(57)【要約】【課題】可動板と１対の軸部材とで構成される振動子の捩り共振周波数を変更することで所望の振動特性を発揮することのできるアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置を提供すること【解決手段】本発明のアクチュエータは、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を変更する剛性変更手段６を有し、剛性変更手段６は、伸縮により１対の軸部材２３、２４にかかる張力を変化させる圧電素子６１、６２を備え、圧電素子６１、６２を介して軸部材２３、２４のそれぞれと支持部２２とを連結し、圧電素子６１、６２を伸縮させることで１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を変更するように構成されている。【選択図】図１
2008111882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動板と、
前記可動板を回動可能に両持ち支持する長手形状をなす１対の軸部材と、
前記１対の軸部材を支持するための支持部と、
前記可動板を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動することにより、前記１対の軸部材を捩り変形させつつ前記可動板を回動させるように構成されたアクチュエータであって、
前記１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、
前記剛性変更手段は、伸縮により前記１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して前記１対の軸部材のうちの一方の軸部材と前記支持部とを連結し、前記圧電素子を伸縮させることで前記１対の軸部材の捩り剛性を変更す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。
【請求項２】
前記駆動手段は、電圧を印加する電圧印加手段を備え、
前記剛性変更手段は、前記電圧の周波数と、前記可動板と前記１対の軸部材とで構成される振動子の捩り共振周波数とが等しくなるように前記１対の軸部材の捩り剛性を変更する請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記圧電素子は、前記可動板の回動中心軸と平行な方向に伸縮する請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記圧電素子は、前記各軸部材と前記支持部とを連結するように１対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。
【請求項５】
前記圧電素子と前記軸部材との間には、前記支持部に連結されているとともに該支持部に対して前記可動板の回動中心軸と平行な方向に変位可能な補助部材が介在している請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記補助部材は、前記可動板の回動中心軸に直交する方向に延在する部分を有している請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記可動板の回動中心軸と平行な方向における前記延在する部分の長さをＷとし、前記可動板の厚さ方向での前記延在する部分の長さをＨとしたとき、Ｗは、Ｈよりも小さい請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記可動板の板面には、光反射性を有する光反射部が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。
【請求項９】
光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を回動可能に両持ち支持する長手形状をなす１対の軸部材と、
前記１対の軸部材を支持するための支持部と、
前記可動板を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動することにより、前記１対の軸部材を捩り変形させつつ前記可動板を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
前記１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、
前記剛性変更手段は、伸縮により前記１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して前記１対の軸部材のうちの一方の軸部材と前記支持部とを連結し、前記圧電素子を伸縮させることで前記１対の軸部材の捩り剛性を変更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。
【請求項１０】
光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を回動可能に両持ち支持する長手形状をなす１対の軸部材と、
前記１対の軸部材を支持するための支持部と、
前記可動板を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動することにより、前記１対の軸部材を捩り変形させつつ前記可動板を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナを備えた画像形成装置であって、
前記１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、
前記剛性変更手段は、伸縮により前記１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して前記１対の軸部材のうちの一方の軸部材と前記支持部とを連結し、前記圧電素子を伸縮させることで前記１対の軸部材の捩り剛性を変更するように構成されてい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、アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーザープリンタ等にて光走査により描画を行うための光スキャナとして、捩り振動子で構成されたアクチュエータを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、製造後（駆動中）に振動子の共振周波数を変更させることのできるアクチュエータが開示されている。特許文献１にかかるアクチュエータは、平面振動体と、平面振動体を支持するための固定部と、平面振動体と固定部とを連結する支持軸部材と、固定部と接合し平面振動体と対向する基板とを有している。このようなアクチュエータには、基板の面上であって、平面振動体に対応する部分に導電層が設けられており、この伝導層と平面振動体の間に静電引力を発生させ、平面振動体を基板側（すなわち、平面振動体の面に対して垂直な方向）に変位させることで、支持軸部材のバネ定数を変更し平面振動体の共振周波数を変更するように構成されている。
しかし、このようなアクチュエータを用いて光走査により描画を行う場合などには、共振周波数を変更することにより平面振動体の回動中心軸がずれてしまい、走査対象の所望の走査位置に照射させることができない。すなわち、特許文献１のアクチュエータは、所望の走査特性を発揮することができないという問題がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８２９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、可動板と１対の軸部材とで構成される振動子の捩り共振周波数を変更することで所望の振動特性を発揮することのできるアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、可動板と、
前記可動板を回動可能に両持ち支持する長手形状をなす１対の軸部材と、
前記１対の軸部材を支持するための支持部と、
前記可動板を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動することにより、前記１対の軸部材を捩り変形させつつ前記可動板を回動させるように構成されたアクチュエータであって、
前記１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、
前記剛性変更手段は、伸縮により前記１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して前記１対の軸部材のうちの一方の軸部材と前記支持部とを連結し、前記圧電素子を伸縮させることで前記１対の軸部材の捩り剛性を変更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、前記可動板と前記１対の軸部材とで構成される振動子の捩り共振周波数を変更することができ、所望の振動特性を発揮することのできるアクチュエータを提供することができる。
【０００６】
本発明のアクチュエータでは、前記駆動手段は、電圧を印加する電圧印加手段を備え、
前記剛性変更手段は、前記電圧の周波数と、前記可動板と前記１対の軸部材とで構成される振動子の捩り共振周波数とが等しくなるように前記１対の軸部材の捩り剛性を変更することが好ましい。
これにより、前記可動板を安定的に、かつ、極めて大きく回動させることができるため、極めて優れた回動特性を発揮することのできるアクチュエータを提供することができる。
【０００７】
本発明のアクチュエータでは、前記圧電素子は、前記可動板の回動中心軸と平行な方向に伸縮することが好ましい。
これにより、前記可動板の回動中心軸を一定に保ったままで、前記１対の軸部材の捩り剛性を変更することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記圧電素子は、前記各軸部材と前記支持部とを連結するように１対設けられていることが好ましい。
これにより、より大きい力で前記１対の軸部材の捩り剛性を変更することができる。
【０００８】
本発明のアクチュエータでは、前記圧電素子と前記軸部材との間には、前記支持部に連結されているとともに該支持部に対して前記可動板の回動中心軸と平行な方向に変位可能な補助部材が介在していることが好ましい。
これにより、前記可動板と、前記支持部と、前記１対の連結部と、前記補助部材とを一体的に形成することができ、アクチュエータの製造の簡易化を図ることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記補助部材は、前記可動板の回動中心軸に直交する方向に延在する部分を有していることが好ましい。
これにより、前記補助部材を前記可動板の回動中心軸と平行な方向へ変位させやすくすることができる。
【０００９】
本発明のアクチュエータでは、前記可動板の回動中心軸と平行な方向における前記延在する部分の長さをＷとし、前記可動板の厚さ方向での前記延在する部分の長さをＨとしたとき、Ｗは、Ｈよりも小さいことが好ましい。
これにより、前記可動板の回動中心軸と平行な方向への前記補助部材の変位を容易としつつ、それ以外の方向への前記補助部材の変位を防止することができる。
本発明のアクチュエータでは、前記可動板の板面には、光反射性を有する光反射部が設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータを光学デバイスに用いることができる。
【００１０】
本発明の光スキャナは、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を回動可能に両持ち支持する長手形状をなす１対の軸部材と、
前記１対の軸部材を支持するための支持部と、
前記可動板を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動することにより、前記１対の軸部材を捩り変形させつつ前記可動板を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナであって、
前記１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、
前記剛性変更手段は、伸縮により前記１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して前記１対の軸部材のうちの一方の軸部材と前記支持部とを連結し、前記圧電素子を伸縮させることで前記１対の軸部材の捩り剛性を変更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、前記可動板と前記１対の軸部材とで構成される振動子の捩り共振周波数を変更することができ、所望の走査特性を発揮することのできる光スキャナを提供することができる。
【００１１】
本発明の画像形成装置は、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、
前記可動板を回動可能に両持ち支持する長手形状をなす１対の軸部材と、
前記１対の軸部材を支持するための支持部と、
前記可動板を回動させる駆動手段とを有し、
前記駆動手段を作動することにより、前記１対の軸部材を捩り変形させつつ前記可動板を回動させ、前記光反射部で反射した光を走査するように構成された光スキャナを備えた画像形成装置であって、
前記１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、
前記剛性変更手段は、伸縮により前記１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して前記１対の軸部材のうちの一方の軸部材と前記支持部とを連結し、前記圧電素子を伸縮させることで前記１対の軸部材の捩り剛性を変更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、優れた描画特性を発揮することのできる画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のアクチュエータの第１実施形態を説明する。
図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図４は、制御系を説明するブロック図である。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。また、互いに直交する３軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、Ｘ軸と平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸と平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸と平行な方向を「Ｚ軸方向」とする。
【００１３】
アクチュエータ１は、図１に示すような基体２と、接合層４を介して基体２を支持する支持基板３と、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を変更するための剛性変更手段６と、可動板２１を回動させるための駆動手段７とを有している。
基体２は、図１に示すように、可動板２１と、可動板２１を両持ち支持する１対の軸部材２３、２４と、１対の軸部材２３、２４を支持するための支持部２２と、支持部２２に対して変位可能な１対の補助部材２５、２６とを備えている。
可動板２１の上面（支持基板３と反対側の面）には、光反射性を有する光反射部２１１が形成されており、下面には、後述する磁石７１が設けられている。そして、このような可動板２１は、１対の軸部材２３、２４により両持ち支持されている。
【００１４】
軸部材２３は、長手形状をなし、その長手方向での一端が可動板２１に連結し、他端が補助部材２５に連結している。同様に軸部材２４は、長手形状をなし、その長手方向での一端が可動板２１に連結し、他端が補助部材２６に連結している。このような１対の軸部材２３、２４は、同軸的に設けられており、この軸を回動中心軸Ｘとして可動板２１が支持部２２に対して回動する。なお、１対の軸部材２３、２４は、互いに同一形状、同一寸法をなしている。
【００１５】
補助部材２５は、支持部２２に連結されているとともに、支持部２２に対してＸ軸方向へ変位可能に設けられている。同様に、補助部材２６は、支持部２２に連結されているとともに、支持部２２に対してＸ軸方向へ変位可能に設けられている。これにより、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６とを一体的に形成することができる。すなわち、基体２を一体的に形成することでき、アクチュエータ１の製造の簡易化を図ることができる。
【００１６】
ここで、このような補助部材２５、２６について詳述するが、補助部材２５、２６は互いに同様の構成であるため、補助部材２５について代表して説明し、補助部材２６については、その説明を省略する。
補助部材２５は、軸部材２３と連結している本体部２５１と、本体部２５１と支持部２２とを連結する弾性変形可能な１対の連結部２５２、２５３とを備えている。
本体部２５１は、そのＸ軸方向での長さが、連結部２５２、２５３のＸ軸方向での長さよりも大きくなるように形成されている。これより、本体部２５１の機械的強度を向上させ、軸部材２３の捩れ変形に伴う本体部２５１の変形を防止することができる。
【００１７】
このような本体部２５１と支持部２２とを連結する１対の連結部２５２、２５３は、それぞれＹ軸方向へ延在するように形成されている。これにより、Ｙ軸と直交するＸ軸方向へ本体部２５１を変位させやすくすることができる。また、連結部２５２、２５３のそれぞれのＸ軸方向での長さをＷ１とし、Ｚ軸方向での長さをＨ１としたとき、Ｗ１がＨ１より小さくなるように連結部２５２、２５３のそれぞれが形成されている。これにより、連結部２５２、２５３がＸ軸方向へ曲げ変形することを容易としつつ、連結部２５２、２５３がＺ軸方向へ曲げ変形することを抑制することができる。すなわち、本体部２５１のＸ軸方向への変位を容易としつつ、Ｚ軸方向への変位を防止することができる。その結果、回動中心軸Ｘを一定に保ちつつ、可動板２１を回動させることができる。
【００１８】
具体的には、アクチュエータ１は、１対の軸部材２３、２４のそれぞれを捩り変形させつつ可動板２１を回動させるように構成されているため、軸部材２３の捩り変形に伴って、本体部２５１には、Ｚ軸方向成分を含む力が加わることとなる。したがって、連結部２５２、２５３のＺ軸方向での長さを大きくすることで、このような力によって本体部２５１がＺ軸方向へ変位してしまうことを防止することができる。
なお、１対の連結部２５２、２５３は、互いに同一形状、同一寸法をなしている。
【００１９】
以上、補助部材２５について説明したが、補助部材２６についても同様に、軸部材２４と連結している本体部２６１と、本体部２６１と支持部２２とを連結する弾性変形可能な１対の連結部２６２、２６３とを備えている。このような１対の補助部材２５、２６は、互いに同一形状、同一寸法をなし、かつ、可動板２１を中心として左右対称となるように形成されている。
【００２０】
なお、補助部材２５、２６の構成や形状などは、支持部２２に対してＸ軸方向へ変位可能に形成されていれば、特に限定されず、例えば、Ｙ軸方向の全域において補助部材２５のＸ軸方向での長さが均一になるように形成されていてもよい。また、連結部２５２、２５３が全域にわたってＹ軸方向へ延在するように形成されていなくてもよく、例えば、連結部２５２、２５３の一部がＹ軸方向に延在するように形成されていてもよい。
【００２１】
このような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６とが一体的に形成されている。例えば、シリコン基板を用意し、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６のそれぞれの平面視形状に対応するようにエッチングすることにより、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６とが一体的に形成された基体２を得ることができる。また、このように、シリコンを主材料とすることで、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理（加工）が可能であり、アクチュエータ１の小型化を図ることができる。
【００２２】
なお、基体２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６とを形成したものであってもよい。その際、可動板２１と、支持部２２と、１対の軸部材２３、２４と、１対の補助部材２５、２６とが一体となるように、これらを積層構造基板の１つの層で構成するのが好ましい。
以上、説明した基体２は、接合層４を介して支持基板３により支持されている。
【００２３】
支持基板３は、支持部２２の平面視形状と一致するように形成されている。すなわち、支持基板３は、枠状をなし、その内壁で囲まれるように空間３１が形成されている。この空間３１は、アクチュエータ１の駆動の際に、可動板２１が支持基板３に接触するのを防止する逃げ部を構成する。なお、支持基板３の形状としては、可動板２１の回動を許容することができれば特に限定されない。
【００２４】
このような支持基板３は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。シリコンを主材料として支持基板３を形成する場合には、例えば、ＳＯＩ基板（その厚さ方向に、Ｓｉ層とＳｉＯ２層とＳｉ層とが積層されている基板）を用いて、その一方のＳｉ層で基体２を形成し、ＳｉＯ２層で接合層４を形成し、他方のＳｉ層で支持基板３を形成することにより、基体２と支持基板３と接合層４とを一体的に形成することができる。このような支持基板３の下面には、板状の基板５が接合されている。なお、このような支持基板３および基板５の形状については、特に限定されず、支持基板３と基板５とが一体的に形成されていてもよく、また、支持部２２の形状などによっては、支持基板３および基板５を省略してもよい。
【００２５】
次に、可動板２１を駆動させるための駆動手段７について説明する。
駆動手段７は、図３に示すように、可動板２１の下面に設けられた板状の磁石７１と、基板５の上面であって磁石７１と対向する部位に設けられたコイル７２と、コイル７２に電圧を印加する電源（電圧印加手段）７３とを備えている。
磁石７１は、可動板２１の板面に沿って設けられており、Ｙ軸方向に磁化されている。すなわち、磁石７１の回動中心軸Ｘに対して一方の側がＮ極、他方の側がＳ極となるように磁石７１が設けられている。このような磁石７１としては、特に限定されないが、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などの永久磁石を用いるのが好ましい。これにより、電磁石の様に電気配線を形成する必要がなく、アクチュエータ１の製造の簡易化を図ることができる。なお、以下、説明の便宜上、図３に示すように、回動中心軸Ｘに対して左側（連結部２５２、２６２側）の部分をＳ極とし、右側（連結部２５３、２６３側）の部分をＮ極とした場合について説明する。
【００２６】
コイル７２は、電源７３に接続されており、例えば、この電源７３によりコイル７２へ交流電圧を印加すると、コイル７２付近に磁石７１の板面に対して垂直方向の磁力を有する磁界が発生し、その磁界の向きが交互に切り替わる。
これにより、図３にて、磁石７１の回動中心軸Ｘに対して右側の部分がコイル７２に接近する方向に変位し、磁石７１の回動中心軸Ｘに対して左側の部分がコイル７２から離間する方向へ変位する状態（「第１の状態」という）と、磁石７１の回動中心軸Ｘに対して右側の部分がコイル７２から離間する方向に変位し、磁石７１の回動中心軸Ｘに対して左側の部分がコイル７２に接近する方向へ変位する状態（「第２の状態」という）とが、交互に繰り返される。
【００２７】
このような第１の状態と第２の状態とを交互に繰り返すことにより、１対の軸部材２３、２４を捩れ変形させつつ、可動板２１を支持部２２に対して回動させることができる。すなわち、アクチュエータ１は、可動板２１と１対の軸部材２３、２４とで構成された振動系（振動子）を有している。なお、本実施形態では、電源７３によりコイル７２へ交流電圧を印加するものについて説明したが、可動板２１を回動させることができれば、これに限定されず、例えば、直流電源を間欠的に印加するように構成されていてもよい。
【００２８】
また、本実施形態では、磁石７１とコイル７２とを用いて可動板２１を回動させるもの（磁気駆動）について説明したが、可動板２１を回動させることができれば、特に限定されず、例えば、静電気力を用いて可動板２１を回動させるもの（静電駆動）であってもよいし、また、圧電素子を用いて可動板２１を回動させるもの（圧電駆動）であってもよい。
【００２９】
ここで、アクチュエータ１の駆動に際し、電源（電圧印加手段）７３によりコイル７２へ印加する電圧の周波数（駆動周波数）と、可動板２１と１対の軸部材２３、２４とで構成された振動子の捩り共振周波数（以下、単に「共振周波数」という）とが一致していることが好ましい。これにより、可動板２１を安定的に、かつ、極めて大きく回動させることができる。なお、共振周波数は、可動板２１の質量（光反射部２１１および磁石７１の質量を含む）および１対の軸部材２３、２４のバネ定数（捩り剛性）のそれぞれに依存する。
【００３０】
そこで、アクチュエータ１は、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性（バネ定数）を変更する剛性変更手段（バネ定数変更手段）６を備え、この剛性変更手段６を作動することで、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を高め（調整し）、共振周波数を高く（調整）するように構成されている。以下、剛性変更手段６について詳述する。
剛性変更手段６は、支持部２２と本体部２５１とを連結する圧電素子６１と、支持部２２と本体部２６１とを連結する圧電素子６２と、圧電素子６１、６２に電圧を印加するための圧電素子駆動ドライバ６７とを備えている。
【００３１】
圧電素子６１は、回動中心軸Ｘ上に設けられており、Ｘ軸方向へ伸縮する。これにより、回動中心軸Ｘを一定に保ったままで、１対の軸部材２３、２４にかかる張力を高めることができる。すなわち、回動中心軸Ｘを一定に保ったままで、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を高め（調整し）、共振周波数を高く（調整）することができる。また、例えば、アクチュエータ１を光学デバイスとして用いた場合には、回動中心軸Ｘを一定に保つことができるため、図示しない光源から照射され光反射部２１１で反射された光を走査対象の所望の走査位置に走査させることができる。すなわち、アクチュエータ１は、優れた振動特性（走査特性）を発揮することができる。
【００３２】
また、圧電素子６１と軸部材２３との間には、補助部材２５が介在しているため、アクチュエータ１の駆動時にて、軸部材２３の捩れ変形とともに圧電素子６１が捩れ変形してしまうことを防止することができる。これにより、圧電素子６１の伸縮をより正確に調整することができ、より微細にかつ安定的に１対の軸部材２３、２４にかかる張力を変更（調整）することができる。
【００３３】
また、圧電素子６１は、回動中心軸Ｘ上に設けられているため、１つの圧電素子６１で、回動中心軸Ｘを一定に保ちつつ１対の軸部材２３、２４にかかる張力を高くすることができる。これにより、アクチュエータ１の設計の自由度を増加させつつ、製造コストの削減および省電力化を図ることができる。ただし、１対の軸部材２３、２４にかかる張力を高くする（変更する）ことができれば、圧電素子の配置や個数などは特に限定されない。
このような圧電素子６１と同様に、圧電素子６２は、支持部２２と本体部２６１とを連結するように設けられており、回動中心軸Ｘと平行な方向へ伸縮する。このように、１対の圧電素子６１、６２を設けることで、より大きい力で１対の軸部材２３、２４にかかる張力を変更し、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を高くすることができる。
【００３４】
ここで、圧電素子６１、６２の構成について説明するが、圧電素子６１、６２は、互いに同様の構成であるため、圧電素子６１について代表して説明し、圧電素子６２については、その説明を省略する。
圧電素子６１は、圧電材料を主材料として構成された圧電体層６１１と、この圧電体層６１１を挟持する１対の電極６１２、６１３とを有している。
【００３５】
圧電体層６１１を構成するための圧電材料としては、例えば、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、その他、各種のものが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムおよびチタン酸ジルコン酸鉛のうちの少なくとも１種を主とするものが好ましい。このような材料で圧電体層６１１を構成することにより、より高い周波数でアクチュエータ１を駆動することができる。
【００３６】
電極６１２は、その一部が、圧電体層６１１の下面から露出するように設けられている。電極６１３は、圧電体層６１１の上面と同一形状をなし、圧電体層６１１の上面に設けられている。そして、電極６１２と電極６１３とは、それぞれ、圧電素子駆動ドライバ６７に接続されている。圧電素子駆動ドライバ６７により電極６１２と電極６１３との間に電圧を印加すると、圧電体層６１１は、その圧電効果により、回動中心軸Ｘと平行な方向に伸縮する。
【００３７】
以上、説明した剛性変更手段６は、圧電素子６１、６２のそれぞれを収縮させることにより１対の軸部材２３、２４にかかる張力を変更（高く）し、１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を変更（高く）するように構成されている。これにより、共振周波数を変更することができるため、アクチュエータ１は、所望の振動特性を発揮することができる。また、このような剛性変更手段６によれば、アクチュエータ１が駆動している最中であってもリニアに１対の軸部材２３、２４の捩り剛性を変更することができるため、アクチュエータ１は、極めて優れた回動特性を発揮することができる。
【００３８】
アクチュエータ１は、前述したような剛性変更手段６の駆動を制御する制御手段８１と、共振周波数を検出する共振周波数検出手段８２とを備えている。そして、例えば、電源電投入直後に共振周波数を共振周波数検出手段８２により検出し、その検出された共振周波数に基づいて制御手段８１が圧電素子駆動ドライバ６７の駆動を制御する。制御手段８１は、例えば、共振周波数と駆動周波数とが一致するまで圧電素子駆動ドライバ６７の出力電圧を徐々に高くしていき（すなわち、圧電素子６１、６２を徐々に伸縮させ）、共振周波数と駆動周波数とが一致したところで圧電素子駆動ドライバ６７の電圧値を維持するように圧電素子駆動ドライバ６７を制御する。このようにして、アクチュエータ１は、共振周波数を調整することができる。
【００３９】
すなわち、アクチュエータ１は、共振周波数と駆動周波数とが一致するように、剛性変更手段６が共振周波数を変更（調整）するように構成されている。これにより、可動板２１を安定的に、かつ、極めて大きく回動させることができる。
なお、共振周波数検出手段としては、特に限定されず、例えば、コイル７２に印加する電圧の周波数をＦＦＴアナラーザーにより変更しながら、可動板２１の振幅を周波数ＬＤＶ（レーザードップラーベロシティ流速計）で測定することにより、共振周波数を測定してもよい。
【００４０】
また、電源投入直後に共振周波数を共振周波数検出手段８２により検出しなくてもよく、例えば、電源投入後、一定時間ごとに共振周波数を検出してもよい。
また、制御手段８１は、圧電素子駆動ドライバ６７の電圧を徐々に高くしていくように圧電素子駆動ドライバ６７を制御する必要はなく、例えば、共振周波数と駆動周波数との差に対応した電圧値があらかじめ複数設定されており、共振周波数検出手段８２の検出結果に基づいて複数の電圧値から選択された電圧値を印加するように圧電素子駆動ドライバ６７を制御するものであってもよい。
【００４１】
以上、説明したようなアクチュエータ１は、あらかじめ、共振周波数が駆動周波数よりも若干低くなるように設計（製造）されていることが好ましい。このように設計することで、圧電素子６１、６２を非通電状態から収縮させ、１対の軸部材２３、２４にかかる張力を大きくすることで共振周波数を高くしていき、共振周波数と駆動周波数とを一致させることができる。
【００４２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のアクチュエータの第２実施形態について説明する。
図５は、本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す斜視図である。
以下、第２実施形態のアクチュエータ１Ａについて、前述した第１実施形態のアクチュエータ１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００４３】
本発明の第２実施形態にかかるアクチュエータ１Ａは、圧電素子の数、および、補助部材２５Ａ、２６Ａの形状が異なる以外は、第１実施形態のアクチュエータ１とほぼ同様である。なお、補助部材２５Ａ、２６Ａは、互いに同様の構成であるため、補助部材２５Ａについて代表して説明し、補助部材２６Ａについては、その説明を省略する。
補助部材２５Ａは、軸部材２３Ａの長手方向での可動板２１とは反対側の端部を支持部２２Ａに連結する１対の連結部２５２Ａ、２５３Ａを備えている。このような１対の連結部２５２Ａ，２５３Ａは、それぞれＹ軸方向へ延在するように形成されている。
【００４４】
そして、連結部２５２Ａの延在方向（Ｙ軸方向）での中央部には、他の部分よりも幅（Ｘ軸方向での長さ）の広い幅広部２５２１Ａが形成されている。同様に、連結部２５３Ａの延在方向（Ｙ軸方向）での中央部には、他の部分よりも幅（Ｘ軸方向での長さ）の広い幅広部２５３１Ａが形成されている。このような幅広部２５２１Ａ、２５３１Ａを形成することにより、後述する圧電素子６３Ａ、６４Ａを接合させやすくすることができる。ただし、連結部２５２Ａ、２５３Ａの形状などによっては、幅広部２５２１Ａ、２５３１Ａを省略してもよい。
【００４５】
剛性変更手段６Ａは、支持部２２Ａと補助部材２５Ａとを連結する１対の圧電素子６３Ａ，６４Ａと、支持部２２Ａと補助部材２６Ａとを連結する１対の圧電素子６５Ａ，６６Ａとを備えている。
圧電素子６３Ａは、支持部２２と幅広部２５２１Ａとを連結し、Ｘ軸方向へ伸縮する。同様に、圧電素子６４Ａは、支持部２２と幅広部２５３１Ａとを連結し、Ｘ軸方向へ伸縮する。このような１対の圧電素子６３Ａ、６４Ａは、回動中心軸Ｘを介して互いに対向するように、かつ、回動中心軸Ｘに対して対称となるように設けられている。そして、１対の圧電素子６３Ａ、６４Ａを同時に、かつ、同程度収縮させることで、回動中心軸Ｘを一定に保ちつつ、１対の軸部材２３Ａ、２４Ａにかかる張力を変更することができる。
【００４６】
このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明のアクチュエータについて説明した。このアクチュエータには、光反射部が設けられているため、アクチュエータを光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどの光学デバイスに用いることができる。
【００４７】
本発明の光スキャナは、本発明のアクチュエータと同様の構成である。すなわち、本発明にかかる光スキャナは、可動板と、１対の軸部材と、支持部と、駆動手段とを有し、駆動手段を作動することにより、１対の軸部材を捩り変形させつつ可動板を回動させるように構成されており、１対の軸部材の捩り剛性を変更する剛性変更手段を有し、剛性変更手段は、伸縮により１対の軸部材にかかる張力を変化させる圧電素子を備え、該圧電素子を介して１対の軸部材のうちの一方の軸部材と支持部とを連結し、圧電素子を伸縮させることで１対の軸部材の捩り剛性を変更するように構成されている。このような構成とすることにより、可動板と１対の軸部材とで構成された振動子の捩り共振周波数を変更することができ、所望の走査特性を発揮することのできる光スキャナを提供することができる。なお、本発明の光スキャナの実施形態としては、前述した実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
このような光スキャナは、例えば、プロジェクタ、レーザープリンタ、イメージング用ディスプレイ、バーコードリーダー、走査型共焦点顕微鏡などの画像形成装置に好適に適用することができる。その結果、優れた描画特性を有する画像形成装置を提供することができる。
【００４８】
具体的に、図６に示すようなプロジェクタ９について説明する。なお、説明の便宜上、スクリーンＳの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。
プロジェクタ９は、レーザーなどの光を照出する光源装置９１と、クロスダイクロイックプリズム９２と、１対の本発明の光スキャナ９３、９４と、固定ミラー９５とを有している。
【００４９】
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。
クロスダイクロイックプリズム９２は、４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、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。
【００５０】
このようなプロジェクタ９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、図示しないホストコンピュータからの画像情報に基づいて照出された光をクロスダイクロイックプリズム９２で合成し、この合成された光が、光スキャナ９３、９４によって走査され、さらに固定ミラー９５によって反射され、スクリーンＳ上でカラー画像を形成するように構成されている。
【００５１】
ここで、光スキャナ９３、９４の光走査について具体的に説明する。
まず、クロスダイクロイックプリズム９２で合成された光は、光スキャナ９３によって横方向に走査される（主走査）。そして、この横方向に走査された光は、光スキャナ９４によってさらに縦方向に走査される（副走査）。これにより、２次元カラー画像をスクリーンＳ上に形成することができる。このような光スキャナ９３、９４として本発明の光スキャナを用いることで、極めて優れた描画特性を発揮することができる。なお、光スキャナ９３、９４のうちの少なくとも一方の光スキャナを本発明の光スキャナとすればよく、例えば、一方の光スキャナに換えてガルバノミラーなどを用いて光走査を行ってもよい。
【００５２】
以上、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では、アクチュエータは、可動板２１を中心にほぼ左右対称な形状をなしている構造を説明したが、非対称であってもよい。
【００５３】
また、前述した実施形態では、１対の補助部材を備えるアクチュエータについて説明したが、１対の軸部材にかかる張力を変更することができれば、これに限定されず、例えば、１つの補助部材を備えていればよい。この場合には、例えば、１対の軸部材のうちの一方の軸部材を補助部材に連結し、他方の軸部材を支持部に連結することで、１対の軸部材にかかる張力を変更することができる。このような構成とすることにより、アクチュエータの製造の簡易化を図ることができるとともに、１つの圧電素子で１対の軸部材にかかる張力を変更することができるため、製造コストの削減を図ることができる。
【００５４】
すなわち、前述した実施形態では、複数の圧電素子を用いて１対の軸部材にかかる張力を変更するものについて説明したが、圧電素子の数は特に限定されず、例えば、前述したように１つでもよい。
また、前述した実施形態では、圧電素子を収縮させることで１対の軸部材にかかる張力を変更するものについて説明したが、圧電素子を伸張させることで１対の軸部材にかかる張力を変更するよう構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】制御系を示すブロック図である。
【図５】本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明の画像形成装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１Ａ‥‥‥アクチュエータ  ２‥‥‥基体  ２１、２１Ａ‥‥‥可動板  ２１１‥‥‥光反射部  ２２、２２Ａ‥‥‥支持部  ２３、２３Ａ、２４、２４Ａ‥‥‥軸部材  ２５、２５Ａ、２６、２６Ａ‥‥‥補助部材  ２５１、２６１‥‥‥本体部  ２５２、２５２Ａ、２５３、２５３Ａ、２６２、２６３‥‥‥連結部  ２５２１Ａ、２５３１Ａ‥‥‥幅広部  ３‥‥‥支持基板  ３１‥‥‥空間  ４‥‥‥接合層  ５‥‥‥基板  ６、６Ａ‥‥‥剛性変更手段（バネ定数変更手段）  ６１、６２、６３Ａ〜６６Ａ‥‥‥圧電素子  ６１１‥‥‥圧電体層  ６１２、６１３‥‥‥電極  ６７‥‥‥圧電素子駆動ドライバ  ７‥‥‥駆動手段  ７１‥‥‥磁石  ７２‥‥‥コイル  ７３‥‥‥電源（電圧印加手段）  ８‥‥‥制御手段  ９‥‥‥プロジェクタ  ９１‥‥‥光源装置  ９１１‥‥‥赤色光源装置  ９１２‥‥‥青色光源装置  ９１３‥‥‥緑色光源装置  ９２‥‥‥クロスダイクロイックプリズム  ９３、９４‥‥‥光スキャナ  ９５‥‥‥固定ミラー  Ｓ‥‥‥スクリーン  Ｘ、Ｙ、Ｚ‥‥‥軸
【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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