JP2006201518A - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小さい駆動電圧で安定してミラーを回転させること及び共振周波数のばらつきを吸収して、必要な振れ角を安定して得られる光走査装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 ミラー基板端部及び一対の連結枝部に、駆動源を水平及び垂直方向に複数個配置することにより、駆動力を連続的に大きく加える光走査装置において、捩れバネ部と連結枝部とを対向させた構成とすることにより、チップ面積を大きくすることなく大きな駆動力を得ることができ、また、分岐部分での捩れ応力が緩和されるため、捩れバネ部が破損しにくい。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、光走査装置及びこれを備えた画像形成装置（デジタル複写機やレーザプリンタなど）に関する。

従来の光走査装置においては、光ビームを走査する偏向器としてポリゴンミラーやガルバノミラーが用いられていた。

光走査装置は主に画像形成装置に用いられるが、近年の画像形成装置は、高解像度の画像を高速に形成することが要求されている。このためには偏向器としてポリゴンミラーを高速で回転させたり、ガルバノミラーを高速で揺動させる必要がある。この場合には、軸受の耐久性不足や風損による発熱、騒音といった問題が発生するため、従来構造の光走査装置では高速走査に限界がある。

これに対し、近年ではシリコンマイクロマシニングを利用した光偏向器の研究が進められている。シリコンマイクロマシニングを利用した光偏光器に関する従来技術としては特許文献１に開示される「光走査装置」がある。

シリコンマイクロマシニングを利用した光偏光器においては、特許文献２や特許文献３に開示されるように、Ｓｉ基板で振動ミラーとそれを軸支するねじり梁とを一体形成する方式が提案されている。

特許文献２や特許文献３に開示される方式によれば、共振を利用して往復運動させるため、高速動作が可能であるにも関わらず、騒音が低いという利点がある。さらに、振動ミラーを揺動させるための駆動力も小さくて済むため、消費電力を低減できる。

共振を利用して往復振動させるミラーの場合、
（１）外的要因（温度、湿度、振動等）によって共振周波数が変動し、振れ角が極端に小さくなる。
（２）作製時に発生する形状ばらつきや外的要因によって共振周波数にばらつきが発生するため、そのばらつきが大きいと複数のミラーを使用する場合には各々駆動周波数を変えなければならなくなり、煩雑であるとともにコストがかかるといった走査安定性に関して問題がある。
さらに、静電力を用いる消費電力の小さい静電駆動型のミラーの場合は、
（３）大きな振れ角得ようとすると駆動電圧が高くなる。
という問題がある。

このような問題を解決するためには、駆動源となる大きな外力を安定して連続的に加えてやる必要がある。上記特許文献３には、固定電極をミラー部の振動方向に重ならない位置に配置したものが開示されているが、このような構成として得られる外力は、十分とは言えない。

また、非特許文献１においては、対向電極をミラーの振れの中心から傾斜させて設置することで、ミラーの振れ角を変えずに駆動電圧をさげたものが開示されている。その反対に、特許文献４には、振動するミラーに傾斜を持たせて、駆動電圧を下げた構成が開示されている。非特許文献１や特許文献４に開示される発明は、ミラーが大きく振れ固定電極とが接触したりした時に、ミラーと固定電極との間で固着が発生する懸念があり、信頼性に問題がある。
特開２００２−４８９９８号公報 登録特許第２９２４２００号公報 登録特許第３０１１１４４号公報 特開２００１−３３７２７号公報 The 13th Annual International Workshop on MEMS2000 (2000) 645-650

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、小さい駆動電圧で安定してミラーを回転させること及び共振周波数のばらつきを吸収して、必要な振れ角を安定して得られる光走査装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、梁をねじり回転軸として往復振動することにより光源からの光ビームを偏向するミラー基板を有し、振動によって捩れ変位を生じる捩れバネ部と、該捩れバネ部の一端から分岐してミラー基板を周辺部と連結する一対の連結枝部とを梁が備えた光走査装置であって、捩れバネ部と連結枝部との結合部分は、略Ｗ字形となるように形成されていることを特徴とする光走査装置を提供するものである。外力発生手段を備えた連結枝部と捩れバネとを対向させることにより、チップ面積を大きくすることなく大きな駆動力を得られる。また、捩れバネ部と連結枝部との分岐点の捩れ応力が緩和されるため、捩れバネが破損しにくくなる。

本発明の第１の態様においては、連結枝部は、捩れバネ部を中心軸としてミラー基板を回転させる外力発生手段を備えることが好ましく、これに加えて、外力発生手段を、捩り回転軸の水平方向に複数個形成すること、又は、外力発生手段を、捩り回転軸の垂直方向に複数個形成すること、もしくは、外力発生手段を、捩り回転軸の水平方向及び垂直方向に複数個形成することが好ましい。外力発生手段を回転軸の水平方向に複数個形成し、各々の外力発生手段を個別に制御することにより、外力を連続的に伝達できる。また、外力発生手段を回転軸の垂直方向に複数個形成し、各々の外力発生手段を個別に制御することにより、外力を連続的に伝達することができ、効率よくミラーを回転させられる。このときは、回転するミラーの変位位置を考慮することにより、効率よくミラーを回転させられる。水平方向及び垂直方向の両方に外力発生手段を設ければさらに効率よくミラーを回転させられる。
これらの構成の場合には、外力発生手段は、ミラー基板の端部及び一対の連結枝部に設けた可動電極と、これらに対向して配置された固定電極とからなり、両電極間に生じる静電気力によって捩れバネ部を中心軸としてミラー基板を回転させることが好ましく、これに加えて、可動電極及び固定電極を備える基板自体が導体であり、その一部が電極として機能することがより好ましい。可動電極と固定電極とは電気的にはコンデンサとして作用するために、駆動時の消費電力は大部分がこのコンデンサの充放電で消費されるだけであり、非常に小さい。また、電極部として基板上に金属膜などを被膜形成する場合と異なり、電極の形成プロセスが簡単である。また、一枚の基板を用いて、可動電極と固定電極とを同時かつ容易に形成できる。さらに、基板自体が導体であるため、外部に配線を引き出す際の外部電極を容易に任意の位置に形成できる。

また、本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、基板は、垂直方向に貫通したスリット溝によって空間的に絶縁分離されることによって、その一部が振動ミラーをなしており、スリット溝は、振動ミラーの揺動空間に連通していることが好ましい。スリット溝による電極部間の良好な絶縁特性が得られるとともに、揺動空間を密閉封止する際には、スリット溝は揺動空間と連通しているため、スリット溝にゲッター（ガス吸着材）を備えることで、所望の真空・気密封止空間を設定、維持できる。
また、所定の周波数の電圧を印加してミラー基板を往復振動させる駆動電圧発生手段とを有し、共振周波数の近傍かつ共振ピークから外れた帯域において振動ミラーを駆動することが好ましい。共振ピークから外れた帯域で用いることにより、駆動周波数に対する調整幅を広げられる。

また、本発明は、第２の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成に係る光走査装置と、該光走査装置によって静電像が形成される感光体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置を提供するものである。このような構成とすれば、従来のポリゴンミラーを用いたものに比べ、消費電力が小さく、低騒音な画像形成装置を得られる。

本発明によれば、小さい駆動電圧で安定してミラーを回転させること及び共振周波数のばらつきを吸収して、必要な振れ角を安定して得られる光走査装置及びこれを備えた画像形成装置を提供できる。

〔発明の原理〕
本発明を好適に実施した光走査装置について説明する。ここでは、Ｓｉ基板２枚で構成される静電駆動型のマイクロミラーを例とするが、３枚以上の基板を用いてもよい。
図１０に、可動櫛歯電極がミラー基板端部及び一対の連結枝部を備えている従来型のマイクロミラーの構造を示す。このマイクロミラーは、（ａ）に示す第１のＳｉ基板と（ｂ）に示す第２のＳｉ基板とは、絶縁層を介して接合された構成となっている。

マイクロミラーのＡ−Ａ’断面を図１１に示す。マイクロミラーはＳＯＩ基板を用いて作製されており、ここでは両方のＳＯＩ基板とも低抵抗の基板（導体）を用いている。これらの基板にはエッチングによって、第２のＳｉ基板に振動ミラーの揺動空間が、第１のＳｉ基板に振動ミラーがそれぞれ形成されている。なお、低抵抗の基板（導体）を用いることにより、基板に金属を形成することなく基板自体を電極として兼用できる。さらに、それぞれの基板には、振動ミラー側の可動櫛歯電極に対向する位置に第１及び第２の固定櫛歯電極が形成されている。電極形状を櫛歯形状にすることにより、駆動電圧を低減できるさらに、捩り回転方向に２段に電極が形成されるため、振動ミラーには常に駆動トルクがかかる状態となっており、振れ角を大きくとれる。

また、複数の電極を絶縁分離するためのスリット溝、電極パッド及びミラー面には金属膜が形成されている。

第１のＳｉ基板には、第２のＳｉ基板に形成される電極パッドに対向する位置に貫通孔が形成されており、電極取り出し用の開口となっている。よって、図示する構成では、振動ミラーと同一基板上に形成した電極の電極パッドと、振動ミラーと別基板上に形成した電極の電極パッドとが共に同方向（紙面上方向）に露出するように形成されている。また、ＳＯＩ基板の絶縁分離を行っているスリット溝には、ゲッター（ガス吸着材）を配置できる。スリット溝は、封止空間と繋がっているため、ゲッターを配置しておくことによって、所望の真空・気密封止空間を設定・維持できる。

図１２に、同様の製造方法を用いて作製した、捩れバネ部と連結枝部とが対向する位置関係にある本発明のマイクロミラーの構成を示す。図１０と同等の可動電極を備えつつ、チップ面積の増大を抑えている。また、捩れバネ部と連結枝部との分岐部分が図１０に示した構成よりも大きいため、捩れ応力が緩和され、捩りバネが破損しにくくなる。

図１３に、電極部が水平及び垂直方向に複数個存在する場合の構成を示す。（ａ）は、振動ミラーが形成された方の第１のＳｉ基板の上面図であり、ミラー端部及び連結枝部に形成される可動電極は、回転軸からの距離が異なる位置に複数形成されている。（ｂ）は、振動ミラーの垂直方向に形成される固定電極が複数独立している第２のＳｉ基板の上面図である。このような構成とすることにより、後段で説明するように（図３〜図５及びこれらを説明する文章を参照）駆動力を連続的に加えることができるため、駆動電圧の低電圧化が可能となる。また、共振ピークから外れた帯域で利用する場合、振れ角の急激な低下を抑えることができ、振れ角を高く（大きく）安定に保てる。
なお、第１の基板の電極パッドと、第２の基板の電極パッドの向きを相対する位置に配置している（換言すると、第１の基板のスリットと第２の基板のスリットとができるだけ重ならないようにしている）。このような構成とすることにより、第１及び第２の基板のスリットに分離された島状の固定電極は互いに交差するようになり、基板の強度が向上するという効果もある。

上記本実施形態に係るマイクロミラーの動作状態について説明する。

〔実施の形態〕
図１に、本発明の好適な実施の形態に係る光走査装置に用いられる振動ミラーモジュールの構成を示す。
振動ミラー基板は、２枚のＳｉ基板２０６、２０７を絶縁膜（酸化膜など）を介して接合して構成される。第１のＳｉ基板２０６は、厚さ６０μｍのシリコン製の基板であり、可動ミラー２０２及び同一直線上で軸支するねじり梁２０８は、その周囲をエッチングによって除去して固定枠２１０から分離することによって形成されている。

可動ミラー２０２は、ねじり梁２０８を対称軸として軸対称に形成され、両端の縁部及び対向する固定枠２１０の内辺には、数μｍのギャップを有して互いに噛みあうように櫛歯状の凹凸が形成されている。可動ミラー２０２の表面には、金属被膜（Ａｕなど）が蒸着されて反射面が形成されている。

図２に示すように、絶縁層を介して接合した各基板を島状に分離することで、基板そのものを個別に電極として形成しており、可動ミラー両端の凹凸部を第１及び第２の可動電極（説明の便宜上異なる名称で表記するが同電位）、対向する固定枠２１０の凹凸部を第１及び第２の固定電極（説明の便宜上異なる名称で表記するが同電位）としている。

また、第２の基板２０７は、１４０μｍのシリコン製の基板であり、エッチングによって中央部を貫通し、固定枠２１０に形成した凹凸部と重なり合う内辺には外郭が一致するように鋸歯状に凹凸を形成して、同様に第３及び第４の固定電極２１１、２１２とする。第３及び第４の固定電極２１１、２１２は、可動ミラーの揺動に沿って第１及び第２の可動電極が噛みあうように通過する。

第１及び第２の固定電極２０３、２０４には同位相の電圧パルスを印加し、第３の固定電極２１１には、第１及び第２の固定電極２０３、２０４に印加する電圧パルスよりも進んだ位相の電圧パルスを、第４の固定電極２１２には、第１及び第２の固定電極２０３、２０４に印加する電圧パルスよりも遅れた位相の電圧パルスが印加される。

図３に、可動ミラーの振れ角に対応して各電極間に発生する静電トルクを示す。また、図４に電極の断面を示す。図中、左回り方向の静電トルクを正としている。
可動ミラー２０２の初期状態は水平であるが、第３の固定電極２１１に電圧を印加すると対向する可動電極との間で負の方向での静電力を生じ、ねじり梁２０８を捩りながら回転し、ねじり梁２０８の復元力と釣り合う振れ角まで傾く。電圧が解除されると、ねじり梁２０８の復元力によって可動ミラー２０２は水平に戻るが、水平に戻る直前に第１及び第２の固定電極２０３、２０４に電圧を印加することによって正の方向での静電力を生じさせ、引き続き第４の固定電極２１２に電圧を印加することによって、正の方向の静電トルクをさらに強めるように電極の切換を行う。これを繰り返し行うことで、可動ミラーをその両端の可動電極が対向する第１及び第２の固定電極２０３、２０４を抜ける振れ角（ここでは約２°）にて往復振動させる。

ここで、可動ミラー２０３の慣性モーメント、ねじり梁２０８の幅と長さを、走査する所望の駆動周波数に合わせ、ねじり梁２０８を回転軸とした１次共振モードの帯域にかかるように設計することによって、可動ミラーの振動が励振されて振幅が著しく拡大し、可動ミラー両端の可動電極が対向する第３、第４の固定電極を抜ける角度まで振れ角を拡大できる。

これによって、第３及び第４の固定電極を抜けた振れ角でも水平に戻す方向、第３の固定電極では可動ミラーに正の方向での静電力が生じるため、静電トルクの働く振れ角範囲を拡大でき、共振周波数を外れた駆動周波数においても、大きな振れ角を維持できる。

図５に、駆動周波数に対する振れ角の特性を示す。駆動周波数を共振周波数に一致させれば、最も振れ角を大きくとれるが、共振周波数付近では周波数が変わると振れ角が急峻に変化する。従って、初期的には可動ミラーの駆動制御部において固定電極に印加する駆動周波数を共振振動数に合うように設定できるが、温度変化などで共振周波数が変動した際には振れ角が激減してしまい、経時的な安定性に乏しい。
また、後段において説明するように、複数の可動ミラーを有する構成の場合には、固有の共振振動数には各々にばらつきがあるため、共通の駆動周波数では駆動できない。

このため、駆動周波数は、可動ミラー２０２とねじり梁２０８とからなる振動部固有の共振周波数近傍で、比較的振れ角の変化が少ない、共振周波数よりも高周波側の帯域に設定する。例えば、共振周波数が２ｋＨｚであれば、駆動周波数は２．５ｋＨｚとし、振れ角はゲイン調整によって±５°に合わせる。

この際、振動ミラーの加工誤差による共振振動数のばらつき、及び、温度による共振周波数の変動のいずれがあっても駆動周波数が共振周波数にかからないような周波数帯域に駆動周波数を設定することが好ましい。
例えば、共振周波数が２ｋＨｚ、加工誤差により共振振動数のばらつきを３００Ｈｚ、温度による共振周波数の変動を３Ｈｚとすると、駆動周波数は２．３０３ＫＨｚ以上又は１．６９７ｋＨｚ以下に設定することが好ましい。

可動ミラーの寸法を、縦２ａ、横２ｂ、厚さｄ、ねじり梁の長さをＬ、幅をｃとすると、材料であるＳｉの密度ρ及び材料定数Ｇを用いて、慣性モーメントＩ及びバネ定数Ｋは下記式（１）及び式（２）のように表される。
Ｉ＝（４ａｂρｄ／３）・ａ² ・・・（１）
Ｋ＝（Ｇ／２Ｌ）・｛ｃｄ（ｃ²＋ｄ²）／１２｝ ・・・（２）

共振周波数ｆは、下記式（３）で表される。
ｆ＝（１／２π）・（Ｋ／Ｉ）^1/2＝（１／２π）・｛Ｇｃｄ（ｃ²＋ｄ²）／２４ＬＩ｝^1/2 ・・・（３）

ここで、梁の長さＬと振れ角θとは比例関係にあるため、振れ角θは下記式（４）で表される。
θ＝Ａ／Ｉｆ² （Ａは定数） ・・・（４）
振れ角θは、慣性モーメントＩに反比例するため、慣性モーメントＩを低減せずに共振振動数ｆを高めると振れ角θは小さくなってしまう。このため、可動ミラー反射面の裏側（図１の２０２の裏面）は、基板厚ｄの部分を格子状に残し、それ以外の部分はｄ／１０以下の厚さにエッチングして肉抜きすることで慣性モーメントＩを約１／５に低減している。

これらの慣性モーメントに利くパラメータ、ねじり梁の寸法誤差などが共振周波数のばらつきを発生させる要因となる。

一方、空気の誘電率ε、電極長さをＨ、印加電圧をＶ、電極間距離をδとすると、電極間の静電力Ｆは、下記式（５）で表される。
Ｆ＝εＨＶ²／２δ ・・・（５）
また、振れ角θは下記式（６）のようにも表される。
θ＝Ｂ・Ｆ／Ｉ （Ｂは定数） ・・・（６）
式（５）及び式（６）から明らかなように、電極長さＨが大きいほど振れ角θが大きくなり、櫛歯状とすることで、櫛歯数ｎに対して２ｎ倍の駆動トルクを得ている。このようにして外周長をできるだけ長くして電極長を稼ぐことで、低電圧で大きい静電トルクが得られるようにしている。

ところで、可動ミラーの速度ｕ、面積Ｅに対して、空気の密度ηとすると、可動ミラーの回転方向に対向して働く空気の粘性抵抗Ｐは下記式（７）で表される。
Ｐ＝Ｃ・ηｕ²・Ｅ³ （Ｃは定数） ・・・（７）

従って、可動ミラーをカバーで密封支、減圧状態に保持することが好ましい。
本実施形態においては、第１及び第２の基板２０６、２０７を接合してなる振動ミラー基板の中央部に凹状に可動ミラーの揺動空間を形成している。振動ミラー基板は、反射面を上側に向け、基体の外縁に形成された一対のＶ溝を結ぶ直線上にねじり梁を合わせて、リード端子を備えたベース基板２１７上に装着される。また、キャップ状に成形された透明樹脂製のカバー２０５を第２の基板２０７の上面に接合し、揺動空間には非蒸発型ゲッタを同梱している。非蒸発型ゲッタは、外部からの加熱によって活性化し、揺動空間内の気圧を１３３．３２２Ｐａ以下としている。なお、光ビームは、カバー２０５に形成されたスリット窓２１３を通じて入出射される。

カバー２０５の内側には、可動ミラー２０２と対向して対向ミラーが、ねじり梁と直交する方向に一体的に形成される。２枚の対向ミラー２１５は、スリット窓２１３を挟んで屋根状に所定角度（個々では１４４．７°）をなすように基板面より各々所定角度（ここでは９°及び２６．３°）傾けた傾斜面に、金属被膜を蒸着して反射面（図１の２１５や図６の４０２，４０３）とを対で配置した構成となす。

カバー２０５の底面には、可動ミラー面と平行に形成され、第２の基板２０７の枠部上面に当接して接合されるが、この際、第２の基板２０７には対向ミラーを位置決めするための指標２１４が両サイドにエッチングによって描かれ、これに対向ミラーのエッジを合わせるように基板上でアライメントしており、主走査方向に対向ミラーの方向を正確に合わせることができる。

図６に、光走査装置の副走査断面を示す。半導体レーザ１０１から射出した光ビームは、後述するようにカップリングレンズ１１０、シリンダミラー１３６を介して、可動ミラー４０１に対しねじり梁を含む副走査断面内で法線に対して副走査方向に約２０°傾けてスリット窓４０４から入射される。反射した光ビームは、第１の反射面４０２に入射されて可動ミラーへ戻され、さらに反射した光ビームはスリット窓４０４を超えて第２の反射面４０３に入射し、可動ミラーとの間で３往復しながら反射位置を副走査方向に移動させ、合計五回の可動ミラーでの反射により、再度スリット窓４０４から射出される。

本実施形態に係る光走査装置では、このように反射を複数回繰り返すことで光路を折り畳み、可動ミラーの振れ角が小さくとも大きな走査角が得られるようにしている。

いま、可動ミラーでの総反射回数をＮ、振れ角をθとすると、走査角αは、α＝２Ｎθとして表される。図示する例では、Ｎ＝５、θ＝５°であるから、最大走査角αは５０°となり、そのうちの３５°を画像記録領域としている。共振を利用することにより、印加電圧は微弱で済むため発熱は少ないが、上記式から明らかなように、記録速度（すなわち共振周波数）が大きくなるに従ってねじり梁のばね定数Ｋを高める必要があり、振れ角がとれなくなってしまう。
このため、上記のように対向ミラーを設けることで走査角を拡大し、記録速度によらず必要十分な走査角が得られるようにしている。

また、屋根状に対向して反射面を構成し、可動ミラーへの副走査方向での入射角度が繰り返し反射ごとに正負、換言すれば、反射に伴う進行方向が右向き、左向きに振り分けるようにすることで、斜め入射に伴う被走査面での走査線の曲がりを抑え、直線性を維持するとともに、光軸と直交する面内での光束の回転が射出時には元の姿勢に戻るようにして結像性能の劣化が起きないよう配慮している。

図７に、本実施形態にかかる光走査装置の分解斜視図を示す。また、図８に、光学素子の配置例を示す。
光源である半導体レーザ１０１は、フレーム部材１０２に立設された壁に配備された段付きの貫通穴１０３に、反対側からステム外周を基準に圧入され、段差部に鍔面を突き当てて光軸方向の位置決めがなされている。Ｕ字状の凹部１０５には、ＵＶ接着剤を介してカップリングレンズ１１０の光軸が半導体レーザ１０１からの射出軸と合うように、また、射出光束が平行光束となるように発光点と光軸方向との位置決めを行い、凹部とカップリングレンズとの隙間のＵＶ接着剤を硬化させて固定する。
図示する例では、光源部を三つ有するが、全て同一構成である。

カップリングレンズから射出した光ビームは、一対の取付斜面１０９に接合配備され、副走査方向に負の曲率を有するシリンダミラー１３６に入射され、副走査方向において可動ミラー面で集束する集束光束として振動ミラーモジュール１３０のスリット窓から入射される。

振動ミラーモジュール１３０は、ねじり梁の方向が光軸方向に合うように、フレーム底面側に設けられた段付きの角穴１０４の裏側から基体の外縁を基準に位置決めされ、段差部に鍔面を突き当てて可能ミラー面の位置に合わせ、位置決めされる。実施例の構成では、均等間隔に三つの振動ミラーモジュールが単一のフレーム部材１０２によって位置決めされる。

各振動ミラーモジュールは、プリント基板１１２に、ベース基板底面から突出したリード端子を各々スルーホールに挿入してはんだ付けし、フレーム部材１０２の下側開口を塞ぐように基板上面を当接して固定すると同時に、回路接続がなされる。

プリント基板１１２には、半導体レーザの駆動回路、可動ミラーの駆動回路を構成する電子部品及び同期検知センサ１１３が実装されており、外部回路との配線が一括してなされる。

一端がプリント基板に結線されたケーブル１１５は、半導体レーザのリード端子と接続される。

フレーム部材１０２は、ある程度剛性が確保できるガラス繊維強化樹脂やダイキャストアルミなどからなり、両端部には画像形成装置本体の構造体に取り付けるためのフランジ部１３１、１３３が形成されている。フランジ部１３１は基準穴を備えており、その内径に固定ネジ１３２の軸部が嵌合する。また、フランジ部１３３は長穴を備えており、固定ネジ１３２が貫通する。これらは各々ばね座金を介して感光体に対向させて固定される。
この際、基準穴を回転軸としたガタ分で被走査面（感光体）において各振動ミラーモジュールのいずれかで走査された走査線が被走査面の移動方向ｙと直交する方向ｘと平行となるように調節される。

フレーム部材１０２の上面は、角穴１０４の裏側に設けられた各振動モジュールのミラー法線方向の突き当て面と平行な面を無し、走査レンズを収納するハウジング１０６の底面より突出した２本の突起１３５をフレーム部材の係合穴に挿入して同面上での位置決めを行い、四隅をネジ止めして設置される。本実施形態では、ネジ１３７は、フレーム部材の貫通穴を介してプリント基板１１２に螺合され、フレーム部材を挟むように三位一体で結合され、その後で上記のはんだ付けがなされる。

ハウジング１０６には、結像手段を構成する第１の走査レンズ１１６、第２の走査レンズ１１７が主走査方向に配列され、各々の走査領域が僅かに重なるように位置決めされて一体的に保持される。
第１の走査レンズ１１６は、副走査方向基準面の中央に突出され主走査方向の位置決めを行う突起１２０、及び両端を係合して光軸方向の位置決めを行う平押面１１９を入射面側、出射面側各々備え、ハウジング１０６に一体形成された溝１２２に突起１２０を係合し、一対の切欠１２１の各々に各端の平押面１１９を挿入し、波板ばね１４３で入射面側に押し付けて同面内での姿勢を保持することで、光軸と直交する同一面に走査レンズ同士の相対的な位置をあわせる。また、副走査方向基準面をハウジング１０６から突出した突起１４５及び副走査方向に繰り返し自在な調節ネジ１４６の先端に突き当てて設置高さを位置決めし、カバー１３８と一体形成された板バネ１４１で押圧支持される。ネジ１４７は、カバー１３８を固定するためのねじである。

以上の説明は光走査装置を三つ配列した場合を例としたが、配列数はいくつであっても同様である。

図９に、本実施形態にかかる光走査装置を備えた画像形成装置の構成を示す。この画像形成装置は、四つの光走査装置５００によって各々に対応した感光体ドラム５０４に１色ずつ画像形成し、転写ベルトの回転に応じて単色画像を重ね合わせるタンデム方式の画像形成装置である。ここでは、光ビームの射出方向が下向きとなるように光走査装置を設置している。

転写ベルト５０１は、駆動ローラと２本の従動ローラとで支持され、移動方向に沿って均等間隔で各感光体ドラム５０４が配列される。感光体ドラムの周囲には、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色に対応したトナーを補給する現像ローラ５０２及びトナーホッパ部５０３、像転写後に感光体ドラムに残っているトナーをブレードで掻き取り備蓄するクリーニング部５０８が一体的に設置される。

各色画像は、転写ベルト５０１端に形成されたレジストマークを検出するセンサ５０５の信号をトリガとして副走査方向の書出しタイミングをずらして各光走査装置５００によって潜像が形成され、現像部にてトナーをのせて転写ベルト５０１上で順次画像を重ねていく。

用紙は、給紙トレイ５０７から給紙コロ５０６によって供給され、４色目の画像形成タイミングに合わせてレジストローラ５１０によって送り出されて、転写部５１１にて転写ベルト５０１から４色同時に重ねて転写され、トナー像を載せたまま搬送ベルト５１５によって定着器へ送られる。
転写されたトナー像は定着ローラ５１２によって定着させられ、排紙トレイ５１４へ排出される。

なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはなく、様々な変形が可能である。

本発明の好適な実施の形態に係る光走査装置の振動ミラーモジュールの構成を示す図である。 振動ミラーモジュールを構成する基板の構造を示す図である。 固定電極の静電トルクと振れ角との関係を示す図である。 電極の断面を示す図である。 駆動周波数と振れ角との関係を示す図である。 光走査装置の副走査方向の断面を示す図である。 光走査装置の分解斜視図である。 光学素子の配置例を示す図である。 光走査装置を備えた画像形成装置の構成を示す図である。 従来型のマイクロミラーの構成を示す図である。 マイクロミラーの製造工程を示す図である。 本発明の好適な実施の形態にかかる振動ミラーモジュールを構成する基板の構造を示す図である。 振動ミラーモジュールを構成する基板の別の構造を示す図である。

符号の説明

１０１ 半導体レーザ
１０２ フレーム部材
１０３ 貫通穴
１０４ 角穴
１０５ 凹部
１０６ ハウジング
１０９ 取付斜面
１１０ カップリングレンズ
１１２ プリント基板
１１３ 同期検知センサ
１１５ ケーブル
１１６ 第１の走査レンズ
１１７ 第２の走査レンズ
１１９ 平押面
１２０、１３５、１４５ 突起
１２１ 切欠
１２２ 溝
１３０ 振動ミラーモジュール
１３１、１３３ フランジ部
１３２ 固定ねじ
１３６ シリンダミラー
１３７、１４７ ネジ
１３８ カバー
１４１ 板バネ
１４３ 波板ばね
１４６ 調節ネジ
２０２ 可動ミラー
２０３ 第１の固定電極
２０４ 第２の固定電極
２０５ カバー
２０６ 第１の基板
２０７ 第２の基板
２０８ ねじり梁
２１０ 固定枠
２１１ 第３の固定電極
２１２ 第４の固定電極
２１３、４０４ スリット窓
２１４ 指標
２１５ 対向ミラー
２１７ ベース基板
４０１ 可動ミラー
４０２、４０３ 反射面
５００ 光走査装置
５０１ 転写ベルト
５０２ 現像ローラ
５０３ トナーホッパ部
５０４ 感光体ドラム
５０５ センサ
５０６ 給紙コロ
５０７ 給紙トレイ
５０８ クリーニング部
５１０ レジストローラ
５１１ 転写部
５１２ 定着ローラ
５１４ 排紙トレイ
５１５ 搬送ベルト

Claims (10)

1. 梁をねじり回転軸として往復振動することにより光源からの光ビームを偏向するミラー基板を有し、
   振動によって捩れ変位を生じる捩れバネ部と、該捩れバネ部の一端から分岐して前記ミラー基板を周辺部と連結する一対の連結枝部とを前記梁が備えた光走査装置であって、
   前記捩れバネ部と前記連結枝部との結合部分は、略Ｗ字形となるように形成されていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記連結枝部は、前記捩れバネ部を中心軸として前記ミラー基板を回転させる外力発生手段を備えることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記外力発生手段を、前記捩り回転軸の水平方向に複数個形成したことを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
4. 前記外力発生手段を、前記捩り回転軸の垂直方向に複数個形成したことを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
5. 前記外力発生手段を、前記捩り回転軸の水平方向及び垂直方向に複数個形成したことを特徴とする請求項２記載の光走査装置。
6. 前記外力発生手段は、前記ミラー基板の端部及び前記一対の連結枝部に設けた可動電極と、これらに対向して配置された固定電極とからなり、両電極間に生じる静電気力によって前記捩れバネ部を中心軸として前記ミラー基板を回転させることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の光走査装置。
7. 前記可動電極及び前記固定電極を備える基板自体が導体であり、その一部が電極として機能することを特徴とする請求項６記載の光走査装置。
8. 前記基板は、垂直方向に貫通したスリット溝によって空間的に絶縁分離されることによって、その一部が前記振動ミラーをなしており、
   前記スリット溝は、前記振動ミラーの揺動空間に連通していることを特徴とする請求項7のいずれか１項記載の光走査装置。
9. 所定の周波数の電圧を印加して前記ミラー基板を往復振動させる駆動電圧発生手段とを有し、
   共振周波数の近傍かつ共振ピークから外れた帯域において前記振動ミラーを駆動することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の光走査装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項記載の光走査装置と、該光走査装置によって静電像が形成される感光体と、静電像をトナーで顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置。

Images