驱动器、开闭装置、流体控制装置及二维扫描型传感器装置的制造方法_5

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12、-(12+乂13及(11不连续地变化。若对变化前的底部的值彼此及顶部的值彼此进行比较,则按照位移x = -d2、-d2+Xrl、-d2+Xr2、-d2+Xr3及dl的顺序变小,以成为这种关系的方式设定梳齿300?303及梳齿400的尺寸、dl、d2等。
[0228]图37是使在VI=V2 = 0位于平衡位置C0的可动部5向平衡位置C1移动的情况的说明图。在该情况下,相对于左侧的电极3A、4A,施加在位移X = -d2中的总计的力(f (X) +FL(vll))为正,在位移x = -d2+Xrl中的总计的力(f(x)+FL(vll)+FRl(0))为负那样的电压VI
= Vllo
[0229]由此,如图37(a)所示,x<dl中的线L4以差=FL(vll)-FL(0)的量向图示上方移动。其结果,由白圆表示的平衡位置C0和线L4与横轴相交的黑圆的位置之间,总计的力为正,可动部5向正方向移动,在黑圆的位置平衡。之后,当停止电压VI的施加时,如图37(b)所示,线L4返回与图36的情况相同的状态,可动部5移动到平衡位置C1。
[0230]图38是使位于图37(b)所示的平衡位置C1的可动部5向平衡位置C2移动的情况的说明图。在该情况下,对左侧的电极3A、4A施加在位移X = -d2+Xr 1中的总计的力(f (x) +FL(V12)+FR1(0))为正、在位移x = -d2+Xr2中的总计的力(f(x)+FL(V12)+FR(0))为负那样的电压 V1=V12。
[0231]由此,如图38(a)所示,在x<dl的线L4以差=FL(V12)_FL(0)的量向图示上方移动。其结果,在以白圆表示的平衡位置C1和线L4与横轴相交的黑圆的位置之间,总计的力为正,可动部5向正方向移动,在黑圆的位置平衡。之后,当停止电压VI的施加时,如图38(b)所示,线L4返回与图36的情况相同的状态,可动部5移动到平衡位置C2。
[0232]另外,在图38中,表示从位置C1移动到位置C2的情况,但图39表示在位置C0施加施加电压VI =V12,从位置C0向位置C2移动的情况。在该情况下,如图39(a)所示,可动部5从位置C0—气地移动到黑圆的位置。之后,当停止电压VI的施加时,可动部5移动到平衡位置C2。
[0233]图40是说明位于位置C0的可动部5向位置C3移动的图。在该情况下,对左侧的电极3A、4A施加在位移X = -d2+Xr2中的总计的力(f (x) +FL(VI3) +FR2 (0))为正、在位移x = _d2+Xr3中的总计的力(f(x)+FL(V13)+FR3(0))为负那样的电压V1=V13。
[0234]由此,如图40(a)所示,在x<dl的线L4以差=FL(V13)_FL(0)的量向图示上方移动。其结果,在位置C0和线L4与横轴相交的黑圆的位置之间,总计的力为正,可动部5向正方向移动,在黑圆的位置平衡。之后,当停止电压VI的施加时,如图40(b)所示,线L4返回与图36的情况相同的状态,可动部5移动到平衡位置C3。
[0235]图41是说明位于位置C0的可动部5向位置C4移动的图。在该情况下,对左侧的电极3A、4A施加在位移x = -d2+Xr3中的总计的力(f(x)+FL(V14)+FR4(0))为正、在位移x = -dl中的总计的力(f(x)+FL(V14)+FR3(0))为负那样的电压V1=V14。
[0236]由此,如图41(8)所示,在1<(11的线1^4以差=?1^(>14)-?1^(0)的量向图示上方移动。其结果,在位置C0和线L4与横轴相交的黑圆的位置之间,总计的力为正,可动部5向正方向移动,在黑圆的位置平衡。之后,当停止电压VI的施加时,如图41(b)所示,线L4返回与图36的情况相同的状态,可动部5移动到平衡位置C4。
[0237]图42是说明位于位置C0的可动部5向位置C5移动的情况的说明图。在该情况下,对左侧的电极3A、4A施加在位移x = dl中的总计的力(f(x)+FL(V15)+FR4(0))为正那样的电压V1 = V15。由此,如图42(a)所示,在x<dl的线L4以差= FL(V15)-FL(0)的量向图示上方移动。其结果,在位置C0和线L4与横轴相交的黑圆的位置C5之间,总计的力为正,可动部5向正方向移动,在位置C5平衡。之后,当停止电压VI的施加时,如图41(b)所示,线L4返回与图36的情况相同的状态。
[0238]图43是说明位于位置C5的可动部5向位置C4移动的情况的说明图。在该情况下,对右侧的电极3C、4B施加在位移x = dl中的总计的力(f(x)+FR4(V21))为负、在位移x = -d2+Xr3中的总计的力(f(x)+FL(0)+FR4(V21))为正那样的电压V2 = V21。
[0239]由此,如图43(a)所示,在x>-d2的线L4以差=FR(0)_FR(V21)的量向图示下方移动。其结果,在位置C5和线L4与横轴相交的黑圆的位置之间,总计的力为负,可动部5向负方向移动,在黑圆的位置平衡。之后,当停止电压V2的施加时,如图43(b)所示,线L4返回与图36的情况相同的状态,可动部5移动到平衡位置C4。
[0240]图44是说明位于位置C5的可动部5向位置C3移动的情况的说明图。在该情况下,对右侧的电极3C、4B施加在位移x = -d2+Xr3中的总计的力(f(x)+FL(0)+FR4(V22))为负、在位移x = -d2+Xr2中的总计的力(f(x)+FL(0)+FR3(V22))为正那样的电压V2 = V22。
[0241]由此,如图44(a)所示,在x>-d2的线L4以差=FR(0)-FR(V22)的量向图示下方移动。其结果,在位置C5和线L4与横轴相交的黑圆的位置之间,总计的力为负,可动部5向负方向移动,在黑圆的位置平衡。之后,当停止电压V2的施加时,如图44(b)所示,线L4返回与图36的情况相同的状态,可动部5移动到平衡位置C3。
[0242]图45是说明位于位置C5的可动部5向位置C2移动的情况的说明图。在该情况下,对右侧的电极3C、4B施加在位移X = -d2+Xr2中的总计的力(f (x) +FL (0) +FR3 (V23))为负、在位移x = -d2+Xrl中的总计的力(f(x)+FL(0)+FR2(V23))为正那样的电压V2 = V23。
[0243]由此,如图45(a)所示,在x>-d2的线L4以差=FR(0)_FR(V23)的量向图示下方移动。其结果,在位置C5和线L4与横轴相交的黑圆的位置之间,总计的力为负,可动部5向负方向移动,在黑圆的位置平衡。之后,当停止电压V2的施加时,如图45(b)所示,线L4返回与图36的情况相同的状态,可动部5移动到平衡位置C2。
[0244]图46是说明位于位置C5的可动部5向位置C1移动的情况的说明图。在该情况下,对右侧的电极3C、4B施加在位移X = -d2+Xr 1中的总计的力(f (x) +FL (0) +FR2 (V24))为负、在位移x = -d2中的总计的力(f(x)+FL(0)+FRl(V24))为正那样的电压V2 = V24。
[0245]由此,如图46(a)所示,在x>-d2的线L4以差=FR(0)_FR(V24)的量向图示下方移动。其结果,在位置C5和线L4与横轴相交的黑圆的位置之间,总计的力为负,可动部5向负方向移动,在黑圆的位置平衡。之后,当停止电压V2的施加时,如图46(b)所示,线L4返回与图36的情况相同的状态,可动部5移动到平衡位置C1。
[0246]图47是说明位于位置C5的可动部5向位置C0移动的情况的说明图。在该情况下,对右侧的电极3C、4B施加在位移x = -d2中的总计的力(f(x)+FL(0)+FR2(V25))为负那样的电压V2 = V25。由此,如图47(a)所示,在x>-d2的线L4以差= FR(0)-FR(V25)的量向图示下方移动。其结果,在位置C5和位置C0之间,总计的力为负,可动部5向负方向移动,在位置C0平衡。之后,当停止电压V2的施加时,如图47(b)所示,线L4返回与图36的情况相同的状态。
[0247]另外,在图43?47的动作说明中,通过对电极3C、4B施加电压V2,减小电极3C、4B侧的静电力,使可动部5向更靠近电极3A、4A侧的稳定位置移动。但是,也可以代替减小电极3C、4B侧的静电力引力,向电极3A、4A侧施加与驻极体相同极性的电压V1,增大电极3A、4A侧的静电力。其结果,图示方向的力变大,与图43?47的情况相同,能够使可动部5向更靠近电极3A、4A侧的稳定位置移动。另外,即使通过同时对电极3C、4B与电极3A、4A双方施加电压,也能使稳定位置移动。在该情况下,将电压V1、V2调整为对移动必要的电压。
[0248]在上述的图34所示的驱动器11中,通过在第二固定电极3C具备长度不同的多种梳齿300?303,得到多个稳定位置C0?C5,但也可以使第二可动电极侧的梳齿为多种长度。另夕卜,作为得到多个稳定位置的结构并未限定于此,例如如图48所示,可以使第二固定电极3C的梳齿300的宽度从前端侧向根侧台阶状地变化。
[0249]在图48所示的例子中,梳齿300由宽度不同的前端部300a、中间部300b及底部300c构成。前端部300a的宽度尺寸为wl,中间部300b的宽度尺寸为w2,底部300c的宽度尺寸为w3(?1〈《2〈《3)。因此,当使与各宽度《1、《2、《3对应的梳齿间的间隙尺寸为811412413(811>gl2>gl3)时,各位移X中的、电极3C、4B的静电力(正方向)为下式(12)?(15)。另外,考虑NR表示梳齿的总数,施加电压V2停止的状态。
[0250]X < -d2
[0251]FR0 = 0---(12)
[0252]-d2<x<-d2+Xrl
[0253]FRl=NRe0bVe2/gll-'-(13)
[0254]-d2+Xrl<x < -d2+Xr2
[0255]FR2 = NRe0bVe2/gl2---(14)
[0256]-d2+Xr2<x
[0257]FR3 = NRe0bVe2/gl3---(15)
[0258]图49是表示位移x与弹性力Ll、静电力L2、L3及总计的力L4的图,处了静电力L3的级数从图36的四级变为三级以外,与图36所示的情况相同。静电力与弹性力平衡的稳定位置为C0?C4这五处。稳定位置间的移动动作只有级数不同,与图36的情况相同,在此省略说明。
[0259]另外,在图36所示的例子中,为可动部5移动到电极4A、4B的梳齿400从电极3A、3C的梳齿300完全拔出的状态(插入量=0的状态)的结构。但是,在使梳齿形状不同而形成多个稳定位置的结构的驱动器的情况下,也能为在插入量在0的状态下使用的结构。在该情况下,线L1、L2、L4为图61所示的状况。在插入量在0的结构的情况下,通过至少使电压V1、V2的任一方变化,也能使可动部5向左方向及右方向的任一稳定位置移动。但是,电压V1、V2也能获得与驻极体相同极性及逆极性的任一个。当然,即使图36所示的结构,只要被限定为不使用以CO、C5表示的稳定位置,则能进行相同的动作。
[0260]在上述的图34、35、48所示的例子中,通过如图35、48那样构成设于可动部5的左右的一对固定电极3A、3C的一方(固定电极3C)的梳齿形状,形成3以上的稳定位置。通过如上那样改变梳齿形状而形成3以上的稳定位置的结构也同样能应用于图55、图58所示的驱动器。
[0261]如上所述,在本实施方式中,如图34所示的驱动器11那样,右侧的电极3C、4B为第二固定电极3C与第二可动电极4B之间的静电力根据第二可动电极4B的插入量多级地变化的结构。因此,在第一稳定位置C0与第二稳定位置C5之间设有静电力与弹性力平衡的多个稳定位置(第一中间稳定位置)C1?C4。第一驱动部8A除了用于使可动部5向第二稳定位置C5移动的电压,也能施加用于使可动部5向多个稳定位置C1?C4移动的多个电压。
[0262]这样,在驱动器11中,能够在多个稳定位置间移动可动部5。并且,只要只在移动时施加外部电压V1、V2即可,通过由驻极体产生的静电力与由弹性支撑部6产生的弹性力的平衡,维持稳定状态。作为应用例,例如能够用作使传感器向一维方向移动并进行检测的情况的驱动器。
[0263]另外,在图19所示的光开闭器101中,通过使用双稳定结构的驱动器1,对光进行开闭。但是,通过代替驱动器1,通过使用能使可动部5在多个稳定位置间移动的驱动器11,能够在开口率不同的多个位置对开闭板1S进行定位。即,通过控制施加在驱动器11的电极3A、4A间的电压,并通过使开闭板1S向多个位置移动,能控制光开闭器的通过光量。
[0264]-第三实施方式-
[0265]图50是表示本发明的驱动器的第三实施方式的图。驱动器13通过在X轴方向与y轴方向的双方具备具有图34所示的多个稳定状态的驱动器,能使可动部5进行二维移动。在图50中,省略了控制部223的图示。另外,在此,使用图34的驱动器成为二维扫描型的驱动器,但也可以使用图1、48、55及58所示的驱动器。
[0266]驱动器13具备用于在X轴方向驱动可动部5的第一固定电极3A、第一可动电极4A、第二固定电极3C及第二可动电极4B、用于在y轴方向驱动可动框15的第三固定电极13A、第三可动电极14A、第四固定电极13C及第四可动电极14B。可动部5通过弹性支撑部6a与可动框15连结。即,对于可动部5,可动框15相当于基体部,可动部5能相对于可动框15在X方向上移动地设置。另一方面,可动框15通过弹性支撑部6b与基体2连结,能相对于基体2在y方向上移动地设置。
[0267]第一固定电极3A、第一可动电极4A、第二固定电极3C及第二可动电极4B间的关系具有与图34记载的相同符号的电极的情况相同的关系。但是,在图34的结构中,在第二固定电极3C设有四种长度的梳齿300?303,但图50的情况为三种,因此,如后所述,与x方向位移相关的稳定位置的数量为5处。另外,第三固定电极13A与第一固定电极3A为相同结构,第三可动电极14A与第一可动电极4A为相同结构,第四固定电极13C与第二固定电极3C为相同结构,第四可动电极14B与第二可动电极4B为相同结构。与y方向位移相关的稳定位置的数量也为5处。
[0268]第一固定电极3A及第二固定电极3C设于可动框15的X轴方向的边。另一方面,第三可动电极14A及第四可动电极14B设于可动框15的y轴方向的边,分别以梳齿朝向外侧的方式配置。第三固定电极13A以与第三可动电极14A啮合的方式设于基体2上。第四固定电极13C以与第四可动电极14B啮合的方式设在基体2上。
[0269]与图34的结构的情况相同,相对于电极3A、4A设置第一驱动部8A,相对于电极3C、4B设置第二驱动部8B。另外,在本实施方式中,相对于电极13A、14A设置第三驱动部8C,相对于电极13C、14B设置第四驱动部8D。另外,由第一驱动部8A及第三驱动部8C产生的施加电压为VI,由第二驱动部8B及第四驱动部8D产生的施加电压为V2。另外,设于可动框15的电极3A、3C、14A、14B分别由绝缘部15a电绝缘。在图50所示的例子中,通过对SOI基板进行加工而形成的驱动器13的可动框15在由下部Si层31形成的矩形框上形成由上部Si层33形成的电极3A、3C、14A、14B,绝缘部15a由通过对上部Si层33进行蚀刻而形成的间隙构成。
[0270]第一驱动部8A及第四驱动部8D的负侧为接地电位,并且,与第四可动电极14B的连接垫片部7b连接。另外,第一驱动部8A的正侧与第一固定电极的连接垫片部7a连接,第四驱动部8D的正侧与第四固定电极13C的连接垫片部17d连接。第二驱动部8B及第三驱动部8C的负侧为接地电位,并且,与第三可动电极14A的连接垫片部17b连接。另外,第二驱动部8B的正侧与第二固定电极3C的连接垫片部7d连接,第三驱动部8C的正侧与第三固定电极13A的连接垫片部17&连接。从图50可以看出,第一?第四可动电极44、48、14六、148为接地电位。
[0271]图51是表示未施加由第一驱动部8A、第二驱动部8B产生的电压V1、V2的情况下的、X方向的位移X与作用在可动部5上的力的图。在本实施方式中,由于第二固定电极3C的梳齿的长度是三种,因此,静电力与弹性力平衡的稳定位置为五处(C0?C4)。另一方面,电极13八、144、13(:、148的结构与电极34、4六、3(:、48相同,因此,7方向的位移7与作用在可动框15的力与图51完全相同。因此,当在xy平面上图示驱动器13的稳定位置、即可动部5的获得位置时,为图52那样。可动部5能移动到Cl 1?C44这25处。
[0272]图53表示将驱动器13应用于二维扫描型红外线检测装置51的情况。图53所示的红外线检测装置称为所谓的时髦驱动器,在驱动器13的可动部5上搭载红外线检测元件52。通过使可动部5向图52所示的25处的稳定位置移动,能进行利用红外线检测元件52的二维的计测。例如,如0)4、(:14、024、034、044、0)2、(:12、022、...工31工41、0)0、(:10工20工30工40那样,使可动部5的位置移动。另外,在此,对搭载了红外线检测元件52那样的光检测传感器的二维扫描型传感器装置进行说明,但不限于光传感器,即使相对于检测多种物理量的传感器也能同样地适用。
[0273]作为红外线检测元件52,能使用将形成红外线吸收带的受光部相对于空心结构的基板用微细的梁支撑,利用热电堆等检测受光部的温度的热型红外线传感器(例如日本特开2001-28106号公报等)、感应辐射热测量计型红外线传感器等周知的红外线传感器。另夕卜,红外线检测元件52可以直接形成于驱动器13的可动部5,也可以是将与驱动器13不同地形成的传感器芯片搭载在可动部5上的结构。另外,在图53中,与图50所示的驱动器13不同,在连接垫片部7b上连接传感器输出线53。
[0274]如上,在本实施方式的驱动器13中,在利用下侧的电极13A、14A及上侧的电极13C、14B在y方向移动的可动框15上,在与可动框15的移动方向相交的方向(X方向)上隔着间隔地对置配置第一固定电极3A及第二固定电极3C。并且,在第一固定电极3A与第二固定电极3C之间,以能相对于可动框15在X方向上移动的方式由弹性支撑部6a弹性支撑可动部5,该可动部设有能插脱地与第一固定电极3A啮合的第一可动电极4A及能插脱地与第二固定电极3C啮合的第二可动电极4B。
[0275]另外,驱动器13以获得下述稳定位置的方式设定:第一稳定位置,其为第一可动电极4A被第一固定电极3A吸引至第二可动电极4B相对于第二固定电极3C的插入量为零的位置,由电极3A、4A的驻极体产生的静电力与弹性支撑部6a的弹性力平衡的稳定位置;以及第二稳定位置,其为第二可动电极4B被第二固定电极3C吸引至第一可动电极4A相对于第一固定电极3A的插入量为零的位置,由电极3C、4B的驻
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