JP5641176B2 - Electromagnetic actuator - Google Patents
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Description
本発明は、電磁駆動アクチュエータに関する。 The present invention relates to an electromagnetic drive actuator.
従来の電磁駆動アクチュエータでは、例えば可動部上に電磁石が配置されその電磁石に電流を制御して流すことで可動部を駆動している。電磁石は電流により熱が発生することから可動部に熱が蓄積する。そのため、電磁石に大きな電力を投入できないので、可動部を大きく傾斜することはできない。 In a conventional electromagnetic drive actuator, for example, an electromagnet is disposed on a movable part, and the movable part is driven by controlling current to flow through the electromagnet. Since the electromagnet generates heat due to electric current, heat accumulates in the movable part. Therefore, since a large electric power cannot be input to the electromagnet, the movable part cannot be greatly inclined.
また、従来の電磁駆動アクチュエータでは、可動部の底面に電磁石を配置するため、その電磁石と可動部との距離が近いと、可動部が大きく傾いた際に可動部と外部の電磁石が干渉する。 Further, in the conventional electromagnetic drive actuator, since the electromagnet is arranged on the bottom surface of the movable part, when the distance between the electromagnet and the movable part is short, the movable part and the external electromagnet interfere when the movable part is largely inclined.
本発明は上記課題に鑑み、可動部を直交する２軸で独立して駆動し可動部を駆動範囲内で任意の方向と角度に傾けることができる、電磁駆動アクチュエータを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an electromagnetic drive actuator capable of independently driving a movable part with two orthogonal axes and tilting the movable part in an arbitrary direction and angle within a driving range. .
上記目的を達成するため、本発明のアクチュエータは、
本体部と、本体部の第１の軸線、例えばＹ軸を回転軸とする第１の回転トルクを生じさせる第１の回転用電磁石と、本体部の第２の軸線、例えばＸ軸を回転軸とする第２の回転トルクを生じさせる第２の回転用電磁石と、を含んで構成され、
本体部が、外枠部と、外枠部の内側に位置された閉じた枠状のジンバル部と、ジンバル部の内側に位置された可動部と、可撓性を有していて負荷により撓んで可動部を第１の軸方向、例えばＸ軸方向に変位可能にかつ第２の軸方向の変位を抑制して可動部をジンバル部に支持する一対の第１の回転用ねじり梁部と、可撓性を有していて負荷により撓んでジンバル部を第２の軸方向、例えばＹ軸方向に変位可能にかつ第１の軸方向、例えばＸ軸方向の変位を抑制してジンバル部を外枠部に支持する一対の第２の回転用ねじり梁部と、一対の第２の回転用ねじり梁部に対応するようにジンバル部に固設された一対のジンバル部用永久磁石と、一対の第１の回転用ねじり梁部に対応するように可動部に固設された一対の可動部用永久磁石とを含んで構成され、
第１の回転用電磁石が外枠部の一方向の両側にそれぞれ対をなして設けられ、
第２の回転用電磁石が外枠部の他方向の両側にそれぞれ対をなして設けられ、
一対のジンバル部用永久磁石が、ジンバル部における一対の第２の回転用ねじり梁部それぞれの近傍にジンバル部の厚み方向に着磁されるように設けられており、
一対の可動部用永久磁石が、可動部における一対の第１の回転用ねじり梁部それぞれの近傍に可動部の厚み方向に着磁されるように設けられており、
第１の回転用電磁石の対に電流を流すことにより、本体部を挟んで一方向に平行で同じ向きに向かう磁界が一対の可動部用永久磁石に印加されて、第１の軸線を回転軸とする回転モーメントが生じ、一対の第１の回転用ねじり梁部に第１の回転トルクが生じ、
第２の回転用電磁石の対に電流を流すことにより、本体部を挟んで他方向に平行で同じ向きに向かう磁界が一対のジンバル部用永久磁石に印加されて、第２の軸線を回転軸とする回転モーメントが生じ、一対の第２の回転用ねじり梁部に第２の回転トルクが生じ、
一対の第１の回転用電磁石及び一対の第２の回転用電磁石に流す電流を独立に制御することによって、一対の第１の回転用ねじり梁部に生じる第１の回転トルク及び一対の第２の回転用ねじり梁部に生じる第２の回転トルクを制御することにより、可動部を振動させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the actuator of the present invention comprises:
A body portion, a first axis of the body portion, for example, a first of the first rotating electromagnet to produce a rotational torque to the rotation axis of the Y-axis, the second axis of the body portion, for example, the rotation axis X-axis is comprise configuration and a second rotary electromagnet to generate a second rotational torque to,
The main body portion has an outer frame portion, a closed frame-like gimbal portion positioned inside the outer frame portion, a movable portion positioned inside the gimbal portion, and has flexibility and is bent by a load. A pair of first torsion beam portions for rotation that can displace the movable portion in a first axial direction, for example, the X-axis direction and suppress the displacement in the second axial direction and support the movable portion on the gimbal portion; It is flexible and can be deflected by a load so that the gimbal part can be displaced in the second axial direction, for example, the Y-axis direction, and the displacement in the first axial direction, for example, the X-axis direction is suppressed, and the gimbal part is removed. A pair of second torsion beam portions for rotation supported by the frame portion, a pair of permanent magnets for the gimbal portion fixed to the gimbal portion so as to correspond to the pair of second torsion beam portions for rotation, and a pair of A pair of movable part permanent magnets fixed to the movable part so as to correspond to the first rotating torsion beam part. It has been made,
The first rotating electromagnet is provided in pairs on both sides in one direction of the outer frame part,
A second rotating electromagnet is provided in pairs on both sides in the other direction of the outer frame part,
Permanent magnet pair of gimbal portion is provided on so that is magnetized in the thickness direction of the gimbal portion in the vicinity of the respective beam portions twist pair second for rotation in the gimbal portion,
Permanent magnets for the pair of movable portions is provided on so that is magnetized in the thickness direction of the movable portion in the vicinity of each of the pair of first torsion for rotating the beam portion of the movable portion,
By passing an electric current through the pair of first rotating electromagnets, a magnetic field parallel to one direction and facing in the same direction across the main body portion is applied to the pair of movable portion permanent magnets, and the first axis is turned around the rotation axis. And a first rotational torque is generated in the pair of first torsion beam portions for rotation,
By passing an electric current through the second pair of electromagnets for rotation, a magnetic field parallel to the other direction and facing in the same direction across the main body is applied to the pair of permanent magnets for the gimbal part, and the second axis is rotated around the rotation axis. And a second rotational torque is generated in the pair of second torsion beams for rotation,
By independently controlling the currents flowing through the pair of first rotating electromagnets and the pair of second rotating electromagnets, the first rotational torque and the pair of second generated in the pair of first rotating torsion beam portions. The movable portion is vibrated by controlling the second rotational torque generated in the torsion beam portion for rotation.
上記構成によれば、一対の第１の回転用電磁石及び一対の第２の回転用電磁石の磁化方向は互いに直交した２軸で構成されている。このため、２軸の磁界強度の比率を変えることにより、磁界ベクトルが合成され、基板平面内で任意の方向と強さの磁界を作り出すことができる。これにより、一対の第１の回転用ねじり梁部及び一対の第２の回転用ねじり梁部の各梁部に対応して配設された永久磁石も直交した２方向(２軸)で構成されているので、第１の回転用電磁石及び第２の回転用電磁石によって発生した磁界により独立して回転駆動される。従って、可動部の駆動範囲内で任意の方向と角度に傾けることができる。 According to the above configuration, the magnetization directions of the pair of first rotating electromagnets and the pair of second rotating electromagnets are configured by two axes orthogonal to each other. Therefore, by changing the ratio of the biaxial magnetic field strength, magnetic field vectors are synthesized, and a magnetic field having an arbitrary direction and strength can be created in the substrate plane. Thereby, the permanent magnets disposed corresponding to the beam portions of the pair of first rotating torsion beam portions and the pair of second rotating torsion beam portions are also configured in two orthogonal directions (two axes). Therefore, they are driven to rotate independently by the magnetic field generated by the first rotating electromagnet and the second rotating electromagnet. Therefore, it can be tilted in an arbitrary direction and angle within the driving range of the movable part.
本発明の電磁駆動アクチュエータにおいて、好ましくは、本体部は半導体基板と絶縁層と半導体層が順に積層された複合基板からなり、一対の第１の回転用ねじり梁部及び一対の第２の回転用ねじり梁部は、半導体基板及び絶縁層をエッチングして残る半導体層からなる。 In the electromagnetically driven actuator of the present invention, preferably, the main body portion is composed of a composite substrate in which a semiconductor substrate, an insulating layer, and a semiconductor layer are sequentially laminated, and a pair of first rotating torsion beam portions and a pair of second rotating members. The torsion beam portion is composed of a semiconductor layer remaining after etching the semiconductor substrate and the insulating layer.
本発明の電磁駆動アクチュエータにおいて、ジンバル部用永久磁石が、一対の第２の回転用ねじり梁部に対応しジンバル部の裏面側及び表面側に固設され又は貫通穴に通して固設され、可動部用永久磁石が、一対の第１の回転用ねじり梁部に対応し可動部の裏面側及び表面側に固設され又は貫通穴に通して固設されていることが好ましい。 In the electromagnetic drive actuator of the present invention, the permanent magnet for the gimbal part is fixed to the back side and the front side of the gimbal part corresponding to the pair of second rotating torsion beam parts, or fixed through the through hole, It is preferable that the permanent magnet for the movable portion is fixed to the back surface side and the front surface side of the movable portion corresponding to the pair of first torsion beam portions for rotation or to be fixed through the through hole.
本発明の電磁駆動アクチュエータにおいて、ジンバル部が、長方形、多角形又は楕円形の閉じた枠状に形成され、一対の第２の回転用ねじり梁部が、ジンバル部の外側辺中央部と外枠部の内側辺中央部とを結んで固定されていれば好ましい。 In the electromagnetic drive actuator of the present invention, the gimbal portion is formed in a rectangular, polygonal or elliptical closed frame shape, and the pair of second torsion beam portions for rotation are formed in the outer side center portion of the gimbal portion and the outer frame. It is preferable if it is fixed by connecting the inner side central part of the part .
本発明の電磁駆動アクチュエータにおいて、可動部が、長方形、多角形又は楕円形に形成され、上側の一対の第１の回転用ねじり梁部は、両端がジンバル部の上枠部内辺中央部と可動部の上端中央部とを結んで備えられ、下側の第１の回転用ねじり梁部は、両端がジンバル部の下枠部内辺中央部と可動部の下端中央部とを結んで備えられていてもよい。 In the electromagnetic drive actuator of the present invention, the movable part is formed in a rectangular, polygonal or elliptical shape, and the upper pair of first rotating torsion beam parts are movable at the both ends with the central part of the upper frame part inside the gimbal part. provided by connecting an upper central portion of the parts, the first torsion bar portion for rotation of the lower, ends are equipped by connecting a lower central portion of the lower frame portion side central portion and the movable portion of the gimbal portion May be.
本発明の電磁駆動アクチュエータは、一対の第１の回転用ねじり梁部及び一対の第２の回転用ねじり梁部が本体部の対角線上に配置されている。 In the electromagnetically driven actuator of the present invention, the pair of first rotating torsion beam portions and the pair of second rotating torsion beam portions are arranged on a diagonal line of the main body portion .
本発明の電磁駆動アクチュエータによれば、本体部に配置した永久磁石に対し、本体部の外側に配置された垂直回転用電磁石及び水平回転用電磁石による磁界を印加することで、回転トルクを発生させて回転運動を行わせることができる。本体部には回転運動を妨げる構造体が存在しないため、可動部の傾き角度を大きくとることができる。
一般的な磁界駆動型アクチュエータは、可動部上に電磁石を用いている。そのため、ミラー駆動時は、電磁石に電流を供給するため発熱し、可動部は浮いた構造をしているため放熱が難しく蓄熱し易くなっている。このようなことから、大きな傾き角を得るために大きな電流を可動部上の電磁石に供給すると、熱によりアクチュエータが損傷を受けてしまう。これに対して、本発明の電磁駆動アクチュエータは、可動部上の磁界発生源に永久磁石を用いるため、発熱がない。また、アクチュエータ本体部の外側に配置された冷却が容易な電磁石に大きな電流を供給して大きな磁界を得ることで、駆動部に大きな回転トルクを得ることができるため、非共振・共振で駆動することができ、可動部を大きく変位することができる。
According to the electromagnetically driven actuator of the present invention, a rotational torque is generated by applying a magnetic field generated by a vertical rotating electromagnet and a horizontal rotating electromagnet disposed outside the main body to a permanent magnet disposed in the main body. Can be rotated. Since there is no structure that prevents rotational movement in the main body, the tilt angle of the movable part can be increased.
A general magnetic field drive type actuator uses an electromagnet on a movable part. For this reason, when the mirror is driven, heat is generated to supply an electric current to the electromagnet, and the movable part has a floating structure, so heat dissipation is difficult and heat storage is easy. For this reason, when a large current is supplied to the electromagnet on the movable part in order to obtain a large tilt angle, the actuator is damaged by heat. In contrast, the electromagnetically driven actuator of the present invention does not generate heat because a permanent magnet is used as the magnetic field generation source on the movable part. In addition, since a large magnetic field is obtained by supplying a large current to an electromagnet disposed on the outside of the actuator main body and easily cooled, a large rotational torque can be obtained in the drive unit, so that it is driven by non-resonance / resonance. The movable part can be greatly displaced.
以下、本発明の実施形態に係る電磁駆動アクチュエータについて図面を参照して説明する。 Hereinafter, an electromagnetic drive actuator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(電磁駆動アクチュエータの構造)
図１は本発明の実施形態に係る電磁駆動アクチュエータを模式的に示す平面図、図２は図１に示す本体部１０の平面図、図３は図１に示す本体部１０の底面図、図４はＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。この実施形態に係る電磁駆動アクチュエータ１は、本体部１０と、本体部１０を挟んで対峙する位置に配置される一対の第１の回転用電磁石３０と、本体部１０を挟んで対峙する位置で一対の第１の回転用電磁石３０の配置方向と直交するように配置される一対の第２の回転用電磁石３２と、を備えている。本体部１０は、可動部１３がジンバル部１１に第１の軸回り（図１ではＹ軸回り）に回転可能に取り付けられ、そのジンバル部１１が外枠部１５に第２の軸回り（図１ではＸ軸回り）に回転可能に取り付けられて、構成されている。第１の回転用電磁石３０が本体部１０の一方向（図１ではＸ軸方向）に隔離して対に配置され、第１の回転用電磁石３０による磁界が第１の軸線（図１ではＹ軸線）を回転軸とする回転トルクを生じさせ、第２の回転用電磁石３２が本体部１０の他方向（図１ではＹ軸方向）に離隔して対に配置され、第２の回転用電磁石３２による磁界が第２の軸線（図１ではＸ軸線）を回転軸とする回転トルクを生じさせる。
(Structure of electromagnetic actuator)
1 is a plan view schematically showing an electromagnetic drive actuator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the main body 10 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a bottom view of the main body 10 shown in FIG. 4 is a sectional view taken along line II ′. The electromagnetically driven actuator 1 according to this embodiment is a position where the main body 10, the pair of first rotating electromagnets 30 disposed at positions facing each other with the main body 10 sandwiched therebetween, and the positions facing each other with the main body 10 interposed therebetween. A pair of second rotating electromagnets 32 disposed so as to be orthogonal to the arrangement direction of the pair of first rotating electromagnets 30. The main body 10 has a movable portion 13 attached to the gimbal portion 11 so as to be rotatable around a first axis (around the Y axis in FIG. 1). The gimbal portion 11 is attached to the outer frame portion 15 around a second axis (see FIG. 1 is configured so as to be rotatable about the X axis). The first rotating electromagnets 30 are arranged in pairs separated in one direction of the main body 10 (X-axis direction in FIG. 1), and the magnetic field generated by the first rotating electromagnet 30 is the first axis (Y in FIG. 1). The second rotating electromagnet 32 is arranged in pairs with a rotational torque about the axis) as a rotating shaft, and is separated in the other direction of the main body 10 (Y-axis direction in FIG. 1). The magnetic field generated by 32 generates a rotational torque with the second axis (X axis in FIG. 1) as the rotation axis.
つまり、電磁駆動アクチュエータ１は、本体部１０と、本体部１０の一方向（図１では上下方向）の両側一対に設けられ本体部１０の第２の軸線（図１ではｘ軸線）を回転軸とする第２の回転トルク（垂直回転トルク）を生じさせる第２の回転用電磁石（以下、「垂直回転用電磁石」という。）３２と、本体部１０の他方向（図１では左右方向）の両側一対に設けられ本体部１０の第１の軸線（図１ではＹ軸線）を回転軸とする第１の回転トルク（水平回転トルク）を生じさせる第１の回転用電磁石（以下、「水平回転用電磁石」という。）３０と、を含んで構成されている。 That is, the electromagnetic drive actuator 1 is provided on a pair of both sides of the main body 10 and the main body 10 in one direction (vertical direction in FIG. 1), and the second axis (x-axis in FIG. 1) of the main body 10 is the rotation axis A second rotating electromagnet (hereinafter referred to as “vertical rotating electromagnet”) 32 that generates the second rotational torque (vertical rotational torque) and the other direction of the main body 10 (left and right direction in FIG. 1). A first electromagnet for rotation (hereinafter referred to as “horizontal rotation torque”) that is provided in a pair on both sides and generates a first rotation torque (horizontal rotation torque) with the first axis (Y axis in FIG. 1) of the main body 10 as a rotation axis. For example, an electromagnet for use)) 30.
本体部１０は、外枠部１５と、閉じた枠状のジンバル部１１と、可動部１３と、一対の第２の回転用ねじり梁部（以下、「垂直回転用ねじり梁部」という。）１６と、第１の回転用ねじり梁部（以下、「水平回転用ねじり梁部」という。）１８と、一対のジンバル部用永久磁石１２と、一対の可動部用永久磁石１４と、を含んで構成されている。 The main body portion 10 includes an outer frame portion 15, a closed frame-shaped gimbal portion 11, a movable portion 13, and a pair of second torsion beam portions for rotation (hereinafter referred to as “vertical rotation torsion beam portions”). 16, a first rotating torsion beam part (hereinafter referred to as “horizontal rotating torsion beam part”) 18, a pair of gimbal permanent magnets 12, and a pair of movable part permanent magnets 14. It consists of
ジンバル部１１は、外枠部１５の内側に位置され、かつ一対の垂直回転用ねじり梁部１６により外枠部１５へ懸架され、可動部１３はジンバル部１１の内側に位置され、かつ一対の水平回転用ねじり梁部１８によりジンバル部１１へ懸架されている。 The gimbal part 11 is located inside the outer frame part 15 and is suspended from the outer frame part 15 by a pair of vertical rotating torsion beam parts 16, the movable part 13 is located inside the gimbal part 11, and a pair of It is suspended from the gimbal portion 11 by a horizontal rotating torsion beam portion 18.
一対の垂直回転用ねじり梁部１６は、可撓性を有していて負荷により撓んでジンバル部１１を外枠部１５にＹ軸方向に変位可能にかつＸ軸方向の変位を抑制して支持する。
一対の水平回転用ねじり梁部１８は、可撓性を有していて負荷により撓んで可動部１３をジンバル部１１にＸ軸方向に変位可能にかつＹ軸方向の変位を抑制して支持する。
一対のジンバル部用永久磁石１２は、一対の垂直回転用ねじり梁部１６に対応するようにジンバル部１１に固設されている。
一対の可動部用永久磁石１４は、一対の水平回転用ねじり梁部１８に対応するように可動部１３に固設されている。
The pair of vertical rotating torsion beam portions 16 are flexible and bendable by a load so that the gimbal portion 11 can be displaced to the outer frame portion 15 in the Y-axis direction and supported by suppressing displacement in the X-axis direction. To do.
The pair of horizontal rotating torsion beam portions 18 have flexibility and are bent by a load so that the movable portion 13 can be supported by the gimbal portion 11 while being displaceable in the X-axis direction and suppressing displacement in the Y-axis direction. .
The pair of gimbal permanent magnets 12 are fixed to the gimbal 11 so as to correspond to the pair of vertical rotating torsion beams 16.
The pair of movable portion permanent magnets 14 is fixed to the movable portion 13 so as to correspond to the pair of horizontal rotating torsion beam portions 18.
この実施形態に係る電磁駆動アクチュエータ１では、一対の水平回転用電磁石３０と一対の垂直回転用電磁石３２の少なくともいずれかに電流を流すことによって、一対の垂直回転用ねじり梁部１６と一対の水平回転用ねじり梁部１８の少なくともいずれかに回転トルクを生じさせ、可動部１３を駆動で変位させることができる。 In the electromagnetic drive actuator 1 according to this embodiment, a current is passed through at least one of the pair of horizontal rotation electromagnets 30 and the pair of vertical rotation electromagnets 32, whereby the pair of vertical rotation torsion beam portions 16 and the pair of horizontal rotation electromagnets 16. A rotational torque can be generated in at least one of the torsion beam portions 18 for rotation, and the movable portion 13 can be displaced by driving.
以下にさらに詳述する。
本体部１０は、複合基板上に形成された所謂ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）であり、後述するように半導体プロセスで作製することができる。複合基板は、半導体基板と絶縁層と半導体層が順に積層されてなる。複合基板は、ここでは、半導体基板及び半導体層がＳｉからなり、かつ絶縁層がＳｉ酸化膜からなる所謂ＳＯＩ基板を使用している。
Further details will be described below.
The main body 10 is a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical System) formed on a composite substrate, and can be manufactured by a semiconductor process as described later. The composite substrate is formed by sequentially laminating a semiconductor substrate, an insulating layer, and a semiconductor layer. As the composite substrate, a so-called SOI substrate in which the semiconductor substrate and the semiconductor layer are made of Si and the insulating layer is made of an Si oxide film is used here.
本体部１０は、正方形の外枠部１５と、外枠部１５に支持され外枠部１５の内側でＹ軸方向に変位可能でかつＸ軸方向の変位が抑制される閉じた枠状のジンバル部１１と、ジンバル部１１の内側でＸ軸方向に変位可能にジンバル部１１に支持された可動部１３と、ジンバル部１１の裏面側に配置されているジンバル部用永久磁石１２と、可動部１３の裏面側に配置されている可動部用永久磁石１４と、を有している。 The main body 10 includes a square outer frame 15 and a closed frame-shaped gimbal supported by the outer frame 15 and displaceable in the Y-axis direction inside the outer frame 15 and suppressing displacement in the X-axis direction. Part 11, movable part 13 supported by gimbal part 11 so as to be displaceable in the X-axis direction inside gimbal part 11, gimbal part permanent magnet 12 arranged on the back side of gimbal part 11, and movable part 13 and a movable part permanent magnet 14 disposed on the back surface side.
電磁駆動アクチュエータ１は、本体部１０における外枠部１５と、一組の水平回転用電磁石３０と、一組の垂直回転用電磁石３２とが図示しない支持用基板に固定されて使用される。 The electromagnetic drive actuator 1 is used by fixing an outer frame portion 15 in the main body portion 10, a set of horizontal rotating electromagnets 30, and a set of vertical rotating electromagnets 32 to a support substrate (not shown).
ジンバル部１１は、両側の長辺の中央部からＸ軸方向に延在する垂直回転用ねじり梁部１６を介して外枠部１５に固定されており、垂直回転用ねじり梁部１６の撓みによりＹ軸方向に変位可能である。垂直回転用ねじり梁部１６は、ジンバル部１１の側辺中央と外枠部１５の内側辺中央とを結んで固定されている。 The gimbal portion 11 is fixed to the outer frame portion 15 via a vertical rotation torsion beam portion 16 extending in the X-axis direction from the central portion of the long side on both sides, and is deformed by the deflection of the vertical rotation torsion beam portion 16. It can be displaced in the Y-axis direction. The vertical rotating torsion beam portion 16 is fixed by connecting the center of the side of the gimbal portion 11 and the center of the inner side of the outer frame portion 15.
ジンバル部用永久磁石１２は、ジンバル部１１の長辺の中央部で、かつ、ジンバル部１１の裏面に設けた永久磁石用溝部１２Ａに嵌合されている。ジンバル部用永久磁石１２の形状は略直方体であり、長手方向がＹ軸方向に配置されている。ジンバル部用永久磁石１２は、複合基板の厚さ方向に着磁されている。ジンバル部用永久磁石１２は、ジンバル部１１の複合基板から下側に突出して配置されている。 The gimbal permanent magnet 12 is fitted into a permanent magnet groove 12 </ b> A provided at the center of the long side of the gimbal 11 and on the back surface of the gimbal 11. The shape of the gimbal permanent magnet 12 is a substantially rectangular parallelepiped, and the longitudinal direction is arranged in the Y-axis direction. The gimbal permanent magnet 12 is magnetized in the thickness direction of the composite substrate. The gimbal permanent magnet 12 is disposed so as to protrude downward from the composite substrate of the gimbal 11.
可動部１３は、水平回転用ねじり梁部１８を介してジンバル部１１に固定され水平回転用ねじり梁部１８の撓みによりＸ軸方向に変位可能である。上側の水平回転用ねじり梁部１８は、両端がジンバル部１１の上枠内辺中央と可動部１３の上端中央とを結んで固定されている。下側の水平回転用ねじり梁部１８は、両端がジンバル部１１の下枠内辺中央と可動部１３の下端中央とを結んで固定されている。 The movable portion 13 is fixed to the gimbal portion 11 via the horizontal rotating torsion beam portion 18 and can be displaced in the X-axis direction by the deflection of the horizontal rotating torsion beam portion 18. Both ends of the upper horizontal rotating torsion beam portion 18 are fixed by connecting the center of the upper frame inner side of the gimbal portion 11 and the center of the upper end of the movable portion 13. The lower horizontal torsion beam portion 18 for horizontal rotation is fixed with both ends connecting the center of the lower frame inner side of the gimbal portion 11 and the center of the lower end of the movable portion 13.
永久磁石用溝部１４Ａが、可動部１３における上周縁部及び下周縁部で水平回転用ねじり梁部１８に対向する中央部の裏面にそれぞれ設けられており、各永久磁石用溝部１４Ａには可動部用永久磁石１４が、可動部１３の厚み方向に着磁されている。 14A of permanent magnet groove parts are provided in the back surface of the center part which opposes the horizontal rotating torsion beam part 18 in the upper peripheral part and lower peripheral part in the movable part 13, respectively, and each permanent magnet groove part 14A has a movable part. The permanent magnet 14 is magnetized in the thickness direction of the movable portion 13.
垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８は、ＳＯＩ構造の複合基板をエッチングしてＳＯＩ構造の最上層である半導体層に形成され、ＳＯＩ基板の下部の酸化膜層及び半導体基板は削除されている。これは、垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８に撓みを保有させるためである。また、ジンバル部１１、可動部１３、外枠部１５では、酸化膜層及び半導体基板を残して強度を持たせる構造となっている。半導体層の厚さは、例えば８０μｍである。垂直回転用ねじり梁部１６や水平回転用ねじり梁部１８の断面形状は、幅が４０μｍ、厚さが８０μｍである。外側の垂直回転用ねじり梁部１６のＸ方向の長さ、つまり、回転軸の長さは２ｍｍ程度とすることができる。内側の水平回転用ねじり梁部１８のＹ方向の長さ、つまり、回転軸の長さは１ｍｍ程度とすることができる。 The torsion beam portion 16 for vertical rotation and the torsion beam portion 18 for horizontal rotation are formed in a semiconductor layer which is the uppermost layer of the SOI structure by etching a composite substrate having an SOI structure, and an oxide film layer and a semiconductor substrate below the SOI substrate. Has been deleted. This is to allow the vertical rotating torsion beam portion 16 and the horizontal rotating torsion beam portion 18 to bend. In addition, the gimbal part 11, the movable part 13, and the outer frame part 15 have a structure in which the oxide film layer and the semiconductor substrate are left to give strength. The thickness of the semiconductor layer is, for example, 80 μm. The cross-sectional shapes of the vertical rotating torsion beam portion 16 and the horizontal rotating torsion beam portion 18 have a width of 40 μm and a thickness of 80 μm. The length of the outer vertical rotating torsion beam portion 16 in the X direction, that is, the length of the rotating shaft can be about 2 mm. The length of the inner horizontal rotating torsion beam portion 18 in the Y direction, that is, the length of the rotating shaft can be about 1 mm.
本体部１０における可動部１３を水平回転させる一組の水平回転用電磁石３０は、本体部１０を挟んでＸ軸方向に離隔して外枠部１５の外側に配置されている。２つの水平回転用電磁石３０は、それぞれ、本体部１０を挟んでＸ軸に平行で同じ向きに向う磁界を発生し、可動部用永久磁石１４に磁界を印加する。 A set of horizontal rotating electromagnets 30 for horizontally rotating the movable portion 13 in the main body portion 10 is disposed outside the outer frame portion 15 while being spaced apart in the X-axis direction with the main body portion 10 interposed therebetween. Each of the two horizontal rotating electromagnets 30 generates a magnetic field parallel to the X axis and facing in the same direction across the main body 10 and applies the magnetic field to the movable part permanent magnet 14.
本体部１０におけるジンバル部１１を垂直回転させる二組の垂直回転用電磁石３２は、外枠部１５を挟んでＹ軸方向に離隔して外枠部１５の外側に配置されている。２つの垂直回転用電磁石３２は、それぞれ、本体部１０を挟んでＹ軸に平行で同じ向きに向う磁界を発生し、ジンバル部用永久磁石１２に磁界を印加する。 The two sets of vertical rotating electromagnets 32 for vertically rotating the gimbal portion 11 in the main body portion 10 are arranged outside the outer frame portion 15 so as to be separated in the Y-axis direction with the outer frame portion 15 interposed therebetween. Each of the two vertical rotating electromagnets 32 generates a magnetic field parallel to the Y axis and facing in the same direction across the main body 10, and applies the magnetic field to the gimbal permanent magnet 12.
以上説明したように、本体部１０は、水平及び垂直の２軸の所謂ジンバル構造を有している。各垂直回転用ねじり梁部１６に対してジンバル部用永久磁石１２が配置され、各水平回転用ねじり梁部１８に対して可動部用永久磁石１４が配置されている。つまり、２本の垂直回転用ねじり梁部１６及び２本の水平回転用ねじり梁部１８の合計４本の各梁に対して、１つの永久磁石が配置されている。ジンバル部用永久磁石１２及び可動部用永久磁石１４は、何れも、複合基板の厚み方向に対して垂直方向に着磁されている。 As described above, the main body 10 has a so-called gimbal structure with two horizontal and vertical axes. A gimbal permanent magnet 12 is arranged for each vertical rotating torsion beam part 16, and a movable part permanent magnet 14 is arranged for each horizontal rotating torsion beam part 18. That is, one permanent magnet is arranged for each of the four beams in total, that is, the two vertical rotating torsion beam portions 16 and the two horizontal rotating torsion beam portions 18. Both the gimbal permanent magnet 12 and the movable permanent magnet 14 are magnetized in a direction perpendicular to the thickness direction of the composite substrate.
（第１の変形例）
電磁駆動アクチュエータ１は図１に示す形状に限られず、適宜変形することができる。図５は電磁駆動アクチュエータ１の第１の変形例を示す平面図であり、図６は図５のＩＩ−ＩＩ’線に沿う断面図である。なお、図５及び図６には、第１の回転用電磁石３０及び第２の回転用電磁石３２は示してない。
(First modification)
The electromagnetic drive actuator 1 is not limited to the shape shown in FIG. FIG. 5 is a plan view showing a first modification of the electromagnetic drive actuator 1, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. 5 and 6, the first rotating electromagnet 30 and the second rotating electromagnet 32 are not shown.
図５及び図６に示すように、第１の変形例に係る電磁駆動アクチュエータ１の本体部１０Ａは、図１に示す本体部１０と機能的な構成が同じであるので同一符号を用いている。本体部１０Ａは、垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８が本体部１０Ａの対角線上に配置されている点で、図１に示す本体部１０と異なっている。詳細には、本体部１０Ａは前述と同様、平面視において正方形であるが、対角線がそれぞれＸ軸、Ｙ軸に平行に配置されている。垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８の長さを、本体部１０の場合よりも長くすることができる。図５には、第１の回転用電磁石３０及び第２の回転用電磁石３２は示していない。第２の回転用電磁石３２は、本体部１０Ａを挟んでＹ軸方向に離隔して対となるように配置され、本体部１０Ａの外側で垂直回転用ねじり梁部１６の延びている方向と垂直な方向に、即ち水平回転用ねじり梁部１８の延びている方向に磁界を発生するように配置される。第１の回転用電磁石３０は、本体部１０Ａを挟んでＸ軸方向に離隔して対となるように配置され、本体部１０Ａの外側で水平回転用ねじり梁部１８の延びている方向と垂直な方向に、即ち垂直回転用ねじり梁部１６の延びている方向に磁界を発生するように配置される。 As shown in FIGS. 5 and 6, the main body 10A of the electromagnetically driven actuator 1 according to the first modification has the same functional configuration as the main body 10 shown in FIG. . The main body portion 10A is different from the main body portion 10 shown in FIG. 1 in that the vertical rotation torsion beam portion 16 and the horizontal rotation torsion beam portion 18 are arranged on a diagonal line of the main body portion 10A. Specifically, the main body portion 10A is square in plan view as described above, but the diagonal lines are arranged in parallel to the X axis and the Y axis, respectively. The lengths of the vertical rotation torsion beam portion 16 and the horizontal rotation torsion beam portion 18 can be made longer than those of the main body portion 10. In FIG. 5, the first rotating electromagnet 30 and the second rotating electromagnet 32 are not shown. The second rotating electromagnets 32 are disposed so as to be separated from each other in the Y-axis direction with the main body portion 10A interposed therebetween, and are perpendicular to the extending direction of the vertical rotating torsion beam portion 16 outside the main body portion 10A. In such a direction that the horizontal rotating torsion beam 18 extends. The first rotating electromagnet 30 is disposed so as to be paired apart in the X-axis direction across the main body 10A, and is perpendicular to the direction in which the horizontal rotating torsion beam 18 extends outside the main body 10A. In such a direction that the vertical rotating torsion beam portion 16 extends.
（第２の変形例）
図７は第２の変形例に係る電磁駆動アクチュエータ１Ａを示す平面図である。前述と同一又は対応する部材には同一の符号を付し、説明を省略する。図７に示すように、本体部１０Ｂは第１の変形例と同様に、対角線上に、第１の回転用電磁石３０の対が本体部１０Ｂを挟んでＸ軸方向に離隔して配置され、第２の回転用電磁石３２の対が本体部１０Ｂを挟んでＹ軸方向に離隔して配置されている。図５とは、可動部１３とジンバル部１１との間、ジンバル部１１と外枠部１５との間の環状のスリット形状が異なるだけであり、本体部１０Ｂは、垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８が本体部１０Ｂの対角線上に配置されている点では同じである。よって、第２の変形例と同様、垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８の長さを、本体部１０の場合よりも長くすることができる。なお、ジンバル部用永久磁石１２は、ジンバル部１１においてＸＹ平面に直交する方向に着磁されている。可動部用永久磁石１４は、可動部１３においてＸＹ平面に直交する方向に着磁されている。
(Second modification)
FIG. 7 is a plan view showing an electromagnetic drive actuator 1A according to a second modification. The same or corresponding members as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As shown in FIG. 7, the main body portion 10B is disposed diagonally on the diagonal line with the pair of first electromagnets 30 for rotation spaced apart in the X-axis direction with the main body portion 10B interposed therebetween, as shown in FIG. A pair of second electromagnets 32 for rotation are arranged apart from each other in the Y-axis direction with the main body 10B interposed therebetween. 5 differs from FIG. 5 only in the annular slit shape between the movable portion 13 and the gimbal portion 11 and between the gimbal portion 11 and the outer frame portion 15, and the main body portion 10 </ b> B has a vertical rotating torsion beam portion 16. The horizontal rotating torsion beam portion 18 is the same in that it is disposed on the diagonal line of the main body portion 10B. Therefore, as in the second modification, the length of the vertical rotating torsion beam portion 16 and the horizontal rotating torsion beam portion 18 can be made longer than that of the main body portion 10. The gimbal permanent magnet 12 is magnetized in the direction orthogonal to the XY plane in the gimbal 11. The movable part permanent magnet 14 is magnetized in the direction perpendicular to the XY plane in the movable part 13.
（電磁駆動アクチュエータの動作原理）
図８は電磁駆動アクチュエータ１の駆動原理を示すＡ−Ａ’断面図であり、図８（ａ）は水平回転用電磁石３０に給電しないとき、図８（ｂ）は水平回転用電磁石３０に給電したとき、図８（ｃ）は水平回転用電磁石３０に給電したとき、の磁界と磁力とトルクの関係を立体的に示す。図８において、Ｔはトルク、Ｈは磁界、Ｆは磁力である。
(Operation principle of electromagnetic actuator)
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ showing the driving principle of the electromagnetic drive actuator 1. FIG. 8 (a) is when power is not supplied to the horizontal rotating electromagnet 30, and FIG. FIG. 8C shows a three-dimensional relationship between the magnetic field, magnetic force, and torque when the horizontal rotating electromagnet 30 is fed. In FIG. 8, T is a torque, H is a magnetic field, and F is a magnetic force.
図１に示す電磁駆動アクチュエータ１は、図８（ａ）に示す状態、つまり、可動部用永久磁石１４が水平回転用電磁石３０を結ぶ仮想線に対して垂直な状態において、水平回転用電磁石３０に電流を流すと、図８（ｂ）に示すように水平回転用電磁石３０は本体部１０の平面に平行な磁界Ｈを加える。磁界Ｈが印加されると、可動部用永久磁石１４の各極側は磁力Ｆを生じ、可動部用永久磁石１４のＮ極が磁界Ｈの矢印の向きに平行かつ同じ方向に向き、かつ可動部用永久磁石１４のＳ極が磁界Ｈに平行かつ逆方向に向くので、可動部１３にＹ軸回りの回転のモーメントが生じる。この回転のモーメントによるトルクＴと水平回転用ねじり梁部１８の回転軸が一致するため、水平回転用ねじり梁部１８に回転トルクＴが生じる。 The electromagnetic drive actuator 1 shown in FIG. 1 has the horizontal rotation electromagnet 30 in the state shown in FIG. 8A, that is, in a state perpendicular to the virtual line connecting the movable portion permanent magnet 14 to the horizontal rotation electromagnet 30. When a current is passed through the horizontal rotating electromagnet 30, the horizontal rotating electromagnet 30 applies a magnetic field H parallel to the plane of the main body 10 as shown in FIG. When a magnetic field H is applied, each pole side of the movable part permanent magnet 14 generates a magnetic force F, and the N pole of the movable part permanent magnet 14 is parallel to the direction of the arrow of the magnetic field H and is directed in the same direction, and is movable. Since the south pole of the part permanent magnet 14 is parallel to and opposite to the magnetic field H, a moment of rotation about the Y axis is generated in the movable part 13. Since the torque T due to the moment of rotation coincides with the rotational axis of the horizontal rotating torsion beam portion 18, a rotational torque T is generated in the horizontal rotating torsion beam portion 18.
回転の角度は、可動部用永久磁石１４と水平回転用電磁石３０とにより生じた水平回転用ねじり梁部１８周りのトルクＴと、このトルクＴのねじり回転のばねによる力と釣り合った位置で決まる。 The angle of rotation is determined by the torque T around the horizontal rotating torsion beam portion 18 generated by the movable portion permanent magnet 14 and the horizontal rotating electromagnet 30 and the position balanced with the force of the torque T by the torsion rotating spring. .
図９は電磁駆動アクチュエータ１の駆動原理を示すＢ−Ｂ’断面図であり、図９（ａ）は水平回転用電磁石３０に給電しないとき、図８（ｂ）は水平回転用電磁石３０に給電したとき、図８（ｃ）は水平回転用電磁石３０に給電したとき、の磁界と磁力とトルクの関係を立体的に示す。図９において、Ｔはトルク、Ｈは磁界、Ｆは磁力である。 FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ showing the driving principle of the electromagnetic drive actuator 1. FIG. 9A shows the case where the horizontal rotating electromagnet 30 is not supplied with power, and FIG. FIG. 8C shows a three-dimensional relationship between the magnetic field, magnetic force, and torque when the horizontal rotating electromagnet 30 is fed. In FIG. 9, T is a torque, H is a magnetic field, and F is a magnetic force.
図９（ａ）に示す状態から図９（ｂ）に示すように水平回転用電磁石３０に電流を流すと磁界Ｈが生じ、ジンバル部用永久磁石１２は磁界Ｈにより磁力Ｆを生じるが、ジンバル部用永久磁石１２の回転軸と垂直回転用ねじり梁部１６の回転軸とが一致しないため、可動部１３を傾けるような回転トルクを発生しない。 When a current is passed from the state shown in FIG. 9A to the horizontal rotating electromagnet 30 as shown in FIG. 9B, a magnetic field H is generated, and the gimbal permanent magnet 12 generates a magnetic force F by the magnetic field H. Since the rotation axis of the permanent magnet 12 for part and the rotation axis of the torsion beam part 16 for vertical rotation do not coincide with each other, no rotational torque that tilts the movable part 13 is generated.
以上のように、水平回転用電磁石３０に電流を流すことで、可動部１３をＹ軸回りに回転させるトルクを生じさせることができる。同様に、垂直回転用電磁石３２に電流を流すことで、ジンバル部１１にＸ軸回りに回転させるトルクを生じさせることができる。よって、水平回転用電磁石３０と垂直回転用電磁石３２に流す電流を独立に制御することにより、Ｘ軸回りの回転とＹ軸回りの回転とを独立に制御することができ、結果として、可動部１３を任意の方向に広範囲に制御することができる。 As described above, by causing a current to flow through the horizontal rotating electromagnet 30, it is possible to generate torque that rotates the movable portion 13 around the Y axis. Similarly, by causing an electric current to flow through the vertical rotating electromagnet 32, it is possible to generate a torque for rotating the gimbal portion 11 around the X axis. Therefore, by independently controlling the currents flowing through the horizontal rotating electromagnet 30 and the vertical rotating electromagnet 32, the rotation about the X axis and the rotation about the Y axis can be controlled independently. As a result, the movable portion 13 can be controlled in a wide range in an arbitrary direction.
ここで、電磁駆動アクチュエータ１において、水平回転用電磁石３０及び垂直回転用電磁石３２の磁化方向は互いに直交した２軸で構成されている。このため、２軸の磁界強度の比率を変えることにより、磁界ベクトルが合成され、基板平面内で任意の方向及び強さを有する磁界を作り出すことができる。
これにより、垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８の各梁部近傍に配設された永久磁石１２，１４も直交した２方向(２軸)で構成されているので、水平回転用電磁石３０及び垂直回転用電磁石３２によって発生した磁界により独立して回転駆動される。従って、可動部１３を駆動範囲内で任意の方向に傾けることができる。
Here, in the electromagnetic drive actuator 1, the magnetization directions of the horizontal rotation electromagnet 30 and the vertical rotation electromagnet 32 are constituted by two axes orthogonal to each other. Therefore, by changing the ratio of the biaxial magnetic field strength, the magnetic field vectors are synthesized, and a magnetic field having an arbitrary direction and strength in the substrate plane can be created.
Accordingly, the permanent magnets 12 and 14 disposed in the vicinity of each of the vertical rotating torsion beam portion 16 and the horizontal rotating torsion beam portion 18 are also configured in two orthogonal directions (two axes). The rotating electromagnet 30 and the vertical rotating electromagnet 32 are independently driven to rotate by the magnetic field. Therefore, the movable part 13 can be tilted in an arbitrary direction within the driving range.
本発明の電磁駆動アクチュエータ１によれば、本体部１０に配置した永久磁石１２，１４に対し、本体部１０の外側に配置された水平回転用電磁石３０及び垂直回転用電磁石３２による磁界を印加することで、２軸のそれぞれの回転トルクを発生させ、可動部１３が直交する２軸の回りにそれぞれ回転運動する。本体部１０の上下には回転運動を妨げる構造体が存在しないため、可動部１３の傾き角度を大きくとることができる。なお、第１及び第２の変形例でも同様のことが当てはまる。 According to the electromagnetic drive actuator 1 of the present invention, magnetic fields generated by the horizontal rotating electromagnet 30 and the vertical rotating electromagnet 32 disposed outside the main body 10 are applied to the permanent magnets 12 and 14 disposed in the main body 10. Thus, the rotational torques of the two axes are generated, and the movable portion 13 rotates around the two axes orthogonal to each other. Since there is no structure that hinders the rotational movement above and below the main body 10, the tilt angle of the movable portion 13 can be increased. The same applies to the first and second modifications.
（電磁駆動アクチュエータの製造方法）
本体部１０は、所謂ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）であり、後述するように半導体プロセスで作製することができる。
図１０は、図１〜図４に示した電磁駆動アクチュエータ１の製造方法を説明する断面図である。図１０（ａ）に示すように、ＳＯＩ構造を有する複合基板４０を用意する。複合基板４０は、Ｓｉ基板からなるハンドリング層４１上にＳｉＯ２から成る犠牲層４２と活性Ｓｉ層４３が順に積層されている。具体的には、例えば、厚さが３５０μｍのハンドリング層４１の表面に、厚さ２μｍのＳｉＯ２から成る犠牲層４２を介して、厚さ８０μｍの活性Ｓｉ層４３が形成されている。
(Method for manufacturing electromagnetic drive actuator)
The main body 10 is a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical System), and can be manufactured by a semiconductor process as described later.
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the electromagnetic drive actuator 1 shown in FIGS. As shown in FIG. 10A, a composite substrate 40 having an SOI structure is prepared. In the composite substrate 40, a sacrificial layer 42 made of SiO 2 and an active Si layer 43 are sequentially laminated on a handling layer 41 made of an Si substrate. Specifically, for example, an active Si layer 43 having a thickness of 80 μm is formed on the surface of the handling layer 41 having a thickness of 350 μm via a sacrificial layer 42 made of SiO 2 having a thickness of 2 μm.
図１０（ｂ）に示すように、複合基板４０の上面、即ち上層の活性Ｓｉ層４３の表面に、レジスト４４からなるマスクパターンを形成する。
上記マスクパターンを使用して、図１０（ｃ）に示すように、化学エッチング、プラズマによるイオンエッチング（ＲＩＥ法）などにより、活性Ｓｉ層４３を符号４７で示す部分を部分的に削り犠牲層４２に達するエッチングを行う。このエッチングにより、活性Ｓｉ層４３に、ジンバル部１１、可動部１３、垂直回転用ねじり梁部１６、水平回転用ねじり梁部１８、外枠部１５のパターンが形成される。
次に、図１０（ｄ）に示すように、ハンドリング層４１の下面に、レジスト４６からなるマスクパターンを形成する。
このマスクパターンを使用して、図１０（ｅ）に示すように、化学エッチング、プラズマによるイオンエッチング（ＲＩＥ法）などにより、ハンドリング層４１を犠牲層４２に達するまでエッチングをする。このエッチングにより、垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８となる部分の下側のハンドリング層４１だけが除去され、ジンバル部１１及び可動部１３となる部分のハンドリング層４１に永久磁石用溝部１２Ａ，１４Ａが形成される。つまり、ハンドリング層４１で不要な部分が除去される。
As shown in FIG. 10B, a mask pattern made of a resist 44 is formed on the upper surface of the composite substrate 40, that is, on the surface of the upper active Si layer 43.
Using the mask pattern, as shown in FIG. 10C, the active Si layer 43 is partially etched by the chemical etching, plasma ion etching (RIE method), etc., and the sacrificial layer 42 is removed. Etching to reach By this etching, a pattern of the gimbal portion 11, the movable portion 13, the vertical rotation torsion beam portion 16, the horizontal rotation torsion beam portion 18, and the outer frame portion 15 is formed in the active Si layer 43.
Next, as shown in FIG. 10D, a mask pattern made of a resist 46 is formed on the lower surface of the handling layer 41.
Using this mask pattern, as shown in FIG. 10E, the handling layer 41 is etched until it reaches the sacrificial layer 42 by chemical etching, ion etching by plasma (RIE method), or the like. By this etching, only the lower handling layer 41 that becomes the vertical rotating torsion beam portion 16 and the horizontal rotating torsion beam portion 18 is removed, and the gimbal portion 11 and the handling layer 41 that becomes the movable portion 13 are permanently attached to the handling layer 41. Magnet grooves 12A and 14A are formed. That is, unnecessary portions are removed from the handling layer 41.
次に、図１０（ｆ）に示すように、犠牲層４２の内ＳＯＩ構造とはなっていない部分の領域をエッチングして除去する。
以上の工程により、外枠部１５、ジンバル部１１及び可動部１３が永久磁石用溝部１２Ａ，１４Ａを除いてＳＯＩ構造を有し、垂直回転用ねじり梁部１６が外枠部１５とジンバル部１１との間に活性Ｓｉ層４３で架設され、水平回転用ねじり梁部１８がジンバル部１１と可動部１３との間に活性Ｓｉ層４３で架設される。つまり、ジンバル部１１が垂直回転用ねじり梁部１６によって支持され、可動部１３が水平回転用ねじり梁部１８によって支持された状態となる。
Next, as shown in FIG. 10F, the region of the sacrificial layer 42 that is not the SOI structure is removed by etching.
Through the above steps, the outer frame portion 15, the gimbal portion 11 and the movable portion 13 have the SOI structure except for the permanent magnet groove portions 12A and 14A, and the vertical rotating torsion beam portion 16 has the outer frame portion 15 and the gimbal portion 11. The horizontal rotation torsion beam portion 18 is installed between the gimbal portion 11 and the movable portion 13 with the active Si layer 43. That is, the gimbal portion 11 is supported by the vertical rotation torsion beam portion 16 and the movable portion 13 is supported by the horizontal rotation torsion beam portion 18.
次に、図１０（ｇ）に示すように、ハンドリング層４１に形成された永久磁石用溝部１２Ａ，１４Ａへ永久磁石１２，１４を装着する。永久磁石１２，１４は、例えば接着剤を用いて活性Ｓｉ層へ固着し、かくして本体部１０が出来上がる。 Next, as shown in FIG. 10G, the permanent magnets 12 and 14 are attached to the permanent magnet grooves 12 </ b> A and 14 </ b> A formed in the handling layer 41. The permanent magnets 12 and 14 are fixed to the active Si layer using an adhesive, for example, and thus the main body 10 is completed.
次に、本体部１０を、図示しない支持台に搭載する。その際、本体部１０における外枠部１５のみを支持台に接触させ、垂直回転用ねじり梁部１６の軸回りにジンバル部１１が揺動しかつ水平回転用ねじり梁部１８の軸回りに可動部１３が揺動しても、ジンバル部用永久磁石１２及び可動部用永久磁石１４が支持台に干渉しないように、外枠部１５と支持台との間にスペーサを介在させたりして、支持台の形状を工夫することが好ましい。支持台は例えば図１に示す形態の場合では中央が中空で矩形状を有する枠体としてもよいし、支持台の上面が部分的にくり抜かれて窪みを有していてもよい。
最後に、支持台の所定の位置に電磁石３０，３２を配設する。
以上で、電磁駆動アクチュエータ１が作製される。図５及び図７に示す本体部１０Ａ，１０Ｂを備える電磁駆動アクチュエータ１，１Ａにおいても同様に作製することができる。ただし、図７に示す本体部１０Ｂの場合には、ハンドリング層４１のみならず犠牲層４２及び活性Ｓｉ層４２に貫通穴が形成されて、その中に、ジンバル部用永久磁石１２、可動部用永久磁石１４がそれぞれの所定の貫通穴に挿入され、接着剤等で固定される点が異なる。
Next, the main body 10 is mounted on a support base (not shown). At that time, only the outer frame portion 15 of the main body portion 10 is brought into contact with the support base, and the gimbal portion 11 swings around the axis of the vertical rotation torsion beam portion 16 and is movable around the axis of the horizontal rotation torsion beam portion 18. Even if the part 13 swings, a spacer is interposed between the outer frame part 15 and the support base so that the gimbal permanent magnet 12 and the movable part permanent magnet 14 do not interfere with the support base. It is preferable to devise the shape of the support base. For example, in the case of the form shown in FIG. 1, the support base may be a frame having a hollow center and a rectangular shape, or the upper surface of the support base may be partially cut out to have a recess.
Finally, the electromagnets 30 and 32 are disposed at predetermined positions on the support base.
Thus, the electromagnetic drive actuator 1 is manufactured. The electromagnetic drive actuators 1 and 1A including the main body portions 10A and 10B shown in FIGS. 5 and 7 can be similarly manufactured. However, in the case of the main body 10B shown in FIG. 7, through holes are formed not only in the handling layer 41 but also in the sacrificial layer 42 and the active Si layer 42, in which the gimbal permanent magnet 12 and the movable part The difference is that the permanent magnet 14 is inserted into each predetermined through hole and fixed with an adhesive or the like.
この製造方法によれば、ＳＯＩ基板４０を用いてＭＥＭＳ工程によって容易に電磁駆動アクチュエータ１，１Ａを製作することができる。
以下、本発明を具体的な実施例によりさらに説明する。
According to this manufacturing method, the electromagnetic drive actuators 1, 1 </ b> A can be easily manufactured by the MEMS process using the SOI substrate 40.
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to specific examples.
電磁駆動アクチュエータ１を、図９を参照して説明した手順によって製作した。用いたＳＯＩ基板４０は、厚さが３５０μｍのハンドリング層４１の表面に、厚さ２μｍのＳｉＯ２から成る犠牲層４２を介して、厚さ８０μｍの活性Ｓｉ層４３が形成されている。 The electromagnetic drive actuator 1 was manufactured by the procedure described with reference to FIG. In the SOI substrate 40 used, an active Si layer 43 having a thickness of 80 μm is formed on the surface of a handling layer 41 having a thickness of 350 μm via a sacrificial layer 42 made of SiO 2 having a thickness of 2 μm.
可動部１３の面積は５ｍｍ×５ｍｍとした。垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８の断面形状は、幅が４０μｍ、厚さが８０μｍとした。垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８の長さは、それぞれ２ｍｍ，１ｍｍとした。 The area of the movable part 13 was 5 mm × 5 mm. The cross-sectional shapes of the vertical rotating torsion beam portion 16 and the horizontal rotating torsion beam portion 18 were 40 μm in width and 80 μm in thickness. The lengths of the vertical rotating torsion beam portion 16 and the horizontal rotating torsion beam portion 18 were 2 mm and 1 mm, respectively.
永久磁石用溝部１２Ａ，１４Ａの形状は、０．５ｍｍ（幅）×０．３５ｍｍ（深さ）×５ｍｍ（長さ）とした。用いた永久磁石の材料は、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎである。永久磁石１２，１４の寸法は、幅が０．５ｍｍ（幅）×０．５ｍｍ（厚さ）×５ｍｍ（長さ）とした。 The shape of the permanent magnet grooves 12A and 14A was 0.5 mm (width) × 0.35 mm (depth) × 5 mm (length). The material of the permanent magnet used is Sm-Fe-N. The dimensions of the permanent magnets 12 and 14 were such that the width was 0.5 mm (width) × 0.5 mm (thickness) × 5 mm (length).
磁界をかけるための水平回転用電磁石３０及び垂直回転用電磁石３２は同じ構成であり、コ字型の磁性体ヨークの両端にそれぞれ直径が１００μｍの被覆線を各７００回巻いて二つの電磁石とした。磁性体ヨークの開口部の間に本体部１０を配置した（図１４参照）。 The horizontal rotating electromagnet 30 and the vertical rotating electromagnet 32 for applying a magnetic field have the same configuration, and two electromagnets are formed by winding a covered wire having a diameter of 100 μm around each end of a U-shaped magnetic yoke 700 times. . The main body 10 is disposed between the openings of the magnetic yoke (see FIG. 14).
製作した電磁駆動アクチュエータ１の駆動特性について測定した。電磁駆動アクチュエータ１における本体部１０の外側に直交する水平回転用電磁石３０及び垂直回転用電磁石３２を配置し、垂直回転用電磁石３２に電流を１５０ｍＡ流した。 The drive characteristics of the manufactured electromagnetic drive actuator 1 were measured. The horizontal rotation electromagnet 30 and the vertical rotation electromagnet 32 that are orthogonal to the outside of the main body 10 in the electromagnetic drive actuator 1 are arranged, and a current of 150 mA is passed through the vertical rotation electromagnet 32.
図１１は、本体部１０の変位状態を示す光学顕微鏡像である。図１１に示す像からジンバル部（Gimbal）１１が外枠部（Outer frame）１５に対して１７．６°傾斜していることが分かる。
図１２は、電磁駆動アクチュエータ１を２軸駆動した場合の本体部１０の変位状態を示す光学顕微鏡像である。図１２に示す像から、電磁駆動アクチュエータ１は２軸で駆動していることが分かる。実施例１で製作した電磁駆動アクチュエータ１は非共振モードであり、可動部１３の角度を静止した状態に保つことが可能であることを確認した。
FIG. 11 is an optical microscope image showing the displacement state of the main body 10. From the image shown in FIG. 11, it can be seen that the gimbal portion 11 is inclined by 17.6 ° with respect to the outer frame portion 15.
FIG. 12 is an optical microscope image showing a displacement state of the main body 10 when the electromagnetic drive actuator 1 is driven in two axes. From the image shown in FIG. 12, it can be seen that the electromagnetic drive actuator 1 is driven by two axes. It was confirmed that the electromagnetically driven actuator 1 manufactured in Example 1 was in the non-resonant mode and the angle of the movable part 13 could be kept stationary.
図１３は、電磁駆動アクチュエータ１を１軸駆動した場合の特性結果を示す図である。図１３の挿入図にあるように、走査ミラーである可動部１３に対して斜めにレーザ光を照射しその反射光の向きを測定して求めている。図１３において、横軸は垂直回転用電磁石３２に供給する電流（Ａ）であり、縦軸は光学走査角度（°）である。図１３から、垂直回転用電磁石３２に流す電流を増加させると、光学走査角度（°）は直線的に増加することが分かった。水平回転用電磁石３０に電流を流しても同様の結果を得た。なお、流す電流を６５０ｍＡとしたのはコイル特性のためである。 FIG. 13 is a diagram showing a characteristic result when the electromagnetic drive actuator 1 is driven in one axis. As shown in the inset of FIG. 13, the laser beam is irradiated obliquely to the movable portion 13 that is a scanning mirror, and the direction of the reflected light is measured and obtained. In FIG. 13, the horizontal axis represents the current (A) supplied to the vertical rotation electromagnet 32, and the vertical axis represents the optical scanning angle (°). From FIG. 13, it was found that the optical scanning angle (°) increased linearly when the current passed through the vertical rotating electromagnet 32 was increased. Similar results were obtained even when a current was passed through the horizontal rotating electromagnet 30. The reason why the flowing current is 650 mA is because of the coil characteristics.
図１３において、垂直回転用電磁石３２，水平回転用電磁石３０の何れかに流す電流と可動部１３の光学走査角度との関係が線形であることから、Ｓｉでなる垂直回転用ねじり梁部１６及び水平回転用ねじり梁部１８の変形がまだ弾性領域であることが分かる。このことから、電磁駆動アクチュエータ１自体は、垂直回転用電磁石３２，水平回転用電磁石３０をさらに強力なものと置き換えることで、図１１に示した以上の光学走査角度で駆動が可能であることが予想される。 In FIG. 13, since the relationship between the current flowing through either the vertical rotating electromagnet 32 or the horizontal rotating electromagnet 30 and the optical scanning angle of the movable portion 13 is linear, the vertical rotating torsion beam portion 16 made of Si and It can be seen that the deformation of the horizontal rotating torsion beam 18 is still in the elastic region. Therefore, the electromagnetic drive actuator 1 itself can be driven at an optical scanning angle larger than that shown in FIG. 11 by replacing the vertical rotation electromagnet 32 and the horizontal rotation electromagnet 30 with more powerful ones. is expected.
本体部１０Ｂを有する電磁駆動アクチュエータ１Ａを実施例１と同様にして製作した。
水平回転用電磁石３０及び垂直回転用電磁石３２は基本的に同じ構成としたが、水平回転用電磁石３０及び垂直回転用電磁石３２は、何れも、コ字型の磁性体ヨークの両端にそれぞれ直径が１００μｍの被覆線を各７００回巻いて２つの電磁石とした。磁性体ヨークの開口部に本体部１０を配置した。
An electromagnetically driven actuator 1A having a main body 10B was manufactured in the same manner as in Example 1.
The horizontal rotation electromagnet 30 and the vertical rotation electromagnet 32 have basically the same configuration, but both the horizontal rotation electromagnet 30 and the vertical rotation electromagnet 32 have diameters at both ends of the U-shaped magnetic yoke. A 100 μm coated wire was wound 700 times each to form two electromagnets. The main body 10 is disposed in the opening of the magnetic yoke.
図１４は、電磁駆動アクチュエータ１Ａの電磁石３０又は３２による駆動特性の測定方法を示す模式図である。図１４に示すように、電磁駆動アクチュエータ１Ａは支持台５０上に配置されている。水平回転用電磁石３０及び垂直回転用電磁石３２が、電磁駆動アクチュエータ１Ａの本体部１０Ｂの外側で、互いに直交するよう配置されている。水平回転用電磁石３０及び垂直回転用電磁石３２は、本体部１０における活性Ｓｉ層に平行で垂直、水平の各回転軸に対して垂直な磁界を印加する。電磁駆動アクチュエータ１Ａの可動部１３の中心に向けてレーザ光５２を照射するよう、光源５２Ａが配置されている。光源５２Ａと電磁駆動アクチュエータ１Ａとの間には、スクリーン５４としての方眼紙が垂直に立てて配置されている。そのスクリーン５４の中心にはレーザ光５２が通過するのに十分な開口を有している。光源５２Ａは、磁界を印加していない状態で可動部１３に垂直にかつ可動部１３の中心に、レーザ光５２を照射する。このような測定装置を用い、可動部１３に外部からレーザ光５２を照射し、可動部１３からのレーザ光５２の反射光をスクリーン５４に映して可動部１３の変位角度を測定した。つまり、可動部１３の表面に配置されている活性Ｓｉ層４３をミラーとして動作させた。なお、内側の水平回転用ねじり梁部１８の走査方向をＸ軸とし、外側の垂直回転用ねじり梁部１６の走査方向をＹ軸とする。Ｘ軸回転用の電磁石３２又はＹ軸回転用の電磁石３０の何れかに電流を流して２軸駆動を行った。 FIG. 14 is a schematic diagram showing a method for measuring drive characteristics by the electromagnet 30 or 32 of the electromagnetic drive actuator 1A. As shown in FIG. 14, the electromagnetic drive actuator 1 </ b> A is disposed on the support base 50. The horizontal rotating electromagnet 30 and the vertical rotating electromagnet 32 are arranged so as to be orthogonal to each other outside the main body portion 10B of the electromagnetic drive actuator 1A. The horizontal rotation electromagnet 30 and the vertical rotation electromagnet 32 apply a magnetic field that is parallel to the active Si layer in the main body 10 and perpendicular to the vertical and horizontal rotation axes. A light source 52A is arranged so as to irradiate the laser beam 52 toward the center of the movable portion 13 of the electromagnetic drive actuator 1A. Graph paper as a screen 54 is vertically arranged between the light source 52A and the electromagnetic drive actuator 1A. The center of the screen 54 has an opening sufficient for the laser beam 52 to pass through. The light source 52 </ b> A irradiates the laser beam 52 perpendicularly to the movable part 13 and at the center of the movable part 13 in a state where no magnetic field is applied. Using such a measuring apparatus, the movable portion 13 was irradiated with the laser beam 52 from the outside, and the reflected light of the laser beam 52 from the movable portion 13 was projected on the screen 54 to measure the displacement angle of the movable portion 13. That is, the active Si layer 43 disposed on the surface of the movable portion 13 was operated as a mirror. The scanning direction of the inner horizontal rotation torsion beam portion 18 is taken as the X axis, and the scanning direction of the outer vertical rotation torsion beam portion 16 is taken as the Y axis. Two-axis driving was performed by supplying a current to either the electromagnet 32 for rotating the X axis or the electromagnet 30 for rotating the Y axis.
図１５は、一方の電磁石を駆動したときの電磁駆動アクチュエータ１Ａの１軸駆動特性を示す図である。図１５の横軸は各電磁石に流した電流（ｍＡ）を示し、縦軸は可動部１３の光学走査角度（°）を示している。内側の水平回転用ねじり梁部１８の走査方向（Ｘ軸）における測定点を「■」印で示し、外側の垂直回転用ねじり梁部１６の走査方向（Ｙ軸）における測定点を「◆」印で示している。
図１５から明らかなように、水平回転用電磁石３０、垂直回転用電磁石３２に流す電流に比例して、Ｘ軸及びＹ軸方向の光学走査角度が増大することが分かる。Ｘ軸（水平回転）及びＹ軸（垂直回転）方向の光学走査角度は、電流値が１５０ｍＡの時、それぞれ、２１°（全角４２°）、２８°（全角５６°）となった。本体部１０Ｂの形状の対称性から、Ｘ軸（水平回転）及びＹ軸（垂直回転）方向の光学走査角度は同じであることが予想される。しかしながら、Ｙ軸方向（垂直回転）よりもＸ軸方向の光学走査角度が小さい。これは、永久磁石同士１２，１４同士の磁界が作用することが原因であると推察される。
FIG. 15 is a diagram showing the uniaxial drive characteristics of the electromagnetic drive actuator 1A when one electromagnet is driven. The horizontal axis in FIG. 15 indicates the current (mA) flowing through each electromagnet, and the vertical axis indicates the optical scanning angle (°) of the movable portion 13. The measurement point in the scanning direction (X axis) of the inner horizontal rotating torsion beam portion 18 is indicated by “■”, and the measuring point in the scanning direction (Y axis) of the outer vertical rotation torsion beam portion 16 is indicated by “♦”. This is indicated by a mark.
As can be seen from FIG. 15, the optical scanning angles in the X-axis and Y-axis directions increase in proportion to the currents flowing through the horizontal rotating electromagnet 30 and the vertical rotating electromagnet 32. The optical scanning angles in the X axis (horizontal rotation) and Y axis (vertical rotation) directions were 21 ° (full angle 42 °) and 28 ° (full angle 56 °), respectively, when the current value was 150 mA. From the symmetry of the shape of the main body 10B, the optical scanning angles in the X-axis (horizontal rotation) and Y-axis (vertical rotation) directions are expected to be the same. However, the optical scanning angle in the X-axis direction is smaller than that in the Y-axis direction (vertical rotation). This is presumed to be caused by the action of the magnetic field between the permanent magnets 12 and 14.
図１６は、電磁駆動アクチュエータ１Ａの２軸の電磁石による駆動特性の測定方法を示す模式図である。内側の水平回転用ねじり梁部１８の走査方向をＸ軸とし、外側の垂直回転用ねじり梁部１６の走査方向をＹ軸とする。垂直回転用電磁石３２及び水平回転用電磁石３０に同じ電流を流して１軸駆動を行った。 FIG. 16 is a schematic diagram showing a method for measuring drive characteristics by a biaxial electromagnet of the electromagnetic drive actuator 1A. The scanning direction of the inner horizontal rotating torsion beam portion 18 is taken as the X axis, and the scanning direction of the outer vertical rotating torsion beam portion 16 is taken as the Y axis. The same current was passed through the vertical rotating electromagnet 32 and the horizontal rotating electromagnet 30 to perform uniaxial driving.
図１７は、電磁駆動アクチュエータ１Ａの１軸駆動特性を示す図である。図１７の横軸及び縦軸は図１５と同じである。内側の水平回転用ねじり梁部１８の走査方向（Ｘ軸）における測定点を「■」印で示し、外側の垂直回転用ねじり梁部１６の走査方向（Ｙ軸）における測定点を「◆」印で示している。
図１７から明らかなように、電磁石３０，３２へ流す電流に比例して、Ｘ軸及びＹ軸方向の光学走査角度が増大することが分かる。Ｘ軸（水平回転）方向の光学走査角度は、電流値が２５０ｍＡの時、５９°（全角１１８°）となった。Ｙ軸（垂直回転）方向の光学走査角度は、電流値が１１０ｍＡの時、５０°（全角１００°）となった。
FIG. 17 is a diagram showing the uniaxial drive characteristics of the electromagnetic drive actuator 1A. The horizontal and vertical axes in FIG. 17 are the same as those in FIG. The measurement point in the scanning direction (X axis) of the inner horizontal rotating torsion beam portion 18 is indicated by “■”, and the measuring point in the scanning direction (Y axis) of the outer vertical rotation torsion beam portion 16 is indicated by “♦”. This is indicated by a mark.
As can be seen from FIG. 17, the optical scanning angles in the X-axis and Y-axis directions increase in proportion to the current flowing through the electromagnets 30 and 32. The optical scanning angle in the X-axis (horizontal rotation) direction was 59 ° (full angle 118 °) when the current value was 250 mA. The optical scanning angle in the Y-axis (vertical rotation) direction was 50 ° (full angle 100 °) when the current value was 110 mA.
本発明の上述した実施形態及び実施例から、可動部１３を、例えば光学走査角度が全角で１００°以上の非常に広い範囲で、走査することができることが判明した。
本発明は上記した実施形態及び実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれる。
From the above-described embodiments and examples of the present invention, it has been found that the movable portion 13 can be scanned in a very wide range, for example, the optical scanning angle is 100 ° or more in full angle.
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention.
本発明の電磁駆動アクチュエータは、例えば、レーザ光を反射してスクリーン上に画像を描くスキャナデバイス、レーザ光を任意の位置に反射して指し示すポインティングデバイス、任意の角度に平面を傾ける精密傾斜ステージ、プロジェクタからの画像をミラー面で反射して任意の方向へ画像を投影するデバイスなど、各種制御装置として利用可能である。 The electromagnetic drive actuator of the present invention includes, for example, a scanner device that reflects a laser beam and draws an image on a screen, a pointing device that reflects and points a laser beam at an arbitrary position, a precision tilt stage that tilts a plane at an arbitrary angle, The present invention can be used as various control devices such as a device that projects an image in an arbitrary direction by reflecting an image from a projector on a mirror surface.
１，１Ａ：電磁駆動アクチュエータ
１０,１０Ａ，１０Ｂ：本体部
１１：ジンバル部
１２：ジンバル部用永久磁石
１２Ａ，１４Ａ：永久磁石用溝部
１３：可動部
１４：可動部用永久磁石
１５：外枠部
１６：垂直回転用ねじり梁部（第２の回転用ねじり梁部）
１２Ａ，１４Ａ：永久磁石用溝部
１８：水平回転用ねじり梁部（第１の回転用ねじり梁部）
３０：水平回転用電磁石（第１の回転用電磁石）
３２：垂直回転用電磁石（第２の回転用電磁石）
４０：複合基板
４１：ハンドリング層
４２：犠牲層
４３：活性Ｓｉ層
４４，４６：レジスト
５０：支持台
５２：レーザ光
５２Ａ：光源
５４：スクリーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A: Electromagnetic drive actuator 10,10A, 10B: Main-body part 11: Gimbal part 12: Gimbal permanent magnet 12A, 14A: Permanent magnet groove part 13: Movable part 14: Movable part permanent magnet 15: Outer frame part 16: Torsion beam part for vertical rotation (second rotation torsion beam part)
12A, 14A: Permanent magnet groove 18: Horizontal rotating torsion beam (first rotating torsion beam)
30: Horizontal rotating electromagnet (first rotating electromagnet)
32: Vertical rotating electromagnet (second rotating electromagnet)
40: composite substrate 41: handling layer 42: sacrificial layer 43: active Si layer 44, 46: resist 50: support base 52: laser beam 52A: light source 54: screen
Claims (6)
上記本体部が、外枠部と、該外枠部の内側に位置された閉じた枠状のジンバル部と、該ジンバル部の内側に位置された可動部と、可撓性を有していて負荷により撓んで上記可動部を第１の軸方向に変位可能にかつ第２の軸方向の変位を抑制して上記可動部を上記ジンバル部に支持する一対の第１の回転用ねじり梁部と、可撓性を有していて負荷により撓んで上記ジンバル部を第２の軸方向に変位可能にかつ第１の軸方向の変位を抑制して上記ジンバル部を上記外枠部に支持する一対の第２の回転用ねじり梁部と、上記一対の第２の回転用ねじり梁部に対応するように上記ジンバル部に固設された一対のジンバル部用永久磁石と、上記一対の第１の回転用ねじり梁部に対応するように上記可動部に固設された一対の可動部用永久磁石とを含んで構成され、
上記第１の回転用電磁石が上記外枠部の一方向の両側にそれぞれ対をなして設けられ、
上記第２の回転用電磁石が上記外枠部の他方向の両側にそれぞれ対をなして設けられ、
上記一対のジンバル部用永久磁石が、上記ジンバル部における上記一対の第２の回転用ねじり梁部それぞれの近傍に上記ジンバル部の厚み方向に着磁されるように設けられており、
上記一対の可動部用永久磁石が、上記可動部における上記一対の第１の回転用ねじり梁部それぞれの近傍に上記可動部の厚み方向に着磁されるように設けられており、
上記第１の回転用電磁石の対に電流を流すことにより、上記本体部を挟んで上記一方向に平行で同じ向きに向かう磁界が上記一対の可動部用永久磁石に印加されて、上記第１の軸線を回転軸とする回転モーメントが生じ、上記一対の第１の回転用ねじり梁部に上記第１の回転トルクが生じ、
上記第２の回転用電磁石の対に電流を流すことにより、上記本体部を挟んで上記他方向に平行で同じ向きに向かう磁界が上記一対のジンバル部用永久磁石に印加されて、上記第２の軸線を回転軸とする回転モーメントが生じ、上記一対の第２の回転用ねじり梁部に上記第２の回転トルクが生じ、
上記一対の第１の回転用電磁石及び上記一対の第２の回転用電磁石に流す電流を独立に制御することによって、上記一対の第１の回転用ねじり梁部に生じる上記第１の回転トルク及び上記一対の第２の回転用ねじり梁部に生じる第２の回転トルクを制御することにより、上記可動部が振動する、電磁駆動アクチュエータ。 A body portion, a first rotating electromagnet to produce a first rotational torque to the rotary shaft of the first axis of the body portion, a second rotation that the rotation axis of the second axis of the body portion A second rotating electromagnet that generates torque, and
The main body portion has flexibility, an outer frame portion, a closed frame-like gimbal portion located inside the outer frame portion, a movable portion located inside the gimbal portion, and A pair of first torsion beam portions for rotation that support the movable portion on the gimbal portion while being able to displace the movable portion in the first axial direction by being deflected by a load and suppressing the displacement in the second axial direction; And a pair that is flexible and bends by a load so that the gimbal portion can be displaced in the second axial direction and the first axial direction displacement is suppressed and the gimbal portion is supported by the outer frame portion. A second rotating torsion beam portion, a pair of permanent magnets for the gimbal portion fixed to the gimbal portion so as to correspond to the pair of second rotating torsion beam portions, and the pair of first torsion beams A pair of permanent magnets for the movable part fixed to the movable part so as to correspond to the torsion beam part for rotation. It has been made,
The first rotating electromagnet is provided in pairs on both sides in one direction of the outer frame part,
The second rotating electromagnet is provided in pairs on both sides in the other direction of the outer frame part,
The pair of permanent magnets gimbal portion provided on so that is magnetized in the thickness direction of the gimbal portion in the vicinity of each said pair of second beam torsion for rotation in the gimbal section,
The pair of permanent magnets for the movable portion is provided on so that is magnetized in the thickness direction of the movable portion in the vicinity of each of the pair of first torsion beam portion for rotation in said movable unit,
By passing an electric current through the pair of first rotating electromagnets, a magnetic field parallel to the one direction and facing in the same direction across the main body is applied to the pair of movable part permanent magnets, and the first A rotation moment about the axis of the rotation axis is generated, the first rotation torque is generated in the pair of first torsion beam portions for rotation,
By passing an electric current through the pair of second rotating electromagnets, a magnetic field parallel to the other direction and directed in the same direction across the main body is applied to the pair of permanent magnets for the gimbal portion, and the second A rotation moment about the axis of the rotation axis is generated, the second rotation torque is generated in the pair of second torsion beams for rotation,
By independently controlling the currents flowing through the pair of first rotating electromagnets and the pair of second rotating electromagnets, the first rotational torque generated in the pair of first rotating torsion beams and An electromagnetically driven actuator in which the movable portion vibrates by controlling a second rotational torque generated in the pair of second rotating torsion beam portions.
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