JP2987750B2 - 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

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造技術を利用
して小型化を実現したプレーナ型電磁アクチュエータに
関し、特に、プレーナ型電磁アクチュエータの低コスト
化を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体製造技術を利用した超小型
のプレーナ型電磁アクチュエータとして、本発明者等に
より先に提案された、例えばプレーナ型ガルバノミラー
（特願平５−３２０５２４号及び特願平６−９８２４
号）等に適用したものがある。かかるプレーナ型電磁ア
クチュエータについて以下に説明する。
【０００３】この電磁アクチュエータは、シリコン基板
に、平板状の可動部と該可動部の中心位置でシリコン基
板に対して基板上下方向に揺動可能に可動部を軸支する
トーションバー構造の軸支部とを一体形成する。前記可
動部の上面周縁部には、通電により磁界を発生する銅薄
膜の平面コイルを設ける。また、互いに対をなす静磁界
発生手段としての永久磁石を、前記軸支部の軸方向と平
行な可動部の対辺の平面コイル部分に静磁界が作用する
よう可動部周囲に設ける。前述の先願例では、可動部の
対辺部分それぞれの上下に一対の永久磁石を配置し、対
をなす永久磁石間に発生する静磁界が駆動コイルを所定
方向に横切るように構成してある。
【０００４】かかる電磁アクチュエータは、平面コイル
に電流を流すことにより動作する。即ち、可動部の両側
では、永久磁石によって可動部の平面に沿って平面コイ
ルを横切るような方向に静磁界が形成されており、この
静磁界中の平面コイルに電流が流れると、平面コイルの
電流密度と磁束密度に応じて可動部の両端に、電流・磁
束密度・力のフレミングの左手の法則に従った方向に、
下記（１）式に示す磁気力が作用して可動部が回動す
る。
【０００５】 Ｆ＝ｉ×Ｂ ・・・ （１） ここで、Ｆは磁気力、ｉは駆動コイルに流れる電流、Ｂ
は磁束密度である。一方、可動部が回動することにより
軸支部が捩じられてばね反力が発生し、前記磁気力とば
ね反力が釣り合う位置まで可動部が回動する。可動部の
回動角は平面コイルに流れる電流に比例するので、平面
コイルに流す電流を制御することで可動部の回動角を制
御することができる。
【０００６】従って、例えば可動部の中央表面にミラー
を設ければ、軸支部の軸に対して垂直な面内においてミ
ラーに入射するレーザ光の反射方向を自由に制御でき、
ミラーの変位角を連続的に反復動作させてレーザ光のス
キャニングを行うガルバノミラーとして使用できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる電磁
アクチュエータとして、互いに直交する２つの軸支部を
有する２軸構造のものがある。即ち、シリコン基板に一
体形成する可動部を、枠状の外側可動板とこの外側可動
板の枠内に配置した平板状の内側可動板とで構成する。
また、軸支部を、外側可動板を軸支する第１トーション
バーとこの第１トーションバーと軸方向が直交し外側可
動板に対して内側可動板を軸支する第２トーションバー
とで構成する。そして、外側及び内側可動板の上面にそ
れぞれ駆動コイルを配置する。
【０００８】この場合、外側可動板上面の駆動コイルと
内側可動板上面の駆動コイルに対して、それぞれ互いに
直交した静磁界を作用させる必要がある。このため、従
来の２軸構造の電磁アクチュエータの場合では、外側可
動板の駆動用の永久磁石と内側可動板の駆動用の永久磁
石を別々に設ける構造であった。例えば、前述の先願例
のように可動部の４つの各辺の上下にそれぞれ一対の永
久磁石を配置したり、或いは、４つの各辺に永久磁石を
配置し互いに対面する永久磁石を対として可動部に対し
て互いに直交する磁界を発生させる。即ち、従来構造で
は少なくとも４つの永久磁石、言い換えれば２対の静磁
界発生手段が必要であった。
【０００９】本発明は上記の事情に鑑みなされたもの
で、一対の静磁界発生手段だけで可動部に対して互いに
直交する静磁界を発生させることにより、構造が簡単且
つ製造コストの安価な電磁アクチュエータを提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このため本発明では、半
導体基板に、枠状の外側可動板と該外側可動板の内側に
配置される内側可動板とからなる可動部と、前記外側可
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
トーションバーと軸方向が直交し前記内側可動板を揺動
可能に軸支する第２トーションバーとからなる軸支部と
を一体に形成し、前記外側可動板と内側可動板の各周縁
部に設けた駆動コイルと、該駆動コイルに静磁界を与え
る磁界発生手段とを備え、前記駆動コイルに電流を流す
ことにより発生する磁気力により前記可動部を駆動する
構成の電磁アクチュエータにおいて、一対の前記静磁界
発生手段を、前記可動部の１つの対角線方向に当該可動
部を挟んで配置する構成とした。
【００１１】また、前記一対の静磁界発生手段を、可動
部を囲んで配置した磁性体からなるヨークに固定する構
成とするとよい。また、前記一対の静磁界発生手段は、
Ｎ極とＳ極を互いに対面させて配置した永久磁石とし
た。
【００１２】
【作用】かかる構成において、対をなす静磁界発生手段
において、一方の静磁界発生手段から他方の静磁界発生
手段に向かう静磁界は、可動部を斜めに横切る。この静
磁界のベクトル成分を分解すると、可動部の各辺に対し
て互いに直交する２つの静磁界成分が得られる。従っ
て、この２つの静磁界成分によってそれぞれ外側可動板
と内側可動板に対して磁気力を作用することが可能とな
る。
【００１３】また、ヨークを設ければ、可動板を横切る
ことなく静磁界発生手段の周囲に漏れる静磁界の無効成
分を低減でき、静磁界発生手段の効率を高めることがで
きる。また、静磁界発生手段として永久磁石を用いれ
ば、電磁石等を用いる場合に比べて構造が簡素化でき
る。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１に本発明に係る電磁アクチュエータをガル
バノミラーに適用した一実施例の構成を示す。図１おい
て、本実施例の電磁アクチュエータであるガルバノミラ
ー１は、絶縁基板２の中央部に、半導体基板、例えばシ
リコン基板に可動部と軸支部とを一体形成したスキャナ
本体10が、図示のように絶縁基板２上に当該基板２に対
して略45°の角度を持って斜めに配置されている。絶縁
基板２の上面周囲に、例えば磁性体である純鉄からなる
枠状のヨーク３が設けられている。ヨーク３の互いに対
面する２辺の内側には、静磁界発生手段として一対の永
久磁石４，５が設けられている。永久磁石４，５は、Ｓ
極とＮ極が対面し、一方の永久磁石４（又は５）から他
方の永久磁石５（又は４）に向かって前記スキャナー本
体10を横切る静磁界が発生するようになっている。この
実施例では、永久磁石４から永久磁石５に向かって静磁
界が発生する。
【００１５】絶縁基板２には、４本のコネクタピン６ａ
〜６ｄが取付けられ、各コネクタピン６ａ〜６ｄは、絶
縁基板２上に形成された４つのボンディングパッド７ａ
〜７ｄと電気的に接続している。各ボンディングパッド
７ａ〜７ｄには、導線８ａ〜８ｄを介して後で詳述する
スキャナ本体10の各平面コイル15Ａ，15Ｂが接続されて
いる。例えばコネクタピン６ａ，６ｂと６ｃ，６ｄをそ
れぞれ対とし、一方を＋極、他方を−極としてコネクタ
ピン６ａ，６ｂを介して後述する外側可動板12Ａの平面
コイル15Ａに通電し、コネクタピン６ｃ，６ｄを介して
後述する内側可動板12Ｂの平面コイル15Ｂに通電するよ
うに構成される。
【００１６】次に前記スキャナ本体10の構成について図
２に基づいて説明する。このスキャナー本体10は、シリ
コン基板11に、枠状の外側可動板12Ａと平板状の内側可
動板12Ｂとからなる可動部と、互いに軸方向が直交形成
され外側可動板12Ａを軸支する第１トーションバー13
Ａ，13Ａと外側可動板12Ａに対して内側可動板12Ｂを軸
支する第２トーションバー13Ｂ，13Ｂとからなる軸支部
を、異方エッチングによって一体形成する。尚、シリコ
ン基板11の厚さに比べて可動部の厚さを、可動部が軸支
部回りに揺動できるよう薄く形成してある。
【００１７】前記外側可動板12Ａ上面には、例えば銅薄
膜の駆動コイルとしての平面コイル15Ａ（図では模式的
に１本線で示す）が電鋳コイル法等を用いて形成され、
第１トーションバー13Ａ，13Ａの一方を介してシリコン
基板11上の一対の外側電極端子14Ａ，14Ａに電気的に接
続している。また、内側可動板12Ｂ上面周縁部には、駆
動コイルとしての平面コイル15Ｂ（図では模式的に１本
線で示す）が平面コイル15Ａと同様の方法で形成され、
第２トーションバー13Ｂ，13Ｂの一方から外側可動板12
Ａ部分を通り第１トーションバー13Ａ，13Ａの他方側を
介してシリコン基板11上の内側電極端子14Ｂ，14Ｂに電
気的に接続している。また、内側可動板12Ｂ上面中央部
には、例えばアルミニウム蒸着により全反射ミラー16が
形成されている。前記一対の外側電極端子14Ａ，14Ａと
内側電極端子14Ｂ，14Ｂは、平面コイル15Ａ，15Ｂと同
様に電鋳コイル法等で形成される。
【００１８】次にかかる構成の電磁アクチュエータの動
作について説明する。永久磁石４で発生した磁界は、絶
縁基板２上のスキャナー本体10を横切って永久磁石５に
向かう。この磁界のベクトル成分を分解すると、図３に
示すように、磁界Ｈには、スキャナ本体10の平面内で互
いに直交する横成分磁界Ｈ1 と縦成分磁界Ｈ2 が存在す
る。本実施例の場合、横成分磁界Ｈ1 は、外側可動板12
Ａを軸支する第１トーションバー13Ａ，13Ａの軸方向と
直角方向であり、縦成分磁界Ｈ 2 は、内側可動板12Ｂを
軸支する第２トーションバー13Ｂ，13Ｂの軸方向と直角
方向となる。
【００１９】これにより、外側可動板12Ａの平面コイル
15Ａに、コネクタピン６ａ，６ｂを介して電流を流す
と、この電流と前記横成分磁界Ｈ1 との作用により、前
記（１）式に基づいて磁気力Ｆが発生して外側可動板12
Ａが駆動される。また、同様にして、内側可動板12Ｂの
平面コイル15Ｂに、コネクタピン６ｃ，６ｄを介して電
流を流すと、この電流と前記縦成分磁界Ｈ2 との作用に
より、前記（１）式に基づいて磁気力Ｆが発生して内側
可動板12Ｂが駆動される。
【００２０】従って、外側可動板12Ａと内側可動板12Ｂ
を一対の永久磁石４，５のみで駆動することができ、従
来のように、外側可動板駆動用と内側可動板駆動用とし
てそれぞれ別個に永久磁石を設ける必要がない。このた
め、電磁アクチュエータの部品点数が削減できると共に
構造も簡素化でき、電磁アクチュエータの製造コストを
安価にできる。
【００２１】また、ヨーク３を設けたので、永久磁石
４，５により発生させる磁界の効率を高めることがで
き、大きな磁気力を得ることができる。即ち、図４
（Ａ）で示すように、永久磁石４，５の周囲に、スキャ
ナ本体10を横切らず可動部の駆動に関係しない点線で示
す無効磁界が存在するが、ヨーク３を設けることによ
り、図４（Ｂ）に図示の如くこの無効磁界を有効磁界Ｈ
として他方の永久磁石側に導くことができ、無効磁界の
量を減らしスキャナ本体10を横切って可動部の駆動に関
与する図中実線で示す有効磁界を増加することができ
る。従って、同一特性の永久磁石を用いた場合、ヨーク
３を設けることで、ヨークを設けない場合に比べて永久
磁石の効率を高めることができ、大きな磁気力を得るこ
とが可能となる。
【００２２】また、静磁界発生手段として電磁石を用い
てもよいが、電磁石の場合には通電用の配線が必要とな
るので、本実施例のように永久磁石を用いる方が構造が
簡単となるので望ましい。そして、特に、希土類磁石を
用いることにより大きな磁界Ｈを得ることができ磁気力
を増大することができる。尚、本実施例では、電磁アク
チュエータとしてプレーナ型ガルバノミラーに適用した
例を示したが、これに限定するものではない。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、互
いに直交して軸支された２つの可動板を有する可動部の
対角線方向に、一対の静磁界発生手段を配置する構成と
したので、一対の静磁界発生手段だけで２つの可動板を
駆動させることができ、電磁アクチュエータの部品点数
を削減できると共に構造の簡素化を図ることができ、電
磁アクチュエータの製造コストを大幅に安価にできる。
【００２４】また、ヨークを設けたので、静磁界発生手
段の効率を高めることができ、可動部の駆動力を増大で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁アクチュエータの一実施例を
示す構成図
【図２】同上実施例のスキャナ本体の拡大図
【図３】本実施例の動作の説明図
【図４】ヨークの効果の説明図で、（Ａ）はヨークがな
い場合の磁界の状態図、（Ｂ）はヨークが有る場合の磁
界の状態図
【符号の説明】
１ 電磁アクチュエータ ３ ヨーク ４，５ 永久磁石（静磁界発生手段） 10 スキャナ本体 11 シリコン基板 12Ａ 外側可動板 12Ｂ 内側可動板 13Ａ 第１トーションバー 13Ｂ 第２トーションバー 15Ａ，15Ｂ 平面コイル

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板に、枠状の外側可動板と該外側
    可動板の内側に配置される内側可動板とからなる可動部
    と、前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トーションバーと軸方向が直交し前記内
    側可動板を揺動可能に軸支する第２トーションバーとか
    らなる軸支部とを一体に形成し、前記外側可動板と内側
    可動板の各周縁部に設けた駆動コイルと、該駆動コイル
    に静磁界を与える磁界発生手段とを備え、前記駆動コイ
    ルに電流を流すことにより発生する磁気力により前記可
    動部を駆動する構成の電磁アクチュエータにおいて、 一対の前記静磁界発生手段を、前記可動部の１つの対角
    線方向に当該可動部を挟んで配置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。
  2. 【請求項２】前記一対の静磁界発生手段は、可動部を囲
    んで配置した磁性体からなるヨークに固定される請求項
    １記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
  3. 【請求項３】前記一対の静磁界発生手段は、Ｎ極とＳ極
    を互いに対面させて配置した永久磁石である請求項１又
    は２記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
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