アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置
【課題】低コスト化および小型化を図りつつ、可動板をＸ軸およびＸ軸に直交するＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させることのできるアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置を提供すること。
【解決手段】アクチュエータ１は、駆動部材２１１を備える第１の振動系２１と、可動板２２１を備える第２の振動系２２と、駆動部材２１１のＸ軸から離間した位置に設けられた第１の軟磁性体６１と、可動板２２１のＹ軸から離間した位置に設けられたに第２の軟磁性体６２と、第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２に対向するように設けられたコイル６３とを有し、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とが重畳された電圧をコイル６３に印加することにより、可動板２２１をＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させるように構成されている。
【解決手段】アクチュエータ１は、駆動部材２１１を備える第１の振動系２１と、可動板２２１を備える第２の振動系２２と、駆動部材２１１のＸ軸から離間した位置に設けられた第１の軟磁性体６１と、可動板２２１のＹ軸から離間した位置に設けられたに第２の軟磁性体６２と、第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２に対向するように設けられたコイル６３とを有し、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とが重畳された電圧をコイル６３に印加することにより、可動板２２１をＸ軸およびＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、プリンタ等にて光走査により描画を行うための光スキャナとして、２次元的に光を走査する光スキャナが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の光スキャナは、枠状の外側可動板と、この外側可動板をＸ軸まわりに遥動（回動）可能に軸支する１対の第１のトーションバーと、外側可動板の内側に設けられた内側可動板と、この内側可動板をＸ軸に直交するＹ軸まわりに遥動可能に軸支する１対の第２のトーションバーとを備えるスキャナ本体と、外側可動板および内側可動板のそれぞれに設けられた１対の駆動コイルと、スキャナ本体を介して互いに対向するように設けられた１対の永久磁石とを有している。
しかし、このような光スキャナは、光スキャナ本体を介して互いに対向するように１対の永久磁石を設けているため、光スキャナの小型化を図ることが難しい。また、駆動コイルを外側可動板および内側可動板のそれぞれに１つずつ設けているため、低コスト化を図ることが難しい。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３２２２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板をＸ軸およびＸ軸に直交するＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させることのできるアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられた可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させることができるアクチュエータを提供することができる。
【０００６】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から遠位に位置する部位に設けられていることが好ましい。
これにより、同一電圧下では、前記第１の軟磁性体が前記駆動部材の前記Ｘ軸から近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、前記駆動部材を前記Ｘ軸まわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータの省電力化を図りつつ、前記駆動部材の回動角を大きくすることができる。
【０００７】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視して、前記駆動部材の前記Ｙ軸上に設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータの駆動の際に、前記各第１の軸部材が前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のそれぞれの軸に直行する方向へ撓んでしまうことを抑制することができる。つまり、前記各第１の軸部材の前記Ｘ軸まわりの捩れ変形以外の変形を抑制することができる。その結果、円滑に、前記駆動部材を前記Ｘ軸まわりに回動させることができる。
【０００８】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の軟磁性体は、前記駆動部材の前記コイルと対向する面に設けられていることが好ましい。
これにより、前記第１の軟磁性体と前記コイルとの離間距離を短くすることができるため、アクチュエータの小型化および省電力化を図ることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の板面の前記Ｙ軸から遠位に位置する部位に設けられていることが好ましい。
これにより、同一電圧下では、前記第２の軟磁性体が前記可動板の前記Ｙ軸から近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、前記可動板を前記Ｙ軸まわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータの省電力化を図りつつ、前記可動板の回動角を大きくすることができる。
【０００９】
本発明のアクチュエータでは、前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｘ軸上に設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータの駆動の際に、前記各第２の軸部材が前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のそれぞれの軸に直行する方向へ撓んでしまうことを抑制することができる。つまり、前記各第２の軸部材の前記Ｙ軸まわりの捩れ変形以外の変形を抑制することができる。その結果、円滑に、前記可動板を前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。
【００１０】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の軟磁性体は、前記可動板の前記コイルと対向する面に設けられていることが好ましい。
これにより、前記第２の軟磁性体と前記コイルとの離間距離を短くすることができるため、アクチュエータの小型化および省電力化を図ることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記コイルは、前記可動板の平面視にて、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体を囲むように設けられていることが好ましい。
これにより、前記コイル（つまり、１つのコイル）から発生する磁界によって、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体のそれぞれを磁化することができる。その結果、アクチュエータの小型化および低コスト化を図ることができる。
【００１１】
本発明のアクチュエータでは、前記第２の電圧の周波数が前記第２の振動系の共振周波数と等しく、前記第１の電圧の周波数が前記第１の振動系の共振周波数と異なっていることが好ましい。
これにより、極めて円滑に、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の電圧および前記第２の電圧のそれぞれは、パルス状に印加させることが好ましい。
これにより、効果的に、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記可動板は、前記第２の軟磁性体と反対の面に設けられた光反射性を有する光反射部を有していることが好ましい。
これにより、アクチュエータを例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置に備える光学デバイスとして用いることができる。
【００１３】
本発明の光スキャナは、枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、光を２次元的に走査することのできる光スキャナを提供することができる。
【００１４】
本発明の画像形成装置は、枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光スキャナを備えることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、光を２次元的に走査することのできる光スキャナを備えた画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１に示すアクチュエータが備える駆動手段を示すブロック図、図４は、図３に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００１６】
図１および図２に示すように、アクチュエータ１は、第１の振動系２１と第２の振動系２２とを備える基体２と、接合層４を介して基体２を支持する支持基板３と、支持基板３を介して基体２と対向する対向基板５と、第１の振動系２１および第２の振動系２２を駆動させる駆動手段６とを備えている。
図１に示すように、基体２は、枠状の支持部２３と、支持部２３に支持された第１の振動系２１と、第１の振動系２１に支持された第２の振動系２２とを備えている。
【００１７】
第１の振動系２１は、支持部２３の内側に設けられた枠状の駆動部材２１１と、駆動部材２１１を支持部２３に両持ち支持する１対の第１の軸部材２１２、２１３とで構成されている。また、第２の振動系２２は、駆動部材２１１の内側に設けられた可動板２２１と、可動板２２１を駆動部材２１１に両持ち支持する１対の第２の軸部材２２２、２２３とで構成されている。
【００１８】
駆動部材２１１は、図１の平面視（すなわち、可動板２２１の平面視）にて、円環状をなしている。ただし、駆動部材２１１の形状は、枠状をなしていれば、特に限定されない。そして、この駆動部材２１１の下面には、後述する第１の軟磁性体６１が固着されている。このような駆動部材２１１は、１対の第１の軸部材２１２、２１３によって支持部２３に両持ち支持されている。
【００１９】
第１の軸部材２１２、２１３は、それぞれ、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第１の軸部材２１２、２１３は、それぞれ、駆動部材２１１を支持部２３に対して回動可能とするように、駆動部材２１１と支持部２３とを連結している。このような第１の軸部材２１２、２１３は、互いに同軸的に設けられており、この軸（以下、「回動中心軸Ｘ」という）を中心として、駆動部材２１１が支持部２３に対して回動するように構成されている。
【００２０】
駆動部材２１１の内側に形成された可動板２２１は、図１の平面視にて、円状をなしている。だたし、可動板２２１の形状は、特に限定されず、例えば、図１の平面視にて、楕円形状をなしていてもよし、四角形状をなしていてもよい。この可動板２２１の上面には、光反射性を有する光反射部２２１ａが形成されている。一方、可動板２２１の下面には、後述する第２の軟磁性体６２が固着されている。この可動板２２１は、１対の第２の軸部材２２２、２２３によって、駆動部材２１１に両持ち支持されている。
【００２１】
第２の軸部材２２２、２２３は、それぞれ、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第２の軸部材２２２、２２３は、それぞれ、可動板２２１を駆動部材２１１に対して回動可能とするように、可動板２２１と駆動部材２１１とを連結している。このような第２の軸部材２２２、２２３は、互いに同軸的に設けられており、この軸（以下、「回動中心軸Ｙ」という）を中心として、可動板２２１が駆動部材２１１に対して回動するように構成されている。
【００２２】
図１に示すように、回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとは、互いに直交する軸である。すなわち、回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとのなす角は、９０度である。また、駆動部材２１１および可動板２２１のそれぞれの中心は、図１の平面視にて、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙの交点上に位置している。なお、以下、説明の便宜上、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙの交点を「交点Ｇ」ともいう。
【００２３】
このような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、可動板２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とが一体的に形成されている。シリコンを主材料とすることで、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理（加工）が可能であり、アクチュエータ１の小型化を図ることができる。
【００２４】
なお、基体２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、可動板２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とを形成したものであってもよい。その際、可動板２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とが一体的となるように、これらを積層構造基板の１つの層で構成するのが好ましい。
【００２５】
図２に示すように、以上のような基体２は、接合層４を介して支持基板３と接合している。このような支持基板３は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。支持基板３は、可動板２２１の平面視にて、支持部２３とほぼ同一形状をなしている（すなわち、枠状をなしている）。ただし、支持基板３の形状については、基体２を支持することができれば、特に限定されない。また、支持部２３の形状などによっては、支持基板３を省略してもよい。
支持基板３と基体２との間に形成された接合層４は、例えば、ガラス、シリコン、またはＳｉＯ２を主材料として構成されている。ただし、このような接合層４は、省略してもよい。すなわち、基体２と支持基板３とが直接接合されているものであってよい。
【００２６】
図２に示すように、支持基板３を介して、基体２と対向するように対向基板５が設けられている。このような対向基板５は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。対向基板５の上面には、第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２のそれぞれを磁化するためのコイル６３が設けられている。このコイル６３は、電圧印加手段６４と電気的に接続されている。そして、第１の軟磁性体６１と、第２の軟磁性体６２と、コイル６３と、電圧印加手段６４とで駆動手段６を構成している。
第１の軟磁性体６１は、図１の平面視にて、円形状をなしている。ただし、第１の軟磁性体６１の形状については、特に限定されず、図１の平面視にて、楕円形状をなしていてもよいし、四角形状をなしていてもよい。
【００２７】
図１に示すように、第１の軟磁性体６１は、駆動部材２１１の下面に固着されている。つまり、第１の軟磁性体６１は、駆動部材２１１のコイル６３と対向する面に固着されている。これにより、第１の軟磁性体６１とコイル６３との離間距離を短くすることができるため、アクチュエータ１の小型化および省電力化を図ることができる。
また、第１の軟磁性体６１は、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘから遠位に位置する部位に固着されている。これにより、同一電圧下では、第１の軟磁性体６１が駆動部材２１１の回動中心軸Ｘから近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、駆動部材２１１を回動中心軸Ｘまわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータ１の省電力化を図りつつ、駆動部材２１１の回動角を大きくすることができる。
【００２８】
また、第１の軟磁性体６１は、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｙ上に位置する部位に固着されている。言い換えれば、第１の軟磁性体６１は、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘ方向の中央部に固着されている。これにより、アクチュエータ１の駆動の際に、第１の軸部材２１２、２１３が回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に直行する方向へ撓んでしまうことを抑制することができる。つまり、第１の軸部材２１２、２１３の回動中心軸Ｘまわりの捩れ変形以外の変形を抑制することができる。その結果、円滑に、駆動部材２１１を回動中心軸Ｘまわりに回動させることができ、アクチュエータ１は、所望の振動特性を発揮することができる。
【００２９】
以上、第１の軟磁性体６１について説明したが、第１の軟磁性体６１を磁化することで、駆動部材２１１を回動中心軸Ｘまわりに回動させることができれば、第１の軟磁性体６１の配置は、特に限定されない。例えば、第１の軟磁性体６１は、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘから近位に位置する部位に固着されていてもよいし、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘ方向の端部に固着されていてもよい。また、第１の軟磁性体６１が駆動部材２１１の上面に固着されていてもよい。
【００３０】
一方、可動板２２１に固着されている第２の軟磁性体６２は、図１の平面視にて、円形状をなしている。ただし、第２の軟磁性体６２の形状については、特に限定されず、平面視にて楕円形状をなしていてもよいし、四角形状をなしていてもよい。
図１に示すように、第２の軟磁性体６２は、可動板２２１の下面に固着されている。つまり、第２の軟磁性体６２は、可動板２２１のコイル６３と対向する面に固着されている。これにより、第２の軟磁性体６２とコイル６３との離間距離を短くすることができるため、アクチュエータ１の小型化および省電力化を図ることができる。また、第１の軟磁性体６１は、第１の軟磁性体６１が固着されている面と同じ側の面に固着されているため、アクチュエータ１の製造の簡易化を図ることができる。また、第２の軟磁性体６２は、可動板２２１の光反射部２２１ａと反対の面に固着されているため、第２の軟磁性体６２によって、光反射部２２１ａによる光走査が阻害されてしまうことを確実に防止することができる。
【００３１】
また、第２の軟磁性体６２は、図１の平面視にて、可動板２２１の回動中心軸Ｙから遠位に位置する部位に固着されている。これにより、同一電圧下では、第２の軟磁性体６２が可動板２２１の回動中心軸Ｙから近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータ１の省電力化を図りつつ、可動板２２１の回動角を大きくすることができる。
【００３２】
また、第２の軟磁性体６２は、図１の平面視にて、可動板２２１の回動中心軸Ｘ上に位置する部位に固着されている。言い換えれば、第２の軟磁性体６２は、図１の平面視にて、可動板２２１の回動中心軸Ｙ方向の中央部に固着されている。これにより、アクチュエータ１の駆動の際に、第２の軸部材２２２、２２３が回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に直行する方向へ撓んでしまうことを抑制することができる。つまり、第２の軸部材２２２、２２３の回動中心軸Ｙまわりの捩れ変形以外の変形を抑制することができる。その結果、円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができ、アクチュエータ１は、所望の振動特性を発揮することができる。
【００３３】
以上、第２の軟磁性体６２について説明したが、第２の軟磁性体６２を磁化することで、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができれば、第２の軟磁性体６２の配置は、特に限定されない。例えば、第２の軟磁性体６２は、図１の平面視にて、可動板２２１の回動中心軸Ｙから近位に位置する部位に固着されていてもよいし、可動板２２１の回動中心軸Ｙ方向の端部に固着されていてもよい。また、第１の軟磁性体６１が可動板２２１の上面に固着されていてもよい。
このような第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２は、それぞれ、軟磁性材料を主材料として構成されている。このような軟磁性材料としては、特に限定されず、Ｆｅ、各種Ｆｅ合金（ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト）などを好適に用いることできる。
【００３４】
図１の平面視にて、このような第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２を囲むようにコイル６３が形成されている。これにより、コイル６３（つまり、１つのコイル）から発生する磁界によって、第１の軟磁性体６１と第２の軟磁性体６２とを磁化することができる。その結果、アクチュエータ１の小型化および低コスト化を図ることができる。
このようなコイル６３は、電圧印加手段６４と電気的に接続されている。そして、電圧印加手段６４によってコイル６３に電圧を印加することで、コイル６３から回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に直交する方向の磁束を有する磁界が発生する。そして、コイル６３から発生した磁界によって磁化された第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２は、それぞれ、コイル６３に引き付けられる。
【００３５】
図３に示すように、電圧印加手段６４は、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに回動させるための第１の電圧Ｖ１を発生させる第１の電圧発生部６４１と、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させるための第２の電圧Ｖ２を発生させる第２の電圧発生部６４２と、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳し、その電圧をコイル６３に印加する電圧重畳部６４３とを備えている。
【００３６】
第１の電圧発生部６４１は、図４（ａ）に示すように、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の電圧Ｖ１（垂直走査用電圧）を発生させるものである。すなわち、第１の電圧発生部６４１は、周波数（１／Ｔ１）の第１の電圧Ｖ１を発生させるものである。
第１の電圧Ｖ１は、パルス状に印加されている。このような第１の電圧Ｖ１により、アクチュエータ１は、効果的に光を垂直走査（副走査）することができる。すなわち、効果的に、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに回動させることができる。だたし、第１の電圧Ｖ１のそれぞれの波形は、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに回動させることができれば、これに限定されない。
【００３７】
ここで、第１の電圧Ｖ１の周波数（１／Ｔ１）は、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、３０〜８０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。また、本実施形態では、第１の電圧Ｖ１の周波数は、駆動部材２１１と１対の第１の軸部材２１２、２１３とで構成された第１の振動系２１のねじり共振周波数と異なる値に調整されている。
【００３８】
一方、第２の電圧発生部６４２は、図４（ｂ）に示すように、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の電圧Ｖ２（水平走査用電圧）を発生させるものである。すなわち、第２の電圧発生部６４２は、周波数（１／Ｔ２）の第２の電圧Ｖ２を発生させるものである。
第２の電圧Ｖ２は、パルス状に印加されている。このような第２の電圧Ｖ２により、アクチュエータ１は、効果的に光を水平走査（主走査）することができる。すなわち、効果的に、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができる。だたし、第２の電圧Ｖ２の波形は、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができれば、これに限定されない。
【００３９】
ここで、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第１の電圧Ｖ１の周波数と異なり、かつ、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。第２の電圧Ｖ２の周波数を１０〜４０ｋＨｚとし、第１の電圧Ｖ１の周波数を６０Ｈｚ程度とすることで、円滑に、かつ、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。
【００４０】
このように、第２の電圧Ｖ２の周波数を第１の電圧Ｖ１の周波数の１００〜１０００倍とすることで、円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。ただし、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができれば、第１の電圧Ｖ１の周波数と第２の電圧Ｖ２の周波数と関係（大きさの比）は、特に限定されない。
【００４１】
この第２の電圧Ｖ２の周波数は、可動板２２１と１対の第２の軸部材２２２、２２３とで構成された第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しくなるように調整されている。つまり、第２の振動系２２は、そのねじり共振周波数が水平走査に適した周波数になるように設計（製造）されている。これにより、可動板２２１の回動中心軸Ｙまわりの回動角を大きくすることができる。
【００４２】
また、第１の振動系２１の共振周波数をｆ１［Ｈｚ］とし、第２の振動系２２の共振周波数をｆ２［Ｈｚ］としたとき、ｆ１とｆ２とが、ｆ２＞ｆ１の関係を満たすことが好ましく、ｆ２≧１０ｆ１の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、回動中心軸Ｙまわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。
このような第１の電圧発生部６４１および第２の電圧発生部６４２は、それぞれ、制御部７に接続され、この制御部７からの信号に基づき駆動する。また、第１の電圧発生部６４１および第２の電圧発生部６４２には、電圧重畳部６４３が接続されている。
電圧重畳部６４３は、コイル６３に電圧を印加するための加算器６４３ａを備えている。加算器６４３ａは、第１の電圧発生部６４１から第１の電圧Ｖ１を受けるとともに、第２の電圧発生部６４２から第２の電圧Ｖ２を受け、これらを重畳しコイル６３に印加するようになっている。
【００４３】
以上のような構成のアクチュエータ１は、次のようにして駆動する。
なお、本実施形態では、前述したように、第１の電圧Ｖ１の周波数は、第１の振動系２１のねじり共振周波数と異なる値に設定されており、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しく、かつ、第１の電圧Ｖ１の周波数よりも大きくなるように設定されている（例えば、第１の電圧Ｖ１の周波数が６０Ｈｚで、第２の電圧Ｖ２の周波数が１５ｋＨｚ）。
【００４４】
例えば、図４（ａ）に示すような第１の電圧Ｖ１と図４（ｂ）に示すような第２の電圧Ｖ２とを重畳してコイル６３に印加する（この重畳された電圧を「電圧Ｖ３」ともいう）。
すると、電圧Ｖ３のうちの第１の電圧Ｖ１に対応する電圧によって、駆動部材２１１の第１の軟磁性体６１付近をコイル６３に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ」という）が間欠的に発生する。
【００４５】
ここで、図１の平面視にて、第１の軟磁性体６１は、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘから離間した部位に固着されている。そのため、磁界Ａが間欠的に発生することで、第１の軸部材２１２、２１３を捩れ変形させつつ、駆動部材２１１が可動板２２１とともに、第１の電圧Ｖ１の周波数で回動中心軸Ｘまわりに回動する。
なお、第１の電圧Ｖ１の周波数は、第２の電圧Ｖ２の周波数に比べて極めて低く設定されている。また、第１の振動系２１の共振周波数は、第２の振動系２２の共振周波数よりも低く設計されている（例えば、第２の振動系２２の共振周波数の１／１０以下）。つまり、第１の振動系２１は、第２の振動系２２よりも振動しやすいように設計されているため、第１の電圧Ｖ１によって回動中心軸Ｘまわりに回動する。すなわち、第２の電圧Ｖ２によって、駆動部材２１１が回動中心軸Ｘまわりに回動してしまうことを防止することができる。
【００４６】
一方、電圧Ｖ３のうちの第２の電圧Ｖ２に対応する電圧によって、可動板２２１の第２の軟磁性体６２付近をコイル６３に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ」という）が間欠的に発生する。
ここで、図１の平面視にて、第２の軟磁性体６２は、可動板２２１の回動中心軸Ｙから離間した部位に固着されている。そのため、磁界Ｂが間欠的に発生することで、第２の軸部材２２２、２２３を捩れ変形させつつ、可動板２２１が第２の電圧Ｖ２の周波数で回動中心軸Ｙまわりに回動する。
【００４７】
なお、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しい。そのため、第２の電圧Ｖ２によって、支配的に、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができる。つまり、第１の電圧Ｖ１によって、可動板２２１が回動中心軸Ｙまわりに回動してしまうことを防止することができる。
以上より、アクチュエータ１にあっては、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳させた電圧Ｖ３をコイル６３に印加することで、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、回動中心軸Ｙまわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。これにより、低コスト化および小型化を図るとともに、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。
【００４８】
また、このようなアクチュエータ１では、第１の電圧Ｖ１および第２の電圧Ｖ２を適宜変更することで、基体２、第１の軟磁性体６１、第２の軟磁性体６２などの設計を変更することなく、所望の振動特性を得ることができる。
また、基体２に第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２を固着し、第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２に対向するようにコイル６３を設けることで、通電によってコイル６３から発生する熱による基体２の熱膨張を抑制することができる。すなわち、アクチュエータ１は、長時間の連続使用であっても、所望の振動特性を発揮することができる。
【００４９】
以上説明したようなアクチュエータ１は、光反射部２２１ａを備えているため、例えば、加速度センサ、角速度センサなどのＭＥＭＳ応用センサや、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置に備える光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどの光学デバイスに用いることができる。なお、本発明の光スキャナは、前述したアクチュエータと同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００５０】
ここで、図５に基づき、画像形成装置の一例として、アクチュエータ１をイメージング用ディスプレイの光スキャナとして用いた場合を説明する。なお、スクリーンＳの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。また、回動中心軸ＸがスクリーンＳの横方向と平行であり、回動中心軸ＹがスクリーンＳの縦方向と平行である。
【００５１】
画像形成装置（プロジェクタ）９は、レーザーなどの光を照出する光源装置９１と、複数のダイクロイックミラー９２、９２、９２と、アクチュエータ１とを有している。
光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。
各ダイクロイックミラー９２は、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
【００５２】
このようなプロジェクタ９は、図示しないホストコンピュータからの画像情報に基づいて、光源装置９１（赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３）から照出された光をダイクロイックミラー９２で合成し、この合成された光がアクチュエータ１によって２次元走査され、スクリーンＳ上でカラー画像を形成するように構成されている。
【００５３】
２次元走査の際、アクチュエータ１の可動板２２１の、回動中心軸Ｙまわりの回動により光反射部２２１ａで反射した光がスクリーンＳの横方向に走査（主走査）される。一方、アクチュエータ１の可動板２２１の、回動中心軸Ｘまわりの回動により光反射部２２１ａで反射した光がスクリーンＳの縦方向に走査（副走査）される。
なお、図５中では、ダイクロイックミラー９２で合成された光をアクチュエータ１によって２次元的に走査した後、その光を固定ミラーＭで反射させてからスクリーンＳに画像を形成するように構成されているが、固定ミラーＭを省略し、アクチュエータ１によって２次元的に走査された光を直接スクリーンＳに照射してもよい。
【００５４】
以上、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
【００５５】
また、前述した実施形態では、アクチュエータは、Ｙ軸およびＸ軸のそれぞれの軸に対しほぼ対称な形状をなしているが、非対称であってもよい。
また、前述した実施形態では、駆動部材に１つの第１の軟磁性体が固着されており、可動板２２１に１つの第２の軟磁性体が固着されているものについて説明したが、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができれば、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体の数は、特に限定されない。
【００５６】
また、前述した実施形態では、コイルは、可動板の平面視にて、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体を囲むように形成されていたが、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体のそれぞれを磁化することができれば、特に限定されず、例えば、可動板の平面視にて、駆動部材２１１を囲むように形成されていてもよい。このようにコイルを形成することで、駆動部材および可動板のそれぞれとコイルとの接触を確実に防止することができるため、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体とコイルとをより接近させることができる。その結果、アクチュエータの小型化および省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すアクチュエータが備える駆動手段の電圧印加手段を示すブロック図である。
【図４】図３に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。
【図５】本発明の画像形成装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１‥‥‥アクチュエータ ２‥‥‥基体 ２１‥‥‥第１の振動系 ２１１‥‥‥駆動部材 ２１２、２１３‥‥‥第１の軸部材 ２２‥‥‥第２の振動系 ２２１‥‥‥可動板 ２２１ａ‥‥‥光反射部 ２２２、２２３‥‥‥第２の軸部材 ２３‥‥‥支持部 ３‥‥‥支持基板 ４‥‥‥接合層 ５‥‥‥対向基板 ６‥‥‥駆動手段 ６１‥‥‥第１の軟磁性体 ６２‥‥‥第２の軟磁性体 ６３‥‥‥コイル ６４‥‥‥電圧印加手段 ６４１‥‥‥第１の電圧発生部 ６４２‥‥‥第２の電圧発生部 ６４３‥‥‥電圧重畳部 ６４３ａ‥‥‥加算器 ７‥‥‥制御部 ９‥‥‥画像形成装置（プロジェクタ） ９１‥‥‥光源装置 ９１１‥‥‥赤色光源装置 ９１２‥‥‥青色光源装置 ９１３‥‥‥緑色光源装置 ９２‥‥‥ダイクロイックミラー Ｍ‥‥‥固定ミラー Ｓ‥‥‥スクリーン Ｘ、Ｙ‥‥‥回動中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、プリンタ等にて光走査により描画を行うための光スキャナとして、２次元的に光を走査する光スキャナが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の光スキャナは、枠状の外側可動板と、この外側可動板をＸ軸まわりに遥動（回動）可能に軸支する１対の第１のトーションバーと、外側可動板の内側に設けられた内側可動板と、この内側可動板をＸ軸に直交するＹ軸まわりに遥動可能に軸支する１対の第２のトーションバーとを備えるスキャナ本体と、外側可動板および内側可動板のそれぞれに設けられた１対の駆動コイルと、スキャナ本体を介して互いに対向するように設けられた１対の永久磁石とを有している。
しかし、このような光スキャナは、光スキャナ本体を介して互いに対向するように１対の永久磁石を設けているため、光スキャナの小型化を図ることが難しい。また、駆動コイルを外側可動板および内側可動板のそれぞれに１つずつ設けているため、低コスト化を図ることが難しい。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３２２２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、低コスト化および小型化を図りつつ、可動板をＸ軸およびＸ軸に直交するＹ軸のそれぞれの軸まわりに回動させることのできるアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられた可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させることができるアクチュエータを提供することができる。
【０００６】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から遠位に位置する部位に設けられていることが好ましい。
これにより、同一電圧下では、前記第１の軟磁性体が前記駆動部材の前記Ｘ軸から近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、前記駆動部材を前記Ｘ軸まわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータの省電力化を図りつつ、前記駆動部材の回動角を大きくすることができる。
【０００７】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視して、前記駆動部材の前記Ｙ軸上に設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータの駆動の際に、前記各第１の軸部材が前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のそれぞれの軸に直行する方向へ撓んでしまうことを抑制することができる。つまり、前記各第１の軸部材の前記Ｘ軸まわりの捩れ変形以外の変形を抑制することができる。その結果、円滑に、前記駆動部材を前記Ｘ軸まわりに回動させることができる。
【０００８】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の軟磁性体は、前記駆動部材の前記コイルと対向する面に設けられていることが好ましい。
これにより、前記第１の軟磁性体と前記コイルとの離間距離を短くすることができるため、アクチュエータの小型化および省電力化を図ることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の板面の前記Ｙ軸から遠位に位置する部位に設けられていることが好ましい。
これにより、同一電圧下では、前記第２の軟磁性体が前記可動板の前記Ｙ軸から近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、前記可動板を前記Ｙ軸まわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータの省電力化を図りつつ、前記可動板の回動角を大きくすることができる。
【０００９】
本発明のアクチュエータでは、前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｘ軸上に設けられていることが好ましい。
これにより、アクチュエータの駆動の際に、前記各第２の軸部材が前記Ｘ軸および前記Ｙ軸のそれぞれの軸に直行する方向へ撓んでしまうことを抑制することができる。つまり、前記各第２の軸部材の前記Ｙ軸まわりの捩れ変形以外の変形を抑制することができる。その結果、円滑に、前記可動板を前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。
【００１０】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の軟磁性体は、前記可動板の前記コイルと対向する面に設けられていることが好ましい。
これにより、前記第２の軟磁性体と前記コイルとの離間距離を短くすることができるため、アクチュエータの小型化および省電力化を図ることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記コイルは、前記可動板の平面視にて、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体を囲むように設けられていることが好ましい。
これにより、前記コイル（つまり、１つのコイル）から発生する磁界によって、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体のそれぞれを磁化することができる。その結果、アクチュエータの小型化および低コスト化を図ることができる。
【００１１】
本発明のアクチュエータでは、前記第２の電圧の周波数が前記第２の振動系の共振周波数と等しく、前記第１の電圧の周波数が前記第１の振動系の共振周波数と異なっていることが好ましい。
これにより、極めて円滑に、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、前記第１の電圧および前記第２の電圧のそれぞれは、パルス状に印加させることが好ましい。
これにより、効果的に、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記可動板は、前記第２の軟磁性体と反対の面に設けられた光反射性を有する光反射部を有していることが好ましい。
これにより、アクチュエータを例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置に備える光学デバイスとして用いることができる。
【００１３】
本発明の光スキャナは、枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成されていることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、光を２次元的に走査することのできる光スキャナを提供することができる。
【００１４】
本発明の画像形成装置は、枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光スキャナを備えることを特徴とする。
これにより、低コスト化および小型化を図りつつ、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、光を２次元的に走査することのできる光スキャナを備えた画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１に示すアクチュエータが備える駆動手段を示すブロック図、図４は、図３に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００１６】
図１および図２に示すように、アクチュエータ１は、第１の振動系２１と第２の振動系２２とを備える基体２と、接合層４を介して基体２を支持する支持基板３と、支持基板３を介して基体２と対向する対向基板５と、第１の振動系２１および第２の振動系２２を駆動させる駆動手段６とを備えている。
図１に示すように、基体２は、枠状の支持部２３と、支持部２３に支持された第１の振動系２１と、第１の振動系２１に支持された第２の振動系２２とを備えている。
【００１７】
第１の振動系２１は、支持部２３の内側に設けられた枠状の駆動部材２１１と、駆動部材２１１を支持部２３に両持ち支持する１対の第１の軸部材２１２、２１３とで構成されている。また、第２の振動系２２は、駆動部材２１１の内側に設けられた可動板２２１と、可動板２２１を駆動部材２１１に両持ち支持する１対の第２の軸部材２２２、２２３とで構成されている。
【００１８】
駆動部材２１１は、図１の平面視（すなわち、可動板２２１の平面視）にて、円環状をなしている。ただし、駆動部材２１１の形状は、枠状をなしていれば、特に限定されない。そして、この駆動部材２１１の下面には、後述する第１の軟磁性体６１が固着されている。このような駆動部材２１１は、１対の第１の軸部材２１２、２１３によって支持部２３に両持ち支持されている。
【００１９】
第１の軸部材２１２、２１３は、それぞれ、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第１の軸部材２１２、２１３は、それぞれ、駆動部材２１１を支持部２３に対して回動可能とするように、駆動部材２１１と支持部２３とを連結している。このような第１の軸部材２１２、２１３は、互いに同軸的に設けられており、この軸（以下、「回動中心軸Ｘ」という）を中心として、駆動部材２１１が支持部２３に対して回動するように構成されている。
【００２０】
駆動部材２１１の内側に形成された可動板２２１は、図１の平面視にて、円状をなしている。だたし、可動板２２１の形状は、特に限定されず、例えば、図１の平面視にて、楕円形状をなしていてもよし、四角形状をなしていてもよい。この可動板２２１の上面には、光反射性を有する光反射部２２１ａが形成されている。一方、可動板２２１の下面には、後述する第２の軟磁性体６２が固着されている。この可動板２２１は、１対の第２の軸部材２２２、２２３によって、駆動部材２１１に両持ち支持されている。
【００２１】
第２の軸部材２２２、２２３は、それぞれ、長手形状をなしており、弾性変形可能である。第２の軸部材２２２、２２３は、それぞれ、可動板２２１を駆動部材２１１に対して回動可能とするように、可動板２２１と駆動部材２１１とを連結している。このような第２の軸部材２２２、２２３は、互いに同軸的に設けられており、この軸（以下、「回動中心軸Ｙ」という）を中心として、可動板２２１が駆動部材２１１に対して回動するように構成されている。
【００２２】
図１に示すように、回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとは、互いに直交する軸である。すなわち、回動中心軸Ｘと回動中心軸Ｙとのなす角は、９０度である。また、駆動部材２１１および可動板２２１のそれぞれの中心は、図１の平面視にて、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙの交点上に位置している。なお、以下、説明の便宜上、回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙの交点を「交点Ｇ」ともいう。
【００２３】
このような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、可動板２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とが一体的に形成されている。シリコンを主材料とすることで、優れた回動特性を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、微細な処理（加工）が可能であり、アクチュエータ１の小型化を図ることができる。
【００２４】
なお、基体２は、ＳＯＩ基板等の積層構造を有する基板から、可動板２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とを形成したものであってもよい。その際、可動板２２１と、第２の軸部材２２２、２２３と、駆動部材２１１と、第１の軸部材２１２、２１３と、支持部２３とが一体的となるように、これらを積層構造基板の１つの層で構成するのが好ましい。
【００２５】
図２に示すように、以上のような基体２は、接合層４を介して支持基板３と接合している。このような支持基板３は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。支持基板３は、可動板２２１の平面視にて、支持部２３とほぼ同一形状をなしている（すなわち、枠状をなしている）。ただし、支持基板３の形状については、基体２を支持することができれば、特に限定されない。また、支持部２３の形状などによっては、支持基板３を省略してもよい。
支持基板３と基体２との間に形成された接合層４は、例えば、ガラス、シリコン、またはＳｉＯ２を主材料として構成されている。ただし、このような接合層４は、省略してもよい。すなわち、基体２と支持基板３とが直接接合されているものであってよい。
【００２６】
図２に示すように、支持基板３を介して、基体２と対向するように対向基板５が設けられている。このような対向基板５は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。対向基板５の上面には、第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２のそれぞれを磁化するためのコイル６３が設けられている。このコイル６３は、電圧印加手段６４と電気的に接続されている。そして、第１の軟磁性体６１と、第２の軟磁性体６２と、コイル６３と、電圧印加手段６４とで駆動手段６を構成している。
第１の軟磁性体６１は、図１の平面視にて、円形状をなしている。ただし、第１の軟磁性体６１の形状については、特に限定されず、図１の平面視にて、楕円形状をなしていてもよいし、四角形状をなしていてもよい。
【００２７】
図１に示すように、第１の軟磁性体６１は、駆動部材２１１の下面に固着されている。つまり、第１の軟磁性体６１は、駆動部材２１１のコイル６３と対向する面に固着されている。これにより、第１の軟磁性体６１とコイル６３との離間距離を短くすることができるため、アクチュエータ１の小型化および省電力化を図ることができる。
また、第１の軟磁性体６１は、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘから遠位に位置する部位に固着されている。これにより、同一電圧下では、第１の軟磁性体６１が駆動部材２１１の回動中心軸Ｘから近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、駆動部材２１１を回動中心軸Ｘまわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータ１の省電力化を図りつつ、駆動部材２１１の回動角を大きくすることができる。
【００２８】
また、第１の軟磁性体６１は、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｙ上に位置する部位に固着されている。言い換えれば、第１の軟磁性体６１は、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘ方向の中央部に固着されている。これにより、アクチュエータ１の駆動の際に、第１の軸部材２１２、２１３が回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に直行する方向へ撓んでしまうことを抑制することができる。つまり、第１の軸部材２１２、２１３の回動中心軸Ｘまわりの捩れ変形以外の変形を抑制することができる。その結果、円滑に、駆動部材２１１を回動中心軸Ｘまわりに回動させることができ、アクチュエータ１は、所望の振動特性を発揮することができる。
【００２９】
以上、第１の軟磁性体６１について説明したが、第１の軟磁性体６１を磁化することで、駆動部材２１１を回動中心軸Ｘまわりに回動させることができれば、第１の軟磁性体６１の配置は、特に限定されない。例えば、第１の軟磁性体６１は、図１の平面視にて、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘから近位に位置する部位に固着されていてもよいし、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘ方向の端部に固着されていてもよい。また、第１の軟磁性体６１が駆動部材２１１の上面に固着されていてもよい。
【００３０】
一方、可動板２２１に固着されている第２の軟磁性体６２は、図１の平面視にて、円形状をなしている。ただし、第２の軟磁性体６２の形状については、特に限定されず、平面視にて楕円形状をなしていてもよいし、四角形状をなしていてもよい。
図１に示すように、第２の軟磁性体６２は、可動板２２１の下面に固着されている。つまり、第２の軟磁性体６２は、可動板２２１のコイル６３と対向する面に固着されている。これにより、第２の軟磁性体６２とコイル６３との離間距離を短くすることができるため、アクチュエータ１の小型化および省電力化を図ることができる。また、第１の軟磁性体６１は、第１の軟磁性体６１が固着されている面と同じ側の面に固着されているため、アクチュエータ１の製造の簡易化を図ることができる。また、第２の軟磁性体６２は、可動板２２１の光反射部２２１ａと反対の面に固着されているため、第２の軟磁性体６２によって、光反射部２２１ａによる光走査が阻害されてしまうことを確実に防止することができる。
【００３１】
また、第２の軟磁性体６２は、図１の平面視にて、可動板２２１の回動中心軸Ｙから遠位に位置する部位に固着されている。これにより、同一電圧下では、第２の軟磁性体６２が可動板２２１の回動中心軸Ｙから近位に位置する部位に設けられている場合に比べて、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させる力が大きくなる。そのため、アクチュエータ１の省電力化を図りつつ、可動板２２１の回動角を大きくすることができる。
【００３２】
また、第２の軟磁性体６２は、図１の平面視にて、可動板２２１の回動中心軸Ｘ上に位置する部位に固着されている。言い換えれば、第２の軟磁性体６２は、図１の平面視にて、可動板２２１の回動中心軸Ｙ方向の中央部に固着されている。これにより、アクチュエータ１の駆動の際に、第２の軸部材２２２、２２３が回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に直行する方向へ撓んでしまうことを抑制することができる。つまり、第２の軸部材２２２、２２３の回動中心軸Ｙまわりの捩れ変形以外の変形を抑制することができる。その結果、円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができ、アクチュエータ１は、所望の振動特性を発揮することができる。
【００３３】
以上、第２の軟磁性体６２について説明したが、第２の軟磁性体６２を磁化することで、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができれば、第２の軟磁性体６２の配置は、特に限定されない。例えば、第２の軟磁性体６２は、図１の平面視にて、可動板２２１の回動中心軸Ｙから近位に位置する部位に固着されていてもよいし、可動板２２１の回動中心軸Ｙ方向の端部に固着されていてもよい。また、第１の軟磁性体６１が可動板２２１の上面に固着されていてもよい。
このような第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２は、それぞれ、軟磁性材料を主材料として構成されている。このような軟磁性材料としては、特に限定されず、Ｆｅ、各種Ｆｅ合金（ケイ素鉄、パーマロイ、アモルファス、センダスト）などを好適に用いることできる。
【００３４】
図１の平面視にて、このような第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２を囲むようにコイル６３が形成されている。これにより、コイル６３（つまり、１つのコイル）から発生する磁界によって、第１の軟磁性体６１と第２の軟磁性体６２とを磁化することができる。その結果、アクチュエータ１の小型化および低コスト化を図ることができる。
このようなコイル６３は、電圧印加手段６４と電気的に接続されている。そして、電圧印加手段６４によってコイル６３に電圧を印加することで、コイル６３から回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸に直交する方向の磁束を有する磁界が発生する。そして、コイル６３から発生した磁界によって磁化された第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２は、それぞれ、コイル６３に引き付けられる。
【００３５】
図３に示すように、電圧印加手段６４は、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに回動させるための第１の電圧Ｖ１を発生させる第１の電圧発生部６４１と、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させるための第２の電圧Ｖ２を発生させる第２の電圧発生部６４２と、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳し、その電圧をコイル６３に印加する電圧重畳部６４３とを備えている。
【００３６】
第１の電圧発生部６４１は、図４（ａ）に示すように、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の電圧Ｖ１（垂直走査用電圧）を発生させるものである。すなわち、第１の電圧発生部６４１は、周波数（１／Ｔ１）の第１の電圧Ｖ１を発生させるものである。
第１の電圧Ｖ１は、パルス状に印加されている。このような第１の電圧Ｖ１により、アクチュエータ１は、効果的に光を垂直走査（副走査）することができる。すなわち、効果的に、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに回動させることができる。だたし、第１の電圧Ｖ１のそれぞれの波形は、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに回動させることができれば、これに限定されない。
【００３７】
ここで、第１の電圧Ｖ１の周波数（１／Ｔ１）は、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、３０〜８０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。また、本実施形態では、第１の電圧Ｖ１の周波数は、駆動部材２１１と１対の第１の軸部材２１２、２１３とで構成された第１の振動系２１のねじり共振周波数と異なる値に調整されている。
【００３８】
一方、第２の電圧発生部６４２は、図４（ｂ）に示すように、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の電圧Ｖ２（水平走査用電圧）を発生させるものである。すなわち、第２の電圧発生部６４２は、周波数（１／Ｔ２）の第２の電圧Ｖ２を発生させるものである。
第２の電圧Ｖ２は、パルス状に印加されている。このような第２の電圧Ｖ２により、アクチュエータ１は、効果的に光を水平走査（主走査）することができる。すなわち、効果的に、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができる。だたし、第２の電圧Ｖ２の波形は、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができれば、これに限定されない。
【００３９】
ここで、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第１の電圧Ｖ１の周波数と異なり、かつ、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。第２の電圧Ｖ２の周波数を１０〜４０ｋＨｚとし、第１の電圧Ｖ１の周波数を６０Ｈｚ程度とすることで、円滑に、かつ、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。
【００４０】
このように、第２の電圧Ｖ２の周波数を第１の電圧Ｖ１の周波数の１００〜１０００倍とすることで、円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。ただし、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができれば、第１の電圧Ｖ１の周波数と第２の電圧Ｖ２の周波数と関係（大きさの比）は、特に限定されない。
【００４１】
この第２の電圧Ｖ２の周波数は、可動板２２１と１対の第２の軸部材２２２、２２３とで構成された第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しくなるように調整されている。つまり、第２の振動系２２は、そのねじり共振周波数が水平走査に適した周波数になるように設計（製造）されている。これにより、可動板２２１の回動中心軸Ｙまわりの回動角を大きくすることができる。
【００４２】
また、第１の振動系２１の共振周波数をｆ１［Ｈｚ］とし、第２の振動系２２の共振周波数をｆ２［Ｈｚ］としたとき、ｆ１とｆ２とが、ｆ２＞ｆ１の関係を満たすことが好ましく、ｆ２≧１０ｆ１の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、回動中心軸Ｙまわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。
このような第１の電圧発生部６４１および第２の電圧発生部６４２は、それぞれ、制御部７に接続され、この制御部７からの信号に基づき駆動する。また、第１の電圧発生部６４１および第２の電圧発生部６４２には、電圧重畳部６４３が接続されている。
電圧重畳部６４３は、コイル６３に電圧を印加するための加算器６４３ａを備えている。加算器６４３ａは、第１の電圧発生部６４１から第１の電圧Ｖ１を受けるとともに、第２の電圧発生部６４２から第２の電圧Ｖ２を受け、これらを重畳しコイル６３に印加するようになっている。
【００４３】
以上のような構成のアクチュエータ１は、次のようにして駆動する。
なお、本実施形態では、前述したように、第１の電圧Ｖ１の周波数は、第１の振動系２１のねじり共振周波数と異なる値に設定されており、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しく、かつ、第１の電圧Ｖ１の周波数よりも大きくなるように設定されている（例えば、第１の電圧Ｖ１の周波数が６０Ｈｚで、第２の電圧Ｖ２の周波数が１５ｋＨｚ）。
【００４４】
例えば、図４（ａ）に示すような第１の電圧Ｖ１と図４（ｂ）に示すような第２の電圧Ｖ２とを重畳してコイル６３に印加する（この重畳された電圧を「電圧Ｖ３」ともいう）。
すると、電圧Ｖ３のうちの第１の電圧Ｖ１に対応する電圧によって、駆動部材２１１の第１の軟磁性体６１付近をコイル６３に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ」という）が間欠的に発生する。
【００４５】
ここで、図１の平面視にて、第１の軟磁性体６１は、駆動部材２１１の回動中心軸Ｘから離間した部位に固着されている。そのため、磁界Ａが間欠的に発生することで、第１の軸部材２１２、２１３を捩れ変形させつつ、駆動部材２１１が可動板２２１とともに、第１の電圧Ｖ１の周波数で回動中心軸Ｘまわりに回動する。
なお、第１の電圧Ｖ１の周波数は、第２の電圧Ｖ２の周波数に比べて極めて低く設定されている。また、第１の振動系２１の共振周波数は、第２の振動系２２の共振周波数よりも低く設計されている（例えば、第２の振動系２２の共振周波数の１／１０以下）。つまり、第１の振動系２１は、第２の振動系２２よりも振動しやすいように設計されているため、第１の電圧Ｖ１によって回動中心軸Ｘまわりに回動する。すなわち、第２の電圧Ｖ２によって、駆動部材２１１が回動中心軸Ｘまわりに回動してしまうことを防止することができる。
【００４６】
一方、電圧Ｖ３のうちの第２の電圧Ｖ２に対応する電圧によって、可動板２２１の第２の軟磁性体６２付近をコイル６３に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ」という）が間欠的に発生する。
ここで、図１の平面視にて、第２の軟磁性体６２は、可動板２２１の回動中心軸Ｙから離間した部位に固着されている。そのため、磁界Ｂが間欠的に発生することで、第２の軸部材２２２、２２３を捩れ変形させつつ、可動板２２１が第２の電圧Ｖ２の周波数で回動中心軸Ｙまわりに回動する。
【００４７】
なお、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第２の振動系２２のねじり共振周波数と等しい。そのため、第２の電圧Ｖ２によって、支配的に、可動板２２１を回動中心軸Ｙまわりに回動させることができる。つまり、第１の電圧Ｖ１によって、可動板２２１が回動中心軸Ｙまわりに回動してしまうことを防止することができる。
以上より、アクチュエータ１にあっては、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳させた電圧Ｖ３をコイル６３に印加することで、可動板２２１を回動中心軸Ｘまわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、回動中心軸Ｙまわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。これにより、低コスト化および小型化を図るとともに、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができる。
【００４８】
また、このようなアクチュエータ１では、第１の電圧Ｖ１および第２の電圧Ｖ２を適宜変更することで、基体２、第１の軟磁性体６１、第２の軟磁性体６２などの設計を変更することなく、所望の振動特性を得ることができる。
また、基体２に第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２を固着し、第１の軟磁性体６１および第２の軟磁性体６２に対向するようにコイル６３を設けることで、通電によってコイル６３から発生する熱による基体２の熱膨張を抑制することができる。すなわち、アクチュエータ１は、長時間の連続使用であっても、所望の振動特性を発揮することができる。
【００４９】
以上説明したようなアクチュエータ１は、光反射部２２１ａを備えているため、例えば、加速度センサ、角速度センサなどのＭＥＭＳ応用センサや、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型共焦点レーザー顕微鏡、イメージング用ディスプレイ等の画像形成装置に備える光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどの光学デバイスに用いることができる。なお、本発明の光スキャナは、前述したアクチュエータと同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００５０】
ここで、図５に基づき、画像形成装置の一例として、アクチュエータ１をイメージング用ディスプレイの光スキャナとして用いた場合を説明する。なお、スクリーンＳの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。また、回動中心軸ＸがスクリーンＳの横方向と平行であり、回動中心軸ＹがスクリーンＳの縦方向と平行である。
【００５１】
画像形成装置（プロジェクタ）９は、レーザーなどの光を照出する光源装置９１と、複数のダイクロイックミラー９２、９２、９２と、アクチュエータ１とを有している。
光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。
各ダイクロイックミラー９２は、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
【００５２】
このようなプロジェクタ９は、図示しないホストコンピュータからの画像情報に基づいて、光源装置９１（赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３）から照出された光をダイクロイックミラー９２で合成し、この合成された光がアクチュエータ１によって２次元走査され、スクリーンＳ上でカラー画像を形成するように構成されている。
【００５３】
２次元走査の際、アクチュエータ１の可動板２２１の、回動中心軸Ｙまわりの回動により光反射部２２１ａで反射した光がスクリーンＳの横方向に走査（主走査）される。一方、アクチュエータ１の可動板２２１の、回動中心軸Ｘまわりの回動により光反射部２２１ａで反射した光がスクリーンＳの縦方向に走査（副走査）される。
なお、図５中では、ダイクロイックミラー９２で合成された光をアクチュエータ１によって２次元的に走査した後、その光を固定ミラーＭで反射させてからスクリーンＳに画像を形成するように構成されているが、固定ミラーＭを省略し、アクチュエータ１によって２次元的に走査された光を直接スクリーンＳに照射してもよい。
【００５４】
以上、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のアクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
【００５５】
また、前述した実施形態では、アクチュエータは、Ｙ軸およびＸ軸のそれぞれの軸に対しほぼ対称な形状をなしているが、非対称であってもよい。
また、前述した実施形態では、駆動部材に１つの第１の軟磁性体が固着されており、可動板２２１に１つの第２の軟磁性体が固着されているものについて説明したが、可動板２２１を回動中心軸Ｘおよび回動中心軸Ｙのそれぞれの軸まわりに回動させることができれば、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体の数は、特に限定されない。
【００５６】
また、前述した実施形態では、コイルは、可動板の平面視にて、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体を囲むように形成されていたが、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体のそれぞれを磁化することができれば、特に限定されず、例えば、可動板の平面視にて、駆動部材２１１を囲むように形成されていてもよい。このようにコイルを形成することで、駆動部材および可動板のそれぞれとコイルとの接触を確実に防止することができるため、第１の軟磁性体および第２の軟磁性体とコイルとをより接近させることができる。その結果、アクチュエータの小型化および省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すアクチュエータが備える駆動手段の電圧印加手段を示すブロック図である。
【図４】図３に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。
【図５】本発明の画像形成装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１‥‥‥アクチュエータ ２‥‥‥基体 ２１‥‥‥第１の振動系 ２１１‥‥‥駆動部材 ２１２、２１３‥‥‥第１の軸部材 ２２‥‥‥第２の振動系 ２２１‥‥‥可動板 ２２１ａ‥‥‥光反射部 ２２２、２２３‥‥‥第２の軸部材 ２３‥‥‥支持部 ３‥‥‥支持基板 ４‥‥‥接合層 ５‥‥‥対向基板 ６‥‥‥駆動手段 ６１‥‥‥第１の軟磁性体 ６２‥‥‥第２の軟磁性体 ６３‥‥‥コイル ６４‥‥‥電圧印加手段 ６４１‥‥‥第１の電圧発生部 ６４２‥‥‥第２の電圧発生部 ６４３‥‥‥電圧重畳部 ６４３ａ‥‥‥加算器 ７‥‥‥制御部 ９‥‥‥画像形成装置（プロジェクタ） ９１‥‥‥光源装置 ９１１‥‥‥赤色光源装置 ９１２‥‥‥青色光源装置 ９１３‥‥‥緑色光源装置 ９２‥‥‥ダイクロイックミラー Ｍ‥‥‥固定ミラー Ｓ‥‥‥スクリーン Ｘ、Ｙ‥‥‥回動中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられた可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から遠位に位置する部位に設けられている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視して、前記駆動部材の前記Ｙ軸上に設けられている請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第１の軟磁性体は、前記駆動部材の前記コイルと対向する面に設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の板面の前記Ｙ軸から遠位に位置する部位に設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｘ軸上に設けられている請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の前記コイルと対向する面に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記コイルは、前記可動板の平面視にて、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体を囲むように設けられている請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記第２の電圧の周波数が前記第２の振動系の共振周波数と等しく、前記第１の電圧の周波数が前記第１の振動系の共振周波数と異なっている請求項１ないし８のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１の電圧および前記第２の電圧のそれぞれは、パルス状に印加させる請求項１ないし９のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記可動板は、前記第２の軟磁性体と反対の面に設けられた光反射性を有する光反射部を有している請求項１ないし１０のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成されていることを特徴とする光スキャナ。
【請求項１３】
枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光スキャナを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられた可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させるように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から遠位に位置する部位に設けられている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視して、前記駆動部材の前記Ｙ軸上に設けられている請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第１の軟磁性体は、前記駆動部材の前記コイルと対向する面に設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の板面の前記Ｙ軸から遠位に位置する部位に設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｘ軸上に設けられている請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の前記コイルと対向する面に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記コイルは、前記可動板の平面視にて、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体を囲むように設けられている請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記第２の電圧の周波数が前記第２の振動系の共振周波数と等しく、前記第１の電圧の周波数が前記第１の振動系の共振周波数と異なっている請求項１ないし８のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１の電圧および前記第２の電圧のそれぞれは、パルス状に印加させる請求項１ないし９のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記可動板は、前記第２の軟磁性体と反対の面に設けられた光反射性を有する光反射部を有している請求項１ないし１０のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成されていることを特徴とする光スキャナ。
【請求項１３】
枠状の駆動部材と、前記駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように、前記駆動部材を両持ち支持する１対の第１の軸部材とで構成された第１の振動系と、
前記駆動部材の内側に設けられ、光反射性を有する光反射部を備える可動板と、前記可動板を前記Ｘ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように、前記可動板を前記駆動部材に両持ち支持する１対の第２の軸部材とで構成された第２の振動系と、
前記駆動部材に設けられた第１の軟磁性体と、前記可動板に設けられた第２の軟磁性体と、前記第１の軟磁性体および前記第２の軟磁性体に対向するように設けられたコイルと、該コイルに電圧を印加する電圧印加手段とを備える駆動手段とを有し、
前記第１の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記駆動部材の前記Ｘ軸から離間した位置に設けられ、
前記第２の軟磁性体は、前記可動板の平面視にて、前記可動板の前記Ｙ軸から離間した位置に設けられ、
前記電圧印加手段は、周期的に変化し、その周波数が互いに異なる第１の電圧と第２の電圧とを発生させる電圧発生部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを重畳する電圧重畳部とを備え、前記電圧重畳部で重畳された電圧を前記コイルに印加することにより、前記可動板を前記第１の電圧の周波数で前記Ｘ軸まわりに回動させつつ、前記第２の電圧の周波数で前記Ｙ軸まわりに回動させ、前記光反射部で反射した光を２次元的に走査するように構成された光スキャナを備えることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２２８４４４（Ｐ２００８−２２８４４４Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６２９８４（Ｐ２００７−６２９８４）
【出願日】平成１９年３月１３日（２００７．３．１３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１３日（２００７．３．１３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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