(57)【要約】【課題】振動を抑えることができるＭＥＭＳデバイスを提供することを課題とする。【解決手段】ＭＥＭＳデバイス１０は、基板と、該基板に対して揺動可能に支持された揺動部材（マイクロミラー）１２と、当該揺動部材１２を静電力を利用して揺動駆動するための一対の電極１８Ａ、１８Ｂ、１９Ａ、１９Ｂとを有し、前記一対の電極１８Ａ、１８Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ間に交流電圧が印加されることにより生じる静電力によって前記揺動部材１２が揺動するＭＥＭＳデバイス１０であって、前記基板に振動可能な防振部５１が取り付けられたことを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に設けられた第１開口部に揺動可能に支持された揺動部材と、該揺動部材を静電力を利用して揺動駆動するための一対の電極とを有し、前記一対の電極間に交流電圧が印加されることにより生じる静電力によって前記揺動部材が揺動するＭＥＭＳデバイスであって、
前記基板に振動可能な振動部材が取り付けられたことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記基板は、更に、第２開口部を有し、前記振動部材は、前記第２開口部に収容されるように前記基板に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧によって生じる静電力によりマイクロミラーなどの揺動部材を揺動させるＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザを用いたプリンタ、複写機、プロジェクタなどの画像形成装置に使用されるレーザ光走査装置の走査機構として、ポリゴンミラースキャナが多用されている。かかるポリゴンミラースキャナは、軸周りに回転駆動される多角柱状のポリゴンミラーを具備し、レーザ光源から出射したレーザ光を前記ポリゴンミラーの反射面で逐次反射させることにより、レーザ光を走査することが可能とされている。
【０００３】
一方、近年では装置の小型化の要請により、上記ポリゴンミラースキャナに代えて、シリコンなどの半導体製造プロセス等における技術を応用して種々の機械要素の小型化を実現するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製されるマイクロミラースキャナが種々提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。かかるマイクロミラースキャナには、基板と、該基板に揺動可能に支持されたマイクロミラーと、該マイクロミラーを静電力を利用して揺動駆動するための一対の電極と、該一対の電極間に交流電圧を印加して前記静電力を生じさせる交流電源などが備えられている。かかるマイクロミラースキャナにおいては、一対の電極間に交流電圧が印加されると、当該一対の電極間に静電力が生じ、この静電力によってマイクロミラーが揺動する。このような構成のマイクロミラースキャナは、筐体に収容された状態で画像形成装置に実装され、上述のようにマイクロミラーを揺動してレーザ光の反射方向を逐次変動させることにより、画像形成装置に備えられた感光ドラムを走査する。
【特許文献１】特開２００２−３１１３７６号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マイクロミラーが揺動すると、当該マイクロミラーの揺動により、マイクロミラーを支持する基板が振動し、当該振動が筐体に伝達されて筐体全体が振動する。筐体が振動すると、当該マイクロミラースキャナが実装された画像形成装置等の光学系を含む精密機械駆動機構に悪影響を与える場合がある。その結果印字品質の劣化、例えば印字のズレ、ハーフトーン（写真等の灰色部）の濃淡ムラなどの不具合が発生する場合がある。また、筐体が振動することにより、騒音が発生し、特に、感光ドラムを走査するために必要な周波数でマイクロミラーを揺動させると、人に不快感を与える３〜６ｋＨｚの騒音が発生することがある。
【０００５】
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するべくなされたものであり、振動を抑えることができるＭＥＭＳデバイスを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、基板と、該基板に設けられた第１開口部に揺動可能に支持された揺動部材と、該揺動部材を静電力を利用して揺動駆動するための一対の電極とを有し、前記一対の電極間に交流電圧が印加されることにより生じる静電力によって前記揺動部材が揺動するＭＥＭＳデバイスであって、前記基板に振動可能な振動部材が取り付けられたことを特徴とするＭＥＭＳデバイスを提供する。
【０００７】
本発明のＭＥＭＳデバイスは、基板に振動可能な振動部材が取り付けられているため、揺動部材が揺動した場合、基板に代わって振動部材が振動する。よって、本発明のＭＥＭＳデバイスにおいては、揺動部材の揺動により発生したエネルギーが振動部材の振動に消費されるため、基板の振動を抑えることが可能である。
【０００８】
この振動部材の取り付け構成としては、特許請求の範囲の請求項２に記載の如く、前記基板は、第２開口部を有し、前記振動部材は、前記第２開口部に収容されるように前記基板に取り付けられた構成を挙げることができる。
【０００９】
かかる構成においては、振動部材が、基板に備えられた第２開口部に収容されるように基板に取り付けられるため、ＭＥＭＳデバイスの寸法を大きくすることなく、振動部材をＭＥＭＳデバイスに備えさせることができる。また、かかる構成においては、振動部材を第２開口部に収容できるため、振動部材を基板に取り付けることによって、ＭＥＭＳデバイスの外形が変わることがないため、振動部材の形状に関係なく、ＭＥＭＳデバイスを筐体に収容し易い形状に形成することが可能である。また、かかる構成においては、振動部材が基板内部の第２開口部に設けられることになるので、ＭＥＭＳデバイスに形成される前の状態の材料をＭＥＭＳ技術を用いて基板や振動部材等の形状に加工すれば、振動部材を基板等と同じ工程で製造できるため、製造コストを抑えて振動部材が基板に取り付けられたＭＥＭＳデバイスを製造することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板の振動を抑えることができるため、実装される画像形成装置等に様々な悪影響を与えたり、騒音によって人に不快感を与えたりしないＭＥＭＳデバイス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】
【００１１】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスについて、レーザプリンタ等の画像形成装置が具備する、レーザ光走査装置に適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスが実装された画像形成装置に備えられたレーザ光走査装置１００の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るレーザ光走査装置１００は、ＭＥＭＳアクチュエータ１と、後述するようにＭＥＭＳアクチュエータ１が具備するマイクロミラーに向けてレーザ光Ｌを出射するレーザ光源（本実施形態ではレーザダイオード）２とを備えている。その他、本実施形態に係るレーザ光走査装置１００は、レーザ光源２から出射されたレーザ光Ｌを平行光にするためのコリメータレンズ３と、前記マイクロミラーにおけるレーザ光の反射光Ｌ’を感光ドラムＰ上で結像させるためのｆθレンズ４及びシリンドリカルレンズ５とを備えている。以上の構成を有するレーザ光走査装置１００において、ＭＥＭＳアクチュエータ１が具備するマイクロミラーを揺動させることにより、レーザ光源２から出射したレーザ光Ｌの反射光Ｌ’が感光ドラムＰでプリント幅分だけ走査されることになる。
【００１２】
ＭＥＭＳアクチュエータ１は、ＭＥＭＳデバイス１０と交流電源６０とを備えている。図２は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１０の概略構成図であり、図２（ａ）は平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のＤ―Ｄ断面図を示し、図２（ｃ）は図２（ａ）のＥ−Ｅ端面図を示す。図２に示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１０は、シリンコン材から形成された上層基板１Ａと絶縁材料（例えばガラス材）から形成された下層基板１Ｂとが上下に積層された構造を有している。なお、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１は、エッチングや成膜などの公知のＭＥＭＳ技術を適用することにより当業者であれば容易に作製することが可能であるため、その具体的な製造方法については説明を省略する。
【００１３】
上層基板１Ａは、上層基板１Ａの外周を形成する基板本体３１と、基板本体３１の内側に形成され、当該基板本体３１に支持された揺動ユニット１１とを備えている。揺動ユニット１１は、下記に説明するマイクロミラー１２、サスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂ、接着パッド１４Ａ〜１４Ｄ、ヒンジ１５Ａ〜１５Ｄ、可動電極１８Ａ、１８Ｂを備えている。
【００１４】
揺動ユニット１１は、揺動軸方向（図２（ａ）に示すＸ軸方向）中央部に楕円状のマイクロミラー１２を備えている。当該マイクロミラー１２の揺動軸方向両端部にサスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂが接続されている。マイクロミラー１２は、サスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂによって揺動軸周りに揺動可能に支持されている。
【００１５】
サスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂの揺動軸方向端部（マイクロミラー１２に接続されている側と反対側の端部）は、ヒンジ１５Ａ、１５Ｄを介して、アンカーとなる接着パッド１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ接続されている。また、サスペンションビーム１３Ａには、接着パッド１４Ｃと、ヒンジ１５Ｂとが形成されており、ヒンジ１５Ｂが接着パッド１４Ｃに接続されている。同様にして、サスペンションビーム１３Ｂには、接着パッド１４Ｄと、ヒンジ１５Ｃとが形成されており、ヒンジ１５Ｃが接着パッド１４Ｄに接続されている。
【００１６】
また、サスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂには、揺動軸と直交する軸方向（図２（ａ）に示すＹ軸方向）に延びる櫛歯状の可動電極１８Ａ、１８Ｂが設けられている。当該可動電極１８Ａ、１８Ｂは、基板本体３１に設けられたＹ軸方向に延びる固定電極１９Ａ、１９Ｂと揺動軸方向に沿って交互に配置されている。これらの可動電極１８Ａ、１８Ｂと固定電極１９Ａ、１９Ｂとの組合せが、本発明における一対の電極に相当する。以下、適宜、可動電極１８Ａ、１８Ｂと固定電極１９Ａ、１９Ｂとの組合せを「一対の電極１８、１９」と称する。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、基板本体３１は、外縁が矩形状に形成されており、内側に上記で説明した揺動ユニット１１を収容するための第１開口部が形成されている。また、角部の４箇所には、第２開口部４１が形成されている。
【００１８】
各第２開口部４１の内部には、基板本体３１に取り付けられた防振部５１が収容されている。防振部５１は、一端が第２開口部４１を形成する基板本体３１の壁面に支持された細長状の支持部材５２と、当該支持部材５２の他端に支持され、当該支持部材５２を介して基板本体３１に振動可能に支持された振動部材５３とを備えている。
【００１９】
支持部材５２は、振動部材５３を図２（ｂ）及び（ｃ）に示すＺ軸方向（上下方向）に振動可能に支持し、振動部材５３は、揺動ユニット１１が揺動した際にＺ軸方向に振動して、揺動ユニット１１の揺動により発生したエネルギーを消費する。ここで、図２に示す支持部材５２の重量、寸法は、各々０．０１８ｍｇ、長さ（図２（ａ）に示すＹ軸方向）５００μｍ、幅（図２（ａ）に示すＸ軸方向）９８０μｍ、厚さ（図２（ｃ）に示すＺ軸方向）２００μｍとすることができる。また、図２に示す振動部材５３の重量、寸法は、各々０．０１８ｍｇ、直径７１０μｍ、厚さ２００μｍとすることができる。
【００２０】
本実施形態のように、防振部５１が第２開口部４１に収容されるように基板本体３１に取り付けられると、ＭＥＭＳデバイス１０の寸法を大きくすることなく振動部材５３をＭＥＭＳデバイス１０に備えさせることができる。また、振動部材５３を第２開口部４１に収容できるため、振動部材５３を基板本体３１に取り付けることによって、ＭＥＭＳデバイス１０の外形が変わることがなく、振動部材５１の形状に関係なく、ＭＥＭＳデバイス１０を筐体（図示しない）に収容し易い形状に形成することが可能である。また、振動部材５３が第２開口部４１に収容された状態で基板本体３１に取り付けられているため、ＭＥＭＳデバイス１０に形成される前の状態のシリコン等の材料をＭＥＭＳ技術を用いて基板本体３１や振動部材５３等の形状に加工すれば、振動部材５３を基板本体３１等と同じ工程で製造できるため、製造コストを抑えて振動部材５３が基板本体３１に取り付けられたＭＥＭＳデバイス１０を製造することができる。
【００２１】
一方、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、下層基板１Ｂは、上層基板１Ａに形成されたマイクロミラー１２とサスペンションビーム１３Ａ、１３Ｂとを揺動軸周りに揺動可能とし、振動部材５３を振動可能とするべく、それぞれに対応する位置が凹状に形成されている。また、下層基板１Ｂには、上層基板１Ａと下層基板１Ｂとが積層された状態で上層基板１Ａに形成された接着パッド１４Ｃ、１４Ｄの裏面をそれぞれ固着するべく、固定用パッド１７Ａ、１７Ｂが形成されている。また、接着パッド１４Ａ、１４Ｂの裏面は、下層基板１Ｂの周壁１６に固着される。
【００２２】
ＭＥＭＳデバイス１０は、以上のように構成され、マイクロミラー１２に光が入射可能な窓が設けられた筐体に収容されている。ＭＥＭＳデバイス１０に向けてレーザ光源２から出射されたレーザ光Ｌは、上記したマイクロミラー１２にて反射し、当該レーザＬの反射光Ｌ’は、ｆθレンズ４及びシリンドリカルレンズ５を介して感光ドラムＰを照射する。
【００２３】
ＭＥＭＳアクチュエータ１に備えられた交流電源６０は、一対の電極１８、１９に接続されており、可動電極１８Ａ、１８Ｂと固定電極１９Ａ、１９Ｂとの間に交流電圧を印加することができるように構成されている。
【００２４】
一対の電極１８、１９間に交流電圧が印加されると、当該電極間に静電力が生じ、この静電力によって、揺動ユニット１１は、図２に示す接着パッド１４Ａ〜１４Ｄを固定端とし、ヒンジ１５Ａ〜１５Ｄの弾性力に抗しながら揺動軸周りに揺動する。この揺動により、マイクロミラー１２にて反射するレーザ光Ｌの反射方向が変動し、レーザ光Ｌの反射光Ｌ’が、感光ドラムＣ上において、プリント範囲Ｒ１を走査する。
【００２５】
なお、本実施形態においては、小さな交流電圧で、プリント範囲を走査可能とするために、マイクロミラー１２の揺動には、一対の電極１８、１９間に生じる静電力と共に、マイクロミラー１２の共振現象を利用している。マイクロミラー１２の揺動の周波数は、一対の電極間１８、１９間に印加される交流電圧の周波数の１／２である。そのため、本実施形態では、一対の電極１８、１９間には、マイクロミラー１２の共振周波数の略２倍の周波数の交流電圧が印加される。
【００２６】
以上のように、揺動ユニット１１が揺動すると、基板本体３１を振動させるエネルギーが発生するが、このエネルギーは振動部材５３が振動することにより消費される。よって、揺動ユニット１１が揺動することによって発生するエネルギーが振動部材５３の振動によって消費されるので、基板本体３１及び筐体の振動が抑えられる。よって、ＭＥＭＳデバイス１０は、画像形成装置に悪影響を与えず、また、騒音を発生させることもない。
【００２７】
なお、本実施形態に係る振動部材５３としては、１本の支持部材５２にて支持され、Ｚ軸方向に振動可能に構成された例を説明した。しかしながら、図３に示すように、振動部材５３を、両側が２本の支持部材５２で支持させ、当該２本の支持部材５２を軸心として揺動可能に構成することも可能である。２本の支持部材５２によって揺動可能に構成された場合、振動部材５３は、揺動ユニット１１が揺動すると、Ｚ軸方向の振動ではなく、支持部材５２を軸心とした揺動を行なうことになる。また、図３に示す支持部材５２の重量、寸法は、各々０．０１８ｍｇ、長さ（図３に示すＸ軸方向）５００μm、幅（図３に示すＹ軸方向）８０μｍ、厚さ２００μｍとすることができる。また、図３に示す振動部材５３の重量、寸法は、各々０．１８ｍｇ、長さ１１０００μｍ、幅４００μｍ、厚さ２００μｍとすることができる。
【００２８】
また、上記においては、図２（ａ）及び図３に示すように、防振部５１が収容される開口部４１は、基板本体３１の角部に形成された場合について説明したが、開口部４１が形成される位置は、特に限定されるものでない。なお、好ましくは、開口部４１の設けられる位置は、基板本体３１の揺動軸方向及び揺動軸と直交する軸方向を中心として、線対称となる位置とされる。線対称に配置することによりバランス良く振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本実施形態におけるＭＥＭＳデバイスが実装された画像形成装置に備えられたレーザ光走査装置の概略構成図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの概略構成図であり、図２（ａ）は平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のＤ―Ｄ断面図を示し、図２（ｃ）は図２（ａ）のＥ−Ｅ端面図を示す。
【図３】防振部の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００  レーザ光走査装置
１  ＭＥＭＳアクチュエータ
１０  ＭＥＭＳデバイス
４１  第２開口部
５１  防振部
５２  支持部材
５３  振動部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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