JP2014235245A - 光偏向器及び光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラー部をトーションバーの軸線周りに揺動させたときに、ミラー部の撓みを抑制し、かつ、ミラー部がトーションバーの軸線周りの揺動以外の運動をするのを抑制し、かつ、光偏向器の製造工程の数を減らすことができる光偏向器を提供する。
【解決手段】トーションバー１５には、ミラー部１１を支持する支持体３１が固定されている。支持体３１の一方の面３２ａ側において、支持体３１にミラー部１１が取り付けられている。支持体３１の他方の面側において、第１の支持部材３１ａに第１のリブ３９ａが設けられ、第２の支持部材３１ｂに第２のリブ３９ａが設けられている。第１のリブ３９ａと第２のリブ３９ｂとの合計質量は、ミラー部１１の質量と同じである。
【選択図】図７

Description

本発明は、静電潜像等の形成に用いられる光偏向器及びそれを備える光走査装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、画像データに対応して変調された光ビームを生成し、この光ビームを反射、偏向させ、感光体ドラムのような像担持体に偏向された光ビームを走査することにより静電潜像を形成する。光偏向器は、光ビームを反射、偏向させる機器である。光偏向器として、ポリゴンミラーの換わりに、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーを用いる技術が提案されている。ＭＥＭＳミラーは、走査の高速化及び低消費電力等の利点を有する。

ＭＥＭＳミラーを用いる光偏向器は、トーションバーと、トーションバーの軸線周りに揺動可能なミラー部と、ミラー駆動部と、を備える。ミラー駆動部によって、ミラー部及びトーションバーを共振させた状態にし、この状態でミラー部に入射された光ビームを反射、偏向させて光ビームを走査する。

ミラー部をトーションバーの軸線周りに揺動させたとき、トーションバーと交差する方向において、ミラー部の両端はミラー部の中央に比べて、作用する慣性モーメントが大きくなる。従って、ミラー部を揺動させたときに、ミラー部が撓むことがある。この撓みを抑制するために、リブを設けた光偏向器が提案されている(例えば、特許文献１参照)。

この光偏向器は、板状の可動部と、前記可動部上に形成され、光を反射する反射膜と、前記可動部を支持部材に対してＸ軸周りに揺動可能に支持する第１の軸部材と、前記可動部に配置されるリブと、から成る振動系と、前記可動部を前記支持部材に対して揺動運動させる駆動手段と、を備え、前記リブが、前記第１の軸部材に対し前記可動部の一方の面の慣性モーメントと他方の面の慣性モーメントが等しくなるように、前記一方及び他方の面のそれぞれに配置されている。

この光偏向器では、リブが、第１の軸部材(トーションバー)に対して、可動部の一方の面の慣性モーメントと他方の面の慣性モーメントが等しくなるように、可動部の一方及び他方の面のそれぞれに配置されている。これにより、反射膜が形成された可動部(ミラー部)を揺動させたときに、反射膜が形成された可動部が第１の軸部材を軸にした揺動以外の運動(例えば、上下運動)をするのを抑制している。

特開２０１０−５４９４４号公報

しかし、この光偏光器は、可動部の両面にリブを設けている。可動部の両面にリブを設ける場合、可動部の一方の面にリブを設ける工程と、可動部の他方の面にリブを設ける工程とが必要となるので、光偏向器の製造工程の数が増えることになる。

本発明は、ミラー部をトーションバーの軸線周りに揺動させたときに、ミラー部の撓みを抑制し、かつ、ミラー部がトーションバーの軸線周りの揺動以外の運動をするのを抑制し、かつ、光偏向器の製造工程の数を減らすことができる光偏向器及び光走査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の一局面に係る光偏向器は、固定部と、所定の揺動軸周りに揺動して、光を偏向するミラー部、前記固定部に固定支持され、前記揺動軸となる軸線を有するトーションバー、及び、前記ミラー部を支持し、前記トーションバーに固定された支持体を有する可動部とを備え、前記支持体は、前記ミラー部と当接する当接面と、該当接面と反対側の非当接面とを含み、前記支持体の前記当接面と前記非当接面との内、前記非当接面にのみ設けられ、前記支持体を補強し、かつ前記可動部の重心が前記軸線上に位置するように前記可動部の重心を調整する補強部材と、を備える。

本発明の一局面によれば、支持体の非当接面には、支持体を補強する補強部材が設けられている。これにより、ミラー部をトーションバーの軸線周りに揺動させたときに、ミラー部が撓むのを抑制することができる。

また、本発明の一局面によれば、トーションバー、支持体及びミラー部により構成される可動部の重心が、トーションバーの軸線上に位置するように、補強部材によって可動部の重心を調整している。これにより、支持体の当接面側と非当接面側とで慣性モーメントのバランスをとることができる。よって、ミラー部をトーションバーの軸線周りに揺動させたときに、ミラー部がトーションバーの軸線周りの揺動以外の運動をするのを抑制できる。

さらに、本発明の一局面によれば、補強部材は支持体の非当接面に設けられているが、当接面に設けられていないので、光偏向器の製造工程の数を減らすことができる。よって、光偏向器のコストを下げることが可能となる。

上記構成において、前記補強部材は、前記トーションバーと交差する方向に延び、かつ前記非当接面から突出したリブである。この構成は、補強部材の具体的な形態である。

上記構成において、前記支持体は、前記トーションバーと交差する方向に延びる第１の支持部材と、前記第１の支持部材と対向して配置され、前記トーションバーと交差する方向に延びる第２の支持部材と、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とをつなぐ第３の支持部材と、前記トーションバーに対して前記第３の支持部材と対称に配置され、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とをつなぐ第４の支持部材とを含み、前記第１の支持部材、前記第２の支持部材、前記第３の支持部材及び前記第４の支持部材で規定される空間部を有しており、前記トーションバーは、前記第１の支持部材の中央で前記第１の支持部材に固定された第１のトーションバーと、前記第２の支持部材の中央で前記第２の支持部材に固定された第２のトーションバーと、を含み、前記リブは、前記第１の支持部材の前記非当接面側に設けられた第１のリブと、前記第２の支持部材の前記非当接面側に設けられた第２のリブと、を含む。

この構成によれば、支持体は、第１の支持部材、第２の支持部材、第３の支持部材及び第４の支持部材によって構成され、これらの支持部材で規定される空間部を有する。このため、薄板状の支持体に比べて、支持体を軽量化できる。

第１の支持部材は、その中央で第１のトーションバーと固定されている。このため、ミラー部を揺動させたときに、第１の支持部材に作用する慣性モーメントは、第１のトーションバーから離れるにしたがって大きくなる。同様に、第２の支持部材は、その中央で第２のトーションバーと固定されているので、ミラー部を揺動させたときに、第２の支持部材に作用する慣性モーメントは、第２のトーションバーから離れるにしたがって大きくなる。

よって、第１の支持部材及び第２の支持部材は、第３の支持部材及び第４の支持部材と比べて、ミラー部を揺動させた際に撓みやすい。第１の支持部材及び第２の支持部材が撓めば、支持体が撓むので、その結果、ミラー部が撓むことになる。

ミラー部が撓むのを抑制するために、第１の支持部材、第２の支持部材、第３の支持部材及び第４の支持部材の全部にリブを設けると、支持体の質量が大きくなる。

そこで、この構成では、第１の支持部材において、支持体の非当接面側に第１のリブを設け、第２の支持部材において、支持体の非当接面側に第２のリブを設けているが、第３の支持部材及び第４の支持部材にリブを設けていない。

以上より、この構成によれば、支持体を軽量化しつつ、ミラー部を揺動させたときにミラー部が撓むのを抑制することができる。

上記構成において、前記第１のトーションバーの厚さは、前記第１の支持部材の厚さと前記第１のリブの厚さとの合計値より小さくされており、前記第２のトーションバーの厚さは、前記第２の支持部材の厚さと前記第２のリブの厚さとの合計値より小さくされている。

第１のトーションバーの厚さを、第１の支持部材の厚さと第１のリブの厚さとの合計値にすると、第１のトーションバーの剛性が大きくなる。同様に、第２のトーションバーの厚さを、第２の支持部材の厚さと第２のリブの厚さとの合計値にすると、第２のトーションバーの剛性が大きくなる。これにより、ミラー部が揺動する角度(偏向角の最大値)が小さくなる。

そこで、この構成では、第１のトーションバーの厚さを、第１の支持部材の厚さと第１のリブの厚さとの合計値より小さくし、第２のトーションバーの厚さを、第２の支持部材の厚さと第２のリブの厚さとの合計値より小さくしている。これにより、ミラー部が揺動する角度を大きくしている。

上記構成において、前記第１の支持部材、前記第２の支持部材、前記第３の支持部材、前記第４の支持部材、前記第１のトーションバー及び前記第２のトーションバーは、それぞれ、前記当接面側に向いた平面部を有し、前記各平面部は、同一平面内に位置している。

この構成によれば、支持体の当接面側において、第１の支持部材、第２の支持部材、第３の支持部材、第４の支持部材、第１のトーションバー及び第２のトーションバーは、同一平面上に位置している。従って、ＳＯＩ(Silicon on Insulator)基板等の基板を選択的にエッチングして、これらを形成する場合、基板の両面でなく、他方の面を選択的にエッチングすればよい。よって、この構成によれば、光偏向器の製造工程の数を少なくすることができる。

上記構成において、前記補強部材の質量と前記ミラー部の質量とは、同じである。この構成によれば、支持体の一方の面側の質量と他方の面側の質量とが同じになるので、トーションバー、支持体及びミラー部により構成される可動部の重心が、トーションバーの軸線上に位置するように、可動部の重心を調整することができる。

ここでの同じ質量とは、リブの質量が、ミラー部の質量と完全に同一又は略同一の意味である。略同一とは、ミラー部をトーションバーの軸線周りに揺動させたときに、ミラー部がトーションバーの軸線周りの揺動以外の運動をするのを抑制できる範囲である。

上記構成において、前記支持体によって支持された前記ミラー部を、前記トーションバーの前記軸線周りに揺動させる駆動力を、圧電素子を用いて生成するミラー駆動部を備える。この構成は、トーションバーの軸線周りにミラー部を揺動させる方式として、圧電素子を用いたものである。

本発明の他の局面に係る光走査装置は、本発明の一局面に係る光偏向器と、前記ミラー部に光ビームを照射する光源と、を備える。

本発明の他の局面によれば、本発明の一局面に係る光偏向器を備えるので、本発明の一局面と同じ作用効果を有する。

本発明によれば、ミラー部をトーションバーの軸線周りに揺動させたときに、ミラー部の撓みを抑制し、かつ、ミラー部がトーションバーの軸線周りの揺動以外の運動をするのを抑制でき、かつ、光偏向器の製造工程の数を減らすことができる。

本実施形態に係る光偏向器を適用した画像形成装置の内部構造の概略を示す図である。 図１に示す画像形成装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す画像形成装置に備えられる光走査装置を構成する光学部品の配置関係を示す図である。 本実施形態に係る光偏向器の斜視図である。 図４に示す光偏向器をＡ１−Ａ２線に沿って切断した断面図である。 図５と同じ断面において、一方側のミラー駆動部のＰＺＴ薄膜が伸び、他方側のミラー駆動部のＰＺＴ薄膜が縮んだ状態を示す図である。 本実施形態に係る光偏向器に備えられるミラー部、トーションバー、支持体、第１のリブ及び第２のリブを備える可動部を、ミラー部の表面(光ビームの反射偏向面)側から見た斜視図である。 上記可動部を、ミラー部の裏面側から見た斜視図である。 図７に示す可動部をＢ１−Ｂ２線に沿って切断した拡大断面図である。 図７に示す可動部をＣ１−Ｃ２線に沿って切断した拡大断面図である。 図７に示す可動部をＤ１−Ｄ２線に沿って切断した拡大断面図である。 図９のＥで示す部分を拡大した断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る光偏向器を適用した画像形成装置１の内部構造の概略を示す図である。画像形成装置１は、例えば、コピー、プリンター、スキャナー及びファクシミリの機能を有するデジタル複合機に適用することができる。画像形成装置１は、装置本体１００、装置本体１００の上に配置された原稿読取部２００、原稿読取部２００の上に配置された原稿給送部３００及び装置本体１００の上部前面に配置された操作部４００を備える。

原稿給送部３００は、自動原稿送り装置として機能し、原稿載置部３０１に置かれた複数枚の原稿を連続的に原稿読取部２００に送ることができる。

原稿読取部２００は、露光ランプ等を搭載したキャリッジ２０１、ガラス等の透明部材により構成された原稿台２０３、不図示のＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサー及び原稿読取スリット２０５を備える。原稿台２０３に載置された原稿を読み取る場合、キャリッジ２０１を原稿台２０３の長手方向に移動させながらＣＣＤセンサーにより原稿を読み取る。これに対して、原稿給送部３００から給送された原稿を読み取る場合、キャリッジ２０１を原稿読取スリット２０５と対向する位置に移動させて、原稿給送部３００から送られてきた原稿を、原稿読取スリット２０５を通してＣＣＤセンサーにより読み取る。ＣＣＤセンサーは読み取った原稿を画像データとして出力する。

装置本体１００は、用紙貯留部１０１、画像形成部１０３及び定着部１０５を備える。用紙貯留部１０１は、装置本体１００の最下部に配置されており、用紙の束を貯留することができる用紙トレイ１０７を備える。用紙トレイ１０７に貯留された用紙の束において、最上位の用紙がピックアップローラー１０９の駆動により、用紙搬送路１１１へ向けて送出される。用紙は、用紙搬送路１１１を通って、画像形成部１０３へ搬送される。

画像形成部１０３は、搬送されてきた用紙にトナー像を形成する。画像形成部１０３は、感光体ドラム１１３、光走査装置１１５、現像部１１７及び転写部１１９を備える。光走査装置１１５は、画像データ(原稿読取部２００から出力された画像データ、パソコンから送信された画像データ、ファクシミリ受信の画像データ等)に対応して変調された光を生成し、一様に帯電された感光体ドラム１１３の周面に照射する。これにより、感光体ドラム１１３の周面には、画像データに対応する静電潜像が形成される。この状態で感光体ドラム１１３の周面に現像部１１７からトナーを供給することにより、周面には画像データに対応するトナー像が形成される。このトナー像は、転写部１１９によって先ほど説明した用紙貯留部１０１から搬送されてきた用紙に転写される。

トナー像が転写された用紙は、定着部１０５に送られる。定着部１０５において、トナー像と用紙に熱と圧力が加えられて、トナー像は用紙に定着される。用紙は、スタックトレイ１２１又は排紙トレイ１２３に排紙される。

操作部４００は、操作キー部４０１と表示部４０３を備える。表示部４０３は、タッチパネル機能を有しており、ソフトキーを含む画面が表示される。ユーザーは、画面を見ながらソフトキーを操作することによって、コピー等の機能の実行に必要な設定等をする。

操作キー部４０１には、ハードキーからなる操作キーが設けられている。具体的にはスタートキー４０５、テンキー４０７、ストップキー４０９、リセットキー４１１、コピー、プリンター、スキャナー及びファクシミリを切り換えるための機能切換キー４１３等が設けられている。

スタートキー４０５は、コピー、ファクシミリ送信等の動作を開始させるキーである。テンキー４０７は、コピー部数、ファクシミリ番号等の数字を入力するキーである。ストップキー４０９は、コピー動作等を途中で中止させるキーである。リセットキー４１１は、設定された内容を初期設定状態に戻すキーである。

機能切換キー４１３は、コピーキー及び送信キー等を備えており、コピー機能、送信機能等を相互に切り替えるキーである。コピーキーを操作すれば、コピーの初期画面が表示部４０３に表示される。送信キーを操作すれば、ファクシミリ送信及びメール送信の初期画面が表示部４０３に表示される。

図２は、図１に示す画像形成装置１の構成を示すブロック図である。画像形成装置１は装置本体１００、原稿読取部２００、原稿給送部３００、操作部４００、制御部５００及び通信部６００がバスによって相互に接続された構成を有する。装置本体１００、原稿読取部２００、原稿給送部３００及び操作部４００に関しては既に説明したので、説明を省略する。

制御部５００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)及び画像メモリー等を備える。ＣＰＵは、画像形成装置１を動作させるために必要な制御を、装置本体１００等の画像形成装置１の上記構成要素に対して実行する。ＲＯＭは、画像形成装置１の動作の制御に必要なソフトウェアを記憶している。ＲＡＭは、ソフトウェアの実行時に発生するデータの一時的な記憶及びアプリケーションソフトの記憶等に利用される。画像メモリーは、画像データ(原稿読取部２００から出力された画像データ、パソコンから送信された画像データ、ファクシミリ受信の画像データ等)を一時的に記憶する。

通信部６００は、ファクシミリ通信部６０１及びネットワークＩ／Ｆ部６０３を備える。ファクシミリ通信部６０１は、相手先ファクシミリとの電話回線の接続を制御するＮＣＵ(Network Control Unit)及びファクシミリ通信用の信号を変復調する変復調回路を備える。ファクシミリ通信部６０１は、電話回線６０５に接続される。

ネットワークＩ／Ｆ部６０３は、ＬＡＮ(Local Area Network)６０７に接続される。ネットワークＩ／Ｆ部６０３は、ＬＡＮ６０７に接続されたパソコン等の端末装置との間で通信を実行するための通信インターフェイス回路である。

図３は、光走査装置１１５を構成する光学部品の配置関係を示す図である。光走査装置１１５は、光源３１、光偏向器１０及び二つの走査レンズ３３，３５等を備える。光源３１は、例えば、レーザーダイオードであり、画像データに対応して変調された光ビームＬＢを射出する。

光源３１と光偏向器１０との光路上には、コリメーターレンズ３７及びシリンドリカルレンズ３９が配置されている。コリメーターレンズ３７は、光源３１から射出された光ビームＬＢを平行光にする。シリンドリカルレンズ３９は、平行光にされた光ビームＬＢを線状に集光する。線状に集光された光ビームＬＢは、光偏向器１０に入射される。

光偏向器１０と感光体ドラム１１３との光路上には、走査レンズ３３と走査レンズ３５が配置されている。光偏向器１０のミラー部１１に入射された光ビームＬＢは、ミラー部１１で反射、偏向されて、走査レンズ３３，３５により感光体ドラム１１３に結像される。すなわち、光ビームＬＢを感光体ドラム１１３に走査することにより、感光体ドラム１１３に静電潜像が形成される。

光走査装置１１５はさらに、ＢＤレンズ４１及びＢＤセンサー４３を備える。感光体ドラム１１３の一方の側部１１３ａから他方の側部１１３ｂへ向けて、光ビームＬＢが感光体ドラム１１３を走査し、有効走査範囲Ｒを超えた光ビームＬＢは、ＢＤレンズ４１で集光されてＢＤセンサー４３で受光される。ＢＤ(Beam Detect)センサー４３は、感光体ドラム１１３に走査(主走査)を開始する基準となるＢＤ信号を生成する。

次に、本実施形態に係る光偏向器１０について説明する。図４は、本実施形態に係る光偏向器１０の斜視図であり、図５は、図４に示す光偏向器１０をＡ１−Ａ２線に沿って切断した断面図である。本実施形態に係る光偏向器１０は、圧電駆動型のＭＥＭＳミラーである。但し、光偏向器１０に用いることができるＭＥＭＳミラーは、圧電駆動型に限定されない。

光偏向器１０は、ミラー部１１、フレーム１３、トーションバー１５、ミラー駆動部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ及び支持体３１を備える。

フレーム１３の形状は、長方形である。フレーム１３は、長手方向に延びる一対の辺部１３ａ，１３ｂと、長手方向と直交する方向に延びる一対の辺部１３ｃ，１３ｄと、辺部１３ｃと辺部１３ｄとをつなぐ梁１９,２１(固定部)とにより構成される。フレーム１３の中心部には、ミラー部１１が配置されている。ミラー部１１は、短軸方向がフレーム１３の長手方向と合致した楕円形状を有する。

トーションバー１５は、一方向に回転軸(ねじれ回転軸)となる軸線を有する。トーションバー１５は、共通する軸線に沿って延びる第１のトーションバー１５ａと第２のトーションバー１５ｂとを含む。第１のトーションバー１５ａ及び第２のトーションバー１５ｂは、ミラー部１１の楕円の短軸方向に延びている。第１のトーションバー１５ａの一端は、梁１９により固定支持され、第２のトーションバー１５ｂの一端は、梁２１により固定支持されている。

梁１９と辺部１３ａとの間には、空間部３３が形成され、梁２１と辺部１３ｂとの間には、空間部３５が形成されている。

第１のトーションバー１５ａの他端及び第２のトーションバー１５ｂの他端には、ミラー部１１を支持する支持体３１が固定されている。支持体３１は、フレーム１３内に配置されている。支持体３１の形状は長方形であり、支持体３１の長手方向とフレーム１３の長手方向とは直交する。梁１９，２１(固定部)は、支持体３１によって支持されたミラー部１１が、トーションバー１５の軸線周りに揺動可能に、トーションバー１５を固定支持する。

以上のように、ミラー部１１は、所定の揺動軸周りに揺動して、光を偏向し、トーションバー１５は、固定部(梁１９，２１)に固定支持され、揺動軸となる軸線ＡＸを有し、支持体３１は、ミラー部１１を支持し、トーションバー１５に固定されている。

梁１９上には、トーションバー１５より辺部１３ｃ側にミラー駆動部１７ａが形成され、トーションバー１５より辺部１３ｄ側にミラー駆動部１７ｂが形成されている。梁２１上には、トーションバー１５より辺部１３ｃ側にミラー駆動部１７ｃが形成され、トーションバー１５より辺部１３ｄ側にミラー駆動部１７ｄが形成されている。

ミラー駆動部１７ａは、図５に示すように、下部電極２３、ＰＺＴ薄膜２５及び上部電極２７により構成される。ミラー駆動部１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、ミラー駆動部１７ａと同じ構成を有する。以下、ミラー駆動部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを区別する必要がなければ、ミラー駆動部１７と記載する。

図６は、図５と同じ断面において、ミラー駆動部１７ａ，１７ｃのＰＺＴ薄膜２５が伸び、かつミラー駆動部１７ｂ，１７ｄのＰＺＴ薄膜２５が縮むように、ミラー駆動部１７に駆動電圧を印加した状態を示す図である。図６では梁１９，２１が撓んでおり、これによりトーションバー１５と一緒にミラー部１１が傾いている。

以下、ミラー駆動部１７ａ，１７ｃのＰＺＴ薄膜２５が伸び、かつミラー駆動部１７ｂ，１７ｄのＰＺＴ薄膜２５が縮む動作を第１の動作とし、ミラー駆動部１７ａ，１７ｃのＰＺＴ薄膜２５が縮み、かつミラー駆動部１７ｂ，１７ｄのＰＺＴ薄膜２５が伸びる動作を第２の動作として説明する。第１の動作と第２の動作とが交互に繰り返されるように、ミラー駆動部１７に対し駆動電圧を印加して梁１９，２１を撓ませることにより、支持体３１によって支持されたミラー部１１がトーションバー１５の軸線周りに揺動し、偏向角θが変動する。尚、図４に示す符号ＮＬは、ミラー部１１が揺動していないときのミラー部１１の法線を示している。

駆動電圧の周波数をミラー部１１の共振周波数と一致させると、ミラー部１１が共振し、偏向角θの最大値を大きくすることができる。ミラー部１１を共振させた状態で、ミラー部１１で光ビームを反射、偏向させることにより、光ビームを感光体ドラム１１３に走査する。

図７は、光偏向器１０に備えられるミラー部１１、トーションバー１５、支持体３１、第１のリブ３９ａ及び第２のリブ３９ｂを備える可動部３７を、ミラー部１１の表面１１ａ(光ビームの反射偏向面)側から見た斜視図である。図８は、この可動部３７を、ミラー部１１の裏面１１ｂ側から見た斜視図である。

ミラー部１１の表面１１ａ側は、支持体３１の一方の面３２ａ側となり、ミラー部１１の裏面１１ｂ側は、支持体３１の一方の面３２ａに支持されている。

支持体３１は、長方形のフレーム状の形状を有しており、長方形を構成する４つの辺となる第１の支持部材３１ａ、第２の支持部材３１ｂ、第３の支持部材３１ｃ及び第４の支持部材３１ｄを備える。

第１の支持部材３１ａと第２の支持部材３１ｂは、トーションバー１５が延びる方向と交差する方向に直線状に延びており、対向して配置されている。

第３の支持部材３１ｃと第４の支持部材３１ｄは、トーションバー１５が延びる方向と同じ方向に直線状に延びており、トーションバー１５に対して対称に配置されている。

第１の支持部材３１ａ、第２の支持部材３１ｂ、第３の支持部材３１ｃ及び第４の支持部材３１ｄによって、空間部４１が規定されている。空間部４１を設けることにより、支持体３１を軽量化している。但し、支持体３１は空間部４１を有することなく、薄板状の形状でもよい。

以上のように、支持体３１は、トーションバー１５と交差する方向に延びる第１の支持部材３１ａと、第１の支持部材３１ａと対向して配置され、トーションバー１５と交差する方向に延びる第２の支持部材３１ｂと、第１の支持部材３１ａと第２の支持部材３１ｂとをつなぐ第３の支持部材３１ｃと、トーションバー１５の軸に対して第３の支持部材３１ｃと対称に配置され、第１の支持部材３１ａと第２の支持部材３１ｂとをつなぐ第４の支持部材３１ｄと、を含む。

支持体３１は、さらに、空間部４１に配置された第５の支持部材３１ｅを備える。第５の支持部材３１ｅは、本体部３１１、第１の接続部３１２及び第２の接続部３１３を含む。本体部３１１は、第５の支持部材３１ｅの本体であり、円形状の中抜きが形成されている。これにより、支持体３１を軽量化している。

第１の接続部３１２は、本体部３１１の長軸上に配置され、本体部３１１の一方の端部と第３の支持部材３１ｃの中央とをつないでいる。第２の接続部３１３は、本体部３１１の長軸上に配置され、本体部３１１の他方の端部と第４の支持部材３１ｄの中央とをつないでいる。

トーションバー１５は、前述したように、第１のトーションバー１５ａ及び第２のトーションバー１５ｂによって構成される。第１のトーションバー１５ａと第２のトーションバー１５ｂとは、同じ方向に延びて、間隔を設けて配置されている。この間隔を含む領域に支持体３１が配置されている。第１のトーションバー１５ａは、第１の支持部材３１ａの中央で第１の支持部材３１ａに固定されている。第２のトーションバー１５ｂは、第２の支持部材３１ｂの中央で第２の支持部材３１ｂに固定されている。

図７に示すように、第１の支持部材３１ａ、第２の支持部材３１ｂ、第３の支持部材３１ｃ、第４の支持部材３１ｄ、第５の支持部材３１ｅ、第１のトーションバー１５ａ及び第２のトーションバー１５ｂは、それぞれ、支持体３１の一方の面３２ａ側を向いた平面部を有し、各平面部は、同一平面内に位置している。これらは、同じ高さ(言い換えれば、同じ厚さ)を有する。

支持体３１の一方の面３２ａに、ミラー部１１が設けられている。ミラー部１１は、接着剤を用いて第３の支持部材３１ｃ、第４の支持部材３１ｄ及び第５の支持部材３１ｅに貼り付けられ、又は、陽極接合によって第３の支持部材３１ｃ、第４の支持部材３１ｄ及び第５の支持部材３１ｅに接合される。

支持体３１の他方の面３２ｂ側には、トーションバー１５と交差する方向に延びるリブである第１のリブ３９ａ(補強部材)及び第２のリブ３９ｂ(補強部材)が設けられている。第１のリブ３９ａは、第１の支持部材３１ａに設けられており、第２のリブ３９ｂは、第２の支持部材３１ｂに設けられている。

第１のリブ３９ａ及び第２のリブ３９ｂについて、詳細に説明する。図９は、図７に示す可動部３７をＢ１−Ｂ２線に沿って切断した拡大断面図である。図１０は、図７に示す可動部３７をＣ１−Ｃ２線に沿って切断した拡大断面図である。図１１は、図７に示す可動部３７をＤ１−Ｄ２線に沿って切断した拡大断面図である。

図７〜図１１を参照して、支持体３１(第１の支持部材３１ａ、第２の支持部材３１ｂ、第３の支持部材３１ｃ、第４の支持部材３１ｄ、第５の支持部材３１ｅ)とトーションバー１５(第１のトーションバー１５ａ、第２のトーションバー１５ｂ)とは、同じ厚さを有している。図９に示すように、第１のリブ３９ａは、支持体３１の他方の面側３２ｂにおいて、第１の支持部材３１ａと連続的に形成され、支持体３１から突き出した部分である。第２のリブ３９ｂは、支持体３１の他方の面側３２ｂにおいて、第２の支持部材３１ｂと連続的に形成され、支持体３１から突き出した部分である。

言い換えれば、支持体３１は、ミラー部１１と当接する当接面(一方の面３２ａ)と、該当接面に対して反対側の非当接面(他方の面３２ｂ)とを含む。第１のリブ３９ａは、トーションバー１５と交差する方向に延び、かつ非当接面側に突出するように第１の支持部材３１ａに設けられている。第２のリブ３９ｂは、トーションバー１５と交差する方向に延び、かつ非当接面側に突出するように第２の支持部材３１ｂに設けられている。

第１の支持部材３１ａ、第２の支持部材３１ｂ、第１のリブ３９ａ、第２のリブ３９ｂは、それぞれ、同じ長さである。また、これらは、それぞれ、同じ幅である。第１のリブ３９ａの質量と第２のリブ３９ｂの質量とは、同じである。第１のリブ３９ａと第２のリブ３９ｂとの合計質量は、ミラー部１１の質量と同じである。

図１２は、図９のＥで示す部分を拡大した断面図である。ＳＯＩ(Silicon on Insulator)基板４３は、シリコン層４５とシリコン層４９とでシリコン酸化膜４７を挟んだ構造を有する。シリコン層４５及びシリコン酸化膜４７により、支持体３１及びトーションバー１５が構成される。シリコン層４９により、第１のリブ３９ａ及び第２のリブ３９ｂが構成される。トーションバー１５、支持体３１、第１のリブ３９ａ及び第２のリブ３９ｂは、ＳＯＩ基板４３を、選択的にエッチングして形成されたものである。

なお、第１のリブ３９ａ、第２のリブ３９ｂをそれぞれ、第１の支持部材３１ａ、第２の支持部材３１ｂに、接着剤によって貼り付けた構造でもよいし、陽極接合によって接合した構造でもよい。

第１のリブ３９ａ及び第２のリブ３９ｂは、支持体３１の一方の面３２ａ(ミラー部１１と当接する当接面)と他方の面３２ｂ(当接面に対して反対側の非当接面)のうち他方の面３２ｂにのみ設けられ、支持体３１を補強し、かつトーションバー１５、支持体３１及びミラー部１１により構成される可動部３７の重心が軸線ＡＸ上に位置するように可動部３７の重心を調整する補強部材として機能する。

本実施形態の主な効果を説明する。図７及び図８を参照して、第１の支持部材３１ａは、その中央で第１のトーションバー１５ａと固定されている。このため、ミラー部１１をトーションバー１５の軸線ＡＸ周りに揺動させたときに、第１の支持部材３１ａに作用する慣性モーメントは、第１のトーションバー１５ａから離れるにしたがって大きくなる。同様に、第２の支持部材３１ｂは、その中央で第２のトーションバー１５ｂと固定されているので、ミラー部１１をトーションバー１５の軸線ＡＸ周りに揺動させたときに、第２の支持部材３１ｂに作用する慣性モーメントは、第２のトーションバー１５ｂから離れるにしたがって大きくなる。

これに対して、第３の支持部材３１ｃ及び第４の支持部材３１ｄが延びる向きは、トーションバー１５が延びる向きと同じである。よって、第１の支持部材３１ａ及び第２の支持部材３１ｂは、第３の支持部材３１ｃ及び第４の支持部材３１ｄと比べて、ミラー部１１を揺動させた際に撓みやすい。第１の支持部材３１ａ及び第２の支持部材３１ｂが撓めば、支持体３１が撓むので、その結果、ミラー部１１が撓むことになる。

ミラー部１１が撓むのを抑制するために、第１の支持部材３１ａ、第２の支持部材３１ｂ、第３の支持部材３１ｃ及び第４の支持部材３１ｄの全部にリブを設けると、支持体３１の質量が大きくなる。

そこで、本実施形態では、トーションバー１５と交差する方向に延びる第１の支持部材３１ａに、トーションバー１５と交差する方向に延びる第１のリブ３９ａを設け、トーションバー１５と交差する方向に延びる第２の支持部材３１ｂに、トーションバー１５と交差する方向に延びる第２のリブ３９ｂを設けている。

以上より、本実施形態によれば、支持体３１を軽量化しつつ、ミラー部１１を揺動させたときに、ミラー部１１が撓むのを抑制できる。

ミラー部１１は、第１の支持部材３１ａ及び第２の支持部材３１ｂに取り付けられておらず、第３の支持部材３１ｃ、第４の支持部材３１ｄ及び第５の支持部材３１ｅに取り付けられている。従って、第１の支持部材３１ａ及び第２の支持部材３１ｂに多少の撓みが発生しても、その撓みは、ミラー部１１に直接伝わらないので、ミラー部１１の撓みを小さくすることができる。

そして、本実施形態によれば、支持体３１の一方の面３２ａ(ミラー部１１と当接する当接面)にミラー部１１を設け、他方の面３２ｂ(当接面に対して反対側の非当接面)に第１のリブ３９ａ及び第２のリブ３９ｂを設け、第１のリブ３９ａと第２のリブ３９ｂとの合計質量を、ミラー部１１の質量と同じにしている。これにより、支持体３１の一方の面３２ａ側の質量と他方の面３２ｂ側の質量とが同じになるので、トーションバー１５等により構成される可動部３７の重心が、トーションバー１５の軸線ＡＸ上に位置するように、可動部３７の重心を調整できる。よって、支持体３１の一方の面３２ａ側と他方の面３２ｂ側とで慣性モーメントのバランスをとることができる。

すなわち、図９に示すように、ミラー部１１、支持体３１、第１のリブ３９ａ、第２のリブ３９ｂ、第１のトーションバー１５ａ及び第２のトーションバー１５ｂによって構成される可動部３７の重心を、第１のトーションバー１５ａ及び第２のトーションバー１５ｂの中心軸である軸線ＡＸ上に位置させることができる。よって、ミラー部１１をトーションバー１５の軸線ＡＸ周りに揺動させたときに、ミラー部１１がトーションバー１５の軸線ＡＸ周りの揺動以外の運動をするのを抑制できる。

ここでの同じ質量とは、第１のリブ３９ａと第２のリブ３９ｂとの合計質量が、ミラー部１１の質量と完全に同一又は略同一の意味である。略同一とは、ミラー部１１をトーションバー１５の軸線ＡＸ周りに揺動させたときに、ミラー部１１がトーションバー１５の軸線ＡＸ周りの揺動以外の運動をするのを抑制できる範囲である。

さらに、本実施形態によれば、図７及び図８に示すように、リブ(第１のリブ３９ａ、第２のリブ３９ｂ)は、支持体３１の他方の面３２ｂ(非当接面)に設けられており、一方の面３２ａ(当接面)に設けられていない。そして、図７及び図８に示すように、支持体３１の一方の面３２ａ側において、第１の支持部材３１ａ、第２の支持部材３１ｂ、第３の支持部材３１ｃ、第４の支持部材３１ｄ、第５の支持部材３１ｅ、第１のトーションバー１５ａ及び第２のトーションバー１５ｂの表面は、同一平面上に位置している。従って、ＳＯＩ基板４３の両方の面をエッチングする必要がなく、一方の面を選択的にエッチングすることによって、リブを形成できるので、光偏向器１０の製造工程の数を減らすことができる。よって、光偏向器１０のコストを下げることが可能となる。

図１２に示すように、ＳＯＩ基板４３のシリコン層４５及びシリコン酸化膜４７により、支持体３１及びトーションバー１５が構成される。ＳＯＩ基板４３のシリコン層４９により、第１のリブ３９ａ及び第２のリブ３９ｂが構成される。このため、第１のリブ３９ａの厚さ及び第２のリブ３９ｂの厚さを、シリコン層４９の厚さにすることができるので、第１のリブ３９ａの厚さ及び第２のリブ３９ｂの厚さの精度(つまり、第１のリブ３９ａと第２のリブ３９ｂとの合計質量の精度)を高くすることができる。

図９を参照して、例えば、第１のトーションバー１５ａの厚さを、第１の支持部材３１ａの厚さと第１のリブ３９ａの厚さとの合計値にすると、第１のトーションバー１５ａの剛性が大きくなる。同様に、第２のトーションバー１５ｂの厚さを、第２の支持部材３１ｂの厚さと第２のリブ３９ｂの厚さとの合計値にすると、第２のトーションバー１５ｂの剛性が大きくなる。これにより、ミラー部１１が揺動する角度(すなわち、図４に示す偏向角θの最大値)が小さくなる。

そこで、本実施形態では、図９に示すように、第１のトーションバー１５ａの厚さを、第１の支持部材３１ａの厚さと第１のリブ３９ａの厚さとの合計値より小さくし、第２のトーションバー１５ｂの厚さを、第２の支持部材３１ｂの厚さと第２のリブ３９ｂの厚さとの合計値より小さくしている。これにより、ミラー部１１が揺動する角度を大きくしている。

１ 画像形成装置
１０ 光偏向器
１１ ミラー部
１１ａ ミラー部の表面
１１ｂ ミラー部の裏面
１５ トーションバー
１５ａ 第１のトーションバー
１５ｂ 第２のトーションバー
１７(１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ) ミラー駆動部
１９，２１ 梁(固定部)
３１ 支持体
３１ａ 第１の支持部材
３１ｂ 第２の支持部材
３１ｃ 第３の支持部材
３１ｄ 第４の支持部材
３１ｅ 第５の支持部材
３２ａ 支持体の一方の面
３２ｂ 支持体の他方の面
３７ 可動部
３９ａ 第１のリブ(補強部材)
３９ｂ 第２のリブ(補強部材)
４１ 空間部
４３ ＳＯＩ基板
１１５ 光走査装置
３１１ 第５の支持部材の本体部
３１２ 第５の支持部材の第１の接続部
３１３ 第５の支持部材の第２の接続部

Claims (8)

1. 固定部と、
   所定の揺動軸周りに揺動して、光を偏向するミラー部、前記固定部に固定支持され、前記揺動軸となる軸線を有するトーションバー、及び、前記ミラー部を支持し、前記トーションバーに固定された支持体を有する可動部とを備え、
   前記支持体は、前記ミラー部と当接する当接面と、該当接面と反対側の非当接面とを含み、
   前記支持体の前記当接面と前記非当接面との内、前記非当接面にのみ設けられ、前記支持体を補強し、かつ前記可動部の重心が前記軸線上に位置するように前記可動部の重心を調整する補強部材と、を備える光偏向器。
2. 前記補強部材は、前記トーションバーと交差する方向に延び、かつ前記非当接面から突出したリブである請求項１に記載の光偏向器。
3. 前記支持体は、前記トーションバーと交差する方向に延びる第１の支持部材と、前記第１の支持部材と対向して配置され、前記トーションバーと交差する方向に延びる第２の支持部材と、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とをつなぐ第３の支持部材と、前記トーションバーに対して前記第３の支持部材と対称に配置され、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とをつなぐ第４の支持部材とを含み、前記第１の支持部材、前記第２の支持部材、前記第３の支持部材及び前記第４の支持部材で規定される空間部を有しており、
   前記トーションバーは、前記第１の支持部材の中央で前記第１の支持部材に固定された第１のトーションバーと、前記第２の支持部材の中央で前記第２の支持部材に固定された第２のトーションバーと、を含み、
   前記リブは、前記第１の支持部材の前記非当接面側に設けられた第１のリブと、前記第２の支持部材の前記非当接面側に設けられた第２のリブと、を含む請求項２に記載の光偏向器。
4. 前記第１のトーションバーの厚さは、前記第１の支持部材の厚さと前記第１のリブの厚さとの合計値より小さくされており、
   前記第２のトーションバーの厚さは、前記第２の支持部材の厚さと前記第２のリブの厚さとの合計値より小さくされている請求項３に記載の光偏向器。
5. 前記第１の支持部材、前記第２の支持部材、前記第３の支持部材、前記第４の支持部材、前記第１のトーションバー及び前記第２のトーションバーは、それぞれ、前記当接面側に向いた平面部を有し、前記各平面部は、同一平面内に位置している請求項３又は４に記載の光偏向器。
6. 前記補強部材の質量と前記ミラー部の質量とは、同じである請求項１〜５のいずれか一項に記載の光偏向器。
7. 前記支持体によって支持された前記ミラー部を、前記トーションバーの前記軸線周りに揺動させる駆動力を、圧電素子を用いて生成するミラー駆動部を備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の光偏向器。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の光偏向器と、
   前記ミラー部に光ビームを照射する光源と、を備える光走査装置。

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