JP2008111882A

JP2008111882A - Actuator, optical scanner and image forming apparatus

Info

Publication number: JP2008111882A
Application number: JP2006293300A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Mizoguchi; 安志溝口; Tomosuke Nakamura; 友亮中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-05-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator which exhibits desired oscillation characteristics by changing the torsional resonance frequency of an oscillator, which is composed of a movable plate and a pair of axis members, and to provide an optical scanner and an image forming apparatus. SOLUTION: This actuator has a rigidity changing means 6 which changes the torsional rigidity of the pair of axis members 23 and 24. The rigidity changing means 6 is provided with piezoelectric elements 61 and 62 which change the tension applied on the pair of axis members 23 and 24 by elongation and contraction, each of the axis members 23 and 24 is connected to a supporting part 22 via the piezoelectric elements 61 and 62, respectively, and the torsional rigidity of the pair of axis members 23 and 24 is changed by elongation and contraction of the piezoelectric elements 61 and 62. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an actuator, an optical scanner, and an image forming apparatus.

例えば、レーザープリンタ等にて光走査により描画を行うための光スキャナとして、捩り振動子で構成されたアクチュエータを用いた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、製造後（駆動中）に振動子の共振周波数を変更させることのできるアクチュエータが開示されている。特許文献１にかかるアクチュエータは、平面振動体と、平面振動体を支持するための固定部と、平面振動体と固定部とを連結する支持軸部材と、固定部と接合し平面振動体と対向する基板とを有している。このようなアクチュエータには、基板の面上であって、平面振動体に対応する部分に導電層が設けられており、この伝導層と平面振動体の間に静電引力を発生させ、平面振動体を基板側（すなわち、平面振動体の面に対して垂直な方向）に変位させることで、支持軸部材のバネ定数を変更し平面振動体の共振周波数を変更するように構成されている。
しかし、このようなアクチュエータを用いて光走査により描画を行う場合などには、共振周波数を変更することにより平面振動体の回動中心軸がずれてしまい、走査対象の所望の走査位置に照射させることができない。すなわち、特許文献１のアクチュエータは、所望の走査特性を発揮することができないという問題がある。 For example, as an optical scanner for performing drawing by optical scanning with a laser printer or the like, an optical scanner using an actuator composed of a torsional vibrator is known (for example, see Patent Document 1).
Patent Document 1 discloses an actuator that can change the resonance frequency of a vibrator after manufacturing (during driving). An actuator according to Patent Document 1 includes a planar vibrating body, a fixing portion for supporting the planar vibrating body, a support shaft member that connects the planar vibrating body and the fixing portion, and a fixed portion joined to the planar vibrating body. And a substrate to be used. In such an actuator, a conductive layer is provided on the surface of the substrate and corresponding to the plane vibrating body, and an electrostatic attractive force is generated between the conductive layer and the plane vibrating body to generate plane vibration. By displacing the body toward the substrate (ie, in a direction perpendicular to the plane of the plane vibrating body), the spring constant of the support shaft member is changed to change the resonance frequency of the plane vibrating body.
However, when drawing is performed by optical scanning using such an actuator, the rotation center axis of the plane vibrating body is shifted by changing the resonance frequency, and the desired scanning position to be scanned is irradiated. I can't. That is, the actuator of Patent Document 1 has a problem that it cannot exhibit desired scanning characteristics.

特開２００１−８２９６４号公報JP 2001-82964 A

本発明の目的は、可動板と１対の軸部材とで構成される振動子の捩り共振周波数を変更することで所望の振動特性を発揮することのできるアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an actuator, an optical scanner, and an image forming apparatus that can exhibit desired vibration characteristics by changing the torsional resonance frequency of a vibrator composed of a movable plate and a pair of shaft members. There is to do.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、可動板と、
前記可動板を回動可能に両持ち支持する長手形状をなす１対の軸部材と、
前記１対の軸部材を支持するための支持部と、
前記可動板を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動することにより、前記１対の軸部材を捩り変形させつつ前記可動板を回動させるように構成されたアクチュエータであって、
前記１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、
前記剛性変更手段は、伸縮により前記１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して前記１対の軸部材のうちの一方の軸部材と前記支持部とを連結し、前記圧電素子を伸縮させることで前記１対の軸部材の捩り剛性を変更するように構成されていることを特徴とする。
これにより、前記可動板と前記１対の軸部材とで構成される振動子の捩り共振周波数を変更することができ、所望の振動特性を発揮することのできるアクチュエータを提供することができる。 Such an object is achieved by the present invention described below.
The actuator of the present invention includes a movable plate,
A pair of shaft members having a longitudinal shape for supporting both of the movable plates in a rotatable manner;
A support portion for supporting the pair of shaft members;
Driving means for rotating the movable plate;
An actuator configured to rotate the movable plate while twisting and deforming the pair of shaft members by operating the driving means;
Rigidity changing means for changing torsional rigidity of the pair of shaft members;
The rigidity changing means includes a piezoelectric element that changes a tension applied to the pair of shaft members by expansion and contraction, and one shaft member of the pair of shaft members and the support portion are interposed via the piezoelectric elements. The torsional rigidity of the pair of shaft members is changed by connecting and expanding and contracting the piezoelectric element.
Thereby, the torsional resonance frequency of the vibrator constituted by the movable plate and the pair of shaft members can be changed, and an actuator that can exhibit desired vibration characteristics can be provided.

本発明のアクチュエータでは、前記駆動手段は、電圧を印加する電圧印加手段を備え、
前記剛性変更手段は、前記電圧の周波数と、前記可動板と前記１対の軸部材とで構成される振動子の捩り共振周波数とが等しくなるように前記１対の軸部材の捩り剛性を変更することが好ましい。
これにより、前記可動板を安定的に、かつ、極めて大きく回動させることができるため、極めて優れた回動特性を発揮することのできるアクチュエータを提供することができる。 In the actuator of the present invention, the driving means includes voltage applying means for applying a voltage,
The rigidity changing means changes the torsional rigidity of the pair of shaft members so that the frequency of the voltage is equal to the torsional resonance frequency of the vibrator formed by the movable plate and the pair of shaft members. It is preferable to do.
Thereby, since the movable plate can be rotated stably and extremely greatly, an actuator capable of exhibiting extremely excellent rotation characteristics can be provided.

本発明のアクチュエータでは、前記圧電素子は、前記可動板の回動中心軸と平行な方向に伸縮することが好ましい。
これにより、前記可動板の回動中心軸を一定に保ったままで、前記１対の軸部材の捩り剛性を変更することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記圧電素子は、前記各軸部材と前記支持部とを連結するように１対設けられていることが好ましい。
これにより、より大きい力で前記１対の軸部材の捩り剛性を変更することができる。 In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the piezoelectric element expands and contracts in a direction parallel to the rotation center axis of the movable plate.
Thereby, the torsional rigidity of the pair of shaft members can be changed while keeping the rotation center axis of the movable plate constant.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that a pair of the piezoelectric elements is provided so as to connect the shaft members and the support portion.
Thereby, the torsional rigidity of the pair of shaft members can be changed with a larger force.

本発明のアクチュエータでは、前記圧電素子と前記軸部材との間には、前記支持部に連結されているとともに該支持部に対して前記可動板の回動中心軸と平行な方向に変位可能な補助部材が介在していることが好ましい。
これにより、前記可動板と、前記支持部と、前記１対の連結部と、前記補助部材とを一体的に形成することができ、アクチュエータの製造の簡易化を図ることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記補助部材は、前記可動板の回動中心軸に直交する方向に延在する部分を有していることが好ましい。
これにより、前記補助部材を前記可動板の回動中心軸と平行な方向へ変位させやすくすることができる。 In the actuator of the present invention, the piezoelectric element and the shaft member are connected to the support portion and can be displaced in a direction parallel to the rotation center axis of the movable plate with respect to the support portion. It is preferable that an auxiliary member is interposed.
Accordingly, the movable plate, the support portion, the pair of connecting portions, and the auxiliary member can be integrally formed, and the manufacturing of the actuator can be simplified.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the auxiliary member has a portion extending in a direction orthogonal to the rotation center axis of the movable plate.
Thereby, the auxiliary member can be easily displaced in a direction parallel to the rotation center axis of the movable plate.

本発明のアクチュエータでは、前記可動板の回動中心軸と平行な方向における前記延在する部分の長さをＷとし、前記可動板の厚さ方向での前記延在する部分の長さをＨとしたとき、Ｗは、Ｈよりも小さいことが好ましい。
これにより、前記可動板の回動中心軸と平行な方向への前記補助部材の変位を容易としつつ、それ以外の方向への前記補助部材の変位を防止することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記可動板の板面には、光反射性を有する光反射部が設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータを光学デバイスに用いることができる。 In the actuator of the present invention, the length of the extending portion in the direction parallel to the rotation center axis of the movable plate is W, and the length of the extending portion in the thickness direction of the movable plate is H. In this case, W is preferably smaller than H.
Thereby, the displacement of the auxiliary member in other directions can be prevented while facilitating the displacement of the auxiliary member in the direction parallel to the rotation center axis of the movable plate.
In the actuator of the present invention, it is preferable that a light reflecting portion having light reflectivity is provided on the plate surface of the movable plate.
Thereby, an actuator can be used for an optical device.

本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を回動可能に両持ち支持する長手形状をなす１対の軸部材と、
前記１対の軸部材を支持するための支持部と、
前記可動板を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動することにより、前記１対の軸部材を捩り変形させつつ前記可動板を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
前記１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、
前記剛性変更手段は、伸縮により前記１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して前記１対の軸部材のうちの一方の軸部材と前記支持部とを連結し、前記圧電素子を伸縮させることで前記１対の軸部材の捩り剛性を変更するように構成されていることを特徴とする。
これにより、前記可動板と前記１対の軸部材とで構成される振動子の捩り共振周波数を変更することができ、所望の走査特性を発揮することのできる光スキャナを提供することができる。 The optical scanner of the present invention includes a movable plate including a light reflecting portion having light reflectivity,
A pair of shaft members having a longitudinal shape for supporting both of the movable plates in a rotatable manner;
A support portion for supporting the pair of shaft members;
Driving means for rotating the movable plate;
An optical scanner configured to rotate the movable plate while twisting and deforming the pair of shaft members by operating the driving means, and to scan the light reflected by the light reflecting portion;
Rigidity changing means for changing torsional rigidity of the pair of shaft members;
The rigidity changing means includes a piezoelectric element that changes a tension applied to the pair of shaft members by expansion and contraction, and one shaft member of the pair of shaft members and the support portion are interposed via the piezoelectric elements. The torsional rigidity of the pair of shaft members is changed by connecting and expanding and contracting the piezoelectric element.
As a result, it is possible to provide an optical scanner capable of changing the torsional resonance frequency of the vibrator constituted by the movable plate and the pair of shaft members and exhibiting desired scanning characteristics.

本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を回動可能に両持ち支持する長手形状をなす１対の軸部材と、
前記１対の軸部材を支持するための支持部と、
前記可動板を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動することにより、前記１対の軸部材を捩り変形させつつ前記可動板を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナを備えた画像形成装置であって、
前記１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、
前記剛性変更手段は、伸縮により前記１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して前記１対の軸部材のうちの一方の軸部材と前記支持部とを連結し、前記圧電素子を伸縮させることで前記１対の軸部材の捩り剛性を変更するように構成されていることを特徴とする。
これにより、優れた描画特性を発揮することのできる画像形成装置を提供することができる。 An image forming apparatus of the present invention includes a movable plate including a light reflecting portion having light reflectivity,
A pair of shaft members having a longitudinal shape for supporting both of the movable plates in a rotatable manner;
A support portion for supporting the pair of shaft members;
Driving means for rotating the movable plate;
An image provided with an optical scanner configured to scan the light reflected by the light reflecting portion by rotating the movable plate while twisting and deforming the pair of shaft members by operating the driving means. A forming device,
Rigidity changing means for changing torsional rigidity of the pair of shaft members;
The rigidity changing means includes a piezoelectric element that changes a tension applied to the pair of shaft members by expansion and contraction, and one shaft member of the pair of shaft members and the support portion are interposed via the piezoelectric elements. The torsional rigidity of the pair of shaft members is changed by connecting and expanding and contracting the piezoelectric element.
Thereby, an image forming apparatus capable of exhibiting excellent drawing characteristics can be provided.

以下、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のアクチュエータの第１実施形態を説明する。
図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図４は、制御系を説明するブロック図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。また、互いに直交する３軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、Ｘ軸と平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸と平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸と平行な方向を「Ｚ軸方向」とする。 Hereinafter, preferred embodiments of an actuator, an optical scanner, and an image forming apparatus of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the actuator of the present invention will be described.
1 is a perspective view showing a first embodiment of the actuator of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 3 is a block diagram illustrating a control system. In the following, for convenience of explanation, the front side of the paper in FIG. 1 is called “up”, the back side of the paper is called “down”, the right side is called “right”, the left side is called “left”, and the upper side in FIG. The upper side, the lower side is called “lower”, the right side is called “right”, and the left side is called “left”. The three axes orthogonal to each other are the X, Y, and Z axes, the direction parallel to the X axis is the “X axis direction”, the direction parallel to the Y axis is the “Y axis direction”, and is parallel to the Z axis. The direction is defined as “Z-axis direction”.

アクチュエータ１は、図１に示すような基体２と、接合層４を介して基体２を支持する支持基板３と、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を変更するための剛性変更手段６と、可動板２１を回動させるための駆動手段７とを有している。
基体２は、図１に示すように、可動板２１と、可動板２１を両持ち支持する１対の軸部材２３、２４と、１対の軸部材２３、２４を支持するための支持部２２と、支持部２２に対して変位可能な１対の補助部材２５、２６とを備えている。
可動板２１の上面（支持基板３と反対側の面）には、光反射性を有する光反射部２１１が形成されており、下面には、後述する磁石７１が設けられている。そして、このような可動板２１は、１対の軸部材２３、２４により両持ち支持されている。 The actuator 1 includes a base 2 as shown in FIG. 1, a support substrate 3 that supports the base 2 via a bonding layer 4, and rigidity changing means 6 for changing the torsional rigidity of the pair of shaft members 23 and 24. And drive means 7 for rotating the movable plate 21.
As shown in FIG. 1, the base 2 includes a movable plate 21, a pair of shaft members 23 and 24 that support the movable plate 21 at both ends, and a support portion 22 that supports the pair of shaft members 23 and 24. And a pair of auxiliary members 25, 26 that are displaceable with respect to the support portion 22.
A light reflecting portion 211 having light reflectivity is formed on the upper surface (surface opposite to the support substrate 3) of the movable plate 21, and a magnet 71 described later is provided on the lower surface. Such a movable plate 21 is supported at both ends by a pair of shaft members 23 and 24.

軸部材２３は、長手形状をなし、その長手方向での一端が可動板２１に連結し、他端が補助部材２５に連結している。同様に軸部材２４は、長手形状をなし、その長手方向での一端が可動板２１に連結し、他端が補助部材２６に連結している。このような１対の軸部材２３、２４は、同軸的に設けられており、この軸を回動中心軸Ｘとして可動板２１が支持部２２に対して回動する。なお、１対の軸部材２３、２４は、互いに同一形状、同一寸法をなしている。 The shaft member 23 has a longitudinal shape, and one end in the longitudinal direction is connected to the movable plate 21 and the other end is connected to the auxiliary member 25. Similarly, the shaft member 24 has a longitudinal shape, and one end in the longitudinal direction is connected to the movable plate 21 and the other end is connected to the auxiliary member 26. The pair of shaft members 23 and 24 are provided coaxially, and the movable plate 21 rotates with respect to the support portion 22 with this axis as the rotation center axis X. The pair of shaft members 23 and 24 have the same shape and the same size.

補助部材２５は、支持部２２に連結されているとともに、支持部２２に対してＸ軸方向へ変位可能に設けられている。同様に、補助部材２６は、支持部２２に連結されているとともに、支持部２２に対してＸ軸方向へ変位可能に設けられている。これにより、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６とを一体的に形成することができる。すなわち、基体２を一体的に形成することでき、アクチュエータ１の製造の簡易化を図ることができる。 The auxiliary member 25 is connected to the support portion 22 and is provided to be displaceable in the X-axis direction with respect to the support portion 22. Similarly, the auxiliary member 26 is connected to the support portion 22 and provided so as to be displaceable in the X-axis direction with respect to the support portion 22. Thereby, the movable plate 21, the support portion 22, the pair of shaft members 23 and 24, and the pair of auxiliary members 25 and 26 can be integrally formed. That is, the base body 2 can be formed integrally, and the manufacture of the actuator 1 can be simplified.

ここで、このような補助部材２５、２６について詳述するが、補助部材２５、２６は互いに同様の構成であるため、補助部材２５について代表して説明し、補助部材２６については、その説明を省略する。
補助部材２５は、軸部材２３と連結している本体部２５１と、本体部２５１と支持部２２とを連結する弾性変形可能な１対の連結部２５２、２５３とを備えている。
本体部２５１は、そのＸ軸方向での長さが、連結部２５２、２５３のＸ軸方向での長さよりも大きくなるように形成されている。これより、本体部２５１の機械的強度を向上させ、軸部材２３の捩れ変形に伴う本体部２５１の変形を防止することができる。 Here, the auxiliary members 25 and 26 will be described in detail. Since the auxiliary members 25 and 26 have the same configuration, the auxiliary member 25 will be described as a representative, and the auxiliary member 26 will be described. Omitted.
The auxiliary member 25 includes a main body portion 251 connected to the shaft member 23 and a pair of elastically deformable connecting portions 252 and 253 connecting the main body portion 251 and the support portion 22.
The main body 251 is formed such that its length in the X-axis direction is larger than the length of the connecting portions 252 and 253 in the X-axis direction. Thereby, the mechanical strength of the main body 251 can be improved, and the deformation of the main body 251 accompanying the torsional deformation of the shaft member 23 can be prevented.

このような本体部２５１と支持部２２とを連結する１対の連結部２５２、２５３は、それぞれＹ軸方向へ延在するように形成されている。これにより、Ｙ軸と直交するＸ軸方向へ本体部２５１を変位させやすくすることができる。また、連結部２５２、２５３のそれぞれのＸ軸方向での長さをＷ_１とし、Ｚ軸方向での長さをＨ_１としたとき、Ｗ_１がＨ_１より小さくなるように連結部２５２、２５３のそれぞれが形成されている。これにより、連結部２５２、２５３がＸ軸方向へ曲げ変形することを容易としつつ、連結部２５２、２５３がＺ軸方向へ曲げ変形することを抑制することができる。すなわち、本体部２５１のＸ軸方向への変位を容易としつつ、Ｚ軸方向への変位を防止することができる。その結果、回動中心軸Ｘを一定に保ちつつ、可動板２１を回動させることができる。 The pair of connecting portions 252 and 253 that connect the main body portion 251 and the support portion 22 are formed so as to extend in the Y-axis direction, respectively. Thereby, the main body 251 can be easily displaced in the X-axis direction orthogonal to the Y-axis. The connecting portions of each of the length in the X-axis direction of 252, 253 and _{W 1,} Z-axis when the length in the direction is _{H 1,} _{W 1} is connected portion 252 to be less than _{H 1,} Each of H.253 is formed. Thereby, it is possible to prevent the connecting portions 252 and 253 from bending and deforming in the Z-axis direction while facilitating the connecting portions 252 and 253 to bend and deform in the X-axis direction. That is, the displacement in the Z-axis direction can be prevented while facilitating the displacement of the main body 251 in the X-axis direction. As a result, the movable plate 21 can be rotated while keeping the rotation center axis X constant.

具体的には、アクチュエータ１は、１対の軸部材２３、２４のそれぞれを捩り変形させつつ可動板２１を回動させるように構成されているため、軸部材２３の捩り変形に伴って、本体部２５１には、Ｚ軸方向成分を含む力が加わることとなる。したがって、連結部２５２、２５３のＺ軸方向での長さを大きくすることで、このような力によって本体部２５１がＺ軸方向へ変位してしまうことを防止することができる。
なお、１対の連結部２５２、２５３は、互いに同一形状、同一寸法をなしている。 Specifically, since the actuator 1 is configured to rotate the movable plate 21 while twisting and deforming each of the pair of shaft members 23 and 24, the main body moves along with the torsional deformation of the shaft member 23. A force including a Z-axis direction component is applied to the portion 251. Therefore, it is possible to prevent the main body portion 251 from being displaced in the Z-axis direction by such a force by increasing the length of the connecting portions 252 and 253 in the Z-axis direction.
The pair of connecting portions 252 and 253 have the same shape and the same size.

以上、補助部材２５について説明したが、補助部材２６についても同様に、軸部材２４と連結している本体部２６１と、本体部２６１と支持部２２とを連結する弾性変形可能な１対の連結部２６２、２６３とを備えている。このような１対の補助部材２５、２６は、互いに同一形状、同一寸法をなし、かつ、可動板２１を中心として左右対称となるように形成されている。 Although the auxiliary member 25 has been described above, the auxiliary member 26 is similarly connected to the main body portion 261 connected to the shaft member 24 and a pair of elastically deformable connections connecting the main body portion 261 and the support portion 22. Parts 262 and 263. Such a pair of auxiliary members 25 and 26 have the same shape and the same dimensions as each other, and are formed to be symmetrical with respect to the movable plate 21.

なお、補助部材２５、２６の構成や形状などは、支持部２２に対してＸ軸方向へ変位可能に形成されていれば、特に限定されず、例えば、Ｙ軸方向の全域において補助部材２５のＸ軸方向での長さが均一になるように形成されていてもよい。また、連結部２５２、２５３が全域にわたってＹ軸方向へ延在するように形成されていなくてもよく、例えば、連結部２５２、２５３の一部がＹ軸方向に延在するように形成されていてもよい。 The configuration and shape of the auxiliary members 25 and 26 are not particularly limited as long as the auxiliary members 25 and 26 are formed to be displaceable in the X-axis direction with respect to the support portion 22. You may form so that the length in a X-axis direction may become uniform. Further, the connecting portions 252 and 253 may not be formed so as to extend in the Y-axis direction over the entire region. For example, a part of the connecting portions 252 and 253 is formed to extend in the Y-axis direction. May be.

このような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６とが一体的に形成されている。例えば、シリコン基板を用意し、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６のそれぞれの平面視形状に対応するようにエッチングすることにより、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６とが一体的に形成された基体２を得ることができる。また、このように、シリコンを主材料とすることで、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理（加工）が可能であり、アクチュエータ１の小型化を図ることができる。 Such a base body 2 is composed of, for example, silicon as a main material, and the movable plate 21, the support portion 22, the pair of shaft members 23 and 24, and the pair of auxiliary members 25 and 26 are integrated. Is formed. For example, a silicon substrate is prepared, and etching is performed so as to correspond to the planar view shapes of the movable plate 21, the support portion 22, the pair of shaft members 23 and 24, and the pair of auxiliary members 25 and 26. Thus, the base body 2 in which the movable plate 21, the support portion 22, the pair of shaft members 23 and 24, and the pair of auxiliary members 25 and 26 are integrally formed can be obtained. In addition, by using silicon as the main material as described above, it is possible to realize excellent rotation characteristics and to exhibit excellent durability. Further, fine processing (processing) is possible, and the actuator 1 can be miniaturized.

なお、基体２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６とを形成したものであってもよい。その際、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６とが一体となるように、これらを積層構造基板の１つの層で構成するのが好ましい。
以上、説明した基体２は、接合層４を介して支持基板３により支持されている。 In addition, the base | substrate 2 formed the movable plate 21, the support part 22, one pair of shaft members 23 and 24, and one pair of auxiliary members 25 and 26 from the board | substrate which has laminated structures, such as a SOI substrate. It may be. At this time, the movable plate 21, the support portion 22, the pair of shaft members 23 and 24, and the pair of auxiliary members 25 and 26 are configured as one layer of the laminated substrate. It is preferable to do this.
The base 2 described above is supported by the support substrate 3 via the bonding layer 4.

支持基板３は、支持部２２の平面視形状と一致するように形成されている。すなわち、支持基板３は、枠状をなし、その内壁で囲まれるように空間３１が形成されている。この空間３１は、アクチュエータ１の駆動の際に、可動板２１が支持基板３に接触するのを防止する逃げ部を構成する。なお、支持基板３の形状としては、可動板２１の回動を許容することができれば特に限定されない。 The support substrate 3 is formed so as to coincide with the planar view shape of the support portion 22. That is, the support substrate 3 has a frame shape, and a space 31 is formed so as to be surrounded by the inner wall. The space 31 constitutes an escape portion that prevents the movable plate 21 from contacting the support substrate 3 when the actuator 1 is driven. The shape of the support substrate 3 is not particularly limited as long as the movable plate 21 can be allowed to rotate.

このような支持基板３は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。シリコンを主材料として支持基板３を形成する場合には、例えば、ＳＯＩ基板（その厚さ方向に、Ｓｉ層とＳｉＯ_２層とＳｉ層とが積層されている基板）を用いて、その一方のＳｉ層で基体２を形成し、ＳｉＯ_２層で接合層４を形成し、他方のＳｉ層で支持基板３を形成することにより、基体２と支持基板３と接合層４とを一体的に形成することができる。このような支持基板３の下面には、板状の基板５が接合されている。なお、このような支持基板３および基板５の形状については、特に限定されず、支持基板３と基板５とが一体的に形成されていてもよく、また、支持部２２の形状などによっては、支持基板３および基板５を省略してもよい。 Such a support substrate 3 is made of, for example, glass or silicon as a main material. When the support substrate 3 is formed using silicon as a main material, for example, an SOI substrate (a substrate in which a Si layer, a SiO ₂ layer, and a Si layer are stacked in the thickness direction) is used. The base 2, the support substrate 3, and the bonding layer 4 are integrally formed by forming the base 2 with the Si layer, forming the bonding layer 4 with the SiO ₂ layer, and forming the support substrate 3 with the other Si layer. can do. A plate-like substrate 5 is bonded to the lower surface of the support substrate 3. The shapes of the support substrate 3 and the substrate 5 are not particularly limited, and the support substrate 3 and the substrate 5 may be integrally formed. Depending on the shape of the support portion 22 and the like, The support substrate 3 and the substrate 5 may be omitted.

次に、可動板２１を駆動させるための駆動手段７について説明する。
駆動手段７は、図３に示すように、可動板２１の下面に設けられた板状の磁石７１と、基板５の上面であって磁石７１と対向する部位に設けられたコイル７２と、コイル７２に電圧を印加する電源（電圧印加手段）７３とを備えている。
磁石７１は、可動板２１の板面に沿って設けられており、Ｙ軸方向に磁化されている。すなわち、磁石７１の回動中心軸Ｘに対して一方の側がＮ極、他方の側がＳ極となるように磁石７１が設けられている。このような磁石７１としては、特に限定されないが、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などの永久磁石を用いるのが好ましい。これにより、電磁石の様に電気配線を形成する必要がなく、アクチュエータ１の製造の簡易化を図ることができる。なお、以下、説明の便宜上、図３に示すように、回動中心軸Ｘに対して左側（連結部２５２、２６２側）の部分をＳ極とし、右側（連結部２５３、２６３側）の部分をＮ極とした場合について説明する。 Next, the drive means 7 for driving the movable plate 21 will be described.
As shown in FIG. 3, the driving means 7 includes a plate-like magnet 71 provided on the lower surface of the movable plate 21, a coil 72 provided on the upper surface of the substrate 5 and facing the magnet 71, and a coil And a power source (voltage applying means) 73 for applying a voltage to 72.
The magnet 71 is provided along the plate surface of the movable plate 21 and is magnetized in the Y-axis direction. That is, the magnet 71 is provided so that one side is the north pole and the other side is the south pole with respect to the rotation center axis X of the magnet 71. The magnet 71 is not particularly limited, but a permanent magnet such as a neodymium magnet, a ferrite magnet, a samarium cobalt magnet, or an alnico magnet is preferably used. Thereby, it is not necessary to form electrical wiring like an electromagnet, and the manufacture of the actuator 1 can be simplified. Hereinafter, for convenience of explanation, as shown in FIG. 3, the portion on the left side (connecting portions 252 and 262 side) with respect to the rotation center axis X is the S pole, and the portion on the right side (connecting portions 253 and 263 side). A case where N is the N pole will be described.

コイル７２は、電源７３に接続されており、例えば、この電源７３によりコイル７２へ交流電圧を印加すると、コイル７２付近に磁石７１の板面に対して垂直方向の磁力を有する磁界が発生し、その磁界の向きが交互に切り替わる。
これにより、図３にて、磁石７１の回動中心軸Ｘに対して右側の部分がコイル７２に接近する方向に変位し、磁石７１の回動中心軸Ｘに対して左側の部分がコイル７２から離間する方向へ変位する状態（「第１の状態」という）と、磁石７１の回動中心軸Ｘに対して右側の部分がコイル７２から離間する方向に変位し、磁石７１の回動中心軸Ｘに対して左側の部分がコイル７２に接近する方向へ変位する状態（「第２の状態」という）とが、交互に繰り返される。 The coil 72 is connected to a power source 73. For example, when an AC voltage is applied to the coil 72 by the power source 73, a magnetic field having a magnetic force perpendicular to the plate surface of the magnet 71 is generated in the vicinity of the coil 72. The direction of the magnetic field is switched alternately.
Accordingly, in FIG. 3, the portion on the right side with respect to the rotation center axis X of the magnet 71 is displaced in a direction approaching the coil 72, and the portion on the left side with respect to the rotation center axis X of the magnet 71 A state in which the magnet 71 is displaced in a direction away from the coil 72 (referred to as “first state”), and a portion on the right side of the rotation center axis X of the magnet 71 is displaced in a direction away from the coil 72. A state in which the left portion with respect to the axis X is displaced in a direction approaching the coil 72 (referred to as a “second state”) is repeated alternately.

このような第１の状態と第２の状態とを交互に繰り返すことにより、１対の軸部材２３、２４を捩れ変形させつつ、可動板２１を支持部２２に対して回動させることができる。すなわち、アクチュエータ１は、可動板２１と１対の軸部材２３、２４とで構成された振動系（振動子）を有している。なお、本実施形態では、電源７３によりコイル７２へ交流電圧を印加するものについて説明したが、可動板２１を回動させることができれば、これに限定されず、例えば、直流電源を間欠的に印加するように構成されていてもよい。 By alternately repeating the first state and the second state, the movable plate 21 can be rotated with respect to the support portion 22 while twisting and deforming the pair of shaft members 23 and 24. . That is, the actuator 1 has a vibration system (vibrator) composed of a movable plate 21 and a pair of shaft members 23 and 24. In addition, although this embodiment demonstrated what applied an alternating voltage to the coil 72 with the power supply 73, if the movable plate 21 can be rotated, it will not be limited to this, For example, direct-current power is applied intermittently. It may be configured to.

また、本実施形態では、磁石７１とコイル７２とを用いて可動板２１を回動させるもの（磁気駆動）について説明したが、可動板２１を回動させることができれば、特に限定されず、例えば、静電気力を用いて可動板２１を回動させるもの（静電駆動）であってもよいし、また、圧電素子を用いて可動板２１を回動させるもの（圧電駆動）であってもよい。 In the present embodiment, the movable plate 21 is rotated (magnetic drive) using the magnet 71 and the coil 72. However, the movable plate 21 is not particularly limited as long as the movable plate 21 can be rotated. The movable plate 21 may be rotated using electrostatic force (electrostatic drive), or the movable plate 21 may be rotated using piezoelectric elements (piezoelectric drive). .

ここで、アクチュエータ１の駆動に際し、電源（電圧印加手段）７３によりコイル７２へ印加する電圧の周波数（駆動周波数）と、可動板２１と１対の軸部材２３、２４とで構成された振動子の捩り共振周波数（以下、単に「共振周波数」という）とが一致していることが好ましい。これにより、可動板２１を安定的に、かつ、極めて大きく回動させることができる。なお、共振周波数は、可動板２１の質量（光反射部２１１および磁石７１の質量を含む）および１対の軸部材２３、２４のバネ定数（捩り剛性）のそれぞれに依存する。 Here, when the actuator 1 is driven, a vibrator composed of the frequency (drive frequency) of the voltage applied to the coil 72 by the power source (voltage applying means) 73 and the movable plate 21 and the pair of shaft members 23 and 24. The torsional resonance frequency (hereinafter simply referred to as “resonance frequency”) is preferably the same. Thereby, the movable plate 21 can be rotated stably and extremely greatly. The resonance frequency depends on each of the mass of the movable plate 21 (including the masses of the light reflecting portion 211 and the magnet 71) and the spring constant (torsional rigidity) of the pair of shaft members 23 and 24.

そこで、アクチュエータ１は、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性（バネ定数）を変更する剛性変更手段（バネ定数変更手段）６を備え、この剛性変更手段６を作動することで、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を高め（調整し）、共振周波数を高く（調整）するように構成されている。以下、剛性変更手段６について詳述する。
剛性変更手段６は、支持部２２と本体部２５１とを連結する圧電素子６１と、支持部２２と本体部２６１とを連結する圧電素子６２と、圧電素子６１、６２に電圧を印加するための圧電素子駆動ドライバ６７とを備えている。 Therefore, the actuator 1 includes rigidity changing means (spring constant changing means) 6 that changes the torsional rigidity (spring constant) of the pair of shaft members 23 and 24. By operating the rigidity changing means 6, one pair is provided. The torsional rigidity of the shaft members 23 and 24 is increased (adjusted), and the resonance frequency is increased (adjusted). Hereinafter, the rigidity changing means 6 will be described in detail.
The rigidity changing unit 6 is configured to apply a voltage to the piezoelectric element 61 that connects the support portion 22 and the main body portion 251, the piezoelectric element 62 that connects the support portion 22 and the main body portion 261, and the piezoelectric elements 61 and 62. And a piezoelectric element driving driver 67.

圧電素子６１は、回動中心軸Ｘ上に設けられており、Ｘ軸方向へ伸縮する。これにより、回動中心軸Ｘを一定に保ったままで、１対の軸部材２３、２４にかかる張力を高めることができる。すなわち、回動中心軸Ｘを一定に保ったままで、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を高め（調整し）、共振周波数を高く（調整）することができる。また、例えば、アクチュエータ１を光学デバイスとして用いた場合には、回動中心軸Ｘを一定に保つことができるため、図示しない光源から照射され光反射部２１１で反射された光を走査対象の所望の走査位置に走査させることができる。すなわち、アクチュエータ１は、優れた振動特性（走査特性）を発揮することができる。 The piezoelectric element 61 is provided on the rotation center axis X and expands and contracts in the X-axis direction. Thereby, the tension applied to the pair of shaft members 23 and 24 can be increased while keeping the rotation center axis X constant. That is, while keeping the rotation center axis X constant, the torsional rigidity of the pair of shaft members 23 and 24 can be increased (adjusted), and the resonance frequency can be increased (adjusted). Further, for example, when the actuator 1 is used as an optical device, the rotation center axis X can be kept constant. Therefore, the light irradiated from a light source (not shown) and reflected by the light reflecting unit 211 is desired to be scanned. The scanning position can be scanned. That is, the actuator 1 can exhibit excellent vibration characteristics (scanning characteristics).

また、圧電素子６１と軸部材２３との間には、補助部材２５が介在しているため、アクチュエータ１の駆動時にて、軸部材２３の捩れ変形とともに圧電素子６１が捩れ変形してしまうことを防止することができる。これにより、圧電素子６１の伸縮をより正確に調整することができ、より微細にかつ安定的に１対の軸部材２３、２４にかかる張力を変更（調整）することができる。 Further, since the auxiliary member 25 is interposed between the piezoelectric element 61 and the shaft member 23, the piezoelectric element 61 is torsionally deformed together with the torsional deformation of the shaft member 23 when the actuator 1 is driven. Can be prevented. Thereby, the expansion and contraction of the piezoelectric element 61 can be adjusted more accurately, and the tension applied to the pair of shaft members 23 and 24 can be changed (adjusted) more finely and stably.

また、圧電素子６１は、回動中心軸Ｘ上に設けられているため、１つの圧電素子６１で、回動中心軸Ｘを一定に保ちつつ１対の軸部材２３、２４にかかる張力を高くすることができる。これにより、アクチュエータ１の設計の自由度を増加させつつ、製造コストの削減および省電力化を図ることができる。ただし、１対の軸部材２３、２４にかかる張力を高くする（変更する）ことができれば、圧電素子の配置や個数などは特に限定されない。
このような圧電素子６１と同様に、圧電素子６２は、支持部２２と本体部２６１とを連結するように設けられており、回動中心軸Ｘと平行な方向へ伸縮する。このように、１対の圧電素子６１、６２を設けることで、より大きい力で１対の軸部材２３、２４にかかる張力を変更し、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を高くすることができる。 Further, since the piezoelectric element 61 is provided on the rotation center axis X, the tension applied to the pair of shaft members 23 and 24 is increased while the rotation center axis X is kept constant by one piezoelectric element 61. can do. As a result, the manufacturing cost can be reduced and the power can be saved while increasing the degree of freedom in designing the actuator 1. However, the arrangement and number of piezoelectric elements are not particularly limited as long as the tension applied to the pair of shaft members 23 and 24 can be increased (changed).
Similar to the piezoelectric element 61, the piezoelectric element 62 is provided so as to connect the support portion 22 and the main body portion 261, and expands and contracts in a direction parallel to the rotation center axis X. In this way, by providing the pair of piezoelectric elements 61 and 62, the tension applied to the pair of shaft members 23 and 24 with a larger force is changed, and the torsional rigidity of the pair of shaft members 23 and 24 is increased. be able to.

ここで、圧電素子６１、６２の構成について説明するが、圧電素子６１、６２は、互いに同様の構成であるため、圧電素子６１について代表して説明し、圧電素子６２については、その説明を省略する。
圧電素子６１は、圧電材料を主材料として構成された圧電体層６１１と、この圧電体層６１１を挟持する１対の電極６１２、６１３とを有している。 Here, the configuration of the piezoelectric elements 61 and 62 will be described. Since the piezoelectric elements 61 and 62 have the same configuration, the piezoelectric element 61 will be described as a representative, and the description of the piezoelectric element 62 will be omitted. To do.
The piezoelectric element 61 includes a piezoelectric layer 611 composed of a piezoelectric material as a main material, and a pair of electrodes 612 and 613 that sandwich the piezoelectric layer 611.

圧電体層６１１を構成するための圧電材料としては、例えば、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、その他、各種のものが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムおよびチタン酸ジルコン酸鉛のうちの少なくとも１種を主とするものが好ましい。このような材料で圧電体層６１１を構成することにより、より高い周波数でアクチュエータ１を駆動することができる。 Examples of the piezoelectric material for forming the piezoelectric layer 611 include zinc oxide, aluminum nitride, lithium tantalate, lithium niobate, potassium niobate, lead zirconate titanate (PZT), barium titanate, and others. These can be used, and one or more of these can be used in combination, but in particular zinc oxide, aluminum nitride, lithium tantalate, lithium niobate, potassium niobate and lead zirconate titanate Of these, those mainly comprising at least one of them are preferred. By configuring the piezoelectric layer 611 with such a material, the actuator 1 can be driven at a higher frequency.

電極６１２は、その一部が、圧電体層６１１の下面から露出するように設けられている。電極６１３は、圧電体層６１１の上面と同一形状をなし、圧電体層６１１の上面に設けられている。そして、電極６１２と電極６１３とは、それぞれ、圧電素子駆動ドライバ６７に接続されている。圧電素子駆動ドライバ６７により電極６１２と電極６１３との間に電圧を印加すると、圧電体層６１１は、その圧電効果により、回動中心軸Ｘと平行な方向に伸縮する。 The electrode 612 is provided so that a part thereof is exposed from the lower surface of the piezoelectric layer 611. The electrode 613 has the same shape as the upper surface of the piezoelectric layer 611 and is provided on the upper surface of the piezoelectric layer 611. The electrodes 612 and 613 are connected to the piezoelectric element driving driver 67, respectively. When a voltage is applied between the electrode 612 and the electrode 613 by the piezoelectric element driver 67, the piezoelectric layer 611 expands and contracts in a direction parallel to the rotation center axis X due to the piezoelectric effect.

以上、説明した剛性変更手段６は、圧電素子６１、６２のそれぞれを収縮させることにより１対の軸部材２３、２４にかかる張力を変更（高く）し、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を変更（高く）するように構成されている。これにより、共振周波数を変更することができるため、アクチュエータ１は、所望の振動特性を発揮することができる。また、このような剛性変更手段６によれば、アクチュエータ１が駆動している最中であってもリニアに１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を変更することができるため、アクチュエータ１は、極めて優れた回動特性を発揮することができる。 The rigidity changing means 6 described above changes (increases) the tension applied to the pair of shaft members 23 and 24 by contracting each of the piezoelectric elements 61 and 62, and twists the pair of shaft members 23 and 24. It is configured to change (increase) the rigidity. Thereby, since the resonance frequency can be changed, the actuator 1 can exhibit desired vibration characteristics. Further, according to the rigidity changing means 6 as described above, the torsional rigidity of the pair of shaft members 23 and 24 can be changed linearly even while the actuator 1 is being driven. It is possible to exhibit extremely excellent rotation characteristics.

アクチュエータ１は、前述したような剛性変更手段６の駆動を制御する制御手段８１と、共振周波数を検出する共振周波数検出手段８２とを備えている。そして、例えば、電源電投入直後に共振周波数を共振周波数検出手段８２により検出し、その検出された共振周波数に基づいて制御手段８１が圧電素子駆動ドライバ６７の駆動を制御する。制御手段８１は、例えば、共振周波数と駆動周波数とが一致するまで圧電素子駆動ドライバ６７の出力電圧を徐々に高くしていき（すなわち、圧電素子６１、６２を徐々に伸縮させ）、共振周波数と駆動周波数とが一致したところで圧電素子駆動ドライバ６７の電圧値を維持するように圧電素子駆動ドライバ６７を制御する。このようにして、アクチュエータ１は、共振周波数を調整することができる。 The actuator 1 includes a control unit 81 that controls driving of the rigidity changing unit 6 and a resonance frequency detection unit 82 that detects a resonance frequency. Then, for example, the resonance frequency is detected by the resonance frequency detection means 82 immediately after the power is turned on, and the control means 81 controls the driving of the piezoelectric element driving driver 67 based on the detected resonance frequency. For example, the control unit 81 gradually increases the output voltage of the piezoelectric element drive driver 67 until the resonance frequency and the drive frequency coincide with each other (that is, gradually expands and contracts the piezoelectric elements 61 and 62), When the drive frequency matches, the piezoelectric element drive driver 67 is controlled so that the voltage value of the piezoelectric element drive driver 67 is maintained. In this way, the actuator 1 can adjust the resonance frequency.

すなわち、アクチュエータ１は、共振周波数と駆動周波数とが一致するように、剛性変更手段６が共振周波数を変更（調整）するように構成されている。これにより、可動板２１を安定的に、かつ、極めて大きく回動させることができる。
なお、共振周波数検出手段としては、特に限定されず、例えば、コイル７２に印加する電圧の周波数をＦＦＴアナラーザーにより変更しながら、可動板２１の振幅を周波数ＬＤＶ（レーザードップラーベロシティ流速計）で測定することにより、共振周波数を測定してもよい。 That is, the actuator 1 is configured such that the stiffness changing means 6 changes (adjusts) the resonance frequency so that the resonance frequency and the drive frequency match. Thereby, the movable plate 21 can be rotated stably and extremely greatly.
The resonance frequency detection means is not particularly limited, and for example, the amplitude of the movable plate 21 is measured with a frequency LDV (laser Doppler velocity velocimeter) while changing the frequency of the voltage applied to the coil 72 with an FFT analyzer. Thus, the resonance frequency may be measured.

また、電源投入直後に共振周波数を共振周波数検出手段８２により検出しなくてもよく、例えば、電源投入後、一定時間ごとに共振周波数を検出してもよい。
また、制御手段８１は、圧電素子駆動ドライバ６７の電圧を徐々に高くしていくように圧電素子駆動ドライバ６７を制御する必要はなく、例えば、共振周波数と駆動周波数との差に対応した電圧値があらかじめ複数設定されており、共振周波数検出手段８２の検出結果に基づいて複数の電圧値から選択された電圧値を印加するように圧電素子駆動ドライバ６７を制御するものであってもよい。 Further, the resonance frequency may not be detected by the resonance frequency detection means 82 immediately after the power is turned on. For example, the resonance frequency may be detected at regular intervals after the power is turned on.
Further, the control means 81 does not need to control the piezoelectric element drive driver 67 so as to gradually increase the voltage of the piezoelectric element drive driver 67. For example, the voltage value corresponding to the difference between the resonance frequency and the drive frequency. May be set in advance, and the piezoelectric element driving driver 67 may be controlled so as to apply a voltage value selected from a plurality of voltage values based on the detection result of the resonance frequency detecting means 82.

以上、説明したようなアクチュエータ１は、あらかじめ、共振周波数が駆動周波数よりも若干低くなるように設計（製造）されていることが好ましい。このように設計することで、圧電素子６１、６２を非通電状態から収縮させ、１対の軸部材２３、２４にかかる張力を大きくすることで共振周波数を高くしていき、共振周波数と駆動周波数とを一致させることができる。 The actuator 1 as described above is preferably designed (manufactured) in advance so that the resonance frequency is slightly lower than the drive frequency. By designing in this way, the piezoelectric elements 61 and 62 are contracted from the non-energized state, and the resonance frequency is increased by increasing the tension applied to the pair of shaft members 23 and 24. Can be matched.

＜第２実施形態＞
次に、本発明のアクチュエータの第２実施形態について説明する。
図５は、本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す斜視図である。
以下、第２実施形態のアクチュエータ１Ａについて、前述した第１実施形態のアクチュエータ１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 <Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the actuator of the present invention will be described.
FIG. 5 is a perspective view showing a second embodiment of the actuator of the present invention.
Hereinafter, the actuator 1A of the second embodiment will be described focusing on the differences from the actuator 1 of the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.

本発明の第２実施形態にかかるアクチュエータ１Ａは、圧電素子の数、および、補助部材２５Ａ、２６Ａの形状が異なる以外は、第１実施形態のアクチュエータ１とほぼ同様である。なお、補助部材２５Ａ、２６Ａは、互いに同様の構成であるため、補助部材２５Ａについて代表して説明し、補助部材２６Ａについては、その説明を省略する。
補助部材２５Ａは、軸部材２３Ａの長手方向での可動板２１とは反対側の端部を支持部２２Ａに連結する１対の連結部２５２Ａ、２５３Ａを備えている。このような１対の連結部２５２Ａ，２５３Ａは、それぞれＹ軸方向へ延在するように形成されている。 The actuator 1A according to the second embodiment of the present invention is substantially the same as the actuator 1 of the first embodiment except that the number of piezoelectric elements and the shapes of the auxiliary members 25A and 26A are different. Since the auxiliary members 25A and 26A have the same configuration, the auxiliary member 25A will be described as a representative, and the description of the auxiliary member 26A will be omitted.
The auxiliary member 25A includes a pair of connecting portions 252A and 253A that connect the end of the shaft member 23A on the side opposite to the movable plate 21 to the support portion 22A. Such a pair of connecting portions 252A and 253A is formed so as to extend in the Y-axis direction.

そして、連結部２５２Ａの延在方向（Ｙ軸方向）での中央部には、他の部分よりも幅（Ｘ軸方向での長さ）の広い幅広部２５２１Ａが形成されている。同様に、連結部２５３Ａの延在方向（Ｙ軸方向）での中央部には、他の部分よりも幅（Ｘ軸方向での長さ）の広い幅広部２５３１Ａが形成されている。このような幅広部２５２１Ａ、２５３１Ａを形成することにより、後述する圧電素子６３Ａ、６４Ａを接合させやすくすることができる。ただし、連結部２５２Ａ、２５３Ａの形状などによっては、幅広部２５２１Ａ、２５３１Ａを省略してもよい。 A wide portion 2521A having a width (length in the X-axis direction) wider than other portions is formed in the central portion in the extending direction (Y-axis direction) of the connecting portion 252A. Similarly, a wide portion 2531A having a width (length in the X-axis direction) wider than other portions is formed at the center in the extending direction (Y-axis direction) of the connecting portion 253A. By forming such wide portions 2521A and 2531A, piezoelectric elements 63A and 64A described later can be easily joined. However, the wide portions 2521A and 2531A may be omitted depending on the shape of the connecting portions 252A and 253A.

剛性変更手段６Ａは、支持部２２Ａと補助部材２５Ａとを連結する１対の圧電素子６３Ａ，６４Ａと、支持部２２Ａと補助部材２６Ａとを連結する１対の圧電素子６５Ａ，６６Ａとを備えている。
圧電素子６３Ａは、支持部２２と幅広部２５２１Ａとを連結し、Ｘ軸方向へ伸縮する。同様に、圧電素子６４Ａは、支持部２２と幅広部２５３１Ａとを連結し、Ｘ軸方向へ伸縮する。このような１対の圧電素子６３Ａ、６４Ａは、回動中心軸Ｘを介して互いに対向するように、かつ、回動中心軸Ｘに対して対称となるように設けられている。そして、１対の圧電素子６３Ａ、６４Ａを同時に、かつ、同程度収縮させることで、回動中心軸Ｘを一定に保ちつつ、１対の軸部材２３Ａ、２４Ａにかかる張力を変更することができる。 The stiffness changing means 6A includes a pair of piezoelectric elements 63A and 64A that connect the support portion 22A and the auxiliary member 25A, and a pair of piezoelectric elements 65A and 66A that connect the support portion 22A and the auxiliary member 26A. Yes.
The piezoelectric element 63A connects the support portion 22 and the wide portion 2521A, and expands and contracts in the X-axis direction. Similarly, the piezoelectric element 64A connects the support portion 22 and the wide portion 2531A, and expands and contracts in the X-axis direction. The pair of piezoelectric elements 63 A and 64 A are provided so as to face each other via the rotation center axis X and to be symmetric with respect to the rotation center axis X. The tension applied to the pair of shaft members 23A and 24A can be changed while keeping the rotation center axis X constant by simultaneously contracting the pair of piezoelectric elements 63A and 64A to the same extent. .

このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明のアクチュエータについて説明した。このアクチュエータには、光反射部が設けられているため、アクチュエータを光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどの光学デバイスに用いることができる。 Also by such 2nd Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be exhibited.
The actuator of the present invention has been described above. Since this actuator is provided with a light reflecting portion, the actuator can be used in an optical device such as an optical scanner, an optical switch, or an optical attenuator.

本発明の光スキャナは、本発明のアクチュエータと同様の構成である。すなわち、本発明にかかる光スキャナは、可動板と、１対の軸部材と、支持部と、駆動手段とを有し、駆動手段を作動することにより、１対の軸部材を捩り変形させつつ可動板を回動させるように構成されており、１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、剛性変更手段は、伸縮により１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して１対の軸部材のうちの一方の軸部材と支持部とを連結し、圧電素子を伸縮させることで１対の軸部材の捩り剛性を変更するように構成されている。このような構成とすることにより、可動板と１対の軸部材とで構成された振動子の捩り共振周波数を変更することができ、所望の走査特性を発揮することのできる光スキャナを提供することができる。なお、本発明の光スキャナの実施形態としては、前述した実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
このような光スキャナは、例えば、プロジェクタ、レーザープリンタ、イメージング用ディスプレイ、バーコードリーダー、走査型共焦点顕微鏡などの画像形成装置に好適に適用することができる。その結果、優れた描画特性を有する画像形成装置を提供することができる。 The optical scanner of the present invention has the same configuration as the actuator of the present invention. In other words, the optical scanner according to the present invention has a movable plate, a pair of shaft members, a support portion, and a drive means, and torsionally deforms the pair of shaft members by operating the drive means. The movable plate is configured to rotate, and has rigidity changing means for changing the torsional rigidity of the pair of shaft members. The rigidity changing means is a piezoelectric that changes the tension applied to the pair of shaft members by expansion and contraction. An element is provided, one shaft member of the pair of shaft members is connected to the support portion via the piezoelectric element, and the torsional rigidity of the pair of shaft members is changed by expanding and contracting the piezoelectric element. It is configured. By adopting such a configuration, an optical scanner capable of changing the torsional resonance frequency of the vibrator constituted by the movable plate and the pair of shaft members and exhibiting a desired scanning characteristic is provided. be able to. The embodiment of the optical scanner of the present invention is the same as that of the above-described embodiment, and detailed description thereof is omitted.
Such an optical scanner can be suitably applied to an image forming apparatus such as a projector, a laser printer, an imaging display, a barcode reader, and a scanning confocal microscope. As a result, an image forming apparatus having excellent drawing characteristics can be provided.

具体的に、図６に示すようなプロジェクタ９について説明する。なお、説明の便宜上、スクリーンＳの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。
プロジェクタ９は、レーザーなどの光を照出する光源装置９１と、クロスダイクロイックプリズム９２と、１対の本発明の光スキャナ９３、９４と、固定ミラー９５とを有している。 Specifically, a projector 9 as shown in FIG. 6 will be described. For convenience of explanation, the longitudinal direction of the screen S is referred to as “lateral direction”, and the direction perpendicular to the longitudinal direction is referred to as “vertical direction”.
The projector 9 includes a light source device 91 that emits light such as a laser, a cross dichroic prism 92, a pair of optical scanners 93 and 94 of the present invention, and a fixed mirror 95.

光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。
クロスダイクロイックプリズム９２は、４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。 The light source device 91 includes a red light source device 911 that emits red light, a blue light source device 912 that emits blue light, and a green light source device 913 that emits green light.
The cross dichroic prism 92 is configured by bonding four right-angle prisms, and is an optical element that combines light emitted from each of the red light source device 911, the blue light source device 912, and the green light source device 913.

このようなプロジェクタ９は、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから、図示しないホストコンピュータからの画像情報に基づいて照出された光をクロスダイクロイックプリズム９２で合成し、この合成された光が、光スキャナ９３、９４によって走査され、さらに固定ミラー９５によって反射され、スクリーンＳ上でカラー画像を形成するように構成されている。 Such a projector 9 combines light emitted from each of the red light source device 911, the blue light source device 912, and the green light source device 913 based on image information from a host computer (not shown) by a cross dichroic prism 92, The combined light is scanned by the optical scanners 93 and 94 and further reflected by the fixed mirror 95 to form a color image on the screen S.

ここで、光スキャナ９３、９４の光走査について具体的に説明する。
まず、クロスダイクロイックプリズム９２で合成された光は、光スキャナ９３によって横方向に走査される（主走査）。そして、この横方向に走査された光は、光スキャナ９４によってさらに縦方向に走査される（副走査）。これにより、２次元カラー画像をスクリーンＳ上に形成することができる。このような光スキャナ９３、９４として本発明の光スキャナを用いることで、極めて優れた描画特性を発揮することができる。なお、光スキャナ９３、９４のうちの少なくとも一方の光スキャナを本発明の光スキャナとすればよく、例えば、一方の光スキャナに換えてガルバノミラーなどを用いて光走査を行ってもよい。 Here, the optical scanning of the optical scanners 93 and 94 will be specifically described.
First, the light combined by the cross dichroic prism 92 is scanned in the horizontal direction by the optical scanner 93 (main scanning). The light scanned in the horizontal direction is further scanned in the vertical direction by the optical scanner 94 (sub-scanning). Thereby, a two-dimensional color image can be formed on the screen S. By using the optical scanner of the present invention as the optical scanners 93 and 94, extremely excellent drawing characteristics can be exhibited. Note that at least one of the optical scanners 93 and 94 may be the optical scanner of the present invention. For example, optical scanning may be performed using a galvanometer mirror or the like instead of one of the optical scanners.

以上、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、アクチュエータは、可動板２１を中心にほぼ左右対称な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。 Although the actuator, optical scanner, and image forming apparatus of the present invention have been described based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to this. For example, in the actuator, optical scanner, and image forming apparatus of the present invention, the configuration of each part can be replaced with an arbitrary configuration that exhibits the same function, and an arbitrary configuration can be added.
In the above-described embodiment, the actuator has been described as having a structure that is substantially symmetrical about the movable plate 21, but may be asymmetrical.

また、前述した実施形態では、１対の補助部材を備えるアクチュエータについて説明したが、１対の軸部材にかかる張力を変更することができれば、これに限定されず、例えば、１つの補助部材を備えていればよい。この場合には、例えば、１対の軸部材のうちの一方の軸部材を補助部材に連結し、他方の軸部材を支持部に連結することで、１対の軸部材にかかる張力を変更することができる。このような構成とすることにより、アクチュエータの製造の簡易化を図ることができるとともに、１つの圧電素子で１対の軸部材にかかる張力を変更することができるため、製造コストの削減を図ることができる。 In the above-described embodiment, the actuator including the pair of auxiliary members has been described. However, the present invention is not limited to this as long as the tension applied to the pair of shaft members can be changed. For example, the actuator includes one auxiliary member. It only has to be. In this case, for example, one of the pair of shaft members is connected to the auxiliary member, and the other shaft member is connected to the support portion to change the tension applied to the pair of shaft members. be able to. With such a configuration, it is possible to simplify the manufacturing of the actuator and to change the tension applied to the pair of shaft members by one piezoelectric element, thereby reducing the manufacturing cost. Can do.

すなわち、前述した実施形態では、複数の圧電素子を用いて１対の軸部材にかかる張力を変更するものについて説明したが、圧電素子の数は特に限定されず、例えば、前述したように１つでもよい。
また、前述した実施形態では、圧電素子を収縮させることで１対の軸部材にかかる張力を変更するものについて説明したが、圧電素子を伸張させることで１対の軸部材にかかる張力を変更するよう構成されていてもよい。 That is, in the above-described embodiment, a description has been given of changing the tension applied to a pair of shaft members by using a plurality of piezoelectric elements. However, the number of piezoelectric elements is not particularly limited. But you can.
Further, in the above-described embodiment, the description has been given of changing the tension applied to the pair of shaft members by contracting the piezoelectric elements. However, the tension applied to the pair of shaft members is changed by extending the piezoelectric elements. It may be configured as follows.

本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 1st Embodiment of the actuator of this invention. 図１中のＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line in FIG. 図１中のＢ−Ｂ線断面図である。It is the BB sectional view taken on the line in FIG. 制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a control system. 本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 2nd Embodiment of the actuator of this invention. 本発明の画像形成装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the image forming apparatus of this invention.

Explanation of symbols

１、１Ａ‥‥‥アクチュエータ２‥‥‥基体２１、２１Ａ‥‥‥可動板２１１‥‥‥光反射部２２、２２Ａ‥‥‥支持部２３、２３Ａ、２４、２４Ａ‥‥‥軸部材２５、２５Ａ、２６、２６Ａ‥‥‥補助部材２５１、２６１‥‥‥本体部２５２、２５２Ａ、２５３、２５３Ａ、２６２、２６３‥‥‥連結部２５２１Ａ、２５３１Ａ‥‥‥幅広部３‥‥‥支持基板３１‥‥‥空間４‥‥‥接合層５‥‥‥基板６、６Ａ‥‥‥剛性変更手段（バネ定数変更手段）６１、６２、６３Ａ〜６６Ａ‥‥‥圧電素子６１１‥‥‥圧電体層６１２、６１３‥‥‥電極６７‥‥‥圧電素子駆動ドライバ７‥‥‥駆動手段７１‥‥‥磁石７２‥‥‥コイル７３‥‥‥電源（電圧印加手段）８‥‥‥制御手段９‥‥‥プロジェクタ９１‥‥‥光源装置９１１‥‥‥赤色光源装置９１２‥‥‥青色光源装置９１３‥‥‥緑色光源装置９２‥‥‥クロスダイクロイックプリズム９３、９４‥‥‥光スキャナ９５‥‥‥固定ミラーＳ‥‥‥スクリーンＸ、Ｙ、Ｚ‥‥‥軸 1, 1A ... Actuator 2 ... Base 21, 21A ... Movable plate 211 ... Light reflection part 22, 22A ... Support parts 23, 23A, 24, 24A ... Shaft members 25, 25A , 26, 26A ... auxiliary members 251, 261 ... main body parts 252, 252A, 253, 253A, 262, 263 ... connecting parts 2521A, 2531A ... wide parts 3 ... support substrate 31 ... ··· Space 4 · · · Bonding layer 5 · · · Substrate 6 and 6A · · · Rigidity changing means (spring constant changing means) 61, 62, 63A to 66A · · · Piezoelectric element 611 · · · Piezoelectric layers 612 and 613 Electrodes 67 ... Piezoelectric element driver 7 ... Drive means 71 ... Magnets 72 ... Coils 73 ... Power supply (voltage application means) 8 ... Control means 9 ... Project 91 ... Light source device 911 ... Red light source device 912 ... Blue light source device 913 ... Green light source device 92 ... Cross dichroic prism 93, 94 ... Optical scanner 95 ... Fixed mirror S ... ... screen X, Y, Z ... axis

Claims

A movable plate,
A pair of shaft members having a longitudinal shape for supporting both of the movable plates in a rotatable manner;
A support portion for supporting the pair of shaft members;
Driving means for rotating the movable plate;
An actuator configured to rotate the movable plate while twisting and deforming the pair of shaft members by operating the driving means;
Rigidity changing means for changing torsional rigidity of the pair of shaft members;
The rigidity changing means includes a piezoelectric element that changes a tension applied to the pair of shaft members by expansion and contraction, and one shaft member of the pair of shaft members and the support portion are interposed via the piezoelectric elements. An actuator configured to change the torsional rigidity of the pair of shaft members by connecting and expanding and contracting the piezoelectric element.

The driving means includes voltage applying means for applying a voltage,
The rigidity changing means changes the torsional rigidity of the pair of shaft members so that the frequency of the voltage is equal to the torsional resonance frequency of the vibrator formed by the movable plate and the pair of shaft members. The actuator according to claim 1.

The actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric element expands and contracts in a direction parallel to a rotation center axis of the movable plate.

The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the piezoelectric elements are provided in a pair so as to connect the shaft members and the support portion.

Between the piezoelectric element and the shaft member, an auxiliary member connected to the support portion and displaceable in a direction parallel to the rotation center axis of the movable plate with respect to the support portion is interposed. The actuator according to any one of claims 1 to 4.

The actuator according to claim 5, wherein the auxiliary member has a portion extending in a direction orthogonal to a rotation center axis of the movable plate.

When the length of the extending portion in the direction parallel to the rotation center axis of the movable plate is W, and the length of the extending portion in the thickness direction of the movable plate is H, W is , H smaller than H.

The actuator according to any one of claims 1 to 7, wherein a light reflecting portion having light reflectivity is provided on a plate surface of the movable plate.

A movable plate including a light reflecting portion having light reflectivity;
A pair of shaft members having a longitudinal shape for supporting both of the movable plates in a rotatable manner;
A support portion for supporting the pair of shaft members;
Driving means for rotating the movable plate;
An optical scanner configured to rotate the movable plate while twisting and deforming the pair of shaft members by operating the driving means, and to scan the light reflected by the light reflecting portion;
Rigidity changing means for changing torsional rigidity of the pair of shaft members;
The rigidity changing means includes a piezoelectric element that changes a tension applied to the pair of shaft members by expansion and contraction, and one shaft member of the pair of shaft members and the support portion are interposed via the piezoelectric elements. An optical scanner configured to change the torsional rigidity of the pair of shaft members by connecting and expanding and contracting the piezoelectric element.

A movable plate including a light reflecting portion having light reflectivity;
A pair of shaft members having a longitudinal shape for supporting both of the movable plates in a rotatable manner;
A support portion for supporting the pair of shaft members;
Driving means for rotating the movable plate;
An image provided with an optical scanner configured to scan the light reflected by the light reflecting portion by rotating the movable plate while twisting and deforming the pair of shaft members by operating the driving means. A forming device,
Rigidity changing means for changing torsional rigidity of the pair of shaft members;
The rigidity changing means includes a piezoelectric element that changes a tension applied to the pair of shaft members by expansion and contraction, and one shaft member of the pair of shaft members and the support portion are interposed via the piezoelectric elements. An image forming apparatus configured to change the torsional rigidity of the pair of shaft members by connecting and expanding and contracting the piezoelectric element.