JP2009214231A - 振動素子、振動素子の製造方法、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置、光走査型のバーコード読取装置、車載用のレーザレーダ装置等に備えられる光走査装置等に用いられる光学素子等の振動素子であって、比較的簡易な構成で梁部の強度を向上した振動素子、これを有するかかる光走査装置、この光走査装置を有するかかる画像形成装置、バーコード読取装置及びレーザレーダ装置等、並びにかかる振動素子の製造方法の提供。
【解決手段】振動素子５１の本体５２に対して振動する振動部とこれを本体５２に振動可能に支持した梁部５４とを形成するための、基板５０の一方の面からの第１のエッチングと基板５０の他方の面からの第２のエッチングとの出会い位置Ｍを、基板５０の厚さ方向における梁部５４の中央位置Ｏと異なる位置とした。また前者のエッチングで規定される梁部５４の幅より、後者のそれによる幅が大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置、光走査型のバーコード読取装置、車載用のレーザレーダ装置等に備えられる光走査装置等に用いられる光学素子等の振動素子、これを有するかかる光走査装置、この光走査装置を有するかかる画像形成装置、バーコード読取装置及びレーザレーダ装置等、並びにかかる振動素子の製造方法に関する。

従来より、例えば〔特許文献１〕ないし〔特許文献７〕に記載されているように、本体に対して振動する振動部と、この振動部を本体に振動可能に支持した梁部とを有する振動素子が知られている。この振動素子は、かかる文献にも記載されているように、振動部に光の反射を行う反射部を備えることがあり、このような振動素子は、たとえば、上述の光学素子として用いられる。

このような光学素子は、シリコンマイクロマシニングを利用した光偏向器の研究によって開発されるに至ったものであり、従来のポリゴンミラーを用いた構成に比べて小型で消費電力が少ないという利点がある。

振動素子が光学素子として用いられる場合には、より高精度の解像度を得たり、高速化を行ったりするために、振動部の振動の高速性や、大きな振れ角が要求される。このような要求は、振動素子が光学素子のみならず他の振動素子として用いられる場合においても同様になされている。

特開２００２−３２１１９６号公報 特開２００２−３２１１９７号公報 特開２００２−３２１１９８号公報 特開２００２−２６７９６６号公報 特開２００２−３４１２８５号公報 特許第２９２４２００号公報 特許第３０１１１４４号公報

しかし、かかる要求を満たそうとすると、振動部の振動の過程でその振れ角が大きくなったときに梁部が折れて破損しやすくなるという問題がある。この点、〔特許文献１〕ないし〔特許文献３〕には、梁部の強度が比較的大きいと考えられる構造が示されているが、かかる構造は比較的複雑であるため、より簡易に梁部の強度を向上させることが望ましい。

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置、光走査型のバーコード読取装置、車載用のレーザレーダ装置等に備えられる光走査装置等に用いられる光学素子等の振動素子であって、比較的簡易な構成で梁部の強度を向上した振動素子、これを有するかかる光走査装置、この光走査装置を有するかかる画像形成装置、バーコード読取装置及びレーザレーダ装置等、並びにかかる振動素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、振動素子本体に対して振動する振動部と、この振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを有し、前記振動部と前記梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程によるエッチングと基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程によるエッチングとの出会い位置が、基板の厚さ方向における前記梁部の中央位置と異なる位置である振動素子にある。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の振動素子において、前記梁部の厚さをｄとしたとき、前記出会い位置が、前記中央位置からｄ／４以上離れた位置であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の振動素子において、前記他方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の幅が、前記一方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の幅よりも大きいことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、振動素子本体に対して振動する振動部と、この振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを有し、前記振動部と前記梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅より、基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅の方が大きい振動素子にある。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載の振動素子において、前記他方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の高さが、前記一方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の高さよりも大きいことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の振動素子において、前記出会い位置が、前記厚さ方向において前記梁部の端部位置にあることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の振動素子において、前記振動部が光を反射する反射部を有する光学素子であることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の振動素子と、前記反射部によって反射される光の光源とを有し、前記振動部が振動することで前記反射部によって反射された光を偏向する光走査装置にある。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の光走査装置と、この光走査装置から出射された光によって所定の像が書き込まれる像担持体とを有する画像形成装置にある。

請求項１０記載の発明は、振動素子本体に対して振動する振動部とこの振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程と、基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程とを有し、第１のエッチング工程によるエッチングと第２のエッチング工程によるエッチングとの出会い位置が、基板の厚さ方向における前記梁部の中央位置と異なる位置となるように、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程を行う振動素子の製造方法にある。

請求項１１記載の発明は、振動素子本体に対して振動する振動部とこの振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程と、基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程とを有し、第１のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅より、第２のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅の方が大きい振動素子の製造方法にある。

本発明は、振動素子本体に対して振動する振動部と、この振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを有し、前記振動部と前記梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程によるエッチングと基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程によるエッチングとの出会い位置が、基板の厚さ方向における前記梁部の中央位置と異なる位置である振動素子にあるので、比較的簡易な構成で振動部の振動時における応力集中部の強度低下を防止ないし抑制して梁部の強度を向上することができ、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、適用範囲の大きな振動素子を提供することができる。

前記梁部の厚さをｄとしたとき、前記出会い位置が、前記中央位置からｄ／４以上離れた位置であることとすれば、比較的簡易な構成で振動部の振動時における応力集中部の強度低下をより良好に防止ないし抑制して梁部の強度をより向上することができ、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、適用範囲の大きな振動素子を提供することができる。

前記他方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の幅が、前記一方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の幅よりも大きいこととすれば、比較的簡易な構成で振動部の振動時における応力集中部の強度低下を防止ないし抑制するとともに出会い位置における形状の不整合性を低減して梁部の強度を向上することができ、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、適用範囲の大きな振動素子を提供することができる。

本発明は、振動素子本体に対して振動する振動部と、この振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを有し、前記振動部と前記梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅より、基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅の方が大きい振動素子にあるので、比較的簡易な構成で出会い位置における形状の不整合性を低減して梁部の強度を向上することができ、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、適用範囲の大きな振動素子を提供することができる。

前記他方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の高さが、前記一方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の高さよりも大きいこととすれば、比較的簡易な構成で梁部の強度を向上することができ、また寸法精度よくかつ安定してエッチングを行うことができ、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、適用範囲の大きな振動素子を提供することができる。

前記出会い位置が、前記厚さ方向において前記梁部の端部位置にあることとすれば、第１のエッチングと第２のエッチングとのずれに起因する出会い位置での梁部の不整合形状が防止され、より簡易な構成で梁部の強度をより向上することができ、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、適用範囲の大きな振動素子を提供することができる。

前記振動部が光を反射する反射部を有する光学素子であることとすれば、比較的簡易な構成で梁部の強度を向上することができ、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、光学素子としての特性が向上し適用範囲の大きな振動素子を提供することができる。

本発明は、かかる振動素子と、前記反射部によって反射される光の光源とを有し、前記振動部が振動することで前記反射部によって反射された光を偏向する光走査装置にあるので、比較的簡易な構成で梁部の強度が向上しており、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、光学素子としての特性が向上し適用範囲の大きな振動素子を備えていることにより、光学特性に優れ信頼性の高い光走査装置を提供することができる。

本発明は、かかる光走査装置と、この光走査装置から出射された光によって所定の像が書き込まれる像担持体とを有する画像形成装置にあるので、比較的簡易な構成で梁部の強度が向上しており、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、光学素子としての特性が向上し適用範囲の大きな振動素子を備えた、光学特性に優れ信頼性の高い光走査装置を備えていることから、像担持体に対する光による像の書き込みが高精度で行われ、高画質の画像形成が可能で信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。

本発明は、振動素子本体に対して振動する振動部とこの振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程と、基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程とを有し、第１のエッチング工程によるエッチングと第２のエッチング工程によるエッチングとの出会い位置が、基板の厚さ方向における前記梁部の中央位置と異なる位置となるように、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程を行う振動素子の製造方法にあるので、比較的簡易な構成で振動部の振動時における応力集中部の強度低下を防止ないし抑制して梁部の強度を向上することができ、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、適用範囲の大きな振動素子を製造することが可能な振動素子の製造方法を提供することができる。

本発明は、振動素子本体に対して振動する振動部とこの振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程と、基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程とを有し、第１のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅より、第２のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅の方が大きい振動素子の製造方法にあるので、比較的簡易な構成で出会い位置における形状の不整合性を低減して梁部の強度を向上することができ、振動部の振れ角を大きくしたり、振動部の振動数を大きくしたりしても破壊が生じ難く、適用範囲の大きな振動素子を製造することが可能な振動素子の製造方法を提供することができる。

図１に本発明を適用した画像形成装置の概略を示す。画像形成装置１は、レーザ複写機とプリンタとファクシミリとのモノクロの複合機であるが、カラー機など他のタイプの複写機、ファクシミリ、プリンタ、これらの複合機等、他の画像形成装置であっても良い。画像形成装置１は、この画像形成装置１で読み取った原稿の画像データ、または外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なう。画像形成装置１は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、ＯＨＰシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをもシート状の記録媒体として画像形成を行なうことが可能である。

画像形成装置１は、筐体１Ａの高さ方向で略中央部に配設された画像形成部４と、画像形成部４の上方に配設された排紙部たる排紙収納部としての排紙トレイ２と、排紙トレイ２を隔てて画像形成部４の上方に位置する、原稿を読み取る読み取り部としての原稿読み取り部３と、画像形成部４の下方に配設された給紙部としての給紙装置１１と、画像形成装置１の全般的な制御を行う図示しない制御部と、操作者がコピーボタン押下等による画像形成開始指示、片面画像形成を行うか両面画像形成を行うかの指示等の各種操作を行うことが可能となった図示しない操作パネルとを有している。

画像形成装置１は、筐体１Ａ内で排紙が行われる胴内排紙型の画像形成装置であって、排紙トレイ２が、画像形成部４と原稿読み取り部３との間に位置しており、画像形成が行われた記録媒体としての用紙Ｐが、排紙トレイ２上に排紙収納されるようになっている。

画像形成部４は、ドラム状の潜像担持体である像担持体としての感光体ドラム５を有している。感光体ドラム５は、図示しない駆動源としてのメインモータによって図中、反時計方向であるＸ方向に所定の速度で回転する。

画像形成部４はまた、感光体ドラム５の周囲にその回転方向Ｘに沿って配設された、感光体ドラム５の表面に帯電処理を行う帯電手段としての帯電装置６と、形成すべき画像に対応した画像情報に基づいて、帯電装置６によって帯電した感光体ドラム５の表面を走査するビームＬを照射する露光装置としての書き込み手段である光走査装置たる書き込み装置７と、ビームＬによって露光された感光体ドラム５の表面に形成された潜像としての静電潜像をトナーによって現像し可視化する現像手段としての現像装置８と、感光体ドラム５上の静電潜像を現像して形成されたトナー像を転写対象である用紙Ｐに転写する転写手段としての転写装置９と、転写装置９による転写後に感光体ドラム５の表面に残留しているトナー等の不要物を除去し回収する像担持体クリーニング手段としてのクリーニング装置１０とを有している。

画像形成部４はまた、感光体ドラム５と転写装置９との間を通る、二点鎖線の矢印で示す用紙Ｐの搬送経路Ｙと、搬送経路Ｙから分岐した、破線の矢印で示す用紙Ｐの搬送経路Ｚとを有している。

画像形成部４はまた、搬送経路Ｙにおける用紙Ｐの搬送方向の上流側から、給紙装置１１から給送されてきた用紙Ｐの搬送を引き継いで搬送方向Ｙ下流側にさらに搬送する搬送ローラ１７と、搬送方向Ｙにおいて搬送ローラ１７の下流側かつ転写装置９の上流側に配設され感光体ドラム５と転写装置９との間の転写部に用紙Ｐを給送するレジストローラ１４と、搬送方向Ｙにおいて転写装置９の下流側かつ排紙トレイ２の上流側に配設された、定着手段としての定着器である定着装置１２と、定着装置１２を通過後の用紙Ｐの後端の通過を検知し用紙Ｐの排紙トレイ２への排出等を検知するための排紙センサ２５と、正逆転する排紙ローラであって正転時に用紙Ｐを排紙トレイ２上に排出して筐体１Ａ外部に排出する排紙手段としての排紙装置１３とを、この順で有している。

画像形成部４はまた、転写装置９を一体化され搬送経路Ｚの一部をその内部に備え、転写装置９とともに画像形成装置１の本体５１に対して開閉する開閉体としてのカバー２４と、搬送経路Ｙ内の用紙Ｐを搬送経路Ｚ内に導くことを可能にするための分岐爪２９とを有している。

図１に示すように、原稿読み取り部３には、原稿載置台としてのコンタクトガラス３Ｅと、コンタクトガラス３Ｅ上に載置された原稿Ｇを走査するための、原稿照明用光源としての光源３Ａおよび光路変換用反射鏡３Ｂを備えた読み取り走行体３Ｆと、読み取り走行体３Ｆによって形成された原稿からの反射光を透過するレンズを含む読み取り光学系３Ｃと、読み取り光学系３Ｃを透過した光が入射し、これを画像信号として読み取るＣＣＤなどの光学素子３Ｄとを有している。光学素子３Ｄによって読み取られた原稿の画像情報は、制御部に出力され、デジタル化され、画像処理される。

書き込み装置７は、制御部に入力された原稿の画像情報等に応じて照射を行うレーザ光の光源であるレーザダイオードとしての半導体レーザ２７と、半導体レーザ２７の発光によるレーザ光の光を反射し感光体ドラム５の表面上に結像させるための反射光学系及び結像光学系をなす偏向モジュール２８とを有し、偏向モジュール２８によって走査された光をビームＬとし、感光体ドラム５上に照射して所定の画像情報に応じた所定の像を書き込み静電潜像を形成するようになっている。

半導体レーザ２７は、制御部からの画像信号に基づいて発光制御されるようになっており、制御部では、原稿読み取り部３からの画像情報だけでなく、プリンタとして用いられる場合の印字信号およびファクシミリ装置として用いられる場合の送信信号に応じた画像信号によって半導体レーザ２７の駆動制御を行う。これにより、画像形成装置１が、複写機だけでなくプリンタおよびファクシミリ装置としての機能を持つデジタル複合機としての機能を持っている。

給紙装置１１は、用紙Ｐを積載するとともに積載した用紙Ｐを画像形成部４に供給するものであって、用紙Ｐを積載する周知構造の給紙カセットとしての給紙トレイ１１Ａと、給紙トレイ１１Ａに積載された用紙Ｐのうちの最上位の用紙Ｐに当接してその回転により画像形成部４、具体的にはレジストローラ１４に向けて繰り出す繰り出しローラとしての給紙ローラ１１Ｂと、給紙ローラ１１Ｂによって繰り出された用紙Ｐが複数枚である場合に最上位の用紙Ｐを他の用紙Ｐから分離して搬送ローラ１７に向けて送り出す分離ローラ１１Ｃとを備えたものである。給紙装置１１には、必要に応じ、別の給紙装置を増設可能となっている。

レジストローラ１４は、給紙装置１１から給送されてくる用紙Ｐの先端を突き当てられてその搬送を一時止めるとともに、感光体ドラム５表面のトナー像の先端と用紙Ｐの先端との位置関係が一致する所定のタイミングで回転を開始するようになっている。

定着装置１２は、用紙Ｐを挟持搬送可能なように互いに対向して当接することにより連動回転が可能な定着ローラ１２Ａと、定着ローラ１２Ａに対向して配設された加圧部材としての加圧ローラ１２Ｂとを有しており、転写装置９により表面にトナー像を転写された用紙Ｐを、定着ローラ１２Ａと加圧ローラ１２Ｂとの間に通し、このとき加熱および加圧を行うことで、トナー像を用紙Ｐに融着し、定着させるものである。

分岐爪２９は、通常、定着装置１２によって一方の面にトナー像が定着された用紙Ｐを排紙装置１３に導くホームポジションを占めているが、操作パネル等によって両面画像形成を行うことが指示されているときは、定着装置１２によって一方の面にトナー像が定着された用紙Ｐの後端の通過が排紙センサ２５によって検知されると、その先端が上方に搖動するようになっている。

排紙装置１３は、定着装置１２によってトナー像を定着された用紙Ｐを、正転によって排紙トレイ２上に排出するが、操作パネル等によって両面画像形成を行うことが指示されているときには、分岐爪２９の先端が上方に搖動すると逆転し、用紙Ｐをその後端から搬送経路Ｚに進入させる。

搬送経路Ｚは、搬送経路Ｙから進入した用紙Ｐを、カバー２４内を通過させた後、再度用紙Ｐの搬送経路Ｙに進入させる。搬送経路Ｚが用紙Ｐを搬送経路Ｙに進入させる位置は、搬送経路Ｙにおける用紙Ｐの搬送方向にてレジストローラ１４の上流側である。

よって、搬送経路Ｙから搬送経路Ｚを経て再度搬送経路Ｙに進入した用紙Ｐは、スイッチバックされて反転された状態となっており、すでにトナー像を定着された面とは逆の面が感光体ドラム５側を向くように、レジストローラ１４によって感光体ドラム５と転写装置９との間の転写部に給送されることとなる。

なお、分岐爪２９は、先端が上方に搖動している状態において搬送経路Ｚに用紙Ｐの全体が進入すると、先端が下方に搖動し、ホームポジションに復帰する。分岐爪２９は、上述した、用紙Ｐを搬送経路Ｙから搬送経路Ｚに導くとき以外は、ホームポジションを占めた状態を維持される。

感光体ドラム５と、帯電装置６と、現像装置８と、クリーニング装置１０とは、プロセスカートリッジ１５の一部を構成している。プロセスカートリッジ１５は、感光体ドラム５、帯電装置６、現像装置８、クリーニング装置１０のほか、これらを一体に支持する図示しない支持体を有している。支持体は、本体５１に着脱自在に設けられている。

よって、プロセスカートリッジ１５は、感光体ドラム５、帯電装置６、現像装置８、クリーニング装置１０を一体で、本体５１に着脱可能とするものとなっている。これにより、感光体ドラム５、帯電装置６、現像装置８、クリーニング装置１０のメンテナンス、交換などの作業性を向上している。

書き込み装置７は、偏向モジュール２８内に、半導体レーザ２７から射出されたレーザ光を反射する反射光学系を構成する、図２に示す振動素子５１を備えている。なお、同図は、本発明にかかる振動素子５１を（ａ）、（ｂ）に示し、従来の振動素子５１’を（ｃ）に示している。同図（ａ）、（ｂ）に示した振動素子５１はそれぞれ、第１の形態、第２の形態にかかるものである。なお、ここでは第１の形態の構成要素、第２の形態の構成要素について、互いに区別することなく説明する。また、振動素子５１’の構成要素については、振動素子５１の構成要素に付した符号の末尾に「’」を付加した符号を付して説明を省略することとする。このことは図３においても同様である。

振動素子５１は、シリコン基板で構成されるＰＺＴ駆動型のマイクロスキャナとして機能するものであって、方形の枠形状をなした本体５２と、本体５２に囲まれるようにして振動素子５１の中央部に位置し本体５２に対して振動する振動部５３と、振動部５３をその両側において本体５２に連結し本体５２に搖動可能に支持した一対の梁部としての捩り梁５４と、各捩り梁５４にそれぞれ対をなして設けられ、本体５２側の端部近傍の部分において各捩り梁５４を本体５２に連結したカンチレバー５５と、各カンチレバー５５表面上に形成され、対をなしているカンチレバー５５を互いに逆方向に湾曲させ捩り梁５４を介して振動部５３を振動させる圧電素子であるＰＺＴ５６とを有している。

振動部５３は、半導体レーザ２７から射出されたレーザ光を反射する反射部としてのミラー反射膜である反射膜５７を同図の紙面手前側の面上に有し、これにより、振動素子５１を光学素子として機能させるとともに、書き込み装置７に、振動部５３が振動することで反射膜５７によって反射されたレーザ光を偏向し感光体ドラム５に所定の像を書き込み静電潜像を形成する機能を与えるようになっている。

振動部５３は、同図に示すように各側縁の中央部を捩り梁５４に支持された平面視方形状をなしている。反射膜５７は、振動部５３の中心部に振動部５３より小さく平面視方形状をなすように形成されている。

振動部５３は、同図中破線で示すように、反射膜５７の形成面と反対側かつ反射膜５７の形成範囲内に、捩り梁５４による支持位置を中心として対称に、振動部５３を肉抜きした２組のリブ５８を有している。リブ５８は、振動部５３の剛性を維持あるいは向上しつつ軽量化して、振動部５３の振動の応答性を向上し、また振動部５３の振動時における反射膜５７の反りを防止ないし抑制するものである。

各ＰＺＴ５６は、偏向モジュール２８本体側に備えられた図示しない電極に接続されており、この電極からの通電により、各カンチレバー５５を同期して湾曲させ、振動部５３を振動させて、半導体レーザ２７から射出されたレーザ光を反射膜５７で反射し、偏向する。かかる電極への通電制御及びこれによる振動部５３の駆動制御及びかかるレーザ光の偏向制御は制御部によって行われる。

図３に示すように、振動素子５１の本体５２及び捩り梁５４は、１枚のシリコン製の基板５０をその両面からエッチングすることによって形成される。なおこのとき振動部５３も同時に形成される。このように、１枚の基板をその両面からエッチングするのは、１枚のシリコンウエハーに複数種の素子を造り込むのに適した手法であって、広く用いられている方法である。

同図は、図２と同様に、本発明にかかる第１の形態、第２の形態の振動素子５１をそれぞれ（ａ）、（ｂ）に示し、従来の振動素子５１’を（ｃ）に示している。同図において、黒色の層は、エッチングにあたって基板５０表面に形成される所定のパターンのレジストを示している。このレジストは、本体５２、振動部５３、捩り梁５４を合わせた形状となっている。

同図に示されているように、振動素子５１、振動素子５１’は、同図において上側の一方の面から下向きの矢印で示すようにエッチングを行う第１のエッチング工程と、同図において下側の他方の面から上向きの矢印で示すようにエッチングを行う第２のエッチング工程とを経て形成される。同図（３）において、符号Ｍは、第１のエッチング工程によるエッチングと、第２のエッチング工程によるエッチングとの出会い位置を示している。なおこの出会い位置Ｍは、第１のエッチング工程によるエッチングと、第２のエッチング工程によるエッチングとが基板５０において連通した位置と言い換えることもできる。

ここで、振動素子５１’の出会い位置Ｍ’における形状について図４を参照して説明する。この形状は、理想的には、同図（Ａ）に示すように、本体５２’、捩り梁５４’のそれぞれにおいて、出会い位置Ｍ’で平面状となることが望ましいが、実際には、同図（Ｂ）に示すように、本体５２’、捩り梁５４’のそれぞれにおいて、出会い位置Ｍ’において、ノッチが入ったような形状となってしまう。

これは、基板５０’の両面からエッチングを行って振動部５３’、捩り梁５４’を形成するには、エッチングで基板５０’を貫通する必要があるが、基板５０’の厚さのばらつきやエッチング精度のばらつきを考慮すると、エッチングによる基板５０’の貫通を確実に行うために、ある程度オーバーエッチングすることを要するためである。

このことを図５を用いてより詳しく説明する。かかるエッチングは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）分野において、シリコン基板をエッチングする際に一般的に用いられるＢｏｓｈプロセスでのＩＣＰエッチングであり、エッチングとパッシベーションとを交互に高速に行うことにより、横方向の広がりを抑えつつ、深くエッチングすることができるプロセスであって、同図（１）から（３）を繰り返し行うことによってエッチングを行うものである。

すなわち、同図（１）に示すように、基板５０’の表面保護膜であるＣＦｎポリマーによるパッシベーション膜を形成するパッシベーションを行ってから、同図（２）に示すように、指向性のあるイオンによりパッシベーション膜を除去するエッチングを行い、同図（３）に示すように、パッシベーション膜の除去により露出した基板５０’のシリコン面をＦラジカルによってエッチングするという工程を繰り返して振動素子５１’を形成していく。

このとき、上述のようにオーバーエッチングをした際に、コンフォーマルにエッチングが進行して、出会い位置Ｍ’における形状が図４（Ａ）に示した理想形状となれば問題ないのであるが、実際には、図５（３）に示すように、Ｆラジカルによるエッチングの際にノッチが発生し、出会い位置Ｍ’において図４（Ｂ）に示したノッチの入った形状となってしまうのである。

このようなノッチは、捩り梁５４’において特に問題となる。ノッチにより捩り梁５４’の強度が低下し、振動部５３’の振動の際に捩り梁５４’の破壊が生じ得るためである。

ここで、捩り梁５４’のような断面長方形状の部材が捩られた際に破壊する原因の１つとなるせん断応力について、図６を用いて説明する。同図（ａ）のように、直方体形状の部材を捩ると、すなわち同部材にねじりが生じるようにトルクが加えられると、同部材の軸線に垂直な、ｂ，ｃをそれぞれ長辺，短辺とする断面は、ゆがみ状態となって方形状でなくなり、同図（ｂ）に示されているように、かかる断面の中心から出る３つの径方向線上のせん断応力の分布は、矢印で示されるようになって、最大せん断応力が長辺上の中点に発生する。またかかる断面の角におけるせん断応力は零である。

かかる最大せん断応力τｍａｘは、
τｍａｘ＝Ｔ／αｂｃ^２
で表される。ここで、Ｔは加えられたトルク、αはｂ／ｃにより定まるパラメータである。

同図（ｂ）における幅ｂの方向は、基板５０’の厚み方向に対応している。
よって、ノッチが基板５０’の厚み方向において捩り梁５４’の中央位置に生じている場合には、振動部５３’の振動時において捩り梁５４’に生じる最大せん断応力が、ノッチの発生位置に作用するため、せん断応力による捩り梁５４’の破壊が最も生じやすいこととなる。

そこで、振動素子５１においては、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、出会い位置Ｍが、基板５０の厚さ方向における捩り梁５４の中央位置Ｏと異なる位置になるように、第１のエッチング工程、第２のエッチング工程を行う。したがって、捩り梁５４の機械的強度が、出会い位置Ｍと中央位置Ｏとが一致する場合より高くなっている。

このように、振動素子５１においては、出会い位置Ｍが、基板５０の厚さ方向における捩り梁５４の中央位置Ｏからずれた位置、言い換えるとシフトした位置となるように、第１のエッチング工程、第２のエッチング工程を行うが、かかるずれ量言い換えるとシフト量は、基板５０の厚さ方向における捩り梁５４の幅すなわち捩り梁５４の厚さを図３（ａ）、（ｂ）に示すようにｄとしたとき、ｄ／４以上となるように設定されている。

このように、出会い位置Ｍを、基板５０の厚さ方向における捩り梁５４の中央位置からｄ／４以上離れた位置とするのは、図６（ｂ）から明らかなように、基板５０の厚さ方向における捩り梁５４の中央位置からｄ／４以上離れた位置では、捩り梁５４に生ずる最大せん断応力による作用が無視できる程度の大きさとなるからである。

また、振動素子５１は、第１のエッチング工程によって規定される捩り梁５４の幅（図３（ａ）における梁部１の幅）よりも第２のエッチング工程によって規定される捩り梁５４の幅（図３（ａ）における梁部２の幅）を大きく設定し、第１のエッチング工程、第２のエッチング工程を行うことで、出会い位置Ｍにおけるノッチそのものが生じないように形成されている。

これにより、出会い位置Ｍにおける振動素子５１の形状は、図４（Ａ）に示したような理想形状となり、ノッチによる捩り梁５４の強度低下が防止されている。

振動素子５１のように、基板を両面からエッチングして形成される素子においては、各面からのエッチングのアライメントずれ等の影響により、出会い位置で、基板厚さ方向に垂直な方向における各エッチングの位置ずれが避けられない。そこで、第１のエッチング工程によって規定する捩り梁５４の幅よりも第２のエッチング工程によって規定する捩り梁５４の幅を、積極的に大きく設定し、基板５０の他方の面から出会い位置Ｍまでにおける捩り梁５４の幅を、基板５０の一方の面から出会い位置Ｍまでにおける捩り梁５４の幅よりも大きくすることで、ノッチの発生を防止しているのである。

第２の形態の振動素子５１においてはさらに、第１のエッチング工程によって規定する捩り梁５４の幅を０とし、出会い位置Ｍが、捩り梁５４の端部位置にあるようにすることで、段差自体をも備えていない形状になっている。これによって、捩り梁５４の強度が極めて大きく向上している。なお、その一方で、第１の形態の振動素子５１においては、第１のエッチング工程によって規定する捩り梁５４の幅に厚みがあるため、基板５０の厚さ方向における捩り梁５４の厚みを大きくしやすいという利点があり、上述のような各エッチングの位置ずれが高精度で抑制ないし防止できる場合にはねじり梁５４の厚みを大きくしてその強度を高めることが可能となるという利点がある。

いずれの形態の振動素子５１も、基板５０の他方の面から出会い位置Ｍまでにおける捩り梁５４の高さ言い換えると第２のエッチング工程によるエッチングの深さが、基板５０の一方の面から出会い位置Ｍまでにおける捩り梁５４の高さ言い換えると第１のエッチング工程によるエッチングの深さよりも大きくなるように形成されている。これにより、エッチング特性が安定し、また途中のプロセスフローも容易となっている。

図７ないし図９を参照して、振動素子５１の製造工程を図３に示したものより詳しく説明する。この製造工程は図５に示したプロセスと同様の技術を用いて行われる。図７ないし図９は何れも、図２におけるＡ’−Ａ断面に相当する。図７は、第１の形態、第２の形態に共通の、第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程に先立って行われるＰＺＴの加工工程を示している。図８は、第１の形態の基板５０の加工工程を示しており、図９は第２の形態の基板５０の加工工程を示している。

図７に示すＰＺＴの加工工程においては、同図（１）に示すように、基板５０であるシリコンウエハーに、絶縁のための熱酸化膜を厚さ０．５μｍで形成し、同図（２）に示すように、酸化膜上に下部電極、ＰＺＴ、上部電極を順次成膜する。下部電極は、厚さ０．０５μｍのＴｉ層と厚さ０．１５μｍのＰｔ層とからなり、ＰＺＴは、厚さ３μｍであり、上部電極は、厚さ０．１５のＰｔ層からなる。下部電極、上部電極の成膜方法としては、スパッタリング法等が挙げられ、ＰＺＴの成膜方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｏｔｉｏｎ）法、イオンプレーティング法等が挙げられる。

続いて、同図（３）に示すように、フォトリソを行って、上部電極及びＰＺＴをＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）にてドライエッチングし、同図（４）に示すように、フォトリソを行って、下部電極及び酸化膜をＲＩＥにてドライエッチングすることで、図２に示したＰＺＴ５６を形成する。

続いて、同図（５）に示すように、リフトオフ法により、反射膜５７を形成する。反射膜５７は、厚さ０．０５μｍのＴｉ層と、厚さ０．０５μｍのＰｔ層と、厚さ０．１μｍのＡｕ層とをこの順で成膜して形成する。

図８に示す第１の形態の基板５０の加工工程においては、上述の図７（５）に続いて、図８（６）に示すように、フォトリソを行い、レジストによって基板５０の上面に対して本体５２、振動部５３、捩り梁５４に対応する部分にマスクを行い、同図（７）に示すように、１回目のシリコンエッチングを行う。これが第１のエッチング工程に対応している。

続いて、同図（８）に示すように、マスク及び酸化膜を除去し、フォトリソを行い、レジストによって基板５０の下面に対して本体５２、振動部５３（リブ５８に対応する部分を除く）、捩り梁５４に対応する部分にマスクを行い、同図（９）に示すように、２回目のシリコンエッチングを行う。これが第２のエッチング工程に対応している。
最後に、マスクを除去すると光学素子である振動素子５１が得られる。

図９に示す第２の形態の基板５０の加工工程は、フォトリソに使用するフォトマスクを変更して図８に示した第１の形態の基板５０の加工工程と同様にして行われる。なお、これによって得られる振動素子５１では、捩り梁５４自体にはエッチングによる出会い位置Ｍにおける段差は生じないが、図２（ｂ）を参照すれば分かるように、捩り梁５４と振動部５３との間には第１のエッチング工程による段差が微小に生じている。しかし、この段差は、振動素子５１の上面に近い位置にあるため、上述したようなせん断力の作用による破壊等の影響は無視できる程度となっている。また、同様の段差は図２（ａ）にも生じるが、同図（ｂ）との対比で明らかなように、この段差は同図（ｂ）よりも小さく、せん断力の作用による破壊等の影響はさらに小さい。またこれらの加工工程は一般的に用いられるものであり、比較的低コストによる振動素子５１の製造が可能となっている。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

たとえば、本発明にかかる振動素子において、第１のエッチング工程によるエッチングと第２のエッチング工程によるエッチングとの出会い位置を基板の厚さ方向における梁部の中央位置と異なる位置とする構成と、第１のエッチング工程によって規定される梁部の幅より第２のエッチング工程によって規定される梁部の幅の方を大きくする構成とは、何れか一方のみが備えられていてもよい。前者の構成のみを備えている場合には、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程との順番は逆であっても良い。

本発明にかかる振動素子は、光走査型のバーコード読取装置、車載用のレーザレーダ装置に用いることも可能である。また本発明にかかる振動素子は、光学素子としてではなく、他の用途に用いることが可能であり、このときは反射部を省略された構成となる。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

本発明を適用した画像形成装置及びこれに備えられ本発明を適用した光走査装置の概略正面図である。 図１に示した光走査装置に備えられた本発明を適用した振動素子及び従来の振動素子の平面図である。 図２に示した振動素子の概略的な製造方法を示す工程図である。 従来の振動素子において不具合を生じる形状を説明するための概略正断面図である。 図４に示した形状が生じる過程を示す工程図である。 振動素子の梁部等の直方体に生じるせん断力を説明するための概念図である。 図２に示した本発明を適用した振動素子のより詳しい製造方法の一部を示す工程図である。 図２に示した本発明を適用した第１の形態の振動素子のより詳しい製造方法の、図７に続く他の一部を示す工程図である。 図２に示した本発明を適用した第２の形態の振動素子のより詳しい製造方法の、図７に続く他の一部を示す工程図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
５ 像担持体
７ 光走査装置
２７ 光源
５０ 基板
５１ 振動素子、光学素子
５２ 振動素子本体
５３ 振動部
５４ 梁部
５７ 反射膜
Ｍ 出会い位置
Ｏ 中心位置

Claims (11)

1. 振動素子本体に対して振動する振動部と、この振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを有し、
   前記振動部と前記梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程によるエッチングと基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程によるエッチングとの出会い位置が、基板の厚さ方向における前記梁部の中央位置と異なる位置である振動素子。
2. 請求項１記載の振動素子において、
   前記梁部の厚さをｄとしたとき、前記出会い位置が、前記中央位置からｄ／４以上離れた位置であることを特徴とする振動素子。
3. 請求項１又は２記載の振動素子において、
   前記他方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の幅が、前記一方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の幅よりも大きいことを特徴とする振動素子。
4. 振動素子本体に対して振動する振動部と、この振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを有し、
   前記振動部と前記梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅より、基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅の方が大きい振動素子。
5. 請求項１ないし４の何れか１つに記載の振動素子において、
   前記他方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の高さが、前記一方の面から前記出会い位置までにおける前記梁部の高さよりも大きいことを特徴とする振動素子。
6. 請求項５記載の振動素子において、
   前記出会い位置が、前記厚さ方向において前記梁部の端部位置にあることを特徴とする振動素子。
7. 請求項１ないし６の何れか１つに記載の振動素子において、
   前記振動部が光を反射する反射部を有する光学素子であることを特徴とする振動素子。
8. 請求項７記載の振動素子と、前記反射部によって反射される光の光源とを有し、前記振動部が振動することで前記反射部によって反射された光を偏向する光走査装置。
9. 請求項８記載の光走査装置と、この光走査装置から出射された光によって所定の像が書き込まれる像担持体とを有する画像形成装置。
10. 振動素子本体に対して振動する振動部とこの振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程と、基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程とを有し、
    第１のエッチング工程によるエッチングと第２のエッチング工程によるエッチングとの出会い位置が、基板の厚さ方向における前記梁部の中央位置と異なる位置となるように、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程を行う振動素子の製造方法。
11. 振動素子本体に対して振動する振動部とこの振動部を振動素子本体に振動可能に支持した梁部とを形成するための、基板の一方の面からエッチングを行う第１のエッチング工程と、基板の他方の面からエッチングを行う第２のエッチング工程とを有し、
    第１のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅より、第２のエッチング工程によって規定される前記梁部の幅の方が大きい振動素子の製造方法。

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