JP2010079266A - 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】装置の小型化及び低コスト化を図りつつ、可動板を直交する第２の軸の周りに回動させるアクチュエータを提供する。
【解決手段】枠状部材１４と、枠状部材１４をＸ軸周りに回動させる軸部材１５ａ，１５ｂと、可動板１１と、可動板１１をＹ軸周りに回動させる軸部材１３ａ，１３ｂと、枠状部材１４に設けられた永久磁石２０ａ，２０ｂと、可動板１１に設けられた永久磁石２０ｃと、電圧の印加により永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃに作用する磁力を発生するコイル３０とを備え、永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃは両極がＸ軸を挟んで配置され、Ｘ軸に対してθ（３０度＜θ＜６０度）の角度を有し、かつ磁極の方向が同じになるように配置される。電圧印加手段４０は周波数の異なる第１の電圧と第２の電圧を重畳した電圧をコイル３０に印加し、可動板１１は第１の電圧の周波数でＸ軸周りに、第２の電圧の周波数でＹ軸周りに回動する。
【選択図】図１

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。

レーザ光を用いるディスプレイ、プリンタ等に応用することを目的とした光偏向器においては、さらなる高速スキャンが要求されている。しかし、現状で用いられているポリゴンミラーやガルバノミラーの性能の向上には限界がある。これらに代わる光偏向器としてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）によってシリコン基板を加工することにより製作するミラーデバイスが期待されている。ＭＥＭＳミラーはより高い共振周波数で駆動させることができるため、より解像度の高い画像形成が可能となる。

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、特許文献１に２次元的に光を走査するアクチュエータが開示されている。
特許文献１に記載のアクチュエータは、半導体基板に、枠状の外側可動板と該外側可動板の内側に配置される内側可動板とからなる可動部と、前記外側可動板を揺動可能に軸支する第１トーションバーと該第１トーションバーと軸方向が直交し前記内側可動板を揺動可能に軸支する第２トーションバーとからなる軸支部とを一体に形成し、前記外側可動板と内側可動板の各周縁部に設けた駆動コイルと、該駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段とを備え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する磁気力により前記可動部を駆動する構成であり、一対の前記静磁界発生手段が、前記可動部の１つの対角線方向に当該可動部を挟んで配置されたものである。

特開平８−３２２２２７号公報

しかし、特許文献１に開示されたアクチュエータは、可動板上に駆動コイルが形成されているため、コイルの発熱によって可動板の撓みが生じる可能性がある。また、可動部を挟んで対向するように１対の磁界発生手段を設けているため、装置の小型化を図ることが難しい。また、駆動コイルを外側可動板および内側可動板のそれぞれに１つずつ設けているため、低コスト化を図ることが難しい。

そこで本発明の目的は、装置の小型化及び低コスト化を図りつつ、可動板を第１の軸および第１の軸に直交する第２の軸の周りに回動させることのできるアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置を提供することである。

本発明に係るアクチュエータは、枠状部材と、前記枠状部材を第１の軸周りに回動可能とするように、前記枠状部材の前記第１の軸に沿う方向の両端に設けられた１対の第１の軸部材と、前記枠状部材の内側に設けられた可動板と、前記可動板を前記第１の軸に直交する第２の軸周りに回動可能とするように、前記可動板の前記第２の軸に沿う方向の両端に設けられ、前記可動板を前記枠状部材に支持する１対の第２の軸部材と、前記枠状部材に設けられ、両極が前記第１の軸を挟んで配置された少なくとも２つ以上の第１永久磁石と、前記可動板に設けられ、両極が前記第１の軸を挟んで配置された第２永久磁石と、前記枠状部材に対向するように配置され、電圧の印加により前記第１及び第２永久磁石に作用する磁力を発生するコイルと、前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、各々の前記第１及び第２永久磁石は、前記第１の軸に対してθの角度を有するように、かつ各々の前記第１及び第２永久磁石の磁極の方向が同じになるように配置され、３０度＜θ＜６０度であり、前記電圧印加手段は、第１周波数の第１の電圧を発生させる第１電圧発生部と、前記第１周波数と周波数の異なる第２周波数の第２の電圧を発生させる第２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周波数で前記第１の軸周りに回動させるとともに、前記第２周波数で前記第２の軸周りに回動させるものである。

本発明によれば、第１の電圧と第２の電圧とを重畳させた電圧をコイルに印加することにより、装置の小型化及び低コスト化を図りつつ、可動板を第１の軸および第１の軸に直交する第２の軸の周りに回動させることができる。また、簡単かつ小型な構成でありながら、２つ以上の第１永久磁石と第２永久磁石が設けられているため、コイルの数が少なくても大きな駆動力を得ることができる。これにより、振動系の走査角を大きくすることができるとともに、高速走査も可能となる。

また、各々の前記第１永久磁石は、一端が前記第２の軸部材と前記枠状部材との接続部に配置されていることが望ましい。
これにより、可動板を第２の軸周りに効率よく回動させることができる。

また、前記第２永久磁石は、両極が前記第２の軸を挟んで配置されていることが望ましい。
これにより、可動板を第２の軸周りに回動させるための大きな駆動力を得ることができる。これにより、振動系の走査角を大きくすることができるとともに、高速走査も可能となる。

また、前記第１永久磁石の磁極方向の長さをＬ、前記枠状部材の前記第１の軸に垂直な方向の長さをｄとすると、Ｌsinθ＞０．５ｄであることが望ましい。
これにより、第１永久磁石の両極が第１の軸を挟んで配置されるので、枠状部材及び可動板を第１の軸周りに効率よく回動させることができる。Ｌsinθが０．５ｄ以下の場合、第１永久磁石の両極は、第１の軸で分割される２つの領域のうち片方の領域に配置される。この状態では、コイルが生じる磁界によって第１永久磁石に作用する回転トルクは、Ｎ極側とＳ極側でそれぞれ第１の軸に対して逆回転の方向の力となる。このため、第１永久磁石に全体として作用する回転トルクはいちじるしく減少することになり、枠状部材及び可動板の回動効率が悪くなる。

また、前記第２周波数は、前記第２永久磁石と、前記可動板と、前記１対の第２の軸部材とで構成される前記第２の軸部材を回動軸とする振動系の共振周波数と略等しく、前記第１周波数は、前記第２永久磁石と、前記可動板と、前記１対の第２の軸部材と、前記第１永久磁石と、前記枠状部材と前記１対の第１の軸部材とで構成される前記第１の軸部材を回動軸とする振動系の共振周波数と異なっていることが望ましい。
これにより、極めて円滑に、可動板を第１の軸及び第２の軸の周りに回動させることができる。

また、前記第２周波数は、前記第１周波数よりも大きいことが望ましい。
これにより、より確実かつ円滑に、可動板を第１の軸まわりに第１の電圧の周波数で回動させつつ、第２の軸まわりに第２の電圧の周波数で回動させることができる。

本発明に係る光スキャナは、枠状部材と、前記枠状部材を第１の軸周りに回動可能とするように、前記枠状部材の前記第１の軸に沿う方向の両端に設けられた１対の第１の軸部材と、前記枠状部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、前記可動板を前記第１の軸に直交する第２の軸周りに回動可能とするように、前記可動板の前記第２の軸に沿う方向の両端に設けられ、前記可動板を前記枠状部材に支持する１対の第２の軸部材と、前記枠状部材に設けられ、両極が前記第１の軸を挟んで配置された少なくとも２つ以上の第１永久磁石と、前記可動板に設けられ、両極が前記第１の軸を挟んで配置された第２永久磁石と、前記枠状部材に対向するように配置され、電圧の印加により前記第１及び第２永久磁石に作用する磁力を発生するコイルと、前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、各々の前記第１及び第２永久磁石は、前記第１の軸に対してθの角度を有するように、かつ各々の前記第１及び第２永久磁石の磁極の方向が同じになるように配置され、３０度＜θ＜６０度であり、前記電圧印加手段は、第１周波数の第１の電圧を発生させる第１電圧発生部と、前記第１周波数と周波数の異なる第２周波数の第２の電圧を発生させる第２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周波数で前記第１の軸周りに回動させるとともに、前記第２周波数で前記第２の軸周りに回動させるものである。

本発明によれば、第１の電圧と第２の電圧とを重畳させた電圧をコイルに印加することにより、装置の小型化及び低コスト化を図りつつ、可動板を第１の軸および第１の軸に直交する第２の軸の周りに回動させることができる。また、簡単かつ小型な構成でありながら、２つ以上の第１永久磁石と第２永久磁石が設けられているため、コイルの数が少なくても大きな駆動力を得ることができる。これにより、振動系の走査角を大きくすることができるとともに、高速走査も可能となる。

本発明に係る画像形成装置は、上記の光スキャナを備えた画像形成装置であって、前記可動部を回動させることにより、前記光反射部で反射した光を２次元走査して、対象物上に画像を形成するものである。
これにより、装置の小型化及び低コスト化を図りつつ、可動板を第１の軸および第１の軸に直交する第２の軸の周りに回動させることにより光を２次元走査して、画像を形成することができる。

本発明の実施の形態１による、光スキャナ（アクチュエータ）の構成を示す平面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 図１のＢ−Ｂ線断面図。 図１に示す光スキャナが備える駆動手段を示すブロック図。 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。 本発明によるに画像形成装置の一例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による、光スキャナ（アクチュエータ）１０の構成を示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は、図１に示す光スキャナ１０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１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２の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。

図１〜図３に示すように、光スキャナ１０は、可動板１１、光反射部１２、軸部材（第２の軸部材）１３ａ，１３ｂ、枠状部材１４、軸部材（第１の軸部材）１５ａ，１５ｂ、支持枠１６、ホルダ１７、永久磁石（第１永久磁石）２０ａ，２０ｂ、永久磁石（第２永久磁石）２０ｃ、コイル３０、電圧印加手段４０を備えている。永久磁石２０ａ，２０ｂと、可動板１１（光反射部１２）と、軸部材１３ａ，１３ｂと、第２永久磁石２０ｃと、枠状部材１４及び軸部材１５ａ，１５ｂで、軸部材１５ａ，１５ｂを回動軸とする第１の振動系が構成され、第２永久磁石２０ｃと、可動板１１（光反射部１２）と、軸部材１３ａ，１３ｂで軸部材１３ａ，１３ｂを回動軸とする第２の振動系が構成される。光反射部１２は可動板１１上に形成されている。

枠状部材１４は、軸部材１５ａ，１５ｂによって支持枠１６に支持されている。また、可動板１１は軸部材１３ａ，１３ｂによって枠状部材１４に支持されている。また、支持枠１６はホルダ１７に支持されている。なお、枠状部材１４、可動板１１の形状は図１に示すものに限られず、枠状部材１４は枠状であれば特に限定されない。また、可動板１１は枠状部材１４の内側に形成することができれば特に限定されない。

軸部材１３ａ，１３ｂ及び軸部材１５ａ，１５ｂは弾性変形可能である。軸部材１５ａ，１５ｂは、枠状部材１４を図１に示すＸ軸（第１の軸）周りに回動可能とするように、枠状部材１４と支持枠１６を連結している。軸部材１３ａ，１３ｂは、可動板１１を図１に示すＹ軸（第２の軸）周りに回動可能とするように、可動板１１と枠状部材１４を連結している。Ｘ軸とＹ軸は、互いに直交している。また、枠状部材１４の中心および可動板１１の中心は、図１の平面視にて、Ｘ軸とＹ軸の交点上に位置している。

枠状部材１４をＸ軸周りに回動可能とし、可動板１１をＹ軸周りに回動可能とすることにより、可動板１１をＸ軸及びＹ軸の直交する２軸周りに回動させることができる。

可動板１１、軸部材１３ａ，１３ｂ、枠状部材１４、軸部材１５ａ，１５ｂ、及び支持枠１６は、例えばシリコンを主材料として一体に形成されている。シリコンを主材料とすることにより、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、光スキャナ１０の小型化を図ることができる。なお、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板を用いてこれらを形成してもよく、この場合、可動板１１、軸部材１３ａ，１３ｂ、枠状部材１４、軸部材１５ａ，１５ｂ、及び支持枠１６が一体となるように、積層構造基板の１つの層で形成するのが好ましい。

ホルダ１７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。ホルダ１７の形状は、支持枠１６を支持することができれば特に限定されない。支持枠１６とホルダ１７との接合方法は特に限定されず、例えば接着剤を用いて接合してもよいし、陽極接合により接合してもよい。また、例えば、支持枠１６とホルダ１７との間にＳｉＯ２を主材料として構成されたＳｉＯ２層が介在していてもよい。

枠状部材１４の下面（ホルダ１７と対向する面）には永久磁石２０ａ，２０ｂが設けられており、可動板１１の下面（光反射部１２とは反対側の面）には永久磁石２０ｃが設けられている。ホルダ１７の上面にはコイル３０が設けられている。コイル３０は電圧印加手段４０に電気的に接続されている。永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、コイル３０、及び電圧印加手段４０によって可動板１１及び枠状部材１４を回動させる駆動手段が形成される。

永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、Ｘ軸に対して傾斜角θ（ここでは４５度）だけ傾いた線分に沿って、磁極の方向が揃うように配置されている。すなわち、永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃのＳ極とＮ極とを結ぶ線分が、Ｘ軸に対して角度θ傾斜している。

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２０ａ，２０ｂ，２０ｃを設けることで、極めて円滑に可動板１１をＸ軸及びＹ軸の周りに回動させることができる。これに対し傾斜角θが３０度未満であると、電圧印加手段４０に印加される電圧の強さなどによっては、可動板１１を円滑にＸ軸周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６０度を超えると、電圧印加手段４０に印加される電圧の強さなどによっては、可動板１１を円滑にＹ軸まわりに回動させることができない場合がある。

また、本実施形態では、軸部材１３ａ，１３ｂと枠状部材１４の接続部付近に、永久磁石２０ａ，２０ｂの一端が位置するように配置されている。すなわち、図１に示すように、永久磁石２０ａのＮ極端が軸部材１３ａと枠状部材１４の接続部付近に配置され、永久磁石２０ｂのＳ極端が軸部材１３ｂと枠状部材１４の接続部付近に配置されている。

また、永久磁石２０ａ，２０ｂは、永久磁石２０ａ，２０ｂの磁極方向の長さをＬ、枠状部材１４のＸ軸に垂直な方向の長さをｄとすると、Ｌsinθ＞０．５ｄを満たすように配置されている。すなわち、永久磁石２０ａ，２０ｂは、それぞれの端部（磁極）が、Ｘ軸で分割される２つの領域に位置するように配置される。また、永久磁石２０ａと２０ｂ間の距離は、可動板１１の回動の妨げにならない程度に離れている。

なお、本実施形態では、永久磁石２０ａ，２０ｂは枠状部材１４の下面（ホルダ１７と対向する面）に設けられているが、永久磁石２０ａ，２０ｂは、枠状部材１４の上面（光反射部１２が設けられている面）に配置することもできる。また、枠状部材１４の下面と上面の両方に設けてもよい。

永久磁石２０ｃは、両極がＸ軸とＹ軸を挟むように配置されている。すなわち、永久磁石２０ｃは、それぞれの端部（磁極）が、Ｘ軸で分割される２つの領域に位置するように配置されると共に、Ｙ軸で分割される２つの領域に位置するように配置される

永久磁石２０ａ，２０ｂ、２０ｃとしては、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。永久磁石２０ａ，２０ｂ、２０ｃは、磁性体を枠状部材１４及び、可動板１１に接着した後に着磁を行う。既に着磁された永久磁石２０ａ，２０ｂ、２０ｃを枠状部材１４及び、可動板１１に接着しようとすると、着磁済みの磁石を枠状部材１４及び可動板１１上に配置した際に、各々の永久磁石同士が磁力によって引き寄せ合い、その力によって枠状部材１４及び可動板１１の構造が破壊されるからである。

永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃの直下には、コイル３０が設けられている。すなわち、可動板１１および枠状部材１４の下面に対向するように、コイル３０が設けられている。これにより、コイル３０から発生する磁界を効率的に永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃに作用させることができる。これにより、光スキャナ１０の省電力化および小型化を図ることができる。

コイル３０は、電圧印加手段４０と電気的に接続されている。そして、電圧印加手段４０によりコイル３０に電圧が印加されることで、コイル３０からＸ軸およびＹ軸に直交する磁束を有する磁界が発生する。なお、コイル３０は磁心に巻き付けられていてもよい。

電圧印加手段４０は、図４に示すように、可動板１１をＸ軸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４１と、可動板１１をＹ軸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４２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３０に印加する電圧重畳部４３とを備えている。

第１の電圧発生部４１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、光スキャナ１０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、枠状部材１４と軸部材１５ａ，１５ｂとで構成された第１の振動系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４２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、光スキャナ１０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（第２周波数）は、第１の電圧Ｖ１の周波数（第１周波数）よりも大きいことが好ましい。すなわち、周期Ｔ２は、周期Ｔ１よりも短いことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動板１１をＸ軸まわりに第１周波数で回動させつつ、Ｙ軸まわりに第２周波数で回動させることができる。
また、第２周波数は、第１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１１を互いに直交する２軸（Ｘ軸およびＹ軸）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１１をＸ軸およびＹ軸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の周波数と第２の電圧Ｖ２の周波数との組み合わせは、特に限定されない。

本実施形態では、第２周波数は、永久磁石２０ｃと、可動板１１と軸部材１３ａ，１３ｂとで構成される軸部材１３ａ，１３ｂを回動軸とする第２の振動系のねじり共振周波数（ｆ２）と等しくなるように設定されている。つまり、第２の振動系は、そのねじり共振周波数ｆ２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１１のＹ軸まわりの回動角を大きくすることができる。また、第１周波数は、永久磁石２０ｃと、可動板１１と、軸部材１３ａ，１３ｂと、永久磁石２０ａ，２０ｂと、枠状部材１４と、軸部材１５ａ，１５ｂとで構成される軸部材１５ａ，１５ｂを回動軸とする第１の振動系の共振周波数（ｆ１）の１０分の１以下であることが望ましい。第１の振動系を非共振状態（振幅ゲインが１）で駆動するためには、第１周波数はｆ１の１０分の１以下に設定する必要がある。１０分の１より大きい周波数で駆動すると、第１の振動系の共振を起こす可能性があるからである。

また、第２周波数は、第１の振動系を非共振状態（振幅ゲインが１）で駆動するため、第１周波数の１０倍以上に設定することが望ましい。第２周波数が第１周波数に対して１０倍未満であると、第２の電圧Ｖ２をコイル３０に印加した時に、第１の振動系も回転運動してしまい、駆動信号のクロストークが発生してしまう。なお、上述のように、第１周波数はｆ１の１０分の１以下が望ましいので、これらの関係から第２周波数は第１周波数よりも大きいことが望ましい。

また、第１の振動系の共振周波数をｆ１［Ｈｚ］とし、第２の振動系の共振周波数を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１１をＸ軸まわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、Ｙ軸まわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。ｆ２≦ｆ１とした場合は、第１周波数による第２の振動系の振動が起こる可能性がある。

このような第１の電圧発生部４１および第２の電圧発生部４２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４１および第２の電圧発生部４２には、電圧重畳部４３が接続されている。
電圧重畳部４３は、コイル３０に電圧を印加するための加算器４３ａを備えている。加算器４３ａは、第１の電圧発生部４１から第１の電圧Ｖ１を受けるとともに、第２の電圧発生部４２から第２の電圧Ｖ２を受け、これらの電圧を重畳しコイル３０に印加するようになっている。

次に、光スキャナ１０の駆動方法について説明する。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１５ｋＨｚ）。

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４３にて重畳し、重畳した電圧をコイル３０に印加する。
すると、第１の電圧Ｖ１によって、枠状部材１４と永久磁石２０ａ，２０ｂのＮ極との接着部付近をコイル３０に引き付けようとするとともに枠状部材１４と永久磁石２０ａ，２０ｂのＳ極との接着部付近をコイル３０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、枠状部材１４と永久磁石２０ａ，２０ｂのＮ極との接着部付近をコイル３０から離間させようとするとともに枠状部材１４と永久磁石２０ａ，２０ｂのＳ極との接着部付近をコイル３０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、上述したように、永久磁石２０ａ，２０ｂは、それぞれの端部（磁極）が、Ｘ軸で分割される２つの領域に位置するように配置される。すなわち図１の平面視において、Ｘ軸を挟んで一方側に永久磁石２０ａ，２０ｂのＮ極が位置し、他方側にＳ極が位置している。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、軸部材１５ａ，１５ｂを捩れ変形させつつ、枠状部材１４が可動板１１とともに、第１の電圧Ｖ１の周波数でＸ軸周りに回動する。永久磁石２０ａ，２０ｂの両極が、Ｘ軸で分割される２つの領域のうち片方の領域に配置されている場合、すなわちＬsinθが０．５ｄ以下の場合には、磁界Ａ１またはＡ２によって永久磁石２０ａ，２０ｂに作用する回転トルクは、Ｎ極側とＳ極側でそれぞれＸ軸に対して逆回転の方向の力となる。このため、永久磁石２０ａ，２０ｂに全体として作用する回転トルクはいちじるしく減少することになり、枠状部材１４及び可動板１１の回動効率が悪くなる。

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の振動系の共振周波数は、第２の振動系の共振周波数よりも低く設計されている（例えば、第２の振動系の共振周波数の１／１０以下）。つまり、第１の振動系は、第２の振動系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Ｘ軸まわりに回動する。すなわち、第２の電圧Ｖ２によって、枠状部材１４がＸ軸まわりに回動してしまうことを防止することができる。

一方、第２の電圧Ｖ２によって、枠状部材１４と永久磁石２０ａ，２０ｂのＮ極との接着部付近、及び可動板１１と永久磁石２０ｃのＮ極との接着部付近をコイル３０に引き付けようとするとともに、枠状部材１４と永久磁石２０ａ，２０ｂのＳ極との接着部付近、及び可動板１１と永久磁石２０ｃのＳ極との接着部付近をコイル３０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、枠状部材１４と永久磁石２０ａ，２０ｂのＮ極との接着部付近、及び可動板１１と永久磁石２０ｃのＮ極との接着部付近をコイル３０から離間させようとするとともに、枠状部材１４と永久磁石２０ａ，２０ｂのＳ極との接着部付近、及び可動板１１と永久磁石２０ｃのＳ極との接着部付近をコイル３０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、上述したように、軸部材１３ａ，１３ｂと枠状部材１４の接続部付近に、永久磁石２０ａ，２０ｂの一端が位置するように配置されている。すなわち、永久磁石２０ａのＮ極と永久磁石２０ｂのＳ極がＹ軸上に位置し、Ｙ軸を挟んで一方側に永久磁石２０ａのＳ極が位置し、他方側に永久磁石２０ｂのＮ極が位置している。また、永久磁石２０ｃは、両極がＹ軸を挟むように配置されている。そのため、磁界Ｂ１と磁界Ｂ２とが交互に切り換わることで、軸部材１３ａ，１３ｂを捩れ変形させつつ、可動板１１が第２の電圧Ｖ２の周波数でＹ軸まわりに回動する。
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によって可動板１１をＹ軸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１１がＹ軸まわりに回動してしまうことを防止することができる。

以上のように、本実施形態によれば、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３０に印加することで、可動板１１をＸ軸まわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、Ｙ軸まわりに第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、装置の低コスト化および小型化を図るとともに、可動板１１をＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させることができる。また、簡単かつ小型な構成でありながら、永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃが設けられているため、コイルの数が少なくても大きな駆動力を得ることができる。これにより、振動系の走査角を大きくすることができるとともに、高速走査も可能となる。また、軸部材１３ａ，１３ｂと枠状部材１４の接続部付近に、永久磁石２０ａ，２０ｂの一端が位置するように配置しているため、すなわちＹ軸上に永久磁石２０ａ，２０ｂの一端が位置するために、枠状部材１４のＸ軸に沿う方向に関して永久磁石２０ａ，２０ｂの磁石対が最も大きな有効長を持つ形態となっている。この為第２の電圧Ｖ２の第２周波数によって枠状部材１４にＹ軸周りの第２周波数の微振動が効率よく生じ、この第２の振動系のねじり共振周波数と等しい微振動により可動板１１をＹ軸周りに共振回動させることができる。また、可動板１１に永久磁石２０ｃが配置されており、永久磁石２０ｃの両極がＹ軸を挟んで配置されているため、可動板１１をＹ軸周りに共振回動させるための直接的な大きい駆動力を得ることができる。これにより、第２の振動系には二つの駆動力が働くことにより振動系の走査角を大きくすることができるとともに、高速走査も可能となる。

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、第１の振動系及び第２の振動系の構造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、光スキャナ１０は、枠状部材１４に永久磁石２０ａ，２０ｂを設け、永久磁石２０ａ，２０ｂに対向するようにホルダ１７上にコイル３０を設けている。つまり、第１の振動系及び第２の振動系上には発熱体であるコイル３０が設けられていない。そのため、通電によってコイル３０から発生する熱による振動系の撓みや共振周波数の変化を抑制することができる。その結果、光スキャナ１０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。

また、永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃの磁極の方向が同じになるよう、各々の磁性体を枠状部材１４に平行に配置してから着磁を行っているため、着磁装置内で磁気の強い方向に沿って磁性体が動いてしまうことにより、枠状部材１４を破損してしまう問題がない。

（画像形成装置）
図６は、本発明によるに画像形成装置の一例として、光スキャナ１０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、光スキャナ１０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光スキャナ１０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、光スキャナ１０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、光スキャナ１０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５中では、ダイクロイックミラー９２で合成された光を光スキャナ１０によって２次元的に走査した後、その光を固定ミラーＫ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Ｋを省略し、光スキャナ１０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。

１０ 光スキャナ、１１ 可動板、１２ 光反射部、１３ａ，１３ｂ 軸部材、１４ 枠状部材、１５ａ，１５ｂ 軸部材、１６ 支持枠、１７ ホルダ、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 永久磁石、３０ コイル、４０ 電圧印加手段、４１ 第１の電圧発生部、４２ 第２の電圧発生部、４３ 電圧重畳部、４３ａ 加算器

Claims (8)

1. 枠状部材と、
   前記枠状部材を第１の軸周りに回動可能とするように、前記枠状部材の前記第１の軸に沿う方向の両端に設けられた１対の第１の軸部材と、
   前記枠状部材の内側に設けられた可動板と、
   前記可動板を前記第１の軸に直交する第２の軸周りに回動可能とするように、前記可動板の前記第２の軸に沿う方向の両端に設けられ、前記可動板を前記枠状部材に支持する１対の第２の軸部材と、
   前記枠状部材に設けられ、両極が前記第１の軸を挟んで配置された少なくとも２つ以上の第１永久磁石と、
   前記可動板に設けられ、両極が前記第１の軸を挟んで配置された第２永久磁石と、
   前記枠状部材に対向するように配置され、電圧の印加により前記第１及び第２永久磁石に作用する磁力を発生するコイルと、
   前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
   各々の前記第１及び第２永久磁石は、前記第１の軸に対してθの角度を有するように、かつ各々の前記第１及び第２永久磁石の磁極の方向が同じになるように配置され、３０度＜θ＜６０度であり、
   前記電圧印加手段は、第１周波数の第１の電圧を発生させる第１電圧発生部と、前記第１周波数と周波数の異なる第２周波数の第２の電圧を発生させる第２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周波数で前記第１の軸周りに回動させるとともに、前記第２周波数で前記第２の軸周りに回動させることを特徴とするアクチュエータ。
2. 各々の前記第１永久磁石は、一端が前記第２の軸部材と、前記枠状部材との接続部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記第２永久磁石は、両極が前記第２の軸を挟んで配置された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. 前記第１永久磁石の磁極方向の長さをＬ、前記枠状部材の前記第１の軸に垂直な方向の長さをｄとすると、Ｌsinθ＞０．５ｄであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアクチュエータ。
5. 前記第２周波数は、前記第２永久磁石と、前記可動板と、前記１対の第２の軸部材とで構成される前記第２の軸部材を回動軸とする振動系の共振周波数と略等しく、前記第１周波数は、前記第２永久磁石と、前記可動板と、前記１対の第２の軸部材と、前記第１永久磁石と、前記枠状部材と前記１対の第１の軸部材とで構成される前記第１の軸部材を回動軸とする振動系の共振周波数と異なっていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のアクチュエータ。
6. 前記第２周波数は、前記第１周波数よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のアクチュエータ。
7. 枠状部材と、
   前記枠状部材を第１の軸周りに回動可能とするように、前記枠状部材の前記第１の軸に沿う方向の両端に設けられた１対の第１の軸部材と、
   前記枠状部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
   前記可動板を前記第１の軸に直交する第２の軸周りに回動可能とするように、前記可動板の前記第２の軸に沿う方向の両端に設けられ、前記可動板を前記枠状部材に支持する１対の第２の軸部材と、
   前記枠状部材に設けられ、両極が前記第１の軸を挟んで配置された少なくとも２つ以上の第１永久磁石と、
   前記可動板に設けられ、両極が前記第１の軸を挟んで配置された第２永久磁石と、
   前記枠状部材に対向するように配置され、電圧の印加により前記第１及び第２永久磁石に作用する磁力を発生するコイルと、
   前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
   各々の前記第１及び第２永久磁石は、前記第１の軸に対してθの角度を有するように、かつ各々の前記第１及び第２永久磁石の磁極の方向が同じになるように配置され、３０度＜θ＜６０度であり、
   前記電圧印加手段は、第１周波数の第１の電圧を発生させる第１電圧発生部と、前記第１周波数と周波数の異なる第２周波数の第２の電圧を発生させる第２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周波数で前記第１の軸周りに回動させるとともに、前記第２周波数で前記第２の軸周りに回動させることを特徴とする光スキャナ。
8. 請求項７に記載の光スキャナを備えた画像形成装置であって、
   前記可動部を回動させることにより、前記光反射部で反射した光を２次元走査して、対象物上に画像を形成する画像形成装置。

Images