JP4895196B2 - アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置 - Google Patents
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Description
特許文献1にかかるアクチュエータは、枠状の外枠部と、外枠部の内側に設けられた板状部材(反射ミラー)と、板状部材をその両側から支持するように外枠部と板状部材とを連結する1対の第1ねじりバネと、外枠部を支持するための固定部と、外枠部をその両側から支持するように外枠部と固定部とを連結する1対の第2ねじりバネとからなる2自由度振動子を備えている。
このようなアクチュエータは、外枠部に対向するように、基板の上面に設けられた1対の固定平板電極を備えている。
以上より、このようなアクチュエータは、小型化および省電力化を図りつつ、板状部材を大きく回動させることが難しい。
本発明のアクチュエータは、回動可能に設けられた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対して固定的に設けられた固定平板電極と、
前記固定平板電極に対向するように設けられ、前記固定平板電極に対して変位可能な可動平板電極と、
前記支持部と前記質量部とを連結する1対の第1の連結部と、
前記質量部と前記可動平板電極とを連結する少なくとも1つの第2の連結部とを有し、
前記1対の第1の連結部は、互いに同軸的に設けられ、前記1対の第1の連結部を回動中心軸として前記質量部が回動するよう構成されており、
前記第2の連結部は、前記質量部のうちの前記回動中心軸とは一致しない部分と前記可動平板電極とを連結し、
前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に電圧を印加し、前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に静電力を発生させることで、前記可動平板電極と前記固定平板電極とを略平行に保ちつつ、前記可動平板電極をその厚さ方向へ変位させ、それに伴い、前記1対の第1の連結部および前記第2の連結部のそれぞれを変形させつつ前記質量部を回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、前記可動平板電極の前記固定平板電極と対向する面の面積を大きくすることができ、大きな回動角を有するアクチュエータを提供することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記支持部は、前記可動平板電極の平面視にて、前記可動平板電極の内側に1対設けられていることが好ましい。
これにより、前記質量部と前記1対の第1の連結部とを備える振動系を前記可動平板電極の内側に設けることができ、アクチュエータの小型化を図ることができる。また、前記各第1の連結部の形状などの設計の自由度が増加し、アクチュエータの製造の簡易化を図ることができる。
これにより、より確実に、回動中心軸を一定に保ちつつ、前記質量部を回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記各第2の連結部は、前記質量部の回動中心軸の近傍で、前記質量部と連結していることが好ましい。
これにより、前記質量部の回動角を大きくすることができる。
これにより、アクチュエータの製造の簡易化および製造コストの削減を図ることができる。また、アクチュエータの小型化を図ることができる。また、振動特性に優れるアクチュエータを提供することができる。
これにより、アクチュエータの製造の容易化を図ることができる。また、前記可動平板電極が前記固定平板電極に対して変位する際に、前記可動平板電極と前記固定平板電極との間の空間に存在する気体を前記貫通孔から逃がすことができる。
本発明のアクチュエータでは、前記質量部には、光反射性を有する光反射部が設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータを光学デバイスに用いることができる。
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対して固定的に設けられた固定平板電極と、
前記固定平板電極に対向するように設けられ、前記固定平板電極に対して変位可能な可動平板電極と、
前記支持部と前記質量部とを連結する1対の第1の連結部と、
前記質量部と前記可動平板電極とを連結する少なくとも1つの第2の連結部とを有し、
前記1対の第1の連結部は、互いに同軸的に設けられ、前記1対の第1の連結部を回動中心軸として前記質量部が回動するよう構成されており、
前記第2の連結部は、前記質量部のうちの前記回動中心軸とは一致しない部分と前記可動平板電極とを連結し、
前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に電圧を印加し、前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に静電力を発生させることで、前記可動平板電極と前記固定平板電極とを略平行に保ちつつ、前記可動平板電極をその厚さ方向へ変位させ、それに伴い、前記1対の第1の連結部および前記第2の連結部のそれぞれを変形させつつ前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成されていることを特徴とする。
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対して固定的に設けられた固定平板電極と、
前記固定平板電極に対向するように設けられ、前記固定平板電極に対して変位可能な可動平板電極と、
前記支持部と前記質量部とを連結する1対の第1の連結部と、
前記質量部と前記可動平板電極とを連結する少なくとも1つの第2の連結部とを有し、
前記1対の第1の連結部は、互いに同軸的に設けられ、前記1対の第1の連結部を回動中心軸として前記質量部が回動するよう構成されており、
前記第2の連結部は、前記質量部のうちの前記回動中心軸とは一致しない部分と前記可動平板電極とを連結し、
前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に電圧を印加し、前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に静電力を発生させることで、前記可動平板電極と前記固定平板電極とを略平行に保ちつつ、前記可動平板電極をその厚さ方向へ変位させ、それに伴い、前記1対の第1の連結部および前記第2の連結部のそれぞれを変形させつつ前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナを備えることを特徴とする。
これにより、小型化および省電力化を図りつつ、優れた描画特性を発揮することのできる画像形成装置を提供することができる。
<第1実施形態>
まず、本発明のアクチュエータの第1実施形態を説明する。
図1は、本発明のアクチュエータの第1実施形態を示す斜視図、図2は、図1中のA−A線断面図、図3は、図1中のB−B線断面図、図4は、図1に示すアクチュエータの駆動電圧の電圧波形の一例を示す図、図5は、アクチュエータの駆動を説明するための図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図1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2、図3および図5中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
基体2は、質量部21と、可動平板電極(枠状部)22と、1対の支持部231、232と、1対の第1の連結部241、242と、1対の第2の連結部251、252と、4つの第3の連結部261、262、263、264と、外側支持部27とを備えている。
このようなアクチュエータ1にあっては、可動平板電極22と固定平板電極3との間に電圧を印加し、可動平板電極22と固定平板電極3との間に静電力(クーロン力)を発生させることで、可動平板電極22と固定平板電極3とを平行に保ちつつ、第3の連結部261〜264のそれぞれを曲げ変形させながら可動平板電極22をその厚さ方向へ変位(平行移動)させ、それに伴い、第1の連結部241、242および第2の連結部251、252のそれぞれを捩れ変形させながら質量部21を回動中心軸Xに対して回動させるように構成されている。
1対の第1の連結部241、242のそれぞれは、長手形状をなし、弾性変形可能に構成されている。また第1の連結部241、242は、互いに同一形状、同一寸法をなしている。
なお、本実施形態のアクチュエータ1は、質量部21の平面視にて、回動中心軸Xと質量部21の中心(重心)とが一致するように、第1の連結部241、242により質量部21が両持ち支持されている。
以上のような可動平板電極22は、第2の連結部251、252を介して質量部21と連結され、第3の連結部261〜264を介して外側支持部27と連結されている。
なお、第3の連結部は、可動平板電極22と固定平板電極3とを平行に保ちつつ、可動平板電極22をその厚さ方向へ変位可能に連結することができれば、本実施形態に限定されず、第3の連結部の数、形状、配置などは、特に限定されない。
このような支持基板3は、シリコンを主材料として構成されている。このようにシリコン(半導体)を主材料として構成することにより、支持基板3の上面に別途、電極を設けなくても、支持基板3を電極(固定平板電極)として用いることができる。これにより、アクチュエータ1の製造の簡易化および製造コストの削減を図ることができる。
接合層4は、支持部231、232および外側支持部27の平面視形状に対応するように形成されている。すなわち、支持部231、232と外側支持部27とが接合層4を介して支持基板3に接合されることにより、基体2全体が支持基板3に支持されている。
また、接合層4は、基体2(可動平板電極22)と支持基板(固定平板電極)3とを絶縁する絶縁層でもある。さらに、接合層4は、可動平板電極22と固定平板電極3との間に空間を形成するためのギャップ層でもある。したがって、接合層4の厚さは、第3の連結部261〜264の形状、ばね定数や、印加する電圧の強さなどを考慮して定めることができる。
このような接合層4の構成材料としては、基体2と支持基板3とを接合することができれば、特に限定されないが、本実施形態のように絶縁性を有するものが好ましい。これにより、アクチュエータ1の製造時に、可動平板電極22と固定平板電極3とを絶縁する工程を省略することができる。
具体的には、例えば、まず、可動平板電極22をアースしておく。この状態にて、可動平板電極22と固定平板電極3との間に、例えば、図4に示すような波形の電圧を印加すると、可動平板電極22と固定平板電極3との間に静電力(クーロン力)が生じる。
これにより、図5に示すように、可動平板電極22と固定平板電極3とが平行に保たれたまま、可動平板電極22が、支持基板3の方へ引き付けられる。そして、この可動平板電極22の変位により、第2の連結部251、252を介して、回動中心軸Xに対して質量部21の片側(質量部21と第2の連結部251、252との境界部が位置する側)が、支持基板3の方へ引き付けられる。これにより質量部21が、回動中心軸X(第1の連結部241、242)を軸に支持部231、232に対して傾斜する。
なお、可動平板電極22と固定平板電極3との間に発生する静電力を周期的に変化させ、質量部21を支持部231、232に対して回動させることができれば、可動平板電極22と固定平板電極3との間に印加する電圧の波形などは、特に限定されない。
図6および図7は、それぞれ、第1実施形態のアクチュエータ1の製造方法を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下では、説明の便宜上、図6および図7中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
まず、図6(a)に示すように、Si層61とSiO2層62とSi層63とが積層したSOI基板6を用意する。
次に、金属マスク52を介して、Si層63をエッチングした後、金属マスク52を除去する。これにより、図6(d)に示すように、開口部31が形成された支持基板(固定平板電極)3が得られる。なお、この際にも、SiO2層62は、エッチングのストップ層として機能する。
また、支持部231、232は、第1の連結部241、242を介して質量部21を支持することができれば、その数、形状、配置については、特に限定されない。例えば、可動平板電極22の内側に設けられていなくてもよく、また、1つの支持部で第1の連結部241、242を介して質量部を支持していてもよい。
次に、本発明のアクチュエータの第2実施形態について説明する。
図8は、本発明のアクチュエータの第2実施形態を示す斜視図、図9は、図8中のA−A線断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図8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9中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
本発明の第2実施形態にかかるアクチュエータ1Aは、図8に示すような基体7Aと、接合層4Aを介して基体7Aを支持する1対の支持基板(固定平板電極)81A、82Aとを有している。
基体7Aは、質量部71Aと、1対の可動平板電極(板状部)72A、73Aと、1対の連結部74A、75Aと、4つの弾性連結部76Aと、4つの弾性連結部77Aと、支持部78Aとを備えている。また、連結部74Aは、1対の弾性部材741A、742Aで構成され、連結部75Aは、1対の弾性部材751A、752Aで構成されている。
このようなアクチュエータ1Aにあっては、第1の平行平板電極(可動平板電極72Aと固定平板電極81Aとの間)、および、第2の平行平板電極(可動平板電極73Aと固定平板電極82Aの間)のそれぞれに電圧を交互に印加し、可動平板電極72Aと固定平板電極81Aとの間、および、可動平板電極73Aと固定平板電極82Aとの間に静電力(クーロン力)を発生させ、可動平板電極72Aと固定平板電極81A、および、可動平板電極73Aと固定平板電極82Aのそれぞれを平行に保ちつつ、可動平板電極72Aと可動平板電極73Aとをその厚さ方向へ交互に変位させ、それに伴い、連結部74A、75Aのそれぞれを捩れ変形させながら質量部71Aを回動中心軸Xに対して回動させるように構成されている。
1対の可動平板電極72A、73Aは、質量部71Aの平面視にて、回動中心軸Xに対して対称的に設けられている。すなわち、1対の可動平板電極72A、73Aは、質量部71Aの平面視にて、回動中心軸Xを介して互いに離間するように設けられている。
これと同様に、可動平板電極73Aには、その厚さ方向に貫通する複数の貫通孔731Aが形成されている。このような可動平板電極73Aは、連結部75Aにより質量部71Aに連結され、弾性連結部77Aにより支持部78Aに連結されている。なお、可動平板電極72Aと可動平板電極73Aとは、互いに同一形状かつ同一寸法をなしている。
このような支持基板81A、82Aのそれぞれは、シリコンを主材料として構成されている。このようにシリコン(半導体)を主材料とすることにより、支持基板81A、82Aのそれぞれの上面に別途、電極を設けなくても、支持基板81A、82Aを電極(固定平板電極)として用いることができる。これにより、アクチュエータ1Aの製造の簡易化および製造コストの削減を図ることができる。
以上、本発明にかかるアクチュエータについて説明したが、本発明にかかるアクチュエータは、光反射部を備えているため、例えば、光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどの光学デバイスに適用することができる。
また、本発明にかかる光スキャナは、光反射部を備えた質量部と、固定平板電極と、固定平板電極の面に略垂直な方向へ変位可能な1対の可動平板電極と、1対の可動平板電極のぞれぞれと前記質量部とを連結する1対の連結部とを有し、1対の可動平板電極は、前記質量部の回動中心軸を介して互いに離間するように設けられている。
なお、本発明にかかる光スキャナの実施形態としては、前述した第1実施形態および第2実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
具体的に、図10に示すようなプロジェクタ9について説明する。なお、説明の便宜上、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。
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。
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、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、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93、94によって走査され、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。
まず、ダイクロイックミラー92で合成された光は、光スキャナ93によって横方向に走査される(主走査)。そして、この横方向に走査された光は、光スキャナ94によってさらに縦方向に走査される(副走査)。これにより、2次元カラー画像をスクリーンS上に形成することができる。
このような光スキャナ93、94として本発明にかかる光スキャナを用いることにより、小型で、かつ、省電力駆動が可能なプロジェクタ9を提供することができる。
また、前述した実施形態では、アクチュエータの中心を通り質量部や駆動部の回動中心軸Xに直角な面に対しほぼ対称(左右対称)な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。
Claims (10)
- 回動可能に設けられた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対して固定的に設けられた固定平板電極と、
前記固定平板電極に対向するように設けられ、前記固定平板電極に対して変位可能な可動平板電極と、
前記支持部と前記質量部とを連結する1対の第1の連結部と、
前記質量部と前記可動平板電極とを連結する少なくとも1つの第2の連結部とを有し、
前記1対の第1の連結部は、互いに同軸的に設けられ、前記1対の第1の連結部を回動中心軸として前記質量部が回動するよう構成されており、
前記第2の連結部は、前記質量部のうちの前記回動中心軸とは一致しない部分と前記可動平板電極とを連結し、
前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に電圧を印加し、前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に静電力を発生させることで、前記可動平板電極と前記固定平板電極とを略平行に保ちつつ、前記可動平板電極をその厚さ方向へ変位させ、それに伴い、前記1対の第1の連結部および前記第2の連結部のそれぞれを変形させつつ前記質量部を回動させるように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。 - 前記可動平板電極は、該可動平板電極の平面視にて、前記質量部の外周を囲むように形成されている請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記支持部は、前記可動平板電極の平面視にて、前記可動平板電極の内側に1対設けられている請求項2に記載のアクチュエータ。
- 前記第2の連結部は、前記質量部をその両側から支持するように1対設けられている請求項1ないし3のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記各第2の連結部は、前記質量部の回動中心軸の近傍で、前記質量部と連結している請求項1ないし4のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記支持部と、前記質量部と、前記可動平板電極と、前記1対の第1の連結部と、前記第2の連結部とは、シリコンを主材料として一体的に形成されている請求項1ないし5のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記可動平板電極には、その厚さ方向へ貫通する複数の貫通孔が形成されている請求項1ないし6のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記質量部には、光反射性を有する光反射部が設けられている請求項1ないし7のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 光反射性を有する光反射部を備え、回動可能に設けられた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対して固定的に設けられた固定平板電極と、
前記固定平板電極に対向するように設けられ、前記固定平板電極に対して変位可能な可動平板電極と、
前記支持部と前記質量部とを連結する1対の第1の連結部と、
前記質量部と前記可動平板電極とを連結する少なくとも1つの第2の連結部とを有し、
前記1対の第1の連結部は、互いに同軸的に設けられ、前記1対の第1の連結部を回動中心軸として前記質量部が回動するよう構成されており、
前記第2の連結部は、前記質量部のうちの前記回動中心軸とは一致しない部分と前記可動平板電極とを連結し、
前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に電圧を印加し、前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に静電力を発生させることで、前記可動平板電極と前記固定平板電極とを略平行に保ちつつ、前記可動平板電極をその厚さ方向へ変位させ、それに伴い、前記1対の第1の連結部および前記第2の連結部のそれぞれを変形させつつ前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成されていることを特徴とする光スキャナ。 - 光反射性を有する光反射部を備え、回動可能に設けられた質量部と、
前記質量部を支持するための支持部と、
前記支持部に対して固定的に設けられた固定平板電極と、
前記固定平板電極に対向するように設けられ、前記固定平板電極に対して変位可能な可動平板電極と、
前記支持部と前記質量部とを連結する1対の第1の連結部と、
前記質量部と前記可動平板電極とを連結する少なくとも1つの第2の連結部とを有し、
前記1対の第1の連結部は、互いに同軸的に設けられ、前記1対の第1の連結部を回動中心軸として前記質量部が回動するよう構成されており、
前記第2の連結部は、前記質量部のうちの前記回動中心軸とは一致しない部分と前記可動平板電極とを連結し、
前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に電圧を印加し、前記固定平板電極と前記可動平板電極との間に静電力を発生させることで、前記可動平板電極と前記固定平板電極とを略平行に保ちつつ、前記可動平板電極をその厚さ方向へ変位させ、それに伴い、前記1対の第1の連結部および前記第2の連結部のそれぞれを変形させつつ前記質量部を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナを備えることを特徴とする画像形成装置。
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