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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-13
(45)【発行日】2024-11-21
(54)【発明の名称】アクチュエータデバイスの製造方法
(51)【国際特許分類】
B81C 1/00 20060101AFI20241114BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20241114BHJP
G02B 26/08 20060101ALI20241114BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20241114BHJP
B06B 1/04 20060101ALI20241114BHJP
【ＦＩ】
B81C1/00
G02B26/10 104Z
G02B26/08 E
B81B3/00
B06B1/04
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021011832
(22)【出願日】2021-01-28
(65)【公開番号】P2022115298
(43)【公開日】2022-08-09
【審査請求日】2024-01-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100140442
【弁理士】
【氏名又は名称】柴山 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100177910
【弁理士】
【氏名又は名称】木津 正晴
(72)【発明者】
【氏名】飯間 敦矢
(72)【発明者】
【氏名】藁科 禎久
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 大幾
(72)【発明者】
【氏名】榊原 靖之
【審査官】永井 友子
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２０／０３２２７４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１０－５３３８７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第７０３４９８２（ＵＳ，Ｂ２）
【文献】米国特許出願公開第２００７／０２４１４１７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０００－８４９００（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／２１６４２４（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ８１Ｃ １／００
Ｇ０２Ｂ ２６／１０
Ｇ０２Ｂ ２６／０８
Ｂ８１Ｂ ３／００
Ｂ０６Ｂ １／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持部と、可動部と、前記可動部が所定の軸線周りに揺動可能となるように前記可動部を前記支持部に連結する連結部と、前記可動部が前記軸線周りに揺動した際に応力が作用するように配置された金属部材と、を備えるアクチュエータデバイスを用意する用意工程と、前記可動部を所定時間だけ前記軸線周りに揺動させる揺動工程と、
前記可動部の前記軸線周りの振動における粘性抵抗に関するパラメータを取得する取得工程と、
前記取得工程で取得された前記パラメータと前記揺動工程の開始時点の前記パラメータに対応する基準値との間の差が、前記粘性抵抗が低下する方向において所定値以上である場合、前記アクチュエータデバイスを合格と判定し、前記差が前記所定値よりも小さい場合、前記アクチュエータデバイスを不合格と判定する判定工程と、をこの順に含む、アクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項2】
前記パラメータは、Ｑ値、共振周波数、所定の振れ角を得るための駆動電流値、又は所定の駆動電流が印加された場合の振れ角に関する、請求項１に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項3】
前記揺動工程では、前記可動部及び前記連結部の各々の温度が前記支持部の温度よりも高い状態で前記可動部を揺動させる、請求項１又は２に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項4】
前記揺動工程では、一定の温度下において前記可動部を揺動させる、請求項１～３のいずれか一項に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項5】
前記揺動工程では、一定の圧力下において前記可動部を揺動させる、請求項１～４のいずれか一項に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項6】
前記用意工程では、前記アクチュエータデバイスを複数用意し、前記複数のアクチュエータデバイスの各々について、前記揺動工程、前記取得工程及び前記判定工程を実施する、請求項１～５のいずれか一項に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項7】
前記用意工程で用意される前記アクチュエータデバイスは、前記可動部を揺動させるための駆動力を発生させるコイルを備えており、前記コイルは、前記金属部材を構成している、請求項１～６のいずれか一項に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項8】
前記コイルは、溝内に埋め込まれている、請求項７に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項9】
前記用意工程で用意される前記アクチュエータデバイスは、前記可動部を揺動させるための駆動力を発生させる駆動素子と、前記駆動素子に電気的に接続された配線と、を備えており、前記配線は、前記金属部材を構成している、請求項１～８のいずれか一項に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項10】
前記配線は、溝内に埋め込まれている、請求項９に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項11】
前記用意工程で用意される前記アクチュエータデバイスは、気密に封止されて前記支持部、前記可動部、前記連結部及び前記金属部材を収容するパッケージを更に備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項12】
前記用意工程で用意される前記アクチュエータデバイスにおいて、前記可動部は、第１可動部と、第２可動部と、を有し、
前記連結部は、前記第１可動部が第１軸線周りに揺動可能となるように前記第１可動部を前記第２可動部に連結する第１連結部と、前記第２可動部が第２軸線周りに揺動可能となるように前記第２可動部を前記支持部に連結する第２連結部と、を有し、
前記揺動工程では、前記所定時間だけ、前記第１可動部を前記第１軸線周りに揺動させると共に前記第２可動部を前記第２軸線周りに揺動させる、請求項１～１１のいずれか一項に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項13】
前記揺動工程では、前記可動部を共振動作させる、請求項１～１２のいずれか一項に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項14】
前記用意工程と前記揺動工程との間に、前記基準値を取得する事前検査工程を更に含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【請求項15】
前記用意工程では、前記アクチュエータデバイスを複数用意し、
前記揺動工程では、前記複数のアクチュエータデバイスを共通の基板上に配置する、請求項１～１４のいずれか一項に記載のアクチュエータデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスとして構成されたアクチュエータデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
そのようなアクチュエータデバイスとして、支持部と、支持部に揺動可能に連結された可動部と、可動部を揺動させるための駆動力を発生させるコイルと、を備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、可動部上にミラーが設けられたＭＥＭＳ走査ミラーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１３－１７１２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述したようなアクチュエータデバイスでは、出荷後に客先において使用された際に、使用時間の経過に伴って可動部の振動特性が変化してしまうことがある。そのような振動特性の変化は不具合の原因となり得るため、その抑制が求められる。
【0005】
そこで、本発明は、安定的な品質を有するアクチュエータデバイスを得ることができるアクチュエータデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のアクチュエータデバイスの製造方法は、支持部と、可動部と、可動部が所定の軸線周りに揺動可能となるように可動部を支持部に連結する連結部と、可動部が軸線周りに揺動した際に応力が作用するように配置された金属部材と、を備えるアクチュエータデバイスを用意する用意工程と、可動部を所定時間だけ軸線周りに揺動させる揺動工程と、可動部の軸線周りの振動における粘性抵抗に関するパラメータを取得する取得工程と、取得工程で取得されたパラメータと揺動工程の開始時点のパラメータに対応する基準値との間の差が、粘性抵抗が低下する方向において所定値以上である場合、アクチュエータデバイスを合格と判定し、当該差が所定値よりも小さい場合、アクチュエータデバイスを不合格と判定する判定工程と、をこの順に含む。
【0007】
可動部が軸線周りに揺動した際に応力が作用するように配置された金属部材をアクチュエータデバイスが備える場合、可動部を軸線周りに揺動させると、応力が作用することで金属部材が繰り返し塑性変形することがある。金属部材が繰り返し塑性変形すると、加工硬化が進むことで塑性変形が生じ難くなり、その結果、可動部の軸線周りの振動における粘性抵抗が徐々に低下することがある。本発明者らは、この粘性抵抗の低下が上述した可動部の振動特性の変化の一因であることを見出した。そこで、このアクチュエータデバイスの製造方法では、可動部を所定時間だけ軸線周りに揺動させる揺動工程の後に、可動部の軸線周りの振動における粘性抵抗に関するパラメータの値を取得する取得工程を実施する。そして、取得工程で取得されたパラメータと揺動工程の開始時点の当該パラメータに対応する基準値との間の差が、粘性抵抗が低下する方向において所定値以上である場合にはアクチュエータデバイスを合格と判定し、当該差が所定値よりも小さい場合にはアクチュエータデバイスを不合格と判定する。例えば、合格と判定されたアクチュエータデバイスは出荷され、不合格と判定されたアクチュエータデバイスは出荷されない。出荷前に可動部を所定時間だけ揺動させて粘性抵抗を予め低下させておくことで、客先での可動部の振動特性の変化を抑制することができ、アクチュエータデバイスの品質を安定化することができる。また、アクチュエータデバイスの中には可動部を所定時間だけ揺動させても粘性抵抗が低下しないものが存在し得るが、取得されたパラメータと基準値との間の差が所定値以上であるアクチュエータデバイスを合格と判定することで、粘性抵抗が低下したアクチュエータデバイスのみを出荷することができ、その結果、アクチュエータデバイスの品質を一層安定化することができる。よって、このアクチュエータデバイスの製造方法によれば、安定的な品質を有するアクチュエータデバイスを得ることができる。
【0008】
パラメータは、Ｑ値、共振周波数、所定の振れ角を得るための駆動電流値、又は所定の駆動電流が印加された場合の振れ角に関するものであってもよい。この場合、粘性抵抗の変化を好適に把握することができる。
【0009】
揺動工程では、可動部及び連結部の各々の温度が支持部の温度よりも高い状態で可動部を揺動させてもよい。この場合、粘性抵抗を効果的に低下させることができる。
【0010】
揺動工程では、一定の温度下において可動部を揺動させてもよい。この場合、例えば客先での使用環境と同一の温度下で揺動工程を実施することで、客先での可動部の振動特性の変化を確実に抑制することができる。
【0011】
揺動工程では、一定の圧力下において可動部を揺動させてもよい。この場合、雰囲気圧力の変化に起因する粘性抵抗の変化を抑制することができ、金属部材の加工硬化に起因する粘性抵抗の変化を好適に把握することができる。
【0012】
用意工程では、アクチュエータデバイスを複数用意し、複数のアクチュエータデバイスの各々について、揺動工程、取得工程及び判定工程を実施してもよい。この場合、安定的な品質を有するアクチュエータデバイスを効率良く製造することができる。
【0013】
用意工程で用意されるアクチュエータデバイスは、可動部を揺動させるための駆動力を発生させるコイルを備えており、コイルは、金属部材を構成していてもよい。この場合、コイルを備えるアクチュエータデバイスの品質を安定化することができる。
【0014】
コイルは、溝内に埋め込まれていてもよい。この場合、コイルの断面積が大きくなりコイルが繰り返しの塑性変形により加工硬化し易いが、このアクチュエータデバイスの製造方法によれば、そのような場合でも、客先での可動部の振動特性の変化を抑制することができる。
【0015】
用意工程で用意されるアクチュエータデバイスは、可動部を揺動させるための駆動力を発生させる駆動素子と、駆動素子に電気的に接続された配線と、を備えており、配線は、金属部材を構成していてもよい。この場合、駆動素子に電気的に接続された配線を備えるアクチュエータデバイスの品質を安定化することができる。
【0016】
配線は、溝内に埋め込まれていてもよい。この場合、配線の断面積が大きくなり配線が繰り返しの塑性変形により加工硬化し易いが、このアクチュエータデバイスの製造方法によれば、そのような場合でも、客先での可動部の振動特性の変化を抑制することができる。
【0017】
用意工程で用意されるアクチュエータデバイスは、気密に封止されて支持部、可動部、連結部及び金属部材を収容するパッケージを更に備えていてもよい。この場合、雰囲気圧力の変化に起因する粘性抵抗の変化を抑制することができ、金属部材の加工硬化に起因する粘性抵抗の変化を好適に把握することができる。
【0018】
用意工程で用意されるアクチュエータデバイスにおいて、可動部は、第１可動部と、第２可動部と、を有し、連結部は、第１可動部が第１軸線周りに揺動可能となるように第１可動部を第２可動部に連結する第１連結部と、第２可動部が第２軸線周りに揺動可能となるように第２可動部を支持部に連結する第２連結部と、を有し、揺動工程では、所定時間だけ、第１可動部を第１軸線周りに揺動させると共に第２可動部を第２軸線周りに揺動させてもよい。この場合、客先での使用環境と同一の動作状態で揺動工程を実施することができ、客先での可動部の振動特性の変化を確実に抑制することができる。また、複数の軸線周りに可動部を揺動させる場合、駆動電流が大きくなり環境温度が高くなり易いが、このアクチュエータデバイスの製造方法によれば、そのような場合でも、客先での可動部の振動特性の変化を抑制することができる。
【0019】
揺動工程では、可動部を共振動作させてもよい。この場合、金属部材に作用する応力が大きくなり金属部材が繰り返しの塑性変形により加工硬化し易いが、このアクチュエータデバイスの製造方法によれば、そのような場合でも、客先での可動部の振動特性の変化を抑制することができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、安定的な品質を有するアクチュエータデバイスを得ることができるアクチュエータデバイスの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】実施形態に係るアクチュエータデバイスの平面図である。
【図2】コイル周辺の断面図である。
【図3】アクチュエータデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図4】揺動工程を説明するための断面図である。
【図5】揺動工程における温度分布の例を説明するための平面図である。
【図6】動作時間と駆動電流値の変動率との関係の例を示すグラフである。
【図7】アクチュエータデバイスの振動モデルを示す図である。
【図8】半値幅法を用いたＱ値の算出方法を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［アクチュエータデバイス］
［アクチュエータデバイス］
【0023】
図１に示されるように、アクチュエータデバイス１は、支持部２と、第１可動部３と、第２可動部４と、一対の第１連結部５，６と、一対の第２連結部７，８と、磁界発生部Ｍと、を備えている。支持部２、第１可動部３、第２可動部４、一対の第１連結部５，６及び一対の第２連結部７，８は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板によって一体的に形成されている。すなわち、アクチュエータデバイス１は、ＭＥＭＳデバイスとして構成されている。ＳＯＩ基板は、一対のシリコン層と、一対のシリコン層の間に配置された絶縁層と、を有している。支持部２は、一対のシリコン層及び絶縁層によって構成されている。第１可動部３、第２可動部４、一対の第１連結部５，６及び一対の第２連結部７，８は、一対のシリコン層の一方によって構成されている。
【0024】
アクチュエータデバイス１では、互いに直交するＸ軸（第１軸線）及びＹ軸（第１軸線に垂直な第２軸線）の各々の周りに、ミラー面１０を有する第１可動部３が揺動させられる。すなわち、アクチュエータデバイス１は、ミラーデバイスとして構成されている。アクチュエータデバイス１は、光通信用光スイッチ、光スキャナ等に用いられ得る。
【0025】
支持部２は、矩形状の外形を有する枠状に形成されており、第１可動部３及び第２可動部４等を支持している。第１可動部３は、支持部２の内側に配置されている。第１可動部３は、本体部３ａと、環状部３ｂと、一対の連結部３ｃと、を有している。
【0026】
本体部３ａは、円形状に形成されている。本体部３ａの表面には、例えばアルミニウムからなる金属膜によって円形状のミラー面１０が設けられている。環状部３ｂは、本体部３ａを囲むように環状に形成されている。一対の連結部３ｃは、Ｙ軸上における本体部３ａの両側に配置され、本体部３ａと環状部３ｂとを連結している。
【0027】
第２可動部４は、枠状に形成されており、第１可動部３を囲むように支持部２の内側に配置されている。磁界発生部Ｍは、例えばハルバッハ配列がとられた永久磁石等によって構成されており、後述するコイル１４，１５に作用する磁界を発生させる。磁界発生部Ｍは、支持部２、第１可動部３及び第２可動部４等に対してＸ軸及びＹ軸に垂直な方向における一方側（ミラー面１０とは反対側）に配置されている。
【0028】
第１連結部５，６は、Ｘ軸上における第１可動部３の両側に配置されている。第１連結部５，６は、第１可動部３がＸ軸周りに（Ｘ軸を中心線として）揺動可能となるように、Ｘ軸上において第１可動部３（環状部３ｂ）を第２可動部４に連結している。第１連結部５，６は、後述するように、第２可動部４及び第２連結部７，８を介して支持部２に連結されている。すなわち、第１連結部５，６は、第１可動部３がＸ軸周りに揺動可能となるように第１可動部３を支持部２に連結しているとみなすこともできる。各第１連結部５，６は、第１可動部３がＸ軸周りに揺動する際に捩れ変形するトーションバーである。各第１連結部５，６は、Ｘ軸上において直線状に延在している。
【0029】
第２連結部７，８は、Ｙ軸上における第２可動部４の両側に配置されている。第２連結部７，８は、第２可動部４がＹ軸周りに（Ｙ軸を中心線として）揺動可能となるように、Ｙ軸上において第２可動部４を支持部２に連結している。各第２連結部７，８は、第２可動部４がＹ軸周りに揺動する際に捩れ変形するトーションバーである。各第２連結部７，８は、蛇行して延在している。
【0030】
図１及び図２に示されるように、アクチュエータデバイス１は、一対のコイル（駆動素子）１４，１５と、第１配線２１と、第２配線２２と、第３配線２３と、第４配線２４と、外部端子２５，２６，２７，２８と、を更に備えている。各コイル１４，１５は、第１可動部３を囲むように第２可動部４に設けられている。各コイル１４，１５は、第１可動部３の周りに複数回巻回され、渦巻き状に形成されている。一対のコイル１４，１５は、第２可動部４の幅方向に互い違いに並ぶように配置されている。
【0031】
図１では、コイル１４，１５が配置されている配置領域Ｒがハッチングで示されている。図２に示されるように、第２可動部４には、各コイル１４，１５に対応する形状を有する溝３１が設けられている。溝３１の内面上には絶縁層３２が設けられ、絶縁層３２上には絶縁層３３が設けられている。各コイル１４，１５は、絶縁層３２，３３を介して溝３１内に配置されている。すなわち、各コイル１４，１５は、溝３１内に埋め込まれたダマシン配線として構成されている。各コイル１４，１５は、例えば銅又は金等の金属材料からなる。
【0032】
絶縁層３４は、コイル１４，１５及び絶縁層３３を覆うように設けられている。絶縁層３４上には絶縁層３５が設けられている。各絶縁層３２～３５は、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等からなる。各絶縁層３２～３５は、支持部２、第１可動部３、第２可動部４、第１連結部５，６及び第２連結部７，８の表面を覆うように一体的に形成されている。
【0033】
外部端子２５～２８は、支持部２に設けられた電極パッドであり、アクチュエータデバイス１の外部に配置された制御装置等と電気的に接続されている。第１配線２１は、コイル１４の内側端部と外部端子２５とに電気的に接続されている。第１配線２１は、コイル１４の内側端部から第２連結部７を介して外部端子２５まで延在している。第２配線２２は、コイル１４の外側端部と外部端子２６とに電気的に接続されている。第２配線２２は、コイル１４の外側端部から第２連結部８を介して外部端子２６まで延在している。
【0034】
第３配線２３は、コイル１５の内側端部と外部端子２７とに電気的に接続されている。第３配線２３は、コイル１５の内側端部から第２連結部７を介して外部端子２７まで延在している。第４配線２４は、コイル１５の外側端部と外部端子２８とに電気的に接続されている。第４配線２４は、コイル１５の外側端部から第２連結部８を介して外部端子２８まで延在している。各配線２１～２４は、コイル１４，１５と同様に、絶縁層３２，３３を介して溝３１内に配置されており、溝３１内に埋め込まれたダマシン配線として構成されている。各配線２１～２４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなる。アルミニウムは銅と比べて降伏応力が小さく、塑性変性し易い。
【0035】
以上のように構成されたアクチュエータデバイス１では、外部端子２５，２６及び配線２１，２２を介してコイル１４にリニア動作用の駆動電流が印加されると、磁界発生部Ｍが発生する磁界との相互作用によってコイル１４にローレンツ力（駆動力）が作用する。当該ローレンツ力と第２連結部７，８の弾性力とのつり合いを利用することで、Ｙ軸周りに第２可動部４を揺動させる（リニア動作させる）ことができる。このとき、第１可動部３（ミラー面１０）も第２可動部４と共にＹ軸周りに揺動する。
【0036】
一方、外部端子２７，２８及び配線２３，２４を介してコイル１５に共振動作用の駆動電流が印加されると、磁界発生部Ｍが発生する磁界との相互作用によってコイル１５にローレンツ力（駆動力）が作用する。当該ローレンツ力に加え、共振周波数での第１可動部３の共振を利用することで、Ｘ軸周りに第１可動部３（ミラー面１０）を共振動作させることができる。具体的には、Ｘ軸周りにおける第１可動部３の共振周波数に等しい周波数の駆動電流がコイル１５に入力されると、第２可動部４がＸ軸周りに当該周波数で僅かに振動する。この振動が第１連結部５，６を介して第１可動部３に伝わることにより、第１可動部３をＸ軸周りに当該周波数で揺動させることができる。
【0037】
アクチュエータデバイス１は、支持部２、第１可動部３、第２可動部４、一対の第１連結部５，６、一対の第２連結部７，８及び磁界発生部Ｍを収容するパッケージ４０を更に備えている（図４）。パッケージ４０は気密に封止されている。パッケージ４０は、アクチュエータデバイス１を収容する本体部４１と、本体部４１の開口４１ａを塞ぐように配置された透明な窓部材４２と、を有している。アクチュエータデバイス１により反射される光は、窓部材４２を透過してミラー面１０に入射する。
【0038】
第１可動部３をＸ軸周りに揺動させると共に第２可動部４をＹ軸周りに揺動させると、第１連結部５，６及び第２連結部７，８が捩れ変形することで、第１連結部５，６と第２可動部４との間の連結部分Ｐ１、並びに第２連結部７，８と第２可動部４との間の連結部分Ｐ２に応力が繰り返し発生する。当該応力が連結部分Ｐ１，Ｐ２に配置されたコイル１４，１５及び配線２１～２４（金属部材）に作用することで、コイル１４，１５及び配線２１～２４が塑性変形し得る。特に、第１可動部３はＸ軸周りに共振動作されるため、連結部分Ｐ１には大きな応力が繰り返し発生し、連結部分Ｐ１に配置されたコイル１４，１５は塑性変形し易い。コイル１４，１５が繰り返し塑性変形すると、加工硬化が進み、第１可動部３のＸ軸周りに振動における粘性抵抗、及び第２可動部４のＹ軸周りの振動における粘性抵抗が徐々に低下し得る。そこで、本実施形態に係るアクチュエータデバイス１の製造方法では、出荷前に第１可動部３及び第２可動部４を所定時間だけ揺動させ、粘性抵抗を予め低下させる。
［アクチュエータデバイスの製造方法］
［アクチュエータデバイスの製造方法］
【0039】
図３～図６を参照しつつ、アクチュエータデバイス１の製造方法（検査方法）を説明する。まず、複数のアクチュエータデバイス１を用意する用意工程が実施される（ステップＳ１）。用意工程では、例えば、ＭＥＭＳ技術（パターニング、エッチング等）を用いてＳＯＩ基板を加工することにより、アクチュエータデバイス１が用意される。用意工程で用意されるアクチュエータデバイス１は、パッケージ４０により気密に封止された状態である。
【0040】
続いて、各アクチュエータデバイス１の特性を確認する事前検査工程が実施される（ステップＳ２）。事前検査工程では、例えば、Ｘ軸周りの振動についての第１可動部３の共振周波数、第１可動部３をＸ軸周りに目標振れ角（例えば２０°）で揺動させるためにコイル１５に印加する駆動電流値、第１可動部３をＸ軸周りに当該振れ角で揺動させた場合にコイル１５に発生する逆起電力、第２可動部４をＹ軸周りに目標振れ角（例えば１２°）で揺動させるためにコイル１４に印加する駆動電流値が取得される。なお、目標振れ角とは、光学的振れ角を意味する。
【0041】
事前検査工程では、各アクチュエータデバイス１がコンピュータに接続され、各アクチュエータデバイス１の特性が確認される。例えば、特性検査装置にアクチュエータデバイス１が１つずつ順次セットされ、各アクチュエータデバイス１の特性が確認される。事前検査工程では、各アクチュエータデバイス１が動作するか否かについても併せて確認される。アクチュエータデバイス１の特性が予め分かっている場合等には、事前検査工程は省略されてもよい。以下の揺動工程、取得工程及び判定工程は、各アクチュエータデバイス１について実施される。
【0042】
続いて、第１可動部３及び第２可動部４を所定時間だけ揺動させる揺動工程（エイジング工程）が実施される（ステップＳ３）。揺動工程では、例えば、図４に示されるように、複数（例えば２４個）のアクチュエータデバイス１が基板５０上に並べられる。揺動工程では、所定時間だけ、第１可動部３がＸ軸周りに揺動させられると共に、第２可動部４がＹ軸周りに揺動させられる。例えば、第１可動部３が目標振れ角の２０°までＸ軸周りに揺動させられ、第２可動部４が目標振れ角の１２°までＹ軸周りに揺動させられる。第１可動部３及び第２可動部４を目標振れ角まで揺動させるための駆動電流値は、事前検査工程で取得された値が用いられる。揺動工程では、逆起電力を用いたフィードバック制御により、第１可動部３のＸ軸周りの振れ角が目標振れ角となるように駆動電流値が制御される。第２可動部４のＹ軸周りの揺動は、フィードバック制御無しで制御される。
【0043】
第１可動部３及び第２可動部４の目標振れ角は、例えば最大推奨動作角度に対応する。振れ角が大きいほど、コイル１４，１５が塑性変形により加工硬化し易くなる。客先で使用され得る範囲内の上限値で動作させておくことで、客先での振動特性の変化を効果的に抑制することができる。所定時間は、例えば２５０時間である。第１可動部３及び第２可動部４を揺動させる時間の長さは、例えば実験又はシミュレーションにより決定される。
【0044】
揺動工程では、一定の温度下において第１可動部３及び第２可動部４が揺動させられる。例えば、恒温槽内に配置されることにより、アクチュエータデバイス１の環境温度は６０℃で一定に維持される。この環境温度は、最大推奨動作温度の上限値に対応する。環境温度が高いほど、コイル１４，１５が塑性変形により加工硬化し易くなる。客先で使用され得る範囲内の上限値で動作させておくことで、客先での振動特性の変化を効果的に抑制することができる。
【0045】
また、揺動工程では、一定の圧力下において第１可動部３及び第２可動部４が揺動させられる。パッケージ４０によって気密に封止されていることにより、第１可動部３及び第２可動部４の雰囲気圧力は一定に維持されている。例えば、パッケージ４０内は減圧されて真空状態となっている。
【0046】
また、揺動工程では、第１可動部３、第２可動部４、一対の第１連結部５，６及び一対の第２連結部７，８の各々の温度が支持部２の温度よりも高い状態で、第１可動部３及び第２可動部４が揺動させられる。この例では、コイル１４，１５で発生する熱により、第１可動部３、第２可動部４、一対の第１連結部５，６及び一対の第２連結部７，８の温度が高められる。例えば、通電時にはコイル１４，１５の温度は２００℃以上の高温となる。これにより、粘性抵抗の低下を促進させることができる。
【0047】
図５は、揺動工程における温度分布の例を説明するための図である。図５に示されるアクチュエータデバイス１Ａは、第１可動部３及び第２可動部４の形状が異なる点、並びにコイル１５が第２可動部４ではなく第１可動部３に設けられている点を除いて、上述したアクチュエータデバイス１と同一の構成を有している。アクチュエータデバイス１Ａでは、配線２３，２４が、一対の第１連結部５，６上に形成された部分を有している。アクチュエータデバイス１Ａでは、第１可動部３の揺動時に連結部分Ｐ１の近傍に形成されたコイル１４及び配線２３，２４に特に大きな応力がかかり、コイル１４及び配線２３，２４の加工硬化が進み易い。図５では、コイル１４が配置された配置領域Ｒ１及びコイル１５が配置された配置領域Ｒ２がハッチングで示されている。この例では、コイル１５に１４ｍＡの駆動電流を印加すると共にコイル１４に３０ｍＡの駆動電流を印加し、アクチュエータデバイス１Ａを駆動した。環境温度を２５℃とし、雰囲気圧力を常圧（１気圧）とした。
【0048】
図５に示されるように、点ａは第１可動部３の環状部３ｂに設定され、点ｂは第２可動部４に設定され、点ｃはミラー面１０（第１可動部３の本体部３ａ）に設定され、点ｄは支持部２に設定され、点ｅは第１連結部５に設定され、点ｆは第２連結部７に設定されている。アクチュエータデバイス１Ａの駆動時において、点ａ～点ｆの温度は、それぞれ、８９．６℃、１０４．４℃、９４．６℃、４１．５℃、７５．２℃、１４６．１℃であった。このように、第１可動部３、第２可動部４、一対の第１連結部５，６及び一対の第２連結部７，８の各々の温度は、支持部２の温度（４１．５℃）よりも高くなっていた。
【0049】
図６は、動作時間と駆動電流値の変動率との関係の例を示すグラフである。図６の例では、アクチュエータデバイス１を用いた。上述した条件と同様に、Ｘ軸周りの第１可動部３の目標振れ角を２０°とし、Ｙ軸周りの第２可動部４の目標振れ角を１２°とした。環境温度を６０℃とし、動作時間を２５０時間とした。図６の縦軸は、第１可動部３をＸ軸周りに目標振れ角まで揺動させるためにコイル１５に印加される駆動電流値の変動率を表している。この駆動電流値は、第１可動部３のＸ軸周りの振動における粘性抵抗が減少するにつれて、減少する。駆動電流値の変動率とは、動作開始時点の駆動電流値に対する、現在の駆動電流値と動作開始時点の駆動電流値との間の差の比率である。
【0050】
図６から、動作開始直後は駆動電流値が大きく変動しているが、動作時間の経過に伴って駆動電流値の変動が小さくなったことが分かる。このことから、揺動工程を実施することにより、使用時間の経過に伴う駆動電流値の変動を抑制可能であることが分かる。
【0051】
揺動工程に続いて、第１可動部３のＸ軸周りの振動における粘性抵抗に関するパラメータを取得する取得工程が実施される（ステップＳ４）。この例では、取得されるパラメータは、第１可動部３をＸ軸周りに目標振れ角（２０°）まで揺動させるためにコイル１５に印加される駆動電流値である。環境温度は例えば２５℃に設定される。
【0052】
続いて、取得工程で取得されたパラメータの値に基づいてアクチュエータデバイス１の合否を判定する判定工程が実施される（ステップＳ５）。判定工程では、取得工程で取得されたパラメータと揺動工程の開始時点の当該パラメータに対応する基準値との間の差（絶対値）が、粘性抵抗が低下する方向において所定値以上である場合、アクチュエータデバイス１を合格と判定し、当該差が所定値よりも小さい場合、アクチュエータデバイス１を不合格と判定する。例えば、合格と判定されたアクチュエータデバイス１は出荷され、不合格と判定されたアクチュエータデバイス１は出荷されずに排除される。
【0053】
この例では、揺動工程の開示時点の駆動電流値（事前検査工程で取得された駆動電流値）が基準値に設定されており、所定値は２％に設定されている。駆動電流値の変動率が２％以上である場合（駆動電流値が２％以上低下している場合）、粘性抵抗が低下したとしてアクチュエータデバイス１を合格と判定する一方、駆動電流値の変動率が２％よりも小さい場合、アクチュエータデバイス１を不合格と判定する。駆動電流値の変動率とは、揺動工程の開始時点の駆動電流値に対する、取得工程で取得された駆動電流値と揺動工程の開始時点の駆動電流値との間の差の比率である。なお、この例ではパラメータの変動率を所定値（閾値）と比較したが、取得工程で取得された駆動電流値と揺動工程の開始時点の駆動電流値との間の差が所定値と比較されてもよい。以上の工程により、粘性抵抗が予め低下させられたアクチュエータデバイス１を得ることができる。
［作用及び効果］
［作用及び効果］
【0054】
アクチュエータデバイス１の製造方法では、第１可動部３を所定時間だけＸ軸周りに揺動させる揺動工程の後に、第１可動部３のＸ軸周りの振動における粘性抵抗に関するパラメータの値を取得する取得工程を実施する。そして、取得工程で取得されたパラメータと揺動工程の開始時点の当該パラメータに対応する基準値との間の差が、粘性抵抗が低下する方向において所定値以上である場合にはアクチュエータデバイス１を合格と判定し、当該差が所定値よりも小さい場合にはアクチュエータデバイス１を不合格と判定する。例えば、合格と判定されたアクチュエータデバイス１は出荷され、不合格と判定されたアクチュエータデバイス１は出荷されない。出荷前に第１可動部３及び第２可動部４を所定時間だけ揺動させて粘性抵抗を予め低下させておくことで、客先での第１可動部３及び第２可動部４の振動特性の変化を抑制することができ、アクチュエータデバイス１の品質を安定化することができる。また、アクチュエータデバイス１の中には第１可動部３及び第２可動部４を所定時間だけ揺動させても粘性抵抗が低下しないものが存在し得るが、取得されたパラメータと基準値との間の差が所定値以上であるアクチュエータデバイス１を合格と判定することで、粘性抵抗が低下したアクチュエータデバイス１のみを出荷することができ、その結果、アクチュエータデバイス１の品質を一層安定化することができる。よって、アクチュエータデバイス１の製造方法によれば、安定的な品質を有するアクチュエータデバイス１を得ることができる。
【0055】
アクチュエータデバイス１の中に第１可動部３及び第２可動部４を所定時間だけ揺動させても粘性抵抗が低下しないものが存在し得る点について更に説明する。第１可動部３及び第２可動部４の振動における粘性抵抗は、コイル１４，１５（金属部材）の加工硬化だけでなく、空気抵抗の変化にも起因して変化する。空気抵抗は、気圧や温度に応じて変化する。そのため、例えば、揺動工程中にパッケージ４０内の真空度が下がり、雰囲気圧力が上昇した場合、空気抵抗による粘性抵抗の上昇がコイル１４，１５の加工硬化による粘性抵抗の低下を上回り、結果としてトータルの粘性抵抗が増加することがある。また、粘性抵抗は構造上の不具合によっても変化し得る。このような理由により、アクチュエータデバイス１の中には、第１可動部３及び第２可動部４を所定時間だけ揺動させても粘性抵抗が低下しないものが存在し得る。一方、上述したアクチュエータデバイス１の製造方法によれば、パッケージ４０の封止状態が良好なアクチュエータデバイス１のみを合格と判定して出荷することができる。
【0056】
パラメータが所定の振れ角を得るための駆動電流値に関するものである。これにより、粘性抵抗の変化を好適に把握することができる。
【0057】
揺動工程では、第１可動部３、第２可動部４、一対の第１連結部５，６及び一対の第２連結部７，８の各々の温度が支持部２の温度よりも高い状態で、第１可動部３及び第２可動部４が揺動させられる。これにより、粘性抵抗を効果的に低下させることができる。
【0058】
揺動工程では、一定の温度下において第１可動部３及び第２可動部４が揺動させられる。これにより、例えば客先での使用環境と同一の温度下で揺動工程を実施することで、客先での第１可動部３及び第２可動部４の振動特性の変化を確実に抑制することができる。
【0059】
揺動工程では、一定の圧力下において第１可動部３及び第２可動部４が揺動させられる。これにより、雰囲気圧力の変化に起因する粘性抵抗の変化を抑制することができ、コイル１４，１５及び配線２１～２４（駆動によって繰り返し塑性変形する金属材料）の加工硬化起因する粘性抵抗の変化を好適に把握することができる。
【0060】
複数のアクチュエータデバイス１の各々について、揺動工程、取得工程及び判定工程が実施される。これにより、安定的な品質を有するアクチュエータデバイス１を効率良く製造することができる。
【0061】
第１可動部３及び第２可動部４を揺動させるための駆動力を発生させるコイル１４，１５により、第１可動部３がＸ軸周りに揺動すると共に第２可動部４がＹ軸周りに揺動した際に応力が作用する金属部材が構成されている。これにより、コイル１４，１５を備えるアクチュエータデバイス１の品質を安定化することができる。
【0062】
コイル１４，１５が溝３１内に埋め込まれている。この場合、コイル１４，１５の断面積が大きくなりコイル１４，１５が繰り返しの塑性変形により加工硬化し易いが、アクチュエータデバイス１の製造方法によれば、そのような場合でも、客先での第１可動部３の振動特性の変化を抑制することができる。
【0063】
アクチュエータデバイス１が、気密に封止されて支持部２、第１可動部３、第２可動部４、一対の第１連結部５，６及び一対の第２連結部７，８を収容するパッケージ４０を備えている。これにより、雰囲気圧力の変化に起因する粘性抵抗の変化を抑制することができ、コイル１４，１５の加工硬化に起因する粘性抵抗の変化を好適に把握することができる。
【0064】
揺動工程では、所定時間だけ、第１可動部３がＸ軸周りに揺動させられると共に第２可動部４がＹ軸周りに揺動させられる。これにより、客先での使用環境と同一の動作状態で揺動工程を実施することができ、客先での第１可動部３及び第２可動部４の振動特性の変化を確実に抑制することができる。また、複数の軸線周りに可動部を揺動させる場合、駆動電流値が大きくなり環境温度が高くなり易いが、アクチュエータデバイス１の製造方法によれば、そのような場合でも、客先での第１可動部３及び第２可動部４の振動特性の変化を抑制することができる。
【0065】
揺動工程では、第１可動部３が共振動作させられる。この場合、コイル１４，１５に作用する応力が大きくなりコイル１４，１５が繰り返しの塑性変形により加工硬化し易いが、アクチュエータデバイス１の製造方法によれば、そのような場合でも、客先での第１可動部３及び第２可動部４の振動特性の変化を抑制することができる。
【0066】
第１可動部３及び第２可動部４の振動における粘性抵抗は、コイル１４，１５の加工硬化だけでなく、連結部分Ｐ１，Ｐ２に配置された配線２１～２４の加工硬化によっても変化し得る。すなわち、上記実施形態では、配線２１～２４によっても、第１可動部３がＸ軸周りに揺動すると共に第２可動部４がＹ軸周りに揺動した際に応力が作用する金属部材が構成されている。アクチュエータデバイス１の製造方法によれば、コイル１４，１５に電気的に接続された配線２１～２４を備えるアクチュエータデバイス１の品質を安定化することができる。
【0067】
また、配線２１～２４は、溝３１内に埋め込まれている。この場合、配線２１～２４の断面積が大きくなり配線２１～２４が繰り返しの塑性変形により加工硬化し易いが、アクチュエータデバイス１の製造方法によれば、そのような場合でも、客先での第１可動部３及び第２可動部４の振動特性の変化を抑制することができる。
［変形例］
［変形例］
【0068】
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。
【0069】
第１可動部３がＸ軸周りに揺動すると共に第２可動部４がＹ軸周りに揺動した際に応力が作用するように、ミラー面１０が配置されていてもよい。この場合、第１可動部３及び第２可動部４の振動における粘性抵抗は、コイル１４，１５及び配線２１～２４の加工硬化だけでなく、ミラー面１０の加工硬化によっても変化し得る。すなわち、ミラー面１０によって、第１可動部３がＸ軸周りに揺動すると共に第２可動部４がＹ軸周りに揺動した際に応力が作用する金属部材が構成されていてもよい。当該金属部材は、コイル１４，１５、配線２１～２４及びミラー面１０の少なくとも１つによって構成されてもよい。
【0070】
駆動素子は、コイル１４，１５に限られず、例えば圧電素子であってもよい。コイル１４，１５は、溝３１内ではなく、第２可動部４の表面上に形成されてもよい。配線２１～２４の少なくとも一部は、支持部２、第２可動部４又は第２連結部７，８の表面上に形成された表面配線として構成されてもよい。コイル１５は、第１可動部３に設けられてもよい。第１可動部３の動作は、リニア動作（非共振動作）であってもよい。第２可動部４及び第２連結部７，８は省略されてもよい。この場合、第１可動部３は、第１連結部５，６により支持部２に直接に連結されてもよい。この場合、第１可動部３の動作は、共振動作であってもよいし、リニア動作であってもよい。すなわち、上記実施形態ではアクチュエータデバイス１が共振軸（高速軸、Ｘ軸）とリニア軸（低速軸、Ｙ軸）とを有していたが、アクチュエータデバイス１は共振軸又はリニア軸の一方のみを有していてもよい。第１可動部３が揺動する第１軸線と第２可動部４が揺動する第２軸線とは、垂直以外の角度で交差していてもよいし、互いに平行であってもよいし、或いは同一直線上に位置していてもよい。アクチュエータデバイス１は、支持部（基板）、連結部及び可動部が金属材料により形成されたメタルミラーであってもよい。
【0071】
パラメータは、所定の振れ角を得るための駆動電流値に限られず、Ｑ値（Quality factor）、共振周波数、又は所定の駆動電流値が印加された場合の振れ角に関するものであってもよい。この場合でも、粘性抵抗の変化を好適に把握することができる。パラメータは、これらの値自体であってもよいし、これらの値に応じて変化する値であってもよい。一方、上述したアクチュエータデバイス１の場合、パラメータとして駆動電流値を用いることが好ましい。この点について図７及び図８を参照しつつ更に説明する。
【0072】
図７は、アクチュエータデバイス１の振動モデルを示す図である。図７では、アクチュエータデバイス１が減衰振動系モデルを用いてモデル化されている。図７において、ｍは質量、ｋはバネ定数、ｃは減衰係数を表す。このモデルの共振周波数ωｄは式（１）で表される。
式（１）においてω０は固有角振動数であり、式（２）のとおり、慣性モーメントＪとばね定数ｋにより表される。固有角振動数ω０は設計寸法と使用材料の機械的物性値で決定され、ほとんどエイジングの影響を受けない。
【数1】
式（１）においてω０は固有角振動数であり、式（２）のとおり、慣性モーメントＪとばね定数ｋにより表される。固有角振動数ω０は設計寸法と使用材料の機械的物性値で決定され、ほとんどエイジングの影響を受けない。
【数2】
【0073】
減衰比ζとＱ値の関係は式（３）で表される。
一例として、アクチュエータデバイス１では、Ｑ値が約１万と極めて高い。そのため、減衰比ζが極めて小さくなり、Ｑ値が多少変動しても共振周波数ωｄはほぼ変動しない。
【数3】
一例として、アクチュエータデバイス１では、Ｑ値が約１万と極めて高い。そのため、減衰比ζが極めて小さくなり、Ｑ値が多少変動しても共振周波数ωｄはほぼ変動しない。
【0074】
駆動電流値ＩとＱ値との関係は式（４）で表される。
式（４）においてθは振れ角であり、Ｔ（Ｉ）は駆動電流値がＩである場合のトルクであり、ＱはＱ値である。よって、振れ角θとばね定数ｋを定数とすると、トルクＴ（Ｉ）とＱ値との関係は式（５）で表され、トルクＴ（Ｉ）とＱ値とは反比例の関係を有する。
【数4】
式（４）においてθは振れ角であり、Ｔ（Ｉ）は駆動電流値がＩである場合のトルクであり、ＱはＱ値である。よって、振れ角θとばね定数ｋを定数とすると、トルクＴ（Ｉ）とＱ値との関係は式（５）で表され、トルクＴ（Ｉ）とＱ値とは反比例の関係を有する。
【数5】
【0075】
また、減衰比ζと、粘性抵抗の大きさを表す物性値である減衰係数ｃとの関係は式（６）で表される。
式（６）において、ｃＣは臨界減衰係数であり、慣性モーメントＪとばね定数ｋで決定される定数である。したがって、上記の関係より、エイジングによって減衰係数ｃが低下すると、減衰比ζが下がり、Ｑ値は上昇する。一方、Ｑ値と反比例の関係にあるトルクＴ（Ｉ）及び駆動電流値Ｉは低下する。すなわち、粘性抵抗が低下すると、Ｑ値は上昇し、所定の振れ角を得るための駆動電流値は低下し、所定の駆動電流が印加された場合の振れ角は上昇する。
【数6】
式（６）において、ｃＣは臨界減衰係数であり、慣性モーメントＪとばね定数ｋで決定される定数である。したがって、上記の関係より、エイジングによって減衰係数ｃが低下すると、減衰比ζが下がり、Ｑ値は上昇する。一方、Ｑ値と反比例の関係にあるトルクＴ（Ｉ）及び駆動電流値Ｉは低下する。すなわち、粘性抵抗が低下すると、Ｑ値は上昇し、所定の振れ角を得るための駆動電流値は低下し、所定の駆動電流が印加された場合の振れ角は上昇する。
【0076】
図８を参照しつつ、半値幅法を用いたＱ値の算出方法を説明する。駆動電流値を一定値に設定した状態で周波数を変化させることで、図８に示されるような振れ角の周波数応答特性が取得される。得られたデータから、振れ角が最大となる周波数ｆ０（共振周波数）と、振れ角が最大振れ角の－３ｄＢ（約０．７倍）になる周波数ｆ１，ｆ２を測定することで、Ｑ＝ｆ０／（ｆ２－ｆ１）によりＱ値を算出することができる。半値幅法は、周波数応答特性が左右対称に近い形状である場合に適用可能である。上述したアクチュエータデバイス１では、周波数応答が、ピークが右側に倒れた非対称な形状となるため、半値幅法ではＱ値を正確に算出することは難しい。そのため、上述したアクチュエータデバイス１の製造方法では、Ｑ値と反比例するパラメータである駆動電流値（トルク）を用いて粘性抵抗の低下を評価している。
【0077】
また、上述したアクチュエータデバイス１の製造方法において、パラメータは、所定の駆動電流値が印加された場合の振れ角であってもよい。例えば、駆動電流値を一定値に設定した状態でアクチュエータデバイス１を連続動作させ、振れ角の変化を観察してもよい。ただし、パラメータを駆動電流値とし、振れ角を一定値に設定した状態でアクチュエータデバイス１を連続動作させた方が、振れ角の変化によりエイジング条件が変化しない点で好ましい。また、第１可動部３を共振動作ではなくリニア動作させる場合、Ｑ値を容易に測定することができるため、パラメータとしてＱ値が用いられてもよい。
【符号の説明】
【0078】
１，１Ａ…アクチュエータデバイス、２…支持部、３…第１可動部、４…第２可動部、５，６…第１連結部、７，８…第２連結部、１４，１５…コイル（駆動素子）、２１～２４…配線、４０…パッケージ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】