JP3879976B2

JP3879976B2 - プレーナ型電磁アクチュエータ

Info

Publication number: JP3879976B2
Application number: JP2001345310A
Authority: JP
Inventors: 譲上田
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: JP2003153519A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号を用いることにより、磁界発生手段に挟まれた半導体基板の可動部を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、上記半導体基板の可動部に設けられた駆動コイルに与える磁界を確保すると共に、装置全体の部品点数を減らして製造工程の効率化を図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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造技術を利用して形成可能な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いる。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４に示すように、支持部材２上に、駆動コイル４を備えた可動部３が揺動可能に形成された半導体基板５と、この半導体基板５を挟んで対向配置され上記駆動コイル４に磁界Ｈ（図５参照）を与える磁界発生手段６ａ，６ｂと、この磁界発生手段６ａ，６ｂの周囲に配置された磁路形成手段７とを備えてなっていた。
【０００３】
そして、このようなプレーナ型電磁アクチュエータ１は、上記半導体基板５の可動部３の周縁部に設けられた駆動コイル４に電気信号が流れると、図５に示す磁界発生手段６ａ，６ｂの間に発生する磁界Ｈによって上記駆動コイル４にローレンツ力が働くため、上記駆動コイル４に流れる電流を一定時間ごとに交互に逆向きに流すことにより、上記可動部３が矢印Ｃに示すように揺動するようになっていた。
【０００４】
ここで、図５に示すように、左側の磁界発生手段６ａのＮ極から出て右側の磁界発生手段６ｂのＳ極に入る磁力線は、該磁界発生手段６ａ，６ｂの中心面８の付近では該中心面８に沿って形成され、また上記中心面８から上下方向に離れるほど外側にふくらんで形成されている。そのため、上記磁界発生手段６ａ，６ｂの中心面８の付近が最も磁束密度が高く、磁界Ｈの強さが最大となっている。したがって、上記半導体基板５は、上記支持部材２の上方にて、半導体基板５の駆動コイル４を含む面と、上記磁界発生手段６ａ，６ｂの中心面８とが合致するように配置されていた。すなわち、上記支持部材２の表面には、例えば図５に示すような台座部９，９が設けられ、この台座部９，９上に半導体基板５が載置されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のプレーナ型電磁アクチュエータ１においては、上記支持部材２の表面に、上記半導体基板５の高さを調節するための台座部９を設けていたので、上記磁界発生手段６ａ，６ｂによって上記半導体基板５の駆動コイル４に対して効率的な磁界Ｈを与えるためには、上記台座部９，９の高さ精度を向上し、さらに該台座部９，９上に半導体基板５を載置するときの取り付け精度を高めなければならなかった。そのため、装置全体の製造工程に手間がかかるという問題点があった。また、上記台座部９自体は、上記半導体基板５の可動部３が揺動する動作に直接寄与するものでなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、上記半導体基板の可動部に設けられた駆動コイルに与える磁界を確保すると共に、装置全体の部品点数を減らして製造工程の効率化を図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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータは、支持部材上に、駆動コイルを備えた可動部が揺動可能に形成された半導体基板と、この半導体基板を挟んで対向配置され上記駆動コイルに磁界を与える磁界発生手段と、この磁界発生手段の周囲に配置された磁路形成手段とを備えてなるプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、上記支持部材の表面に上記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、上記磁界発生手段の上下方向の中心面を一致させるように、上記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上記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、上記磁路形成手段を、上記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、上記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したものである。
【０００８】
このような構成により、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む磁路形成手段を構成する部材と、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む磁路形成手段を構成する部材とによって、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上記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。
【００１１】
さらに、上記支持部材は、非磁性材料からなるものである。これにより、上記非磁性材料からなる支持部材が上記磁界発生手段と磁気結合せず、磁路を形成しないようにする。
【００１２】
また、上記支持部材は、その表面に直接載置される半導体基板の可動部に相当する位置に、該可動部の大きさよりも広い面積の凹部を備えてもよい。これにより、上記可動部の大きさよりも広い面積の凹部によって、上記半導体基板の可動部が揺動する空間が確保される。
【００１３】
さらにまた、上記支持部材は、その表面に直接載置される半導体基板の可動部に相当する位置に、該可動部の大きさよりも広い開口部を備えてもよい。これにより、上記可動部の大きさよりも広い開口部によって、上記半導体基板の可動部が揺動する空間が確保される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付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の実施形態を示す斜視図である。このプレーナ型電磁アクチュエータ１０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自在に揺動制御する装置で、支持部材１１上に、半導体基板５と、磁界発生手段６ａ，６ｂと、磁路形成手段７とを備えてなる。
【００１６】
上記支持部材１１は、上記プレーナ型電磁アクチュエータ１０の基礎となる部材で、後述の磁路形成手段７の外形よりも大きく形成されている。上記支持部材１１上には、半導体基板５が配置されている。この半導体基板５は、半導体製造技術を利用して可動部３を形成するもので、シリコン層を含んでなる。ここで、上記半導体基板５は、一軸回りに揺動可能な可動部３が形成されたものとして説明する。
【００１７】
すなわち、上記半導体基板５には、平板状の可動部３と、該可動部３を揺動可能に軸支するトーションバー１２，１２とが、例えば異方エッチング法により一体的に形成されている。ここで、上記可動部３及びトーションバー１２は、上記半導体基板５自体の厚さに比べて薄く形成されており、上記支持部材１１上に設置される半導体基板５の可動部３が所定の角度だけ回動できるようになっている。そして、上記可動部３の周縁部には、図１に示すように、駆動コイル４が設けられている。なお、上記駆動コイル４は、例えば電鋳コイル法を施して形成することができる。
【００１８】
また、図１に示すように、例えば、上記トーションバー１２，１２と直交する方向にて、上記半導体基板５の左右両端には、該半導体基板５を挟んで一対の磁界発生手段６ａ，６ｂが対向配置されている。この磁界発生手段６ａ，６ｂは、上記半導体基板５の可動部３に設けられた駆動コイル４に磁界Ｈを与えるもので、例えば永久磁石から成り、例えば左側の磁界発生手段６ａのＮ極と右側の磁界発生手段６ｂのＳ極とを互いに対向させて配置されている。
【００１９】
また、図１に示すように、上記磁界発生手段６ａ，６ｂの周囲には、磁路形成手段７が配置されている。この磁路形成手段７は、上記磁界発生手段６ａ，６ｂ間に発生する磁界が周囲に漏れるのを低減するもので、枠状の形状を有し、例えば鉄などの磁性材料からなる。
【００２０】
ここで、本発明においては、図２に示すように、上記支持部材１１の表面の略中央部には、上記半導体基板５が直接載置されており、この半導体基板５の駆動コイル４を含む面に、上記磁界発生手段６ａ，６ｂの上下方向の中心面８を一致させるように該磁界発生手段６ａ，６ｂが配置されている。このとき、上記支持部材１１には、上記磁界発生手段６ａ，６ｂに対応する位置に、図２に示すように、該磁界発生手段６ａ，６ｂが貫通する大きさの一対の貫通孔１３，１３があけられている。そして、上記磁界発生手段６ａ，６ｂは、その一部を上記貫通孔１３，１３に挿入して保持され、その中心面８に上記半導体基板５の駆動コイル４を含む面が一致するように配置されている。これにより、上述の支持部材１１の表面に直接載置された半導体基板５の駆動コイル４に対して、上記磁界発生手段６ａ，６ｂによって最大又はそれに近似する強さの磁界Ｈを与えることができ、上記プレーナ型電磁アクチュエータ１０を効率的に作動することができる。また、上記支持部材１１の表面に半導体基板５が直接配置されているので、従来のように半導体基板５の高さを調節するための台座部９（図５参照）を設けなくてもよく、装置全体の部品点数を減らして製造工程の効率化を図ることができる。
【００２１】
さらに、上記支持部材１１上の磁路形成手段７に対応する位置には、図２に示すように、磁路形成手段７が貫通する大きさの貫通孔１４があけられている。そして、上記磁路形成手段７は、その一部を上記貫通孔１４に挿入して保持され、上記磁界発生手段６ａ，６ｂと同様に、その中心面８が上記支持部材１１の表面付近に形成されるように配置されている。これにより、上記磁路形成手段７によって、上記左側の磁界発生手段６ａのＳ極から出た磁力線（図示省略）が右側の磁界発生手段６ｂのＮ極に入る経路が形成され、上記磁界発生手段６ａ，６ｂの間に発生する磁界Ｈが周囲に漏れるのを低減することができ、該磁界Ｈの強さを向上することができる。したがって、上記磁界発生手段６ａ，６ｂが、上記半導体基板５の可動部３に設けられた駆動コイル４に与える磁界Ｈの強さをより向上することができる。
【００２２】
そして、上記支持部材１１は、非磁性材料からなる。これにより、上記非磁性材料からなる支持部材が上記磁界発生手段と磁気結合せず、磁路を形成しないようにすることができる。したがって、図２に示す半導体基板５の駆動コイル４に与える磁界Ｈの強さが影響を受けないようにできる。
【００２３】
また、図示省略したが、上記支持部材１１には、その表面に直接載置される半導体基板５の可動部３に相当する位置に、該可動部３の大きさよりも広い面積の凹部を備えてもよい。これにより、上記可動部３の大きさよりも広い面積の凹部によって、上記半導体基板５の可動部３が揺動する空間を確保することができる。したがって、例えば上記半導体基板５の可動部３が大きく揺動しても、その動作が上記支持部材１１によって妨げられない。
【００２４】
図３は本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第２の実施形態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。この実施形態によるプレーナ型電磁アクチュエータ１０の支持部材１５においては、該支持部材１５に直接載置された半導体基板５の可動部３に相当する位置に、該可動部３の大きさよりも広い開口部１６が設けられている。これにより、上記開口部１６によって、上記半導体基板５の可動部３が揺動する空間を確保することができる。この場合は、例えば上記半導体基板５の可動部３が、図３に示す矢印Ｄのように大きく揺動しても、その動作が上記支持部材１５によって妨げられない。また、例えば図３に示すように、上記可動部３の下面に全反射ミラー１７を形成し、該全反射ミラー１７にレーザー光１８を照射することにより、上記プレーナ型電磁アクチュエータ１０をガルバノミラーとして適用することができる。
【００２５】
また、図３に示す支持部材１５は、図２に示す支持部材１１に設けられた貫通孔１４を設けずに、磁路形成手段７として上記支持部材１５の表面側及び裏面側にそれぞれ磁路形成手段７ａ，７ｂを備えるようにしてもよい。この場合、上記磁路形成手段７ａは、上記支持部材１５の表面側にて上記磁界発生手段６ａ，６ｂの周りをその突出部分と略同じ高さで取り囲む枠状の磁性材料からなる部材であり、上記磁路形成手段７ｂは、上記支持部材１５の裏面側にて上記磁界発生手段６ａ，６ｂの周りをその突出部分と略同じ高さで取り囲む枠状の磁性材料からなる部材である。これにより、上記上下２個の磁路形成手段７ａ，７ｂによって、上記磁界発生手段６ａ，６ｂが取り囲まれて固定され、磁界Ｈが周囲に漏れるのを低減することができる。この場合は、上記半導体基板５の駆動コイル４に与える磁界Ｈの強さを向上することができる。
【００２６】
なお、上述の説明において、上記半導体基板５は、一軸回りに揺動可能な可動部３が形成されたものとして説明したが、これに限られず、例えば直交する二軸回りに揺動可能な可動部が形成されたもの（図示省略）でもよい。また、上記磁界発生手段６ａ，６ｂは、図１に示すように、トーションバー１２，１２と直交する方向に上記半導体基板５を挟んで対向配置されたものとして説明したが、上記半導体基板５の構成にあわせて配置すればよい。例えば、半導体基板に形成された直交する二軸回りに揺動可能な可動部の一の対角線方向に上記磁界発生手段６ａ，６ｂを対向配置してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、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、この二つの部材によって、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る。これにより、上記駆動コイルに与える磁界を確保することができ、プレーナ型電磁アクチュエータを効率的に作動することができる。また、駆動コイルを含む面と磁界発生手段の上下方向の中心面とを一致させるために上記半導体基板を載置するための台座部のような特別な部材を省略化することができ、装置全体の部品点数を減らして製造工程の効率化を図ることができる。さらに、上記磁路形成手段によって、磁界が周囲に漏れるのを低減することができ、上記磁界発生手段の間に発生する磁界の強さを向上することができる。
【００３０】
また、請求項２に係る発明によれば、支持部材は、非磁性材料からなるものであることにより、上記非磁性材料からなる支持部材が上記磁界発生手段と磁気結合せず、磁路を形成しないようにすることができる。したがって、半導体基板の駆動コイルに与える磁界の強さが影響を受けないようにできる。
【００３１】
さらに、請求項３に係る発明によれば、支持部材は、その表面に直接載置される半導体基板の可動部に相当する位置に、該可動部の大きさよりも広い面積の凹部を備えたことにより、上記可動部の大きさよりも広い面積の凹部によって、上記半導体基板の可動部が揺動する空間を確保することができる。したがって、上記半導体基板の可動部が大きく揺動しても、その動作が上記支持部材によって妨げられない。
【００３２】
そして、請求項４に係る発明によれば、支持部材は、その表面に直接載置される半導体基板の可動部に相当する位置に、該可動部の大きさよりも広い開口部を備えたことにより、上記可動部の大きさよりも広い開口部によって、上記半導体基板の可動部が揺動する空間を確保することができる。したがって、上記可動部が大きく揺動しても、その動作が上記支持部材によって妨げられない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの実施形態を示す斜視図である。
【図２】上記プレーナ型電磁アクチュエータの動作を説明するＡ−Ａ線断面図である。
【図３】上記プレーナ型電磁アクチュエータの第２の実施形態を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図４】従来のプレーナ型電磁アクチュエータを説明する斜視図である。
【図５】上記プレーナ型電磁アクチュエータの動作を説明するＢ−Ｂ線断面図である。

Claims

支持部材上に、駆動コイルを備えた可動部が揺動可能に形成された半導体基板と、この半導体基板を挟んで対向配置され上記駆動コイルに磁界を与える磁界発生手段と、この磁界発生手段の周囲に配置された磁路形成手段とを備えてなるプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、
上記支持部材の表面に上記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、上記磁界発生手段の上下方向の中心面を一致させるように、上記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上記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、上記磁路形成手段を、上記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、上記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したことを特徴とするプレーナ型電磁アクチュエータ。
上記支持部材は、非磁性材料から成ることを特徴とした請求項１記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
上記支持部材は、その表面に直接載置される半導体基板の可動部に相当する位置に、該可動部の大きさよりも広い面積の凹部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
上記支持部材は、その表面に直接載置される半導体基板の可動部に相当する位置に、該可動部の大きさよりも広い開口部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。