(57)【要約】【課題】従来技術よりも耐衝撃性に優れた振動素子、光走査装置および画像投影装置並びに画像形成装置を提供する。【解決手段】振動素子３０は、トーションバー３１、揺動体３２、磁石３２、磁界発生部７０によって構成されている。とりわけ、規制部材５０は、トーションバー３１の一部が所定量以上変位したときに、トーションバー３１の一部に接触する。これにより、トーションバー３１の変位を所定範囲内に規制することが可能となる。【選択図】図５
2013140215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記トーションバーの一部が所定量以上変位したときに、前記トーションバーの一部に接触して、前記トーションバーの変位を所定範囲内に規制する１つまたは複数の規制部材と
を有し、
前記規制部材は、前記トーションバーの長さ方向に対して直交した複数の方向から前記トーションバーの変位を規制することを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記規制部材は、前記トーションバーを挿通される開口部を有し、
前記トーションバーは、前記開口部に挿通された状態で、前記トーションバーの長さ方向の周りに回動す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の一端から他端までの間に取り付けられており、
前記規制部材は、前記トーションバーの一端が挿通される前記開口部を有した筒状部材であ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】
前記トーションバーの長さ方向に対して直交した方向における前記トーションバーの断面形状は円形であり、
前記トーションバーの長さ方向に対して直交した方向における前記開口部の断面形状は、円形または多角形であることを特徴とする請求項２または３に記載の振動素子。
【請求項５】
前記規制部材は、
前記揺動体よりも前記トーションバーの一端に近い側に設けられた第１規制部材と、
前記揺動体よりも前記トーションバーの他端に近い側に設けられた第２規制部材と
を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項６】
前記規制部材は、前記トーションバーの長さ方向を法線方向とする平面上において前記トーションバーの全方位の変位を規制することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか1項に記載の振動素子。
【請求項７】
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、
前記トーションバーの一部が所定量以上変位したときに、前記トーションバーの一部に接触して、前記トーションバーの変位を所定範囲内に規制する１つまたは複数の規制部材と
を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項７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９】
請求項７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、振動素子、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動素子によって光を走査する光走査装置が知られている。特許文献１によれば、トーションバー、光学ミラーおよ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光走査装置が提案されている。とりわけ、可動部の揺動軸に向けてストッパが突設されている。このストッパによって可動部のＺ方向の変位が制限されるため、外部から可動部に衝撃が加わっても、ヒンジの破損が防止されるという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−００８６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、トーションバーの断面形状が矩形形状であるためＺ方向のみの変位を制限すればよい。しかし、トーションバーを断面形状が円形のワイヤーまたは線材を用いて構成すると、外部からの衝撃によりトーションバーがあらゆる方向に変位する可能性が高い。これは、トーションバーが一定方向に変位しないからである。よって、一定方向の変位のみを制限するだけでは耐衝撃性に対する対策が不十分である。
【０００５】
本発明は、従来技術よりも耐衝撃性に優れた振動素子、光走査装置および画像投影装置並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、たとえば、
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、
前記トーションバーの一部が所定量以上変位したときに、前記トーションバーの一部に接触して、前記トーションバーの変位を所定範囲内に規制する１つまたは複数の規制部材と
を有し、
前記規制部材は、前記トーションバーの長さ方向に対して直交した複数の方向から前記トーションバーの変位を規制することを特徴とする振動素子を提供する。また、この振動素子を利用した光走査装置、画像投影装置および画像形成装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、トーションバーの長さ方向に対して直交した複数の方向からトーションバーの変位を規制することで、トーションバーの変位を所定範囲内に規制する１つまたは複数の規制部材が採用されている。これにより、従来技術よりも耐衝撃性に優れた振動素子、光走査装置および画像投影装置並びに画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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】片持ち振動素子を示す図である。
【図６】規制部材とその開口部の一例を示す図である
【図７】その他の片持ち振動素子を示す図である。
【図８】その他の両持ち振動素子を示す図である。
【図９】画像形成装置を示す図である。
【図１０】画像投影装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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９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９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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
〔実施例１〕
図５（Ａ）ないし図５（Ｅ）に、規制部材５０を有した振動素子３０について示す。図５（Ａ）は振動素子３０の斜視図である。図５（Ｂ）は振動素子３０の平面図である。図５（Ｃ）は磁界発生部７０および規制部材５０の平面図である。図５（Ｄ）は磁界発生部７０および規制部材５０の側面図である。図５（Ｅ）はトーションバー３１、揺動体３２、７０および磁石３５の側面図である。
【００１７】
本実施例では断面形状が円形のトーションバー３１を軸とした振動素子３０の構成を提案する。トーションバーの断面形状が円形の場合は、外部からの衝撃を受ける方向に依存してトーションバーがさまざまな方向へ変位してしまう。よって従来技術のように単に一方向のみにトーションバーの変位を規制するだけでは、耐衝撃対策が不十分であった。そこで本実施例では、複数の方向からの衝撃を低減させることが可能な構成を提案する。
【００１８】
図５に示した構成では、トーションバー３１はメインのトーションバー３１ａとサブのトーションバー３１ｂとから構成されている。図５ではメインのトーションバー３１ａが揺動体３２の上方に配置されているが、メインのトーションバー３１ａが揺動体３２の下方に配置されていてもよい。
【００１９】
磁石３５は、揺動体３２の下部に取り付けられている。磁界発生部７０は、コイルを巻き回されたヨークによって構成されている。コイルに交流電流を流すことで、ヨークを通じて交番磁界が発生する。この交番磁界と磁石３５の磁界とが作用することで、トーションバー３１が回動する。なお、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。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、トーションバーを変形させて揺動体を回動させる第２磁界発生手段として機能する。 
トーションバー３１の変位を規制するために、図５では規制部材５０が設けられている。規制部材５０を配置する位置としては、揺動体３２による光走査を阻害しない箇所であれば十分である。たとえば、トーションバー３１の長さ方向に沿ったいずれかの箇所であればよいが、揺動体３２の近傍であればあるほど、トーションバー３１の変位に連動した揺動体３２の変位を低減しやすい。図５に示すように、揺動体３２を介してメインのトーションバー３１ａと対称な位置に新たな軸であるサブのトーションバー３１ｂを設け、その軸を受ける軸受けを規制部材５０としてもよい。揺動体３２に当接せず、かつ、揺動体３２に近接し、トーションバー３１を包囲する位置に規制部材５０を配置してもよい。また、規制部材５０とトーションバー３１との位置関係としては、トーションバー３１が静止した状態および駆動されている状態のいずれにおいても両者が当接しておらず、外部からの衝撃が加わったときに瞬間的に両者が当接するものとする。よって、外部からの衝撃が無い限りは揺動体３２の揺動が規制部材５０によって妨げられない。
【００２０】
図５に示した規制部材５０は、筒状の規制部材である。規制部材５０の先端には開口部５１が設けられている。開口部５１は穴状の開口である。開口部５１の横断面形状は、サブのトーションバー３１ｂの横断面形状と相似である。なお、横断面形状とは、トーションバー３１の長さ方向に対して直交した方向における断面形状をいう。また、開口部５１の横断面形状は、サブのトーションバー３１ｂの横断面形状よりも若干大きい。これにより、トーションバー３１の回動を可能にするためのクリアランスが確保される。クリアランスは、トーションバー３１の許容変位を考慮して決定される。ところで、トーションバー３１の断面形状が矩形である場合は、規制部材５０の開口部５１の断面形状は矩形とされてもよい。
【００２１】
図６（Ａ）ないし図６（Ｇ）は、規制部材５０の開口部５１についてのさまざまな変形例を示している。図６（Ａ）は、開口部５１の横断面形状が円形であることを示している。図６（Ｂ）は、開口部５１の横断面形状が矩形であることを示している。図６（Ｃ）は、開口部５１の横断面形状が正三角形であることを示している。図６（Ｄ）は、開口部５１の横断面形状が正六角形であることを示している。ここで、図６（Ｂ）ないし図６（Ｄ）から、トーションバー３１の横断面形状が円形の場合は開口部５１の横断面形状が正多角形であればよいことを示している。つまり、多角形と内接円との関係（実際にはクリアランスがあるため、内接しないが）を満たせば、規制効果を期待できることになる。実際には、少なくとも３点支持が実現されれば、トーションバー３１の複数の方向からの変位を規制できるため、開口部５１の横断面形状は正多角形である必要はない。たとえば、複数の曲線により構成された開口形状でもよいし、曲線と直線とからなる開口形状でもよい。
【００２２】
図６（Ｅ）は、４本の規制部材５０ａないし５０ｄにより構成された規制部材５０を示している。図６（Ｆ）は、３本の規制部材５０ｅないし５０ｇにより構成された規制部材５０を示している。これらは、少なくとも３点支持が確保されればよいことを示している。また、必ずしもトーションバー３１の周囲を３６０度にわたって包囲する必要がないことも示している。図６（Ｇ）は、２つの規制部材５０ｈ、５０ｉによって構成された規制部材５０を示している。規制部材５０ｈ、５０ｉのうち、トーションバー３１の側面と対面する部分の横断面形状の一部が円の一部になっている。このような規制部材５０であっても、十分にトーションバー３１の変位を規制できることがわかる。また、必ずしもトーションバー３１の周囲を３６０度にわたって包囲する必要がないこともわかる。
【００２３】
ところで、規制部材５０とトーションバー３１との隙間を維持する補助機構として、磁石の反発を用いてもよい。つまり、トーションバー３１に取り付けられた磁石と、規制部材５０に取り付けられた磁石との反発を利用すれば、さらに、安定して隙間が維持されることになる。
【００２４】
規制部材５０を構成する材料としては、特に限定されず、各種金属材料や高分子材料を用いることができる。
【００２５】
〔実施例２〕
図７（Ａ）は、実施例２にかかる振動素子３０を示している。実施例２の振動素子３０では、揺動体３２の片側のみにトーションバー３１が配置されている。つまり、振動素子３０は片持ち振動素子である。なお、すでに説明した部分には同一の参照符号を付与することで、説明の簡潔化を図ることにする。
【００２６】
規制部材５０は、ツバ５２を有している。ツバ５２は、支持部材３８ａ、３８ｂに取り付けられている。図７（Ｂ）が示すように、規制部材５０には、開口部５１が設けられている。開口部５１の横断面形状としては、すでに図６に示した通りである。つまり、図６（Ａ）ないし図６（Ｇ）に示した各種の規制部材５０を実施例２でも採用できる。
【００２７】
規制部材５０を配置する位置としては、揺動体３２による光走査を阻害しない箇所であれば十分である。つまり、トーションバー３１の長さ方向に沿ったいずれかの箇所であれば十分であるが、揺動体３２に近い位置であればあるほど、規制効果が高い。
【００２８】
ところで、磁界発生部７０のヨークが発熱することで温められた空気が上昇してくると、トーションバー３１の温度が数℃上昇する。トーションバー３１の共振周波数は温度依存性があるため、共振周波数が低周波数側へシフトしてしまう。よって、揺動体３２とトーションバー３１とを分離する箇所に規制部材５０を設けることで、トーションバー３１への熱伝導を抑制できるようになる。これにより、トーションバー３１の共振周波数が安定しやすくなる。実施例２の規制部材５０は、トーションバー３１の下方に熱源を配置しなければならない場合に、特に有効であろう。このように、規制部材５０は開口部５１を有した熱遮蔽板としても利用可能である。
【００２９】
なお、その他の点は基本的に実施例１と同様である。たとえば、規制部材５０とトーションバー３１との隙間を維持させる補助機構として、磁石の反発現象が利用されてもよい。また、規制部材５０を構成する材料としては、各種金属材料や高分子材料であってもよい。
【００３０】
〔実施例３〕
図８（Ａ）は、実施例３にかかる振動素子３０を示している。実施例３の振動素子３０では、揺動体３２の両側にトーションバー３１が配置されている。つまり、振動素子３０は両持ち振動素子である。トーションバー３１の長手方向の両端部はベース２０に固定されているものとする。つまり、揺動体３２は、トーションバー３１の長手方向の中央部の付近に配置されている。なお、すでに説明した部分には同一の参照符号を付与することで、説明の簡潔化を図ることにする。
【００３１】
図８（Ａ）が示すように、実施例３では、揺動体３２の両側に規制部材５０を配置している。これにより、トーションバー３１の変位をより一層に規制できるようになろう。また、両側からトーションバー３１を規制するため、揺動体３２と規制部材５０との間隔を極端に短くする必要性は小さくなる。なお、図８（Ａ）に示した２つの規制部材５０はそれぞれ、揺動体よりもトーションバーの一端に近い側に設けられた第１規制部材と、揺動体よりもトーションバーの他端に近い側に設けられた第２規制部材として機能する。
【００３２】
図８（Ｂ）は、実施例３にかかる振動素子３０の側面図である。図８（Ｃ）は、実施例３にかかる振動素子３０の底面図である。揺動体３２の両側に規制部材５０を配置したため、実施例３では、トーションバー３１の長さ方向に磁界発生部７０を配置するスペースを確保できない。そこで、実施例３では、揺動体３２の光反射面の反対側に磁界発生部７０を配置している。なお、磁石３５は、揺動体３２に内蔵または揺動体３２の光反射面の反対側に取り付けられている。これにより、光走査を阻害することなく、規制部材５０を配置した振動素子３０を実現できる。
【００３３】
〔実施例１乃至３の効果〕
このように実施例１ないし実施例３では、トーションバー３１の長さ方向に対して直交した複数の方向からトーションバー３１の変位を規制する規制部材５０が採用されている。これにより、トーションバー３１の一部が所定量以上変位したときに、トーションバー３１の一部に規制部材５０が接触する。これにより、複数方向からの衝撃を受けても、トーションバー３１の変位を所定範囲内に規制することができる。トーションバー３１と開口部５１との間に所定のクリアランスが確保されているため、開口部５１に挿通された状態で、トーションバー３１の長さ方向の周りにトーションバー３１は回動できる。
【００３４】
実施例２ないし３では、規制部材５０が熱遮蔽板としても機能するため、磁界発生部７０が発熱しても、トーションバー３１の共振周波数が大きくシフトしないようになる。
【００３５】
トーションバー３１の横断面形状は円形ではなく、矩形であってもよい。トーションバー３１を回動可能にするためには、開口部５１の横断面形状は円形となる。トーションバー３１の横断面形状が多角形である場合は、開口部５１の横断面形状を円形とすることで、複数方向からの衝撃に対処可能となる。つまり、図６（Ａ）や図６（Ｇ）に示した規制部材５０であれば、トーションバー３１の横断面形状が多角形であってもよい。このように、図６に示した規制部材５０であれば、トーションバー３１の長さ方向を法線方向とする平面上においてトーションバー３１の全方位の変位を規制できる。
【００３６】
実施例１ないし３では、揺動体３２またはトーションバー３１に磁界発生手段としての磁石３５を取り付け、ベース２０側に磁界発生手段としての磁界発生部７０を取り付けることを前提としている。しかし、揺動体３２またはトーションバー３１に磁界発生手段としてのコイルを取り付け、ベース２０側に磁界発生手段としての磁石が取り付けられてもよい。また、双方ともコイルであってもよい。
【００３７】
実施例２、３では、規制部材５０を平板に設けられた開口部５１によって、トーションバー３１の一部が所定量以上変位したときに、トーションバー３１の一部に接触して、トーションバー３１の変位を所定範囲内に規制していた。実施例２、３においても実施例１と同様に規制部材５０をスリーブ（筒状部材）としてもよい。
【００３８】
〔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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
〔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。
【００４８】
図９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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
本実施例の画像形成装置２００は上述した振動素子３０を採用しているため、衝撃耐性が向上するため、安定して画像を形成できるようになる。
【００５３】
〔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１０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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
とりわけ、実施例１ないし実施例３の振動素子３０を採用することで、衝撃耐性が向上するため、安定して画像を投影できるようになる。
【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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