(57)【要約】【課題】異種材料を貼り合わせて構成された振動ミラー素子を用いた光走査装置において環境温度が変化しても性能劣化のない安価な装置を提供する。【解決手段】線膨張係数の異なる材料で構成されたミラー５と振動子１とを接合して構成された振動ミラー素子１０を用いた光走査装置において、ヒータ７によって振動ミラー素子１０の温度を変えることでミラー５の反り量をコントロールしビーム結像位置を一定位置に保つことができる性能劣化のない装置を提供することができる。【選択図】図１
2010008543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
互いに線膨張係数の異なる材料で構成されたミラーと振動板とが接合されて構成されており、そのミラー又はその振動板の面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記光源からの光をそのミラーで反射しかつ走査する振動ミラー素子と、
前記光の像面上への結像を行う光学系と、
を備える光走査装置において、
前記振動ミラー素子の温度を調整することで前記ミラーの反り量を変化させ、前記結像の焦点距離を変化させる温度調整手段
を備えることを特徴とする、光走査装置。
【請求項２】
前記焦点距離を検出する検出手段を備える、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記光源からの光が走査する走査領域内に設けられた光検出素子を含んで構成され、光源からの光がその光検出素子上を通過する時間を測定することにより、前記焦点距離を検出する、請求項２記載の光走査装置。
【請求項４】
光を発する光源と、
互いに線膨張係数の異なる材料で構成されたミラーと振動板とが接合されて構成されており、そのミラー又はその振動板の面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記光源からの光をそのミラーで反射しかつ走査する振動ミラー素子と、
前記光の像面上への結像を行う光学系と、
を備える光走査装置において、
前記振動ミラー素子の温度を一定に保持することで前記ミラーの反り量を一定に保つ温度保持手段
を備える、光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を振動ミラー素子によって走査させ所定の像面上に結像させる光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタ等の画像形成装置は、レーザ光を走査することにより、感光体（感光ドラム）上に潜像を形成する。このようなレーザ光の走査は、レーザスキャニングユニットと呼ばれる光走査装置により実現される。レーザスキャニングユニットは、形成画像に応じて変調されて光源から出射されたレーザ光をミラーにより偏向し、偏向したレーザ光を感光体上にスポット状に結像する。この種のレーザスキャニングユニットに使用される偏向ミラーとして、複数の反射面を有するポリゴンミラーが広く知られている。ポリゴンミラーを備えるレーザスキャニングユニットは、モータ等の駆動手段によりポリゴンミラーを一方向に回転させることによりレーザ光を偏向する。
【０００３】
近年の書込速度高速化の要求に応じて、ポリゴンミラーの回転速度は高まっているが、ポリゴンミラーの回転数を高めると、風切音やモータの振動等に起因して発生する音が大きくなり静寂性を確保することが困難になる。また、ポリゴンミラーを備えるレーザスキャニングユニットは、モータ等の駆動手段を備える必要があるため、小型化や軽量化が困難であるという問題もある。このため、レーザスキャニングユニットに往復型の偏向ミラーが使用されることもある。
【０００４】
このような往復型の偏向ミラーとして振動ミラー素子が知られている。この振動ミラー素子は、レーザ光の走査方向に対して垂直方向に配置されたねじり回転軸を有する機械的振動子により構成されている。そして、振動子に支持されたミラーを往復振動させることでレーザ光を走査させる。
【０００５】
近年、このような振動ミラー素子の製造に半導体製造技術が適用されるようになっている。このような振動ミラー素子は、単結晶シリコン基板等の半導体基板を加工することにより形成され、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動ミラー素子として注目されている（例えば、特許文献１、２等参照。）。
【特許文献１】特開２００３−８４２２６号公報
【特許文献２】特開２００１−３０５４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような半導体製造技術を適用したＭＥＭＳ振動ミラー素子を製造するためには、リソグラフィ装置等の非常に高価な製造設備が必要であり、低コストで製造することが困難である。また、シリコン単結晶基板等の半導体基板を基材として形成されたＭＥＭＳ振動ミラー素子は、比較的容易にへき開するためハンドリングの際に破損しやすいという課題もある。
【０００７】
また、これに対し、金属材料を加工することにより振動板を構成し、この振動板にレーザ光を反射するためのミラーを貼り付けて振動ミラー素子を構成することも可能である。このとき、ミラーの基材にはガラスやシリコンなど比較的安価で鏡面を形成しやすい材料を用いるのが好ましい。さらに振動板およびミラーは高速化の観点からすると慣性モーメントを小さくするのが好ましく、したがってこの構成は厚みをあまり大きくできないものである。ここで、振動板とミラーが線膨張係数の異なる別の材料が貼りあわされた構成では、環境温度が変化したときにバイメタル効果により反り変形が生じる。さらに、このミラーの反り変形が生じるとビームの光軸方向における結像位置が変化してしまい、所定の像面においてはビーム径が太ってしまい解像度の低下を招くなどの問題が生じる。この構成では、前述したように厚みをあまり大きくできないので、そのような問題を避けられないという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような実情を鑑みて従来の課題を解決するものであって、異種材料が貼りあわせて構成された振動ミラー素子においても品質低下のない光走査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を採用している。
【００１０】
まず、本発明は、光を発する光源と、互いに線膨張係数の異なる材料で構成されたミラーと振動板とが接合されて構成されており、そのミラー又はその振動板の面に沿った一の線を軸として往復振動することで、前記光源からの光をそのミラーで反射しかつ走査する振動ミラー素子と、前記光の像面上への結像を行う光学系とを備える光走査装置を前提としている。
【００１１】
そして、このような光走査装置において、前記振動ミラー素子の温度を調整することで前記ミラーの反り量を変化させ、前記結像の位置を変化させる温度調整手段を設ける。  すなわち、本発明は、何らかの原因によってビーム結像位置（換言すれば、焦点距離）が変化した場合でもミラー素子の温度を変化させることでミラーの反り量を変化させてビーム結像位置を調整することができる構成となっている。
【００１２】
ここで、前記結像の位置を検出する検出手段をさらに設けて、前記のような調整を行うようにすることもできる。特に、前記検出手段を、前記光源からの光が走査する走査領域内に設けられた光検出素子を含んで構成し、光源からの光がその光検出素子上を通過する時間を測定することにより、前記結像の位置を検出することもできる。
また、他の実施形態として、前記振動ミラー素子の温度を一定に保持することで前記ミラーの反り量を一定に保つ温度保持手段と、前記振動ミラー素子の温度を測定する温度測定手段とを設けることもできる。これにより、前記結像の位置を常に一定に保つことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、振動ミラー素子を線膨張係数の異なる別々の材料で構成される振動板とミラーとを貼り合わせて構成した光走査装置において、発生するビーム結像位置の変化に対してミラーの温度を変えることでミラーの反り量を変化させる。これによってビーム結像位置を調整することができ、安価で品質の良好な装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（振動ミラー素子の構成）
まず、本発明の光走査装置の一例であるレーザスキャニングユニットに搭載される振動ミラー素子１０の構造について詳細に説明する。図１は、本実施形態の振動ミラー素子１０の構造を示す概略斜視図である。図１に示すように、振動ミラー素子１０は、後述するプレス加工により成形された振動子１と、ミラー５と、永久磁石６とを備え、これらはそれぞれ接着剤により貼り合わされて構成されている。ここで、振動子１はチタン合金などの金属材料で構成され、ミラー５はシリコンやガラスなどの材料で構成されるが、本実施例においてはシリコンが用いられている。
【００１６】
振動子１は、ミラー５および永久磁石６が固定される支持部４が同一直線上に配置された２本の梁３により支持された構造を有する。梁３の他端は、振動子１として一体に成形された矩形状の枠体２に支持されており、振動子１は梁３をねじり回転軸として往復振動する。この往復振動は、永久磁石６に交番磁場を付与することで持続される。振動子１の枠体２には振動ミラー素子１０を加熱するためのヒータ７が取り付けられている。このヒータ７は本発明における温度調整手段を構成している。
【００１７】
永久磁石６に付与する交番磁場は、例えば、電磁石に交流電力を印加する駆動手段１１（図２参照）により生成できる。この場合、往復振動の周波数、すなわち、電磁石に印加する交流電力の周波数（以下、駆動周波数という。）と振動ミラー素子１０の共振周波数とが一致していると、振動ミラー素子１０の駆動のための消費電力を小さくすることができる。振動ミラー素子１０が共振周波数で往復振動する場合、振動を維持するために必要な外力の大きさが最小になるからである。
【００１８】
振動ミラー素子１０を介してレーザ光を感光体上で走査させるレーザスキャニングユニットでは、駆動周波数は感光体上の記録密度および印字速度（感光体の送り速度）に密接に関係する。すなわち、駆動周波数ｆは、記録密度Ｄ（ｄｐｉ）、印字速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）により以下の式１で示される。
【００１９】
【数１】
2010008543.tif 000003
【００２０】
式１は、振動ミラー素子１０がねじり回転軸に対していずれの方向に回転している場合にも印字を行う往復印字を前提としている。振動ミラー素子１０がねじり回転軸に対して一方向に回転している場合にのみ印字を行う片方向印字の場合には、駆動周波数ｆは２倍になる。例えば、記録密度Ｄが６００ｄｐｉであり、印字速度Ｖが１８０ｍｍ／ｓｅｃである場合、駆動周波数ｆは、約２１２６Ｈｚ（往復印字）である。
【００２１】
また、以上の構造を有する振動ミラー素子１０の共振周波数ｆ0は、梁３のばね定数Ｋ（両方の梁３の合計）と、ミラー５および永久磁石６を含む支持部４の慣性モーメントＪとにより、以下の式２で示される。
【００２２】
【数２】
2010008543.tif 000004
【００２３】
一方、本実施形態では、振動子１が金属材料により構成されているため、往復振動中に梁３に付加されるせん断応力が梁３の許容応力を超えると、振動子１が破損してしまう。このため、構造上、振動子１には、梁３に付加されるせん断応力が、梁３の許容応力以下であることが求められる。各梁３のねじり回転軸方向の長さをＬ、梁３の幅をｂ、梁３の厚さをｔ（ここでは、ｔ≦ｂ）、梁３に付与されるトルクをＴとすると、梁３の表面において幅方向の中点でのせん断応力τAは、以下の式３により表現される。
【００２４】
【数３】
2010008543.tif 000005
【００２５】
また、梁３の表面において厚さ方向の中点でのせん断応力τBは、以下の式４により表現される。
【００２６】
【数４】
2010008543.tif 000006
【００２７】
さらに、梁３の単位長さあたりのねじれ角ω（共振周波数で往復振動しているときの最大振り角θ／梁長Ｌ）は、梁３の横方向弾性係数Ｇを用いて、以下の式５により表現される。
【００２８】
【数５】
2010008543.tif 000007
【００２９】
この場合、ばね定数Ｋは、以下の式６を満足する。
【００３０】
【数６】
2010008543.tif 000008
【００３１】
したがって、梁３は、式３および式４に示すせん断応力τAとτBとが、梁３の許容応力以下であり、かつ式２、式５および式６を満足する必要がある。
【００３２】
以下、振動ミラー素子１０の具体的な構造をその設計手順とともに説明する。振動ミラー素子１０を設計する場合、まず、振動子１を構成する金属材料を選定する。上述のように、振動子１はプレス加工により成形される。このような成形を可能とするために、金属材料はフープ材であることが望ましい。また、往復振動に起因する金属疲労を生じることがなく、かつ梁３の許容応力を大きくするという観点では、振動子１を構成する金属材料は、大きな疲労限度を有することが望ましい。
【００３３】
さらに、慣性モーメントＪを小さくする（共振周波数ｆ0を大きくする）観点では、密度が小さいことが好ましく、往復振動の振り角θを大きくする観点では、横弾性係数Ｇが小さいことが好ましい（上記式５参照）。加えて、耐環境性能の観点からは材料的に安定しており、価格も安価であることが好ましい。そこで、本実施形態では、以上の条件を全て満足する金属材料としてチタン合金（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ、ＡＭＳ４９１４）を採用している。当該チタン合金の疲労強度は３５０ＭＰａであり、密度は４．７ｇ／ｃｍ3である。なお、振動子１を構成する金属材料として、他の金属を採用することも可能である。
【００３４】
振動子１を構成する金属材料を選定した後、振動ミラー素子１０の振り角、ミラー５の材質およびサイズ、永久磁石６の材質およびサイズを決定する。振動ミラー素子１０の振り角およびミラー５のサイズは、レーザスキャニングユニットとして所望のビーム特性を得るのに必要な振り角およびサイズに決定される。当該ビーム特性は、振動ミラー素子１０と、振動ミラー素子１０により反射されたビームを感光体上に結像するレンズとの間の距離等のレーザスキャニングユニットの構造に依存して決まる。
【００３５】
例えば、記録密度Ｄが６００ｄｐｉであり、印字速度Ｖが１８０ｍｍ／ｓｅｃである場合、振り角は±２３度、ミラー５のサイズは幅４．７ｍｍ×長さ（ねじり回転軸方向）０．８ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍとすることができる。なお、ここではミラー５の平面形状を矩形としているが、所望のビーム形状のレーザ光を反射可能であれば、楕円形状等の他の平面形状であってもよい。また、ミラー５の材質はレーザ光を反射可能な材質であればよく、ここではシリコンからなるベース材料にアルミなどの材料からなる反射膜を設けさらにその上に保護膜を設けた構成になっている。
【００３６】
次いで、上記チタン合金の疲労強度に基づいて許容応力を決定する。許容応力は、チタン合金の疲労強度曲線（Ｓ−Ｎ曲線）に基づいて決定することができる。図３は、上記チタン合金のＳ−Ｎ曲線を示す図である。上述のように、当該チタン合金の疲労限度は３５０ＭＰａであり、最大振り角時に梁３に付与される最大応力が当該疲労限度以下とすれば、半永久的な寿命を実現することができる。ここでは、疲労限度３５０ＭＰａに対して１００ＭＰａのマージンを設けた２５０Ｍｐａを許容応力としている。
【００３７】
ミラー５は、振動子１の支持部４に接着剤で接合されるが、前述のように振動子１とミラー５は異なる材料で構成されており、それぞれ線膨張係数が異なる。振動子１を構成するチタン合金の線膨張係数は８．５×１０-6／℃であり、ミラー５を構成するシリコンの線膨張係数は３×１０-6／℃となっている。線膨張係数が異なる材料が接合されて構成されているため、環境温度が変化するとそれぞれの材料の伸縮量が異なるために接合部分においてバイメタル効果によって一定の曲率で反り変形が生じる。
【００３８】
ただし、接合されていない部分については変形が生じないためミラーの外側部分については内側部分の反りの延長で面が傾斜しているものの曲率を持たない。図４に環境温度が接合時より高温に変化したときのミラー５と振動子1における支持部４のねじり軸方向から見た変形状態の例を示す。ミラー５より振動子1の伸びが大きいためミラー面側に凹形状に変形する。ミラー５は一定の曲率で反った場合には、光軸方向における結像位置（換言すれば、焦点距離）は変化するもののミラーからの反射光を結像レンズなどの手段によって一点に集光することが可能である。
【００３９】
一方、ミラーの中に曲率が異なる部分がある場合にはそれぞれの部分ごとに結像位置が異なるため一点に集光することができず、ビームが十分に絞れないという問題が発生する。このため、本発明においては、ミラー５と振動子支持部４のミラー走査方向における接合長さをミラー有効領域の７０％以上となるように構成している。ミラー中央部の曲率が一定の領域を７０％以上設けることでビームを実用上問題のないレベルまで絞ることが可能となっている。
【００４０】
ヒータ７は振動ミラー素子１０を加熱することでミラー部の温度を変えることが可能な温度調整手段である。これによってミラー５と振動子支持部４とが構成するバイメタルの曲率（反り量）をコントロールできる。図１１に、ヒータ７の温度と上記曲率との関係を示す。
【００４１】
このように温度調整手段を設けたことが、本発明の最大の特徴である。この温度調整手段によってミラー５の曲率（反り量）を調整することが可能となり、反射したビームの結像位置（焦点距離）を調整することができる。
【００４２】
このことを別の視点から把握すると、振動ミラー素子１０を常に一定温度に保持することで、ミラー５の曲率（反り量）を常に一定に保つことも可能であるが、これについては後述する。
【００４３】
永久磁石６は、振動子支持部４に固定可能なサイズで、振動ミラー素子１０を往復振動させる外力を発生しうるものであればよい。ここでは、永久磁石６として、径０．８ｍｍ×厚さ０．４の希土類磁石を使用している。
【００４４】
続いて、振動子１の厚みを仮設定し、ミラー５および永久磁石６を固定した状態、すなわち、ミラー５、永久磁石６、ミラー５を支持部４に固定するための接着部材および永久磁石６を支持部４に固定するための接着部材を含めた状態で、慣性モーメントＪを算出する。そして、当該慣性モーメントＪおよび式２より、所望の共振周波数ｆ0が得られるばね定数Ｋを算出する。そして、算出したばね定数Ｋと式３〜式６を用いて、式３および式４のせん断応力τA、τBが許容応力２５０ＭＰａ以下になる条件下で、梁幅ｂおよび梁長Ｌを決定する。なお、梁厚ｔは、上記仮設定した支持部４の厚さと同一である。
【００４５】
（レーザスキャニングユニットの構成）
次に、上記のように構成された振動ミラー素子を備える本発明の光走査装置の一例であるレーザスキャニングユニットの構成について説明する。図２は、当該レーザスキャニングユニットを示す概略構成図である。レーザスキャニングユニット５０は、光源５２、偏向器５３、二次光学系となる結像レンズ系５４、反射ミラー６４、振幅検出センサ６５を筐体５１内に備える。
【００４６】
光源５２は、回路基板６３上に実装されたレーザダイオード６１と、コリメータレンズ６２とを備える一体のユニットとして構成されている。回路基板６３は、外部から入力される画像信号にしたがってレーザダイオード６１が出射するレーザ光の強度変調を行う。変調されたレーザ光はコリメータレンズ６２に入射される。コリメータレンズ６２は、円筒形状のガラスまたはプラスチックのレンズからなり、レーザダイオード６１から出力されたレーザ光をコリメータレンズ６２の光軸と一致した略平行光に変換して出力する。なお、レーザダイオード６１の発光点は、コリメータレンズ６２の焦点に配置されている。
【００４７】
光源５２から出力されたレーザ光は、アパーチャ５５、シリンドリカルレンズ５６を通じて偏向器５３の反射面に入射される。偏向器５３は、感光体上でのレーザ光の走査方向に対して垂直方向に配置されたねじり回転軸を有する振動ミラー素子１０と、当該振動ミラー素子１０を正弦的に往復振動させる駆動手段１１とにより構成されている。シリンドリカルレンズ５６は、振動ミラー素子１０の反射面上に、レーザ光のねじり回転軸方向のみを収束させた状態でレーザ光を投影する。
【００４８】
偏向器５３により偏向されたレーザ光は結像レンズ系５４に入射される。ここでは、結像レンズ系５４は、２枚のアクリルレンズにより構成されており、偏向器５３により偏向されたレーザ光を、感光体上の走査速度が略同一となる状態で感光体上にスポット状に結像させる。すなわち、結像レンズ系５４は、正弦的に振動する振動ミラー素子１０により反射され、入射角が時間とともに三角関数的に変化するレーザ光を、感光体上に等間隔なスポット列として結像させるアークサインθレンズになっている。
【００４９】
反射ミラー６４および振幅検出センサ６５は、振動ミラー素子１０によって走査され感光体に記録が行われる領域内の両方の外側に１組ずつ設けられていて、走査されたレーザ光は反射ミラー６４で反射されて振幅検出センサ６５に入射されるよう構成されている。振動ミラー素子１０は、これらの反射ミラー６４を越えて外側まで走査されるよう大きな振幅を持って振動するよう駆動される。これにより、レーザ光が走査する走査領域内に設けられた光検出素子である振幅検出センサ６５は、そのレーザ光の１往復の振動の間に、それぞれ、２回ずつ検出信号を出力する。ここで、２つの振幅検出センサ６５からの信号間の時間が一定になるよう制御すれば、振動ミラー素子１０の振幅は一定に保たれ、これにより画像も所定の位置に記録されるものである。
【００５０】
以上のように構成された装置において、環境温度が変化すると前述のようにミラー５は振動子支持部４との線膨張係数の差によって反りが発生する。ミラー５に反りが発生すると光軸方向における結像位置（焦点距離）が変化し、感光体上でビームが絞れなくなる。振幅検出センサ６５は反射ミラー６４を介して感光体の延長上に設置されている。この振幅検出センサ６５は、ビーム幅に比例したパルス幅の電圧を出力する素子である。したがって、振幅検出センサ６５の位置でビームが絞れていると感光体上でもビームを絞れることになる。振幅検出センサ６５においてビームが絞れているかどうかは、個々の振幅検出センサ６５をビームが通過する時間で判断できる。
【００５１】
すなわち、ビームが絞れているとビーム幅が小さいためビームが通過するのに要する時間は小さく、振幅検出センサ６５から出力されるパルス幅は狭くなり、一方ビームが絞れていないとビーム幅が大きいためビームが通過するのに要する時間は大きく、振幅検出センサ６５から出力されるパルス幅は広くなるものである。そこで、本実施形態では、振幅検出センサ６５から出力されるパルスのその幅によって、ビームの結像状態、すなわち結像位置を検出するものとし、その振幅検出センサ６５を、光源からの光のビーム結像位置を検出する検出手段としている。
【００５２】
また、振動ミラー素子１０に取り付けたヒータ７への通電量を変えてやると振動ミラー素子１０の温度が変化し、これに伴ってミラー５の反り量も変化する。ミラー５の反り量が変わると結像位置が変化し振幅検出センサ６５の位置でのビーム径が変化してビーム通過時間、つまり振幅検出センサ６５から出力されるパルス幅が変化する。従って、このときのビーム通過時間（パルス幅）が所定の値になるように、ヒータ７への通電量を制御してやれば、感光体上でビームを結像できるように結像位置（焦点距離）をコントロールすることができるものである。そこで、本実施形態では、振幅検出センサ６５での検出結果に応じ、温度調整手段であるヒータ７により振動ミラー素子１０の温度を変化させることで、ミラーの反り量を変化させて、ビーム結像位置を正確に合わせる。
【００５３】
本実施形態のこれらの構成によると、ビームの結像状態を簡単に検出でき、しかも、ビームの結像状態を調べるのに振動ミラー素子１０の振幅を一定にするための振幅検出センサ６５を兼用することができ、安価な構成を可能とするものでもある。そして、環境温度が変化してもミラーの温度を一定に保つことでミラーの反り量を一定に保つことができ、ビーム結像位置を一定位置にすることができる。
【００５４】
ここで、温度調整手段がヒータ７だけだと温度を上昇させる側にだけしか制御できないため、組立時には予め結像位置をオフセットして調整しておき、温度を上昇させたときに感光体上でビームが結像できるよう構成することも可能である。
【００５５】
また、温度調整手段にはペルチェ素子などを冷却素子として使用することが可能で、ペルチェ素子によって振動ミラー素子１０の温度を下げる方向にコントロールすることができる。このときには、前記の例とは逆に温度を下げたときに感光体上でビームが結像できるように組立時に予め結像位置をオフセットして調整しておくことも可能である。また、温度調整手段としてヒータ、ペルチェ素子の両方を設置することも可能である。
【００５６】
また、前記の実施形態においては、振動ミラー素子１０に温度調整手段としてヒータ７を設けた構成を示したが、他の実施形態として図５のようにヒータ７とともに温度保持手段としての温度センサ８を設けることも可能である。温度センサ８にはサーミスタなどの素子が用いられる。このような構成によると、温度センサ８で温度を検出し、所定の温度以下であるときにはヒータ７により加熱を行うことで、上述したように、常に振動ミラー素子１０を一定温度に保つようコントロールすることができる。そして、これによりミラー５を常に一定の反り量に保つことが可能となり、反射したビームの結像位置を一定の位置に保つことができる。また、このような構成にすると振動子１を一定温度に保持することができ、温度変化による振動子１の弾性係数の変化によって生じる共振周波数の変化をなくすことも可能である。
【００５７】
（振動ミラー素子の製造方法）
次に、振動ミラー素子１０の製造方法について説明する。図６は、振動ミラー素子１０を構成する振動子１の製造に使用する金型の一例を示す平面図である。なお、図６では、ダイパンチの形状と位置のみを模式的に示している。
【００５８】
図６に示すように、金型３０は、マルチステップの順送プレス加工により振動子１を成形する構造を有している。図６の例では、５ステップのプレス加工により振動子１が成形される。すなわち、領域３１では、板状の金属材料にガイド孔が形成される。領域３２では、梁３の幅方向の一方の端面が形成される。この時点では、支持部４は枠体２から分離されない。領域３３では、梁３の幅方向の他方の端面が形成される。領域３２と同様に、この時点では、支持部４は枠体２から分離されない。領域３４では、支持部４の幅方向の一方が枠体２から分離されて端面が形成される。そして、領域３５では、支持部４の幅方向の他方が枠体２から分離されて端面が形成される。
【００５９】
振動子１の製造工程では、以上の金型３０に対して、コイルフィーダー等を使用して帯状の金属材料が送り込まれる。図７は、図６に示す金型３０による振動子１の製造過程を示す平面図である。図７に示す矢印は金属材料４０の送り方向を示している。図７において、金属材料４０の領域４１、４２、４３、４４、４５が金型３０の領域３１、３２、３３、３４、３５によりそれぞれ成形された部分である。図７に示すように、金型３０の各領域３１〜３５を通過し、５回のプレス加工が完了すると、振動子１の成形が完了する。５回のプレス加工が完了した金属材料４０は、順次、振動子１として切断分離される。以上のようなプレス加工を使用することにより、枠体２、梁３、支持部４が一体に形成された振動子１を容易に製造することができる。
【００６０】
以上のようにして形成された振動子１の支持部４には、永久磁石６およびミラー５が順に装着される。永久磁石６の装着には、支持部４の永久磁石搭載面を上方に向けて振動子１を固定支持する機能と、永久磁石６をピックアップして永久磁石搭載面上に搬送する機能とを有する実装装置を使用する。当該実装装置としては、例えば、プリント基板等に電子部品を実装する公知のマウンタ等を流用することができる。
【００６１】
上記実装装置に振動子１が永久磁石搭載面を上方に向けて固定支持されると、実装装置の搬送手段が備える真空コレット等の吸着手段により、当該振動子１に搭載される永久磁石６がピックアップされる。永久磁石６を吸着した搬送手段は、振動子１の永久磁石搭載面の上方に移動する。この移動の過程で、永久磁石６の永久磁石搭載面との接触面にエポキシ樹脂等の接着部材が塗布される。そして、搬送手段は、永久磁石６の接着部材が塗布された面を永久磁石搭載面に接触させ、永久磁石６を永久磁石搭載面上に配置する。なお、永久磁石搭載面上における永久磁石６の配置位置は、公知の画像認識等により、振動ミラー素子１０の対称性を維持した状態に厳密に位置合わせされる。永久磁石６が装着された振動子１は、実装装置から搬出される。
【００６２】
永久磁石６が固定されると、当該振動子１のミラー搭載面にミラー５が装着される。ミラー５の装着には、永久磁石６が固定された支持部４のミラー搭載面を上方に向けて振動子１を固定支持する機能と、ミラー５をピックアップしてミラー搭載面上に搬送する機能とを有する実装装置を使用する。当該実装装置としては、例えば、プリント基板等に電子部品を実装する公知のマウンタ等を流用することができる。
【００６３】
上記実装装置に永久磁石６が固定された振動子１がミラー搭載面を上方に向けて固定支持されると、振動子１の支持部４におけるミラー５と接合される領域にエポキシ樹脂などの接着剤が塗布される。この後、実装装置の搬送手段が備える真空コレット等の吸着手段により、当該振動子１に搭載されるミラー５がピックアップされ、ミラー５を吸着した搬送手段は、振動子１のミラー搭載面の上方に移動し、ミラー５をミラー搭載面上に配置する。なお、ミラー搭載面上におけるミラー５の配置位置は、公知の画像認識等により、振動ミラー素子１０の対称性を維持した状態に厳密に位置合わせされる。ミラー５が装着された振動子１は、実装装置から搬出される。
【００６４】
以上のようにして振動ミラー素子１０を構成することにより、従来のように、半導体製造装置等の極めて高価な製造設備を使用することなく、低コストで振動ミラー素子を製造することができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、支持部４を成形するための複数回のプレス工程を同一方向から実施している。そして、支持部４のプレス加工方向上流側の面をミラー搭載面とし、プレス加工方向下流側の面を永久磁石搭載面にしている。図８は、図１のＸ−Ｘ線における断面構造を示す断面図である。図８に示すように、プレス加工により金属材料を成形する場合、プレス加工方向の下流側にバリが発生することがある。上述のように、支持部４のミラー搭載面のサイズは、ミラー５のサイズよりも小さくなっている。
【００６６】
したがって、ミラー５をミラー搭載面に固定した場合、ミラー５の一部がミラー搭載面の外方へ突出する。しかしながら、ミラー５をプレス加工方向上流側の面に固定する構成とすることで、バリの有無に関わらずミラー５をミラー搭載面に密着して固定することができる。
【００６７】
また、永久磁石６のサイズは、支持部４の永久磁石搭載面のサイズより小さいため、バリが形成された状況下であっても、永久磁石６と支持部４とを密着して固定することができる。したがって、本構成によれば、バリの有無に関わらず、ミラー５と永久磁石６とを常に同一の状態で支持部４に固定することができる。このため、プレス加工の過程でバリが形成された場合であっても、バリを除去する必要がなくバリ除去工程の追加による製造コストの増大を防止できる。
【００６８】
（共振周波数の調整方法）
ところで、以上で説明した手法により設計、製造された振動ミラー素子１０は、プレス加工の加工精度、ミラー５や永久磁石６の固定に使用する接着部材の付着量の差異等に起因する個々の振動ミラー素子１０の個体差が、半導体製造技術を使用した形成された振動ミラー素子に比べると大きくなってしまう。このような個体差は、各振動ミラー素子１０の共振周波数ｆ0の差異として顕在化する。上述のように、レーザスキャニングユニットでは、共振周波数ｆ0は感光体上の記録密度および印字速度を決定するパラメータである。このため、共振周波数ｆ0は一定の範囲内に属している必要がある。
【００６９】
図９は、駆動周波数ｆと共振周波数ｆ0との差異がレーザスキャニングユニットに与える影響を示す図である。図９（ａ）は、電磁石に印加する交流電力が一定である場合の、周波数比（ｆ／ｆ0）と振幅（振り角）との関係を示している。また、図９（ｂ）は、振幅を一定にする場合の、周波数比と交流電力の大きさとの関係を示している。図９（ａ）において、横軸は周波数比に対応し、縦軸は振幅比に対応する。ここで、振幅比は、駆動周波数ｆと共振周波数ｆ0とが一致する場合の振幅を基準として規格化している。また、図９（ｂ）において、横軸は周波数比に対応し、縦軸は消費電力に対応する。
【００７０】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、振動ミラー素子１０の共振周波数ｆ0と駆動周波数ｆとが一致している場合、非常に小さな消費電力で大きな振幅が得られている。そして、図９（ａ）から理解できるように、駆動周波数ｆと共振周波数ｆ0との間に不一致が発生すると、同一の印加電力により得られる振幅が急激に小さくなる。このため、駆動周波数ｆと共振周波数ｆ0とが一致している場合と同一の振幅を得るために印加が必要な電力は急激に増大する（図９（ｂ））。レーザスキャニングユニットとして使用する場合、振り角が所望の範囲内でなければ正常な画像形成を行うことができない。
【００７１】
また、振動ミラー素子１０を駆動する駆動手段１１が電磁石に供給する電力を大幅に調整可能な構成を採用することはレーザスキャニングユニットの製造コストが増大するとともに、全体の消費電力も大きくなるため好ましくない。このため、製造される振動ミラー素子１０のそれぞれの共振周波数ｆ0は、目標とする周波数の±０．５％の範囲内であることが望ましい。しかしながら、金属材料をプレス加工により成形した振動子１を使用した振動ミラー素子１０では、共振周波数ｆ0の個体差は、目標とする周波数の±０．５％以上の範囲で変動する可能性がある。このため、上記振動ミラー素子１０は、共振周波数ｆ0を調整する必要がある。
【００７２】
図１０は、共振周波数調整片を備えた共振ミラーの支持部構造の一例を示す平面図である。図１０に示すように、支持部４は、同一平面内の外方に延出された共振周波数調整片２１を備える。図１０の例では、ミラー５の外縁よりも外方に突出する状態でねじり回転軸方向に延出された共振周波数調整片２１が、支持部本体４ａの四隅のそれぞれに設けられている。なお、共振周波数調整片２１は、プレス加工により振動子１として一体に形成される。
【００７３】
この例では、レーザ照射等により各共振周波数調整片２１の一部または全部を除去することにより振動ミラー素子の慣性モーメントＪを減少させることができる。なお、振動ミラー素子の対称性を維持するため、各共振周波数調整片２１はそれぞれ同一長さだけ除去することが好ましい。この場合、慣性モーメントＪの減少量は、各共振周波数調整片２１の除去長さに応じて調整することができる。
【００７４】
以上のように、本発明によれば、振動ミラー素子を線膨張係数の異なる別々の材料で構成される振動板とミラーを貼り合わせて構成した光走査装置において、発生するビーム結像位置（焦点距離）の変化に対してミラーの温度を変えることでミラーの反り量を変化させる。これによってビーム結像位置を調整することができ、安価で品質の良好な装置を提供することが可能である。
【００７５】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、上記実施形態では、振動ミラー素子に永久磁石を搭載し、当該永久磁石に駆動手段が交番磁場を付与する構成を説明したが、振動ミラー素子の駆動方式は、本発明の効果を奏する範囲において任意に変更することができる。
【００７６】
以上説明したように、本発明によれば、振動板とミラーを線膨張係数の異なる材料で構成した振動ミラー素子を用いる光走査装置において、発生するビーム結像位置の変化に対してミラーの温度を変えることでミラーの反り量を変化させてビーム結像位置を調整することができる。従って、安価で品質の良好な装置を提供することが可能である。また、本発明の別の構成によれば、ミラーの温度を一定に制御することでミラーの反り量を一定に保ち、ビーム結像位置を一定に保つことができ、環境温度に関係なく品質の良好な装置を提供することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の光走査装置は、レーザプリンタ等の画像形成装置においてレーザ光を感光体に走査するものとして利用することができ、さらにそのような画像形成装置を備えるデジタル複写機などにも利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態における振動ミラー素子の構造を示す概略斜視図
【図２】本発明の一実施形態における光走査装置の構造を示す概略構成図
【図３】チタン合金のＳ−Ｎ曲線を示す図
【図４】環境温度が変化したときのミラーと振動子の反り状態の一例を示す図
【図５】本発明の他の実施形態における振動ミラー素子の構造を示す概略斜視図
【図６】振動ミラー素子の製造に使用する金型を示す平面図
【図７】振動ミラー素子の製造過程を示す平面図
【図８】図１のＸ−Ｘ線における断面構造を示す断面図
【図９】駆動周波数と共振周波数の影響を示す図
【図１０】本発明における共振周波数調整片を備えた共振ミラーの一例を示す図
【図１１】本発明における日田の温度とミラーの曲率の関係図。
【符号の説明】
【００７９】
１    振動子
２    枠体
３    梁（ねじり回転軸）
４    支持部
５    ミラー
６    永久磁石
７    ヒータ
８    温度センサ
１０    振動ミラー素子
２１    共振周波数調整片
３０    金型
４０    金属材料（フープ材）
５０    レーザスキャニングユニット
５２    光源
５３    偏向器
５４    結像レンズ系（アークサインθレンズ）
５６    シリンドリカルレンズ
Ｌ    梁長
ｂ    梁幅
ｔ    梁厚
【図１】
2010008543.tif 000009
【図２】
2010008543.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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