(57)【要約】【課題】比較的簡単かつ高精度に、所望の状態で駆動することができるアクチュエータ、光学デバイス、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、固定電極３１、３２と可動電極４１、４２との間に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、梁部４３を変形させながら、可動電極４１、４２をその電極指４１１、４２２の長手方向に変位させるように構成されているものであって、固定電極３１、３２および／または可動電極４１、４２における複数の電極指３１１、３２１、４１１、４２１のうちの少なくとも１つの電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有する。【選択図】図１
2008044068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部に対し固定された少なくとも１つの固定電極と、
各前記固定電極に対応して設けられ、前記基部に対し変位可能な可動電極と、
前記基部に対し前記可動電極を変位可能に支持する弾性変形可能な弾性部とを有し、
前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を備え、前記可動電極の複数の電極指と前記固定電極の複数の電極指とが互いに噛み合うように配設されており、
前記固定電極と前記可動電極との間に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、前記弾性部を変形させながら、前記可動電極をその電極指の長手方向に変位させるように構成されているアクチュエータであって、
前記固定電極および／または前記可動電極における複数の電極指のうちの少なくとも１つの電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、前記固定電極と前記可動電極との噛み合い量が増すに従い、前記固定電極の電極指の先端と前記可動電極の電極指との間の距離、および／または、前記可動電極の電極指の先端と前記固定電極の電極指との間の距離を大きくすることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記固定電極と前記可動電極との間に印加する電圧に対する前記可動電極の変位量の比をほぼ一定とするように、前記固定電極および前記可動電極が形成されている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記固定電極および前記可動電極のうち、一方における電極指が、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、他方における電極指が、その長手方向でのほぼ全域で一定の幅を有する請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記固定電極における電極指が、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、前記可動電極における電極指が、その長手方向でのほぼ全域で一定の幅を有する請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記固定電極および前記可動電極のうちの少なくとも一方における電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が連続的に漸減する部分を有する請求項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】
前記固定電極および前記可動電極のうちの少なくとも一方における電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が段階的に漸減する部分を有する請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記固定電極および前記可動電極のうちの少なくとも一方における電極指は、その先端側から基端側へ向け厚さが漸減する部分を有する請求項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】
前記固定電極および前記可動電極のうちの少なくとも一方における各電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有する請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
基部と、
前記基部に対し固定された少なくとも１つの固定電極と、
各前記固定電極に対応して設けられ、前記基部に対し変位可能な可動電極と、
前記基部に対し前記可動電極を変位可能に支持する弾性変形可能な弾性部と、
前記可動電極に支持され、光反射性を有する光反射部とを有し、
前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を備え、前記可動電極の複数の電極指と前記固定電極の複数の電極指とが互いに噛み合うように配設されており、
前記固定電極と前記可動電極との間に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、前記弾性部を変形させながら、前記可動電極をその電極指の長手方向に変位させ、前記光反射部で反射した光の向きを変更し得るように構成されている光学デバイスであって、
前記固定電極および／または前記可動電極における複数の電極指のうちの少なくとも１つの電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、前記固定電極と前記可動電極との噛み合い量が増すに従い、前記固定電極の電極指の先端と前記可動電極の電極指との間の距離、および／または、前記可動電極の電極指の先端と前記固定電極の電極指との間の距離を大きくすることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１０】
基部と、
前記基部に対し固定された少なくとも１つの固定電極と、
各前記固定電極に対応して設けられ、前記基部に対し変位可能な可動電極と、
前記基部に対し前記可動電極を変位可能に支持する弾性変形可能な弾性部と、
前記可動電極に支持され、光反射性を有する光反射部とを有し、
前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を備え、前記可動電極の複数の電極指と前記固定電極の複数の電極指とが互いに噛み合うように配設されており、
前記固定電極と前記可動電極との間に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、前記弾性部を変形させながら、前記可動電極をその電極指の長手方向に変位させ、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、
前記固定電極および／または前記可動電極における複数の電極指のうちの少なくとも１つの電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、前記固定電極と前記可動電極との噛み合い量が増すに従い、前記固定電極の電極指の先端と前記可動電極の電極指との間の距離、および／または、前記可動電極の電極指の先端と前記固定電極の電極指との間の距離を大きくすることを特徴とする光スキャナ。
【請求項１１】
基部と、
前記基部に対し固定された少なくとも１つの固定電極と、
各前記固定電極に対応して設けられ、前記基部に対し変位可能な可動電極と、
前記基部に対し前記可動電極を変位可能に支持する弾性変形可能な弾性部と、
前記可動電極に支持され、光反射性を有する光反射部とを有し、
前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を備え、前記可動電極の複数の電極指と前記固定電極の複数の電極指とが互いに噛み合うように配設されており、
前記固定電極と前記可動電極との間に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、前記弾性部を変形させながら、前記可動電極をその電極指の長手方向に変位させ、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た画像形成装置であって、
前記固定電極および／または前記可動電極における複数の電極指のうちの少なくとも１つの電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、前記固定電極と前記可動電極との噛み合い量が増すに従い、前記固定電極の電極指の先端と前記可動電極の電極指との間の距離、および／または、前記可動電極の電極指の先端と前記固定電極の電極指との間の距離を大きく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、光学デバイス、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、シリコンで構成された基部上に、半導体製造プロセスを利用したマイクロマシニング技術により、振動を発生するための構造を形成したアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
従来、このようなアクチュエータとしては、例えば、特許文献１に開示されているように、基板に固定された固定電極と、複数の梁で構成された弾性部を介して基板に支持された可動電極とを有し、これらの間に電圧を印加することにより、可動電極と固定電極との間に静電引力を生じさせ、弾性部を変形させながら可動電極を変位させるものが知られている。
【０００３】
かかるアクチュエータにあっては、可動電極および固定電極のそれぞれが櫛歯状をなし、これらが互いに噛み合うように配設されている。また、可動電極および固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を有し、可動電極がその電極指の長手方向に変位する。従来では、可動電極および固定電極のそれぞれの各電極指は、その長手方向の全域にわたり一定の幅を有している。そのため、可動電極の変位に伴って、可動電極と固定電極との噛み合い量が増すに従い、可動電極と固定電極との間に生じる静電引力は急激に上昇する。
このようなことから、駆動電圧の比較的大きい場合、駆動電圧を僅かに変化させただけでも可動電極の変位量が極めて大きくなる。したがって、可動電極を所望量だけ正確に変位させることが難しい。また、駆動回路の構成が複雑化するという問題もある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９０６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、比較的簡単かつ高精度に、所望の状態で駆動することができるアクチュエータ、光学デバイス、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】
【０００６】
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、基部と、
前記基部に対し固定された少なくとも１つの固定電極と、
各前記固定電極に対応して設けられ、前記基部に対し変位可能な可動電極と、
前記基部に対し前記可動電極を変位可能に支持する弾性変形可能な弾性部とを有し、
前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を備え、前記可動電極の複数の電極指と前記固定電極の複数の電極指とが互いに噛み合うように配設されており、
前記固定電極と前記可動電極との間に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、前記弾性部を変形させながら、前記可動電極をその電極指の長手方向に変位させるように構成されているアクチュエータであって、
前記固定電極および／または前記可動電極における複数の電極指のうちの少なくとも１つの電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、前記固定電極と前記可動電極との噛み合い量が増すに従い、前記固定電極の電極指の先端と前記可動電極の電極指との間の距離、および／または、前記可動電極の電極指の先端と前記固定電極の電極指との間の距離を大きくすることを特徴とする。
これにより、可動電極と固定電極との間に印加する電圧に対する可動電極の変位量の比の上昇を抑えることができる。そのため、可動電極と固定電極との間に印加する電圧が比較的大きい場合であっても、電圧の変更による可動電極の変位量の微調整が容易となり、比較的簡単かつ高精度に、可動電極の変位量を所望のものとすることができる。
【０００７】
本発明のアクチュエータでは、前記固定電極と前記可動電極との間に印加する電圧に対する前記可動電極の変位量の比をほぼ一定とするように、前記固定電極および前記可動電極が形成されていることが好ましい。
これにより、可動電極と固定電極との間に電圧を印加するための駆動回路の構成を簡単なものとすることができる。
【０００８】
本発明のアクチュエータでは、前記固定電極および前記可動電極のうち、一方における電極指が、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、他方における電極指が、その長手方向でのほぼ全域で一定の幅を有することが好ましい。
これにより、可動電極および固定電極の一方の設計を簡単にすることができる。その結果、アクチュエータの設計を簡単にすることができる。
【０００９】
本発明のアクチュエータでは、前記固定電極における電極指が、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、前記可動電極における電極指が、その長手方向でのほぼ全域で一定の幅を有することが好ましい。
これにより、可動電極の設計を簡単にすることができる。その結果、アクチュエータの設計をより簡単にすることができる。
【００１０】
本発明のアクチュエータでは、前記固定電極および前記可動電極のうちの少なくとも一方における電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が連続的に漸減する部分を有することが好ましい。
これにより、可動電極を円滑に変位させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記固定電極および前記可動電極のうちの少なくとも一方における電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が段階的に漸減する部分を有することが好ましい。
これにより、可動電極や固定電極の設計を簡単にすることができる。
【００１１】
本発明のアクチュエータでは、前記固定電極および前記可動電極のうちの少なくとも一方における電極指は、その先端側から基端側へ向け厚さが漸減する部分を有することが好ましい。
これにより、電極指の幅の最大値と最小値との差を小さくして、電極指の機械的強度の低下を防止しつつ、可動電極と固定電極との間に印加する電圧に対する可動電極の変位量の比の上昇を抑えることができる。
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、前記固定電極および前記可動電極のうちの少なくとも一方における各電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有することが好ましい。
これにより、各電極指の幅の最大値と最小値との差を小さくして、各電極指の機械的強度の低下を防止しつつ、可動電極と固定電極との間に印加する電圧に対する可動電極の変位量の比の上昇をより確実に抑えることができる。
【００１３】
本発明の光学デバイスは、基部と、
前記基部に対し固定された少なくとも１つの固定電極と、
各前記固定電極に対応して設けられ、前記基部に対し変位可能な可動電極と、
前記基部に対し前記可動電極を変位可能に支持する弾性変形可能な弾性部と、
前記可動電極に支持され、光反射性を有する光反射部とを有し、
前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を備え、前記可動電極の複数の電極指と前記固定電極の複数の電極指とが互いに噛み合うように配設されており、
前記固定電極と前記可動電極との間に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、前記弾性部を変形させながら、前記可動電極をその電極指の長手方向に変位させ、前記光反射部で反射した光の向きを変更し得るように構成されている光学デバイスであって、
前記固定電極および／または前記可動電極における複数の電極指のうちの少なくとも１つの電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、前記固定電極と前記可動電極との噛み合い量が増すに従い、前記固定電極の電極指の先端と前記可動電極の電極指との間の距離、および／または、前記可動電極の電極指の先端と前記固定電極の電極指との間の距離を大きくすることを特徴とする。
これにより、可動電極と固定電極との間に印加する電圧に対する可動電極の変位量の比の上昇を抑えることができる。そのため、可動電極と固定電極との間に印加する電圧が比較的大きい場合であっても、電圧の変更による可動電極の変位量の微調整が容易となり、比較的簡単かつ高精度に、可動電極の変位量を所望のものとすることができる。その結果、比較的簡単かつ高精度に、光反射部で反射した光を所望の向きに変更することができる。
【００１４】
本発明の光スキャナは、基部と、
前記基部に対し固定された少なくとも１つの固定電極と、
各前記固定電極に対応して設けられ、前記基部に対し変位可能な可動電極と、
前記基部に対し前記可動電極を変位可能に支持する弾性変形可能な弾性部と、
前記可動電極に支持され、光反射性を有する光反射部とを有し、
前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を備え、前記可動電極の複数の電極指と前記固定電極の複数の電極指とが互いに噛み合うように配設されており、
前記固定電極と前記可動電極との間に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、前記弾性部を変形させながら、前記可動電極をその電極指の長手方向に変位させ、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、
前記固定電極および／または前記可動電極における複数の電極指のうちの少なくとも１つの電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、前記固定電極と前記可動電極との噛み合い量が増すに従い、前記固定電極の電極指の先端と前記可動電極の電極指との間の距離、および／または、前記可動電極の電極指の先端と前記固定電極の電極指との間の距離を大きくすることを特徴とする。
これにより、可動電極と固定電極との間に印加する電圧に対する可動電極の変位量の比の上昇を抑えることができる。そのため、可動電極と固定電極との間に印加する電圧が比較的大きい場合であっても、電圧の変更による可動電極の変位量の微調整が容易となり、比較的簡単かつ高精度に、可動電極の変位量を所望のものとすることができる。その結果、比較的簡単かつ高精度に、光反射部で反射した光を所望の状態で走査することができる。
【００１５】
本発明の画像形成装置は、基部と、
前記基部に対し固定された少なくとも１つの固定電極と、
各前記固定電極に対応して設けられ、前記基部に対し変位可能な可動電極と、
前記基部に対し前記可動電極を変位可能に支持する弾性変形可能な弾性部と、
前記可動電極に支持され、光反射性を有する光反射部とを有し、
前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を備え、前記可動電極の複数の電極指と前記固定電極の複数の電極指とが互いに噛み合うように配設されており、
前記固定電極と前記可動電極との間に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、前記弾性部を変形させながら、前記可動電極をその電極指の長手方向に変位させ、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た画像形成装置であって、
前記固定電極および／または前記可動電極における複数の電極指のうちの少なくとも１つの電極指は、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、前記固定電極と前記可動電極との噛み合い量が増すに従い、前記固定電極の電極指の先端と前記可動電極の電極指との間の距離、および／または、前記可動電極の電極指の先端と前記固定電極の電極指との間の距離を大きくすることを特徴とする。
これにより、可動電極と固定電極との間に印加する電圧に対する可動電極の変位量の比の上昇を抑えることができる。そのため、可動電極と固定電極との間に印加する電圧が比較的大きい場合であっても、電圧の変更による可動電極の変位量の微調整が容易となり、比較的簡単かつ高精度に、可動電極の変位量を所望のものとすることができる。その結果、比較的簡単かつ高精度に、光反射部で反射した光を所望の状態で走査して、優れた画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明におけるアクチュエータを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態にかかるアクチュエータを図１ないし図６に基づき説明する。なお、以下の説明では、本発明のアクチュエータをマイクロレゾネータに適用する場合を例に説明する。
【００１７】
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に示すアクチュエータの可動電極および固定電極の電極指を説明するための拡大平面図、図４は、図１に示すアクチュエータの動作時における可動電極および固定電極の作用を説明するための図、図５は、図１に示すアクチュエータの動作時における印加電圧（駆動電圧）と可動電極の変位量との関係を示すグラフである。
【００１８】
図１および図２に示すように、本実施形態にかかるアクチュエータ１は、基部２と、この基部２に固定された一対の固定電極３１、３２と、固定電極３１、３２同士の間で振動可能に設けられた可動部４とを有している。
可動部４は、各固定電極３１、３２に対向する可動電極４１、４２と、基部２に固定された固定部４５、４６と、各可動電極４１、４２と各固定部４５、４６とを連結する梁部（弾性部）４３、４４と、可動電極４１と可動電極４２とを連結する連結部４７とを有している。
【００１９】
可動電極４１は、櫛歯状をなすものであり、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指４１１を有している。これと同様に、可動電極４２は、櫛歯状をなすものであり、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指４２１を有している。
各電極指４１１および各電極指４２１は、それぞれ、図３に示すように、その長手方向でのほぼ全域に亘って一定の幅を有している。なお、後述する電極指３１１、３２１と同様に、各電極指４１１および各電極指４２１は、その先端側から基端側へ向けて幅が漸減する部分を有していてもよい。
【００２０】
固定部４５は、基部２の上面に支持部５１を介して固定されている。これと同様に、固定部４６は、基部２の上面に支持部５２を介して固定されている。このように固定部４５、４６が設けられているため、固定部４５、４６は、基部２に対し支持部５１、５２の厚さ分だけ離間している。
梁部４３は、前述したような固定部４５側を固定端とする梁４３３、４３４と、これらの梁４３３、４３４の自由端（固定部４５と反対側の端）同士を連結する梁４３５と、梁４３５と可動電極４１とを連結する梁４３１と、梁４３５と可動電極４２とを連結する梁４３２とで構成されている。このように複数の梁４３１、４３２、４３３、４３４、４３５で構成された梁部４３は、基部２の上面に沿って弾性変形可能となっている。
【００２１】
梁４３３は、その一端（固定端）が固定部４５に固定された片持ち梁であり、基部２の面に沿って曲げ変形する機能を有する。これと同様に、梁４３４は、その一端（固定端）が固定部４６に固定された片持ち梁であり、基部２の面に沿って曲げ変形する機能を有する。
このような梁４３３、４３４は、それぞれ、その長手方向の全域に亘ってほぼ同じ幅を有している。
【００２２】
梁４３５は、前述した梁４３３、４３４の自由端に固定され、図１にて上下方向に変位可能になっている。
梁４３１、４３２は、それぞれ、前述した梁４３５の端部に固定され、図１にて上下方向に曲げ変形しながら変位可能となっている。また、梁４３１には、前述した可動電極４１が固定され、梁４３２には、可動電極４２が固定されている。
【００２３】
このような梁４３１、４３２は、それぞれ、その長手方向の全域に亘ってほぼ同じ幅を有している。
このような梁部４３と同様に、梁部４４は、前述したような固定部４６側を固定端とする梁４４３、４４４と、これらの梁４４３、４４４の自由端（固定部４６と反対側の端）同士を連結する梁４４５と、梁４４５と可動電極４１とを連結する梁４４１と、梁４４５と可動電極４２とを連結する梁４４２とで構成されている。このように複数の梁４４１、４４２、４４３、４４４、４４５で構成された梁部４４は、基部２の上面に沿って弾性変形可能となっている。また、梁部４４は、梁部４３と梁部４４とが図１にて左右対称となるように形成されている。
【００２４】
また、可動電極４１と可動電極４２とを連結する連結部４７は、可動電極４１、４２間の距離を固定する機能を有するものである。これにより、可動電極４１、４２間の距離を維持しながら、梁部４４の変形により可動電極４１、４２を変位させることができる。
このような可動部４にあっては、可動部４を構成する各部のうち、各可動電極４１、４２、各梁部４３、４４、および連結部４７が、基部２に対し間隔を隔てた状態（浮いた状態）となっている。
【００２５】
一方、固定電極３１は、櫛歯状をなすものであり、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指３１１と、各電極指３１１を支持するための固定部３１２とを有している。
そして、固定部３１２は、支持部５３を介して基部２に固定されている。これにより、複数の電極指３１１は、基部２に対し間隔を隔てた状態（浮いた状態）となっている。ここで、支持部５３の厚さは、前述した支持部５１、５２のそれぞれの厚さとほぼ同じである。
【００２６】
複数の電極指３１１は、それぞれ、前述したような固定部３１２から基部２の上面に沿って突出形成されている。
そして、複数の電極指３１１は、前述した可動電極４１の複数の電極指４１１と噛み合うように配置されている。すなわち、電極指３１１と電極指４１１とが交互に位置するように配置されている。
各電極指３１１は、図３に示すように、その先端側から基端側へ向けて幅が漸減する部分３１３を有している。この部分３１３は、本実施形態では、電極指３１１の長手方向でのほぼ全域に亘っている。すなわち、各電極指３１１は、その先端から基端へ向けて幅が漸減している。また、各電極指３１１の部分３１３は、その幅が連続的に変化している。
【００２７】
これと同様に、固定電極３２は、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指３２１と、各電極指３２１を支持するための固定部３２２とを有している。ここで、各電極指３２１も、前述した電極指３１１と同様に、その先端側から基端側へ向けて幅が漸減する部分を有している。
固定部３２２は、支持部５４を介して基部２に固定されている。これにより、複数の電極指３２１は、基部２に対し間隔を隔てた状態（浮上した状態）となっている。ここで、支持部５４の厚さは、前述した支持部５１、５２のそれぞれの厚さとほぼ同じである。
【００２８】
複数の電極指３２１は、それぞれ、前述したような固定部３２２から基部２の上面に沿って突出形成されている。
そして、複数の電極指３２１は、前述した可動電極４２の複数の電極指４２１と噛み合うように配置されている。すなわち、電極指３２１と電極指４２１とが交互に位置するように配置されている。
【００２９】
このようなアクチュエータ１では、固定電極３１と可動電極４１との間に電圧を印加すると、両電極３１、４１間に静電引力が発生し、可動電極４１が固定電極３１に接近するように移動する。
一方、固定電極３２と可動電極４２との間に電圧を印加すると、両電極３２、４２間に静電引力が発生し、可動電極４２が固定電極３２に向かって移動する。
【００３０】
したがって、固定電極３１と可動電極４１との間、および、固定電極３２と可動電極４２との間に、交互に電圧を印加することにより、可動電極４１、４２が往復動（振動）する。このとき、可動電極４１、４２間の距離は連結部４７により一定に維持されつつ、可動電極４１、４２は連結部４７の長手方向に往復動する。
このようなアクチュエータ１では、可動電極４２と固定電極３２との間に印加する電圧（以下、単に「印加電圧」とも言う。）に応じて、可動電極４１と固定電極３１との噛み合い量、および、可動電極４２と固定電極３２との噛み合い量が変化する。
そして、その振動周波数を可動部４の共振周波数とすると、可動部４を効率よく振動させることができる。このとき、共振周波数は、可動部４の質量（主に可動電極４１、４２、連結部４７の合計質量）と、梁部４３、４４のバネ定数で定まる変位に対する復元力によって定まる。
【００３１】
ここで、図４に基づいて、固定電極３１、３２および可動電極４１、４２の作用を詳細に説明する。なお、以下では、固定電極３１および可動電極４１の作用について代表的に説明し、固定電極３２および可動電極４２の作用に関しては固定電極３１および可動電極４１の作用と同様であるので、その説明を省略する。また、以下では、固定電極３１の複数の電極指３１１のうち互いに隣接する２つの電極指３１１と、可動電極４１の複数の電極指４１１のうち前記２つの電極指３１１間に配設された電極指４１１とのついて代表的に説明する。
【００３２】
アクチュエータ１が非駆動状態にあるとき、すなわち、可動電極４１と固定電極３１との間および可動電極４２と固定電極３２との間に電圧が印加されていないとき、電極指４１１と電極指３１１との重なり量、すなわち、可動電極４１と固定電極３１との噛み合い量は、図４（ａ）に示すように、Ｌ１である。また、可動電極４１の電極指４１１の先端と固定電極３１の電極指３１１との間の距離は、Ｄ１である。また、電極指３１１の先端に向けて、可動電極４１と固定電極３１との間の距離は漸減するようになっている。
【００３３】
このような状態で、固定電極３１と可動電極４１との間に電圧を印加すると、これらの間に静電引力を生じるが、主に、可動電極４１の電極指４１１の先端と固定電極３１の電極指３１１との間に生じる静電引力と、固定電極３１の電極指３１１の先端と可動電極４１の電極指４１１との間に生じる静電引力とにより、電極指４１１がその先端方向へ変位する。これにより、可動電極４１と固定電極３１との噛み合い量が増す。
【００３４】
可動電極４１と固定電極３１との噛み合い量が増して、その噛み合い量が、図４（ｂ）に示すように、Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）となったとき、可動電極４１の電極指４１１の先端と固定電極３１の電極指３１１との間の距離は、Ｄ１よりも大きいＤ２となる。また、本実施形態では、固定電極３１の電極指３１１の先端と可動電極４１の電極指４１１との間の距離は変化しない。
【００３５】
そして、さらに可動電極４１と固定電極３１との噛み合い量が増して、その噛み合い量が、図４（ｃ）に示すように、Ｌ３（Ｌ３＞Ｌ２）となったとき、可動電極４１の電極指４１１の先端と固定電極３１の電極指３１１との間の距離は、Ｄ２よりも大きいＤ３となる。また、本実施形態では、固定電極３１の電極指３１１の先端と可動電極４１の電極指４１１との間の距離は変化しない。
【００３６】
このようにアクチュエータ１にあっては、固定電極３１における電極指３１１が、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分３１３を有しているため、固定電極３１と可動電極４２との噛み合い量が増すに従い、可動電極４１の電極指４１１の先端と固定電極３１の電極指３１１との間の距離が大きくなる。
これにより、可動電極４１と固定電極３１との間に印加する電圧に対する可動電極４１の変位量の比の上昇を抑えることができる。そのため、可動電極４１と固定電極３１との間に印加する電圧が比較的大きい場合であっても、電圧の変更による可動電極４１の変位量の微調整が容易となり、比較的簡単かつ高精度に、可動電極４１の変位量を所望のものとすることができる。
【００３７】
ここで、図５に示すように、印加電圧に対する可動電極４１、４２の変位量の比をほぼ一定とするように、固定電極３１および可動電極４１が形成されているが好ましい。これにより、印加電圧を発生させるための駆動回路（電源回路）の構成を簡単なものとすることができる。例えば、駆動回路として、商用電源と同様の電圧波形の電圧を発生するものを用いることができ、この場合でも、単に電圧値を変更するだけで可動電極４１、４２の変位量を簡単に微調整することができる。すなわち、印加電圧の制御を容易なものとすることができる。
【００３８】
特に、本実施形態では、前述したように、固定電極３１における電極指３１１が、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、可動電極４１における電極指４１１が、その長手方向でのほぼ全域で一定の幅を有しているため、可動電極４１の設計を簡単にすることができる。その結果、アクチュエータ１の設計をより簡単にすることができる。
なお、固定電極３１および可動電極４１のうちの少なくとも一方における電極指が、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有していれば、本発明の効果を得ることができるが、固定電極３１および可動電極４１のうち、一方における電極指が、その先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分を有し、他方における電極指が、その長手方向でのほぼ全域で一定の幅を有していと、可動電極４１および固定電極３１の一方の設計を簡単にすることができる。その結果、アクチュエータ１の設計を簡単にすることができる。
【００３９】
また、固定電極３１における電極指３１１の部分３１３は、その先端側から基端側へ向け幅が連続的に漸減しているため、可動電極４１の変位に伴う可動電極４１と固定電極３１との間の静電引力の増加量（変位に伴う）を一定にすることができる。その結果、可動電極４１を円滑に変位させることができる。
また、本実施形態では、固定電極３１における各電極指３１１がその先端側から基端側へ向け幅が漸減する部分３１３を有しているので、各電極指３１１の幅の最大値と最小値との差を小さくして、各電極指３１１の機械的強度の低下を防止しつつ、可動電極４１と固定電極３１との間に印加する電圧に対する可動電極４１の変位量の比の上昇をより確実に抑えることができる。
【００４０】
また、固定電極３１および可動電極４１のうちの少なくとも一方における電極指は、その先端側から基端側へ向け厚さが漸減する部分を有するのが好ましい。これにより、電極指の幅の最大値と最小値との差を小さくして、電極指の機械的強度の低下を防止しつつ、可動電極４１と固定電極３１との間に印加する電圧に対する可動電極４１の変位量の比の上昇を抑えることができる。
以上説明したようなアクチュエータ１にあっては、比較的簡単かつ高精度に、所望の状態で駆動することができる。
【００４１】
＜アクチュエータの製造方法＞
次に、前述したアクチュエータ１を製造する場合の一例を図６に基づき説明する。
図６は、図１および図２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。なお、図６は、図１中のＡ−Ａ線断面に対応する断面を示している。
【００４２】
また、以下の説明では、図６中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
本実施形態のアクチュエータ１の製造方法は、［１］３層構成の基板を用意する工程と、［２］その基板の一層目をエッチング（第１のエッチング）する工程と、［３］その基板の２層目をエッチング（第２のエッチング）する工程とを有する。以下、各工程を順次説明する。
【００４３】
［１］基板の用意
まず、図６（ａ）に示すように、基部１０１上に、後述する第１のエッチングにより実質的にエッチングされない第２の層１０２と、第１のエッチングによりエッチングされる第１の層１０３とがこの順で積層されてなる３層構成の基板１０を用意する。
この基板１０を構成する各層のうち、第１の層１０３は、前述したアクチュエータ１の可動部４および各固定電極３１、３２に、第２の層１０２は、各支持部５１、５２、５３、５４に加工される部分であり、基部１０１は、基部２となる部分である。
【００４４】
この基板１０としては、各層１０１、１０２、１０３の組み合わせで各種のものが挙げられるが、特に、主としてＳｉで構成された基部１０１上に、主としてＳｉＯ２で構成された第２の層と、主としてＳｉで構成された第１の層（活性層）１０３とがこの順で積層されてなるＳＯＩ基板が好適である。以下では、基板１０としてＳＯＩ基板を用いる場合を例に説明する。
【００４５】
基板１０としてＳＯＩ基板を用いることにより、第１の層１０３の厚さが比較的厚いものを作製することができるようになる。このため、形成される各電極指３１１、３２１、４１１、４２１の厚さを大きくすることができるので、各電極指３１１、３２１、４１１、４２１の断面積（長手方向に対して垂直な方向での面積）を大きくすることができる。これにより、アクチュエータ１では、静電容量を大きくすることができ、その結果、印加電圧に対する可動部４の変位量を増大させることができる。
【００４６】
また、各電極指３１１、３２１、４１１、４２１の厚さを大きく設定することができるので、必要とする断面積を確保しつつ、その幅を小さくすることができる。これにより、各固定電極３１、３２、４１、４２の小型化、ひいては、アクチュエータ１全体の小型化を図ることができる。また、簡単に、高精度なアクチュエータ１を得ることができる。
【００４７】
第１の層１０３の厚さ（平均）は、特に限定されないが、０．２〜１００μｍ程度であるのが好ましく、２０〜６０μｍ程度であるのがより好ましい。第１の層１０３の厚さが薄過ぎると、第１の層１０３の構成材料等によっては、アクチュエータ１において、可動部４の印加電圧に対する変位量を十分に大きくするのが困難となるおそれがあり、一方、第１の層１０３の厚さを前記上限値を超えて大きくしても、それ以上の効果の増大が期待できないばかりでなく、エッチングを深く垂直に行うことが難しくなる。
【００４８】
［２］第１のエッチング
次に、図６（ｂ）に示すように、前述したような基板１０に対し、可動部４を形成する。
具体的には、まず、基板１０の第１の層１０３上（第２の層１０２と反対側）のエッチング領域内に、例えばフォトリソグラフィー法等を用いて、可動部（構造体）４に対応する形状のマスクを形成する。
【００４９】
次に、形成されたマスクを用いて、第１の層１０３に対してエッチングを施す。このとき、第２の層１０２は、第１のエッチングにより実質的にエッチングされないものであり、第１のエッチングに際して、その侵攻を阻止するストップ層として機能する。
第１のエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの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が、ドライエッチング、特に、反応性イオンエッチングを用いるのが好適である。
【００５０】
第１のエッチングとしてドライエッチングを用いることにより、第１の層１０３のパターニングを寸法精度よく行うことができる。特に、第１のエッチングとして反応性イオンエッチングを用いることにより、第１の層１０３に対して異方性の高いエッチングを行うことができる。
本工程［２］により、前述したマスクに対応する形状に第１の層１０３がパターニング（加工）され、可動部４および各固定電極３１、３２が形成される。
【００５１】
次に、前述のマスクを除去する。第２のエッチングに先立って、マスクを除去することにより、後述する工程［３］において、ウェットエッチングを用いる場合には、マスク材料（レジスト材料や、金属材料）の溶解によるエッチング液の汚染を防止または抑制することができる。
このマスクの除去方法としては、例えば、マスクがレジスト材料で構成される場合には、レジスト剥離液、マスクが金属材料で構成される場合には、リン酸溶液のようなメタル剥離液等を用いることができる。
【００５２】
［３］第２のエッチング
次に、図６（ｃ）に示すように、第２の層１０２に対して、第１の層１０３が実質的にエッチングされず、第２の層１０２をエッチング可能な第２のエッチングを施す。これにより、第２の層１０２の一部を除去する。
この第２のエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの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が、ウェットエッチングを用いるのが好適である。
【００５３】
第２のエッチングとしてウェットエッチングを用いることにより、第２の層１０２を等方的にエッチングすることができる。このため、前記工程［２］において加工されて残存する第１の層１０３直下の第２の層１０２も効率よく除去することができる。
このウェットエッチングに用いるエッチング液としては、例えばフッ酸等が挙げられる。
このようなエッチング液に基板１０を浸漬すると、まず、残存する第１の層１０３（可動部４および各固定電極３１、３２）によって覆われていない第２の層１０２は、上面からエッチングが開始し、等方的にエッチングが進行する。
【００５４】
次に、可動部４および各固定電極３１、３２の直下の第２の層１０２も、それぞれ、露出した側面側からエッチングが進行して、徐々に除去される。
そして、第２の層１０２が除去されていくことにより、基部１０１と第１の層１０３との間には、間隙が形成されていく。
ここで、固定部４５、４６は、それぞれ、平面視において、各可動電極４１、４２および各梁部４３、４４を構成する帯状体の面積（最大）より面積が大きく設定されている。このため、これらの面積の差により、固定部４５、４６以外の部分（各可動電極４１、４２および各梁部４３、４４）の直下の第２の層１０２がほぼ完全に除去された時点では、各固定部４５、４６の直下の第２の層１０２の一部が残存した状態となる。
【００５５】
このような時点（状態）で、第２のエッチングを終了すると、残存した第２の層１０２が支持部５１、５２となり、この支持部５１、５２を介して、可動部４は、各固定部４５、４６において基部１０１（基部２）に、それぞれ固定される。一方、可動部４の他の部分は、基部１０１から浮いた状態となる。
その後、必要に応じて、可動部４の一部を除去したり、可動部４に材料を付加したりすることにより、可動部４の質量やバネ定数を調整する。
以上のような工程を経て、アクチュエータ１が製造される。
【００５６】
＜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７は、本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す部分拡大平面図、図８は、図７に示すアクチュエータの固定電極および可動電極の作用を説明するための図である。
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は、図７に示すように、固定電極の電極指の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。
第２実施形態のアクチュエータでは、図７に示すように、前述した第１実施形態における電極指３１１に代えて、電極指３１１Ａを有している。
【００５７】
電極指３１１Ａは、その先端側から基端側へ向け幅が段階的に漸減する部分３１３Ａを有している。このように電極指３１１Ａの幅を段階的に変化させるように構成すると、固定電極３１の設計を簡単にすることができる。なお、図７では、電極指３１１Ａの幅が２段階で変化しているが、３段階以上でもよい。
このようなアクチュエータにあっては、アクチュエータ１が非駆動状態にあるとき、電極指４１１と電極指３１１Ａとの重なり量は、図８（ａ）に示すように、Ｌ１である。また、電極指４１１の先端と電極指３１１Ａとの間の距離は、Ｄ１である。
【００５８】
電極指４１１と電極指３１１Ａとの重なり量が増して、図８（ｂ）に示すように、Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）となったとき、すなわち、非駆動状態からの重なり量の変化が少ないとき、電極指４１１の先端と電極指３１１Ａとの間の距離は、Ｄ１のままである。
そして、さらに電極指４１１と電極指３１１Ａとの重なり量が増して、図８（ｃ）に示すように、Ｌ３（Ｌ３＞Ｌ２）となったとき、すなわち、非駆動状態からの重なり量の変化がある程度大きくなったとき、可動電極４１の電極指４１１の先端と固定電極３１の電極指３１１との間の距離は、Ｄ１よりも大きいＤ３となる。
【００５９】
以上説明したような第２実施形態のアクチュエータにあっても、前述した第１実施形態のアクチュエータ１と同様に、比較的簡単かつ高精度に、所望の状態で駆動することができる。
前述したような実施形態にかかるマイクロレゾネータ（アクチュエータ）は、パーソナルコンピュータ（モバイル型パーソナルコンピュータ）、携帯電話機、ディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレータ等の電子機器に適用することができる。
【００６０】
また、本発明のアクチュエータは、前述したマイクロレゾネータに限らず、例えばＭＥＭＳ応用のセンサ（圧力、加速度、角速度、姿勢）等の各種振動子や、光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータ等の光学デバイスなどに適用することができる。
ここで、前述したような本発明にかかるアクチュエータの可動電極に、光反射性を有する光反射部が支持され、光反射部で反射した光の向きを変更し得るように構成されたもの、すなわち、本発明にかかる光学デバイスは、比較的簡単かつ高精度に、光反射部で反射した光を所望の向きに変更することができる。
【００６１】
また、前述したような本発明にかかるアクチュエータの可動電極に、光反射性を有する光反射部が支持され、光反射部で反射した光を走査するように構成されたもの、すなわち、本発明にかかる光スキャナは、比較的簡単かつ高精度に、光反射部で反射した光を所望の状態で走査することができる。
このような光スキャナは、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好適に適用することができる。
【００６２】
このような光スキャナを備えた画像形成装置は、比較的簡単かつ高精度に、光反射部で反射した光を所望の状態で走査して、優れた画像を形成することができる。
以上、本発明のアクチュエータについて説明したが、本発明は、これら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を構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、または、その他の構成を追加することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【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に示すアクチュエータの可動電極および固定電極の電極指を説明するための拡大平面図である。
【図４】図１に示すアクチュエータの動作時における可動電極および固定電極の作用を説明するための図である。
【図５】図１に示すアクチュエータの動作時における印加電圧（駆動電圧）と可動電極の変位量との関係を示すグラフである。
【図６】図１および図２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７】本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す部分拡大平面図である。
【図８】図７に示すアクチュエータの動作時における可動電極および固定電極の作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６４】
１……アクチュエータ  ２……基部  ３１、３２……固定電極  ３１１、３１１Ａ、３２１……電極指  ３１２、３２２……固定部  ３１３、３１３Ａ……部分  ４……可動部  ４１、４２……可動電極  ４１１、４２１……電極指  ４３、４４……梁部  ４３１、４３２、４３３、４３４、４３５、４４１、４４２、４４３、４４４、４４５……梁  ４５、４６……固定部  ４７……連結部  ５１、５２、５３、５４……支持部  １０……基板  １０１……基部  １０２……エッチング停止材（第２の層）  １０３……被エッチング層（第１の層）
【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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