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マイクロ駆動装置及びそれを用いたマイクロデバイス 新技術説明会

国内特許コード P170014235
整理番号 (1503)
掲載日 2017年6月23日
出願番号 特願2016-511970
出願日 平成27年3月31日(2015.3.31)
国際出願番号 JP2015060279
国際公開番号 WO2015152309
国際出願日 平成27年3月31日(2015.3.31)
国際公開日 平成27年10月8日(2015.10.8)
優先権データ
  • 特願2014-074963 (2014.3.31) JP
発明者
  • 岩瀬 英治
  • 飯野 知紗
出願人
  • 学校法人早稲田大学
発明の名称 マイクロ駆動装置及びそれを用いたマイクロデバイス 新技術説明会
発明の概要 多軸駆動可能なマイクロ駆動装置(1)であって、可動対象部(3)と、前記可動対象部を軸支し1方向のみに設けられた少なくとも一対の梁(4)とを備え、前記可動対象部(3)は、前記梁(4)が有する一つ又は複数の共振周波数で共振してねじれる又は曲がることによりx軸、y軸及びz軸方向に回転又は並進することを特徴とし、構造の大型化及び構造の複雑化を同時に解消することができる、マイクロ駆動装置。
従来技術、競合技術の概要

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)は、プロジェクタの光学素子、インクジェットプリンタのヘッド部にある微小ノズル、圧力センサ、加速度センサ、流量センサなどの各種センサに用いられ、これらの各種センサが組み込まれたマイクロデバイスの小型化及び高性能化を図る技術の一つである。


このようなマイクロデバイスの例としてMEMS光スキャナを図17に示す。図17に示すように、例えば、レーザープリンターやファイバースコープ、ヘッドマウントディスプレイ、光スイッチ等に組み込まれるMEMS光スキャナ100として、直径1mm程度のミラー101と、ミラー101を駆動するマイクロ駆動装置102とを備えているものが知られている(例えば、非特許文献1参照)。


このマイクロ駆動装置102は、電磁駆動方式により2軸に駆動され、枠状の外側可動板103と、外側可動板103を回転可能に半導体基板に軸支する外側梁104と、該外側梁104と軸方向が直交し、内側可動板であるミラー101を回転可能に軸支する内側梁105とを備える2重のジンバル構造を有する駆動装置である。


ここで、図17に示すマイクロ駆動装置102は、外側梁上に形成されたコイルに流した電流と外から印加される磁界とから生じるローレンツ力により、1つの梁が1つの軸を回転するように構成されている。このように2軸駆動可能(2自由度)とするために、ミラー101の外側に外側可動板103が必要となることから、駆動装置が大型化するという問題があった。さらに自由度を追加しようとすると、外側可動板103の外側に可動板及び梁を追加する必要があり、ジンバル構造を用いるマイクロ駆動装置では駆動装置が大型化及び複雑化するという問題点を有していた。


そこで、そのような問題点を解決するために、1つの梁で2軸駆動可能な圧電駆動型MEMS光スキャナが提案されている(非特許文献2参照)。この光スキャナに用いられる駆動装置は、ミラーを軸支する1つのS型梁が、共振周波数ωBによって曲りを生じ、共振周波数ωTによってねじりを生じるような構造を備えている。しかし、この駆動装置も、さらに自由度を追加した構造については考慮されておらず、この構造のままで3軸駆動可能(3自由度)以上に対応することはできない。


その他のマイクロデバイスの例として、特許文献1には、長手方向の両端の片面に圧電素子の層が上下に設けられたユニモルフ構造の支持梁に接続される一対のトーションバーを有し、この一対のトーションバーにより回転振動可能に軸支されるミラーを備える1重のジンバル構造からなる1軸のマイクロミラーが提案されている。

産業上の利用分野

本発明は、マイクロ駆動装置及びそれを用いたマイクロデバイスに関する。例えば、可動対象部をミラーとする超小型化ミラー駆動装置等に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
多軸駆動可能なマイクロ駆動装置であって、
可動対象部と、前記可動対象部を軸支し、1方向のみに設けられた少なくとも一対の梁とを備え、
前記可動対象部は、前記梁が有する一つ又は複数の共振周波数で共振してねじれる又は曲がることによりx軸、y軸及びz軸方向に回転又は並進することを特徴とするマイクロ駆動装置。

【請求項2】
前記梁は、
第一の方向で設けられ前記可動対象部と接続される第一の梁と、
前記第一の梁と異なる方向で設けられ、マイクロ駆動装置のフレームに接続される第二の梁で構成されることを特徴とする請求項1記載のマイクロ駆動装置。

【請求項3】
前記第一の梁と前記第二の梁とが直交して設けられることを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ駆動装置。

【請求項4】
前記第一の梁及び/又は前記第二の梁が複数に分割されていることを特徴とする請求項2又は3いずれか1項に記載のマイクロ駆動装置。

【請求項5】
前記第一の梁と、前記第二の梁とが異なる材料からなることを特徴とする請求項2~4いずれか1項に記載のマイクロ駆動装置。

【請求項6】
前記第一の梁及び/又は前記第二の梁が備えている複数に分割されている部分の少なくとも1つが、
前記分割されている部分の他の部分と異なる材料からなることを特徴とする請求項4又は5に記載のマイクロ駆動装置。

【請求項7】
前記一つ又は複数の共振周波数で加振するための駆動信号が、1つの制御機構により発生されることを特徴とする請求項1~6いずれか1項に記載のマイクロ駆動装置。

【請求項8】
前記可動対象部がミラーであり、
前記ミラーは、ミラー面内のx軸方向及びy軸方向に対して回転し、ミラー面の法線方向のz軸方向に並進することを特徴とする請求項7記載のマイクロ駆動装置。

【請求項9】
請求項1~8いずれか1項に記載のマイクロ駆動装置を備えたことを特徴とするマイクロデバイス。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016511970thum.jpg
出願権利状態 公開
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