JP2009229473A - アクチュエータ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーデバイスの破損を容易に検知し、かつその製造プロセスが簡易となるアク
チュエータ構造を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のアクチュエータは、表面に反射ミラー（32）が形成された可動板（
31）と、可動板（31）を支持するための支持枠固定部（35）と、可動板（31）の両端を支
持枠固定部（35）に振動可能にそれぞれ支持する一対のトーションバー（33,34）と、を
備え、可動板（31）及び各トーションバー（33,34）の表面に導電性膜（38）によってミ
ラー（32）、断線検出用配線が一体的に形成され、導電性膜の両端部（36,36）が電気回
路の接続部となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査光ビームを発生する光スキャナなど用いられるアクチュエータ関し、特
に、光ビームを反射させて走査光を形成する可動ミラーのアクチュエータ部の改良に関す
るものである。

走査光を形成する光スキャナは、レーザプリンタ、バーコードリーダ、プロジェクタな
どに用いられている。この光スキャナは、光ビームを反射して走査ビームを形成する反射
ミラーを備えている。反射ミラーには、高速で回転する回転ポリゴンミラーを用いるもの
や反射ミラーを回転振り子のようにある振れ角の範囲内で正逆に回転動（以下、「揺動回
転」という。）させるガルバノミラー型がある。このガルバノミラー型のアクチュエータ
を微細構造デバイス（ＭＥＭＳ; Micro Electro Mechanical Systems）で形成することが
検討されている。ＭＥＭＳにより非常に小型の光スキャナを実現すること可能となる。

ＭＥＭＳのミラーデバイスは、反射ミラー、反射ミラーを支持するトーションバー（捻
ればね）、反射ミラーを磁力や静電力によって揺動回転させる駆動機構などを備えている
。ミラーデバイスは、トーションバーの破断応力よりも小さい振れ角で動作していれば、
破壊することなく動作する。

しかしながら、何らかの理由で外部から過度の衝撃が加わった場合や、ミラーデバイス
製作時の不具合などにより、振れたミラーを元に戻す回転力を与えるトーションバーが破
損する可能性がある。このとき、ミラーデバイスを制御しているシステムでは、ミラーが
所定の動作をしていないことを検出するが、その原因がミラーデバイスの破損によるもの
なのか、それ以外の故障なのかを見極めるのに時間がかかる。

そこで、特許文献１に記載の発明は、可動板を支持する各トーションバーの上に個別に
導体配線を形成しておき、トーションバーが破損すれば配線も破損することを利用してミ
ラーデバイスが破損しているか否かを導体配線の導通の有無によって検知する構成を提案
している。
特開２００４−２４０２４９号公報

しかしながら、この発明は、非常に微細な幅のトーションバー（捻りばね）の上に更に
導体配線を形成する工程を必要とし、手間のかかる製造プロセスが増加することになる。

そこで、本発明は、ミラーデバイスの破損を容易に検知し得る構造を備え、かつその構
造を得るために製造プロセスを複雑化しないで済むような破損検知構造を備えるアクチュ
エータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のアクチュエータは、表面に反射ミラーが形成された可
動板と、可動板を支持するための支持枠固定部と、可動板の両端を支持枠固定部に回動可
能にそれぞれ支持する一対のトーションバーとを備え、反射ミラーは上記可動板及び各ト
ーションバーの表面に導電性膜によって一体的に形成され、各トーションバーの支持枠固
定部側両端部の導電性膜が電気回路の接続部となるものである。

このような構成とすることで、微細な各トーションバー上に更に微細な導体配線を形成
する必要がなくなり、微細で手間のかかる検出用の導体配線を形成する工程を増加させず
に済む。さらに検出回路で支持枠固定部側のトーションバー両端部で導通を検出すること
によって両トーションバーにおける破断を同時にチェックすることができて具合がよい。

上記導電性膜の膜厚は、上記トーションバーの厚さの１／４００〜１／５０の比率の範
囲内の厚さであることが望ましい。導電性膜をこのような膜厚に設定することにより、ト
ーションバーが破断すればこのトーションバー上に形成されている導電性膜も破断する。
トーションバーの破断をより確実に検知することができる。また、導電性膜がトーション
バーのばね特性に影響を与えることを回避する（影響を少なくする）ことができる。

上記導電性膜は、銀、金、アルミニウムなどの導電性金属で形成することが可能である
が、反射率、電気抵抗値、コストなどの点からアルミニウムがより望ましい。それにより
、反射ミラーとしての高反射率の要請と破断検出用の導体配線としての低抵抗値を満足ざ
ることが可能となるため具合がよい。

また、本発明の画像形成装置は、上述した構成のアクチュエータを使用して画像を形成
する。それにより、画像形成装置におけるミラーデバイスの故障（トーションバーの破断
）を自動的に判断することが可能となって具合がよい。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

まず、図２を参照して光スキャナ等に用いられるアクチュエータの概要を説明する。

同図に示すように、アクチュエータは、概略、駆動電極が形成された駆動基板１０と、
可動ミラー３２が形成された可動ミラー基板３０とによって構成されている。

駆動基板１０は、例えば、ガラス基板やシリコン基板の中央部をエッチングすることに
より、あるいは両端部にスぺーサ部を形成することなどによって可動ミラー３２が振動す
る凹部空間を形成している。当該凹部の底部には、静電力を発生するための駆動電極（固
定電極）１２が可動ミラー３２（の対向電極）に対向して配置されている。駆動電極１２
には外部の制御回路４０から駆動電圧が印加される。

可動ミラー基板３０は、例えば、シリコンの単結晶板（薄板）をＭＥＭＳの微細加工技
術を用いて構成され、駆動電極１２によって付勢される可動板３１、可動板３１上に形成
されたミラー３２、可動板３１の両端部に設けられた一対のトーションバー（捻りばね）
３４及び３５、トーションバー３４及び３５を介して可動部３１を支持する支持枠固定部
３５などによって構成されている。

このような構成を有するアクチュエータは、制御回路４０によって可動板３１と固定電
極１２との間に電圧印加をオンにすると、静電引力によりトーションバー３４及び３５を
回動軸として可動電極板３１がある振れ角で回動し、圧印加をオフにすると、トーション
バー３４及び３５のバネ力によって可動電極板３１が元に戻ろうとする。このオンオフ動
作を高速で行うとあるスイッチング周波数（駆動周波数）で可動電極板３１が最もよく振
れる状態（共振状態）となる。このように可動電極板と共に振動しているミラー３２にレ
ーザ光などの光ビームを照射すると、反射光が走査光ビームとなる。

図１は、本発明の実施例を示しており、図１（Ａ）はアクチュータの平面図、同図（Ｂ
）は、図（Ａ）のＡ−Ａ'方向における断面図である。両図において既述した図３と対応
する部分には同一符号を付している。

この実施例においては、概略、表面に反射ミラーを備える可動板と、可動板を支持する
支持枠固定部と、可動板を支持枠固定部に対して回動（揺動回転）可能に支持するトーシ
ョンバーと、各トーションバー上に反射ミラーと一体形成された導電性膜とを有する。そ
して、外部回路によって各トーションバー及び可動板の導通検知が可能な構成とされてい
る。それにより、トーションバーが破断すると導電性膜が切断され、外部回路によって異
常検知が行われる。

図１において、アクチュエータは、駆動電極１２が形成された駆動基板１０と、可動ミ
ラー３２が形成された可動ミラー基板３０とによって構成されている。

前述したように、駆動基板１０は、例えば、ガラス基板やシリコン基板の中央部をエッ
チングすることにより、あるいは両端部にスぺーサ部を形成することなどによって可動ミ
ラー３２が振動する凹部空間を形成している。当該凹部の底部には、静電力を発生するた
めの駆動電極（固定電極）１２が可動ミラー３２に対向して配置されている。駆動電極１
２には外部の制御回路（図２参照）から駆動電圧が印加される。

同様に、可動ミラー基板３０も、例えば、シリコンの単結晶板（薄板）をＭＥＭＳの微
細加工技術を用いて構成され、駆動電極１２によって付勢される可動板３１、可動板３１
上に形成されたミラー３２、可動板３１の両端部に設けられた一対のトーションバー（捻
りばね）３４及び３５、トーションバー３４及び３５を介して可動部３１を支持する支持
枠固定部３５などによって構成されている。

そして、この実施例においては、図１（Ａ）のＡ−Ａ'方向において示されているよう
に、支持枠固定部３５、トーションバー３４、可動板３１、トーションバー３３及び支持
枠固定部３５の各上面に導電性膜３８が一体的（連続的）に形成され、導電性膜３８が、
支持枠固定部３５の上面に端子部３６を、トーションバー３４の上面に断線検出用配線を
、可動板３１の上面にミラーを、トーションバー３３の上面に断線検出用配線を、及び支
持枠固定部３５の上面に端子部３６をそれぞれ構成している。端子部３６，３６は、破断
検知用の電流を接続する端子である。これ等の構造は、支持枠固定部３５、トーションバ
ー３４、可動板３１、トーションバー３３、及び支持枠固定部３５を形成すべき可動ミラ
ー基板（シリコン基板）３０上に導電性膜３８をスパッタ法などによって成膜した後、可
動ミラー基板３０及び導電性膜３８に対して同時にパターニングを行うことで容易に得ら
れる。

導電性膜３８は、銀、金、アルミニウムなどの高反射率の金属材料を使用することがで
きる。特に、アルミニウムは、良導電率で高反射率であり、材料が安価で、半導体プロセ
ス（ＭＥＭＳ微細加工技術）に適するので具合がよい。この導電性膜３８の厚さは、トー
ションバーを形成する可動ミラー基板（シリコン基板）３０の厚さの１／４００〜１／５
０の厚さ、例えば、シリコン基板の厚さが５０μｍのとき、アルミニウム膜の厚さは１μ
ｍ以下（１μｍ〜成膜の限度までの厚さ）である。それにより、導電性膜３８がトーショ
ンバーのバネ定数に与える影響を抑制することが可能である。なお、シリコン基板の表面
は酸化膜（ＳｉＯ₂）や窒化膜（ＳｉＮ）などで絶縁され、保護されている。

端子３６−３６間の導電性膜３８による電気配線には、常時あるいは検出モード時に検
出回路４０から破断検知用の微弱電流を流して計測が行われる。アクチュータの制御シス
テム（ＣＰＵなど）によって検出することとしても良い。もし、トーションバー３３、３
４のどこかで破断が起きると、このトーションバー３３、３４上の導電性膜３８は薄い膜
で形成されているためにトーションバーと一緒に破断する。このときシステムの検出回路
４０では所定の微弱電流が計測できないことになり、システムはトーションバー３３又は
３４の破断と判断することができる。それにより、光ビームの発生停止などの異常発生対
応処理を行うことができる。

図３は、本発明のアクチュエータを使用する画像形成装置の例を示している。同図（Ａ
）は、画像投影装置の例である。画像投影装置はレーザ光源１の出射光を変調器２によっ
て画像情報信号で変調し、アクチュータ３によって１次（左右方向）走査ビームに変換し
ている。１次走査ビームは更にアクチュータ４によって２次（左右・上下方向）走査ビー
ムに変換され、スクリーンや壁５に投影され、画像が表示される。アクチュータ３及び４
は図示しない制御部によって画像情報信号に同期して動作している。

図３（Ｂ）は、画像形成装置としてレーザプリンタの例を示している。レーザ光源１の
出射光は、画像情報信号が供給される変調器２によって変調される。変調された出射光は
アクチュータ３によって１次（左右方向）走査ビームに変換され、回転する帯電した感光
体ドラム上を走査する。感光体ドラム表面には静電潜像による画像が形成される。この静
電潜像に図示しない現像部でトナーを付着させて現像し、トナー像を用紙に転写し、固定
することによって画像が得られる。

上述した本願の実施例では、破断検知用の電気配線を導電性の薄膜として反射ミラーと
一体的に形成するため、製品を製造する時の工程を簡略化できる（例えば、微細な幅のト
ーションバーの上面に断線検出用配線をパターニングして形成することを回避できる。）
。さらに１対のトーションバーのいずれかの破断を一度でチェックすることができるため
、破断を検出する回路を各トーションバー毎に設けなくともよく、具合がよい。

なお、本実施形態では反射ミラーが１次元の方向に走査するアクチュエータを例にして
説明したが、２次元の方向に走査するアクチュエータでも、走査方向に対応するトーショ
ンバーのそれぞれに、電気配線として導電性の薄膜を反射ミラーと一体成膜し、いずれか
２つの端子間で測定すれば同様の破断検出を行うことが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、ミラー部の破断検知が容易な構成を製造工程を
複雑化させないで提供することが可能となる。

図１（Ａ）は、本発明の実施例に係るアクチュエータを説明する平面図である。同（Ｂ）は、図１（Ａ）のアクチュエータのＡ−Ａ´方向における断面図である。 図２は、アクチュエータの動作を説明するための説明図である。 図３は、本願のアクチュエータを使用する画像形成装置の例を説明する説明図である。

符号の説明

１ レーザ光源、２ 光変調器、３，４ アクチュータ、１０ 駆動基板、１２ 駆動電
極、３０ 可動ミラー基板、３１ 可動板、３２ 反射ミラー、３３，３４ トーショ
ンバー、３５ 支持枠固定部、３６ 端子部、３８ 導電性膜、４０ 断線検出回路

Claims (4)

1. 表面に反射ミラーが形成された可動板と、
   前記可動板を支持するための支持枠固定部と、
   前記可動板の両端を前記支持枠固定部に回動可能にそれぞれ支持する一対のトーション
   バーと、を備え、
   前記反射ミラーは前記可動板及び各トーションバーの表面に導電性膜によって一体的に
   形成され、各トーションバーの前記支持枠固定部側両端部の導電性膜が電気回路の接続部
   となる、アクチュエータ。
2. 前記導電性膜の膜厚が前記トーションバーの厚さの１／４００〜１／５０の範囲内であ
   る、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記導電性膜はアルミニウムから形成されることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載のアクチュエータ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のアクチュエータを使用して画像を形成する画像形成
   装置。