(57)【要約】【課題】たわみを減らして許容ねじり角を大きくすることが出来るマイクロ可動体を提供する。【解決手段】トーションバーに交差する方向に配置される連結部材によって可動板を支持部材で支持するマイクロ可動体を提供する。【選択図】　　　図１
2004102249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面を有する可動板と、前記可動板を支持部材で支持するためのトーションバーと、前記支持部材とを有するマイクロ可動体であって、前記トーションバーと、前記支持部材とを有するマイクロ可動体であって、
前記トーションバーの長尺方向に交差する方向に配置され、且つ貫通孔領域を経て前記支持部材と前記可動板とを実質的に連結させる連結部材を有することを特徴とするマイクロ可動体。
【請求項２】
前記可動板の両側に前記トーションバーが設けられており、且つ前記連結部材は前記トーションバー上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ可動体。
【請求項３】
前記トーションバーは１本のみであり、前記可動体の片側に前記１本のトーションバーが設けられ、前記連結部材は前記トーションバー上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ可動体。
【請求項４】
前記トーションバーは１本のみであり、前記可動体の片側に前記１本のトーションバーが設けられ、前記可動体には反対側に前記支持部材とは離間している突起部が設けられており、前記連結部材は前記突起部上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ可動体。
【請求項５】
前記面の面内方向に垂直な方向における前記トーションバーの断面において、前記連結部材の長尺方向に沿った方向における前記断面の幅は、前記長尺方向に垂直な方向における前記断面の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ可動体。
【請求項６】
前記固定部材と、前記トーションバーと、前記可動体とが、一体の材料から作成されていることを特徴とする請求項１から５に記載のマイクロ可動体。
【請求項７】
前記連結部材の材料は、前記固定部材あるいは前記トーションバーあるいは前記可動板の少なくとも何れか１つの材料とは異なる材料であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ可動体。
【請求項８】
請求項１に記載の前記マイクロ可動体を有し、前記可動板に光反射手段を設けていることを特徴とする光偏向器。
【請求項９】
請求項８に記載の前記光偏向器と、光源を有し、前記光源から発した光を前記光反射手段によって反射させ走査することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の前記光偏向器と、別の光偏向器と光源を有し、請求項８に記載の前記光偏向器は前記光源から発した光を前記光反射手段によって水平方向に走査させる光偏向器であり、且つ前記別の光偏向器は前記光を垂直方向に走査させる光偏向器であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
前記画像形成装置は光走査型ディスプレイであることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の画像形成装置と前記走査した光を受光する感光体とを有することを特徴とする電子写真方式の画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の前記マイクロ可動体を有し、前記支持部材と前記可動板との相対位置変位を検出する検出手段とを有することを特徴とする力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロマシンに関する。特に可動する板を有するマイクロ可動体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械要素を小型化しようとすると、体積力よりも、表面力の占める割合が大きくなり、摩擦の影響が通常の大きさの機械よりも大きくなることは良く知られている。そのため、マイクロマシンの設計においては、摺動部や回転部を極力少なくするように考慮するのが一般的である。
【０００３】
図１６は、米国特許第４３１７６１１号に開示された光偏向器の斜視図を示している。図１７は、内部構造を説明するために、上記光偏向器を分解して表示した図である。また、図１８と図１９は、それぞれ、図１６の１００３と１００６におけるシリコン薄板１０２０の断面図を示している。
【０００４】
絶縁性材料からなる基板１０１０には、凹み部１０１２が形成されている。凹み部１０１２の底部には一対の駆動電極１０１４、１０１６および、ミラー支持部１０３２が配置されている。シリコン薄板１０２０には、トーションバー１０２２、１０２４と、ミラー１０３０が、一体に形成されている。ミラー１０３０は、表面に光の反射率の高い物質がコーティングされており、トーションバー１０２２、１０２４により揺動自由に支持されている。そして、シリコン薄板１０２０は、駆動電極１０１４、１０１６と所定の間隔を保つように対向配置されている。
【０００５】
シリコン薄板１０２０は、電気的に接地されている。そして、駆動電極１０１４、１０１６に交互に電圧を印加することで、ミラー１０３０に静電引力を作用させて、トーションバー１０２２、１０２４の長軸の周りに揺動させることができる。
【０００６】
ここで、このミラー１０３０の支持剛性について本発明者は考えた。支持剛性には、トーションバー１０２２，１０２４の軸回りのねじり剛性ｋθと、ｘ、ｙ方向のたわみ剛性ｋｘ、ｋｙがある。ｘ、ｙ方向、そして更にねじり方向については図２２にその方向を示す。即ちねじり方向については図２２（ａ）の矢印が示す方向、ｙ方向については図２２（ｂ）の矢印が示す方向、そしてｘ方向については図２２（ｃ）の矢印が示す方向である。ねじり剛性とは、トーションバーを単位角度ねじるのに必要なトルク、たわみ剛性とは、トーションバーを軸に垂直な方向に単位長さ変位させるのに必要な力のことである。揺動体（可動体）の揺動方向の動きのみが必要とされ、撓み方向へはできるだけ動いてほしくない場合、たわみ剛性は高く、ねじり剛性は低いほうが望ましい。
【０００７】
簡単のために、トーションバーのねじり軸に垂直な断面の断面形状が長辺ａ、短辺ｂの長方形であるとする。このトーションバーのねじり剛性ｋθ、最大許容ねじり角θｍａｘ、Ｘ方向Ｙ方向のたわみ剛性ｋｘ、ｋｙは、それぞれ、
【外１】
2004102249.tif 000003
【０００８】
で与えられる。ただし、
Ｅ：トーションバーの材料の横弾性係数（ヤング率）
Ｇ：トーションバーの材料の縦弾性係数
τｍａｘ：トーションバーの材料の強さ
ａ，ｂ：トーションバー断面の辺の長さ
ｌ：トーションバー長さ
Ｊ：トーションバーの断面二次極モーメント
Ｉｘ：トーションバーのｘ方向断面二次モーメント
Ｉｙ：トーションバーのｙ方向断面二次モーメント
である。
【０００９】
また、α，βは表１で与えられる係数である。
【００１０】
【表１】
2004102249.tif 000004
【００１１】
図２０は、特開平６−８２７１１号公報に開示された走査ミラーの駆動装置を説明する図である。３０１０は走査ミラーで、長方形の平板状をなしたガラス板３０１１の一方面にアルミ等を蒸着して光を反射できる鏡面部３０１２が形成され、他方面にＳｍＣｏ（サマリウムコバルト）等の希土類系の永久磁石３０１３がスパッタリング等により薄膜状に形成されている。そして、ステンレスやベリリウム銅等の金属製の薄板により短冊状に形成されたトーションバー３０１４が、その一端部を鏡面部３０１２の長手方向の両端部中央にそれぞれ固着支持されるとともに、他端部を装置本体（図示せず）に固着されており、走査ミラー３０１０は、２つのトーションバー３０１４がねじられることによってその駆動軸３０１５を中心として角変位可能なようになっている。また、永久磁石３０１３は、駆動軸３０１５の両側が異極になるよう着磁されている。
【００１２】
３０２０は磁気発生部で、コイル３０２１がコイル枠３０２２に巻回され、走査ミラー３０１０の駆動軸３０１５に直交する方向をコイル３０２１の巻回軸とするとともに永久磁石３０１３が形成された走査ミラー３０１０の他方面側に所定の距離を隔てて配設されている。
【００１３】
このものの動作は、コイル３０２１を通電して、磁気発生部３０２０から発生する磁気により、図２１に示すような磁極になるよう励磁すると、永久磁石３０１３の磁極との間で吸引力及び反発力が働き、走査ミラー３０１０はトーションバー３０１４がねじられることによって、図１に示す駆動軸３０１５を中心として矢示のように、磁気発生部３０２０から発生する磁気に応じて任意の角度に角変位するよう駆動されるものとなる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらマイクロ可動体に次のような問題点があることに本発明者は気づいた。
１．述のマイクロ可動体において、トーションバーの許容ねじり角を大きくするために断面二次極モーメントＪを小さくしようすると、トーションバーのたわみ剛性ｋｘあるいはｋｙが低下し、その結果外部の振動の影響を受けやすくなる。２．また、許容ねじり角を大きくするために、トーションバーの長さｌを長くしようとすると、やはり、トーションバーのたわみ剛性ｋｘあるいはｋｙが低下し、その結果外部の振動の影響を受けやすくなる。
【００１５】
本発明は、トーションバーのたわみ剛性を高くさせることでねじり以外の運動による軸ぶれ等を軽減させ、かつ、許容ねじり角を大きくすることで変位角が大きくなるマイクロ可動板を提供することを目的とする。
【００１６】
通常はたわみ剛性を高くすると、許容ねじり角が小さくなるが、本発明は連結部材により、許容ねじり角を保ったままたわみ剛性も大きくさせることができる。
【００１７】
なお、外部の振動の影響による軸ぶれは画像形成装置における画像の乱れになるが本発明によりそのような課題も解決できる。
【００１８】
また、たわみ剛性が小さいと落下等のショックにより壊れ易いが本発明によりそのような課題も解決できる。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
よって本発明は、
面を有する可動板と、前記可動板を支持部材で支持するためのトーションバーと、前記支持部材とを有するマイクロ可動体であって、
前記トーションバーの長尺方向に交差する方向に配置され、且つ貫通孔領域を経て前記支持部材と前記可動板とを実質的に連結させる連結部材を有することを特徴とするマイクロ可動体を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本実施の形態に係るマイクロ可動体は、面を有する可動板と、トーションバーと、支持部材とを有するマイクロ可動体であって、支持部材と可動板とを実質的に連結させる連結部材を有することを特徴とする。
【００２１】
図１４は、本実施形態に係るマイクロ可動体を模式的に表す上面図である。図１４において、９０２と９０４はトーションバー、９０９は支持部材である外枠、９２２と９２４は連結部材、９３０は面を有する可動板である揺動部である。揺動部９３０は、図示されるように面を有しており、またその両側が一直線上に配置された２本のトーションバー９０２と９０４によって支持されている。また、２本のトーションバー９０２と９０４のそれぞれの他端は外枠９０９に結合されており、結果として揺動部９３０は外枠９０９に揺動自在に支持されている。
【００２２】
このマイクロ可動体は実質的にトーションバーと外枠と揺動部とが面一である。あるいはこれら各構成要素が実質的に板状であるといっても良い。
【００２３】
また外枠９０９と揺動部との間は図中白抜きで表現されているように貫通している。この貫通領域を貫通孔領域といっても良い。この貫通孔領域において、揺動部９３０はトーションバー９０２、９０４によって外枠９０９に支持されている。
【００２４】
そしてこれら揺動部９３０、２本のトーションバー９０２と９０４、外枠９０９は、例えばシリコン単結晶等の部材をエッチングすることで一体に作成することができる。
【００２５】
この揺動部９３０の面の面積は非常に小さく、数ｍｍ２程度である。例えば長辺が１．５ｍｍ程度、短辺が１ｍｍ程度である。
【００２６】
また、連結部材９２２と９２４は、それぞれトーションバー９０２と９０４上に設けられており、外枠９０９にまで及んで設けられている。
【００２７】
また連結部材９２２、９２４はそれぞれが設けられているトーションバー９０２、９０４の両側の外枠９０９に設けられている。
【００２８】
つまり連結部材９２２はトーションバー９０２をまたいで（交差して）トーションバー９０２両側に位置する外枠９０９にまで延在しており、トーションバー９０２と外枠９０９とを連結しているということが出来る。同様に連結部材９２４はトーションバー９０４をまたいで（交差して）トーションバー９０４両側に位置する外枠９０９にまで延在しており、トーションバー９０４と外枠９０９とを連結しているということが出来る。
【００２９】
また連結部材９２２、９２４はトーションバー９０２、９０４において揺動部９３０に近い部位上に配置されている。
【００３０】
本実施形態の場合、連結部材９２２と９２４は、比較的柔軟性の高い材料を用いることが出来る。例えば有機材料より具体的にはポリイミド等である。この連結部材９２２と９２４は、フォトリソグラフィ技術で適切な形状にパターン化して不要部分を除去して作成されたものであったり、既に形状が決まっている連結部材を後から接着等をすることで配置しても良い。なお本実施形態においてこの連結部材９２２、９２４は帯状である。図１５は、図１４中の切断線９９０における断面模式図である。図１５において、（ａ）は、トーションバーが中立状態（ねじれていない状態）、（ｂ）は、トーションバーがねじれている状態を示している。
【００３１】
本実施形態における連結部材９２２と９２４は、トーションバー９０２と９０４の平面内方向、特にトーションバーの長尺方向に沿った方向？（沿った方向に交差する方向？）のたわみを制限し、特にトーションバー先端部、即ちトーションバーにおいて揺動部９３０により近い側のたわみ剛性を高めることである。
【００３２】
また、これらの連結部材は、トーションバーのねじり方向の動きをあまり妨げないものを用いる。そのようにすることで、図２１（ｂ）に示すように、トーションバーがねじれても、連結部材があまり伸び縮みすることがない。
【００３３】
次に連結部材を設けることによる効果について具体的な数値を用いて説明する。
【００３４】
例えばトーションバーの断面（トーションバーの長尺方向に直交する方向におけるトーションバーの断面）が一辺１００μｍの正方形で、長さが１０００μｍだとして、連結部材を設けない場合を想定すると、ｋθ１、θｍａｘ１、ｋｘ１、ｋｙ１は、それぞれ、
【外２】
2004102249.tif 000005
【００３５】
ここで、τｍａｘ＝１０００ＭＰａ，Ｅ＝１７０ＧＰａ，Ｇ＝８０ＧＰａとした。
【００３６】
これに対して本実施の形態のように連結部材を設けた場合、まず断面形状が正方形である場合連結部材を設けることでたわみ、特にＹ方向（可動板面内方向におけるトーションバー長尺方向と直交する方向）のたわみが改善される。
【００３７】
更にトーションバーの断面形状を更に長方形形状とすると可動板の変位を大きくすることが出来る。例えば長辺１２０μｍ、短辺１２μｍの長方形として連結部材が設けられている場合について説明する。
【００３８】
上記と同じｋθを実現するトーションバーの長さｌ２は、
【外３】
2004102249.tif 000006
【００３９】
でよい。
【００４０】
このとき、
【外４】
2004102249.tif 000007
【００４１】
また、連結部材による剛性ｋｓは、
【外５】
2004102249.tif 000008
【００４２】
である。ただし、Ｅｓ＝３．５ＧＰａ、Ａｓ＝２Ｅ−６［ｍ］×１００Ｅ−６［ｍ］、ｌｓ＝２００Ｅ−６［ｍ］とした。
【００４３】
よって、断面形状が長方形であり且つ連結部材が設けられている場合のトーションバーのｘ方向のトータルの剛性ｋｘ’は、
【外６】
2004102249.tif 000009
【００４４】
となる。以上をまとめると、表２になる。
【００４５】
【表２】
2004102249.tif 000010
【００４６】
以上のように、本実施形態のマイクロ可動体は、連結部材を設けることでトーションバー先端の剛性を大きくすることができ、かつ、許容ねじり角を大きくすることができる。また更にトーションバーの全長（長尺方向の長さ）を短くすることが出来る。
【００４７】
したがって揺動部が連結部材によって支持され大きく変位することが出来る。
【００４８】
本実施の形態は、揺動部が支持部材に対して相対的に位置を変位するマイクロアクチュエータとして用いることができる。
【００４９】
そのため例えば揺動部の面自体あるいは面にミラーを設けることで光を所定方向へ反射させることが出来る光偏向器として用いることが出来る。
【００５０】
またそのような光偏向器による反射光を走査させることで投射型のディスプレイを提供することができるし、感光体に静電潜像を得て画像を形成することが出来る電子写真方式の画像形成装置にも用いることが出来る。
【００５１】
またあるいは揺動部が支持部材に大して相対的に位置を変位することを利用して力学的センサより具体的には加速度センサとして用いることも出来る。
【００５２】
また、トーションバーの断面形状を、連結部材の長手方向に幅が狭くすることで、ねじり剛性を低くして、許容ねじり角を大きくしたうえで、十分なたわみ剛性を確保することができる。これは、連結部材が、連結部材の長手方向のたわみ剛性を向上させるためである。
【００５３】
なお本実施形態においてトーションバーの断面の短辺に対して長辺が１０倍（先の長辺１２０μｍ、短辺１２μｍの記載による）の形態を例示したが、長辺が短辺に対して５倍以上であってもよい。
【００５４】
また本実施の形態においてマイクロ可動体は揺動部を共振駆動させることが出来る。共振周波数帯域として１４ＫＨｚ〜２５ＫＨｚを用いることができる。
【００５５】
また１本のトーションバーのみでも十分なたわみ剛性を確保することができるため、２本必要なトーションバーを１本で済ますことができ、揺動部の一方に設けられるトーションバーを不要とすることもできるのでマイクロ可動体を小型化することができる。これについては実施例２で具体例を挙げて説明する。
【００５６】
（実施例１）
本実施例は本発明のマイクロ可動体に係る電磁型マイクロ光偏向器に関する。
【００５７】
図１は、を説明するための模式的斜視図である。図２は、内部構造を説明するために、上記電磁型マイクロ光偏向器を分解して表示した図である。また、図３は、図１の切断線１９０における断面図を示している。
【００５８】
下部基板１１０には、平面コイル１４２と取り出し電極１１４と１１６が設けられている。これらは例えばフォトリソグラフィ技術により形成しても良い。
【００５９】
外枠１０９と、トーションバー１０２、１０４と、揺動部１３０は、シリコン単結晶基板から一体に形成されたものである。揺動部１３０の上面には、光の反射率の高い物質からなる反射膜１３１、他面には永久磁石１３２が接着されており、ミラー部１３５を形成している。ミラー部１３５は、トーションバー１０２、１０４により揺動自由に支持されている。連結部材１２２、１２４は、トーションバー１０２、１０４と、外枠１０９を連結している。連結部材１２２、１２４は、トーションバー１０２、１０４のたわみを拘束する働きをしている。
【００６０】
そして、外枠１０９と下部基板１１０は、間にスペーサ１１９をはさんで結合されている。スペーサ１１９を設けることで揺動部１３０の変位角（揺動の傾き）を大きくすることが出来る。
【００６１】
本実施例の電磁型マイクロ光偏向器の動作について、図３を用いて説明を行う。図３は、図１の切断線１９０における断面図を示している。
【００６２】
永久磁石１３２は、図３（ａ）に示す方向にあらかじめ着磁されている。薄膜コイル１４２に対して、図３（ｂ）に示す方向に電流を流すと、図中上方向に磁界が生じる。すると、永久磁石１３２には、矢印に示した方向にトルクが作用し、ミラー部１３５は時計回りに揺動する。また、図３（ｃ）に示す方向に電流を流すと、図中下方向に磁界が生じ、永久磁石１３２には矢印に示した方向にトルクが作用し、ミラー部１３５は反時計回りに揺動することになる。このように、薄膜コイル１４２に流す電流の向きを制御することで、ミラー部１３５を揺動させることができる。更に電流値を制御することで最大ねじり許容角度以内の範囲でねじり角を制御して揺動させることができる。
【００６３】
上記電磁型マイクロ光偏向器の作成法について、図４を用いて、以下に詳しく述べる。図４において、（ａ）〜（ｆ）は図１の切断線１９１における断面を表し、（ｇ）は、図１の切断線１９０における断面を表している。
１．シリコン単結晶薄板の表裏両面に、レジスト層１６０のパターンニングを行う（ａ）。
２．ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング）のような深堀エッチング法を用いて、上面（表面）より垂直エッチングを行う。エッチングは、基板の厚みの半分まで掘る（ｂ）。
３．上面のレジスト層１６０を除去する（ｃ）。
４．ポリイミド層１６１を成膜し、所定の形状（具体的には帯状）にパターンニングを行う（ｄ）。
５．ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング）のような深堀エッチング法を用いて、下面（裏面）より垂直エッチングを行う。エッチングは、基板を貫通するまで行う。その結果貫通孔領域におけるポリイミド層１６１の表裏面にはシリコン単結晶は設けられていない（ｅ）。
６．下面のレジスト層１６０を除去する（ｆ）。
７．ミラー１３０を洗浄し、上面に光反射膜１３１を成膜し、下面に永久磁石１３２を接着する（ｇ）。
【００６４】
本実施例によれば、許容ねじり角を大きくしたり、ねじり剛性を低くしても、トーションバーのたわみ剛性を高くすることができるので、外部の振動の影響を受けにくく、精度の高い運動ができる電磁型マイクロ光偏向器を提供できる。さらに、トーションバーを短くできるので、デバイス全体を小型化することができる。
【００６５】
（実施例２）
本実施例は本発明のマイクロ可動体に係る静電型マイクロ光偏向器に関する。
【００６６】
図５は、実施例２の静電型マイクロ光偏向器を説明するための模式的斜視図を示している。図６は、その内部構造を説明するために、上記マイクロ光偏向器を分解して表示した図である。図７は、その上部基板の上面図である。
【００６７】
下部基板２１０は、ガラスでできており、上面にフォトリソグラフィ技術により、駆動電極２０４、２０６と取り出し電極２１４と２１６が形成されている。また、駆動電極２０４と取り出し電極２１４、駆動電極２０６と取り出し電極２１６は、それぞれ電気的に結合されている。
【００６８】
外枠２０９と、トーションバー２０２と、揺動部２３０は、シリコン単結晶基板から一体に形成される。揺動部２３０の上面には、光の反射率の高い物質からなる反射膜２３１が蒸着されており、ミラー部２３５を形成している。ミラー部２３５は、トーションバー２０２により揺動自由に支持されている。連結部材２２２、２２４は、トーションバー２０２と、外枠２０９を連結している。連結部材２２２、２２４は、トーションバー２０２のたわみを拘束する働きをしている。
【００６９】
そして、外枠２０９と下部基板２１０は、間にスペーサ２１９をはさんで結合されている。
【００７０】
静電型マイクロ光偏向器の動作について、図８を用いて説明を行う。図８は、図５の切断線２９０における断面図を示している。揺動部２３０は、電気的に例えば０Ｖになるように接地されている。図３（ａ）に示すように、駆動電極２０４と２０６の電位を同じ電位（例えば０Ｖ）にすると、揺動部２３０には揺動させる力は働かない。図３（ｂ）に示ように、駆動電極２０４に０、２０６にＶの電位を与えると、揺動部２３０と駆動電極２０６の間に静電引力が作用し、ミラー部２３５は時計回りに揺動する。また、図３（ｃ）に示すように、駆動電極２０４にＶ、２０６に０の電位を与えると、揺動部２３０と駆動電極２０４の間に静電引力が作用し、ミラー部２３５は反時計回りに揺動する。このように、駆動電極２０４、２０６印加する電圧を制御することで、ミラー部２３５を揺動させることができる。電圧の極性は正負いずれでもよい。また駆動電極２０４、２０６の間には実質的に電位差が生じていれば良く揺動部２３０を駆動させることができる。
【００７１】
本実施例によれば許容ねじり角を大きくしたり、ねじり剛性を低くしても、トーションバーのたわみ剛性を高くすることができるので、外部の振動の影響を受けにくく、精度の高い運動ができる静電型マイクロ光偏向器を提供できる。さらに、トーションバー１本でも十分なたわみ剛性を確保することができるので、デバイス全体を小型化することができる。
【００７２】
（実施例３）
本実施例は本発明のマイクロ可動体に係る力学量センサに関する。
【００７３】
図９は、本発明の実施例３の力学量センサ、特に加速度センサを説明するための斜視図である。また、図１０は、実施例３の加速度センサの内部構造を説明するために、上記加速度センサを分解して表示した図である。図１１は、実施例３の加速度センサの上部基板の上面図である。
【００７４】
下部基板３１０は、ガラスでできており、上面にフォトリソグラフィ技術により、検出電極３０４が形成されている。
【００７５】
外枠３０９と、トーションバー３０２と、揺動部３３０と、突起部３３６は、シリコン単結晶基板から一体に形成される。揺動部３３０は、１本のトーションバー３０２により揺動自由に支持されている。本実施例のセンサにおいては感度を高めるためトーションバーは揺動部の中心には配置されていない。突起部３３６は外枠３０９には接続されていない。連結部材３２２は、突起部３３６と、外枠３０９を連結している。連結部材３２２は、突起部３３６の変位を拘束する働きをしている。またトーションバー３０２には連結部材３２２が設けられていない。
【００７６】
そして、外枠３０９と下部基板３１０は、間にスペーサ３１９をはさんで結合されている。揺動部３３０は、検出電極３０４と所定の間隔を保つように対向配置されており、電気的に接地されている。
【００７７】
図１２を用いて、加速度センサの動作を説明する。図１２（ａ）は、加速度が作用していない中立状態を示している。
【００７８】
図１２（ｂ）に示すように、図中上向きに加速度が作用すると、揺動部３３０に慣性力が作用し、揺動部３３０は、図中時計回りに回転変位する。また、図１２（ｃ）に示すように、図中上向きに加速度が作用すると、揺動部３３０に慣性力が作用し、揺動部３３０は、図中反時計回りに回転変位する。そして、揺動部３３０が回転変位すると、揺動部３３０と検出電極３０４との距離が変化するため、揺動部３３０と検出電極３０４の間の静電容量が変化する。そのため、検出電極３０４と揺動部３３０の間の静電容量を検出することで、加速度を検出することができる。
【００７９】
また逆に、検出電極３０４と揺動部３３０の間に電圧を印加すると、検出電極３０４と揺動部３３０の間に作用し、揺動部３３０は図中時計回りに揺動する。つまり、本実施例の加速度センサは、静電アクチュエータとしても使用することができる。
【００８０】
本実施例によれば、揺動時に可動部がねじりの軸に垂直な方向に振動しにくくなるため、ノイズの少ない力学量センサを提供することができる。また、ねじり剛性を低くしても、たわみ剛性を高くできるので、感度が高く、ノイズの少ない加速度センサを提供することができる。
【００８１】
また、揺動時に可動部がねじりの軸に垂直な方向に振動しにくいため、動きの精度が高いマイクロアクチュエータである加速度センサを提供することができる。
【００８２】
また、ねじり剛性を低くしても、たわみ剛性を高くできるので、変位が大きく、動きの精度が高いマイクロアクチュエータである加速度センサを提供することができる。
【００８３】
以上各実施例で説明した外枠とトーションバーと揺動部からなるそれぞれの形態は、アクチュエータとして、あるいは光偏向器として、あるいは力学量センサとして適用してよい。またアクチュエータや光偏向器として用いる場合、揺動部を揺動させるための力を発生させる手段としては電磁力あるいは静電力のいずれを用いても良い。また力学量センサとして用いる場合は、そのような力を発生させるための手段を用いなくても良いし、必要であれば用いても良い。
【００８４】
またトーションバーが１本のみの場合は揺動部を揺動させる目的次第で揺動部の中心に配置しなくても良い。例えば実施例２における外枠とトーションバーと揺動部からなる形態において必ずしもトーションバーは揺動部の中心になければならないわけではない。
【００８５】
また例えば実施例３における外枠とトーションバーと揺動部からなる形態において必ずしもトーションバーは揺動部の中心からずれた位置になければならないわけではない。
【００８６】
（実施例４）
本実施例は本発明のマイクロ可動体を画像形成装置用いた例に関する。画像形成装置として、投射型のディスプレイと、電子写真方式による画像形成装置とを挙げて説明する。
【００８７】
図１３は、実施例４の投射型のディスプレイの１つである光走査型ディスプレイ装置を説明する図である。Ｘ（水平）光偏向器４０１とＹ（垂直）光偏向器４０２は、実施例１の光偏向器と同様のものである。コントローラ４０９は、Ｘ光偏向器４０１、Ｙ光偏向器４０２を制御して、レーザ光線４１０をラスター状に走査し、表示する情報に応じてレーザ発振器４０５を変調することで、画像を表示したい場所としてスクリーン４０７上に２次元画像を表示する。
【００８８】
特にＸ（水平）方向へ光を偏向走査させる光偏向器に本発明のマイクロ可動体をもちいることが好ましい。というのも水平方向の走査は高速走査が求められるからである。マイクロ可動体は共振運動するタイプであることが好ましい。一方Ｙ（垂直）方向へ光を偏向走査させる光偏向器に本発明のマイクロ可動体を用いてもよいが、こちらの光偏向器は必ずしも高速走査を求める必要がない場合は、本発明のマイクロ可動体の代わりにステッピングモータ等の駆動により光偏向する光偏向器を用いてもよい。
【００８９】
このようにミラーを有するマイクロ可動体を有する光走査型ディスプレイに適用することで、外部の振動があっても、画像のぶれが少ない光走査型ディスプレイを提供することができる。したがって画像形成装置を持ち運びながら画像を表示しても画像のぶれをおさえることもできる。
【００９０】
また、トーションバーを短くできるので、光偏向器を小型にすることができ、ディスプレイ装置全体を小型化することができる。
【００９１】
ディスプレイのような画像形成装置のほかに、反射光を水平走査し、円筒状の感光体ドラムへ照射し、感光体ドラムが回転するかあるいは反射光をドラム周方向へ移動させるか少なくとも何れか一方を行うことで感光体ドラムに２次元潜像を作らせる電子写真方式の画像形成装置にもマイクロ可動体を用いること出来る。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、トーションバーに交差する方向に配置される連結部材によって可動板を支持部材で支持することができるので、たわみを減らすことができる。またトーションバーの断面形状を長方形にすれば更に許容ねじり角を大きくすることが出来る変位角の大きなマイクロ可動体を提供できる。
【００９３】
あるいは本発明は、トーションバーのたわみ剛性を高くさせることでねじり以外の運動による軸ぶれ等を軽減させ、かつ、許容ねじり角を大きくすることで変位角が大きくなるマイクロ可動板を提供することができる。
【００９４】
また外部の振動の影響による軸ぶれに因る画像の乱れを防ぐことが出来る画像形成装置を提供できる。
【００９５】
また、落下等のショックに対して壊れにくいマイクロ可動板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の光偏向器の構成を説明するための斜視図である。
【図２】実施例１の光偏向器の構成を説明するための分解図である。
【図３】実施例１の光偏向器の動作を説明するための断面図である。
【図４】実施例１の光偏向器の作成方法を説明するための断面図である。
【図５】実施例２の光偏向器の構成を説明するための斜視図である。
【図６】実施例２の光偏向器の構成を説明するための分解図である。
【図７】実施例２の光偏向器を説明するための上面図である。
【図８】実施例２の光偏向器の動作を説明するための断面図である。
【図９】実施例３の加速度センサの構成を説明するための斜視図である。
【図１０】実施例３の加速度センサの構成を説明するための分解図である。
【図１１】実施例３の加速度センサの構成を説明するための上面図である。
【図１２】実施例３の加速度センサの動作を説明するための断面図である。
【図１３】実施例４の光走査型ディスプレイを説明する図である。
【図１４】本実施形態のマイクロ構造体の構成を説明する図である。
【図１５】実施形態のマイクロ構造体のトーションバーねじれる様子を説明する図である。
【図１６】光偏向器を説明するための斜視図である。
【図１７】光偏向器を説明するための分解図である。
【図１８】光偏向器を説明するための断面図である。
【図１９】光偏向器を説明するための断面図である。
【図２０】光偏向器を説明するための斜視図である。
【図２１】光偏向器の動作を説明するための断面図である。
【図２２】光偏向器の動作方向を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０２、１０４、２０２、３０２　トーションバー
２０４、２０６　駆動電極
３０４　検出電極
１０９、２０９、３０９　外枠
１１０、２１０、３１０　下部基板
１１４、１１６、２１４、２１６　取り出し電極
１１９、２１９、３１９　スペーサ
１２２、１２４、２２２、２２４、３２２　連結部材
１３０、２３０、３３０　揺動部
１３１、２３１　反射膜
１３２　永久磁石
１３５、２３５　ミラー部
３３６　突起部
１４２　平面コイル
１９０、１９１、２９０　切断線
４０１　Ｘ光偏向器
４０２　Ｙ光偏向器
４０９　コントローラ
４１０　レーザ光線
４０５　レーザ発振器
４０７　スクリーン
１００３、１００６　切断線
１０１０　絶縁性基板
１０１４、１０１６　駆動電極
１０２０　シリコン薄板
１０２２、１０２４、２００１、２００２　トーションバー
１０３０、２０１１　ミラー
１０３２　ミラー支持部
３０１０　走査ミラー
３０１１　ガラス板
３０１２　鏡面部
３０１３　永久磁石
３０１４　トーションバー
３０１５　駆動軸
３０２０　磁気発生部
３０２１　コイル
３０２２　コイル枠
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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