(57)【要約】【課題】低電圧駆動が可能で、かつ、振れ角（振幅）の大きい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であって、第１の質量部１、１１と、第２の質量部２と、支持部３と、第１の質量部１、１１と支持部３とを、第１の質量部１、１１が支持部３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４と、第１の質量部１、１１と第２の質量部２とを、第２の質量部２が第１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２の弾性連結部５とを有し、交流電圧を印加することにより第１の質量部１、１１が駆動し、それに伴い第２の質量部２が回動するものであり、各固定電極７１に対して可動可能に設けられた各可動電極５１を有し、各固定電極７１と各可動電極５１との間に生じる静電気力により第１の質量部１、１１を駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２自由度振動系のアクチュエータであって、
第１の質量部と、
第２の質量部と、
支持部と、
前記第１の質量部と前記支持部とを、前記第１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１の弾性連結部と、
前記第１の質量部と前記第２の質量部とを、前記第２の質量部が前記第１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２の弾性連結部とを有し、
交流電圧を印加することによって、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ものであり、
一方が他方に対して相対的に可動可能に設けられた１対の櫛歯状電極を少なくとも１組有し、対応する櫛歯状電極間に生じる静電気力により前記第１の質量部を駆動する駆動手段を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の質量部に対応して設けられた基部を有し、前記１対の櫛歯状電極の一方は、前記基部に設けられ、他方は、前記第１の質量部に設けられている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動手段は、１対の櫛歯状電極を少なくとも２組有し、前記１対の第１の弾性連結部に対応して設けられた１対の基部を有し、前記２組のうちの一方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記一方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の弾性連結部の一方に設けられており、前記２組のうちの他方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記他方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の弾性連結部の一方に設けられている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第１の質量部の慣性モーメントをＪ１、前記第２の質量部の慣性モーメントをＪ２としたとき、Ｊ１とＪ２とがＪ１≦Ｊ２の関係を満足する請求項１ないし３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記交流電圧の周波数が、前記第１の質量部と前記第２の質量部とが共振する２自由度振動系の共振周波数のうち低いものと略等しくなるように設定された請求項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】
前記第１の質量部および第２の質量部に対応する位置に開口部が設けられている基板を有する請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
２自由度振動系のアクチュエータであって、
１対の第１の質量部と、
第２の質量部と、
支持部と、
前記各第１の質量部と前記支持部とを、前記各第１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１の弾性連結部と、
前記各第１の質量部と前記第２の質量部とを、前記第２の質量部が前記各第１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２の弾性連結部とを有し、
前記１対の第１の質量部の一方は、前記第２の質量部を介して、前記第２の質量部の一端側に設けられ、他方は、前記第２の質量部の他端側に設けられ、
交流電圧を印加することによって、前記各第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ものであり、
少なくとも２対の櫛歯状電極を少なくとも２組有し、対応する櫛歯状電極間に生じる静電気力により前記第１の質量部を駆動する駆動手段を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項８】
前記１対の第１の質量部に対応して設けられた１対の基部を有し、前記２組の櫛歯状電極のうちの前記一方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記一方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の質量部の一方に設けられており、  前記２組の櫛歯状電極のうちの前記他方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記他方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の質量部の一方に設けられている請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記１対の第１の弾性連結部に対応して設けられた１対の基部を有し、前記２組の櫛歯状電極のうちの前記一方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記一方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の弾性連結部の一方に設けられており、前記２組の櫛歯状電極のうちの前記他方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記他方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の弾性連結部の一方に設けられている請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記１対の第１の質量部の慣性モーメントをＪ１、前記第２の質量部の慣性モーメントをＪ２としたとき、Ｊ１とＪ２とがＪ１≦Ｊ２の関係を満足する請求項７ないし９のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記交流電圧の周波数が、前記１対の第１の質量部と前記第２の質量部とが共振する２自由度振動系の共振周波数のうち低いものと略等しくなるように設定された請求項７ないし１０のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記１対の第１の質量部および第２の質量部に対応する位置に開口部が設けられている基板を有する請求項７ないし１１のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
前記第２の質量部は、光反射部を有する請求項１ないし１２のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記第１の弾性連結部のばね定数をｋ１、前記第２の弾性連結部のばね定数をｋ２としたとき、ｋ１とｋ２とが、ｋ１＞ｋ２の関係を満足する請求項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つが、その内部にピエゾ抵抗素子を備えている請求項１ないし１４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、危機の小型化の面で不利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１０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１自由度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１０の１自由度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。しかるに、静電引力は電極間隔の二乗に反比例するため、この種の静電アクチュエータにおいては電極間隔を小さくすることが望まれる。しかし、上述した１自由度の構造では、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、低電圧駆動と大振幅の両立が困難であるという問題がある。
【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、低電圧駆動が可能で、かつ、振れ角（振幅）の大きい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、２自由度振動系のアクチュエータであって、
第１の質量部と、
第２の質量部と、
支持部と、
前記第１の質量部と前記支持部とを、前記第１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１の弾性連結部と、
前記第１の質量部と前記第２の質量部とを、前記第２の質量部が前記第１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２の弾性連結部とを有し、
交流電圧を印加することによって、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ものであり、
一方が他方に対して相対的に可動可能に設けられた１対の櫛歯状電極を少なくとも１組有し、対応する櫛歯状電極間に生じる静電気力により前記第１の質量部を駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする。
これにより、低電圧で駆動が可能で、かつ、振れ角（振幅）の大きいアクチュエータを提供することができる。
【０００８】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の質量部に対応して設けられた基部を有し、前記１対の櫛歯状電極の一方は、前記基部に設けられ、他方は、前記第１の質量部に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、第１の質量部を駆動することができ、低電圧で駆動が可能で、かつ、振れ角（振幅）の大きい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、前記駆動手段は、１対の櫛歯状電極を少なくとも２組有し、前記１対の第１の弾性連結部に対応して設けられた１対の基部を有し、前記２組のうちの一方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記一方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の弾性連結部の一方に設けられており、前記２組のうちの他方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記他方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の弾性連結部の一方に設けられていることが好ましい。
これにより、より振れ角（振幅）の大きいアクチュエータを提供することができる。
【００１０】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の質量部の慣性モーメントをＪ１、前記第２の質量部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い。
これにより、第１の質量部の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００１１】
本発明のアクチュエータでは、前記交流電圧の周波数が、前記第１の質量部と前記第２の質量部とが共振する２自由度振動系の共振周波数のうち低いものと略等しくなるように設定されたことが好ましい。
これにより、低電圧で高速動作が可能で、かつ、振れ角（振幅）の大きいアクチュエータを提供することができる。また、このような構成とすることにより、第１の質量部の振幅を抑制しつつ、第２の質量部の回転角度（振れ角）を大きくすることができる。
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の質量部および第２の質量部に対応する位置に開口部が設けられている基板を有することが好ましい。
これにより、第２の質量部の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
本発明のアクチュエータは、２自由度振動系のアクチュエータであって、
１対の第１の質量部と、
第２の質量部と、
支持部と、
前記各第１の質量部と前記支持部とを、前記各第１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１の弾性連結部と、
前記各第１の質量部と前記第２の質量部とを、前記第２の質量部が前記各第１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２の弾性連結部とを有し、
前記１対の第１の質量部の一方は、前記第２の質量部を介して、前記第２の質量部の一端側に設けられ、他方は、前記第２の質量部の他端側に設けられ、
交流電圧を印加することによって、前記各第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ものであり、
少なくとも２対の櫛歯状電極を少なくとも２組有し、対応する櫛歯状電極間に生じる静電気力により前記第１の質量部を駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする。
これにより、より低電圧で駆動が可能で、かつ、振れ角（振幅）の大きいアクチュエータを提供することができる。
【００１３】
本発明のアクチュエータでは、前記１対の第１の質量部に対応して設けられた１対の基部を有し、前記２組の櫛歯状電極のうちの前記一方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記一方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の質量部の一方に設けられており、
前記２組の櫛歯状電極のうちの前記他方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記他方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の質量部の一方に設けられていることが好ましい。
これにより、より容易かつ確実に、第１の質量部を駆動することができ、低電圧で駆動が可能で、かつ、振れ角（振幅）の大きいアクチュエータを提供することができる。
【００１４】
本発明のアクチュエータでは、前記１対の第１の弾性連結部に対応して設けられた１対の基部を有し、前記２組の櫛歯状電極のうちの前記一方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記一方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の弾性連結部の一方に設けられており、前記２組の櫛歯状電極のうちの前記他方の１対の櫛歯状電極の一方は、前記１対の基部の一方に設けられ、前記他方の１対の櫛歯状電極の他方は、前記１対の第１の弾性連結部の一方に設けられていることが好ましい。
これにより、さらに振れ角（振幅）の大きいアクチュエータを提供することができる。
【００１５】
本発明のアクチュエータでは、前記１対の第１の質量部の慣性モーメントをＪ１、前記第２の質量部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い。
これにより、第１の質量部の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００１６】
本発明のアクチュエータでは、前記交流電圧の周波数が、前記１対の第１の質量部と前記第２の質量部とが共振する２自由度振動系の共振周波数のうち低いものと略等しくなるように設定されたことが好ましい。
これにより、低電圧で高速動作が可能で、かつ、振れ角（振幅）の大きいアクチュエータを提供することができる。また、このような構成とすることにより、第１の質量部の振幅を抑制しつつ、第２の質量部の回転角度（振れ角）を大きくすることができる。
【００１７】
本発明のアクチュエータでは、前記１対の第１の質量部および第２の質量部に対応する位置に開口部が設けられている基板を有することが好ましい。
これにより、第２の質量部の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記第２の質量部は、光反射部を有することが好ましい。
これにより、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。
【００１８】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の弾性連結部のばね定数をｋ１、前記第２の弾性連結部のばね定数をｋ２としたとき、ｋ１とｋ２とが、ｋ１＞ｋ２の関係を満足することが好ましい。
これにより、第１の質量部の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００１９】
本発明のアクチュエータでは、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つが、その内部にピエゾ抵抗素子を備えていることが好ましい。
これにより、例えば、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２の質量部の姿勢の制御に利用することができる。
【００２０】
本発明のアクチュエータでは、前記一方の第１の質量部の回動中心軸と、該一方の第１の質量部の前記回動中心軸に対して略垂直な方向の端部との間の距離をＬ１、前記他方の第１の質量部の回動中心軸と、該他方の第１の質量部の前記回動中心軸に対して略垂直な方向の端部との間の距離をＬ２、前記第２の質量部の回動中心軸と、該第２の質量部の前記回動中心軸に対して略垂直な方向の端部との間の距離をＬ３としたとき、Ｌ１とＬ３とが、Ｌ１＜Ｌ３の関係を満足し、かつＬ２とＬ３とが、Ｌ２＜Ｌ３の関係を満足するのが好ましい。
これにより、より容易かつ確実に、低電圧で駆動が可能で、かつ、振れ角（振幅）の大きいアクチュエータを提供することができる。
【００２１】
本発明のアクチュエータでは、前記距離Ｌ１と、前記距離Ｌ２とが略等しいのが好ましい。
これにより、容易に、アクチュエータを制御することができ、さらに容易かつ確実に、低電圧で駆動が可能で、かつ、振れ角（振幅）の大きいアクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図４は、印加した交流電圧の周波数と、第１の質量部および第２の質量部の共振曲線を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の右側を「右」、左側を「左」、上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２３】
図１に示すアクチュエータ１００は、１対の第１の質量部（駆動部）１、１１と、第２の質量部（可動部）２と、１対の支持部３、３と、１対の第１の質量部１、１１に対応して設けられた４つの基部７３、７４、７５、７６を有している。１対の第１の質量部１、１１、第２の質量部２、１対の支持部３、３および４つの基部７は、それぞれ、例えば、シリコン等で構成されている。
【００２４】
このアクチュエータ１００は、第２の質量部２が中心に位置し、第２の質量部２を介し、第１の質量部１が一端側（右側）に設けられ、第１の質量部１１が他端側（左側）に設けられている。また、第１の質量部１の図中右側に一方の支持部３が配置され、第１の質量部１１の図中左側に他方の支持部３が配置されている。また、基部７３、７４は、第１の質量部１を介して互いに対向する位置に設けられている。すなわち、基部７３は、第１の質量部１の図１中上側に設けられ、基部７４は、第１の質量部１の図１中下側に設けられている。同様に、基部７５、７６は、第１の質量部１１を介して互いに対向する位置に設けられている。すなわち、基部７５は、第１の質量部１１の図１中上側に設けられ、基部７６は、第１の質量部１１の図１中下側に設けられている。
【００２５】
また、本実施形態では、第１の質量部１および１１は、略同一形状かつ略同一寸法で、第２の質量部を介して、略対称に設けられている。
本実施形態の第２の質量部２の表面には、光反射部２１が設けられている。
また、アクチュエータ１００は、図１に示すように、第１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１の質量部１、１１と支持部３、３とを連結する１対の第１の弾性連結部４、４を有している。また、第２の質量部２が、第１の質量部１、１１に対して回動可能となるように、第１の質量部１、１１と、第２の質量部２とを連結する１対の第２の弾性連結部５、５を有している。すなわち、第２の質量部２は第２の弾性連結部５、５を介して、第１の質量部１、１１にそれぞれ接続され、第１の質量部１、１１は、第１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１の弾性連結部４と、第２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。
【００２６】
支持部３は、図２に示すように、絶縁部８を介して、下基板９と接合している。絶縁部８は、例えば、シリコンの酸化物や窒化物等で構成され、下基板９は、例えば、シリコン等で構成されている。すなわち下基板９は導電性を有している。
下基板９は、図２に示すように、第１の質量部１、１１および第２の質量部２に対応する位置に開口部６１を有している。
【００２７】
基部７３には、固定電極７１が設けられ（固定され）、第１の質量部１には、固定電極７１に対向する可動電極５１が設けられている（固定されている）。すなわち、第１の質量部１の図１中上側に可動電極５１が形成され、基部７３の図１中下側に固定電極７１が形成されている。残りの各基部７４、７５、７６についても同様である。
固定電極７１と、可動電極５１とで、駆動手段の主要部が構成される。
【００２８】
各可動電極５１および各固定電極７１は、それぞれ、櫛歯状電極である。すなわち各可動電極５１は、それぞれ、複数の電極指５１１が併設された櫛歯形状をなしており、各固定電極７１は、それぞれ、複数の電極指７１１が併設された櫛歯形状をなしている。
固定電極７１と可動電極５１とは、電極指７１１と電極指５１１とが交互に位置するように、すなわち、互いに噛み合うようにして配置されている。
【００２９】
アクチュエータ１００では、これらの電極指５１１および７１１の幅、間隔、厚さ等を調整することにより、特性を所望のものに設定することができる。
図３に示すように、本実施形態では、第１の質量部１を構成する各部のうち、各可動電極５１が、各固定電極７１から図３中上方に浮いた状態、すなわち、図３中所定の距離Ｌ４だけ離間した状態となっている。第１の質量部１１に関しても同様である。
【００３０】
前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１と第１の弾性連結部４とからなる第１の振動系と、第２の質量部２と第２の弾性連結部５とからなる第２の振動系とを構成する。
次に、本実施形態のアクチュエータ１００の動作を説明する。
所定の固定電極７１と、可動電極５１との間に例えば、正弦波の交流電圧等を印加する。より詳細には、例えば、第１の質量部１および１１をアースしておき、図１中上側の２つの固定電極７１、７１に図９（ａ）に示すような波形の電圧を印加し、下側の２つの電極７１、７１に図９（ｂ）に示すような波形の電圧を印加すると、第１の質量部１および１１と、固定電極７１、７１との間に静電気力（クーロン力）が生じる。前記静電気力により、第１の質量部１および１１が、固定電極７１、７１へ引きつけられる力が正弦波の位相により変化し、回動中心軸１１（第１の弾性連結部４）を軸に振動（図３中矢印の方向）する。この第１の質量部１および１１の振動に伴って、第２の弾性連結部５を介して連結されている第２の質量部２は、回動中心軸１１（第２の弾性連結部５）を軸に振動（回転）する。
【００３１】
ここで、第１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１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２の質量部の回動中心軸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１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１の質量部１および１１と、第２の質量部２とが干渉せず、第２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１の質量部１および１１の回転角度を大きくすることができ、第２の質量部２の回転角度を大きくすることができる。
この場合、第２の質量部２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。
【００３２】
本実施形態では、下基板９の、第１の質量部１、１１および第２の質量部２に対応する位置に開口部６１を設けることができる。これにより、第１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る。
これらによって、第１の質量部１および１１の低電圧駆動と、第２の質量部２の大回転角度とを実現することができ、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、より容易に装置を小型化することができる。
【００３３】
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。
ところで、このような２自由度振動型アクチュエータでは、第１の質量部１および第２の質量部２の振幅（振れ角）と、印加する交流電圧の周波数との間に、図４に示すような周波数特性が存在している。
【００３４】
すなわち、第１の質量部１および１１と第１の弾性連結部４、４と、第２の質量部２と第２の弾性連結部５、５とからなる２自由度振動系は、第１の質量部１および１１と、第２の質量部２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１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。
【００３５】
このアクチュエータ１００では、第１の質量部１および１１と電極７との間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。
すなわち、印加する交流電圧の周波数Ｆ［ｋＨｚ］をｆｍ１［ｋＨｚ］とほぼ等しいものに設定することにより、第１の質量部１および１１の振幅を抑制しつつ、第２の質量部２の振れ角（回転角度）を大きくすることができる。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。
【００３６】
第１の質量部１および１１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。
第２の質量部２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。
第１の弾性連結部４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２の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
【００３７】
また、第２の弾性連結部５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１および１１の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２の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４のばね定数をｋ１、第２の弾性連結部５のばね定数をｋ２としたとき、ｋ１とｋ２とが、ｋ１＞ｋ２の関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の質量部１および１１の振れ角を抑制しつつ、第２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。
【００３８】
また、第１の質量部１の慣性モーメントをＪ１、前記第２の質量部２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１の質量部１および１１の振れ角を抑制しつつ、第２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】
ところで、第１の振動系の固有振動数ω１は、第１の質量部１の慣性モーメントをＪ１、第１の弾性連結部４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２の慣性モーメントをＪ２、第２の弾性連結部５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。
【００４０】
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、ω１＞ω２の関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の質量部１および１１の振れ角を抑制しつつ、第２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。
なお、本実施形態のアクチュエータ１００は、１対の第１の弾性連結部４および１対の第２の弾性連結部５のうち少なくとも１つが、その内部にピエゾ抵抗素子を備えたものであるのが好ましい。これにより、例えば、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２の質量部２の姿勢の制御に利用することができる。
【００４１】
本実施形態では、第１の質量部１の図１中上側に可動電極５１が形成され、基部７３の図１中下側に固定電極７１が形成されており、第１の質量部１１の図１中上側に可動電極５１が形成され、基部７３の図１中下側に固定電極７１が形成されているが、これに限らず、例えば、図１中下側の２つの基部７および下側の可動電極５１、５１を省略した構成としてもよいし、図１中上側の２つの基部７および上側の可動電極５１、５１を省略した構成としてもよい。この場合、可動電極と固定電極の間に、例えば、オフセット電圧を加えた、最小電位がグランド電位である正弦波（交流電圧）等を印加するのが好ましい。
【００４２】
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、以下に示す工程とにより、アクチュエータ１００を製造する場合について説明する。また、図５中左側の図は、図１のＡ−Ａ線断面図、図５中右側の図は、図１中のＢ−Ｂ線断面図に対応している。
【００４３】
まず、図５（ａ）に示すように、第１のＳｉ層４０と、ＳｉＯ２層８’と、第２のＳｉ層９’とで構成されたＳＯＩ基板５０を用意する。
次に、図５（ｂ）に示すように、第１のＳｉ層４０に、例えばエッチング等を施すことにより、第１の質量部１、１１、第２の質量部２、支持部３、第１の弾性連結部４、第２の弾性連結部５、可動電極５１を形成する。
【００４４】
次に、図５（ｃ）に示すように、第２のＳｉ層９’に、例えば２段階に分けてエッチング等を施すことにより、下基板９および固定電極７１を形成する。
次に、図５（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２層８’の、支持部３と下基板９とに挟まれた部分を除いた部分を、エッチング等により除去し、絶縁部８を形成する。
次に、図５（ｅ）に示すように、第２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し、上基板６０が得られる。
【００４５】
以上のようにして、アクチュエータ１００が製造される。
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である。以下、図６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。
【００４６】
本実施形態のアクチュエータ１００は、図６に示すように、第１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１の質量部１、１１と支持部３、３とを連結する２対の第１の弾性連結部４’を有している。また、第２の質量部２が第１の質量部１、１１に対して回動可能となるように、第１の質量部１、１１と第２の質量部２とを連結する２対の第２の弾性連結部５’を有している。
【００４７】
このような構成とすることにより、より確実に第２の質量部２の振幅（回転）を制御することができる。
なお、本実施形態のように２対の第１の弾性連結部４’と２対の第２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。
【００４８】
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７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。
本実施形態のアクチュエータ１００は、第１の質量部１１１が第２の質量部２の周りに、空隙部１１２を介して環状に形成されている。
【００４９】
このような構成とすることにより、アクチュエータ１００をより安定した構造とすることができる。
また、本実施形態では、図７中下側の基部７および下側の可動電極５１を省略した構成としてもよいし、図７中上側の基部７および上側の可動電極５１を省略した構成としてもよい。
【００５０】
次に、本発明のアクチュエータの第４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４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３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では、基部７３、７４は、図８中右側の第１の弾性連結部４を介して互いに対向する位置に設けられている。すなわち、基部７３は、図８中右側の第１の弾性連結部４の上側に設けられ、基部７４は、右側の第１の弾性連結部４の下側に設けられている。同様に、基部７５、７６は、図８中左側の第１の弾性連結部４を介して互いに対向する位置に設けられている。すなわち、基部７５は、図８中左側の第１の弾性連結部４の上側に設けられ、基部７６は、左側の第１の弾性連結部４の下側に設けられている。また、基部７３には、固定電極７１が設けられ（固定され）、第１の弾性連結部４には、固定電極７１に対向する可動電極５１が設けられている（固定されている）。すなわち、第１の弾性連結部４の図８中上側に可動電極５１が形成され、基部７３の図１中下側に固定電極７１が形成されている。残りの各基部７４、７５、７６についても同様である。
【００５１】
このように構成することで、第２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。
また、本実施形態では、図８中下側の２つの基部７４、７６および下側の可動電極５１、５１を省略した構成としてもよいし、図８中上側の２つの基部７３、７５および上側の可動電極５１、５１を省略した構成としてもよい
また、第４実施形態の構成を第１実施形態に適用してもよい。すなわち、固定電極７１を有する基部を第１の弾性連結部４に対応する位置に設け、弾性連結部４に可動電極５１を設けてもよい。
【００５２】
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、イメージング用ディスプレイ等に好適に適用することができる。
以上、本発明のアクチュエータについて、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。
【００５３】
また、前述した実施形態では、第１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２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。
また、前述した実施形態では、光反射部２１が第２の質量部２の下基板９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し、分岐した構造を有するものであってもよい。
【００５４】
また、前述した実施形態では、上基板６０を一体的に製造するものとして説明したが、一体的に製造しなくてもよい。例えば、第１の質量部１と第２の質量部２と支持部３と第１の弾性連結部４と第２の弾性連結部５とを一体的に形成した基板と、下基板９とを、例えば、ガラス等で構成されたスペーサを介して、接合するものであってもよいし、各部を別々に作製して接合するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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】印加した交流電圧の周波数と、第１の質量部および第２の質量部の共振曲線を示すグラフである。
【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】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８】本発明のアクチュエータの第４実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明のアクチュエータに印加する交流電圧の一例を示す図である。
【図１０】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】
【００５６】
１、１１、１１１……第１の質量部  ２……第２の質量部  ２１……光反射部  ３……支持部  ４、４’……第１の弾性連結部  ５、５’……第２の弾性連結部  ６１……開口部  ８……絶縁部  ９……下基板  ６’……ガラス基板  ８’……ＳｉＯ２層  ９’……第２のＳｉ層  ４０……第１のＳｉ層  ５０……ＳＯＩ基板  ６０……上基板  ２０……コイル  ３０……永久磁石  １００……アクチュエータ  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  １２、１３……端部  ４１……回動中心軸  ７１……固定電極  ５１１、７１１……電子指  ５１……可動電極  ７３、７４、７５、７６……基部  １１２……空隙部  Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４……距離
【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】
2005143235.tif 000009
【図８】
2005143235.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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