微驱动装置和使用其的微型器件制造方法及图纸

一种能够多轴驱动的微驱动装置(1)，其特征在于，具备可动对象部(3)、和枢轴支承上述可动对象部、且仅在1个方向上设置的至少一对的梁(4)，可动对象部(3)通过上述梁(4)以其所具有的一个或多个共振频率共振进行发生扭曲或弯曲，从而在x轴、y轴和z轴方向转动或并行，能够同时避免构造的大型化和构造的复杂化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微驱动装置和使用该微驱动装置的微型器件。涉及例如可动对象部为反射镜的超小型反射镜驱动装置等。
技术介绍
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)用于放映机的光学元件、喷墨打印机的打印头部所具有的微小喷嘴、压敏传感器、加速传感器、流量传感器等各种传感器，是实现组装了这些各种传感器的微型器件的小型化和高性能化的技术之一。作为这样的微型器件的示例，在图17中表示MEMS光扫描仪。如图17所示，例如，作为激光打印机、纤维镜、头戴式显示器、光开关等中组装的MEMS光扫描仪100，已知具备直径1mm左右的反射镜101、和驱动反射镜101的微驱动装置102的光扫描仪(例如，参照非专利文献1)。该微驱动装置102是具有双重万向构造的驱动装置，该驱动装置具备：利用电驱动方式在2轴上驱动的、框状的外侧可动板103；将外侧可动板103以能够转动的方式在半导体基板上枢轴支承的外侧梁104；和轴方向与该外侧梁104正交、将作为内侧可动板的反射镜101以能够转动的方式枢轴支承的内侧梁105。在此，图17所示的微驱动装置102构成为，利用由外侧梁上形成的线圈中流通的电流和从外部施加的磁场所产生的洛伦兹力，1个梁绕着1个轴转动。为了如上所述能够实现2轴驱动(2个自由度)，在反射镜101的外侧需要外侧可动板103，因而存在驱动装置大型化的问题。在希望进一步追加自由度时，需要在外侧可动板103的外侧追加可动板和梁，在使用万向构造的微驱动装置中，存在驱动装置大型化和复杂化的问题。因此，为了解决该问题，提出了能够利用1个梁实现双轴驱动的压电驱动型MEMS光扫描仪(参照非专利文献2)。该光扫描仪所使用的驱动装置具备枢轴支承反射镜的1个S型梁因共振频率ωB产生弯曲、因共振频率ωT产生扭曲的构造。但是，该驱动装置也未考虑到进一步追加自由度的构造，直接利用该构造无法实现3轴以上的驱动(3个自由度)。作为其他的微型器件的示例，在专利文献1中提出了一种由单重万向构造构成的单轴的微反射镜，该微反射镜在长边方向的两端的单面具有压电元件的层上下设置的与单层压电片构造(Unimorph)的支持梁连接的一对扭杆，具备利用这一对扭杆以能够转动振动的方式枢轴支承的反射镜。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011－191589号公报非专利文献非专利文献1：Arda D.Yalcinkaya,Hakan Urey,Dean Brown,Tom Montague,and Randy Sprague,“Two-AxisElectromagnetic Microscanner for High Resolution Displays,”Journal of Microelectromechanical Systems,vol.15,no.4,pp.786-793,2006.非专利文献2：Kah How Koh,Takeshi Kobayashi,and Chengkuo Lee,“A 2-D MEMS scanning mirror based on dynamic mixed mode excitation of a piezoelectric PZT thin film S-shaped actuator,”OPTICAL EXPRESS,Vol.19,No.15,pp.13812-13824.
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题但是，在上述的现有微驱动装置或微型器件中，难以为了实现高功能化而追加自由度，即便能够追加，也存在构造复杂化、大型化的为问题。本专利技术是鉴于上述状況而完成的，其目的在于提供一种构造简易、能够实现多轴驱动的超小型微驱动装置和使用该微驱动装置的微型器件。用于解决技术问题的手段一种微驱动装置，其为能够实现多轴驱动的微驱动装置，其具备：可动对象部；和枢轴支承上述可动对象部、且仅在1个方向设置的至少一对梁，上述可动对象部，通过上述梁以其所具有的一个或多个共振频率进行共振并发生扭曲或弯曲，从而在x轴、y轴和z轴方向转动或并行。专利技术效果根据本专利技术，提供一种能够实现多轴驱动的超小型微驱动装置，其以如下方式设计：对应于微驱动装置所需求的自由度的数目，仅在枢轴支承可动对象部的1个方向上设置一对梁，使上述梁以一个或多个共振频率共振，发生扭曲或弯曲，从而在x轴、y轴、z轴方向转动或并行。并且，根据本专利技术，提供一种超小型微驱动装置，能够实现多轴驱动而无需采用万向构造，能够避免构造的大型化和复杂化。并且，根据本专利技术，能够提供一种超小型微驱动装置，在为能够施加与各自由度相对应的共振频率的驱动方式时，能够利用1个控制机构驱动。由此，以某轴方向的共振频率振动，不仅能够驱动与其对应的单轴，通过以将多个轴方向的共振频率重叠的波形施加振动，能够同时进行多轴驱动。附图说明图1是微驱动装置的概略图。图2是简化模型的示意图。图3是具有第一梁和第二梁的微驱动装置的概略图。图4是z轴并行的微驱动装置的概念图4A、和表示施加于微驱动装置的频率与其振幅的关系的曲线的图4B。图5是x轴转动的微驱动装置的概念图5A、和表示施加于微驱动装置的频率与其振幅的关系的曲线的图5B。图6是y轴转动的微驱动装置的概念图6A、和表示施加于微驱动装置的频率与其振幅的关系的曲线的图6B。图7是光扫描仪用微驱动装置模型的示意图。图8是光扫描仪用微驱动装置模型的示意图。图9是算出形状参数的最佳值的流程图。图10是表示微驱动装置的制作方法的工序图。图11是制得的光扫描仪用微驱动装置的模型图。图12是表示评价实验的测定位置的示意图。图13是描绘共振频率的变化与测定点的位移变化的图13A、和描绘共振频率的变化与测定点a和b的增量变化的图13B。图14是表示制得的光扫描仪用微驱动装置发生x轴转动的图。图15是表示制得的光扫描仪用微驱动装置发生z轴并行的图。图16是表示制得的光扫描仪用微驱动装置发生y轴转动的图。图17是表示具有万向构造的现有型微驱动装置的光扫描仪的图。具体实施方式＜实施方式1＞[微驱动装置的构成]下面，适当地基于附图对本专利技术的实施方式进行说明。图1是示意性地表示本专利技术的微驱动装置1的基本构成的模型图。微驱动装置1具备：可动对象部3、以包围该可动对象部3的方式设置的框架部2、和枢轴支承该框架部2和可动对象部3的至少一对的梁4。将该梁4仅设置在1个方向，并且以该梁4的形状所具有的一个或多个共振频率共振，发生扭曲或弯曲，使可动对象部3在x轴、y轴、z轴方向转动或并行，通过这样设计，具有能够实现多轴驱动的构成。该微驱动装置1形成得较薄，例如为1～1000μm左右的厚度。其中，用于驱动可动对象部3的驱动部省略图示。[利用共振频率的微驱动装置的动作背景]图2是简化模型21的示意图。其中，简化模型21是用于说明微驱动装置1的技术特征的模型。如图2所示，简化模型21是对于1个轴作为1个可动对象部23和一对梁24进行简化的模型。此时，在该简化模型21中，将可动对象部23理解为质点，忽略梁24的质量。利用能量法求取该简化模型21的共振频率时，弯曲的共振频率f1和扭曲的共振频率f2由以下的数学式表示。 f 1 = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够多轴驱动的微驱动装置，其特征在于：具备可动对象部、和枢轴支承所述可动对象部、且仅在1个方向上设置的至少一对梁，所述可动对象部，通过所述梁以其所具有的一个或多个共振频率进行共振并发生扭曲或弯曲，从而在x轴、y轴和z轴方向上转动或并行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 JP 2014-0749631.一种能够多轴驱动的微驱动装置，其特征在于：具备可动对象部、和枢轴支承所述可动对象部、且仅在1个方向上设置的至少一对梁，所述可动对象部，通过所述梁以其所具有的一个或多个共振频率进行共振并发生扭曲或弯曲，从而在x轴、y轴和z轴方向上转动或并行。2.如权利要求1所述的微驱动装置，其特征在于：所述梁由在第一方向上设置且与所述可动对象部连接的第一梁、和在与所述第一梁不同的方向上设置且与微驱动装置的框架连接的第二梁构成。3.如权利要求1或2所述的微驱动装置，其特征在于：所述第一梁和所述第二梁正交而设置。4.如权利要求2或3所述的微驱动装置，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩瀬英治，饭野知纱，
申请(专利权)人：学校法人早稻田大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP