JP4984988B2 - 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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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。
しかし、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、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。
本発明のアクチュエータは、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、
前記駆動部材に設けられた第1の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第2の軟磁性体と、前記第1の軟磁性体および前記第2の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第1の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記X軸から離間した位置に設けられ、
前記第2の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Y軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第1の電圧と第2の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。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、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、第2の電圧の周波数で前記Y軸まわりに回動させることができるアクチュエータを提供することができる。
これにより、同一電圧下では、前記第1の軟磁性体が前記駆動部材の前記X軸から近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、前記駆動部材を前記X軸まわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータの省電力化を図りつつ、前記駆動部材の回動角を大きくすることができる。
これにより、アクチュエータの駆動の際に、前記各第1の軸部材が前記X軸および前記Y軸のそれぞれの軸に直行する方向へ撓んでしまうことを抑制することができる。つまり、前記各第1の軸部材の前記X軸まわりの捩れ変形以外の変形を抑制することができる。その結果、円滑に、前記駆動部材を前記X軸まわりに回動させることができる。
これにより、前記第1の軟磁性体と前記コイルとの離間距離を短くすることができるため、アクチュエータの小型化および省電力化を図ることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記第2の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の板面の前記Y軸から遠位に位置する部位に設けられていることが好ましい。
これにより、同一電圧下では、前記第2の軟磁性体が前記可動板の前記Y軸から近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、前記可動板を前記Y軸まわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータの省電力化を図りつつ、前記可動板の回動角を大きくすることができる。
これにより、アクチュエータの駆動の際に、前記各第2の軸部材が前記X軸および前記Y軸のそれぞれの軸に直行する方向へ撓んでしまうことを抑制することができる。つまり、前記各第2の軸部材の前記Y軸まわりの捩れ変形以外の変形を抑制することができる。その結果、円滑に、前記可動板を前記Y軸まわりに回動させることができる。
これにより、前記第2の軟磁性体と前記コイルとの離間距離を短くすることができるため、アクチュエータの小型化および省電力化を図ることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記コイルは、前記可動板の平面視にて、前記第1の軟磁性体および前記第2の軟磁性体を囲むように設けられていることが好ましい。
これにより、前記コイル(つまり、1つのコイル)から発生する磁界によって、前記第1の軟磁性体および前記第2の軟磁性体のそれぞれを磁化することができる。その結果、アクチュエータの小型化および低コスト化を図ることができる。
これにより、極めて円滑に、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、第2の電圧の周波数で前記Y軸まわりに回動させることができる。
これにより、効果的に、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、第2の電圧の周波数で前記Y軸まわりに回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記可動板は、前記第2の軟磁性体と反対の面に設けられた光反射性を有する光反射部を有していることが好ましい。
これにより、アクチュエータを例えば、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。
前記駆動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、
前記駆動部材に設けられた第1の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第2の軟磁性体と、前記第1の軟磁性体および前記第2の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第1の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記X軸から離間した位置に設けられ、
前記第2の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Y軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第1の電圧と第2の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、前記光反射部で反射した光を2次元的に走査するように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、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、第2の電圧の周波数で前記Y軸まわりに回動させ、光を2次元的に走査することのできる光スキャナを提供することができる。
前記駆動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、
前記駆動部材に設けられた第1の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第2の軟磁性体と、前記第1の軟磁性体および前記第2の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第1の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記X軸から離間した位置に設けられ、
前記第2の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Y軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第1の電圧と第2の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、前記光反射部で反射した光を2次元的に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、低コスト化および小型化を図りつつ、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、第2の電圧の周波数で前記Y軸まわりに回動させ、光を2次元的に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。
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、図1中のA−A線断面図、図3は、図1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4は、図3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中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
図1に示すように、基体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。
支持基板3と基体2との間に形成された接合層4は、例えば、ガラス、シリコン、またはSiO2を主材料として構成されている。ただし、このような接合層4は、省略してもよい。すなわち、基体2と支持基板3とが直接接合されているものであってよい。
第1の軟磁性体61は、図1の平面視にて、円形状をなしている。ただし、第1の軟磁性体61の形状については、特に限定されず、図1の平面視にて、楕円形状をなしていてもよいし、四角形状をなしていてもよい。
また、第1の軟磁性体61は、図1の平面視にて、駆動部材211の回動中心軸Xから遠位に位置する部位に固着されている。これにより、同一電圧下では、第1の軟磁性体61が駆動部材211の回動中心軸Xから近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、駆動部材211を回動中心軸Xまわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータ1の省電力化を図りつつ、駆動部材211の回動角を大きくすることができる。
図1に示すように、第2の軟磁性体62は、可動板221の下面に固着されている。つまり、第2の軟磁性体62は、可動板221のコイル63と対向する面に固着されている。これにより、第2の軟磁性体62とコイル63との離間距離を短くすることができるため、アクチュエータ1の小型化および省電力化を図ることができる。また、第1の軟磁性体61は、第1の軟磁性体61が固着されている面と同じ側の面に固着されているため、アクチュエータ1の製造の簡易化を図ることができる。また、第2の軟磁性体62は、可動板221の光反射部221aと反対の面に固着されているため、第2の軟磁性体62によって、光反射部221aによる光走査が阻害されてしまうことを確実に防止することができる。
このような第1の軟磁性体61および第2の軟磁性体62は、それぞれ、軟磁性材料を主材料として構成されている。このような軟磁性材料としては、特に限定されず、Fe、各種Fe合金(ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト)などを好適に用いることできる。
このようなコイル63は、電圧印加手段64と電気的に接続されている。そして、電圧印加手段64によってコイル63に電圧を印加することで、コイル63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方向の磁束を有する磁界が発生する。そして、コイル63から発生した磁界によって磁化された第1の軟磁性体61および第2の軟磁性体62は、それぞれ、コイル63に引き付けられる。
第1の電圧V1は、パルス状に印加されている。このような第1の電圧V1により、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。すなわち、効果的に、可動板221を回動中心軸Xまわりに回動させることができる。だたし、第1の電圧V1のそれぞれの波形は、可動板221を回動中心軸Xまわりに回動させることができれば、これに限定されない。
第2の電圧V2は、パルス状に印加されている。このような第2の電圧V2により、アクチュエータ1は、効果的に光を水平走査(主走査)することができる。すなわち、効果的に、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。だたし、第2の電圧V2の波形は、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れば、これに限定されない。
このような第1の電圧発生部641および第2の電圧発生部642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。また、第1の電圧発生部641および第2の電圧発生部642には、電圧重畳部643が接続されている。
電圧重畳部643は、コイル63に電圧を印加するための加算器643aを備えている。加算器643aは、第1の電圧発生部641から第1の電圧V1を受けるとともに、第2の電圧発生部642から第2の電圧V2を受け、これらを重畳しコイル63に印加するようになっている。
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15kHz)。
すると、電圧V3のうちの第1の電圧V1に対応する電圧によって、駆動部材211の第1の軟磁性体61付近をコイル63に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界A」という)が間欠的に発生する。
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。
ここで、図1の平面視にて、第2の軟磁性体62は、可動板221の回動中心軸Yから離間した部位に固着されている。そのため、磁界Bが間欠的に発生することで、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の周波数で回動中心軸Yまわりに回動する。
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V3をコイル63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るとともに、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。
また、基体2に第1の軟磁性体61および第2の軟磁性体62を固着し、第1の軟磁性体61および第2の軟磁性体62に対向するようにコイル63を設けることで、通電によってコイル63から発生する熱による基体2の熱膨張を抑制することができる。すなわち、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。
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。
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。
また、前述した実施形態では、駆動部材に1つの第1の軟磁性体が固着されており、可動板221に1つの第2の軟磁性体が固着されているものについて説明したが、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の軟磁性体および第2の軟磁性体の数は、特に限定されない。
Claims (13)
- 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、
前記駆動部材に設けられた第1の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第2の軟磁性体と、前記第1の軟磁性体および前記第2の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第1の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記X軸から離間した位置に設けられ、
前記第2の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Y軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第1の電圧と第2の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アクチュエータ。 - 前記第1の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記X軸から遠位に位置する部位に設けられている請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記第1の軟磁性体は、前記可動板の平面視して、前記駆動部材の前記Y軸上に設けられている請求項1または2に記載のアクチュエータ。
- 前記第1の軟磁性体は、前記駆動部材の前記コイルと対向する面に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。
- 前記第2の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の板面の前記Y軸から遠位に位置する部位に設けられている請求項1ないし4のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記第2の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記X軸上に設けられている請求項1ないし5のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記第2の軟磁性体は、前記可動板の前記コイルと対向する面に設けられている請求項1ないし6のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記コイルは、前記可動板の平面視にて、前記第1の軟磁性体および前記第2の軟磁性体を囲むように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。
- 前記第2の電圧の周波数が前記第2の振動系の共振周波数と等しく、前記第1の電圧の周波数が前記第1の振動系の共振周波数と異なっている請求項1ないし8のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記第1の電圧および前記第2の電圧のそれぞれは、パルス状に印加させる請求項1ないし9のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記可動板は、前記第2の軟磁性体と反対の面に設けられた光反射性を有する光反射部を有している請求項1ないし10のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 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、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、
前記駆動部材に設けられた第1の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第2の軟磁性体と、前記第1の軟磁性体および前記第2の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第1の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記X軸から離間した位置に設けられ、
前記第2の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Y軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第1の電圧と第2の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、前記光反射部で反射した光を2次元的に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。 - 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、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、
前記駆動部材に設けられた第1の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第2の軟磁性体と、前記第1の軟磁性体および前記第2の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第1の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記X軸から離間した位置に設けられ、
前記第2の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Y軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第1の電圧と第2の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、前記光反射部で反射した光を2次元的に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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