(57)【要約】【課題】圧電素子に確実にワイヤーボンディングを行うことが可能な光走査装置を提供する。【解決手段】光走査装置１の固定台座３０に、走査ユニット２０の圧電素子２２が設けられる領域に対応して、前記圧電素子２２の下方を支持する支持部材４０を挿入可能な固定孔３７を設けた。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側に駆動部材が配置され、他端側に前記駆動部材により駆動される被駆動部が設けられた駆動基板を有する走査ユニットと、
平板状の底板部と、前記底板部の周縁から隆起された隆起部とを有し、前記駆動基板の前記一端が前記隆起部に固定され、前記走査ユニットを前記底板部と平行に保持する固定台座と、
を備え、
前記固定台座には、前記一端が保持された前記駆動基板を支持する支持部材が挿入される孔が、前記駆動部材が配置される位置に対応して、設けられたことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記固定部材の前記隆起部は、前記駆動基板を支持する支持部と、前記駆動基板の外周を囲うように設けられる保護部とから構成され、
前記駆動部材を構成する圧電素子と、前記保護部に配置される電極部とを、電気接続するボンディングワイヤを備えることを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光走査装置において、
前記固定部材の前記隆起部に、前記駆動基板の前記一端を取り付ける取り付け工程と、
前記固定部材の孔に、前記支持部材を挿入し、前記駆動基板の前記駆動部材が配置される位置が、前記支持部材により支持された状態で、前記駆動部材にボンディングワイヤを接続する接続工程と、
を備えることを特徴とする光走査装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラーを駆動させることにより、ミラーに入射される光を走査する光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光が入射されたミラーが、駆動部によりねじり駆動されることにより、レーザ光が走査される光走査装置がある。レーザ光源からの光が走査されると、所望の面に画像を形成することができる。この光走査装置は、例えば、光走査を行うレーザビームプリンタや、ヘッドマウントディスプレイ等の画像形成装置に用いられる。特許文献１には、一端が支持された基板に備えられるミラーが駆動部により駆動され、レーザ光源から入射するレーザ光が走査される技術が記載されている。ミラーを駆動させるため、駆動部を構成する圧電素子がミラーに隣接して設けられる。圧電素子とミラーは、支持部材に支持される。圧電素子が、支持部材に配置される電極と電気的に接続されることにより、圧電素子を駆動源としてミラーが振動され、レーザ光が走査される。このとき、圧電素子と電極とは、例えばボンディングワイヤを接合するワイヤーボンディング方法で電気接続される。ボンディングワイヤによる電気接続を確実に行うため、圧電素子へボンディングワイヤを接合する処理は、ミラーの一端が支持される前に行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７１２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ミラーに隣接して設けられた圧電素子へ、ボンディングワイヤを確実に接合させるため、前記圧電素子へボンディングワイヤを接合する素子接合工程は、ミラーの一端が支持される支持工程の前に行われ、ミラーを支持する部材に配置された電極へボンディングワイヤを接合する電極接合工程は、前記支持工程の後に行われていた。製造工程を減らすため、前記素子接合工程と、前記電極接合工程とを、前記支持工程の後に行う場合は、前記素子接合工程が、駆動し易く、安定しない状態である一端で支持されたミラーに対して行われることとなり、ミラーに隣接する圧電素子へボンディングワイヤが確実に接合されないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、支持部材により駆動部を確実に支持して製造される光走査装置及び光走査装置の製造方法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】
【０００６】
この目的を達成するために、請求項１記載の光走査装置は、一端側に駆動部材が配置され、他端側に前記駆動部材により駆動される被駆動部が設けられた駆動基板を有する走査ユニットと、平板状の底板部と、前記底板部の周縁から隆起された隆起部とを有し、前記駆動基板の前記一端が前記隆起部に固定され、前記走査ユニットを前記底板部と平行に保持する固定台座と、を備え、前記固定台座には、前記一端が保持された前記駆動基板を支持する支持部材が挿入される孔が、前記駆動部材が配置される位置に対応して、設けられたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２記載の光走査装置は、前記固定部材の前記隆起部は、前記駆動基板を支持する支持部と、前記駆動基板の外周を囲うように設けられる保護部とから構成され、前記駆動部材を構成する圧電素子と、前記保護部に配置される電極部とを、電気接続するボンディングワイヤを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３記載の光走査装置の製造方法は、請求項１に記載の光走査装置において、前記固定部材の前記隆起部に、前記駆動基板の前記一端を取り付ける取り付け工程と、前記固定部材の孔に、前記支持部材を挿入し、前記駆動基板の前記駆動部材が配置される位置が、前記支持部材により支持された状態で、前記駆動部材にボンディングワイヤを接続する接続工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の光走査装置においては、前記固定台座に孔が設けられ、前記孔に前記支持部材が挿入されて、前記駆動基板が支持される構成であるので、前記駆動部が駆動し易い状態に保持されている場合であっても、前記支持部材により、前記駆動部を確実に支持することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の光走査装置においては、前記隆起部が前記駆動基板の外周を囲う構成であるので、前記駆動基板を保護するための他の部材が接着されることが可能となり、前記支持部材により支持され、確実に電気接続が行なわれた前記圧電素子を保護することができる。
【００１１】
また、請求項３記載の光走査装置の製造方法においては、前記接続工程において、前記固定台座の孔に挿入される前記支持部材によって、前記駆動基板が支持された状態で、前記駆動部材がボンディングワイヤにより電気接続が行われる構成であるので、前記駆動基板の一端が取り付けられて前記駆動基板の前記駆動部が駆動し易い状態で保持されている場合であっても、前記支持部材により前記駆動部を安定させて確実に電気接続を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における光走査装置１の全体斜視図である。
【図２】前記光走査装置１及び支持部材４０の分解斜視図である。
【図３】前記光走査装置１の固定台座３０のＡ−Ａ断面図である。
【図４】前記光走査装置１の製造工程を示す工程フローである。
【図５】前記工程フローに従う前記光走査装置１の状態変化図である。
【図６Ａ】前記光走査装置１の前記圧電素子２２に接合されるボンディングワイヤ５０の接合強度の測定時の試験条件を示す図である。
【図６Ｂ】条件１及び条件２の前記圧電素子２２に接合されるボンディングワイヤ５０の接合強度の試験結果を示す図である。
【図７Ａ】従来における光走査装置１００のボンディングワイヤ５００ａの接合を示す斜視図である。
【図７Ｂ】従来における前記光走査装置１００のボンディングワイヤ５００ａ及び５００ｂの接合を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１及び図２を用いて、本発明の実施形態に係る光走査装置１の構造を説明する。図１は、前記光走査装置１の全体を示す斜視図である。前記光走査装置１は、走査ユニット２０と、前記走査ユニット２０を固定する固定台座３０により構成される。図２は、図１の前記光走査装置１の前記走査ユニット２０及び前記固定台座３０と、前記光走査装置１が製造されるとき、前記走査ユニット２０を支持する支持部材４０との配置の関係を示す分解斜視図である。尚、本実施形態の光走査装置１においては、図１に示すように上下方向、左右方向及び前後方向を設定し、以下を説明する。
【００１５】
図２に示す前記走査ユニット２０は、外形が四角形状である薄い板状の駆動基板２１を有する。前記駆動基板２１は、弾性を有する導電性材料、具体的にはＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０等のステンレス、チタン及び鉄等の金属材料を用いて形成される。前記駆動基板２１は、後端側に前記固定台座３０により固定される被固定部２１ａと、前端側に略正方形状の走査部２１ｂを備える。前記被固定部２１ａと前記走査部２１ｂとは、弾性部２１ｃを介して対向する辺の中央が接合されている。
【００１６】
前記走査部２１ｂは、後方の上面に前記圧電素子２２が載置される。前記走査部２１ｂの前方には、左右方向に延びる棒状の梁２３が設けられ、前記梁２３の左右方向の中央に、丸形状のミラー２４が設けられる。前記駆動基板２１の前記弾性部２１ｃと、前記梁２３及び前記ミラー２４は、長方形の金属板をエッチング又はプレス加工することにより形成される。
【００１７】
図２及び図３を用いて、前記固定台座３０の構造を詳細に説明する。図３は、図１に示す前記固定台座３０のＡ−Ａ断面図である。図２に示す前記固定台座３０は、前記駆動基板２１よりやや大きい四角形状であり、前記駆動基板２１と同様の材質の材料を用いて形成された平板状の底板部３１を備える。前記固定台座３０は、前記底板部３１の平板の全周から、上方向に隆起した隆起部３２が備えられた凹形状である。前記隆起部３２は、前記駆動基板２１の前記被固定部２１ａを固定する一辺の固定部３２ａと、前記固定部３２ａにより固定される前記駆動基板２１の前記走査部２１ｂの左右両側方及び前方の保護部３２ｂとから構成される。
【００１８】
前記走査ユニット２０と前記固定台座３０とは、前記駆動基板２１の前記被固定部２１ａの下面側が、前記底板部３１の前記固定部３２ａの上面側に取り付けられ、固定される。前記駆動基板２１と前記底板部３１とは、例えばレーザ溶接法により取り付けられる。前記被固定部２１ａが前記固定部３２ａに取り付けられるとき、前記駆動基板２１の前記走査部２１ｂは、外周は前記保護部３２ｂにより囲われ、前記底板部３１との間に空間が設けられた状態となるように配置がされる。
【００１９】
また、前記隆起部３２を構成する前記保護部３２ｂのうち、前記固定部３２ａと隣接する前記保護部３２ｂの右側及び左側には、上面に電極基板３４が配置される。更に、前記電極基板３４の上面には、電極３５が形成される。前記電極３５は、前記圧電素子２２が配置される位置に対応して、前記圧電素子２２と平行に設けられ、前記電極基板３４に形成された非図示の配線を介して、非図示の交流電源と接続されている。
【００２０】
前記圧電素子２２と前記電極３５とは、図１に示すように、後述において説明する製造工程により接合されるボンディングワイヤ５０により、電気接続される。前記ボンディングワイヤ５０は、図示外のボンディング装置により、接合させる点に熱と荷重と超音波が加えられ、圧力と摩擦と熱を利用して接合される。
【００２１】
この構成により、前記圧電素子２２には、交流電源から、前記電極３５及び前記ボンディングワイヤ５０を介して電力が供給され、駆動される。前記圧電素子２２の駆動に起因する振動が前記梁２３に伝えられ、前記梁２３は、その振動を捻り駆動に変換して、前記ミラー２４を捻り駆動させる。前記ミラー２４は、捻り向きに応じて、図示外のレーザ光源から前記ミラー２４の上面に入射されるレーザ光を反射して走査し、所望の画像を形成する。
【００２２】
前記駆動基板２１は、前記被固定部２１ａが、前記固定部３２ａに取り付けられ、片持ち固定される。また、前記駆動基板２１は、前記走査部２１ｂが前記弾性部２１ｃを介して、前記被固定部２１ａと接合される構成により、前記圧電素子２２による駆動力は、固定された前記被固定部２１ａにより吸収されることが少なく、効率よく前記ミラー２４の捻り駆動に変換される。
【００２３】
しかしながら、前記駆動基板２１は、前記被固定部３２ａと前記走査部２１ｂとが、前記弾性部２１ｃによって、互いに対向する中央のみで接合されているため、駆動し易い状態で固定される。本実施形態においては、前記駆動基板２１が駆動し易い状態で固定される場合であっても、前記駆動基板２１の前記走査部２１ｂを安定させて前記ボンディングワイヤ５０を前記圧電素子２２に確実に接合させる構成を前記底板部３１に備えた。以下に、前記底板部３１の構造及び前記ボンディングワイヤ５０の接合方法を詳細に説明する。
【００２４】
図３に示すように、前記底板部３１は、照射孔３６と、固定孔３７を有する。前記照射孔３６は、レーザ光源からのレーザ光が、前記ミラー２４に向けて、照射されるための孔であり、前記駆動基板２１の前記ミラー２４が設けられる領域の下方に形成される。前記固定孔３７は、後述により説明する前記圧電素子２２へ前記ボンディングワイヤ５０が接合されるとき、前記駆動基板２１を支持する支持部材４０が挿入される孔であり、前記圧電素子２２が載置される領域の下方に形成される。
【００２５】
本実施形態において、駆動し易い状態で固定されている前記駆動基板２１の前記圧電素子２２に対して、前記ボンディングワイヤ５０を接合するとき、図２に示す前記支持部材４０が、前記固定台座３０の前記底板部３１に対応して設けられ、前記駆動基板２１が前記支持部材４０により下方から支持される。前記支持部材４０は、前記固定孔３７に挿入可能な円柱形状の支持柱４１と、前記支持柱４１の下方が接着された平板状の支持台４２とから構成される凸形状の部材である。前記圧電素子２２に前記ボンディングワイヤ５０が接合される時、前記支持台４２が前記底板部３１に当接し、前記支持柱４１が前記固定孔３７に挿入されて、前記駆動基板２１の下面と当接し、前記駆動基板２１を下方側から支持する。前記圧電素子２２は、前記駆動基板２１が前記支持柱４１により支持された状態で、前記ボンディングワイヤ５０が接合されることにより、確実に前記ボンディングワイヤ５０の接合が行われる。この構成により、前記圧電素子２２が駆動し易い状態に保持されている場合であっても、前記支持柱４１により、前記圧電素子２２に対し安定した電気接続を行わせることができる。
【００２６】
前記圧電素子２２と前記電極３５とが電気接続された光走査装置１は、通常、図示外の画像形成装置本体に設置され使用される。画像形成装置本体に前記光走査装置１が設置されるとき、前記保護部３２ｂには、図示外の外部蓋が装着される。この外部蓋により、前記圧電素子２２と、前記電極３５と、前記ボンディングワイヤ５０と、前記梁２３及び前記ミラー２４を、空気中の飛散物等の外的要因から保護し、破損を防ぐことができる。このように、光走査装置１に、外部蓋が装着される前記保護部３２ｂが設けられるため、前記駆動基板２１の下方を支持する部材が、左右方向から挿入できない構造である。従って、前記底板部３１に、前記支持柱４１が挿入可能な前記固定孔３７を設けることにより、前記駆動基板２１が支持され、確実に前記ボンディングワイヤ５０を接合することができる。
【００２７】
＜光走査装置の製造工程＞
図４及び図５を用いて、前記光走査装置１の製造工程を説明する。図４は、前記光走査装置１の製造工程を時系列順に示す工程フローである。図５は、図４の製造工程に対応する前記光走査装置１の状態変化図である。図５は、図１に示す前記光走査装置１のＡ−Ａ断面の概略を示す。以下、図４に従って、前記光走査装置１の製造方法を説明する。
【００２８】
図４に示すステップＳ１においては、前記固定台座３０に前記走査ユニット２０が配置される。図５Ａに示すように、前記駆動基板２１の前記被固定部２１ａが、前記固定台座３０の前記固定部３２ａにレーザ溶接により取り付けられる。ステップＳ１において、前記固定台座３０には、前記電極基板３４及び前記電極３５が既に設けられている。ステップＳ１が行われた前記駆動基板２１は、前記被固定部２１ａが前記固定台座３０に固定された片持ち固定の状態となる。このとき、前記電極３５と、前記圧電素子２２とは、近接して設けられる。尚、本実施形態のステップＳ１の工程が、本発明の取り付け工程の一例である。
【００２９】
次に、ステップＳ２においては、前記固定台座３０に対応して、前記支持部材４０が設けられる。具体的には、図５Ｂに示すように、前記支持部材４０の前記支持柱４１が、前記固定台座３０の前記固定孔３７に挿入され、前記圧電素子２２が載置された領域に対応する位置の前記駆動基板２１の下面に、前記支持柱４１の上面が当接し、前記駆動基板２１が支持される。このとき、前記支持台４２は、前記底板部３１に平行に配置され、前記支持台４２の上面と前記底板部３１の下面とが当接して配置される。
【００３０】
ステップＳ３においては、前記圧電素子２２と前記電極３５とに、前記ボンディングワイヤ５０が接合される。まず、図５Ｃに示すように、前記支持柱４１により安定に支持された前記駆動基板２１の前記圧電素子２２の上面に、ボンディング装置のノズル部６０が垂直に圧着され、前記ボンディングワイヤ５０が接合される。その後、続けて、前記ノズル部６０は、前記圧電素子２２と平行に配置された前記電極３５の上面に、垂直に圧着され、前記ボンディングワイヤ５０を接合する。ステップＳ３の工程により、前記圧電素子２２と前記電極３５とが電気接続される。尚、本実施形態のステップＳ３の工程が、本発明の接続工程の一例である。
【００３１】
前記圧電素子２２と前記電極３５とに前記ボンディングワイヤ５０が接合された後、ステップＳ４において、図５Ｄに示すように、前記底板部３１から前記支持部材４０が取り除かれる。以上の工程により、前記光走査装置１が完成する。
【００３２】
従来は、本実施形態と同様の構成の光走査装置１００において、固定台座３００により走査ユニット２００の駆動基板２１０が固定される前に、前記駆動基板２１０の圧電素子２２０に、ボンディングワイヤ５００が接合されていた。前記圧電素子２２０と電極３５０とは、図７Ａに示すように、前記圧電素子２２０にボンディングワイヤ５００ａの一端が接合された後、前記駆動基板２１０が前記固定台座３００に取り付けられる工程を経て、図７Ｂに示すように、再度、前記ボンディング５００ａとは異なるボンディングワイヤ５００ｂにより、電気接続される工程が行われていた。
【００３３】
即ち、前記固定台座３００に前記駆動基板２１０が固定される前に、前記圧電素子２２０に前記ボンディングワイヤ５００が接合される場合は、前記圧電素子２２０には、前記ボンディングワイヤ５００ａ及び５００ｂによる２度付けが行われていた。前記ボンディングワイヤ５００ａ及び５００ｂにより、前記圧電素子２２０と前記電極３５０とは確実に電気接続されるが、前記ボンディングワイヤ５００により電気接続される工程は最少工数の一回では行われず、図７Ｂに示すように、前記ボンディングワイヤ５００ａは、最初に一端が前記圧電素子２２０に接合される一方で、他端は、電気接続に用いられない不必要な捨てボンドとなっていた。
【００３４】
本実施形態では、前記ステップＳ１において、前記駆動基板２１が前記固定台座３０に固定されて配置された後、前記ステップＳ２において、前記圧電素子２２が載置された前記駆動基板２１の下方が支持され、前記前記ステップＳ３において、前記圧電素子２２と前記電極３５とに、前記ボンディングワイヤ５０の一端と他端が接合され、電気接続される。本実施形態では、前記圧電素子２２が載置された前記駆動基板２１の下方が、前記支持柱４２により支持されているため、前記圧電素子２２に前記ボンディングワイヤ５０を確実に接合させることができる。また、互いに近接して配置された前記圧電素子２２と前記電極３５とに連続して、前記ボンディングワイヤ５０を接合させることができるため、捨てボンドを発生させず、一度で電気接続を行うことが可能である。
【００３５】
＜接合強度の試験結果＞
本実施形態に係る前記光走査装置１に対し、前記支持柱４１により前記駆動基板２１が支持されない状態で、前記圧電素子２２に前記ボンディングワイヤ５０が接合される場合である条件１と、前記支持柱４１により支持された状態の前記圧電素子２２に前記ボンディングワイヤ５０が接合される場合である条件２とを設定し、それぞれについて前記ボンディングワイヤ５０のボールシェアの接合強度を測定する試験を、図６Ａに示す試験条件にて行った。本試験では、前記条件１及び前記条件２別に、同一の構成の光走査装置１をそれぞれ５つ用意し、光走査装置サンプル１〜５と設定し、接合強度を計測した。本試験における接合強度とは、前記圧電素子２２に接合された前記ボンディングワイヤ５０に対して、側面から外力を加えた場合の外力耐性を計測した結果を、数値により示したものである。
【００３６】
図６Ｂは、前記条件１及び前記条件２別の光走査装置サンプル１〜５の接合強度の測定結果を示す図である。この強度測定の試験の結果、条件１の光走査装置サンプル１〜５では、光走査装置サンプル１、２、４の３つの前記ボンディングワイヤ５０の結合強度がＮＧ判定となった。ＮＧ判定とは、前記圧電素子２２に、前記ボンディングワイヤ５０が確実に接合されなかった状態を示す。一方、条件２の光走査装置サンプル１〜５では、全ての前記ボンディングワイヤ５０が、側面からの外力に耐える程度の接合強度で接合された。図６から、条件２の場合は、標準偏差値が小さいと判断でき、複数の光走査装置サンプル１〜５各々の接合強度の差が小さいため、歩留まりよく製造することができるという効果がある。
【００３７】
前記駆動基板２１の前記圧電素子２２に対し、前記ボンディングワイヤ５０を接合させる場合おいては、条件２のように、前記支持柱４１が、前記圧電素子２２の前記ボンディングワイヤ５０が接合される位置の直下に、前記駆動基板２１を支持するように設けられる必要がある。この構成により、前記ボンディングワイヤ５０は、前記支持柱４２により下方が支持された前記圧電素子２２に接合され、十分な強度が確保された電気接続を行うことができる。
【００３８】
（変形例）
本実施形態の製造工程において、前記光走査装置１は、前記支持柱４１が前記固定孔３７に挿入されることにより、前記駆動基板２１が支持される構成であるが、前記駆動基板２１の支持方法はこれに限らない。例えば、前記固定台座３０の前記隆起部３２に、前記駆動基板２１の下方を支持する板等の部材が挿入可能な孔を設け、その板により支持された前記駆動基板２１の前記圧電素子２２に対し、前記ボンディングワイヤ５０の接合が行われる構成であってもよい。また、前記支持柱４１は、少なくとも前記ボンディングワイヤ５０が接合される領域より大きく、前記固定孔３７より小さい構成であれば、大きさは拘らない。また、前記固定台座３０の前記固定孔３７は、前記圧電素子２２の下方の少なくとも一部領域に設けられ、前記支持柱４１より大きい構成であれば、孔の位置、形状は拘らない。
【符号の説明】
【００３９】
１  光走査装置
２１  駆動基板
２１ａ  被固定部
２１ｂ  走査部
２２  圧電素子
２４  ミラー
３０  固定台座
３１  底板部
３２  隆起部
３５  電極
３７  固定孔
４０  支持部材
４１  支持柱
５０  ボンディングワイヤ
【図３】
2011215208.tif 000003
【図７Ｂ】
2011215208.tif 000004
【図１】
2011215208.tif 000005
【図２】
2011215208.tif 000006
【図４】
2011215208.tif 000007
【図５】
2011215208.tif 000008
【図６Ａ】
2011215208.tif 000009
【図６Ｂ】
2011215208.tif 000010
【図７Ａ】
2011215208.tif 000011