(57)【要約】【課題】大きな駆動力、かつ、高い周波数で駆動することができ、また、騒音、発熱、消費電力を低減することができるアクチュエータを提供すること。【解決手段】２自由度振動系のアクチュエータ１００であって、第１の質量部２と、第２の質量部１、１１と、第１の質量部２と第２の質量部１、１１とを支持する支持部３、３と、加熱により膨張する少なくとも１つの熱膨張部７、７と、第１の質量部２と第２の質量部１、１１とを、第１の質量部２が第２の質量部１、１１に対して回動可能となるように連結する、第１の弾性連結部５、５とを有し、第２の質量部１、１１と支持部３、３とを、第２の質量部１、１１が支持部３、３に対して回動可能となるように連結する、第２の弾性連結部４、４とを有し、熱膨張部７、７の膨張によって第２の質量部１、１１が駆動し、それに伴い第１の質量部２が回動することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の質量部と、
第２の質量部と、
前記第１の質量部と前記第２の質量部とを支持する支持部と、
加熱により膨張する少なくとも１つの熱膨張部と、
前記第１の質量部と前記第２の質量部とを、前記第１の質量部が前記第２の質量部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも１対の第１の弾性連結部と、
前記第２の質量部と前記支持部とを、前記第２の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも１対の第２の弾性連結部とを有し、
前記熱膨張部の膨張によって前記第１の質量部が駆動し、それに伴い前記第２の質量部が回動することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
第１の質量部と、
前記第１の質量部を介して該第１の質量部の一端側と他端側とにそれぞれ設けられる１対の第２の質量部と、
前記第１の質量部と前記各第２の質量部とを支持する支持部と、
加熱により膨張する少なくとも１つの熱膨張部と、
前記第１の質量部と前記各第２の質量部とを、前記第１の質量部が前記各第２の質量部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも１対の第１の弾性連結部とを有し、
前記各第２の質量部と前記支持部とを、前記各第２の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも１対の第２の弾性連結部とを有し、
前記熱膨張部の膨張によって前記各第２の質量部が駆動し、それに伴い前記第１の質量部が回動することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
前記熱膨張部を複数有し、
前記１対の第２の質量部に対応する部位に、それぞれ、前記熱膨張部が設けられている請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記熱膨張部は、前記１対の第２の質量部を、それぞれ、同期的に駆動し得るよう構成されている請求項２または３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記熱膨張部は、内部に作動流体が封入され、その一部が前記作動流体の膨張、収縮により変形可能な薄肉部により画成された流体室を有し、
加熱により前記流体が膨張し、前記薄肉部が突出変形して、前記第２の質量部を押圧駆動するよう構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記熱膨張部は、前記第２の質量部に対応して設置される基部を有し、
前記流体室は、凹部と、前記基部上の前記凹部を覆うように設けられた薄膜とを有し、前記薄膜の凹部に対応する部位が、前記薄肉部を構成する請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記熱膨張部を複数有し、
複数の前記熱膨張部の前記各流体室を互いに連通する流路を有する請求項５または６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記熱膨張部は、前記第２の質量部に対応して設置される基部に設けられている請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記熱膨脹部に対して加熱を行う加熱部を有する請求項１ないし８のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記加熱部は、電圧の印加により加熱される請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記加熱部は前記熱膨張部に接触して該熱膨張部に熱を伝達するよう構成されている請求項９または１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記熱膨張部の温度を検出する温度検出手段を有する請求項１ないし１１のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
前記温度検出手段は、前記熱膨張部に非接触でその温度を検出し得るものである請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記熱膨張部の膨張時において、前記第１の質量部または前記第２の質量部の変位を測定する変位測定手段を有する請求項１ないし１３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記変位測定手段は、前記１対の第１の弾性連結部および前記１対の第２の弾性連結部のうち少なくとも１つの内部に設けられるピエゾ抵抗素子を有する請求項１４に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
前記変位測定手段は、前記第１の質量部および前記第２の質量部に非接触でその変位を検出し得るものである請求項１４に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記温度検出手段および／または前記変位測定手段の検出結果に基づいて、前記熱膨張部の膨張量を制御するよう構成されている請求項１２ないし１６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーザープリンタ等に用いられるアクチュエータとしてポリゴンミラー（回転多面体）が知られている。
しかし、このようなポリゴンミラーにおいて、より高解像度で品質のよい印字と高速印刷を達成するには、ポリゴンミラーの回転をさらに高速にしなければならない。現在のポリゴンミラーには高速安定回転を維持するためにエアーベアリングが使用されているが、今以上の高速回転を得るのは困難となっている。また、高速にするためには、大型のモーターが必要であり、騒音、発熱、消費電力が大きいことや小型化が困難であるという問題がある。このようなポリゴンミラーを用いると、構造が複雑となり、コストが高くなるといった問題も生じる。
【０００３】
また、図９に示すような、平行平板状に電極を配置した１自由度のねじり振動子は、その構造が簡単なことから、アクチュエータの研究初期から提案されている（例えば、非特許文献１参照）。また、前記ねじり振動子をカンチレバー方式とした静電駆動型振動子も提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
図９の静電駆動型ねじり振動子は、ガラス基板１０００上の両端部にスぺーサ２００を介してシリコンの単結晶板からなる可動電極板３００の両端固定部３００ａを固定し、この可動電極板３００の両端固定部３００ａ間に、細巾のトーションバー３００ｂを介して可動電極部３００ｃを支持させ、また、その可動電極部３００ｃに電極間隔を置いて対向させる固定電極４００を、ガラス基板１０００上において前記可動電極部３００ｃに対し平行配置している。可動電極板３００と固定電極４００との間にはスイッチ６００を介して電源５００が接続される。
【０００４】
前記構成を有するねじり振動子は、可動電極部３００ｃと固定電極４００との間に電圧を印加すると、静電引力によりトーションバー３００ｂを軸として可動電極部３００ｃが回転するものである。しかし、上述した構造では、可動電極部３００ｃが電極と可動部を兼ねるため、電極間隔を狭くすると変位（回転角）に制約が生じ、また可動範囲を大きくとるためには電極間隔を大きくする必要がある。このため、低消費電力での駆動と大振幅の両立が困難であるという問題がある。また、大きな駆動力を得ることが難しいという問題がある。
【０００５】
【非特許文献１】K.E.Petersen:“Silicon Torsional Scanning Mirror”,IBMJ.Res.Develop.,vol.24(1980)、P.631
【非特許文献２】河村他：“Ｓｉを用いたマイクロメカニクスの研究”、昭和６１年度精密工学会秋季大会学術講演会論文集、P.753
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、大きな駆動力、かつ、高い周波数で駆動することができ、また、騒音、発熱、消費電力を低減することができるアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、第１の質量部と、
第２の質量部と、
前記第１の質量部と前記第２の質量部とを支持する支持部と、
加熱により膨張する少なくとも１つの熱膨張部と、
前記第１の質量部と前記第２の質量部とを、前記第１の質量部が前記第２の質量部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも１対の第１の弾性連結部と、
前記第２の質量部と前記支持部とを、前記第２の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも１対の第２の弾性連結部とを有し、
前記熱膨張部の膨張によって前記第１の質量部が駆動し、それに伴い前記第２の質量部が回動することを特徴とする。
【０００８】
これにより、容易かつ確実に第２の質量部を大きな駆動力、かつ、大きな回転角度（振れ角）で駆動することができるため、第１の質量部の回転角度（振れ角）の大きいアクチュエータを提供することができる。また、第１の質量部を高い周波数で駆動することができる。また、モーター等を使用しないため、モーター等の使用に起因する騒音、発熱、消費電力を低減することができる。また、構造を簡易なものとすることができるため、高集積化、高密度化、低コスト化を図ることができる。
【０００９】
本発明のアクチュエータは、第１の質量部と、
前記第１の質量部を介して該第１の質量部の一端側と他端側とにそれぞれ設けられる１対の第２の質量部と、
前記第１の質量部と前記各第２の質量部とを支持する支持部と、
加熱により膨張する少なくとも１つの熱膨張部と、
前記第１の質量部と前記各第２の質量部とを、前記第１の質量部が前記各第２の質量部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも１対の第１の弾性連結部とを有し、
前記各第２の質量部と前記支持部とを、前記各第２の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように連結する、少なくとも１対の第２の弾性連結部とを有し、
前記熱膨張部の膨張によって前記各第２の質量部が駆動し、それに伴い前記第１の質量部が回動することを特徴とする。
【００１０】
これにより、容易かつ確実に第２の質量部を大きな駆動力、かつ、大きな回転角度（振れ角）で駆動することができる。また、第２の質量部の回転角度に第１の質量部の回転角度が制限されないため、より第１の質量部の回転角度（振れ角）の大きいアクチュエータを提供することができる。また、モーター等を使用しないため、モーター等の使用に起因する騒音、発熱、消費電力を低減することができる。また、構造を簡易なものとすることができるため、高集積化、高密度化、低コスト化を図ることができる。
【００１１】
本発明のアクチュエータでは、前記熱膨張部を複数有し、
前記１対の第２の質量部に対応する部位に、それぞれ、前記熱膨張部が設けられていることが好ましい。
これにより、容易かつ確実に、それぞれ１対の第２の質量部を駆動することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記熱膨張部は、前記１対の第２の質量部を、それぞれ、同期的に駆動し得るよう構成されていることが好ましい。
これにより、第２の質量部の制御を簡易なものとすることができる。
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、前記熱膨張部は、内部に作動流体が封入され、その一部が前記作動流体の膨張、収縮により変形可能な薄肉部により画成された流体室を有し、
加熱により前記流体が膨張し、前記薄肉部が突出変形して、前記第２の質量部を押圧駆動するよう構成されていることが好ましい。
これにより、確実に第２の質量部を押圧駆動することができる。
【００１３】
本発明のアクチュエータでは、前記熱膨張部は、前記第２の質量部に対応して設置される基部を有し、
前記流体室は、凹部と、前記基部上の前記凹部を覆うように設けられた薄膜とを有し、前記薄膜の凹部に対応する部位が、前記薄肉部を構成することが好ましい。
これにより、容易かつ確実に薄肉部を備える流体室を形成することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記熱膨張部を複数有し、
複数の前記熱膨張部の前記各流体室を互いに連通する流路を有することが好ましい。
これにより、流体が、各流体室を移動可能となり、各流体室の圧力を略一定とすることができるため、容易かつ確実に１対の第２の質量部を同期的に駆動することができる。
【００１４】
本発明のアクチュエータでは、前記熱膨張部は、前記第２の質量部に対応して設置される基部に設けられていることが好ましい。
これにより、より確実に、第２の質量部を駆動することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記熱膨脹部に対して加熱を行う加熱部を有することが好ましい。
これにより、確実に熱膨張部を加熱することができる。
【００１５】
本発明のアクチュエータでは、前記加熱部は、電圧の印加により加熱されることが好ましい。
これにより、容易に加熱部を加熱することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記加熱部は前記熱膨張部に接触して該熱膨張部に熱を伝達するよう構成されていることが好ましい。
これにより、確実に熱膨張部に熱を伝達させることができる。
【００１６】
本発明のアクチュエータでは、前記熱膨張部の温度を検出する温度検出手段を有することが好ましい。
これにより、例えば、第２の質量部の回転角度を検出したりすることができ、また、その検出結果を、第１の質量部の振動周波数の制御に利用することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記温度検出手段は、前記熱膨張部に非接触でその温度を検出し得るものであることが好ましい。
これにより、構造を簡易なものとすることができる。
【００１７】
本発明のアクチュエータでは、前記熱膨張部の膨張時において、前記第１の質量部または前記第２の質量部の変位を測定する変位測定手段を有することが好ましい。
これにより、例えば、第２の質量部の回転角度および回転周波数を検出したりすることができ、また、その検出結果を、第１の質量部の振動周波数の制御に利用することができる。
【００１８】
本発明のアクチュエータでは、前記変位測定手段は、前記１対の第１の弾性連結部および前記１対の第２の弾性連結部のうち少なくとも１つの内部に設けられるピエゾ抵抗素子を有することが好ましい。
これにより、構造を簡易なものとすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記変位測定手段は、前記第１の質量部および前記第２の質量部に非接触でその変位を検出し得るものであることが好ましい。
これにより、構造を簡易なものとすることができる。
【００１９】
本発明のアクチュエータでは、前記温度測定手段および／または前記変位測定手段の検出結果に基づいて、前記熱膨張部の膨張量を制御するよう構成されていることが好ましい。
これにより、確実に、熱膨張部の膨張量を制御することができるため、第２の質量部の回転角度（振れ角）を所望のものとすることができる。これにより、第１の質量部の振動周波数を好適に制御することができる。
る。
【００２０】
前記基部は、前記１対の第２の質量部および第１の質量部に対応する位置に開口部が設けられているのが好ましい。
これにより、各第２の質量部をより大きな回転角度（振れ角）で駆動することができるため、第１の質量部の回転角度（振れ角）の大きいアクチュエータを提供することができる。
前記第１の質量部は、光反射部を有するのが好ましい。
これにより、本発明のアクチュエータを例えば、光スキャナとして用いた場合、光の光路を容易に変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明のアクチュエータの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明のアクチュエータの第１実施形態について説明する。
図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線での縦断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００２２】
図１に示すアクチュエータ１００は、第１の質量部（可動部）２と、平面視で略長方形状をなす１対の第２の質量部（駆動部）１、１１と、１対の支持部３、３と、対向基板６（基部）とを有している。
このアクチュエータ１００は、第１の質量部２が中心に位置し、第１の質量部２を介し、第２の質量部１が一端側（右側）に設けられ、第２の質量部１１が他端側（左側）に設けられている。また、第２の質量部１の図１中右側に一方の支持部３が配置され、第２の質量部１１の図１中左側に他方の支持部３が配置されている。
【００２３】
また、本実施形態では、第２の質量部１および１１は、略同一形状かつ略同一寸法で、第１の質量部２を介して、略対称に設けられている。
第２の質量部１、１１、第１の質量部２および支持部３、３は、それぞれ、例えば、シリコン等で構成されている。
本実施形態の第１の質量部２の表面（対向基板６が設けられている側とは反対の面側）には、光反射部２１が設けられている。
【００２４】
また、アクチュエータ１００は、図１に示すように、第２の質量部１、１１が対応する支持部３、３に対して回動可能となるように、第２の質量部１、１１と支持部３、３とを連結する１対の第２の弾性連結部４、４を有している。また、第１の質量部２が第２の質量部１、１１に対して回動可能となるように、第２の質量部１、１１と、第１の質量部２とを連結する１対の第１の弾性連結部５、５を有している。すなわち、第１の質量部２は第１の弾性連結部５、５を介して、第２の質量部１、１１にそれぞれ接続され、第２の質量部１、１１は、第２の弾性連結部４、４を介して支持部３、３にそれぞれ接続されている。また、第２の弾性連結部４と、第１の弾性連結部５とは同軸的に設けられており、これらが回動中心軸（回転軸）４１となる。
【００２５】
支持部３は、図２に示すように、対向基板６と接合している。
この対向基板６は、各種ガラスやシリコン等で構成されている。
対向基板６は、図２および図３に示すように、第２の質量部１、１１との接合面側の、第１の質量部２に対応する位置に開口部６１を有している。
また、図２および図３に示すように、対向基板６には、第２の質量部１、１１に対応する部位に設けられた凹部６２、６２と、第２の質量部１、１１との接合面側の第２の質量部１、１１の、それぞれ長手方向の一端側に対応する位置に、１対（複数）の熱膨張部７が、第１の質量部２を中心に略線対称となるように設けられている。
【００２６】
また、熱膨張部７、７は、その構成、機能が互いに同様であるので、以下では、代表的に、１つの熱膨張部７について説明する。
熱膨張部７は、対向基板６の第２の質量部１、１１との接合面側に形成された凹部７１と、薄膜７２とを有している。
この凹部７１は、例えば、図２中、対向基板６の上面からエッチング処理を施すことにより形成することができる。また、薄膜７２は、凹部７１を覆うように形成されている。また、凹部７１と薄膜７２とが流体室７３を構成している。すなわち、凹部７１と薄膜７２の凹部７１に対応する部位とが、流体室７３を画成している。また、流体室７３を画成する薄膜７２は熱膨張部７（流体室７３）のうちで最も薄く形成されている。
【００２７】
この流体室７３の内部には、流体（作動流体）７４が封入されている。
また、同じく流体室７３の内部には、加熱部（加熱手段）７５が設けられている。加熱部７５は、ヒーターで構成されており、図示しない電源に接続されている。この加熱部７５に電圧（電流）を印加することにより、加熱部７５が加熱され、それに伴い流体７４が加熱されるよう構成されている。
【００２８】
薄膜７２は、その厚さ方向、すなわち図２において上下方向に弾性変形（弾性変位）可能に構成されている。従って、流体室７３は、加熱部７５の加熱による流体７４の膨張により、その容積が可変であり、後述するアクチュエータ１００の使用の際には、薄膜７２が突出変形して、その薄膜７２により第２の質量部１、１１を押圧駆動するよう構成されている。
上述したような構成の２自由度振動型アクチュエータにおいては、第１の質量部２と第１の弾性連結部５とからなる第１の振動系と、第２の質量部１および１１と第２の弾性連結部４とからなる第２の振動系とを構成する。
【００２９】
また、本実施形態のアクチュエータ１００は、１対の第２の弾性連結部４および１対の第１の弾性連結部５のうち少なくとも１つ、本実施形態では、図１中、第１の質量部２に対して左側の第１の弾性連結部５が、その内部にピエゾ抵抗素子（変位測定手段）４２を備えている。このピエゾ抵抗素子から第２の質量部１および１１の回転角度（変位角度）を示す検出信号が出力される。
【００３０】
また、本実施形態のアクチュエータ１００は、１対の第２の弾性連結部４および１対の第１の弾性連結部５のうち少なくとも１つ、本実施形態では、図１中、第１の質量部２に対して右側の第１の弾性連結部５が、その内部に、電熱線を有する抵抗素子（温度検出手段）４３を備えている。この抵抗素子４３の電熱線は、熱伝導性のよい銅等の金属で構成されているのが好ましい。この抵抗素子４３から電熱線の抵抗値を示す検出信号が出力される。
また、アクチュエータ１００には、図示しない制御手段が設けられている。ピエゾ抵抗素子４２と抵抗素子４３とは、それぞれ制御手段に電気的に接続されており、制御手段には、ピエゾ抵抗素子４２および抵抗素子４３からの検出信号が、それぞれ、随時入力される。
【００３１】
本実施形態のアクチュエータ１００を使用する際には、熱膨張部７の加熱部７５に電圧（電流）等を印加すると、前述したように、加熱部７５が加熱され、流体室７３の流体７４が膨張し、流体室７３の容積が増大する。これにより、薄膜７２が変形して、第２の質量部１および１１を押圧する力（以下「熱膨張力」という）が生じる。この熱膨張力により、第２の質量部１および１１が、回動中心軸４１（第２の弾性連結部４）を中心に所定角度回転する。この第２の質量部１および１１の回転に伴って、第１の弾性連結部５を介して連結されている第１の質量部２は、回動中心軸４１（第１の弾性連結部５）を中心に所定角度回転する。
【００３２】
その後、加熱部７５の加熱を中止することで流体７４が冷却され、収縮し、流体室７３の容積が減少する。これにより、薄膜７２が変形して膨張前の状態に戻り、第２の質量部１および１１が回動中心軸４１を中心に前記と逆方向に所定角度回転する。この第２の質量部１および１１の回転に伴って、第１の弾性連結部５を介して連結されている第１の質量部２は、回動中心軸４１（第１の弾性連結部５）を中心に前記第１の質量部２が回転した方向と逆方向に、所定角度回転する。
この加熱部７５の加熱と冷却（加熱の中止）とを所定のタイミングで交互に繰り返し行うことにより、第２の質量部１および１１が振動し、それに伴って第１の質量部２が振動する。
【００３３】
前述した制御手段は、例えば、第２の質量部を所定の振動数で振動させる命令を受けると、ピエゾ抵抗素子４２および抵抗素子４３からの検出結果と、例えば、記憶部（図示せず）に予め格納された検量線等とにより、加熱部７５の温度を判断して、加熱部７５を必要に応じて加熱、冷却させ、流体室７３の容積の変化量（熱膨張部７の膨張量）を制御する。これにより、第２の質量部１を所望の振動周波数で駆動することができる。
【００３４】
ここで、第２の質量部１の回動中心軸４１に対して略垂直な方向（長手方向）の端部１２との間の距離（長さ）をＬ１、第２の質量部１１の回動中心軸４１に対して略垂直な方向（長手方向）の端部１２との間の距離（長さ）をＬ２、第１の質量部２の回動中心軸４１に対して略垂直な方向の端部１３との間の距離（長さ）をＬ３としたとき、第２の質量部１および１１が、それぞれ独立して設けられているため、第２の質量部１および１１と、第１の質量部２とが干渉せず、第１の質量部２の大きさにかかわらず、Ｌ１およびＬ２を小さくすることができる。これにより、第２の質量部１および１１の回転角度（対向基板６の熱膨張部７が設けられている面と平行な方向に対する第１の質量部２の振れ角）を大きくすることができ、第１の質量部２の回転角度を大きくすることができる。
【００３５】
ここで、第２の質量部１、１１および第１の質量部２の寸法は、それぞれ、Ｌ１＜Ｌ３かつＬ２＜Ｌ３の関係を満足するよう設定されるのが好ましい。
前記関係を満たすことにより、Ｌ１およびＬ２をより小さくすることができ、第２の質量部１および１１の回転角度をより大きくすることができ、第１の質量部２の回転角度をさらに大きくすることができる。
【００３６】
また、Ｌ１およびＬ２を小さくすることにより、より小さい駆動力で第２の質量部１および１１を駆動することができるため、各熱膨張部７の加熱部３５に印加する電圧をさらに小さくすることができる。
なお、前述したように、本実施形態では、Ｌ１とＬ２とは略等しく設定されているが、Ｌ１とＬ２とが異なっていてもよいことは言うまでもない。
【００３７】
第１の質量部２の平均厚さは、１〜１５００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜３００μｍ程度であるのがより好ましい。
また、第２の質量部１および１１の平均厚さは、１〜１５００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜３００μｍ程度であるのがより好ましい。
第１の弾性連結部５のばね定数ｋ１は、１×１０−４〜１×１０４Ｎｍ/rad程度であるのが好ましく、１×１０−２〜１×１０３Ｎｍ/rad程度であるのがより好ましく、１×１０−１〜１×１０２Ｎｍ/rad程度であるのがさらに好ましい。これにより、第２の質量部１および１１の振れ角を抑制しつつ、第１の質量部２の振れ角をより大きくすることができる。
【００３８】
また、第２の弾性連結部４のばね定数ｋ２は、１×１０−４〜１×１０４Ｎｍ/rad程度であるのが好ましく、１×１０−２〜１×１０３Ｎｍ/rad程度であるのがより好ましく、１×１０−１〜１×１０２Ｎｍ/ｒａｄ程度であるのがさらに好ましい。これにより、第１の質量部２の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
第１の弾性連結部５のばね定数をｋ１、第２の弾性連結部４のばね定数をｋ２としたとき、ｋ１とｋ２とが、ｋ２＞ｋ１の関係を満足するのが好ましい。これにより、第２の質量部１および１１の振れ角を抑制しつつ、第１の質量部２の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００３９】
また、前記第１の質量部２の慣性モーメントをＪ１、第２の質量部１の慣性モーメントをＪ２、としたとき、Ｊ１とＪ２とが、Ｊ１≧Ｊ２の関係を満足することが好ましく、Ｊ１＞Ｊ２の関係を満足することがより好ましい。これにより、第２の質量部１および１１の振れ角を抑制しつつ、第１の質量部２の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００４０】
ところで、第１の振動系の固有振動数ω１は、第１の質量部２の慣性モーメントをＪ１、第１の弾性連結部５のばね定数をｋ１としたとき、ω１＝（ｋ１／Ｊ１）１／２によって与えられ、第２の振動系の固有振動数ω２は、第２の質量部１の慣性モーメントをＪ２、第２の弾性連結部４のばね定数をｋ２としたとき、ω２＝（ｋ２／Ｊ２）１／２によって与えられる。
前記のようにして求められる第１の振動系の固有振動数ω１と第２の振動系の固有振動数ω２とは、ω２＞ω１の関係を満足するのが好ましい。これにより、第２の質量部１および１１の振れ角を抑制しつつ、第１の質量部２の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００４１】
以上説明したように、このアクチュエータ１００によれば、熱膨張部７が膨張することによって、容易かつ確実に第２の質量部１、１１を大きな駆動力、かつ、大きな回転角度（振れ角）で駆動することができる。また、第２の質量部１、１１の駆動に伴い、第１の質量部２が回動するように構成されているため、第２の質量部の回転角度（振れ角）の大きいアクチュエータを提供することができる。また、第２の質量部を高い周波数（例えば、１０ｋＨｚ程度）で駆動することができる。
【００４２】
また、モーター等を使用しないため、モーター等の使用に起因する騒音、発熱、消費電力を低減することができる。
また、構造を簡易なものとすることができるため、高集積化、高密度化、低コスト化を図ることができる。
また、例えば、本発明のアクチュエータをレーザープリンタ等に用いた場合は、ポリゴンミラー等を用いた場合と比べて、より高解像度で品質のよい印字と高速印刷とを行うことができる。
【００４３】
また、変位測定手段としては、前述したピエゾ抵抗素子４２に限られず、例えば、フォトセンサ等を用いてもよい。この場合、対向基板６の下部に別途基板等を設置し、前記基板の対向基板６側の面の第１の質量部２の端部に対応する部位に、フォトセンサを設置するのが好ましい。
フォトセンサは、第１の質量部２へ向けて光を照射する発光部と、この発光部から発せられ、第１の質量部２で反射した光（反射光）を受光し光電変換する受光部とを有し、第１の質量部２を反射した光が、受光部で受光されると、光電変換により、受光光量に応じた大きさの電圧（電流）が出力される。
【００４４】
この電圧値（検出値）に基づいて、前記制御部が加熱部７５の温度を変化させることによって、第１の質量部２の姿勢（変位）および回転周波数を制御することができる。
なお、発光部としては、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード等が挙げられ、受光部としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。
また、レーザダイオードを用いた場合には、レーザー光を移動体に当てたとき、反射して戻ってくる光の振動数が移動体の速度に比例して変化する現象（ドップラー効果）を利用して移動体の速度を計測する方法であるレーザードップラー法を用いて第１の質量部２の回転角度を検出することもできる。
【００４５】
また、温度検出手段としては、前述した抵抗素子４３に限られず、例えば、熱膨張部７に対して非接触で個々の物体から放射される赤外線を受けると、そのエネルギー量に応じた熱起電力を発生するサーモパイル（熱電対列）を備えた赤外線センサー等を用いてもよい。この場合、対向基板６の下部に別途基板等を設置し、前記基板の対向基板６側の面の熱膨脹部７に対応する部位（熱膨張部７の下側）に、赤外線センサーを設置するのが好ましい。
【００４６】
次に、図１および図２に示すようなアクチュエータ１００の製造方法の一例について添付図面を参照しつつ説明する。
図３〜図５は、アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図である。
本実施形態では、一例として、以下に示す第１〜第５の工程により、アクチュエータ１００を製造する場合について説明する。
【００４７】
［第１の工程］（エッチング工程）
まず、ガラス基板６０を用意する。
そして、図３（ａ）に示すように、ガラス基板６０の上面に、凹部６２、６２および凹部７１、７１を形成する領域を除いた部分に対応するように、例えば、クロムや金、アルミニウム等により金属マスク６３を形成する。
【００４８】
次に、この金属マスクを介して、ガラス基板６０の上面側をエッチングした後、金属マスクを除去する。これにより、図３（ｂ）に示すように、凹部６２、６２（図示せず）凹部７１、７１が形成されたガラス基板６０が得られる。
次に、このガラス基板６０上に、図３（ｃ）に示すように、加熱部７５、７５を形成する。
加熱部７５、７５は、ガラス基板６０に金属膜を成膜し、加熱部７５、７５の形状に対応するマスクを介してチタンを下付けしたプラチナ、クロムを下付けした金等の金属膜や、ＩＴＯ等の酸化物膜による導電膜のエッチングを行った後、マスクを除去することにより形成することができる。
【００４９】
［第２の工程］（サンドブラスト工程）
次に、このガラス基板６０上に、例えば、サンドブラスト等の方法により、貫通孔を形成する。これにより図３（ｄ）に示すように、開口部６１が形成される。
［第３の工程］（薄膜形成工程）
次に、凹部７１内に流体を封入する。この流体としては、特に限定されないが、例えば、窒素等の気体およびグリセリン、水等の液体が挙げられる。
【００５０】
次に、凹部７１を覆うように薄膜７２をガラス基板６０に対して例えば、接着等の方法により接合することにより形成する。この薄膜としては、特に限定されないが、例えば、ＳｉまたはＡｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ等の金属またはこれらの金属を含む合金またはこれらを含む酸化膜、窒化膜のような無機物で構成された薄膜、樹脂材料（例えばポリイミド）のような有機物で構成される薄膜等が挙げられる。
【００５１】
無機物として例えば、Ａｌを用いた場合は、ガラス基板６０に対してＡｌを溶融（合金化）して固化（硬化）等することによりガラス基板６０と優れた接合信頼性で接合し得る薄膜７２が形成される。
また、有機物として例えば、ポリイミド膜を用いた場合には、ガラス基板６０に対してポリイミド膜を接着剤にて接着した後に乾燥・固化させることにより、ガラス基板６０と優れた接合信頼性で接合し得る薄膜７２が形成される。
【００５２】
なお、薄膜７２は、変位可能な部分が、平面視で、凹部７１の面積と略同じ面積となるようにガラス基板６０と接合されていてもよいし、凹部７１の面積より大きな面積となるようにガラス基板６０と接合されていてもよい。
以上の工程により、図３（ｅ）に示すように、凹部６２、６２（図示せず）、凹部７１、７１、薄膜７２、７２、加熱部７５、７５、開口部６１が形成された対向基板６が得られる。
【００５３】
［第４の工程］（シリコン加工工程）
まず、図４（ｆ）に示すように、シリコン基板１０５を用意する。
次に、図４（ｇ）に示すように、第１の弾性連結部５、５に対応する部位にそれぞれピエゾ抵抗素子４２および抵抗素子４３を形成する。
次に、シリコン基板１０５の一方の面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行う。これにより、第２の質量部１、１１、第１の質量部２、支持部３、第２の弾性連結部４、４、第１の弾性連結部５、５の形状に対応するように、レジストマスク（図示せず）を形成する。
【００５４】
次に、このレジストマスクを介して、シリコン基板１０５をエッチングした後、レジストマスクを除去する。これにより、図４（ｈ）に示すように、第２の質量部１、１１、第１の質量部２、支持部３、第２の弾性連結部４、４、第１の弾性連結部５、５が形成される。
エッチング方法としては、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、以下の各工程におけるエッチングにおいても、同様の方法を用いることができる。
次に、第１の質量部２上に光反射部２１を例えば、真空蒸着法等により成膜する。
以上の工程により、図４（ｄ）に示すように、第２の質量部１、１１、第１の質量部２、支持部３、第２の弾性連結部４、４、第１の弾性連結部５、５、光反射部２１が形成された構造体１４０が得られる。
【００５５】
［第５の工程］（接合工程）
次に、前記第１〜３工程で得られた対向基板６と、前記第４工程で得られた構造体１４０とを、例えば、接着、陽極接合、合金接合等により接合して、図５に示すようなアクチュエータ１００を得る。
なお、第４の工程は、第１〜第３の工程と同時に行ってもよいし、第１〜第３の工程よりも先に行ってもよい。
【００５６】
次に、本発明のアクチュエータの第２実施形態について説明する。
図６は、本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す平面図、図７は、図６中のＢ−Ｂ線での縦断面図である。
以下、図６および図７に示すアクチュエータ１００について、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００５７】
本実施形態のアクチュエータ１００は、図６および図７に示すように、対向基板６に流体室７３、７３を互いに連通する流路７６が設けられている。また、本実施形態の加熱部７５は、この流路７６内に設置されている。この流路７６を介して、流体７４が各熱膨張部７間を移動可能な構成となっている。
加熱部７５の加熱により、流体７４が、各流体室７３間を自由に移動することにより、各流体室７３の圧力を、それぞれ略一定とすることができるため、熱膨張力が、第２の質量部１および１１に略等しく作用し、容易かつ確実に１対の第１の質量部を同期的に駆動することができる。これにより、第２の質量部の制御を簡易なものとすることができる。
【００５８】
次に、本発明のアクチュエータの第３実施形態について説明する。
図８は、本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す平面図である。以下、図８に示すアクチュエータ１００について、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態のアクチュエータ１００は、図８に示すように、第１の質量部２が第２の質量部１、１１に対して回動可能となるように、第２の質量部１、１１と第１の質量部２とを連結する２対の第１の弾性連結部５’を有している。また、第２の質量部１、１１が支持部３、３に対して回動可能となるように、第２の質量部１、１１と支持部３、３とを連結する２対の第２の弾性連結部４’を有している。
このような構成とすることにより、より確実に第１の質量部２の振幅（回転）を制御することができる。
【００５９】
なお、本実施形態のように２対の第２の弾性連結部４’と２対の第１の弾性連結部５’を有する場合、前記実施形態で説明したばね定数ｋ１、ｋ２は、ほぼ同じ位置で連結している２つの弾性連結部を一体的なものとみなして求められるものである。
以上、本発明のアクチュエータ１００を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【００６０】
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）（工程）を組み合わせたものであってもよい。
また、前述した実施形態では、第２の弾性連結部４を１対または２対有するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、３対以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、第１の弾性連結部５を１対または２対有するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、３対以上であってもよい。
【００６１】
また、前述した実施形態では、光反射部２１が第１の質量部２の対向基板６が設けられている側とは反対の面側に設けられている構成について説明したが、例えば、その逆の面に設けられている構成であってもよいし、両方の面に設けられている構成であってもよい。
また、前述した実施形態では、第２の質量部１に対応する位置および第２の質量部１１に対応する位置に、それぞれ熱膨張部７、７が設けられている構成について説明したが、これに限らず、例えば、第２の質量部１と第２の質量部１１とのうちのいずれか一方の端部にのみ熱膨脹部７が設けられている構成であってもよいし、第２の質量部１、１１の長手方向の両端部にそれぞれ熱膨張部７、７が設けられている構成、すなわち合計４つの熱膨張部７が設けられている構成であってもよい。
【００６２】
また、前述した各実施形態では、第１の弾性連結部および第２の弾性連結部の形状として図示の構成のものについて説明したが、これに限定されず、例えば、その形状が、クランク形状等であってもよい。
また、第２の質量部１および１１の熱膨張部７と対向する面の表面に、短絡防止用の絶縁膜が設けられてもよい。
【００６３】
また、前述した実施形態では、加熱部７５が直接流体７４を加熱する構成について説明したが、それに限られず、例えば、流体７４がカプセル等に封入されて凹部７１内に載置され、加熱部７５はこのカプセルを介して流体７４を加熱するような構成であってもよい。
また、前述した実施形態では、加熱部７５を流体室７３内に設置した構成について説明したが、それに限られず、加熱部７５が、流体室７３外に設置された構成であってもよい。この場合、例えば、流体７４に対して遠赤外線を照射したり、熱風を吹き付けたりすることにより流体７４を加熱する構成であることが好ましい。
以上説明したようなアクチュエータは、例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の光スキャナ、チューナブルエタロン、イメージング用ディスプレイ等のＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）デバイスの駆動に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線での縦断面図である。
【図３】アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図である。
【図４】アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図である。
【図５】アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図である。
【図６】本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す平面図である。
【図７】図６中のＢ−Ｂ線での縦断面図である。
【図８】本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す平面図である。
【図９】従来のアクチュエータを説明するための図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００……アクチュエータ  １、１１……第２の質量部  １２、１３……端部  ２……第１の質量部  ２１……光反射部  ３……支持部  ４、４’……第２の弾性連結部  ４１……回動中心軸  ４２……ピエゾ抵抗素子  ４３……抵抗素子  ５、５’……第１の弾性連結部  ６……対向基板  ６１……開口部  ６２……凹部  ６３……金属マスク  ７……熱膨張部  ７１……凹部  ７２……薄膜  ７３……流体室  ７４……流体  ７５……加熱部  ７６……流路  ６０……ガラス基板  １０５……シリコン基板  １４０……構造体  ２００……スペーサ  ３００……可動電極板  ３００ａ……両端固定部  ３００ｂ……トーションバー  ３００ｃ……可動電極部  ４００……固定電極  ５００……電源  ６００……スイッチ  １０００……ガラス基板  Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３……距離
【図１】
2006067705.tif 000003
【図２】
2006067705.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006067705.tif 000009
【図８】
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【図９】
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