B、第3電極層9Bに電圧を印加しても良い。また、第1電極層5C、第2電極層7C、第3電極層9Cや第1電極層5D、第2電極層7D、第3電極層9Dに電圧を印加して、枠側板ばね部19C、19D上に形成された第1圧電素子層6B及び第2圧電素子層8Bを駆動源として機能させても良い。
Here, in the
A voltage may be applied to the
以下に、各電極に対する電圧の印加方法についてより詳細に説明する。具体的には、枠側板ばね部19A上に形成された第1電極層5Aと第3電極層9Aとに駆動回路(図示せず)を介して所定駆動電圧(例えば、約1V〜40Vである。)の交番電圧が印加される。一方、第2電極層7Aは接地される。尚、第1電極層5Aと第3電極層9Aには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧が印加される。
また、第1電極層5Aと第3電極層9Aに印加する交番電圧の振幅は同じ大きさであっても良いし、異なる大きさとしても良い。
Hereinafter, a method for applying a voltage to each electrode will be described in more detail. Specifically, a predetermined drive voltage (for example, about 1V to 40V) is applied to the
Further, the amplitudes of the alternating voltages applied to the
それにより、枠側板ばね部19A上に形成された第1圧電素子層6A及び第2圧電素子層8Aには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される(図17参照)。また、第1電極層5Aと第3電極層9Aには逆位相の電圧を印加していることから、第1圧電素子層6A及び第2圧電素子層8Aに生じる変位の方向は常に一致する。
As a result, the first
そして、第1圧電素子層6A及び第2圧電素子層8Aに生じた同方向の変位により、各枠側板ばね部19Aは、固定枠16側を固定端とし、反射ミラー部13側を自由端として、各変位が上向きであるか下向きであるかにより、各自由端が上向き又は下向きに変位する。その結果、反射ミラー部13は、揺動軸17の回りに揺動される。
Then, due to the displacement in the same direction generated in the first
以上説明した通り、第1実施例に係るアクチュエータ1では、基材4上の所定領域に第1電極層5A〜5D、第1圧電素子層6A、6B、第2電極層7A〜7D、第2圧電素子層8A、8B及び第3電極層9A〜9Dを順に積層し、アクチュエータ1を駆動する際には第2電極層7Aを接地するとともに、第1電極層5Aと第3電極層9Aとに逆位相の交番電圧を印加するので、第1層電極と第2層電極と間にある第1層圧電素子と第2層電極と第3層電極と間にある第2層圧電素子を同方向に変位させることにより、可動部の揺動変位量を大きくし、アクチュエータの駆動力を向上させることが可能となる。
As described above, in the
(第2実施例)
次に、第2実施例に係るアクチュエータ51について図11に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図1乃至図10の第1実施例に係るアクチュエータ1の構成と同一符号は、前記第1実施例に係るアクチュエータ1等の構成と同一あるいは相当部分を示すものである。
(Second embodiment)
Next, an
この第2実施例に係るアクチュエータ51の概略構成は、第1実施例に係るアクチュエータ1とほぼ同じ構成である。しかしながら、第2実施例に係るアクチュエータ51は、第3電極層9A〜9Dの上に更に第3圧電素子層と第4電極層とが順に積層されている点で第1実施例に係るアクチュエータ1と異なっている。
The schematic configuration of the
[アクチュエータの概略構成]
第2実施例に係るアクチュエータ51は、第1実施例に示したアクチュエータ1に対して、更に第3圧電素子層52A、第4電極層53A、53Bが積層されることによって構成される。ここで、図11に示す断面図は第2実施例のアクチュエータ51における図7のX2−X2付近の矢視断面に相当する図面である。尚、図示は省略するが第3電極層9C、9Dの上にも第3圧電素子層及び第4電極層が同様にして積層されている。
[Schematic structure of actuator]
The
[アクチュエータの概略構成及び駆動方法]
次に、第2実施例のアクチュエータ51の駆動方法について説明する。尚、アクチュエータ51の駆動は、第1実施例と同様に基材4に積層された各電極に電圧が印加されることにより行われ、圧電素子の伸縮に伴って反射ミラー部13が揺動駆動される。図11は第2実施例に係るアクチュエータ51の駆動方法を示している。
[Schematic structure and driving method of actuator]
Next, a method for driving the
ここで、第2実施例に係るアクチュエータ51では、第1電極層5A、第2電極層7A、第3電極層9A、第4電極層53Aに電圧を印加することにより、枠側板ばね部19A、19B上に形成された第1圧電素子層6A、第2圧電素子層8A及び第3圧電素子層52Aが駆動源として機能し、振動体15を揺動軸17の回りに捩り振動させて、反射ミラー部13を揺動軸17の回りに揺動させる。
尚、第1電極層5B、第2電極層7B、第3電極層9B、第4電極層53Bに電圧を印加しても良い。
Here, in the
A voltage may be applied to the
以下に、各電極に対する電圧の印加方法についてより詳細に説明する。具体的には、枠側板ばね部19A上に形成された第1電極層5Aと第3電極層9Aと第4電極層53Aに駆動回路(図示せず)を介して所定駆動電圧(例えば、約1V〜40Vである。)の交番電圧が印加される。一方、第2電極層7Aは接地される。尚、第1電極層5Aと第3電極層9Aには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧が印加される。また、第3電極層9Aと第4電極層53Aには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧(即ち、第1電極層5Aと第4電極層53Aには同位相の交番電圧)が印加される。
また、第1電極層5Aと第3電極層9Aと第4電極層53Aに印加する各交番電圧の振幅は全て同じ大きさであっても良いし、一箇所又は全箇所異なる大きさとしても良い。尚、図11に示すように第3電極層9Aに印加する交番電圧の振幅をΔV´とすると、第4電極層53Aに印加される電圧は、擬似的に第3電極層9AをGNDとみなすことにより、第3電極層9Aに印加される電圧分のオフセット電圧(V+ΔV´)で振幅ΔV´´からなる交番電圧となる。
Hereinafter, a method for applying a voltage to each electrode will be described in more detail. Specifically, a predetermined drive voltage (for example, about approximately) is applied to the
Further, the amplitudes of the alternating voltages applied to the
そして、図11に示す交番電圧を各電極層に印加すると、第3圧電素子層52Aにおける電界状態は図12に示すように変位する。ここで、ΔV、ΔV´、ΔV´´は交流であるので、時間に対してそれぞれ0〜ΔV、0〜ΔV´、0〜ΔV´´で変化する。
従って、図12の(1)に示すようにΔV´=0の場合には、第3圧電素子層52Aに印加される電界は0となる。
また、図12の(2)に示すように0〜ΔV´の場合には、第3圧電素子層52Aに印加される電界は負の電界となる。
また、図12の(3)に示すようにΔV´の場合には、第3圧電素子層52Aに印加される電界は負の電界で且つ最大値となる。
また、図12の(4)に示すようにΔV´〜0の場合には、第3圧電素子層52Aに印加される電界は正の電界となる。
そして、第3圧電素子層52Aにおける電界状態は(1)→(2)→(3)→(4)→(1)→・・・の順で繰り返し変化する。
When the alternating voltage shown in FIG. 11 is applied to each electrode layer, the electric field state in the third
Therefore, as shown in (1) of FIG. 12, when ΔV ′ = 0, the electric field applied to the third
Further, as shown in (2) of FIG. 12, in the case of 0 to ΔV ′, the electric field applied to the third
In addition, as shown in (3) of FIG. 12, in the case of ΔV ′, the electric field applied to the third
Also, as shown in FIG. 12 (4), in the case of ΔV′˜0, the electric field applied to the third
The electric field state in the third
それにより、枠側板ばね部19A上に形成された第1圧電素子層6A、第2圧電素子層8A及び第3圧電素子層52Aには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される(図17参照)。また、第1電極層5Aと第3電極層9Aには逆位相の電圧を印加し、且つ第3電極層9Aと第4電極層53Aには逆位相の電圧を印加していることから、第1圧電素子層6A、第2圧電素子層8A及び第3圧電素子層52Aに生じる変位の方向は常に一致する。
Thereby, the first
そして、第1圧電素子層6A、第2圧電素子層8A及び第3圧電素子層52Aに生じた同方向の変位により、各枠側板ばね部19Aは、固定枠16側を固定端とし、反射ミラー部13側を自由端として、各変位が上向きであるか下向きであるかにより、各自由端が上向き又は下向きに変位する。その結果、反射ミラー部13は、揺動軸17の回りに揺動される。
Then, due to the displacement in the same direction generated in the first
(第3実施例)
次に、第3実施例に係るアクチュエータ101について図13に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図1乃至図10の第1実施例に係るアクチュエータ1の構成と同一符号は、前記第1実施例に係るアクチュエータ1等の構成と同一あるいは相当部分を示すものである。
(Third embodiment)
Next, an
この第3実施例に係るアクチュエータ101の概略構成は、第1実施例に係るアクチュエータ1とほぼ同じ構成である。しかしながら、第3実施例に係るアクチュエータ101は、第3電極層9A〜9Dの上に更に第3圧電素子層と第4電極層と第4圧電素子層と第5電極層とが順に積層されている点で第1実施例に係るアクチュエータ1と異なっている。
The schematic configuration of the
[アクチュエータの概略構成]
第3実施例に係るアクチュエータ101は、第2実施例に示したアクチュエータ51に対して、更に第4圧電素子層102A、第5電極層103A、103Bが積層されることによって構成される。ここで、図13に示す断面図は第3実施例のアクチュエータ101における図7のX2−X2付近の矢視断面に相当する図面である。尚、図示は省略するが第3電極層9C、9Dの上にも第4圧電素子層及び第5電極層が同様にして積層されている。
[Schematic structure of actuator]
The
[アクチュエータの概略構成及び駆動方法]
次に、第3実施例のアクチュエータ101の駆動方法について説明する。尚、アクチュエータ101の駆動は、第1実施例と同様に基材4に積層された各電極に電圧が印加されることにより行われ、圧電素子の伸縮に伴って反射ミラー部13が揺動駆動される。図13は第3実施例に係るアクチュエータ101の駆動方法を示している。
[Schematic structure and driving method of actuator]
Next, a method for driving the
ここで、第3実施例に係るアクチュエータ101では、第1電極層5A、第2電極層7A、第3電極層9A、第4電極層53A、第5電極層103Aに電圧を印加することにより、枠側板ばね部19A、19B上に形成された第1圧電素子層6A、第2圧電素子層8A、第3圧電素子層52A及び第4圧電素子層102Aが駆動源として機能し、振動体15を揺動軸17の回りに捩り振動させて、反射ミラー部13を揺動軸17の回りに揺動させる。
尚、第1電極層5B、第2電極層7B、第3電極層9B、第4電極層53B、第5電極層103Bに電圧を印加しても良い。
Here, in the
A voltage may be applied to the
以下に、各電極に対する電圧の印加方法についてより詳細に説明する。具体的には、枠側板ばね部19A上に形成された第1電極層5Aと第3電極層9Aと第4電極層53Aと第5電極層103Aに駆動回路(図示せず)を介して所定駆動電圧(例えば、約1V〜40Vである。)の交番電圧が印加される。一方、第2電極層7Aは接地される。尚、第1電極層5Aと第3電極層9Aには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧が印加される。また、第3電極層9Aと第4電極層53Aには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧(即ち、第1電極層5Aと第4電極層53Aには同位相の交番電圧)が印加される。また、第4電極層53Aと第5電極層103Aには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧(即ち、第3電極層9Aと第5電極層103Aには同位相の交番電圧)が印加される。
また、第1電極層5Aと第3電極層9Aと第4電極層53Aと第5電極層103Aに印加する各交番電圧の振幅は全て同じ大きさであっても良いし、複数箇所又は全箇所異なる大きさとしても良い。尚、図13に示すように第3電極層9Aに印加する交番電圧の振幅をΔV´とすると、第4電極層53Aに印加される電圧は、擬似的に第3電極層9AをGNDとみなすことにより、第3電極層9Aに印加される電圧分のオフセット電圧(V+ΔV´)で振幅ΔV´´からなる交番電圧となる。また、第5電極層103Aに印加される電圧は、擬似的に第4電極層53AをGNDとみなすことにより、第4電極層53Aに印加される電圧分のオフセット電圧(V+ΔV´+ΔV´´)で振幅ΔV´´´をもつ交番電圧となる。
Hereinafter, a method for applying a voltage to each electrode will be described in more detail. Specifically, the
In addition, the amplitudes of the alternating voltages applied to the
それにより、枠側板ばね部19A上に形成された第1圧電素子層6A、第2圧電素子層8A、第3圧電素子層52A及び第4圧電素子層102Aには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される(図17参照)。また、第1電極層5Aと第3電極層9Aには逆位相の電圧を印加し、第3電極層9Aと第4電極層53Aには逆位相の電圧を印加し、且つ第4電極層53Aと第5電極層103Aには逆位相の電圧を印加していることから、第1圧電素子層6A、第2圧電素子層8A、第3圧電素子層52A及び第4圧電素子層102Aに生じる変位の方向は常に一致する。
Accordingly, the first
そして、第1圧電素子層6A、第2圧電素子層8A、第3圧電素子層52A及び第4圧電素子層102Aに生じた同方向の変位により、各枠側板ばね部19Aは、固定枠16側を固定端とし、反射ミラー部13側を自由端として、各変位が上向きであるか下向きであるかにより、各自由端が上向き又は下向きに変位する。その結果、反射ミラー部13は、揺動軸17の回りに揺動される。
Each frame-side
以上説明した通り、第2実施例及び第3実施例に係るアクチュエータ101では、第1実施例と比較して、積層する圧電素子層と電極層を更に増やすことによって、電極間にある多数の圧電素子層を変位させ、反射ミラー部13の揺動変位量をより大きくすることが可能となる。従って、アクチュエータの駆動力を向上させることが可能となる。
また、第3圧電素子層52Aを挟んで配置される第3電極層9A及び第4電極層53Aに逆位相の電圧を印加するとともに、第4圧電素子層102Aを挟んで配置される第4電極層53A及び第5電極層103Aに逆位相の電圧を印加するので、積層する多数の圧電素子層について、圧電素子層の変位方向を同方向とすることができる。従って、梁に対して生じる応力を増加させ、反射ミラー部13の揺動変位量をより大きくすることができる。
As described above, in the
In addition, the
(第4実施例)
次に、第4実施例に係るアクチュエータ151について図14に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図1乃至図10の第1実施例に係るアクチュエータ1の構成と同一符号は、前記第1実施例に係るアクチュエータ1等の構成と同一あるいは相当部分を示すものである。
(Fourth embodiment)
Next, an
この第4実施例に係るアクチュエータ151の概略構成は、第1実施例に係るアクチュエータ1とほぼ同じ構成である。しかしながら、第4実施例に係るアクチュエータ151は、圧電素子層についても電極層と同様に梁部14A、14Bを構成する2本の梁毎に分離して形成し、更に、分離した各圧電素子層に対して異なる方向に電界を印加する点で異なっている。
The schematic configuration of the
[アクチュエータの概略構成]
第4実施例に係るアクチュエータ151は、第1実施例に示したアクチュエータ1における第1圧電素子層6Aが第1右側圧電素子層152Aと第1左側圧電素子層152Bとに分割して構成され、第2圧電素子層8Aが第2右側圧電素子層153Aと第2左側圧電素子層153Bとに分割して構成される。ここで、図14に示す断面図は第4実施例のアクチュエータ151における図7のX2−X2付近の矢視断面に相当する図面である。尚、図示は省略するが第1圧電素子層6B及び第2圧電素子層8Bについても同様に梁毎に分割して構成されている。
[Schematic structure of actuator]
The
[アクチュエータの概略構成及び駆動方法]
次に、第4実施例のアクチュエータ151の駆動方法について説明する。尚、アクチュエータ151の駆動は、第1実施例と同様に基材4に積層された各電極に電圧が印加されることにより行われ、圧電素子の伸縮に伴って反射ミラー部13が揺動駆動される。図14は第4実施例に係るアクチュエータ151の駆動方法を示している。
[Schematic structure and driving method of actuator]
Next, a method for driving the
ここで、第4実施例に係るアクチュエータ151では、第1電極層5A、第2電極層7A、第3電極層9Aに電圧を印加すると同時に、第1電極層5B、第2電極層7B、第3電極層9Bにも電圧を印加することにより、枠側板ばね部19A、19B上に形成された第1右側圧電素子層152A、第1左側圧電素子層152B、第2右側圧電素子層153A及び第2左側圧電素子層153Bが駆動源として機能し、振動体15を揺動軸17の回りに捩り振動させて、反射ミラー部13を揺動軸17の回りに揺動させる。
Here, in the
以下に、各電極に対する電圧の印加方法についてより詳細に説明する。具体的には、枠側板ばね部19A上に形成された第1電極層5Aと第3電極層9Aに駆動回路(図示せず)を介して所定駆動電圧(例えば、約1V〜40Vである。)の交番電圧が印加される。一方、第2電極層7Aは接地される。尚、第1電極層5Aと第3電極層9Aには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧が印加される。
更に、枠側板ばね部19B上に形成された第1電極層5Bと第3電極層9Bに駆動回路を介して所定駆動電圧(例えば、約1V〜40Vである。)の交番電圧が印加される。一方、第2電極層7Bは接地される。尚、第1電極層5Bと第3電極層9Bには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧が印加される。また、第1電極層5Aと第1電極層5Bには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧(即ち、第3電極層9Aと第3電極層9Bにも逆位相の交番電圧)が印加される。
また、第1電極層5A、第1電極層5B、第3電極層9A及び第3電極層9Bに印加する各交番電圧の振幅は全て同じ大きさであっても良いし、複数箇所又は全箇所異なる大きさとしても良い。
Hereinafter, a method for applying a voltage to each electrode will be described in more detail. Specifically, a predetermined drive voltage (for example, about 1 V to 40 V) is applied to the
Further, an alternating voltage of a predetermined drive voltage (for example, about 1 V to 40 V) is applied to the
Further, the amplitudes of the alternating voltages applied to the
それにより、枠側板ばね部19A上に形成された第1右側圧電素子層152A及び第2右側圧電素子層153Aには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される(図17参照)。また、第1電極層5Aと第3電極層9Aには逆位相の電圧を印加していることから、第1右側圧電素子層152A及び第2右側圧電素子層153Aに生じる変位の方向は常に一致する。
一方、枠側板ばね部19B上に形成された第1左側圧電素子層152B及び第2左側圧電素子層153Bにも、同じくその印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される。但し、第1電極層5Aと第1電極層5Bには逆位相の電圧を印加していることから、第1右側圧電素子層152A及び第2右側圧電素子層153Aと第1左側圧電素子層152B及び第2左側圧電素子層153Bに生じる変位の方向は常に逆方向となる。
As a result, the first right
On the other hand, the first left
そして、第1右側圧電素子層152A及び第2右側圧電素子層153Aと第1左側圧電素子層152B及び第2左側圧電素子層153Bに生じた互いに逆方向の変位により、枠側板ばね部19Aと枠側板ばね部19Bはそれぞれ上向き又は下向きに互い違いに変位する。その結果、反射ミラー部13は、揺動軸17の回りに、より大きく揺動される。
The frame-side
尚、上記第4実施例では隣り合う梁の電極にそれぞれ逆位相の交番電圧を印加することと(図15のパターン1)により反射ミラー部13の揺動を大きくすることとしているが、図15のパターン2〜パターン4に示す他の駆動方法によっても、その目的は達成可能である。
In the fourth embodiment, the
例えば、パターン2に示すように、反射ミラー部13中心に対称に位置する梁Aと梁Dの電極に同位相の交番電圧を付加することにより、梁Aと梁Dにそれぞれ同方向への応力を付与することができる、従って、反射ミラー部13の揺動変位量を大きくすることができる。
また、パターン3に示すように、反射ミラー部13中心に対角に位置する梁Aと梁Cの電極に逆位相の交番電圧を付加することにより、梁Aと梁Cにはそれぞれ逆方向への応力を付与することができる、従って、反射ミラー部13の揺動変位量を大きくすることができる。
また、パターン4に示すように、隣り合う梁Aと梁Bの電極に逆位相の交番電圧を付加し、反射ミラー部13中心に対称に位置する梁Aと梁Dの電極に同位相の交番電圧を付加し、且つ反射ミラー部13中心に対角に位置する梁Aと梁Cの電極に逆位相の交番電圧を付加することにより、梁Aと梁Bにそれぞれ同方向への応力を付与するとともに、梁Cと梁Dにはそれぞれ逆方向への応力を付与することができる、従って、反射ミラー部13の揺動変位量を更に大きくすることができる。
For example, as shown in the
Further, as shown in the
Further, as shown in the
以上説明した通り、第4実施例に係るアクチュエータ151では、第1実施例と比較して、圧電素子層を梁毎に分割し、隣り合う梁の第1電極層及び第3電極層にそれぞれ逆位相の交番電圧を付加することにより、一対の梁に対してそれぞれ逆方向への応力を付与することができるので、反射ミラー部13の揺動変位量をより大きくすることができる。
(第5実施例)
次に、第5実施例に係るアクチュエータ201について図16に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図1乃至図10の第1実施例に係るアクチュエータ1の構成と同一符号は、前記第1実施例に係るアクチュエータ1等の構成と同一あるいは相当部分を示すものである。
As described above, in the
(5th Example)
Next, an
この第5実施例に係るアクチュエータ201の概略構成は、第1実施例に係るアクチュエータ1とほぼ同じ構成である。しかしながら、第5実施例に係るアクチュエータ201は、基材4の両面に対して電極層と圧電素子層とが順に積層されている点で第1実施例に係るアクチュエータ1と異なっている。
The schematic configuration of the
[アクチュエータの概略構成]
第5実施例に係るアクチュエータ201は、第1実施例に示したアクチュエータ1に対して、更に基材4の裏側面に対して第1電極層202A、202Bと、第1圧電素子層203Aと、第2電極層204A、204B、第2圧電素子層205Aと、第3電極層206A、206Bが積層されることによって構成される。ここで、図16に示す断面図は第5実施例のアクチュエータ201における図7のX2−X2付近の矢視断面に相当する図面である。尚、図示は省略するが枠側板ばね部19C、19D側の基材4の裏側面にも第1電極層と第1圧電素子層と第2電極層と第2圧電素子層と第3電極層が同様にして積層されている。
[Schematic structure of actuator]
The
[アクチュエータの概略構成及び駆動方法]
次に、第5実施例のアクチュエータ201の駆動方法について説明する。尚、アクチュエータ201の駆動は、第1実施例と同様に基材4に積層された各電極に電圧が印加されることにより行われ、圧電素子の伸縮に伴って反射ミラー部13が揺動駆動される。図16は第5実施例に係るアクチュエータ201の駆動方法を示している。
[Schematic structure and driving method of actuator]
Next, a method for driving the
ここで、第5実施例に係るアクチュエータ201では、第1電極層5A、第2電極層7A、第3電極層9Aに電圧を印加すると同時に、第1電極層202A、第2電極層204A、第3電極層206Aにも電圧を印加することにより、枠側板ばね部19A上に形成された第1圧電素子層6A、203A及び第2圧電素子層8A、205Aが駆動源として機能し、振動体15を揺動軸17の回りに捩り振動させて、反射ミラー部13を揺動軸17の回りに揺動させる。
尚、第1電極層5B、第2電極層7B、第3電極層9Bや第1電極層202B、第2電極層204B、第3電極層206Bに電圧を印加しても良い。
Here, in the
A voltage may be applied to the
以下に、各電極に対する電圧の印加方法についてより詳細に説明する。具体的には、枠側板ばね部19Aの表面側上に形成された第1電極層5Aと第3電極層9Aに駆動回路(図示せず)を介して所定駆動電圧(例えば、約1V〜40Vである。)の交番電圧が印加される。一方、第2電極層7Aは接地される。尚、第1電極層5Aと第3電極層9Aには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧が印加される。
更に、枠側板ばね部19Aの裏面側上に形成された第1電極層202Aと第3電極層206Aに駆動回路を介して所定駆動電圧(例えば、約1V〜40Vである。)の交番電圧が印加される。一方、第2電極層204Aは接地される。尚、第1電極層202Aと第3電極層206Aには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧が印加される。また、第1電極層5Aと第1電極層202Aには位相を180°ずらした逆位相の交番電圧(即ち、第3電極層9Aと第3電極層206Aにも逆位相の交番電圧)が印加される。
また、第1電極層5A、第1電極層202A、第3電極層9A及び第3電極層206Aに印加する各交番電圧の振幅は全て同じ大きさであっても良いし、複数箇所又は全箇所異なる大きさとしても良い。
Hereinafter, a method for applying a voltage to each electrode will be described in more detail. Specifically, a predetermined drive voltage (for example, about 1V to 40V) is applied to the
Further, an alternating voltage of a predetermined drive voltage (for example, about 1 V to 40 V) is applied to the
In addition, the amplitudes of the alternating voltages applied to the
それにより、枠側板ばね部19Aの表面側上に形成された第1圧電素子層6A及び第2圧電素子層8Aには、その印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される(図17参照)。また、第1電極層5Aと第3電極層9Aには逆位相の電圧を印加していることから、第1圧電素子層6A及び第2圧電素子層8Aに生じる変位の方向は常に一致する。
一方、枠側板ばね部19Aの裏面側上に形成された第1圧電素子層203A及び第2圧電素子層205Aにも、同じくその印加方向と直交する向き、即ち、長さ方向の変位が発生される。また、第1電極層5Aと第1電極層202Aには逆位相の電圧を印加していることから、第1圧電素子層203A及び第2圧電素子層205Aに生じる変位の方向は、第1圧電素子層6A及び第2圧電素子層8Aに生じる変位の方向と常に一致する。
As a result, the first
On the other hand, the first
そして、第1圧電素子層6A及び第2圧電素子層8Aと第1圧電素子層203A及び第2圧電素子層205Aに生じた同方向の変位により、各枠側板ばね部19Aは、固定枠16側を固定端とし、反射ミラー部13側を自由端として、各変位が上向きであるか下向きであるかにより、各自由端が上向き又は下向きに変位する。その結果、反射ミラー部13は、揺動軸17の回りに揺動される。
Each frame-side
以上説明した通り、第5実施例に係るアクチュエータ201では、第1実施例と比較して、反射ミラー部13を支持する梁の両面に対して圧電素子層や電極層を形成し、両面の圧電素子層をそれぞれ変位させることによって、梁に対して生じる応力を増加させ、アクチュエータの駆動力を更に向上させることが可能となる。
As described above, in the
1、51、101、151、201 アクチュエータ
4 基材
5A〜5D、202A、202B 第1電極層
6A、6B、203A 第1圧電素子層
7A〜7D、204A、204B 第2電極層
8A、8B、205A 第2圧電素子層
9A〜9D、206A、206B 第3電極層
13 反射ミラー部
14A、14B 梁部
52A 第3圧電素子層
53A、53B 第4電極層
102A 第4圧電素子層
103A、103B 第5電極層
152A 第1右側圧電素子層
152B 第1左側圧電素子層
153A 第2右側圧電素子層
153B 第2左側圧電素子層
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記支持部上に梁毎に分離して積層された電極層から形成される第1層電極と、
前記第1層電極上に積層された圧電素子層から形成される第1層圧電素子と、
前記第1層圧電素子上に梁毎に分離して積層された電極層から形成される第2層電極と、
前記第2層電極上に積層された圧電素子層から形成される第2層圧電素子と、
前記第2層圧電素子上に梁毎に分離して積層された電極層から形成される第3層電極と、を有することを特徴とするアクチュエータ。 An actuator that has a support part including at least two pairs of beams, and a movable part that is swingably supported via the support part, and that swings the movable part by applying a voltage;
A first layer electrode formed of an electrode layer laminated separately on each beam on the support;
A first layer piezoelectric element formed from a piezoelectric element layer laminated on the first layer electrode;
A second layer electrode formed from an electrode layer laminated separately for each beam on the first layer piezoelectric element;
A second layer piezoelectric element formed from a piezoelectric element layer laminated on the second layer electrode;
An actuator comprising: a third layer electrode formed from an electrode layer laminated separately on each beam on the second layer piezoelectric element.
前記第1層電極、前記第1層圧電素子、前記第2層電極、前記第2層圧電素子及び前記第3層電極は前記支持部の両面に形成することを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。 The support portion has a flat plate shape,
The said 1st layer electrode, the said 1st layer piezoelectric element, the said 2nd layer electrode, the said 2nd layer piezoelectric element, and the said 3rd layer electrode are formed in both surfaces of the said support part. Actuator.
各対の梁に接続された前記第1層電極と前記第3層電極とにそれぞれ電圧を印加することを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。 The support part includes a pair of beams at positions facing each other across the movable part,
The actuator according to claim 5, wherein a voltage is applied to each of the first layer electrode and the third layer electrode connected to each pair of beams.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012014666A1 (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | 日本電気株式会社 | Optical scanning device and image display device |
US8314531B2 (en) | 2009-09-18 | 2012-11-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric actuator driver circuit |
JP2016040987A (en) * | 2014-08-13 | 2016-03-24 | セイコーエプソン株式会社 | Piezoelectric drive device and drive method of the same, robot and drive method of the robot |
US9753199B2 (en) | 2012-04-11 | 2017-09-05 | Seiko Epson Corporation | Variable wavelength interference filter, optical filter device, optical module, and electronic apparatus |
-
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8314531B2 (en) | 2009-09-18 | 2012-11-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric actuator driver circuit |
WO2012014666A1 (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | 日本電気株式会社 | Optical scanning device and image display device |
CN103038694A (en) * | 2010-07-29 | 2013-04-10 | 日本电气株式会社 | Optical scanning device and image display device |
US9158108B2 (en) | 2010-07-29 | 2015-10-13 | Nec Corporation | Optical scanning device and image display device |
US9753199B2 (en) | 2012-04-11 | 2017-09-05 | Seiko Epson Corporation | Variable wavelength interference filter, optical filter device, optical module, and electronic apparatus |
JP2016040987A (en) * | 2014-08-13 | 2016-03-24 | セイコーエプソン株式会社 | Piezoelectric drive device and drive method of the same, robot and drive method of the robot |
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