JPH0923632A - 電磁式変位発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】作成が容易，かつ簡単な小形構造で、振動，傾
斜，回転など微小な三次元的動作を発生するマイクロマ
シン用の電磁式アクチュエータとして応用範囲の広い電
磁式発生装置を提供する。 【構成】半導体デバイスの製造プロセスを応用して基板
２に薄膜コイル３，および薄膜コア４を形成した電磁コ
イル素子１と、前記コアの上に植設した上下方向に伸縮
可能な撓み軸５と、該撓み軸に連結した円板磁の磁性可
動子６とで電磁式変位発生素子７を構成し、コイルの通
電制御により発生する磁気駆動力で可動子を上下変位さ
せる。そして、複数組の素子７をアレイ状に配列してア
クチュエータシステムを構築し、微小ワークの搬送，あ
るいは可動子の振動を信号とした情報伝達などの手段に
応用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロマシン分野で
の電磁式アクチュエータとして微小ワークの搬送，その
他の用途に適用する電磁式変位発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁式アクチュエータとして、従来より
巻線コイルと磁石を組合わせて構成したモータ，リニア
アクチュエータなどが各種方式のものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来の電磁式アクチュエータは、コイルの巻回工程などを
含めた製作工程が多く、かつ製品の外形寸法も大形とな
る。このために、マイクロマシンの分野で適用できるよ
うに寸法をmmオーダ以下にマイクロ化すること、さらに
は振動，傾斜，回転などを組合わせた三次元的な微小動
作を発生させることが技術的にも困難である。

【０００４】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は製作が容易，かつ簡単な構造で、振
動，傾斜，回転など微小な三次元的動作を発生するマイ
クロマシン用の電磁式アクチュエータとして応用範囲の
広い電磁式発生装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電磁式発生装置は、基板上に薄膜コア，お
よび該コアを取り巻く薄膜コイルを形成した電磁コイル
素子と、前記コアの上に植設した上下方向に伸縮可能な
撓み軸と、該撓み軸に連結した磁性可動子とからなり、
電磁コイル素子の通電制御により発生する磁気駆動力で
可動子を上下変位させるよう構成するものとする。

【０００６】また、前記構成の電磁式発生装置は、次記
のような具体的態様で構成することができる。 １）共通基板上に分散して複数組の薄膜コイル，薄膜コ
アを軸対称に形成した電磁コイル素子と、その対称軸位
置に植設した撓み軸と、該撓み軸に連結した磁性可動子
とからなり、電磁コイル素子に形成した各コイルの個別
通電制御により発生する磁気駆動力で可動子を所望の方
向に傾動変位させるように構成する。

【０００７】２）前項１）において、磁性可動子をその
周域に複数のＮ，Ｓ極が交互並ぶ円板状の永久磁石とな
し、かつ撓み軸へ回転可能に軸支する。 ３）複数組の電磁コイル素子を一次元，ないし二次元に
並べて配列し、各組の電磁コイル素子ごとに可動子を１
個ずつ組合わせて構成する。 ４）薄膜コイル，薄膜コア，および磁性可動子を、半導
体デバイスの製造プロセスを応用した薄膜成形，フォト
リソグラフィー，エッチング工程を経て形成する。

【０００８】

【作用】上記の構成で、電磁コイル素子のコイルに通電
する励磁電流の大きさ，方向，タイミングを制御するこ
とにより、磁性可動子が磁気駆動力を受けて所望の方向
に微小に振動，傾斜，ないしは回転動作する。また、複
数個の装置を一次元，あるいは二次元に配列してアクチ
ュエータシステムを構築することにより、微小ワークを
可動子に載せて移動する搬送装置，あるいは可動子の表
面を鏡面とした光走査を行う光スキャナ，可動子で振動
膜を振動させて音響を発生させる音響発生装置などへの
応用が可能となる。しかも、薄膜コイル，薄膜コア，磁
性可動子などの構成部品を半導体デバイスの製造プロセ
スを応用して製作することにより、マイクロマシンの分
野への適用可能なマイクロ化が容易に達成できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 実施例１：図１は上下に振動する電磁式変位発生素子の
複数個をアレイ状に配列して構築した本発明の実施例を
示すものである。図において、１は磁気ヨークとなる軟
磁性材（磁心材料）の基板２と、基板２の上面に平面状
に作り込まれた薄膜コイル３と、薄膜コイル３の中央部
に作り込まれた薄膜コア４とからなる電磁コイル素子で
あり、該電磁コイル素子１のコア４の上面にはバネ材で
作られた上下方向に伸縮可能な撓み軸５が植設されてお
り、さらに撓み軸５の上端には軟磁性材で作られた円板
状の可動子６を連結して１組分の電磁式変位発生素子７
を構成している。また、図示例では複数組の電磁式変位
発生素子７を一列に並べてアレイ状の電磁式アクチュエ
ータシステムを構築している。

【００１０】かかる構成で、電磁コイル素子１のコイル
４を通電制御すると、その磁界による電磁吸引力により
可動子６が上下方向へ微小に変位する。また、コイル４
の通電を所定の周期でＯＮ，ＯＦＦ制御すれば、可動子
６はその周期に合わせて振動する。そして、各組の装置
を連繋してコイル４の通電電流の大きさ，タイミングを
制御することにより、微小な振動動作が素子の配列に沿
って一次元的に移り変わって行き、これにより微小ワー
クを可動子６の上に載せて移動させる搬送手段，あるい
は可動子６の振動を信号とする簡単な情報伝達手段（例
えば視覚障害者用の方向指示器）として応用できる。さ
らに電磁式変位素子７を二次元的に配列してアクチュエ
ータを組むことで、音響発生装置への応用も可能であ
る。

【００１１】実施例２：図２は可動子を所望の方向に首
を振るように傾動させて三次元的な微小動作を発生させ
るようにした本発明の実施例を示すものである。この実
施例においては、共通基板８の上に実施例１で述べたと
同様に作られた４組の電磁コイル素子１が前後，左右に
並べて軸対称に形成されており、かつ共通基板８の中心
（対称軸の位置）に植設した撓み軸５の上端には軟磁性
材で作られた円板状の可動子６が連結されている。

【００１２】かかる構成で、４組の電磁コイル素子１の
内、選択したコイル素子を励磁すると、励磁されたコイ
ル素子と可動子６との間に磁気吸引力が作用し、これに
より撓み軸５が撓んで可動子６がその方向に傾動する。
ここで、４個の電磁コイル素子１について、通電電流の
大きさを含めて通電制御を選択的に組合わせることによ
り、可動子６は撓み軸５を座標の中心として所望の方向
に傾動動作させることかできる。したがって、その用途
としては微小ワークの搬送などの他に、例えば可動子６
の上面を鏡面とすることで、光学装置のスキャナとして
の応用も可能である。なお、図示例では共通基板８に４
組の電磁コイル素子１を備えているが、それ以上の組数
を軸対称に配列して構成することもできる。

【００１３】実施例３：図３は先記実施例２の応用実施
例を示すものであり、この実施例においては、実施例２
の構成に加えて、円板状の可動子６が撓み軸５の上端に
回転自在に軸支連結されており、かつ該可動子６は硬磁
性材（磁石材料）で作られ、かつ周方向に沿ってＮ極と
Ｓ極の磁極が交互に並ぶよう着磁された永久磁石として
なる。

【００１４】かかる構成による動作は、実施例２で述べ
た傾動動作に加えて、電磁コイル素子１のコイル４に流
す電流の方向，タイミングを制御することにより、その
磁気駆動力で可動子６を所望の方向へ回転運動させるこ
とができる。 実施例４：図４は実施例２，３で述べた電磁式変位発生
素子７の複数組を二次元に配列して構築した電磁アクチ
ュエータシステムを示すものである。

【００１５】かかる構成により、各組の電磁コイル素子
１の間を連繋して総括的に通電制御することにより、個
々の可動子６の三次元的動作を組合わせてさらに複雑な
アクチュエータ動作を発生させることができ、例えば微
小ワークの二次元的な経路での搬送，分別などへの応用
も可能となる。そのほかに、基板１の表裏両面に磁気コ
イル素子１，撓み軸，可動子６を構築することにより、
同時に２面でのアクチュエータ動作の制御が可能とな
り、応用用途がますます拡大する。

【００１６】次に、前記した電磁コイル素子１，可動子
６の製作プロセスを説明する。ここで、基板上にの上下
２層のコイル素子を製作する場合を例に述べると、まず
軟磁性材の基板１に絶縁膜としての酸化シリコンをスパ
ッタ法で２μｍの厚さに成膜する。次に、コイルの導体
層となる銅を蒸着法により５μｍの膜厚に形成する。そ
して、その上面に厚さ１μｍの厚さにフォトレジストを
スピンコート法で塗布し、あらかじめ作成したマスクパ
ターンを転写してスパイラル状のコイルパターンを形成
した後に、塩化第２銅液により不要な銅を除去し、一層
目のコイルを作成する。

【００１７】また、レジストを除去した後、再度絶縁膜
となる酸化シリコンをスパッタ法で２μｍの厚さに成膜
し、さらに１μｍの厚さにフォトレジストをスピンコー
ト法で塗布し、一層目のコイルとの接続点を形成するた
めの穴開け用マスクパターンを転写する。そしてフッ化
水素溶液を用いて酸化膜の一部を除去し、コンタクトホ
ールをフォトリソグラフィ法で穴開けする。さらに、レ
ジストを除去した後、前記した一層目のコイルの上に同
じ方法で二層目のスパイラル状コイルを形成する。

【００１８】次に、基板１の上に薄膜コア４を次記のよ
うにして作り込む。まず、絶縁膜として厚さ２μｍの酸
化シリコン膜をスパッタ法で成膜し、続いてコア層とな
るパーマロイをスパッタ法により１０μｍの厚さに成層
する。さらに、その上に１μｍの厚さにフォトレジスト
をスピンコート法で塗布し、あらかじめ作成したマスク
パターンを転写して矩形のコアパターンを作成する。そ
の後に塩酸，硝酸混合液を用いてエッチングし、周囲の
不要なパーマロイを除去して薄膜コア４を完成する。

【００１９】一方、可動子６の軟磁性体層は、フレキシ
ブル基板と厚さ１００μｍのパーマロイを接着し、フォ
トリソグラフィにより円板形状のパターンを作成する。
そして、撓み軸５に連結した後フレキシブル基板を除去
する。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、製作が容易，かつ簡単な構造で、振動，傾斜，回転
などの三次元的な微小動作が発生でき、マイクロマシン
分野での電磁式アクチュエータとして様々な用途への適
用が可能な電磁式変位装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に対応する電磁式変位発生装
置の構成斜視図

【図２】本発明の実施例２に対応する電磁式変位発生装
置の構成斜視図

【図３】本発明の実施例３に対応する電磁式変位発生装
置の構成斜視図

【図４】図２，図３に示した装置の複数基を二次元的に
配列してシステム化した応用実施例の構成斜視図

【符号の説明】

１ 電磁コイル素子 ２ 基板 ３ 薄膜コイル ４ 薄膜コア ５ 撓み軸 ６ 磁性可動子 ７ 電磁式変位発生素子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に薄膜コア，および該コアを取り巻
   く薄膜コイルを形成した電磁コイル素子と、前記コアの
   上に植設した上下方向に伸縮可能な撓み軸と、該撓み軸
   に連結した磁性可動子とからなり、電磁コイル素子の通
   電制御により発生する磁気駆動力で可動子を上下変位さ
   せるようにしたことを特徴とする電磁式変位発生装置。
2. 【請求項２】共通基板上に分散して複数組の薄膜コイ
   ル，薄膜コアを軸対称に形成した電磁コイル素子と、そ
   の対称軸位置に植設した撓み軸と、該撓み軸に連結した
   磁性可動子とからなり、電磁コイル素子に形成した各コ
   イルの個別通電制御により発生する磁気駆動力で可動子
   を所望の方向に傾動変位させるようにしたことを特徴と
   する電磁式変位発生装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の電磁式変位発生装置におい
   て、磁性可動子をその周域に複数のＮ，Ｓ極が交互並ぶ
   円板状の永久磁石となし、かつ撓み軸へ回転可能に軸支
   したことを特徴とする電磁式変位発生装置。
4. 【請求項４】請求項１ないし３記載の電磁式変位発生装
   置において、複数組の電磁コイル素子を一次元，ないし
   二次元に並べて配列し、各組の電磁コイル素子ごとに可
   動子を１個ずつ組合わせて構成したことを特徴とする電
   磁式変位発生装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし３記載の電磁式変位発生装
   置において、薄膜コイル，薄膜コア，および磁性可動子
   が、半導体デバイスの製造プロセスを応用した薄膜成
   形，フォトリソグラフィー，エッチング工程を経て形成
   したものであることを特徴とする電磁式変位発生装置。