JP6265595B2 - Variable coil element - Google Patents

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Description

本発明は、可変コイル素子に関する。   The present invention relates to a variable coil element.

電子回路に実装される電子部品の中には、コイル素子(インダクタ)があるが、そのインダクタの中には、インダクタンスを可変として、電子回路の特性を変更しよう、という試みがある。かかる試みを示す文献としては、たとえば特許文献1および特許文献2に示すものがある。   Among the electronic components mounted on the electronic circuit, there is a coil element (inductor). Among the inductors, there is an attempt to change the characteristics of the electronic circuit by making the inductance variable. Documents showing such attempts include those shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.

特開2009−152254号公報JP 2009-152254 A 特許第4288353号公報Japanese Patent No. 4288353

特許文献1では、複数層の配線(第1インダクタ10、第2インダクタ20)があり、その中で第1インダクタ10に入力する電流振幅および/または位相を制御することで、第2インダクタ20を貫通する磁束を変化させる技術内容が開示されている。特許文献2では、複数のコイルのうちの1つをアクチュエータにより移動させる構成が開示されている。   In Patent Document 1, there are multiple layers of wiring (first inductor 10 and second inductor 20), and the second inductor 20 is controlled by controlling the current amplitude and / or phase input to the first inductor 10 therein. The technical content which changes the magnetic flux which penetrates is disclosed. Patent Document 2 discloses a configuration in which one of a plurality of coils is moved by an actuator.

しかしながら、これら特許文献1および特許文献2では、自己インダクタンスを変化させるものではなく、相互インダクタンスを変化させて、コイル素子全体のインダクタンスを変化させている。そのため、複数のコイルが必要とされる分だけ、そのコイルが形成された配線層が余分に必要となっている。また、電子回路に電気的に接続されるコイル以外のものは、電源制御回路等を始めとする回路に接続する必要がある。   However, in Patent Document 1 and Patent Document 2, the self-inductance is not changed, but the mutual inductance is changed to change the inductance of the entire coil element. For this reason, an extra wiring layer in which the coils are formed is necessary as much as a plurality of coils are required. In addition to the coils that are electrically connected to the electronic circuit, it is necessary to connect to a circuit such as a power supply control circuit.

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成でありながら自己インダクタンスを変化させることが可能な可変コイル素子を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a variable coil element capable of changing self-inductance with a simple configuration.

上記課題を解決するために、本発明の可変コイル素子の一側面は、導電性を有する第1線部材がループ状に構成されているコイル部材と、隣り合う第1線部材の間に入り込みつつコイル部材を覆うと共に磁性材料を含んで形成される第1磁性体層とを有する第1積層体と、非磁性材料であるシリコン層のエッチングによって形成された複数の第2線部材から構成される非磁性部材と、隣り合う第2線部材の間に入り込みつつ非磁性部材を覆うと共に磁性材料を含んで形成される第2磁性体層とを有し、第1積層体と対向する一方の面に非磁性部材が露出する状態で対向し、第1積層体に対して移動可能な第2積層体と、第1積層体と第2積層体とを相対的に移動させる駆動力を与える駆動部と、を備え、第2線部材は、ループ状には形成されておらずそれぞれ直線状に形成されていると共に、隙間を隔てて複数配置されている、ことを特徴としている。
In order to solve the above problem, one aspect of the variable coil element of the present invention is that the conductive first wire member enters between the coil member formed in a loop shape and the adjacent first wire member. A first laminated body having a first magnetic body layer that covers the coil member and includes a magnetic material , and a plurality of second wire members formed by etching a silicon layer that is a nonmagnetic material. One surface that has a nonmagnetic member and a second magnetic layer that covers the nonmagnetic member while entering between adjacent second wire members and includes a magnetic material, and faces the first stacked body A non-magnetic member facing the second laminated body that is movable with respect to the first laminated body, and a drive unit that applies a driving force to relatively move the first laminated body and the second laminated body When, with a second line member is formed in a loop shape Orazu with respectively formed linearly, across a gap has a plurality of arranged, it is characterized in that.

また、本発明の可変コイル素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、コイル部材は、同一平面内で渦巻き状に巻回されている平面コイルである、ことが好ましい。   Further, in another aspect of the variable coil element of the present invention, in addition to the above-described invention, the coil member is preferably a planar coil wound in a spiral shape in the same plane.

さらに、本発明の可変コイル素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、コイル部材において第1線部材が並ぶピッチと、非磁性部材において第2線部材が並ぶピッチとは、同程度に設けられている、ことが好ましい。   Furthermore, in another aspect of the variable coil element of the present invention, in addition to the above-described invention, the pitch of the first wire members arranged in the coil member and the pitch of the second wire members arranged in the nonmagnetic member are approximately the same. It is preferable that it is provided.

また、本発明の可変コイル素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、駆動部は、第2積層体に連結されて当該第2積層体を移動させるための駆動力を与えると共に、第2積層体の移動におけるストローク量は、非磁性部材がコイル部材と対向する駆動前の状態から非磁性部材が第1線部材の間の第1磁性体層と対向する駆動後の状態まで移動する程度に設定されている、ことが好ましい。   Further, according to another aspect of the variable coil element of the present invention, in addition to the above-described invention, the driving unit is connected to the second stacked body to provide a driving force for moving the second stacked body, The stroke amount in the movement of the second laminated body moves from the state before driving where the nonmagnetic member faces the coil member to the state after driving where the nonmagnetic member faces the first magnetic layer between the first wire members. It is preferable that it is set to such an extent that

さらに、本発明の可変コイル素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、第1積層体は、弾性支持部の一端側に連結されていると共に、弾性支持部の他端側は第2積層体と一体的に設けられている固定部位に連結されていて、弾性支持部は、第2積層体が釣り合い位置から移動した際に、当該釣り合い位置に復帰させるための付勢力を蓄える、ことが好ましい。   Further, according to another aspect of the variable coil element of the present invention, in addition to the above-described invention, the first laminated body is connected to one end side of the elastic support portion, and the other end side of the elastic support portion is the first side. The elastic support portion is connected to a fixed portion provided integrally with the two laminated body, and stores the urging force for returning to the balanced position when the second laminated body moves from the balanced position. It is preferable.

また、本発明の可変コイル素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、駆動部は、複数のリニアアクチュエータを備えている、ことが好ましい。   In another aspect of the variable coil element of the present invention, in addition to the above-described invention, the drive unit preferably includes a plurality of linear actuators.

さらに、本発明の可変コイル素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、リニアアクチュエータは、櫛歯型静電アクチュエータである、ことが好ましい。   Furthermore, in another aspect of the variable coil element of the present invention, in addition to the above-described invention, the linear actuator is preferably a comb-shaped electrostatic actuator.

また、本発明の可変コイル素子の他の側面は、上述の発明に加えて更に、複数のリニアアクチュエータは、駆動部から離間する方向に並ぶように配置されて、それぞれのリニアアクチュエータの静電気力が加算される、ことが好ましい。
Further, according to another aspect of the variable coil element of the present invention, in addition to the above-described invention, a plurality of linear actuators are arranged in a direction away from the drive unit, and the electrostatic force of each linear actuator is reduced. It is preferable that they are added.

本発明によると、簡易な構成でありながら自己インダクタンスを変化させることが可能な可変コイル素子とすることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a variable coil element that can change the self-inductance with a simple configuration.

本発明の一実施の形態に係る可変コイル素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the variable coil element which concerns on one embodiment of this invention. 図1の可変コイル素子の要部の構成を示す断面図であり、(A)は断面全体を示し、(B)はパターン線部の断面を示す図である。It is sectional drawing which shows the structure of the principal part of the variable coil element of FIG. 1, (A) shows the whole cross section, (B) is a figure which shows the cross section of a pattern line part. 図1の可変コイル素子において可動部が固定部に対して移動するイメージを示す図であり、(A)は電圧印加をしていない移動前の状態を示し、(B)は電圧印加による移動後の状態を示している。2A and 2B are diagrams illustrating an image in which a movable portion moves with respect to a fixed portion in the variable coil element of FIG. 1, in which FIG. 1A illustrates a state before movement without voltage application, and FIG. Shows the state. 図1の可変コイル素子においてコイルパターンと可動パターンとを透過的に見たときの形状を示す平面図である。It is a top view which shows a shape when the coil pattern and a movable pattern are seen transparently in the variable coil element of FIG. アクチュエータ部の構成を部分的に示す平面図である。It is a top view which shows the structure of an actuator part partially. アクチュエータ部を部分的に拡大して示す斜視図である。It is a perspective view which expands and shows an actuator part partially. アクチュエータ部の変形例に関する構成を部分的に示す平面図である。It is a top view which shows partially the structure regarding the modification of an actuator part. 可変コイル素子の製造方法を説明する図であり、(A)はSOIウエハを示し、(B)はSOIウエハに対してエッチングを行った状態を示し、(C)はコイルパターンに導電外表部を形成した状態を示し、(D)は導電外表部に絶縁層を形成した状態を示し、(E)は磁性体層を形成した状態を示し、(F)は引き出し電極のパターニングを行った状態を示している。It is a figure explaining the manufacturing method of a variable coil element, (A) shows an SOI wafer, (B) shows the state which etched the SOI wafer, (C) shows a conductive outer surface part on a coil pattern. (D) shows a state where an insulating layer is formed on the outer surface of the conductive material, (E) shows a state where a magnetic layer is formed, and (F) shows a state where the extraction electrode is patterned. Show. 本実施の形態の可変コイル素子において有限要素法でのシミュレーションにおけるモデルを示す図であり、(A)は電圧印加をしていない移動前の状態を示し、(B)は電圧印加による移動後の状態を示している。It is a figure which shows the model in the simulation by a finite element method in the variable coil element of this Embodiment, (A) shows the state before the movement which has not applied voltage, (B) shows the state after the movement by voltage application Indicates the state. 本発明の変形例に係り、可変コイル素子においてコイルパターンと可動パターンとを透過的に見たときの形状の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of a shape when it concerns on the modification of this invention and a coil pattern and a movable pattern are seen transparently in a variable coil element.

以下、本発明の一実施の形態に係る、可変コイル素子10について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, a variable coil element 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、可変コイル素子10の構成を示す斜視図である。この図1に示すように、可変コイル素子10は、可変インダクタ部20と、アクチュエータ部30と、弾性支持部40とを有している。アクチュエータ部30は、可変インダクタ部20における可動部22(図2等参照)を移動させる部分である。   FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the variable coil element 10. As shown in FIG. 1, the variable coil element 10 includes a variable inductor portion 20, an actuator portion 30, and an elastic support portion 40. The actuator unit 30 is a part that moves the movable unit 22 (see FIG. 2 and the like) in the variable inductor unit 20.

なお、後に記載するように、可変コイル素子10は、薄い酸化層(SiO;絶縁層W1とする)を挟んだ一対のシリコン層W2,W3からなるSOI(Silicon on Insulator)ウエハW(図7(A)参照)が、各種の製造プロセスを経ることにより形成される。 As described later, the variable coil element 10 includes an SOI (Silicon on Insulator) wafer W composed of a pair of silicon layers W2 and W3 sandwiching a thin oxide layer (SiO 2 ; referred to as an insulating layer W1) (FIG. 7). (See (A)) is formed through various manufacturing processes.

<可変インダクタ部20について>
図2は、本発明の要部である可変インダクタ部20の構成を示す断面図であり、(A)は断面全体を示し、(B)は後述するパターン線部212の断面を示す図である。可変インダクタ部20は、固定部21と、可動部22とを備えている。固定部21は、絶縁層W1の一方側(図2の下側)に位置している。固定部21の縁部の一部は、アクチュエータ部30のベースになるシリコン層W2と接続されている。その一方で、可動部22の縁部の一部は、アクチュエータ部30の連結電極部333(後述)と接続されている。固定部21は可動部22と対向している配置となっている。
<About the variable inductor section 20>
2A and 2B are cross-sectional views showing the configuration of the variable inductor section 20 that is the main part of the present invention, where FIG. 2A shows the entire cross section, and FIG. 2B shows the cross section of the pattern line section 212 described later. . The variable inductor unit 20 includes a fixed unit 21 and a movable unit 22. The fixing portion 21 is located on one side (the lower side in FIG. 2) of the insulating layer W1. A part of the edge of the fixed portion 21 is connected to the silicon layer W <b> 2 that becomes the base of the actuator portion 30. On the other hand, a part of the edge portion of the movable portion 22 is connected to a connection electrode portion 333 (described later) of the actuator portion 30. The fixed portion 21 is disposed so as to face the movable portion 22.

固定部21にはコイルパターン211が設けられている。コイルパターン211は、パターン線部212が同一平面内で渦巻き状に巻回されている平面コイルであり、パターン線部212に電流を導通させることを可能としている。図2(A)、(B)に示すように、コイルパターン211を構成する各パターン線部212は、シリコン層W2(図8(A)参照)のエッチングによるパターン部212aを有し、このパターン部212aが導電性を有する導電外表部212bで覆われている。   The fixed portion 21 is provided with a coil pattern 211. The coil pattern 211 is a planar coil in which the pattern line portion 212 is spirally wound in the same plane, and allows current to be conducted to the pattern line portion 212. As shown in FIGS. 2A and 2B, each pattern line portion 212 constituting the coil pattern 211 has a pattern portion 212a obtained by etching the silicon layer W2 (see FIG. 8A). The portion 212a is covered with a conductive outer surface portion 212b having conductivity.

導電外表部212bは、電着等で形成されるが、スパッタリング等のような真空蒸着によって形成しても良い。また、導電外表部212bを形成する前に、電着または真空蒸着によって、導電部分を形成し、その導電部分を導電外表部212bが覆う構成としても良い。また、コイルパターン211は、その全部が導電性を有する部材から形成されていても良い。   The conductive outer surface 212b is formed by electrodeposition or the like, but may be formed by vacuum deposition such as sputtering. Further, before the conductive outer surface portion 212b is formed, a conductive portion may be formed by electrodeposition or vacuum deposition, and the conductive outer surface portion 212b may cover the conductive portion. Further, the coil pattern 211 may be entirely formed of a conductive member.

なお、コイルパターン211のうち、中央に位置する一端側と外側に位置する他端側は、それぞれ外部へ引き出される引き出し電極213に接続される。また、固定部21は第1積層体層に対応し、コイルパターン211はコイル部材に対応し、パターン線部212は第1線部材に対応する。   In the coil pattern 211, one end side located at the center and the other end side located outside are respectively connected to the lead electrodes 213 drawn to the outside. The fixing portion 21 corresponds to the first laminated body layer, the coil pattern 211 corresponds to the coil member, and the pattern line portion 212 corresponds to the first wire member.

コイルパターン211の導電外表部212bは、絶縁層212cによって覆われている。絶縁層212cは、コイルパターン211を流れる電流が磁性体層214に流れるのを防止する部分である。絶縁層212cとしては、絶縁性を有する様々な材質を用いても良いが、たとえばSiOのような酸化層から構成されていても良い。SiOの薄膜を絶縁層212cとする場合、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)によって形成しても良い。 The conductive outer surface 212b of the coil pattern 211 is covered with an insulating layer 212c. The insulating layer 212 c is a portion that prevents a current flowing through the coil pattern 211 from flowing into the magnetic layer 214. The insulating layer 212c may be made of various insulating materials, but may be composed of an oxide layer such as SiO 2 . When a thin film of SiO 2 is used as the insulating layer 212c, it may be formed by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition).

コイルパターン211は、磁性材料から構成される磁性体層214で覆われている。磁性体層214は第1磁性体層に対応する。磁性体層214を構成する磁性材料としては、パーマロイ、センダスト、アモルファス等の金属磁性体または酸化物磁性体があるが、これらの各種磁性体の混合物であっても良く、あるいはこれらの各種磁性体の複合材料であっても良い。   The coil pattern 211 is covered with a magnetic layer 214 made of a magnetic material. The magnetic layer 214 corresponds to the first magnetic layer. As the magnetic material constituting the magnetic layer 214, there are metal magnetic materials or oxide magnetic materials such as permalloy, sendust, amorphous, etc., but they may be a mixture of these various magnetic materials, or these various magnetic materials. The composite material may be used.

磁性体層214は、コイルパターン211の一方側(図2(A)におけるコイルパターン211の下側)を完全に覆うような層状に設けられているが、可動部22と対向するコイルパターン211の他方側(図2(A)においてコイルパターン211の上側)は覆っていない。また、磁性体層214は、コイルパターン211の隣接するパターン線部212の間にも入り込んでいる。以下の説明では、隣接するパターン線部212の間に入り込んでいる磁性体層214を線間部214aとする。なお、コイルパターン211の一端側および/または他端側を引き出し電極213に接続するために、磁性体層214に孔部を設けるようにしても良い。   The magnetic layer 214 is provided in a layer shape so as to completely cover one side of the coil pattern 211 (the lower side of the coil pattern 211 in FIG. 2A). The other side (the upper side of the coil pattern 211 in FIG. 2A) is not covered. The magnetic layer 214 also enters between the adjacent pattern line portions 212 of the coil pattern 211. In the following description, the magnetic body layer 214 that enters between the adjacent pattern line portions 212 is referred to as an inter-line portion 214a. In order to connect one end side and / or the other end side of the coil pattern 211 to the extraction electrode 213, a hole may be provided in the magnetic layer 214.

続いて、可変インダクタ部20の可動部22について説明する。図3は、可動部22が固定部21に対して移動するイメージを示す図であり、(A)は電圧印加をしていない移動前の状態を示し、(B)は電圧印加による移動後の状態を示している。図3(A)、(B)から分かるように、可動部22は、固定部21に対して移動可能な状態で対向している。そのために、可動部22は、固定部21に対して固定されておらず、非接触となっている。   Next, the movable part 22 of the variable inductor part 20 will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating an image in which the movable unit 22 moves with respect to the fixed unit 21. FIG. 3A illustrates a state before movement without voltage application, and FIG. 3B illustrates a state after movement due to voltage application. Indicates the state. As can be seen from FIGS. 3A and 3B, the movable portion 22 faces the fixed portion 21 in a movable state. Therefore, the movable part 22 is not fixed to the fixed part 21 and is not in contact.

なお、図1に示されるように、可動部22及び固定部21が弾性支持体40によ支持され、両者の間にSOI基板の薄い酸化層W1の厚み相当の隙間が存在している。この構造により、可動部22が固定部21に対して移動することができる。なお、たとえ、可動部22の磁性体層223と固定部21の磁性体層214が周縁部で一体化になっても、コイルパターン211と後述の可動パターン221との間に、上述の隙間が存在する構成、即ち中空の構造さえ保てば、この発明の本旨から脱逸しない。   As shown in FIG. 1, the movable portion 22 and the fixed portion 21 are supported by the elastic support 40, and a gap corresponding to the thickness of the thin oxide layer W1 of the SOI substrate exists between the movable portion 22 and the fixed portion 21. With this structure, the movable portion 22 can move with respect to the fixed portion 21. Even if the magnetic layer 223 of the movable portion 22 and the magnetic layer 214 of the fixed portion 21 are integrated at the peripheral portion, the gap described above is present between the coil pattern 211 and the movable pattern 221 described later. As long as the existing structure, that is, the hollow structure, is maintained, it does not depart from the spirit of the present invention.

可動部22には、可動パターン221が設けられている。可動パターン221は、複数のパターン線部222から構成されるが、各パターン線部222は、シリコン層W3(図8(A)参照)のエッチングにより形成されている。可動パターン221の非磁性パターン線部222のピッチと、コイルパターン211のパターン線部212のピッチとは、同程度に設けられている。さらに、可動パターン221の非磁性パターン線部222の幅が、コイルパターン211のパターン線部212の間の隙間部分(線間部214a)と同程度であることが好ましい。このようにすると、後述するような磁路を遮断する効果が最も現れやすくなっている。   The movable part 22 is provided with a movable pattern 221. The movable pattern 221 includes a plurality of pattern line portions 222, and each pattern line portion 222 is formed by etching the silicon layer W3 (see FIG. 8A). The pitch of the non-magnetic pattern line part 222 of the movable pattern 221 and the pitch of the pattern line part 212 of the coil pattern 211 are provided to the same extent. Furthermore, it is preferable that the width of the nonmagnetic pattern line portion 222 of the movable pattern 221 is substantially the same as the gap portion (interline portion 214 a) between the pattern line portions 212 of the coil pattern 211. In this way, the effect of blocking the magnetic path as described later is most likely to appear.

可動パターン221は、図3(A)から図3(B)に示すように移動した際に磁路の遮断を目的とするものであり、その移動によって小さなループ状の閉磁路(マイナーループM1と称呼する)が遮断される。その遮断の結果として、遮断後には、図3に示すような理想的な磁路(図3中の大きな磁路M2)を流れる磁束が増加する。その結果、L(インダクタンス)を大きくすることが可能となり、コイルパターン211の巻数nが大きくなるのと同等の効果を得ることが可能となっている。   The movable pattern 221 is intended to block a magnetic path when moved as shown in FIGS. 3A to 3B, and a small loop-like closed magnetic path (with a minor loop M1) is moved by the movement. Is called off). As a result of the interruption, the magnetic flux flowing through an ideal magnetic path as shown in FIG. 3 (large magnetic path M2 in FIG. 3) increases after the interruption. As a result, it is possible to increase L (inductance), and it is possible to obtain the same effect as increasing the number of turns n of the coil pattern 211.

なお、可動部22は、第2積層体に対応し、可動パターン221は非磁性部材に対応し、非磁性パターン線部222は第2線部材に対応する。   The movable portion 22 corresponds to the second stacked body, the movable pattern 221 corresponds to the nonmagnetic member, and the nonmagnetic pattern line portion 222 corresponds to the second wire member.

図4は、コイルパターン211と可動パターン221とを透過的に見たときの形状を示す平面図である。この図4に示すように、コイルパターン211は、パターン線部212が矩形のループを描くように構成されている。このとき、矩形ループを描くパターン線部212には、可動部22の移動方向に対して平行に延伸しているものと、移動方向に対して垂直に延伸しているものとが存在する。   FIG. 4 is a plan view showing a shape when the coil pattern 211 and the movable pattern 221 are seen transparently. As shown in FIG. 4, the coil pattern 211 is configured such that the pattern line portion 212 draws a rectangular loop. At this time, the pattern line portion 212 that draws the rectangular loop includes a portion extending parallel to the moving direction of the movable portion 22 and a portion extending perpendicular to the moving direction.

一方、可動パターン221は、ループ状には形成されておらず、それぞれの非磁性パターン線部222が直線状に形成されている。しかも、可動パターン221の非磁性パターン線部222は、可動部22の移動方向に対して垂直に延伸している。また、図4に示す構成では、可動パターン221は、2つ設けられている。また、可動パターン221の非磁性パターン線部222は、移動前のときにはコイルパターン211のそれぞれのパターン線部212と対向する位置に存在しているが、移動後には、磁性体層214(線間部214a)と対向する。   On the other hand, the movable pattern 221 is not formed in a loop shape, and each nonmagnetic pattern line portion 222 is formed in a straight line shape. In addition, the nonmagnetic pattern line portion 222 of the movable pattern 221 extends perpendicular to the moving direction of the movable portion 22. In the configuration shown in FIG. 4, two movable patterns 221 are provided. In addition, the non-magnetic pattern line portion 222 of the movable pattern 221 exists at a position facing each pattern line portion 212 of the coil pattern 211 before the movement, but after the movement, the magnetic layer 214 (between the lines) Part 214a).

なお、可動パターン221の非磁性パターン線部222には、可動部22の移動に際して線間部214aと対向しないものが存在しても、しなくても良い。   The nonmagnetic pattern line portion 222 of the movable pattern 221 may or may not be opposed to the interline portion 214a when the movable portion 22 moves.

図2、図3に示すように、可動パターン221は、磁性材料から構成される磁性体層223で覆われている。磁性体層223は第2磁性体層に対応する。磁性体層223を構成する磁性材料としては、上述の磁性体層214と同様に、パーマロイ、センダスト、アモルファス等の金属磁性体または酸化物磁性体があるが、これらの各種磁性体の混合物であっても良く、あるいはこれらの各種磁性体の複合材料であっても良い。   As shown in FIGS. 2 and 3, the movable pattern 221 is covered with a magnetic layer 223 made of a magnetic material. The magnetic layer 223 corresponds to the second magnetic layer. As the magnetic material constituting the magnetic layer 223, there are metal magnetic materials such as permalloy, sendust, and amorphous, or oxide magnetic materials, as in the case of the magnetic material layer 214 described above, but a mixture of these various magnetic materials. Alternatively, a composite material of these various magnetic materials may be used.

磁性体層223は、可動パターン221の他方側(図2(A)における可動パターン221の上側)を完全に覆うような層状に設けられているが、固定部21と対向する可動パターン221の一方側(図2(A)において可動パターン221の下側)は覆っていない。また、磁性体層223は、可動パターン221の隣接する非磁性パターン線部222の間にも入り込んでいる。以下の説明では、隣接する非磁性パターン線部222の間に入り込んでいる磁性体層223を線間部223aとする。   The magnetic layer 223 is provided in a layer shape so as to completely cover the other side of the movable pattern 221 (upper side of the movable pattern 221 in FIG. 2A), but one of the movable patterns 221 facing the fixed portion 21. The side (the lower side of the movable pattern 221 in FIG. 2A) is not covered. Further, the magnetic layer 223 also enters between the adjacent nonmagnetic pattern line portions 222 of the movable pattern 221. In the following description, the magnetic layer 223 that enters between the adjacent nonmagnetic pattern line portions 222 is referred to as an interline portion 223a.

<アクチュエータ部30について>
図5は、アクチュエータ部30の構成を部分的に示す平面図であり、図6は、アクチュエータ部30を部分的に拡大して示す斜視図である。アクチュエータ部30は、本実施の形態では、シリコンをベースとしたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)アクチュエータである。なお、アクチュエータ部30は、駆動部に対応する。アクチュエータ部30には、静電容量方式のリニアアクチュエータ31が複数設けられている。リニアアクチュエータ31は、固定側電極体32と、可動側電極体33を備えている。
<About the actuator unit 30>
FIG. 5 is a plan view partially showing the configuration of the actuator unit 30, and FIG. 6 is a perspective view showing the actuator unit 30 partially enlarged. In this embodiment, the actuator unit 30 is a micro electro mechanical systems (MEMS) actuator based on silicon. The actuator unit 30 corresponds to a drive unit. The actuator unit 30 is provided with a plurality of capacitance type linear actuators 31. The linear actuator 31 includes a fixed side electrode body 32 and a movable side electrode body 33.

また、図6に示されるように、固定側電極体32と可動側電極体33が可動部22と同じ側にあるシリコン層W3と酸化層W1を利用して櫛歯形状のパターンに形成され、さらに、シリコン層W3の表面に金属電極パターン(導電外表部212b)が設けられている。このリニアアクチュエータ31を駆動するためには、別途の周辺回路が必要となっている。なお、固定側電極体32と可動側電極体33が固定部21と同じ側のシリコン層W2による共通ベースを有している。   Further, as shown in FIG. 6, the fixed-side electrode body 32 and the movable-side electrode body 33 are formed in a comb-like pattern using the silicon layer W3 and the oxide layer W1 on the same side as the movable portion 22, Furthermore, a metal electrode pattern (conductive outer surface 212b) is provided on the surface of the silicon layer W3. In order to drive the linear actuator 31, a separate peripheral circuit is required. Note that the fixed-side electrode body 32 and the movable-side electrode body 33 have a common base made of the silicon layer W2 on the same side as the fixed portion 21.

なお、上述のように、可変コイル素子10は、薄い絶縁層W1(SiO)を挟んだ一対のシリコン層W2,W3からなるSOI(Silicon on Insulator)ウエハW(図8(A)参照)が、各種の製造プロセスを経ることにより形成される。そして、可動側電極体33では絶縁層W1は除去されて、その両端が梁部材により支持された懸架部材となり、固定側電極体32に対して可動可能となっている。しかしながら、固定側電極体32では絶縁層W1は除去されないために絶縁層W1に対して固定されている。図2(A)に示すように、絶縁層W1は、アクチュエータ部30の基体部に固定的に設けられていて、この基体部は固定部21に固定的に設けられている。そのため、固定側電極体32は、固定部21に対して固定的に設けられている。 As described above, the variable coil element 10 includes an SOI (Silicon on Insulator) wafer W (see FIG. 8A) composed of a pair of silicon layers W2 and W3 sandwiching a thin insulating layer W1 (SiO 2 ). It is formed through various manufacturing processes. Then, the insulating layer W1 is removed from the movable side electrode body 33, and both ends thereof become suspension members supported by beam members, and are movable with respect to the fixed side electrode body 32. However, since the insulating layer W1 is not removed in the fixed electrode body 32, it is fixed to the insulating layer W1. As shown in FIG. 2A, the insulating layer W <b> 1 is fixedly provided on the base portion of the actuator portion 30, and this base portion is fixedly provided on the fixing portion 21. Therefore, the fixed side electrode body 32 is fixedly provided with respect to the fixed portion 21.

固定側電極体32と可動側電極体33は、図5に示すように、それぞれ、共通電極となるベース電極部321,331を備え、そのベース電極部321,331から多数の櫛歯部322,332がそれぞれ延伸している。図5に示す構成では、複数の固定側電極体32のベース電極部321は、後述のように電気的に接続されている。また、複数の可動側電極体33のベース電極部331も、後述のように電気的に接続されている。   As shown in FIG. 5, the fixed-side electrode body 32 and the movable-side electrode body 33 include base electrode portions 321 and 331 serving as common electrodes, respectively, and a large number of comb-tooth portions 322 are formed from the base electrode portions 321 and 331. Each of 332 extends. In the configuration shown in FIG. 5, the base electrode portions 321 of the plurality of fixed-side electrode bodies 32 are electrically connected as will be described later. The base electrode portions 331 of the plurality of movable side electrode bodies 33 are also electrically connected as will be described later.

固定側電極体32のベース電極部321は、その一端側が連結電極部34に連続されていて、各櫛歯部322に同時に電圧を印加可能としている。可動側電極体33のベース電極部331は、その一端側が、連結電極部333に連結されている。なお、別途の周辺給電回路から枠体電極部34および連結電極部333に異なる電圧をかければ、懸架部材である可動側電極体33が静電吸引力により固定側電極体32に対して移動(スライド)する。そして、アクチュエータ30と繋がる可動部22も移動する。   One end side of the base electrode portion 321 of the fixed-side electrode body 32 is connected to the connection electrode portion 34 so that a voltage can be simultaneously applied to each comb tooth portion 322. One end side of the base electrode portion 331 of the movable side electrode body 33 is connected to the connection electrode portion 333. If different voltages are applied to the frame body electrode part 34 and the connecting electrode part 333 from a separate peripheral power supply circuit, the movable side electrode body 33 that is a suspension member moves relative to the fixed side electrode body 32 by electrostatic attraction ( Slide). And the movable part 22 connected with the actuator 30 also moves.

固定側電極体32の櫛歯部322と可動側電極体33の櫛歯部332とは、互い違いに配置されていて、互いに所定のスペースを有するように配置されている。このような櫛歯部322,332の配置を採用することにより、櫛歯部322と櫛歯部332の間に静電気力を作用させることができ、その静電気力の作用によって可動側電極体33の櫛歯部332が固定側電極体32の櫛歯部322と対向面積を増やす方向(図6の矢示A方向)に移動する。ただし、その静電気力がなくなると、弾性支持部40の弾性体の作用により対向面積が減少する方向に引き戻される。対向する櫛歯部322,332間に同極に帯電した場合にも、弾性支持部40の弾性体の作用と共に互いに反発する静電気力の作用により、対向面積が減少する方向に引き戻される。   The comb-tooth portions 322 of the fixed-side electrode body 32 and the comb-tooth portions 332 of the movable-side electrode body 33 are alternately arranged so as to have a predetermined space. By adopting such an arrangement of the comb-tooth portions 322 and 332, an electrostatic force can be applied between the comb-tooth portion 322 and the comb-tooth portion 332, and the action of the electrostatic force causes the movable side electrode body 33 to move. The comb tooth portion 332 moves in a direction (in the direction of arrow A in FIG. 6) in which the area facing the comb tooth portion 322 of the fixed electrode body 32 is increased. However, when the electrostatic force is lost, the opposing area is reduced by the action of the elastic body of the elastic support portion 40. Even when charging is performed between the opposing comb teeth 322 and 332 with the same polarity, the opposing areas are reduced by the action of the electrostatic force repelling each other together with the action of the elastic body of the elastic support part 40.

なお、櫛歯部322と櫛歯部332の間の隙間が狭く、櫛歯部322,332の長さが長いことが好ましい。櫛歯部322と櫛歯部332の間の隙間が狭いと静電気力が大きくなるからであり、櫛歯部322,332の長さが長いと後述する可動部22の変位量を大きくすることが可能となるからである。また櫛歯部322,332の厚みが大きいと静電気力が大きくなるので好ましいが、あまり厚みが大きくなると可変コイル素子10の薄型化が困難になる。   In addition, it is preferable that the clearance gap between the comb-tooth part 322 and the comb-tooth part 332 is narrow, and the length of the comb-tooth part 322,332 is long. This is because if the gap between the comb tooth portion 322 and the comb tooth portion 332 is narrow, the electrostatic force increases, and if the length of the comb tooth portions 322 and 332 is long, the displacement amount of the movable portion 22 described later can be increased. This is because it becomes possible. Further, it is preferable that the comb teeth portions 322 and 332 have a large thickness because the electrostatic force increases. However, if the thickness is too large, it is difficult to reduce the thickness of the variable coil element 10.

好ましい寸法としては、後述する可動部22のピッチが20μmである場合に、櫛歯部322,332の幅P1,P2は、それぞれ5−7μmであることが好ましく、櫛歯部322と櫛歯部332の間の隙間P3が5−7μmであることが好ましく、櫛歯部322,332の長さP4,P5がそれぞれ80μm以上であることが好ましい。また、櫛歯部322,332の厚みP6は10−100μmの範囲にあることが好ましい。   As a preferable dimension, when the pitch of the movable portion 22 described later is 20 μm, the widths P1 and P2 of the comb teeth 322 and 332 are preferably 5 to 7 μm, respectively, and the comb teeth 322 and the comb teeth It is preferable that the gap P3 between 332 is 5-7 μm, and the lengths P4, P5 of the comb teeth 322, 332 are each preferably 80 μm or more. Further, the thickness P6 of the comb teeth portions 322 and 332 is preferably in the range of 10-100 μm.

以上のような構成のリニアアクチュエータ31は、図1に示す構成では、中心線L1と中心線L2とで区切られたそれぞれの象限に、4つずつ設けられ、合計16個設けられている。しかしながら、リニアアクチュエータ31は、十分な変位を得られる範囲においては、幾つ設けられていても良い。なお、可変コイル素子10のそれぞれの片側には、2つ以上のリニアアクチュエータ31を直列に設置すると、リニアアクチュエータ31の互いの変位を足し合わされるため、好ましい。その場合には後に示す弾性支持層を適宜組み合わせる。   In the configuration shown in FIG. 1, four linear actuators 31 having the above configuration are provided in each quadrant divided by the center line L1 and the center line L2, and a total of 16 linear actuators are provided. However, any number of linear actuators 31 may be provided as long as sufficient displacement can be obtained. Note that it is preferable to install two or more linear actuators 31 in series on each side of the variable coil element 10 because the displacements of the linear actuators 31 are added to each other. In that case, the elastic support layer shown later is combined suitably.

なお、アクチュエータ部30の構成は、図5に示すものには限られない。その変形例を図7に示す。図7は、アクチュエータ部30の変形例に関する構成を部分的に示す平面図である。図7に示す構成では、図5に示す構成と比較して、幅の狭い連結電極部333が存在する構成が示されている。また、図7には、それぞれのバネ部材42に薄肉部分421が2つ存在する構成が示されている(図5では、それぞれのバネ部材42に薄肉部分421が4つ存在する構成が示さている)。   The configuration of the actuator unit 30 is not limited to that shown in FIG. The modification is shown in FIG. FIG. 7 is a plan view partially showing a configuration related to a modified example of the actuator unit 30. In the configuration illustrated in FIG. 7, a configuration in which the connection electrode portion 333 having a narrow width is present as compared with the configuration illustrated in FIG. 5 is illustrated. FIG. 7 shows a configuration in which two thin portions 421 exist in each spring member 42 (FIG. 5 shows a configuration in which four thin portions 421 exist in each spring member 42. )

<弾性支持部40について>
次に、弾性支持部40について説明する。図1に示すように、弾性支持部40は、可動部22を弾性支持する部分であり、可動部22が静電気力によって移動した場合に、元の位置(釣り合い位置)に復帰するための付勢力を蓄える。それにより、静電気力がなくなると、弾性支持部40により与えられる付勢力によって、可動部22は元の位置に復帰する。このような復帰するための付勢力を与えるべく、弾性支持部40の一端側は可動部22に連結されていると共に、その他端側は固定部21と一体的な部位(固定部位に対応)に連結されている。なお、弾性支持部40には、支持部41とバネ部材42とが存在しているが、支持部41Aは、可動部22によって弾性支持部40の一端側を支持する部分であり、支持部41Bは、固定部21によって弾性支持部40の他端側を支持する部分である。また、バネ部材42は、可動部22を元の位置に戻すための付勢力を与える機能を有している。
<About the elastic support part 40>
Next, the elastic support part 40 is demonstrated. As shown in FIG. 1, the elastic support portion 40 is a portion that elastically supports the movable portion 22, and when the movable portion 22 is moved by an electrostatic force, an urging force for returning to the original position (balanced position). Store. Thereby, when the electrostatic force is lost, the movable portion 22 returns to the original position by the biasing force applied by the elastic support portion 40. In order to give such an urging force to return, one end side of the elastic support portion 40 is connected to the movable portion 22, and the other end side is a portion integrated with the fixed portion 21 (corresponding to the fixed portion). It is connected. In addition, although the support part 41 and the spring member 42 exist in the elastic support part 40, 41 A of support parts are parts which support the one end side of the elastic support part 40 with the movable part 22, and support part 41B. Is a portion that supports the other end side of the elastic support portion 40 by the fixing portion 21. Further, the spring member 42 has a function of applying a biasing force for returning the movable portion 22 to the original position.

本実施の形態では、弾性支持部40は、シリコン層W3をエッチングすることにより形成されている。特に、図1に示すように、バネ部材42は薄い板バネ状の薄肉部分421が九十九折状に折り曲げられた形状に設けられている。図1に示す構成では、1つの弾性支持部40につき薄肉部分421が2つ以上存在していても良い。1つの薄肉部分421の撓み変形量が十分な場合には、1つの弾性支持部40につき1つのみの薄肉部分421が設けられる構成としても良い。   In the present embodiment, the elastic support portion 40 is formed by etching the silicon layer W3. In particular, as shown in FIG. 1, the spring member 42 is provided in a shape in which a thin leaf spring-like thin portion 421 is bent into ninety-nine folds. In the configuration shown in FIG. 1, two or more thin portions 421 may exist for one elastic support portion 40. When the amount of bending deformation of one thin portion 421 is sufficient, only one thin portion 421 may be provided for one elastic support portion 40.

<製造方法について>
以上のような構成を有する可変コイル素子10の製造方法について、以下に説明する。かかる可変コイル素子10を製造する場合、図8(A)に示すようなSOIウエハWが用いられる。SOIウエハWは、図8(A)に示すように、一方側のシリコン層(図8(A)の下面側のシリコン層W2)と他方側のシリコン層(図8(A)の上面側のシリコン層W3)との間に薄い絶縁層W1(SiO)が設けられている。本実施の形態では、たとえば下面側のシリコン層W2の厚みは200μmであり、上面側のシリコン層W3の厚みは40μmとなっている。また、絶縁層W1の厚みは5μmとなっている。ただし、シリコン層W2、シリコン層W3および絶縁層W1の厚みは、これ以外の数値であっても良いことは勿論である。
<About manufacturing method>
A method for manufacturing the variable coil element 10 having the above configuration will be described below. When the variable coil element 10 is manufactured, an SOI wafer W as shown in FIG. 8A is used. As shown in FIG. 8A, the SOI wafer W includes a silicon layer on one side (a silicon layer W2 on the lower surface side of FIG. 8A) and a silicon layer on the other side (an upper surface side of FIG. 8A). A thin insulating layer W1 (SiO 2 ) is provided between the silicon layer W3). In the present embodiment, for example, the thickness of the silicon layer W2 on the lower surface side is 200 μm, and the thickness of the silicon layer W3 on the upper surface side is 40 μm. The insulating layer W1 has a thickness of 5 μm. However, it goes without saying that the thicknesses of the silicon layer W2, the silicon layer W3, and the insulating layer W1 may be other values.

かかるSOIウエハWに対して、図8(B)に示すようにエッチングを行うが、この場合、たとえば下面側のシリコン層W2に対してエッチングを行い、凹形状の部分W4を形成する。それにより、後に形成されるコイルパターン211の厚みが定まる。次に、凹形状の部分に対して、フォトレジスト膜の形成、露光、現像等を経た後に、エッチングを施し、コイルパターン211を形成する。なお、このときのコイルパターン211は、下面側のシリコン層W2のエッチングによるパターン部212aのみとなっている。   The SOI wafer W is etched as shown in FIG. 8B. In this case, for example, the silicon layer W2 on the lower surface side is etched to form a concave portion W4. Thereby, the thickness of the coil pattern 211 formed later is determined. Next, the concave portion is subjected to formation of a photoresist film, exposure, development, and the like, and then etching is performed to form a coil pattern 211. Note that the coil pattern 211 at this time is only the pattern portion 212a obtained by etching the silicon layer W2 on the lower surface side.

次に、上面側のシリコン層W3に対して、上述の下面側のシリコン層W2と同様にエッチングを施し、可動パターン221と、アクチュエータ部30のパターンを形成する。それによって、ベース電極部321,331、櫛歯部322,332および連結電極部333(図5参照)の形状が形成される。ただし、この段階では、可動側電極体33のベース電極部331、櫛歯部332および連結連極部333は、絶縁層W1に固定されている。   Next, the silicon layer W3 on the upper surface side is etched in the same manner as the silicon layer W2 on the lower surface side, so that the movable pattern 221 and the pattern of the actuator unit 30 are formed. Thereby, the shapes of the base electrode portions 321 and 331, the comb teeth portions 322 and 332, and the connection electrode portion 333 (see FIG. 5) are formed. However, at this stage, the base electrode portion 331, the comb tooth portion 332, and the coupling electrode portion 333 of the movable electrode body 33 are fixed to the insulating layer W1.

次に、図8(C)に示すように、形成されたコイルパターン211(パターン部212a)に対して、電着等によって導電外表部212bを形成する。なお、この導電外表部212bを形成するのに先立って、電着または真空蒸着によって、導電部分を形成するようにしても良い。   Next, as shown in FIG. 8C, a conductive outer surface 212b is formed on the formed coil pattern 211 (pattern portion 212a) by electrodeposition or the like. Prior to the formation of the conductive outer surface 212b, the conductive portion may be formed by electrodeposition or vacuum deposition.

続いて、図8(D)に示すように、導電外表部212bの外面に絶縁層212cを形成する。絶縁層212cは、たとえばSiOの薄膜であり、たとえばCVDを行うことにより形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 8D, an insulating layer 212c is formed on the outer surface of the conductive outer surface 212b. The insulating layer 212c is, for example, a SiO 2 thin film, and is formed by performing, for example, CVD.

続いて、図8(E)に示すように、上面側の可動パターン221と、下面側のコイルパターン211を覆うように、磁性体層214,223を形成する。磁性体層214,223の形成は、たとえば電着法によって形成されるが、その他の印刷、塗布、スパッタリング他の手法を用いて形成しても良い。   Subsequently, as shown in FIG. 8E, magnetic layers 214 and 223 are formed so as to cover the movable pattern 221 on the upper surface side and the coil pattern 211 on the lower surface side. The magnetic layers 214 and 223 are formed by, for example, an electrodeposition method, but may be formed by using other methods such as printing, coating, and sputtering.

次に、図8(F)に示すように、引き出し電極213のパターニングを行う。この場合、パターニングに先立って、レジスト塗布や露光等を経たフォトリソグラフィを行って絶縁パターンを形成し、その後に導電材料のパターニングを行う。パターニングは、電着法、金属インクの塗布、PVD、CVDや、その他の手法を用いて形成しても良い。   Next, as shown in FIG. 8F, the extraction electrode 213 is patterned. In this case, prior to patterning, an insulating pattern is formed by performing photolithography through resist coating or exposure, and then patterning of the conductive material is performed. The patterning may be performed using an electrodeposition method, application of metal ink, PVD, CVD, or other methods.

なお、かかる引き出し電極213のパターニングに前後して、絶縁層W1の除去を行う。この除去は、たとえばフッ酸処理等のような処理にて行われる。   The insulating layer W1 is removed before and after the patterning of the extraction electrode 213. This removal is performed by a treatment such as a hydrofluoric acid treatment.

<シミュレーション結果について>
続いて、上記のような構成における、可変コイル素子10において、インダクタンスがどの程度変化したのかについてのシミュレーション結果を示す。なお、このシミュレーション結果は、有限要素法によるものであるが、そのモデルは図8(A)、(B)に示すように簡略化したもので行っている。この図8(A)、(B)では、パターン線部212は、銅を材質とする導体のみの構成としている。
<About simulation results>
Next, a simulation result about how much the inductance has changed in the variable coil element 10 in the configuration as described above will be shown. The simulation result is based on the finite element method, but the model is simplified as shown in FIGS. 8A and 8B. In FIGS. 8A and 8B, the pattern line portion 212 has only a conductor made of copper.

このシミュレーションでは、磁性体層214,223の材質としてパーマロイを用いている。また、電流を1[A]、周波数を100000[Hz]、空気の比透磁率を1、パーマロイの比透磁率を100000、シリコンの比透磁率を1、銅線の比透磁率を1、銅線の電気抵抗を1.70×10−8[Ω]としている。また、固定部21と可動部22の隙間を3μm、パターン線部212を10μmの正方形、非磁性パターン線部222を10μmの正方形とし、パターン線部212と非磁性パターン線部222を10μm厚の磁性体層214,223がそれぞれ覆っているものとなっている。 In this simulation, permalloy is used as the material of the magnetic layers 214 and 223. Also, the current is 1 [A], the frequency is 100000 [Hz], the relative permeability of air is 1, the relative permeability of Permalloy is 100,000, the relative permeability of silicon is 1, the relative permeability of copper wire is 1, copper The electric resistance of the wire is 1.70 × 10 −8 [Ω]. Further, the gap between the fixed portion 21 and the movable portion 22 is 3 μm, the pattern line portion 212 is a 10 μm square, the nonmagnetic pattern line portion 222 is a 10 μm square, and the pattern line portion 212 and the nonmagnetic pattern line portion 222 are 10 μm thick. The magnetic layers 214 and 223 are respectively covered.

かかる状態でシミュレーションを行ったところ、図9(A)に示す状態(パターン線部212と非磁性パターン線部222とが対向する状態)では、自己インダクタンスは6.91×10−9[H]、インピーダンスは5.93×10−4[Ω]となっている。これに対し、図9(B)に示す状態(非磁性パターン線部222が線間部214aと対向する状態)では、自己インダクタンスは7.71×10−9[H]、インピーダンスは7.47×10−4[Ω]となっている。このため、自己インダクタンスの変化率は11.4[%]となり、インピーダンスの変化率は25.9[%]となり、いずれも増加している。 When a simulation is performed in such a state, in the state shown in FIG. 9A (the state where the pattern line portion 212 and the nonmagnetic pattern line portion 222 face each other), the self-inductance is 6.91 × 10 −9 [H]. The impedance is 5.93 × 10 −4 [Ω]. On the other hand, in the state shown in FIG. 9B (the state in which the nonmagnetic pattern line portion 222 faces the interline portion 214a), the self-inductance is 7.71 × 10 −9 [H], and the impedance is 7.47. × 10 −4 [Ω]. For this reason, the rate of change of self-inductance is 11.4 [%], and the rate of change of impedance is 25.9 [%], both increasing.

また、図9(A)、(B)に示す構成において、寸法を変更して実験を行ったものを、次に示す。この場合、固定部21と可動部22の隙間は3μmのままとするが、パターン線部212を20μmの正方形、非磁性パターン線部222を20μmの正方形とし、パターン線部212と非磁性パターン線部222をそれぞれ20μm厚の磁性体層214,223が覆っているものしている。   9A and 9B, experiments in which dimensions are changed are shown below. In this case, the gap between the fixed part 21 and the movable part 22 remains 3 μm, but the pattern line part 212 is a 20 μm square, the nonmagnetic pattern line part 222 is a 20 μm square, and the pattern line part 212 and the nonmagnetic pattern line The part 222 is covered with magnetic layers 214 and 223 each having a thickness of 20 μm.

かかる状態でシミュレーションを行ったところ、図9(A)に示す状態(パターン線部212と非磁性パターン線部222とが対向する状態)では、自己インダクタンスは4.91×10−9[H]、インピーダンスは2.82×10−4[Ω]となっている。これに対し、図9(B)に示す状態(非磁性パターン線部222が線間部214aと対向する状態)では、自己インダクタンスは5.59×10−9[H]、インピーダンスは3.76×10−4[Ω]となっている。このため、自己インダクタンスの変化率は13.8[%]となり、インピーダンスの変化率は33.4[%]となり、いずれも増加している。 When simulation was performed in such a state, in the state shown in FIG. 9A (the state in which the pattern line portion 212 and the nonmagnetic pattern line portion 222 face each other), the self-inductance is 4.91 × 10 −9 [H]. The impedance is 2.82 × 10 −4 [Ω]. On the other hand, in the state shown in FIG. 9B (the state in which the nonmagnetic pattern line portion 222 faces the interline portion 214a), the self-inductance is 5.59 × 10 −9 [H], and the impedance is 3.76. × 10 −4 [Ω]. For this reason, the rate of change of self-inductance is 13.8 [%], and the rate of change of impedance is 33.4 [%], both increasing.

なお、上述のシミュレーション結果は、一対のパターン線部212と非磁性パターン線部222についてのものとなっている。しかしながら、実際の可変コイル素子10では、既に説明したように、多くのパターン線部212および非磁性パターン線部222が配置されている。この場合、インダクタンスは、マイナーループM1が存在しない場合には巻線の数の2乗に比例する。このため、実際の可変コイル素子10では、自己インダクタンスはより大きくなり、20[%]以上の変化率は、無理なく実現可能となっている。   Note that the above simulation results are for the pair of pattern line portions 212 and the non-magnetic pattern line portion 222. However, in the actual variable coil element 10, as already described, many pattern line portions 212 and non-magnetic pattern line portions 222 are arranged. In this case, the inductance is proportional to the square of the number of windings in the absence of the minor loop M1. For this reason, in the actual variable coil element 10, the self-inductance becomes larger, and a change rate of 20 [%] or more can be realized without difficulty.

<効果>
以上のような構成の可変コイル素子10によると、簡易な構成でありながら自己インダクタンスを変化させることが可能となる。
<Effect>
According to the variable coil element 10 having the above-described configuration, it is possible to change the self-inductance with a simple configuration.

すなわち、本実施の形態の可変コイル素子10では、コイルパターン211を備える固定部21と、可動パターン221を備える可動部22とを備え、隣り合うパターン線部212の間に線間部214a(磁性体層214)が存在し、隣り合う非磁性パターン線部222の間に線間部223a(磁性体層223)が存在している。このため、可動部22と固定部21とを相対的に移動させることにより、図3(A)に示すようなマイナーループM1が遮断され、遮断後には、図3(B)に示すような理想的な磁路M2を流れる磁束が増加する。その結果、L(インダクタンス)を大きくすることが可能となり、コイルパターン211の巻数nが大きくなるのと同等の効果を得ることが可能となっている。   That is, the variable coil element 10 according to the present embodiment includes the fixed portion 21 including the coil pattern 211 and the movable portion 22 including the movable pattern 221, and a line portion 214 a (magnetic) between the adjacent pattern line portions 212. The body layer 214) is present, and the interline portion 223a (magnetic body layer 223) is present between the adjacent nonmagnetic pattern line portions 222. For this reason, by moving the movable part 22 and the fixed part 21 relatively, the minor loop M1 as shown in FIG. 3A is interrupted, and after the interruption, the ideal as shown in FIG. The magnetic flux flowing through the magnetic path M2 increases. As a result, it is possible to increase L (inductance), and it is possible to obtain the same effect as increasing the number of turns n of the coil pattern 211.

また、本実施の形態では、固定部21に設けられているコイルパターン211は、同一平面内で渦巻き状に巻回されている。このため、コイルパターン211が可動部22側と対向する面積を増加させることが可能となり、インダクタンスの変化を大きくすることが可能となる。   Moreover, in this Embodiment, the coil pattern 211 provided in the fixing | fixed part 21 is wound spirally within the same plane. For this reason, it becomes possible to increase the area where the coil pattern 211 opposes the movable part 22 side, and it becomes possible to increase the change in inductance.

さらに、本実施の形態では、コイルパターン211のパターン線部212のピッチと、可動パターン221の非磁性パターン線部222のピッチとは、同程度に設けられている。このため、可動部22の移動の前後におけるインダクタンスの変化を大きくすることが可能となる。それにより、可動部22を移動させた後には、インダクタンスを大きくすることが可能となる。   Furthermore, in the present embodiment, the pitch of the pattern line portions 212 of the coil pattern 211 and the pitch of the nonmagnetic pattern line portions 222 of the movable pattern 221 are provided to be approximately the same. For this reason, it becomes possible to increase the change in inductance before and after the movement of the movable portion 22. Thereby, after moving the movable part 22, it becomes possible to enlarge an inductance.

また、本実施の形態では、アクチュエータ部30のストローク量は、可動パターン221がコイルパターン211と対向している移動前の状態から、可動パターン221が隣り合うパターン線部212の間の磁性体層214と対向する移動後の状態まで移動する程度に設定されている。そのため、マイナーループM1を良好に遮断することが可能となり、可動部22を移動させた後には、インダクタンスを大きくすることが可能となる。   Further, in the present embodiment, the stroke amount of the actuator unit 30 is such that the magnetic layer between the pattern line portions 212 adjacent to the movable pattern 221 from the state before the movable pattern 221 faces the coil pattern 211. It is set to such an extent that it moves to the state after movement opposite to 214. Therefore, the minor loop M1 can be favorably interrupted, and the inductance can be increased after the movable portion 22 is moved.

さらに、本実施の形態では、可変コイル素子10には弾性支持部40が設けられていて、この弾性支持部40は、可動部22が釣り合い位置から移動した際に、当該釣り合い位置に復帰させるための付勢力を蓄える。このため、弾性支持部40での付勢力の作用により、アクチュエータ部30で静電気力が生じていない場合には、元の釣り合い位置へと移動させることが可能となる。   Further, in the present embodiment, the variable coil element 10 is provided with an elastic support portion 40, and this elastic support portion 40 is for returning to the balance position when the movable portion 22 moves from the balance position. Accumulate the energizing power. For this reason, when the electrostatic force is not generated in the actuator part 30 by the action of the urging force in the elastic support part 40, it is possible to move to the original balance position.

また、本実施の形態では、アクチュエータ部30は、複数のリニアアクチュエータ31を備えている。このため、可動部22の移動方向を直線状とすることが可能となり、可動部22の移動に対するインダクタンスの変化を大きく取ることが可能となる。   In the present embodiment, the actuator unit 30 includes a plurality of linear actuators 31. For this reason, the moving direction of the movable part 22 can be made linear, and the change in inductance with respect to the movement of the movable part 22 can be made large.

さらに、本実施の形態では、リニアアクチュエータ31は、櫛歯部322,332を多数備えた櫛歯型静電アクチュエータとなっている。このため、可変コイル素子10の小型化を図ることが可能となる。また、リニアアクチュエータ31を半導体プロセスによって形成することが可能となり、可動部22側の櫛歯部332と固定部21側の櫛歯部322との位置精度を向上させることが可能となる。   Furthermore, in this embodiment, the linear actuator 31 is a comb-shaped electrostatic actuator provided with a large number of comb-tooth portions 322 and 332. For this reason, the variable coil element 10 can be miniaturized. In addition, the linear actuator 31 can be formed by a semiconductor process, and the positional accuracy between the comb tooth portion 332 on the movable portion 22 side and the comb tooth portion 322 on the fixed portion 21 side can be improved.

また、本実施の形態では、複数のリニアアクチュエータ31は、可動部22から離間する方向に並ぶように配置されて、それぞれのリニアアクチュエータ31の静電気力が加算されている。このため、アクチュエータ部30でのストローク量を大きくすることが可能となる。また、可変コイル素子10を小型化する場合でも、可動部22のストローク量を十分に確保することが可能となる。   In the present embodiment, the plurality of linear actuators 31 are arranged in a direction away from the movable portion 22, and the electrostatic force of each linear actuator 31 is added. For this reason, it becomes possible to enlarge the stroke amount in the actuator part 30. FIG. Further, even when the variable coil element 10 is downsized, it is possible to ensure a sufficient stroke amount of the movable portion 22.

<変形例>
以上、本発明の一実施の形態に係る可変コイル素子10について説明したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下、それについて述べる。
<Modification>
The variable coil element 10 according to the embodiment of the present invention has been described above, but the present invention can be variously modified in addition to this. This will be described below.

上述の実施の形態では、アクチュエータ部30は、可動部22のみを移動させ、固定部21は移動させない構成となっている。しかしながら、可動部22のみならず、固定部21も移動させる構成としても良い。このように構成しても、図3(A)に示すようなマイナーループM1が遮断可能となり、遮断後には、図3(B)に示すような理想的な磁路M2を流れる磁束が増加可能となる。それにより、L(インダクタンス)を大きくすることが可能となり、コイルパターン211の巻数nが大きくなるのと同等の効果を得ることが可能となっている。   In the above-described embodiment, the actuator unit 30 is configured to move only the movable unit 22 and not to move the fixed unit 21. However, not only the movable part 22 but also the fixed part 21 may be moved. Even with this configuration, the minor loop M1 as shown in FIG. 3A can be interrupted, and after the interruption, the magnetic flux flowing through the ideal magnetic path M2 as shown in FIG. 3B can be increased. It becomes. Thereby, L (inductance) can be increased, and an effect equivalent to that of increasing the number of turns n of the coil pattern 211 can be obtained.

また、上述の実施の形態においては、アクチュエータ部30は、櫛歯部322,332を多数備えた櫛歯型静電アクチュエータとなっている。しかしながら、アクチュエータ部30は、このようなアクチュエータに限られるものではない。たとえば、圧電素子を利用したアクチュエータ、バイメタルを用いたアクチュエータ、形状記憶合金を用いたアクチュエータ等、各種のアクチュエータを用いても良い。   In the above-described embodiment, the actuator unit 30 is a comb-type electrostatic actuator provided with a large number of comb-teeth portions 322 and 332. However, the actuator unit 30 is not limited to such an actuator. For example, various actuators such as an actuator using a piezoelectric element, an actuator using a bimetal, and an actuator using a shape memory alloy may be used.

また、上述の実施の形態では、コイルパターン211のパターン線部212は、矩形のループ形状に設けられ、渦巻き形状をなすように設けられている。しかしながら、パターン線部212は、矩形のループ形状以外の渦巻き形状をなしていても良い。そのようなループ形状としては、たとえば、矩形以外の多角形のループ形状、円形のループ形状、楕円形のループ形状、その他種々の規則的または不規則的な形状のループ形状が挙げられる。   Further, in the above-described embodiment, the pattern line portion 212 of the coil pattern 211 is provided in a rectangular loop shape and is provided so as to form a spiral shape. However, the pattern line portion 212 may have a spiral shape other than the rectangular loop shape. Examples of such a loop shape include a polygonal loop shape other than a rectangular shape, a circular loop shape, an elliptical loop shape, and various other regular or irregular loop shapes.

また、上述の実施の形態では、可動パターン221は2つ設けられている。しかしながら、可動パターン221は2つに限られるものではない。その例を、図10に示す。図10では、可動パターン221は4つ設けられていて、可動部22が移動すると、全ての可動パターン221が線間部214aと対向しない状態から、対向する状態へと移動し、マイナーループM1を遮断してインダクタンスを大きくすることが可能となっている。   In the above-described embodiment, two movable patterns 221 are provided. However, the movable pattern 221 is not limited to two. An example is shown in FIG. In FIG. 10, four movable patterns 221 are provided, and when the movable part 22 moves, all the movable patterns 221 move from the state not facing the line-to-line part 214a to the state facing each other, and the minor loop M1 is moved. It is possible to increase the inductance by blocking.

なお、図10に示す構成において、可動パターン221を3つ設ける構成としても良い。また、図4および図10に示す構成においては、可動パターン221を1つのみ設ける構成を採用しても良い。また、コイルパターン211が矩形よりも辺数の多い多角形状を採用する場合やコイルパターン211が曲線形状に設けられる場合等においては、より多数の可動パターン221を設ける構成を採用しても良い。また、可動パターン221を細切れにする等によって、多数設ける構成を採用しても良い。   In the configuration shown in FIG. 10, three movable patterns 221 may be provided. 4 and 10 may employ a configuration in which only one movable pattern 221 is provided. Further, when the coil pattern 211 adopts a polygonal shape having more sides than a rectangle, or when the coil pattern 211 is provided in a curved shape, a configuration in which a larger number of movable patterns 221 are provided may be employed. Further, a configuration in which a large number of movable patterns 221 are provided, for example, by chopping them, may be adopted.

本発明の可変コイル素子は、電気機器の分野において利用することができる。   The variable coil element of the present invention can be used in the field of electrical equipment.

10…可変コイル素子
20…可変インダクタ部
21…固定部(第1積層体に対応)
22…可動部(第2積層体に対応)
30…アクチュエータ部(駆動部に対応)
31…リニアアクチュエータ
32…固定側電極体
33…可動側電極体
34…連結電極部
40…弾性支持部
41,41A,41B…支持部
42…バネ部材
211…コイルパターン(コイル部材に対応)
212…パターン線部(第1線部材に対応)
212a…パターン部
212b…導電外表部
212c…絶縁層
213…電極
214…磁性体層(第1磁性体層に対応)
214a…線間部
221…可動パターン(非磁性部材に対応)
222…非磁性パターン線部(第2線部材に対応)
223…磁性体層(第2磁性体層に対応)
321,331…ベース電極部
322,332…櫛歯部
333…連結電極部
421…薄肉部分
M1…マイナーループ
M2…磁路
P3…隙間
W …SOIウエハ
W1…絶縁層
W2…シリコン層
W3…シリコン層
W4…凹形状の部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Variable coil element 20 ... Variable inductor part 21 ... Fixed part (corresponding | compatible to a 1st laminated body)
22 ... movable part (corresponding to the second laminate)
30 ... Actuator part (corresponding to drive part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Linear actuator 32 ... Fixed side electrode body 33 ... Movable side electrode body 34 ... Connection electrode part 40 ... Elastic support part 41, 41A, 41B ... Support part 42 ... Spring member 211 ... Coil pattern (corresponding to coil member)
212 ... pattern line part (corresponding to the first line member)
212a ... pattern part 212b ... conductive outer surface 212c ... insulating layer 213 ... electrode 214 ... magnetic layer (corresponding to the first magnetic layer)
214a ... line portion 221 ... movable pattern (corresponding to nonmagnetic member)
222 ... Non-magnetic pattern line part (corresponding to the second line member)
223 ... Magnetic layer (corresponding to the second magnetic layer)
321, 331 ... base electrode part 322, 332 ... comb tooth part 333 ... connection electrode part 421 ... thin part M1 ... minor loop M2 ... magnetic path P3 ... gap W ... SOI wafer W1 ... insulating layer W2 ... silicon layer W3 ... silicon layer W4 ... concave part

Claims (8)

導電性を有する第1線部材がループ状に構成されているコイル部材と、隣り合う前記第1線部材の間に入り込みつつ前記コイル部材を覆うと共に磁性材料を含んで形成される第1磁性体層とを有する第1積層体と、
非磁性材料であるシリコン層のエッチングによって形成された複数の第2線部材から構成される非磁性部材と、隣り合う前記第2線部材の間に入り込みつつ前記非磁性部材を覆うと共に磁性材料を含んで形成される第2磁性体層とを有し、前記第1積層体と対向する一方の面に前記非磁性部材が露出する状態で対向し、前記第1積層体に対して移動可能な第2積層体と、
前記第1積層体と前記第2積層体とを相対的に移動させる駆動力を与える駆動部と、
を備え
前記第2線部材は、ループ状には形成されておらずそれぞれ直線状に形成されていると共に、隙間を隔てて複数配置されている、
ことを特徴とする可変コイル素子。
A coil member in which a first wire member having conductivity is configured in a loop shape, and a first magnetic body that is formed to include the magnetic material while covering the coil member while entering between the adjacent first wire members. A first laminate having a layer;
A nonmagnetic member composed of a plurality of second wire members formed by etching a silicon layer, which is a nonmagnetic material , and a nonmagnetic member that covers the nonmagnetic member while entering between the adjacent second wire members and a magnetic material A non-magnetic member exposed on one surface facing the first stacked body and movable relative to the first stacked body. A second laminate;
A driving unit for applying a driving force for relatively moving the first stacked body and the second stacked body;
Equipped with a,
The second line member is not formed in a loop shape, but is formed in a straight line shape, and a plurality of the second line members are arranged with a gap between them,
A variable coil element characterized by that.
請求項1記載の可変コイル素子であって、
前記コイル部材は、同一平面内で渦巻き状に巻回されている平面コイルである、
ことを特徴とする可変コイル素子。
The variable coil element according to claim 1, wherein
The coil member is a planar coil that is wound spirally in the same plane.
A variable coil element characterized by that.
請求項1または2記載の可変コイル素子であって、
前記コイル部材において前記第1線部材が並ぶピッチと、前記非磁性部材において前記第2線部材が並ぶピッチとは、同程度に設けられている、
ことを特徴とする可変コイル素子。
The variable coil element according to claim 1 or 2,
The pitch in which the first wire members are arranged in the coil member and the pitch in which the second wire members are arranged in the nonmagnetic member are provided to the same extent.
A variable coil element characterized by that.
請求項3記載の可変コイル素子であって、
前記駆動部は、前記第2積層体に連結されて当該第2積層体を移動させるための駆動力を与えると共に、
前記第2積層体の移動におけるストローク量は、前記非磁性部材が前記コイル部材と対向する駆動前の状態から前記非磁性部材が前記第1線部材の間の前記第1磁性体層と対向する駆動後の状態まで移動する程度に設定されている、
ことを特徴とする可変コイル素子。
The variable coil element according to claim 3, wherein
The driving unit is connected to the second stacked body to provide a driving force for moving the second stacked body,
The stroke amount in the movement of the second laminate is such that the nonmagnetic member faces the first magnetic layer between the first wire members from the state before the nonmagnetic member faces the coil member. It is set to move to the state after driving,
A variable coil element characterized by that.
請求項4記載の可変コイル素子であって、
前記第1積層体は、弾性支持部の一端側に連結されていると共に、前記弾性支持部の他端側は前記第2積層体と一体的に設けられている固定部位に連結されていて、
前記弾性支持部は、前記第2積層体が釣り合い位置から移動した際に、当該釣り合い位置に復帰させるための付勢力を蓄える、
ことを特徴とする可変コイル素子。
The variable coil element according to claim 4, wherein
The first stacked body is connected to one end side of the elastic support portion, and the other end side of the elastic support portion is connected to a fixed portion provided integrally with the second stacked body,
The elastic support portion stores an urging force for returning to the balance position when the second laminated body moves from the balance position.
A variable coil element characterized by that.
請求項1から5のいずれか1項に記載の可変コイル素子であって、
前記駆動部は、複数のリニアアクチュエータを備えている、
ことを特徴とする可変コイル素子。
The variable coil element according to any one of claims 1 to 5,
The drive unit includes a plurality of linear actuators,
A variable coil element characterized by that.
請求項6記載の可変コイル素子であって、
前記リニアアクチュエータは、櫛歯型静電アクチュエータである、
ことを特徴とする可変コイル素子。
The variable coil element according to claim 6, wherein
The linear actuator is a comb-shaped electrostatic actuator,
A variable coil element characterized by that.
請求項7記載の可変コイル素子であって、
複数の前記リニアアクチュエータは、前記駆動部から離間する方向に並ぶように配置されて、それぞれの前記リニアアクチュエータの静電気力が加算される、
ことを特徴とする可変コイル素子。
The variable coil element according to claim 7, wherein
The plurality of linear actuators are arranged in a direction away from the drive unit, and the electrostatic force of each of the linear actuators is added.
A variable coil element characterized by that.
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