(57)【要約】【課題】揺動体が固定されるトーションバーの真直度が悪いと、揺動体を効率よく揺動させることができない。【解決手段】一端がベース２０に固定されたトーションバー２３と、ベース２０から突出するトーションバー２３の一端から離れてトーションバー２３に固定された光反射面２１を有する揺動体２２と、この揺動体２２をトーションバー２３の長手方向軸線Ａを中心として揺動させる素子駆動部１８とを備えた本発明による振動素子１７は、ベース２０に対するトーションバー２３の一端の取り付け中心Ｏを通り、かつトーションバー２３の長手方向に沿って一直線に延在する理想揺動軸線ＡRと揺動体の重心Ｇとを含む仮想平面に対して揺動体２２の光反射面２１が直交状態にあり、トーションバー２３および／または揺動体２２に固定される重心位置補正部材２４の重心が仮想平面内にあって揺動体２２の重心Ｇよりも理想揺動軸線ＡR側に位置している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
このベースから突出するトーションバーと、
このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる揺動体と、
前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材と
を備えたことを特徴とする振動素子。
【請求項２】
ベースと、
このベースから突出するトーションバーと、
このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる揺動体と、
前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材と
を備え、前記ベースに対する前記トーションバーの一端側の取り付け中心を通り、かつ前記トーションバーの長手方向に沿って一直線に延在する理想揺動軸線と、前記トーションバーに固定された前記揺動体の重心とを含む仮想平面に対し、前記揺動体の平面部が直交状態にあり、
前記重心位置補正部材の重心が前記仮想平面内にあって前記揺動体の重心よりも前記理想揺動軸線側に位置していることを特徴とする振動素子。
【請求項３】
前記重心位置補正部材は、前記トーションバーの前記理想揺動軸線側を向く面に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記揺動体は、前記トーションバーを挟んで相互に接合される同一寸法形状を持つ２枚の板部材を含み、前記重心位置補正部材は、前記理想揺動軸線に近い方に配される一方の前記板部材か、この一方の板部材と前記トーションバーとの間に配されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の振動素子。
【請求項５】
前記重心位置補正部材は、前記仮想平面に沿った厚み寸法が前記トーションバーの軸線に沿ってトーションバーの前記一端に向けて漸減する楔状をなしていることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の振動素子。
【請求項６】
ベースと、
このベースから突出するトーションバーと、
このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる光反射面を持つ揺動体と、
前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材と、
前記揺動体を揺動させる駆動手段と、
前記揺動体の前記光反射面に向けて光を照射する光源と
を備えた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と、
この光走査装置の光源からの光が当該光走査装置の揺動体の光反射面を介して照射される画像形成媒体と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項６に記載の光走査装置と、
この光走査装置の揺動体の光反射面にて反射する光源からの光を偏向させる光偏向装置と、
この光偏向装置により偏向する光が照射されるスクリーンと
を備えたことを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振を利用した振動素子および光走査装置ならびにこの光走査装置が組み込まれた映像形成装置および画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光スキャナーなどで用いられるポリゴンミラーなどの回転反射鏡に代え、振動系の共振を利用して反射鏡を高速で揺動させることにより、光を走査させるようにした光走査装置が特許文献１などで提案されている。同様な原理を持つ揺動体装置や電位センサーなども特許文献２にて提案されている。
【０００３】
このような光走査装置や電位センサーを構成する振動素子は、板状の揺動体と、この揺動体が固定されるトーションバーと、揺動体をトーションバーの長手方向軸線を中心として揺動させる駆動手段とを一般的に備えている。また、駆動手段は、揺動体と一体に取り付けられる磁石と、この磁石と対向し、かつ交番電流が通されるコイルとを有し、コイルに交番電流を流すことにより、トーションバーが弾性捩れを伴って揺動体が揺動するようになっている。このため、トーションバーの弾性捩れによる共振現象を利用し、比較的僅かな電力にて揺動体を大きな振れ角で揺動させることが可能である。
【０００４】
なお、この明細書にて記載した「振れ角」とは、トーションバーの長手方向軸線を中心として揺動体が揺動する場合に、揺動体の揺動方向が切り替わる２つの揺動端のなす角を意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３１２５１号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された光走査装置においては、トーションバーを挟んで背中合わせに取り付けられる反射鏡と電磁コイルとの共通重心がトーションバーの中心軸線から離れている場合、トーションバーの共振が抑制されてしまう。このため、重量平衡部材を取り付けてこれらの共通重心がトーションバーの中心軸線に合致するように配慮している。
【０００７】
しかしながら、この重量平衡部材は、反射鏡に対するレーザー光の入射角度および反射角度を考慮してレーザー光に対して干渉しないように取り付ける必要があり、取り付け場所に関する制約が多くて適正な重量バランスを取ることが困難な場合がある。また、反りなどによってトーションバーの真直度が悪い場合、トーションバーに取り付けられる反射鏡や電磁コイルなどの重量バランスが適切であっても、期待されるような共振が起こらず、反射鏡の振れ角が設計値よりも小さくなってしまう可能性もあった。
【０００８】
本発明の目的は、トーションバーの真直度が悪い場合であっても、揺動体を効率よく揺動させることができる振動素子および光走査装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、このような光走査装置が組み込まれたコンパクトで高性能な画像形成装置ならびに画像投影装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の別な目的は、トーションバーに設けられる揺動体に異常振動が生じるのを有効に防ぐことができる振動素子およびこの光走査用素子を用いた光走査装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の目的は、所望のトーションバーの真直度を確保しつつ、振れ角範囲を広くすることができる振動素子、光走査装置およびこれを用いた画像形成装置ならびに画像投影装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の目的は、振動素子の組み立てを簡易化すると共に部品の位置決め精度を向上させることが可能な振動素子を提供することにある。また、安定した光走査を実現する光走査装置およびこれを用いた画像形成装置ならびに画像投影装置を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の形態は、ベースと、このベースから突出するトーションバーと、このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる揺動体と、前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材とを備えたことを特徴とする振動素子にある。
【００１４】
本発明の第２の形態は、ベースと、このベースから突出するトーションバーと、このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる揺動体と、前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材とを備え、前記ベースに対する前記トーションバーの一端側の取り付け中心を通り、かつ前記トーションバーの長手方向に沿って一直線に延在する理想揺動軸線と、前記トーションバーに固定された前記揺動体の重心とを含む仮想平面に対し、前記揺動体の平面部が直交状態にあり、前記重心位置補正部材の重心が前記仮想平面内にあって前記揺動体の重心よりも前記理想揺動軸線側に位置していることを特徴とする振動素子にある。
【００１５】
本発明の振動素子においては、揺動体をトーションバーの長手方向軸線を中心として揺動させ、トーションバーに繰り返しの弾性捩れ変形を与える。揺動体の平面部は、トーションバーの理想揺動軸線と揺動体の重心とを含む仮想平面に対して直交状態に配されている。しかも、重心位置補正部材の重心が仮想平面内にあって揺動体の重心よりも理想揺動軸線側に配されているため、揺動体は極めて安定して揺動することとなる。
【００１６】
本発明の第１の形態による振動素子において、重心位置補正部材をトーションバーの理想揺動軸線側を向く面に取り付けることが好ましい。
【００１７】
揺動体がトーションバーを挟んで相互に接合される同一寸法形状を持つ２枚の板部材を含み、重心位置補正部材が理想揺動軸線に近い方に配される一方の板部材か、この一方の板部材とトーションバーとの間に配されるものであってよい。
【００１８】
重心位置補正部材を金属か、ガラスか、樹脂か、あるいはこれらの複合材にて形成することができる。
【００１９】
重心位置補正部材は、仮想平面に沿ったその厚み寸法がトーションバーの軸線に沿ってトーションバーの一端に向けて漸減する楔状をなしているものであってよい。
【００２０】
トーションバーはその両端がベースに固定され、揺動体がこのトーションバーの長手方向中央部に固定されているものであってよい。あるいは、トーションバーは片持ち状態でその一端がベースに固定され、揺動体がこのトーションバーの他端部に固定されているものであってよい。
【００２１】
本発明の第２の形態は、ベースと、このベースから突出するトーションバーと、このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる光反射面を持つ揺動体と、前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材と、前記揺動体を揺動させる駆動手段と、前記揺動体の前記光反射面に向けて光を照射する光源とを備えたことを特徴とする光走査装置にある。
【００２２】
本発明においては、駆動手段の作動によって揺動体がトーションバーの長手方向軸線を中心として揺動し、トーションバーは繰り返しの弾性捩れ変形を受ける。これにより、光源からの光は、揺動体の光反射面により反射して走査されることとなる。
【００２３】
本発明の第２の形態による光走査装置において、駆動手段が揺動体と一体に取り付けられる磁石と、この磁石と対向し、かつ交番電流が通されるコイルとを有することができる。
【００２４】
本発明の第３の形態は、本発明の第２の形態による光走査装置と、この光走査装置の光源からの光が当該光走査装置の振動素子の揺動体の光反射面を介して照射される画像形成媒体とを備えたことを特徴とする画像形成装置にある。
【００２５】
本発明においては、光源からの光が振動素子の揺動体の光反射面を介して画像形成媒体に照射される。
【００２６】
本発明の第４の形態は、本発明の第２の形態による光走査装置と、この光走査装置の揺動体の光反射面にて反射する光源からの光を偏向させる光偏向装置と、この光偏向装置により偏向する光が照射されるスクリーンとを備えたことを特徴とする画像投影装置にある。
【００２７】
本発明においては、光源からの光が振動素子の揺動体の光反射面にて反射され、揺動体の揺動により走査状態となった反射光が光偏向装置によって、走査方向と交差する方向に偏向され、スクリーンに照射される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の第１の形態の振動素子によると、重心位置補正部材を備えているので、揺動体を効率よく共振させることができる。
【００２９】
本発明の第２の形態の振動素子によると、揺動体の平面部を理想揺動軸線と揺動体の重心とを含む仮想平面に対して直交させると共に重心位置補正部材の重心を揺動体の重心よりも理想揺動軸線側に位置させたので、揺動体を効率よく共振させることができる。
【００３０】
重心位置補正部材をトーションバーの理想揺動軸線側を向く面に取り付けた場合、揺動体をさらに効率よく共振させることができる。揺動体がトーションバーを挟んで相互に接合される同一寸法形状を持つ２枚の板部材を含み、重心位置補正部材を理想揺動軸線に近い方に配される一方の板部材か、この一方の板部材とトーションバーとの間に配した場合も同様である。重心位置補正部材の仮想平面に沿った厚み寸法がトーションバーの軸線に沿ってトーションバーの一端に向けて漸減する楔状をなしている場合も、揺動体をさらに効率よく共振させることができる。
【００３１】
本発明の光走査装置によると、揺動体の光反射面を理想揺動軸線と揺動体の重心とを含む仮想平面に対して直交させると共に重心位置補正部材の重心を揺動体の重心よりも理想揺動軸線側に位置させたので、揺動体を効率よく共振させることができる。
【００３２】
本発明の画像形成装置によると、本発明による光走査装置と、光源からの光が振動素子の揺動体の光反射面を介して照射される画像形成媒体とを備えているので、小型で高性能な画像形成装置を実現することができる。
【００３３】
本発明の画像投影装置によると、本発明による光走査装置と、光源からの光を理想揺動軸線と平行な方向に沿って偏向させる光偏向装置と、これにより偏向する光が照射されるスクリーンとを備えているので、小型で高性能な画像投影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による画像形成装置をＬＢＰに応用した一実施形態の原理図である。
【図２】図１のＬＢＰに組み込まれた本発明による光走査装置における振動素子の一実施形態の平面図である。
【図３】図２中のIII−III矢視に沿った断面図である。
【図４】図２中のIV−IV矢視に沿った拡大断面図である。
【図５】図２に示した振動素子における揺動体の部分を分解状態で表す立体投影図である。
【図６】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７】重心位置補正部材の質量と揺動体の振れ角との関係を模式的に表すグラフである。
【図８】本発明による振動素子の一実施形態における主要部の構造を表す一部破断正面図である。
【図９】図７中のIX−IX矢視に沿った断面図である。
【図１０】図７中のＸ−Ｘ矢視に沿った断面図である。
【図１１】本発明による振動素子の他の実施形態における主要部の構造を表す一部破断正面図である。
【図１２】図１１中のXII−XII矢視に沿った断面図である。
【図１３】振動素子の他の実施形態における主要部の構造を表す一部破断正面図である。
【図１４】図１３中のXIV−XIV矢視に沿った断面図である。
【図１５】図１３および図１４に示した実施形態を分解状態で表す立体投影図である。
【図１６】振動素子の別な実施形態における主要部の構造を表す一部破断正面図である。
【図１７】図１６に示した実施形態を分解状態で表す立体投影図である。
【図１８】振動素子を構成する揺動体の最大振幅と、この振動素子を構成するトーションバーの反り量との関係を表すグラフである。
【図１９】振動素子のさらに他の実施形態における主要部の平面図である。
【図２０】図１９に示した実施形態の右側面図である。
【図２１】振動素子のさらに別な実施形態における主要部の平面図である。
【図２２】図２１に示した実施形態の右側面図である。
【図２３】図１９，図２０に示した振動素子の製造手順を図２４〜図２６と共に模式的に表す立体投影図である。
【図２４】図１９，図２０に示した振動素子の製造手順を図２３，図２５，図２６と共に模式的に表す立体投影図である。
【図２５】図１９，図２０に示した振動素子の製造手順を図２３，図２４，図２６と共に模式的に表す立体投影図である。
【図２６】図１９，図２０に示した振動素子の製造手順を図２３〜図２５と共に模式的に表す立体投影図である。
【図２７】振動素子の異なる実施形態における主要部の構造を表す一部破断正面図である。
【図２８】振動素子の異なる他の実施形態における主要部の構造を表す一部破断正面図である。
【図２９】振動素子の異なる別な実施形態における主要部の構造を表す一部破断正面図である。
【図３０】本発明による画像投影装置の一実施形態の原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明による画像形成装置をレーザービームプリンター（以下、ＬＢＰと記述する）に応用した実施形態について、図１〜図２９を参照しながら以下に詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、異なる実施形態の構成を必要に応じてさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の精神に帰属する他の任意の構成を適宜採用することができることに注意されたい。
【００３６】
本実施形態におけるＬＢＰの露光部を概略的に図１に示し、その光走査装置における振動素子の主要部を抽出して図２に示し、そのIII−III矢視に沿った断面形状を図３に示し、図２中のIV−IV矢視に沿った拡大断面形状を図４に示す。すなわち、本実施形態のＬＢＰ１０は、本発明における画像形成媒体としての感光ドラム１１と、この感光ドラム１１に画像情報に対応した静電潜像を形成するための露光部１２とを備えている。また、本実施形態のＬＢＰ１０は、これら感光ドラム１１および露光部１２以外に周知の給紙部，帯電部，トナー供給部，転写部，定着部，紙搬送部（何れも図示せず）なども備えている。
【００３７】
露光部１２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１３を含む光走査装置１４と、周知のコリメート光学系１５およびｆθレンズ１６とを備えている。
【００３８】
光走査装置１４は、先のレーザー光源１３と、このレーザー光源１３からのレーザー光Ｌを走査させるための振動素子１７と、この振動素子１７を駆動する素子駆動部１８と、この素子駆動部１８の作動を制御する制御装置１９とを備えている。
【００３９】
振動素子１７は、ベース２０と、レーザー光源１３からのレーザー光Ｌが入射する光反射面２１が形成された揺動体２２と、この揺動体２２を保持するトーションバー２３と、重心位置補正部材２４と、カバー部材２５とを備えている。本実施形態におけるベース２０には、本発明における駆動手段としての素子駆動部１８の一部を構成する渦巻き状に形成したシートコイル２６を設けた基板２７が搭載されている。この基板２７の周縁部には、ベース２０の外周縁部を構成する枠体２８が重ね合わされ、これらが一体的に接合された状態となっている。枠体２８には、光学的に透明なカバー部材２５が重ね合わされ、これらを一体的に接合することによって形成される内部空間Ｓは、減圧状態で気密に保持される。これらベース２０とカバー部材２５とで囲まれる内部空間Ｓには、丸棒状をなすトーションバー２３と、揺動体２２と、重心位置補正部材２４と、素子駆動部１８の一部である先のシートコイル２６が形成された基板２７とが収容される。このように、カバー部材２５によって内部空間Ｓを減圧状態で気密に保持することにより、常圧下と比べて、揺動体２２を主体とする振動系の特性を更に高めることができる。特に、空気抵抗の影響が低減される結果、振動特性のさらなる向上が可能である。
【００４０】
揺動体２２を保持するトーションバー２３は、感光ドラム１１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と記述するが、図示例では図１の紙面に対して垂直な軸線である）ＡRに沿って延在する。トーションバー２３の基端は、片持ち状態でベース２０の枠体２８とカバー部材２５との間に固定され、かつ末端側がこの枠体２８から基板２７に形成されたシートコイル２６の中央部分の直近まで突出している。トーションバー２３の末端に固定される揺動体２２は、トーションバー２３の長手方向軸線を中心としてトーションバー２３の弾性捩れを伴いつつ揺動可能である。
【００４１】
本実施形態における揺動体２２は、トーションバー２３を挟んで相互に接合される同一寸法形状の２枚の矩形の板部材２９，３０を含む。これら２枚の板部材２９，３０の接合面２９ａ，３０ａは、トーションバー２３の長手方向軸線Ａと平行に設定され、基板２７に形成されたシートコイル２６の表面とほぼ平行となるようにトーションバー２３に対して接合されている。従って、カバー部材２５側を向く一方の板部材２９の表面が光反射面２１となっており、この光反射面２１はアルミニウムや金などを一方の板部材２９の表面に蒸着することによって形成することができる。あるいは、あらかじめ鏡面加工された板状部材を一方の板部材２９の表面に貼り付けてこれを光反射面２１としてもよい。この光反射面２１は、トーションバー２３の長手方向に沿って一直線に延在する理想揺動軸線ＡRと、トーションバー２３に固定された揺動体２２の重心Ｇとを含む仮想平面に対して直交状態にある。この場合、理想揺動軸線ＡRは、ベース２０に対するトーションバー２３の基端の取り付け中心Ｏを通り、先の仮想平面は図３および図６の紙面に対して平行な平面となる。
【００４２】
また、この揺動体２２には素子駆動部１８の一部を構成する丸棒状をなす磁石３１が埋設されている。本実施形態においては、トーションバー２３の末端部に丸棒状をなす磁石３１が挿通される穴３２がトーションバー２３の長手方向に対して直交する方向に沿って形成され、ここに磁石３１が差し込まれた状態となっている。この磁石３１の一対の磁極は、トーションバー２３の長手方向軸線Ａに対して直交する方向に並ぶように、磁石３１の向きが規定されている。
【００４３】
揺動体２２を構成する２枚の板部材２９，３０の接合面２９ａ，３０ａには、あらかじめトーションバー２３を挿通するためのトーションバー収容溝２９ｂ，３０ｂと、磁石３１を収容するための磁石収容溝２９ｃ，３０ｃとが形成されている。これら２つの溝２９ｂ，３０ｂ，２９ｃ，３０ｃは、それぞれ断面が半円形状を有し、接合面２９ａ，３０ａの中央部にて相互に直交している。
【００４４】
ところで、上述したような細長いトーションバー２３には、加工変質などに伴う本質的な反りがわずかながら発生しているのが一般的である。このようなトーションバー２３の二次元的な反りは、揺動体２２の異常振動を伴い、投入エネルギーに対して光反射面２１の振れ角αが小さくなるように作用する結果を招く。つまり、反りのあるトーションバー２３に固定された揺動体２２の重心Ｇが先の理想揺動軸線ＡRに対して一致していないと、揺動体２２の異常振動が起こる。この結果、所望の振れ角αにて揺動体２２の光反射面２１を揺動させるため、より多くの電流をシートコイル２６に投入する必要が生ずる。
【００４５】
このようなトーションバー２３の反りの具合を誇張して図５に示す。トーションバー２３の基端をガラス定盤３３の表面に押し付け、この部分を中心としてトーションバー２３をガラス定盤３３の上で転がし、ガラス定盤３３の表面から揺動体２２の重心Ｇまでの高さｈが最大となる位置を探し出す。なお、この高さｈに代えてガラス定盤３３の表面からトーションバー２３の末端までの高さを求めることでも可能である。この状態において、光反射面２１となる一方の板部材２９の表面が真上を向き、他方の板部材３０の表面がガラス定盤３３の表面と正対するように、トーションバー２３に対して揺動体２２が取り付けられる。なお、この状態において、磁石３１の磁極の向きもガラス定盤３３の表面と平行かつトーションバー２３の長手方向軸線Ａに対して直交して取り付けられるように、トーションバー２３に形成される穴３２の向きも規定される。
【００４６】
本発明においては、トーションバー２３の理想揺動軸線ＡRに対する振動系の重心が一致するように、重心位置補正部材２４が揺動体２２および／またはトーションバー２３に取り付けられる。より具体的には、重心位置補正部材２４の重心が先の仮想平面内にあって揺動体２２の重心Ｇよりも理想揺動軸線ＡR側に位置するように、本実施形態では基板２７側を向く他方の板部材３０の表面に重心位置補正部材２４が接合される。つまり、重心位置補正部材２４はトーションバー２３が凸側に反った面、つまり本実施形態では他方の板部材３０の表面に取り付けられている。この重心位置補正部材２４は、揺動体２２，磁石３１，重心位置補正部材２４を含めた振動系の共通重心が最終的に理想揺動軸線ＡRと合致するような質量を有していることが望ましい。これにより、揺動体２２の光反射面２１は、投入エネルギーに対して効率よく理想揺動軸線ＡRを中心として揺動することとなる。なお、重心位置補正部材２４を理想揺動軸線ＡRに近い方に配される一方の板部材２９，３０とトーションバー２３との間に配することも可能である。
【００４７】
本実施形態における素子駆動部１８は、揺動体２２および／またはトーションバー２３に固定される磁石３１と、この磁石３１と隙間を隔てて対向するようにベース２０側に設けられるシートコイル２６と、図示しない電源とを備えている。シートコイル２６には、トーションバー２３，揺動体２２，磁石３１、重心位置補正部材２４で構成される振動系の共振周波数に対応した交番電流が素子駆動部１８の電源から与えられる。これにより、揺動体２２の光反射面２１をこの振動系の共振周波数にて理想揺動軸線ＡR回りに揺動、つまり共振状態で振れ回りさせることができる。従って、この振動系の振幅、つまり揺動体２２の光反射面２１の振れ角αの大きさは、シートコイル２６に与えられる電流量によって調整可能である。交番電流の波形は、正弦波以外に三角波やパルス出力などであってもよい。なお、上述したようなシートコイル２６に代えてヨークとなる軟磁性体を内包するコイルを用いることも可能である。また、揺動体２２の光反射面２１に対して干渉しない範囲で揺動体２２を挟むように配される一対の磁界印加手段を設けることも可能である。
【００４８】
ここで、重心位置補正部材２４の質量と揺動体２２の光反射面２１の振れ角αとの関係を図７に示す。これは、長さが３２mmで０.３５×０.１５mmの矩形断面を持ち、図６において５０μmの反りを持つトーションバー２３に対し、一定の交番電流をシートコイル２６に流した場合の揺動体２２の光反射面２１の振れ角αの変化を示している。ここで用いた２枚の板部材２９，３０は、それぞれ０.１mmの厚みを有し、２.８×１.４mmの矩形表面を持ち、３・の長さの磁石３１を組み込んだものであり、他方の板部材３０の表面に重さの異なる重心位置補正部材２４を接合したものである。図７から明らかなように、この場合においては約３mgの重さの重心位置補正部材２４を接合した時、振れ角αが最大となることが確認できる。従って、揺動体２２の重心Ｇの位置が不明であっても、トーションバー２３の反りの方向さえ認識できれば、揺動体２２の振れ角αが最大となるような最適な重心位置補正部材２４を選択することが可能である。つまり、トーションバー２３の反りの凸側の面に質量の異なる重心位置補正部材２４を装着して揺動体２２の振れ角αを測定すればよい。なお、トーションバー２３の長手方向軸線Ａに対して直交する断面形状は、円形に限らず、図７で説明したように矩形断面など、任意の断面形状を採用することができる。
【００４９】
制御装置１９は、感光ドラム１１の長手方向両端に近接して配される一対のＢＤセンサー３４と、これら一対のＢＤセンサー３４からの検出信号を受信して素子駆動部１８の出力を制御する制御部３５とを有する。制御部３５は、振動素子１７の揺動体２２の揺動による光反射面２１の振れ角αが感光ドラム１１の表面の所定範囲に収まるように、一対のＢＤセンサー３４からの検出信号に基づいて素子駆動部１８の出力をフィードバック制御する。
【００５０】
従って、画像信号に応じてレーザー光源１３から出射するパルス状のレーザー光Ｌがコリメート光学系１５を通って振動素子１７の揺動体２２の光反射面２１に入射し、この光反射面２１にて反射してｆθレンズ１６を介して感光ドラム１１の表面に照射される。この場合、振動素子１７の揺動体２２の光反射面２１がトーションバー２３の共振によって理想揺動軸線ＡR回りに揺動することにより、レーザー光Ｌが感光ドラム１１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１１の回転によって画像情報、つまり静電潜像が感光ドラム１１の回転方向に沿ってその表面に形成されることとなる。
【００５１】
トーションバー２３を構成する材料としては、例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。ここで言うＣo-Ｎi基合金とは、ＣoおよびＮiを含有する合金である。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)などとを含む。より具体的には、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。また、これらの合金は、ニオブ(Ｎb)，マンガン(Ｍn)，タングステン(Ｗ)，チタン(Ｔi)，ボロン(Ｂ)およびマグネシウム(Ｍg)，炭素(Ｃ)などをさらに含むことができる。Ｎbは溶質元素として上述したＭo，鉄同様の働きをし、Ｍnは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機能を有し、Ｗは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。また、Ｔiは鋳塊組織の微細化や強度向上に寄与し、ＢおよびＭgは熱問加工性を改善し、Ｃはマトリクスに固溶してＣr，Ｍo，Ｎbなどと炭化物を形成し、粒界を強化する機能を発揮する。先の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。
【００５２】
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および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、冷問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、通常、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こととなる。このため、本実施形態のトーションバー２３として用いる場合には、プレス加工，レーザー加工，ワイヤーカット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２３の長手方向となるように切り出す。あるいは、超塑性加工によって製品形状に加工し、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２３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。
【００５３】
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持つトーションバー２３を得ることができる。このような非磁性で加工硬化および時効硬化型のＣo-Ｎi-Ｃr-Ｍo合金の一例として、セイコーインスツル株式会社のＳＰＲＯＮ５１０（商品名：ＳＰＲＯＮは登録商標）を挙げることができる。このＳＰＲＯＮ５１０は、Ｃo：３５％，Ｎi：３２％，Ｃr：２０％，Ｍo：１０％の組成を有する。
【００５４】
このようにして、共振周波数が尖鋭か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（例えば１０００以上）かつばね特性の非線形性が非常に小さなトーションバー２３を得ることができる。このようなトーションバー２３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とはならず、消費電力が少ない振動素子１７を実現することができる。従って、本実施形態によるＬＢＰ１０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でき、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Ｌの走査が可能であり、走査角の高精度な制御が可能である。
【００５５】
なお、本実施形態では非磁性を示すＣo-Ｎi基合金にてトーションバー２３を形成したが、これは揺動体２２をトーションバー２３と共に揺動させる手段として、磁石３１と交番磁界とを用いた場合に安定した駆動を実現することができるからである。従って、素子駆動部１８として交番磁界以外の手段、例えば圧電素子などを利用した場合には、トーションバー２３の材料として非磁性金属以外にの一般的なばね用材料を用いることができる。より具体的には、ＳＵＳ３０１，３０２，３０４，３１６，６３１，６３２などのステンレス鋼、ばね鋼(ＳＵＰ)、ピアノ線(ＳＷＰ)、ばね用炭素鋼のオイルテンパー線(ＳＷＯ)採用することができる。この他、ばね用シリコンクロム鋼のオイルテンパー線(ＳＷＯＳＣ)、ばね用ベリリウム銅合金(Ｃ１７００，Ｃ１７２０)、ばね用チタン銅合金(Ｃ１９９０)，ばね用リン青銅(Ｃ５２１０)，ばね用洋白(Ｃ７７０１)などを採用することも可能である。
【００５６】
また、揺動体２２と共にトーションバー２３に取り付けられる磁石３１は、できるだけ小型軽量であって高い保磁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。しかしながら、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，ハードフェライト（ＢaフェライトやＳrフェライト）などの焼結磁石を採用することができる。この他、ボンド磁石やスパッター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。
【００５７】
揺動体２２を構成する２枚の板部材２９，３０の材料としては、アルミナ，ジルコニア，ベリリウム，チッ化ケイ素，チッ化アルミニウム，サファイヤ，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。また、これらの表面を鏡面化することによって光反射面２１として利用することも可能である。
【００５８】
また、重心位置補正部材２４を構成する材料は、揺動体２２を構成する材料と同じものでもよいが、異なる材料を用いることも当然可能である。
【００５９】
図２〜図５に示した振動素子１７の主要部の構成を、必要に応じて図８〜図１２のように変更することも可能である。すなわち、本発明の振動素子１７の他の一実施形態の主要部の正面形状を一部破断して図８に示し、そのIX−IX矢視に沿った断面形状を図９に示し、図８中のＸ−Ｘ矢視に沿った拡大断面形状を図１０に示す。また、本発明の振動素子１７の別な実施形態の主要部の正面形状を一部破断して図１１に示し、そのXII−XII矢視に沿った断面形状を図１２に示す。
【００６０】
図８〜図１０に示した実施形態は、トーションバー２３の先端に抜け外れ防止と位置決めとを兼ねた円錐台形状のストッパー部３６を形成したものである。磁石３１は、このストッパー部３６に臨むように揺動体２２と一体に形成され、ストッパー部３６に臨むその一端面が揺動体２２から外部に露出した状態となっている。本実施形態における磁石３１は、トーションバー２３を挾むように二つ割り構造となっているが、トーションバー２３が貫通する穴３２をあらかじめ形成した単一の磁石３１とすることも可能である。重心位置補正部材２４は、トーションバー２３の長手方向軸線Ａに沿ってその基端側に向けて肉厚が漸減する楔状をなしている。
【００６１】
図１１，図１２に示した実施形態は、上の実施形態におけるストッパー部３６を揺動体２２内に埋設したものであり、トーションバー２３に対する揺動体２２の相対位置を確実に規定することができる。本実施形態では、磁石３１を重心位置補正部材２４として兼用させている。すなわち、トーションバー２３の凸側に沿った面に切欠き部３７を形成し、ここに磁石３１を差し込み、この状態で２枚の板部材２９，３０を重ね合わせてストッパー部３６と磁石３１とを板部材２９，３０で挟み込むようにしている。この構造は、揺動体２２を樹脂で射出成形する場合に特に好適であり、これら磁石３１およびトーションバー２３の先端部を一体的に接合することが可能となる。
【００６２】
図２〜図５に示した振動素子１７の主要部の構成を必要に応じてさらに図１３〜図１７のように変更することも可能である。すなわち、本発明の振動素子１７の他の一実施形態の主要部の正面形状を一部破断して図１３に示し、そのXIV−XIV矢視に沿った断面形状を図１４に示し、その外観を分解状態で図１５に示す。また、本発明の振動素子１７の別な実施形態の主要部の正面形状を一部破断して図１６に示し、その外観を分解状態で図１７に示す。
【００６３】
図１３〜図１５に示した実施形態は、トーションバー２３の先端に抜け外れ防止と位置決めとを兼ねた円錐台形状のストッパー部３６を形成したものである。矩形の棒状をなす磁石３１は、このストッパー部３６に臨むように揺動体２２と一体に形成され、ストッパー部３６に臨むその一端面が揺動体２２から外部に露出した状態となっている。本実施形態における磁石３１は、トーションバー２３を挾むように二つ割り構造となっているが、トーションバー２３が貫通する穴３１ａをあらかじめ形成した単一の磁石３１とすることも可能である。
【００６４】
本実施形態における揺動体２２は、トーションバー２３を挟んで相互に接合される同一形状（具体的には同一寸法形状）の２枚の矩形の板部材２９，３０を含み、これら２枚の板部材２９，３０は、トーションバー２３の長手方向軸線Ａを対称軸とする対称形状を有している。これら２枚の板部材２９，３０の接合面２９ａ，３０ａは、トーションバー２３の長手方向軸線Ａと平行に設定され、基板２７に形成されたシートコイル２６の表面とほぼ平行となるようにトーションバー２３に対して接合されている。従って、例えば、カバー部材２５側を向く一方の板部材２９の表面が光反射面２１となっており、この光反射面２１はアルミニウムや金などを一方の板部材２９の表面に蒸着することによって形成することができる。あるいは、あらかじめ鏡面加工された板状部材を一方の板部材２９の表面に貼り付けてこれを光反射面２１としてもよい。なお、他方の板部材３０の表面も一方の板部材２９の表面と同じ加工を施しておくことにより、２つの板部材２９，３０の重量バランスを合致させることができ、この揺動体２２を含む振動系に関してより安定した振動をもたらすことができる。また、両方の板部材２９，３０の表面に対して同じ加工を施すことによって、２枚の板部材２９，３０のうちのより平面度の良好な方を光反射面２１として選択することができる。あるいは、２つの板部材２９，３０の表面をそれぞれ独立した光反射面として利用することも可能である。光反射面２１は、トーションバー２３の長手方向に沿って一直線に延在するトーションバーの長手方向軸線Ａと、トーションバー２３に固定される揺動体２２の重心Ｇとを含む仮想平面に対して直交状態にある。従って、この仮想平面は図３の紙面に対して平行な平面となる。
【００６５】
次に、トーションバー２３として直径が２４０μmの先のＳＰＲＯＮ５１０の線材を用い、板部材２９，３０として厚さが３００μmのＳiウェーハーをダイサーにて１mm×３mmの矩形に切断したものを用いた場合の振動特性に関し、以下のように評価を行った。これら板部材２９，３０の表面の平面度は２０〜３０nmであるが、この板部材２９，３０の平面度はＺＹＧＯ社の表面粗さ計を用いて得られたＰＶ値（最大測定値−最小測定値）での評価である。
【００６６】
このようにして得られた板部材２９，３０の接合面２９ａ，３０ａにトーションバー収容溝２９ｂ，３０ｂおよび磁石収容溝２９ｃ，３０ｃをそれぞれ形成する。トーションバー収容溝２９ｂ，３０ｂの幅および深さは、トーションバー２３の直径が２４０μmであるので、それぞれ１２０μmとなるが、この溝２９ｂ，３０ｂの断面形状を半円形にする必要はなく、矩形断面の溝であってもかまわない。このような溝加工を板部材２９，３０の接合面２９ａ，３０ａに施すことにより、板部材２９，３０の表面、つまり接合面２９ａ，３０ａと反対側の面が凹形状に変形し、その平面度が５０nm程度低下する結果、ＰＶ値が７０〜８０nmとなってしまう。しかしながら、トーションバー収容溝２９ｂ，３０ｂにトーションバー２３を収容した状態で２枚の板部材２９，３０の接合面２９ａ，３０ａを重ね合わせて接着剤などで接合することにより、溝加工に伴う変形が矯正されることとなる。結果として、光反射面２１の平面度が５０〜６０nmまで改善される。この状態においては、２枚の板部材２９，３０がトーションバー２３の長手方向軸線Ａを対称軸とする対称形状となり、これらの重心Ｇがトーションバー２３の長手方向軸線Ａ上に位置する。このため、トーションバー２３の長手方向軸線Ａを中心として揺動体２２を安定して共振させることができる。
【００６７】
比較として、厚さが２００μmおよび５２５μmのＳiウェーハーをダイサーにてそれぞれ１mm×３mmの矩形にそれぞれ切断し、厚さの異なる２枚の板部材を用意した。これら２枚の板部材の平面度は２０〜３０nmである。次に、肉厚が５２５μmの板部材の接合面にのみ幅および深さが２４０μmの矩形のトーションバー収容溝を形成した。これによって、肉厚が５２５μmの板部材の接合面と反対側の表面が凹形状に変形し、その平面度が７０〜８０nmまで低下していることを確認した。そして、トーションバー収容溝にトーションバー２３を収容した状態で２枚の板部材の接合面を重ね合わせて接着剤にて接合し、得られた揺動体の光反射面の平面度を測定した結果、ＰＶ値が７０〜８０nmに低下してしまうことが判明した。なお、肉厚が５２５μmの板部材の表面の平面度は、肉厚が２００μmの板部材を貼り合わせたことによってもほとんど改善されず、ＰＶ値が接合前のほぼ７０〜８０nmのままであった。その理由は、肉厚が５２５μmの板部材の方が２００μmの肉厚の板部材よりも絶対的な剛性が高いためであると考えられる。
【００６８】
感光ドラム１１の表面に形成されるレーザー光Ｌの走査軌跡は、本来、感光ドラム１１の回転軸線と平行な１本の直線を描くはずである。しかしながら、トーションバー２３の反りやその長手方向軸線Ａに対する揺動体２２の重心Ｇの位置ずれなどにより、高次の複雑な振動モードが発生し、波形のうねりや８の字あるいは円といった異常な走査軌跡を描く場合がある。そこで、まず揺動体２２の共振周波数が２kＨzとなるようにトーションバー２３の長さを調整した。さらに、振れ角αを±１０度，±１７度，±２５度，±３２度，±３８度，±４５度，±５０度となるように、交番電流の供給値を調整した。そして、この場合における感光ドラム１１の表面に形成されるレーザー光Ｌの走査軌跡を求めた結果、すべての振れ角αにおいて異常振動は発生せず、安定した走査軌跡を描くことを確認することができた。
【００６９】
図１６，図１７に示した実施形態は、上の実施形態におけるストッパー部３６を揺動体２２内に埋設したものであり、トーションバー２３に対する揺動体２２の相対位置をより確実に規定することができる。本実施形態では、磁石３１がトーションバー２３のストッパー部３６を横切ることができるように、２枚の板部材２９，３０に形成された磁石収容溝２９ｃ，３０ｃに連通する切欠き部３７をストッパー部３６に形成している。従って、磁石３１およびトーションバー２３の先端部と揺動体２２とをより強固に接合することが可能となる。
【００７０】
本発明の振動素子によると、揺動体が同一形状を持つ２枚の板部材を有し、これら２枚の板部材によってトーションバーを挟んで相互に接合されるので、揺動体に異常振動が生じるのを有効に防ぐことができる。
【００７１】
また、揺動体がトーションバーを収容する収容溝を接合面に形成した２枚の板部材を含み、これらがトーションバーの長手方向軸線を対称軸とする対称形状を有する場合には、トーションバーに対して揺動体を正確に固定できる。また、２枚の板部材の接合面に形成される収容溝の加工によって低下する光反射面の平面度を向上させることができる。さらに、揺動体を異常振動させずに効率よくこれを揺動させることができる。
【００７２】
揺動体の光反射面を２枚の板部材の少なくとも一方の板部材の接合面と反対側の面に形成した場合、平面度の良好な方を光反射面として利用することができる。
【００７３】
本発明の光走査装置によると、本発明による光走査用素子を備えているので、揺動体を効率よく共振させることができる。
【００７４】
なお、駆動手段の磁石を収容または保持する溝が２枚の板部材の接合面にトーションバーの長手方向軸線を対称軸として対称に形成されている場合、磁石を含めた揺動体の重心位置をトーションバーの長手方向軸線上に位置させることができる。また、磁石の位置決めを正確に行うことができると共に磁石を大気に晒すことによる劣化を抑制することができる。特に、磁石の磁極をトーションバーの長手方向軸線に対して直交かつ揺動体の光反射面と平行な方向に延在させた場合、無負荷状態から揺動体の一方側への振れの量と他方側への振れの量とを均一にすることができる。
【００７５】
本発明の画像形成装置によると、本発明の光走査装置と、この光走査装置の光源からの光が光走査装置の光走査用素子の揺動体の光反射面を介して照射される画像形成媒体とを具えているので、小型で高性能な画像形成装置を実現することができる。
【００７６】
本発明の画像投影装置によると、本発明の光走査装置と、光源からの光をトーションバーの長手方向軸線と平行な方向に沿って偏向させてスクリーンに照射させる光偏向装置とを具えているので、小型で高性能な画像投影装置を実現することができる。
【００７７】
ここで、トーションバー２３における反りが、このトーションバー２３の支持される揺動体２２の光反射面２１の振れ角αに与える影響について考察する。
【００７８】
先の図６に示すように、トーションバー２３の基端をガラス定盤３３の表面に押し付け、この部分を中心としてトーションバー２３をガラス定盤３３の上で転がす。この時のトーションバー２３の末端、より正確には揺動体２２の重心のガラス定盤３３からの高さｈが最大となる位置での反り量を真直度として測定する。この反り量が０μm，５０μm，１００μmであるトーションバー２３を試料として用意し、その末端に取り付けられた揺動体２２を２kＨzの共振周波数にて揺動させた。
【００７９】
揺動体２２の揺動の振れ角の測定の方法は、シートコイル２６を流れる電流値を変化させることで、揺動体２２の光反射面２１、つまり反射するレーザー光Ｌの振れ角αが段階的に大きくなるように変化させた。光反射面２１を反射したレーザー光Ｌは、感光ドラム１１上を走査する１本の直線としての走査線を描くはずであるが、振れ角が大きくなると、曲線や８の字状または円といった異常な走査線を描く状態となる。振れ角αを段階的に大きくしていく途中で、このような状態が発生したとき、異常振動が発生したと判定する。この場合、異常振動が発生した段階での振れ角と１つ前の段階の振れ角との間でさらに小さく区切って振れ角を変化させ、異常振動が発生しない最も大きい振れ角を最大振れ角として規定した。
【００８０】
このようにして測定した結果を図１８に示す。この図１８から明らかなように、反り量が０μmのトーションバー２３の場合の最大振れ角は±４５〜±５０度となり、５０μmのものでは±２５〜±３９度となり、１００μmのものでは±１７〜±２５度となった。このことから、トーションバー２３の反りが全くない０μmの場合に比べて、反りが５０μmの場合および１００μmの場合の最大振れ角は、それぞれ３割および６割程度低下することが理解される。すなわち、トーションバー２３の反り、言い換えれば真直度が振動素子３０の揺動体２２の振れ角に大きな影響を及ぼすことが確認される。
【００８１】
そこで、本発明では、トーションバー２３の真直度を向上させるために、以下のような方法を提案する。
【００８２】
トーションバー２３を板状材料から加工形成する場合、プレス加工，レーザー加工，ワイヤーカット，エッチングまたは超塑性加工などで所定の形状に加工される。この場合、得られるトーションバー２３の反り量のばらつきは大きく、１００μm〜２００μmの範囲となる。特に、ロール状材料からの加工である場合、圧延方向であるＲＤ方向は、圧延方向と直交する方向であるＴＤ方向に比べ、初期の反りが大きいのが一般的である。よって、トーションバー２３として利用する場合、ＴＤ方向をトーションバー２３の長手方向とすることが、トーションバー２３の反り対策として有効である。すなわち、引張り加工によってトーションバー２３を作ることで、トーションバー２３の外周面には引張り加工による加工痕が形成される。その識別としては、図１９および図２０に模式的に示すように、材料表面の加工痕、つまりひき目ＣSの方向で判断することができる。すなわち、ひき目ＣSが延在する長手方向が圧延方向となる。
【００８３】
また、材料の振動特性を高めるために時効硬化処理として例えば熱処理を施すが、トーションバー２３をＳＵＳ３０４などで加工形成する場合、この熱処理に加えて炉中で必要な規定張力を材料にかけて加工処理を施す、いわゆるテンションアニールを実施することにより、その反りをほとんど無くすことが可能である。さらに、このような時効硬化処理を施してもトーションバー２３に若干の反りが生じている場合、反り量、言い換えれば、真直度が略等しいトーションバーを２枚用意する。図２０に模式的に示すように、この２枚のトーションバー片２３ａ，２３ｂを互いに対して反るように、背中合わせにして接着剤などで接合し、１つのトーションバー２３として組み立てて形成される。このようにして形成されたトーションバー２３の反り量は、１０μm以下となり、図１８に示すように、最大振れ角が±４５度となり、広角に光走査可能な振動素子１７を安定的に供給することができる。
【００８４】
次に、トーションバー２３を丸棒や角棒などの線状材料から加工したり、あるいは原料から線状に加工形成する場合、ダイス加工で所定に形状に加工される。この場合も板状材料から形成する場合と同様、得られるトーションバー２３の反り量は大きい。トーションバー２３の反り量を低減させる、すなわち、真直度を向上させるため、ダイス加工時に、線状材料にしごき加工を施す、すなわち、張力をかけながらしごくことが有効である。この場合の識別としては、材料表面に形成されるひき目ＣSａの方向で判断することができる。すなわち、図２１，図２２に模式的に示すように、トーションバー２３の長手方向に対して螺旋状のひき目ＣSａが形成される。なお、ダイス加工においては、当該加工の前後のトーションバー２３の断面積の比率によって決まる加工率が最も重要なファクターとなり、その最適値は７０〜８０％である。このようにして形成されたトーションバー２３の反り量も１０μm以下となり、広角に光走査可能な振動素子３０を安定的に供給することができる。
【００８５】
上述したような加工を板状材料や線状材料に対して施すことにより、トーションバー２３の長手方向軸線Ａと理想揺動軸線ＡRとが一致するように真直度が向上し、広角に光を走査可させ得る振動素子１７を実現することが可能となる。このようにして本実施形態ではトーションバー２３の真直度の向上を達成させているが、先の実施形態のように揺動体２２に重心位置補正部材２４を加えることで、さらにその真直度を向上させることができる。具体的には、揺動体２２の第２の板部材３０の表面に重心位置補正部材２４を接合することで、図６に示した揺動体２２の重心位置をガラス定盤３３の表面により近づける。これにより、トーションバー２３の反りを小さくし、結果としてトーションバー２３の長手方向軸線Ａと理想揺動軸線ＡRとを一致させるように構成することができる。
【００８６】
本発明は、上述のように構成することで、所望のトーションバーの真直度を確保するとともに、振れ角の設計範囲を広くするのに有利な振動素子と、光走査装置およびこれを用いた画像形成装置並びに画像投影装置を実現することができる。
【００８７】
図２３〜図２６には、図２７に模式的に示した本発明に係る振動素子の組み立て方法が概略的に示されている。なお、図２３は、振動素子を構成する部品としてのトーションバーと、揺動体（第１および第２の板部材）と、磁石とが分解状態にて示されており、方向を表すために三次元の座標軸（ｘ，ｙ，ｚ）が示されている。図２３〜図２６の順に振動素子の主要部が組み立てられる。図２７〜図２９には、振動素子を構成する揺動体の内部に配置される磁石の配置位置例が模式的に示されている。
【００８８】
図２３〜図２６に示した実施形態においては、振動素子１７を構成するトーションバー２３の材料として、後述するような加工硬化および時効硬化型のＣo−Ｎi基合金からなる線状材料から形成されている。より具体的には、トーションバー２３の材料として直径が３００μｍの先のＳＰＲＯＮ５１０の線材を採用している。なお、トーションバー２３は、線状材料に限定されるものではく、板状材料から形成することも可能である。
【００８９】
磁石３１は、直径２００μmで長さ２mmの円柱形状を有したものを採用しているが、円柱に限られるものではなく、角柱であってもよい。
【００９０】
振動素子１７を構成する揺動体２２は、上述した実施態様と同様に、同一寸法形状を有する第１および第２の板部材２９，３０から構成される。第１および第２の板部材２９，３０は、それぞれ厚さが３００μmのＳiウェーハーを用いている。第１および第２の板部材２９，３０は、ｘ方向に１mm，ｙ方向に３mmとなった矩形をなす。揺動体２２を構成する第１および第２の板部材２９，３０の各接合面２９ａ，３０ａには、それぞれトーションバー収容溝２９ｂ，３０ｂと、磁石収容溝２９ｃ，３０ｃ（一方の磁石収容溝３０ｃのみ示している）とが形成される。トーションバー収容溝２９ｂ，３０ｂは、第１の板部材２９の接合面２９ａの略中央部分をｘ軸に沿った縦方向に延在するように形成される。磁石収容溝３０ｃは、第２の板部材３０の接合面３０ａの前方部分（図２３においてｘ軸方向）において、ｙ軸に沿った横方向に延在するように形成される。また、座標軸ｙ方向に沿った磁石収容溝３０ｃの長さは、磁石３１の長さと同じである。トーションバー収容溝２９ｂ，３０ｂの幅は、トーションバー２３の直径と同じであり、これらの深さはトーションバー２３の直径の１／２である。同様に、磁石収容溝３０ｃの幅は、磁石３１の直径と同じであり、その深さは、磁石３１の直径の１／２である。また、本実施態様における磁石収容溝３０ｃの長さは、磁石３１の長さと同じである。本実施形態では、磁石収容溝３０ｃの両端が閉じているが、これに限定されるものではなく、他の実施形態に示したように、両端が開いた状態となっていてもよい。さらに、トーションバー収容溝２９ｂ，３０ｂの断面形状は、図２３に示ｃような矩形形状であってもよいし、半円形状であってもよい。同様に、磁石収容溝３０ｃの断面形状は、図２３に示すような半円形状であってもよいし、矩形形状であってもよい。
【００９１】
以上の構造から理解されるように、トーションバー収容溝２９ｂ，３０ｂおよび磁石収容溝３０ｃは、本実施形態においては、それぞれの接合面２９ａ，３０ａ上で相互に直交するように交差している。なお、第１の板部材２９の接合面２９ａにも、第２の板部材３０に形成された磁石収容溝３０ｃに対応して同じ大きさおよび形状を有する磁石収容溝２９ｃ（図示せず）が形成されていることは言うまでもない。
【００９２】
次に、振動素子１７の組み立て方法について説明する。トーションバー２３，揺動体２２を構成する第１および第２の板部材２９，３４ａおよび磁石３１を用意する。このとき、第１，第２の板部材２９，３４ａの各接合面２９ａ，３０ａのそれぞれには、縦横に直交するトーションバー収容溝２９ｂ，３０ｂおよび磁石収容溝２９ｃ，３０ｃが形成されている。
【００９３】
続いて、揺動体２２の一部を構成する第２の板部材３０の磁石収容溝３０ｃ内に磁石３１を組み込むことで、磁石３１が揺動体２２に対して所定位置に位置決めされる。続いて、この位置決めされた磁石３１を基準として、トーションバー２３の先端を磁石３１の側面に突き当て、トーションバー２３を第２の板部材３０のトーションバー収容溝３０ｂ内に組み込む。それにより、トーションバー２３の先端部は、揺動体２２に対して所定の位置に位置決めされる。結果として、トーションバー２３は、該トーションバー２３の長手方向軸線Ａが揺動体２２の長手方向に対して直交するように配置される。最後に、第１の板部材２９の接合面２９ａを第２の板部材３０の接合面３０ａに対向させ、これらがトーションバー２３と磁石３１とを挟み込むようにして第１の板部材２９を第２の板部材３０に接合する。このとき、トーションバー２３の露出している上半分は、第１の板部材２９に形成されたトーションバー収容溝２９ｂ内に組み込まれ、磁石３１の露出している上半分は、第２の板部材３０の磁石収容溝３０ｂ内に組み込まれる。
【００９４】
このようにして、トーションバー２３と揺動体２２と磁石３１とが相対的な所定位置に正確に位置決めされ、磁石３１は揺動体２２の内部に埋め込まれた状態となる。なお、磁石３１は、図２７〜図２９に示すように、揺動体２２に対してｘ軸方向に沿った任意の位置に配することができる。例えば図２７においては前端部、図２８においては中央部、図２９においては後端部に磁石３１を配している。図２８に示すように、磁石３１を揺動体２２の中央部に配置した場合、例えば、上述した図２〜図５に示した実施形態と同様な構成にすることができる。また、磁石３１を揺動体２２の後端部に配した場合、前述した図９，図１０に示した実施形態と同様な構成にすることができる。これら図２７〜２９の何れの場合においても、トーションバー２３は、磁石３１と直交した状態、つまり揺動体２２の長手方向と直交した状態で配置されることが理解されよう。
【００９５】
ところで、トーションバー２３には、反りが少なからず存在し得るため、トーションバー２３の真直度が低くなる。トーションバー２３にこのような反りが存在すると、トーションバー２３に支持される揺動体２２の円滑な揺動運動を損ない、結果として投入エネルギーに対して光反射面２１の振れ角αが小さくなるように作用する。言い換えれば、揺動体２２が反りのあるトーションバー２３に固定されていると、トーションバー２３の長手方向軸線Ａが理想揺動軸線に一致せず、揺動体２２は、異常振動が発生し易くなる。この結果、揺動体２２の光反射面２１を所望の振れ角αで揺動させるため、より多くの電気エネルギーをシートコイル２６に投入しなければならない。
【００９６】
このようなトーションバー２３の反りに対する対応策として、図３〜５に示すように、揺動体２２に重心位置補正部材２４を加えることが考えられる。具体的には、揺動体２２の第２の板部材３０の表面に重さの異なる重心位置補正部材２４を接合することで、図３に示すように揺動体２２の重心位置を変更する。これにより、トーションバー２３の反りを小さくし、結果として、トーションバー２３の長手方向軸線Ａと理想揺動軸線を一致させるように構成することができる。
【００９７】
本発明は、振動素子の組み立てを簡易化するとともに、振動素子を構成するトーションバー、揺動体、磁石などの部品の位置決め制度の向上を実現することができる。また、揺動体内部に磁石を配置するため、埃などの浮遊物が直接付着することを抑制、さらには防止することができる。更に、位置決め精度を向上させることにより、振動素子全体の重心ずれも低減されるため、安定した光走査を実現し得る光走査装置およびこれを用いた画像形成装置または画像投影装置を提供することができる。
【００９８】
上述した実施形態では、何れも片持ち構造のトーションバー２３について説明したが、トーションバー２３の長手方向両端部を枠体２８とカバー部材２５との間に固定し、その中央部に揺動体２２を固定したものであってもよい。
【００９９】
本発明をオーバーヘッドプロジェクターなどの画像投影装置に適用することも可能であり、このような本発明の他の実施形態の概念を図１３に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明を省略する。すなわち、本実施形態における画像投影装置４０は、先の実施形態と基本的な構成が同じ光走査装置１４と、光源４１からの光を所定方向に偏向させる光偏向装置４２と、この光偏向装置４２により偏向した光が照射されるスクリーン４３とを備えている。
【０１００】
光偏向装置４２は、光走査装置１４の振動素子１７の揺動体２２の光反射面２１にて反射した光源４１からの光を理想揺動軸線ＡRと平行な方向に沿って偏向させるものである。この光偏向装置４２による光の偏向速度は、振動素子１７の図示しない揺動体の振動周期よりも相対的に遅くすることができるので、本実施形態では周知のガルバノミラーを用いている。
【０１０１】
ＲＧＢ三原色を含む光源４１から出射する光は、振動素子１７および光偏向装置４２により２次元走査され、スクリーン４３に映像として投射される。
【０１０２】
振動素子１７の主要部を構成する揺動体２２の光反射面２１の振れ角αは、制御装置１９から出力される制御信号に基づいて素子駆動部１８により調整される。また、光偏向装置４２も同様に、制御装置１９からの出力に基づき、揺動体２２の理想揺動軸線ＡRに対して直交する軸線回りのガルバノミラーの振れ角が制御される。制御装置１９には、スクリーン４３に投影される画像情報が入力部４４から伝達され、光源４１からスクリーン４３に至る光路の距離に関する情報が測距部４５から入力される。制御装置１９は、これら入力部４４および測距部４５からの情報に応じた投影画角や拡大率の設定および画像の大きさやその縦横比に基づき、振動素子１７および光偏向装置４２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４１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４１のオフ時間を減らすことによって、高輝度の画像をスクリーン４３に投影することができる。
【０１０３】
本実施形態の画像投影装置４０においても、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２３に揺動体２２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。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４１の駆動電力を低減することができる。これらにより、小型化と併せて、素子駆動部１８や電源の容量を低減させることができ、小型で投影画角の大きな高性能の画像投影装置４０を実現することができる。
【０１０４】
本発明による振動素子１７は、上述した光走査装置１４以外に例えば特許文献２に開示された電位センサーなどに応用することも可能である。上述したＬＢＰ１０などの画像形成装置において、安定した品質の画像を得るためには感光ドラム１１の電位を均一に帯電させる必要がある。このため、電位センサーを用いて感光ドラム１１の帯電電位を測定し、その結果を利用して感光ドラム１１の電位を均一に保持するように帯電部に印加する電圧のフィードバック制御を行う。この電位センサーにおいては、揺動体２２の平面部に一対の検知電極を配し、これら一対の検知電極と、当該一対の検知電極と対向状態で配される電位測定対象面、つまり感光ドラム１１の表面との距離を揺動体２２の振動により変化させている。そして、検知電極と感光ドラム１１の表面との間の静電容量を変えることで、検出電力として現われる出力信号を検出するようになっている。この電位センサーでは、トーションバー２３の捩れ剛性や揺動体２２の形態などを適切に設計することで、揺動体２２を大きな周波数にて容易に揺動させることができる。しかも、揺動体２２を小型化しても複数対の検知電極を揺動体２２の平面部に設けて各検知電極からの信号を適切に処理することが容易である。このため、装置を小型化しても感光ドラム１１の表面の電位を高い信頼性を以て高感度かつ比較的高い測定精度にて測定することができる。
【０１０５】
このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  ＬＢＰ（レーザービームプリンター）
１１  感光ドラム
１２  露光部
１３  レーザー光源
１４  光走査装置
１５  コリメート光学系
１６  ｆθレンズ
１７  振動素子
１８  素子駆動部
１９  制御装置
２０  ベース
２１  光反射面
２２  揺動体
２３  トーションバー
２３ａ，２３ｂ  トーションバー片
２４  重心位置補正部材
２５  カバー部材
２６  シートコイル
２７  基板
２８  枠体
２９，３０  板部材
２９ａ，３０ａ  接合面
２９ｂ，３０ｂ  トーションバー収容溝
２９ｃ，３０ｃ  磁石収容溝
３１  磁石
３１ａ  穴
３２  穴
３３  ガラス定盤
３４  ＢＤセンサー
３５  制御部
３６  ストッパー部
３７  切欠き部
４０  画像投影装置
４１  光源
４２  光偏向装置
４３  スクリーン
４４  入力部
４５  測距部
Ａ  トーションバーの長手方向軸線
ＡR  理想揺動軸線
α  振れ角
ＣS  ひき目
Ｇ  揺動体の重心
ｈ  ガラス定盤の表面から揺動体の重心までの高さ
Ｌ  レーザー光
Ｏ  ベースに対するトーションバーの基端の取り付け中心
Ｓ  内部空間
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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