WO2013011551A1 - アクチュエータ - Google Patents
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- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/085—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by electromagnetic means
Definitions
- the present invention relates to a technical field of an actuator such as a MEMS scanner that drives a movable part provided with a mirror or the like.
- a planar electromagnetic drive actuator (also referred to as a “MEMS scanner”) used for laser beam scanning is known (see, for example, Patent Document 1).
- MEMS Micro Electro Mechanical System
- Such a planar electromagnetic drive actuator is generally formed of a non-magnetic substrate such as a silicon substrate, a movable plate, a frame-like support portion surrounding the movable plate, and a movable plate supporting portion. And a torsion bar that is pivotally supported by the shaft.
- a mirror is formed at the center of the surface of the movable plate, and a driving coil is formed around the mirror. Then, in order to generate a static magnetic field along the movable plate that intersects with the driving coil, a pair of permanent plates are sandwiched between the back surface of the support portion (that is, a surface different from the surface of the movable plate). A magnet is arranged.
- the planar type electromagnetic drive actuator configured as described above, it is possible to generate an electromagnetic drive force (Lorentz force) in the drive coil and drive the movable plate by passing a current through the drive coil. .
- Patent Document 2 as a prior art document related to the present invention.
- the static magnetic field generated by the permanent magnet is applied to the drive coil on the movable plate via the nonmagnetic substrate having a large magnetic resistance.
- the size of the permanent magnet must be made relatively large. For this reason, the conventional planar electromagnetic actuator has a technical problem that it is difficult to reduce the size.
- the present invention has been made in view of, for example, the conventional problems described above, and an object of the present invention is to provide an actuator that can be miniaturized, for example.
- an actuator according to the present invention is formed integrally with a nonmagnetic substrate, a movable part, a support part surrounding the movable part, and the movable part so that the movable part can swing. And a torsion bar for connecting the support part to the drive coil provided in the movable part and the support part penetrating through the two regions sandwiching the movable part in the support part.
- the actuator according to the present embodiment is formed integrally with a non-magnetic substrate, a movable portion, a support portion surrounding the movable portion, and the movable portion so that the movable portion can swing.
- An actuator comprising a torsion bar for connecting a movable part and the support part, wherein the support part is provided in two regions sandwiching the movable part in the support part and a driving coil provided in the movable part
- a pair of first and second soft magnetic portions formed from a soft magnetic material so as to penetrate the magnetic field, and a static magnetic field applying means for applying a static magnetic field to the drive coil via the first and second soft magnetic portions And further comprising.
- the actuator according to the present embodiment is a planar electromagnetic drive actuator used, for example, for laser beam scanning, and includes a movable part, a support part surrounding the movable part, and a movable part and a support part so that the movable part can swing. And a torsion bar for connecting the The movable portion, the support portion, and the torsion bar are integrally formed from a nonmagnetic substrate such as a silicon substrate, for example.
- a driving coil is provided in the movable part.
- the drive coil is provided on the surface of the movable part so as to surround a mirror (that is, a reflection part that reflects light) provided on the surface side of the movable part.
- the present embodiment includes a pair of first and second soft magnetic portions and a static magnetic field applying unit that applies a static magnetic field to the driving coil.
- the first and second soft magnetic parts are made of a soft magnetic material having a high magnetic permeability such as permalloy, for example, and have a much lower magnetic resistance than a support part made of a nonmagnetic substrate such as a silicon substrate.
- the relative permeability of silicon which is an example of a nonmagnetic material (that is, the ratio to the permeability of vacuum) is about 1
- the relative permeability of permalloy which is an example of a soft magnetic material, is about 1000. That is, the magnetic resistance of permalloy is about 1/1000 of the magnetic resistance of silicon.
- the first and second soft magnetic parts are formed so as to penetrate the support part in two regions sandwiching the movable part in the support part.
- the first and second soft magnetic parts are formed by embedding a soft magnetic material in an opening that is opened so as to penetrate the support part.
- the static magnetic field applying means is typically provided on the back side different from the surface on which the driving coil of the movable part is provided so as to face the first and second soft magnetic parts, respectively.
- Two permanent magnets are provided, and a static magnetic field generated by the first and second permanent magnets is applied to the driving coil along the surface of the movable part. Therefore, by passing a current through the driving coil, an electromagnetic driving force (Lorentz force) can be generated in the driving coil, and the movable part can be driven.
- a pair of first and second pairs formed of a soft magnetic material having a high magnetic permeability so as to penetrate the support portion in the two regions sandwiching the movable portion in the support portion.
- a soft magnetic part and a static magnetic field applying means for applying a static magnetic field to the driving coil via the first and second soft magnetic parts.
- the magnetic resistance with respect to the static magnetic field applied to the driving coil can be lowered. Therefore, for example, even if the size of the permanent magnet constituting the static magnetic field applying unit is reduced, the static magnetic field to be applied can be reliably applied to the driving coil. Thereby, for example, the size of the actuator can be reduced by reducing the size of the permanent magnet constituting the static magnetic field applying means.
- the actuator can be miniaturized.
- the static magnetic field applying means faces the first and second soft magnetic parts on the back side different from the surface on which the driving coil of the movable part is provided.
- the first and second permanent magnets respectively provided as described above, and the first and second permanent magnets provided on the surface side so as to face the first and second soft magnetic parts, respectively, and formed from a soft magnetic material.
- the magnetic flux from the first permanent magnet passes through the first soft magnetic part, the first soft magnetic plate, the driving coil, the second soft magnetic plate, and the second soft magnetic part. , Enters the second permanent magnet and returns to the first permanent magnet via the third soft magnetic plate It is configured to.
- the first and second permanent magnets and the third soft magnetic plate provided on the back surface side, the first and second soft magnetic plates provided on the front surface side, and the support portion are penetrated.
- the formed first and second soft magnetic parts constitute a first magnetic circuit.
- the first and second soft magnetic plates are installed so as to sandwich the movable plate, and the surfaces facing each other are arranged in the vicinity of the driving coil, so that the magnetic flux from the permanent magnet is generated in the vicinity of the driving coil. Can be guided efficiently. Therefore, the static magnetic field along the surface of the movable part can be reliably applied to the driving coil.
- the static magnetic field applying means includes the first and second permanent magnets, the first and second soft magnetic plates, and the third soft magnetic plate
- the first and second soft magnetic portions are disposed on the surface side.
- Third and fourth permanent magnets provided so as to face each other, and disposed on the opposite side of the third permanent magnet to the side facing the first soft magnetic part, and the third and fourth permanent magnets
- a fourth soft magnetic plate that is magnetically coupled, and the magnetic flux from the third permanent magnet passes through the first soft magnetic plate, the drive coil, and the second soft magnetic plate, and It is configured to enter the fourth permanent magnet and return to the third permanent magnet via the fourth soft magnetic plate.
- the second magnetic circuit is constituted by the third and fourth permanent magnets, the fourth soft magnetic plate, and the first and second soft magnetic plates provided on the front surface side. Therefore, the magnitude of the static magnetic field along the surface of the movable part applied to the driving coil can be further increased. Therefore, the movable part can be driven more efficiently.
- the static magnetic field applying means includes the first and second permanent magnets, the first and second soft magnetic plates, and the third soft magnetic plate
- the static magnetic field applying means is disposed on the back surface side of the movable part.
- a third soft magnetic part formed of a soft magnetic material.
- a static magnetic field is applied to the driving coil from the front surface side to the back surface side (or from the back surface side to the front surface side) between the first and second soft magnetic plates provided on the front surface side.
- a static magnetic field can be more efficiently applied to the drive coil. Therefore, the movable part can be driven more efficiently.
- FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a substrate included in an actuator according to this embodiment
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of the actuator according to this embodiment. 2 corresponds to a cross section taken along line II-II ′ in FIG.
- an actuator 100 is a planar electromagnetic drive actuator (that is, a MEMS scanner) used for, for example, laser beam scanning.
- the actuator 100 includes a substrate 100a including a movable part 110, a support part 120, a torsion bar 130, etc., permanent magnets 161 and 162, magnetic yokes 171 and 172, permanent magnets 181 and 182 and a magnetic yoke 191. And a magnetic yoke 192.
- the substrate 100a has a movable part 110, a support part 120, and a torsion bar 130.
- the movable part 110, the support part 120, and the torsion bar 130 are integrally formed from a nonmagnetic substrate such as a silicon substrate. That is, the movable portion 110, the support portion 120, and the torsion bar 130 are formed by forming a gap 900 by removing a part of a nonmagnetic substrate such as a silicon substrate.
- the movable part 110 is pivotally supported on the support part 120 by a torsion bar 130 so as to be swingable.
- a mirror 800 that reflects laser light is formed on the surface of the movable portion 110, and a drive coil 140 is shown so as to surround the mirror 800 (only the drive coil formation region is shown, and coil wiring is not shown). Is formed.
- a wiring 145 for flowing a current to the driving coil 140 is formed on the substrate 100a.
- the movable part 110 is configured to be able to swing (or rotate) about an axis along the direction in which the torsion bar 130 extends (Y direction in FIG. 1) as a central axis.
- the support part 120 has a frame shape surrounding the movable part 110, and is connected to the movable part 110 by a torsion bar 130.
- the torsion bar 130 connects the movable part 110 and the support part 120 so that the movable part 110 can swing with respect to the support part 120.
- a pair of soft magnetic parts 151 and 152 made of a soft magnetic material are formed so as to penetrate the support part 120 in the two regions 151a and 152a sandwiching the movable part 110 in the support part 120. Yes.
- the soft magnetic portions 151 and 152 are formed by embedding a soft magnetic material such as permalloy, for example, by a technique such as plating in the openings opened in the regions 151a and 152a of the support portion 120, respectively.
- the soft magnetic parts 151 and 152 are formed integrally with the support part 120, whereby the strength of the support part 120 or the substrate 100a can be ensured.
- the soft magnetic part 151 is an example of a “first soft magnetic part” according to the present invention
- the soft magnetic part 152 is an example of a “second soft magnetic part” according to the present invention.
- permanent magnets 161 and 162 and a magnetic yoke 191 are arranged on the back surface of the substrate 100a (that is, the surface different from the surface on which the driving coil 140 is provided).
- the permanent magnet 161 is an example of the “first permanent magnet” according to the present invention, and is a rod-shaped or column-shaped permanent magnet provided to face the soft magnetic portion 151.
- the permanent magnet 161 is arranged such that one magnetic pole (N pole in this embodiment) faces the soft magnetic portion 151 and the other magnetic pole (S pole in this embodiment) faces a magnetic yoke 191 described later. Yes.
- FIG. 1 shows a region 161a in which the permanent magnet 161 is disposed.
- the permanent magnet 162 is an example of the “second permanent magnet” according to the present invention, and is a rod-shaped or column-shaped permanent magnet provided to face the soft magnetic portion 152.
- the permanent magnet 162 is arranged such that one magnetic pole (N pole in this embodiment) faces a magnetic yoke 191 described later and the other magnetic pole (S pole in this embodiment) faces a soft magnetic portion 152. Yes.
- FIG. 1 shows a region 162a where the permanent magnet 162 is disposed.
- the magnetic yoke 191 is a soft magnetic plate made of a soft magnetic material, and is disposed on the opposite side of the substrate 100a with respect to the permanent magnets 161 and 162.
- the magnetic yoke 191 is formed to face the permanent magnets 161 and 162 and magnetically couples the permanent magnet 161 and the permanent magnet 162.
- the magnetic yoke 191 is an example of the “third soft magnetic plate” according to the present invention.
- the magnetic yokes 171 and 172, the permanent magnets 181 and 182 and the magnetic yoke 192 are arranged on the surface of the substrate 100a (that is, the surface on which the driving coil 140 is provided).
- the magnetic yoke 171 is a soft magnetic plate made of a soft magnetic material, and is formed so as to face the soft magnetic portion 151.
- the magnetic yoke 171 has a main body portion that faces the soft magnetic portion 151 and an extending portion that extends from the main body portion toward the movable portion 110. That is, the magnetic yoke 171 is formed so as to be closer to the movable portion 110 than the permanent magnet 161 and the soft magnetic portion 151.
- FIG. 1 shows a region 171a where the magnetic yoke 171 is disposed, a region 171aa where the main body of the magnetic yoke 171 is disposed, and a region 171ab where the extending portion of the magnetic yoke 171 is disposed. Yes.
- the magnetic yoke 171 is an example of the “first soft magnetic plate” according to the present invention.
- the magnetic yoke 172 is a soft magnetic plate made of a soft magnetic material, and is formed to face the soft magnetic part 152.
- the magnetic yoke 172 includes a main body portion that faces the soft magnetic portion 152 and an extending portion that extends from the main body portion toward the movable portion 110. That is, the magnetic yoke 172 is formed so as to be closer to the movable part 110 than the permanent magnet 162 and the soft magnetic part 152.
- FIG. 1 shows a region 172a where the magnetic yoke 172 is disposed, a region 172aa where the main body of the magnetic yoke 172 is disposed, and a region 172ab where the extending portion of the magnetic yoke 172 is disposed.
- the magnetic yoke 172 is an example embodiment that corresponds to the “second soft magnetic plate” according to the present invention.
- the permanent magnet 181 is an example of the “third permanent magnet” according to the present invention, and is a rod-like or column-like permanent provided to face the magnetic yoke 171 (in other words, to face the soft magnetic portion 151). It is a magnet.
- the permanent magnet 181 is arranged such that one magnetic pole (N pole in this embodiment) faces the magnetic yoke 171 and the other magnetic pole (S pole in this embodiment) faces a magnetic yoke 192 described later. .
- the permanent magnet 182 is an example of the “fourth permanent magnet” according to the present invention, and is a rod-like or column-like permanent provided to face the magnetic yoke 172 (in other words, to face the soft magnetic portion 152). It is a magnet.
- the permanent magnet 182 is arranged such that one magnetic pole (N pole in this embodiment) faces a magnetic yoke 192, which will be described later, and the other magnetic pole (S pole in this embodiment) faces a magnetic yoke 172. .
- the magnetic yoke 192 is a soft magnetic plate made of a soft magnetic material, and is disposed on the opposite side of the permanent magnets 181 and 182 from the substrate 100a or the magnetic yokes 171 and 172.
- the magnetic yoke 192 has an opening in a region corresponding to the upper part of the movable part 110. This is because when laser light is scanned, light can enter and exit.
- the magnetic yoke 191 is formed to face the permanent magnets 181 and 182 and magnetically couples the permanent magnet 161 and the permanent magnet 162.
- the magnetic yoke 192 is an example of the “fourth soft magnetic plate” according to the present invention.
- the actuator 100 is configured such that the magnetic flux from the permanent magnet 161 passes through the soft magnetic portion 151, the magnetic yoke 171, the driving coil 140 (see FIG. 1), the magnetic yoke 172, and the soft magnetic portion 152. 162, and returns to the permanent magnet 161 via the magnetic yoke 191. That is, in the actuator 100, the permanent magnets 161 and 162 and the magnetic yoke 191 provided on the back surface side of the substrate 100a, the magnetic yokes 171 and 172 provided on the surface side of the substrate 100a, and the support portion 120 are penetrated.
- the formed soft magnetic portions 151 and 152 constitute a first magnetic circuit. Since it is comprised in this way, the static magnetic field along the surface of the movable part 110 (along the X direction of FIG. 1) can be applied to the drive coil 140.
- the magnetic flux from the permanent magnet 181 enters the permanent magnet 182 via the magnetic yoke 171, the driving coil 140 (see FIG. 1) and the magnetic yoke 172, and passes through the magnetic yoke 192 permanently. It is configured to return to the magnet 181. That is, in the actuator 100, the second magnetic circuit is configured by the permanent magnets 181 and 182 and the magnetic yokes 192, 171 and 172. Since it is comprised in this way, the static magnetic field along the surface of the movable part 110 (along the X direction of FIG. 1) can be more reliably applied to the drive coil 140.
- an electromagnetic driving force (Lorentz force) is applied to the driving coil 140 by causing a current to flow through the driving coil 140 to which a static magnetic field along the surface of the movable portion 110 is applied.
- the movable portion 110 can be driven (that is, oscillated).
- the soft magnetic portions 151 and 152 penetrate the support portion 120 in the two regions 151a and 152a that sandwich the movable portion 110 in the support portion 120, respectively. It is formed to do.
- the soft magnetic parts 151 and 152 are made of a soft magnetic material such as permalloy, for example, and have a much lower magnetic resistance than the support part 120 made of a nonmagnetic material such as silicon. Therefore, when the static magnetic field generated by the permanent magnets 161 and 162 is applied to the driving coil 140 via the support portion 120 made of a nonmagnetic material such as silicon without providing the soft magnetic portions 151 and 152.
- the magnetoresistance of the static magnetic field applied to the driving coil 140 can be lowered. Therefore, for example, even if the sizes of the permanent magnets 161 and 162 are reduced, the static magnetic field to be applied can be reliably applied to the driving coil 140. Thereby, it becomes possible to reduce the size of the actuator 100 by reducing the size of the permanent magnets 161 and 162.
- the magnetic resistance of the soft magnetic portions 151 and 152 made of a soft magnetic material such as permalloy is about 1/1000 times the magnetic resistance of the support portion 120 made of a nonmagnetic material such as silicon. is there.
- the soft magnetic portions 151 and 152 are embedded in the openings formed in the regions 151a and 152a of the support portion 120 by a technique such as plating, for example. It is formed by being.
- the soft magnetic parts 151 and 152 are formed integrally with the support part 120, whereby the strength of the support part 120 or the substrate 100a can be ensured. Therefore, if the soft magnetic body portions 151 and 152 are not formed in the opening portion formed in the support portion 120 (for example, without forming the magnetic body portions 151 and 152 after forming the opening portion in the support portion 120).
- the permanent magnet or the magnetic yoke is disposed), it is possible to almost completely or practically eliminate the breakage of the support portion 120 and unnecessary vibration when the movable portion 110 is swung.
- the actuator 100 includes (i) permanent magnets 161 and 162 and a magnetic yoke 191 provided on the back side of the substrate 100a, and magnetic yokes 171 and 172 provided on the surface side of the substrate 100a. And a first magnetic circuit composed of soft magnetic parts 151 and 152 formed so as to penetrate the support part 120, (ii) permanent magnets 181 and 182 provided on the surface side of the substrate 100a, and A static magnetic field is applied to the driving coil 140 by the second magnetic circuit constituted by the magnetic yokes 192, 171 and 172.
- the movable part 110 can be driven more efficiently. Furthermore, by providing the permanent magnets 181 and 182 and the magnetic yoke 192, the strength of the actuator 100 can be increased.
- a static magnetic field may be applied to the driving coil 140 only by the first magnetic circuit described above.
- the actuator 100 may not include the permanent magnets 181 and 182 and the magnetic yoke 192.
- the actuator 100 can be further downsized.
- the soft magnetic material constituting each of the magnetic yokes 171, 172, 191 and 192 is preferably as having a higher magnetic permeability. As the magnetic permeability increases, the leakage of magnetic flux can be suppressed, and a static magnetic field can be efficiently applied by the driving coil 140. Therefore, the movable part 110 can be driven more efficiently.
- the actuator 100 since the soft magnetic portions 151 and 152 are formed in the two regions 151a and 152a sandwiching the movable portion 110 in the support portion 120, for example, the actuator It is possible to reduce the size while securing the strength of 100.
- FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a substrate included in the actuator according to the second embodiment.
- the same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
- the actuator 200 according to the second embodiment differs from the actuator 100 according to the first embodiment described above in that it includes a substrate 200a instead of the substrate 100a according to the first embodiment.
- the configuration is substantially the same as that of the actuator 100 according to the first embodiment described above.
- the actuator 200 according to the second embodiment is a planar type electromagnetic drive actuator used for scanning of laser light, for example, like the actuator 100 according to the first embodiment described above.
- the actuator 200 includes a substrate 200a including movable parts 211 and 212, a support part 120, torsion bars 231 and 232, and the like.
- the actuator 200 includes permanent magnets 161 and 162, magnetic yokes 171 and 172, permanent magnets 181 and 182, magnetic yoke 191, and magnetic yoke 192 in substantially the same manner as the actuator 100 according to the first embodiment. (See FIG. 2).
- the substrate 200 a has movable parts 211 and 212, a support part 120, and torsion bars 231 and 232.
- the movable portions 211 and 212, the support portion 120, and the torsion bars 231 and 232 are integrally formed from a nonmagnetic substrate such as a silicon substrate, for example.
- the movable part 212 is pivotally supported on the movable part 211 by a torsion bar 232 so as to be swingable.
- a mirror 800 that reflects laser light is formed on the surface of the movable portion 212.
- the movable part 211 is formed in a frame shape so as to surround the movable part 212, and is pivotally supported on the support part 120 by a torsion bar 231 so as to be swingable.
- the torsion bars 231 and 232 are formed so as to extend in directions intersecting each other.
- the torsion bar 231 is formed so as to extend along the X direction
- the torsion bar 232 is formed so as to extend along the Y direction intersecting with the X direction.
- a driving coil 140 is formed on the surface of the movable portion 211 so as to surround the movable portion 212.
- the movable part 211 is configured to be swingable with respect to the support part 120 with the axis along the direction in which the torsion bar 231 extends as the central axis.
- the movable portion 212 is configured to be swingable with respect to the movable portion 211 with an axis along the direction in which the torsion bar 232 extends as a central axis.
- the movable part 212 swings with respect to the support part 120 about the axis along the direction in which the torsion bar 231 extends (for example, the X axis) and the axis along the direction in which the torsion bar 232 extends (for example, the Y axis). It is configured to be movable.
- a pair of soft magnetic portions 151 and 152 made of a soft magnetic material are formed so as to penetrate the support portion 120 in two regions 151a and 152a sandwiching the movable portions 211 and 212 in the support portion 120. ing.
- the soft magnetic portions 151 and 152 are formed on opposite sides to each of an axis along the direction in which the torsion bar 231 extends (for example, the X axis) and an axis along the direction in which the torsion bar 232 extends (for example, the Y axis). ing.
- the soft magnetic parts 151 and 152 are formed so as to be substantially point-symmetric with respect to the movable part 212 as a symmetry point (a center of symmetry) in the substrate 200a.
- the actuator 200 by passing a current through the driving coil 140 to which a static magnetic field from the soft magnetic unit 151 side toward the soft magnetic unit 152 side is applied along the surface of the support unit 120, An electromagnetic driving force (Lorentz force) is generated in the driving coil 140, and the movable portion 212 can be swung with two axes (for example, the X axis and the Y axis) as the central axes.
- Two axes for example, the X axis and the Y axis
- the actuator 200 according to the present embodiment can be reduced in size, for example, while ensuring the strength of the actuator 200, for example, in substantially the same manner as the actuator 100 according to the first embodiment described above.
- FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a substrate included in the actuator according to the third embodiment.
- the same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
- the actuator 300 according to the third embodiment includes the soft magnetic portions 351 and 352 instead of the soft magnetic portions 151 and 152 in the first embodiment, and the actuator 100 according to the first embodiment described above.
- the configuration is substantially the same as that of the actuator 100 according to the first embodiment described above.
- the soft magnetic portions 351 and 352 each have a honeycomb structure. That is, the soft magnetic portion 351 is formed by embedding a soft magnetic material in a plurality of openings formed in a hexagonal shape in the region 151 a of the support portion 120, and the soft magnetic portion 352 is formed in the region 152 a of the support portion 120. A soft magnetic material is embedded in a plurality of openings formed in hexagonal shapes. Therefore, for example, compared with the actuator 100 according to the first embodiment, the strength of the actuator 200 can be improved.
- the soft magnetic portions 351 and 352 are not limited to the honeycomb structure, and are formed by embedding a soft magnetic material in a plurality of openings formed in each of the regions 151a and 152a of the support portion 120. Also good. Also in this case, the strength of the actuator 200 can be improved.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the actuator according to the fourth embodiment, and is a cross-sectional view having the same concept as in FIG.
- the same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
- the actuator 400 according to the fourth embodiment includes the magnetic yoke 491 instead of the magnetic yoke 191 in the first embodiment, and further includes the soft magnetic portion 550 and the case 510 described above.
- the other configuration is substantially the same as the actuator 100 according to the first embodiment described above.
- the soft magnetic part 550 is an example of the “third soft magnetic part” according to the present invention.
- the actuator 400 includes a magnetic yoke 491, permanent magnets 161 and 162, a substrate 100a, magnetic yokes 171 and 172, permanent magnets 181 and 182 in a case 510.
- the magnetic yoke 192 is housed in this order.
- FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the case 510.
- the case 510 is a rectangular parallelepiped box, and a protruding portion 512 that protrudes upward is provided at the center of the bottom surface portion 511 thereof.
- FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the bottom surface portion 511 and the protruding portion 512, the magnetic yoke 491, and the soft magnetic portion 550 of the case 510.
- the magnetic yoke 491 has an opening 491 h corresponding to the protruding portion 512.
- a protrusion 512 is located in the opening 491 h of the magnetic yoke 491. That is, the magnetic yoke 491 is formed with an opening 491h for avoiding the protruding portion 512. Thereby, the magnetic yoke 491 can be accommodated in the case 510 without being obstructed by the protruding portion 512.
- a soft magnetic portion 550 made of a soft magnetic material is provided on the upper surface of the protruding portion 512 of the case 510 so as to face the movable portion 110. Therefore, a static magnetic field can be applied from the front surface side to the back surface side (or from the back surface side to the front surface side) between the magnetic yoke 171 and the magnetic yoke 172 with respect to the driving coil 140 (see FIG. 1). The static magnetic field can be applied to the driving coil 140 more efficiently. Therefore, the movable part 110 can be driven more efficiently.
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Abstract
アクチュエータ(100)は、非磁性基板から一体的に形成された、可動部(110)と、この可動部を取り囲む支持部(120)と、可動部が揺動可能なように可動部と支持部とを接続するトーションバー(130)と、を備える。このアクチュエータは、可動部に設けられた駆動用コイル(140)と、支持部における可動部を挟み込む2つの領域に支持部を貫通するように軟磁性材料から形成された一対の第1及び第2軟磁性部(151、152)と、この第1及び第2軟磁性部を介して駆動用コイルに静磁界を印加する静磁界印加手段(151、152、191、171、172)と、を更に備える。
Description
本発明は、例えばミラー等が設けられた可動部を駆動するMEMSスキャナー等のアクチュエータの技術分野に関する。
例えば、ディスプレイ、プリンティング装置、精密測定、精密加工、情報記録再生などの多様な技術分野において、半導体プロセス技術によって製造されるMEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスについての研究が活発に進められている。このようなMEMSデバイスとして、レーザー光のスキャニングに用いられるプレーナ型電磁駆動アクチュエータ(「MEMSスキャナー」とも呼ばれる)が知られている(例えば特許文献1参照)。このようなプレーナ型電磁駆動アクチュエータは、一般的には、シリコン基板等の非磁性基板から一体的に形成された、可動板と、可動板を取り囲む枠状の支持部と、可動板を支持部に対して揺動可能に軸支するトーションバーとを備えている。可動板の表面の中央にはミラーが形成され、その周囲に駆動用コイルが形成される。そして、駆動用コイルと交差する、可動板に沿った静磁界を発生させるために、支持部の裏面(即ち、可動板の表面とは異なる面)側に、可動板を挟み込むように一対の永久磁石が配置される。このように構成されたプレーナ型電磁駆動アクチュエータによれば、駆動用コイルに電流を流すことで、駆動用コイルに電磁駆動力(ローレンツ力)を発生させ、可動板を駆動することが可能となる。
なお、その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
しかしながら、前述したような従来のプレーナ型電磁駆動アクチュエータによれば、永久磁石によって発生する静磁界を、磁気抵抗が大きい非磁性基板を介して可動板上の駆動用コイルに印加するので、可動板を駆動するのに十分な静磁界を得るためには、永久磁石のサイズを比較的大きくせざるを得ない。このため、従来のプレーナ型電磁駆動アクチュエータには、小型化を図ることが困難であるという技術的問題点がある。
本発明は、例えば前述した従来の問題点に鑑みなされたものであり、例えば小型化を図ることが可能なアクチュエータを提供することを課題とする。
本発明のアクチュエータは上記課題を解決するために、非磁性基板から一体的に形成された、可動部と、該可動部を取り囲む支持部と、前記可動部が揺動可能なように前記可動部と前記支持部とを接続するトーションバーと、を備えたアクチュエータであって、前記可動部に設けられた駆動用コイルと、前記支持部における前記可動部を挟み込む2つの領域に前記支持部を貫通するように軟磁性材料から形成された一対の第1及び第2軟磁性部と、該第1及び第2軟磁性部を介して前記駆動用コイルに静磁界を印加する静磁界印加手段と、を更に備える。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
本実施形態に係るアクチュエータは上記課題を解決するために、非磁性基板から一体的に形成された、可動部と、該可動部を取り囲む支持部と、前記可動部が揺動可能なように前記可動部と前記支持部とを接続するトーションバーと、を備えたアクチュエータであって、前記可動部に設けられた駆動用コイルと、前記支持部における前記可動部を挟み込む2つの領域に前記支持部を貫通するように軟磁性材料から形成された一対の第1及び第2軟磁性部と、該第1及び第2軟磁性部を介して前記駆動用コイルに静磁界を印加する静磁界印加手段と、を更に備える。
本実施形態に係るアクチュエータは、例えばレーザー光のスキャニングに用いられるプレーナ型電磁駆動アクチュエータであり、可動部と、可動部を取り囲む支持部と、可動部が揺動可能なように可動部と支持部とを接続するトーションバーとを備えている。可動部、支持部及びトーションバーは、例えばシリコン基板等の非磁性基板から一体的に形成される。可動部には、駆動用コイルが設けられる。典型的には、駆動用コイルは、可動部の表面側に設けられたミラー(即ち、光を反射する反射部)を取り囲むように、可動部の表面に設けられる。
本実施形態では、一対の第1及び第2軟磁性部と、駆動用コイルに静磁界を印加する静磁界印加手段とを備える。第1及び第2軟磁性部は、例えばパーマロイ等の高い透磁率を有する軟磁性材料から形成されており、例えばシリコン基板等の非磁性基板から形成される支持部よりも非常に磁気抵抗が低い。なお、非磁性材料の一例であるシリコンの比透磁率(即ち、真空の透磁率に対する比)は約1であり、軟磁性材料の一例であるパーマロイの比透磁率は約1000である。つまり、パーマロイの磁気抵抗は、シリコンの磁気抵抗の約1000分の1である。第1及び第2軟磁性部は、支持部における可動部を挟み込む2つの領域に、支持部を貫通するように形成されている。例えば、第1及び第2軟磁性部は、支持部を貫通するように開口された開口部に軟磁性材料が埋め込まれることにより形成される。静磁界印加手段は、典型的には、可動部の駆動用コイルが設けられた表面とは異なる裏面側に、第1及び第2軟磁性部に対向するように夫々設けられた第1及び第2永久磁石を有し、第1及び第2永久磁石によって発生する静磁界を、可動部の表面に沿うように駆動用コイルに印加する。よって、駆動用コイルに電流を流すことで、駆動用コイルに電磁駆動力(ローレンツ力)を発生させ、可動部を駆動することができる。
ここで本実施形態では特に、前述したように、支持部における可動部を挟み込む2つの領域に、支持部を貫通するように透磁率の高い軟磁性材料から形成された一対の第1及び第2軟磁性部と、該第1及び第2軟磁性部を介して駆動用コイルに静磁界を印加する静磁界印加手段とを備える。
よって、例えば、非磁性基板から形成される支持部を介して駆動用コイルに静磁界を印加する場合と比較して、駆動用コイルに印加する静磁界についての磁気抵抗を低くすることができる。したがって、例えば、静磁界印加手段を構成する永久磁石のサイズを小さくしても、駆動用コイルに、印加すべき静磁界を確実に印加することが可能となる。これにより、例えば静磁界印加手段を構成する永久磁石のサイズを小さくすることで、当該アクチュエータの小型化を図ることが可能となる。
以上説明したように、本実施形態に係るアクチュエータによれば、当該アクチュエータの小型化を図ることができる。
本実施形態に係るアクチュエータの一態様では、前記静磁界印加手段は、前記可動部の前記駆動用コイルが設けられた表面とは異なる裏面側に、前記第1及び第2軟磁性部に対向するように夫々設けられた第1及び第2永久磁石と、前記表面側に、前記第1及び第2軟磁性部に対向するように夫々設けられ、軟磁性材料から形成された第1及び第2軟磁性板と、前記第1永久磁石における前記第1軟磁性部と対向する側とは反対側に配置され、前記第1及び第2永久磁石を磁気的に連結する第3軟磁性板と、を有し、前記第1永久磁石からの磁束が、前記第1軟磁性部、前記第1軟磁性板、前記駆動用コイル、前記第2軟磁性板、前記第2軟磁性部を経由して、前記第2永久磁石に入り、前記第3軟磁性板を経由して前記第1永久磁石に戻るように構成されている。
この態様によれば、裏面側に設けられた第1及び第2永久磁石並びに第3軟磁性板と、表面側に設けられた第1及び第2軟磁性板と、支持部を貫通するように形成された第1及び第2軟磁性部とによって第1の磁気回路が構成される。ここで、第1及び第2軟磁性板を、前記可動板を挟み込むように設置し、かつ各々が対向する面を駆動用コイル近傍に配置することで、永久磁石からの磁束を駆動用コイル近傍まで効率良く導くことができる。よって、駆動用コイルに、可動部の表面に沿った静磁界を確実に印加することができる。
前述した、静磁界印加手段が第1及び第2永久磁石、第1及び第2軟磁性板並びに第3軟磁性板を有する態様では、前記表面側に、前記第1及び第2軟磁性部に対向するように夫々設けられた第3及び第4永久磁石と、前記第3永久磁石における前記第1軟磁性部と対向する側とは反対側に配置され、前記第3及び第4永久磁石を磁気的に連結する第4軟磁性板と、を更に備え、前記第3永久磁石からの磁束が、前記第1軟磁性板、前記駆動用コイル及び前記第2軟磁性板を経由して、前記第4永久磁石に入り、前記第4軟磁性板を経由して前記第3永久磁石に戻るように構成されている。
この態様によれば、表面側に設けられた第3及び第4永久磁石、第4軟磁性板並びに第1及び第2軟磁性板によって第2の磁気回路が構成される。よって、駆動用コイルに印加する可動部の表面に沿った静磁界の大きさをより大きくすることができる。したがって、可動部をより効率的に駆動することが可能となる。
前述した、静磁界印加手段が第1及び第2永久磁石、第1及び第2軟磁性板並びに第3軟磁性板を有する態様では、前記静磁界印加手段は、前記裏面側に、前記可動部に対向するように設けられ、軟磁性材料から形成された第3軟磁性部を更に有していてもよい。
この場合には、表面側に設けられた第1及び第2軟磁性板間で、駆動用コイルに対して静磁界を表面側から裏面側(あるいは裏面側から表面側)に向かって印加することができ、静磁界をより効率的に駆動用コイルに印加することができる。よって、可動部をより効率的に駆動することが可能となる。
以下、本発明の実施例について図を参照しつつ説明する。
<第1実施例>
第1実施例に係るアクチュエータについて、図1及び図2を参照して説明する。
第1実施例に係るアクチュエータについて、図1及び図2を参照して説明する。
まず、本実施例に係るアクチュエータの構成について、図1及び図2を参照して説明する。
図1は、本実施例に係るアクチュエータが有する基板の構成を示す平面図であり、図2は、本実施例に係るアクチュエータの構成を示す断面図である。なお、図2は、図1におけるII-II’線での断面に相当する。
図1及び図2において、本実施例に係るアクチュエータ100は、例えばレーザー光のスキャニングに用いられるプレーナ型電磁駆動アクチュエータ(即ち、MEMSスキャナー)である。アクチュエータ100は、可動部110、支持部120及びトーションバー130などを含んでなる基板100aと、永久磁石161及び162と、磁気ヨーク171及び172と、永久磁石181及び182と、磁気ヨーク191と、磁気ヨーク192とを備えている。
図1において、基板100aは、可動部110、支持部120及びトーションバー130を有している。可動部110、支持部120及びトーションバー130は、例えばシリコン基板等の非磁性基板から一体的に形成されている。即ち、可動部110、支持部120及びトーションバー130は、例えばシリコン基板等の非磁性基板の一部が除去されることにより間隙900が形成されることで形成されている。
可動部110は、揺動可能なようにトーションバー130によって支持部120に軸支されている。可動部110の表面には、レーザー光を反射するミラー800が形成され、このミラー800を囲むように駆動用コイル140(駆動用コイル形成領域のみを図示しており、コイル配線は明示せず)が形成されている。基板100aには、駆動用コイル140に電流を流すための配線145が形成されている。可動部110は、トーションバー130が延びる方向(図1においてY方向)に沿った軸を中心軸として揺動(或いは回動)可能に構成されている。
支持部120は、可動部110を取り囲むような枠形状を有しており、トーションバー130によって可動部110と接続されている。
トーションバー130は、可動部110が支持部120に対して揺動可能なように、可動部110と支持部120とを接続する。
本実施例では特に、支持部120における可動部110を挟み込む2つの領域151a及び152aに、支持部120を貫通するように軟磁性材料から形成された一対の軟磁性部151及び152が形成されている。
軟磁性部151及び152は、それぞれ、支持部120の領域151a及び152aに開口された開口部に、例えばパーマロイ等の軟磁性材料が例えばメッキ等の手法により埋め込まれることで形成されている。このように軟磁性部151及び152が支持部120と一体的に形成されることにより、支持部120あるいは基板100aの強度を確保することができる。なお、軟磁性部151は本発明に係る「第1軟磁性部」の一例であり、軟磁性部152は本発明に係る「第2軟磁性部」の一例である。
図2において、基板100aの裏面(即ち、駆動用コイル140が設けられた面とは異なる面)側には、永久磁石161及び162と、磁気ヨーク191とが配置されている。
永久磁石161は、本発明に係る「第1永久磁石」の一例であり、軟磁性部151に対向するように設けられた棒状あるいは柱状の永久磁石である。永久磁石161は、一方の磁極(本実施例ではN極)が軟磁性部151に対向し、他方の磁極(本実施例ではS極)が後述する磁気ヨーク191に対向するように配置されている。なお、図1には、永久磁石161が配置される領域161aが示されている。
永久磁石162は、本発明に係る「第2永久磁石」の一例であり、軟磁性部152に対向するように設けられた棒状あるいは柱状の永久磁石である。永久磁石162は、一方の磁極(本実施例ではN極)が後述する磁気ヨーク191に対向し、他方の磁極(本実施例ではS極)が軟磁性部152に対向するように配置されている。なお、図1には、永久磁石162が配置される領域162aが示されている。
磁気ヨーク191は、軟磁性材料からなる軟磁性板であり、永久磁石161及び162に対して基板100aとは反対側に配置されている。磁気ヨーク191は、永久磁石161及び162に対向するように形成されており、永久磁石161と永久磁石162とを磁気的に連結する。なお、磁気ヨーク191は、本発明に係る「第3軟磁性板」の一例である。
基板100aの表面(即ち、駆動用コイル140が設けられた面)側には、磁気ヨーク171及び172と、永久磁石181及び182と、磁気ヨーク192とが配置されている。
磁気ヨーク171は、軟磁性材料からなる軟磁性板であり、軟磁性部151に対向するように形成されている。磁気ヨーク171は、軟磁性部151に対向する本体部と、該本体部から可動部110側に延設された延設部とを有している。即ち、磁気ヨーク171は、永久磁石161や軟磁性部151よりも可動部110に近接するように形成されている。なお、図1には、磁気ヨーク171が配置される領域171aと、磁気ヨーク171の本体部が配置される領域171aaと、磁気ヨーク171の延設部が配置される領域171abとが示されている。磁気ヨーク171は、本発明に係る「第1軟磁性板」の一例である。
磁気ヨーク172は、軟磁性材料からなる軟磁性板であり、軟磁性部152に対向するように形成されている。磁気ヨーク172は、軟磁性部152に対向する本体部と、該本体部から可動部110側に延設された延設部とを有している。即ち、磁気ヨーク172は、永久磁石162や軟磁性部152よりも可動部110に近接するように形成されている。なお、図1には、磁気ヨーク172が配置される領域172aと、磁気ヨーク172の本体部が配置される領域172aaと、磁気ヨーク172の延設部が配置される領域172abとが示されている。磁気ヨーク172は、本発明に係る「第2軟磁性板」の一例である。
永久磁石181は、本発明に係る「第3永久磁石」の一例であり、磁気ヨーク171に対向するように(言い換えれば、軟磁性部151に対向するように)設けられた棒状あるいは柱状の永久磁石である。永久磁石181は、一方の磁極(本実施例ではN極)が磁気ヨーク171に対向し、他方の磁極(本実施例ではS極)が後述する磁気ヨーク192に対向するように配置されている。
永久磁石182は、本発明に係る「第4永久磁石」の一例であり、磁気ヨーク172に対向するように(言い換えれば、軟磁性部152に対向するように)設けられた棒状あるいは柱状の永久磁石である。永久磁石182は、一方の磁極(本実施例ではN極)が後述する磁気ヨーク192に対向し、他方の磁極(本実施例ではS極)が磁気ヨーク172に対向するように配置されている。
磁気ヨーク192は、軟磁性材料からなる軟磁性板であり、永久磁石181及び182に対して基板100aあるいは磁気ヨーク171及び172とは反対側に配置されている。また、磁気ヨーク192は、可動部110の上部に相当する領域に開口部を有する。これは、レーザー光をスキャンする場合、光の入出射を可能とするためである。磁気ヨーク191は、永久磁石181及び182に対向するように形成されており、永久磁石161と永久磁石162とを磁気的に連結する。磁気ヨーク192は、本発明に係る「第4軟磁性板」の一例である。
図2において、アクチュエータ100は、永久磁石161からの磁束が、軟磁性部151、磁気ヨーク171、駆動用コイル140(図1参照)、磁気ヨーク172、軟磁性部152を経由して、永久磁石162に入り、磁気ヨーク191を経由して永久磁石161に戻るように構成されている。即ち、アクチュエータ100では、基板100aの裏面側に設けられた永久磁石161及び162並びに磁気ヨーク191と、基板100aの表面側に設けられた磁気ヨーク171及び172と、支持部120を貫通するように形成された軟磁性部151及び152とによって第1の磁気回路が構成されている。このように構成されているので、駆動用コイル140に、可動部110の表面に沿った(図1のX方向に沿った)静磁界を印加することができる。
更に、アクチュエータ100は、永久磁石181からの磁束が、磁気ヨーク171、駆動用コイル140(図1参照)及び磁気ヨーク172を経由して、永久磁石182に入り、磁気ヨーク192を経由して永久磁石181に戻るように構成されている。即ち、アクチュエータ100では、永久磁石181及び182、並びに磁気ヨーク192、171及び172によって第2の磁気回路が構成されている。このように構成されているので、駆動用コイル140に、可動部110の表面に沿った(図1のX方向に沿った)静磁界をより確実に印加することができる。
このように構成されたアクチュエータ100によれば、可動部110の表面に沿った静磁界が印加された駆動用コイル140に電流を流すことで、駆動用コイル140に電磁駆動力(ローレンツ力)を発生させ、可動部110を駆動する(即ち、揺動させる)ことができる。
次に、本実施例に係るアクチュエータ100に特徴的な構成及びその効果について、図1及び図2を参照して説明する。
図1及び図2において、本実施例では特に、前述したように、支持部120における可動部110を挟み込む2つの領域151a及び152aに、それぞれ、軟磁性部151及び152が、支持部120を貫通するように形成されている。軟磁性部151及び152は、例えばパーマロイ等の軟磁性材料からなり、例えばシリコン等の非磁性材料からなる支持部120よりも磁気抵抗が非常に低い。よって、仮に、軟磁性部151及び152を設けずに、永久磁石161及び162によって発生する静磁界を、例えばシリコン等の非磁性材料からなる支持部120を介して駆動用コイル140に印加する場合と比較して、駆動用コイル140に印加する静磁界についての磁気抵抗を低くすることができる。したがって、例えば、永久磁石161及び162のサイズを小さくしても、駆動用コイル140に、印加すべき静磁界を確実に印加することが可能となる。これにより、永久磁石161及び162のサイズを小さすることで、当該アクチュエータ100の小型化を図ることが可能となる。なお、本実施例では、例えばパーマロイ等の軟磁性材料からなる軟磁性部151及び152の磁気抵抗は、例えばシリコン等の非磁性材料からなる支持部120の磁気抵抗の約1000分の1倍である。
更に、本実施例では特に、前述したように、軟磁性部151及び152は、それぞれ、支持部120の領域151a及び152aに開口された開口部に、軟磁性材料が例えばメッキ等の手法により埋め込まれることで形成されている。このように軟磁性部151及び152が支持部120と一体的に形成されることにより、支持部120あるいは基板100aの強度を確保することができる。よって、仮に、支持部120に形成された開口部に軟磁性体部151及び152に形成しない場合(例えば、支持部120に開口部を形成した後に、磁性体部151及び152を形成せずに、永久磁石や磁気ヨークを配置する場合)には生じ得る、支持部120の破壊や、可動部110を揺動させる際の不要な振動をほとんどあるいは実践上完全に無くすことが可能となる。
加えて、本実施例では特に、アクチュエータ100は、(i)基板100aの裏面側に設けられた永久磁石161及び162並びに磁気ヨーク191と、基板100aの表面側に設けられた磁気ヨーク171及び172と、支持部120を貫通するように形成された軟磁性部151及び152とによって構成された第1の磁気回路と、(ii)基板100aの表面側に設けられた永久磁石181及び182、並びに磁気ヨーク192、171及び172によって構成された第2の磁気回路とによって、駆動用コイル140に静磁界が印加されるように構成されている。よって、例えば、第1の磁気回路のみによって駆動用コイル140に静磁界が印加される場合と比較して、より大きな静磁界を駆動用コイル140に印加することが可能となる。したがって、可動部110をより効率的に駆動することが可能となる。更に、永久磁石181及び182並びに磁気ヨーク192が設けられることで、アクチュエータ100の強度を高めることもできる。
なお、本実施例の一変形例として、前述した第1の磁気回路のみによって駆動用コイル140に静磁界が印加されるようにしてもよい。即ち、アクチュエータ100が、永久磁石181及び182並びに磁気ヨーク192を備えていなくてもよい。この場合には、永久磁石181及び182並びに磁気ヨーク192を備えていない分、アクチュエータ100をより小型化することが可能となる。
また、磁気ヨーク171、172、191及び192の各々を構成する軟磁性材料は、透磁率がより大きいほど好ましい。透磁率が大きいほど、磁束の漏洩を抑制でき、駆動用コイル140により効率的に静磁界を印加することができる。よって、可動部110をより効率的に駆動することが可能となる。
以上説明したように、本実施例に係るアクチュエータ100によれば、支持部120における可動部110を挟み込む2つの領域151a及び152aに軟磁性部151及び152が形成されているので、例えば、当該アクチュエータ100の強度を確保しつつ、小型化を図ることが可能である。
<第2実施例>
第2実施例に係るアクチュエータについて、図3を参照して説明する。
第2実施例に係るアクチュエータについて、図3を参照して説明する。
図3は、第2実施例に係るアクチュエータが有する基板の構成を示す平面図である。なお、図3において、図1及び図2に示した第1実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
図3において、第2実施例に係るアクチュエータ200は、第1実施例における基板100aに代えて基板200aを備える点で、前述した第1実施例に係るアクチュエータ100と異なり、その他の点については、前述した第1実施例に係るアクチュエータ100と概ね同様に構成されている。
図3において、第2実施例に係るアクチュエータ200は、前述した第1実施例に係るアクチュエータ100と同様に、例えばレーザー光のスキャニングに用いられるプレーナ型電磁駆動アクチュエータである。アクチュエータ200は、可動部211及び212、支持部120、トーションバー231及び232などを含んでなる基板200aを備えている。また、アクチュエータ200は、第1実施例に係るアクチュエータ100と概ね同様に、永久磁石161及び162と、磁気ヨーク171及び172と、永久磁石181及び182と、磁気ヨーク191と、磁気ヨーク192とを備えている(図2参照)。
図3において、基板200aは、可動部211及び212、支持部120、並びにトーションバー231及び232を有している。可動部211及び212、支持部120、並びにトーションバー231及び232は、例えばシリコン基板等の非磁性基板から一体的に形成されている。
可動部212は、揺動可能なようにトーションバー232によって可動部211に軸支されている。可動部212の表面には、レーザー光を反射するミラー800が形成されている。
可動部211は、可動部212を囲むように枠状に形成され、揺動可能なようにトーションバー231によって支持部120に軸支されている。トーションバー231及び232は互いに交差する方向に延びるように形成されている。本実施例では、トーションバー231は、X方向に沿って延びるように形成され、トーションバー232は、X方向に交わるY方向に沿って延びるように形成されている。可動部211の表面には、可動部212を囲むように駆動用コイル140が形成されている。
可動部211は、トーションバー231が延びる方向に沿った軸を中心軸として支持部120に対して揺動可能に構成されている。可動部212は、トーションバー232が延びる方向に沿った軸を中心軸として可動部211に対して揺動可能に構成されている。
即ち、可動部212は、支持部120に対して、トーションバー231が延びる方向に沿った軸(例えばX軸)及びトーションバー232が延びる方向に沿った軸(例えばY軸)を中心軸として揺動可能に構成されている。
本実施例では、支持部120における可動部211及び212を挟み込む2つの領域151a及び152aに、支持部120を貫通するように軟磁性材料から形成された一対の軟磁性部151及び152が形成されている。
軟磁性部151及び152は、トーションバー231が延びる方向に沿った軸(例えばX軸)及びトーションバー232が延びる方向に沿った軸(例えばY軸)の各々に対して互いに反対側に形成されている。言い換えれば、軟磁性部151及び152は、基板200aにおいて可動部212を対称点(対称中心)として概ね点対称となるように形成されている。
このように構成されたアクチュエータ200によれば、支持部120の表面に沿って軟磁性部151側から軟磁性部152側へ向かう静磁界が印加された駆動用コイル140に電流を流すことで、駆動用コイル140に電磁駆動力(ローレンツ力)を発生させ、可動部212を2つの軸(例えばX軸及びY軸)を中心軸として揺動させることができる。
本実施例に係るアクチュエータ200によっても、前述した第1実施例に係るアクチュエータ100と概ね同様に、例えば、当該アクチュエータ200の強度を確保しつつ、小型化を図ることが可能である。
<第3実施例>
第3実施例に係るアクチュエータについて、図4を参照して説明する。
第3実施例に係るアクチュエータについて、図4を参照して説明する。
図4は、第3実施例に係るアクチュエータが有する基板の構成を示す平面図である。なお、図4において、図1及び図2に示した第1実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
図4において、第3実施例に係るアクチュエータ300は、第1実施例における軟磁性部151及び152に代えて軟磁性部351及び352を備える点で、前述した第1実施例に係るアクチュエータ100と異なり、その他の点については、前述した第1実施例に係るアクチュエータ100と概ね同様に構成されている。
図4において、本実施例では特に、軟磁性部351及び352は、それぞれ、ハニカム構造を有している。即ち、軟磁性部351は、支持部120における領域151aに、六角形状にそれぞれ形成された複数の開口部に軟磁性材料が埋め込まれてなり、軟磁性部352は、支持部120における領域152aに、六角形状にそれぞれ形成された複数の開口部に軟磁性材料が埋め込まれてなる。よって、例えば第1実施例に係るアクチュエータ100と比較して、当該アクチュエータ200の強度を向上させることができる。なお、軟磁性部351及び352は、ハニカム構造に限定されるものではなく、支持部120の領域151a及び152aの各々に形成された複数の開口部に軟磁性材料が埋め込まれることにより形成されてもよい。この場合にも当該アクチュエータ200の強度を向上させることができる。
<第4実施例>
第4実施例に係るアクチュエータについて、図5から図7を参照して説明する。
第4実施例に係るアクチュエータについて、図5から図7を参照して説明する。
図5は、第4実施例に係るアクチュエータの構成を示す断面図であり、図2と同趣旨の断面図である。なお、図5において、図1及び図2に示した第1実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
図5において、第4実施例に係るアクチュエータ400は、第1実施例における磁気ヨーク191に代えて磁気ヨーク491を備える点、及び、軟磁性部550及びケース510を更に備える点で、前述した第1実施例に係るアクチュエータ100と異なり、その他の点については、前述した第1実施例に係るアクチュエータ100と概ね同様に構成されている。なお、軟磁性部550は、本発明に係る「第3軟磁性部」の一例である。
図5において、第4実施例に係るアクチュエータ400は、ケース510内に、磁気ヨーク491と、永久磁石161及び162と、基板100aと、磁気ヨーク171及び172と、永久磁石181及び182と、と、磁気ヨーク192とがこの順に収容されてなる。
図6は、ケース510の構成を示す斜視図である。
図6に示すように、ケース510は、直方体の箱であり、その底面部511の中央に上方に突出する突出部512が設けられている。
図7は、ケース510の底面部511及び突出部512、磁気ヨーク491並びに軟磁性部550の構成を示す斜視図である。
図7に示すように、磁気ヨーク491は、突出部512に対応する開口部491hを有している。磁気ヨーク491の開口部491h内に突出部512が位置している。即ち、磁気ヨーク491には、突出部512を回避するための開口部491hが形成されている。これにより、磁気ヨーク491を、突出部512によって妨げられることなく、ケース510内に収容可能になる。
図5及び図7において、本実施例では特に、ケース510の突出部512の上面には、可動部110に対向する、軟磁性材料からなる軟磁性部550が設けられている。よって、磁気ヨーク171と磁気ヨーク172との間で、駆動用コイル140(図1参照)に対して静磁界を表面側から裏面側(あるいは裏面側から表面側)に向かって印加することができ、静磁界をより効率的に駆動用コイル140に印加することができる。よって、可動部110をより効率的に駆動することが可能となる。
本発明は、前述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うアクチュエータもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
110 可動部
120 支持部
130 トーションバー
140 駆動用コイル
151、152 軟磁性部
161、162 永久磁石
171、172 磁気ヨーク
181、182 永久磁石
191、192 磁気ヨーク
351、352 軟磁性部
491 磁気ヨーク
510 ケース
550 軟磁性部
800 ミラー
120 支持部
130 トーションバー
140 駆動用コイル
151、152 軟磁性部
161、162 永久磁石
171、172 磁気ヨーク
181、182 永久磁石
191、192 磁気ヨーク
351、352 軟磁性部
491 磁気ヨーク
510 ケース
550 軟磁性部
800 ミラー
Claims (4)
- 非磁性基板から一体的に形成された、可動部と、該可動部を取り囲む支持部と、前記可動部が揺動可能なように前記可動部と前記支持部とを接続するトーションバーと、を備えたアクチュエータであって、
前記可動部に設けられた駆動用コイルと、
前記支持部における前記可動部を挟み込む2つの領域に前記支持部を貫通するように軟磁性材料から形成された一対の第1及び第2軟磁性部と、
該第1及び第2軟磁性部を介して前記駆動用コイルに静磁界を印加する静磁界印加手段と、
を更に備えたことを特徴とするアクチュエータ。 - 前記静磁界印加手段は、
前記可動部の前記駆動用コイルが設けられた表面とは異なる裏面側に、前記第1及び第2軟磁性部に対向するように夫々設けられた第1及び第2永久磁石と、
前記表面側に、前記第1及び第2軟磁性部に対向するように夫々設けられ、軟磁性材料から形成された第1及び第2軟磁性板と、
前記第1永久磁石における前記第1軟磁性部と対向する側とは反対側に配置され、前記第1及び第2永久磁石を磁気的に連結する第3軟磁性板と、
を有し、
前記第1永久磁石からの磁束が、前記第1軟磁性部、前記第1軟磁性板、前記駆動用コイル、前記第2軟磁性板、前記第2軟磁性部を経由して、前記第2永久磁石に入り、前記第3軟磁性板を経由して前記第1永久磁石に戻るように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。 - 前記表面側に、前記第1及び第2軟磁性部に対向するように夫々設けられた第3及び第4永久磁石と、
前記第3永久磁石における前記第1軟磁性部と対向する側とは反対側に配置され、前記第3及び第4永久磁石を磁気的に連結する第4軟磁性板と、
を更に備え、
前記第3永久磁石からの磁束が、前記第1軟磁性板、前記駆動用コイル及び前記第2軟磁性板を経由して、前記第4永久磁石に入り、前記第4軟磁性板を経由して前記第3永久磁石に戻るように構成されている
ことを特徴とする請求項2に記載のアクチュエータ。 - 前記静磁界印加手段は、前記裏面側に、前記可動部に対向するように設けられ、軟磁性材料から形成された第3軟磁性部を更に有することを特徴とする請求項2又は3に記載のアクチュエータ。
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2011
- 2011-07-15 WO PCT/JP2011/066271 patent/WO2013011551A1/ja active Application Filing
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