(57)【要約】【課題】揺動体へのホコリ付着防止に関する。【解決手段】トーションバーと、前記トーションバーの一部に平面形状部を設け取り付けられた揺動体と、前記揺動体またはトーションバーに取り付けられた磁石とを有した振動素子において、前記揺動体に導電性を有した材料を構成する。これにより本発明では、揺動体へのホコリ付着を防止することができる。さらに、本発明では、ホコリ付着に伴う光反射面の反射率低下や、揺動体の質量変化による共振周波数の変動も抑制される。【選択図】図５
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【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の一部に平面形状部を設け取り付けられた揺動体と、
前記揺動体またはトーションバーに取り付けられた磁石と、を有し、
前記揺動体に導電性を持たせることを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記トーションバーは、金属もしくは合金であり、導電性を有している材料を用いてい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】
前記揺動体の基材は、導電性を有していない材料から形成された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】
金属材料により形成されたトーションバーと、
前記トーションバーに支持された揺動体と、を備え、
前記揺動体は、金属材料により形成された光反射面を有し、
前記光反射面を形成する部分と前記トーションバーとが電気的に接続されたことを特徴とする振動素子。
【請求項５】
トーションバーと、
前記トーションバーに取り付けられた揺動体と、
前記揺動体またはトーションバーに取り付けられた磁石と、を有し、
前記揺動体は、光反射面が平滑であり、かつ、金属を材料とした反射層が１層または積層されていることを特徴とする振動素子。
【請求項６】
トーションバーと、
前記トーションバーに取り付けられた揺動体と、
前記揺動体に設けられた光反射面と、
前記光反射面に光を照射する光源と、
前記揺動体またはトーションバーに取り付けられた磁石と、
前記磁石に対応した磁界を発生し、前記トーションバーを変形させて前記揺動体を回動させることで、前記光を前記光反射面によって走査させる磁界発生手段と、を有し、
前記揺動体は、光反射面が平滑であり、かつ、金属を材料とした反射層が１層または積層されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光走査装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動素子、及びこの振動素子を備えた光走査装置、並びにこの光走査装置を備えた画像形成装置や画像投影装置等の電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動素子は、光源からの光を走査する手段として光走査装置において使用されることがある。一般に、光走査装置の中には、トーションバー、光学ミラー及び磁石からなる振動系の共振を利用して、小さな電力で大きな振幅の光走査を行うものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の振動素子は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術によりシリコン基板を加工して形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３-３５０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の振動素子では、揺動体および１対のトーションバーを有する構造体は、シリコン基板により形成すると記されている。これらの構成では、構造体の材質が導電性を有していないため、帯電が起こり、光反射面などにホコリが堆積する恐れがある。さらには、ホコリ付着に伴い光反射面の反射率の低下や、揺動体の質量変化による共振周波数の変動が起こる。従って、光反射面を帯電させることは、振動素子の特性に大きな影響を与えることになるので、極力低減させる必要がある。
【０００６】
本発明は、ホコリの付着を有効に防止できる振動素子及び光走査装置並びに電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の振動素子は、トーションバーと、前記トーションバーの一部に平面形状部を設けた揺動体と、前記揺動体またはトーションバーに取り付けられた磁石とを有し、前記揺動体に導電性を持たせていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ホコリの付着を有効に防止できる振動素子及び光走査装置並びに電子機器を実現することができる。さらに、本発明では、光反射を伴う振動素子に適用すれば、ホコリ付着に伴う光反射面の反射率低下や、揺動体の質量変化による共振周波数の変動も抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光走査装置の平面図である。
【図２】図１に示される光走査装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１に示される光走査装置を構成する振動素子の振動部のＩＶ−ＩＶ線に沿う拡大断面図である。
【図４】反りがあるトーションバーの理想揺動軸線と揺動体の重心との関係を模式的に示す概念図である。
【図５】本実施例に示す揺動体に導電性を持たせた構成の振動素子を示す図である。
【図６】本実施例に示す揺動体に導電性を持たせた構成の振動素子を示す詳細図である。
【図７】画像形成装置を示す図である。
【図８】画像投影装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１ないし図４を用いて振動素子について説明する。図１において振動素子３０の細長いトーションバー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。
【００１１】
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、第２の板部材３４によって形成されている。揺動体３２の内部には磁石３５が設けられている。
【００１２】
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。磁石３５は、揺動体３２またはトーションバー３１に取り付けられた第１磁界発生手段として機能する。
【００１３】
また、磁界発生部７０は、第１磁界発生手段が発生する磁界に対応した磁界を発生し、トーションバー３１を変形させて揺動体３２を回動させることで、光を光反射面によって走査させる第２磁界発生手段として機能する。なお、第１磁界発生手段がコイルにより構成されてもよい。同様に、磁界発生部７０が磁石により構成されてもよい。
【００１４】
図２によれば、振動素子３０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。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、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。
【００１７】
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。
【００１８】
図３によれば、揺動体３２を、トーションバー３１の長さ方向に直交する断面を示している。揺動体３２は、トーションバー３１の中心軸回りに回動する。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３３２、３４２を介して密着接合されている。
【００１９】
図４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７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。
【００２０】
すなわち、理想揺動軸線ＡＲは、図７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４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。
【００２１】
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。
【００２２】
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２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。
【００２３】
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１から図３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。
【００２４】
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。
【００２５】
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３３２、３４２を介して密着接合されるとともに、接合面３３２、３４２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３３２、３４２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。
【００２６】
図２および図３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３３２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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
〔導電性を有した振動素子の構成〕
本実施例では、図５、図６で示すような両持ち素子構成について説明をする。
振動素子３０のトーションバー３１両端は枠体２１に取り付けられており、トーションバー３１の中央に揺動体３２が取り付けられている。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、トーションバー３１の一方に形成され、トーションバー３１を介して他方には磁石３５が形成されている。
【００３２】
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。磁石３５は、揺動体３２またはトーションバー３１に取り付けられた第１磁界発生手段として機能する。
【００３３】
また、磁界発生部７０は、第１磁界発生手段が発生する磁界に対応した磁界を発生し、トーションバー３１を変形させて揺動体３２を回動させることで、光を光反射面３１１によって走査させる第２磁界発生手段として機能する。
【００３４】
揺動体３２表面の光反射面３１１には、反射率を向上させるために増反射膜を形成してもよい。
【００３５】
また、トーションバー３１の形状は、断面矩形でも断面円形でもよく、限定されるものではない。本実施例では、トーションバー３１として導電性材料であるＣｏ−Ｎｉ基合金を機械加工して用いた。また、揺動体３２の基材を構成する材料は導電しにくい材料である単結晶Ｓｉを用いた。
【００３６】
ところで、複数の異なる部品により構成された振動素子３０では、揺動体３２を高速で回動させる場合には揺動体３２を出来るだけ軽くする必要があり、樹脂やガラスなど導電性を有していない材質が用いられることが多い。従って、揺動体３２の光反射表面は帯電を起こし、ホコリを堆積することがある。単結晶Ｓｉ一体で製作した振動素子の場合でも同様の問題が発生する。
【００３７】
そこで、揺動体３２に導電性を有していない材質を用いた場合は、揺動体３２に導電性を有する機能を付与する構成とすることで問題が解決される。
【００３８】
本実施例では、図５、図６に示すように、導電性を有する材料を介してトーションバー３１と揺動体３２を配置した構成を説明する。
【００３９】
本実施例のように、導電性を有し、且つ接着機能を有する材料としては、導電性接着剤、金ナノペースト、銀ナノペースト、銅ナノペースト、はんだ等が一例として挙げられるが、この限りではない。
【００４０】
次に、金属トーションバー３１と導電性を有しない揺動体３２からなる振動素子製作方法について説明する。金属トーションバー３１は、揺動体３２との接合部分を平坦に加工することにより接着強度の向上が図れる。
【００４１】
揺動体３２は、金属トーションバー３１との接合部をレーザー加工等で加工し切欠を設けるとよい。これにより、金属トーションバー３１との接合面積を広くし、接着強度を高めることができる。さらに、金属トーションバー３１との接合面から反対側の光反射面３１１まで切欠を延ばすことにより、光反射面３１１へ導電性を有する接点を設けることができる。
【００４２】
上述した各部品は、金属トーションバー３１を両側から揺動体３２と磁石３５により挟み込む配置となっており、各部品同士が導電性を有する材料で接着されている。なお、導電性を付与する構成としては、この限りではない。
【００４３】
このように、本実施例では、揺動体３２の光反射面３１１に導電性を有する接点、すなわち、光反射面３１１を形成する部分と金属トーションバー３１とを電気的に接続し、光反射面３１１から金属トーションバー３１、その後、枠体２１へと電気を流す経路を構築することにより、光反射面３１１の帯電によるホコリの堆積を防止することが実現できる。また、ホコリの付着に伴う光反射面の反射率の低下が緩和される。
【００４４】
なお、これにより光学特性を長寿命化させることが出来る。また、ホコリの付着に伴い、揺動体の質量変化が起こることに伴う、共振周波数の変動が改善される。これにより、経時変化による駆動特性の劣化を抑制することができる。
【００４５】
〔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。
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金を用いた場合、その主要組成の重量比は、Ｃｏ：２０．０〜５０．０％、Ｎｉ：２０．０〜４５．０％、Ｃｒ／Ｍｏ：２０．０〜４０．０％（Ｃｒ：１８〜２６％、Ｍｏ：３〜１１％）であることが好ましい。特に、Ｃｏ：３１．０〜３７．３％、Ｎｉ：３１．４〜３３．４％、Ｃｒ：１９．５〜２０．５％、Ｍｏ：９．５〜１０．５％とするのがさらに好ましい。
【００５０】
このＣｏ−Ｎｉ基合金をトーションバー３１の製品形状に加工するとともに、当該加工に伴って硬化処理を施して内部残留歪みを与えた後、時効硬化処理を施すことによって所望のトーションバー３１を得ることができる。
【００５１】
より具体的には、溶製後に熱間鍛造や均質化熱処理などの工程を経て得られた少なくともＣｏ及びＮｉを含むマトリクスに置換型の溶質元素を含有する出発原料から、冷間圧延による加工硬化処理を経てＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金材料を得る。この合金材料は、圧延方向に＜１００＞の集合組織が形成され、圧延方向と直交する方向に＜１１０＞の集合組織が形成される。
【００５２】
したがって、本実施形態のトーションバー３１として採用する場合、プレス加工、レーザー加工、ダイス加工、ワイヤーカット、超塑性加工などによって圧延方向と直交する方向がトーションバー３１の長手方向となるように切り出して製品形状に
加工する。
【００５３】
また、これらの加工に伴って、硬化処理を施して内部残留歪みを与えた後、真空中または還元雰囲気にて時効硬化処理を施すことによって所望のトーションバー３１を得ることができる。この時効硬化処理は、４００℃〜７００℃の温度で数十分から数時間程度（例えば、５５０℃で２時間）行うのが最適であるが、処理時間を短縮するために、例えば、強磁場中での熱処理を用いることも有効である。
【００５４】
これにより、高強度かつ振動減衰能が低く、しかも弾性限界の高い良好な振動特性を有するトーションバー３１を得ることができる。このような非磁性で加工硬化及び時効硬化型のＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金としては、例えば、Ｃｏ：３５％、Ｎｉ：３２％、Ｃｒ：２０％、Ｍｏ：１０％の組成を有するセイコーインスツル株式会社のＳＰＲＯＮ５１０（商品名：ＳＰＲＯＮは、登録商標である。）を挙げることができる。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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ＳＵＳ ３０１、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。なお、揺動体３２の基材を、金属材料と比べて軽量な材料（シリコン材料等）で形成し、その表面に金属材料からなる光反射面３１１を形成することで、揺動体３２を全て金属材料で形成した場合と比べて、揺動体３２の軽量化を図ることができる。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
なお、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。
【００６７】
〔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等の電子機器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。
【００６８】
図７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。
【００６９】
露光部２１０は、光走査装置２２０、周知のコリメータ光学系２０２及び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や上述した振動素子３０を備えている。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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。つまり、振動素子３０のトーションバー３１は、金属または金属合金の基板材料５００を機械加工して形成され、さらに、外周面における加工面４００を表面処理して平滑化されている。これにより、Ｑ値や最大振れ角など、振動素子３０の駆動における共振特性が向上するため、画像形成装置２００により形成される画像の品質も安定するようになる。
【００７５】
〔画像投影装置〕
実施例にかかる振動素子３０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８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。
【００７６】
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。
【００７７】
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、振動素子３０の揺動体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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
とりわけ、本実施例の画像投影装置３００は上述した振動素子３０を採用している。つまり、振動素子３０のトーションバー３１は、金属または金属合金の基板材料５００を機械加工して形成され、さらに、外周面における加工面４００を表面処理して平滑化されている。これにより、Ｑ値や最大振れ角など、振動素子３０の駆動における共振特性が向上するため、画像投影装置３００により投影される画像の品質も安定するようになる。
【図１】
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【図２】
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【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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