JP2008228436A

JP2008228436A - アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置

Info

Publication number: JP2008228436A
Application number: JP2007062468A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Mizoguchi; 安志溝口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-12
Also published as: JP4984987B2

Abstract

【課題】低コスト化および小型化を図りつつ、可動板をＸ軸およびＸ軸に直交するＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させ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。
【解決手段】アクチュエータ１は、枠状の駆動部材２１１を備える第１の振動系２１と、駆動部材２１１の内側に設けられた可動板２２１を備える第２の振動系２２と、駆動部材２１１に設けられた１対の軟磁性体６１、６２と、軟磁性体６１、６２を磁化するためのコイル６３、６４とを有し、軟磁性体６１、６２は、駆動部材２１１のＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸から離間した位置に設けられ、互いに周波数の異なる第１の電圧と第２の電圧とが重畳された電圧をコイル６３、６４に印加することで、可動板２２１をＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させるように構成されている。
【選択図】図１

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。

例えば、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、２次元的に光を走査する光スキャナが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の光スキャナは、枠状の外側可動板と、この外側可動板をＸ軸まわりに遥動（回動）可能に軸支する１対の第１のトーションバーと、外側可動板の内側に設けられた内側可動板と、この内側可動板をＸ軸に直交するＹ軸まわりに遥動可能に軸支する１対の第２のトーションバーとを備えるスキャナ本体と、外側可動板および内側可動板のそれぞれに設けられた１対の駆動コイルと、スキャナ本体を介して互いに対向するように設けられた１対の永久磁石とを有している。
しかし、このような光スキャナは、光スキャナ本体を介して互いに対向するように１対の永久磁石を設けているため、光スキャナの小型化を図ることが難しい。また、駆動コイルを外側可動板および内側可動板のそれぞれに１つずつ設けているため、低コスト化を図ることが難しい。

特開平８−３２２２２７号公報

本発明の目的は、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板をＸ軸およびＸ軸に直交するＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させ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。

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、枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられた可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた軟磁性体と、該軟磁性体を磁化するためのコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のそれぞれの軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図るとともに、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ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。

本発明のアクチュエータでは、前記第２の電圧の周波数が前記第２の振動系の共振周波数と等しく、前記第１の電圧の周波数が前記第１の振動系の共振周波数と異なっていることが好ましい。
これにより、円滑に、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。

本発明のアクチュエータでは、前記第１の電圧および前記第２の電圧のそれぞれは、パルス状に印加されていることが好ましい。
これにより、効果的に、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とで区切られる４つの領域のうち、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との交点に対して点対称の関係にある２つの領域内に位置するように１対設けられ、前記コイルは、前記各軟磁性体に対向するように１対設けられていることが好ましい。
これにより、前記１対の軟磁性体を交互に磁化することで、円滑に、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。

本発明のアクチュエータでは、前記１対の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との交点に対して点対称となるように設けられていることが好ましい。
これにより、前記１対の軟磁性体を前記駆動部材に固着することによって、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の重心が前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との交点からずれてしまうこと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１対の軟磁性体を互いに結ぶ線分は、前記可動板の平面視にて、前記Ｘ軸または前記Ｙ軸に対して３０〜６０度傾斜していることが好ましい。
これにより、極めて円滑に、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。

本発明のアクチュエータでは、前記１対の軟磁性体は、前記駆動部材の同一面上に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１対の軟磁性体は、前記駆動部材の前記コイルと対向する面に設けられていることが好ましい。
これにより、前記各軟磁性体とそれに対応する前記コイルとの離間距離を短くすることができる。その結果、アクチュエータの小型化および省電力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１対のコイルは、それぞれ、前記軟磁性体の直下に設けられていることが好ましい。
これにより、前記各コイルから発生する磁界により、効率的に前記各軟磁性体を磁化させることができる。その結果、アクチュエータの小型化および省電力化を図ることができる。

本発明のアクチュエータでは、前記可動板は、光反射性を有する光反射部を備えていることが好ましい。
これにより、アクチュエータを例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置に備える光学デバイスとして用いることができる。

本発明の光スキャナは、枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた軟磁性体と、該軟磁性体を磁化するためのコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のそれぞれの軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査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、低コスト化および小型化を図るとともに、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査することのできる光スキャナを提供することができる。

本発明の画像形成装置は、枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた軟磁性体と、該軟磁性体を磁化するためのコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のそれぞれの軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光スキャナを備えることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図るとともに、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査することのできる光スキャナを備えた画像形成装置を提供することができる。

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。
図１は、本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１に示すアクチュエータが備える駆動手段を示すブロック図、図４は、図３に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。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。

図１および図２に示すように、アクチュエータ１は、第１の振動系２１と第２の振動系２２とを備える基体２と、接合層４を介して基体２を支持する支持基板３と、支持基板３を介して基体２と対向する対向基板５と、第１の振動系２１および第２の振動系２２を駆動させる駆動手段６とを備えている。
図１に示すように、基体２は、枠状の支持部２３と、支持部２３に支持された第１の振動系２１と、第１の振動系２１に支持された第２の振動系２２とを備えている。

第１の振動系２１は、支持部２３の内側に設けられた枠状の駆動部材２１１と、駆動部材２１１を支持部２３に両持ち支持する１対の第１の軸部材２１２、２１３とで構成されている。また、第２の振動系２２は、駆動部材２１１の内側に設けられた可動板２２１と、可動板２２１を駆動部材２１１に両持ち支持する１対の第２の軸部材２２２、２２３とで構成されている。

駆動部材２１１は、図１の平面視（すなわち、可動板２２１の平面視）にて、円環状をなしている。ただし、駆動部材２１１の形状は、枠状をなしていれば、特に限定されない。そして、この駆動部材２１１の下面には、後述する１対の軟磁性体６１、６２が設けられている。このような駆動部材２１１は、１対の第１の軸部材２１２、２１３によって支持部２３に両持ち支持されている。

第１の軸部材２１２、２１３のそれぞれは、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第１の軸部材２１２、２１３のそれぞれは、駆動部材２１１を支持部２３に対して回動可能とするように、駆動部材２１１と支持部２３とを連結している。このような、第１の軸部材２１２、２１３は、互いに同軸的に設けられており、この軸（以下、「回動中心軸Ｘ」という）を中心として、駆動部材２１１が支持部２３に対して回動するように構成されている。
駆動部材２１１の内側に形成された可動板２２１は、その平面視にて、円形状をなしている。だたし、可動板２２１の形状は、特に限定されない。可動板２２１の上面には、光反射性を有する光反射部２２１ａが形成されている。このような可動板２２１は、１対の第２の軸部材２２２、２２３によって、駆動部材２１１に両持ち支持されている。

第２の軸部材２２２、２２３のそれぞれは、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第２の軸部材２２２、２２３のそれぞれは、可動板２２１を駆動部材２１１に対して回動可能とするように、可動板２２１と駆動部材２１１とを連結している。このような第２の軸部材２２２、２２３は、互いに同軸的に設けられており、この軸（以下、「回動中心軸Ｙ」という）を中心として、可動板２２１が駆動部材２１１に対して回動するように構成されている。

図１に示すように、回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとは、互いに直交する軸である。すなわち、回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとのなす角は、９０度である。また、駆動部材２１１および可動板２２１のそれぞれの中心は、図１の平面視にて、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙの交点上に位置している。なお、以下、説明の便宜上、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙの交点を「交点Ｇ」ともいう。

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２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とが一体的に形成されている。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。

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２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とを形成したものであってもよい。その際、可動板２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とが一体的となるように、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。

図２に示すように、以上のような基体２は、接合層４を介して支持基板３と接合している。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。支持基板３は、可動板２２１の平面視にて、支持部２３とほぼ同一形状をなしている（すなわち、枠状をなしている）。ただし、支持基板３の形状については、基体２を支持することができれば、特に限定されない。また、支持部２３の形状などによっては、支持基板３を省略してもよい。
支持基板３と基体２との間に形成された接合層４は、例えば、ガラス、シリコン、またはＳｉＯ_２を主材料として構成されている。ただし、このような接合層４は、省略してもよい。すなわち、基体２と支持基板３とが直接接合されているものであってよい。

図２に示すように、支持基板３を介して、基体２と対向するように対向基板５が設けられている。このような対向基板５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。対向基板５の上面には、軟磁性体６１を磁化するためのコイル６３と、軟磁性体６２を磁化するためのコイル６４とが設けられている。このような１対のコイル６３、６４は、それぞれ、電圧印加手段６５と電気的に接続されている。このような１対のコイル６３、６４と、電圧印加手段６５と、１対の軟磁性体６１、６２とで駆動手段６が構成されている。

１対の軟磁性体６１、６２は、互いに同一形状、同一寸法をなしている。このような軟磁性体６１、６２は、それぞれ、図１の平面視にて、円形状をなしている。ただし、軟磁性体６１、６２の形状については、特に限定されず、平面視にて円形状をなしていなくてもよいし、互いに異なる形状をなしていてもよい。
図１に示すように、１対の軟磁性体６１、６２は、それぞれ、駆動部材２１１の下面に固着されている。つまり、１対の軟磁性体６１、６２は、駆動部材２１１の同一面上に固着されている。これにより、アクチュエータ１の製造の簡易化を図ることができる。

また、１対の軟磁性体６１、６２は、それそれ、駆動部材２１１のコイル６３、６４と対向する面に固着されている。これにより、軟磁性体６１とコイル６３との離間距離および軟磁性体６２とコイル６４との離間距離のそれぞれを短くすることができる。その結果、アクチュエータ１の小型化および省電力化を図ることができる。
だたし、１対の軟磁性体６１、６２の配置については、１対の軟磁性体６１、６２をコイル６３、６４により磁化することができれば、特に限定されず、例えば、１対の軟磁性体６１、６２がそれぞれ駆動部材２１１の上面に固着されていてもよいし、１対の軟磁性体６１、６２のうちの一方の軟磁性体が駆動部材２１１の下面に固着され、他方の軟磁性体が駆動部材２１１の上面に固着されていてもよい。

このような１対の軟磁性体６１、６２は、それぞれ、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸から離間した部位に固着されている。これにより、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。
具体的には、図１に示すように、軟磁性体６２は、駆動部材２１１の、回動中心軸Ｘに対して第２の軸部材２２２側で、かつ、回動中心軸Ｙに対して第１の軸部材２１３側の部位に固着されており、軟磁性体６１は、駆動部材２１１の、回動中心軸Ｘに対して第２の軸部材２２３側で、かつ、回動中心軸Ｙに対して第１の軸部材２１２側の部位に固着されている。

つまり、アクチュエータ１は、図１の平面視にて、駆動部材２１１を回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとで４つの領域に区切ったとき、交点Ｇに対して点対称の関係にある２つの領域のうちの一方の領域内に１対の軟磁性体６１、６２のうちの１方の軟磁性体が位置し、他方の領域内に他方の軟磁性体が位置するように構成されている。これにより、円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。

さらに、１対の軟磁性体６１、６２は、図１の平面視にて、交点Ｇに対して点対称となるように駆動部材２１１に固着されている。これにより、１対の軟磁性体６１、６２を固着することにより、図１の平面視にて、駆動部材２１１の重心が交点Ｇ上からずれてしまうことを防止することができる。その結果、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、図１の平面視して、交点Ｇを通り、１対の軟磁性体６１、６２のそれぞれの中心を結ぶ線分の回動中心軸Ｘに対する傾斜角θは、３０〜６０度であるのが好ましく、４０〜５０度であるのがより好ましく、ほぼ４５度であるのがさらに好ましい。このような線分上に１対の軟磁性体６１、６２を設けることで、極めて円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。これに対し、傾斜角θが前記下限値未満であると、コイル６３、６４に印加される電圧の強さなどによっては、円滑に、可動板２２１をＸ軸まわりに回動させることができない場合がある。一方、傾斜角θが前記上限値を超えると、コイル６３、６４に印加される電圧の強さなどによっては、円滑に、可動板２２１をＹ軸まわりに回動させることができない場合がある。

本実施形態では、１対の軟磁性体６１、６２のそれぞれの中心を結ぶ線分は、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に対して４５度傾斜している。これにより、極めて円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。
このような軟磁性体６１、６２は、それぞれ、軟磁性材料を主材料として構成されている。このような軟磁性材料としては、特に限定されず、Ｆｅ、各種Ｆｅ合金（ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト）などが挙げられる。

このような軟磁性体６１の直下には、軟磁性体６１を磁化するためのコイル６３が設けられている。同様に、軟磁性体６２の直下には、軟磁性体６２を磁化するためのコイル６４が設けられている。これにより、コイル６３から発生する磁界により、効率的に軟磁性体６１を磁化することができ、コイル６４から発生する磁界により、効率的に軟磁性体６２を磁化することができる。その結果、アクチュエータ１の小型化および省電力化を図ることができる。

また、コイル６３は、図１の平面視にて、軟磁性体６１の外周を囲むように形成されている。同様に、コイル６４は、図１の平面視にて、軟磁性体６２の外周を囲むように形成されている。これにより、軟磁性体６１、６２のそれぞれを確実に磁化することができる。また、軟磁性体６１とコイル６３との離間距離および軟磁性体６１とコイル６３との離間距離のそれぞれを短くすることができる。その結果、アクチュエータ１の小型化および省電力化を図ることができる。このようなコイル６３、６４は、例えば、ヨークに巻き付けられていてもよい。

このようなコイル６３、６４は、それぞれ、電圧印加手段６５と電気的に接続されている。そして、電圧印加手段６５によってコイル６３、６４に電圧を印加することで、コイル６３、６４のそれぞれから回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に直交する方向の磁束を有する磁界が発生する。そして、コイル６３から発生した磁界によって磁化された軟磁性体６１は、コイル６３に引き付けられ、コイル６４から発生した磁界によって磁化された軟磁性体６２は、コイル６４に引き付けられることとなる。

図３に示すように、電圧印加手段６５は、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに回動させるための第１の電圧を発生させる第１の電圧発生部６５１と、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させるための第２の電圧を発生させる第２の電圧発生部６５２と、第１の電圧と第２の電圧とを重畳し、その電圧をコイル６３、６４に印加する電圧重畳部６５３とを備えている。

第１の電圧発生部６５１は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、周期Ｔ１で周期的に変化する電圧（垂直走査用電圧）を発生させるものである。すなわち、第１の電圧発生部６５１は、周波数（１／Ｔ１）を有する２種の第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２を発生するものである。
第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２は、それぞれ、パルス状に印加されている。また、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２は、互いに同一波形であるが、第１の電圧Ｖ１２は、第１の電圧Ｖ１１に対し１８０°位相がずれている。このような第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２により、アクチュエータ１は、効果的に光を垂直走査（副走査）することができる。すなわち、効果的に、可動板２２１を回動中心軸Ｘ軸まわりに回動させることができる。だたし、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２のそれぞれの波形は、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに回動させることができれば、これに限定されない。

ここで、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数（１／Ｔ１）は、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、３０〜８０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。また、本実施形態では、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数は、駆動部材２１１と１対の第１の軸部材２１２、２１３とで構成された第１の振動系２１のねじり共振周波数と異なる値に調整されている。

一方、第２の電圧発生部６５２は、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する電圧（水平走査用電圧）を発生させるものである。すなわち、第２の電圧発生部６５２は、周波数（１／Ｔ２）を有する２種の第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２を発生するものである。
第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２は、それぞれ、パルス状に印加されている。また、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２は、互いに同一波形であるが、第２の電圧Ｖ２２は、第２の電圧Ｖ２１に対し１８０°位相がずれている。このような第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２により、アクチュエータ１は、効果的に光を水平走査（主走査）することができる。すなわち、効果的に、可動板２２１を回動中心軸Ｙ軸まわりに回動させることができる。だたし、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２のそれぞれの波形は、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができれば、これに限定されない。

また、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数は、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数と異なり、かつ、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。例えば、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数を１０〜４０ｋＨｚとし、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数を６０Ｈｚ程度とすることで、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。

このように、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数を第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数の１００〜１０００倍とすることで、円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。ただし、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができれば、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数と第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数との組み合わせは、特に限定されない。

このような、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数は、可動板２２１と１対の第２の軸部材２２２、２２３とで構成された第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しくなるように調整されている。つまり、第２の振動系２２は、そのねじり共振周波数が水平走査に適した周波数になるように設計（製造）されている。これにより、可動板２２１の回動中心軸Ｙまわりの回動角を大きくすることができる。

また、第１の振動系２１の共振周波数をｆ_１［Ｈｚ］とし、第２の振動系２２の共振周波数をｆ_２［Ｈｚ］としたとき、ｆ_１とｆ_２とが、ｆ_２＞ｆ_１の関係を満たすことが好ましく、ｆ_２≧１０ｆ_１の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、回動中心軸Ｙまわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。

このような第１の電圧発生部６５１および第２の電圧発生部６５２は、それぞれ、同期信号発生回路（制御部）７に接続され、この同期信号発生回路７からの信号に基づき駆動する。また、第１の電圧発生部６５１および第２の電圧発生部６５２には、電圧重畳部６５３が接続されている。
電圧重畳部６５３は、コイル６３に電圧を印加するための加算器６５３ａと、コイル６４に電圧を印加するための加算器６５３ｂとを備えている。

加算器６５３ａは、第１の電圧発生部６５１から第１の電圧Ｖ１１を受けるとともに、第２の電圧発生部６５２から第２の電圧Ｖ２１を受け、これらを重畳しコイル６３に印加するようになっている。
加算器６５３ｂは、第１の電圧発生部６５１から第１の電圧Ｖ１２を受けるとともに、第２の電圧発生部６５２から第２の電圧Ｖ２２を受け、これらを重畳しコイル６４に印加するようになっている。

以上のような構成のアクチュエータ１は、次のようにして駆動する。なお、本実施形態では、前述したように、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数は、第１の振動系２１のねじり共振周波数と異なる値に設定されており、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数は、第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しく、かつ、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数よりも大きくなるように設定されている（例えば、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数が６０Ｈｚで、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数が１５ｋＨｚ）。

例えば、図４（ａ）に示すような第１の電圧Ｖ１１と図４（ｃ）に示すような第２の電圧Ｖ２１とを重畳してコイル６３に印加する（この重畳された電圧を「電圧Ｖ３１」ともいう）。これと同期して、図４（ｂ）に示すような第１の電圧Ｖ１２と図４（ｄ）に示すような第２の電圧Ｖ２２とを重畳してコイル６４に印加する（この重畳された電圧を「電圧Ｖ３２」ともいう）。

すると、電圧Ｖ３１のうちの第１の電圧Ｖ１１に対応する電圧による、駆動部材２１１の軟磁性体６１付近をコイル６３に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ１」という）と、電圧Ｖ３２のうちの第１の電圧Ｖ１２に対応する電圧による、駆動部材２１１の軟磁性体６２付近をコイル６４に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ２」という）とが交互に切り換わる。

ここで、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘに対して一方側に軟磁性体６１が位置し、他方側に軟磁性体６２が位置している。言い換えれば、１対の軟磁性体６１、６２は、図１の平面視にて、回動中心軸Ｘを挟むようにして設けられている。そのため、前述したような磁界Ａ１と磁界Ａ２とが交互に切り換わることで、第１の軸部材２１２、２１３を捩れ変形させつつ、駆動部材２１１が可動板２２１とともに、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数で回動中心軸Ｘまわりに回動する。

なお、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数は、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数に比べて極めて低く設定されている。また、第１の振動系２１の共振周波数は、第２の振動系２２の共振周波数よりも低く設計されている（例えば、第２の振動系２２の共振周波数の１／１０以下）。つまり、第１の振動系２１は、第２の振動系２２よりも振動しやすいように設計されているため、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２によって回動中心軸Ｘまわりに回動する。すなわち、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２によって、駆動部材２１１が回動中心軸Ｘまわりに回動してしまうことを防止することができる。

一方、電圧Ｖ３１のうちの第２の電圧Ｖ２１に対応する電圧による、駆動部材２１１の軟磁性体６１付近をコイル６３に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ１」という）と、電圧Ｖ３２のうちの第２の電圧Ｖ２２に対応する電圧による、駆動部材２１１の軟磁性体６２付近をコイル６４に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ２」という）とが交互に切り換わる。

ここで、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｙに対して一方側に軟磁性体６１が位置し、他方側に軟磁性体６２が位置している。言い換えれば、１対の軟磁性体６１、６２は、図１の平面視にて、回動中心軸Ｙを挟むようにして設けられている。そのため、前述したような磁界Ｂ１と磁界Ｂ２とが交互に切り換わることで、第２の軸部材２２２、２２３を捩れ変形させつつ、可動板２２１が第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数で回動中心軸Ｙまわりに回動する。

なお、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数は、第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しい。そのため、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２によって、支配的に、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができる。すなわち、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２によって、可動板２２１が回動中心軸Ｙまわりに回動してしまうことを防止することができる。
以上より、アクチュエータ１にあっては、第１の電圧Ｖ１１と第２の電圧Ｖ２１とを重畳させた電圧Ｖ３１をコイル６３に印加し、第１の電圧Ｖ１２と第２の電圧Ｖ２２とを重畳させた電圧Ｖ３２をコイル６４に印加することで、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数で回動させつつ、回動中心軸Ｙまわりに第２の電圧のＶ２１、Ｖ２２の周波数で回動させることができる。これにより、低コスト化および小型化を図るとともに、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。

また、このようなアクチュエータ１では、第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２および第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２を適宜変更することで、基体２や軟磁性体６１、６２の設計を変更することなく、所望の振動特性を得ることができる。
また、駆動部材２１１に軟磁性体６１、６２を設け、軟磁性体６１、６２に対向するようにコイル６３、６４を設けることで、通電によってコイル６３、６４から発生する熱による基体２の熱膨張を抑制することができる。すなわち、アクチュエータ１は、長時間の連続使用であっても、所望の振動特性を発揮することができる。

また、本実施形態では、アクチュエータ１が１対の軟磁性体６１、６２を備えているため、円滑に、可動板２２１を第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数で回動中心軸Ｘまわりに回動させつつ、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数で回動中心軸Ｙまわりに回動させることができる。
さらに、１対の軟磁性体６１、６２が、図１の平面視にて、交点Ｇに対して点対称となるように駆動部材２１１に固着されているため、より円滑に、可動板２２１を第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数で回動中心軸Ｘまわりに回動させつつ、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数で回動中心軸Ｙまわりに回動させることができる。

さらに、図１の平面視にて、交点Ｇを通り、１対の軟磁性体６１、６２のそれぞれの中心を結ぶ線分の回動中心軸Ｘに対する傾斜角θがほぼ４５度となっているため、極めて円滑に、可動板２２１を第１の電圧Ｖ１１、Ｖ１２の周波数で回動中心軸Ｘまわりに回動させつつ、第２の電圧Ｖ２１、Ｖ２２の周波数で回動中心軸Ｙまわりに回動させることができる。

以上説明したようなアクチュエータ１は、光反射部２２１ａを備えているため、例えば、加速度センサ、角速度センサなどのＭＥＭＳ応用センサや、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置に備える光スキャナ、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。なお、本発明の光スキャナは、前述したアクチュエータと同様の構成であるため、その説明を省略する。

ここで、図５に基づき、画像形成装置の一例として、アクチュエータ１をイメージング用ディスプレイの光スキャナとして用いた場合を説明する。なお、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。また、回動中心軸ＸがスクリーンＳの横方向と平行であり、回動中心軸ＹがスクリーンＳの縦方向と平行である。

画像形成装置（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、複数のダイクロイックミラー９２、９２、９２と、アクチュエータ１とを有している。
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。
各ダイクロイックミラー９２は、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。

このようなプロジェクタ９は、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、光源装置９１（赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３）から照出された光をダイクロイックミラー９２で合成し、この合成された光がアクチュエータ１によって２次元走査され、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。

２次元走査の際、アクチュエータ１の可動板２２１の、回動中心軸Ｙまわりの回動により光反射部２２１ａで反射した光がスクリーンＳの横方向に走査（主走査）される。一方、アクチュエータ１の可動板２２１の、回動中心軸Ｘまわりの回動により光反射部２２１ａで反射した光がスクリーンＳの縦方向に走査（副走査）される。
なお、図５中では、ダイクロイックミラー９２で合成された光をアクチュエータ１によって２次元的に走査した後、その光を固定ミラーＭで反射させてからスクリーンＳに画像を形成するように構成されているが、固定ミラーＭを省略し、アクチュエータ１によって２次元的に走査された光を直接スクリーンＳに照射してもよい。

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、Ｙ軸およびＸ軸のそれぞれの軸に対しほぼ対称な形状をなしているが、非対称であってもよい。
また、前述した実施形態では、駆動部材に１対の軟磁性体が固着されたものについて説明したが、可動板を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができれば、軟磁性体の数は、限定されない。例えば、１つの軟磁性体が、可動板の平面視にて、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸から離間した位置に設けられていてもよい。また、３つ以上の軟磁性体が設けられていてもよい。この場合、複数の軟磁性体のうちの少なくとも１つの軟磁性体が、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸から離間した位置に設けられていればよい。

本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す平面図である。図１中のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すアクチュエータが備える駆動手段の電圧印加手段を示すブロック図である。図３に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。本発明の画像形成装置を示す概略図である。

符号の説明

１‥‥‥アクチュエータ２‥‥‥基体２１‥‥‥第１の振動系２１１‥‥‥駆動部材２１２、２１３‥‥‥第１の軸部材２２‥‥‥第２の振動系２２１‥‥‥可動板２２１ａ‥‥‥光反射部２２２、２２３‥‥‥第２の軸部材２３‥‥‥支持部３‥‥‥支持基板４‥‥‥接合層５‥‥‥対向基板６‥‥‥駆動手段６１、６２‥‥‥軟磁性体６３、６４‥‥‥コイル６５‥‥‥電圧印加手段６５１‥‥‥第１の電圧発生部６５２‥‥‥第２の電圧発生部６５３‥‥‥電圧重畳部６５３ａ、６５３ｂ‥‥‥加算器７‥‥‥同期信号生成回路（制御部）９‥‥‥画像形成装置（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‥‥‥ダイクロイックミラーＭ‥‥‥固定ミラーＳ‥‥‥スクリーンＸ、Ｙ‥‥‥回動中心軸

Claims

枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられた可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた軟磁性体と、該軟磁性体を磁化するためのコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のそれぞれの軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
前記第２の電圧の周波数が前記第２の振動系の共振周波数と等しく、前記第１の電圧の周波数が前記第１の振動系の共振周波数と異なっている請求項１に記載のアクチュエータ。
前記第１の電圧および前記第２の電圧のそれぞれは、パルス状に印加されている請求項１または２に記載のアクチュエータ。
前記軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とで区切られる４つの領域のうち、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との交点に対して点対称の関係にある２つの領域内に位置するように１対設けられ、前記コイルは、前記各軟磁性体に対向するように１対設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記１対の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との交点に対して点対称となるように設けられている請求項４に記載のアクチュエータ。
前記１対の軟磁性体を互いに結ぶ線分は、前記可動板の平面視にて、前記Ｘ軸または前記Ｙ軸に対して３０〜６０度傾斜している請求項４または５に記載のアクチュエータ。
前記１対の軟磁性体は、前記駆動部材の同一面上に設けられている請求項４ないし６のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記１対の軟磁性体は、前記駆動部材の前記コイルと対向する面に設けられている請求項７に記載のアクチュエータ。
前記１対のコイルは、それぞれ、前記軟磁性体の直下に設けられている請求項４ないし８のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記可動板は、光反射性を有する光反射部を備えている請求項１ないし９のいずれかに記載のアクチュエータ。
枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた軟磁性体と、該軟磁性体を磁化するためのコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のそれぞれの軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成されていることを特徴とする光スキャナ。
枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備えた可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた軟磁性体と、該軟磁性体を磁化するためのコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のそれぞれの軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光スキャナを備えることを特徴とする画像形成装置。