(57)【要約】【課題】振動素子の組み立てを簡易化しつつ、部品の位置決め精度を向上させる。【解決手段】振動素子は、金属合金からなるトーションバー、該トーションバーの先端部に設けられている揺動体及び該揺動体を振動させる素子駆動部を備え、前記素子駆動部は、前記揺動体内に配置される、前記揺動体を駆動させるための磁石を少なくとも含み、前記揺動体には切欠が形成されており、前記トーションバーの先端部と前記磁石は、前記揺動体の前記切欠を基準として位置決めされる。【選択図】図１１
2012145652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属合金からなるトーションバー、該トーションバーの先端部に設けられている揺動体と、前記揺動体の内部に配置される磁石とを備え、前記揺動体には切欠が形成されており、前記トーションバーの先端部と前記磁石は、前記揺動体の前記切欠を基準として位置決めされることを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記磁石は、前記トーションバーの長手方向軸線に対して直交する方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
前記揺動体は、前記トーションバーと前記磁石を２つの板部材で挟み込むように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記トーションバーは、板状材料または線状材料から形成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の振動素子。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の振動素子と、前記振動素子の揺動体を振動させる素子駆動部と、前記振動素子の揺動体に設けられる光反射面及び該光反射面に光を照射する光源を備え、前記揺動体による振動に基づいて光を走査させることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載の振動素子と、前記振動素子の揺動体を振動させる素子駆動部と、前記振動素子の揺動体に設けられる光反射面及び該光反射面に光を照射する光源を備え、前記揺動体による振動に基づいて光を走査させ画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１〜４の何れか１項に記載の振動素子と、前記振動素子の揺動体を振動させる素子駆動部と、前記振動素子の揺動体に設けられる光反射面及び該光反射面に光を照射する光源を備え、前記揺動体による振動に基づいて光を走査させ画像を投影する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、振動素子、光走査装置及びこれを用いた画像形成装置並びに画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動素子を備えた装置の一例としては、例えば、光スキャナ等の光走査装置が知られている。特許文献１に記載された光走査装置においては、トーションバー、光学ミラー及び磁石からなる振動系の共振を利用して、小さな電力で大きな振幅の光走査を行うように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−００３０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載の振動素子においては、トーションバーと磁石からなる振動系の共振を利用して、小さな電力で大振幅の光走査を行うようにしている。トーションバーに光学ミラーと磁石を結合する方法としては、光学ミラーに切欠を設け、トーションバーを該切欠に圧入することで、光学ミラーがトーションバーに支持され、磁石は、接着剤で固定される構成となっている。このような構成の問題点として、磁石を固定する際に、振動素子の重心合わせが難しく、位置決め調整に時間を要することが挙げられる。
【０００５】
また、磁石が外部環境にさらされているため、湿気による錆や走査後における浮遊物の付着など、製品の外観や性能の耐久性に影響が出てくるという問題がある。
【０００６】
しかし、従来の光走査装置などの搭載される振動素子においては、該振動素子の組み立てを簡易化するとともに、部品の位置決め精度の向上を実現する有効な手段は提案されていない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、振動素子の組み立てを簡易化するとともに、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を目的としている。また、振動素子を構成する揺動体内部に磁石を配置することにより、埃などの浮遊物の付着を防止することができる。さらに、位置決め精度を向上させることにより、揺動体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する光走査装置及びこれを用いた画像形成装置並びに画像投影装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る振動素子は、金属合金からなるトーションバー、該トーションバーの先端部に設けられている揺動体と、前記揺動体の内部に配置される磁石とを備え、前記揺動体には切欠が形成されており、前記トーションバーの先端部と前記磁石は、前記揺動体の前記切欠を基準として位置決めされることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る振動素子を構成する前記磁石は、前記トーションバーの長手方向軸線に対して直交する方向に配置されることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る振動素子を構成する前記揺動体は、前記トーションバーと前記磁石を２つの板部材で挟み込むように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る振動素子を構成する前記トーションバーは、板状材料または線状材料から形成されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光走査装置は、上記振動素子と、前記振動素子の揺動体を振動させる素子駆動部と、前記振動素子の揺動体に設けられる光反射面及び該光反射面に光を照射する光源を備え、前記揺動体による振動に基づいて光を走査させることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係る画像形成装置は、上記振動素子と、前記振動素子の揺動体を振動させる素子駆動部と、前記振動素子の揺動体に設けられる光反射面及び該光反射面に光を照射する光源を備え、前記揺動体による振動に基づいて光を走査させ画像を形成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る画像投影装置は、上記振動素子と、前記振動素子の揺動体を振動させる素子駆動部と、前記振動素子の揺動体に設けられる光反射面及び該光反射面に光を照射する光源を備え、前記揺動体による振動に基づいて光を走査させ画像を投影することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、振動素子の組み立てを簡易化するとともに、部品の位置決め精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及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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る画像形成装置をレーザービームプリンターに適用した一実施形態の原理図である。
【図２】図１のレーザービームプリンターに組み込まれる本発明に係る光走査装置の一実施形態の平面図である。
【図３】図２に示される光走査装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２に示される光走査装置を構成する振動素子の振動部のＩＶ−ＩＶ線に沿う拡大断面図である。
【図５】図２に示される光走査装置を構成する振動素子の揺動体の組み立て分解図である。
【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】本発明に係る振動素子の一実施形態における主要部の構造を示す一部破断平面図である。
【図９】図８に示される振動素子のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】図８に示される振動素子のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１１】本発明に係る振動素子の他の実施形態における主要部の構造を示す一部破断平面図である。
【図１２】図１１に示される振動素子のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。
【図１３】本発明に係る振動素子を組み立てる方法を示す概略図であって、（ａ）〜（ｄ）の順に組み立てられる。
【図１４】本発明に係る振動素子において、磁石の配置例を示す図であり、（ａ）は、振動部の先端に、（ｂ）は、振動部の中間に、（ｃ）は、振動部の後端にそれぞれ配置される概略断面図である。
【図１５】本発明に係る振動素子のさらに他の実施形態における主要部の構造を表す一部破断平面図である。
【図１６】図１５に示される振動素子のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う断面図である。
【図１７】図１５に示される振動素子の分解状態で表す立体投影図である。
【図１８】本発明に係る振動素子のさらに他の実施形態における主要部の構造を表す一部破断平面図である。
【図１９】図１８に示される振動素子の分解状態で表す立体投影図である。
【図２０】振動素子を構成するトーションバーの反り量と振動素子を構成する揺動体の最大振幅（振れ角α）との関係を模式的に表すグラフである。
【図２１】本発明に係る振動素子の一実施形態の模式的な平面図及び側面図であり、（ａ）は、材料の反り量が略等しい板状材料を背中合わせにして接合してなるトーションバーからなる振動素子を示し、（ｂ）は、線状材料を引張りながらしごいて形成されるトーションバーからなる振動素子を示す。
【図２２】本発明に係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】
【００１７】
本発明に係る画像形成装置をレーザービームプリンター（以下、「ＬＢＰ」という。）に適用した一実施形態について図１〜１２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定されるものではなく、特許請求の範囲に記載される発明の範囲内において当業者が採用し得る種々の変更が可能であることに留意されたい。
【００１８】
図１に示されるように、本実施形態におけるＬＢＰ２００は、本発明における画像形成媒体としての感光ドラム２０４及びこの感光ドラム２０４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２１０を備えている。また、本実施形態に係るＬＢＰ２００は、これら感光ドラム２０４及び露光部２１０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（いずれも図示せず）などを備えている。本実施形態の露光部２１０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２０１を含む光走査装置２２０及び周知のコリメータ光学系２０２及びｆθレンズ２０３を備えている。駆動回転する感光ドラム２０４の外周面には後述する光走査装置２２０のレーザー光源２０１からのレーザー光Ｌが後述する振動素子３０の揺動体３２の光反射面３３１を介して照射され、感光ドラム２０４の回転軸線と平行な方向にレーザー光Ｌが走査移動する。
【００１９】
光走査装置２２０は、図１において、レーザー光源２０１、レーザー光源からのレーザー光Ｌを走査させる振動素子３０、該振動素子３０を駆動する駆動手段としての素子駆動部２０７及び該素子駆動部２０７の作動を制御する制御装置２０６を備えている。制御装置２０６は、走査されたレーザー光Ｌを検出する一対のＢＤセンサ２０５を備えるとともに、検出信号に基づいて制御信号を出力し、振動素子３０を駆動する素子駆動部２０７の出力を制御する。
【００２０】
振動素子３０は、図２及び３に示されるように、ベース２０、揺動体３２、丸棒状の細長いトーションバー３１及びカバー部材４０を備えている。揺動体３２には、レーザー光源２０１からのレーザー光Ｌが入射するまたは照射される光反射面３３１が形成されている。
【００２１】
ベース２０は、基板２２上に設けられ、基板２２の周縁部を取り囲みベース２０の外周縁部を構成する枠体２１、素子駆動部２０７の一部を構成するシートコイル７０が設けられる基板２２、基板２２を保持する保持部材２３を備えている。また、ベース２０の枠体２１の上には、光学的に透明なカバー部材４０が重ね合わされる。カバー部材４０、枠体２１、基板２２及び保持部材２３は一体的に接合されるとともに、それにより、減圧状態で気密に保持される内部空間Ｓが形成される。形成された内部空間Ｓには、丸棒状の細長いトーションバー３１、これに支持される揺動体３２及び基板２２を含む素子駆動部２０７の一部が収容される。このように、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３２を主体とする振動系の特性をさら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、振動特性をさらに高めることが可能である。
【００２２】
本実施形態に係るトーションバー３１は、図１に示されるように、感光ドラム２０４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ＡＲ」という。図６参照。）に沿って延在する。すなわち、理想揺動軸線ＡＲは、図１では、紙面に対して垂直な方向に延在する。トーションバー３１は、該トーションバー３１が片持ち梁状に支持されるように、その基端側がベース２０の枠体２１とカバー部材４０との間に固定される、トーションバー３１の末端が内部空間Ｓ内に配置されるシートコイル７０の中央部分にまで延在している。トーションバー３１は、その末端側において揺動体３２を固定、支持している。したがって、トーションバー３１の末端側に支持される揺動体３２は、トーションバー３１の長手方向軸線（図３において、Ｏ−Ｏ線で表されている。）を中心として、トーションバー３１の弾性捩れを伴いつつ揺動可能である。このことから、後述するように、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏが、理想揺動軸線ＡＲと一致させるようにトーションバー３１を形成することが望ましい。図２〜５に示される実施形態では、長手方向軸線Ｏ−Ｏが理想揺動軸線ＡＲと一致しているものとして描かれている。
【００２３】
本実施形態に係る揺動体３２は、トーションバー３１を挟んで相互に接合される同一寸法形状を有する２枚の矩形状板部材としての第１の板部材３３及び第２の板部材３４を含んでいる。第１及び第２の板部材３３、３４は、それぞれの接合面３３２、３４２を介して密着接合されるとともに、各接合面３３２、３４２は、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏと平行となるように設定される。また、第１及び第２の板部材３３、３４は、それぞれの接合面３３２、３４２が基板２２に形成されたシートコイル７０の平面と略平行となるように、トーションバー３１に対して接合される。
【００２４】
図３及び４に示されるように、第１の板部材３３の接合面３３２と表裏の関係に位置し、カバー部材４０に対向する面は、上述したように、レーザー光Ｌが入射するまたは照射される光反射面３３１として構成される。この光反射面３３１は、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）などを第１の板部材３３の表面に蒸着することによって形成されてもよいし、予めシリコンウエハのような鏡面加工された板状部材を第１の板部材３３の表面に貼り付けることで形成されてもよい。光反射面３３１は、ベース２０に対するトーションバー３１の基端側の取り付け中心を通るトーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏとトーションバー３１に固定された揺動体３２の重心位置を含む仮想平面に対して直交するように配置される。第１の板部材３３は、このように光反射面３３１を形成されることから光学ミラーを構成しているといえる。
【００２５】
本実施形態における揺動体３２には、また、素子駆動部２０７を構成する丸棒状の磁石３５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３１の末端部に丸棒状をなす磁石３５が挿通される貫通孔３１１が形成される。貫通孔３１１は、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏに対して直交するとともに、間隔を隔てて磁石３５と対向するように基板２２に形成されているシートコイル７０の平面と略平行となるように形成される。磁石３５は、本実施形態では、貫通孔３１１内に差し込まれ、したがって、磁石３５の磁極がトーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏに対して直交する方向に配置されるように、磁石３５の向きが設定される。なお、磁石３５は、例えば、図１２に示されるように、トーションバー３１の下側、すなわち、トーションバー３１と第２の板部材３４との間に配置されてもよい。但し、トーションバー３１の上側、すなわちトーションバー３１と第１の板部材３３との間に配置することは望ましくない。なぜならば、磁石３５を接着した応力により第１の板部材３３に設けられている光反射面３３１の平面度が悪化し、光走査に影響を及ぼすからである。
【００２６】
揺動体３２を構成する第１及び第２の板部材３３、３４それぞれの接合面３３２、３４２には、トーションバー３１が収容されるトーションバー保持用切欠３３３、３４３及び磁石３５が収容される磁石保持用切欠３３５、３４５が形成されている。トーションバー保持用切欠３３３、３４３及び磁石保持用切欠３３５、３４５は、いずれも断面が半円形の溝形状をなしており、それぞれの接合面３３２、３４２の中央部において互いに直交するように交差している。したがって、本実施形態では、トーションバー３１及び磁石３５は、それぞれ、トーションバー保持用切欠３３３、３４３及び磁石保持用切欠３３５、３４５を基準として位置決めされ、揺動体３２の内部に配置される。それにより、トーションバー３１と共に構成される振動系の異常振動を未然に防止することができる。
【００２７】
本実施形態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。
【００２８】
また、揺動体がトーションバーを収容するトーションバー保持用切欠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トーションバー保持用切欠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。
【００２９】
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。
【００３０】
本実施形態における素子駆動部２０７は、揺動体３２またはトーションバー３１に固定される磁石３５、ベース２０に設けられているシートコイル７０及び該シートコイル７０に交流電流を与える電源（不図示）を備えている。素子駆動部２０７は、トーションバー３１、揺動体３２、磁石３５で構成される振動系の共振周波数に対応した交流電流をシートコイル７０に流し、交番磁界を発生させる。それにより、揺動体３２内部に配置された磁石３５が揺動体３２の光反射面３３１を揺動軸線回りに揺動、すなわち、振れ回りさせることができる。したがって、この振動系の振幅、すなわち、揺動体３２の光反射面３３１の振れ角α（図１、４参照）の大きさは、シートコイル７０に与えられる電流量によって調整可能である。交流電流の波形は、正弦波以外に三角波やパルス出力などであってもよい。
【００３１】
本実施形態では、揺動体３２の駆動にシートコイル７０を用いているがこれに限られるものではない。例えば、ヨークとなる軟磁性体を内包するコイルを用いてもよいし、揺動体３２の光反射面３３１に対して干渉しない範囲で、揺動体３２を挟むように配置される一対の磁界印加手段を設けてもよい。
【００３２】
本実施形態における制御装置２０６は、上述したように、感光ドラム２０４の長手方向両端に近接して配置される一対のＢＤセンサ２０５を備え、一対のＢＤセンサ２０５からの検出信号を受信して素子駆動部２０７の出力を制御する。制御装置２０６は、振動素子３０の揺動体３２の揺動による光反射面３３１の振れ角αが感光ドラム２０４の表面の所定範囲内に収まるように、一対のＢＤセンサ２０５からの検出信号に基づいて素子駆動部２０７の出力をフィードバック制御する。
【００３３】
したがって、画像信号に応じてレーザー光源２０１から出射するパルス状のレーザー光Ｌは、コリメータ光学系２０２を通って振動素子３０の揺動体３２の光反射面３３１に入射する。この光反射面３３１にて反射したレーザー光は、ｆθレンズ２０３を介して感光ドラム２０４の表面に照射される。この場合、振動素子３０の揺動体３２の光反射面３３１が揺動軸線、すなわちトーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏ、の回りに揺動（振動）することにより、レーザー光Ｌが感光ドラム２０４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２０４も回転することで、画像情報、すなわち、静電潜像が感光ドラム２０４の表面に形成されることになる。
【００３４】
以上、本発明に係る光走査装置２２０を構成する振動素子３０の一実施形態を用いた画像形成装置について詳細に説明してきた。
【００３５】
本発明は、光走査装置を構成する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精度を向上させることを特徴とする。本発明に係る振動素子の好ましい構造に関して図１３（ａ）〜（ｄ）及び図１４（ａ）〜（ｃ）を参照して概略的に説明する。
【００３６】
図１３（ａ）〜（ｄ）には、図１４（ａ）に模式的に示される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１３（ａ）は、振動素子を構成する部品としてのトーションバー、揺動体（第１及び第２の板部材）及び磁石が分解図として示されており、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１３（ａ）〜図１３（ｄ）の順に、振動素子の主要部が組み立てられる。図１４（ａ）〜（ｃ）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。
【００３７】
図１３（ａ）〜（ｄ）に示される実施形態においては、振動素子３０ａを構成するトーションバー３１ａの材料として、後述するような加工硬化及び時効硬化型の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３１ａの材料として、Ｃｏ：３５％、Ｎｉ：３２％、Ｃｒ：２０％、Ｍｏ：１０％の組成を有するＳＰＲＯＮ５１０（商品名：ＳＰＲＯＮは、登録商標である。）であって、直径３００μｍの線状材料が採用されている。なお、トーションバー３１ａは、線状材料に限定されるものではく、板状材料から形成されてもよい。
【００３８】
磁石３５ａ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。しかしながら、磁石３５ａは、円柱に限られるものではなく、角柱であってもよい。
【００３９】
振動素子３０ａを構成する揺動体３２ａ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及び第２の板部材３３ａ、３４ａから構成される。第１及び第２の板部材３３ａ、３４ａは、それぞれ、厚さ３００μｍのシリコン（Ｓｉ）ウエハを用いる。第１及び第２の板部材３３ａ、３４ａそれぞれの縦（図１３（ａ）において、座標軸ｘ方向）×横（揺動体３２ａの長手方向であって、図１３（ａ）において、座標軸ｙ方向）のサイズは、１×３ｍｍとする。揺動体３２ａを構成する第１及び第２の板部材３３ａ及び３４ａの各接合面３３２ａ、３４２ａには、それぞれ、トーションバー保持用切欠３３３ａ及び３４３ａと磁石保持用切欠（図１３（ａ）では３４５ａのみが示されている。）が形成される。トーションバー保持用切欠３３３ａ及び３４３ａは、第１の板部材３３ａの接合面３３２ａの略中央部分を縦方向（図１３（ａ）において、座標軸ｘ方向）に延在するように形成される。磁石保持用切欠３４５ａは、第２の板部材３４ａの接合面３４２ａの前方部分（図１３（ａ）において、座標軸ｘ方向左側）において、横方向（図１３（ａ）において、座標軸ｙ方向）に延在するように形成される。また、磁石保持用切欠３４５ａの長さ（図１３（ａ）において、座標軸ｙ方向の距離）は、磁石３５ａの長さと同じである。トーションバー保持用切欠３３３ａ及び３４３ａの幅は、トーションバー３１ａの直径と同じであり、それらの深さは、トーションバー３１ａの直径の１／２である。同様に、磁石保持用切欠３４５ａの幅は、磁石３５ａの直径と同じであり、それらの深さは、磁石３５ａの直径の１／２である。また、本実施態様では、磁石保持用切欠３４５ａの長さ（図１３（ａ）において、座標軸ｙ方向の距離）は、磁石３５ａの長さと同じである。本実施形態では、磁石保持用切欠３４５ａの両端が閉じているが、これに限られるものではなく、上記図２〜５の実施形態に示されるように、両端が開放していてもよい。さらに、トーションバー保持用切欠３３３ａ及び３４３ａそれぞれの断面形状は、図１３（ａ）に示される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、磁石保持用切欠３４５ａの断面形状は、図１３（ａ）に示される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。以上の構造から理解されるように、トーションバー保持用切欠３３３ａ及び３４３ａと磁石保持用切欠３４５ａは、本実施形態においては、それぞれの接合面３３２ａ及び３４２ａ上において互いに直交するように交差している。なお、第１の板部材３３ａの接合面３３２ａにも、第２の板部材３４ａに形成された磁石保持用切欠３４５ａに対応して同じ大きさ及び形状を有する磁石保持用切欠が形成されていることはいうまでもない。
【００４０】
次に、振動素子３０ａの組み立て方法について説明する。トーションバー３１ａ、揺動体３２ａを構成する第１及び第２の板部材３３ａ及び３４ａ及び磁石３５ａを用意する。このとき、第１及び第２の板部材３３ａ及び３４ａの各接合面３３２ａ及び３４２ａそれぞれには、縦横に直交するトーションバー保持用切欠３３３ａ及び３４３ａと磁石保持用切欠（図１３（ａ）では、３４５ａのみが示されている。）が形成されている。
【００４１】
続いて、磁石３５ａを、揺動体３２ａを構成する第２の板部材３４ａの磁石保持用切欠３４５ａ内に組み込むことで、磁石３５ａは、揺動体３２ａ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３５ａを基準として、トーションバー３１ａの先端を磁石３５ａの側面に突き当て、トーションバー３１ａを第２の板部材３４ａのトーションバー保持用切欠３４３ａ内に組み込む。それにより、トーションバー３１ａの先端部は、揺動体３２ａ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３１ａは、該トーションバー３１ａの長手方向軸線Ｏ−Ｏが揺動体３２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３３ａの接合面３３２ａを第２の板部材３４ａの接合面３４２ａに対向させて、それらがトーションバー３１ａと磁石３５ａとを挟み込むようにして、第１の板部材３３ａを第２の板部材３４ａに接合させる。このとき、トーションバー３１ａの露出している上半分は、第１の板部材３３ａに形成されているトーションバー保持用切欠３３３ａ内に組み込まれ、磁石３５ａの露出している上半分は、磁石保持用切欠内に組み込まれる。
【００４２】
このようにして、トーションバー３１ａ、揺動体３２ａ及び磁石３５ａは、相対的な所定位置に正確に位置決めされるとともに、磁石３５ａは、揺動体３２ａの内部に埋め込まれた状態となる。なお、磁石３５ａの位置は、図１４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、揺動体３２ａの前方部分、中央部分（図１３（ａ）において、座標軸ｘ方向中央）、後方部分（図１３（ａ）において、座標軸ｘ方向右側）に配置されてもよい。磁石３５ａが揺動体３２ａの中央部分に配置される場合、例えば、上述した図２〜５に示される実施形態のように、トーションバー３１ａ、揺動体３２ａ及び磁石３５ａを形成及び配置することで可能となる。また、磁石３５ａが揺動体３２ａの後方部分に配置される場合、例えば、後述する図１１及び１２に示される実施形態のように、トーションバー３１ａ、揺動体３２ａ及び磁石３５ａを形成及び配置することで可能となる。図１４（ａ）〜（ｃ）に示されるいずれの場合においても、トーションバー３１ａは、磁石３５ａと直交した状態で、したがって、揺動体３２ａ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る。
【００４３】
ところで、トーションバー３１に反りが少なからず発生し得る（すなわち、トーションバー３１の真直度が低くなる）。トーションバー３１にこのような反りがあると、トーションバー３１に支持される揺動体３２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３３１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３２が反りのあるトーションバー３１に固定されていると、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏが理想揺動軸線ＡＲに一致せず、揺動体３２は、異常振動が発生し易くなる。この結果、揺動体３２の光反射面３３１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７０に投入しなければならない。
【００４４】
このようなトーションバー３１の反りに対する対応策として、図３〜５に示されるように、揺動体３２に重心位置補正部材３７を加えることが考えられる。具体的には、揺動体３２の第２の板部材３４の表面３４１に重さの異なる重心位置補正部材３７を接合することで、図３に示されるように揺動体３２の重心位置を下げる。それにより、トーションバー３１の反りを小さくし、結果として、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏと理想揺動軸線ＡＲを一致させるように構成することができる。
【００４５】
トーションバー３１の反りの具合が図６に誇張して示されている。トーションバー３１の基端をガラス定盤５０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３１をガラス定盤５０の上で転がし、ガラス定盤５０の表面から揺動体３２の重心Ｇまでの高さ（反り量）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５０の表面からトーションバー３１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３３１を備える第１の板部材３３の表面が真上を向き、第２の板部材３４の表面がガラス定盤５０の表面と正対するように、トーションバー３１に対して揺動体３２が取り付けられる。なお、この状態において、磁石３５の磁極の向きもガラス定盤５０の表面と平行かつトーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏ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３１に形成される穴３１１の向きも規定される。
【００４６】
図６に示されるように、トーションバー３１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３７が揺動体３２及び／またはトーションバー３１に取り付けられる。すなわち、重心位置補正部材３７の重心が先の仮想平面内にあって揺動体３２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２２側を向く第２の板部材３４の表面に重心位置補正部材３７が接合される。つまり、重心位置補正部材３７は、トーションバー３１が凸側に反った面、つまり本実施形態では第２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３７は、揺動体３２、磁石３５、重心位置補正部材３７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３２の光反射面３３１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３７を理想揺動軸線ＡＲに近い方に配される第１の板部材３３とトーションバー３１との間に配することも可能である。
【００４７】
重心位置補正部材３７の質量と揺動体３２の光反射面３３１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３１に対し、一定の交番電流をシートコイル７０に流した場合の揺動体３２の光反射面３３１の振れ角αの変化を示している。ここで用いた第１及び第２の板部材３３、３４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、３ｍｍの長さの磁石３５を組み込んだものであり、第２の板部材３４の表面に重さの異なる重心位置補正部材３７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３７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３２の重心Ｇの位置が不明であっても、トーションバー３１の反りの方向さえ認識できれば、揺動体３２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３７を選択することが可能である。つまり、トーションバー３１の反りの凸側の面に質量の異なる重心位置補正部材３７を装着して揺動体３２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Ｏ−Ｏに対して直交する断面形状は、円形に限らず、矩形断面など、任意の断面形状を採用することができる。
【００４８】
次に、振動素子３０を構成するトーションバー３１、揺動体３２、磁石３５などの材料について以下に述べる。
【００４９】
トーションバー３１を構成する材料としては、例えば、加工硬化処理及び時効硬化処理が施された加工硬化及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。ここでいうＣｏ−Ｎｉ基合金とは、Ｃｏ及びＮｉを含有する金属合金である。Ｃｏ−Ｎｉ基合金は、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及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）などを含む。本実施形態では、Ｃｏ−Ｎｉ基合金として、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、溶質元素として同様の働きをするニオブ（Ｎｂ）、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マンガン（Ｍｎ）、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タングステン（Ｗ）などを含むことができる。さらに、これらの合金は、鋳塊組織の微細化や強度向上に寄与するチタン（Ｔｉ）、熱間加工性を改善するボロン（Ｂ）及びマグネシウム（Ｍｇ）、マトリクスに固溶してＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂなどと炭化物を形成し、粒界を強化する炭素（Ｃ）などを含むことができる。
【００５０】
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。
【００５１】
このＣｏ−Ｎｉ基合金をトーションバー３１の製品形状に加工するとともに、当該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、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３１を得ることができる。
【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及び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、冷間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、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。したがって、本実施形態のトーションバー３１として採用する場合、プレス加工、レーザー加工、ダイス加工、ワイヤーカット、超塑性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３１の長手方向となるように切り出して製品形状に加工する。また、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３１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有するトーションバー３１を得ることができる。このような非磁性で加工硬化及び時効硬化型のＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金としては、例えば、Ｃｏ：３５％、Ｎｉ：３２％、Ｃｒ：２０％、Ｍｏ：１０％の組成を有するセイコーインスツル株式会社のＳＰＲＯＮ５１０（商品名：ＳＰＲＯＮは、登録商標である。）を挙げることができる。
【００５４】
このようにして、共振周波数が尖鋭且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）且つバネ特性の非線形性が非常に小さなトーションバー３１を得ることができる。このようなトーションバー３１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性を生じることがなく、消費電力が少ない振動素子３０を実現することができる。したがって、本実施形態におけるＬＢＰ２００は、所望の疲労特性及び振動特性を確保しつつ小型化することが可能であり、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の走査が可能であり、走査角の高精度な制御が可能となる。
【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３１を形成しているが、これは、揺動体３２をトーションバー３１とともに揺動させる手段として、磁石と交番磁界を用いた場合、安定した駆動を実現することができるからである。したがって、素子駆動部２０７として、交番磁界以外の手段、例えば、圧電素子などを利用することも可能である。トーションバー３１の材料としては、バネ材料として一般的に用いられるＳＵＳ３０１、３０２、３０４、３１６、６３１、６３２などのステンレス鋼、バネ鋼（ＳＵＰ）、ピアノ線（ＳＷＰ）、バネ用炭素鋼のオイルテンパー線（ＳＷＯ）などを採用し得る。さらには、バネ用シリコンクロム鋼のオイルテンパー線（ＳＷＯＳＣ）、バネ用ベリリウム銅合金（Ｃ１７００、Ｃ１７２０）、バネ用チタン銅合金（Ｃ１９９０）、バネ用リン青銅（Ｃ５２１０）、バネ用洋白（Ｃ７７０１）なども採用することができる。
【００５６】
揺動体３２を構成する材料としては、アルミナ、ジルコニア、ベリリウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、サファイア、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。さらに、これらの表面を鏡面化することによって該表面を光反射面３３１として利用することも可能である。
【００５７】
揺動体３２を構成する第１の板部材３３の上面に形成される光反射面３３１については、上述したように、反射率を向上させるために、ＡｌやＡｕなどを蒸着やスパッタといった真空蒸着法によって形成してもよい。また、例えば、チタン（Ｔｉ）、Ａｌ、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、Ａｕなどの金属膜が用いられてもよい。
【００５８】
しかしながら、金属膜は、その表面が比較的傷付き易く、また、酸化し易い。よって、金属膜のみで光反射面３３１を形成すると、徐々に反射率が低下してしまう。そこで、金属膜を保護するための保護膜が必要となる場合がある。また、金属膜単層では光反射面３３１として所望の反射率が得られない恐れもある。したがって、保護膜に増反射膜としての機能を持たせ、光反射面３３１全体としての反射率を高めることができれば、金属膜を保護しつつ、光の利用効率をあげることができる。
【００５９】
増反射膜は、例えば、誘電体の低屈折率材料と高屈折率材料を組み合わせて積層することで形成される。低屈折率材料としては、例えば、ＳｉＯ2やＭｇＦ2がある。高屈折率材料としては、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5などがある。但し、Ａｌ2Ｏ3のような中間屈折率材料を積層してもよい。なお、増反射膜の材料をこれらのみに限る必要はなく、適宜最適な材料を選択することができる。
【００６０】
また、揺動体３２とともにトーションバー３１に取り付けられる磁石３５は、できるだけ小型軽量であって高い保持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、磁石３５は、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磁石などであってもよい。さらには、磁石３５は、ハードフェライト（ＢａフェライトやＳｒフェライト）などの焼結磁石やボンド磁石の他にスパッタ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。
【００６１】
なお、重心位置補正部材３７を構成する材料は、揺動体３２を構成する材料と同じであってもよいし、異なる材料が用いられることも可能である。
【００６２】
図２〜５に示される光走査装置の主要部を必要に応じて図８〜１２に示されるように変更することも可能である。
【００６３】
図８には、本発明に係る光走査装置を構成する振動素子の別の実施形態の主要部の平面図であって、その一部が破断された平面図が示されている。図９には、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図が、図１０には、図８のＸ−Ｘ線に沿う拡大断面図がそれぞれ示されている。
【００６４】
図８〜１０に示される実施形態に係る振動素子３０Ａは、トーションバー３１Ａの先端に抜け防止と位置決めとを兼ねる円錐台形状のストッパー部３１５Ａが形成されている。磁石３５Ａは、このストッパー部３１５Ａに隣接するように揺動体３２Ａと一体的に形成され、ストッパー部３１５Ａに臨む一端面は、揺動体３２Ａから露出するように配置されている。本実施形態においても、揺動体３２Ａは、上記実施形態と同様に、２枚の矩形状板部材３３Ａ及び３４Ａがトーションバー３１Ａを上下に挟んで接合されることで構成されている。本実施形態における磁石３５Ａは、トーションバー３１Ａを上下に挟むように２つわり構造となっているが、トーションバー３１Ａが貫通する孔を予め形成した磁石３５Ａとすることも可能である。本実施形態においても、反りを調整するために重心位置補正部材３７Ａが採用されているが、トーションバー３１Ａの真直度が十分満足のいくものであればなくてもよい。なお、本実施形態における重心位置補正部材３７Ａは、図９に示されるように、トーションバー３１Ａの長手方向軸線Ｏ−Ｏに沿って、その基端側に向って肉厚が減少するように楔状に形成されている。
【００６５】
図１１には、本発明に係るさらに別の実施形態の主要部の平面図であって、その一部が破断された平面図が示されており、図１２には、図１１のＸＩ−ＸＩ線に沿う拡大断面図が示されている。
【００６６】
図１１及び１２に示される実施形態に係る振動素子３０Ｂは、上記図８〜１０に示される別の実施形態に対応するストッパー部３１５Ｂが揺動体３２Ｂ内に埋設された実施形態であるといえる。したがって、本実施形態では、ストッパー部３１５Ｂが揺動体３２Ｂ内に埋め込まれることで、トーションバー３１Ｂに対する揺動体３２Ｂの相対的位置が確実に規定されることになる。本実施形態においても、揺動体３２Ｂは、上記２つの実施形態と同様に、２枚の矩形状板部材としての第１の板部材３３Ｂ及び第２の板部材３４Ｂがストッパー部３１５Ｂを含むトーションバー３１Ｂを上下に挟んで接合されることで構成されている。また、本実施形態では、磁石３５は、揺動体３２Ｂ内に埋め込まれるとともに、重心位置補正部材としての機能も兼用している。より具体的には、磁石３５Ｂは、トーションバー３１Ｂの下側に設けられた切欠３１６Ｂと板部材３４Ｂに設けられた切欠３４５Ｂで形成される空間内に配置される。磁石３５Ｂは、ストッパー部３１５Ｂを含むトーションバー３１Ｂと一緒に第１及び第２の板部材３３Ｂ及び３４Ｂで挟み込まれた状態で揺動体３２Ｂ内に嵌め込まれる。この構造は、揺動体３２Ｂが樹脂で射出形成される場合（この場合、第１及び第２の板部材の区別はなくなる。）に特に好適であり、これら磁石３５Ｂ及びトーションバー３１Ｂの先端部を一体に形成することが可能となる。
【００６７】
上述した実施形態では、いずれも片持ち梁状の構造のトーションバー３１、３１Ａ及び３１Ｂについて説明されてきたが、該トーションバーの長手方向両端部をベース２０に固定し、その中央部に揺動体を固定した両持ち梁状の構造のものであってもよい。また、トーションバー３１、３１Ａ及び３１Ｂは、円形断面に以外に、矩形断面の線材であってもよい。
【００６８】
以下、本発明に係るさらに別の実施形態について図１５〜２１を用いて説明する。図１５〜１９は、トーションバーを挟んで相互に接合される同一形状を持つ２枚の板部材で揺動体を構成する実施形態を示す。また、図２０、２１は、トーションバーの反りを小さくする、すなわち、真直度を向上させるようにした実施形態を示す。
【００６９】
図１５〜図１７に示した実施形態は、トーションバー３１Ｃ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３１５Ｃを形成したものである。矩形の棒状をなす磁石３５Ｃは、このストッパー部３１５Ｃに臨むように揺動体３２Ｃと一体に形成され、ストッパー部３１５Ｃに臨むその一端面が揺動体３２Ｃ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３５Ｃは、トーションバー３１Ｃ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３１Ｃが貫通する穴３５１Ｃをあらかじめ形成した単一の磁石３５Ｃとすることも可能である。
【００７０】
図１８、図１９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３１５Ｃを揺動体３２Ｃ内に埋設したものであり、トーションバー３１Ｄに対する揺動体３２Ｄ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３５Ｄがトーションバー３１Ｄのストッパー部３１５Ｄを横切ることができるように形成されている。具体的には、第１及び第２の２枚の板部材３３Ｄ、３４Ｄそれぞれに形成された磁石保持用切欠３３５Ｄ、３４５Ｄに連通するように、磁石挿通溝３１６Ｄをストッパー部３１５Ｄに形成している。したがって、磁石３５Ｄ及びトーションバー３１Ｄの先端部と揺動体３２Ｄとをより強固に接合することが可能となる。
【００７１】
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３１Ｃ、３１Ｄについて説明している。しかしながら、トーションバー３１Ｃ、３１Ｄそれぞれの長手方向両端部を枠体２１とカバー部材４０との間に固定し、その中央部にそれぞれの揺動体３２Ｃ又は３２Ｄを固定したものであってもよい。
【００７２】
図２０及び２１に示す実施形態は、上述したように、再度、トーションバーの反りを小さくする、すなわち、真直度を向上させることに着目した実施形態である。具体的には、図３〜６に示されるような重心位置補正部材３７によることに代えてあるいはそれに加えて、トーションバー３１自体を反りのないものとしようとするものである。
【００７３】
そこで、トーションバー３１における反りの影響が、該トーションバー３１の支持される揺動体３２の光反射面３３１の振れ角（振幅）αに与える影響を考察する。
【００７４】
再度、図６を参照する。トーションバー３１の基端をガラス定盤５０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３１をガラス定盤５０の上で転がす。この時のトーションバー３１の末端（より正確には、揺動体３２の重心Ｇ）のガラス定盤５０からの高さが最大となる位置において、反り量Ｈ（すなわち、真直度）として測定される。この反り量Ｈが、０μｍ、５０μｍ及び１００μｍであるトーションバー３１をサンプルとして、その末端に取り付けられている揺動体３２を共振周波数２ｋＨｚで揺動させる。
【００７５】
揺動体３２の揺動の振れ角の測定の方法は、シートコイル７０を流れる電流値を変化させることで、揺動体３２の光反射面３３１（したがって、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る。光反射面３３１を反射したレーザー光Ｌは、感光ドラム２０４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、曲線や八の字や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する。
【００７６】
このようにして測定した結果が図２０に示されている。図２０に示されるように、トーションバー３１の反り量が０μｍであるとき、最大振れ角は、±４５〜±５０度となり、５０μｍであるとき、±２５〜±３９度となり、１００μｍであるとき、±１７〜±２５度となった。このことから、トーションバー３１の反りが全くない０μｍの場合に比べて、反りが５０μｍの場合及び１００μｍの場合の最大振れ角は、それぞれ、３割及び６割程度低下することが分かる。すなわち、トーションバー３１の反り、言い換えれば真直度が振動素子３０の揺動体３２の振れ角に大きな影響を及ぼすことが確認された。
【００７７】
そこで、本実施形態では、トーションバー３１（図２１（ａ）では３１Ｅ、図２１（ｂ）では３１Ｆで表されている。）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。
【００７８】
トーションバー３１Ｅ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３１Ｅ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３１Ｅとして利用する場合、ＴＤ方向をトーションバー３１Ｅの長手方向とすることが、トーションバー３１Ｅ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３１Ｅを作ることで、トーションバー３１Ｅ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２１（ａ）に模式的に示されるように、材料表面のひき目（加工痕）３１８Ｅの方向で判断することができる。すなわち、ひき目３１８Ｅの長手方向（ひき目が延在する方向）が圧延方向となる。
【００７９】
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３１ＥをＳＵＳ３０４などで加工形成する場合、熱処理時にテンション（引張り）をかけることにより、その反りをほとんど無くすことが可能である。なお、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することを、テンションアニールを実施するともいう。さらに、時効硬化処理を施しても、トーションバー３１Ｅ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２１（ａ）に模式的に示されるように、この２枚のトーションバー３１Ｅ１及び３１Ｅ２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３１Ｅ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３１Ｅの反り量は、１０μｍ以下となり、図２０に示されるように、最大振れ角が±４５度となり、広角に光走査可能な振動素子を安定的に供給することができる。
【００８０】
次に、トーションバー３１Ｆを丸棒や角棒などの線状材料から、又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３１Ｆの反り量は大きい。トーションバー３１Ｆ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、テンション（引張り）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、材料表面にできるひき目３１８Ｆの方向で判断することができる。すなわち、図２１（ｂ）に模式的に示されるように、トーションバー３１Ｆの長手方向に対して螺旋状のひき目３１８Ｆが存在する。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３１Ｆ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３１Ｆの反り量も、１０μｍ以下となり、広角に光走査可能な振動素子を安定的に供給することができる。
【００８１】
以上に述べたような加工を板状材料や線状材料に対し施すことにより、トーションバー３１（３１Ｅ及び３１Ｆ）の長手方向軸線Ｏ−Ｏと理想揺動軸線ＡＲ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３０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３１の真直度の向上を達成させているが、図３〜６に示されるように、揺動体３２に重心位置補正部材３７を加えることでさらにその真直度を向上させてもよい。具体的には、揺動体３２の第２の板部材３４の表面３４１に重さの異なる重心位置補正部材３７を接合することで、図６に示されるように揺動体３２の重心位置を下げる。それにより、トーションバー３１の反りを小さくし、結果として、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏと理想揺動軸線ＡＲを一致させるように構成することができる。
【００８２】
以上、本発明に係る振動素子をＬＢＰ２００に適用した実施形態について説明してきたが、最後に、本発明に係る振動素子をオーバーヘッドプロジェクターなどの画像投影装置３００に適用した実施形態について図２２を用いて説明する。本実施形態においては、ＬＢＰ２００に適用した実施形態と同一の機能を有する構成要素については同一符号を記すに止め、重複する説明を省略する。本実施形態における画像投影装置３００は、ＬＢＰ２００と基本的に同じ光走査装置２２０、光源３０１からの光を所定方向に変更させる光偏向装置３０２及びこの光偏向装置３０２により偏向した光が照射されるスクリーン３０４を備えている。
【００８３】
光偏向装置３０２は、光走査装置２２０の振動素子３０の揺動体（不図示）の光反射面（不図示）にて反射した光を理想揺動軸線（不図示）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３０２による光の偏向速度は、振動素子３０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。
【００８４】
ＲＧＢ三原色を含む光源３０１から出射する光は、振動素子３０及び光偏向装置３０２により２次元走査され、スクリーン３０４に映像として投射される。
【００８５】
振動素子３０の主要部を構成する揺動体の光反射面の振れ角αは、制御装置２０６から出力される制御信号に基づいて素子駆動部２０７により調整される。また、光偏向装置３０２も同様に、制御装置２０６からの出力に基づき、揺動体の理想揺動軸線に対して直行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２０６には、スクリーン３０４に投影される画像情報が入力部３０３から伝達され、光源３０１からスクリーン３０４に至る光路の距離に関する情報が測距部３０５から入力される。制御装置２０６は、これら入力部３０３及び測距部３０５からの情報に応じた投影画角や拡大率などの設定及びが像の大きさやその縦横比に基づき、振動素子３０及び光偏向装置３０２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３０１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３０１のオフ時間を減らすことで、高輝度の画像をスクリーン３０４に投影することができる。
【００８６】
本実施形態の画像投影装置３００も、加工硬化及び時効硬化型のＣｏ−Ｎｉ基合金からなるトーションバー（不図示）に揺動体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３０１の駆動電力を低減することができる。これらのことから、小型化と併せて、素子駆動部２０７や電源の容量を低減させることが可能となり、小型で投影画角の大きな高性能の画像投影装置３００を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る振動素子は、上述した光走査装置以外に、例えば、電位センサなどに適用することも可能である。上述したＬＢＰ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、電位センサを用いて感光ドラムの帯電電位を測定し、その結果を利用して感光ドラム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。この電位センサにおいては、揺動体の平面部に一対の検知電極を配置し、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置される電位測定対象面、すなわち、感光ドラムの表面との間の距離を揺動体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の表面との間の静電容量を変えることで検出電極として現れる出力信号を検出するようになっている。この電位センサでは、トーションバーの振れ剛性や揺動体の形態などを適切に設計することで、揺動体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、揺動体を小型化しても複数対の検知電極を揺動体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の表面の電位を高い信頼性を持って高感度且つ高い測定精度にて測定することができる。
【符号の説明】
【００８８】
３０、３０ａ                  振動素子
３１、３１ａ、３１Ａ、３１Ｂ  トーションバー
３２、３２ａ、３２Ａ、３２Ｂ  揺動体
３５、３５ａ、３５Ａ、３５Ｂ  磁石
７０                          シートコイル
２００                        画像形成装置
２０７                        素子駆動部
２２０                        光走査装置
３００                        画像投影装置
３１１                        光反射面
α                            振れ角
【図１】
2012145652.tif 000003
【図２】
2012145652.tif 000004
【図３】
2012145652.tif 000005
【図４】
2012145652.tif 000006
【図５】
2012145652.tif 000007
【図６】
2012145652.tif 000008
【図７】
2012145652.tif 000009
【図８】
2012145652.tif 000010
【図９】
2012145652.tif 000011
【図１０】
2012145652.tif 000012
【図１１】
2012145652.tif 000013
【図１２】
2012145652.tif 000014
【図１３】
2012145652.tif 000015
【図１４】
2012145652.tif 000016
【図１５】
2012145652.tif 000017
【図１６】
2012145652.tif 000018
【図１７】
2012145652.tif 000019
【図１８】
2012145652.tif 000020
【図１９】
2012145652.tif 000021
【図２０】
2012145652.tif 000022
【図２１】
2012145652.tif 000023
【図２２】
2012145652.tif 000024