JP2009251002A

JP2009251002A - アクチュエータ、画像形成装置及びアクチュエータの製造方法

Info

Publication number: JP2009251002A
Application number: JP2008094730A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Mizoguchi; 安志溝口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】より簡易な工程で製造されるアクチュエータ及びその製造方法を提供することを
目的とする。
【解決手段】本発明のアクチュエータは、平板状の可動板(21)と可動板(21)を基板に対し
て揺動可能に支持する一対のトーションバー(24），(24)とを一体形成し、可動板(21)の
中央部に反射鏡(22)を設け、可動板(21)の周縁部に通電により磁界を発生するコイル部(2
3)と、このコイル部(23)に静磁界を与える磁界発生手段とを備え、可動板(21)とトーショ
ンバー(24)上に反射ミラー(22)と引き出し配線(26)とが導電性膜によって一体的に形成さ
れる構成を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、光スキャナや画像形成装置などに使用される反射ミラーを駆動する
アクチュエータの改良に関するものである。

レーザ光を用いるディスプレイ、プリンタなどに応用される光スキャナは、画像などを
描画するために高速なスキャン動作が要求されている。この高速なスキャン動作を実現す
るために、ポリゴンミラーやガルバノミラーが使用されているが、小型化や高速性化とい
う点で限界がある。そこで、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により
、シリコン（Ｓｉ）基板を微細加工して製作される揺動（振動）ミラーを用いたガルバノ
ミラーが提案されている。ＭＥＭＳのガルバノミラーは、静電力や電磁力を用いるアクチ
ュエータによって駆動される。ＭＥＭＳミラーは高い共振周波数で振動するため、より高
い解像度の描画が可能になる利点がある。

特許文献１には、ＭＥＭＳによる微小可動ミラーを電磁力で駆動するようにしたアクチ
ュエータの一例が紹介されている。
特開平８−３２２２２７号公報

電磁力を用いるＭＥＭＳのガルバノミラーのアクチュエータでは、磁場に配置される可
動板の中央部に反射ミラーを形成し、反射ミラーの外周に駆動コイル（可動コイル）を渦
巻き状に形成している。そして、可動板を支持するトーションバー上に設けた配線を介し
て外部から駆動コイルに電流を供給し、磁場と駆動コイル間に電磁力を生じさせる。

しかしながら、このようなアクチュエータの構成では、可動コイルの内周側端部と配線
とを接続するために、配線が可動コイルの線輪を横切る構成となるため、微小な可動板上
に形成される各部のパターンが複雑化し、また、製造プロセスの工数が多くなっている。
製造プロセスの工数が増えると、製造コストがかかり、生産性が下がるだけでなく、可動
部の質量がばらつく原因ともなる。

よって、本発明はより簡易な方法で製造することを可能とするアクチュエータの構造及
びそ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本発明のアクチュエータは、ミラーとコイルが形成された可動
板と、該可動板を支持部に揺動可能に支持する一対のトーションバーと、上記コイルに磁
場を与える磁界発生手段と、上記トーションバー上に形成されて上記コイルと接続される
引き出し配線と、を備え、上記ミラー及び上記引き出し配線が導電性材料によって一体に
形成される。

このような構成とすることで、反射ミラーとコイルを横切る引き出し配線とを一体形成
するため、製造プロセス工程が省略化でき、生産性が高くなる。

好ましくは、本発明のアクチュエータは上記導電性膜はアルミニウムから形成されてい
る。光反射率及び導電性において良好であり、銀、金などとと比べて安価である。

これにより、反射鏡とコイルの一部である通電接続部とを一体形成するため、製造プロ
セス工程が省略化でき、生産性を高くすることができる。

本発明のアクチュエータでは上記コイルの厚さは上記反射鏡の厚さの５倍以上であるこ
とが望ましい。このように、コイルを厚く形成することにより、コイルに電流が流れやす
くなり、所望の回動動作が可能になる。

本発明の製造方法は、基板をパターニングして、可動板とこの可動板を揺動可能に支持
する一対のトーションバーを形成する第１の工程と、上記可動板と上記トーションバーの
一方にミラーと引き出し配線を導電性材料によって一体形成する第２の工程と、上記可動
板の引き出し配線上の少なくとも一部に絶縁層を形成する第３の工程と、上記可動板のミ
ラーの外周囲及び上前記絶縁層上に、一端が上記ミラーに接続され他端が前記トーション
バーの他方上に延在するコイルを形成する第４の工程と、とを含む。

このように、ミラーとコイルの一方の引き出し配線とを一体形成するため、製造プロセ
ス工程が省略化でき、生産性が高くなる。

さらに、本発明のアクチュエータの製造方法は、導電性膜がアルミニウムから形成され
ることが望ましい。それにより、ミラーの反射膜とコイルへ電圧を与える引き出し配線と
を一体形成することが可能になる。

さらに、本発明のアクチュエータの製造方法は前記コイル部の厚さを前記反射鏡の厚さ
の少なくとも５倍に形成するものである。コイルを厚く形成するため、コイルに電流が流
れやすくなり、所望の回動動作が可能になる。

上記引き出し配線の線幅は、上記コイルの線幅よりも広く設定されることが望ましい、
それにより、薄膜による引き出し配線の抵抗値を下げることが可能となって具合がよい。

また、本発明の画像形成装置は、上述したアクチュエータを使用した光スキャナを含む
ことを特徴とする。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

まず、本願のアクチュエータを使用して走査光を形成する光スキャナを使用する画像形
成装置の例について説明する。

（画像形成装置）
図６は、画像形成装置の一例であるプロジェクタを示している。プロジェクタは、Ｒ、
Ｇ、Ｂの画像信号で変調されたＲ、Ｇ、Ｂ光ビームを出力する光源装置９１１〜９１３と
、光ビーム合成装置９２と、光スキャナ９３及び９４と、固定ミラー９５とを備えている
。

光ビーム合成置９２は、光源装置９１１〜９１３それぞれから出射された３色の光ビー
ムを１つの光ビームに合成し、合成された光ビームを光スキャナ９３に送り出す。合成光
ビームは光スキャナ９３によって左右方向に走査する（主走査）の光ビームとなり、更に
、光スキャナ９４によって垂直方向にも走査する（副走査）２次元走査の光ビームとなる
。この走査光ビームはさらに固定ミラー９５によって反射され、スクリーンＳ上にカラー
画像を形成する。

副走査を行う光スキャナ９４の回動速度は、主走査を行う光スキャナ９３の回動速度に
対して低速である。例えば、副走査を行う光スキャナ９４の揺動（振動）周波数が６０Ｈ
ｚ程度で、主走査を行う光スキャナ９３の揺動（振動）周波数が１０〜２５６ｋＨｚ程度
である。

なお、画像形成装置には、上述したレーザプロジェクタの他にレーザプリンタなど種々
のものがある。また、光スキャナはバーコードリーダなどにも使用されている。

（実施例）
次に、光スキャナなどに使用されるアクチュエータについて説明する。図１は本発明が
適用されたアクチュエータの平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ'方向における断面を
説明する断面図である。

同図に示すように、アクチュエータは、概略、凹部空間が形成された基礎基板１０と、
可動板２１及びミラー（可動ミラー）２２が形成された可動ミラー基板２０とによって構
成されている。

基礎基板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２２が振動す
る凹部空間を形成している。基礎基板１０の左右両側には、図示しない一対の永久磁石が
配置されて静磁場を形成する。

可動ミラー基板２０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、コイル２３によって付勢される可動板２１、可動板２１上に形成さ
れたミラー２２、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）２
４、２４、可動板２１を支持する支持枠固定部２５などによって構成されている。

上述した可動板２１と右側のトーションバー２４の表面にはそれぞれ、例えば、アルミ
ニウムを蒸着して一体形成された、ミラー２２とコイル２３に電流を与えるための幅広に
形成された引き出し配線２６とが設けられている。ミラー２２に接続された配線２６はコ
イル２３の下を横切って右方向に延在し、外部との接続端子部に至っている。配線２６と
コイル２３との間には両者間の短絡を防止する絶縁層２８が設けられている。絶縁層２８
は、例えば、シリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜などで形成される。

ミラー２２の外周囲にはコイル２３が螺旋状に設けれている。可動板２１の回動軸の左
方の側のトーションバー２４上にはコイル２３の外周側の一端が延ばされ、そのままコイ
ル２３の他方の接続端子部となっている。コイル２３の内周側の他端はミラーに２２に接
続されている。コイル２３の他端はミラー２２、引き出し配線２６を経て接続端子に至る
。

なお、ミラー２２と一体形成される引き出し配線２６は、トーションバー２６上で幅広
に形成している。これは、ミラー２２と共に形成される引き出し配線２６は膜薄（１μｍ
以下）構造となるため、その抵抗値が大きくなり、コイル２３に電流が流れにくくなる。
そのため、幅広な構成とすることで、引き出し配線２６の抵抗値を小さくし、コイル２３
に電流が流れやすくする。さらに、コイル２３の層の厚さを５μｍ程度とミラーよりも厚
めに形成する。すなわち、コイル７の厚さを反射鏡の厚さの５倍以上となるように厚く形
成し、コイル２３の抵抗を低くして電流を流しやすくする。

このように、膜薄のミラーと引き出し配線２６とを一体形成しても、回動動作に必要と
なる大きさの電流を流すことが可能になる。

このような構成を有するアクチュエータは、図示しない制御回路によってコイル２３に
駆動電流が供給されると、永久磁石が形成する静磁界との電磁力作用（フレミナングの左
手則）によりコイル２３に付勢力が発生し、トーションバー２４、２４を回動軸として可
動板２１を電流値に応じたある振れ角まで回動する。また、供給電流をオフにすると、ト
ーションバー２４、２４のバネ力によって可動板２１が元に戻る。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）で可動板２１が最もよく振れる状態（
共振状態）となる。この振動が安定した共振状態でアクチュエータを使用する。このよう
に可動電極板と共に振動しているミラー２２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。

（製造工程）
次に、図３を参照して本発明によるアクチュエータ（可動ミラー基板）の製造方法につ
いて説明する。

本実施の形態のアクチュエータ１は、シリコン基板をＭＥＭＳ技術によって微細加工し
て製造される。

まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１０１の両面に保護膜として酸化シリコ
ン膜またはシリコン窒化膜１０３が成膜される。

次に、シリコン基板１０１をパターニングして、上述した可動板２１、トーションバー
２４、２４を形成する。これは、基板に可動板２１、トーションバー２４、２４の形状の
レジストマスク１０４を形成し、ＲＩＥ装置を用いてシリコン基板１０１をエッチング加
工して行う（図３（ｂ））。その後、表面のマスクを除去する（図３（ｃ））。

次に、シリコン基板１０１上に、高光反射性の導電性物質、例えば、アルミニウム１０
５を蒸着し、パターニングを行って、可動板２１の中央部付近上に反射ミラー２２を、右
トーションバー２４上には引き出し配線２６を一体形成する（図３（ｄ）参照）。このと
き、上述したように引き出し配線２６は、その抵抗値を小さくするために、トーションバ
ー２４上で幅広に形成する。

次に、コイル２３と交差する領域の引き出し配線２６上に、絶縁性を有するシリコン酸
化膜により中間絶縁層２８を形成する（図３（ｅ）参照）。

最後に、例えば、公知の電鋳コイル法によって、ミラー２３の外周部上には螺旋状のコ
イル２３を、左方のトーションバー２４上にはもう一方の引き出し配線２７をそれぞれ形
成する（図３（ｆ））。電鋳コイル法は、シリコン基板１０１のコイル形成面（上面）側
にニッケルのスパッタを行ってニッケル層を形成し、銅電解めっきを行って銅層を形成す
る。次に、ポジ型のレジストでコイル及び電極端子に相当する部分をマスクし、銅エッチ
ング、ニッケルエッチングを順次行い、エッチング後、レジストを除去し、更に、銅電解
めっきを行ってニッケル層の全周を銅で覆いコイル２３及び左側の引き出し配線２７に相
当する銅層を形成する。次に、銅層を除いた部分にネガ型のメッキレジストを塗布した後
、銅電解めっきを行って銅層を厚くして、コイル２３及び左方の引き出し配線２７を形成
する。このとき、螺旋状のコイル２３の内周側他端はミラー２２の一部に接続するように
形成する。この導通によりコイル２３の他端はミラー２２を介して右側トーションバー上
の引き出し配線２６と接続される。

さらに、コイル２３の導電層の厚さをミラー２２の膜厚さの５倍程度の５μｍ程度と厚
く形成して、抵抗値を小さくしコイル２３に電流が流れやすくなるようにする。

このように、本実施例においては、反射ミラー２２とコイル２３の一方の引き出し配線
２６とを一体形成するため、後述の参考例のように一方の引き出し配線２６を形成する工
程が不要になり、その作製工程を省略することができ、(1)反射ミラー２２と一方の引き
出し配線２６の形成、(2)中間絶縁層２８の形成、(3)コイル層２３の形成と、３工程です
む。反射鏡とコイルの一方の通電接続部とを一体形成するため、製造プロセス工程が省略
化でき、生産性が高くなる。

なお、実施例では、トーションバー２４、２４にそれぞれ引き出し配線２６，２７を形
成したが、一方のトーションバー２４に引き出し配線２６，２７を形成しても良い。
（比較例）
図４及び図５は比較例を示している。図４は一対のトーションバー２４、２４及び可動
板２１の部分を示す平面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ'方向における断面図である。両
図において図１及び図２と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略す
る。なお、図５においては、可動ミラー基板２０のみを示している。

図示のように、可動板５のミラー２２の形成部分の外周囲にはコイル２３が螺旋状に設
けられており、可動板２１の左側のトーションバー２４にはコイル２３が延在し、延在部
分は一方の電極端子まで接続する引き出し配線２７となる。可動板２１の右方のコイル２
３の表面には、例えば、シリコン窒化膜あるいは酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）の中間絶縁
層２８が設けられている。中間絶縁層２８の上には、コイル２３の内周側端とコイル２３
を横切って他方の電極端子とを接続する引き出し配線２６が形成されている。中間絶縁層
２０１は、コイル２３と引き出し配線２６との短絡を防止する。

このような比較例では、引き出し配線２６が周回しているコイル２３と短絡しないよう
にするために、(1)コイル２３形成、(2)中間絶縁層２８形成、(3)引き出し配線２６形成
、(4)反射ミラー形成、の順に４つの工程が必要である。

これに対して、本願の実施例によれば、反射ミラー２２とコイル２３の一方の引き出し
配線２６とを一体形成するため、(3)引き出し配線２６を形成する工程が不要になり、そ
の作製工程を省略することができる。

以上説明したように、本願発明のアクチュエータによれば、反射ミラーとコイルの一方
の引き出し配線とを一体で形成する構造としているため、引き出し配線の形成工程が省略
でき、生産性が高くなる。より簡易な方法により製造されるアクチュエータを実現するこ
とが可能である。

図１は本発明の実施の形態に係るアクチュエータを説明する説明図である。図２は図１のＡ−Ａ'方向における断面を示す断面図である。図３は本発明の実施の形態に係るアクチュエータの製造方法を説明する工程図である。図４は比較例のアクチュエータを説明する説明図である。図５は図４のＢ−Ｂ'方向における断面を示す断面図である。図６は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アクチュエータ、１０基礎基板、２０可動ミラー基板５、２１可動板、２２
ミラー、２３コイル、２４トーションバー、２５支持枠固定部、２６，２７引き
出し配線、２８中間絶縁層、１０１シリコン基板、６トーションバー、１０３酸
化シリコン膜、１０４フォトレジスト層

Claims

ミラーとコイルが形成された可動板と、
該可動板を支持部に揺動可能に支持する一対のトーションバーと、
前記コイルに磁場を与える磁界発生手段と、
前記トーションバー上に形成されて前記コイルと接続される引き出し配線と、を備え、
前記ミラー及び前記引き出し配線が導電性材料によって一体に形成される、アクチュエ
ータ。
前記導電性材料はアルミニウムである、請求項１に記載のアクチュエータ。
前記コイルの膜厚は前記ミラーの膜厚の少なくとも５倍である、請求項１又は２に記載
のアクチュエータ。
基板をパターニングして、可動板とこの可動板を揺動可能に支持する一対のトーション
バーを形成する第１の工程と、
前記可動板と前記トーションバーの一方にミラーと引き出し配線を導電性材料によって
一体形成する第２の工程と、
前記可動板の引き出し配線上の少なくとも一部に絶縁層を形成する第３の工程と、
前記可動板のミラーの外周囲及び前記絶縁層上に、一端が前記ミラーに接続され他端が
前記トーションバーの他方上に延在するコイルを形成する第４の工程と、
とを含むアクチュエータの製造方法。
前記導電材料はアルミニウムである請求項４に記載のアクチュエータの製造方法。
前記コイル部の膜厚は前記ミラーの膜厚の少なくとも５倍であることを特徴とする請求
項４又は５に記載のアクチュエータの製造方法。
前記引き出し配線の線幅は、前記コイルの線幅よりも広く設定される請求項４乃至６の
いずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
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た光スキャナを含む画像形
成装置。