JP2009251143A

JP2009251143A - 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

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Publication number: JP2009251143A
Application number: JP2008096823A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Mizoguchi; 安志溝口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】簡易な方法で製造されう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、基板に形成された平板状の可動板(21)と、可動
板(21)の両端を基板に回動可能に支持する一対のトーションバー(24)と、可動板(21)の表
面に形成される反射膜(22)と、可動板の裏面に形成されるコイル(23)と、可動板(21)の一
部に形成されて該可動板(21)の表裏面を貫通する貫通孔部(31)とを備え、可動板(21)とト
ーションバー(24)の表面に形成される導電性膜によって反射膜(22)が形成され、該導電性
反射膜(22)とコイル(23)の一端とが貫通孔部(31)で接続され、該コイル(23)の他端がトー
ションバー(34)の裏面に延在する(28)。
【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、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揺動（振動）させるガルバノミラーを用いるものが使
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 El
ectro 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（引き出し配線）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、基板に形成された平板状の可動板
と、上記可動板を上記基板に揺動（振動）可能に支持するトーションバーと、上記可動板
の表面に形成される反射膜と、上記可動板の裏面に形成されるコイルと、上記可動板の一
部に形成されて該可動板の表裏面を貫通する貫通孔部と、を備え、上記可動板と上記トー
ションバーの表面に形成された導電性膜によって上記反射膜が形成され、該導電性の反射
膜と上記コイルの一端とが上記貫通孔部で接続され、該コイルの他端が上記トーションバ
ーの裏面に延在する。

かかる構成によれば、可動板をコイルとコイルを横切る引き出し配線との絶縁部として
使用するため、上述のように引き出し配線がコイルの巻線を横切る際にコイル導体との短
絡を防止する中間絶縁層を省略することができる。そのため、中間絶縁層を形成する製造
工程を省略することができ、製造プロセス工程が省略化でき、生産性が高くなる。

上記トーションバーは一対設けられて上記可動板の両端を上記基板に揺動（振動）可能
に支持することが望ましい。１つのトーションバーで可動板を揺動（振動）可能に保持す
る場合に比べ、一対のトーションバーで可動板の両端を支持すると可動板の揺動回転の回
転軸が安定する。

上記貫通孔部が形成される位置を上記可動板の一部から上記トーションバーの一部に変
えても良い。このような構成でも、中間絶縁層を省略してコイルの一端に引き出し配線を
接続することができる。

上記可動板にミラーとして形成される導電性膜及び上記トーションバーに形成される引
き出し配線が共にアルミニウム膜で形成されることが望ましい。それにより、ミラーと引
き出し配線が同時に形成され、また、アルミニウムは光の反射率が高くかつ高導電率であ
るので具合がよい。また、アルミニウムは銀、金などに比べて安価である利点がある。な
お、導電性の反射膜は、アルミニウムに限定されるものではない。

本発明のアクチュエータの製造方法は、可動板と支持体と該可動板を該支持体に揺動（
振動）可能に支持するトーションバーとを形成すべき基板の一面側の該可動板を形成すべ
き領域に螺旋状に巻回され、外側の一端部が上記トーションバーを形成すべき領域に延在
するコイルを形成する第１の工程と、上記基板の他面側からパターニングして、上記可動
板と、上記支持体と、上記トーションバーと、上記コイルの内側の他端部側を露出する貫
通孔とを形成する第２の工程と、上記可動板及び上記トーションバーの表面にそれぞれ上
記コイルと接続されたミラー及び引き出し配線を形成する第３の工程と、を含む。

かかる構成とすることによって、基板を中間絶縁層として使用することができ、コイル
と引き出し配線間の中間絶縁層を省略することが可能となる。それにより、中間絶縁層の
形成工程を省略することができ、アクチュエータの製造工程数を減らすことができ、生産
性が高くなる。

上記第１の工程において、上記トーションバーを一対形成して上記可動板の両端を上記
支持枠体に揺動（振動）可能に支持することが望ましい。それにより、揺動（振動）の中
心軸が安定する。

上記第２の工程において、上記貫通孔部が形成される位置を上記可動板の一部から上記
トーションバーの一部に変えても良い。かかる構成であっても、中間絶縁層を省略してコ
イルの一端に引き出し配線を接続することができる。

上記導電性膜がアルミニウム膜で形成されることが望ましい。導電性膜をアルミニウム
とすることにより、高光反射率かつ高導電率のミラーを形成することができる。また、銀
や金などに比べて安価であるという利点がある。

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する光スキャナを
用いたことを特徴とする。

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９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
のものがあり、実例に限定されない。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図１乃至図４を参照して説
明する。図１は本発明が適用されたアクチュエータの正面図（表面）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。図３は、アクチュエータの背面
図（裏面）である。図４は、図３のＢ−Ｂ'方向における断面を説明する断面図である。
各図において対応する部分には同一符号を付している。

図１乃至図４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（図２参照）。

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が揺動（
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
久磁石が磁場形成手段として配置されてコイル２３部分に静磁場を形成する。

可動ミラー基板２０は、例えば、表面が絶縁処理されたシリコンの単結晶板（薄板）を
ＭＥＭＳの微細加工技術を用いてパターニングすることによって形成され、裏面のコイル
２３によって付勢される可動板２１、可動板２１の表面に形成されたミラー２２、表面の
ミラー２２と裏面のコイル２３とを接続可能とする貫通孔３１、可動板２１の両端部に設
けられた一対のトーションバー（捻りばね）２４、２４、可動板２１をトーションバーを
介して支持する支持枠固定部（支持体）２５などが設けられている。

図１に示すように、上述した可動板２１と左右のトーションバー２４、２４の表面には
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と幅広に形成された引き出
し配線２６、２７とがそれぞれ設けられている。引き出し配線２６、２７の支持枠固定部
２５における領域は外部回路との接続端子となっている。

可動板２１の一部に設けられた貫通孔３１の部分では、図２及び図４に示すように、ミ
ラー２２の導電性反射膜は貫通孔３１の壁面を通って裏面のコイル２３と接続される。

図３に示されるように、コイル２３は可動板２１の裏面側の外周領域に螺旋状に形成さ
れている。貫通孔３１は螺旋状コイル２３の内側の導体端部に相当する部分に開孔されて
いる。コイル２３の内周側の一端は貫通孔３１を介してミラーに２２に接続され、上述し
た引き出し配線２６を経て接続端子に至る。したがって、可動板２１及び導電性のミラー
２２を利用して螺旋状のコイル２３を別途絶縁膜を形成することなく接続配線が横切るこ
とができる。

コイル２３の外周側の他端はトーションバー２４の裏面を延在して支持枠固定部２５に
至る引き出し配線２８となり、支持枠固定部２５で外部との接続端子となっている。

上述したように、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２
４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、２
７は膜薄な（１μｍ以下から成膜の限界の厚さまで）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なるようにする。さら
に、裏面のコイル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２３の厚さをミラー２２の厚さの５倍以上となるように厚く形成し、コイル２３
の抵抗値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、２７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（引き出し配
線２６及び２７のいずれかと、引き出し線２８とから）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、本実施の形態のアクチュエータの製造方法を図５を用いて説明する。

図５（ａ）に示すように、本実施の形態のアクチュエータ１は、シリコン基板１０１の
両面にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜１０３が成膜された基板を用いてマイクロマ
シニング技術によって作製される。なお、図は説明の便宜のため、実際のものとの膜厚の
比率や部分の表示が異なって表現されていることに留意されたい。

図５（ｂ）に示すように、シリコン基板１０１の一方の面（裏面）の酸化膜１０３上に
、例えば、公知の電鋳コイル法によってコイル２３及び一方の引き出し配線２８を形成す
る。電鋳コイル法は、シリコン基板１０１の対象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７及び引き出し配線２８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及び引き出し配線２８を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、シリコン基板１０１のコイル２３が形成されていない
他方の面（表面）に、可動板２１、トーションバー２４、２４、及び貫通孔部３１の輪郭
に対応したマスクを介してパターニングされたフォトレジスト層１０４を形成する。この
とき、貫通孔部３１に対応するフォトレジスト層（マスク）１０４のパターンは、貫通孔
部３１の裏面側の一部が螺旋状コイル２３の内周側端部と交差するような位置で開口部す
る。

そして、図５（ｄ）に示すように、上記マスクを用いて、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥ（In
ductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching）装置を用いてシリコンのドライエッ
チング加工を行い、可動板２１、トーションバー２４、２４及び貫通孔部３１を形成する
。貫通孔部３１にコイル２３の一部を露出させる。このとき、好ましくは、貫通孔部３１
がミラー面２２からコイル２３側に向かって幅が狭くなるテーパ形状の孔壁面となるよう
に形成する。これは、ドライエッチングのイオンが基板に対して斜めに入射するように基
板の位置決めをしたり、エッチングパラメータを調整するなどして行われる。

次に、図５（ｅ）に示すように、基板の表面に導電性を有する物質、例えば、アルミニ
ウムをマスクを用いて蒸着し、可動板２１、トーションバー２４，２４、貫通孔部３１の
側壁面上に、アルミニウム層を形成する。

上述したように、貫通孔部３１はテーパ形状となるように形成されているので、裏面に
形成されたコイル２３の一方の端と貫通孔部３１の側壁面とにアルミニウム層が断線しな
いように蒸着しやすくなる。そのため、コイル２３の貫通孔３１の底部に露出した他方の
端子とアルミニウム層（ミラー面）とを接続することができる。

このように、裏面のコイル２３の一端を露出する貫通孔部３１と、可動板２１の表面と
に導電性反射膜を一体形成するので、コイル２３のコイルを横切る引き出し配線を基板の
表面の導電性膜を利用して形成することができる。そのため、後述の比較例のように一方
の引き出し配線を形成するための中間絶縁層を別途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。また、可動板２１上の導電性反射膜はそのままミラー２２
、引き出し配線２６、２７として使用できる。

なお、本実施の形態では貫通孔部３１を可動板５上の一部に設けたが、図６の背面（裏
面）図に示すように、貫通孔３１をトーションバー２４，２４上に設けてかまわない。図
６は図３に対応しており、対応する部分を同一符号で示す。図６の例の基板の表面は図１
と同様である。このような構成としても、導電性反射膜（ミラー）と貫通孔３１を利用し
てコイル２３との接続を行うことができる。この実施例の場合は、ミラー領域外に貫通孔
が存在するのでミラーの実効的な面積を減少することがなく、具合がよい。

（比較例）
図７及び図８は比較例を示している。この比較例では、片面にミラーとコイルが形成さ
れている。図７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８は図４のＣ−Ｃ'方向における断面図である。両図において図１乃至図４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８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２１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
２３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３５が設けられている。中間絶縁層３５の上には、コイル２３の内周側端とコイル２
３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３５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３５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、本願の実施例では、可動板２１を上述した絶縁層３５の代わりに利用す
る。コイル２３の端部と引き出し線として機能するミラー２２の導体を接続し、更にミラ
ー２２に引き出し線２６，２７を接続して外部端子に至る。したがって、(3)中間絶縁層
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。

なお、上述した貫通孔部３１は光ビームの検出用の窓として使用することができる。前
述した２次光アクチュエータ９４（図９参照）に供給される走査光の揺動幅を検出する穴
としても使用できる。つまり、可動板２１の一方の面側（表面）から貫通孔部３１に向け
光を照射し、貫通孔部３１を通過した光を可動板２１の裏面側に設けた光センサで受光し
、その受光量を計測することにより、１次光アクチュエータ９３の可動板の回動角を検知
することができる。このような検知結果に基づいて光アクチュエータ９３の可動板を回動
駆動することにより、可動板の挙動を制御することが可能となる。

以上説明したように、本発明の構造によれば、中間絶縁層を省略することができ、中間
絶縁層を形成する製造プロセス工程が省略化でき、工程数が減って生産性が高くなる。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になる。また、本願のア
クチュエータを使用した画像形成装置は、より安価に製作することが可能となって好まし
い。

図１は本発明の実施例に係るアクチュエータの表面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説明する断面図である。図３は本発明の実施例に係るアクチュエータの背面を説明する説明図である。図４は図３のＢ−Ｂ'方向における断面を説明する断面図である。図５は本発明に係るアクチュエータの製造プロセスを説明するための工程図である。図６は本発明における他の実施の形態を説明する説明図である。図７は比較例のアクチュエータを説明する説明図である。図８は図７のＣ−Ｃ´方向における断面を説明する断面図である。図９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、１０１シリコン基板、２１可動板、２４トーションバー、２
３コイル、２６，２７，２８引き出し配線、２２ミラー、３１貫通孔部、３５
中間絶縁層、１０１シリコン基板

Claims

基板に形成された平板状の可動板と、
前記可動板を前記基板に揺動可能に支持するトーションバーと、
前記可動板の表面に形成される反射膜と、
前記可動板の裏面に形成されるコイルと、
前記可動板の一部に形成されて該可動板の表裏面を貫通する貫通孔部と、を備え、
前記可動板と前記トーションバーの表面に形成される導電性膜によって前記反射膜が形
成され、該導電性の反射膜と前記コイルの一端とが前記貫通孔部で接続され、該コイルの
他端が前記トーションバーの裏面に延在する、アクチュエータ。
前記トーションバーは一対設けられて前記可動板の両端を前記基板に揺動可能に支持す
る、請求項１に記載のアクチュエータ。
前記貫通孔部が前記トーションバーの一部に形成されている、請求項１又は２に記載の
アクチュエータ。
前記導電性膜がアルミニウム膜である、請求項１乃至３のいずれかに記載のアクチュエ
ータ。
可動板と支持体と該可動板を該支持体に揺動可能に支持するトーションバーとを形成す
べき基板の一面側の該可動板を形成すべき領域に螺旋状に巻回され、外側の一端部が前記
トーションバーを形成すべき領域に延在するコイルを形成する第１の工程と、
前記基板の他面側からパターニングして、前記可動板と、前記支持体と、前記トーショ
ンバーと、前記コイルの内側の他端部側を露出する貫通孔とを形成する第２の工程と、
前記基板の他面側の、可動板、前記トーションバー及び前記貫通孔に導電性の反射膜を
一体的に形成して、前記可動板及び前記トーションバーの表面にそれぞれ前記コイルと接
続されたミラー及び引き出し配線を形成する第３の工程と、
を含むアクチュエータの製造方法。
前記第１の工程において、前記トーションバーを一対形成して前記可動板の両端を前記
支持枠体に揺動可能に支持する、請求項５に記載のアクチュエータ。
前記第２の工程は、前記貫通孔を前記トーションバーの一部に形成する、請求項５又は
６に記載のアクチュエータの製造方法。
前記導電性の反射膜がアルミニウム膜である、請求項５乃至７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４のいずれかに記載のアクチュエータを使用する光スキャナを用いた画像
形成装置。