[发明专利]金属弹性构件、微机械装置、微机械装置的制造方法、摆动控制装置以及摆动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属弹性构件、微机械装置、微机械装置的制造方法、摆动控制装置以及摆动控制方法，例如涉及为了在规定的角度范围内反复扫描光而使用的金属弹性构件、微机械装置、微机械装置的制造方法、摆动控制装置以及摆动控制方法。 

背景技术

使用MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技术而制造的扫描式光偏转元件这样的微机械装置构成为具备至少一个可动部、固定部、从两侧将所述可动部支承于所述固定部的一对梁部。而且，所述可动部以能够绕将所述一对梁部作为扭转旋转轴的轴心摆动的方式支承于所述固定部。也就是说，所述梁部作为万向接头构造的扭转梁而发挥功能。 

例如，由对入射光进行偏转扫描的光偏转镜和形成于所述光偏转镜的背面的平面状的线圈构成所述可动部，在将一对永久磁铁以夹着所述线圈的方式配置在所述固定部的微机械装置中，利用在所述线圈中流通的交流电流和由所述永久磁铁形成的磁场而产生的洛伦兹力作用于所述线圈，从而使由所述梁部支承的可动部即光偏转镜反复摆动。 

日本专利公报的特开2003-84226号公报提出有通过对单晶硅衬底应用半导体制造技术而将可动部及梁部一体形成的光扫描装置。 

日本特开平9-281417号公报提出有在单片制造工序中使用导电性非晶体铝合金而制作梁部的微镜装置。 

日本特开2009-175368号公报提出有具备对纯钛或钛合金进行冲压加工而获得的梁部的振动镜。 

日本特开2008-40228号公报公开有作为适于以150Hz以下的低频率驱动可动部的梁部而具备由导电性聚合物形成的梁部的微机械装置。该微 机械装置在条形码阅读器等中使用，以50°左右的光偏转角度来扫描测定光。 

另外，日本特开2004-258548号公报及日本特开2012-170196号公报公开有为了以恒定的振幅对这样的微机械装置的可动部进行摆动控制而对向线圈施加的电流值进行可变地控制的控制方法。 

在构成使用上述光偏转镜的小型的扫描式的测距装置、或使用该扫描式的测距装置的障碍物检测装置的情况下，需要使例如数mm角的偏转镜以150Hz～500Hz的范围的比较低的频率进行摆动，例如以45°的扫描角度范围扫描测定光。 

然而，对于上述日本特开2003-84226号公报所述那样的使用硅材料而制作成的梁部，其在需要以较高的频率来驱动可动部的情况下是优选材料，但存在针对500Hz以下的频率无法稳定驱动这样的问题，而且硅材料比较容易劈开（cleavage），因此还存在对于要求耐冲击性的用途而言难以使用这样的问题。 

上述日本特开平9-281417号公报所述那样的使用导电性非晶体铝合金的梁部由单片制造工序制作，因此存在制造成本较高这样的问题，另外包含十几μm角的光偏转镜而尺寸微小，因此还存在对于要求一定程度的光束直径的测量用途而言难以使用这样的问题。 

上述日本特开2009-175368号公报所述那样的对金属进行冲压加工而获得的梁部，在加工时在其表面形成多处微小凹凸、痕迹，在该多处微小凹凸、痕迹处引起基于应力振幅的应力的集中，因此存在因重复使用而使微小凹凸、痕迹成为起点而龟裂地成长、从而容易招致疲劳破坏这样的问题。 

尤其是扫描测定光而基于与测定光对应的反射光来检测障碍物的有无的光扫描装置长时间连续地工作，因此，即使是例如以100Hz的频率使用，也需要在一年之内承受30亿次的应力振幅。 

因此，通常将上述金属元件进行数万次～数十万次、或数百万次～数千万次的寿命试验、以小时计进行数十小时或数百小时的寿命试验，在考虑过基于其结果而算出的安全率的范围内使用，但近年来，由数百万次～数千万次的应力振幅而得出的评价被认为不够。 

以表面的痕迹等为缘由而产生的龟裂被称作高周期疲劳，以内部的结晶缺陷等为缘由而产生的龟裂被称作超高周期疲劳，其评价需要数亿次或数十亿次的试验，与此相伴，试验时间也变长，事实上难以保持至此为止的寿命。 

上述日本特开2008-40228号公报所述那样的由导电性聚合物形成的梁部在150Hz以下的低频率下显示出优选的特性，但在频率为150Hz～500Hz的范围内无法稳定驱动，若以稳定驱动为目标而提高聚合物的硬度，则存在容易导致应力破坏这样的问题。