JP2009086370A

JP2009086370A - 光走査装置の製造方法及び光走査装置

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Publication number: JP2009086370A
Application number: JP2007256849A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Nishikawa; 恭生西川
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】光走査装置に使用される圧電素子に水分が浸入して、電極が劣化することを防止する保護層を、製造工程を増加させないで形成する。
【解決手段】揺動可能な反射部１を備える可動部と、可動部を保持する固定部５と、可動部の一部と固定部５の一部に跨って設置される圧電素子７と、固定部５が設置される筐体９とを備える光走査装置２５の製造方法において、圧電素子７に保護層１７を形成する保護層形成工程と、固定部５を筐体９に接着する接着工程とを同時に行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電素子を用いた光走査装置に係り、特に圧電素子の表面に保護層を設けて劣化を防止した光走査装置の製造方法及び光走査装置に関する。

従来から、固定部と可動部からなる基体にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）からなる圧電素子を固定した光走査装置が知られている。図１３（ａ）は、この種の光走査装置の模式的外観図であり、図１３（ｂ）は、１つの圧電素子１０７の領域の断面図である（特許文献１を参照）。図１３（ａ）において、光走査装置は、光を反射する反射面が形成された反射部１０１と、この反射部１０１を両側から支持するバネ部１０２、１０２と、反射部１０１の周囲を取り囲む形状を有する固定枠１０５と、バネ部１０２と固定枠１０５との間を連結する２つの二股形状の梁部１０３、１０３と、２つの梁部１０３に設置された４つの圧電素子１０７とを備える光走査部１００と、中央部に凹部１０８が形成され、光走査部１００の固定枠１０５と接合して光走査部１００を保持する筐体１０９により構成されている。

固定枠１０５の表面には電極端子１０６が形成され、圧電素子１０７に形成されている図示しない電極と配線１０４により電気的に接続されている。梁部１０３の２つの圧電素子１０７に互いに逆相の交番電圧を印加することにより、２つの梁部１０３は交互に上下方向に曲げ振動する。この振動によりバネ部１０２には回転トルクが与えられ、反射部１０１はバネ部１０２を揺動軸として揺動する。これにより、反射部１に入射した光束は、所定の周期の走査光束に変換される。

図１３（ｂ）は、圧電素子１０７が設置されている領域の模式的な部分断面図である。バネ部１０２及び梁部１０３からなる可動部は、固定枠１０５に連結している。圧電素子１０７は、圧電体１１０が上部電極１１１と下部電極１１２により挟まれる構造を有している。圧電素子１０７は、可動部の梁部１０３と固定枠１０５との間に跨って設置されている。固定枠１０５の上面には電極端子１０６が形成され、圧電素子の上部電極１１１とワイヤーからなる配線１０４により電気的に接続されている。圧電素子１０７は、上部電極１１１と下部電極１１２との間に交番電圧を印加することにより、可動部である梁部１０３が上下に振動する。

ところで、この種の光走査装置においては、圧電素子１０７を長時間振動させると上部電極１１１が酸化して変色してくる。更に継続して駆動すると、圧電体１１０上の上部電極１１１が圧電体１１０から剥がれる、或いは上部電極１１１が断線する、という劣化現象が現れることが知られている。この劣化現象は、梁部１０３と固定枠１０５との境界領域の上部電極１１１に発生しやすい。光走査装置として使用する場合、反射部１０１の揺動運動は高精度で制御する必要がある。しかし、電極の剥がれや断線が発生する前の電極の酸化に伴って、揺動の周期が変動してくる。この揺動の変動は、例えば光走査により画像を表示する際に走査線長の不均一を引き起こすことから表示画像の品質劣化を生ずる。従って、このような上部電極１１１の酸化、剥がれ、断線等の劣化現象を発生させないようにする必要がある。

図１４（ａ）は、上記劣化現象の一つの原因について説明するための説明図である。圧電素子１０７の領域は、下から順に梁部１０３、下部電極１１２、ＰＺＴからなる圧電体１１０、金属電極からなる上部電極１１１の積層構造を有する。圧電体１１０は互いに結晶方位が異なる微結晶の集合体である。微結晶間は結晶粒界１１４により仕切られ、成膜時に結晶粒界１１４には空隙１１３が形成される。例えば金などからなる上部電極１１１も同様に結晶方位の異なる多結晶の集った構造を有し、各結晶間は結晶粒界１１４により仕切られている。結晶粒界１１４には不純物が析出しやすく、また、外部からは水分１１５が侵入しやすい。上部電極１１１や圧電体１１０の結晶粒界１１４に水分１１５が進入すると、結晶粒界１１４に電流パスが形成され、これまでコンデンサとして機能していたものが、電気的に導通し、抵抗として機能することとなる。すると、それまでアクチュエータとして変位を生じさせるために上部電極１１１と下部電極１１２に高電圧を印加していたが、その高電圧がそのまま結晶粒界１１４の抵抗成分にかかり発熱する。その結果、初期の段階では電極の酸化、性質変化として現れ、更に進行して発熱部の上部電極が剥がれ、或いは断線する。

上記経時的な劣化を防止するために、例えば図１４（ｂ）に示すように、圧電素子１０７の全露出面を封止樹脂１１６で覆うようにすることができる。また、圧電素子１０７を含む光走査部１００或いは光走査装置全体を密閉する容器に収納し、内部を真空にする或いは不活性ガス封入する等の対策を講ずることができる。
特開２００５−１８１４７７号公報

しかしながら、圧電素子の全露出面を樹脂封止するための封止工程を追加する必要があること、また、真空封止や不活性ガス封止を行うためには新たに封止用のパッケージを付加し、更に真空引きの工程が必要となり、光走査装置の容積が増大するとともに製造コストを上昇させる要因になる、という課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するために以下の手段を講じた。

請求項１に係る発明においては、揺動可能な反射部を備える可動部と、前記可動部を保持する固定部と、前記可動部の一部と前記固定部の一部に跨って設置される圧電素子と、前記固定部が設置される筐体とを備える光走査装置の製造方法において、前記圧電素子に保護層を形成する保護層形成工程と、前記固定部を前記筐体に接着する接着工程とを同時に行うことを特徴とする光走査装置の製造方法とした。

請求項２に係る発明においては、前記保護層形成工程は、前記圧電素子が露出する露出面の全面に溶液状の保護材料を塗布する工程の後に前記塗布した保護材料を固化する工程からなり、前記接着工程は、前記固定部と前記筐体との間に前記保護材料を介在させる工程の後に前記保護材料を固化する工程からなり、前記圧電素子に前記保護材料を塗布する工程と前記固定部と前記筐体との間に前記保護材料を介在させる工程とを同時に行い、前記塗布された保護材料を固化する工程と前記介在させた保護材料を固化する工程とを同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置の製造方法とした。

請求項３に係る発明においては、前記保護材料は接着剤であることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置の製造方法とした。

請求項４に係る発明においては、前記筐体と前記筐体よりも剛性が低い保護部材とを一体的に連結した筐体部材を形成する工程を更に含み、前記保護層形成工程は、前記保護部材を前記可動部の圧電素子に積層して接着し、前記保護部材により前記保護層を形成する工程であり、前記接着工程は、前記固定部に前記筐体を積層して接着する工程であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置の製造方法とした。

請求項５に係る発明においては、前記保護層形成工程は、前記筐体部材を加熱して軟化させた後に、前記圧電素子を前記筐体部材に圧入する工程であり、前記接着工程は、前記圧入の際に前記固定部と筐体とを接着する工程であることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置の製造方法とした。

請求項６に係る発明においては、揺動可能な反射部を備える可動部と、前記可動部を保持する固定部と、前記可動部の一部と前記固定部の一部に跨って設置される圧電素子と、前記固定部が設置される筐体とを備える光走査装置において、前記圧電素子に形成した保護層と、前記固定部を前記筐体に接着する接着材とが同一材料からなることを特徴とする光走査装置とした。

請求項１の発明においては、光反射部を備える可動部と、この可動部を保持する固定部と、可動部の一部と固定部の一部に跨って設置される圧電素子と、固定部が設置される筐体とを含む光走査装置の製造方法において、圧電素子に保護層を形成する保護層形成工程と、固定部を筐体に接着する接着工程とを同時に行うようにした。これにより、圧電素子を水分等の浸入から防止するための保護層を形成する工程を新たに付加することなく、電極の経時的な劣化を防止することができる、という利点を有する。

請求項２の発明においては、圧電素子に溶液状の保護材料を塗布する工程と、固定部と筐体との間に上記保護材料を介在させる工程とを同時に行い、圧電素子に塗布された保護材料と、固定部と筐体との間に介在させた保護材料とを同時に固化するようにした。保護材料が溶液状であるために、圧電素子の露出面全面を薄く且つ容易に覆うことができる。その結果、可動部の質量の増加及び梁剛性の増大に伴う可動部の振動の変化を低減させ、かつ、外部からの水分等の浸入を防止することができるとともに、固定部と筐体との間に保護材料が浸透しやすいので固定部と筐体との間の接着面積を拡大させて、互いに強固に固定することができる、という利点を有する。

請求項３の発明においては、保護材料は接着剤とした。これにより、固定部と筐体とをより強固に接着することができる、という利点を有する。

請求項４の発明においては、筐体と筐体よりも剛性が低い保護部材とを一体的に連結した筐体部材を形成する工程を更に含み、保護層形成工程は、保護部材を可動部の圧電素子に積層して接着し、保護部材により前記保護層を形成する工程であり、接着工程は、固定部に筐体を積層して接着する工程とした。これにより、圧電素子に保護層となる材料を供給するために、圧電素子の位置に位置合わせを行い、保護層を所望の厚さにするために適量の材料を供給するディスペンサー等の精密装置を用いることなく、圧電素子の表面に保護層用の材料を供給することができる、という利点を有する。

請求項５の発明においては、保護層形成工程は、筐体部材を加熱して軟化させた後に、圧電素子を筐体部材に圧入する工程であり、接着工程は、圧入の際に固定部と筐体とを接着する工程とした。これにより、圧電素子及び固定部の表面に保護部材と筐体とを密着させて接着することができる、という利点を有する。

請求項６の発明においては、揺動可能な反射部を備える可動部と、可動部を保持する固定部と、可動部の一部と固定部の一部に跨って設置される圧電素子と、固定部が設置される筐体とを備える光走査装置において、圧電素子に形成した保護層と、固定部を筐体に接着する接着材とが同一材料からなることを特徴とする光走査装置とした。これにより、圧電素子を水分等の浸入から防止するための保護層を形成する工程を新たに付加することなく、電極の経時的な劣化を防止することができる、という利点を有する。

以下、図面を用いて本発明について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の製造方法を表す工程図である。図２は、光走査部１５と筐体９を準備した状態、図３は、光走査部１５を筐体９に装着してワイヤーボンディングを行った状態、図４は、保護層を形成して光走査部１５と筐体９を接着する状態をそれぞれ説明するための模式的な斜視図である。各図において、同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図１に示すように、本発明の光走査装置の製造方法は、基本的には可動部と固定部と圧電素子からなる光走査部１５と筐体９を準備するＡ準備工程と、圧電素子に保護層を形成するＢ護層形成工程と、固定部に筐体９を接着するＣ接着工程ならなり、特にＢ保護層形成工程とＣ接着工程とを同時に行うことを特徴とする。より具体的には、Ａ準備工程は、光走査部１５と筐体９とを形成する「ａ１光走査部と筐体を形成」工程と、光走査部１５を筐体９に載置する「ａ２光走査部を筐体に載置」工程と、光走査部１５の電極端子と筐体９の電極端子とを結線する「ａ３ワイヤーボンディング」工程からなる。Ｂ保護層形成工程は、保護材料を圧電素子の露出面全面に塗布する「ｂ１保護材料を圧電素子の表面に塗布」工程と、保護材料を固化して保護層を形成する「ｂ２保護材料を固化して保護層を形成」工程とからなる。Ｃ接着工程は、保護材料を固定部と筐体間に介在させる「ｃ１保護材料を固定部と筐体間に介在」工程と、保護材料を固化して固定部と筐体とを接着する「ｃ２保護材料を固化して接着」工程とからなる。ここで、ｂ１の塗布工程とｃ１の介在工程とを同時に行い、ｂ２の固化工程とｃ２の固化工程とを同時に行う。

図２及び図３を用いて、Ａ準備工程を詳しく説明する。図２は、「ａ１光走査部と筐体を形成」工程において形成した光走査部１５と筐体９の模式的な斜視図である。光走査部１５は、反射膜（図示しない）が形成された反射部１と、この反射部１を両側から支持し、反射部の揺動軸をなすバネ部２、２と、バネ部２、２を指示する二股形状の梁部３、３と、反射部１の周囲を囲う形状を有し、梁部３、３を保持する固定部５と、固定部５と梁部３に跨って固定される４つの圧電素子７とから構成されている。圧電素子７は、圧電体１０と、この圧電体１０を挟むように上下面に形成された上部電極１１と下部電極１２を有している。固定部５の表面には圧電素子７の下部電極１２と接続する電極端子６が形成されている。ここで可動部は、梁部３、バネ部２及び反射部１である。

筐体９の上面には、光走査部１５を収納するための段差部１３と、その内側には、反射部１の揺動空間をなす凹部８が形成されている。筐体９の表面にはパッド電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆが形成され、光走査部１５の上部電極１１及び電極端子６とワイヤーボンディングにより接続する。筐体９の側面の凹部には接続用端子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆが形成されている。接続用端子とパッド電極とは筐体９内部に設けた配線により接続する。具体的には、パッド電極１４ａが内部配線を介して接続用端子３０ｃに接続し、パッド電極１４ｂが内部配線を介して接続用端子３０ｅに接続し、パッド電極１４ｃが内部配線を介して接続用端子３０ｄに接続し、パッド電極１４ｄが内部配線を介して接続用端子３０ａに接続し、パッド電極１４ｅが内部配線を介して接続用端子３０ｂに接続し、パッド電極１４ｆが内部配線を介して接続用端子３０ｆに接続している。

光走査部１５は、例えば次のようにして形成する。まず、シリコン半導体基板を用意する。次に、シリコン半導体基板を酸素雰囲気中にて熱処理を行い、表面に酸化膜を形成する。次に、シリコン半導体基板の表面に感光性樹脂を形成し、フォトリソグラフィプロセス及びエッチング工程を通して、反射部１、バネ部２、梁部３及び固定部５を残してシリコン半導体基板をエッチング除去する。次に、シリコン半導体基板を酸素雰囲気中にて熱処理を行い、表面に酸化膜を形成する。次に、位置あわせを行ったマスクを用いたスパッタリング法又は蒸着法等を用いて白金、チタン等からなる金属膜を堆積し、下部電極１２、電極端子６及びこれらを接続する配線部を形成する。用いるマスクは、たとえばシリコンウエットエンチングにより形成したものが利用できる。次に、シリコン半導体基板の表面にメタルマスクを設置する。メタルマスクには圧電素子７が形成されるべき領域に圧電体１０を堆積するための貫通孔が形成されている。メタルマスクを設置したシリコン半導体基板上にＰＺＴからなる圧電材料をＡＤ（エアロゾルデポジッション）法を用いて堆積し、圧電体１０を形成する。圧電体１０は、可動部である梁部３と固定部５に跨って形成される。次に、下部電極と同様にして圧電体１０の表面に金等からなる上部電極１１を堆積する。筐体９は、セラミックスの焼結体を使用する。凹部８及び段差部１３を形成し、更に外周表面にパッド電極１４を形成した。また、セラミックス内部にて当該電極同士の電気的導通を施した。

なお、以上の構成及び製造方法は一例である。シリコン半導体基板に代えて、ガラス基板や金属板を使用することができる。圧電体１０をＡＤ法により形成したが、これに代えて、上部電極及び下部電極を形成したバルク状圧電体を梁部３と固定部５の上に跨って接着しても良い。また圧電体はＰＺＴに限らず、ＢａＴｉＯ３等の圧電材料を使用しても良い。筐体９の材料として、セラミックスに代えてプラスチック等を使用することができる。

図３は、「ａ２光走査部を筐体に載置」した工程の後に「ａ３ワイヤーボンディング」を行った状態を表す模式的な斜視図である。光走査部１５を筐体９に形成した段差部１３に収納する。この状態では、光走査部１５の表面と筐体９の外周表面の高さは略一致している。次に、ワイヤーボンダーにより金線からなるリード線４を電極端子６とパッド電極１４の間、及び、圧電素子７の上部電極１１とパッド電極１４とを接続する。具体的には、右下の圧電素子７の上部電極１１とパッド電極１４ａと、右側の電極端子６とパッド電極１４ｂと、右上の圧電素子７の上部電極１１とパッド電極１４ｃと、左下の圧電素子７の上部電極１１とパッド電極１４ｄと、左側の電極端子６とパッド電極１４ｅと、左上の圧電素子７の上部電極１１とパッド電極１４ｆとを夫々ワイヤーボンディングを行う。その結果、圧電素子７の全ての端子は筐体９の側面に形成した接続用端子３０と電気的に接続する。

次に、Ｂ保護層形成工程とＣ接着工程を詳しく説明する。図４は、「ｂ１保護材料を圧電素子の表面に塗布」する塗布工程を行い、同時に、「ｃ１保護材料を固定部と筐体間に介在」させる介在工程を行う状態を表している。光走査部１５を筐体９に設置し、リード線４を配線した光走査装置を図示しないステージに設置する。次に、ディスペンサー１８のノズル１９を圧電素子７の上部及び固定部５と筐体９の境界２７に移動して、溶液状の保護材料１６を滴下して塗布する。保護材料１６は溶液状であるために、圧電素子７の上部電極１１、圧電体１０の露出表面の全面に渡り塗布することができる。また、固定部５と筐体９の境界２７の間隙に毛細管現象により浸透する。その結果、筐体９の段差部１３の表面と固定部５の外周部との間に広く浸透させることができる。なお、保護材料１６として、エポキシ系樹脂からなる接着剤や、シアノアクリレートからなる瞬間接着剤や、紫外線硬化型の接着剤等を使用することができる。

次に、「ｂ２保護材料を固化して保護層を形成」する工程と、「ｃ２保護材料を固化して接着」する工程とを同時に行う。保護材料１６として室温硬化型の接着剤を使用する場合は室温で硬化させ、加温処理が必要である場合には加温して硬化させる。また、保護材料として紫外線硬化型である場合には、紫外線を照射して硬化させる。保護材料１６を硬化して圧電素子７の表面に保護層１７を形成する。また、保護材料１６が光走査部１５の固定部５の外周部と筐体９の段差部１３との間に広く浸透しているので、光走査部１５と筐体９とを強固に接着することができる。また、ワイヤーや電極面が保護材料により覆われているので、汚れ等が付着し難い。従って、上部電極１１及び圧電素子７を覆う保護材料１６は、同時に固定部５と筐体９との間の接着材として機能する。

光走査装置として使用する際には、パッド電極１４ｂと１４ａの間（接続用端子３０ｅと３０ｃの間）に交番電圧を印加し、パッド電極１４ｂと１４ｃの間（接続用端子３０ｅと３０ｄの間）に逆相の交番電圧を印加して、圧電素子７を上下方向に振動させる。二股形状の梁部３が交互に上下方向に振動することにより、バネ部２に回転トルクが与えられ、バネ部２を揺動軸として反射部１が揺動する。圧電素子７の可動部に他の材料が付着して圧電素子７の質量及び剛性が変化すると、揺動の周波数や振幅が変化する。そのために、可動部上の圧電素子７に形成する保護層１７は、その圧電素子上に占める体積をあまりに大きくすることができない。そこで、可動部上の圧電素子７に形成する保護層１７は、膜厚１００ｎｍから１μｍの範囲に設定するのが好ましい。この膜厚の範囲であれば、反射部１の揺動の共振周波数や振幅にほとんど影響を与えず、外部からの水分の侵入を防止することができるからである。

なお、上記実施形態において、筐体９の表面に段差部１３を形成して、光走査部１５をこの段差部１３に収納するようにしたが、筐体９の表面に段差部１３を設けないで、筐体９の上面に光走査部１５を載置して接着してもよい。また、光走査部１５の外周を筐体９の外周に合わせ形成し、光走査部１５をその固定部５の下面と筐体９の上面とを対面して載置し、保護材料１６を固定部５と筐体９の間に介在させて接着してもよい。この場合は、筐体９にパッド電極１４を形成せず、固定部５の表面に上部電極１１と接続する電極端子６を新たに形成し、この電極端子６を外部電源に接続するようにしてもよい。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の製造方法を示す工程図である。図６は光走査部１５と筐体部材２０の模式的な斜視図である。図７は、光走査部１５に筐体部材２０を載置して接着する状態を表す模式的な部分断面図である。図８は、光走査装置２５をパッケージ２３に装着する状態を表す模式的な斜視図である。同一の部分又は同一の機能を表す部分には同一の符号を付している。

図５に示すように、本発明の光走査装置の製造方法は、可動部と固定部５と圧電素子７からなる光走査部１５と筐体部材２０とを準備するＡ準備工程と、圧電素子７に保護層１７を形成するＢ保護層形成工程と、固定部に筐体９を接着するＣ接着工程なからなり、上記図１に示した実施形態と同様である。より具体的には、Ａ準備工程は、光走査部１５と筐体部材２０とを形成した「ａ１光走査部と筐体部材を形成」工程からなる。筐体部材２０は、可動部の圧電素子７が設置される領域に対応し、筐体９よりも剛性が低い保護部材２２と、固定部５に対応する筐体９とを一体的に連結している。Ｂ保護層形成工程は、保護部材２２を圧電素子７に積層する「ｂ１保護部材を圧電素子に積層」工程と、保護部材２２を加熱する「ｂ２保護部材を加熱」工程と、保護部材２２を圧電素子７に接着する「ｂ３保護部材を圧電素子に接着」工程からなる。Ｃ接着工程は、筐体９を固定部に積層する「ｃ１筐体を固定部に積層」工程と、筐体９を加熱する「ｃ２筐体を加熱」工程と、筐体９を固定部５に接着する「ｃ３筐体を固定部に接着」工程からなる。ここで、ｂ１及びｃ１の積層工程と、ｂ２及びｃ２の加熱工程と、ｂ３及びｃ３の接着工程は夫々同時に行われる。

図６を用いてＡ準備工程を詳しく説明する。図６（ａ）は、光走査部１５と筐体部材２０の模式的な斜視図であり、図６（ｂ）はその右下部分の拡大図である。光走査部１５は、図２に示した構造とほぼ同様であるが、固定部５の表面に形成した電極端子６の形成位置が異なる。そこで、異なる部分について説明し、その他は説明を省略する。圧電素子７は可動部である梁部３と固定部５とに跨って設置されている。圧電素子７の下部電極１２は固定部５の表面に形成した配線２１ｂを介して固定部５の側面に形成した電極端子６ｂに接続する。圧電素子７の上部に形成した上部電極１１は、圧電体１０の側面と固定部５の表面に形成した配線２１ａを介して固定部５の側面に形成した電極端子６ａに接続する。この側面に形成した電極端子６ａ、６ｂが外部の電極と接続して圧電素子７を駆動する駆動電圧を入力し、又は圧電素子７に生じた信号を外部に出力する。

光走査部１５の製造方法は既に説明したと同様なので、説明を省略する。なお、上部電極１１は、金を斜め蒸着又は斜めスパッタリング法により堆積して、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を通してパターン化した。また、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を通さないで、メタルマスクを用いて上部電極１１を形成することができる。上部電極１１の形状を有する貫通孔をメタルマスクに形成し、このメタルマスクを圧電体１０と固定部５の表面近傍に設置し、金を斜め蒸着法やスパッタリング法を用いて堆積する。このようにすれば、工程数を減少させて光走査部１５を形成することができる。

筐体部材２０は筐体９と保護部材２２から構成されている。保護部材２２は筐体９の内壁底部から内側に突出するように形成されている。筐体９は、光走査部１５の固定部５に対応し、額縁状の形状を有する。保護部材２２は、可動部の上に設置される圧電素子７に対応する。保護部材２２は、筐体９よりも厚さが薄く、剛性が低い。筐体部材２０は合成樹脂の射出成形により一体的に形成することができる。例えばＥＶＡ（エチレン・酢酸ビニル共重合体）をベースとした合成樹脂を使用することができる。ＥＶＡは熱可塑性を有し、１５０℃以上の温度で軟化する。

図７を用いてＢ保護層形成工程及びＣ接着工程について詳しく説明する。図７（ａ）は、光走査部１５の上に筐体部材２０を載置した状態を表す模式的な部分断面図であり、図７（ｂ）は、保護部材２２と筐体９とを加熱して光走査部１５に接着した状態を表す模式的な部分断面図である。可動部である梁部３と固定部５とは連結している。下部電極１２は、梁部３と固定部５とに跨って形成されている。圧電体１０は、下部電極１２を覆うようにして、可動部である梁部３と固定部５に跨って形成されている。上部電極１１は、圧電体１０の上に下部電極１２に対応して形成されている。また、上部電極１１は、固定部５の上に形成された配線２１ａと固定部５の側面に形成された電極端子６ａに接続している。

図７（ａ）に示すように、光走査部１５に筐体部材２０を積層する。即ち、保護部材２２を可動部である梁部３の上部の圧電素子７の上に載置し（ｂ１保護部材を圧電素子に積層）、同時に筐体９を固定部５の上に載置する（ｃ１筐体を固定部に積層）。次に、図７（ｂ）に示すように、筐体部材２０の保護部材２２の表面にレーザー光を照射して、保護部材２２を加熱して軟化させる（ｂ２保護部材を加熱）。同時に、筐体９の表面にレーザー光を照射して、筐体９を軟化させる（ｃ２筐体を加熱)。そして、筐体部材２０を上部から押圧して圧電素子７を筐体９に圧入する。これにより、圧電素子７の露出面全面に保護部材２２を密着させるとともに、筐体９の外周側の表面を固定部５の表面に密着させて、保護部材２２を圧電素子７に接着し（ｂ３保護部材を圧電素子に接着）、同時に筐体９を固定部５に接着する（ｃ３筐体を固定部に接着）。従って、本実施形態においても、保護部材２２と筐体９とを同一の材料を使用すれば、上部電極１１及び圧電素子７を覆う保護層と固定部５と筐体９とを接着する接着材とは同一の材料となる。

その結果、圧電素子７を構成する圧電体１０及び上部電極１１の露出面全面を保護層１７で覆い、固定部５の表面と筐体９の外周表面とを接着することができる。この場合も、反射部１の振動の変動を防止するために、保護層１７は厚さ１００ｎｍ〜１μｍとするのが好ましい。

図８は、光走査装置２５をパッケージ２３に収納する状態を表す模式的な斜視図である。光走査装置２５は上記の製造方法により形成した。光走査装置２５は、光走査部１５の上に筐体９が積層接着されている。圧電素子７の表面には保護層１７が形成されている。筐体９は、反射部１の揺動空間を構成している。パッケージ２３は、光走査装置２５を収納するための内部空間２６が形成されている。パッケージ２３の側壁底部には、接続用端子２４ａ、２４ｂが形成されている。パッケージ２３は、プラスチック材料を使用している。接続用端子２４ａ、２４ｂは、パッケージの側壁を貫通して内壁面に露出している。内壁面に露出している電極と光走査部１５の側壁に形成した電極端子６ａ、６ｂとが接触して導通する。従って本実施の形態においては、ワイヤーボンディングを行う必要がない。

＜第３の実施形態＞
図９から図１２を用いて本発明の第３の実施形態について説明する。図９は、第３の実施形態に係る光走査装置の製造方法を示す工程図である。図１０は光走査部１５と筐体部材２０の模式的な斜視図である。図１１は、筐体部材２０の筐体９の段差部３１の表面と保護部材２２を加熱した状態を示す模式的な斜視図である。図１２は、光走査部１５を筐体部材２０の段差部３１に装着した状態を表す模式的な斜視図である。同一の部分又は同一の機能を表す部分には同一の符号を付している。

図９において、光走査部１５と筐体部材２０とを準備するＡ準備工程と、圧電素子７に保護層１７を形成するＢ保護層形成工程と、固定部５に筐体９を接着するＣ接着工程からなる。より具体的には、Ａ準備工程は、光走査部１５と筐体部材２０とを形成する「ａ１光走査部と筐体部材を形成」工程からなる。筐体部材２０は、可動部の圧電素子７が設置される領域に対応し、筐体９よりも剛性が低い保護部材２２と、固定部５に対応する筐体９とを一体的に連結している。Ｂ保護層形成工程は、保護部材２２を加熱する「ｂ１保護部材を加熱」工程と、保護部材２２に圧電素子７を積層する「ｂ２保護部材に圧電素子を積層」工程と、保護部材２２を圧電素子７に接着する「ｂ３保護部材を圧電素子に接着」工程からなる。Ｃ接着工程は、筐体９を加熱する「ｃ１筐体を加熱」工程と、筐体９に固定部５を積層する「ｃ１筐体に固定部を積層」工程と、筐体９を固定部５に接着する「ｃ３筐体を固定部に接着」工程からなる。ここで、ｂ１及びｃ１の加熱工程と、ｂ２及びｃ２の積層工程と、ｂ３及びｃ３の接着工程は夫々同時に行われる。

図１０を用いてＡ準備工程を詳しく説明する。光走査部１５は、反射部１と、反射部１を両側から支持するバネ部２、２と、このバネ部２を保持し固定部５に固定される二股形状の梁部３、３により形成されている。そして、梁部３、３の二股部の裏面には４つの圧電素子７が設置されている。各圧電素子７は、梁部３、３の二股部と固定部に跨って設置されている。反射部１の裏面には図示しない反射面が形成されている。圧電素子７は、図示しない上部電極１１と下部電極１２により挟まれている。上部電極１１は最下面に位置し、下部電極１２は圧電体１０と梁部３及び固定部５との間に位置する。固定部５の下面であり、２つの圧電体１０の間には下部電極１２と接続する電極端子６が形成されている。なお、光走査部１５の製造方法は、第１の実施形態において説明したものと同様なので、説明を省略する。

筐体部材２０は、段差部３１が形成された筐体９と、可動部の圧電素子７に対応する位置に突出して形成された保護部材２２とから一体的に形成されている。保護部材２２は厚さを薄くして剛性を低下させて形成されている。例えばＥＶＡ（エチレン・酢酸ビニル共重合体）をベースとした合成樹脂を使用することができる。ＥＶＡは熱可塑性を有し、１５０℃以上の温度で軟化する。

筐体９の上面には段差部３１が形成され、光走査部１５がこの段差部３１に収納される。筐体９の側面には凹部が形成され、この凹部には接続用端子３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆが形成されている。また、筐体９の段差部上面には、パッド電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆが形成されている。接続用端子３０とパッド電極１４とは筐体９内部に設けた配線により接続する。具体的には、パッド電極１４ａが内部配線を介して接続用端子３０ｃに接続し、パッド電極１４ｂが内部配線を介して接続用端子３０ｅに接続し、パッド電極１４ｃが内部配線を介して接続用端子３０ｄに接続し、パッド電極１４ｄが内部配線を介して接続用端子３０ａに接続し、パッド電極１４ｅが内部配線を介して接続用端子３０ｂに接続し、パッド電極１４ｆが内部配線を介して接続用端子３０ｆに接続している。

図１１を用いてＢ保護層形成工程及びＣ接着工程について説明する。図１１に示すように、まず、保護部材２２と筐体９の段差部３１の表面を同時に加熱する（図１１のハッチング領域）。加熱は、上部の光走査部１５をいったん除去し、当該表面にレーザー光を照射して行う。次に、筐体９の段差部３１に光走査部１５を収納して積層する。次に、筐体部材２０と保護部材２２が軟化している間に、圧電素子７を筐体９に圧入する。これにより、圧電素子７と上部電極１１の露出面全面に保護部材２２を密着させて覆うとともに、筐体９の段差部３１の表面に光走査部１５の固定部５を密着させ、保護部材２２を圧電素子７に接着し、同時に筐体９を固定部に接着する。なお、ここでは、筐体２０の構造やレーザ加熱部位を明らかにするため、図１１に示すように光走査部１５を筐体２０の上部に位置させる形で説明を行ったが、この一連の作業は説明図１１に示された位置関係の上下を反転して行ったほうが作業効率がよい。その場合、加熱され軟化した保護部材２２が対応する圧電素子７上に重力により広がる作用が期待できるからである。

また、上記接着工程により、圧電素子７の表面に形成した上部電極１１と筐体９の段差部表面に形成したパッド電極１４ａ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｆと、また、電極端子６とパッド電極１４ｂ、１４ｅとが接合して導通する。これにより、圧電素子７に形成した電極と接続用端子３０とをワイヤーボンディングを行うことなく電気的に接続することができる。

図１２は、上記方法により製造した光走査装置２５の模式的な斜視図である。図１１に示す光走査部１５と筐体部材２２とを上下反転した状態を表している。筐体９の底部に光走査部１５が接着されている。圧電素子７の表面及び上部電極１１の表面の全面が保護層１７及び筐体９により覆われている。更に、下部電極１２の表面も外部に露出しない。その結果、水分による劣化を防止することができ、高信頼性の光走査装置２５を実現することができる。

本発明の実施形態に係る光走査装置の製造方法を表す工程図である。光走査装置の光走査部と筐体を準備した状態を表す模式的な斜視図である。光走査部を筐体に装着後にワイヤーボンディングを行った状態を表す模式的な斜視図である。保護層を形成して光走査部と筐体を接着する状態を表す模式的な斜視図である。本発明の実施形態に係る光走査装置の製造方法を表す工程図である。光走査部と筐体部材を準備した状態を表す模式的な斜視図である。光走査部に筐体部材を載置接着する状態を表す模式的な部分断面図である。光走査装置をパッケージに装着する状態を表す模式的な斜視図である。本発明の実施形態に係る光走査装置の製造方法を表す工程図である。光走査装置の光走査部と筐体部材を準備した状態を表す模式的な斜視図である。筐体部材を加熱している状態を表す模式的な斜視図である。光走査部を筐体部材に接着した状態を表す模式的な斜視図である。従来公知の光走査装置の分解斜視図及び部分断面図である。圧電素子の劣化の原因を説明するための圧電素子部の部分断面図である。

符号の説明

１反射部
２バネ部
３梁部
４上部電極
５固定部
６電極端子
７圧電素子
８凹部
１０圧電体
２０筐体部材
２２保護部材
２５光走査装置

Claims

揺動可能な反射部を備える可動部と、前記可動部を保持する固定部と、前記可動部の一部と前記固定部の一部に跨って設置される圧電素子と、前記固定部が設置される筐体とを備える光走査装置の製造方法において、
前記圧電素子に保護層を形成する保護層形成工程と、前記固定部を前記筐体に接着する接着工程とを同時に行うことを特徴とする光走査装置の製造方法。
前記保護層形成工程は、前記圧電素子が露出する露出面の全面に溶液状の保護材料を塗布する工程の後に前記塗布した保護材料を固化する工程からなり、前記接着工程は、前記固定部と前記筐体との間に前記保護材料を介在させる工程の後に前記保護材料を固化する工程からなり、
前記圧電素子に前記保護材料を塗布する工程と前記固定部と前記筐体との間に前記保護材料を介在させる工程とを同時に行い、前記塗布された保護材料を固化する工程と前記介在させた保護材料を固化する工程とを同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置の製造方法。
前記保護材料は接着剤であることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置の製造方法。
前記筐体と前記筐体よりも剛性が低い保護部材とを一体的に連結した筐体部材を形成する工程を更に含み、
前記保護層形成工程は、前記保護部材を前記可動部の圧電素子に積層して接着し、前記保護部材により前記保護層を形成する工程であり、
前記接着工程は、前記固定部に前記筐体を積層して接着する工程であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置の製造方法。
前記保護層形成工程は、前記筐体部材を加熱して軟化させた後に、前記圧電素子を前記筐体部材に圧入する工程であり、前記接着工程は、前記圧入の際に前記固定部と筐体とを接着する工程であることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置の製造方法。
揺動可能な反射部を備える可動部と、前記可動部を保持する固定部と、前記可動部の一部と前記固定部の一部に跨って設置される圧電素子と、前記固定部が設置される筐体とを備える光走査装置において、
前記圧電素子に形成した保護層と、前記固定部を前記筐体に接着する接着材とが同一材料からなることを特徴とする光走査装置。