(57)【要約】【課題】耐環境性に優れた振動素子、光走査装置およびこれを用いた画像投影装置並びに画像形成装置を実現する。【解決手段】振動素子３０は、トーションバー３１と、トーションバー３１に接着された揺動体３２と、揺動体３２に接着された磁石３５とを有している。さらに、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とには、水分から保護する水分バリア性の部材が設けられている。水分バリア性の部材は、低透湿性の膜３７であってもよいし、水分バリア性の素材を含有した接着剤そのものであってもよい。【選択図】図１
2014021243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーと、
前記トーションバーに接着された揺動体と、
前記揺動体に接着された磁石と、
前記トーションバーと前記揺動体との間の接着箇所と、前記揺動体と前記磁石との間の接着箇所との少なくとも何れか一方を水分から保護する水分バリア性の部材と、
を有することを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記水分バリア性の部材は、前記トーションバーと前記揺動体との間の接着箇所と、前記揺動体と前記磁石との間の接着箇所との両方を水分から保護することを特徴とする請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
前記水分バリア性の部材の少なくとも一部は、水分バリア性の膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記膜は、水分バリア性を有する樹脂の膜、金属の膜または当該樹脂と当該金属の組み合わせによる膜であることを特徴とする請求項３に記載の振動素子。
【請求項５】
前記水分バリア性の部材は前記トーションバーと前記揺動体との接着箇所を水分から保護するものであり、前記水分バリア性の部材の少なくとも一部は、前記トーションバーと前記揺動体とを接着する接着剤であり、当該接着剤は水分バリア性の材料を含有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項６】
前記水分バリア性の部材は、前記揺動体と前記磁石との接着箇所を水分から保護するものであり、前記水分バリア性の部材の少なくとも一部は、前記揺動体と前記磁石とを接着する接着剤であり、当該接着剤は水分バリア性の材料を含有していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項７】
前記トーションバーは、ねじり振動するねじり梁であり、
前記ねじり振動が付与される前記トーションバーおよび前記揺動体の接着箇所のうち外部に露出している表面が水分バリア性の部材によって被覆されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動素子と、
前記振動素子の揺動体を振動させる素子駆動部と、
前記振動素子の揺動体に設けられる光反射面と、
前記光反射面に光を照射する光源と、を有し、
前記素子駆動部が前記揺動体を振動させることで、前記揺動体に設けられた前記光反射面が光を走査することを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光走査装置を備え、当該光走査装置によって走査された光によってスクリーンに画像を投影することを特徴とする画像投影装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光走査装置と、像担持体とを備え、当該光走査装置によって走査された光によって当該像担持体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動素子、光走査装置およびこれを用いた画像形成装置並びに画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から振動素子によって光を走査する光走査装置が存在する。特許文献１によれば、トーションバー、光学ミラーおよび磁石により構成された振動系の共振を利用した光走査装置が提案されている。特許文献１の発明では、小さな電力で大きな振幅の光走査を実現できるという。一方で、特許文献２によれば、振動素子を気密封止することが提案されている。特許文献２の発明によれば、外部環境の変化による素子性能の低下を防止できるという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１３８３６６号公報
【特許文献２】特許第２９２４２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１によれば、光学ミラーおよび磁石は、トーションバー〔特に弾性ワイヤ〕に接着剤を介して固定されている。トーションバーの直径はφ０．１４ ｍｍ程度と小さく、また、磁石は３ ｍｍ程度の高さしかない。そのため、接着面積は極めて小さく、接着力は低いといえる。長期的に光走査装置を使用すると、回転方向に繰り返し力がかかる。これが原因で、光学ミラーおよび磁石が脱離したり、振幅角の低下が発生したりする可能性がある。加えて、このような現象は、高温高湿下においては発生確率が高まる。このように接着剤を用いる振動素子は、大気中で使用すると、外部環境（温度、湿度等）に依存して信頼性が低下する可能性がある。
【０００５】
特許文献２によれば、静電駆動型の振動ミラーの構造体をステム（ベース）に固定し、ピンと振動ミラーの電極パッドとをワイヤボンディングにより電気的に接続し、キャップを装着することが提案されている。キャップを装着しているため、キャップの内部をほぼ真空状態に維持できる。また、キャップの内部に不活性気体を封入してもよい。特許文献２に記載された光偏向素子は、回路基板への実装が容易な構造である。しかし、封止のための部材の加工や組立工程が複雑であり、生産性の低下およびコストの上昇を招きかねない。
【０００６】
そこで、本発明は、高温高湿条件下であっても光学ミラーおよび磁石の脱離や振幅角の低下を抑制可能な耐環境性に優れた振動素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、たとえば、
トーションバーと、
前記トーションバーに接着された揺動体と、
前記揺動体に接着された磁石と、
前記トーションバーと前記揺動体との間の接着箇所と、前記揺動体と前記磁石との間の接着箇所とを水分から保護する水分バリア性の部材と、
を有することを特徴とする振動素子を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、トーションバーと揺動体との間の接着箇所と、揺動体と磁石との間の接着箇所とに、水分から保護する水分バリア性の部材を設けている。これにより、高温高湿条件下であっても光学ミラーおよび磁石の脱離や振幅角の低下を抑制可能な耐環境性に優れた振動素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】片持ちタイプの振動素子を構成する部品を示した斜視図
【図２】片持ちタイプの振動素子を示した斜視図
【図３】（Ａ）はコート前の振動素子を示した図、（Ｂ）はコート後の振動素子を示した図
【図４】（Ａ）はコート前の振動素子を示した図、（Ｂ）はコート後の振動素子を示した図
【図５】両持ちタイプの振動素子を構成する部品を示した斜視図
【図６】両持ちタイプの振動素子を示した斜視図
【図７】（Ａ）はコート前の振動素子を示した図、（Ｂ）はコート後の振動素子を示した図
【図８】（Ａ）はコート前の振動素子を示した図、（Ｂ）はコート後の振動素子を示した図
【図９】振動装置１の平面図
【図１０】振動装置１の断面図
【図１１】揺動体１２の振れ角を示す図
【図１２】振動素子３０の断面図
【図１３】画像形成装置の一例を示した図
【図１４】画像投影装置の一例を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１ないし図４を用いて片持ち支持構造の振動素子について説明する。図１において振動素子３０は、細長いトーションバー３１と、トーションバー３１の一端に接着剤により接着された揺動体３２と、揺動体３２に接着剤によって接着された磁石３５とを備えている。トーションバー３１はねじり梁と呼ばれることもある。揺動体３２は、第１の板部材３３と第２の板部材３４とを接着剤３８によって貼り合せることで形成されている。第１の板部材３３と第２の板部材３４とには、トーションバー３１を受け入れて保持するための溝３６が設けられている。トーションバー３１はこの溝３６に対して接着剤３８により接着される。
【００１１】
図２は、トーションバー３１、第１の板部材３３、第２の板部材３４および磁石３５を接着剤３８によって接着することによって完成した振動素子３０を示している。接着工程においてこれらを接着した後で、コーティング工程において振動素子３０の表面には低透湿性の膜３７が形成されている。低透湿性の膜３７は、接着箇所への水分の侵入を抑制する水分バリア性の部材として機能する。膜３７は、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所と両方に形成されている。ただし、振幅角の低下の観点からは、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とでは、トーションバー３１と揺動体３２の間により強い応力が作用する。そのため、トーションバー３１と揺動体３２の間の接着箇所には膜３７を形成し、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所には膜３７を省略してもよい。
【００１２】
図３（Ａ）は、コーティング前の磁石３５側から見た揺動体３２を示している。揺動体３２の側面に磁石３５が接着剤３８により固定されている。そのため、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所の一部と、第１の板部材３３と第２の板部材３４との間の接着箇所の一部とが磁石３５によって隠れている。
【００１３】
図３（Ｂ）は、コーティング後の磁石３５側から見た揺動体３２を示している。コーティングによって膜３７が揺動体３２および磁石３５の全体を覆っている。つまり、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とを覆うように膜３７が形成されている。
【００１４】
図４（Ａ）は、図３（Ａ）に示した側面と９０度角度が異なる側面から見たコーティング前の振動素子３０を示している。図４（Ｂ）は、図３（Ａ）に示した側面と９０度角度が異なる側面から見たコーティング後の振動素子３０を示している。図４（Ａ）および図４（Ｂ）からわかるように、膜３７によって、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とが覆われている。
【００１５】
このように、本実施例によれば、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とへの水分の侵入が、膜３７によって抑制されている。
【００１６】
図５ないし図８を用いて両持ち支持構造の振動素子について説明する。図５において振動素子３０は、細長いトーションバー３１と、トーションバー３１の中央に接着剤により接着された揺動体３２と、揺動体３２に接着剤によって接着された磁石３５とを備えている。なお、片持ちタイプと比較して両持ちタイプの振動素子３０では、磁石３５の接着取り付け位置が異なっている。これは、トーションバー３１が揺動体３２を串刺しするように取り付けられているためである。揺動体３２は、第１の板部材３３と第２の板部材３４とを接着剤３８によって貼り合せることで形成されている。第１の板部材３３と第２の板部材３４とには、トーションバー３１を受け入れて保持するための溝３６が設けられている。トーションバー３１はこの溝３６に対して接着剤３８により接着される。
【００１７】
図６は、トーションバー３１、第１の板部材３３、第２の板部材３４および磁石３５を接着剤３８によって接着することによって完成した振動素子３０を示している。接着工程においてこれらを接着した後で、コーティング工程において振動素子３０の表面には、水分の侵入を抑制する水分バリア性の部材として低透湿性の膜３７が形成されている。
【００１８】
ここでは、膜３７は、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所との両方に形成されているものとする。上述したように、トーションバー３１と揺動体３２の間の接着箇所には膜３７を形成し、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所には膜３７を形成しなくてもよい。
【００１９】
図７（Ａ）は、コーティング前の揺動体３２を示している。揺動体３２の６つある側面のうち、光を反射するミラー面（光反射面）が形成される側面に対して裏側の側面に磁石３５が接着剤３８により固定されている。
【００２０】
図７（Ｂ）は、コーティング後の揺動体３２を示している。コーティングによって膜３７が揺動体３２および磁石３５の全体を覆っている。つまり、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とを覆うように膜３７が形成されている。
【００２１】
図８（Ａ）は、図７（Ａ）に示した側面と９０度角度が異なる側面から見たコーティング前の振動素子３０を示している。図８（Ｂ）は、図７（Ａ）に示した側面と９０度角度が異なる側面から見たコーティング後の振動素子３０を示している。図８（Ａ）および図８（Ｂ）からわかるように、膜３７によって、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とが覆われている。
【００２２】
このように、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とへの水分の侵入が、膜３７によって抑制されている。
【００２３】
＜水分バリア性の部材＞
振動素子３０に耐環境性を付与する方法についてより具体的に説明する。過酷な外部環境（高湿度下や高温下）で、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とが外気にさらされていると、トーションバー３１が揺動体３２からはがれてしまったり、揺動体３２から磁石３５がはがれてしまったりする。振動素子３０を外気にさらさないために、真空状態の容器内に振動素子３０を封入したり、不活性ガスを充満させた容器内に振動素子３０を封入したりすることも考えらえる。しかし、このような容器を用意することは簡単ではなく、作業工程の複雑化と製造コストの増加を招いてしまう。
【００２４】
そこで、本実施例では、過酷な外部環境（高湿度下や高温下）であっても、長期にわたって水分の吸収/透過を抑制するために、低透湿性の膜３７を採用している。低透湿性の膜３７は、水分バリア性の材料を含有している。水分バリア性とは、空気中に含まれる水分（水蒸気）などに対して優れた遮断性を持つ材料のことである。これにより、接着箇所が水分で劣化することが抑制される。つまり、磁石３５が脱落してしまったり、光学ミラーを形成された揺動体３２が脱落してしまったり、揺動体３２の振幅角が低下してしまったりすることを、抑制できるようになる。
【００２５】
低透湿性の膜３７としては、たとえば、フッ素系樹脂である旭硝子（株）社製のＣＹＴＯＰを用いることができる。低透湿性の膜３７は、水分バリア性（撥水機能または防水機能）を有している部材である限り、フッ素系樹脂に限定されるものではない。また、低透湿性の膜３７は、樹脂に限らず金属であってもよいし、樹脂と金属とを組み合わせた複合素材であってよい。たとえば、防湿性を有する樹脂としてはポリ塩化ビニリデンやポリプロピレン、金属としてはＡｌやＡｕなどが考えられる。
【００２６】
本実施例において、低透湿性の膜３７は、ディップにより振動素子３０の表面に水分バリア性を有する樹脂を塗布し、乾燥機で乾燥させることで、形成されている。なお、水分バリア性の樹脂の塗布方法としてはスプレーや刷毛による直接的な塗布方法であってもよい。水分バリア性の金属によって低透湿性の膜３７を形成する場合、当該金属を振動素子３０に対して蒸着またはメッキ処理させてもよい。このように、振動素子３０を構成する部材を接着後、後から低透湿性の膜３７を形成することにより、接着剤の選択性が広がり、接着強度を確保しつつ、後からでも低透湿性の機能を持たせることができる。このような構成の場合、強い接着強度が要求され易い、トーションバー３１と揺動体３２との接着箇所に膜３７を採用することが望ましい。これは、トーションバー３１がねじり動作することから、トーションバー３１と揺動体３２との接着箇所にもねじり応力が付与されるからである。この場合、接着剤の材料選択性を向上できるが、製造工程を簡略化するためにも、所望の接着強度と低透湿性とを兼ね備えた材料を採用することが望ましい。
【００２７】
低透湿性の膜３７を付与する場所としては、振動素子３０の全体、接着箇所、または、トーションバー３１が考えられる。低透湿性の膜３７の厚さは、振動素子３０のバランスを害しないよう、防湿機能を有する最小の膜厚にすることが理想的である。膜３７の膜厚が厚すぎると、振動素子３０の重量が重くなり、異常振動が発生するなど、駆動に関する問題が発生するかもしれない。また、膜３７の膜厚が薄すぎると、十分な防湿機能が得られず、耐環境性に関する問題が生じるかもしれない。本実施例で用いたＣＹＴＯＰにおいては、以上のような条件を考慮し、１００ ｎｍ前後の膜厚が望ましい。このように、膜３７の膜厚は、膜３７の材料が有する水分バリア性の性能と、接着箇所の保護が持続すべき期間と、振動素子３０に異常振動が発生しないことを条件として、実験またはシミュレーションによって決定すればよい。
【００２８】
なお、トーションバー３１は、ねじり振動するねじり梁である。ねじり振動が付与されるトーションバー３１および揺動体３２の接着箇所のうち外部に露出している表面が水分バリア性の部材によって被覆されている。
【００２９】
＜振動装置の構成＞
図９ないし図１２を用いて振動素子３０を採用した振動装置１について説明する。図１において振動装置１は、振動素子３０のトーションバー３１の一端には揺動体３２が取り付けられており、他端は枠体２１に取り付けられている。磁界発生部７０は、磁石３５が発生する磁界に対応した磁界を発生するコイルにより構成されている。
【００３０】
図１０によれば、振動装置１は、さらに、ベース２０およびカバー部材４０を備えていることが示されている。なお、カバー部材４０は省略されてもよい。揺動体３２には、光源からの光が入射するまたは照射される光反射面３１１が形成されている。ベース２０は、トーションバー３１や磁界発生部７０、カバー部材４０を支持する支持構造体である。枠体２１は、基板２２上に設けられ、基板２２の周縁部を取り囲み、ベース２０の外周縁部を構成している。基板２２上には磁界発生部７０のシートコイルが設けられている。基板２２は、保持部材２３によって保持されている。カバー部材４０は、光学的に透明な部材により形成されている。なお、カバー部材４０のうち、光反射面３１１に対して入射する光が透過する部分だけが光学的に透明な部材により形成されていれば十分である。カバー部材４０は、ベース２０の枠体２１の上に重ね合わされている。カバー部材４０、枠体２１、基板２２および保持部材２３は一体的に接合される。これらによって形成された内部空間Ｓには、棒状の細長いトーションバー３１と、これに支持される揺動体３２が収容されている。
【００３１】
図１１は、磁石３５側から見た揺動体３２を示している。揺動体３２は、トーションバー３１の長さ方向の回りに回動する。ここでは、揺動体３２の揺動による光反射面３１１の振れ角をαとしている。第１の板部材３３および第２の板部材３４は、それぞれの接合面を介して密着接合されている。
【００３２】
図１２によれば、理想揺動軸線ＡＲに対して、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏが傾いている状態が示されている。本実施例に係るトーションバー３１は、図１３に示されるように、感光ドラム２０４の回転軸線に対して直交する軸線（以下、これを「理想揺動軸線ＡＲ」という）に沿って延在する。すなわち、理想揺動軸線ＡＲは、図１３では、紙面に対して垂直な方向に延在する。理想揺動軸線ＡＲに対してトーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏが傾いていると、走査のずれが生じるため、本実施例では、後述する規制部材を採用する。図１２に示すように、トーションバー３１が片持ち梁として支持されるように、トーションバー３１の基端側がベース２０の枠体２１とカバー部材４０との間に固定される。トーションバー３１の末端は内部空間Ｓ内に配置される磁界発生部７０のシートコイルの中央部分にまで延在している。トーションバー３１は、その末端側において揺動体３２を固定して支持している。したがって、トーションバー３１の末端側に支持される揺動体３２は、トーションバー３１の長手方向軸線（図１０において、Ｏ−Ｏ線で表されている。）を中心として、トーションバー３１の弾性捩れを伴いつつ揺動する。このことから、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏが、理想揺動軸線ＡＲと一致させるようにトーションバー３１を形成することが望ましい。図９から図１１に示した実施例では、長手方向軸線Ｏ−Ｏが理想揺動軸線ＡＲと一致しているものとして描かれている。
【００３３】
本実施例に係る揺動体３２は、トーションバー３１を挟んで相互に接合される同一寸法形状を有する２枚の矩形状板部材としての第１の板部材３３および第２の板部材３４を含んでいる。第１の板部材３３および第２の板部材３４は、それぞれの接合面を介して密着接合されるとともに、接合面のそれぞれは、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏと平行となるように設定される。また、第１の板部材３３および第２の板部材３４は、それぞれの接合面が基板２２に形成されたシートコイルの平面と略平行となるように、トーションバー３１に対して接合される。
【００３４】
図１０および図１１に示されているように、光反射面３１１は、第１の板部材３３の接合面と表裏の関係に位置し、カバー部材４０に対向している。この光反射面３１１は、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）などを第１の板部材３３の表面に蒸着することによって形成されてもよいし、予めシリコンウエハのような鏡面加工された板状部材を第１の板部材３３の表面に貼り付けることで形成されてもよい。光反射面３１１は、長手方向軸線Ｏ−Ｏと揺動体３２の重心位置とを含む仮想平面に対して平行に配置される。第１の板部材３３は、このように光反射面３１１を形成されることから光学ミラーを構成しているといえる。
【００３５】
本実施例における素子駆動部は、揺動体３２またはトーションバー３１に固定される磁石３５、ベース２０に設けられている磁界発生部７０のシートコイルおよびシートコイルに交流電流を与える電源回路（不図示）を備えている。素子駆動部は、トーションバー３１、揺動体３２、磁石３５で構成される振動系の共振周波数に対応した交流電流を磁界発生部７０のシートコイルに流し、交番磁界を発生させる。それにより、揺動体３２内部に配置された磁石３５が揺動体３２の光反射面３１１を揺動軸線回りに揺動、すなわち、振れ回すことができる。したがって、この振動系の振幅、すなわち、揺動体３２の光反射面３１１の振れ角αの大きさは、磁界発生部７０のシートコイルに与えられる電流量によって調整可能である。交流電流の波形は、正弦波以外に三角波やパルス出力などであってもよい。
【００３６】
図９ないし図１２に示した低透湿性の膜３７を有する振動素子３０について経時的な信頼性確認を行った。本実施例における振動素子３０においては、外気と接触しうる接着箇所の全体を低透湿性の膜３７により覆う構成としている。低透湿性の膜３７は、振動素子３０にディップで樹脂をコートすることで形成されている。光反射面３１１の平面度を保つために、光反射面３１１はクロスで清掃されている。乾燥機で低透湿性の膜３７が乾燥されている。揺動体３２、磁石３５およびトーションバー３１の接合部において、トーションバー３１の先端は潰されて、治具により平面に加工されている。これにより、揺動体３２および磁石３５の接着面積が拡大し、接着強度が高められている。
【００３７】
共振周波数が２０００Ｈｚとなるように、振動素子３０は設計されている。信頼性試験において、駆動周波数が２０００Ｈｚ前後に設定され、振動素子３０が駆動された。また、温度と湿度を一定に保ち、その際の最大振幅角を測定した。まず、一般的な室温条件である温度雰囲気２５℃、湿度３０％における最大振幅角を測定した。次に、温度雰囲気を６０℃まで上昇させ、３０分キープした状態で最大振動角を確認した。最後に、温度雰囲気を６０℃に固定した状態で湿度を９０％まで上昇させ、最大振幅角を確認した。
【００３８】
実験結果としては、接着箇所に低透湿性の膜３７を有する本実施例の振動素子３０においては、温度雰囲気を６０℃まで上昇させたとき、最大振幅角に大きな変化は見られなかった。また、温度雰囲気６０℃の条件下で、湿度９０％を超えても最大振幅角に大きな変化は見られず、異常振動も観測されなかった。低透湿性の膜３７を有する本実施例の振動素子３０においては、引き続き１０００時間以上の動作確認を行った。その結果、振幅角の大きな低下は見られず、良好な振動特性を維持することを確認できた。
【００３９】
次に、低透湿性の膜３７を有さない比較例の振動素子について同条件で信頼性試験を行った。比較例の振動素子では、温度雰囲気を６０℃まで上昇させたとき、最大振幅角に大きな変化は見られなかった。しかし、温度雰囲気６０℃の条件下で湿度６０％以上に上昇させていくと、最大振動角が叙々に低減していき、最終的には最大振動角が大きく減少する傾向がみられた。
【００４０】
このように、トーションバー３１に線状材料を用いた振動素子３０であっても低透湿性の膜３７を付与することで、高温高湿条件下における部品の脱離や振幅角の低下を抑制することが可能となる。また、本実施例では、従来のような真空状態の容器や不活性化ガスを充満させた容器は必ずしも必要ではない。よって、本実施例は、生産性が高く、低コストな振動素子、光走査装置および画像投影装置並びに画像形成装置を実現可能である。
【００４１】
＜振動素子の材料など＞
次に、振動素子３０を構成するトーションバー３１、揺動体３２、磁石３５などの材料について以下に述べる。
【００４２】
トーションバー３１を構成する材料としては、たとえば、加工硬化処理および時効硬化処理が施された加工硬化および時効硬化型のコバルト（Ｃｏ）−ニッケル（Ｎｉ）基合金が好適である。ここでいうＣｏ−Ｎｉ基合金とは、ＣｏおよびＮｉを含有する金属合金である。Ｃｏ−Ｎｉ基合金は、好ましくは、積層欠陥エネルギーを低下させるクロム（Ｃｒ）と、マトリクスの固溶強化や、偏析により転位を固着して時効および加工硬化能の向上に寄与する溶質元素としてモリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）などを含む。本実施例では、Ｃｏ−Ｎｉ基合金として、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金やＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ合金などを例示することができる。また、これらの合金は、溶質元素として同様の働きをするニオブ（Ｎｂ）、面心立方格子相を安定化させて積層欠陥エネルギーを低下させるマンガン（Ｍｎ）、マトリクスの強化と積層欠陥エネルギーの低下に寄与するタングステン（Ｗ）などを含むことができる。さらに、これらの合金は、鋳塊組織の微細化や強度向上に寄与するチタン（Ｔｉ）、熱間加工性を改善するボロン（Ｂ）およびマグネシウム（Ｍｇ）、マトリクスに固溶してＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂなどと炭化物を形成し、粒界を強化する炭素（Ｃ）などを含むことができる。
【００４３】
このようにして、共振周波数が尖鋭且つ振動が共振周波数に対して線対称となるような特性、すなわちＱ値が高く（たとえば、１０００以上）且つバネ特性の非線形性が非常に小さなトーションバー３１を得ることができる。このようなトーションバー３１は、振動変形による最大歪みが３×１０−３ｍｍ程度まで大きくなっても不安定性を生じることがなく、消費電力が少ない振動素子３０を実現することができる。したがって、本実施例における画像形成装置２００は、所望の疲労特性および振動特性を確保しつつ小型化することが可能であり、ジッターなどの不安定性を低減させて安定したレーザー光の走査が可能であり、走査角の高精度な制御が可能となる。
【００４４】
なお、本実施例では、非磁性を示すＣｏ−Ｎｉ基合金にてトーションバー３１を形成しているが、これは、揺動体３２をトーションバー３１とともに揺動させる手段として、磁石と交番磁界を用いた場合、安定した駆動を実現することができるからである。したがって、素子駆動部２０７として、交番磁界以外の手段、たとえば、圧電素子などを利用することも可能である。トーションバー３１の材料としては、バネ材料として一般的に用いられるＳＵＳ３０１、３０２、３０４、３１６、６３１、６３２などのステンレス鋼、バネ鋼（ＳＵＰ）、ピアノ線（ＳＷＰ）、バネ用炭素鋼のオイルテンパー線（ＳＷＯ）などを採用し得る。さらには、バネ用シリコンクロム鋼のオイルテンパー線（ＳＷＯＳＣ）、バネ用ベリリウム銅合金（Ｃ１７００、Ｃ１７２０）、バネ用チタン銅合金（Ｃ１９９０）、バネ用リン青銅（Ｃ５２１０）、バネ用洋白（Ｃ７７０１）なども採用することができる。
【００４５】
揺動体３２を構成する材料としては、アルミナ、ジルコニア、ベリリウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、サファイア、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、ガラス、樹脂などの非磁性体を利用することができる。さらに、これらの表面を鏡面化することによって該表面を光反射面３１１として利用することも可能である。
【００４６】
揺動体３２を構成する第１の板部材３３の上面に形成される光反射面３１１については、上述したように、反射率を向上させるために、ＡｌやＡｕなどを蒸着やスパッタといった真空蒸着法によって形成してもよい。また、たとえば、チタン（Ｔｉ）、Ａｌ、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、Ａｕなどの金属膜が用いられてもよい。
【００４７】
しかしながら、金属膜は、その表面が比較的傷付き易く、また、酸化し易い。よって、金属膜のみで光反射面３１１を形成すると、徐々に反射率が低下してしまう。そこで、金属膜を保護するための保護膜が必要となる場合がある。また、金属膜単層では光反射面３１１として所望の反射率が得られない恐れもある。したがって、保護膜に増反射膜としての機能を持たせ、光反射面３１１全体としての反射率を高めることができれば、金属膜を保護しつつ、光の利用効率をあげることができる。
【００４８】
増反射膜は、たとえば、誘電体の低屈折率材料と高屈折率材料を組み合わせて積層することで形成される。低屈折率材料としては、たとえば、ＳｉＯ２やＭｇＦ２がある。高屈折率材料としては、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５などがある。但し、Ａｌ２Ｏ３のような中間屈折率材料を積層してもよい。なお、増反射膜の材料をこれらのみに限る必要はなく、適宜最適な材料を選択することができる。
【００４９】
また、揺動体３２とともにトーションバー３１に取り付けられる磁石３５は、できるだけ小型軽量であって高い保持力を有することが好ましく、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系やＳｍ−Ｃｏ系の希土類磁石などが好適である。しかしながら、磁石３５は、アルニコ磁石、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ合金磁石、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金磁石、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｏ合金磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石、Ｐｔ−Ｃｏ磁石などであってもよい。さらには、磁石３５は、ハードフェライト（ＢａフェライトやＳｒフェライト）などの焼結磁石やボンド磁石の他にスパッタ法などで形成した薄膜磁石であってもよく、材質や製造方法または形状などで特に制限されるものはない。
【００５０】
＜画像形成装置＞
上述した振動素子３０の揺動体３２に光反射面３１１を形成することで、振動素子３０は光走査装置として機能する。光走査装置は、たとえば、画像形成装置や画像投影装置としてさらに応用できる。ここでは、まず、画像形成装置について説明する。
【００５１】
図１３に本実施例における電子写真方式の画像形成装置２００を示す。感光ドラム２０４は、静電潜像やトナー画像を担持する像担持体である。感光ドラム２０４は、帯電部によって一様に帯電したあとに、露光部２１０によって光を照射され、静電潜像を形成される。静電潜像は、現像部によってトナー画像へと現像される。トナー画像は転写部によって記録媒体上に転写される。さらに、定着部においてトナー画像は記録媒体上に定着する。
【００５２】
露光部２１０は、光走査装置２２０、周知のコリメータ光学系２０２およびｆθレンズ２０３を備えている。光走査装置２２０は、画像情報に対応したパルス状のレーザー光Ｌを発振するためのレーザー光源２０１や上述した振動装置１を備えている。振動装置１の振動素子３０が備える揺動体３２の光反射面３１１が揺動することで、感光ドラム２０４の回転軸線と平行な方向にレーザー光Ｌが移動する。
【００５３】
ＢＤセンサ２０５は感光ドラム２０４の回転軸方向の両端に設けられており、レーザー光Ｌが入射したときに制御装置２０６へ検出信号を送出する。制御装置２０６は、ＢＤセンサ２０５の検出信号に基づいて、素子駆動部２０７を駆動するための制御信号を出力する。素子駆動部２０７は、制御信号にしたがって振動素子３０を駆動する。とりわけ、制御装置２０６は、振動素子３０の揺動体３２の揺動による光反射面３１１の振れ角αが感光ドラム２０４の表面の所定範囲内に収まるように、一対のＢＤセンサ２０５からの検出信号に基づいて素子駆動部２０７の出力電流をフィードバック制御する。
【００５４】
画像信号に応じてレーザー光源２０１から出射するパルス状のレーザー光Ｌは、コリメータ光学系２０２を通って振動素子３０の揺動体３２の光反射面３１１に入射する。この光反射面３１１にて反射したレーザー光は、ｆθレンズ２０３を介して感光ドラム２０４の表面に照射される。振動素子３０の揺動体３２の光反射面３１１が揺動軸線、すなわちトーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏ、の回りに揺動（振動）する。これにより、レーザー光Ｌが感光ドラム２０４の回転軸線と平行な方向に走査される。さらに、感光ドラム２０４も回転することで、画像情報、すなわち、静電潜像が感光ドラム２０４の表面に形成されることになる。
【００５５】
本実施例の画像形成装置２００は上述した振動素子３０を採用しているため、衝撃耐性が向上するため、安定して画像を形成できるようになる。
【００５６】
＜画像投影装置＞
実施例にかかる振動装置１を、オーバーヘッドプロジェクターなどの画像投影装置３００に適用した実施例について図１４を用いて説明する。本実施例においては、画像形成装置２００に適用した実施例と同一の機能を有する構成要素については同一符号を記すに止め、重複する説明を省略する。
【００５７】
画像投影装置３００は、光源３０１、光走査装置２２０、光源３０１からの光を所定方向に変更させる光偏向装置３０２およびこの光偏向装置３０２により偏向した光が照射されるスクリーン３０４を備えている。光走査装置２２０は、スクリーン３０４に対して水平方向に光を走査し、光偏向装置３０２は、スクリーン３０４に対して垂直方向に光を走査する。このようにして、２次元走査が実現される。この光偏向装置３０２による光の偏向速度は、振動装置１の振動素子３０が備える揺動体３２の振動周期よりも相対的に遅くすることができる。よって、光偏向装置３０２は、制御装置２０６によって制御されるガルバノミラーで実現できる。
【００５８】
ＲＧＢ三原色を含む光源３０１から出射する光は、振動素子３０および光偏向装置３０２により２次元走査され、スクリーン３０４に画像として投射される。振動素子３０の主要部を構成する揺動体３２の光反射面３１１の振れ角αは、制御装置２０６から出力される制御信号に基づいて素子駆動部２０７により調整される。また、光偏向装置３０２も同様に、制御装置２０６からの出力に基づき、揺動体３２の理想揺動軸線に対して直行する軸線回りの振れ角が制御される。制御装置２０６には、スクリーン３０４に投影される画像情報が入力部３０３から伝達され、光源３０１からスクリーン３０４に至る光路の距離に関する情報が測距部３０５から入力される。制御装置２０６は、これら入力部３０３および測距部３０５からの情報に応じた投影画角や拡大率などの設定、像の大きさやその縦横比に基づき、振動素子３０および光偏向装置３０２の走査角をそれぞれ変更する。なお、画像の拡大率は、走査角を変更せずとも光源３０１に対する通電のオン／オフ制御によっても可能である。しかしながら、走査角を変更することによって光源３０１のオフ時間を減らすことで、高輝度の画像をスクリーン３０４に投影することができる。
【００５９】
本実施例の画像投影装置３００も、加工硬化および時効硬化型のＣｏ−Ｎｉ基合金からなるトーションバー（不図示）に揺動体を固定しているため、小型化に加えてジッターなどの不安定性を低減でき、走査角を変更した場合でも安定した動作が可能である。また、振動減衰率の歪み振幅依存性が小さいため、走査角を大きくした場合の急激な消費電力の増加も起こらない。さらに、光の有効利用によって光源３０１の駆動電力を低減することができる。これらのことから、小型化と併せて、素子駆動部２０７や電源の容量を低減させることが可能となり、小型で投影画角の大きな高性能の画像投影装置３００を実現することができる。
【００６０】
＜その他＞
上述した実施例では、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とへの水分の侵入を抑制する水分バリア性の部材として、低透湿性の膜３７について説明した。しかし、本発明では、トーションバー３１と揺動体３２との間の接着箇所と、揺動体３２と磁石３５との間の接着箇所とへの水分の侵入を抑制できれば十分である。つまり、低透湿性の膜３７に代えて、接着剤３８自体が水分バリア性の部材として機能してもよい。接着剤３８が水分バリア性の材料を含有していれば、接着剤３８が低透湿性の膜３７と同様の防湿効果や撥水効果を発揮することになる。低透湿性の膜３７を設けるには、膜３７の材料が必要になるだけでなく、ディップ工程や乾燥工程も必要となってしまう。一方で、接着剤３８が水分バリア性の材料を含有していれば、膜３７を省略できる。つまり、ディップ工程や乾燥工程も省略できるようになる。
【００６１】
ただし、低透湿性の膜３７を設けつつ、水分バリア性の材料を含有した接着剤３８を使用してもよい。水分バリア性の材料を含有していない接着剤３８を使用する場合、低透湿性の膜３７には高い防湿機能が要求される。一方で、低透湿性の膜３７を設けずに、水分バリア性の材料を含有した接着剤３８を使用する場合、接着剤３８には高い防湿機能が要求される。低透湿性の膜３７を設けつつ、水分バリア性の材料を含有した接着剤３８を使用する場合、膜３７の防湿機能と接着剤３８の防湿機能とをそれぞれ低下させることができる。つまり、水分バリア性の低い安価な素材を膜３７と接着剤３８として採用しても、膜３７と接着剤３８との各防湿機能が足し合わされるため、水分バリア性の高い高価な素材を採用した膜３７または接着剤３８と同等の効果を達成できる。
【図１】
2014021243.tif 000003
【図２】
2014021243.tif 000004
【図３】
2014021243.tif 000005
【図４】
2014021243.tif 000006
【図５】
2014021243.tif 000007
【図６】
2014021243.tif 000008
【図７】
2014021243.tif 000009
【図８】
2014021243.tif 000010
【図９】
2014021243.tif 000011
【図１０】
2014021243.tif 000012
【図１１】
2014021243.tif 000013
【図１２】
2014021243.tif 000014
【図１３】
2014021243.tif 000015
【図１４】
2014021243.tif 000016