(57)【要約】【課題】トーションバーの製造時間を従来よりも短縮する。【解決手段】金属または金属合金の基板材料５００を機械加工してトーションバー３１を形成する。次に、トーションバー３１の加工面４００を表面処理して平滑化する。トーションバー３１をエッチング加工のみで形成する従来技術と比較して、機械加工で形成する本発明は、トーションバー３１の製造時間を短縮できる。また、トーションバー３１の加工面４００を表面処理して平滑化しているため、金属もしくは金属合金の加工処理後に加工面４００に発生する荒れも緩和できる。【選択図】図５
2013152447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーの製造方法であって、
金属または金属合金を機械加工してトーションバーを形成する形成工程と、
前記トーションバーの加工面を表面処理して平滑化する表面処理工程と
を有したことを特徴とするトーションバーの製造方法。
【請求項２】
前記トーションバーは時効硬化処理により形成されたものであり、
前記時効硬化処理を実行する前の前記トーションバーに前記表面処理工程を施すことを特徴とする請求項１に記載のトーションバーの製造方法。
【請求項３】
前記表面処理工程は、
前記トーションバーの外周面における加工面を表面処理する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のトーションバーの製造方法。
【請求項４】
前記トーションバーを断面矩形または断面円形の形状で形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のトーションバーの製造方法。
【請求項５】
前記表面処理工程は、
硝酸系エッチャントまたは電解研磨にて表面処理する工程を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のトーションバーの製造方法。
【請求項６】
前記形成工程は、
プレス加工、レーザー加工、ダイス加工、ワイヤーカット、超塑性加工により前記トーションバーを形成する工程を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のトーションバーの製造方法。
【請求項７】
前記トーションバーの断面形状をダイス加工で断面円形に加工することを特徴とする請求項１ないし３ならびに５および６のいずれか１項に記載のトーションバーの製造方法。
【請求項８】
トーションバーと、
前記トーションバーに取り付けられた揺動体と、
前記揺動体またはトーションバーに取り付けられた第１磁界発生手段と、
前記第１磁界発生手段が発生する磁界に対応した磁界を発生し、前記トーションバーを変形させて前記揺動体を回動させる第２磁界発生手段とを有し、
前記トーションバーは、金属または金属合金を加工して形成されており、かつ、前記トーションバーの加工面が表面処理により平滑化されていることを特徴とする振動素子。
【請求項９】
トーションバーと、
前記トーションバーに取り付けられた揺動体と、
前記揺動体に設けられた光反射面と、
前記光反射面に光を照射する光源と、
前記揺動体またはトーションバーに取り付けられた第１磁界発生手段と、
前記第１磁界発生手段が発生する磁界に対応した磁界を発生し、前記トーションバーを変形させて前記揺動体を回動させることで、前記光を前記光反射面によって走査させる第２磁界発生手段とを有し、
前記トーションバーは、金属または金属合金を加工して形成されており、かつ、前記トーションバーの加工面が表面処理により平滑化されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光走査装置を備え、当該光走査装置によって走査された光によってスクリーンに画像を投影することを特徴とする画像投影装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の光走査装置と、像担持体とを備え、当該光走査装置によって走査された光によって当該像担持体に画像を形成す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、トーションバーの製造方法、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】
振動素子は、光源からの光を走査する手段として光走査装置において使用されることがある。一般に、光走査装置は、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。
【０００３】
特許文献１に記載されたトーションバーは、一枚の基板を両面からエッチング加工することにより形成される。とりわけ、トーションバーの両面のうち少なくともどちらか一面は、トーションバーの端部が最も厚い箇所となるような厚さ分布を有することを特徴としている。これにより、応力集中が緩和され、トーションバーが折れ難くなるという。さらに、低コストでの加工が可能であり、大きな振れ角を実現可能であるという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２２９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では、トーションバーを製作する際に一枚の基板を両面からエッチング加工するため、処理時間が極めて長くなってしまう。また、トーションバー形状をトーションバーの端部が最も厚い箇所となるように厚さの分布を持たせることで、大きな振れ角を実現可能とする具体的な説明がされていない。
【０００６】
そこで、本発明は、トーションバーの製造時間を従来よりも短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、たとえば、トーションバーの製造方法であって、
金属または金属合金を機械加工してトーションバーを形成する形成工程と、
前記トーションバーの加工面を表面処理して平滑化する表面処理工程と
を有したことを特徴とするトーションバーの製造方法を提供する。また、本発明は、当該製造方法により製造されたトーションバーを使用した、振動素子、光走査装置、画像形成装置および画像投影装置も提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属または金属合金を機械加工してトーションバーを形成するため、エッチング加工のみでトーションバーを形成する従来技術と比較して、短時間で、トーションバーを形成できる。さらに、本発明では、トーションバーの加工面を表面処理して平滑化するため、金属もしくは金属合金の加工後に発生する加工面の荒れも緩和される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光走査装置の平面図である。
【図２】図１に示される光走査装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１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４】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５】金属または金属合金を機械加工して形成されたトーションバーを示す図である。
【図６】トーションバーの加工面を表面処理して平滑化することを示す図である。
【図７】画像形成装置を示す図である。
【図８】画像投影装置を示す図である。
【図９】断面円形トーションバーを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１ないし図４を用いて振動素子について説明する。図１において振動素子３０の細長いトーションバー３１の一端には揺動体３２が取り付けられており、他端は枠体２１に取り付けられている。トーションバー３１はねじり梁と呼ばれることもある。揺動体３２は、第１の板部材３３、第２の板部材３４によって形成されている。揺動体３２の内部には磁石３５が設けられている。磁界発生部７０は、磁石３５が発生する磁界に対応した磁界を発生するコイルにより構成されている。磁石３５は、揺動体３２またはトーションバー３１に取り付けられた第１磁界発生手段として機能する。また、磁界発生部７０は、第１磁界発生手段が発生する磁界に対応した磁界を発生し、トーションバー３１を変形させて揺動体３２を回動させることで、光を光反射面によって走査させる第２磁界発生手段として機能する。なお、第１磁界発生手段がコイルにより構成されてもよい。同様に、磁界発生部７０が磁石により構成されてもよい。
【００１１】
図２によれば、振動素子３０は、さらに、ベース２０およびカバー部材４０を備えていることが示されている。揺動体３２には、光源からの光が入射するまたは照射される光反射面３１１が形成されている。ベース２０は、トーションバー３１や磁界発生部７０、カバー部材４０を支持する支持構造体である。枠体２１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の外周縁部を構成している。基板２２上には磁界発生部７０のシートコイルが設けられている。基板２２は、保持部材２３によって保持されている。カバー部材４０は、光学的に透明な部材により形成されている。なお、カバー部材４０のうち、光反射面３１１に対して入射する光が透過する部分だけが光学的に透明な部材により形成されていれば十分である。カバー部材４０は、ベース２０の枠体２１の上に重ね合わされている。カバー部材４０、枠体２１、基板２２および保持部材２３は一体的に接合される。これらによって形成された内部空間Ｓには、棒状の細長いトーションバー３１と、これに支持される揺動体３２が収容されている。
【００１２】
図３によれば、揺動体３２を、トーションバー３１の長さ方向に直交した方向で切断して得られた切断面を示している。揺動体３２は、トーションバー３１の長さ方向の回りに回動する。ここでは、揺動体３２の揺動による光反射面３１１の振れ角をαとしている。第１の板部材３３および第２の板部材３４は、それぞれの接合面３３２、３４２を介して密着接合されている。
【００１３】
図４によれば、理想揺動軸線ＡＲに対して、トーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏが傾いている状態が示されている。本実施例に係るトーションバー３１は、図７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）に沿って延在する。すなわち、理想揺動軸線ＡＲは、図７では、紙面に対して垂直な方向に延在する。理想揺動軸線ＡＲに対してトーションバー３１の長手方向軸線Ｏ−Ｏが傾いていると、走査のずれが生じるため、本実施例では、後述する規制部材を採用する。図４に示すように、トーションバー３１が片持ち梁として支持されるように、トーションバー３１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の末端は内部空間Ｓ内に配置される磁界発生部７０のシートコイル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を固定して支持している。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２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する。このことから、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１から図３に示した実施例では、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。
【００１４】
本実施例に係る揺動体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および第２の板部材３４を含んでいる。第１の板部材３３および第２の板部材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、接合面３３２、３４２のそれぞれは、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の板部材３３および第２の板部材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。
【００１５】
図２および図３に示されているように、光反射面３１１は、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に対向している。この光反射面３１１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３１１は、長手方向軸線Ｏ−Ｏと揺動体３２の重心位置とを含む仮想平面に対して平行に配置される。第１の板部材３３は、このように光反射面３１１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。
【００１６】
本実施例における素子駆動部は、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に設けられている磁界発生部７０のシートコイルおよびシートコイルに交流電流を与える電源回路（不図示）を備えている。素子駆動部は、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磁界発生部７０のシートコイルに流し、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３１１を揺動軸線回りに揺動、すなわち、振れ回すことができる。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３１１の振れ角αの大きさは、磁界発生部７０のシートコイル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。
【００１７】
〔トーションバー３１の製造方法〕
本実施例では、図５に示すように、金属または金属合金の基板材料５００を機械加工してトーションバー３１を形成する。基板材料５００は、たとえば、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金である。非磁性で加工硬化及び時効硬化型のＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金は、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している。Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金でなくとも、このような特性を有する金属または金属合金であれば、基板材料５００として採用できる。
【００１８】
機械加工としては、たとえば、プレス加工、レーザー加工、ダイス加工、ワイヤーカット、超塑性加工などがある。このような機械加工は、エッチング加工と比較して、極めて短時間でトーションバー３１を形成できる利点がある。
【００１９】
ところで、このような切削加工や研削加工などの機械加工でトーションバー３１を形成すると、加工面にバリなどが発生することがある。そこで、本実施例では、図６に示すように、トーションバー３１の外周面における加工面４００をエッチングにより表面処理して平滑化している。エッチングによる表面処理としては、たとえば、硝酸系エッチャントによる表面処理などがある。
【００２０】
エッチャントに浸漬する部分は、トーションバー３１の外周のみで十分である。トーションバー３１の寸法を、幅０．１８ｍｍ、厚み０．１７ｍｍとし、トーションバー３１の幅の溶解量を極力抑えた範囲で製造実験を実施した。なお、トーションバー３１の幅の溶解量を極力抑えた範囲としたのは、トーションバー３１の形状が変化することにより所望の特性仕様から外れてしまうことを抑制するためである。トーションバー３１の幅方向および厚み方向においてそれぞれ硝酸系エッチャントにて表面処理されたトーションバー３１について特性を測定した。その結果、Ｑ値は６００から１２００になった。つまり、Ｑ値が２倍に向上した。一方で、最大振れ角も±３７ｄｅｇから±４１ｄｅｇに拡大した。よって、本実施例の製造方法を採用することで、共振特性が向上することを確認できた。一般に、Ｑ値は大きくなるほど、その振動素子を低電力で駆動することが可能となる。表面処理工程の終了後に、トーションバー３１の加工面を確認したところ、表面処理前に存在していた２０μｍ前後のバリが、表面処理後に確認できなくなるほど、小さくなっていた。
【００２１】
このように、本実施例では、金属または金属合金の基板材料５００を機械加工してトーションバー３１を形成し、トーションバー３１の外周面における加工面４００を表面処理して平滑化することで、エッチングのみでトーションバー３１を形成する製造方法と比較し、処理時間を大幅に短縮しつつ、高精度な寸法でトーションバー３１を実現できる。また、トーションバー３１の外周のうち特にトーションバー３１の加工面４００を平滑化することで、加工面４００に発生する荒れも緩和される。なお、この表面処理によって、振動素子３０の駆動における共振特性を向上させることができる。つまり、平滑化されていないトーションバーと比較して、本実施例のトーションバー３１では、Ｑ値や最大振れ角が向上する。
【００２２】
〔断面円形のトーションバー３１の製造方法〕
トーションバー３１の断面形状は、前述した断面矩形以外でもあってもよい。トーションバー３１の断面形状は、たとえば、図９に示すように断面円形であってもよい。このように、トーションバー３１の断面形状は、矩形形状にのみ限定されるわけではない。一例として、断面円形のトーションバー３１について説明する。
【００２３】
断面円形のトーションバー３１の直径はφである。ここでは、一例として、φを０．２４ｍｍとしている。なお、断面円形のトーションバー３１は主にダイス加工により線材を断面円形に加工することにより製作され、加工面の荒れは比較的小さい傾向が見られる。また、図６などに示した断面矩形のトーションバー３１については、金属または金属合金の基板材料表面の荒れは小さいが、プレス加工やワイヤーカットで機械加工した面では荒れが大きくなる傾向が見られる。
【００２４】
そこで、本実施例では、図９に示すように、断面円形のトーションバー３１の外周をエッチングにより表面処理して平滑化している。エッチングによる表面処理としては、たとえば、硝酸系エッチャントによる表面処理などがある。
【００２５】
一例として、図９（Ａ）に示すような断面円形のトーションバー３１を用いた振動素子を製作し、特性を測定した。線材に設けられた平面形状部６１を、揺動体３２をなすことになる第１の板部材３３および第２の板部材３４で挟み込んで接合する構成としている。なお、振動素子の構成は、図９（Ａ）や図９（Ｂ）に示すように両持ち、片持ちの構成のどちらでもよい。
【００２６】
測定結果によれば、断面円形のトーションバー３１も断面矩形のトーションバー３１と同様にＱ値の向上や振幅角の拡大が確認された。
【００２７】
〔表面処理方法〕
断面円形のトーションバー３１を有した振動素子において、線材の強度を上げるため時効硬化処理（熱処理）を施してもよい。つまり、トーションバー３１は時効硬化材料から形成されていてもよい。エッチングによる表面処理プロセスは、時効硬化処理の実行前または実行後のどちらにおいて実施してもよい。特に、時効硬化処理の施工前にエッチングによる表面処理をした断面円形のトーションバー３１では、表面に小さく少数のピットが存在する程度で平滑性は良好である。
【００２８】
一方で、時効硬化処理の施工後にエッチングによる表面処理をした断面円形のトーションバー３１では、時効効果処理の施工前にエッチングによる表面処理を施した場合と比べて、表面に大きく多数のピットが面積の大半を占めることになる。そのため、後者は前者と比較して、相対的に平滑性が低下するという差が見られた。
【００２９】
このように、トーションバー３１に時効硬化処理を施してしまうと、その後に、トーションバー３１の表面がエッチングし難い表面となってしまう場合がありうる。よって、トーションバー３１への表面処理は、時効硬化処理前に行うのがよい。
【００３０】
振幅角を可変させ共振周波数の変動を評価した結果では、エッチングを時効硬化処理前に実施したトーションバー３１では１Ｈｚ以内であった。それに対し、エッチングを時効硬化処理後に実施したトーションバー３１では、十数Ｈｚ以上低周波数側へシフトした。よって、本実施形態では、時効硬化処理前に表面処理を実施するほうがより好ましいといえよう。
【００３１】
なお、表面処理方法については、エッチングの他に電解研磨等も挙げられる。
【００３２】
〔その他の効果〕
線材の形状を加工する必要がある際は、まず所望の形状より大きな材料で加工を行った後、所望の形状までエッチングや電解研磨により表面処理を行ってもよい。これにより、加工時に発生する可能性があるクラック等を軽減することができる。
【００３３】
〔材料など〕
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。
【００３４】
トーションバー３１を構成する材料としては、たとえば、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。ここでいうＣｏ−Ｎｉ基合金とは、Ｃｏおよび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）などを含む。本実施例では、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）およびマグネシウム（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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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（たとえば、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、本実施例における画像形成装置２００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。
【００４０】
なお、本実施例では、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、たとえば、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ＳＵＳ ３０１、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。
【００４１】
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３１１として利用することも可能である。
【００４２】
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３１１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、たとえば、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。
【００４３】
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３１１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３１１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３１１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。
【００４４】
増反射膜は、たとえば、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、たとえば、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。
【００４５】
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。
【００４６】
〔画像形成装置〕
上述した振動素子３０の揺動体３２に光反射面３１１を形成することで、振動素子３０は光走査装置として機能する。光走査装置は、たとえば、画像形成装置や画像投影装置としてさらに応用できる。ここでは、まず、画像形成装置について説明する。
【００４７】
図７に本実施例における電子写真方式の画像形成装置２００を示す。感光ドラム２０４は、静電潜像やトナー画像を担持する像担持体である。感光ドラム２０４は、帯電部によって一様に帯電したあとに、露光部２１０によって光を照射され、静電潜像を形成される。静電潜像は、現像部によってトナー画像へと現像される。トナー画像は転写部によって記録媒体上に転写される。さらに、定着部においてトナー画像は記録媒体上に定着する。
【００４８】
露光部２１０は、光走査装置２２０、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。光走査装置２２０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や上述した振動素子３０を備えている。振動素子３０が備える揺動体３２の光反射面３１１が揺動することで、感光ドラム２０４の回転軸線と平行な方向にレーザー光Ｌが移動する。
【００４９】
ＢＤセンサ２０５は感光ドラム２０４の回転軸方向の両端に設けられており、レーザー光Ｌが入射したときに制御装置２０６へ検出信号を送出する。制御装置２０６は、ＢＤセンサ２０５の検出信号に基づいて、素子駆動部２０７を駆動するための制御信号を出力する。素子駆動部２０７は、制御信号にしたがって振動素子３０を駆動する。とりわけ、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３１１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の出力電流をフィードバック制御する。
【００５０】
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３１１に入射する。この光反射面３１１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。振動素子３０の揺動体３２の光反射面３１１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。これにより、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。
【００５１】
本実施例の画像形成装置２００は上述した振動素子３０を採用している。つまり、振動素子３０のトーションバー３１は、金属または金属合金の基板材料５００を機械加工して形成され、さらに、外周面における加工面４００を表面処理して平滑化されている。これにより、Ｑ値や最大振れ角など、振動素子３０の駆動における共振特性が向上するため、画像形成装置２００により形成される画像の品質も安定するようになる。
【００５２】
〔画像投影装置〕
実施例にかかる振動素子３０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に適用した実施例について図８を用いて説明する。本実施例においては、画像形成装置２００に適用した実施例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。
【００５３】
画像投影装置３００は、光源３０１、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およびこの光偏向装置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。光走査装置２２０は、スクリーン３０４に対して水平方向に光を走査し、光偏向装置３０２は、スクリーン３０４に対して垂直方向に光を走査する。このようにして、２次元走査が実現される。この光偏向装置３０２による光の偏向速度は、振動素子３０の揺動体３２の振動周期よりも相対的に遅くすることができる。
よって、光偏向装置３０２は、制御装置２０６によって制御されるガルバノミラーで実現できる。
【００５４】
ＲＧＢ三原色を含む光源３０１から出射する光は、振動素子３０および光偏向装置３０２により２次元走査され、スクリーン３０４に画像として投射される。振動素子３０の主要部を構成する揺動体３２の光反射面３１１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３２の理想揺動軸線に対して直行する軸線回り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および測距部３０５からの情報に応じた投影画角や拡大率などの設定、像の大きさやその縦横比に基づき、振動素子３０および光偏向装置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。
【００５５】
本実施例の画像投影装置３００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（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。
【００５６】
とりわけ、本実施例の画像投影装置３００は上述した振動素子３０を採用している。つまり、振動素子３０のトーションバー３１は、金属または金属合金の基板材料５００を機械加工して形成され、さらに、外周面における加工面４００を表面処理して平滑化されている。これにより、Ｑ値や最大振れ角など、振動素子３０の駆動における共振特性が向上するため、画像投影装置３００により投影される画像の品質も安定するようになる。
【図１】
2013152447.tif 000003
【図２】
2013152447.tif 000004
【図３】
2013152447.tif 000005
【図４】
2013152447.tif 000006
【図５】
2013152447.tif 000007
【図６】
2013152447.tif 000008
【図７】
2013152447.tif 000009
【図８】
2013152447.tif 000010
【図９】
2013152447.tif 000011