JP2005192276A - 振動型アクチュエータ及び振動型アクチュエータを用いた装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 不要な振動の発生を防止することができ、しかも、異音の発生や処理品位の低下を防止することができる振動型アクチュエータ及び振動型アクチュエータを用いた装置を提供する。
【解決手段】 電気信号により振動が励起されるステータと、該ステータに対して相対移動を行うロータとを有する振動型アクチュエータにおいて、ステータとロータとの接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になることを回避するためのゲートアレイ６０４を備えた。
【選択図】 図６

Description

本発明は、振動型アクチュエータ及び振動型アクチュエータを用いた装置に関する。

振動型アクチュエータの一種である超音波モータは、電磁モータには無い種々の特徴を持っており、これまでにも超音波モータを応用した装置に関する提案が多くなされている。

例えば、複写機装置等の画像形成装置の感光ドラム駆動に超音波モータを使用している（例えば、特許文献１参照）。

その構成は、超音波モータの回転軸を潜像形成領域を越えて延出させ、潜像形成領域に光導電層を設け、超音波モータ内の軸受と超音波モータ外の軸受とで回転軸を支持している。このように構成にすることにより、像担持体と駆動源との間のギア或は軸継手等の駆動系のガタツキを取り除くことができ、精度の高い画像形成を行うことが可能になっている。

また、転写材搬送体及び中間転写体に用いられる無端ベルト搬送装置の駆動源として超音波モータを使用している（例えば、特許文献２参照）。

画像形成装置では、転写材として通常の用紙、厚紙、ＯＨＰ（オーバヘッドプロジェクタ）に使用するトランスペアレンシー（以下、トラペンと記述する）といった複数種のマテリアルに対応したものが多い。その際、厚紙やトラペンは、熱容量が大きいために、画像形成装置の定着器において供給熱量を多くしなければならなかった。

そのため、定着器の定着速度を、使用する用紙（特に、厚紙、トラペン）に応じて通常のそれより遅く（通常の１／２〜１／４程度に）することにより、用紙に対する供給熱量を多くして、厚紙、トラペンの画像形成の対応を行っている（例えば、特許文献３参照）。

定着器の定着速度を遅くする際には、上述した感光ドラム及び無端ベルト搬送装置の駆動源である超音波モータの駆動速度も遅くする必要がある。

また、画像形成装置における複数の超音波モータの起動方法に関しては、最終目標速度までの速度領域を分割して目標速度を設定し、複数のモータが全て前記分割目標速度に到達してから、次の分割目標速度を与えるといった方法がとられている（例えば、特許文献４参照）。
特開平８−９５３２７号公報 特開平１１−９１９７６８号公報 特開平９−１９７７５１号公報 特開平１１−１８７６８８号公報

しかしながら、上述したような従来の進行波型の超音波モータ、特に、画像形成装置等に用いられている高トルクを発生するタイプの超音波モータにおいては、下記のような問題点があった。

即ち、超音波モータは、弾性体と圧電素子とから成るステータの振動振幅を変更することによって駆動速度を変化させている。ステータと、移動体であるロータとの接触状態は、超音波モータの振動振幅によって異なる。

図１０（Ａ）は、超音波モータが低速度（振動振幅が小さい）で駆動されている場合のステータとロータの接触状態を、図１０（Ｂ）は、高速度（振動振幅が大きい）で駆動されている場合のステータとロータの接触状態を、それぞれ示す図である。

圧電素子によって変形力を受けているのはステータであるが、実際にはステータの変形に応じてロータも変形することが本出願人の検討によって明らかになっている。

まず、図１０（Ａ）の振動振幅の小さい場合について説明する。同図は、説明を分かり易くするために、振動振幅を実際よりも誇張して表現している。ロータ１００１が図中矢印Ｌ方向（左方向）に移動する力を受けている場合について考える。この時、図１０（Ａ）のＣ領域では、ステータ１００２の櫛歯先端部がロータ１００１に対して図面に向かって左方向（矢印Ｌ１方向）に力が働くような運動をしている。また、図１０（Ａ）のＤ領域では、ステータ１００２の櫛歯先端部分がロータ１００１に対して図面に向かって右方向（矢印Ｗ方向）に力が働くような運動をしている。

振動振幅が小さい場合は、ステータ１００２とロータ１００１は、Ｃ領域及びＤ領域を含む全域で接触しているので、右方向及び左方向の力が同時に働いていることになる。

しかし、接触部の圧力は、Ｃ領域の方がＤ領域より大きくなっているので、結果としてロータ１００１は図１０（Ａ）の左方向（矢印Ｌ方向）に移動する。

駆動速度が高い場合は、図１０（Ｂ）の振動振幅が大きい場合のような接触状態になる。図１０（Ｂ）のＥ領域では、図１０（Ａ）のＣ領域と同様に、ロータ１００１の移動方向と同方向の力が働くが、Ｆ領域では、ステータ１００２とロータ１００１とが接触していないために、図中右方向の力は働かないことになる。その結果、ロータ１００１は、図１０（Ａ）の場合よりも大きな力で図中左方向に移動されることになる。

以上説明したように、ステータ１００２とロータ１００１との接触状態には２つの状態が存在する。即ち、（１）ステータ１００２とロータ１００１とが全面で接触している場合と、（２）ステータ１００２とロータ１００１とが部分的に接触している場合の２つの状態が存在する。

上記２つの状態では、ステータ１００２からロータ１００１への力の伝達の方法が大きく異なる。このため、この２つの状態の境界領域では、ロータ１００１の受ける力が不連続になることにより、全面接触と部分接触とが交互に生じ、不要な振動が発生してしまうことがある。

この不要な振動は、異音の発生や、駆動速度ムラ増大の原因になることもある。

上記接触状態の境界領域は、超音波モータの最大速度に対して比較的低速度で駆動している場合に存在する。

上述した従来の画像形成装置では、転写材である用紙の種類によっては、超音波モータを低速度で駆動する必要があるために、このような場合に境界領域になる可能性がある。

また、超音波モータの起動時及び停止時には、最終目標速度までの速度領域を分割して目標速度を設定し、複数の超音波モータが全て前記分割目標速度に到達してから、次の分割目標速度を与えるといった方法がとられているために、加速中または減速中に境界領域になる速度で駆動されることもある。

その結果として、画像形成装置からの異音の発生や、速度ムラが大きい状態で印刷されることによる画像品位の悪化が生じてしまうという問題もあった。

そこで、本発明は、上述のような従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、不要な振動の発生を防止することができ、しかも、異音の発生や処理品位の低下を防止することができる振動型アクチュエータ及び振動型アクチュエータを用いた装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電気信号により振動が励起される振動子と、該振動子に対して相対移動を行う移動子とを有する振動型アクチュエータにおいて、前記振動体と前記移動体との接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になることを回避するための回避手段を備えたことを特徴とする振動型アクチュエータを提供する。

また、上記目的を達成するために、本発明は、本発明の振動型アクチュエータを駆動源として用いたことを特徴とする装置を提供する。

本発明によれば、超音波モータのステータとロータの接触状態が部分接触と全面接触の境界の領域で駆動することを避けることができるので、不要な振動が発生するのを防ぐことができ、駆動速度が複数存在する画像形成装置等においても、異音の発生や印字品位の低下を防ぐことができる。

本発明の振動型アクチュエータ及び振動型アクチュエータを用いた装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図７に基づき説明する。

図１は、本実施の形態に係る振動型アクチュエータを駆動源として用いたカラー画像形成装置の内部構成を示す側断面図であり、同図に示すカラー画像形成装置は公知の装置であるので、ここでは、その概略のみを説明する。

図１に示すように、本実施形態では、画像形成装置本体１００内に第１、第２、第３及び第４の４つの画像形成手段Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが設けられており、これによって、カラー画像を形成するようになっている。

なお、画像形成手段は、１つ或いはそれ以上の任意数の画像形成手段を含む画像形成装置にも本発明は適用できるものである。

画像形成装置本体１００内の図において右側には、給送装置１０１が設けられており、その反対側には、転写材排出口１０２が設けられている。給送装置１０１は、転写材１０３を従動ローラ１０４側から搬送ベルト１０５上に載置する機能を有する。転写材排出口１０２に隣接して内側に定着器１０６が配設されている。

定着器１０６は、分離ローラ１０７側から給送された転写材１０３を受けて、各画像形成手段Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄにおいて転写材１０３に重ねて転写された顕画像を一括して定着し、永久像を形成するものである。

また、画像形成装置本体１００内の給送装置１０１から定着器１０６に至る経路の下側には、給送装置１０１に近接して従動ローラ１０４が、また、定着器１０６に近接して分離ローラ１０７がそれぞれ設けられており、これらのローラ１０４，１０７相互間に誘電体シートの無端状搬送部材、例えば、搬送ベルト１０５が架設されている。この搬送ベルト１０５は、分離ローラ１０７の下側の駆動ローラ１０８によって回転駆動される回転部材である。従動ローラ１０４の下方には、搬送ベルト１０５の内周側からこの搬送ベルト１０５と当接して搬送ベルト１０５への引張力を自在に調節する調節ローラ１０９が設けられている。

一方、従動ローラ１０４から分離ローラ１０７に至る経路の上側には、搬送ベルト１０５に近接して給送装置１０１側から順に４つの画像形成手段Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが併設されている。

搬送ベルト１０５は、駆動ローラ１０８によって後述する図１における矢印Ａ方向に駆動され、給送装置１０１を通じて送給される転写材１０３を担持し、各画像形成手段Ｐａ，Ｐｂ，ＰＣ，Ｐｄへと順次搬送する搬送手段を構成している。

各画像形成手段Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは、実質的に互いに同一構成であり、周知のように、図示矢印方向に回転駆動される像担持体である感光体ドラム１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄを含み、各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの周辺には、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄを一様に帯電する帯電器１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ、感光体ドラム１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ上に形成された静電潜像を現像する現像器１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ、現像された顕画像を転写材１０３へ転写する転写用帯電器１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄ、感光体ドラム１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ上に残存するトナーを除去するクリーニング器１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄが各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの回転方向に順次配設されている。また、各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの上方には露光装置１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄが各々設けられている。

現像器１１２ａにはイエロー色のトナーが、現像器１１２ｂにはマゼンタ色のトナーが、現像器１１２ｃにはシアン色のトナーが、現像器１１２ｄにはブラック色のトナーが、各々収容されている。露光装置１１５ａにはカラー画像のイエロー成分像に対応する画素信号が、露光装置１１５ｂにはカラー画像のマゼンタ成分像に対応する画素信号が、露光装置１１５ｃにはカラー画像のシアン成分像に対応する画素信号が、露光装置１１５ｄにはカラー画像のブラック成分像に対応する画素信号が、各々入力される。これら電気デジタル画素信号の入力を受けて、この信号に対応して変調された光束を各々帯電器１１１ａ〜１１１ｄと現像器１１２ａ〜１１２ｄとの間で各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの母線方向に各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄのドラム面を露光するようになっている。

上記構成のカラー画像形成装置において、図示するように転写材１０３としてカットシート状のものが使用され、この転写材１０３が給送装置１０１の給送ガイド内を移動し、搬送ベルト１０５上に送り出される。これに同期して駆動ローラ１０８も駆動され、搬送ベルト１０５が図１の矢印Ａ方向に駆動される。転写材１０３が給送ガイドによって案内されて搬送ベルト１０５上に載置される。

その後、第１の画像形成手段Ｐａの感光体ドラム１１０ａにはイエロー画像が、第２の画像形成手段Ｐｂの感光体ドラム１１０ｂにはマゼンタ画像が、第３の画像形成手段Ｐｃの感光体ドラム１１０ｃにはシアン画像が、第４の画像形成手段Ｐｄの感光体ドラム１１０ｄにはブラック画像が、それぞれ分担されて形成される。これら画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄにおける画像形成の原理は、カールソンプロセスとして既に公知であるため、その説明は省略する。

搬送ベルト１０５の移動によって、転写材１０３は第１から第４の画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄの感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの下部を順次に通過して定着器１０６の方向へ搬送され、各画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄの転写帯電器１１３ａ〜１１３ｄにより、転写材１０３上に、各画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄにて形成された各色の顕画像が順次に重ねて転写されてカラー画像が合成される。

転写材１０３は、第４の画像形成手段Ｐｄを通過した後、転写材１０３の弾性力を利用して搬送ベルト１０５からの分離を実現する小曲率の分離ローラ１０７を経て搬送ベルト１０５から分離される。搬送ベルト１０５から分離された転写材１０３は定着器１０６に送られ、この定着器１０６内で転写された各色の顕画像が一括して定着された後、転写材排出口１０２から排出され、１つの画像記録サイクルが終了する。

搬送ベルト１０５の駆動ローラ１０８の付近には除電清掃装置１１６が取り付けられている。この除電清掃装置１１６は、搬送ベルト１０５に関して、転写材１０３の表面電位を接地除電し、更には、その転写材載置面に付着した汚れを清掃する清掃手段を有するクリーニング装置としての機能を有する。除電清掃装置１１６は、除電手段であるファーブラシ１１７、清掃手段である板状粘弾性体よりなるクリーナブレード１１８、各手段を一体に保持すると共に、清掃によって発生した汚損物を蓄積する容器部としての枠体１１９によって構成されている。

図２は、画像形成装置１００の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの構成を示す斜視図である。同図において、４本の感光ドラム１１０ａ〜１１０ｄの駆動軸上には、それぞれ駆動源としての超音波モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄが、それぞれ取り付けられている。また、超音波モータＭａ〜Ｍｄには、速度を検出する手段であるロータリエンコーダＥａ，Ｅｂ，Ｅｃ，Ｅｄが内蔵されている。超音波モータＭａ〜Ｍｄは、比較的低速度で高いトルクを発生させることができるので、図２に示すように、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの駆動軸にダイレクトに接続することができる。

これにより、従来必要であったギア等の減速手段を用いなくても済むために、色ずれの低減が実現でき、印刷品位を向上させることができる。

図３は、画像形成装置１００の搬送ベルト１０５の駆動源の構成を示す斜視図である。同図において、駆動ローラ１０８には、超音波モータＭｅが接続されている。また、この超音波モータＭｅにも、速度を検出するためのロータリエンコーダＥｅが内蔵されている。搬送ベルト１０５の駆動においても、感光ドラム１１０ａ〜１１０ｄの駆動と同じく、超音波モータＭｅがダイレクトに接続されているために、印刷品位を向上させることが可能となっている。

次に、超音波モータに関して図４を用いて説明する。

図４は、感光ドラム体１１０ａ〜１１０ｄ及び駆動ローラ１０８の駆動源である超音波モータの構成を示す断面図である。

本実施形態において使用する超音波モータＭａ〜Ｍeは、全て図４に示す超音波モータと同一構成である。

図４において、４０１は金属製の弾性体であり、焼結等の方法によって製造される。この弾性体４０１には圧電素子４０２が接着されている。弾性体４０１と圧電素子４０２とが接着された構造体をステータ（振動子）Ｓと呼ぶ。４０３はロータ（移動子）で、金属製の円環状の部材である。このロータ４０３は、加圧バネ４０４によって弾性体４０１に押し付けられている。４０５は積層圧電素子で、不図示の送電線を介して印加される直流電圧の大きさに応じた歪を発生する。この積層圧電素子４０５の歪量に応じて加圧バネ４０４の変位が変化する。この結果、ステータＳとロータ４０３との間に働いている押し付け力を変更することが可能となっている。積層圧電素子４０５に印加する直流電圧の決定方法に関しては、後述する。

４０６はシャフトで、加圧バネ４０４、積層圧電素子４０５等を介してロータ４０３と接続されている。ロータ４０３が回転運動をするとシャフト４０６も回転運動を行う。シャフト４０６は、２つのベアリング４０７，４０８によって回転可能に支持されている。４０９はコードホイールで、シャフト４０６の回転速度または回転位置を検出するためのものである。コードホイール４０９の表面には、周方向に反射面と非反射面とが交互に形成されている。４１０は反射式のエンコーダ素子であり、発光部と受光部とから成り、コードホイール４０９に光線を照射し、その反射光に応じた電圧信号が出力されるように構成されているＩＣ（集積回路）である。４１１は金属性の筐体、４１２はコードホイール４０９とエンコーダ素子４１０を覆うためのカバー、４１３は圧電素子４０２，４０５に電力を供給するためのコネクタである。

図５は、ステータＳの構成を示す斜視図であり、同図に示すように、弾性体４０１の櫛歯上部に耐摩耗性を向上させるための摩擦材５０１が接着されている。これにより、超音波モータの寿命を向上させている。

次に、超音波モータの駆動回路について図６を用いて説明する。

図６は、画像形成装置１００における超音波モータの駆動回路構成を示すブロック図である。

図６において、６０１は画像形成装置１００の本体基板であり、画像形成装置１００全体の動作を制御するＣＰＵ（中央処理装置）６０２が実装されている。本体基板６０１には、ＣＰＵ６０２以外にも画像処理用のＩＣや超音波モータ以外のアクチュエータのコントローラ、通信用のＩＣ等が実装されているが、ここでは、超音波モータの制御に関するもの以外は省略した。

６０３は超音波モータ駆動基板であり、ゲートアレイ（回避手段）６０４と昇圧回路６０５ａ，６０５ｂ，６０５ｃ，６０５ｄ，６０５ｅが実装されている。６０６は直流電圧選択回路である。

ゲートアレイ６０４は、主に下記４種類の働きを行う。

(1) ＣＰＵ６０２との通信
(2) 超音波モータの駆動信号の生成
(3) 超音波モータの回転速度の検出
(4) 加圧調整用の積層圧電素子４０５への電圧の切り替え信号の生成
上述したゲートアレイ６０４の各働きと、超音波モータの動作について説明する。

エンコーダＥａ〜Ｅｅからは、超音波モータＭａ〜Ｍｅの速度に応じた周波数を有するパルス信号が出力されている。パルス信号は、ゲートアレイ６０４に入力され、上記(3)の機能により速度情報に変換される。変換された速度情報は、上記(1)の機能によりＣＰＵ６０２に伝達される。

ＣＰＵ６０２では、設定された目標駆動速度と、ゲートアレイ６０４から得られる速度情報とを比較し、速度偏差を求める。その後、公知の制御方法であるＰＩＤ制御等を行うことにより、超音波モータの制御操作量を設定する。

本実施形態では、制御操作量として超音波モータの駆動周波数を使用している。決定された駆動周波数情報は、上記(1)の機能によりゲートアレイ６０４に伝達される。

ゲートアレイ６０４では、上記(2)の機能により、ＣＰＵ６０２で決定された駆動周波数のパルス信号を生成する。パルス信号は、昇圧回路６０５ａ〜６０５ｅにより超音波モータを充分駆動できる電圧まで昇圧され、超音波モータＭａ〜Ｍｅに印加される。

上述した方法により、超音波モータの駆動速度が所定の値に制御されるが、上述した「発明が解決しようとする課題」の項でも述べたように、超音波モータの駆動速度が比較的低速度の場合に、超音波モータのステータＳとロータ４０３との接触状態が全面接触と部分接触との境界領域となり、この時に異音が発生したり、速度ムラが増大する可能性がある。

図７は、超音波モータの駆動周波数と駆動速度との関係を表したグラフである。このグラフの横軸は超音波モータの駆動周波数、縦軸は駆動速度である。

本実施形態において使用する超音波モータは、共振を利用して振動振幅を増加させる方式をとっている。

よって、図７に示すグラフのように、共振周波数（ｆｒ）で駆動速度は最大となる。また、駆動周波数が共振周波数（ｆｒ）を下回ると、駆動速度が急激に低下する。制御性を考慮し、制御は、共振周波数よりも高い領域を使用して行われる。

図７のＶｓは、本実施形態において使用する画像形成装置１００において、通常の厚さの用紙を印刷する場合に使用する駆動速度である。また、Ｖｈは、通常よりも厚い用紙を印刷する場合に使用する駆動速度、Ｖｑは、トラペンを印刷する場合に使用する駆動速度である。ＶｈはＶｓの１／２の駆動速度、ＶｑはＶｓの１／４の駆動速度である。

図７中のＶ１及びＶ２については、後述する。

図７において、実線で示すグラフは、通常の加圧力における特性であり、また、一点鎖線で示すグラフは、加圧力を低下させた場合の特性である。

図７に示すように、通常加圧力時においては、駆動速度Ｖｈ付近に接触状態の境界領域が存在する。本実施形態において使用する画像形成装置１００では、通常よりも厚い用紙を印刷する場合及び加速時、減速時に駆動速度Ｖｈ付近で駆動される。その際に、ステータＳとロータ４０３との接触状態の境界領域付近で駆動されることになる。

ところが、図７の加圧力低下時の特性では、境界領域は存在するが、その際の駆動速度が通常の加圧力時と異なっていることが分かる。

そこで、駆動速度に応じて加圧力を変更することにより、図７中の接触状態の境界領域を避けて駆動することが可能となる。

以下、境界領域を避けるための具体的な方法について説明する。

ＣＰＵ６０２では、２つの駆動速度Ｖ１及びＶ２が予め設定されている。Ｖ１は、通常の加圧力で境界領域になる駆動速度よりも少し低い駆動速度である。また、Ｖ２は、境界領域になる駆動速度よりも少し高い駆動速度である。

ＣＰＵ６０２では、現在の目標駆動速度がＶ１とＶ２との間にあるか否かを判断している。もし、現在の目標駆動速度がＶ１とＶ２との間であれば、加圧力を通常よりも下げるための指令を、ゲートアレイ６０４に伝達する。

ゲートアレイ６０４では、上述した(4)の機能により加圧力を低下するための切り替え信号を発生する。その信号によって、図６の直流電圧選択回路６０６によって決定された直流電圧が各超音波モータＭａ〜Ｍｅの加圧力調整用の積層圧電素子４０５に印加され、加圧力が通常よりも低い状態に設定される。また、現在の目標駆動速度がＶ１とＶ２との間から外れた場合は、再び通常の加圧力に戻す動作を行う。

以上により、厚紙印刷時、加速時及び減速時に、本来であればステータとロータ４０３との接触状態が全面接触と部分接触との境界領域になる場合においても、その境界領域を避けて駆動することが可能となる。

なお、本実施形態では、加圧力を一時的に低減させることにより、駆動速度に対する接触状態の境界領域を変化させ、その境界領域を避ける動作を行ったが、逆に、加圧力を一時的に増大させることによっても、接触状態の境界領域を変化させることは可能である。

よって、本発明では加圧力を増大させることによる駆動を行っても良いものとする。

また、本実施形態では、積層圧電素子４０５の電圧を変化させることにより、加圧力の変更を行ったが、加圧力の変更は、他の方法を用いても良いものとする。例えば、積層圧電素子４０５の代わりに電磁石を搭載し、この電磁石に流す電流によって磁力を変化させることにより、加圧バネの変位を変化させても良いし、また、積層圧電素子４０５の代わりに形状記憶合金を使用し、その形状記憶合金の温度をヒータ等で変化させることにより、加圧力を変化させても良いものとする。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を、図８及び図９に基づき説明する。

なお、本実施形態に係る振動型アクチュエータの基本的な構成は、上述した第１の実施形態の図４及び図５と同一であるから、必要に応じて、これら各図を流用して説明する。

図８は、本実施形態に係る振動型アクチュエータである進行波型超音波モータにおける圧電素子の構成を示す図、図９は、本実施の形態に係る振動型アクチュエータである進行波型超音波モータにおける駆動周波数と駆動速度との関係を表したグラフである。

本実施形態においては、公知の進行波型超音波モータでは、図８に示すような電極構成を有する圧電素子を使用する。

図８に示すように、圧電素子４０２には複数の電極が形成されており、各電極の周方向の長さは、駆動時の振動の波長の略１／２の長さに設定されている。また、図８において、（＋）及び（−）で示したように、隣り合う電極の分極方向を逆の関係にしている。電極は、図８に示したＡ相及びＢ相と呼ばれる電極郡に分かれており、各電極郡の配置を駆動時の振動の波長の略１／４の量ずらして配置している。

上記のような進行波型超音波モータでは、Ａ相とＢ相に印加する交流電圧の時間的位相差が９０°または−９０°の場合に振幅が一定の最適な進行波が発生する。

なお、Ａ相とＢ相に印加する交流電圧の時間的位相差が９０°と−９０°では、回転方向が逆になる。時間的位相差を９０°または−９０°以外に設定すると、進行波が理想的な状態でなくなるために、超音波モータの駆動効率は悪化する。

図９は、Ａ相とＢ相に印加する交流電圧の時間的位相差が９０°の場合と７０°の場合の駆動周波数と駆動速度との関係を表したグラフである。Ａ相とＢ相に印加する交流電圧の時間的位相差が７０°の場合には、最高回転数が低下していることが分かる。また、Ａ相とＢ相に印加する交流電圧の時間的位相差９０°の場合と７０°の場合とでは、接触状態の境界領域が異なっていることが分かる。これは、上述した第１の実施形態において、加圧力を変化させた場合と同様の差である。

よって、第１の実施形態において目標駆動速度に応じて加圧力を変化させた場合と同じ要領でＡ相とＢ相に印加する交流電圧の時間的位相差を変化させることにより、駆動時に接触状態の境界領域を避けて駆動することが可能であることが分かる。

即ち、現在の目標駆動速度がＶ１とＶ２との間にあるか否かを判断し、もし、現在の目標駆動速度がＶ１とＶ２との間であれば、Ａ相とＢ相に印加する交流電圧の時間的位相差（駆動電圧の位相差）を７０°に設定する。また、現在の目標駆動速度がＶ１とＶ２との間以外の場合は、Ａ相とＢ相に印加する交流電圧の時間的位相差（駆動電圧の位相差）を９０°に設定する。

なお、本実施形態においても、図６に示すような回路構成（但し、加圧調整のための直流電圧選択回路６０６は使用しない）で超音波モータの駆動が行われており、Ａ相とＢ相に印加する交流電圧の時間的位相差の変更は、ゲートアレイ６０４がＣＰＵ６０２の指令に応じて行っている。

以上のように、本実施形態では、加圧力調整機構を持たない超音波モータ及び駆動回路においても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、２相の交流電圧の位相差を一時的に変化させることによって駆動効率を変化させ、ステータＳとロータ４０３との接触状態が境界領域になることを回避したが、進行波型超音波モータは２相の交流電圧の電圧振幅を異なる値にすることによっても駆動効率を変化（低下）させることができる。

よって、接触状態の境界領域において超音波モータに印加する２相の交流信号の電圧を一時的に異ならせることによっても、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［その他の実施形態］
以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、これら実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または実施形態の構成が持つ機能を達成できる構成であれば、どのようなものであっても適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る振動型アクチュエータを駆動源として用いた画像形成装置の内部構成を示す側断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動型アクチュエータを駆動源として用いた画像形成装置における感光体ドラム駆動部の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動型アクチュエータを駆動源として用いた画像形成装置における転写ベルト駆動部の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータの構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータにおけるステータの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動型アクチュエータの駆動回路構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータにおけるステータとロータとの加圧力による特性の違いを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータにおける圧電素子の電極構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータにおける駆動電圧の位相差による特性の違いを示す図である。 従来の振動型アクチュエータである超音波モータのステータとロータとの接触状態を示す図である。

符号の説明

１００ カラー画像形成装置
１０１ 給送装置
１０２ 転写材排出口
１０３ 転写材
１０４ 従動ローラ
１０５ 搬送ベルト
１０６ 定着器
１０７ 分離ローラ
１０８ 駆動ローラ
１０９ 調節ローラ
１１０ａ 感光体ドラム
１１０ｂ 感光体ドラム
１１０ｃ 感光体ドラム
１１０ｄ 感光体ドラム
１１１ａ 帯電器
１１１ｂ 帯電器
１１１ｃ 帯電器
１１１ｄ 帯電器
１１２ａ 現像器
１１２ｂ 現像器
１１２ｃ 現像器
１１２ｄ 現像器
１１３ａ 転写用帯電器
１１３ｂ 転写用帯電器
１１３ｃ 転写用帯電器
１１３ｄ 転写用帯電器
１１４ａ クリーニング器
１１４ｂ クリーニング器
１１４ｃ クリーニング器
１１４ｄ クリーニング器
１１５ａ 露光装置
１１５ｂ 露光装置
１１５ｃ 露光装置
１１５ｄ 露光装置
１１６ 除電清掃装置
１１７ ファーブラシ
１１８ クリーナブレード
１１９ 枠体
４０１ 弾性体
４０２ 圧電素子
４０３ ロータ（移動子）
４０４ 加圧バネ
４０５ 積層圧電素子
４０６ シャフト
４０７ ベアリング
４０８ ベアリング
４０９ コードホイール
４１０ エンコーダ素子
４１１ 筐体
４１２ カバー
４１３ コネクタ
５０１ 摩擦材
６０１ 画像形成装置の本体基板
６０２ ＣＰＵ（中央処理装置）
６０３ 超音波モータ駆動基板
６０４ ゲートアレイ（回避手段）
６０５ａ 昇圧回路
６０５ｂ 昇圧回路
６０５ｃ 昇圧回路
６０５ｄ 昇圧回路
６０５ｅ 昇圧回路
６０６ 直流電圧選択回路
Ｅａ ロータリエンコーダ
Ｅｂ ロータリエンコーダ
Ｅｃ ロータリエンコーダ
Ｅｄ ロータリエンコーダ
Ｍａ 超音波モータ
Ｍｂ 超音波モータ
Ｍｃ 超音波モータ
Ｍｄ 超音波モータ
Ｐａ 画像形成手段
Ｐｂ 画像形成手段
Ｐｃ 画像形成手段
Ｐｄ 画像形成手段
Ｓ ステータ（振動子）

Claims (7)

1. 電気信号により振動が励起される振動子と、該振動子に対して相対移動を行う移動子とを有する振動型アクチュエータにおいて、
   前記振動体と前記移動体との接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になることを回避するための回避手段を備えたことを特徴とする振動型アクチュエータ。
2. 前記回避手段は、前記振動体と前記移動体との間の加圧力を一時的に減少させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
3. 前記回避手段は、前記振動体と前記移動体との間の加圧力を一時的に増加させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
4. 前記回避手段は、前記複数の交番電圧の時間的位相差を一時的に変更する手段であることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
5. 前記回避手段は、前記複数の交番電圧の電圧を一時的に異なる振幅にする手段であることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の振動型アクチュエータを駆動源として用いたことを特徴とする装置。
7. 前記装置は、前記振動型アクチュエータにより駆動される感光部材と転写部材とを有する画像形成装置であることを特徴とする請求項６に記載の装置。

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