JP2010019933A - アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型化を図りつつ、可動板をより低消費電力でＸ軸及びＹ軸の回りに回動させることができかつ迷光の少ないアクチュエータ、光スキャナ、及び画像形成装置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、反射膜が形成された可動板と、上記可動板を第１及び第２の軸まわりに回動可能に支持する振動構造体が形成される振動系形成基板(2)と、２つの磁極が前記可動板を間に介して配置され、該２つの磁極を結ぶ線分が上記第１及び第２の軸のそれぞれの軸に対して傾斜するように、上記振動構造体に設けられる磁性体(61)と、上記可動板、上記振動構造体及び上記磁性体を動作可能に囲んで閉空間を形成し、該閉空間を大気圧以下に減圧された雰囲気下に保つ、封止部材(10,11)と、上記封止部材の外側面の上記磁性体に対向する位置に設けられる駆動コイル(62)と、上記封止部材の内壁または外壁に設けられて光を吸収する光吸収膜(110a,110b)と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置に関するものである。

例えば、プリンタ等にて光走査により描画を行うための光スキャナとして、２次元的に光を走査する光スキャナが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の光スキャナは、枠状の外側可動板と、この外側可動板をＸ軸まわりに遥動（回動）可能に軸支する１対の第１のトーションバーと、外側可動板の内側に設けられた内側可動板と、この内側可動板をＸ軸に直交するＹ軸まわりに遥動可能に軸支する１対の第２のトーションバーとを備えるスキャナ本体と、外側可動板および内側可動板のそれぞれに設けられた１対の駆動コイルと、スキャナ本体を介して互いに対向するように設けられた１対の永久磁石とを有している。

特開平８−３２２２２７号公報

しかしながら、このような光スキャナは、光スキャナ本体を介して互いに対向するように１対の永久磁石を設けているため、光スキャナの小型化を図ることが難しい。また、外側可動板および内側可動板に設けたそれぞれに１つずつの駆動コイルに電流を印加するため発熱によって可動板の変形を生じる恐れがある。特に大きな回動を得る為にはこの変形は大きくなる。また、駆動電流を低減し、大きな回動を得る為に、パッケージ内を減圧することも考えられるが、駆動コイルへの配線をパッケージの外に引き出すため、安価なパッケージでは減圧状態を保つことが難しい。また、配線引き出しや、大きな永久磁石が２つパッケージ内に配置されているため、パッケージ容積が大きく、減圧状態を保つには不向きな構成となっている。また、光スキャナをパッケージ化したときに迷光が生じやすい。
よって、本発明は、小型化を図りつつ、可動板をより低消費電力で動作させることができ、迷光も少ないアクチュエータ、光スキャナ、及び画像形成装置を提供することを目的とする。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

反射膜が形成された可動板と、上記可動板を第１及び第２の軸まわりに回動可能に支持する振動構造体が形成される振動系形成基板と、２つの磁極が前記可動板を間に介して配置され、該２つの磁極を結ぶ線分が上記第１及び第２の軸のそれぞれの軸に対して傾斜するように、上記振動構造体に設けられる磁性体と、上記可動板、上記振動構造体及び上記磁性体を動作可能に囲んで閉空間を形成し、該閉空間を大気圧以下に減圧された雰囲気下に保つ、封止部材と、上記封止部材の外側面の上記磁性体に対向する位置に設けられる駆動コイルと、上記封止部材の内壁または外壁に設けられて光を吸収する光吸収膜と、を備える。上記磁性体には、永久磁石、磁場の印加により容易に磁石となる軟磁性体等が該当する。

かかる構成とすることによって、可動板や振動構造体の振動動作に対する空気の抵抗が減少し、より高い周波数で可動板を振動させることができる。また、減圧された、より好ましくは高真空状態の封止部材内に振動構造体を配置することで高いＱ値を利用した共振駆動が利用でき、低消費電力化が可能となる。また、封止部材内には、電気的な配線が不要な可動部や振動構造体を配置し、駆動コイルなどの電気配線が必要なものは封止部材の外部に配置する構成としているので、減圧状態（例えば、真空）を維持しやすい密閉容易な小型の封止部材構成としているので、安価に真空パッケージが実現できる。

また、光吸収膜によって外部からの封止部材への外乱光の侵入や封止部材内における光ビームの乱反射が回避可能となる（迷光対策）。

上記光吸収膜が上記封止部材の内壁面に設けられて、上記光を吸収すると共に上記閉空間内のガスを吸収する機能を兼ねることが望ましい。光吸収膜がゲッター膜としても機能することによって、遮光と共に封止部材内の閉空間の真空度が高まり、あるいは真空度の低下が抑制されて具合がよい。

上記封止部材の閉空間が大気圧以下に減圧された雰囲気下で形成されることが望ましい。それにより、減圧されたパッケージケージ内に振動体構造を配置することによって空気抵抗のない（あるいは少ない）状態で、振動体をより高速に振動させることができ、高いＱ値を利用した共振振動を利用することが可能となる。

上記軟磁性体としては、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ソフトフェライト、アモルファス磁性合金などがあり、適宜に選択される。軟磁性体は駆動コイルによって磁場が印加されることによって磁石となり、磁場との間で磁力を発生し、振動構造体を駆動する力を発生する。

上記のように、駆動コイルは、封止部材外側の磁性体（永久磁石）の直下に設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータの省電力化および小型化を図ることができる。

本発明のアクチュエータでは、上記コイルは、上記可動板の平面視にて、上記駆動部材の外周を囲むように形成されていることが好ましい。それにより、上記コイルと上記永久磁石との離間距離を極めて小さくすることができる。その結果、上記コイルから発生する磁界を効率的に上記永久磁石に作用させることができる。すなわち、アクチュエータの省電力化および小型化を図ることができる。

更に、上記封止部材内側に、上記光吸収膜とは別途に、上記閉空間内のガスを吸収するゲッター膜が形成されていてもよい。それにより、基板封止の際に内部に残留したガスを吸収して真空度を上昇させ、あるいは封止後に外部から侵入したガスを吸着除去して、封止部材内の減圧状態（真空度）を維持することができる。

上記可動板には反射膜が設けられ、上記封止部材の一部に該反射膜への入射光及び該反射膜からの反射光を通過させる透明な窓部が形成され、該封止部材の少なくとも該窓部の周囲には、上記ゲッター膜が光吸収膜として配置されている、ことが望ましい。それにより、封止部材による乱反射が回避可能となる（迷光対策）。
上述した、ゲッター膜の材料としては、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ等の遷移金属、または、これ等の合金若しくは化合物、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｙ，Ｌａ及び希土類から選ばれる少なくとも１つの元素との合金若しくは化合物、例えば、Ｔｉ−Ｖ，Ｚｒ−Ａｌ，Ｚｒ−Ｖ，Ｚｒ−Ｆｅ及びＺｒ−Ｎｉ、三元合金、Ｚｒ−Ｖ−Ｆｅ及びＺｒ−Ｃｏ−希土類、または多成分系合金等があげられる。光吸収膜としては、これ等の材料のうち黒色のものや、ＧｅＮ、ＴｉＮなどの黒色の膜、これ等ゲッター膜材料を反射光の少ない構造である、いわゆるモスアイ構造として光吸収膜を形成（パターニング）したものを使用することができる。

上記封止部材が、少なくともいずれかが凹部を有する、上側封止部材と下側封止部材とを接合してなることが望ましい。それにより、振動系形成基板を封止することができる。

上記上側封止部材がガラス、上記振動系形成基板がシリコン、上記下側封止部材がガラスである、ことが望ましい。それにより、上側封止部材、振動系形成基板、上側封止部材を重ねた状態で陽極接合によってボンデイングすることができる。上下の封止部材をガラスにすることで、接合後の振動系形成基板の状態を上下から確認でき、生産工程での外観検査等が容易である。

上記振動構造体が、枠状の駆動部材と、上記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、上記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、上記駆動部材の内側に設けられた上記可動板と、上記可動板を上記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、上記可動板を上記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、を含むことが望ましい。それにより、Ｘ軸回り及びＹ軸回りに回動する可動板が得られる。

更に、上記コイルに駆動電圧を印加する電圧印加手段を備え、上記電圧印加手段は、互いに周波数の異なる第１の交番電圧と第２の交番電圧とを発生させる電圧発生部と、上記第１の電圧と上記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、上記電圧重畳部で重畳された電圧を上記コイルに印加することにより、上記可動板を上記第１の電圧の周波数で上記Ｘ軸まわりに回動させつつ、上記第２の電圧の周波数で上記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることが望ましい。それにより、可動板をＸ軸回り及びＹ軸回りに回動することが可能となる。

本発明のアクチュエータは、２次元的な走査光を発生する光スキャナや２次元的な走査光で画像を形成する画像形成装置に用いて好都合である。低コスト化および小型化を図りつつ、上記可動板をＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させ、２次元的に光を走査することのできる光スキャナを備えた画像形成装置を提供することができる。例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置に備える光学デバイスとして用いることができる。

以下、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

（実施例１）
図１は、本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す平面図、図２は、本発明のアクチュエータの上側封止部材を外した状態で振動機構を示す平面図、図３は、図２中のＸ−Ｘ’方向における断面図（ただし、後述の駆動部材、永久磁石部分は図中のＡ−Ａ方向における断面で示している。）、図４は、図３に示すアクチュエータが備える駆動手段を示すブロック図、図５は、図４に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図３中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。

図１及び図３に示すように、アクチュエータ１は、概略、振動系形成基板２と、振動系形成基板２を封止する封止部材としての上側封止基板１０及び下側封止基板１１によって構成されている。上側封止基板１０及び下側封止基板１１はそれぞれ外周縁部に枠部（突起）が形成された凹状体であり、上側封止基板１０及び下側封止基板１１の凹部同士が腹合わせに（対向して）組み合わされることによって閉空間を形成する。この閉空間内に振動系形成基板２の振動構造体（後述の２１、２２）が配置される。この実施例では、振動系形成基板２はシリコン、上側封止基板１０及び下側封止基板１１はガラスによって構成されている。

振動系形成基板２は、上側封止基板１０及び下側封止基板１１間に、減圧雰囲気下（望ましくは、大気圧から十分に減圧されたいわゆる真空状態）において、重ね合わされ、例えば、３６０℃程度に加熱され、基板１０及び１１との間に高電圧が印加されて、いわゆる陽極接合によって接合される。なお、基板間の接合はこれに限定されるものではなく、樹脂系の接着材によって基板間を貼り合わせても良い。

上側封止基板１０及び下側封止基板１１間に形成される閉空間内の内壁には、光を吸収する光吸収膜１１０ａ及び１１０ｂが形成されている。光吸収膜１１０ａ及び１１０ｂは、既述のように黒色の膜や、膜表面が微細加工されたいわゆるモスアイによって雑音光を吸収する。また、光吸収膜１１０ａ及び１１０ｂは、ガス粒子と結合する等して、閉空間内の真空度を高めるゲッター材によって形成することによって、真空度の向上とを図るゲッター膜をも兼ねることができる。光吸収膜１１０ａ及び１１０ｂは、後述の窓部１２０を除き可及的に閉空間内の内壁全体に設けることが好ましい。特に、上側封止基板１０及び下側封止基板１１をガラスで構成した場合には、上側封止基板１０及び下側封止基板１１に外部から雑音光が容易に入射するので、光吸収膜１１０ａ及び１１０ｂは効果的である。

本願の実施例では、光吸収膜１１０ａ及び１１０ｂはゲッターの膜としても機能させているが、例えば、膜１１０ａを光吸収機能のみとし、膜１１０ｂをゲッター機能のみとすることもできる。

ゲッター膜は、予め、上側封止基板１０、下側封止基板１１に、蒸着、塗布、焼結、接着などによって設けられている。例えば、主たる非蒸発型ゲッター材料（当該技術分野でＮＥＧ材料としても知られている）は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ等の遷移金属、またはそれらの合金もしくは化合物および／もしくはＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｙ、Ｌａおよび希土類から選ばれる少なくとも１つの元素との合金もしくは化合物、例えば、二元合金、Ｔｉ−Ｖ、Ｚｒ−Ａｌ、Ｚｒ−Ｖ、Ｚｒ−ＦｅおよびＺｒ−Ｎｉ、三元合金、Ｚｒ−Ｖ−ＦｅおよびＺｒ−Ｃｏ−希土類、または多成分系合金である。上述のように、ＴｉＮやＧｅＮのような黒系統のゲッター膜や、パターニングを施してモスアイ構造化したゲッター膜を使用することによって光吸収膜として機能させることができる。

図１に示すように、光吸収膜１１０ａの光反射部（ミラー膜）２２１ａに対向する部分は開口しており、上側封止基板１０を光が通過する透明な窓部１２０になっている。この窓部１２０において、外部から閉空間内に配置された光反射部２２１ａに光ビームが入射し、揺動する光反射部２２１ａによって方向が変調された反射ビームが外部に出射する。

光ビームが上側封止部基板１０を通過する際に、光ビームの一部が基板１０で反射あるいは散乱してスキャナ１の封止部材内で迷光となることを防止するため、上述したように、窓１０２の周囲には少なくとも光吸収膜（反射防止膜）１１０ａが設けられている。光吸収膜としては、既述黒色系のＧｅＮ、ＴｉＮ等やモスアイ膜形状にパターニングすることによって反射光を減少することができる。

封止部材である下側封止基板１１の外部面の振動構造体の磁性体（永久磁石（硬磁性体）あるいは軟磁性体）に対応する位置には、駆動手段としての駆動コイル６２が配置されている。振動構造体には、可動コイルがなく、また、駆動コイル６２が封止部材の外部に配置されることによって封止部材の内外を貫く電気配線がなく、密封状体を保つに好都合な構成となっている。

次に、各部の構成について説明する。

図２に示すように、アクチュエータ１は、第１の振動系２１と第２の振動系２２とを備える振動系形成基板２を備えている。さらに、図３に示すように、振動系形成基板２は、接合層４を介して上側封止基板１０と下側封止基板１１とが接合され、密封されている。接合層４は、既出した陽極接合部あるいは接着剤層である。

図２に示すように、振動系形成基板２は、枠状の支持部２３と、支持部２３に支持された第１の振動系２１と、第１の振動系２１に支持された第２の振動系２２とを備えている。第１の振動系２１は、支持部２３の内側に設けられた枠状の駆動部材２１１と、駆動部材２１１を支持部２３に両持ち支持する１対の第１の軸部材２１２、２１３とで構成されている。また、第２の振動系２２は、駆動部材２１１の内側に設けられた可動板２２１と、可動板２２１を駆動部材２１１に両持ち支持する１対の第２の軸部材２２２、２２３とで構成されている。

すなわち、振動系形成基板２は、可動板２２１と、１対の第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、１対の第２の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とで構成されている。
駆動部材２１１は、図２の平面視（すなわち、可動板２２１の平面視）にて、円環状をなしている。ただし、駆動部材２１１の形状は、枠状をなしていれば、特に限定されない。そして、この駆動部材２１１の下面には、後述する、磁性体としての永久磁石６１が設けられている。このような駆動部材２１１は、１対の第１の軸部材２１２、２１３によって支持部２３に両持ち支持されている。

第１の軸部材２１２、２１３のそれぞれは、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第１の軸部材２１２、２１３のそれぞれは、駆動部材２１１を支持部２３に対して回動可能とするように、駆動部材２１１と支持部２３とを連結している。このような、第１の軸部材２１２、２１３は、互いに同軸的に設けられており、この軸（以下、「回動中心軸Ｘ」という）を中心として、駆動部材２１１が支持部２３に対して回動するように構成されている。

駆動部材２１１の内側に形成された可動板２２１は、その平面視にて、円形状をなしている。だたし、可動板２２１の形状は、特に限定されない。また、可動板２２１の上面には、光反射性を有する光反射部２２１ａが形成されている。このような可動板２２１は、１対の第２の軸部材２２２、２２３によって、駆動部材２１１に両持ち支持されている。

第２の軸部材２２２、２２３のそれぞれは、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第２の軸部材２２２、２２３のそれぞれは、可動板２２１を駆動部材２１１に対して回動可能とするように、可動板２２１と駆動部材２１１とを連結している。このような第２の軸部材２２２、２２３は、互いに同軸的に設けられており、この軸（以下、「回動中心軸Ｙ」という）を中心として、可動板２２１が駆動部材２１１に対して回動するように構成されている。

なお、図２に示すように、回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとは、互いに直交する軸である。すなわち、回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとのなす角は、９０度である。また、駆動部材２１１の中心および可動板２２１の中心のそれぞれは、図１の平面視にて、回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとの交点上に位置している。

このような振動系形成基板２は、前述したように、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、可動板２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とが一体的に形成されている。シリコンを主材料とすることで、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理（加工）が可能であり、アクチュエータ１の小型化を図ることができる。

なお、振動系形成基板２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、可動板２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とを形成したものであってもよい。その際、可動板２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とが一体的となるように、これらを積層構造基板の１つの層で構成するのが好ましい。

図３に示すように、以上のような振動系形成基板２は、接合層４を介して上が世封止基板１０及び下側封止基板１１と接合している。封止基板１０及び１１は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。下側封止基板１１の外周囲の枠体部は、可動板２２１の平面視にて、支持部２３とほぼ同一形状をなしている（すなわち、枠状をなしている）。ただし、上下の封止基板１０及び１１の形状については、振動系形成基板２を支持することができれば、特に限定されない。また、振動系形成基板２全体を下側封止基板１１の凹部内に収容し、上側封止基板１０を平坦な（凹部のない）蓋体として構成しても良い。

下側封止基板１１と振動系形成基板２との間に形成された接合層４は、既述樹脂による接着材の他、例えば、ガラス、シリコン、またはＳｉＯ₂を主材料として構成することができる。ただし、このような接合層４は、省略してもよい（必須ではない。）。すなわち、振動系形成基板２が封止部材内に固定され、密閉されているものであればよい。

下側封止基板１１の下面には、永久磁石６１に磁界を作用させるための駆動コイル６２が設けられている。このコイル６２は、図３に示すように、電圧印加手段６３と電気的に接続されている。このような永久磁石６１と、コイル６２と、電圧印加手段６３とで駆動手段６を構成している。

図３に示すように、永久磁石６１は、長手形状をなしている。そして、永久磁石６１は、接着層８１、８２を介して、駆動部材２１１の下面に接合されている。すなわち、永久磁石６１は、可動板２２１の光反射部２２１ａと反対の面側に設けられている。これにより、永久磁石６１によって、光反射部２２１ａでの光走査が阻害されてしまうことを防止することができる。

また、永久磁石６１は、図２の平面視にて、回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとの交点（以下、この交点を「交点Ｇ」ともいう）を通り、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に対して傾斜した線分（以下、この線分を「線分Ｊ」ともいう）に沿って設けられている。
このような永久磁石６１は、その長手方向の交点Ｇに対して一方の側がＳ極、他方の側がＮ極となっている。つまり、永久磁石６１のＳ極とＮ極とを結ぶ線分（すなわち、線分Ｊ）が、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に対して傾斜している。なお、図３では、説明の便宜上、永久磁石６１の長手方向の紙面左側をＳ極とし、紙面右側をＮ極としたものについて図示している。

図２の平面視にて、線分Ｊの回動中心軸Ｘに対する傾斜角θは、３０〜６０度であるのが好ましく、４０〜５０度であるのがより好ましく、ほぼ４５度であるのがさらに好ましい。このように永久磁石６１を設けることで、極めて円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。これに対し、傾斜角θが前記下限値未満であると、コイル６２に印加される電圧の強さなどによっては、円滑に、可動板２２１をＸ軸まわりに回動させることができない場合がある。一方、傾斜角θが前記上限値を超えると、コイル６２に印加される電圧の強さなどによっては、円滑に、可動板２２１をＹ軸まわりに回動させることができない場合がある。

本実施形態では、線分Ｊは、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に対して４５度傾斜している。
また、図３に示すように、永久磁石６１の可動板２２１側の面（すなわち、上面）には、凹部６１１が形成されている。この凹部６１１は、永久磁石６１と可動板２２１との接触を防止するための逃げ部である。このような凹部（逃げ部）６１１を形成することで、可動板２２１の回動中心軸Ｙまわりの回動を円滑に行うことができる。また、逃げ部を凹部６１１とすることで、極めて簡単に永久磁石６１と可動板２２１との接触を防止することができる。だだし、逃げ部としては、可動板２２１と永久磁石６１との接触を防止することができれば、とくに限定されず、例えば、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に直交する方向へ形成された貫通孔であってもよい。また、例えば、接着層８１、８２が、可動板２２１と永久磁石６１との接触を防止することができる程度の厚さを有する場合などには、このような凹部６１１を省略してもよい。

このような永久磁石６１としては、特に限定されず、例えば、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石などの硬磁性体を着磁したものを好適に用いることができる。
なお、既に着磁された硬磁性体（すなわち、永久磁石）を駆動部材２１１の下面に設けることで永久磁石６１としてもよいし、硬磁性体を駆動部材２１１に設けてから、その硬磁性体を着磁することで永久磁石６１としてもよい。

永久磁石６１と駆動部材２１１とを接合するための接着層８１、８２は、例えば、接着剤で構成されている。これにより、駆動部材２１１と永久磁石６１とを強固に接着（接合）することができる。だたし、永久磁石６１を駆動部材２１１の下面に設けることができれば、接着層８１、８２を構成する材料は特に限定されない。また、永久磁石６１と駆動部材２１１との接合方法などにとっては、接着層８１、８２を省略してもよい。

永久磁石６１の直下かつ下側封止基板１１の外側に、駆動コイル６２が設けられている。すなわち、可動板２２１および駆動部材２１１のそれぞれの下面と対向するように、コイル６２が設けられている。なお、コイル６２は、例えば、磁心に巻き付けられていてもよい。このように、コイル６２を永久磁石６１の直下に設けることで、可動板２２１および駆動部材２１１の雰囲気を減圧雰囲気下（好ましくは、高真空状態）に保ったまま、コイル６２と永久磁石６１との離間距離を極めて小さくすることができ、空気の抵抗を減らして高速に可動板２２１および駆動部材２１１を移動させることができる。また、コイル６２から発生する磁界を効率的に永久磁石６１に作用させることができる。すなわち、アクチュエータ１の高周波動作化、省電力化および小型化を図ることができる。

このようなコイル６２は、電圧印加手段６３と電気的に接続されている。そして、電圧印加手段６３によりコイル６２に電圧が印加されることで、コイル６２から回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に直交する軸方向の磁束を有する磁界が発生する。

図４に示すように、電圧印加手段６３は、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに回動させるための第１の電圧Ｖ１を発生させる第１の電圧発生部６３１と、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させるための第２の電圧Ｖ２を発生させる第２の電圧発生部６３２と、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳し、その電圧をコイル６２に印加する電圧重畳部６３３とを備えている。

第１の電圧発生部６３１は、図５（ａ）に示すように、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の電圧Ｖ１（垂直走査用電圧）を発生させるものである。
第１の電圧Ｖ１は、鋸波のような波形をなしている。そのため、アクチュエータ１は効果的に光を垂直走査（副走査）することができる。なお、第１の電圧Ｖ１の波形は、これに限定されない。ここで、第１の電圧Ｖ１の周波数（１／Ｔ１）は、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、３０〜８０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。

本実施形態では、第１の電圧Ｖ１の周波数は、駆動部材２１１と１対の第１の軸部材２１２、２１３とで構成された第１の振動系２１のねじり共振周波数と異なる周波数となるように調整されている。
一方、第２の電圧発生部６３２は、図５（ｂ）に示すように、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の電圧Ｖ２（水平走査用電圧）を発生させるものである。

第２の電圧Ｖ２は、正弦波のような波形をなしている。そのため、アクチュエータ１は効果的に光を主走査することができる。なお、第２の電圧Ｖ２の波形は、これに限定されない。
このような第２の電圧Ｖ２の周波数は、第１の電圧Ｖ１の周波数よりも大きいのが好ましい。すなわち、周期Ｔ２は、周期Ｔ１よりも短いのが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、回動中心軸Ｙまわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。

また、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第１の電圧Ｖ１の周波数と異なり、かつ、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。このように、第２の電圧Ｖ２の周波数を１０〜４０ｋＨｚとし、前述したように第１の電圧Ｖ１の周波数を６０Ｈｚ程度とすることで、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。ただし、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができれば、第１の電圧Ｖ１の周波数、第２の電圧Ｖ２の周波数、第１の電圧Ｖ１の周波数と第２の電圧Ｖ２の周波数との組み合わせなどは、特に限定されない。

本実施形態では、第２の電圧Ｖ２の周波数は、可動板２２１と１対の第２の軸部材２２２、２２３とで構成された第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しくなるように調整されている。つまり、第２の振動系２２は、そのねじり共振周波数が水平走査に適した周波数になるように設計（製造）されている。これにより、可動板２２１の回動中心軸Ｙまわりの回動角を大きくすることができる。

また、第１の振動系２１の共振周波数をｆ₁［Ｈｚ］とし、第２の振動系２２の共振周波数をｆ₂［Ｈｚ］としたとき、ｆ₁とｆ₂とが、ｆ₂＞ｆ₁の関係を満たすことが好ましく、ｆ₂≧１０ｆ₁の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、回動中心軸Ｙまわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。

このような第１の電圧発生部６３１および第２の電圧発生部６３２は、それぞれ、制御部７に接続され、この制御部７からの信号に基づき駆動する。このような第１の電圧発生部６３１および第２の電圧発生部６３２には、電圧重畳部６３３が接続されている。
この電圧重畳部６３３は、コイル６２に電圧を印加するための加算器６３３ａを備えている。加算器６３３ａは、第１の電圧発生部６３１から第１の電圧Ｖ１を受けるとともに、第２の電圧発生部６３２から第２の電圧Ｖ２を受け、これらの電圧を重畳しコイル６２に印加するようになっている。

以上のような構成のアクチュエータ１は、次のようにして駆動する。なお、本実施形態では、前述したように、第１の電圧Ｖ１の周波数は、第１の振動系２１のねじり共振周波数と異なる値に設定されており、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しく、かつ、第１の電圧Ｖ１の周波数よりも大きくなるように設定されている（例えば、第１の電圧Ｖ１の周波数が６０Ｈｚで、第２の電圧Ｖ２の周波数が１８ｋＨｚ）。

例えば、図５（ａ）に示すような第１の電圧Ｖ１と、図５（ｂ）に示すような電圧Ｖ２とを電圧重畳部６３３にて重畳し、重畳した電圧をコイル６２に印加する。
すると、第１の電圧Ｖ１によって、駆動部材２１１の接着層８１付近をコイル６２に引き付けようとするとともに、駆動部材２１１の接着層８２付近をコイル６２から離間させようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ１」という）と、駆動部材２１１の接着層８１付近をコイル６２から離間させようとするとともに、駆動部材２１１の接着層８２付近をコイル６２に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ２」という）とが交互に切り換わる。

ここで、図２の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘに対して一方側に接着層８１が位置し、他方側に接着層８２が位置している。言い換えれば、１対の第１の接着層８１、８２は、図２の平面視にて、回動中心軸Ｘを挟むようにして駆動部材２１１に設けられている。そのため、前述したような磁界Ａ１と磁界Ａ２とが交互に切り換わることで、第１の軸部材２１２、２１３を捩れ変形させつつ、駆動部材２１１が可動板２２１とともに、第１の電圧Ｖ１の周波数で回動中心軸Ｘまわりに回動する。

なお、第１の電圧Ｖ１の周波数は、第２の電圧Ｖ２の周波数に比べて極めて低く設定されている。また、第１の振動系２１の共振周波数は、第２の振動系２２の共振周波数よりも低く設計されている（例えば、第２の振動系２２の共振周波数の１／１０以下）。つまり、第１の振動系２１は、第２の振動系２２よりも振動しやすいように設計されているため、第１の電圧Ｖ１によって回動中心軸Ｘまわりに回動する。すなわち、第２の電圧Ｖ２によって、駆動部材２１１が回動中心軸Ｘまわりに回動してしまうことを防止することができる。また、減圧封止することで共振を利用した駆動において、大気下での駆動に対して大きなＱ値が得られる。本構成では、減圧封止された中に、コイルなどを含まないため、減圧する容積が小さく、またコイル配線を外部へ引き出す必要もない。これにより、減圧環境を容易に保つことができる。例えば、０．０１Ｐａ程度に減圧も可能で、このとき、大気下のＱ値に対して数十〜数百倍のＱ値が得られる。このＱ値の大きさは可動板の大きさ、駆動周波数、振幅によってことなる。また、コイルを封止材の外側に置くことで、封止材の厚さ分、永久磁石とコイルのギャップが大きくなり、駆動効率の低下が懸念されるが、本構成では、ギャップが大きくなることによる駆動効率の低下に対して、安定して保たれた減圧効果によるＱ値アップによる駆動効率アップが十分な有効性を示すことができる。

一方、第２の電圧Ｖ２によって、駆動部材２１１の接着層８１付近をコイル６２に引き付けようとするとともに、駆動部材２１１の接着層８２付近をコイル６２から離間させようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ１」という）と、駆動部材２１１の接着層８１付近をコイル６２から離間させようとするとともに、駆動部材２１１の接着層８２付近をコイル６２に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ２」という）とが交互に切り換わる。

ここで、図２の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｙに対して一方側に接着層８１が位置し、他方側に接着層８２が位置している。言い換えれば、１対の第１の接着層８１、８２は、図１の平面視にて、回動中心軸Ｙを挟むようにして駆動部材２１１に設けられている。そのため、磁界Ｂ１と磁界Ｂ２とが交互に切り換わることで、第２の軸部材２２２、２２３を捩れ変形させつつ、可動板２２１が第２の電圧Ｖ２の周波数（１５ｋＨｚ）で回動中心軸Ｙまわりに回動する。
なお、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しい。そのため、第２の電圧Ｖ２によって、支配的に、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができる。つまり、第１の電圧Ｖ１によって、可動板２２１が回動中心軸Ｙまわりに回動してしまうことを防止することができる。

以上より、アクチュエータ１にあっては、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳させた電圧をコイル６２に印加することで、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、回動中心軸Ｙまわりに第２の電圧のＶ２の周波数で回動させることができる。これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、極めて円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。

特に、駆動源となる永久磁石とコイルのそれぞれの数を少なくすることができるため、簡単かつ小型な構成とすることができる。
また、第１の電圧Ｖ１および第２の電圧Ｖ２を適宜変更することで、振動系形成基板２や永久磁石６１の設計を変更することなく、所望の振動特性を得ることができる。
また、アクチュエータ１は、駆動部材２１１に永久磁石６１を設け、永久磁石６１に対向するように下側封止基板１１外面にコイル６２を設けている。つまり、第１の振動系２１上には発熱体であるコイル６２が設けられていない。また、閉空間内部に発熱体であるコイル６２が設けられていない。そのため、通電によってコイル６２から発生する熱による振動系形成基板２の熱膨張や閉空間内部での熱発生を抑制することができる。その結果、アクチュエータ１は、長時間の連続使用であっても、所望の振動特性を発揮することができる。

（実施例２）
図６及び図７は、本願の他の実施例を示している。同図において、図２及び図３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。

この実施例では、駆動部材２１１上に設けられた棒状の永久磁石６１に代えて、永久磁石６１の２つの磁極の位置に２つの磁性体６１ａ及び６１ｂをそれぞれ配置している。磁性体６１ａ及び６１ｂはそれぞれ永久磁石６１のＳ極、Ｎ極に対応した永久磁石（硬磁性体）である。また、鉄やケイ素綱、フェライトなどの軟磁性体であってもよい。これ等の２つの磁性体６１ａ及び６１ｂにそれぞれ対応して駆動コイル６２ａ及び６２ｂが設けられている。駆動コイル６２ａ及び６２ｂにはそれぞれ電圧印加手段によって相補的な極性の磁界を発生する電流が供給される。駆動コイル６２ａは磁性体６１ａの直下の下側封止基板１１の下面に配置され、駆動コイル６２ｂは磁性体６１ｂの直下の下側封止基板１１の下面に配置される。このような構成とすることによっても、アクチュエータ１の小型化を図りつつ、減圧雰囲気下で、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに高速で回動させることができる。

また、この実施例においても、上側封止基板１０及び下側封止基板１１の各内面に既述反射防止の光吸収膜１１０ａ及び１１０ｂをそれぞれ形成して、迷光を防止している。また、光吸収膜１１０ａ及び１１０ｂをゲッター材で構成することによって上下の封止基板１０及び１１間に形成される閉空間の真空度を向上させている。なお、ゲッター材は閉空間内に存在すれば良く、その配置場所は、上下の封止基板１０の内面に限られない。

以上説明したように、本発明の実施例によれば、封止部材内の閉空間を減圧状態（より好ましくは真空状態）とすることによって可動部が動作する際の空気抵抗を減じているのでより高い周波数で可動部を振動（回動）させることができる。高いＱ値を利用した共振振動が利用できる。また、可動部が動作する際の空気抵抗を減じているので低消費電力で駆動することが可能である。この際、封止部材において発生し得る迷光が光吸収膜によって除去されるので具合がよい。更に、光吸収膜をゲッター材によって構成することによって封止部材内の減圧状態（高真空状態）が維持される。

また、本発明の実施例によれば、可動部分が外部のガスにさらされないので酸化などの経時変化の影響を受けにくく、長寿命化される。
また、可動部の磁性体（磁石）と駆動コイルを接近させた配置が可能であるので、封止部材を設けてもアクチュエータ全体を小型に形成することができる。また、封止部材の内外を貫通する電気配線がなく、気密を保持しやすい。
また、本発明の実施例によれば、封止部材による閉空間内にアクチュエータの可動部分が配置されるので、内部に埃などの侵入がなく、光反射部（ミラー）の汚れがない。封止部材（ガラス）表面の汚れを除くだけであるのでメンテナンスが容易である。

なお、実施例では、膜１１０ａ及び１１０ｂをゲッター機能を有する光吸収膜で構成したが、光吸収機能のみの機能である光吸収膜によって構成ても良い。また、膜１１０ａ及び１１０ｂをゲッター機能のみであるゲッター膜によって構成しても良い。また、膜１１０ａ及び１１０ｂをゲッター膜と光吸収膜とを積層した多重膜構成としても良い。ゲッター膜と光吸収膜とを左右方向に（平面的に）交互に配置する構成としても良い。また、光吸収膜は封止部材の外壁側に設けても光吸収の効果（迷光抑制）が得られる。

以上説明したようなアクチュエータ１は、光反射部２２１ａを備えているため、例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置に備える光スキャナに好適に適用することができる。なお、本発明の光スキャナは、前述したアクチュエータと同様の構成であるため、その説明を省略する。

ここで、図８に基づき、画像形成装置の一例として、アクチュエータ１をイメージング用ディスプレイの光スキャナとして用いた場合を説明する。なお、スクリーンＳの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。また、回動中心軸ＸがスクリーンＳの横方向と平行であり、回動中心軸ＹがスクリーンＳの縦方向と平行である。

画像形成装置（プロジェクタ）９は、レーザーなどの光を照出する光源装置９１と、複数のダイクロイックミラー９２、９２、９２と、アクチュエータ１とを有している。
光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。
各ダイクロイックミラー９２は、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。

このようなプロジェクタ９は、図示しないホストコンピュータからの画像情報に基づいて、高原装置９１（赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３）から照出された光をダイクロイックミラー９２で合成し、この合成された光がアクチュエータ１によって２次元走査され、スクリーンＳ上でカラー画像を形成するように構成されている。

２次元走査の際、アクチュエータ１の可動板２２１の、回動中心軸Ｙまわりの回動により光反射部２２１ａで反射した光がスクリーンＳの横方向に走査（主走査）される。一方、アクチュエータ１の可動板２２１の、回動中心軸Ｘまわりの回動により光反射部２２１ａで反射した光がスクリーンＳの縦方向に走査（副走査）される。
なお、図８中では、ダイクロイックミラー９２で合成された光をアクチュエータ１によって２次元的に走査した後、その光を固定ミラーＭで反射させてからスクリーンＳに画像を形成するように構成されているが、固定ミラーＭを省略し、アクチュエータ１によって２次元的に走査された光を直接スクリーンＳに照射してもよい。

以上、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。

また、前述した実施形態では、アクチュエータは、Ｙ軸およびＸ軸のそれぞれの軸に対しほぼ対称な形状をなしているが、非対称であってもよい。

また、前述した実施形態では、長手形状をなす永久磁石を用いたものや円形のものについて説明したが、可動板の平面視にて、両極を結ぶ線分がＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸に対して傾斜するように設けられていれば、その形状は特に限定されない。例えば、可動板の平面視して、楕円形、正方形状をなしていてもよい。また、例えば、永久磁石をその両極を結ぶ線分方向にて狭持するように、１対のヨークを設け、このヨークによって磁束を導くように構成してもよい。

本発明のアクチュエータの実例を示す平面図である。 本発明のアクチュエータの上側封止基板を外した状態で振動機構を示す平面図である。 図２に示されるアクチュエータの断面図である。 図２に示すアクチュエータが備える駆動手段の電圧印加手段を示すブロック図である。 図４に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。 本発明のアクチュエータの他の実施例を示す平面図である。 本発明のアクチュエータの他の実施例を示す断面図である。 本発明の画像形成装置を示す概略図である。

符号の説明

１ アクチュエータ、 ２ 振動系形成基板、１０ 上側封止基板、 １１ 下側封止基板、 １１０ａ，１１０ｂ 光吸収膜／ゲッター膜、 ２１ 第１の振動系、 ２１１ 駆動部材、 ２１２，２１３ 第１の軸部材、 ２２ 第２の振動系、 ２２１ 可動板、 ２２１ａ 光反射部、 ２２２，２２３ 第２の軸部材、 ２３ 支持部、 ３ 支持基板、 ４ 接合層、 ５ 対向基板、 ６ 駆動手段、 ６１，６１ａ，６１ｂ 永久磁石（磁性体）、 ６１１ 凹部、 ６２ 駆動コイル、 ６３ 電圧印加手段、 ６３１ 第１の電圧発生部、 ６３２ 第２の電圧発生部、 ６３３ 電圧重畳部、 ６３３ａ 加算器 ７ 制御部 ８１，８２ 接着層、 ９ 画像形成装置（プロジェクタ）、 ９１ 光源装置、 ９１１ 赤色光源装置、 ９１２ 青色光源装置、 ９１３ 緑色光源装置、 ９２ ダイクロイックミラー、 Ｍ 固定ミラー、 Ｓ スクリーン Ｘ，Ｙ 回動中心軸

Claims (8)

1. 反射膜が形成された可動板と、
   前記可動板を第１及び第２の軸まわりに回動可能に支持する振動構造体が形成される振動系形成基板と、
   ２つの磁極が前記可動板を間に介して配置され、該２つの磁極を結ぶ線分が前記第１及び第２の軸のそれぞれの軸に対して傾斜するように、前記振動構造体に設けられる磁性体と、
   前記可動板、前記振動構造体及び前記磁性体を動作可能に囲んで閉空間を形成し、該閉空間を大気圧以下に減圧された雰囲気下に保つ、封止部材と、
   前記封止部材の外側面の前記磁性体に対向する位置に設けられる駆動コイルと、
   前記封止部材の内壁または外壁に設けられて光を吸収する光吸収膜と、
   を備えるアクチュエータ。
2. 前記光吸収膜が前記封止部材の内壁面に設けられて、前記光を吸収すると共に前記閉空間内のガスを吸収する機能を兼ねる、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記封止部材が、少なくともいずれかが凹部を有する、上側封止部材と下側封止部材とを接合してなる、請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 前記上側封止部材がガラス、前記振動系形成基板がシリコン、前記下側封止部材がガラスである、請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記振動構造体が、
   枠状の駆動部材と、
   前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
   前記駆動部材の内側に設けられた前記可動板と、
   前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、を含む請求項１乃至４のいずれかに記載のアクチュエータ。
6. 更に、前記コイルに駆動電圧を印加する電圧印加手段を備え、
   前記電圧印加手段は、互いに周波数の異なる第１の交番電圧と第２の交番電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のアクチュエータ。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載されたアクチュエータを使用して２次元的な走査光を発生する光スキャナ。
8. 請求項１乃至６のいずれかに記載されたアクチュエータを使用して２次元的な走査光で画像を形成する画像形成装置。

Images