(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に、枠状の外側可動板及びその内側に配置される内側可動板からなる可動部と、上記外側可動板を揺動可能に軸支する第１トーションバーと、該第１トーションバーに対して軸方向が直交し上記内側可動板を揺動可能に軸支する第２トーションバーとを一体形成し、上記外側可動板及び内側可動板の各周縁部に駆動コイルを形成し、該駆動コイルに磁界を与える一対の磁界発生手段が上記可動部の一の対角線方向にて上記半導体基板を挟んで対向配置して成るプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、
上記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を切断し、この切断された領域内に上記一対の棒状の磁界発生手段を配置して上記半導体基板の両端部を挟み、該一対の磁界発生手段を上記可動部に対して互いに接近させて配置した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】
半導体基板に、枠状の外側可動板及びその内側に配置される内側可動板からなる可動部と、上記外側可動板を揺動可能に軸支する第１トーションバーと、該第１トーションバーに対して軸方向が直交し上記内側可動板を揺動可能に軸支する第２トーションバーとを一体形成し、上記外側可動板及び内側可動板の各周縁部に駆動コイルを形成し、該駆動コイルに磁界を与える一対の磁界発生手段が上記可動部の一の対角線方向にて上記半導体基板を挟んで対向配置して成るプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、
上記一対の磁界発生手段を、上記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部の外形に沿った形状に形成して接近させて配置した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３】
上記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を切断し、この切断された領域内に上記一対の磁界発生手段を配置して上記半導体基板の両端部を挟んだことを特徴とする請求項２記載のプレーナ型電磁アクチュエータ。
【請求項４】
上記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を上記一対の磁界発生手段で当接状態に挟んだことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に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、電気信号を用いることにより、一対の磁界発生手段に挟まれた半導体基板の可動部を直交する二軸方向に自在に揺動し得るプレーナ型電磁アクチュエータに関し、特に、上記一対の磁界発生手段から発生した磁界が上記可動部の駆動コイルに与える磁気力を向上する構成としたことにより、上記可動部が揺動するときの電力消費を低減することができるプレーナ型電磁アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造技術を利用して形成できる超小型のプレーナ型電磁アクチュエータに関する技術の開発が進められており、そのような技術の例として、特許第２９８７７５０号の特許公報に記載されたものがある。従来のこの種のプレーナ型電磁アクチュエータ１は、例えば図５に示すように、半導体基板２に、枠状の外側可動板３及びその内側に配置される内側可動板４からなる可動部５と、上記外側可動板３を揺動可能に軸支する第１トーションバー６，６と、該第１トーションバー６，６に対して軸方向が直交し上記内側可動板４を揺動可能に軸支する第２トーションバー７，７とを一体形成し、上記外側可動板３及び内側可動板４の各周縁部に第１駆動コイル８及び第２駆動コイル９を形成し、上記駆動コイル８，９に磁界を与える一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂが上記可動部５の一の対角線方向にて上記半導体基板２を挟んで対向配置されていた。これにより、図６に示すように、上記磁界発生手段１０ａから１０ｂに向かって磁界H0が発生しており、この磁界H0が上記半導体基板２の可動部５（図５参照）を斜めに横切るようになっていた。
【０００３】
そして、このようなプレーナ型電磁アクチュエータ１は、上記外側可動板３及び内側可動板４の各周縁部に設けられた第１駆動コイル８及び第２駆動コイル９にそれぞれ電流が流れると、上記可動部５にローレンツ力が働いて二次元方向に揺動できるようになっていた。このようなプレーナ型電磁アクチュエータ１の動作について、以下に説明する。ここで、図６に示す磁界H0を、図５に示す第１トーションバー６，６の軸方向に対して直交する横成分磁界Ｈ1と、同図に示す第２トーションバー７，７の軸方向に対して直交する縦成分磁界Ｈ2とのベクトル成分に分解して説明する。
【０００４】
まず、図５に示す電極パッド１１に電力が供給されて上記外側可動板３の周縁部に設けられた第１駆動コイル８に電流を流すと、上記第１駆動コイル８には図６に示す横成分磁界Ｈ1によって以下の（１）式に示すローレンツ力Ｆ1が働く。
Ｆ1＝ｎ×Ｉ1×Ｂ1  …（１）
ここで、ｎは駆動コイル８の巻き数、Ｉ1は駆動コイル８に流れる電流、Ｂ1は横成分磁界Ｈ1の磁束密度である。
【０００５】
このローレンツ力Ｆ1により、上記可動部５は、上記第１トーションバー６，６の軸方向を中心に回動し、該ローレンツ力Ｆ1と上記第１トーションバー６が捩れて戻ろうとする力とが釣り合う位置で静止する。なお、上記（１）式より、上記ローレンツ力Ｆ1は、駆動コイル８に流れる電流Ｉ1に比例するため、上記電流Ｉ1を制御することにより、上記可動部５が第１トーションバー６，６の軸方向を中心として回動する角度が制御される。
【０００６】
また、図５に示す電極パッド１２に電力が供給されて上記内側可動板４の周縁部に設けられた第２駆動コイル９に電流が流れると、上記第２駆動コイル９には図６に示す縦成分磁界Ｈ2によって上記（１）式と同様のローレンツ力が働く。したがって、上記駆動コイル９に流れる電流を制御することにより、図５に示す可動部５が第２トーションバー７，７の軸方向を中心として回動する角度が制御される。以上のように、上記外側可動板３及び内側可動板４の各周縁部に設けられた第１駆動コイル８及び第２駆動コイル９に流れる電流をそれぞれ制御することにより、上記半導体基板２の可動部５を直交する二軸回りにて任意の角度に回動することができる。したがって、上記電流を一定時間ごとに交互に逆向きに流すことにより、該可動部５を二次元方向に自在に揺動できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような一対の上記静磁界発生手段１０ａ，１０ｂを、上記可動部５の１つの対角線方向にて上記半導体基板２を挟んで配置する構成としたプレーナ型電磁アクチュエータ１においては、上記一対の静磁界発生手段１０ａ，１０ｂは、所定の距離ｌ1だけ離されて配置されていた。ここで、磁界の磁束密度は距離の２乗に反比例するため、上記一対の静磁界発生手段１０ａ，１０ｂの距離ｌ1が大きくなると、その間の磁界Ｈ0が小さくなり、それに伴って該磁界Ｈ0をベクトル分解した横成分磁界Ｈ1及び縦成分磁界Ｈ2は小さくなる。このような場合に、上記（１）式に示すローレンツ力を確保するためには、上記磁界Ｈ0の減少分に相当する電流を流す必要があり、そのときには上記可動部５を揺動させるときの電力消費が大きくなるという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、上記一対の磁界発生手段から発生した磁界が上記可動部の駆動コイルに与える磁気力を向上する構成としたことにより、上記可動部が揺動するときの電力消費を低減することができるプレーナ型電磁アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータは、半導体基板に、枠状の外側可動板及びその内側に配置される内側可動板からなる可動部と、上記外側可動板を揺動可能に軸支する第１トーションバーと、該第１トーションバーに対して軸方向が直交し上記内側可動板を揺動可能に軸支する第２トーションバーとを一体形成し、上記外側可動板及び内側可動板の各周縁部に駆動コイルを形成し、該駆動コイルに磁界を与える一対の磁界発生手段が上記可動部の一の対角線方向にて上記半導体基板を挟んで対向配置して成るプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、上記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を切断し、この切断された領域内に上記一対の棒状の磁界発生手段を配置して上記半導体基板の両端部を挟み、該一対の磁界発生手段を上記可動部に対して互いに接近させて配置したものである。
【００１０】
このような構成により、半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を切断し、この切断された領域内に一対の棒状の磁界発生手段を配置して上記半導体基板の両端部を挟み、該一対の磁界発生手段を上記可動部に対して互いに接近させ、可動部の駆動コイルに与える磁気力を向上する。
【００１３】
また、半導体基板に、枠状の外側可動板及びその内側に配置される内側可動板からなる可動部と、上記外側可動板を揺動可能に軸支する第１トーションバーと、該第１トーションバーに対して軸方向が直交し上記内側可動板を揺動可能に軸支する第２トーションバーとを一体形成し、上記外側可動板及び内側可動板の各周縁部に駆動コイルを形成し、該駆動コイルに磁界を与える一対の磁界発生手段が上記可動部の一の対角線方向にて上記半導体基板を挟んで対向配置して成るプレーナ型電磁アクチュエータにおいて、上記一対の磁界発生手段を、上記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部の外形に沿った形状に形成して接近させて配置したものである。
これにより、半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部の外形に沿った形状に形成した一対の磁界発生手段によって、半導体基板の両端部を挟み、該一対の磁界発生手段を互いに接近して配置し、可動部の駆動コイルに与える磁気力を向上する。
【００１４】
さらに、上記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を切断し、この切断された領域内に上記一対の磁界発生手段を配置して上記半導体基板の両端部を挟んだものでもよい。これにより、上記半導体基板の両端部を切断し、この切断された領域内に上記半導体基板の両端部の外形に沿った形状に形成された一対の磁界発生手段を配置して上記両端部を挟み、該一対の磁界発生手段を互いに接近させる。
【００１５】
そして、上記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を上記一対の磁界発生手段で当接状態に挟んだものである。これにより、一対の磁界発生手段によって上記半導体基板の両端部を当接状態に挟み、該一対の磁界発生手段を接近させる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータ１の第１の実施形態を示す平面図である。このプレーナ型電磁アクチュエータ１は、半導体製造技術を利用して形成された可動部３を電気信号を用いて直交する二軸方向に自在に揺動する装置で、半導体基板２と、一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂと、磁路形成手段１３とを備えて成る。
【００１７】
上記半導体基板２は、直交する二軸方向に揺動可能な可動部が形成されるもので、シリコン層を含んでなり、図５に示す従来のものと同様に構成されている。すなわち、上記半導体基板２に、枠状の外側可動板３及びその内側に配置される内側可動板４からなる可動部５と、上記外側可動板３を揺動可能に軸支する第１トーションバー６，６と、該第１トーションバー６，６に対して軸方向が直交し上記内側可動板４を揺動可能に軸支する第２トーションバー７，７とが、例えば異方エッチング法を施すことにより一体的に形成されている。ここで、上記第１トーションバー６，６及び第２トーションバー７，７は、上記半導体基板２自体の厚さに比べて薄く形成されており、上記可動部５が所定の角度に回動できるようになっている。そして、上記外側可動板３及び内側可動板４のそれぞれの周縁部には、第１駆動コイル８及び第２駆動コイル９が設けられている。
【００１８】
上記半導体基板２の外側可動板及３び内側可動板４の一の対角線方向には、一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂが対向して配置されている。この一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂは、上記半導体基板２に形成された可動部５の駆動コイル８，９に磁界Ｈ0を与えるもので、上記磁界発生手段１０ａのＮ極と、磁界発生手段１０ｂのＳ極とを互いに対向させて配置した一対の永久磁石からなる。これにより、簡単な構造にて上記磁界発生手段１０ａから磁界発生手段１０ｂの間に磁界Ｈ0が発生するようになる。そして、上記磁界Ｈ0は、上記半導体基板２の可動部５を斜めに横切るようになっている。
【００１９】
上記一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂは、その周りを囲んで配置された磁路形成手段１３に固定されている。この磁路形成手段１３は、図１に示すように、上記左側の磁界発生手段１０ａのＳ極から出て右側の磁界発生手段１０ｂのＮ極に入る磁力線の経路を形成し、磁界が周囲に漏れるのを低減するもので、例えば鉄などの磁性材料からなる。これにより、上記一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂ間の磁界の強さが向上する。
【００２０】
ここで、本発明においては、上記プレーナ型電磁アクチュエータ１は、上記一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂから発生した磁界Ｈ0が上記可動部５の駆動コイル８，９に与える磁気力を向上する構成を備えている。ここでは、上記対向配置された一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂを、上記半導体基板２に形成された可動部５に対して互いに接近させて配置されている。
【００２１】
例えば、図１に示すように、上記半導体基板２に形成された可動部５の一の対角線方向にて該半導体基板２の両端部が、一対の棒状の磁界発生手段１０ａ，１０ｂによって当接状態に挟まれている。このとき、上記一対の棒状の磁界発生手段１０ａ，１０ｂ間の距離ｌ2は、図５に示す従来の場合より接近（ｌ2＜ｌ1）して配置されている。そのため、上記一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂの間に働く磁界Ｈ0の強さについて従来の場合と比較すると、磁界の磁束密度は距離の２乗に反比例することから、（ｌ1／ｌ2）2倍だけ大きくなる。これにより、上記一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂによって、上記可動部５の駆動コイル８，９に与える磁気力を向上することができる。したがって、上記駆動コイル８，９を流す電流の値が小さくても、従来の場合と同様のローレンツ力（式（１）参照）を確保することができるため、上記可動部５を揺動させるときの電力消費を低減することができる。
【００２２】
図２は本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータ１の第２の実施形態を示す平面図である。この実施形態によるプレーナ型電磁アクチュエータ１は、図１に示す半導体基板２に形成された可動部５の一の対角線方向にて該半導体基板２の両端部を切断し、この切断された領域内に上記一対の棒状の磁界発生手段１０ａ，１０ｂを配置して上記半導体基板の両端部を当接状態に挟んだものである。このとき、図２においては、上記両端部が切断された半導体基板は、全体として四角形に形成されている（符号１４参照）。そして、上記半導体基板１４は、その長さがｌ3（ｌ3＜ｌ2）となる。これにより、上記一対の棒状の磁界発生手段１０ａ，１０ｂを、上記半導体基板１４に形成された可動部５に対して互いに距離ｌ3だけ接近させて当接状態に挟んで配置することができる。したがって、上記一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂの間の磁界Ｈ0の強さが向上し、上記可動部５を揺動させるときの電力消費を低減することができる。なお、上記半導体基板１４は、四角形の形状を有しているため、該半導体基板１４及び上記一対の棒状の磁界発生手段１０ａ，１０ｂの実装を容易に行うことができる。
【００２３】
図３は本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータ１の第３の実施形態を示す平面図である。この実施形態によるプレーナ型電磁アクチュエータ１は、図１に示す一対の磁界発生手段１０ａ，１０ｂを、半導体基板２に形成された可動部５の一の対角線方向にて該半導体基板２の両端部の外形に沿った形状（図３の符号１５ａ，１５ｂ参照）に形成したものである。そして、上記一対の磁界発生手段１５ａ，１５ｂが上記半導体基板２の両端部を挟んで対向配置される。これにより、上記一対の磁界発生手段１５ａ，１５ｂの体積が増加し、上記可動部５の駆動コイル８，９に与える磁気力を向上することができる。このとき、上記半導体基板２の両端部の外形に沿った形状に形成された一対の磁界発生手段１５ａ，１５ｂを上記半導体基板２に対して接近させて配置した場合には、その中心部間の距離がｌ2となり、また外側部に行くに従ってその間の距離が徐々に狭くなっている。これにより、上記磁界発生手段１５ａ，１５ｂ間の磁界Ｈ0の強さが向上し、上記可動部５を揺動させるときの電力消費をより低減することができる。
【００２４】
図４は本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータ１の第４の実施形態を示す平面図である。この実施形態によるプレーナ型電磁アクチュエータ１は、図３に示す半導体基板２に形成された可動部５の一の対角線方向にて該半導体基板２の両端部を切断し（図４の符号１６参照）、この切断された領域内に半導体基板１６の上記両端部の外形に沿った形状に形成された一対の磁界発生手段１７ａ，１７ｂを配置して上記半導体基板１６の両端部を挟み、該一対の磁界発生手段１７ａ，１７ｂを上記可動部５に対して互いに接近させて配置したものである。これにより、上記一対の磁界発生手段１７ａ，１７ｂの体積が増加し、上記可動部５の駆動コイル８，９に与える磁気力を向上することができる。このとき、上記一対の磁界発生手段１７ａ，１７ｂによって上記両端部が切断された半導体基板１６を挟んで対向配置したときには、その中心間距離が、距離ｌ3（ｌ3＜ｌ2）となり、また外側部に行くに従ってその間の距離が徐々に狭くなっている。これにより、上記磁界発生手段１７ａ，１７ｂ間の磁界Ｈ0の強さがさらに向上し、上記可動部５を揺動させるときの電力消費をさらに低減することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部を切断し、この切断された領域内に一対の棒状の磁界発生手段を上記半導体基板の両端部を挟んで配置したことにより、一対の棒状の磁界発生手段を上記可動部に対して互いに接近させて配置することができ、該一対の磁界発生手段から発生した磁界が上記可動部の駆動コイルに与える磁気力を向上することができる。したがって、上記駆動コイルを流れる電流値が小さくても、該駆動コイルに働く力を確保することができるため、上記可動部を揺動させるときの電力消費を低減することができる。
【００２８】
また、請求項２に係る発明によれば、一対の磁界発生手段の形状を、上記半導体基板に形成された可動部の一の対角線方向にて該半導体基板の両端部の外形に沿った形状に形成して接近させたことにより、上記一対の磁界発生手段を上記可動部に対してより接近させることができる。したがって、上記可動部の駆動コイルに与える磁界の強さを向上させることができ、上記可動部を揺動させるときの電力消費を低減することができる。
【００２９】
さらに、請求項３に係る発明によれば、上記半導体基板の両端部を切断し、その両端部をその外形に沿った形状に形成された一対の磁界発生手段で挟んだことにより、該一対の磁界発生手段をより接近させることができる。したがって、上記可動部の駆動コイルに与える磁界の強さを一層向上させることができ、上記可動部を揺動させるときの電力消費を一層低減することができる。
【００３０】
そして、請求項４に係る発明によれば、一対の磁界発生手段によって上記半導体基板の両端部を当接状態に挟んだことにより、上記一対の磁界発生手段をより一層接近させることができる。したがって、上記可動部の駆動コイルに与える磁界の強さを向上させることができ、上記可動部を揺動させるときの電力消費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるプレーナ型電磁アクチュエータの第１の実施形態を示す平面図である。
【図２】  上記電磁アクチュエータの第２の実施形態を示す平面図である。
【図３】  上記電磁アクチュエータの第３の実施形態を示す平面図である。
【図４】  上記電磁アクチュエータの第４の実施形態を示す平面図である。
【図５】  従来のプレーナ型電磁アクチュエータを説明する斜視図である。
【図６】  上記電磁アクチュエータの動作原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１…プレーナ型電磁アクチュエータ
２，１４，１６…半導体基板
３…外側可動板
４…内側可動板
５…可動部
８，９…駆動コイル
１０，１５，１７…磁界発生手段
１３…磁路形成手段
Ｈ0…磁界
ｌ2，ｌ3…一対の磁界発生手段間の距離
【図１】
0003808756.tif 000002
【図２】
0003808756.tif 000003
【図３】
0003808756.tif 000004
【図４】
0003808756.tif 000005
【図５】
0003808756.tif 000006
【図６】
0003808756.tif 000007