(57)【要約】【課題】プレーナ型電磁アクチュエータの設計自由度を上げる。【解決手段】揺動可能に設けられる可動部と、該可動部を揺動可能に支持する一対のトーションバーとを一体形成し、該可動部中央部にミラー部を形成し、該可動部周縁部に駆動力発生部を形成するプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、前記ミラー部が前記駆動力発生部より薄いプレーナ型電磁アクチュエータとする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動可能に設けられる可動部と、該可動部を揺動可能に支持する一対のトーションバーとを一体形成し、該可動部中央部にミラー部を形成し、該可動部周縁部に駆動力発生部を形成するプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、前記ミラー部が前記駆動力発生部より薄いことを特徴とするプレーナ型電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記ミラー部の少なくとも一方の面に反射ミラーを形成することを特徴とする請求項１記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記ミラー部は、可動部の重心と可動部の回転軸心とが一致するように両面からエッチングしたことを特徴とする請求項１または２記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記ミラー部に桟を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記ミラー部と前記駆動力発生部との間に、前記駆動力発生部から前記ミラー部に伝達するミラー部の変形要因を抑制する境界部を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記駆動力発生部は通電により磁界を発生する平面コイル部であり、前記可動部周縁部の平面コイル部に静磁界を作用させて前記駆動力を発生して可動部を駆動する構成である請求項１から５のいずれか１つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記駆動力発生部は、前記可動部周縁部に設けられた薄膜磁石であり、該薄膜磁石に電磁吸引力を作用させて可動部を駆動する構成である請求項１から５のいずれか１つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
【請求項８】
少なくとも、
シリコン基板の表裏面を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、
シリコン基板表面に平面コイルを形成する工程と、
ミラー部のシリコンを所定量エッチングする工程と、
可動部及びトーションバーを形成する工程と
反射ミラーを形成する工程
とを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
【請求項９】
シリコン基板がシリコン貼り合わせ基板（ＳＯＩ基板）であることを特徴とする請求項６記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプレーナ型電磁アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プレーナー型電磁アクチュエータは、レーザー光を偏向走査するレーザースキャナ等に利用されるもので、その原理は、磁界中に配置した可動コイルに電流を流すと電流と磁束とに関連して電磁力が発生して電流に比例した回転トルクが生じる。この回転力と可動コイル保持部材のバネ力とが平衡する角度まで可動コイルが回転し、この可動コイルを介して指針を振らせて電流の有無や大小を検出するというガルバノメータを利用したもので、可動コイルと一体に回転する軸（可動コイル保持部材）に、前記指針の代わりにミラー（反射鏡）を設けて構成されるものである。小型のプレーナー型電磁アクチュエータとして、半導体シリコンを使用したものとその製造方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
図１は前記特許文献１に記載されている、従来技術によるプレーナー型電磁アクチュエータの斜視図である。可動部１は略直方体形状であり、可動部１を揺動可能に支持する一対のトーションバー４、４が一体に形成されている。可動部１の中央部には反射ミラー３が形成され、反射ミラー３を取り囲むように平面コイル２が形成されている。
【０００４】
可動部の共振周波数は、可動部の質量、トーションバーの長さ、太さ、幅、材質等で決まるので、必要な共振周波数に合わせて設計される。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
スキャナ等に使用する場合、レーザー光を反射する反射ミラー３の平坦度は重要であり、可動部が薄い場合には可動部の変形が発生しない様にする必要がある。可動部変形の対策としては、反射ミラーと平面コイルとの間に、可動部端部における空気抵抗や慣性力等の影響による反り力や平面コイルの発生する熱が可動部中央部にあるミラー部に到達するのを抑制する境界部を設けることが提案されている。（例えば、特許文献３参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１７５００５号公報（第３頁、図３、図１０）
【特許文献２】
特開平７−２１８８５７号公報（第７頁）
【特許文献３】
特開２００２−１３１６８５号公報（第３頁、図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
プレーナー型電磁アクチュエータは所望する反射ミラーの大きさ、共振周波数、振れ角、耐衝撃性等のパラメーターを考慮して設計するが、概して、反射ミラーの大きさが決まると可動部質量が決まり、それに応じてトーションバーの各寸法を決める。製造上、トーションバーと可動部は同厚で形成されるので、前記パラメータはトレードオフになり、パラメータの変更（設計の自由度）が制約される場合がある。
【０００８】
例えば、可動部の振動周波数を高周波数で、高振れ角にしたい場合、可動部は小さいほどよいが、反射ミラーを大きくしたい場合は可動部を大きくしなければならず、その結果高周波数で高振れ角の要望を満たさなくなってしまう。また、反射ミラーの平坦度を上げるために可動部を厚くする方法も考えられるが、同様に高周波数で高振れ角の要望と相反してしまう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
揺動可能に設けられる可動部と、該可動部を揺動可能に支持する一対のトーションバーとを一体形成し、該可動部中央部にミラー部を形成し、該可動部周縁部に駆動力発生部を形成するプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、前記ミラー部が前記駆動力発生部より薄いプレーナ型電磁アクチュエータとする。
【００１０】
電磁型アクチュエータの使い方は多様であるので、反射ミラーは用途によりミラー部の少なくとも一方の面に形成することでどのような用途にも対応できるプレーナ型電磁アクチュエータが揃えられる。
【００１１】
前記ミラー部は、可動部の重心と可動部の回転軸心とが一致するように両面からエッチングしたプレーナ型電磁アクチュエータとする。さらに、エッチング量を調整することで可動部に形成される平面コイル又は薄膜磁石、反射ミラー、保護膜等の配置による重心のズレを補正することができる。
【００１２】
前記ミラー部に桟を形成することで、ミラー部を補強したプレーナ型電磁アクチュエータを得ることができる。
【００１３】
前記ミラー部と前記駆動力発生部との間に、前記駆動力発生部から前記ミラー部に伝達するミラー部の変形要因を抑制する境界部を設けることで、薄くなったミラー部が変形することを防止できるプレーナ型電磁アクチュエータを得ることができる。
【００１４】
少なくとも、シリコン基板の表裏面を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、シリコン基板表面に平面コイルを形成する工程と、ミラー部のシリコンを所定量エッチングする工程と、可動部及びトーションバーを形成する工程と、反射ミラーを形成する工程とを有するプレーナ型電磁アクチュエータとする。
【００１５】
前記駆動力発生部が通電により磁界を発生する平面コイル部であり、前記可動部周縁部の平面コイル部に静磁界を作用させて前記駆動力を発生して可動部を駆動する構成のプレーナ型電磁アクチュエータである。
【００１６】
前記駆動力発生部が、前記可動部周縁部に設けられた薄膜磁石であり、該薄膜磁石に電磁吸引力を作用させて可動部を駆動する構成のプレーナ型電磁アクチュエータである。
【００１７】
シリコン基板に代え、シリコン貼り合わせ基板（ＳＯＩ基板）を用いてプレーナ型電磁アクチュエータを製造する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２は本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第一実施形態を示す斜視図（Ａ）とＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。基板１１には可動部１２と一対のトーションバー１６、１６が一体に中抜きで形成されている。可動部１２の中央部はミラー部１５が形成されており、ミラー部１５には反射ミラー１４が形成されている。ミラー部の外周には駆動力発生部１３があり、平面コイル１７が形成されている。
【００１９】
ミラー部１５は可動部１２に形成された凹部であり、エッチングにより加工される。本実施形態では凹部に反射ミラー１４を形成しているが、凹部を可動部１２の裏面に形成し、表面に反射ミラー１４を形成しても良い。また、可動部１２またはミラー部１５は該直方体形状である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、円柱形状などの形状でも良い。
【００２０】
図３は本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第二実施形態を示す断面図である。可動部１２両面からエッチングにより凹部（ミラー部）を作成し、一方の凹部又は両方の凹部に反射ミラーを形成する。
【００２１】
図４（Ａ）、（Ｂ）は本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータチップの第三、四実施形態を示す斜視図であり、ミラー部の裏面を示す斜視図である。図４（Ａ）は、ミラー部の裏面に×状の桟を残して薄肉部を形成した可動部であり、図４（Ｂ）はミラー部の裏面に＋状の桟を残して薄肉部を形成した可動部である。
【００２２】
図５は本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第五実施形態を示す斜視図である。基板２１には可動部２２と一対のトーションバー２６、２６が一体に中抜きで形成されている。可動部２２の中央部はミラー部２４が形成されいる。ミラー部２４は支持軸２８で支持された状態で可動部中央部に中抜き状態で形成されている。なお、図では四つの支持軸で支持されているが、四つに限定されるものではなく、ミラー部を支持できれば三つでも二つでも良い。また、ミラー部２４が駆動力発生部２３より薄く形成されていたり、駆動力発生部２３に平面コイル２７が形成されているのは第一実施形態と同様である。
【００２３】
図６は図２に示す本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第一実施形態をシリコン基板で製造する方法を説明するための工程毎の断面図である。
工程ａ：酸化膜形成工程であり、シリコン基板３０の両面に熱酸化等によりシリコン酸化膜３１を形成する。
工程ｂ：平面コイル形成工程であり、シリコン基板３０上面側にフォトリソグラフにより平面コイル３２、絶縁膜３３、保護膜３４の各パターンを積層する。
工程ｃ：酸化膜除去工程１であり、上面可動部１２およびトーションバー１６を除いた部分の酸化膜３１をドライエッチングまたはウェットエッチング等により除去する。
工程ｄ：上面シリコンエッチング工程１であり、工程ｃで酸化膜３１を除去した部分のシリコン基板３０を異方性エッチングで所定量除去する。
工程ｅ：酸化膜除去工程２：ミラー部３６の酸化膜３１を除去する。
工程ｆ：上面シリコンエッチング工程２：工程ｄで所定量除去された部分と工程ｅで酸化膜３１を除去した部分のシリコン基板３０を異方性エッチングで所定量除去する。
工程ｇ：酸化膜除去工程３：シリコン基板３０下面側の支持枠３５以外の酸化膜３１を除去する。
工程ｈ：下面シリコンエッチング工程：工程ｇで酸化膜３１を除去した部分のシリコン基板３０を異方性エッチングにより可動部１２およびトーションバー１６を除いた部分と貫通するまで除去する。
工程ｉ：反射ミラー形成工程：どちらか一方のミラー部３６に反射ミラーを形成する。
【００２４】
図７は図２に示す本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第一実施形態をＳＯＩ基板で製造する方法を説明するための工程毎の断面図である。
工程ａ：酸化膜形成工程であり、例えば厚さ５００μｍのシリコン貼り合わせ基板（通称ＳＯＩ基板といい、例えば活性層４１（１００μｍ）、シリコン酸化膜からなる中間層４２（１μｍ）、支持基板４３（４００μｍ）で構成されている。以下ＳＯＩ基板という）４０の両面に熱酸化等によりシリコン酸化膜４４を形成する。
工程ｂ：平面コイル形成工程であり、活性層４１上面側にフォトリソグラフにより平面コイル４５、絶縁膜４６、保護膜４７の各パターンを積層する。
工程ｃ：酸化膜除去工程１であり、上面可動部１２およびトーションバー１６を除いた部分の酸化膜４４をドライエッチングまたはウェットエッチング等により除去する。
工程ｄ：活性層エッチング工程１であり、工程ｃで酸化膜３１を除去した部分の活性層４１を異方性エッチングで所定量除去する。
工程ｅ：酸化膜除去工程２：ミラー部４９の酸化膜４４を除去する。
工程ｆ：活性層エッチング工程２：工程ｄで所定量除去された部分と工程ｅで酸化膜４４を除去した部分の活性層４１を工程ｄで所定量除去された部分が中間層４２に達するまで異方性エッチングで除去する。
工程ｇ：酸化膜除去工程３：支持基板４３下面側の支持枠４８以外の酸化膜４４を除去する。
工程ｈ：支持基板エッチング工程：工程ｇで酸化膜４４を除去した部分の支持基板４３を異方性エッチングにより中間層４２に達するまで除去する。
工程ｉ：中間層除去工程：可動部１２およびトーションバー１６下面に残留する中間層４２をドライエッチングまたはウェットエッチング等により除去する。
工程ｊ：反射ミラー形成工程：どちらか一方のミラー部４９に反射ミラーを形成する。
【００２５】
図８は図３に示す本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第二実施形態をシリコン基板で製造する方法を説明するための工程毎の断面図である。なお、途中までの工程は図６の工程ａからｆまでと同一であるため、それ以降の工程から説明する。さらに、図６と同一の箇所には同一の符号が記されている。
工程ｇ：酸化膜除去工程３：シリコン基板３０下面側のミラー部３６の酸化膜３１を除去する。
工程ｈ：下面シリコンエッチング工程１：工程ｇで酸化膜３１を除去した部分のシリコン基板３０を異方性エッチングで所定量除去する。
工程ｉ：酸化膜除去工程４：シリコン基板３０下面側の支持枠３５以外の酸化膜３１を除去する。
工程ｊ：下面シリコンエッチング工程２：工程ｇと工程ｉで酸化膜３１を除去した部分のシリコン基板３０を異方性エッチングにより可動部１２およびトーションバー１６を除いた部分と貫通するまで除去する。
工程ｋ：反射ミラー形成工程：どちらか一方のミラー部３６に反射ミラーを形成する。
【００２６】
図９は図３に示す本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第二実施形態をＳＯＩ基板で製造する方法を説明するための工程毎の断面図である。なお、途中までの工程は図７の工程ａからｆまでと同一であるため、それ以降の工程から説明する。さらに、図７と同一の箇所には同一の符号が記されている。
工程ｇ：酸化膜除去工程３：支持基板４３下面側のミラー部４９の酸化膜４４を除去する。
工程ｈ：支持基板エッチング工程１：工程ｇで酸化膜４４を除去した部分の支持基板４３を異方性エッチングで所定量除去する。
工程ｉ：酸化膜除去工程４：支持基板４３下面側の支持枠４８以外の酸化膜４４を除去する。
工程ｊ：支持基板エッチング工程２：工程ｇと工程ｉで酸化膜４４を除去した部分の支持基板４３を異方性エッチングにより中間層４２に達するまで除去する。
工程ｋ：中間層除去工程１：ミラー部４９に残留する中間層４２をドライエッチングまたはウェットエッチング等により除去する。
工程ｌ：活性層と支持基板エッチング工程：活性層４１と支持基板４３を異方性エッチングにより、可動部１２およびトーションバー１６を除いた部分が中間層４２に達するまで除去する。
工程ｍ：中間層除去工程２：可動部１２およびトーションバー１６下面に残留する中間層４２をドライエッチングまたはウェットエッチング等により除去する。
工程ｎ：反射ミラー形成工程：どちらか一方のミラー部４９に反射ミラーを形成する。
【００２７】
以上、本発明の実施形態を１軸のプレーナ型電磁アクチュエータで説明したが、本発明は２軸のプレーナ型電磁アクチュエータでも同様に適用できる。また、駆動力発生部が平面コイル部である場合について説明したが、図１０や図１１に示すような薄膜磁石５０、５１の場合も同様に適用できる。さらに、基板材料をシリコン基板で説明したが、シリコン基板に限定されるものではなく、従来技術で使用されているプラスチックや別部材にも適用できる。
【００２８】
【発明の効果】
可動部の大きさ、トーションバーの形状を変えずに共振周波数を高くすることができるとともに耐衝撃性を向上することができる。さらに、トーションバーの幅を狭くすることができるので共振周波数を変えずに振れ角を大きくすることもできる。また可動部が軽量化されるので耐衝撃性を向上させる効果もある。
【００２９】
ミラー部のみ薄くすることで、可動部全面を薄くするよりミラー部の変形を抑制することができる。
【００３０】
第二実施形態のように、可動部両面からエッチングによりミラー部を凹部にすることで、可動部の重心と可動部の回転軸心とが一致できるので、可動部の振動が安定し、ブレが抑えられる。
【００３１】
ミラー部を薄くする際、薄い部分が変形しない様に桟を形成することで、変形をさらに小さくすることができる。
【００３２】
ミラー部と駆動力発生部との間に、駆動力発生部からミラー部に伝達するミラー部の変形要因を抑制する境界部を設けることで、ミラー部の変形をさらに少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるプレーナー型電磁アクチュエータの斜視図
【図２】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第一実施形態を示す斜視図（Ａ）とＡ−Ａ断面図（Ｂ）
【図３】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第二実施形態を示す断面図
【図４】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第三、四実施形態を示す斜視図
【図５】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第五実施形態を示す斜視図
【図６】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第一実施形態をシリコン基板で製造する方法を説明するための工程毎の断面図
【図７】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第一実施形態をＳＯＩ基板で製造する方法を説明するための工程毎の断面図
【図８】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第二実施形態をシリコン基板で製造する方法を説明するための工程毎の断面図
【図９】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第二実施形態をＳＯＩ基板で製造する方法を説明するための工程毎の断面図
【図１０】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータを示す斜視図
【図１１】本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータを示す斜視図
【符号の説明】
１    可動部
２    平面コイル
３    反射ミラー
４    トーションバー
１１    基板
１２    可動部
１３    駆動力発生部
１４    反射ミラー
１５    ミラー部
１６    トーションバー
１７    平面コイル
２１    基板
２２    可動部
２３    駆動力発生部
２４    ミラー部
２６    トーションバー
２７    平面コイル
２８    支持軸
３０    シリコン基板
３１    シリコン酸化膜
３２    平面コイル
３３    絶縁膜
３４    保護膜
３５    支持枠
３６    ミラー部
４０    シリコン貼り合わせ基板（ＳＯＩ基板）
４１    活性層
４２    中間層
４３    支持基板
４４    シリコン酸化膜
４５    平面コイル
４６    絶縁膜
４７    保護膜
４８    支持枠
４９    ミラー部
５０    薄膜磁石
５１    薄膜磁石
【図１】
2004258158.tif 000003
【図２】
2004258158.tif 000004
【図３】
2004258158.tif 000005
【図４】
2004258158.tif 000006
【図５】
2004258158.tif 000007
【図６】
2004258158.tif 000008
【図７】
2004258158.tif 000009
【図８】
2004258158.tif 000010
【図９】
2004258158.tif 000011
【図１０】
2004258158.tif 000012
【図１１】
2004258158.tif 000013