JP2012113146A - 振動素子、光走査装置、アクチュエータ装置、映像投影装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】振動素子は、基体3と、前記基体3から梁状に設けられた梁部2と、前記梁部2の前記基体3側とは反対の側に設けられたミラー部4とを備え、前記揺動部4の少なくとも一部及び前記梁部2は金属ガラスで一体に形成される。次に、真空中でYAGレーザ10を振動素子のミラー部4に照射して局所的な構造緩和を行う。
【選択図】図7
Description
図1aは、電磁コイル14による交流磁場と磁石12による共振振動を利用して、梁部2を動かす事により梁部2と一体に形成されたミラー部4を揺動させる振動素子30を示す。揺動部であるミラー部4は梁部2の中心を回転軸として揺動して、そのミラー部4の動きにより反射光を走査する。梁部2は、その一端が基体3に固定されている。図1bはミラー部4の断面、図1cは梁部2の断面、図1dはミラー部4が揺動する時の最大変位角度を示したミラー部4の断面図である。なお、このミラー部4の少なくとも一部と梁部2と基体3とは、後で説明するように、本実施形態の各実施例では同じ金属ガラスにより一体に形成されている。この振動素子30における各物理量、振動特性を示す用語と記号を以下のように設定する。
E:梁部2、ミラー部4を構成する材料のヤング率
υ:梁部2、ミラー部4を構成する材料のポアソン比
G:梁部2、ミラー部4を構成する材料の横弾性係数
ρ:梁部2、ミラー部4を構成する材料の密度
τFL:梁部2、ミラー部4を構成する材料の疲労限界
p:ミラー部4の長さ
w:ミラー部4の幅
d:ミラー部4の厚み
L:梁部2の長さ
s:梁部2の幅
t:梁部2の厚み
f:捻り振動の共振周波数
θ:振動素子30の最大捻り角度
K:梁部2のバネ定数
τ:振動時に捻り梁に発生する最大応力
I:梁部2の中心軸周りの振動素子の慣性モーメント
δ:ミラー部4の動的たわみ
τ=Gtθ/L・・・(1)
梁部2に発生する最大応力τは、梁部2を構成する材料の疲労限界τFLよりも小さく設定しなければならない。そうしなければ梁部2は破断するか大きく強度を低下させてしまう。そして、振動素子30の小型化をするために梁部2の長さLを小さくする場合には、梁部2を構成する材料の疲労限界τFLがより高く、横弾性係数Gをより低い材料を選択する方法が求められる。なお、横弾性係数Gはポアソン比υとヤング率Eを用いた以下の式2で求められる。
G=E/2(1+υ)・・・(2)
ポアソン比υは材料によって一定であるので、横弾性係数Gとヤング率Eは比例関係である。つまり材料のヤング率Eが決定すれば、横弾性係数Gも同様に算出する事が出来る。以上のように、振動素子30を小型化するためは梁部2を構成する材料が低ヤング率で、高い疲労限界(高疲労特性)を持つ事が要求される。振動素子30のミラー部4では光走査による揺動でたわみが発生し(動的たわみδ)、反射光を歪めてしまう現象が問題となる。そして、この動的たわみδを概算するための式3は以下の様に示される。
次いで、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
実施例1では、揺動部としてのミラー部、梁部及び基体を含む振動素子をすべて金属ガラスで一体に形成し、ミラー部の中央部分を熱処理することでミラー部の剛性を高め、梁部に熱処理を施さないことで梁部に高い耐疲労特性を確保する。
実施例2では、ミラー部、梁部及び基体を含む振動素子をすべて金属ガラスで一体に形成する点では実施例1と共通するが、実施例2では、ミラー部と梁部との間に中間部を設けている。
実施例3では、ミラー部、梁部及び基体を含む振動素子をすべて金属ガラスで一体に形成する点では実施例1、2と共通するが、実施例3では、ミラー部の全体に熱処理を施している。
実施例4では、ミラー部を台座と光学部材との積層構造とし、ミラー部の台座、梁部及び基体を金属ガラスで一体に形成し、ミラー部の中央部分に対する熱処理と積層構造とによってミラー部の剛性を高めている。
実施例とでは、実施例4と同じく、ミラー部を台座と光学部材との積層構造とし、ミラー部の台座、梁部及び基体を金属ガラスで一体に形成し、ミラー部を積層構造とすることで剛性を高めている。
Au含有組成:Au-Ag-Pd-Cu-Si、Au-Ge-Si
Ca含有組成:Ca-Ag、Ca-Cu-Ag-Mg、Ca-Mg-Cu、Ca-Mg-Zn
Ce含有組成:Ce-Al-Ni-Cu
Co含有組成:Co-(Al,Ga)-(P,B,Si)、Co-(Zr,Hf,Nb)-B、Co-Fe-Si-B-Nb、Co-Fe-Ta-B、Co-Fe-Ta-B-Si、Co-Si-B、Co-Ta-B
Cu含有組成:Cu-(Zr,Hf)-Ti 、Cu-(Zr,Hf)-Ti-(Fe,Co,Ni)、Cu-(Zr,Hf)-Ti-(Y,Be)、Cu-Hf-Ti、Cu-Pd-Zr-Ag-Al、Cu-Zr、Cu-Zr-Al、Cu-Zr-Al-Ag、Cu-Zr-Al-Nb、Cu-Zr-Ti、Cu-Zr-Ti-Co
Fe含有組成:(Fe,Co)-B-Si-Nb、Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)、Fe-(Cr,Mo)-(C,B)-Ln、Fe-(Nb,Cr,Mo)-(C,B)、Fe-(Nb,Mo)-(Al,Ga)-(P,B,Si)、Fe-(Zr,Hf,Nb)-B、Fe-B-Si-Nb、Fe-Co-Ln-B、Fe-Ga-(Cr,Mo)-(P,C,B)、Fe-Ga-(P,B)、Fe-Si-B-Nb、Fe-Si-B-P、Fe-Zr-Y-Co-Mo-Al-B
Hf含有組成:Hf-Al-Ni-Cu、Hf-Al-Ni-Cu-Pd、Hf-Al-Ni-Cu-Pt
La含有組成:La-Al-Ni-Cu、La-Al-Ni-Cu-Co、La-Al-Ni-P、La-Ni-Al
Mg含有組成:Mg-Cu-Gd、Mg-Cu-Y、Mg-Cu-Y-Ag-Pd
Nd含有組成:Nd-Al-Fe-Co
Ni含有組成:Ni-(Nb,Cr,Mo)-(P,B)、Ni-(Nb,Ta)-Zr-Ti、Ni-(Zr,Hf,Nb)-B、Ni-Cu-Ti-Zr-Al、Ni-Nb-Ti-Zr、Ni-Nb-Ti-Zr-Co-Cu、Ni-Si-B、Ni-Ti-Zr-Al
Pd含有組成:Pd-Cu-Ni-P、Pd-Cu-Si、Pd-Ni-Cu-P、Pd-Ni-Fe-P、Pd-Ni-P、Pd-Pt-Cu-P、Pd-Si、Pd-Si-Cu
Pt含有組成:Pt-Cu-Co-P、Pt-Cu-Ni-P、Pt-Cu-P、Pt-Ni-P
Ru含有組成:Ru-Zr-Al、Ru-Zr-Mo
Ti含有組成:(Ti,Zr,Hf)-Cu-Ni-Si、Ti-Cu-(Zr,Hf)-(Co,Ni)、Ti-Cu-Ni-Sn、Ti-Cu-Zr-Pd、Ti-Ni-Cu-B-Si-Sn、Ti-Ni-Cu-Sn、Ti-Zr-Hf-Cu-Ni-Si、Ti-Zr-Cu、Ti-Zr-Ni、Ti-Zr-Fe
Zr含有組成:Zr-Cu-Ag-Al-Pd、Zr-Cu-Ni-Al-Pd、Zr-Cu-Ni-Ag-Al、Zr-Cu-Ni-Al、Zr-Cu-Ni-Al-Ta、Zr-Nb-Cu-Ni-Al、Zr-Ni、Zr-Ti-Cu-Ni-Al、Zr-Ti-Cu-Ni-Be
また、実施例1〜5を、ミラー部4の両端が一対の梁部2の一端と結合され、また、一対の梁部2の他端が基体3に結合されたいわゆる両持ち構造の振動素子30を示した。しかしながら、振動素子30は、1つの基体3に1つの梁部2が結合され、その梁部2にミラー部4が結合された片持ち構造とすることができる。
図19は、振動素子30を備えたアクチュエータ装置の一例を示す概略図であり、図19aは振動子30の概略上面図、図19bは、振動子30を備えたアクチュエータ装置100の断面図である。図19a及び図19bに示すように、アクチュエータ装置100は、振動鏡装置であり、基板110と、この基板110が実装される保持部材120と、振動素子30とを備えている。保持部材120は、基板110の周縁部に沿って環状のフランジ部121が設けられており、その中央部は凹部122を構成している。振動素子30は、凹部122内に実装されており、基板110及び保持部材120とカバー部材140とで構成(区画)される減圧空間150内に配置されている。
本発明の振動素子30を含む画像形成装置に実施形態を、レーザービームプリンター(以下、「LBP」という。)に適用した図20を参照しながら以下に詳細に説明する。図20に示されるように、LBP200は、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、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。露光部210は、画像情報に対応したパルス状のレーザ光Lを発振するためのレーザ光源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のレーザ光源201からのレーザ光Lが振動素子30の揺動体の光反射面を介して照射され、感光ドラム204の回転軸線と平行な方向にレーザ光Lが走査移動する。
本発明の振動素子30をオーバーヘッドプロジェクターなどの映像投影装置300に適用した実施形態について図21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映像投影装置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。
Claims (16)
- 基体と、前記基体から梁状に設けられた梁部と、前記梁部の前記基体側とは反対の側に設けられた揺動部とを備え、
前記揺動部の少なくとも一部及び前記梁部は金属ガラスで一体に形成されている、
ことを特徴とする振動素子。 - 前記揺動部と前記梁部とは機械的特性がそれぞれ異なった部分として機能分離されて一体に形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の振動素子。 - 前記揺動部と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記揺動部は、前記基体、前記梁部及び前記揺動部が配列される方向に沿って、前記梁部との接続部位から所定の距離内に位置する第1領域と前記所定の距離外に位置する第2領域とを含み、
前記揺動部の少なくとも前記第2領域は、前記金属ガラスが結晶化する温度以下の温度の下での熱処理が施され、
前記梁部は、前記熱処理が施されていない、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動素子。 - 前記揺動部と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記揺動部は、前記基体、前記梁部及び前記揺動部が配列される方向に沿って、前記梁部との接続部位から所定の距離内に位置する第1領域と前記所定の距離外に位置する第2領域とを含み、
前記揺動部の少なくとも前記第2領域は、前記金属ガラスのガラス転移温度以下の温度の下での熱処理が施され、
前記梁部は、前記熱処理が施されていない、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動素子。 - 前記揺動部と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記揺動部は、前記梁部よりも高いヤング率を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の振動素子。 - 前記揺動部と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記揺動部は、前記梁部よりも大きな自由体積を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の振動素子。 - 前記揺動部は、台座と、当該台座の一面に接合された光学部材とを含み、
前記揺動部の台座と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動素子。 - 前記台座と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記台座は、前記基体、前記梁部及び前記揺動部が配列される方向に沿って、前記梁部との接続部位から所定の距離内に位置する第1領域と前記所定の距離外に位置する第2領域とを含み、
前記台座の少なくとも前記第2領域は、前記金属ガラスが結晶化する温度以下の温度の下での熱処理が施され、
前記梁部は、前記熱処理が施されていない、
ことを特徴とする請求項7に記載の振動素子。 - 前記台座と前記梁部とは金属ガラスで一体に形成され、
前記台座は、前記基体、前記梁部及び前記揺動部が配列される方向に沿って、前記梁部との接続部位から所定の距離内に位置する第1領域と前記所定の距離外に位置する第2領域とを含み、
前記台座の少なくとも第2領域は、前記金属ガラスのガラス転移温度以下の温度の下での熱処理が施され、
前記梁部は、前記熱処理が施されていない、
ことを特徴とする請求項7に記載の振動素子。 - 前記揺動部及び前記基体は、前記梁部よりも大きな厚さを有する、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の振動素子。 - 前記揺動部は、当該揺動部を挟む一対の前記梁部に結合されている、
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の振動素子。 - 前記揺動部の表面に反射膜が形成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の振動素子。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の振動素子と、前記揺動部を揺動させる駆動部と、光源とを備え、
前記揺動部はミラー面を有し、
前記駆動部により前記揺動部を揺動させ、前記光源からの光を前記ミラー面により走査させる、
ことを特徴とする光走査装置。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の振動素子と、前記揺動部を揺動させる駆動部とを備え、
前記駆動部により前記揺動部を揺動させる、
ことを特徴とするアクチュエータ装置。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の振動素子と、前記揺動部を揺動させる駆動部と、光源とを備え、
前記揺動部はミラー面を有し、
前記駆動部により前記揺動部を揺動させ、前記光源からの光を前記ミラー面により走査させて映像を投影する、
ことを特徴とする映像投影装置。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の振動素子と、前記揺動部を揺動させる駆動部と、光源とを備え、
前記揺動部はミラー面を有し、
前記駆動部により前記揺動部を揺動させ、前記光源からの光を前記ミラー面により走査させて画像を形成する、
ことを特徴とする画像形成装置。
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