(57)【要約】【課題】本発明は、ヘッドアップディスプレイの光走査等に用いられるアクチュエータに関し、外乱振動の影響を抑制することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、支持部２と、一端を支持部２に接続した振動梁３と、振動梁３の主面に設けた駆動膜４とを備えたアクチュエータ１において、振動梁３の裏面における駆動膜４と対向する領域に凹部１０を設け、振動梁３における振動中立面の変化を抑え軽量化することでアクチュエータ１の固有共振周波数を高める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、一端を前記支持部に接続した振動梁と、前記振動梁の主面に設けた駆動膜とを備え、
前記振動梁の裏面における前記駆動膜と対向する領域に凹部を設けたアクチュエータ。
【請求項２】
凹部を振動梁のセンターラインに沿って配置した請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
駆動膜は、下部電極と、上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に配置した圧電体層からなる請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
振動梁は、樹脂層と金属層からなり、金属層の上に下部電極を配置した請求項３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、ヘッドアップディスプレイの光走査等に用いられるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のアクチュエータは、支持部と、可動梁と、可動部を有し、可動梁の上に駆動膜が配置された構造となっている。なお、駆動膜としては、電極間に圧電体を配置した圧電体の逆圧電効果を利用した圧電駆動型や、電極間のクーロン力を利用した静電駆動型などがある。
【０００３】
なお、このような圧電アクチュエータは、量産性や小型化の観点から、シリコン基板上に駆動膜の形成や外形加工をおこなう、いわゆるＭＥＭＳプロセスにより形成される。
【０００４】
一方、このような圧電アクチュエータにおいて、外乱振動の対策は重要であり、アクチュエータの固有共振周波数を高く設定することが外乱振動対策として有効な手段であることが知られている。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１１４８５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようなアクチュエータにおいて小型化が進むにつれ、外乱振動の影響が大きくなるため、より一層の外乱対策が必要となってきている。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題を解決し、外乱振動の影響を抑制したアクチュエータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明は、支持部と、一端を支持部に接続した振動梁と、振動梁の他端に接続した可動部と、振動梁の主面に設けた駆動膜とを備えたアクチュエータにおいて、振動梁の裏面における駆動膜と対向する領域に凹部を設けたのである。
【発明の効果】
【００１０】
この構成により、アクチュエータの外乱振動の影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態におけるアクチュエータの斜視図
【図２】同アクチュエータの断面図
【図３】同アクチュエータの下面図
【図４】他の実施の形態のアクチュエータの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態におけるアクチュエータについて図を用いて説明する。図１はアクチュエータを示す模式図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。このアクチュエータ１は、外部接続用の支持部２と、一端が支持部２に接続された直線板状の振動梁３を有する。振動梁３の上には駆動膜４が配置されている。駆動膜４は、振動梁３の上に設けられた下部電極５と、下部電極５の上に設けられた圧電体層６と、圧電体層６の上に設けた上部電極７により構成されている。
【００１３】
そして、駆動膜４に制御信号８を印加することで圧電体層６の逆圧電効果により内部応力９が生じ、振動梁３が支持部２との接続点を支点として振動梁３の先端側が、図中における上下方向に振動する。なお、このアクチュエータ１を光走査素子として用いる場合、特に図示していないが、振動梁３の先端部分にミラーを形成することで、上述した振動梁３の振動に伴いミラーが振動する。このミラーの振動を制御することにより、ミラーに照射された光線の反射角が制御され、制御し反射光を走査させる。
【００１４】
なお、支持部２、振動梁３および可動部３は、シリコン基板を用いて一体に構成している。下部電極５はＰｔで形成され、圧電体層６はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の薄膜で形成され、上部電極７はＡｕで形成されている。そして、シリコン基板の上に、下部電極５、圧電体層６、上部電極７を順にスパッタリングで成形し、フォトリソグラフィでパターンニングを行う。そして、ドライエッチングにより形状加工した後に個片分割することでアクチュエータ１が形成される。
【００１５】
そして、このアクチュエータ１においては、図１に示すように、振動梁３の裏面で駆動膜４と対向する領域に凹部１０を設けており、この凹部１０を設けることにより、アクチュエータ１の固有共振周波数を高め外乱振動の影響を抑制している。
【００１６】
これは、振動梁３に凹部１０を設けることで、振動梁３における質量が軽減されることに起因する。すなわち、振動梁３における固有共振周波数ｆ、ばね定数ｋ、質量ｍの関係は、ｆ∝（ｋ／ｍ）1/2で表される。この式から明らかなように、振動梁３の質量ｍを低減することで振動梁３の固有共振周波数ｆが高められる。この結果、振動梁３に対する外乱振動の影響を抑制することができる。ただし、振動梁３の質量ｍを低減するのであれば、振動梁３の厚みを一様に薄くすることでも考えられるが、この場合、振動梁３のばね定数ｋが低減してしまう。この結果、質量ｍとばね定数ｋの比によって決定する固有共振周波数ｆを高める効果が相殺されることになる。つまり、上述したように振動梁３に対して部分的に凹部１０を設けることで、振動梁３の全体のばね定数ｋの低減を抑制し、質量ｍの低減を図ることができるので、結果的に、振動梁３の固有共振周波数ｆを高めることができるのである。
【００１７】
なお、このように振動梁りに凹部を設ければ振動梁のばね定数ｋも少なからず低下するので、これにより振動張りの振幅を増加させる効果も有する。
【００１８】
なお、凹部１０の形状は、図３に示すように、振動梁３のセンターライン１１に沿った一定幅の溝形状とすることが好ましい。これは、振動梁３において凹部１０を設けた部分が、他の部分に比べてばね定数ｋが小さくなるため、凹部１０をセンターライン１１から外れる部分に設けると、振動梁３の対称性が損ねられてしまう。この結果、振動梁３の対称性の劣化により、振動梁３の上下方向の振動に対して、斜め振動が誘発されるので、アクチュエータ１の振動精度を低下させてしまうからである。なお、センターライン１１に沿って複数の凹部１０を設ける場合、振動梁３の対称性を損なわないようセンターライン１１を対称軸として対称配置することが好ましい。
【００１９】
また、この一実施の形態においては、駆動膜４として、下部電極５と上部電極７の間に圧電体層６を配置した圧電機能膜を用いている。そして、圧電機能膜は、上述したように、圧電体層６の逆圧電効果で生じる内部応力９が振動梁３に作用するのであるが、その振幅は、振動梁３の振動中立面１２から内部応力９の発生位置つまり圧電体層６まで距離に比例する。したがって、駆動膜４として圧電機能膜を用いる構成においては、振動梁３の振動中立面１２が振動条件として大きく影響するため、振動中立面１２の変位が少ない凹部１０を設ける構成が有効となる。なお、静電駆動式のように電極間のクーロン力を利用するような構造においては凹部１０を設ける効果が少ない。
【００２０】
次に、他の実施の形態のアクチュエータ２０について説明する。なお、上述した一実施の形態と同様の構成については、同じ符号を付している。
【００２１】
図４は、アクチュエータ２０の断面図であり、図２に示すアクチュエータ１との違いは、振動梁２１として、樹脂層２２と金属層２３を厚み方向に積層構造とし、凹部２４を金属層２３に設けたことである。なお、樹脂層２２はエポキシ系樹脂からなり、金属層２３はニッケルからなる。
【００２２】
このアクチュエータ２０は、支持部２を形成するベース基板上に下部電極５、圧電体層６、上部電極７を順次形成し、その上から樹脂層２２を形成する樹脂をスピンコートで成膜し、この樹脂層２２の上に金属層２３をメッキで成膜する。その後、振動梁２１を形成する領域にあるベース基板をエッチングにより除去することで作成している。
【００２３】
このように、振動梁２１を弾性係数が大きく異なる樹脂層２２と金属層２３の積層構造とすることで、振動梁２１の振動中立面１２を金属層２３の側に偏らせることができ、振動中立面１２から駆動膜４までの間隔を大きくとることが可能となりアクチュエータ２０の振幅をより大きなものとしている。
【００２４】
そして、凹部２４を金属層２３に設けることで、振動梁２１における質量の低減を効率よく行え、外乱振動の影響を抑制することができる。
【００２５】
この積層構造の振動梁２１を有するアクチュエータ２０において凹部２４を設けた構成と、凹部２４を設けていないものについて駆動電圧に対する振幅を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
このように、凹部２４を設けたものは、凹部２４を設けていないものに比べて大きな振幅を得ていることがわかる。また、このときの固有共振周波数は、凹部２４を設けたものが３．５６ｋＨｚであったのに対して、凹部２４を設けていないものは３．４５ｋＨｚとなり、凹部２４を設けることにより固有共振周波数が３．１９％改善することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、アクチュエータの外乱振動の影響を抑制することができるという効果を有し、特にヘッドアップディスプレイ等の車載用途において有効となる。
【符号の説明】
【００２９】
１，２０    アクチュエータ。
【００３０】
２    支持部
３，２１    振動梁
４  駆動膜
５    下部電極
６    圧電体層
７    上部電極
１０，２４    凹部
１１  センターライン
２２    樹脂層
２３    金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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