JP2009069340A - アクチュエータ、光スキャナ、および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】可動板21と、可動板21を支持する1対の軸部材22、23とを備えた振動部と、振動部に設けられたコイル212と、コイル212に通電するための配線221、231と、コイル212に対向して設置された磁石41、42とを有し、磁石41、42の磁界中に配されたコイル212に通電することにより、可動板21を各軸部材22、23の捩れ変形を伴って回動させるように構成され、配線221、231は、その一部が各軸部材22、23に対し離間するように配設されている。
【選択図】図4
Description
特許文献1に開示されたアクチュエータでは、ミラーを有する可動板が1対のトーションバーを介して基板に対し連結されている。そして、コイルが可動板に設けられているとともに、磁石が可動板に対向して設けられている。また、コイルに通電するための配線がトーションバーに設けられており、この配線を介してコイルに通電することにより、トーションバーの捩れ変形を伴って、磁石の磁界中に配された可動板を回動させる。
また、配線から生じる熱の影響によりトーションバーのバネ特性(バネ定数)が変動するため、可動板を所望の周波数で安定して動作するように制御することが難しい。
本発明のアクチュエータは、可動板と、該可動板を支持する1対の軸部材とを備えた振動部と、
前記振動部に設けられたコイルと、
前記コイルに通電するための配線と、
前記コイルに対向して設置された磁石とを有し、
前記磁石の磁界中に配された前記コイルに通電することにより、前記可動板を前記各軸部材の捩れ変形を伴って回動させるように構成され、
前記配線は、その一部が前記各軸部材に対し離間するように配設されていることを特徴とする。
また、各軸部材に対する配線からの熱の影響を防止または抑制することができる。そのため、各軸部材のバネ特性(バネ定数)の変動を防止または抑制して、長期にわたり簡単に、可動板を所望の周波数で安定して動作させることができる。
さらに、軸部材上に可動板の挙動検知のためのPZR等のセンサを設けた際、コイルからの配線を軸部材上に設けることが難しい場合であっても、コイルからの配線の取り出しが簡単となる。
これにより、可動板の回動によって配線に生じる応力を低減して、アクチュエータの信頼性を向上させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記振動部を支持する支持部を有しており、前記配線は、前記振動部上に接合された第1の接合点と、前記支持部上に接合された第2の接合点とを有し、前記第1の接合点と前記第2の接合点との間をワイヤーボンディングすることにより形成されたものであることが好ましい。
これにより、配線の形成を比較的簡単なものとしつつ、アクチュエータの信頼性を向上させることができる。
これにより、コイルおよび配線の形成を比較的簡単なものとしつつ、アクチュエータの信頼性を向上させることができる。
これにより、振動部を可動板および1対の軸部材からなる1自由度振動系とすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記コイルは、前記可動板の板面に沿って渦巻状に形成されていることが好ましい。
これにより、コイルの構成を比較的簡単なものとするとともに、駆動電圧を抑えつつ、コイルに生じる磁力を大きくすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記配線は、前記可動板と前記各軸部材との境界部付近に接合された1対の第1の接合点を有していることが好ましい。
これにより、可動板の回動によって配線に生じる応力を低減して、アクチュエータの信頼性を向上させることができる。
これにより、可動板の回動によって配線に生じる応力を簡単かつ確実に低減して、アクチュエータの信頼性を向上させることができる。
これにより、アクチュエータの設計を簡単なものとしつつ、振動部の振動特性を優れたものとすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記配線は、前記1対の軸部材に対する影響が互いに等しくなるように設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータの設計を簡単なものとしつつ、振動部の振動特性を優れたものとすることができる。
これにより、振動部の振動特性および耐久性を優れたものとすることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記コイルおよび前記配線は、それぞれ、金属で構成されていることが好ましい。
金属は一般に優れた電気伝導性を有するものの変形を繰り返すことにより金属疲労が生じる。したがって、金属で構成されたコイルや配線を用いた場合に、本発明を適用することによる効果が顕著となる。
前記振動部に設けられたコイルと、
前記コイルに通電するための配線と、
前記コイルに対向して設置された磁石とを有し、
前記磁石の磁界中に配された前記コイルに通電することにより、前記可動板を前記各軸部材の捩れ変形を伴って回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成され、
前記配線は、その一部が前記各軸部材に対し離間するように配設されていることを特徴とする。
これにより、本発明の光スキャナは、電磁駆動(ムービングコイル)方式において、優れた信頼性を発揮することができる。
前記振動部に設けられたコイルと、
前記コイルに通電するための配線と、
前記コイルに対向して設置された磁石とを有し、
前記磁石の磁界中に配された前記コイルに通電することにより、前記可動板を前記各軸部材の捩れ変形を伴って回動させ、前記光反射部で反射した光を走査して、画像を形成するように構成され、
前記配線は、その一部が前記各軸部材に対し離間するように配設されていることを特徴とする。
これにより、本発明の画像形成装置は、優れた信頼性を発揮することができる。
<第1実施形態>
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に示すアクチュエータの平面図、図3は、図1に示すアクチュエータの断面図((a)は図2中のA−A線断面図、(b)は図2中のB−B線断面図)、図4は、図1に示すアクチュエータに備えられたコイルを説明するための部分拡大斜視図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図3中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図1に示すように、本実施形態のアクチュエータ1は、電磁駆動方式(より具体的にはムービングコイル方式)を採用するアクチュエータであって、振動系(振動部)を有する基体2と、この基体2を支持する支持体3と、1対の磁石(永久磁石)41、42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を支持する1対の軸部材22、23と、これらを囲むように枠状に形成された支持部24とを有している。
可動板21は、板状をなし、本実施形態では、平面視形状が長方形をなしている。そして、可動板21の板面(上面)には、光反射性を有する光反射部211が設けられている。これにより、アクチュエータ1を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチ等の光学デバイスに適用することができる。
このコイル212は、可動板21の光反射部211とは反対側の面に設けられているため、光反射部211の設計の自由度が低下することはない。
なお、コイル212を構成する素線の他端(渦巻きの中心側の端)と配線221との接続は、ワイヤーボンディングに限定されず、例えば、振動部上に絶縁膜を介して配線パターンを成膜するとともに、その絶縁膜に配線パターンに導通する貫通電極を設けた構成でもよい。
また、可動板21(振動部)とコイル212との間には、絶縁膜が介在しているのが好ましい。これにより、コイル212と可動板21と間の絶縁性を優れたものとし、信頼性を向上させることができる。この場合、コイル212を構成する素線の外周に絶縁膜を形成してもよいし、可動板21の下面(コイル212側の面)の全面に絶縁膜を形成してもよい。また、この絶縁膜の構成材料としては、絶縁性を有していれば特に限定されないが、樹脂、金属酸化物等が挙げられる。
また、コイル212の構成材料としては、導電性を有するものであれば、特に限定されないが、アルミニウム等の金属が好適に用いられる。
1対の軸部材22、23は、それぞれ、弾性変形可能であるとともに、可動板21と支持部24とを連結している。
また、1対の軸部材22、23は、互いに同軸的に設けられており、これらを回動中心軸(回転軸)Xとして、可動板21が各軸部材22、23の捩れ変形を伴って支持部24に対して回動可能となっている。
そして、端子241は、前述したコイル212と配線221を介して電気的に接続され、端子242は、コイル212と配線231を介して電気的に接続されている。これにより、配線221、231を介してコイル212に通電することができる。
このような配線221は、第1の接合点222と第2の接合点223とをワイヤーボンディングすることにより形成されたものである。
このような配線231は、前述した配線221と同様、第1の接合点232と第2の接合点233とをワイヤーボンディングすることにより形成されたものである。
なお、配線221、231は、ワイヤーボンディング法により形成されたものに限定されない。
また、配線221が軸部材22に沿って設けられているとともに、配線231が軸部材23に沿って設けられているため、可動板21の回動によって配線221、231に生じる応力を低減して、アクチュエータ1の信頼性を向上させることができる。
また、配線221、231が前述したような1対の第1の接合点222、232を有しているため、可動板21の回動によって配線221に、231生じる応力を低減して、アクチュエータ1の信頼性を向上させることができる。
その上、配線221、231が前述したような1対の第2の接合点223、233を有しているため、可動板21の回動によって配線に生じる応力を簡単かつ確実に低減して、アクチュエータ1の信頼性を向上させることができる。
このような各配線221、231についても、前述したコイル212と同様に、軸部材22(振動部)と配線221との間や、軸部材23(振動部)と配線231との間には、絶縁膜が介在しているのが好ましい。これにより、配線221、231と振動部と間の絶縁性を優れたものとし、信頼性を向上させることができる。
金属は一般に優れた電気伝導性を有するものの変形を繰り返すことにより金属疲労が生じる。したがって、金属で構成された配線を用いた場合、本発明を適用することによる効果が顕著となる。
このような振動系を有する基体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1対の軸部材22、23と支持部24が一体的に形成されている。これにより、振動部の振動特性および耐久性を優れたものとすることができる。
この基板の平均厚さ(すなわち可動板21や軸部材22、23の厚さ)は、それぞれ、特に限定されないが、1〜1500μmであるのが好ましく、10〜300μmであるのがより好ましい。
支持体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。そして、基体2と支持体3とは直接接合または陽極接合により接合されている。なお、基体2と支持体3とは、例えば、ガラス、シリコン、またはSiO2を主材料として構成された接合層を介して接合されていてもよいし、接着剤を介して接合されていてもよい。
このような支持体3にあっては、その内側の空間が、基体2の振動系の振動、すなわち可動板21が回動(振動)する際に、支持体3に接触するのを防止する逃げ部を構成する。このような逃げ部を設けることにより、アクチュエータ1全体の大型化を防止しつつ、可動板21の振れ角(振幅)をより大きく設定することができる。
この1対の磁石41、42は、可動板21の回動中心軸Xを介して互いに対向するとともに、それぞれ非回動時の可動板21の端面に対向するように設けられている。このようにして各磁石41、42は、コイル212に対向している。
また、磁石41は、可動板21側をS極とし、磁石42は、可動板21側をN極とするように設置されている。したがって、1対の磁石41、42は、可動板21付近に、非回動時の可動板21の板面に平行で、かつ、可動板21の回動中心軸Xに直角な方向の磁界を発生させる。
なお、磁石41、42は、永久磁石ではなく、電磁石であってもよい。また、磁石41、42の極性は、図示のものに限定されないことは言うまでもない。
図示しない電源回路が配線221、231を介してコイル212に交番電圧を印加することにより、コイル212に生じる磁界の方向が上方向と下方向とで交互に切り換わる。
そのため、1対の磁石41、42の磁界中に配された可動板21は、各軸部材22、23の捩れ変形を伴いながら、可動板21が支持部24に対し回動(振動)する。
特に、本実施形態では、ワイヤーボンディングを用いて各配線221、231を形成することにより、配線221、231の形成を比較的簡単なものとすることができる。
さらに、軸部材22、23上に可動板21の挙動検知のためのPZR等のセンサを設けた際、コイル212からの配線221、231を軸部材22、23上に設けることが難しい場合であっても、コイル212からの配線221、231の取り出しが簡単となる。
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実施形態を示す断面図、図6は、本発明のアクチュエータの第2実施形態を示す部分拡大斜視図である。
以下、第2実施形態について説明するが、前述した第1実施形態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。
本実施形態のアクチュエータは、コイルの設置方法および配線の構成が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。
この絶縁膜25は、可動板21に接合・固定された本体部251と、各軸部材22、23に対し離間しつつ延長された延長部252、253とを有している。
そして、軸部材22に沿って設けられた延長部252上には、配線221Aが設けられ、軸部材23に沿って設けられた延長部253上には、配線231Aが設けられている。
ここで、配線221Aは、薄膜形成された配線214Aを介して、コイル212を構成する素線の他端(渦巻きの中心側の端)に電気的に接続されている。また、配線231Aは、コイル212を構成する素線の一端(渦巻きの外周側の端)に接続されている。
このように各配線221A、231Aおよびコイル212(さらには絶縁膜254、配線214)は、蒸着、メッキなどの各種薄膜形成方法を用いて絶縁膜25上に形成することができる。したがって、コイル212および配線221A、231Aの形成を比較的簡単なものとしつつ、アクチュエータ1の信頼性を向上させることができる。
このような各配線221A、231Aおよびコイル212は、絶縁膜25上に形成した後に、基体2に接合する。
また、絶縁膜25と基体2との接合は、特に限定されず、例えば、エポキシ系の接着剤等を用いて行うことができる。
以上説明したような、第2実施形態のアクチュエータ1Aによっても、前述した第1実施形態のアクチュエータ1と同様の効果を発揮することができる。
アクチュエータ1、1Aを光スキャナとして用いた場合、アクチュエータ1(本発明にかかる光スキャナ)は、光反射部211で反射した光を走査する。このような本発明にかかる光スキャナは、優れた信頼性を発揮することができる。
このような光スキャナは、例えば、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。
まず、電子写真方式を採用するプリンタに本発明を適用した例を説明する。
図7は、本発明の光スキャナを備える画像形成装置(プリンタ)の一例を示す全体構成の模式的断面図、図8は、図7に示す画像形成装置に備えられた露光ユニットの概略構成を示す図である。
感光体111の帯電された領域は、感光体111の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット113によって、第1色目、例えばイエローYの画像情報に応じた潜像が前記領域に形成される。
一方、記録媒体Pは、給紙トレイ117から、給紙ローラ171、レジローラ172によって二次転写位置(すなわち、二次転写ローラ155と駆動ローラ154との対向部)へ搬送される。
一方、感光体111は一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット116のクリーニングブレード161によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット116内の残存トナー回収部に回収される。
より具体的に説明すると、露光ユニット113は、図8に示すように、光スキャナであるアクチュエータ1と、レーザー光源131と、コリメータレンズ132と、fθレンズ133とを有している。
その際、アクチュエータ1の駆動(可動板21の回動中心軸Xまわりの回動)により、光反射部211で反射した光(レーザーL)は、感光体111の軸線方向に走査(主走査)される。一方、感光体111の回転により、光反射部211で反射した光(レーザーL)は、感光体111の周方向に走査(副走査)される。また、レーザー光源131から出力されるレーザー光Lの強度は、図示しないホストコンピュータから受けた画像情報に応じて変化する。
このようにして露光ユニット113は、感光体111上を選択的に露光して画像形成(描画)を行う。
図9は、本発明の画像形成装置(イメージングディスプレイ)の一例を示す概略図である。
図9に示す画像形成装置119は、光スキャナであるアクチュエータ1と、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の光源191、192、193と、クロスダイクロイックプリズム(Xプリズム)194と、ガルバノミラー195と、固定ミラー196と、スクリーン197とを備えている。
そして、光反射部211で反射した光(3色の合成光)は、ガルバノミラー195で反射した後に、固定ミラー196で反射し、スクリーン197上に照射される。
このようにして画像形成装置119は、スクリーン197上に画像形成(描画)を行う。
前述した実施形態では、配線221、231が軸部材22、23の略全長にわたって離間している構成を説明したが、コイル212に通電するための配線の一部が軸部材22、23に離間していればよく、例えば、配線221、231が軸部材22、23の一部で接合していてもよい。
Claims (14)
- 可動板と、該可動板を支持する1対の軸部材とを備えた振動部と、
前記振動部に設けられたコイルと、
前記コイルに通電するための配線と、
前記コイルに対向して設置された磁石とを有し、
前記磁石の磁界中に配された前記コイルに通電することにより、前記可動板を前記各軸部材の捩れ変形を伴って回動させるように構成され、
前記配線は、その一部が前記各軸部材に対し離間するように配設されていることを特徴とするアクチュエータ。 - 前記配線は、前記1対の軸部材のうちの少なくとも一方の軸部材に沿って設けられている請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記振動部を支持する支持部を有しており、前記配線は、前記振動部上に接合された第1の接合点と、前記支持部上に接合された第2の接合点とを有し、前記第1の接合点と前記第2の接合点との間をワイヤーボンディングすることにより形成されたものである請求項1または2に記載のアクチュエータ。
- 前記コイルは、絶縁膜を介して前記振動部上に設けられ、当該絶縁膜は、前記各軸部材に対し離間しつつ延長された延長部を有し、前記配線は、当該延長部上に設けられている請求項1または2に記載のアクチュエータ。
- 前記コイルは、前記可動板に設けられている請求項1ないし4のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記コイルは、前記可動板の板面に沿って渦巻状に形成されている請求項5に記載のアクチュエータ。
- 前記配線は、前記可動板と前記各軸部材との境界部付近に接合された1対の第1の接合点を有している請求項6に記載のアクチュエータ。
- 前記振動部を支持する支持部を有しており、前記配線は、前記支持部と前記各軸部材との境界部付近に接合された1対の第2の接合点を有している請求項7に記載のアクチュエータ。
- 前記1対の第1の接合点および前記1対の第2の接合点は、前記1対の軸部材に対する前記配線の影響が互いに等しくなるように設けられている請求項8に記載のアクチュエータ。
- 前記配線は、前記1対の軸部材に対する影響が互いに等しくなるように設けられている請求項1ないし9のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記可動板および前記各軸部材は、シリコンで一体的に形成されている請求項1ないし10のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記コイルおよび前記配線は、それぞれ、金属で構成されている請求項1ないし11のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 光反射部が設けられた可動板と、該可動板を支持する1対の軸部材とを備えた振動部と、
前記振動部に設けられたコイルと、
前記コイルに通電するための配線と、
前記コイルに対向して設置された磁石とを有し、
前記磁石の磁界中に配された前記コイルに通電することにより、前記可動板を前記各軸部材の捩れ変形を伴って回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成され、
前記配線は、その一部が前記各軸部材に対し離間するように配設されていることを特徴とする光スキャナ。 - 光反射部が設けられた可動板と、該可動板を支持する1対の軸部材とを備えた振動部と、
前記振動部に設けられたコイルと、
前記コイルに通電するための配線と、
前記コイルに対向して設置された磁石とを有し、
前記磁石の磁界中に配された前記コイルに通電することにより、前記可動板を前記各軸部材の捩れ変形を伴って回動させ、前記光反射部で反射した光を走査して、画像を形成するように構成され、
前記配線は、その一部が前記各軸部材に対し離間するように配設されていることを特徴とする画像形成装置。
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