(57)【要約】【課題】逆止弁を備えた減圧封止が可能な構造を構成し、揺動体のジッタを低減する一方、揺動体の制御性を保持することが可能となる揺動体装置、揺動体装置の筐体内部の減圧方法、光偏向器、画像形成装置を提供する。【解決手段】支持基板に対し、支持部によってねじり軸まわりに揺動可能に支持された可動板を備えた揺動体を、駆動手段によって駆動する揺動体装置であって、  前記揺動体の周囲を覆い、減圧封止が可能な構造の筐体を備え、  前記筐体には、該筐体の内部から外部に気体を通す逆止弁が一つ以上設けられ、  前記逆止弁によって減圧封止した前記筐体の内部に前記揺動体を配設することによって、該揺動体のジッタを低減する一方、制御性が保持可能とされた構成とする。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板に対し、支持部によってねじり軸まわりに揺動可能に支持された可動板を備えた揺動体を、駆動手段によって駆動する揺動体装置であって、
前記揺動体の周囲を覆い、減圧封止が可能な構造の筐体を備え、
前記筐体には、該筐体の内部から外部に気体を通す逆止弁が一つ以上設けられ、
前記逆止弁によって減圧封止した前記筐体の内部に前記揺動体を配設することによって、該揺動体のジッタを低減する一方、制御性が保持可能に構成されていることを特徴とする揺動体装置。
【請求項２】
前記筐体の内部は、気圧が１００００Ｐａ以上、５００００Ｐａ以下に減圧されていることを特徴とする請求項１に記載の揺動体装置。
【請求項３】
前記筐体は、該筐体の一部が光を透過する部材で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の揺動体装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の揺動体装置と、
該揺動体装置における前記可動板に設けられた光偏向素子と、
を有することを特徴とする光偏向器。
【請求項５】
光源と、感光体と、請求項４に記載の光偏向器と、を有し、
前記光源からの光を前記光偏向器により偏向し、前記光の少なくとも一部を、前記感光体上に入射することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
支持基板に対し、支持部によってねじり軸まわりに揺動可能に支持された可動板を備えた揺動体を、逆止弁を備え減圧封止が可能な構造の筐体の内部に配設し、揺動体を駆動可能に構成した揺動体装置の該筐体内部の減圧方法であって、
前記筐体の内部を減圧するに際し、前記逆止弁を用いて該筐体の内部の気圧を減圧することを特徴とする揺動体装置における筐体内部の減圧方法。
【請求項７】
前記筐体の内部を減圧するに際し、該筐体の内部の気圧を１００００Ｐａ以上、５００００Ｐａ以下とすることを特徴とする請求項６に記載の揺動体装置における筐体内部の減圧方法。
【請求項８】
前記筐体の内部を減圧するに際し、前記筐体を高温状態として前記逆止弁を閉じた後、該筐体の温度を下げることにより該筐体の内部を減圧することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の揺動体装置における筐体内部の減圧方法。
【請求項９】
前記筐体の内部を減圧するに際し、前記逆止弁より気体を吸引して前記筐体の内部を減圧することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の揺動体装置における筐体内部の減圧方法。
【請求項１０】
前記筐体内部の減圧に際し、請求項８と請求項９とに記載の筐体内部の減圧方法を組合わせて用いることを特徴とする揺動体装置における筐体内部の減圧方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動体装置、揺動体装置の筐体内部の減圧方法、光偏向器、画像形成装置に関する。
例えば、光の偏向走査によって画像を投影するプロジェクションディスプレイ、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置に好適に利用可能な揺動体装置を用いた光偏向器が実現できる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年において、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術で作製される、可動板とねじりバネとで構成される振動系（揺動体装置）について、数多くの文献で報告されている。
このような揺動体装置の中でも、反射面を有し、走査型ディスプレイや電子写真用光スキャナに応用するようにした揺動体装置について、多くの論文および特許文献が知られている。
【０００３】
ところで、微細加工されたＭＥＭＳデバイスは、小さな塵にもきわめて敏感である。
そのため、このようなデバイスにおいては、防塵のためにパッケージングを施すことが必要となる。
特に、ＭＥＭＳ技術で微細加工された動的デバイスでは、気体の抵抗によりＱ値（機械的Ｑ値ともいう）が低下する。
静電などによる低出力のアクチュエータの場合等においては、高いＱ値を得るために真空パッケージを施して用いられることが多い。
【０００４】
このようなことから、例えば、特許文献１では、気密容器内に収納されたＭＥＭＳデバイスにおいて、該気密容器内の気圧を５０Ｐａ以上０．１ＭＰａ以下に設定した静電容量型ＭＥＭＳアクチュエータが提案されている。
また（特許文献２）では、高いＱ値によりミラーを振動させるため、ミラーの振動空間の圧力を０．１（Ｔｏｒｒ）から２（Ｔｏｒｒ）までの範囲とする光走査装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−３２０９６３号公報
【特許文献２】特開２００４−１０９６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したＭＥＭＳ技術で微細加工された揺動体装置においては、重要な課題の一つとして、揺動時におけるジッタ（揺動体のブレ）の問題がある。
大気圧中で可動板を揺動振動させると、空気の粘性から乱流が生じ、周囲流体の不安定性により、振動体の振幅や位相が変動することによりジッタが生じる。
このようなジッタを生じる揺動体装置による光偏光器を用いた画像形成装置においては、走査が不安定となり、画質の劣化を引き起こすこととなる。
【０００６】
このようなジッタに対処するため、上記した従来例の特許文献１、２においては、真空パッケージを施してジッタを小さくなるようにし、また高いＱ値が得られるようにしたデバイスが提案されている。
【０００７】
しかしながら、これら従来例のものにおいては、適切な振動のＱ値のもとで、制御性の良い揺動体装置を得ることについて、何ら配慮がなされていない。
すなわち、真空度を上げることにより高いＱ値が得られるが、高真空とするためには製造工程が複雑になり、コスト高となる。
また、真空度を上げてＱ値を高くしすぎると、揺動体装置を駆動する際に、揺動体の共振周波数から外れたところでの制御が困難となる。
【０００８】
ここでＱ値とは、共振特性を表すパラメータの１つでＱ値が大きくなると共振する周波数の幅が小さくなる関係にある。
このため、高Ｑ値の振動体は環境の変化によって共振周波数がわずかに変化したとき等において、共振周波数から外れて駆動できなくなる場合が生じる。
これらの場合、駆動周波数を動的に変化させることで対処することも可能であるが、複雑な作業が必要となり、コスト高となる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、逆止弁を備えた減圧封止が可能な構造を構成し、揺動体のジッタを低減する一方、
揺動体の制御性を保持することが可能となる揺動体装置、揺動体装置の筐体内部の減圧方法、光偏向器、画像形成装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、つぎのように構成した揺動体装置、揺動体装置の筐体内部の減圧方法、光偏向器、画像形成装置を提供するものである。
本発明の揺動体装置は、支持基板に対し、支持部によってねじり軸まわりに揺動可能に支持された可動板を備えた揺動体を、駆動手段によって駆動する揺動体装置であって、
前記揺動体の周囲を覆い、減圧封止が可能な構造の筐体を備え、
前記筐体には、該筐体の内部から外部に気体を通す逆止弁が一つ以上設けられ、
前記逆止弁によって減圧封止した前記筐体の内部に前記揺動体を配設することによって、該揺動体のジッタを低減する一方、制御性が保持可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置は、前記筐体の内部は、気圧が１００００Ｐａ以上、５００００Ｐａ以下に減圧されていることを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置は、前記筐体は、該筐体の一部が光を透過する部材で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光偏向器は、上記したいずれか記載の揺動体装置と、該揺動体装置における前記可動板に設けられた光偏向素子と、を有することを特徴とする。また、本発明の画像形成装置は、光源と、感光体と、上記した光偏向器と、を有し、前記光源からの光を前記光偏向器により偏向し、前記光の少なくとも一部を、前記感光体上に入射することを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置における筐体内部の減圧方法は、
支持基板に対し、支持部によってねじり軸まわりに揺動可能に支持された可動板を備えた揺動体を、逆止弁を備え減圧封止が可能な構造の筐体の内部に配設し、揺動体を駆動可能に構成した揺動体装置の該筐体内部の減圧方法であって、
前記筐体の内部を減圧するに際し、前記逆止弁を用いて該筐体の内部の気圧を減圧することを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置における筐体内部の減圧方法は、前記筐体の内部を減圧するに際し、該筐体の内部の気圧を１００００Ｐａ以上、５００００Ｐａ以下とすることを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置における筐体内部の減圧方法は、前記筐体の内部を減圧するに際し、前記筐体を高温状態として前記逆止弁を閉じた後、該筐体温度を下げることにより該筐体の内部を減圧することを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置における筐体内部の減圧方法は、前記筐体の内部を減圧するに際し、前記逆止弁より気体を吸引して前記筐体の内部を減圧することを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置における筐体内部の減圧方法は、前記筐体内部の減圧に際し、前記筐体を高温状態として前記逆止弁を閉じた後、該筐体温度を下げる方法と、逆止弁より気体を吸引して前記筐体の内部を減圧する方法とを組合せて用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、逆止弁を備えた減圧封止が可能な構造を構成し、揺動体のジッタを低減する一方、揺動体の制御性を保持することが可能となる揺動体装置、揺動体装置の筐体内部の減圧方法、光偏向器、画像形成装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態における支持基板に対し、支持部によってねじり軸まわりに揺動可能に支持された可動板を備えた揺動体を、駆動手段によって駆動する揺動体装置について説明する。
図１に、本実施形態の揺動体装置を説明する概要図を示す。
図１において、１００は揺動体装置、１０１は振動体、１０２は可動板、１０３はねじりばね、１０５は筐体、１０８は逆止弁である。
本実施形態の揺動体装置１００において、振動系を構成する振動体１０１は、可動板１０２、ねじりばね１０３及び支持部によって構成されている。
【００１３】
つぎに、本実施形態の揺動体装置における振動体の詳細について説明する。
図２に、本実施形態の揺動体装置における振動体を説明する図を示す。
本実施形態の振動体１０１において、可動板１０２やねじりばね１０３は、複数あるものやジンバル型のものなどでもよい。
本実施形態において振動体１０１は、シリコンのエッチング技術を用いて作製することができる。
振動体１０１は、該揺動体の周囲を覆い、減圧封止が可能な構造の筐体を備えている。
すなわち、振動体１０１は減圧封止が可能な構造の筐体１０５で全面を覆われており、これにより気体の外部からの流入が防止される。
振動体１０１の支持部１０４は、筐体１０５に内部で固定されている。
揺動体装置１００は、振動体１０１を駆動する駆動手段１０７（図４参照）を有している。
この駆動手段１０７としては、静電、圧電、電磁、等の手段によるものを用いることができる。
【００１４】
筐体１０５内部は減圧され、一つ以上設けられた逆止弁１０８により密封される。
本実施形態における逆止弁は、流体を一方向に流し、反対方向には流さない働きを持つ逆流防止弁によって構成される。
【００１５】
この逆止弁（逆流防止弁）１０８は、図３に示すような構造のものを用いることができる。
図３（ａ）では左側が筐体１０５内部、図３（ｂ）は下側が筐体１０５内部になる。
図３（ａ）は逆流しようとすると可動部２０１がしまるようになっており、図３（ｂ）でも同様で、可動部２０１が下に下がって入り口を閉じる構造である。
逆止弁１０８の形状はこのような構成に限定されるものではなく、これ以外にも、例えば圧縮袋の口に応用されているような形態のものでもよい。
このような逆止弁（逆流防止弁）によって減圧封止した前記筐体の内部に前記揺動体を配設することによって、該揺動体のジッタが低減される一方、該揺動体の制御性が保持可能に構成することができる。
なお、揺動体の制御性を保持可能に構成するに際しては、実施例１において述べるように、上記筐体の内部を、気圧が１００００Ｐａ以上、５００００Ｐａ以下に減圧された構成とするのが望ましい。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した揺動体装置について説明する。
図４に、本実施例における揺動体装置を説明する概要図を示す。
図４には図１に示した実施形態と同じ構成には同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図４において、１０７は駆動手段、１０８は逆止弁、１０９は磁性体、１１０は光透過部材である。
【００１７】
本実施例において、振動系を構成する振動体１０１は、筐体１０５に覆われている。
この筐体１０５は、一部が光を透過する部材で構成されている。
すなわち、筐体の前面は光透過部材１１０で作製されており、これにより、振動体１０１の可動板１０２の一部に光反射素子をつけておけば、振動体１０１によって光走査系を構成することができる。
筐体１０５は、該筐体の内部から外部に気体を通す逆止弁を一つ以上有する構成を備え、これにより気体は筐体１０５の内部から外部にのみ移動される。
【００１８】
駆動手段１０７は前述したように、静電、圧電、電磁による手段を用いることができるが、より広角に駆動する場合は電磁駆動によるのが望ましい。
この電磁駆動による場合には、振動体１０１を構成する可動板１０２の一部に磁性体１０９を施し、駆動手段１０７から交流磁場をかけることで駆動可能となる。
図４では駆動手段１０７は筐体外部にあるが、内部にあってもよい。内部にある場合には、導線などの電気伝導部を筐体１０５に通せばよい。
また、固定した磁性体と可動板１０２に施したコイルを用いる場合も、同様に駆動可能である。
【００１９】
ここで、筐体１０５内部の気圧は５００００Ｐａ以下とするのが望ましい。
図５に、振動体が設けられている筐体内の圧力と走査ジッタとの関係について説明する図を示す。
図５に示されているように、圧力が下がるにつれて走査ジッタが小さくなるが、ある圧力を越えると、急激にジッタが小さくなる。
圧力が低下すると密度が小さくなり、動粘性係数が大きくなる。流体の運動は粘性に支配されることから、図５のような走査ジッタの変化は、走査ジッタの原因が空気の流れであることを示すものである。
また、走査ジッタが４００００Ｐａ以下の部分で０になっていないのは、殆どが走査ジッタを計測しているセンサのノイズによるものである。
【００２０】
図５のデータにおいて、可動板の寸法は数ｍｍであり、温度は２５℃程度とされている。
本実施形態の揺動体装置は、使用する温度によって、特に温度が高くなると急激にジッタが低下する圧力が、高圧側に移動する。
これは温度が高くなると、気体が膨張し、密度が小さくなるため動粘性係数が大きくなるからである。
このようなことから、本実施形態の揺動体装置において、通常に使用する環境温度の領域から判断して、１００００Ｐａ以上、５００００Ｐａ以下とすることが妥当である。
また、２５℃でも、５００００Ｐａであると、走査ジッタは１気圧時の略１／３程度に低下することから十分にその効果を期待することができる。
【００２１】
気圧が低くなればなるほど走査ジッタは小さくなるが、揺動系のＱ値が高くなる。
Ｑ値が高くなることは共振周波数で駆動する場合は駆動力が小さくなり、効率の良い駆動が可能になるが、環境の変化などにより振動系の共振周波数が変化した場合、必要な駆動力が大きくなり非効率的になる。
また、Ｑ値が高くなることは振動の減衰効果が小さくなることと等価であるから、振動系を制御する際の制御性は悪くなる。
環境変化による共振周波数の僅かな移動量が大きな振幅変動、位相変動につながる。
つまり、振動系の制御との関係においては、気圧が低くなればなるほど良いというものではなく、ジッタが許容できる範囲での大きさの気圧とすることが望まれる。
本実施懈形態らおいては、上記したように、振動体が設けられている筐体内の圧力は、１００００Ｐａ以上、５００００Ｐａ以下とすることが望ましい。
【００２２】
つぎに、筐体内の圧力を上記の範囲とすることについて、更に説明する。
図６に圧力とＱ値の関係を説明する実験データによる図を示す。
Ｑ値は圧力についてほぼ１次の関数として考えてよい。但し、これより圧力が低下すると振動系の形状や運動によってＱ値の圧力変化が異なる。
これは、圧力がこれ以上小さくなると連続体近似は成り立たなくなるためで、このことで振動系の設計がより困難になる。
図６からみて、１００００ＰａではＱ値は大気圧時の３倍、５００００Ｐａでは２倍位になると推定でき、適切な圧力の範囲としては、１００００Ｐａ以上、５００００Ｐａ以下とするのが望ましい。
【００２３】
［実施例２］
本発明の実施例２においては、上記実施例１の揺動体装置における筐体内部の減圧方法について説明する。
本実施例においては、図４に示した実施例１と同じ構成の揺動体装置が用いられる。
本実施例において、上記した可動板を備えた揺動体を、逆止弁を備え減圧封止が可能な構造の筐体の内部に配設し、揺動体を駆動可能に構成した揺動体装置の該筐体内部を減圧する方法として、つぎのような方法を用いることができる。
第１の方法として、前記筐体を高温状態として前記逆止弁を閉じた後、該筐体温度を下げることにより該筐体の内部を減圧する方法を用いることができる。
例えば、揺動体装置１００を高温状態にして逆止弁１０８を閉じて、筐体１０５内部に熱膨張した気体を封じ込める。その後、冷却することで筐体１０５内部の気圧を低下させる。
また、第２の方法として、逆止弁１０８より気体を吸引して、前記筐体１０５の内部を減圧するようにしてもよい。
あるいは、第１の方法と第２の方法による筐体内部の減圧方法を組合わせて用いるようにしてもよい。
【００２４】
［実施例３］
実施例３では、本発明の揺動体装置を適用して構成した光偏向器を用いた画像形成装置の構成例について説明する。
図７に、本実施例における画像形成装置の構成例を説明する概略斜視図を示す。
図７に示す本実施例の画像形成装置において、５３０は本発明の揺動体装置を適用し、上記可動板に設けられた光偏向素子を備えた光偏向器であり、本実施例では入射光を１次元に走査する。
５１０はレーザ光源、５２０はコリメータレンズ、５４０は結合レンズ、５５０はドラム状の感光体である。
【００２５】
本実施例の画像形成装置は、光源と、感光体と、上記の光偏向器と、を有し、前記光源からの光を前記光偏向器により偏向し、前記光の少なくとも一部を、前記感光体上に入射するように構成されている。
さらに具体的に説明すると、光偏向器５３０における揺動体の可動板（図示しない）の一部は、光反射部を備えている。この光反射部は金属薄膜を可動板１０２表面に蒸着したものである。
光源５１０から出射した光は、コリメータレンズ５２０で整形される。
光偏向器５３０によって走査された光はレンズ５４０によりドラム状の感光体５５０上にて結像され、ドラム状の感光体５５０を露光する。
光源５１０から出射した光を変調させることによりドラム状の感光体５５０上に画像が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態における揺動体装置を説明する概要図。
【図２】本発明の実施形態の揺動体装置における振動体を説明する図。
【図３】本発明の実施形態の揺動体装置における逆止弁の構成を説明する図。
【図４】本発明の実施例１における揺動体装置を説明する概要図。
【図５】本発明の実施例１における揺動体装置の圧力と走査ジッタの関係を説明する図。
【図６】本発明の実施例１における揺動体装置の圧力とＱ値の関係を説明する実験データによる図。
【図７】本発明の実施例３における画像形成装置の構成を説明する図。
【符号の説明】
【００２７】
１００：揺動体装置
１０１：振動体
１０２：可動板
１０３：ねじりばね
１０４：支持部
１０５：筐体
１０７：駆動手段
１０８：逆止弁
１０９：磁性体
１１０：光透過部材
２０１：逆止弁の可動部
５１０：光源
５２０：コリメータレンズ
５３０：揺動体装置を用いた光偏向装置（光偏向器）
５４０：レンズ
５５０：感光ドラム
【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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