(57)【要約】【課題】高精度に質量部の挙動を検知することができるアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置を提供すること。【解決手段】本発明のアクチュエータ１は、第２の弾性部２８、２９の本体部上に形成された抵抗領域を備えたピエゾ抵抗素子４１、４２とを有し、本体部および抵抗領域のうち、一方がｐ型のシリコンで構成され、他方がｎ型のシリコンで構成され、本体部と抵抗領域との間には、ｐｎ接合が形成されており、ピエゾ抵抗素子４１、４２の抵抗値の変化に基づいて、第２の質量部２５の挙動を検知し、第１の弾性部２６、２７を捩れ変形させながら第１の質量部２１、２２を回動させ、これに伴い、第２の弾性部２８、２９を捩れ変形させながら第２の質量部２５を回動させるものであって、ｐｎ接合を逆バイアス状態に維持するように、本体部にバイアスを印加する電源回路１２を有する。【選択図】図１
2008051903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能にするように、弾性変形可能な少なくとも１つの弾性部を備えるとともに前記支持部と前記質量部とを連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記連結部の少なくとも一つの前記弾性部は、その本体部と、該本体部上に形成された抵抗領域を備えたピエゾ抵抗素子とを有し、前記本体部および前記抵抗領域のうち、一方がｐ型のシリコンで構成され、他方がｎ型のシリコンで構成され、前記本体部と前記抵抗領域との間には、ｐｎ接合が形成されており、
前記挙動検知手段は、前記ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、前記質量部の挙動を検知し、
前記駆動手段の作動により、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させるように構成されているアクチュエータであって、
前記ｐｎ接合を逆バイアス状態に維持するように、前記本体部にバイアスを印加するバイアス印加手段を有することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動手段は、静電引力により駆動するための電極を有し、該電極の電位の最小値が前記本体部の電位とほぼ等しい請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記質量部と前記支持部と前記連結部とは、ｐ型またはｎ型のシリコン単結晶基板を加工することにより一体的に形成されている請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記質量部と前記支持部と前記連結部とのうちのいずれかの上には、前記シリコン単結晶基板と同じ導電型でかつ前記シリコン単結晶基板よりも高い濃度で不純物を拡散したシリコンで構成された高導電性領域が形成され、前記バイアス印加手段は、前記高導電性領域を介して前記本体部にバイアスを印加する請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記高導電性領域は、前記本体部上に、前記抵抗領域の外周を囲むように形成されている請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記高導電性領域の厚さは、前記抵抗領域の厚さよりも大きい請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記各連結部は、第１の質量部と、前記第１の質量部を前記支持部に対し回動可能とするように、前記第１の質量部と前記支持部とを連結する第１の弾性部と、前記質量部を第２の質量部として前記第１の質量部に対し回動可能とするように、前記第１の質量部と前記第２の質量部とを連結する第２の弾性部とを有し、前記弾性部が前記第１の弾性部および前記第２の弾性部で構成され、前記駆動手段の作動により、前記第１の弾性部を捩れ変形させながら前記第１の質量部を回動させ、これに伴い、前記第２の弾性部を捩れ変形させながら前記第２の質量部を回動させるように構成されており、前記第２の弾性部が、前記本体部および前記抵抗領域を有する請求項１ないし６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記駆動手段は、前記第１の質量部に対し間隔を隔てて対向する電極を備え、該電極と前記第１の質量部との間に電圧を印加することにより、前記電極と前記第１の質量部との間に静電引力を生じさせ、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させる請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記電極および前記第１の質量部は、それぞれが櫛歯状をなす部分を有し、これらが互いに噛み合うように配設されている請求項８に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記挙動検知手段は、前記抵抗領域に電圧を印加しつつ、前記抵抗領域の電圧値を検知し、その結果に基づき、前記抵抗領域の抵抗値を検知するように構成されており、前記本体部の電位をＶｂとし、前記ｐｎ接合の拡散電位をＶｐｎとし、前記抵抗領域の電位をＶｓとしたとき、前記バイアス印加手段は、Ｖｂ−Ｖｓ＞Ｖｐｎなる関係を満たすように、前記バイアスを印加する請求項１ないし９のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能にするように、弾性変形可能な少なくとも１つの弾性部を備えるとともに前記支持部と前記質量部とを連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記連結部の少なくとも一つの前記弾性部は、その本体部と、該本体部上に形成された抵抗領域を備えたピエゾ抵抗素子とを有し、前記本体部および前記抵抗領域のうち、一方がｐ型のシリコンで構成され、他方がｎ型のシリコンで構成され、前記本体部と前記抵抗領域との間には、ｐｎ接合が形成されており、
前記挙動検知手段は、前記ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、前記質量部の挙動を検知し、
前記駆動手段の作動により、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成されている光スキャナであって、
前記ｐｎ接合を逆バイアス状態に維持するように、前記本体部にバイアスを印加するバイアス印加手段を有することを特徴とする光スキャナ。
【請求項１２】
光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能にするように、弾性変形可能な少なくとも１つの弾性部を備えるとともに前記支持部と前記質量部とを連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記連結部の少なくとも一つの前記弾性部は、その本体部と、該本体部上に形成された抵抗領域を備えたピエゾ抵抗素子とを有し、前記本体部および前記抵抗領域のうち、一方がｐ型のシリコンで構成され、他方がｎ型のシリコンで構成され、前記本体部と前記抵抗領域との間には、ｐｎ接合が形成されており、
前記挙動検知手段は、前記ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、前記質量部の挙動を検知し、
前記駆動手段の作動により、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成されている光スキャナを備え、該光スキャナが光を主走査または副走査することにより画像を形成する画像形成装置であって、
前記ｐｎ接合を逆バイアス状態に維持するように、前記本体部にバイアスを印加するバイアス印加手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ、光スキャナ、および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシニング技術を用いて形成された捩り振動子を備えるアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。かかるアクチュエータは、例えば、レーザープリンタやディスプレイなどの光走査を行うための光スキャナとして用いることができる。
例えば、特許文献１には、１自由度振動系の捩り振動子を備えるアクチュエータが開示されている。このようなアクチュエータは、１自由度振動系の捩り振動子として、ミラー（質量部）をトーションバーにより支持した構造体を有している。この構造体は、Ｓｉ単結晶基板を加工することにより得られる。そして、ミラーに対し間隔を隔てて電極が設けられており、この電極とミラーとの間に電圧（駆動電圧）を印加することにより、これらの間に静電引力を生じさせ、トーションバーを捩れ変形させながらミラーを回動させる。
【０００３】
また、かかるアクチュエータにあっては、トーションバー上に、ｐ型の拡散抵抗が形成されている。そして、拡散抵抗に電圧を印加しつつ、トーションバーを捩れ変形による拡散抵抗での電圧値を検知する。この検知結果に基づき、拡散領域の比抵抗値の変化量を検知し、その結果に基づき、ミラーの回動角を検知する。このような検知結果に基づいてミラーを回動駆動することにより、ミラーの挙動を所望のものとすることができる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１にかかるアクチュエータにあっては、拡散抵抗とトーションバーとの間にｐｎ接合が形成されているため、駆動電圧の電圧値などによっては、このｐｎ接合が順バイアス状態となり、リーク電流を生じる場合がある。この場合、拡散抵抗からトーションバーへ電流がリークし、検出される電圧値が小さくなったり、トーションバーから拡散抵抗へ電流がリークし、検出される電圧値に例えば駆動電圧の周期的な変動がノイズとして混入したりする。その結果、ミラーの挙動の検知精度（感度）の低下を招いてしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１９２８０号公報（段落００１３、００１４等参照。）
【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、高精度に質量部の挙動を検知することができるアクチュエータ、光スキャナ、および画像形成装置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、質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能にするように、弾性変形可能な少なくとも１つの弾性部を備えるとともに前記支持部と前記質量部とを連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記連結部の少なくとも一つの前記弾性部は、その本体部と、該本体部上に形成された抵抗領域を備えたピエゾ抵抗素子とを有し、前記本体部および前記抵抗領域のうち、一方がｐ型のシリコンで構成され、他方がｎ型のシリコンで構成され、前記本体部と前記抵抗領域との間には、ｐｎ接合が形成されており、
前記挙動検知手段は、前記ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、前記質量部の挙動を検知し、
前記駆動手段の作動により、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させるように構成されているアクチュエータであって、
前記ｐｎ接合を逆バイアス状態に維持するように、前記本体部にバイアスを印加するバイアス印加手段を有することを特徴とする。
これにより、抵抗領域から弾性部の本体部への電流のリーク、および、弾性部の本体部から抵抗領域への電流のリークを防止することができる。その結果、高精度に質量部の挙動を検知することができる。
【０００８】
本発明のアクチュエータでは、前記駆動手段は、静電引力により駆動するための電極を有し、該電極の電位の最小値が前記本体部の電位とほぼ等しいことが好ましい。
これにより、弾性部の本体部から抵抗領域への電流のリークを防止しつつ、所望の静電引力を生じさせ、質量部を安定的に回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記質量部と前記支持部と前記連結部とは、ｐ型またはｎ型のシリコン単結晶基板を加工することにより一体的に形成されていることが好ましい。
これにより、優れた機械的強度および振動特性を有するアクチュエータを提供することができる。
【０００９】
本発明のアクチュエータでは、前記質量部と前記支持部と前記連結部とのうちのいずれかの上には、前記シリコン単結晶基板と同じ導電型でかつ前記シリコン単結晶基板よりも高い濃度で不純物を拡散したシリコンで構成された高導電性領域が形成され、前記バイアス印加手段は、前記高導電性領域を介して前記本体部にバイアスを印加することが好ましい。
これにより、質量部と支持部と連結部とのいずれかと高導電性領域とをオーミック接合させ、バイアスを効率的に本体部へ印加することができる。
【００１０】
本発明のアクチュエータでは、前記高導電性領域は、前記本体部上に、前記抵抗領域の外周を囲むように形成されていることが好ましい。
これにより、高導電性領域がシールドとしても機能する。そのため、外部から抵抗領域へのノイズの混入を防止することができる。その結果、より高精度に質量部の挙動を検知することができる。また、高導電性領域と抵抗領域との間の距離が小さくなるため、バイアスをより効率的に本体部へ印加することができる。その結果、より確実かつ簡単に、ｐｎ接合を逆バイアス状態に維持することができる。
【００１１】
本発明のアクチュエータでは、前記高導電性領域の厚さは、前記抵抗領域の厚さよりも大きいことが好ましい。
これにより、高導電性領域のシールドとしての機能を向上させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記各連結部は、第１の質量部と、前記第１の質量部を前記支持部に対し回動可能とするように、前記第１の質量部と前記支持部とを連結する第１の弾性部と、前記質量部を第２の質量部として前記第１の質量部に対し回動可能とするように、前記第１の質量部と前記第２の質量部とを連結する第２の弾性部とを有し、前記弾性部が前記第１の弾性部および前記第２の弾性部で構成され、前記駆動手段の作動により、前記第１の弾性部を捩れ変形させながら前記第１の質量部を回動させ、これに伴い、前記第２の弾性部を捩れ変形させながら前記第２の質量部を回動させるように構成されており、前記第２の弾性部が、前記本体部および前記抵抗領域を有することが好ましい。
これにより、本発明を２自由度振動系のアクチュエータに適用することができる。このようなアクチュエータは、第１の質量部の回動角を抑えつつ、第２の質量部の回動角を大きくすることができる。したがって、第２の弾性部に抵抗領域が設けられていると、第２の質量部（質量部）の回動に伴う抵抗領域の抵抗値変化を大きくすることができる。その結果、質量部の挙動検知の検知精度の向上を図ることができる。
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、前記駆動手段は、前記第１の質量部に対し間隔を隔てて対向する電極を備え、該電極と前記第１の質量部との間に電圧を印加することにより、前記電極と前記第１の質量部との間に静電引力を生じさせ、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させることが好ましい。
これにより、弾性部の本体部から抵抗領域への電流のリークを防止しつつ、第２の質量部の必要な所望の静電引力を生じさせ、第２の質量部を回動させることができる。
【００１３】
本発明のアクチュエータでは、前記電極および前記第１の質量部は、それぞれが櫛歯状をなす部分を有し、これらが互いに噛み合うように配設されていることが好ましい。
これにより、第１の質量部の回動角を大きくし、これに伴って、第２の質量部の回動角を大きくすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記挙動検知手段は、前記抵抗領域に電圧を印加しつつ、前記抵抗領域の電圧値を検知し、その結果に基づき、前記抵抗領域の抵抗値を検知するように構成されており、前記本体部の電位をＶｂとし、前記ｐｎ接合の拡散電位をＶｐｎとし、前記抵抗領域の電位をＶｓとしたとき、前記バイアス印加手段は、Ｖｂ−Ｖｓ＞Ｖｐｎなる関係を満たすように、前記バイアスを印加することが好ましい。
これにより、抵抗領域から弾性部の本体部への電流のリーク、および、弾性部の本体部から抵抗領域への電流のリークをより確実に防止することができる。
【００１４】
本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能にするように、弾性変形可能な少なくとも１つの弾性部を備えるとともに前記支持部と前記質量部とを連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記連結部の少なくとも一つの前記弾性部は、その本体部と、該本体部上に形成された抵抗領域を備えたピエゾ抵抗素子とを有し、前記本体部および前記抵抗領域のうち、一方がｐ型のシリコンで構成され、他方がｎ型のシリコンで構成され、前記本体部と前記抵抗領域との間には、ｐｎ接合が形成されており、
前記挙動検知手段は、前記ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、前記質量部の挙動を検知し、
前記駆動手段の作動により、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成されている光スキャナであって、
前記ｐｎ接合を逆バイアス状態に維持するように、前記本体部にバイアスを印加するバイアス印加手段を有することを特徴とする。
これにより、高精度に質量部の挙動を検知し、その検知結果に基づいて質量部を駆動することで、長期に亘り光走査を所望の範囲で行うことができる。
【００１５】
本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備えた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対し前記質量部を回動可能にするように、弾性変形可能な少なくとも１つの弾性部を備えるとともに前記支持部と前記質量部とを連結する連結部と、
前記質量部を回動駆動させる駆動手段と、
前記質量部の挙動を検知する挙動検知手段とを有し、
前記連結部の少なくとも一つの前記弾性部は、その本体部と、該本体部上に形成された抵抗領域を備えたピエゾ抵抗素子とを有し、前記本体部および前記抵抗領域のうち、一方がｐ型のシリコンで構成され、他方がｎ型のシリコンで構成され、前記本体部と前記抵抗領域との間には、ｐｎ接合が形成されており、
前記挙動検知手段は、前記ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、前記質量部の挙動を検知し、
前記駆動手段の作動により、前記弾性部を捩れ変形させながら、前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成されている光スキャナを備え、該光スキャナが光を主走査または副走査することにより画像を形成する画像形成装置であって、
前記ｐｎ接合を逆バイアス状態に維持するように、前記本体部にバイアスを印加するバイアス印加手段を有することを特徴とする。
これにより、長期に亘り、光走査を所望の範囲で行って、優れた画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のアクチュエータの第１実施形態を説明する。
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線断面図、図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図４は、図１に示すアクチュエータの第２の質量部および第２の弾性部を示す部分拡大斜視図、図５および図６は、それぞれ、図１に示すアクチュエータに備えられたピエゾ抵抗素子を説明するための図、図７は、（００１）面シリコン基板における結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示す図、図８は、図１に示すアクチュエータの制御系の概略構成を示す図、図９は、図１に示すアクチュエータの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図、図１０は、図１に示すアクチュエータの駆動電圧として交流電圧を用いた場合における交流電圧の周波数と、第１の質量部および第２の質量部のそれぞれの振幅との関係を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２中および図３中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００１７】
アクチュエータ１は、図１ないし図３に示すような２自由度振動系を有する基体２と、この基体２を支持する支持基板３とを有している。
基体２は、１対の第１の質量部（駆動部）２１、２２と、１対の支持部２３、２４と、第２の質量部（可動部）２５と、１対の第１の弾性部２６、２７と、１対の第２の弾性部２８、２９と、１対の電極３２、３３とを備えている。ここで、第１の質量部２１と第１の弾性部２６と第２の弾性部２８とは、質量部である第２の質量部２５を支持部２３に対し回動可能とするように、第２の質量部２５と支持部２３とを連結する連結部である。これと同様に、第１の質量部２２と第１の弾性部２７と第２の弾性部２９とは、質量部である第２の質量部２５を支持部２４に対し回動可能とするように、第２の質量部２５と支持部２４とを連結する連結部である。
【００１８】
このようなアクチュエータ１にあっては、１対の電極３２、３３に電圧を印加することにより、１対の第１の弾性部２６、２７を捩れ変形させながら１対の第１の質量部２１、２２を回動させ、これに伴って、１対の第２の弾性部２８、２９を捩れ変形させながら第２の質量部２５を回動させる。このとき、１対の第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５は、それぞれ、図１に示す回動中心軸Ｘを中心にして回動する。
【００１９】
１対の第１の質量部２１、２２は、それぞれ、板状をなし、互いにほぼ同一寸法でほぼ同一形状をなしている。
また、第１の質量部２１の平面視にて回動中心軸Ｘに直角な方向での両端部（回動中心軸Ｘからの遠位側の両端部）には、櫛歯状をなす櫛歯状電極部２１１、２１２が設けられている。これと同様に、第１の質量部２２の平面視にて回動中心軸Ｘに直角な方向での両端部（回動中心軸Ｘからの遠位側の両端部）には、櫛歯状をなす櫛歯状電極部２２１、２２２が設けられている。
【００２０】
また、１対の質量部２１、２２の間には、第２の質量部２５が設けられており、１対の質量部２１、２２は、図１における平面視にて、第２の質量部２５を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。
第２の質量部２５は、板状をなし、その板面に光反射部２５１が設けられている。これにより、アクチュエータ１を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光学デバイスに適用することができる。
【００２１】
このような第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５にあっては、第１の質量部２１が第１の弾性部２６を介して支持部２３に支持され、第２の質量部２５が第２の弾性部２８を介して第１の質量部２１に支持されている。これと同様に、第１の質量部２２が第１の弾性部２７を介して支持部２４に支持され、第２の質量部２５が第２の弾性部２９を介して第１の質量部２１、２２に支持されている。
【００２２】
支持部２３、２４は、それぞれ、支持基板３上に固定されている。そして、支持部２３上には、基体２（シリコン単結晶基板）と同じ導電型でかつ基体２（シリコン単結晶基板）よりも高い濃度で不純物を拡散したシリコンで構成された高導電性領域２３１が形成されている。この高導電性領域２３１は、後述する電源回路１２に接続されている。
また、支持部２３上には、図示しない絶縁層を介して、後述するピエゾ抵抗素子４１に接続された端子４１６〜４１９が設けられている。
【００２３】
一方、支持部２４上には、図示しない絶縁層を介して、後述するピエゾ抵抗素子４２に接続された端子４２６〜４２９が設けられている。
第１の弾性部２６は、第１の質量部２１を支持部２３に対して回動可能とするように、第１の質量部２１と支持部２３とを連結している。これと同様に、第１の弾性部２７は、第１の質量部２２を支持部２４に対して回動可能とするように、第１の質量部２２と支持部２４とを連結している。
【００２４】
第２の弾性部２８は、第２の質量部２５を第１の質量部２１に対して回動可能とするように、第２の質量部２５と第１の質量部２１とを連結している。これと同様に、第２の弾性部２９は、第２の質量部２５を第１の質量部２２に対して回動可能とするように、第２の質量部２５と第１の質量部２２とを連結している。
各第１の弾性部２６、２７および各第２の弾性部２８、２９は、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）Ｘとして、第１の質量部２１、２２が支持部２３、２４に対して、また、第２の質量部２５が第１の質量部２１、２２に対して回動可能となっている。
【００２５】
このように、基体２は、第１の質量部２１、２２と第１の弾性部２６、２７とで構成された第１の振動系と、第２の質量部２５と第２の弾性部２８、２９とで構成された第２の振動系とを有する。すなわち、基体２は、第１の振動系および第２の振動系からなる２自由度振動系を有する。
このような２自由度振動系は、図２および図３に示すように、基体２の全体の厚さよりも薄く形成されているとともに、基体２の上部に位置している。換言すれば、基体２には、基体２の全体の厚さよりも薄い部分が形成されており、この薄い部分に異形孔が形成されることにより、第１の質量部２１、２２と第２の質量部２５と第１の弾性部２６、２７と第２の弾性部２８、２９とが形成されている。
【００２６】
本実施形態では、前記薄肉部の上面が支持部２３、２４の上面と同一面上に位置することにより、前記薄い部分の下方には、各質量部２１、２２、２５の回動のための空間（凹部）３０が形成されている。
このような基体２は、後述するように、ｐ型シリコン単結晶基板またはｎ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである。すなわち、第１の質量部２１、２２と、第２の質量部２５と、支持部２３、２４と、第１の弾性部２６、２７と、第２の弾性部２８、２９とは、ｐ型シリコン単結晶基板またはｎ型シリコン単結晶基板を加工することにより一体的に形成されたものである。これにより、優れた機械的強度および振動特性を有するアクチュエータ１を提供することができる。
【００２７】
そして、基体２が（００１）面のｐ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、第１の弾性部２６、２７および第２の弾性部２８、２９は、それぞれ、（００１）面のｐ型シリコン単結晶基板の＜１１０＞方向に沿って延在している。一方、基体２が（００１）面のｎ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、第１の弾性部２６、２７および第２の弾性部２８、２９は、（００１）面のｎ型シリコン単結晶基板の＜１００＞方向または＜０１０＞方向に沿って延在している。
【００２８】
なお、基体２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、第１の質量部２１、２２と、第２の質量部２５と、支持部２３、２４と、第１の弾性部２６、２７と、第２の弾性部２８、２９と、電極３２、３３とを形成したものであってもよい。その際、第１の質量部２１、２２と、第２の質量部２５と、支持部２３、２４の一部と、第１の弾性部２６、２７と、第２の弾性部２８、２９とが一体的となるように、これらを積層構造の基板の１つの層で構成するのが好ましい。
【００２９】
前述した第２の弾性部２８の上面には、図１および図４に示すように、ピエゾ抵抗素子４１が設けられている。これと同様に、図１および図４に示すように、第２の弾性部２９の上面には、ピエゾ抵抗素子４２が設けられている。
より具体的には、ピエゾ抵抗素子４１は、第２の質量部２５の平面視にて、回動中心軸Ｘ方向における第２の弾性部２８の中央部に設けられている。
【００３０】
このピエゾ抵抗素子４１は、図５および図６に示すように、第２の弾性部２８の本体部２８１上に設けられたｎ型またはｐ型の不純物の拡散あるいはイオン注入により形成された抵抗領域４１１と、抵抗領域４１１上に回動中心軸Ｘ方向に並接された１対の入力電極４１２、４１３と、抵抗領域４１１上に回動中心軸Ｘに対し直角な方向に並接された１対の出力電極４１４、４１５とを有している。
【００３１】
抵抗領域４１１は、第２の弾性部２８表面に不純物をドーピングすることにより形成されたものである。より具体的には、基体２がｐ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、第２の弾性部２８表面にリンなどの不純物をドーピングすることにより形成されたｎ型シリコン単結晶（ｎ型抵抗領域）である。一方、基体２がｎ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、第２の弾性部２８表面にボロンなどの不純物をドーピングすることにより形成されたｐ型シリコン単結晶（ｐ型抵抗領域）である。
【００３２】
したがって、第２の弾性部２８は、その本体部２８１および抵抗領域４１１のうち、一方がｐ型のシリコンで構成され、他方がｎ型のシリコンで構成され、本体部２８１と抵抗領域４１１との間には、ｐｎ接合が形成されている。
そして、基体２が（００１）面のｐ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域４１１の＜１１０＞方向（すなわち、回動中心軸Ｘ方向）に沿って、第２の弾性部２８が延在している。一方、基体２が（００１）面のｎ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域４１１の＜１００＞方向または＜０１０＞方向（すなわち、回動中心軸Ｘ方向）に沿って、第２の弾性部２８が延在している。
このような結晶方位に沿って第２の弾性部２８が延在していると、第２の弾性部２８の捩れ変形により抵抗領域４１１にせん断応力が生じたとき、抵抗領域４１１の比抵抗値の変化率を最も大きくすることができる。
【００３３】
ここで、抵抗領域４１１における結晶方位と比抵抗値の変化率との関係を説明する。
第２の弾性部２８が捩れ変形すると、第２の弾性部２８の上面には引張応力や圧縮応力よりもせん断応力が支配的に生じる。これにより、抵抗領域４１１にせん断応力が生じる。
一方、シリコン単結晶（立方晶）にせん断応力τｘｙが生じたとき、シリコン単結晶における比抵抗の変化率Δρｘｙ／ρ０は、次の式（１）のように表される。
Δρｘｙ／ρ０＝πｓτｘｙ・・・（１）
ここで、πｓは、ピエゾ抵抗係数である。
【００３４】
式（１）から明らかなように、一定のせん断応力τｘｙのもとでは、ピエゾ抵抗係数πｓが大きいほど、シリコン単結晶における比抵抗の変化率Δρｘｙ／ρ０が大きくなる。すなわち、ピエゾ抵抗係数πｓが大きいほど、シリコン単結晶に生じたせん断応力τｘｙに対しシリコン単結晶の比抵抗値が大きく変化する。
ピエゾ抵抗係数はシリコン単結晶の結晶構造による異方性を有しており、シリコン単結晶がｐ型である場合には、ピエゾ抵抗係数πｓは、図７（ａ）に示すように、＜０１０＞方位または＜１００＞方位で最大となる。一方、シリコン単結晶がｎ型である場合には、ピエゾ抵抗係数πｓは、図７（ｂ）に示すように、＜１１０＞方位で最大となる。
【００３５】
アクチュエータ１では、前述したように基体２が（００１）面のｐ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域４１１は、ｎ型のシリコン単結晶であり、かつ、抵抗領域４１１の＜１１０＞方向（すなわち、回動中心軸Ｘ方向）に沿って、第２の弾性部２８が延在している。一方、基体２が（００１）面のｎ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域４１１は、ｐ型のシリコン単結晶であり、かつ、抵抗領域４１１の＜１００＞方向または＜０１０＞方向（すなわち、回動中心軸Ｘ方向）に沿って、第２の弾性部２８が延在している。
【００３６】
そのため、抵抗領域４１１に生じたせん断応力に対し抵抗領域４１１の比抵抗値が大きく変化する。
このような抵抗領域４１１上における回動中心軸Ｘ方向での両端部のうち、一端部（図５および図６にて左側の端部）に入力電極４１２が設けられ、他端部（図５および図６にて右側の端部）に入力電極４１３が設けられている。入力電極４１２は、前述した支持部２３上に設けられた端子４１６に接続され、入力電極４１３は、前述した支持部２３上に設けられた端子４１７に接続されている（図１参照）。このような端子４１６、４１７を介して１対の入力電極４１２、４１３間に電圧を印加することができる。
【００３７】
また、抵抗領域４１１上における回動中心軸Ｘに対し直角な方向での両端部のうち、一端部（図５および図６にて上側の端部）に出力電極４１４が設けられ、他端部（図５および図６にて下側の端部）に出力電極４１５が設けられている。出力電極４１４は、前述した支持部２３上に設けられた端子４１８に接続され、出力電極４１５は、前述した支持部２３上に設けられた端子４１９に接続されている（図１参照）。このような端子４１８、４１９を介して１対の出力電極４１４、４１５間の電圧値や比抵抗値を検知することができる。
【００３８】
このように構成されたピエゾ抵抗素子４１にあっては、１対の入力電極４１２、４１３を介して抵抗領域４１１に電界を印加しつつ、１対の出力電極４１４、４１５を介して抵抗領域４１１の電圧値を検知することにより、抵抗領域４１１の比抵抗値を検知することができる。
より具体的に説明すると、１対の入力電極４１２、４１３間に電圧を印加することにより、抵抗領域４１１上に電界を生じさせる。そして、このような電界のもと、抵抗領域４１１にせん断応力が生じると、そのせん断応力の程度に応じて、抵抗領域４１１の比抵抗値が変化し、１対の出力電極４１４、４１５間に電位差が生じる。この電位差は、第２の弾性部２８の捩れ変形量や第２の質量部２５の回動角に応じたものである。したがって、この電位差に基づき、第２の質量部２５の挙動を検知することができる。
【００３９】
このようなピエゾ抵抗素子４１にあっては、第２の質量部２５の回動量に対する抵抗領域４１１の比抵抗値変化を電圧値変化として検知するとともに、その電圧値変化を第２の弾性部２８上のせん断応力のみによるものとすることができる。そのため、より高精度に第２の質量部２５の挙動を検知し、第２の質量部２５の挙動をより確実に所望のものとすることができる。
【００４０】
また、前述したピエゾ抵抗素子４１と同様に、ピエゾ抵抗素子４２も、図５および図６に示すように、第２の弾性部２９上に設けられたｎ型またはｐ型の抵抗領域４２１と、抵抗領域４２１上に回動中心軸Ｘ方向に並接された１対の入力電極４２２、４２３と、抵抗領域４２１上に回動中心軸Ｘに対し直角な方向に並接された１対の出力電極４２４、４２５とを有している。
【００４１】
抵抗領域４２１は、第２の弾性部２９表面に不純物をドーピングすることにより形成されたものである。したがって、第２の弾性部２８と同様に、第２の弾性部２９も、その本体部２９１および抵抗領域４２１のうち、一方がｐ型のシリコンで構成され、他方がｎ型のシリコンで構成され、本体部２９１と抵抗領域４２１との間には、ｐｎ接合が形成されている。
【００４２】
また、基体２が（００１）面のｐ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域４２１の＜１１０＞方向（すなわち、回動中心軸Ｘ方向）に沿って、第２の弾性部２９が延在している。一方、基体２が（００１）面のｎ型シリコン単結晶基板を加工することにより形成されたものである場合、抵抗領域４２１の＜１００＞方向または＜０１０＞方向（すなわち、回動中心軸Ｘ方向）に沿って、第２の弾性部２９が延在している。
【００４３】
このような結晶方位に沿って第２の弾性部２９が延在していると、第２の弾性部２９の捩れ変形により抵抗領域４２１にせん断応力が生じたとき、前述した抵抗領域４１１と同様に、抵抗領域４２１の比抵抗値の変化率を最も大きくすることができる。
このような抵抗領域４２１上における回動中心軸Ｘ方向での両端部のうち、一端部（図６にて左側の端部）に入力電極４２２が設けられ、他端部（図６にて右側の端部）に入力電極４２３が設けられている。入力電極４２２は、前述した支持部２４上に設けられた端子４２６に接続され、入力電極４２３は、前述した支持部２４上に設けられた端子４２７に接続されている（図１参照）。このような端子４２６、４２７を介して１対の入力電極４２２、４２３間に電圧を印加することができる。
【００４４】
また、抵抗領域４２１上における回動中心軸Ｘに対し直角な方向での両端部のうち、一端部（図６にて上側の端部）に出力電極４２４が設けられ、他端部（図６にて下側の端部）に出力電極４２５が設けられている。出力電極４２４は、前述した支持部２４上に設けられた端子４２８に接続され、出力電極４２５は、前述した支持部２４上に設けられた端子４２９に接続されている（図１参照）。このような端子４２８、４２９を介して１対の出力電極４２４、４２５間の電圧値や比抵抗値を検知することができる。
【００４５】
このように構成されたピエゾ抵抗素子４２にあっては、１対の入力電極４２２、４２３を介して抵抗領域４２１に電界を印加しつつ、１対の出力電極４２４、４２５を介して抵抗領域４２１の電圧値を検知することにより、抵抗領域４２１の比抵抗値を検知することができる。
より具体的に説明すると、１対の入力電極４２２、４２３間に電圧を印加することにより、抵抗領域４２１上に電界を生じさせる。そして、このような電界のもと、抵抗領域４２１にせん断応力が生じると、そのせん断応力の程度に応じて、抵抗領域４２１の比抵抗値が変化し、１対の出力電極４１４、４１５間に電位差が生じる。この電位差は、第２の弾性部２９の捩れ変形量や第２の質量部２５の回動角に応じたものである。したがって、この電位差に基づいて、第２の質量部２５の挙動を検知することができる。
【００４６】
このようにピエゾ抵抗素子４２が構成されていると、第２の質量部２５の回動量に対する抵抗領域４２１の比抵抗値変化を電圧値変化として検知するとともに、その電圧値変化を第２の弾性部２９上のせん断応力のみによるものとすることができる。そのため、より高精度に第２の質量部２５の挙動を検知し、第２の質量部２５の挙動をより確実に所望のものとすることができる。
【００４７】
特に、抵抗領域４１１、４２１の結晶方位と第２の弾性部２８、２９の延在方向（第２の質量部２５の回動中心軸Ｘ方向）との関係が最適化され、第２の質量部２５の回動に伴って第２の弾性部２８、２９上に生じたせん断応力により抵抗領域４１１、４２１の比抵抗値が大きく変化する。そのため、抵抗領域４１１、４２１の比抵抗値に基づき、高精度に第２の質量部２５の挙動を検知し、第２の質量部２５の挙動を所望のものとすることができる。
【００４８】
このようなピエゾ抵抗素子４１、４２において、抵抗領域４１１、４２１中の不純物濃度は、それぞれ、特に限定されないが、例えば、１．０×１０１８〜１．０×１０２０ｃｍ−３であるのが好ましい。また、本実施形態では、図示しないが、図２にて基体２の上面には、入力電極４１２、４１３および出力電極４１４、４１５上を除き、シリコン酸化膜や樹脂膜などの絶縁層が形成され、この絶縁層上に金属製の端子４１６〜４１９、４２６〜４２９や金属製の配線が形成されている。
【００４９】
また、電極３２、３３は、第１の質量部２１、２２と第２の質量部２５と支持部２３、２４と第１の弾性部２６、２７と第２の弾性部２８、２９とに対し、離間している。これにより、電極３２、３３は、第１の質量部２１、２２と第２の質量部２５と支持部２３、２４と第１の弾性部２６、２７と第２の弾性部２８、２９に対し電気的に絶縁されている。
また、電極３２は、前述した第１の質量部２１の櫛歯状電極部２１１に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部３２１と、第１の質量部２２の櫛歯状電極部２２１に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部３２２とが形成されている。
【００５０】
これと同様に、電極３３は、前述した第１の質量部２１の櫛歯状電極部２１２に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部３３１と、第１の質量部２２の櫛歯状電極部２２２に対し間隔を隔てつつ噛み合うように設けられた櫛歯状電極部３３２とが形成されている。
ここで、櫛歯状電極部２１１は、櫛歯状電極部３２１に対し、上下方向に初期変位しているのが好ましい。これと同様に、櫛歯状電極部２１２は櫛歯状電極部３３１に対し、櫛歯状電極部２２１は櫛歯状電極部３２２に対し、櫛歯状電極部２２２は櫛歯状電極部３３２に対し、上下方向に初期変位しているのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の回動駆動の開始を簡単にすることができる。
【００５１】
電極３２、３３は、後述する電源回路１２に接続されており、電極３２、３３に交流電圧（駆動電圧）を印加できるよう構成されている。
前述したような基体２に接合した支持基板３は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。
支持基板３の上面には、図２および図３に示すように、第２の質量部２５に対応する部分に開口部３１が形成されている。
【００５２】
この開口部３１は、第２の質量部２５が回動（振動）する際に、支持基板３に接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部（逃げ部）３１を設けることにより、アクチュエータ１全体の大型化を防止しつつ、第２の質量部２５の振れ角（振幅）をより大きく設定することができる。
なお、前述したような逃げ部は、前記効果を十分に発揮し得る構成であれば、必ずしも支持基板３の下面（第２の質量部２５と反対側の面）で開放（開口）していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持基板３の上面に形成された凹部で構成することもできる。また、空間３０の深さが第２の質量部２５の振れ角（振幅）に対し大きい場合などには、逃げ部を設けなくともよい。
【００５３】
ここで、アクチュエータ１の制御系を説明する。
本実施形態にかかるアクチュエータ１は、図８に示すように、前述したピエゾ抵抗素子４１、４２に接続された検知回路１１と、電極３２、３３（高導電性領域２３１、３２３、３３３）に電圧を印加する電源回路１２と、検知回路１１の出力信号に応じて電源回路１２の駆動を制御する制御回路１３（制御手段）とを有している。
【００５４】
検知回路１１は、ピエゾ抵抗素子４１、４２の比抵抗値変化に応じた電圧を増幅する差動増幅回路１１２（差動アンプ）を有している。このように構成された検知回路１１は、ピエゾ抵抗素子４１、４２の歪み量（変形量）に応じた信号を出力するようになっている。すなわち、検知回路１１は、前述した第２の弾性部２８、２９上に設けられたピエゾ抵抗素子４１、４２の比抵抗値の変化に基づいて、第２の質量部２５の挙動を検知するように構成されている。つまり、検知回路１１とピエゾ抵抗素子４１、４２とが、質量部２５の挙動を検知する挙動検知手段を構成する。
【００５５】
電源回路１２は、高導電性領域２３１、３２３、３３３に接続され、基体２（より具体的には第２の弾性部２８、２９の本体部）の電位を所望の電位に維持しつつ、電極３２、３３と基体２との間（より具体的には櫛歯状電極部２１１と櫛歯状電極部３２１との間等）に駆動電圧を印加するように構成されている。このような電源回路１２は、前述した第２の弾性部２８の本体部２８１と抵抗領域４１１との間のｐｎ接合や、第２の弾性部２９の本体部２９１と抵抗領域４２１との間のｐｎ接合（以下、これらのｐｎ接合を単に「ｐｎ接合」とも言う。）を逆バイアス状態に維持しつつ、駆動電圧を印加する。
【００５６】
ここで、電極３２、３３および電源回路１２は、第１の質量部２１、２２を回動駆動させる駆動手段を構成する。また、電源回路１２および高導電性領域２３１は、前述した本体部と抵抗領域との間のｐｎ接合を逆バイアス状態に維持するように、本体部にバイアスを印加するバイアス印加手段を構成する。
制御回路１３は、検知回路１１の出力信号に基づき、電源回路１２の駆動を制御するように構成されている。
【００５７】
以上のような構成のアクチュエータ１は、次のようにして駆動する。
例えば、電源回路１２の作動により、図９に示すように、第１の質量部２１、２２に電位Ｖｂを印加しつつ、電極３２の電位と電極３３の電位とに、それぞれ、振幅Ｖａの交流電位に電位（Ｖａ＋Ｖｂ）の直流電位を重畳した電位を印加する。これにより、基体２の電位は常にＶｂに維持したまま、電極３２と基体２との間と、電極３３と基体２との間には、それぞれ、最大値Ｖａ×２〔Ｖ〕、最小値０〔Ｖ〕で周期的に変化する電位差が生じる。
【００５８】
このようにして、電源回路１２がｐｎ接合を逆バイアス状態に維持するように、本体部２８１、２９１にバイアスを印加する。
特に、図９に示すように、本体部２８１、２９１の電位をＶｂとし、ｐｎ接合の拡散電位をＶｐｎとし、抵抗領域４１１、４２１の電位をＶｓとしたとき、Ｖｂ−Ｖｓ＞Ｖｐｎなる関係を満たすように、電源回路１２が前記バイアスを印加する。
【００５９】
これにより、抵抗領域４１１から弾性部２８の本体部２８１への電流のリーク、および、弾性部２８の本体部２８１から抵抗領域４１１への電流のリークをより確実に防止することができる。また、抵抗領域４２１から弾性部２９の本体部２９１への電流のリーク、および、弾性部２９の本体部２９１から抵抗領域４２１への電流のリークをより確実に防止することができる。以下、これらの電流のリークを単に「電流のリーク」とも言う。
【００６０】
また、前述したようにバイアスを印加することにより、電流のリークを防止しつつ、電極３２、３３と基体２との間に所望の静電引力を生じさせ、第２の質量部２５を回動させることができる。
前述したような電位差により、電極３２と第１の質量部２１、２２との間（より具体的には、櫛歯状電極部３２１と櫛歯状電極部２１１との間、および、櫛歯状電極部３２２と櫛歯状電極部２２１との間）と、電極３３と第１の質量部２１、２２との間（より具体的には、櫛歯状電極部３３１と櫛歯状電極部２１２との間、および、櫛歯状電極部３３２と櫛歯状電極部２２２との間）とに静電引力が生じる。
【００６１】
この静電気力により、第１の弾性部２６、２７を軸に（すなわち、回動中心軸Ｘまわりに）、支持基板３の板面（図１における紙面）に対して傾斜するように振動（回動）する。
そして、この第１の質量部２１、２２の振動（駆動）に伴って、第２の弾性部２８、２９を介して連結されている第２の質量部２５も、第２の弾性部２８、２９を軸に（すなわち、回動中心軸Ｘまわりに）、支持基板３の板面（図１における紙面）に対して傾斜するように振動（回動）する。
【００６２】
このとき、捩れ変形する第２の弾性部２８、２９上では、主にせん断応力を生じる。これにより、ピエゾ抵抗素子４１、４２がそれぞれせん断応力を受ける。
より具体的には、例えば、第２の質量部２５の回動に際し第２の弾性部２８が捩れ変形すると、ピエゾ抵抗素子４１の抵抗領域４１１には、図６にて矢印で示すような方向にせん断応力が生じる。
【００６３】
これと同様に、第２の質量部２５を回動に際し第２の弾性部２９が捩れ変形すると、ピエゾ抵抗素子４２の抵抗領域４２１には、図６にて矢印で示すような方向にせん断応力が生じる。
このようなせん断応力を受ける抵抗領域４１１、４２１は、図６に示すように、互いの電界の方向が同方向となっている。そのため、第２の質量部２５の回動に伴い、ピエゾ抵抗素子４１の比抵抗値とピエゾ抵抗素子４２の比抵抗値とは、一方が増加し、他方が減少する。
【００６４】
このようなピエゾ抵抗素子４１、４２の比抵抗値の変化は、それぞれ、第２の弾性部２８の捩れ変形量（第２の質量部２５の回動量）に応じたものとなる。
このように第２の質量部２５の回動に伴ってピエゾ抵抗素子４１、４２の比抵抗値が変化すると、その変化量に応じて、図５に示す検知回路１１の出力信号（電圧値）も変化する。
【００６５】
すなわち、検知回路１１からの出力信号は、第２の質量部２５の挙動（例えば、回動角、振幅、振動数など）に対応したものとなる。
したがって、制御回路１３は、検知回路１１からの出力信号に基づき、電源回路１２の駆動を制御して、第２の質量部２５の挙動を所望のものとすることができる。
特に、アクチュエータ１では、ピエゾ抵抗素子４１、４２の比抵抗値変化に応じた電圧を差動増幅回路１１２にて増幅するように構成されているため、ピエゾ抵抗素子４１、４２の比抵抗値変化（電圧値変化）を高精度に（高感度で）検知することができる。その結果、より高精度に第２の質量部２５の挙動を検知することができる。
【００６６】
ここで、ピエゾ抵抗素子４１における電界の方向とピエゾ抵抗素子４２における電界の方向とが互いに同方向であるため、これらの比抵抗値変化に応じた電圧を差動増幅回路１１２にて増幅でき、ピエゾ抵抗素子４１、４２の比抵抗値変化をより高精度に（高感度で）検知することができる。その結果、さらに高精度に第２の質量部２５の挙動を検知することができる。
また、１対のピエゾ抵抗素子４１、４２は平面視にて互いに第２の質量部２５に対して対称に設けられているため、ピエゾ抵抗素子４１、４２の比抵抗値変化を電圧値変化としてさらに高精度に（高感度で）検知することができる。その結果、極めて高精度に第２の質量部２５の挙動を検知することができる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態のアクチュエータ１は、前述したように、電源回路１２が、前述した第２の弾性部２８の本体部２８１と抵抗領域４１１との間のｐｎ接合や、第２の弾性部２９の本体部２９１と抵抗領域４２１との間のｐｎ接合を逆バイアス状態に維持するように、基体２（本体部２８１、２９１）にバイアスを印加する。そのため、抵抗領域４１１から弾性部２８の本体部２８１への電流のリーク、および、弾性部２８の本体部２８１から抵抗領域４１１への電流のリークを防止することができる。また、抵抗領域４２１から弾性部２９の本体部２９１への電流のリーク、および、弾性部２９の本体部２９１から抵抗領域４２１への電流のリークを防止することができる。その結果、高精度に第２の質量部２５の挙動を検知することができる。
【００６８】
特に、本実施形態では、電極３２、３３の電位の最小値が基体２（本体部２８１、２９１）の電位とほぼ等しいため、前述したような電流のリークを防止しつつ、所望の静電引力を生じさせ、第１の質量部２１、２２を安定的に回動させ、ひいては、第２の質量部２５を安定的に回動させることができる。
また、電源回路１２が高導電性領域２３１を介して本体部２８１、２９１にバイアスを印加するため、バイアスを効率的に本体部２８１、２９１へ印加することができる。これは、支持部２３と高導電性領域２３１とがオーミック接合されていることによるものである。
【００６９】
また、抵抗領域４１１が第２の弾性部２８に設けられ、また、抵抗領域４２１が第２の弾性部２９に設けられているため、第２の質量部２５（質量部）の回動に伴う抵抗領域４１１、４２１の抵抗値変化を大きくすることができる。その結果、第２の質量部２５の挙動検知の検知精度の向上を図ることができる。
また、抵抗領域４１１、４２１の結晶方位と第２の弾性部２８、２９の延在方向（回動中心軸Ｘ方向）との関係が最適化されているため、第２の質量部２５の回動に伴って第２の弾性部２８、２９上に生じたせん断応力により抵抗領域４１１、４２１の比抵抗値が大きく変化する。そのため、抵抗領域４１１、４２１の比抵抗値に基づき、高精度に第２の質量部２５の挙動を検知し、第２の質量部２５の挙動を所望のものとすることができる。
【００７０】
前述したような抵抗領域４１１、４１２は第２の弾性部２８、２９表面に不純物をドーピングすることにより形成されたものであるため、比較的簡単に、抵抗領域４１１、４２１の結晶方位を所望のもの、すなわち、抵抗領域４１１、４２１の結晶方位を回動中心軸Ｘ方向に正確に平行とすることができる。
また、本実施形態では、ピエゾ抵抗素子４１は第２の弾性部２８の長手方向での中央部に設けられ、ピエゾ抵抗素子４２は第２の弾性部２９の長手方向での中央部に設けられている。第２の弾性部２８、２９の捩れ変形に伴って第２の弾性部２８、２９上に生じるせん断応力は、第２の弾性部２８、２９の長手方向での中央部で、長手方向に亘ってほぼ一定となっている。そのため、アクチュエータ１の製造時に抵抗領域４１１、４１２を形成するに際し、その形成位置に高精度を要しなくても、アクチュエータ１の製品ごとの品質のバラツキを少なくすることができる。その結果、アクチュエータ１の低コスト化を図ることができる。
【００７１】
なお、ピエゾ抵抗素子４１は第２の弾性部２８の長手方向での端部に設けられていてもよく、また、ピエゾ抵抗素子４２は第２の弾性部２９の長手方向での端部に設けられていてもよい。第２の弾性部２８、２９の捩れ変形により第２の弾性部２８、２９上に生じるせん断応力は、第２の弾性部２８、２９の長手方向での中央部から端部に向け大きくなっている。そのため、前述したようにピエゾ抵抗素子４１、４２を配置すると、第２の質量部２５の回動角に対するピエゾ抵抗素子４１、４２の比抵抗値の変化量を大きくして、第２の質量部２５の検知精度の向上を図ることができる。
【００７２】
また、第１の質量部２１の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さ（最大長）をＬ１とし、第１の質量部２２の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さ（最大長）をＬ２とし、第２の質量部２５の回動中心軸Ｘからこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さ（最大長）をＬ３としたとき、本実施形態では、第１の質量部２１、２２が、それぞれ独立して設けられているため、第２の質量部２５の大きさ（長さＬ３）にかかわらず、第１の質量部２１、２２と第２の質量部２５とが干渉せず、Ｌ１およびＬ２を小さくすることができる。これにより、第１の質量部２１、２２の回転角度（振れ角）を大きくすることができ、その結果、第２の質量部２５の回転角度を大きくすることができる。
【００７３】
また、第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５の寸法は、それぞれ、Ｌ１＜Ｌ３かつＬ２＜Ｌ３なる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１の質量部２１、２２の回転角度をより大きくすることができ、第２の質量部２５の回転角度をさらに大きくすることができる。
【００７４】
この場合、第２の質量部２５の最大回転角度が、２０°以上となるように構成されるのが好ましい。
これらによって、第１の質量部２１、２２の低電圧駆動と、第２の質量部２５の大回転角度での振動（回動）とを実現することができる。
このため、このようなアクチュエータ１を、例えばレーザープリンタや、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の装置に用いられる光スキャナに適用した場合には、より容易に装置を小型化することができる。
【００７５】
なお、前述したように、本実施形態では、Ｌ１とＬ２とはほぼ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。
ところで、このような質量部２１、２２、２５の振動系（２自由度振動系）では、第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５の振幅（振れ角）と、印加する交流電圧の周波数との間に、図９に示すような周波数特性が存在している。
【００７６】
すなわち、かかる振動系は、第１の質量部２１、２２の振幅と、第２の質量部２５の振幅とが大きくなる２つの共振周波数ｆｍ１［ｋＨｚ］、ｆｍ３［ｋＨｚ］（ただし、ｆｍ１＜ｆｍ３）と、第１の質量部２１、２２の振幅がほぼ０となる、１つの反共振周波数ｆｍ２［ｋＨｚ］とを有している。
この振動系では、電極３２、３３に印加する交流電圧の周波数Ｆが、２つの共振周波数のうち低いもの、すなわち、ｆｍ１とほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振幅を抑制しつつ、第２の質量部２５の振れ角（回転角度）を大きくすることができる。
【００７７】
なお、本明細書中では、Ｆ［ｋＨｚ］とｆｍ１［ｋＨｚ］とがほぼ等しいとは、（ｆｍ１−１）≦Ｆ≦（ｆｍ１＋１）の条件を満足することを意味する。
第１の質量部２１、２２の平均厚さは、それぞれ、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
第２の質量部２５の平均厚さは、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
【００７８】
第１の弾性部２６、２７のばね定数ｋ１は、１×１０−４〜１×１０４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０−２〜１×１０３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０−１〜１×１０２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
一方、第２の弾性部２８、２９のばね定数ｋ２は、１×１０−４〜１×１０４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０−２〜１×１０３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０−１〜１×１０２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の振れ角をより大きくすることができる。
【００７９】
また、第１の弾性部２６、２７のばね定数ｋ１と第２の弾性部２８、２９のばね定数をｋ２とは、ｋ１＞ｋ２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
さらに、第１の質量部２１、２２の慣性モーメントをＪ１とし、第２の質量部２５の慣性モーメントをＪ２としたとき、Ｊ１とＪ２とは、Ｊ１≦Ｊ２なる関係を満足することが好ましく、Ｊ１＜Ｊ２なる関係を満足することがより好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００８０】
ところで、第１の質量部２１、２２と第１の弾性部２６、２７とからなる第１の振動系の固有振動数ω１は、第１の質量部２１、２２の慣性モーメントＪ１と、第１の弾性部２６、２７のばね定数ｋ１とにより、ω１＝（ｋ１／Ｊ１）１／２によって与えられる。一方、第２の質量部２５と第２の弾性部２８、２９とからなる第２の振動系の固有振動数ω２は、第２の質量部２５の慣性モーメントＪ２と、第２の弾性部２８、２９のばね定数ｋ２とにより、ω２＝（ｋ２／Ｊ２）１／２によって与えられる。
【００８１】
こ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、ω１＞ω２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
以上のように２自由度振動系を有するアクチュエータ１は、駆動電圧を低減しつつ、第２の質量部２５の振れ角を大きいものとすることができる。特に、本実施形態のアクチュエータ１は、前述したような櫛歯状電極部２１１、２１２、２２１、２２２、３２１、３２２、３３１、３３２を用いて第１の質量部２１、２２を回動させるように構成されているので、平行平板型の電極を用いて第１の質量部２１、２２を回動するものに比し、第１の質量部２１、２２の回動角を大きくし、これに伴って、第２の質量部２５の回動角を大きくすることができる。
【００８２】
また、２自由度振動系を有するアクチュエータ１は、前述したように、一般に、第２の質量部２５の振れ角は第１の質量部２１、２２の振れ角よりも大きく、また、第２の弾性部２８、２９の捩れ変形量は第１の弾性部２６、２７の捩れ変形量よりも大きいため、ピエゾ抵抗素子４１、４２が第２の弾性部上に設けられていると、第２の質量部２５の回動に伴うピエゾ抵抗素子４１、４２の比抵抗値の変化量を大きくして、第２の質量部２５の挙動を高精度に検知することができる。
【００８３】
このようなアクチュエータ１は、例えば、次のようにして製造することができる。
図１１、図１２は、それぞれ、第１実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下では、説明の便宜上、図１１、図１２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
［Ａ１］  まず、図１１（ａ）に示すように、例えばシリコン基板５（ｎ型の単結晶シリコン基板）を用意する。
【００８４】
次に、シリコン基板５の一方の面に、図１１（ｂ）に示すように、支持部２３、２４と各質量部２１、２２、２５と各弾性部２６、２７、２８、２９と電極３２、３３との形状（平面視形状）に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスク６を形成する。なお、このとき、金属マスク６は、図示しないが、支持部２３、２４に対応する部分と電極３２、３３に対応する部分とは互いに連結した形状とする。
【００８５】
そして、図１１（ｃ）に示すように、シリコン基板５の他方の面に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行って、空間３０の平面視形状と同様の形状をなす開口を有するレジストマスク７を形成する。なお、レジストマスク７の形成は、金属マスク６の形成よりも先に行ってもよい。
次に、このレジストマスク７を介して、シリコン基板５の前記他方の面をエッチングした後、レジストマスク７を除去する。これにより、図１１（ｄ）に示すように、空間３０の平面視に対応する領域に凹部５１が形成される。
【００８６】
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。
【００８７】
次に、金属マスク６を介して、シリコン基板５の前記一方の面側を、前記凹部５１に対応する部分が貫通するまでエッチングする。
そして、金属マスク６を除去した場合、この後、第２の質量部２５上に金属膜を成膜し、光反射部２５１を形成する。
なお、ここで、シリコン基板５に対しエッチングを行った後、金属マスク６は除去してもよく、除去せずに残存させてもよい。金属マスク６を除去しない場合、第２の質量部２５上に残存した金属マスク６は光反射部２５１として用いることができる。
【００８８】
金属膜の成膜方法としては、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、金属箔の接合等が挙げられる。なお、以下の各工程における金属膜の成膜においても、同様の方法を用いることができる。
また、支持部２３および電極３２、３３に対応する部分に、不純物をドープして、高導電性領域２３１、３２３、３３３を形成する。これと同様に、第２の弾性部２８、２９に対応する部分に、不純物をドープして、抵抗領域４１１、４２１を形成する。
【００８９】
このような高導電性領域２３１、３２３、３３３および抵抗領域４１１、４２１の形成に先立ち、高導電性領域２３１、３２３、３３３および抵抗領域４１１、４２１の形成予定部位以外の部分に、酸化膜などの絶縁膜を形成する。また、抵抗領域４１１、４２１の形成後、前記絶縁膜上に端子４１６〜４１９、４２６〜４２９および配線を公知の成膜法を用いて形成する。
以上の工程により、図１１（ｅ）に示すように、支持部２３、２４と各質量部２１、２２、２５と各弾性部２６、２７、２８、２９と電極３２、３３が一体的に形成された構造体が得られる。なお、支持部２３、２４と電極３２、３３との間の部分を、後述する工程にて除去する。
【００９０】
［Ａ２］  次に、図１２（ａ）に示すように、支持基板３を形成するための基板として、例えばシリコン基板９を用意する。
そして、シリコン基板９の一方の面に、開口部３１を形成する領域を除いた部分に対応するように、例えば、アルミニウム等により金属マスクを形成する。
次に、この金属マスクを介して、シリコン基板９の一方の面側をエッチングした後、金属マスクを除去し、図１２（ｂ）に示すように、開口部３１を形成する。すなわち、支持基板３が得られる。
【００９１】
［Ａ３］  次に、図１２（ｃ）に示すように、前記工程［Ａ１］で得られた構造体と、前記工程［Ａ２］で得られた支持基板３とを直接接合により接合した後に、前記構造体の支持部２３、２４と電極３２、３３との間の部分を除去して、アクチュエータ１を得る。なお、基体２と支持基板３との間に可動イオンを含む硼珪酸ガラスのようなガラスを介在させ、これらを陽極接合により接合してもよい。また、シリコン基板９に代えてガラス基板を用いて、基体２と支持基板３とを陽極接合により接合することもできる。
以上のようにして、第１実施形態のアクチュエータ１が製造される。
【００９２】
＜第２実施形態＞
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１３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１４は、図１３に示すアクチュエータに備えられたピエゾ抵抗素子を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１３および図１４中の紙面に対し手前側を「上」、紙面に対し奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００９３】
以下、第２実施形態のアクチュエータについて、前述した第１実施形態のアクチュエータ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。
第２実施形態のアクチュエータ１Ａは、図１３に示すように、高導電性領域の配置および形状が異なる以外は、第１実施形態のアクチュエータ１とほぼ同様である。なお、以下では、ピエゾ抵抗素子４１について代表的に説明し、ピエゾ抵抗素子４２についてはピエゾ抵抗素子４１と同様であるため、その説明を省略を省略する。
【００９４】
第２実施形態のアクチュエータ１Ａでは、図１３および図１４に示すように、ピエゾ抵抗素子４１の抵抗領域４１１の近傍で本体部２８１上に、抵抗領域４１１の外周を囲むように、高導電性領域２８２が形成されている。
この高導電性領域２８２は、電源回路１２に接続され、直流電位Ｖｂが印加されるようになっている。
【００９５】
このように抵抗領域４１１の外周を囲むように形成された高導電性領域２８２は、シールドとしても機能する。そのため、外部から抵抗領域４１１へのノイズの混入を防止することができる。その結果、より高精度に第２の質量部２５の挙動を検知することができる。また、高導電性領域２８２と抵抗領域４１１との間の距離が小さくなるため、バイアスをより効率的に本体部２８１へ印加することができる。その結果、より確実かつ簡単に、ｐｎ接合を逆バイアス状態に維持することができる。
【００９６】
このように高導電性領域２８２をシールドとして機能させる場合には、高導電性領域２８２の厚さ（深さ）は、抵抗領域４１１の厚さ（深さ）よりも大きいのが好ましい。これにより、抵抗領域４１１のシールドとしての機能を向上させることができる。
なお、シールドとして機能する高導電性領域２８２の形状および配置は、前述したものに限定されず、例えば、高導電性領域２８２は、第２の弾性部２８の本体部２８１の厚さ方向の全域に亘って形成されていても、本体部２８１の厚さ方向での一部に形成されていてもよい。また、本実施形態では、高導電性領域２８２が本体部２８１の上側の面上にのみ設けられているが、高導電性領域２８２が本体部２８１の上側および下側のそれぞれの面上に設けられていてもよい。
【００９７】
以上説明したような第２実施形態のアクチュエータ１Ａによっても、前述した第１実施形態のアクチュエータ１と同様の効果を得ることができる。
上述したようなアクチュエータ１、１Ａは、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
以上説明したようなアクチュエータ１、１Ａ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、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置に備えられた光スキャナに好適に適用することができる。
【００９８】
この場合、光反射部で反射した光を走査（主走査または副走査）し、画像を形成する（感光ドラム上の潜像形成や投射型スクリーンへの描画を行う）。本発明にかかるアクチュエータ１、１Ａは、高精度に質量部の挙動を検知し、その検知結果に基づいて質量部を駆動することで、長期に亘り光走査を所望の範囲で行うことができる。そのため、長期に亘り、光走査を所望の範囲で行って、優れた画像を得ることができる。
【００９９】
以上、本発明のアクチュエータについて、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い。例えば、本発明のアクチュエータでは、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
例えば、前述した実施形態では、ピエゾ抵抗素子を１対有するアクチュエータを説明したが、ピエゾ抵抗素子は、１つであっても、３つ以上であってもよい。また、ピエゾ抵抗素子の設置位置は、前述した実施形態のものに限られず、第１の質量部２１、２２上であってよい。また、複数のピエゾ抵抗素子を有する場合、複数のピエゾ抵抗素子は、平面視にて質量部（第２の質量部２５）に対し非対称に配置されていてもよい。
【０１００】
また、前述した実施形態では、２自由動振動系のアクチュエータ（すなわち、質量部として第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５を有し、弾性部として第１の弾性部２６、２７および第２の弾性部２８、２９を有するもの）について説明したが、１自由度または３自由度以上の振動系のアクチュエータにも本発明を適用することができる。
また、前述した実施形態では、光反射部が第２の質量部の上面（支持基板とは逆側の面）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。
【０１０１】
また、前述した実施形態では静電駆動方式により駆動するものについて説明したが、これに限定されない。例えば、２自由度振動系を有するアクチュエータの駆動方式としては、第１の質量部を回動させ、これに伴い、第２の弾性部を捩れ変形させながら、第２の質量部を回動させることができるものであれば、前述したものに限定されず、例えば、圧電素子を用いた駆動方式や、磁力を用いた駆動方式などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【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線断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１に示すアクチュエータの第２の質量部および第２の弾性部を示す部分拡大斜視図である。
【図５】図１に示すアクチュエータに備えられたピエゾ抵抗素子を説明するための図である。
【図６】図１に示すアクチュエータに備えられたピエゾ抵抗素子を説明するための図である。
【図７】（００１）面シリコン基板における結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示す図である。
【図８】図１に示すアクチュエータの制御系の概略構成を示す図である。
【図９】図１に示すアクチュエータの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図である。
【図１０】図１に示すアクチュエータの駆動電圧として交流電圧を用いた場合における交流電圧の周波数と、第１の質量部および第２の質量部のそれぞれの振幅との関係を示すグラフある。
【図１１】図１に示すアクチュエータの製造方法を説明するための図である。
【図１２】図１に示すアクチュエータの製造方法を説明するための図である。
【図１３】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１４】図１３に示すアクチュエータに備えられたピエゾ抵抗素子を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１、１Ａ……アクチュエータ  １１……検知回路  １１２……差動増幅回路  １２……電源回路  １３……制御回路  ２……基体  ２１、２２……第１の質量部  ２１１、２１２、２２１、２２２……櫛歯状電極部  ２３、２４……支持部  ２３１、２８２、３２３、３３３……高導電性領域  ２５……第２の質量部  ２５１……光反射部  ２６、２７……第１の弾性部  ２８、２９……第２の弾性部  ２８１、２９１……本体部  ３……支持基板  ３０……空間  ３１……開口部  ３２、３３……電極  ３２１、３２２、３３１、３３２……櫛歯状電極部  ４１、４２……ピエゾ抵抗素子  ４１１、４２１……抵抗領域  ４１２、４１３、４２２、４２３……入力電極  ４１４、４１５、４２４、４２５……出力電極  ４１６〜４１９、４２６〜４２９……端子  ５……シリコン基板  ５１……凹部  ６……金属マスク  ７……レジストマスク  ９……シリコン基板
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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