專利名稱：振動元件、光掃描裝置、致動裝置、視頻投影裝置及圖像形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明例如涉及振動元件、光掃描裝置、致動裝置、視頻投影裝置及圖像形成裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為具有振動元件的裝置，例如，已知有光掃描器等光掃描裝置(例如，參照專利文件I)。在該專利文件I所述的光掃描裝置中，在基板上設(shè)置由不銹鋼構(gòu)成的扭梁部，利用壓電體等在基板上引發(fā)板波，并使由扭梁部支承的光學鏡部擺動。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2006-293116號公報。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在上述的專利文獻I所述的光掃描裝置中，由于扭梁部由不銹鋼形成，因而，存在難以使裝置小型化這樣的問題。詳細而言，為了使光掃描裝置小型化，需要振動元件的小型化與用于控制振動的驅(qū)動部的小型化，為此，要求確保光掃描裝置的振動特性與驅(qū)動的效率化。例如，在一邊維持共振頻率與扭轉(zhuǎn)角一邊使振動元件小型化的情況下，當縮短扭梁部時，施加在扭梁部的應力增大。因此，在欲縮短由不銹鋼構(gòu)成的扭梁部的情況下，疲勞特性降低的同時，會產(chǎn)生與振動衰減率的增加相伴的驅(qū)動效率降低的問題。另一方面，為了降低振動衰減率和改善疲勞特性，能夠想到扭梁部使用沉淀硬化型不銹鋼等，但是，為了與小型化相對應，要求進一步提聞?wù)駝犹匦?。另外，在對振動元件進行小型化的過程中，當縮短扭梁部時，伴隨著扭梁部的應力增加，較強地表現(xiàn)出彈簧的非線性，頻率特性的非對稱性變大，會產(chǎn)生共振頻率附近的振動變得不穩(wěn)定這樣的問題。該情況下，也可以避開共振頻率附近來使用振動元件，但是，結(jié)果，由于驅(qū)動效率降低，振動元件的小型化變得困難。該頻率特性中表現(xiàn)的非對稱性受到振動衰減率的影響較大，在彈簧的非線性相同而僅降低了振動衰減率的情況下，非對稱性向增大的方向變化。由此，為了避開在共振頻率附近的振動變得不穩(wěn)定的現(xiàn)象并實現(xiàn)振動元件的小型化，有必要一并進行彈簧的非線性與振動衰減率(阻尼因數(shù))的降低。并且，振動衰減率與形成扭梁部的材料的減振性(內(nèi)部摩擦)、光學鏡部的空氣阻力的大小等相關(guān)(依存)。在為了降低抖動而對光學鏡部的形狀進行設(shè)計或進行減壓以降低空氣阻力的情況下，由于僅降低了振動衰減率，因而，共振頻率附近的振動容易變得不穩(wěn)定，振動元件的小型化變得更為困難。無論在哪種情況下，由于在以往的光掃描裝置等所搭載的振動元件中產(chǎn)生以上各種問題，現(xiàn)在還沒有提出在確保希望的疲勞特性和振動特性的同時使振動元件小型化的有效方法。另外，上述問題在對具有振 動元件的各種光學儀器例如光掃描裝置、致動裝置、視頻投影裝置和圖像形成裝置等進行小型化的時候也同樣存在。本發(fā)明考慮到上述情況，提供一種確保希望的疲勞特性和振動特性的同時能夠謀求小型化的振動元件、光掃描裝置、致動裝置、視頻投影裝置及圖像形成裝置。用于解決課題的方案本發(fā)明的振動元件具有振動部，該振動部由實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成。另外，實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的光學掃描裝置具有由實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成的振動部、設(shè)置于上述振動部的光學鏡部、使上述振動部振動的驅(qū)動部和對上述光學鏡部的鏡面照射光的光源，根據(jù)通過上述振動部進行的上述光學鏡部的振動來進行光掃描。實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的致動裝置具有由實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成的振動部、和使上述振動部振動的驅(qū)動部。并且，實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的視頻投影裝置具有由實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成的振動部、設(shè)置于上述振動部的光學鏡部、使上述振動部振動的驅(qū)動部、對上述光學鏡部的鏡面照射光的光源，根據(jù)通過上述振動部進行的上述光學鏡部的振動來進行光掃描從而對視頻進行投影。另外，實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的圖像形成裝置具有由實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成的振動部、設(shè)置于上述振動部的光學鏡部、使上述振動部振動的驅(qū)動部、和對上述光學鏡部的鏡面照射光的光源，根據(jù)通過上述振動部進行的上述光學鏡部的振動來進行光掃描從而形成圖像。發(fā)明效果本發(fā)明起到以下效果，即能夠?qū)崿F(xiàn)在確保希望的疲勞特性和振動特性的同時有助于小型化的振動元件、光掃描裝置、致動裝置、視頻投影裝置及圖像形成裝置。參照附圖進行的以下說明清楚的表明本發(fā)明的其他的特征和優(yōu)點。另外，在附圖中，對于相同或同樣的結(jié)構(gòu)標注了相同的參照符號。


附圖包含在說明書中，構(gòu)成說明書的一部分并表示本發(fā)明的實施方式，用于與其記載一起說明本發(fā)明的原理。圖I是表示具有第一實施方式的振動元件的致動裝置的一例的概略圖。圖2是表示與第一實施方式的致動裝置連接的驅(qū)動部的一例的概略圖。圖3是表示共振頻率的變化量與應變振幅的大小的關(guān)系的共振特性曲線的圖。圖4是表示振動衰減率的扭轉(zhuǎn)振幅依賴性的圖。
圖5是表示材料的振動衰減率與彈簧特性的非線性對振動元件的頻率特性帶來的影響的圖。圖6是一并表示振動元件的振動衰減率與非線性的圖。圖7是表示容許應變振幅的變化率與梁部的長度的變化率的關(guān)系的圖。圖8是表示光學鏡部的形狀變形例的概略俯視圖。圖9是表示振動元件的特性數(shù)據(jù)的圖。圖10是表示在將梁的形狀設(shè)成相同且使鏡部的慣性矩變化了的情況下的梁部的各位置處的扭轉(zhuǎn)角的曲線圖。 圖11是表示在將梁的形狀設(shè)成相同并使鏡部的慣性矩變化的情況下的梁部的各位置處的剪切應力的分布的圖。圖12是表示與慣性矩的比率相對的梁部的固定位置側(cè)的應力最大值的曲線圖。圖13是表示梁部的截面縱橫比導致的撓曲剛性和慣性矩的變化的曲線圖。圖14是表示具有第二實施方式的振動元件的致動裝置的一例的概略剖視圖。圖15是表示具有第三實施方式的振動元件的致動裝置的一例的概略圖。圖16是表示具有第四實施方式的振動元件的致動裝置的一例的概略圖。圖17是表示具有第五實施方式的振動元件的圖像形成裝置的概略圖。圖18是表示具有第六實施方式的振動元件的視頻(影像)投影裝置的概略圖。
具體實施例方式以下基于實施方式來詳細地說明本發(fā)明。本發(fā)明的振動元件包括由實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使該加工硬化處理后的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成的振動部。具體而言，使用利用加工硬化處理來使母材(加工對象物)的楊氏模量暫時降低、借助于之后的時效硬化處理而使該母材的楊氏模量回復或上升的材料來形成振動部。更詳細地說，用于形成振動部的材料例如是以下一種材料，即該材料在室溫下利用實施強化加工(強加工)來進行加工硬化，之后，利用應變時效熱處理來進行時效硬化而形成，在加工硬化時，利用塑性加工將位錯高密度地導入直至楊氏模量發(fā)生降低的程度，利用之后的時效硬化來抑制位錯的運動直至楊氏模量發(fā)生回復或上升的程度。另外，本發(fā)明中的“利用時效硬化處理來使楊氏模量回復或上升”指的是例如包括使楊氏模量自加工硬化處理前的楊氏模量進行上升或者上升到與加工硬化處理前的楊氏模量相同程度或上升到加工硬化處理前的楊氏模量以上的情況。另外，本發(fā)明中的“利用加工硬化處理來使楊氏模量降低”是指例如包括使楊氏模量降低到能夠利用之后的時效硬化處理來使楊氏模量回復或上升的程度的情況。此處，作為形成振動部的材料，例如能夠優(yōu)選使用加工硬化和時效硬化型的Co-Ni基合金、Co-Cr基合金等金屬材料?！凹庸び不蜁r效硬化型Co-Ni基合金(或Co-Cr基合金)”是指例如包含分別有效地實施了加工硬化處理與時效硬化處理后的Co-Ni基合金(或Co-Cr基合金)的合金。振動部例如通過在對作為加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金的原料(原材料)施加加工硬化處理并形成應變之后，實施時效硬化處理而形成。具體而言，用于形成振動部的原材料是在熔煉后，經(jīng)過熱鍛造、均質(zhì)化熱處理等工序而獲得的、含有置換型的溶質(zhì)元素的、至少含有Co和Ni的基體。利用冷軋對所述原材料施加加工硬化處理，接著，利用實施沖壓加工、激光加工、線切割加工等成形加工處理來加工成規(guī)定形狀例如長條梁形狀。之后，利用在真空中或在還原氣氛中進行時效硬化熱處理，從而能夠獲得有效地表現(xiàn)出高強度、且衰減能力較低、彈性極限較高等的良好振動特性的振動部。當在加工硬化處理之前實施對將原料物質(zhì)加工成作為振動部的規(guī)定形狀的成形加工處理時，由于成形加工處理的對象是硬化前的原材料，因而能夠容易地實行成形加工處理。但是，由于伴隨著成形加工處理后的加工硬化處理，振動部的形狀發(fā)生變化，因而，為了使振動部成為規(guī)定形狀，有必要再次進行成形加工處理。另一方面，當在時效硬化處理之后進行成形加工處理時，將振動部加工成規(guī)定形狀的成形加工處理僅進行I次即可。但是，由于經(jīng)過加工硬化、時效硬化這兩個階段的硬化的原料物質(zhì)的硬度變得非常大，因而，很難將該原料物質(zhì)成形加工成規(guī)定形狀。因此，在本發(fā)明中，在原料物質(zhì)處于雖然由于加工硬化處理而使得硬度增大但是仍然能夠比較容易進行形狀加工的狀態(tài)下的、加工硬化處理與時效硬化處理之間，實施將原料物質(zhì)加工成作為振動部的規(guī)定形狀的成形加工處理。
此處，作為形成這種振動部的材料，優(yōu)選為機械特性(拉伸強度、硬度、伸長率等各特性)根據(jù)用于時效硬化的熱處理溫度的變化而變化的材料。例如，優(yōu)選為利用在常溫環(huán)境下進行熱處理而使機械特性都變高的材料?；蛘?，優(yōu)選為一種當熱處理條件超過某規(guī)定的溫度或溫度區(qū)域時，能夠獲得希望的拉伸強度、硬度的特性且伸長率變高的材料。即，期望為一種能夠利用成分、組成等的變化來對振動部中的、利用熱處理的條件而具有的機械特性進行適當調(diào)整的彈簧材料。特別是，在振動部具有從基座設(shè)成梁狀(細長形狀)的梁部且向與該梁部的縱長方向軸向交叉的方向扭轉(zhuǎn)振動的情況下等，即，在要求高振動特性(具有超高彈性且機械強度較強的、耐久性也優(yōu)異的特性)的情況下，上述那樣的用于形成振動部的材料是有效的。此處，用于形成振動部的原料(工件)是作為具有堆垛層錯能量較低的面心立方晶格結(jié)構(gòu)的材料的、能夠有效地利用在堆垛層錯中溶質(zhì)元素偏析并固定擴展位錯的“鈴木效應”的材料。由此，擴展位錯的寬度變寬，在加工硬化和時效硬化時，能夠促進鈴木效應并堅固地固定擴展位錯。該鈴木效應是即使在高溫下也能有效工作的固定機構(gòu)，特別對時效熱處理時有效。另外，除此之外，也可以一并利用由向位錯芯偏析的科特雷爾效果、微細的轉(zhuǎn)變雙晶(相變孿晶，変態(tài)雙晶)形成所形成的對位錯滑動進行抑制的抑制機構(gòu)。在這種原料中，能夠利用強化加工來導入高密度的位錯，并利用加工硬化來大幅提高強度與耐久性，但是，由于在該階段中還存在位錯的伸出，因而楊氏模量降低。反過來說，以導入應變直到發(fā)生楊氏模量降低的程度的方式來進行加工硬化。之后，通過時效熱處理來堅固地固定位錯，從而強度與耐久性進一步地上升，并且能夠使楊氏模量上升或回復，或者能夠與加工硬化前相比進一步使楊氏模量上升。如此，在將位錯堅固地固定為使楊氏模量上升或回復的程度的狀態(tài)下，或者將位錯堅固地固定為在使楊氏模量上升到大于加工硬化前的程度的狀態(tài)下，由位錯線的振動導致的內(nèi)部摩擦降低且振動元件的Q值大幅提高，并且，利用由強度提高導致的屈服點的上升與內(nèi)部摩擦的降低來提高彈性極限，在應力-應變圖上的線性彈性區(qū)域擴大，即，彈簧特性的線性提高。另外，在具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)的材料中，楊氏模量與原子間距離相關(guān)，〈110〉方向(方位)最大，〈111〉方向最小，〈100〉方向在它們中間。當利用冷軋來對結(jié)晶取向時，楊氏模量具有各向異性，形成〈100〉織構(gòu)(組織，集合組織)的方向的楊氏模量最大。雖并不進行特別的限定，但是，當考慮到相對于撓曲的強度時，振動部優(yōu)選使用楊氏模量較大的〈110〉織構(gòu)形成的方向的材料,并且優(yōu)選同樣以該方向的楊氏模量回復或上升的方式來實施時效硬化處理。另外，也可以使用利用冷軋拔絲實施了加工硬化而形成的線材以形成振動部。并且，也可以同樣使用對冷拔成的線材實施冷軋、并控制了織構(gòu)的形狀的材料。此處，作為成形加工處理，也可以使用超塑性加工。另外，作為時效硬化處理，優(yōu)選基于有效進行時效硬化的溫度條件、例如根據(jù)加工硬化處理的加工條件進行適當調(diào)整的溫度條件來進行。根據(jù)加工條件，時效硬化處理能夠在再結(jié)晶化溫度以下，例如能夠在400 700°C左右的溫度條件下，通過數(shù)十分鐘到幾小時的熱處理來進行。另外，在這種熱處理中，例如，也可以通過在IT以上的強磁場環(huán)境下進行熱處理來促進鈴木效應，并謀求處理時間的縮短化。
振動部作為長條梁而構(gòu)成，在振動部沿著其長度方向包括不安裝光學鏡部的第一區(qū)域和第二區(qū)域與安裝光學鏡部的第三區(qū)域的情況下，第三區(qū)域在振動部的縱長方向上被第一區(qū)域與第二區(qū)域所夾持，時效硬化處理也可以在第一區(qū)域與第三區(qū)域在彼此不同的溫度條件下進行。在該情況下，期望為能夠利用成分、組成等的變化來對利用熱處理的條件而使振動部具有的機械特性進行適當調(diào)整的彈簧材料。例如，為了使沒有安裝光學鏡部的第一區(qū)域和第二區(qū)域與安裝光學鏡部的第三區(qū)域作為機械特性分別不同的部分而功能分離，也可以個別地改變加熱條件來實施熱處理。此處的機械特性是指例如，與拉伸、彎曲、壓縮、剪切、硬度、沖擊、疲勞等從外部施加的力(外力)相對應的性質(zhì)，但是，特別優(yōu)選的是，將安裝光學鏡部的第三區(qū)域中的機械特性設(shè)成高硬度，并將沒有安裝光學鏡部的第一區(qū)域和第二區(qū)域中的機械特性設(shè)成較強的拉伸方向的特性/高疲勞特性。從而，采用本發(fā)明，如上所述，通過形成由實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成的振動部，從而能夠提高疲勞特性和機械特性等。另外，采用本發(fā)明，振動衰減率非常低，特別是，彈簧的非線性變得較小以至對于較低的振動衰減率也不產(chǎn)生不穩(wěn)定性，并且振動衰減率的應變振幅依賴性也變得非常小。因此，能夠謀求具有希望的疲勞特性和振動特性的振動元件和具有該振動元件的致動裝置等的小型化，并能夠降低電力消耗。具體而言，用于構(gòu)成振動元件的應變變形部的振動部例如由上述的加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金來形成。此時,振動部成為高強度的、線形彈性區(qū)域變大且內(nèi)部摩擦較小的部位。例如，能夠獲得以下特性，即，能夠獲得用于表示共振頻率的變化量與應變振幅的大小的關(guān)系的共振特性曲線的峰形尖銳且形成線對稱那樣的特性，即，Q值變高，且彈簧特性的非線性非常的小的特性。這種振動部在振動變形導致的最大應變振幅大到3X10—3程度也不會產(chǎn)生不穩(wěn)定性，電力消耗較少。另一方面，在振動部中，由于表示進行振動的容易程度的Q值達到1000以上，振動衰減率非常小，彈簧特性的非線性也變得較小，因而，通過利用這種振動部來制造光掃描裝置等的光學儀器，從而能夠提高振動特性并大幅降低電力消耗。因此，本發(fā)明在確保希望的疲勞特性和振動特性的同時能夠?qū)崿F(xiàn)有利于小型化的振動元件和光掃描裝置及視頻投影裝置。
“Co-Ni基合金”是指含有鈷(Co)和鎳(Ni)的合金?！癈o-Ni基合金”優(yōu)選含有使堆垛層錯能量降低的鉻(Cr)與作為利用基體的固溶強化、偏析來固定位錯以利于提高時效和加工硬化能力的溶質(zhì)元素的鑰(Mo)、鐵(Fe)等。"Co-Ni基合金”例如是Co-Ni-Cr-Mo合金、Co-Ni-Fe-Cr合金等。另外，這些合金也可以含有作為溶質(zhì)元素而起到相同作用的鈮(Nb)、使面心立方晶格相位穩(wěn)定化且使堆垛層錯能量降低的錳(Mn)、有助于基體強化與堆垛層錯能量的降低的鎢(W)、對鑄塊組織的微細化、強度提高有利的鈦(Ti)、將用于改善熱加工性的硼(B)、鎂(Mg)等固溶在基體中而與Cr、Mo、Nb等形成炭化物以強化晶界的碳(C)等。Co-Ni-Cr-Mo合金的主要組成按重量比優(yōu)選為Co :20. 0% 50. 0%、Ni :20.0% 45. 0%, Cr+Mo :20. 0% 40. 0% (Cr 18 26%、Mo :3% 11% )，特別是更優(yōu)選為 Co 31. 0% 37. 3%, Ni 31. 4% 33. 4%, Cr :19. 5% 20. 5%, Mo :9. 5% 10. 5%。通過由這種組成的Co-Ni-Cr-Mo合金來形成振動部，非常有利于振動元件等的小型化。在這種合金中，由于在軋制方向形成〈100〉織構(gòu)、在與軋制方向正交的方向形成〈110〉織構(gòu)，因而， 對于振動部優(yōu)選使用與軋制方向正交的方向的材料。另外，對于這種合金的時效熱處理，以500°C 600°C的溫度進行兩小時左右最為合適。另外，在本發(fā)明中，如上述組成的Co-Ni-Cr-Mo合金那樣，優(yōu)選利用示出非磁性的加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金來形成振動部。這是因為作為使振動部振動的驅(qū)動部，例如在采用了磁場產(chǎn)生部的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的電磁驅(qū)動。另外，驅(qū)動部不限于磁場產(chǎn)生部，例如也可以采用壓電元件等、在該情況下對材料的磁性不加限制。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選將由加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金形成的振動元件的至少一部分配置在形成減壓空間的減壓空間形成部(密封結(jié)構(gòu)體)內(nèi)。這是因為與常壓下相比，能夠進一步提高振動特性。特別是更優(yōu)選為，在振動部中設(shè)置各種功能部，具體而言，在振動部中設(shè)置光學鏡等以作為高功能性器件的情況下，將作為上述振動部的至少一部分的功能部等配置在減壓空間形成部內(nèi)。由此，能夠減低施加在功能部等上的空氣阻力的影響，并能夠進一步提高振動特性。在本發(fā)明中，也可以利用減壓空間形成部來覆蓋振動部、功能部等結(jié)構(gòu)體的整體。另外，本發(fā)明如上所述優(yōu)選使用加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金來形成振動部。但是，并不特別地限定于此，例如，只要是利用加工硬化處理來使楊氏模量下降并利用之后的時效硬化處理來使楊氏模量上升或者回復到與加工硬化處理后同等的水平或使楊氏模量上升到高于加工硬化處理后的楊氏模量那樣的材料，就能夠優(yōu)選地使用。以下，參照附圖，根據(jù)以下的實施方式來詳細說明具有本發(fā)明的振動元件的致動裝置、光掃描裝置、圖像形成裝置、視頻投影裝置的具體例。第一實施方式圖I是表示具有本發(fā)明的第一實施方式的振動元件的致動裝置的一例的概略圖，圖I的Ia是概略頂視圖，Ib是A-A’剖視圖。另外，圖2是表示與圖I的致動裝置連接的驅(qū)動部的一例的概略圖。如圖I的附圖標記Ia和附圖標記Ib所示，第一實施方式的致動裝置I是振動鏡裝置并具有基板10、安裝有該基板10的保持部件20、振動元件30。在第一實施方式中，如圖I的附圖標記Ia和附圖標記Ib所示，在保持構(gòu)件20中，沿著基板10的周緣部設(shè)有環(huán)狀的凸緣部21，保持構(gòu)件20的中央部構(gòu)成凹部22。并且，在第一實施方式中，振動元件30安裝在凹部22內(nèi)，并配置在由基板10和保持構(gòu)件20及蓋構(gòu)件40構(gòu)成(區(qū)劃)的減壓空間50內(nèi)。另外，在第一實施方式中，振動元件30具有作為與保持構(gòu)件20接合的接合部的框體(外框部)60 ;以橫跨保持構(gòu)件20的凹部(開口)22的方式將該框體60的相對的兩端部架設(shè)的I根梁部31 ;設(shè)置在梁部31的縱長方向中央部，即、設(shè)置在與保持構(gòu)件20的開口中心相對應的部分上的質(zhì)量體(功能部)32。另外，在基板10上的與質(zhì)量體32相對的部分上設(shè)有磁場產(chǎn)生部70。此處，用于構(gòu)成這種振動元件30的變形部的梁部31由利用加工硬化處理使楊氏模量降低且利用之后的時效硬化處理使楊氏模量上升的那樣的材料形成，例如，在本實施方式中，由示出非磁性的加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金形成。作為這種示出非磁性的加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金，例如，能夠使用SPR on 510 (^ ^-4 y ^-y^株式會社制造的商品名SPRON (注冊商標))的Co-Ni-Cr-Mo合金等。另外,對于這種 SPR0N510等的原料，例如，能夠通過利用軋制等強化加工來使強度上升之后，施加熱處理以形成梁部31，從而獲得具有低衰減能力的特性等高振動特性的振動元件30。另外，能夠利用沖壓加工、激光加工、線切割等將梁部31成形加工成規(guī)定的形狀，例如成形加工成長條梁狀。此處，作為成形加工方法，例如也可以使用超塑性加工。另外，作為梁部31，也可以使用非磁性的加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金的線材，并通過以與框體60接合的方式形成。如此制成的梁部31是在上述加工硬化處理之后，通過施加作為用于提高振動特性的時效硬化處理例如熱處理而獲得的。此處的對梁部31的熱處理優(yōu)選在400°C 700°C的溫度下，進行數(shù)十分鐘至數(shù)小時，但是，為了縮短處理時間，例如，也可以使用在強磁場中進行的熱處理。此處，在本發(fā)明中，優(yōu)選利用以下梁部來構(gòu)成振動部，即實施拉伸加工而形成的梁部、或者，施加了對線狀材料一邊拉伸一邊減薄的減薄加工(減薄壓平，t加工)而形成的梁部，或者，在拉伸加工之后施加減薄加工而形成的梁部。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)提高了平直度的梁部，并能夠謀求作為振動部而反復進行的扭轉(zhuǎn)變形的穩(wěn)定化。詳細地說，關(guān)于梁部，如上述那樣，在加工硬化處理之后，為了提高振動特性，利用實施時效硬化處理例如熱處理來獲得。但是，加工成線狀的梁部存在發(fā)生翹曲而使平直度降低的情況。當梁部中存在這樣的翹曲時，會損害在梁部上設(shè)置的光學鏡等擺動體的圓滑的擺動運動，結(jié)果，會擔心發(fā)生作用而使相對于輸入能量，光反射面的擺角會變小。此處的“擺角”的意思是，例如在上述擺動體以梁部的縱長方向軸線為中心進行擺動的情況下，擺動體的擺動方向進行切換的兩個擺動端所形成的角。然后，當擺動體固定在具有上述那樣的翹曲的梁部時，梁部的縱長方向軸線與理想的擺動軸線(沒有翹曲的情況下的梁部的軸向)不一致，擺動體的振動狀態(tài)容易變得不穩(wěn)定。其結(jié)果，為了使擺動體的光反射面以希望的擺角進行擺動，例如，不得不研究對振動部施加更多的電能等措施。因此，為了降低梁部的翹曲量即為了提高平直度，在模具加工時，施加拉伸加工或?qū)€狀材料施加減薄加工，即，一邊施加張力(拉伸)一邊進行減薄或在拉伸加工后施加減薄加工，這對振動特性的提高特別有效。另外，在梁部的外周面有時會形成有這種拉伸加工導致的加工痕跡。并且，也可以在成形加工后或在熱處理后，對梁部施加蝕刻處理。根據(jù)材料組成、強化加工的加工率等對上述熱處理溫度、處理時間進行最佳設(shè)定，但是，在成形加工時施加的應力、熱量導致梁截面的外周與內(nèi)部發(fā)生的應變、熱歷程變得不同的情況下，外周部會發(fā)生熱處理不充分或發(fā)生熱處理過剩，會形成楊氏模量、硬度較低且材料非線性較大的變質(zhì)層。該變質(zhì)層作為吸收梁的振動的減振材料起作用而成為招致Q值降低的原因。另外，由于該變質(zhì)層位于扭轉(zhuǎn)振動時施加有較大應力的截面外周部，因而，其材料特性會對彈簧特性帶來較大影響并使非線性增加而成為振動的不穩(wěn)定性的原因。在為了元件小型化而較細地使梁部成形的情況下，該變質(zhì)層的影響特別地大，去除變質(zhì)層對獲得本發(fā)明的效果有效。Co-Ni基合金是耐腐蝕性優(yōu)異因而難以蝕刻的材料，但是，通過使用硝酸鈰銨與過氯酸的混合液等蝕刻液并根據(jù)需要施加50°C 70°C左右的溫度，能夠以數(shù)分鐘至數(shù)小時的處理使表面去除幾十Pm左右，對于變質(zhì)層的去除有效。例如，在本實施方式中，使用作為加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金的原料(原材料)，進行利用軋制等的加工硬化處理以制造板狀構(gòu)件(未圖示)，通過在將該板狀構(gòu)件成形加工處理為規(guī)定的形狀之后實施時效硬化處理，從而形成了梁部31。此處，在制造板狀構(gòu)件時的加工硬化處理和時效硬化處理中，以使〈100〉結(jié)晶方向成為軋制方向的方式進行結(jié)晶取向，并以使〈11 O〉結(jié)晶方向成為在板狀構(gòu)件面內(nèi)與軋制方向正交的方向的方式進行結(jié) 晶取向，并且在與軋制方向正交的方向上以使楊氏模量上升的方式進行了處理。另外，在梁部31的大致中央部設(shè)有大于梁部31的寬度的鏡設(shè)置部311，該鏡設(shè)置部311用于在其上設(shè)置后述的光學鏡部322。在本實施方式中，該鏡設(shè)置部311與梁部31一體地設(shè)置，并在成形加工成梁部31的形狀的同時形成。另外，如圖I的附圖標記Ib所示，在這種梁部31上設(shè)置的質(zhì)量體32由在鏡設(shè)置部311上設(shè)置的光學鏡部322與在鏡設(shè)置部311的背面即與光學鏡部322相反側(cè)的面上設(shè)置的磁體323構(gòu)成。此處，光學鏡部322和鏡設(shè)置部311由大于梁部31的寬度尺寸的外形形狀構(gòu)成，例如，在本實施方式中，光學鏡部322和鏡設(shè)置部311是板狀且外形形狀為長方形。另外，磁體323以遍及鏡設(shè)置部311的縱長方向并達到兩端部的方式設(shè)置。并且，在本實施方式中，磁體323以NS方向為水平方向方式即以與基板10的面方向平行的方式設(shè)置。另一方面，基板10上的磁場產(chǎn)生部70由線圈狀的金屬圖案構(gòu)成，并設(shè)置在與質(zhì)量體相對的區(qū)域上。另外，光學鏡部322并不受特別限定，例如其可以是由蒸鍍等形成的Al、Au、Ag等反射膜，也可以將硅晶圓(硅片)等鏡面形成的構(gòu)件以接合或粘接的方式配置而成。但是，Co-Ni基合金存在耐臭氧性的問題，由于當暴露在臭氧氣體等中時，Co、Cr的鈍化膜發(fā)生反應而在表面形成凹坑，因而，在圖像形成裝置等中使用Co-Ni基合金的情況下，優(yōu)選在光學鏡部中使用耐臭氧性構(gòu)件。該由臭氧導致的凹坑形成對光學鏡部表面的平坦性、對接合部帶來的影響大于對梁的機械特性帶來的影響，并會引起反射率的降低、接合強度的降低。在形成反射膜的情況下，可以形成Si02、TiO2等保護膜。并且，在對鏡面形成構(gòu)件進行接合的情況下，可以在接合部、構(gòu)件端面上設(shè)置耐臭氧性樹脂等。另一方面，作為磁體323的種類，由于要求盡量為小型并具有對振動元件30的重量的影響較小且具有充分的磁力，因而，優(yōu)選使用Nd-Fe-B系磁體、Sm-Co系磁體等。并且，磁體323的形態(tài)并不特別地限定，例如除了燒結(jié)磁體、粘結(jié)磁體之外，也可以使用濺射法等形成的薄膜磁體。并且，對于使磁場作用于這種磁體323的磁場產(chǎn)生部70并不特別限定，其只要是將能夠在振動元件30中激勵產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動的扭矩施加給磁體的部件即可，例如，除了圖I的附圖標記Ia那樣的板狀線圈以外，也可以是內(nèi)含(內(nèi)置)有成為磁軛的軟磁性體的線圈等。另外，在不隱藏光學鏡部322的范圍內(nèi)，也可以以夾持振動元件30的方式將磁場產(chǎn)生部70設(shè)置在兩側(cè)上。另外，磁場產(chǎn)生部70并不特別限定，其只要是構(gòu)成驅(qū)動部的一部分并如圖2所示與驅(qū)動電路75連接、并能夠使包含振動元件30的共振頻率附近的頻率的信號輸出的部件即可，例如，在正弦波之外，也可以輸出三角波、脈沖等。
在由這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的本實施方式的致動裝置I中，利用來自由驅(qū)動電路75驅(qū)動的磁場產(chǎn)生部70的磁場使磁體323接收旋轉(zhuǎn)力，并對由質(zhì)量體32與梁部31構(gòu)成的振動元件30進行激勵以產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。具體而言，當利用磁場產(chǎn)生部70來產(chǎn)生磁場時，利用磁體323受到該磁場的作用來對質(zhì)量體32施加旋轉(zhuǎn)力，梁部31與此連動地進行扭轉(zhuǎn)變形。并且，通過利用驅(qū)動電路75的控制來使這種梁部31的扭轉(zhuǎn)變形反復動作，從而光學鏡部322成為進行一維動作的振動鏡(功能部)。此處，利用梁部的彈簧常數(shù)k、圍繞梁部的扭轉(zhuǎn)中心軸的慣性矩It、及含有磁體的整個鏡部的慣性矩Im來將振動元件的共振頻率f表示成f= (1/2 ) {k/ (Im+It)}1/2，只要以能夠獲得希望的特性的方式對梁部和鏡部的形狀進行設(shè)定即可。但是，特別是，在為了提高元件的共振頻率以達到高速化而降低鏡部的慣性矩、加粗梁部以提高彈簧常數(shù)的情況下等，存在表現(xiàn)出非線性且振動變得不穩(wěn)定這樣的問題。該現(xiàn)象在為了降低空氣阻力而設(shè)計鏡部的形狀的情況下，特別明顯，由于Q值上升與鏡部的慣性矩的降低所導致的非線性的表現(xiàn)而產(chǎn)生不穩(wěn)定性。圖10是表示在將梁部的形狀設(shè)成相同且使鏡部的慣性矩變化了的情況下的梁的扭轉(zhuǎn)角的曲線圖。橫軸表示梁部的扭轉(zhuǎn)軸向的位置，用梁部的長度L對位置X進行標準化而得到的x/L來表示橫軸。x=0是梁部的固定位置，X=L是與鏡部連接的連接位置。縱軸是各位置x/L的扭轉(zhuǎn)角e，用與鏡部連接的連接位置的最大扭轉(zhuǎn)角Stl進行標準化而得到的值來表示縱軸。當使鏡部的慣性矩Im變化時，隨著與梁部的慣性矩It相對的比率Im/It變小，扭轉(zhuǎn)角變得不同，在固定位置側(cè)發(fā)生較大地扭轉(zhuǎn)。圖11是表示此時的各位置處的剪切應力的分布的圖，橫軸表示進行了標準化的位置x/L，縱軸表示用扭轉(zhuǎn)角相同時的剪切應力為基準的剪切應力。隨著慣性矩的比率Im/It變小，固定位置側(cè)的應力增大。由于該應力增大，在固定位置側(cè)，容易表現(xiàn)出材料的非線性，與扭轉(zhuǎn)角相同的情況相比，容易產(chǎn)生振動的不穩(wěn)定性。圖12是與慣性矩的比率Im/It相對應地表示圖11的固定位置側(cè)的應力最大值的曲線圖。由于比率Im/It在2以下時應力急劇地增加，因而，為了不產(chǎn)生不穩(wěn)定性，可以使整個鏡部的慣性矩為梁部的慣性矩的2倍以上，若為5倍以上則更好。另外，由于本發(fā)明的振動元件的Q值較高，因而存在由來自外部的沖擊等產(chǎn)生的撓曲振動難以衰減這樣的問題。為了抑制撓曲振動或快速地使撓曲振動衰減，有必要盡量提高梁部的撓曲剛性并盡量提高撓曲振動模態(tài)的共振頻率。圖13是表示與梁部的寬度相對的厚度即截面縱橫比導致的梁部的撓曲剛性的變化和梁部的慣性矩的變化的曲線圖。以截面縱橫比為I時的值對各曲線圖分別進行了標準化。圖13表示針對對梁部的長度進行固定并以能夠獲得相同彈簧常數(shù)的方式對梁部的寬度w與厚度t進行了設(shè)定時的截面縱橫比t/w的變化。由此，截面縱橫比越接近I撓曲剛性El越好。另外，如上所述，鏡部與梁部的慣性矩比Im/It盡量越大越好，由此，梁部的慣性矩盡量越小越好。如圖13所示，梁部的慣性矩在縱橫比0. 3以下急劇增加。因此，為了不會產(chǎn)生振動的不穩(wěn)定性，并且，提高撓曲剛性以抑制扭轉(zhuǎn)振動之外的振動，梁截面的縱橫比t/w只要為0. 3以上即可，若為0. 5以上則更好。在本實施方式中，如上所述，由于進行扭轉(zhuǎn)變形的梁部31由加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金構(gòu)成，因而，例如與由不銹鋼形成的情況相比，能顯著提高疲勞特性和機械特性。另外，提供了振動衰減率非常低的振動元件30，特別是提供了以下那樣的振動元件30，S卩，該振動元件30的彈簧的非線性較小以至相對于較低的振動衰減率而不產(chǎn)生不穩(wěn)定性，并且振動衰減率的應變振幅依賴性也非常小。因此，采用本實施方式，利用確保希望的疲勞特性和振動特性的同時縮短梁部31，能夠謀求振動元件30的小型化。并且，通過將如此小型化了的振動元件30應用在MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems,微機電系統(tǒng))鏡、光開關(guān)等這種器件結(jié)構(gòu)中，從而能夠與驅(qū)動相關(guān)的部件一起進行縮小，并且，在能夠有助于整個器件結(jié)構(gòu)的小型化之外，由于能夠獲得希望的振動特性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電力消耗較低的高性能器件。特別是，在本實施方式中，利用將由上述加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金構(gòu)成的振動元件30配置在減壓空間50內(nèi)，從而與常壓下相比，能夠進一步提高振動特性。另外，能夠降低施加在功能部等上的空氣阻力的影響，也有助于功能性的提高。此處，在本實施方式的致動裝置I中應用的振動元件30中，通過由加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金來構(gòu)成用于構(gòu)成振動部的主要部分的梁部31，從而能夠獲得以下特性，即，能夠獲得用于表示共振頻率的變化量與應變振幅的大小的關(guān)系的共振特性曲線的峰形狀成為線對稱那樣的特性，即彈簧特性的非線性非常的小的振動特性。在圖3中，對于根據(jù)上述第一實施方式的振動元件30的結(jié)構(gòu)(圖I)而制造的實施例I的振動元件和比較例I 3的各振動元件,示出了表示共振頻率的變化量與應變振幅的大小的關(guān)系的共振特性曲線(頻率特性)。橫軸是標準化了的角頻率《/ 。，縱軸是扭轉(zhuǎn)振幅的大小9 (deg)。對于Wtl的值，使用扭轉(zhuǎn)振幅為零時的角頻率(外推)值。實施例I將具有振動部的元件作為了實施例I的振動元件,該振動部通過使用具有35%Co,32% Ni,20% CrUO% Mo的組成的SPR0N510的軋制材料作為加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金，并且作為時效處理而在550°C下實施兩小時的熱處理而形成。另外，將實施例I的振動元件的共振頻率設(shè)成了大約2kHz。
比較例I除了將振動部設(shè)成由在與SUS304相同的奧氏體類不銹鋼中機械特性較好的SUS301構(gòu)成之外，制造與實施例I具有相同的結(jié)構(gòu)的元件，并將該元件作為了比較例I的振動元件。比較例2除了將振動部設(shè)成由沉淀硬化類不銹鋼SUS631構(gòu)成之外，制造與實施例I具有相同的結(jié)構(gòu)的元件，并將該元件作為了比較例2的振動元件。比較例3
除了僅實施加工硬化之外，將與實施例I具有相同的結(jié)構(gòu)的元件作為了比較例3的振動元件。如圖3所示，當比較實施例I的振動元件與比較例I 3的振動元件的共振頻率特性時，對于由比較例I 3的SUS301、SUS631、及僅由加工硬化的Co-Ni基合金構(gòu)成的振動元件，其振動的Q值較低，即，振動衰減率較大，且共振特性為非對稱，表現(xiàn)出彈簧特性的非線性。與此相對，在實施例I的振動元件中，在大氣壓環(huán)境下和減壓環(huán)境下的任何一種情況下，都表現(xiàn)出共振特性曲線的峰形為線對稱那樣的特性，即，表現(xiàn)出彈簧特性的非線性非常小的振動特性。特別是，實施例I的振動元件雖然在減壓環(huán)境下表現(xiàn)出非常尖銳的特性，但是，基本上看不見非線性，振動特性較高。如此，由于實施例I的振動元件發(fā)揮彈簧特性的非線性非常小的振動特性并能夠獲得較高的振動特性，因而，能夠確保希望的振動特性并具有設(shè)計的自由度。即，實施例I的振動元件例如與將比較例I (SUS301)和比較例2 (SUS631)的材料用于振動部的原料的 情況相比，能夠顯著地提高振動特性。由此，例如，在將實施例I的振動元件安裝在光掃描裝置等電子器件中時，能夠謀求振動元件的小型化，或者，能夠顯著地提高調(diào)整元件結(jié)構(gòu)、變更尺寸等設(shè)計的自由度。因此，采用實施例I的振動元件，能夠維持器件性能并實現(xiàn)各種小型的電子器件。在圖4中，對于實施例I的振動元件使用的、實施了加工硬化和時效硬化處理的Co-Ni基合金與比較例1、2的振動元件使用的SUS301、SUS631，示出了它們的振動衰減率的扭轉(zhuǎn)振幅依賴性。另外，由于扭轉(zhuǎn)振幅依賴性根據(jù)梁部31的截面形狀、長度的不同而發(fā)生變化，因而，作為材料不取決于形狀的特性，示出了將扭轉(zhuǎn)振幅0變換成與施加到梁部31的最大剪切應力相對應的最大應變振幅r。另外，圖4是在能夠忽視空氣阻力的減壓下進行的測定結(jié)果，示出了材料本身的振動衰減率(Q—1)即減振特性。SUS301和SUS631的振動衰減率隨著應變振幅的增加而較大地增加。因此，將使用了 SUS301、SUS631的振動元件(比較例I和比較例2)使用在應變振幅較大的區(qū)域的情況下，為了獲得驅(qū)動力，有必要在磁場產(chǎn)生部中使用較大的磁軛，或者增加電源電路、電池的容量，因而，驅(qū)動部的小型化變得困難。并且，與SUS301相比，SUS631在振動衰減率的大小上表現(xiàn)出了良好的特性，但是在應變振幅較大的區(qū)域其表現(xiàn)還不充分。與此相對，在實施例I中使用的使用施加了加工硬化和時效硬化處理的Co-Ni基合金的振動元件中，材料的振動衰減率不存在扭轉(zhuǎn)振幅依賴性，在使用在應變振幅較大的區(qū)域的情況下也不需要較大的驅(qū)動力。圖5表示材料的振動衰減率與彈簧特性的非線性對振動元件的頻率特性帶來的影響。橫軸是標準化了的頻率，縱軸是扭轉(zhuǎn)振幅。在彈簧特性中具有非線性的情況下，伴隨著振動振幅的增加，能夠獲得最大振幅的共振頻率發(fā)生變化。在圖5中，共振頻率降低，并且隨著該降低在低頻側(cè)的特性變得陡峭，當振動振幅進一步增加時，表現(xiàn)出滯后性。當頻率特性變得陡峭時，共振頻率附近成為控制變得困難的不穩(wěn)定狀態(tài)。在使用這種特性的振動元件的情況下，由于有必要避開共振頻率而進行使用，因而，為了獲得希望的振動振幅，需要由強制振動產(chǎn)生較大的驅(qū)動力。這成為驅(qū)動部的小型化的障礙。頻率特性變得陡峭并開始產(chǎn)生滯后性是在共振頻率的變化量(S GVcoci)為超過振動的衰減率Q—1 =( S GVcoci)的振動振幅Ar的時候出現(xiàn)的，在共振頻率能夠穩(wěn)定地進行驅(qū)動的范圍是振動振幅為Ar以下的范圍。圖6是一并表示振動元件的振動衰減率與非線性的圖。橫軸是應變振幅的大小，縱軸是表示振動衰減率Q-1和非線性大小的共振頻率的變化量(S co/c^)。圖6的6a是大氣壓下的測定結(jié)果，6b是減壓下的測定結(jié)果。圖6的6b的特性是能夠基本上忽視空氣阻力的狀態(tài)的特性，根據(jù)空氣阻力的大小不同可獲得在圖6的6a與6b的中間的特性。如利用圖5進行的說明那樣，振動衰減率與共振頻率變化量的曲線圖的交點是能夠在共振頻率穩(wěn)定地進行驅(qū)動的極限的容許應變振幅，振動元件需要在其以下的應變振幅進行使用。由于圖6a的大氣壓下的振動衰減率的曲線圖包含鏡的空氣阻力的影響，因而，根據(jù)鏡的大小和形狀而不同。圖6的6a的曲線圖是使用了 2X3mm2的矩形鏡的情況。在圖6的6a的曲線圖內(nèi)可知，Co-Ni基合金的振動元件的特性中沒有交點，容許應變振幅的值非常大。在外推值中，交點的應變振幅是SUS301和SUS631的3倍 4倍。 圖7表示容許應變振幅Y的變化率與扭梁部31的長度L的變化率的關(guān)系。在該曲線圖中，將梁部31的截面設(shè)為圓形或作為縱橫比為恒定的矩形，并利用相同的鏡形狀，求出了為了獲得相同的共振頻率與相同的扭轉(zhuǎn)振幅而需要的長度。即，在使用了某材料的振動部中，當容許應變振幅為Y C1、梁部31的長度為Ltl時，用比率示出了在使用容許應變振幅Y的材料時，為了制造相同的規(guī)格的振動部而需要使用多長的長度L。從該曲線圖得知，若容許應變振幅變?yōu)?倍 4倍，則能夠?qū)⒘翰?1的長度設(shè)為1/4以下，并能夠使振動鏡大幅地小型化。在圖6的6a的曲線圖中，SUS301與SUS631的容許應變振幅是相同程度的大小。這示出了，與SUS301的振動元件相比,使用了 SUS631的振動元件能夠與振動衰減率減低的量相應地提高驅(qū)動效率，但是不能使振動元件小型化。原因是與SUS301相比，雖然SUS631的非線性較小，但是，沒有少至使容許應變振幅提高的程度，這示出了為了使致動裝置(振動鏡裝置等)小型化，振動衰減率與非線性這兩者具有最佳的特性是很重要的。另外。在圖6的6b的減壓下的特性中，與圖6a的大氣壓下的特性相比，SUS301和SUS631的容許應變振幅降低了。這示出了，在使空氣阻力減少了的情況下，為了在共振頻率進行穩(wěn)定的操作而有必要使梁部31的長度變長。即，示出了，在通過改善振動元件向減壓空間的配置、使如圖8的8a Sc所示的那樣的光學鏡部322的自與梁部31相對的部分向外側(cè)突出的部分越是接近頂端越是逐漸變小的形狀的設(shè)計來降低抖動的情況下，小型化變得更加困難。另外，在圖8的8a 8c所示的梁部31被設(shè)置成簡支(雙支承)梁狀。與此相對，在使用了被實施了加工硬化和時效硬化處理的Co-Ni基合金的情況下的振動元件的容許應變振幅雖然也發(fā)生了降低，但是，與使用SUS301和SUS631的情況相t匕，維持了高出40%以上的值。從圖7的曲線圖可知，能夠使梁部31的長度小型化到使用SUS301和SUS631時的60%程度。在要求高精度光束掃描的激光束打印機、激光投影儀等用途中，必須有防抖動對策，在這些用途中，本發(fā)明起到的小型化的效果非常大。圖9表示實施例I和比較例1、2的各振動元件的特性數(shù)據(jù)。在容許應變振幅中一并記載了實際的扭轉(zhuǎn)角。Q值是振動衰減率的倒數(shù)，記載了扭轉(zhuǎn)振幅為25°時的值。對于電力消耗也記載了扭轉(zhuǎn)振幅為25°時的值。扭轉(zhuǎn)振幅的25°這樣的值是在比較例1、2的減壓下的大致的容許值，用于在共振頻率附近的振動不產(chǎn)生不穩(wěn)定的范圍內(nèi)，以相同的條件對各振動元件的特性進行比較。當用電力消耗來比較實施例I和比較例2的各振動元件時，得知在大氣壓下，實施例I的各振動元件的電力消耗為比較例2的各振動元件的電力消耗的1/5以下，在減壓下，實施例I的各振動元件的電力消耗為比較例2的各振動元件的電力消耗的1/30，并且，與比較例2相比，實施例I能夠大幅降低電力消耗。因此，實施例I的振動元件大幅提高驅(qū)動效率，當使用實施例I的振動元件時，能夠使致動裝置小型化。另外，實施例I和比較例3的振動元件的容許應變振幅大于3 X 10_3，優(yōu)于比較例I和比較例2的振動元件的容許應變振幅。此外，對于比較例3的振動元件，由于振動部僅通過加工硬化處理而形成，因而，與實施例I的振動元件相比，比較例3的振動元件的Q值較小且電力消耗較大，即，由于振動衰減率非常高且驅(qū)動效率很低，因而不利于小型化。在振動元件的小型化時，為了使梁部31的長度最小，相對于所要求的扭轉(zhuǎn)振幅， 只要使應變振幅大到容許值極限即可。圖9所示的比較例1、2的減壓下的Q值是以大致為容許值極限的應變振幅進行操作時的值，與鏡形狀、扭轉(zhuǎn)振幅不相關(guān)，在制造最小的振動元件的情況下，Q值成為該值。在大氣壓下，由于施加有空氣阻力，Q值低于該值。S卩，在振動不產(chǎn)生不穩(wěn)定的范圍內(nèi)來制造最小的振動元件的情況下，比較例1、2的材料的Q值為550至740左右，不能獲得超過1000的Q值。與此相對，在減壓下，實施例I的振動元件以與比較例1、2相同的尺寸，獲得了超過1000的Q值，具體而言，獲得了超過4000的Q值。另外，如上所述，由于應變振幅的容許值較大，因而能夠使振動元件小型化，但是，如圖6的6a所示，在減壓下，實施例I的振動衰減率基本上沒有應變振幅依賴性，即使由小型化增大了應變振幅，Q值也發(fā)生不變化。SP，能夠同時實現(xiàn)振動元件的Q值提高與小型化。另外，在大氣壓下，如上所述，能夠使實施例I的振動元件小型化，但是，Q值由于受到與鏡形狀、扭轉(zhuǎn)振幅等相對應的空氣阻力的影響而降低。但是，如圖9所示，以與比較例1、2相同的尺寸，能夠獲得超過1400的值，這示出了采用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)比較例1、2的材料所不能獲得的、超過1000的Q值。另外，對于實施例I的振動元件，以2kHz的共振頻率，扭轉(zhuǎn)振幅40°，并以超過SUS301和SUS631的容許應變振幅的值進行了耐久性試驗，其結(jié)果得知，能夠獲得4 X 101°次以上(5000小時以上)的耐久性。另外，圖9所示的實施例I的振動元件的特性數(shù)據(jù)畢竟是為了與比較例I 3做比較而通過制造與比較例I 3相同形狀的各振動元件所獲得的數(shù)據(jù)，并不限定本發(fā)明的特性。第二實施方式圖14是表示具有本發(fā)明的第二實施方式的振動元件的致動裝置的一例的概略剖視圖。如圖14所示，本實施方式的致動裝置1A，沒有設(shè)置用于密封振動元件30的蓋構(gòu)件，除了將振動元件30設(shè)為大氣開放的結(jié)構(gòu)之外，其他結(jié)構(gòu)與上述第一實施方式相同。另夕卜，在本實施方式中，對于上述第一實施方式中說明的相同結(jié)構(gòu)部分標注了相同的符號，并省略重復的說明。具體而言，在本實施方式的致動裝置IA中，構(gòu)成振動部的梁部31向大氣開放，并在常壓狀態(tài)下使用。另外，保持構(gòu)件20A在殘留有其周緣部的同時在中央設(shè)有通孔21A。在這種帶有空氣阻力的影響的使用環(huán)境中，由于利用實施了加工硬化和時效硬化處理的Co-Ni基合金來形成梁部31，因而，形成在確保希望的疲勞特性和振動特性的同時有助于小型化的器件。另外，在本實施方式中，由于含有梁部31的振動部對大氣開放，為了減小空氣阻力的影響，因而，優(yōu)選采用降低了遠離扭轉(zhuǎn)振動的旋轉(zhuǎn)中心且移動速度較大的部位的面積的、例如圖8的8d 8f所示的那樣的光學鏡部322和梁部31B的形狀。第三實施方式
圖15是表示具有本發(fā)明的第三實施方式的振動元件的致動裝置的一例的概略圖，圖15的15a是俯視圖，圖15b是B-B’剖視圖，圖15c是蓋安裝結(jié)構(gòu)例。如圖15的15a和15b所示，本實施方式的致動裝置IB，除了將梁部3IB設(shè)成懸臂狀以構(gòu)成振動兀件30B之外,其他結(jié)構(gòu)與上述第一實施方式相同。另外，在本實施方式中，對于在上述第二實施方式中說明的相同結(jié)構(gòu)部分標注了相同的符號，并省略重復的說明。如圖15的15a和15b所示，相對于框體60，梁部31B僅設(shè)在單側(cè)即懸臂梁狀。并且，質(zhì)量體32B設(shè)在作為梁部31B的自由端側(cè)的頂端側(cè)。通過采用這種結(jié)構(gòu)，質(zhì)量體32B的重心位于梁部31B的延長線上，即使是以單側(cè)支承的結(jié)構(gòu)也能夠進行穩(wěn)定的振動。在該結(jié)構(gòu)中，特別是，為了防止自重導致的撓曲，期望梁部的長度方向的楊氏模量較大，優(yōu)選在形成有〈110〉織構(gòu)的方向上形成梁部。另外，如圖15的15c所示，在采用致動裝置IB的結(jié)構(gòu)的情況下，通過如上述第一實施方式那樣設(shè)置蓋構(gòu)件40并將振動元件30B設(shè)置在減壓空間50內(nèi)，從而能夠降低空氣阻力并獲得更穩(wěn)定的振動特性。第四實施方式圖16是表示具有本發(fā)明的第四實施方式的振動元件的致動裝置的一例的概略圖，圖16的16a是仰視圖，圖16b是C-C’剖視圖，圖16c是D-D’剖視圖。如圖16所示，在本實施方式的致動裝置IC中，設(shè)有從框體70C處以梁狀架設(shè)的一對第一梁部31a和用于將該一對第一梁部31a架設(shè)的第二梁部31b。另外，在致動裝置IC中，在第一梁部31a上設(shè)有能夠從外部施加電壓的多個壓電元件100，并在第二梁部31b上設(shè)置質(zhì)量體32C以構(gòu)成振動元件30C，除此之外的構(gòu)成與上述第一實施方式相同。另外，在本實施方式中，對于上述第一實施方式中說明的相同結(jié)構(gòu)部分標注了相同的符號，并省略重復的說明。具體而言，在對框體70C進行大致平行地架設(shè)的一對第一梁部31a的、與第二梁部31b的連結(jié)部分的兩側(cè)分別設(shè)有壓電元件100。另外，壓電元件100由對鈦酸鋯酸鉛、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈮酸鉛等壓電體膜、上電極(未圖示)進行層疊而形成。并且，雖然沒有圖示，但是，通過借助于框體70C與上電極從驅(qū)動電路向各壓電元件100施加電壓，并使壓電元件100產(chǎn)生相互反方向的撓曲振動，從而能夠?qū)Φ谝涣翰?1a施加扭轉(zhuǎn)力矩。由此，在振動元件30C中被激勵生成扭轉(zhuǎn)振動。光學鏡部322C配置在鏡設(shè)置部311C的兩表面上。利用這種結(jié)構(gòu)，在對反射膜進行成膜的情況下，保持膜應力的平衡并防止光學鏡部322C的變形，在對形成有鏡面的構(gòu)件進行接合的情況下，起到保持重心的平衡的作用。與框體70C —體地形成的質(zhì)量體32C和第一梁部31a及第二梁部31b與上述第一實施方式相同，由加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金形成。在提高壓電特性這點上，對于壓電元件100的壓電體膜，在使用鈦酸鋯酸鉛(PZT)等由于熱處理導致金屬材料與鉛發(fā)生反應而發(fā)生問題的壓電膜的情況下，優(yōu)選在金屬材料與壓電膜之間形成用于防止鉛擴散的中間層。另外，為了形成壓電元件100，較為理想的是使用氣溶膠沉積法(AD法)形成有壓電元件100的第一梁部31a與壓電元件100 —起被進行熱處理，壓電元件100的特性改善與Co-Ni基合金的時效硬化同時進行。由此，能夠簡化制造工藝。熱處理條件期望是以500°C 700°C，在還原氛圍下進行I 3小時。此處，由于時效硬化后的Co-Ni基合金的耐熱性優(yōu)異，因而，也可以在時效硬化后的Co-Ni基合金上形成壓電元件100并進行壓電膜的熱處理。振動元件30C的特性與上述第一實施方式相同，并且也能夠使振動元件30C小型化。并且，在本實施方式中，與利用粘接等配置壓電元件100的情況相比，由于能夠大幅降低壓電元件100的驅(qū)動壓電，因而能夠使電源電路等的驅(qū)動部小型化。另外，在本實施方式中，示出了致動裝置IC的結(jié)構(gòu)變形例，在第一梁部31a和第二梁部31b上使用了加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金這點上，能夠獲得與上述第一實施方式相同的作用效果。第五實施方式圖17是表示本發(fā)明的第五實施方式的具有振動元件的圖像形成裝置的概略圖。如圖17所示，在本實施方式的圖像形狀裝置200中，能夠應用上述第一實施方式 第四實施方式所說明的振動元件30等(在圖17中，圖示為振動元件30)。圖像形狀裝置200是激光束打印機(LBP)等，由激光器201射出的光通過射出光學系統(tǒng)202后被振動元件30的光學鏡部反射，通過成像光學系統(tǒng)203后在感光體204上掃描。利用BD傳感器205對被掃描的激光進行檢測，根據(jù)其檢測信號來使控制電路206輸出掃描角的控制信號并向振動元件30的驅(qū)動電路207反饋。由于本實施方式的圖像形狀裝置200包括具有由加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金構(gòu)成的振動部(梁部)的振動元件30，因而，有利于小型化，能夠降低抖動等不穩(wěn)定性并進行穩(wěn)定的激光掃描，能夠進行掃描角的高精度控制。第六實施方式圖18是表示本發(fā)明的第六實施方式的具有振動元件的視頻投影裝置的概略圖。如圖18所示，在本實施方式的視頻投影裝置300中，能夠應用上述第一實施方式 第四實施方式所說明的振動元件30等(在圖1814中，圖示為振動元件30)。從含有RGB3原色的光源301射出的光照射于在振動元件30上設(shè)置的鏡面，利用垂直掃描裝置302進行二維掃描，并作為視頻而投影到屏幕303上。并且，垂直掃描裝置302的掃描速度比振動元件30慢。對于垂直掃描裝置302，使用以非共振驅(qū)動能夠進行高精度定位的檢流計鏡。根據(jù)由控制電路304輸出的控制信號并利用驅(qū)動電路305來對振動元件30的掃描角進行控制。并且，同樣根據(jù)來自控制電路304的輸出對垂直掃描裝置302的掃描角進行控制?？刂齐娐?04根據(jù)由輸入部306和距離測定器307對投影視角、投影尺寸進行的設(shè)定與視頻的尺寸、橫縱比來更改振動元件30與垂直掃描裝置302的掃描角。即使不變更掃描角，也能夠用光源301的點亮/熄滅(0N/0FF)控制來改變視頻的投影尺寸，但是，利用變更掃描角可減少光源301的熄滅(OFF)時間，由此能夠有效地利用光。由于本實施方式的視頻投影裝置300包括具有用于構(gòu)成由加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金構(gòu)成的振動部的梁部的振動元件30，因而，有利于小型化，能夠降低抖動等不穩(wěn)定性，即使變更掃描角也能進行穩(wěn)定的操作。另外，由于振動衰減率的應變振幅依賴性較小，因而，在增大掃描角時，不會有急劇的電力消耗增加。并且，通過光的有效利用，能夠降低光源301的驅(qū)動電力。由此，在小型化的同時，能夠降低驅(qū)動部、電池的容積，并能夠?qū)崿F(xiàn)小型且高性能的視頻投影裝置300。本發(fā)明并不受上述實施方 式的限制，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠進行各種變更和變形，因此，為了公開本發(fā)明的范圍，附帶以下的權(quán)利要求。本發(fā)明以2009年12月16日提交的日本國專利申請?zhí)卦?009-284738為基礎(chǔ)主張優(yōu)先權(quán)，在此引用其記載的全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種振動元件，其特征在于，包括 振動部，其通過實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部由以下方式形成，即，在對實施了使楊氏模量降低的加工硬化處理的原料實施加工成規(guī)定的形狀的成形加工處理之后，實施使由所述加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部具有從基座設(shè)成梁狀的梁部，并向與所述梁部的縱長方向軸線交叉的方向扭轉(zhuǎn)振動。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部通過實施了拉伸加工而形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振動元件，其特征在于， 除了所述拉伸加工之外，還對所述振動部實施了減薄加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部通過一邊線狀地拉伸一邊進行減薄而形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項所述的振動元件，其特征在于， 在所述振動部的外周面形成有由所述拉伸加工形成的加工痕跡。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部具有從基座設(shè)成梁狀的梁部，在將該梁部的寬度設(shè)為w并將厚度設(shè)為t時的截面縱橫比t/w大于0. 3。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部具有從基座設(shè)成梁狀的梁部，并且，在該振動部上設(shè)有光學鏡部，所述光學鏡部的慣性矩為所述梁部的慣性矩的兩倍以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部包含設(shè)成長條梁狀且不安裝光學鏡部的第一區(qū)域和第二區(qū)域與安裝所述光學鏡部的第三區(qū)域，所述第二區(qū)域在所述振動部的縱長方向上由所述第一區(qū)域與所述第三區(qū)域所夾持， 所述時效硬化處理在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域、與所述第三區(qū)域在彼此不同的溫度條件下進行。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部具有表示共振頻率的變化量與應變振幅的大小的關(guān)系的共振特性曲線的峰形呈線對稱的振動特性。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部的應變振幅大于3X 10_3。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部的表示振動的容易程度的Q值為1000以上。
14.根據(jù)權(quán)利要求I至13中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部由加工硬化和時效硬化型Co-Ni基合金構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至14中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部由實施了加工硬化和時效硬化處理的Co-Ni基合金構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求I至15中任一項所述的振動元件，其特征在于，還具有 減壓空間形成部，其形成配置所述振動部的至少一部分的減壓空間。
17.根據(jù)權(quán)利要求I至16中任一項所述的振動元件，其特征在于， 還具有設(shè)置在所述振動部上的光學鏡部， 所述光學鏡部設(shè)置在所述振動部上，具有大于所述振動部的寬度尺寸的外形形狀，并且，具有從與所述振動部相對的部分向外側(cè)突出的部分越接近頂端越逐漸變小的形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求I至17中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部的組成按重量比包括Co :31.0% 37.3%、Ni :31. 4% 33.4%、Cr 19. 5% 20. 5%, Mo :9. 5% 10. 5%。
19.根據(jù)權(quán)利要求I至18中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部表現(xiàn)出非磁性。
20.根據(jù)權(quán)利要求I至19中任一項所述的振動元件，其特征在于， 所述振動部設(shè)成簡支梁狀或懸臂梁狀。
21.—種光掃描裝置,其特征在于,包括 振動部，其通過實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成； 光學鏡部，其設(shè)置在所述振動部上； 驅(qū)動部，其使所述振動部振動；和 光源，其對所述光學鏡部的鏡面照射光， 該光掃描裝置基于通過所述振動部進行的所述光學鏡部的振動來進行光掃描。
22.—種致動裝置，其特征在于，包括 振動部，其通過實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成；和驅(qū)動部，其使所述振動部振動。
23.一種視頻投影裝置，其特征在于，包括 振動部，其通過實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成； 光學鏡部，其設(shè)置在所述振動部上； 驅(qū)動部，其使所述振動部振動；和 光源，其對所述光學鏡部的鏡面照射光， 該視頻投影裝置基于通過所述振動部進行的所述光學鏡部的振動來進行光掃描從而對視頻進行投影。
24.一種圖像形成裝置，其特征在于，包括 振動部，其通過實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理而形成； 光學鏡部，其設(shè)置在所述振動部上； 驅(qū)動部，其使所述振動部振動；和光源，其對所述光學鏡部的鏡面照射光， 該圖像形成裝置基于通過所述振動部進行的所述光學鏡部的振動來進行光掃描從而形成圖像。
全文摘要
通過實施使楊氏模量降低的加工硬化處理與使由該加工硬化處理降低了的楊氏模量回復或上升的時效硬化處理來形成振動部，實現(xiàn)在確保希望的疲勞特性和振動特性的同時有利于小型化的振動元件(30)，從而能夠謀求致動裝置(1)、光掃描裝置、視頻投影裝置、圖像形成裝置等的小型化。
文檔編號B81B3/00GK102666367SQ20108005700
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者新井克美, 若林孝幸, 鈴木成己 申請人:佳能電子株式會社