CN102666367B - 振动元件、光扫描装置、致动装置、视频投影装置及图像形成装置 - Google Patents

振动元件、光扫描装置、致动装置、视频投影装置及图像形成装置 Download PDF

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Abstract

通过实施使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理来形成振动部，实现在确保希望的疲劳特性和振动特性的同时有利于小型化的振动元件（30），从而能够谋求致动装置（1）、光扫描装置、视频投影装置、图像形成装置等的小型化。

Description

振动元件、光扫描装置、致动装置、视频投影装置及图像形成装置
技术领域
本发明例如涉及振动元件、光扫描装置、致动装置、视频投影装置及图像形成装置。
背景技术
以往，作为具有振动元件的装置，例如，已知有光扫描器等光扫描装置（例如，参照专利文件1）。在该专利文件1所述的光扫描装置中，在基板上设置由不锈钢构成的扭梁部，利用压电体等在基板上引发板波，并使由扭梁部支承的光学镜部摆动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-293116号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
在上述的专利文献1所述的光扫描装置中，由于扭梁部由不锈钢形成，因而，存在难以使装置小型化这样的问题。
详细而言，为了使光扫描装置小型化，需要振动元件的小型化与用于控制振动的驱动部的小型化，为此，要求确保光扫描装置的振动特性与驱动的效率化。例如，在一边维持共振频率与扭转角一边使振动元件小型化的情况下，当缩短扭梁部时，施加在扭梁部的应力增大。因此，在欲缩短由不锈钢构成的扭梁部的情况下，疲劳特性降低的同时，会产生与振动衰减率的增加相伴的驱动效率降低的问题。另一方面，为了降低振动衰减率和改善疲劳特性，能够想到扭梁部使用沉淀硬化型不锈钢等，但是，为了与小型化相对应，要求进一步提高振动特性。
另外，在对振动元件进行小型化的过程中，当缩短扭梁部时，伴随着扭梁部的应力增加，较强地表现出弹簧的非线性，频率特性的非对称性变大，会产生共振频率附近的振动变得不稳定这样的问题。该情况下，也可以避开共振频率附近来使用振动元件，但是，结果，由于驱动效率降低，振动元件的小型化变得困难。该频率特性中表现的非对称性受到振动衰减率的影响较大，在弹簧的非线性相同而仅降低了振动衰减率的情况下，非对称性向增大的方向变化。由此，为了避开在共振频率附近的振动变得不稳定的现象并实现振动元件的小型化，有必要一并进行弹簧的非线性与振动衰减率（阻尼因数）的降低。
并且，振动衰减率与形成扭梁部的材料的减振性（内部摩擦）、光学镜部的空气阻力的大小等相关（依存）。在为了降低抖动而对光学镜部的形状进行设计或进行减压以降低空气阻力的情况下，由于仅降低了振动衰减率，因而，共振频率附近的振动容易变得不稳定，振动元件的小型化变得更为困难。
无论在哪种情况下，由于在以往的光扫描装置等所搭载的振动元件中产生以上各种问题，现在还没有提出在确保希望的疲劳特性和振动特性的同时使振动元件小型化的有效方法。
另外，上述问题在对具有振动元件的各种光学仪器例如光扫描装置、致动装置、视频投影装置和图像形成装置等进行小型化的时候也同样存在。
本发明考虑到上述情况，提供一种确保希望的疲劳特性和振动特性的同时能够谋求小型化的振动元件、光扫描装置、致动装置、视频投影装置及图像形成装置。
用于解决课题的方案
本发明的振动元件具有振动部，该振动部由实施使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理而形成。
另外，实现上述目的的本发明的光学扫描装置具有由实施使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理而形成的振动部、设置于上述振动部的光学镜部、使上述振动部振动的驱动部和对上述光学镜部的镜面照射光的光源，根据通过上述振动部进行的上述光学镜部的振动来进行光扫描。
实现上述目的的本发明的致动装置具有由实施使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理而形成的振动部、和使上述振动部振动的驱动部。
并且，实现上述目的的本发明的视频投影装置具有由实施使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理而形成的振动部、设置于上述振动部的光学镜部、使上述振动部振动的驱动部、对上述光学镜部的镜面照射光的光源，根据通过上述振动部进行的上述光学镜部的振动来进行光扫描从而对视频进行投影。
另外，实现上述目的的本发明的图像形成装置具有由实施使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理而形成的振动部、设置于上述振动部的光学镜部、使上述振动部振动的驱动部、和对上述光学镜部的镜面照射光的光源，根据通过上述振动部进行的上述光学镜部的振动来进行光扫描从而形成图像。
发明效果
本发明起到以下效果，即能够实现在确保希望的疲劳特性和振动特性的同时有助于小型化的振动元件、光扫描装置、致动装置、视频投影装置及图像形成装置。
参照附图进行的以下说明清楚的表明本发明的其他的特征和优点。另外，在附图中，对于相同或同样的结构标注了相同的参照符号。
附图说明
附图包含在说明书中，构成说明书的一部分并表示本发明的实施方式，用于与其记载一起说明本发明的原理。
图1是表示具有第一实施方式的振动元件的致动装置的一例的概略图。
图2是表示与第一实施方式的致动装置连接的驱动部的一例的概略图。
图3是表示共振频率的变化量与应变振幅的大小的关系的共振特性曲线的图。
图4是表示振动衰减率的扭转振幅依赖性的图。
图5是表示材料的振动衰减率与弹簧特性的非线性对振动元件的频率特性带来的影响的图。
图6是一并表示振动元件的振动衰减率与非线性的图。
图7是表示容许应变振幅的变化率与梁部的长度的变化率的关系的图。
图8是表示光学镜部的形状变形例的概略俯视图。
图9是表示振动元件的特性数据的图。
图10是表示在将梁的形状设成相同且使镜部的惯性矩变化了的情况下的梁部的各位置处的扭转角的曲线图。
图11是表示在将梁的形状设成相同并使镜部的惯性矩变化的情况下的梁部的各位置处的剪切应力的分布的图。
图12是表示与惯性矩的比率相对的梁部的固定位置侧的应力最大值的曲线图。
图13是表示梁部的截面纵横比导致的挠曲刚性和惯性矩的变化的曲线图。
图14是表示具有第二实施方式的振动元件的致动装置的一例的概略剖视图。
图15是表示具有第三实施方式的振动元件的致动装置的一例的概略图。
图16是表示具有第四实施方式的振动元件的致动装置的一例的概略图。
图17是表示具有第五实施方式的振动元件的图像形成装置的概略图。
图18是表示具有第六实施方式的振动元件的视频（影像）投影装置的概略图。
具体实施方式
以下基于实施方式来详细地说明本发明。
本发明的振动元件包括由实施使杨氏模量降低的加工硬化处理与使该加工硬化处理后的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理而形成的振动部。
具体而言，使用利用加工硬化处理来使母材（加工对象物）的杨氏模量暂时降低、借助于之后的时效硬化处理而使该母材的杨氏模量回复或上升的材料来形成振动部。更详细地说，用于形成振动部的材料例如是以下一种材料，即该材料在室温下利用实施强化加工（強加工）来进行加工硬化，之后，利用应变时效热处理来进行时效硬化而形成，在加工硬化时，利用塑性加工将位错高密度地导入直至杨氏模量发生降低的程度，利用之后的时效硬化来抑制位错的运动直至杨氏模量发生回复或上升的程度。另外，本发明中的“利用时效硬化处理来使杨氏模量回复或上升”指的是例如包括使杨氏模量自加工硬化处理前的杨氏模量进行上升或者上升到与加工硬化处理前的杨氏模量相同程度或上升到加工硬化处理前的杨氏模量以上的情况。另外，本发明中的“利用加工硬化处理来使杨氏模量降低”是指例如包括使杨氏模量降低到能够利用之后的时效硬化处理来使杨氏模量回复或上升的程度的情况。
此处，作为形成振动部的材料，例如能够优选使用加工硬化和时效硬化型的Co-Ni基合金、Co-Cr基合金等金属材料。“加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金（或Co-Cr基合金）”是指例如包含分别有效地实施了加工硬化处理与时效硬化处理后的Co-Ni基合金（或Co-Cr基合金）的合金。振动部例如通过在对作为加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金的原料（原材料）施加加工硬化处理并形成应变之后，实施时效硬化处理而形成。
具体而言，用于形成振动部的原材料是在熔炼后，经过热锻造、均质化热处理等工序而获得的、含有置换型的溶质元素的、至少含有Co和Ni的基体。利用冷轧对所述原材料施加加工硬化处理，接着，利用实施冲压加工、激光加工、线切割加工等成形加工处理来加工成规定形状例如长条梁形状。之后，利用在真空中或在还原气氛中进行时效硬化热处理，从而能够获得有效地表现出高强度、且衰减能力较低、弹性极限较高等的良好振动特性的振动部。
当在加工硬化处理之前实施对将原料物质加工成作为振动部的规定形状的成形加工处理时，由于成形加工处理的对象是硬化前的原材料，因而能够容易地实行成形加工处理。但是，由于伴随着成形加工处理后的加工硬化处理，振动部的形状发生变化，因而，为了使振动部成为规定形状，有必要再次进行成形加工处理。另一方面，当在时效硬化处理之后进行成形加工处理时，将振动部加工成规定形状的成形加工处理仅进行1次即可。但是，由于经过加工硬化、时效硬化这两个阶段的硬化的原料物质的硬度变得非常大，因而，很难将该原料物质成形加工成规定形状。因此，在本发明中，在原料物质处于虽然由于加工硬化处理而使得硬度增大但是仍然能够比较容易进行形状加工的状态下的、加工硬化处理与时效硬化处理之间，实施将原料物质加工成作为振动部的规定形状的成形加工处理。
此处，作为形成这种振动部的材料，优选为机械特性（拉伸强度、硬度、伸长率等各特性）根据用于时效硬化的热处理温度的变化而变化的材料。例如，优选为利用在常温环境下进行热处理而使机械特性都变高的材料。或者，优选为一种当热处理条件超过某规定的温度或温度区域时，能够获得希望的拉伸强度、硬度的特性且伸长率变高的材料。即，期望为一种能够利用成分、组成等的变化来对振动部中的、利用热处理的条件而具有的机械特性进行适当调整的弹簧材料。特别是，在振动部具有从基座设成梁状（细长形状）的梁部且向与该梁部的纵长方向轴向交叉的方向扭转振动的情况下等，即，在要求高振动特性（具有超高弹性且机械强度较强的、耐久性也优异的特性）的情况下，上述那样的用于形成振动部的材料是有效的。
此处，用于形成振动部的原料（工件）是作为具有堆垛层错能量较低的面心立方晶格结构的材料的、能够有效地利用在堆垛层错中溶质元素偏析并固定扩展位错的“铃木效应”的材料。由此，扩展位错的宽度变宽，在加工硬化和时效硬化时，能够促进铃木效应并坚固地固定扩展位错。该铃木效应是即使在高温下也能有效工作的固定机构，特别对时效热处理时有效。另外，除此之外，也可以一并利用由向位错芯偏析的科特雷尔效果、微细的转变双晶（相变孪晶，変態双晶）形成所形成的对位错滑动进行抑制的抑制机构。
在这种原料中，能够利用强化加工来导入高密度的位错，并利用加工硬化来大幅提高强度与耐久性，但是，由于在该阶段中还存在位错的伸出，因而杨氏模量降低。反过来说，以导入应变直到发生杨氏模量降低的程度的方式来进行加工硬化。之后，通过时效热处理来坚固地固定位错，从而强度与耐久性进一步地上升，并且能够使杨氏模量上升或回复，或者能够与加工硬化前相比进一步使杨氏模量上升。如此，在将位错坚固地固定为使杨氏模量上升或回复的程度的状态下，或者将位错坚固地固定为在使杨氏模量上升到大于加工硬化前的程度的状态下，由位错线的振动导致的内部摩擦降低且振动元件的Q值大幅提高，并且，利用由强度提高导致的屈服点的上升与内部摩擦的降低来提高弹性极限，在应力-应变图上的线性弹性区域扩大，即，弹簧特性的线性提高。
另外，在具有面心立方晶格结构的材料中，杨氏模量与原子间距离相关，<110>方向（方位）最大，<111>方向最小，<100>方向在它们中间。当利用冷轧来对结晶取向时，杨氏模量具有各向异性，形成<100>织构(组织，集合組織)的方向的杨氏模量最大。虽并不进行特别的限定，但是，当考虑到相对于挠曲的强度时，振动部优选使用杨氏模量较大的<110>织构形成的方向的材料，并且优选同样以该方向的杨氏模量回复或上升的方式来实施时效硬化处理。
另外，也可以使用利用冷轧拔丝实施了加工硬化而形成的线材以形成振动部。并且，也可以同样使用对冷拔成的线材实施冷轧、并控制了织构的形状的材料。
此处，作为成形加工处理，也可以使用超塑性加工。另外，作为时效硬化处理，优选基于有效进行时效硬化的温度条件、例如根据加工硬化处理的加工条件进行适当调整的温度条件来进行。根据加工条件，时效硬化处理能够在再结晶化温度以下，例如能够在400～700℃左右的温度条件下，通过数十分钟到几小时的热处理来进行。另外，在这种热处理中，例如，也可以通过在1T以上的强磁场环境下进行热处理来促进铃木效应，并谋求处理时间的缩短化。
振动部作为长条梁而构成，在振动部沿着其长度方向包括不安装光学镜部的第一区域和第二区域与安装光学镜部的第三区域的情况下，第三区域在振动部的纵长方向上被第一区域与第二区域所夹持，时效硬化处理也可以在第一区域与第三区域在彼此不同的温度条件下进行。在该情况下，期望为能够利用成分、组成等的变化来对利用热处理的条件而使振动部具有的机械特性进行适当调整的弹簧材料。例如，为了使没有安装光学镜部的第一区域和第二区域与安装光学镜部的第三区域作为机械特性分别不同的部分而功能分离，也可以个别地改变加热条件来实施热处理。此处的机械特性是指例如，与拉伸、弯曲、压缩、剪切、硬度、冲击、疲劳等从外部施加的力（外力）相对应的性质，但是，特别优选的是，将安装光学镜部的第三区域中的机械特性设成高硬度，并将没有安装光学镜部的第一区域和第二区域中的机械特性设成较强的拉伸方向的特性/高疲劳特性。
从而，采用本发明，如上所述，通过形成由实施使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理而形成的振动部，从而能够提高疲劳特性和机械特性等。另外，采用本发明，振动衰减率非常低，特别是，弹簧的非线性变得较小以至对于较低的振动衰减率也不产生不稳定性，并且振动衰减率的应变振幅依赖性也变得非常小。因此，能够谋求具有希望的疲劳特性和振动特性的振动元件和具有该振动元件的致动装置等的小型化，并能够降低电力消耗。
具体而言，用于构成振动元件的应变变形部的振动部例如由上述的加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金来形成。此时，振动部成为高强度的、线形弹性区域变大且内部摩擦较小的部位。例如，能够获得以下特性，即，能够获得用于表示共振频率的变化量与应变振幅的大小的关系的共振特性曲线的峰形尖锐且形成线对称那样的特性，即，Q值变高，且弹簧特性的非线性非常的小的特性。这种振动部在振动变形导致的最大应变振幅大到3×10-3程度也不会产生不稳定性，电力消耗较少。另一方面，在振动部中，由于表示进行振动的容易程度的Q值达到1000以上，振动衰减率非常小，弹簧特性的非线性也变得较小，因而，通过利用这种振动部来制造光扫描装置等的光学仪器，从而能够提高振动特性并大幅降低电力消耗。因此，本发明在确保希望的疲劳特性和振动特性的同时能够实现有利于小型化的振动元件和光扫描装置及视频投影装置。
“Co-Ni基合金”是指含有钴（Co）和镍（Ni）的合金。“Co-Ni基合金”优选含有使堆垛层错能量降低的铬（Cr）与作为利用基体的固溶强化、偏析来固定位错以利于提高时效和加工硬化能力的溶质元素的钼（Mo）、铁（Fe）等。“Co-Ni基合金”例如是Co-Ni-Cr-Mo合金、Co-Ni-Fe-Cr合金等。另外，这些合金也可以含有作为溶质元素而起到相同作用的铌（Nb）、使面心立方晶格相位稳定化且使堆垛层错能量降低的锰（Mn）、有助于基体强化与堆垛层错能量的降低的钨（W）、对铸块组织的微细化、强度提高有利的钛（Ti）、将用于改善热加工性的硼（B）、镁（Mg）等固溶在基体中而与Cr、Mo、Nb等形成炭化物以强化晶界的碳（C）等。
Co-Ni-Cr-Mo合金的主要组成按重量比优选为Co：20.0％～50.0％、Ni：20.0％～45.0％、Cr+Mo：20.0％～40.0％(Cr：18～26％、Mo：3％～11％)，特别是更优选为Co：31.0％～37.3％、Ni：31.4％～33.4％、Cr：19.5％～20.5％、Mo：9.5％～10.5％。通过由这种组成的Co-Ni-Cr-Mo合金来形成振动部，非常有利于振动元件等的小型化。在这种合金中，由于在轧制方向形成<100>织构、在与轧制方向正交的方向形成<110>织构，因而，对于振动部优选使用与轧制方向正交的方向的材料。另外，对于这种合金的时效热处理，以500℃～600℃的温度进行两小时左右最为合适。
另外，在本发明中，如上述组成的Co-Ni-Cr-Mo合金那样，优选利用示出非磁性的加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金来形成振动部。这是因为作为使振动部振动的驱动部，例如在采用了磁场产生部的情况下，能够实现稳定的电磁驱动。另外，驱动部不限于磁场产生部，例如也可以采用压电元件等、在该情况下对材料的磁性不加限制。
另外，在本发明中，优选将由加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金形成的振动元件的至少一部分配置在形成减压空间的减压空间形成部（密封结构体）内。这是因为与常压下相比，能够进一步提高振动特性。特别是更优选为，在振动部中设置各种功能部，具体而言，在振动部中设置光学镜等以作为高功能性器件的情况下，将作为上述振动部的至少一部分的功能部等配置在减压空间形成部内。由此，能够减低施加在功能部等上的空气阻力的影响，并能够进一步提高振动特性。在本发明中，也可以利用减压空间形成部来覆盖振动部、功能部等结构体的整体。
另外，本发明如上所述优选使用加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金来形成振动部。但是，并不特别地限定于此，例如，只要是利用加工硬化处理来使杨氏模量下降并利用之后的时效硬化处理来使杨氏模量上升或者回复到与加工硬化处理前同等的水平或使杨氏模量上升到高于加工硬化处理前的杨氏模量那样的材料，就能够优选地使用。
以下，参照附图，根据以下的实施方式来详细说明具有本发明的振动元件的致动装置、光扫描装置、图像形成装置、视频投影装置的具体例。
第一实施方式
图1是表示具有本发明的第一实施方式的振动元件的致动装置的一例的概略图，图1的1a是概略顶视图，1b是A-A’剖视图。另外，图2是表示与图1的致动装置连接的驱动部的一例的概略图。
如图1的附图标记1a和附图标记1b所示，第一实施方式的致动装置1是振动镜装置并具有基板10、安装有该基板10的保持部件20、振动元件30。在第一实施方式中，如图1的附图标记1a和附图标记1b所示，在保持构件20中，沿着基板10的周缘部设有环状的凸缘部21，保持构件20的中央部构成凹部22。并且，在第一实施方式中，振动元件30安装在凹部22内，并配置在由基板10和保持构件20及盖构件40构成（区划）的减压空间50内。
另外，在第一实施方式中，振动元件30具有：作为与保持构件20接合的接合部的框体（外框部）60；以横跨保持构件20的凹部（开口）22的方式将该框体60的相对的两端部架设的1根梁部31；设置在梁部31的纵长方向中央部，即、设置在与保持构件20的开口中心相对应的部分上的质量体（功能部）32。另外，在基板10上的与质量体32相对的部分上设有磁场产生部70。
此处，用于构成这种振动元件30的变形部的梁部31由利用加工硬化处理使杨氏模量降低且利用之后的时效硬化处理使杨氏模量上升的那样的材料形成，例如，在本实施方式中，由示出非磁性的加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金形成。作为这种示出非磁性的加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金，例如，能够使用SPR ON 510（セイコ一インスツル株式会社制造的商品名：SPRON（注册商标））的Co-Ni-Cr-Mo合金等。另外，对于这种SPRON 510等的原料，例如，能够通过利用轧制等强化加工来使强度上升之后，施加热处理以形成梁部31，从而获得具有低衰减能力的特性等高振动特性的振动元件30。
另外，能够利用冲压加工、激光加工、线切割等将梁部31成形加工成规定的形状，例如成形加工成长条梁状。此处，作为成形加工方法，例如也可以使用超塑性加工。另外，作为梁部31，也可以使用非磁性的加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金的线材，并通过以与框体60接合的方式形成。如此制成的梁部31是在上述加工硬化处理之后，通过施加作为用于提高振动特性的时效硬化处理例如热处理而获得的。此处的对梁部31的热处理优选在400℃～700℃的温度下，进行数十分钟至数小时，但是，为了缩短处理时间，例如，也可以使用在强磁场中进行的热处理。
此处，在本发明中，优选利用以下梁部来构成振动部，即实施拉伸加工而形成的梁部、或者，施加了对线状材料一边拉伸一边减薄的减薄加工（减薄压平，レごき加工）而形成的梁部，或者，在拉伸加工之后施加减薄加工而形成的梁部。由此，能够实现提高了平直度的梁部，并能够谋求作为振动部而反复进行的扭转变形的稳定化。详细地说，关于梁部，如上述那样，在加工硬化处理之后，为了提高振动特性，利用实施时效硬化处理例如热处理来获得。但是，加工成线状的梁部存在发生翘曲而使平直度降低的情况。当梁部中存在这样的翘曲时，会损害在梁部上设置的光学镜等摆动体的圆滑的摆动运动，结果，会担心发生作用而使相对于输入能量，光反射面的摆角会变小。此处的“摆角”的意思是，例如在上述摆动体以梁部的纵长方向轴线为中心进行摆动的情况下，摆动体的摆动方向进行切换的两个摆动端所形成的角。然后，当摆动体固定在具有上述那样的翘曲的梁部时，梁部的纵长方向轴线与理想的摆动轴线（没有翘曲的情况下的梁部的轴向）不一致，摆动体的振动状态容易变得不稳定。其结果，为了使摆动体的光反射面以希望的摆角进行摆动，例如，不得不研究对振动部施加更多的电能等措施。因此，为了降低梁部的翘曲量即为了提高平直度，在模具加工时，施加拉伸加工或对线状材料施加减薄加工，即，一边施加张力（拉伸）一边进行减薄或在拉伸加工后施加减薄加工，这对振动特性的提高特别有效。另外，在梁部的外周面有时会形成有这种拉伸加工导致的加工痕迹。
并且，也可以在成形加工后或在热处理后，对梁部施加蚀刻处理。根据材料组成、强化加工的加工率等对上述热处理温度、处理时间进行最佳设定，但是，在成形加工时施加的应力、热量导致梁截面的外周与内部发生的应变、热历程变得不同的情况下，外周部会发生热处理不充分或发生热处理过剩，会形成杨氏模量、硬度较低且材料非线性较大的变质层。该变质层作为吸收梁的振动的减振材料起作用而成为招致Q值降低的原因。另外，由于该变质层位于扭转振动时施加有较大应力的截面外周部，因而，其材料特性会对弹簧特性带来较大影响并使非线性增加而成为振动的不稳定性的原因。在为了元件小型化而较细地使梁部成形的情况下，该变质层的影响特别地大，去除变质层对获得本发明的效果有效。Co-Ni基合金是耐腐蚀性优异因而难以蚀刻的材料，但是，通过使用硝酸铈铵与过氯酸的混合液等蚀刻液并根据需要施加50℃～70℃左右的温度，能够以数分钟至数小时的处理使表面去除几十μm左右，对于变质层的去除有效。
例如，在本实施方式中，使用作为加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金的原料（原材料），进行利用轧制等的加工硬化处理以制造板状构件（未图示），通过在将该板状构件成形加工处理为规定的形状之后实施时效硬化处理，从而形成了梁部31。此处，在制造板状构件时的加工硬化处理和时效硬化处理中，以使<100>结晶方向成为轧制方向的方式进行结晶取向，并以使<110>结晶方向成为在板状构件面内与轧制方向正交的方向的方式进行结晶取向，并且在与轧制方向正交的方向上以使杨氏模量上升的方式进行了处理。
另外，在梁部31的大致中央部设有大于梁部31的宽度的镜设置部311，该镜设置部311用于在其上设置后述的光学镜部322。在本实施方式中，该镜设置部311与梁部31一体地设置，并在成形加工成梁部31的形状的同时形成。
另外，如图1的附图标记1b所示，在这种梁部31上设置的质量体32由在镜设置部311上设置的光学镜部322与在镜设置部311的背面即与光学镜部322相反侧的面上设置的磁体323构成。
此处，光学镜部322和镜设置部311由大于梁部31的宽度尺寸的外形形状构成，例如，在本实施方式中，光学镜部322和镜设置部311是板状且外形形状为长方形。另外，磁体323以遍及镜设置部311的纵长方向并达到两端部的方式设置。并且，在本实施方式中，磁体323以NS方向为水平方向方式即以与基板10的面方向平行的方式设置。另一方面，基板10上的磁场产生部70由线圈状的金属图案构成，并设置在与质量体相对的区域上。
另外，光学镜部322并不受特别限定，例如其可以是由蒸镀等形成的Al、Au、Ag等反射膜，也可以将硅晶圆（硅片）等镜面形成的构件以接合或粘接的方式配置而成。
但是，Co-Ni基合金存在耐臭氧性的问题，由于当暴露在臭氧气体等中时，Co、Cr的钝化膜发生反应而在表面形成凹坑，因而，在图像形成装置等中使用Co-Ni基合金的情况下，优选在光学镜部中使用耐臭氧性构件。该由臭氧导致的凹坑形成对光学镜部表面的平坦性、对接合部带来的影响大于对梁的机械特性带来的影响，并会引起反射率的降低、接合强度的降低。在形成反射膜的情况下，可以形成SiO2、TiO2等保护膜。并且，在对镜面形成构件进行接合的情况下，可以在接合部、构件端面上设置耐臭氧性树脂等。
另一方面，作为磁体323的种类，由于要求尽量为小型并具有对振动元件30的重量的影响较小且具有充分的磁力，因而，优选使用Nd-Fe-B系磁体、Sm-Co系磁体等。并且，磁体323的形态并不特别地限定，例如除了烧结磁体、粘结磁体之外，也可以使用溅射法等形成的薄膜磁体。
并且，对于使磁场作用于这种磁体323的磁场产生部70并不特别限定，其只要是将能够在振动元件30中激励产生扭转振动的扭矩施加给磁体的部件即可，例如，除了图1的附图标记1a那样的板状线圈以外，也可以是内含（内置）有成为磁轭的软磁性体的线圈等。另外，在不隐藏光学镜部322的范围内，也可以以夹持振动元件30的方式将磁场产生部70设置在两侧上。
另外，磁场产生部70并不特别限定，其只要是构成驱动部的一部分并如图2所示与驱动电路75连接、并能够使包含振动元件30的共振频率附近的频率的信号输出的部件即可，例如，在正弦波之外，也可以输出三角波、脉冲等。
在由这种结构构成的本实施方式的致动装置1中，利用来自由驱动电路75驱动的磁场产生部70的磁场使磁体323接收旋转力，并对由质量体32与梁部31构成的振动元件30进行激励以产生扭转振动。具体而言，当利用磁场产生部70来产生磁场时，利用磁体323受到该磁场的作用来对质量体32施加旋转力，梁部31与此连动地进行扭转变形。并且，通过利用驱动电路75的控制来使这种梁部31的扭转变形反复动作，从而光学镜部322成为进行一维动作的振动镜（功能部）。
此处，利用梁部的弹簧常数k、围绕梁部的扭转中心轴的惯性矩It、及含有磁体的整个镜部的惯性矩Im来将振动元件的共振频率f表示成f=(1/2π){k/(Im+It)}1/2，只要以能够获得希望的特性的方式对梁部和镜部的形状进行设定即可。但是，特别是，在为了提高元件的共振频率以达到高速化而降低镜部的惯性矩、加粗梁部以提高弹簧常数的情况下等，存在表现出非线性且振动变得不稳定这样的问题。该现象在为了降低空气阻力而设计镜部的形状的情况下，特别明显，由于Q值上升与镜部的惯性矩的降低所导致的非线性的表现而产生不稳定性。
图10是表示在将梁部的形状设成相同且使镜部的惯性矩变化了的情况下的梁的扭转角的曲线图。横轴表示梁部的扭转轴向的位置，用梁部的长度L对位置x进行标准化而得到的x/L来表示横轴。x=0是梁部的固定位置，x=L是与镜部连接的连接位置。纵轴是各位置x/L的扭转角θ，用与镜部连接的连接位置的最大扭转角θ0进行标准化而得到的值来表示纵轴。当使镜部的惯性矩Im变化时，随着与梁部的惯性矩It相对的比率Im/It变小，扭转角变得不同，在固定位置侧发生较大地扭转。
图11是表示此时的各位置处的剪切应力的分布的图，横轴表示进行了标准化的位置x/L，纵轴表示用扭转角相同时的剪切应力为基准的剪切应力。随着惯性矩的比率Im/It变小，固定位置侧的应力增大。由于该应力增大，在固定位置侧，容易表现出材料的非线性，与扭转角相同的情况相比，容易产生振动的不稳定性。图12是与惯性矩的比率Im/It相对应地表示图11的固定位置侧的应力最大值的曲线图。由于比率Im/It在2以下时应力急剧地增加，因而，为了不产生不稳定性，可以使整个镜部的惯性矩为梁部的惯性矩的2倍以上，若为5倍以上则更好。
另外，由于本发明的振动元件的Q值较高，因而存在由来自外部的冲击等产生的挠曲振动难以衰减这样的问题。为了抑制挠曲振动或快速地使挠曲振动衰减，有必要尽量提高梁部的挠曲刚性并尽量提高挠曲振动模态的共振频率。图13是表示与梁部的宽度相对的厚度即截面纵横比导致的梁部的挠曲刚性的变化和梁部的惯性矩的变化的曲线图。以截面纵横比为1时的值对各曲线图分别进行了标准化。图13表示针对对梁部的长度进行固定并以能够获得相同弹簧常数的方式对梁部的宽度w与厚度t进行了设定时的截面纵横比t/w的变化。由此，截面纵横比越接近1挠曲刚性E 1越好。另外，如上所述，镜部与梁部的惯性矩比Im/It尽量越大越好，由此，梁部的惯性矩尽量越小越好。如图13所示，梁部的惯性矩在纵横比0.3以下急剧增加。因此，为了不会产生振动的不稳定性，并且，提高挠曲刚性以抑制扭转振动之外的振动，梁截面的纵横比t/w只要为0.3以上即可，若为0.5以上则更好。
在本实施方式中，如上所述，由于进行扭转变形的梁部31由加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金构成，因而，例如与由不锈钢形成的情况相比，能显著提高疲劳特性和机械特性。另外，提供了振动衰减率非常低的振动元件30，特别是提供了以下那样的振动元件30，即，该振动元件30的弹簧的非线性较小以至相对于较低的振动衰减率而不产生不稳定性，并且振动衰减率的应变振幅依赖性也非常小。
因此，采用本实施方式，利用确保希望的疲劳特性和振动特性的同时缩短梁部31，能够谋求振动元件30的小型化。并且，通过将如此小型化了的振动元件30应用在MEMS（MicroEIectro-Mechanical Systems，微机电系统）镜、光开关等这种器件结构中，从而能够与驱动相关的部件一起进行缩小，并且，在能够有助于整个器件结构的小型化之外，由于能够获得希望的振动特性，从而能够实现电力消耗较低的高性能器件。特别是，在本实施方式中，利用将由上述加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金构成的振动元件30配置在减压空间50内，从而与常压下相比，能够进一步提高振动特性。另外，能够降低施加在功能部等上的空气阻力的影响，也有助于功能性的提高。
此处，在本实施方式的致动装置1中应用的振动元件30中，通过由加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金来构成用于构成振动部的主要部分的梁部31，从而能够获得以下特性，即，能够获得用于表示共振频率的变化量与应变振幅的大小的关系的共振特性曲线的峰形状成为线对称那样的特性，即弹簧特性的非线性非常的小的振动特性。
在图3中，对于根据上述第一实施方式的振动元件30的结构（图1）而制造的实施例1的振动元件和比较例1～3的各振动元件，示出了表示共振频率的变化量与应变振幅的大小的关系的共振特性曲线（频率特性）。横轴是标准化了的角频率ω/ω0，纵轴是扭转振幅的大小θ（deg）。对于ω0的值，使用扭转振幅为零时的角频率（外推）值。
实施例1
将具有振动部的元件作为了实施例1的振动元件，该振动部通过使用具有35％Co、32％Ni、20％Cr、10％Mo的组成的SPRON510的轧制材料作为加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金，并且作为时效处理而在550℃下实施两小时的热处理而形成。另外，将实施例1的振动元件的共振频率设成了大约2kH z。
比较例1
除了将振动部设成由在与SU S 304相同的奥氏体类不锈钢中机械特性较好的SUS 301构成之外，制造与实施例1具有相同的结构的元件，并将该元件作为了比较例1的振动元件。
比较例2
除了将振动部设成由沉淀硬化类不锈钢SUS631构成之外，制造与实施例1具有相同的结构的元件，并将该元件作为了比较例2的振动元件。
比较例3
除了仅实施加工硬化之外，将与实施例1具有相同的结构的元件作为了比较例3的振动元件。
如图3所示，当比较实施例1的振动元件与比较例1～3的振动元件的共振频率特性时，对于由比较例1～3的SUS301、SUS631、及仅由加工硬化的Co-Ni基合金构成的振动元件，其振动的Q值较低，即，振动衰减率较大，且共振特性为非对称，表现出弹簧特性的非线性。
与此相对，在实施例1的振动元件中，在大气压环境下和减压环境下的任何一种情况下，都表现出共振特性曲线的峰形为线对称那样的特性，即，表现出弹簧特性的非线性非常小的振动特性。特别是，实施例1的振动元件虽然在减压环境下表现出非常尖锐的特性，但是，基本上看不见非线性，振动特性较高。
如此，由于实施例1的振动元件发挥弹簧特性的非线性非常小的振动特性并能够获得较高的振动特性，因而，能够确保希望的振动特性并具有设计的自由度。即，实施例1的振动元件例如与将比较例1（SUS301）和比较例2（SUS631）的材料用于振动部的原料的情况相比，能够显著地提高振动特性。由此，例如，在将实施例1的振动元件安装在光扫描装置等电子器件中时，能够谋求振动元件的小型化，或者，能够显著地提高调整元件结构、变更尺寸等设计的自由度。因此，采用实施例1的振动元件，能够维持器件性能并实现各种小型的电子器件。
在图4中，对于实施例1的振动元件使用的、实施了加工硬化和时效硬化处理的Co-Ni基合金与比较例1、2的振动元件使用的SUS301、SUS631，示出了它们的振动衰减率的扭转振幅依赖性。另外，由于扭转振幅依赖性根据梁部31的截面形状、长度的不同而发生变化，因而，作为材料不取决于形状的特性，示出了将扭转振幅θ变换成与施加到梁部31的最大剪切应力相对应的最大应变振幅r。另外，图4是在能够忽视空气阻力的减压下进行的测定结果，示出了材料本身的振动衰减率（Q-1）即减振特性。
SUS301和SUS631的振动衰减率随着应变振幅的增加而较大地增加。因此，将使用了SUS301、SUS631的振动元件（比较例1和比较例2）使用在应变振幅较大的区域的情况下，为了获得驱动力，有必要在磁场产生部中使用较大的磁轭，或者增加电源电路、电池的容量，因而，驱动部的小型化变得困难。并且，与SUS301相比，SUS631在振动衰减率的大小上表现出了良好的特性，但是在应变振幅较大的区域其表现还不充分。与此相对，在实施例1中使用的使用施加了加工硬化和时效硬化处理的Co-Ni基合金的振动元件中，材料的振动衰减率不存在扭转振幅依赖性，在使用在应变振幅较大的区域的情况下也不需要较大的驱动力。
图5表示材料的振动衰减率与弹簧特性的非线性对振动元件的频率特性带来的影响。横轴是标准化了的频率，纵轴是扭转振幅。在弹簧特性中具有非线性的情况下，伴随着振动振幅的增加，能够获得最大振幅的共振频率发生变化。在图5中，共振频率降低，并且随着该降低在低频侧的特性变得陡峭，当振动振幅进一步增加时，表现出滞后性。当频率特性变得陡峭时，共振频率附近成为控制变得困难的不稳定状态。在使用这种特性的振动元件的情况下，由于有必要避开共振频率而进行使用，因而，为了获得希望的振动振幅，需要由强制振动产生较大的驱动力。这成为驱动部的小型化的障碍。频率特性变得陡峭并开始产生滞后性是在共振频率的变化量(δω/ω0)为超过振动的衰减率Q-1＝(δω/ω0)的振动振幅Ar的时候出现的，在共振频率能够稳定地进行驱动的范围是振动振幅为Ar以下的范围。
图6是一并表示振动元件的振动衰减率与非线性的图。横轴是应变振幅的大小，纵轴是表示振动衰减率Q-1和非线性大小的共振频率的变化量(δω/ω0)。图6的6a是大气压下的测定结果，6b是减压下的测定结果。图6的6b的特性是能够基本上忽视空气阻力的状态的特性，根据空气阻力的大小不同可获得在图6的6a与6b的中间的特性。如利用图5进行的说明那样，振动衰减率与共振频率变化量的曲线图的交点是能够在共振频率稳定地进行驱动的极限的容许应变振幅，振动元件需要在其以下的应变振幅进行使用。由于图6a的大气压下的振动衰减率的曲线图包含镜的空气阻力的影响，因而，根据镜的大小和形状而不同。图6的6a的曲线图是使用了2×3mm2的矩形镜的情况。在图6的6a的曲线图内可知，Co-Ni基合金的振动元件的特性中没有交点，容许应变振幅的值非常大。在外推值中，交点的应变振幅是SUS301和SUS631的3倍～4倍。
图7表示容许应变振幅γ的变化率与扭梁部31的长度L的变化率的关系。在该曲线图中，将梁部31的截面设为圆形或作为纵横比为恒定的矩形，并利用相同的镜形状，求出了为了获得相同的共振频率与相同的扭转振幅而需要的长度。即，在使用了某材料的振动部中，当容许应变振幅为γ0、梁部31的长度为L0时，用比率示出了在使用容许应变振幅γ的材料时，为了制造相同的规格的振动部而需要使用多长的长度L。从该曲线图得知，若容许应变振幅变为3倍～4倍，则能够将梁部31的长度设为1/4以下，并能够使振动镜大幅地小型化。
在图6的6a的曲线图中，SUS301与SUS631的容许应变振幅是相同程度的大小。这示出了，与SUS301的振动元件相比，使用了SUS631的振动元件能够与振动衰减率减低的量相应地提高驱动效率，但是不能使振动元件小型化。原因是与SUS301相比，虽然SUS631的非线性较小，但是，没有少至使容许应变振幅提高的程度，这示出了为了使致动装置（振动镜装置等）小型化，振动衰减率与非线性这两者具有最佳的特性是很重要的。
另外。在图6的6b的减压下的特性中，与图6a的大气压下的特性相比，SUS301和SUS631的容许应变振幅降低了。这示出了，在使空气阻力减少了的情况下，为了在共振频率进行稳定的操作而有必要使梁部31的长度变长。即，示出了，在通过改善振动元件向减压空间的配置、使如图8的8a～8c所示的那样的光学镜部322的自与梁部31相对的部分向外侧突出的部分越是接近顶端越是逐渐变小的形状的设计来降低抖动的情况下，小型化变得更加困难。另外，在图8的8a～8c所示的梁部31被设置成简支（双支承）梁状。
与此相对，在使用了被实施了加工硬化和时效硬化处理的Co-Ni基合金的情况下的振动元件的容许应变振幅虽然也发生了降低，但是，与使用SUS301和SUS631的情况相比，维持了高出40％以上的值。从图7的曲线图可知，能够使梁部31的长度小型化到使用SUS301和SUS631时的60％程度。在要求高精度光束扫描的激光束打印机、激光投影仪等用途中，必须有防抖动对策，在这些用途中，本发明起到的小型化的效果非常大。
图9表示实施例1和比较例1、2的各振动元件的特性数据。在容许应变振幅中一并记载了实际的扭转角。Q值是振动衰减率的倒数，记载了扭转振幅为25°时的值。对于电力消耗也记载了扭转振幅为25°时的值。扭转振幅的25°这样的值是在比较例1、2的减压下的大致的容许值，用于在共振频率附近的振动不产生不稳定的范围内，以相同的条件对各振动元件的特性进行比较。
当用电力消耗来比较实施例1和比较例2的各振动元件时，得知在大气压下，实施例1的各振动元件的电力消耗为比较例2的各振动元件的电力消耗的1/5以下，在减压下，实施例1的各振动元件的电力消耗为比较例2的各振动元件的电力消耗的1/30，并且，与比较例1相比，实施例1能够大幅降低电力消耗。因此，实施例1的振动元件大幅提高驱动效率，当使用实施例1的振动元件时，能够使致动装置小型化。
另外，实施例1和比较例3的振动元件的容许应变振幅大于3×10-3，优于比较例1和比较例2的振动元件的容许应变振幅。此外，对于比较例3的振动元件，由于振动部仅通过加工硬化处理而形成，因而，与实施例1的振动元件相比，比较例3的振动元件的Q值较小且电力消耗较大，即，由于振动衰减率非常高且驱动效率很低，因而不利于小型化。
在振动元件的小型化时，为了使梁部31的长度最小，相对于所要求的扭转振幅，只要使应变振幅大到容许值极限即可。图9所示的比较例1、2的减压下的Q值是以大致为容许值极限的应变振幅进行操作时的值，与镜形状、扭转振幅不相关，在制造最小的振动元件的情况下，Q值成为该值。在大气压下，由于施加有空气阻力，Q值低于该值。即，在振动不产生不稳定的范围内来制造最小的振动元件的情况下，比较例1、2的材料的Q值为550至740左右，不能获得超过1000的Q值。
与此相对，在减压下，实施例1的振动元件以与比较例1、2相同的尺寸，获得了超过1000的Q值，具体而言，获得了超过4000的Q值。另外，如上所述，由于应变振幅的容许值较大，因而能够使振动元件小型化，但是，如图6的6a所示，在减压下，实施例1的振动衰减率基本上没有应变振幅依赖性，即使由小型化增大了应变振幅，Q值也发生不变化。即，能够同时实现振动元件的Q值提高与小型化。
另外，在大气压下，如上所述，能够使实施例1的振动元件小型化，但是，Q值由于受到与镜形状、扭转振幅等相对应的空气阻力的影响而降低。但是，如图9所示，以与比较例1、2相同的尺寸，能够获得超过1400的值，这示出了采用本发明能够实现比较例1、2的材料所不能获得的、超过1000的Q值。
另外，对于实施例1的振动元件，以2kHz的共振频率，扭转振幅40°，并以超过SUS301和SUS631的容许应变振幅的值进行了耐久性试验，其结果得知，能够获得4×1010次以上（5000小时以上）的耐久性。
另外，图9所示的实施例1的振动元件的特性数据毕竟是为了与比较例1～3做比较而通过制造与比较例1～3相同形状的各振动元件所获得的数据，并不限定本发明的特性。
第二实施方式
图14是表示具有本发明的第二实施方式的振动元件的致动装置的一例的概略剖视图。
如图14所示，本实施方式的致动装置1A，没有设置用于密封振动元件30的盖构件，除了将振动元件30设为大气开放的结构之外，其他结构与上述第一实施方式相同。另外，在本实施方式中，对于上述第一实施方式中说明的相同结构部分标注了相同的符号，并省略重复的说明。
具体而言，在本实施方式的致动装置1A中，构成振动部的梁部31向大气开放，并在常压状态下使用。另外，保持构件20A在残留有其周缘部的同时在中央设有通孔21A。在这种带有空气阻力的影响的使用环境中，由于利用实施了加工硬化和时效硬化处理的Co-Ni基合金来形成梁部31，因而，形成在确保希望的疲劳特性和振动特性的同时有助于小型化的器件。另外，在本实施方式中，由于含有梁部31的振动部对大气开放，为了减小空气阻力的影响，因而，优选采用降低了远离扭转振动的旋转中心且移动速度较大的部位的面积的、例如图8的8d～8f所示的那样的光学镜部322和梁部31B的形状。
第三实施方式
图15是表示具有本发明的第三实施方式的振动元件的致动装置的一例的概略图，图15的15a是俯视图，图15b是B-B’剖视图，图15c是盖安装结构例。
如图15的15a和15b所示，本实施方式的致动装置1B，除了将梁部31B设成悬臂状以构成振动元件30B之外，其他结构与上述第一实施方式相同。另外，在本实施方式中，对于在上述第二实施方式中说明的相同结构部分标注了相同的符号，并省略重复的说明。
如图15的15a和15b所示，相对于框体60，梁部31B仅设在单侧即悬臂梁状。并且，质量体32B设在作为梁部31B的自由端侧的顶端侧。通过采用这种结构，质量体32B的重心位于梁部31B的延长线上，即使是以单侧支承的结构也能够进行稳定的振动。
在该结构中，特别是，为了防止自重导致的挠曲，期望梁部的长度方向的杨氏模量较大，优选在形成有<110>织构的方向上形成梁部。
另外，如图15的15c所示，在采用致动装置1B的结构的情况下，通过如上述第一实施方式那样设置盖构件40并将振动元件30B设置在减压空间50内，从而能够降低空气阻力并获得更稳定的振动特性。
第四实施方式
图16是表示具有本发明的第四实施方式的振动元件的致动装置的一例的概略图，图16的16a是仰视图，图16b是C-C’剖视图，图16c是D-D’剖视图。
如图16所示，在本实施方式的致动装置1C中，设有从框体70C处以梁状架设的一对第一梁部31a和用于将该一对第一梁部31a架设的第二梁部31b。另外，在致动装置1C中，在第一梁部31a上设有能够从外部施加电压的多个压电元件100，并在第二梁部31b上设置质量体32C以构成振动元件30C，除此之外的构成与上述第一实施方式相同。另外，在本实施方式中，对于上述第一实施方式中说明的相同结构部分标注了相同的符号，并省略重复的说明。
具体而言，在对框体70C进行大致平行地架设的一对第一梁部31a的、与第二梁部31b的连结部分的两侧分别设有压电元件100。另外，压电元件100由对钛酸锆酸铅、钛酸钡、钛酸铅、铌酸铅等压电体膜、上电极（未图示）进行层叠而形成。并且，虽然没有图示，但是，通过借助于框体70C与上电极从驱动电路向各压电元件100施加电压，并使压电元件100产生相互反方向的挠曲振动，从而能够对第一梁部31a施加扭转力矩。由此，在振动元件30C中被激励生成扭转振动。光学镜部322C配置在镜设置部311C的两表面上。利用这种结构，在对反射膜进行成膜的情况下，保持膜应力的平衡并防止光学镜部322C的变形，在对形成有镜面的构件进行接合的情况下，起到保持重心的平衡的作用。
与框体70C一体地形成的质量体32C和第一梁部31a及第二梁部31b与上述第一实施方式相同，由加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金形成。在提高压电特性这点上，对于压电元件100的压电体膜，在使用钛酸锆酸铅（PZT）等由于热处理导致金属材料与铅发生反应而发生问题的压电膜的情况下，优选在金属材料与压电膜之间形成用于防止铅扩散的中间层。另外，为了形成压电元件100，较为理想的是使用气溶胶沉积法（AD法）。
形成有压电元件100的第一梁部31a与压电元件100一起被进行热处理，压电元件100的特性改善与Co-Ni基合金的时效硬化同时进行。由此，能够简化制造工艺。热处理条件期望是以500℃～700℃，在还原氛围下进行1～3小时。此处，由于时效硬化后的Co-Ni基合金的耐热性优异，因而，也可以在时效硬化后的Co-Ni基合金上形成压电元件100并进行压电膜的热处理。
振动元件30C的特性与上述第一实施方式相同，并且也能够使振动元件30C小型化。并且，在本实施方式中，与利用粘接等配置压电元件100的情况相比，由于能够大幅降低压电元件100的驱动压电，因而能够使电源电路等的驱动部小型化。
另外，在本实施方式中，示出了致动装置1C的结构变形例，在第一梁部31a和第二梁部31b上使用了加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金这点上，能够获得与上述第一实施方式相同的作用效果。
第五实施方式
图17是表示本发明的第五实施方式的具有振动元件的图像形成装置的概略图。
如图17所示，在本实施方式的图像形状装置200中，能够应用上述第一实施方式～第四实施方式所说明的振动元件30等（在图17中，图示为振动元件30）。图像形状装置200是激光束打印机（LBP）等，由激光器201射出的光通过射出光学系统202后被振动元件30的光学镜部反射，通过成像光学系统203后在感光体204上扫描。利用BD传感器205对被扫描的激光进行检测，根据其检测信号来使控制电路206输出扫描角的控制信号并向振动元件30的驱动电路207反馈。由于本实施方式的图像形状装置200包括具有由加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金构成的振动部（梁部）的振动元件30，因而，有利于小型化，能够降低抖动等不稳定性并进行稳定的激光扫描，能够进行扫描角的高精度控制。
第六实施方式
图18是表示本发明的第六实施方式的具有振动元件的视频投影装置的概略图。
如图18所示，在本实施方式的视频投影装置300中，能够应用上述第一实施方式～第四实施方式所说明的振动元件30等（在图18中，图示为振动元件30）。从含有RGB3原色的光源301射出的光照射于在振动元件30上设置的镜面，利用垂直扫描装置302进行二维扫描，并作为视频而投影到屏幕303上。
并且，垂直扫描装置302的扫描速度比振动元件30慢。对于垂直扫描装置302，使用以非共振驱动能够进行高精度定位的检流计镜。根据由控制电路304输出的控制信号并利用驱动电路305来对振动元件30的扫描角进行控制。并且，同样根据来自控制电路304的输出对垂直扫描装置302的扫描角进行控制。控制电路304根据由输入部306和距离测定器307对投影视角、投影尺寸进行的设定与视频的尺寸、横纵比来更改振动元件30与垂直扫描装置302的扫描角。即使不变更扫描角，也能够用光源301的点亮/熄灭（ON/OFF）控制来改变视频的投影尺寸，但是，利用变更扫描角可减少光源301的熄灭（OFF）时间，由此能够有效地利用光。
由于本实施方式的视频投影装置300包括具有用于构成由加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金构成的振动部的梁部的振动元件30，因而，有利于小型化，能够降低抖动等不稳定性，即使变更扫描角也能进行稳定的操作。另外，由于振动衰减率的应变振幅依赖性较小，因而，在增大扫描角时，不会有急剧的电力消耗增加。并且，通过光的有效利用，能够降低光源301的驱动电力。由此，在小型化的同时，能够降低驱动部、电池的容积，并能够实现小型且高性能的视频投影装置300。
本发明并不受上述实施方式的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够进行各种变更和变形，因此，为了公开本发明的范围，附带以下的权利要求。
本发明以2009年12月16日提交的日本国专利申请特愿2009-284738为基础主张优先权，在此引用其记载的全部内容。

Claims (23)

1.一种振动元件，其特征在于，包括：
振动部，其具有通过实施使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理而形成的梁部，
所述振动部向与所述梁部的纵长方向轴线交叉的方向扭转振动，且具有表示驱动频率与应变振幅的大小的关系的振动特性曲线的峰形随着振幅的增加从线对称变为非线对称的特性，
所述振动部在呈现所述线对称的特性的范围内被驱动。
2.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部由以下方式形成，即，在对实施了使杨氏模量降低的加工硬化处理的原料实施加工成规定的形状的成形加工处理之后，实施使由所述加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理。
3.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部从所述振动部的基座设成梁状，
所述振动部向与所述梁部的纵长方向轴线交叉的方向扭转振动。
4.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部通过实施了拉伸加工而形成。
5.根据权利要求4所述的振动元件，其特征在于，
除了所述拉伸加工之外，还对所述梁部实施了减薄加工。
6.根据权利要求4所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部通过一边线状地拉伸一边进行减薄而形成。
7.根据权利要求4所述的振动元件，其特征在于，
在所述梁部的外周面形成有由所述拉伸加工形成的加工痕迹。
8.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部从所述振动部的基座设成梁状，在将该梁部的宽度设为w并将厚度设为t时的截面纵横比t/w大于0.3。
9.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部从所述振动部的基座设成梁状，并且，在所述振动部上设有光学镜部，所述光学镜部的惯性矩为所述梁部的惯性矩的两倍以上。
10.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部包含：设成长条梁状且不安装光学镜部的第一区域和第二区域与安装所述光学镜部的第三区域，所述第三区域在所述振动部的纵长方向上由所述第一区域与所述第二区域所夹持，
所述时效硬化处理在所述第一区域和所述第二区域、与所述第三区域在彼此不同的温度条件下进行。
11.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部的应变振幅大于3×10-3。
12.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部的表示振动的容易程度的Q值为1000以上。
13.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部由加工硬化和时效硬化型Co-Ni基合金构成。
14.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部由实施了加工硬化和时效硬化的Co-Ni基合金构成。
15.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，还具有：
减压空间形成部，其形成配置所述振动部的至少一部分的减压空间。
16.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
还具有设置在所述振动部上的光学镜部，
所述光学镜部设置在所述振动部上，具有大于所述振动部的宽度尺寸的外形形状，并且，具有从与所述振动部相对的部分向外侧突出的部分越接近顶端越逐渐变小的形状。
17.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部的组成按重量比包括Co：31.0％～37.3％、Ni：31.4％～33.4％、Cr：19.5％～20.5％、Mo：9.5％～10.5％。
18.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部表现出非磁性。
19.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述梁部设成简支梁状或悬臂梁状。
20.一种光扫描装置，其特征在于，包括：
振动部，其具有由实施使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理而形成的梁部；
光学镜部，其设置在所述振动部上；
驱动部，其使所述振动部振动；和
光源，其对所述光学镜部的镜面照射光，
所述振动部向与所述梁部的纵长方向轴线交叉的方向扭转振动，且具有表示驱动频率与应变振幅的大小的关系的振动特性曲线的峰形随着振幅的增加从线对称变为非线对称的特性，
所述振动部在呈现所述线对称的特性的范围内被驱动，
该光扫描装置基于通过所述振动部进行的所述光学镜部的振动来进行光扫描。
21.一种致动装置，其特征在于，包括：
振动部，其具有实施了使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理的梁部；和
驱动部，其使所述振动部振动，
所述振动部向与所述梁部的纵长方向轴线交叉的方向扭转振动，且具有表示驱动频率与应变振幅的大小的关系的振动特性曲线的峰形随着振幅的增加从线对称变为非线对称的特性，
所述振动部在呈现所述线对称的特性的范围内被驱动。
22.一种视频投影装置，其特征在于，包括：
振动部，其具有实施了使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理的梁部；
光学镜部，其设置在所述振动部上；
驱动部，其使所述振动部振动；和
光源，其对所述光学镜部的镜面照射光，
所述振动部向与所述梁部的纵长方向轴线交叉的方向扭转振动，且具有表示驱动频率与应变振幅的大小的关系的振动特性曲线的峰形随着振幅的增加从线对称变为非线对称的特性，
所述振动部在呈现所述线对称的特性的范围内被驱动，
该视频投影装置基于通过所述振动部进行的所述光学镜部的振动来进行光扫描从而对视频进行投影。
23.一种图像形成装置，其特征在于，包括：
振动部，其具有实施了使杨氏模量降低的加工硬化处理与使由该加工硬化处理降低了的杨氏模量回复或上升的时效硬化处理的梁部；
光学镜部，其设置在所述振动部上；
驱动部，其使所述振动部振动；和
光源，其对所述光学镜部的镜面照射光，
所述振动部向与所述梁部的纵长方向轴线交叉的方向扭转振动，且具有表示驱动频率与应变振幅的大小的关系的振动特性曲线的峰形随着振幅的增加从线对称变为非线对称的特性，
所述振动部在呈现所述线对称的特性的范围内被驱动，
该图像形成装置基于通过所述振动部进行的所述光学镜部的振动来进行光扫描从而形成图像。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9024992B2 (en) 2011-01-07 2015-05-05 Canon Denshi Kabushiki Kaisha Vibrating element, optical scanning device, and image forming device and image projection device using same
US9878901B2 (en) 2014-04-04 2018-01-30 Analog Devices, Inc. Fabrication of tungsten MEMS structures
JP2017003744A (ja) * 2015-06-09 2017-01-05 セイコーエプソン株式会社 光学デバイスおよび画像表示装置
JP7181448B2 (ja) * 2018-03-30 2022-12-01 ミツミ電機株式会社 アクチュエータ及び光走査装置
JP6890856B1 (ja) * 2020-03-04 2021-06-18 国立大学法人東北大学 全方位走査ミラー
FR3122049B1 (fr) * 2021-04-15 2023-03-03 Commissariat Energie Atomique Dispositif électromagnétique de conversion d'une énergie mécanique en une énergie électrique

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101126837A (zh) * 2006-08-14 2008-02-20 株式会社理光 振动镜,光写设备,以及成像装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09117721A (ja) * 1994-09-28 1997-05-06 Seiko Instr Inc 振動モジュール
JPH08283893A (ja) * 1995-04-14 1996-10-29 Seiko Instr Inc モータシャフト
JPH0931577A (ja) * 1995-05-17 1997-02-04 Seiko Instr Inc ダイヤフラム
JPH10176232A (ja) * 1996-12-18 1998-06-30 Brother Ind Ltd 光走査装置
JP4691704B2 (ja) 2005-04-13 2011-06-01 独立行政法人産業技術総合研究所 光走査装置
US7817318B2 (en) * 2005-12-09 2010-10-19 Canon Kabushiki Kaisha Oscillating system and optical deflector
JP5170983B2 (ja) * 2006-05-30 2013-03-27 キヤノン株式会社 光偏向器、及びそれを用いた光学機器
JP2008070863A (ja) 2006-08-14 2008-03-27 Ricoh Co Ltd 振動ミラー、光書込装置および画像形成装置
JP5582518B2 (ja) 2006-09-27 2014-09-03 独立行政法人産業技術総合研究所 光走査装置
JP5103107B2 (ja) * 2007-09-18 2012-12-19 セイコーインスツル株式会社 高弾性合金
JP2009109905A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Ricoh Co Ltd 振動ミラー、光走査装置、光書込装置、画像形成装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101126837A (zh) * 2006-08-14 2008-02-20 株式会社理光 振动镜,光写设备,以及成像装置

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