JP4401460B2 - 振動型アクチュエータ駆動装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動型アクチュエータ駆動装置および画像形成装置に関し、特に、電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで励振させ駆動力を得る振動型アクチュエータの駆動装置、及び、当該振動型アクチュエータを、感光ドラムのような、回転速度に対して高い精度を要求される部分に応用し、振動型アクチュエータの駆動装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波モータ等の振動型アクチュエータの速度制御においては、例えば特開平１−２３４０６９号公報に示されるように、超音波モータの出力回転軸に接続されたエンコーダからの出力パルス信号を周波数−電圧変換手段によりアナログの直流電圧に変換し、そのアナログ直流電圧が所望の電圧レベルになるように制御されていた。
【０００３】
ところが、上記制御方法では、周波数−電圧変換手段や、周波数−電圧変換手段から出力される直流電圧レベルを一定にするための制御回路が、アナログ回路であり、それらをＩＣにより実現することが困難であり、従って、周波数−電圧変換手段や制御回路の低価格化が困難であるという問題点があった。
【０００４】
そこで、特開平９−１９１６６９号公報で示される装置では、超音波モータの速度検出手段としてカウンタを用い、エンコーダから出力されるパルスの周期を、高い周波数のクロック信号のタイミングでカウントし、カウント結果を速度情報として用いている。また、速度情報を得て速度制御を行う部分もデジタル回路により構成することにより、ＩＣ化することが可能となり、高精度で安価な制御回路を実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−１９６６９公報で示される装置では、速度検出手段が、エンコーダの出力パルスの周期を、クロック信号をカウントすることにより得ており、実際に速度検出手段から得られる情報は、速度の逆数となっている。よって、超音波モータの目標制御速度が大きいほど、速度検出器から出力される情報や目標値は小さい値となり、更に同じ速度差であっても目標値によって異なる偏差情報となる。
【０００６】
その結果、目標速度が大きいほど、制御ゲインを大きく変更する必要があり、そのため、制御ゲインを小さい値から大きい値まで幅広く設定できるような構成にする必要があった。
【０００７】
また、上記速度検出手段は、通常は８ビットや１６ビットといった限られた一定のビット数のカウンタで構成されているために、高速と低速の両方を目標速度として設定する必要がある機器に応用する場合、低速時のカウント値がオーバフローしないようにカウンタのカウントタイミングを遅くしなければならない。しかし、カウンタのカウントタイミングを遅くした場合は、高速制御時に検出される速度の分解能が粗くなるために、高速制御時には高精度に制御できないという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、制御ゲインの変化すべき範囲を減少させ、また、高速制御時に速度分解能が粗くなることを防止した振動型アクチュエータ駆動装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで励振させ駆動力を得る振動型アクチュエータの駆動装置において、振動型アクチュエータの駆動状態に応じた信号を出力するセンサと、前記センサからの出力信号を受けて前記振動型アクチュエータの駆動状態を、所定の動作タイミングで検知する駆動状態検知手段と、前記駆動状態検知手段からの出力信号を受けて、設定された目標駆動状態になるように前記振動型アクチュエータの駆動条件を決定する制御手段と、前記制御手段によって決定された駆動条件に応じた信号を生成して前記振動型アクチュエータに出力する信号生成手段とを有し、前記駆動状態検知手段の所定の動作タイミングが、前記制御手段に設定された目標駆動状態に応じて変更され、前記振動型アクチュエータの駆動状態とは、前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度であり、前記センサは、前記駆動速度または回転速度に対応した周波数のパルス信号を出力し、前記駆動状態検知手段はカウンタを備え、前記センサから出力されるパルス信号の周期または前記パルス信号がハイレベルの期間若しくはローレベルの期間を、前記カウンタによりカウントすることにより前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度を検知し、前記カウンタのカウントタイミングが、前記振動型アクチュエータの目標駆動速度または目標回転速度に応じて変更され、前記振動型アクチュエータに設定され得る複数の固定の目標駆動速度または複数の固定の目標回転速度のうち、既に設定されている第１の目標値よりも低い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも遅くし、前記第１の目標値よりも高い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも速くすることを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項４記載の発明によれば、前記駆動状態検知手段の所定の動作タイミングを変更する際に、まず、前記駆動状態検知手段の操作量を固定し、制御動作を停止した後に、少なくとも前記駆動状態検知手段の設定値または前記制御手段に対する設定値のいずれかを変更し、その後、前記駆動状態検知手段の制御動作を再開させることを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、請求項５記載の発明によれば、電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで励振させ駆動力を得る振動型アクチュエータを、感光部材または転写部材に使用し、前記振動型アクチュエータを駆動するための駆動装置を備えた画像形成装置において、前記駆動装置が、前記振動型アクチュエータの駆動状態に応じた信号を出力するセンサと、前記センサからの出力信号を受けて前記振動型アクチュエータの駆動状態を、所定の動作タイミングで検知する駆動状態検知手段と、前記駆動状態検知手段からの出力信号を受けて、設定された目標駆動状態になるように前記振動型アクチュエータの駆動条件を決定する制御手段と、前記制御手段によって決定された駆動条件に応じた信号を生成して前記振動型アクチュエータに出力する信号生成手段とを有し、前記駆動状態検知手段の所定の動作タイミングが、前記制御手段に設定された目標駆動状態に応じて変更され、前記振動型アクチュエータの駆動状態とは、前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度であり、前記センサは、前記駆動速度または回転速度に対応した周波数のパルス信号を出力し、前記駆動状態検知手段はカウンタを備え、前記センサから出力されるパルス信号の周期または前記パルス信号がハイレベルの期間若しくはローレベルの期間を、前記カウンタによりカウントすることにより前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度を検知し、前記カウンタのカウントタイミングが、前記振動型アクチュエータの目標駆動速度または目標回転速度に応じて変更され、前記振動型アクチュエータに設定され得る複数の固定の目標駆動速度または複数の固定の目標回転速度のうち、既に設定されている第１の目標値よりも低い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも遅くし、前記第１の目標値よりも高い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも速くすることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係るカラー画像形成装置の全体構成を示す図である。以下、図２を参照してカラー画像形成装置の構成を説明する。
【００１５】
まず、リーダ部の構成について説明する。
【００１６】
図２において、３１６はＣＣＤ、３１１はＣＣＤ３１６の実装された基板、３１２はプリンタ処理部、３０１は原稿台ガラス、３０２は原稿給紙装置、３０３および３０４は原稿を照明する光源、３０５および３０６は光源３０３，３０４の光を原稿に集光する反射傘、３０７〜３０９はミラー、３１０は原稿からの反射光または投影光をＣＣＤ３１６上に集光するレンズ、３１４は光源３０３，３０４と反射傘３０５，３０６とミラー３０７を収容するキャリッジ、３１５はミラー３０８，３０９を収容するキャリッジ、３１３は他のＣＰＵ等とのインターフェイス部である。
【００１７】
キャリッジ３１４は速度Ｖで、キャリッジ３１５は速度Ｖ／２で、ＣＣＤ３１６の電気的走査（主走査）方向に対して垂直方向に機械的に移動することによって、原稿の全面を走査（副走査）する。
【００１８】
原稿台ガラス３０１上の原稿は光源３０３，３０４からの光を反射し、その反射光はＣＣＤ３１６に導かれて電気信号に変換される。そして、その電気信号（アナログ画像信号）は画像処理部３１２に入力され、デジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は各種処理を行われた後、プリンタ部に送られて画像形成に用いられる。
【００１９】
次にプリンタ部の構成について説明する。
【００２０】
図２において、３１７はＭ（マゼンタ色）画像形成部、３１８はＣ（シアン色）画像形成部、３１９はＹ（イエロー色）画像形成部、３２０はＫ（黒色）画像形成部である。それぞれの構成は同一なのでＭ画像形成部３１７について説明し、他の画像形成部の説明は省略する。
【００２１】
Ｍ画像形成部３１７において、３４２は感光ドラムであり、ＬＥＤアレー２１０からの光によって、その表面に潜像が形成される。３２１は一次帯電器であり、感光ドラム３４２の表面を所定の電位に帯電させ、潜像形成の準備をする。３２２は現像器で、感光ドラム３４２上で記録紙等に形成された潜像を現像して、トナー画像を形成する。なお、現像器３２２には現像バイアスを印加して現像するためのスリーブ３４５が含まれている。３２３は転写帯電器であり、転写ベルト３３３の背面から放電を行い、感光ドラム３４２上のトナー画像を、転写ベルト３３３上の記録紙などへ転写する。本実施の形態では転写効率がよいため、従来用いられていたクリーナ部が配置されていない。クリーナ部を装着しても問題ないことはいうまでもない。
【００２２】
次に、記録紙などの上へ画像を形成する手順を説明する。カセット３４０，３４１に格納された記録紙等は、ピックアップローラ３３９，３３８により１枚ずつ取り出され、給紙ローラ３３６，３３７で転写ベルト３３３上に供給される。給紙された記録紙は吸着帯電器３４６で帯電される。３４８は転写ベルトローラであり、転写ベルト３３３を駆動し、かつ、吸着帯電器３４６と対になって記録紙等を帯電させ、転写ベルト３３３に記録紙等を吸着させる。３４７は紙先端センサであり、転写ベルト３３３上の記録紙の先端を検知する。なお、紙先端センサ３４７から出力された検出信号は、プリンタ部からリーダ部へ送られて、リーダ部からプリンタ部にビデオ信号を送る際の副走査同期信号として用いられる。
【００２３】
この後、記録紙等は転写ベルト３３３によって搬送され、画像形成部３１７〜３２０においてＭ，Ｃ，Ｙ，Ｋの順に、その表面にトナー画像が形成される。最後にＫ画像形成部３２０を通過した記録紙等は、転写ベルト３３３からの分離を容易にするため、除電帯電器３４９で除電された後、転写ベルト３３３から分離される。３５０は剥離帯電器であり、記録紙等が転写ベルト３３３から分離する際に発生する剥離放電によって画像乱れが生じることを防止するものである。分離された記録紙等は、トナーの吸着力を補って画像乱れを防止するために、定着前帯電器３５１，３５２で帯電された後、定着器３３４でトナー画像が熱定着され、排紙トレー３３５に排紙される。
【００２４】
本実施の形態の画像形成装置では、記録紙として、通常複写機等で用いられる専用の用紙以外にも、厚紙やＯＨＰシートなど、厚みや材質の異なるさまざまな用紙が使用されるが、用紙により最適な熱定着時間が異なる。そこで、本実施の形態では、記録紙の種類に応じて紙搬送系の駆動速度と、定着器３３４の内部にある定着ローラの速度を変化させ、これによって定着時間を調整している。具体的には用紙を３段階のクラスに分類し、通常の複写機用の用紙を使用する場合の紙の送り速度と、その１／２の速度と、１／４の速度とを設定し、用紙のクラスに応じて送り速度を切り替えて記録紙を搬送している。
【００２５】
ここで、感光ドラム３４２〜３４５および転写ベルトローラ３４８を回転させるための駆動モータとして、振動波モータが用いられている。振動波モータは振動型モータの一種であり、弾性体に固着されている圧電素子などの電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することにより、弾性体の表面に進行性の振動波を発生させ、その弾性体に移動体を接触させることにより、移動体を駆動する原理のモータである。
【００２６】
図３は、感光ドラムと振動型モータとの接続関係を示す図である。
【００２７】
図３において、２は振動波モータである。１はロータリーエンコーダであり、振動波モータ２の出力軸の回転角をパルス情報として出力する。３は感光ドラムである。図３のようにベルトやギアのような動力伝達手段を介さず、振動波モータ２の出力軸に直接感光ドラム３を接続することにより、感光ドラム３の高精度に安定した回転速度を実現することができる。
【００２８】
図１は、上記振動波モータ２の駆動制御を行う制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１において、２０はＣＰＵであり、画像形成装置のさまざまな動作をつかさどっているが、本実施の形態の説明では振動波モータ２の制御関連のみに止め、画像形成装置のその他の動作に関する説明は省略する。また、本実施の形態において振動波モータは、４本の感光ドラム３４２〜３４５の駆動と、転写ベルトローラ３４８の駆動のために５個使用されるが、それらに対する制御構成は皆同じであるので、１つの振動波モータに対する制御装置のみを示した。
【００３０】
図１に示すブロック図ではフィードバックループが形成されており、速度制御回路４から出力される周波数指令に応じて、パルス発生回路５から駆動パルスが出力される。駆動パルスは、昇圧回路６で振動波モータ７を駆動し得る電圧に昇圧され、振動波モータ７が回転駆動される。振動波モータ７の回転状態に応じて、エンコーダ８からパルス情報が出力される。このパルス情報と、ＣＰＵ２０から送られる目標速度及びカウントレートとを基に、速度差検出回路９において速度差情報が検出され、速度制御回路４へ送られる。速度制御回路４は、その速度差情報を基に、振動波モータ７の回転速度を決定する周波数指令を作成し、パルス発生回路５に出力する。これにより、振動波モータ７において目標速度による回転が維持される。以下に、図１の各ブロックについて詳細に説明する。
【００３１】
図４は、速度制御回路４の内部構成を示す回路である。
【００３２】
近年、エレクトロニクス技術の発達によりモータの制御をＣＰＵで行うことが多いが、本実施の形態では、制御対象のモータが５台もあることと、できるだけ安価な方法で高速に制御を行い、制御精度を高めたいという事情から、速度制御回路４をハードウエアにより構成している。
【００３３】
図４において、２１は８ビットカウンタであり、制御のタイミングを決定している。本実施の形態における制御装置では積分制御を行っており、積分制御のタイミングが高速であるほど高い制御ゲイン（短い積分時定数）で制御されるようになっている。８ビットカウンタ２１のデータ入力端子（ＤＴ）には、制御ゲインの設定値がＣＰＵ２０から入力される。８ビットカウンタ２１では、クロックのアップカウントを行ってカウント値がフルスケールの２５５となると、キャリー端子（Ｃ）からハイレベル信号が出力される。キャリー端子（Ｃ）は、８ビットカウンタ２１のロード端子（ＬＤ）に接続されているので、キャリー端子（Ｃ）からハイレベル信号が出力される毎に、制御ゲインの設定値が８ビットカウンタ２１にロードされる。結果として８ビットカウンタ２１により、（２５６−制御ゲイン）を周期としたリングカウンタが実現される。制御ゲインを高くしたい時は、ＣＰＵ２０から８ビットカウンタ２１のロード端子（ＬＤ）に入力する設定値を大きな値にし、制御ゲインを低くしたい時は小さい値にする。
【００３４】
図４において、２２は１６ビットアダーであり、ＡとＢの入力端子から入力されるデータを加算し、Ｓ出力端子に出力している。入力端子Ａには、速度差検出回路９から速度差情報が入力されている。Ｓ出力端子から出力された加算データは１６ビットレジスタ２３に送られ、１６ビットレジスタ２３では、８ビットカウンタ２１からイネーブル端子ＥＮにキャリー信号が入力されるたびに、その加算データを１６ビットレジスタ２３に書き込む。１６ビットレジスタ２３の出力信号は、１６ビットアダー２２の入力端子Ｂへ送られる。従って、１６ビットレジスタ２３の出力端子Ｑからは、制御ゲインに応じたサンプリングタイミングで速度差情報を加算して得られた積分値が出力されることになる。
【００３５】
１６ビットレジスタ２３の出力信号は、１６ビットアダー２４の入力端子Ａへ送られる。１６ビットアダー２４の入力端子Ｂには初期周波数データが入力され、１６ビットアダー２４は、ＡとＢの入力端子から入力されるデータを加算し、Ｓ出力端子から周波数指令値として出力する。すなわち、１６ビットレジスタ２３から出力される周波数指令値は、初期周波数を速度差情報の積分値により補正した値となる。
【００３６】
この初期周波数には、振動波モータ７の共振周波数よりも高い周波数を設定する。すなわち、一般的な振動波モータでは、共振周波数を境に駆動周波数に対する回転速度の勾配が逆となり、共振周波数よりも低い周波数領域では特性が不安定となる。そのために、振動波モータは通常、共振周波数よりも高い周波数領域で駆動される。振動波モータ７の起動時には、図示していないが１６ビットレジスタ２３の値は０に設定するので、起動直後は初期周波数が速度制御回路４から出力されることになる。
【００３７】
上記のように構成することにより、速度制御回路４では、制御ゲインで決定されるタイミングで速度差情報が積分され、得られた積分値により、初期周波数が補正されて、この補正された初期周波数が、周波数情報として出力される。
【００３８】
図１のパルス発生回路５は、図示しないがデジタル回路で構成される。パルス発生回路５は、速度制御回路４から出力される周波数情報に応じて駆動パルスを発生させる。
【００３９】
図５は、パルス発生回路５が発生する４相のパルス信号を示す図である。
【００４０】
図５において、Ｔはパルス周期である。パルス発生回路５から出力される４相のパルス信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の周期は全てＴとする。このＴの逆数が速度制御回路４から出力される周波数指令値となる。
【００４１】
Ｗはパルス幅であり、振動波モータ７を駆動する際に効率良く回せるような値に設定される。ここで、Ｗを大きくしすぎると、後述する昇圧回路６の部品にダメージを与えることになる。また、逆にＷを小さくしすぎると、振動波モータ７の十分な出力を得ることができなくなる。
【００４２】
本実施の形態で使用される振動波モータは進行波型モータと呼ばれるもので、９０°または−９０°の位相差を有する２相の交流信号によって駆動される。この２相をＡ相およびＢ相と呼ぶことにする。図５に示す４相のパルス信号のうちパルス信号Ａ１とパルス信号Ａ２は、Ａ相交流信号を生成するために用いられ、パルス信号Ｂ１とパルス信号Ｂ２は、Ｂ相交流信号を生成するために用いられる。パルス信号Ａ１とパルス信号Ａ２は１８０°の位相差を有する。パルス信号Ｂ１とパルス信号Ｂ２も同様に１８０°の位相差を有する。また、パルス信号Ａ１に対してパルス信号Ｂ１は９０°遅れの位相差、または９０°進みの位相差を有する。上記位相差が遅れているか進んでいるかによって振動波モータの回転方向が決定される。図５ではＡ相に対してＢ相が９０°遅れた位相差を有する場合を示している。
【００４３】
図６は、昇圧回路６の具体的な構成を示す回路図である。図６には、昇圧回路６の機能を説明するために必要な部品のみを図示している。
【００４４】
図６において、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄはＦＥＴであり、図１に示すパルス発生回路５より入力されるパルス信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２がそれぞれハイレベルの時にＯＮ、ローレベルの時にＯＦＦとなるスイッチング素子である。このスイッチング動作によって、図６に示すセンタータップ付きトランス１１ａ，１１ｂの一次側に流れる電流をコントロールしている。
【００４５】
トランス１１ａ，１１ｂの二次側には、図７に示すようなトランスの巻き線比に起因して昇圧された交流電圧が発生する。トランスの一次側の電圧は、ほぼ矩形波形であるが、トランスの二次側の出力電圧はトランスの二次側のインダクタンスと振動波モータ７の容量成分により、図７に示すようにサイン波状の出力波形となる。図６において、トランス１１ａ，１１ｂの二次側の一端はグランドに接続され、他端はＡ相、Ｂ相信号として振動波モータ７に接続される。
【００４６】
図１に戻って、エンコーダ８はロータリータイプのエンコーダであり、光学的または磁気的な原理を利用して、振動波モータ７の回転状態を検出し、２値の信号が回転位置に応じて出力される。エンコーダ８の軸の回転速度が速いほどエンコーダから出力されるパルスの周波数が高くなる。
【００４７】
速度差検出回路９は、振動波モータ７の回転速度と目標値との差に相当する値を検出し、出力する回路である。
【００４８】
図８は、速度差検出回路９の具体的な構成を示す回路図である。なお、図９は、速度差検出回路９の各部の信号Ｓ１〜Ｓ５を示すタイミングチャートであり、以下の速度差検出回路９の説明において適宜参照する。
【００４９】
図８において、１２ａ，１２ｂはＤフリップフロップである。Ｄフリップフロップ１２ａの入力端子Ｄに、エンコーダ８からのパルス（Ｓ２）を入力させ、Ｄフリップフロップ１２ａの出力端子Ｑを、Ｄフリップフロップ１２bの入力端子Ｄに接続すると共に、ＡＮＤ回路１４の入力端子に接続する。また、Ｄフリップフロップ１２ｂの出力端子Ｑを、インバータ１３を介してＡＮＤ回路１４の入力端子に接続する。これにより、ＡＮＤ回路１４からは、エンコーダパルスの立ち上がりエッジが発生した時に、クロック（Ｓ１）の１周期分だけハイレベルとなる信号（Ｓ３）が出力される。
【００５０】
１５は１６ビットダウンカウンタである。エンコーダパルス（Ｓ２）の立ち上がりが発生すると、１６ビットダウンカウンタ１５のロード端子ＬＤの入力（Ｓ３）がハイレベルとなり、データ入力端子ＤＴからの目標速度値（例えば４９９９）がロードされる。
【００５１】
一方、４ビットカウンタ１７のロード端子ＬＤには４ビットカウンタ１７のキャリー出力端子Ｃが接続されている。また、４ビットカウンタ１７のデータ端子ＤＴにはＣＰＵ２０から出力される多ビットのカウントレートがデータとして入力されているので、この４ビットカウンタ１７は、（１６−カウントレート）を周期としたリングカウンタとして動作することになる。つまり、４ビットカウンタ１７のキャリー出力端子Ｃはリングカウンタの１周期に一度ハイレベルとなる。４ビットカウンタ１７のキャリー出力端子Ｃは、１６ビットダウンカウンタ１５のイネーブル端子ＥＮに接続されているので、１６ビットダウンカウンタ１５は、この周期のタイミングで、ロードされた目標速度値をカウントダウン動作することになる。
【００５２】
例えば、カウントレートとして１５が４ビットカウンタ１７に入力されている場合、４ビットカウンタ１７のキャリー出力端子Ｃはハイレベルとなったままであり、従って、１６ビットダウンカウンタ１５は、クロック（Ｓ１）の入力毎に、ロードされた目標速度値をカウントダウンし、出力端子Ｑから信号Ｓ４（図９）を出力する。また他の例として、カウントレートとして１４が４ビットカウンタ１７に入力されている場合、４ビットカウンタ１７のキャリー出力端子Ｃは、クロック（Ｓ１）パルス１つおきにハイレベルとなり、従って、１６ビットダウンカウンタ１５は、クロック（Ｓ１）パルス２つに１回、ロードされた目標速度値をカウントダウンし、出力端子Ｑから信号Ｓ４′（図９）を出力する。
【００５３】
１６は１６ビットレジスタである。１６ビットレジスタ１６には１６ビットダウンカウンタ１５から信号Ｓ４（Ｓ４′）が入力され、１６ビットレジスタ１６のイネーブル端子ＥＮにはＡＮＤ回路１４の出力端子から信号Ｓ３が入力されているので、エンコーダ８のエッジが検出された時点だけ、１６ビットダウンカウンタ１５のカウント値Ｓ４（Ｓ４′）がこのレジスタ１６に記憶されることになる。したがって、１６ビットレジスタ１６から、目標速度と実際速度との差に相当する信号Ｓ５が速度差データとして出力される。
【００５４】
上記回路構成により、ＣＰＵ２０からのカウントレートに応じたタイミングで、エンコーダパルスの立ち上がりから次の立ち上がりまでの間、目標速度値をダウンカウントした値が速度差データとして出力される。ここで、目標速度値とは、振動波モータ７が目標速度で回転している時のエンコーダ８のパルス周期をカウントした時の値である。よって、目標速度値は、正確には速度ではなく速度の逆数である。また、速度差データの符号はエンコーダパルスの周期が目標速度（周期）よりも長い時、すなわち振動波モータ７が目標速度よりも遅く回転している時にマイナスとなる。通常、速度制御を行う際は偏差情報の符号は速度が目標速度より遅い時にプラス、目標速度よりも速い時にマイナスとなり、本実施形態と逆の関係になるが、これは、本実施形態の振動波モータ７を、周波数が低いほど回転速度が速くなる周波数領域で制御することに起因する。
【００５５】
次に、速度差検出回路９に設定するカウントレートの設定方法について説明する。
【００５６】
上述したように本実施形態で使用される画像形成装置では、使用される用紙によって用紙の搬送速度および感光ドラムの回転速度を切り替えている。本実施形態で使用される速度差検出回路９は、速度偏差ではなく速度の逆数に相当する情報を検出し、これによって振動波モータ７の速度制御が行われるので、同じ速度偏差であっても目標速度が低速のときのほうが、偏差が大きく扱われてしまう。本実施形態で使用する制御装置のように、制御ゲインの設定範囲が８ビット（図４の８ビットカウンタ２１）と大きくない場合、設定する目標速度によっては最適なゲインを設定することができない場合が考えられる。そこで本実施の形態では、設定する目標速度に応じて、図８の４ビットカウンタ１７に設定するカウントレートを変更する。
【００５７】
例えば、ロータリーエンコーダ８が１回転で２０００パルスを出力し、目標速度として、１［１／ｓ］（６０［ｒｐｍ］）が設定されている場合を考える。クロックを１０［ＭＨｚ］とする。
【００５８】
目標速度で振動波モータ７が回転しているときは、エンコーダ８から２［ｋＨｚ］の周波数、すなわち周期が５００［μｓｅｃ］のパルスが出力される。この時に４ビットカウンタ１７に設定するカウントレートを、もっとも大きな値である１５を設定したとすると、速度差検出回路９の速度差算出用のダウンカウンタ１５は１０［ＭＨｚ］で動作することになるので、目標速度で振動波モータ７が回転しているときのエンコーダパルス１周期の間にダウンカウンタ１５は５０００回ダウンカウントをすることになる。よって、速度差検出回路９のダウンカウンタ１５に入力すべき目標値は、この値５０００から１を引いた値である４９９９になる。そこで、速度差検出回路９のダウンカウンタ１５に目標値４９９９を入力する。これにより、振動波モータ７が目標速度で回転すれば、速度差検出回路９は速度差０を検出する。
【００５９】
ところで、駆動中の振動波モータ７の駆動速度が目標速度よりも０．０１［１／ｓ］（０．６［ｒｐｍ］）遅い速度である０．９９［１／ｓ］（５９．４［ｒｐｍ］）でなったとすると、エンコーダパルス１周期が５０５［μｓｅｃ］となり、この１周期の間にクロックが５０５０パルス発生するので、ダウンカウント速度検出回路９から出力される偏差情報（速度差情報）は−５０となる。
【００６０】
同様にして、目標速度が前述の半分の速度である０．５［１／ｓ］（３０［ｒｐｍ］）であるとすると、上記と同じカウントレートの設定では、エンコーダパルス１周期が１０００［μｓｅｃ］[＝１／（２０００×０．５）]であり、この１周期の間にクロックが１００００パルス発生するので、１６ビットダウンカウンタ１５に入力されるべき目標値は９９９９になる。
【００６１】
この目標値９９９９を１６ビットダウンカウンタ１５に入力した状態において、駆動中の振動波モータ７の駆動速度が、上記と同様に、目標速度よりも０．０１［１／ｓ］（０．６［ｒｐｍ］）遅い速度である０．４９［１／ｓ］（２９．４［ｒｐｍ］）になったとすると、エンコーダパルス１周期が１０２０．４［μｓｅｃ］となり、この１周期の間にクロックが１０２０４パルス発生するので、速度検出回路９から出力される偏差情報は−２０４となる。
【００６２】
このように、同じ速度偏差０．０１［１／ｓ］（０．６［ｒｐｍ］）にも拘わらず、目標速度が１［１／ｓ］（６０［ｒｐｍ］）と０．５［１／ｓ］（３０［ｒｐｍ］）というように異なると、速度検出回路９から得られる偏差情報が、−５０と−２０４というように異なる。そのため、制御ゲインを大きく変更する必要が生じ、場合によっては制御ゲインの限られた設定範囲（図４に示す８ビットカウンタ２１では０から２５５）では最適な駆動周波数値を設定することができなくなってしまう可能性がある。
【００６３】
しかし、この時、４ビットカウンタ１７に設定するカウントレートを１５から１２と変更すれば、速度差検出回路９の速度差算出用のダウンカウンタ１５は、２．５［ＭＨｚ］｛＝１０ＭＨｚ／（１６−１２）｝で動作することになる。そして、エンコーダパルス１周期が１０００［μｓｅｃ］[＝１／（２０００×０．５）]であり、この１周期の間にダウンカウントが２５００（＝１０００μｓｅｃ×２．５ＭＨｚ）回行われるので、１６ビットダウンカウンタ１５に入力されるべき目標値は２４９９である。そこで、カウントレート１２が４ビットカウンタ１７に設定され、目標値２４９９が１６ビットダウンカウンタ１５に設定されたとする。
【００６４】
この場合に、振動波モータ７の駆動速度が、目標速度よりも０．０１［１／ｓ］（０．６［ｒｐｍ］）遅い速度である０．４９［１／ｓ］（２９．４［ｒｐｍ］）になったとすると、エンコーダパルス１周期が１０２０．４［μｓｅｃ］となり、この１周期の間にダウンカウントが２５５１（＝１０２０．４μｓｅｃ×２．５ＭＨｚ）回行われるので、速度検出回路９から出力される偏差情報は−５１となる。
【００６５】
この偏差情報は、目標速度が１［１／ｓ］（６０［ｒｐｍ］）の時の偏差情報−５０に近い値となる。従って、この場合には制御ゲインを大幅に変える必要がなくなる。その結果、制御ゲインの設定範囲が限られているような制御装置であっても、目標速度に拘わらず常に最適な駆動周波数制御を行うことができる。
【００６６】
本実施形態で使用する画像形成装置の場合、使用する用紙を３つのクラスに分けている。普通の用紙を用紙Ａ、用紙Ａの駆動速度と比較して１／２の速度で駆動する用紙を用紙Ｂ、用紙Ａの駆動速度と比較して１／４の速度で駆動する用紙を用紙Ｃとする。そして、使用する用紙のクラスは自動的に検出され、ＣＰＵ２０により用紙に応じた目標速度及びカウントレートが設定される。
【００６７】
使用する用紙のクラスと、図８に示す１６ビットダウンカウンタ１５に入力されるべき目標値、及び４ビットカウンタ１７に入力されるべきカウントレートとの関係を表１に示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
以上のような設定にすることにより、各目標回転速度において偏差情報が、同一速度偏差に対してほぼ等しい値として算出されるので、制御ゲインを大きく変更する必要がなくなる。
【００７０】
なお、表２のように各目標回転速度での目標値を同じ値とすることにより、各目標回転速度での速度検出の検出分解能と目標回転速度の比率を同じにして、どの目標回転速度でも同じ回転むら（ワウフラッタ）になるように制御してもよい。
【００７１】
【表２】
【００７２】
（第２の実施の形態）
第１の実施形態の表１では、用紙の種類に応じて目標速度を変化させる際に目標値およびカウントレートの両方を変化させているが、画像形成装置を駆動中に異種の用紙が混合して使用される場合は、図２の感光ドラム３４２，３４３，３４４，３４５や転写ベルト３３３の駆動速度を途中で変更する必要がある。
【００７３】
ところが、目標値とカウントレートはＣＰＵ２０によってシーケンシャルに変更されるものであり、同時に変更することができない。一方、目標値とカウントレートが同時に変更できない場合、駆動回転速度が一時的に異常な速度となり、場合によっては騒音を発生させたり、振動波モータ７を停止させてしまう原因になることも考えられる。
【００７４】
例えば、表１の用紙Ａから用紙Ｃに切り替える場合、カウントレート１５の状態で、先に目標値を１２４９にしてしまうと、一時的に目標回転速度が４［１／ｓ］（２４０［ｒｐｍ］）となってしまい、使用する振動波モータによっては回転不能な状態になることもある。また、逆に目標値が４９９９の状態で先にカウントレートを０としてしまうと、一時的に目標回転速度が０．０６２５［１／ｓ］（３．７５［ｒｐｍ］）となってしまい、振動波モータの目標速度が低速になりすぎ、動作が不安定になったり、異音を発生させたり、場合によってはステップ的な目標速度変動に対して制御が発散してしまい、モータを停止させてしまう可能性もある。
【００７５】
第２の実施形態は、第１の実施形態における上記問題点を改良したものである。
【００７６】
図１０は、本発明の第２の実施形態における振動波モータの制御装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態の構成は、基本的に第１の実施形態の構成と同じであるので、同一構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００７７】
第２の実施形態では、ＣＰＵ２０−１から速度制御回路４−１に対して制御ゲイン以外に制御許可信号が出力される。それ以外は第１の実施形態と同一である。以下、速度制御回路４−１とＣＰＵ２０−１の動作についてのみ詳細に説明する。
【００７８】
制御許可信号は、速度制御回路４−１が制御動作中の時に一時的に制御を中断させることに使用される信号である。
【００７９】
図１１は、速度制御回路４−１の具体的な構成を示す回路図である。速度制御回路４−１の構成は、図４に示す第１の実施形態の速度制御回路４と基本的に同一であるので、同一構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００８０】
図１１において、ＡＮＤ回路２５が、８ビットカウンタ２１と１６ビットレジスタ２３との間に配置される。そして、制御許可信号がＡＮＤ回路２５に入力される。この制御許可信号がハイレベルの時は、ＡＮＤ回路２５を通じて、８ビットカウンタ２１からの出力が１６ビットレジスタ２３のイネーブル端子（ＥＮ）に入力される。この時は、第１の実施形態で説明したような動作で速度制御が行われる。
【００８１】
一方、制御許可信号がローレベルとなると、１６ビットレジスタ２３のイネーブル端子（ＥＮ）への入力は常にローレベルとなるので１６ビットレジスタ２３は加算データの読み込みを行わず、記憶値が変化しなくなる。従って、振動波モータ７の駆動周波数として、制御許可信号がローレベルになる直前の値が保持されることになる。
【００８２】
次に、それまでの種類の用紙と異なる種類の用紙が検出され、ＣＰＵ２０−１が目標値及びカウントレートを変更する際の動作を説明する。
【００８３】
図１２は、用紙の種類が変更になったことが検出されたときのＣＰＵ２０−１の動作を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、用紙の種類と、目標値・カウントレートとの関係は、第１の実施形態における表１に示す関係と同じであるとする。以下、図１２を参照して説明する。
【００８４】
図１２において、ＳＴＥＰ１で紙種変更動作が開始されると、ＳＴＥＰ２に進み、速度制御回路４−１に出力する制御許可信号をローレベルにして、駆動周波数の変更が行われないようにし、ＳＴＥＰ３に進む。
【００８５】
ＳＴＥＰ３では、次に画像形成を行う紙が用紙Ａかどうかを判断する。用紙ＡであればＳＴＥＰ４に、そうでなければＳＴＥＰ６に進む。
【００８６】
ＳＴＥＰ４では、速度差検出回路９に対して、用紙Ａのためのカウントレートである１５を設定する。その後ＳＴＥＰ５において、速度差検出回路９に対して、用紙Ａのための目標値４９９９を設定する。
【００８７】
ＳＴＥＰ６では、次の紙が用紙Ｂかどうかを判断する。用紙ＢであればＳＴＥＰ７に、そうでなければＳＥＴＰ９へ進む。
【００８８】
ＳＥＴＰ７では、用紙Ｂのためのカウントレートである１２を、速度差検出回路９に対して設定する。その後ＳＴＥＰ８で、速度差検出回路９に対して、用紙Ｂのための目標値２４９９を設定する。
【００８９】
ＳＴＥＰ９では、用紙Ａでも用紙Ｂでもないので用紙Ｃということになり、速度差検出回路９に対して、用紙Ｃ用のカウントレートである０を設定し、ＳＥＴＰ１０で、用紙Ｃ用の目標値１２４９を設定する。
【００９０】
３種の用紙のうち、検出された用紙の種類に合ったカウントレートと目標値の両方の設定が終わったら、ＳＴＥＰ１１で制御許可信号をハイレベルとする。その後、駆動周波数の設定制御が再開されることになる。
【００９１】
以上のような処理によって、パラメータ（カウントレートと目標値）の一方だけが変更された状態で、制御されるのを防ぐことができるので、振動波モータ７が停止したり、挙動が不安定になってしまうことを防ぐことができる。
【００９２】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施形態を説明する。第３の実施形態の構成は、基本的に第１の実施形態と同じであるので、同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００９３】
図１３は、本発明の第３の実施形態における速度差検出回路を示すブロック図である。
【００９４】
第１および第２の実施形態で使用した図８に示す速度差検出回路では、カウントレートで設定した値により４ビットカウンタ１７のキャリー信号が出力される周期を変化させ、これにより、１６ビットダウンカウンタ１５のカウントタイミングを変化させている。一方、第３の実施形態では、分周器２６、セレクタ２７、及び１６ビットダウンカウンタ１５−１を新たに設けている。
【００９５】
分周器２６が、クロックを分周して、クロック周波数の１／２，１／４，１／８，１／１６の周波数のパルスを生成し、セレクタ２７へ送っている。セレクタ２７は、分周器２６から送られた４つのパルス出力信号及びクロック信号のうちから、カウントレートに応じて１つを選択して、それをＤフリップフロップ１２ａ，１２ｂ、１６ビットダウンカウンタ１５−１、１６ビットレジスタ１６の各クロック端子へ出力する。なお、セレクタ２７は、カウントレートの値が小さくなるにつれて、低い周波数のパルスを選択するようにする。また、１６ビットカウンタ１５−１にはイネーブル端子（ＥＮ）がない
このように構成することにより、目標回転速度の低速時における速度差検出回路の動作周波数が、第１の実施形態と比較して低い周波数となるために、速度差検出回路の消費電力を押さえることができる。また、１６ビットカウンタ１５−１は、第１および第２の実施形態で使用した１６ビットダウンカウンタ１５と比較してイネーブル端子（ＥＮ）がない分、回路構成が簡単になる。
【００９６】
さらに、第１および第２の実施形態では、１６ビットダウンカウンタ１５の動作タイミングを、クロックの周波数タイミングから当該周波数の１／１６の周波数タイミングまで可変にするために、４ビットカウンタ１７に対して、４ビットの信号によりカウントレートの設定を行っていた。しかし、第３の実施形態では、５入力１出力のセレクタ２７のセレクト信号として３ビットの信号をカウントレートとしてセレクタ２７に入力するだけで済むために、ＣＰＵ２０またはＣＰＵ２０−１と速度差検出回路とを接続する信号線の本数が少なくて済む。
【００９７】
なお、これまで述べてきた各実施形態の制御装置では説明していないが、カウントレートの変更を行うことにより、カウントレートが固定の場合と比較して、より幅広い目標速度の設定が可能となる。
【００９８】
例えば、これまで説明したエンコーダパルス周期カウント用のダウンカウンタ１５は１６ビットで構成されているが、速度差情報は符号付きで表されるので１５ビットしか使えず、目標値には大きくても２の１５乗までしか設定できない。カウントレートによって選択されるダウンカウント周波数が１０［ＭＨｚ］の場合は、設定できる最低目標速度は、以下の式によりエンコーダ周期が３．２８［ｍｓｅｃ］となる値となる。
【００９９】
１／（１０×１０6）×２15≒３．２８×１０-3
ところで、第１から第３の実施形態のように、カウントレートによって選択されるダウンカウント周波数を、クロックの１／１６まで設定可能とした場合は、カウントレートによって選択されるダウンカウント周波数を６２５［ｋＨｚ］まで下げることができるので、設定できる最低目標速度は、以下の式によりエンコーダ周期が５２．４［ｍｓｅｃ］となる値まで設定可能となる。
【０１００】
１／（６２５×１０3）×２15≒５２．４×１０-3
もし、カウントレートによって選択されるダウンカウント周波数を常に６２５［ｋＨｚ］としておけば、カウントレートを変更しなくてもエンコーダ周期が５２．４［ｍｓｅｃ］となるような目標速度まで設定できるが、そのよううな構成にしてしまうと、高速駆動時において、エンコーダパルス周期の測定分解能が粗くなってしまうので、精度の良い制御を行うことができなくなる。よってカントレートを可変にするということは、幅広い速度設定において有効であることが言える。
【０１０１】
なお、上記の各実施の形態では、振動型アクチュエータとして回転する振動波モータ７を使用した場合を例にして説明したが、振動型アクチュエータには回転以外の運動、例えば直線移動するタイプもあり、本発明はこうした回転以外の運動をするタイプの振動型アクチュエータにも適用できる。この場合、上記説明における「回転駆動」を「駆動」に、「回転速度」を「駆動速度」に読み替える必要がある。
【０１０２】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１乃至請求項３記載の発明によれば、振動型アクチュエータに接続されているエンコーダが出力するパルスの周期をカウントすることによって、振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度を検出し、この検出値を利用して振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度を制御する際に、エンコーダのパルス周期をカウントするタイミングを、目標速度に応じて変化させる。このタイミングの変更は、カウントレートというパラメータを変更することにより行う。
【０１０３】
これにより、従来のように、目標速度によって制御ゲインを大きく変える必要がなくなり、制御装置の構成を簡単にすることができる。さらに、目標速度の設定範囲を広くできるとともに、高速駆動時の検出分解能も細かくすることができる。
【０１０４】
また、請求項４記載の発明によれば、目標値とカウントレートという２つのパラメータを変更する際に、一時的に速度制御を行わない状態にした上でパラメータを変更し、その後、制御を再開する。
【０１０５】
これにより、パラメータ変更時に振動型アクチュエータが動作を停止してしまったり、挙動が異常になってしまうことを防ぐことができる。
【０１０６】
さらに、請求項５乃至請求項８記載の発明によれば、画像形成装置に、請求項１乃至請求項４記載の発明の振動型アクチュエータを応用する。
【０１０７】
これにより、種類の異なる用紙を使用した場合においても、良好な画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る振動波モータの駆動制御を行う制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るカラー画像形成装置の全体構成を示す図である。
【図３】感光ドラムと振動型モータとの接続関係を示す図である。
【図４】速度制御回路の内部構成を示す回路である。
【図５】パルス発生回路が発生する４相のパルス信号を示す図である。
【図６】昇圧回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図７】トランスによって昇圧された交流電圧を示す図である。
【図８】速度差検出回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図９】速度差検出回路の各部の信号を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態における振動波モータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】速度制御回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図１２】用紙の種類が変更になったことが検出されたときのＣＰＵの動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施形態における速度差検出回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ロータリーエンコーダ
２ 振動波モータ
３ 感光ドラム
４ 速度制御回路（制御手段）
５ パルス発生回路（信号生成手段）
６ 昇圧回路（信号生成手段）
７ 振動波モータ
８ エンコーダ（センサ）
９ 速度差検出回路（駆動状態検知手段）
２０ ＣＰＵ
１５ １６ビットダウンカウンタ
１７ ４ビットカウンタ
２６ 分周器
２７ セレクタ
３４２，３４３，３４４，３４５ 感光ドラム
３４８ 転写ベルトローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動型アクチュエータ駆動装置および画像形成装置に関し、特に、電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで励振させ駆動力を得る振動型アクチュエータの駆動装置、及び、当該振動型アクチュエータを、感光ドラムのような、回転速度に対して高い精度を要求される部分に応用し、振動型アクチュエータの駆動装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波モータ等の振動型アクチュエータの速度制御においては、例えば特開平１−２３４０６９号公報に示されるように、超音波モータの出力回転軸に接続されたエンコーダからの出力パルス信号を周波数−電圧変換手段によりアナログの直流電圧に変換し、そのアナログ直流電圧が所望の電圧レベルになるように制御されていた。
【０００３】
ところが、上記制御方法では、周波数−電圧変換手段や、周波数−電圧変換手段から出力される直流電圧レベルを一定にするための制御回路が、アナログ回路であり、それらをＩＣにより実現することが困難であり、従って、周波数−電圧変換手段や制御回路の低価格化が困難であるという問題点があった。
【０００４】
そこで、特開平９−１９１６６９号公報で示される装置では、超音波モータの速度検出手段としてカウンタを用い、エンコーダから出力されるパルスの周期を、高い周波数のクロック信号のタイミングでカウントし、カウント結果を速度情報として用いている。また、速度情報を得て速度制御を行う部分もデジタル回路により構成することにより、ＩＣ化することが可能となり、高精度で安価な制御回路を実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−１９６６９公報で示される装置では、速度検出手段が、エンコーダの出力パルスの周期を、クロック信号をカウントすることにより得ており、実際に速度検出手段から得られる情報は、速度の逆数となっている。よって、超音波モータの目標制御速度が大きいほど、速度検出器から出力される情報や目標値は小さい値となり、更に同じ速度差であっても目標値によって異なる偏差情報となる。
【０００６】
その結果、目標速度が大きいほど、制御ゲインを大きく変更する必要があり、そのため、制御ゲインを小さい値から大きい値まで幅広く設定できるような構成にする必要があった。
【０００７】
また、上記速度検出手段は、通常は８ビットや１６ビットといった限られた一定のビット数のカウンタで構成されているために、高速と低速の両方を目標速度として設定する必要がある機器に応用する場合、低速時のカウント値がオーバフローしないようにカウンタのカウントタイミングを遅くしなければならない。しかし、カウンタのカウントタイミングを遅くした場合は、高速制御時に検出される速度の分解能が粗くなるために、高速制御時には高精度に制御できないという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、制御ゲインの変化すべき範囲を減少させ、また、高速制御時に速度分解能が粗くなることを防止した振動型アクチュエータ駆動装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで励振させ駆動力を得る振動型アクチュエータの駆動装置において、振動型アクチュエータの駆動状態に応じた信号を出力するセンサと、前記センサからの出力信号を受けて前記振動型アクチュエータの駆動状態を、所定の動作タイミングで検知する駆動状態検知手段と、前記駆動状態検知手段からの出力信号を受けて、設定された目標駆動状態になるように前記振動型アクチュエータの駆動条件を決定する制御手段と、前記制御手段によって決定された駆動条件に応じた信号を生成して前記振動型アクチュエータに出力する信号生成手段とを有し、前記駆動状態検知手段の所定の動作タイミングが、前記制御手段に設定された目標駆動状態に応じて変更され、前記振動型アクチュエータの駆動状態とは、前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度であり、前記センサは、前記駆動速度または回転速度に対応した周波数のパルス信号を出力し、前記駆動状態検知手段はカウンタを備え、前記センサから出力されるパルス信号の周期または前記パルス信号がハイレベルの期間若しくはローレベルの期間を、前記カウンタによりカウントすることにより前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度を検知し、前記カウンタのカウントタイミングが、前記振動型アクチュエータの目標駆動速度または目標回転速度に応じて変更され、前記振動型アクチュエータに設定され得る複数の固定の目標駆動速度または複数の固定の目標回転速度のうち、既に設定されている第１の目標値よりも低い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも遅くし、前記第１の目標値よりも高い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも速くすることを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項４記載の発明によれば、前記駆動状態検知手段の所定の動作タイミングを変更する際に、まず、前記駆動状態検知手段の操作量を固定し、制御動作を停止した後に、少なくとも前記駆動状態検知手段の設定値または前記制御手段に対する設定値のいずれかを変更し、その後、前記駆動状態検知手段の制御動作を再開させることを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、請求項５記載の発明によれば、電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで励振させ駆動力を得る振動型アクチュエータを、感光部材または転写部材に使用し、前記振動型アクチュエータを駆動するための駆動装置を備えた画像形成装置において、前記駆動装置が、前記振動型アクチュエータの駆動状態に応じた信号を出力するセンサと、前記センサからの出力信号を受けて前記振動型アクチュエータの駆動状態を、所定の動作タイミングで検知する駆動状態検知手段と、前記駆動状態検知手段からの出力信号を受けて、設定された目標駆動状態になるように前記振動型アクチュエータの駆動条件を決定する制御手段と、前記制御手段によって決定された駆動条件に応じた信号を生成して前記振動型アクチュエータに出力する信号生成手段とを有し、前記駆動状態検知手段の所定の動作タイミングが、前記制御手段に設定された目標駆動状態に応じて変更され、前記振動型アクチュエータの駆動状態とは、前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度であり、前記センサは、前記駆動速度または回転速度に対応した周波数のパルス信号を出力し、前記駆動状態検知手段はカウンタを備え、前記センサから出力されるパルス信号の周期または前記パルス信号がハイレベルの期間若しくはローレベルの期間を、前記カウンタによりカウントすることにより前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度を検知し、前記カウンタのカウントタイミングが、前記振動型アクチュエータの目標駆動速度または目標回転速度に応じて変更され、前記振動型アクチュエータに設定され得る複数の固定の目標駆動速度または複数の固定の目標回転速度のうち、既に設定されている第１の目標値よりも低い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも遅くし、前記第１の目標値よりも高い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも速くすることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係るカラー画像形成装置の全体構成を示す図である。以下、図２を参照してカラー画像形成装置の構成を説明する。
【００１５】
まず、リーダ部の構成について説明する。
【００１６】
図２において、３１６はＣＣＤ、３１１はＣＣＤ３１６の実装された基板、３１２はプリンタ処理部、３０１は原稿台ガラス、３０２は原稿給紙装置、３０３および３０４は原稿を照明する光源、３０５および３０６は光源３０３，３０４の光を原稿に集光する反射傘、３０７〜３０９はミラー、３１０は原稿からの反射光または投影光をＣＣＤ３１６上に集光するレンズ、３１４は光源３０３，３０４と反射傘３０５，３０６とミラー３０７を収容するキャリッジ、３１５はミラー３０８，３０９を収容するキャリッジ、３１３は他のＣＰＵ等とのインターフェイス部である。
【００１７】
キャリッジ３１４は速度Ｖで、キャリッジ３１５は速度Ｖ／２で、ＣＣＤ３１６の電気的走査（主走査）方向に対して垂直方向に機械的に移動することによって、原稿の全面を走査（副走査）する。
【００１８】
原稿台ガラス３０１上の原稿は光源３０３，３０４からの光を反射し、その反射光はＣＣＤ３１６に導かれて電気信号に変換される。そして、その電気信号（アナログ画像信号）は画像処理部３１２に入力され、デジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は各種処理を行われた後、プリンタ部に送られて画像形成に用いられる。
【００１９】
次にプリンタ部の構成について説明する。
【００２０】
図２において、３１７はＭ（マゼンタ色）画像形成部、３１８はＣ（シアン色）画像形成部、３１９はＹ（イエロー色）画像形成部、３２０はＫ（黒色）画像形成部である。それぞれの構成は同一なのでＭ画像形成部３１７について説明し、他の画像形成部の説明は省略する。
【００２１】
Ｍ画像形成部３１７において、３４２は感光ドラムであり、ＬＥＤアレー２１０からの光によって、その表面に潜像が形成される。３２１は一次帯電器であり、感光ドラム３４２の表面を所定の電位に帯電させ、潜像形成の準備をする。３２２は現像器で、感光ドラム３４２上で記録紙等に形成された潜像を現像して、トナー画像を形成する。なお、現像器３２２には現像バイアスを印加して現像するためのスリーブ３４５が含まれている。３２３は転写帯電器であり、転写ベルト３３３の背面から放電を行い、感光ドラム３４２上のトナー画像を、転写ベルト３３３上の記録紙などへ転写する。本実施の形態では転写効率がよいため、従来用いられていたクリーナ部が配置されていない。クリーナ部を装着しても問題ないことはいうまでもない。
【００２２】
次に、記録紙などの上へ画像を形成する手順を説明する。カセット３４０，３４１に格納された記録紙等は、ピックアップローラ３３９，３３８により１枚ずつ取り出され、給紙ローラ３３６，３３７で転写ベルト３３３上に供給される。給紙された記録紙は吸着帯電器３４６で帯電される。３４８は転写ベルトローラであり、転写ベルト３３３を駆動し、かつ、吸着帯電器３４６と対になって記録紙等を帯電させ、転写ベルト３３３に記録紙等を吸着させる。３４７は紙先端センサであり、転写ベルト３３３上の記録紙の先端を検知する。なお、紙先端センサ３４７から出力された検出信号は、プリンタ部からリーダ部へ送られて、リーダ部からプリンタ部にビデオ信号を送る際の副走査同期信号として用いられる。
【００２３】
この後、記録紙等は転写ベルト３３３によって搬送され、画像形成部３１７〜３２０においてＭ，Ｃ，Ｙ，Ｋの順に、その表面にトナー画像が形成される。最後にＫ画像形成部３２０を通過した記録紙等は、転写ベルト３３３からの分離を容易にするため、除電帯電器３４９で除電された後、転写ベルト３３３から分離される。３５０は剥離帯電器であり、記録紙等が転写ベルト３３３から分離する際に発生する剥離放電によって画像乱れが生じることを防止するものである。分離された記録紙等は、トナーの吸着力を補って画像乱れを防止するために、定着前帯電器３５１，３５２で帯電された後、定着器３３４でトナー画像が熱定着され、排紙トレー３３５に排紙される。
【００２４】
本実施の形態の画像形成装置では、記録紙として、通常複写機等で用いられる専用の用紙以外にも、厚紙やＯＨＰシートなど、厚みや材質の異なるさまざまな用紙が使用されるが、用紙により最適な熱定着時間が異なる。そこで、本実施の形態では、記録紙の種類に応じて紙搬送系の駆動速度と、定着器３３４の内部にある定着ローラの速度を変化させ、これによって定着時間を調整している。具体的には用紙を３段階のクラスに分類し、通常の複写機用の用紙を使用する場合の紙の送り速度と、その１／２の速度と、１／４の速度とを設定し、用紙のクラスに応じて送り速度を切り替えて記録紙を搬送している。
【００２５】
ここで、感光ドラム３４２〜３４５および転写ベルトローラ３４８を回転させるための駆動モータとして、振動波モータが用いられている。振動波モータは振動型モータの一種であり、弾性体に固着されている圧電素子などの電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することにより、弾性体の表面に進行性の振動波を発生させ、その弾性体に移動体を接触させることにより、移動体を駆動する原理のモータである。
【００２６】
図３は、感光ドラムと振動型モータとの接続関係を示す図である。
【００２７】
図３において、２は振動波モータである。１はロータリーエンコーダであり、振動波モータ２の出力軸の回転角をパルス情報として出力する。３は感光ドラムである。図３のようにベルトやギアのような動力伝達手段を介さず、振動波モータ２の出力軸に直接感光ドラム３を接続することにより、感光ドラム３の高精度に安定した回転速度を実現することができる。
【００２８】
図１は、上記振動波モータ２の駆動制御を行う制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１において、２０はＣＰＵであり、画像形成装置のさまざまな動作をつかさどっているが、本実施の形態の説明では振動波モータ２の制御関連のみに止め、画像形成装置のその他の動作に関する説明は省略する。また、本実施の形態において振動波モータは、４本の感光ドラム３４２〜３４５の駆動と、転写ベルトローラ３４８の駆動のために５個使用されるが、それらに対する制御構成は皆同じであるので、１つの振動波モータに対する制御装置のみを示した。
【００３０】
図１に示すブロック図ではフィードバックループが形成されており、速度制御回路４から出力される周波数指令に応じて、パルス発生回路５から駆動パルスが出力される。駆動パルスは、昇圧回路６で振動波モータ７を駆動し得る電圧に昇圧され、振動波モータ７が回転駆動される。振動波モータ７の回転状態に応じて、エンコーダ８からパルス情報が出力される。このパルス情報と、ＣＰＵ２０から送られる目標速度及びカウントレートとを基に、速度差検出回路９において速度差情報が検出され、速度制御回路４へ送られる。速度制御回路４は、その速度差情報を基に、振動波モータ７の回転速度を決定する周波数指令を作成し、パルス発生回路５に出力する。これにより、振動波モータ７において目標速度による回転が維持される。以下に、図１の各ブロックについて詳細に説明する。
【００３１】
図４は、速度制御回路４の内部構成を示す回路である。
【００３２】
近年、エレクトロニクス技術の発達によりモータの制御をＣＰＵで行うことが多いが、本実施の形態では、制御対象のモータが５台もあることと、できるだけ安価な方法で高速に制御を行い、制御精度を高めたいという事情から、速度制御回路４をハードウエアにより構成している。
【００３３】
図４において、２１は８ビットカウンタであり、制御のタイミングを決定している。本実施の形態における制御装置では積分制御を行っており、積分制御のタイミングが高速であるほど高い制御ゲイン（短い積分時定数）で制御されるようになっている。８ビットカウンタ２１のデータ入力端子（ＤＴ）には、制御ゲインの設定値がＣＰＵ２０から入力される。８ビットカウンタ２１では、クロックのアップカウントを行ってカウント値がフルスケールの２５５となると、キャリー端子（Ｃ）からハイレベル信号が出力される。キャリー端子（Ｃ）は、８ビットカウンタ２１のロード端子（ＬＤ）に接続されているので、キャリー端子（Ｃ）からハイレベル信号が出力される毎に、制御ゲインの設定値が８ビットカウンタ２１にロードされる。結果として８ビットカウンタ２１により、（２５６−制御ゲイン）を周期としたリングカウンタが実現される。制御ゲインを高くしたい時は、ＣＰＵ２０から８ビットカウンタ２１のロード端子（ＬＤ）に入力する設定値を大きな値にし、制御ゲインを低くしたい時は小さい値にする。
【００３４】
図４において、２２は１６ビットアダーであり、ＡとＢの入力端子から入力されるデータを加算し、Ｓ出力端子に出力している。入力端子Ａには、速度差検出回路９から速度差情報が入力されている。Ｓ出力端子から出力された加算データは１６ビットレジスタ２３に送られ、１６ビットレジスタ２３では、８ビットカウンタ２１からイネーブル端子ＥＮにキャリー信号が入力されるたびに、その加算データを１６ビットレジスタ２３に書き込む。１６ビットレジスタ２３の出力信号は、１６ビットアダー２２の入力端子Ｂへ送られる。従って、１６ビットレジスタ２３の出力端子Ｑからは、制御ゲインに応じたサンプリングタイミングで速度差情報を加算して得られた積分値が出力されることになる。
【００３５】
１６ビットレジスタ２３の出力信号は、１６ビットアダー２４の入力端子Ａへ送られる。１６ビットアダー２４の入力端子Ｂには初期周波数データが入力され、１６ビットアダー２４は、ＡとＢの入力端子から入力されるデータを加算し、Ｓ出力端子から周波数指令値として出力する。すなわち、１６ビットレジスタ２３から出力される周波数指令値は、初期周波数を速度差情報の積分値により補正した値となる。
【００３６】
この初期周波数には、振動波モータ７の共振周波数よりも高い周波数を設定する。すなわち、一般的な振動波モータでは、共振周波数を境に駆動周波数に対する回転速度の勾配が逆となり、共振周波数よりも低い周波数領域では特性が不安定となる。そのために、振動波モータは通常、共振周波数よりも高い周波数領域で駆動される。振動波モータ７の起動時には、図示していないが１６ビットレジスタ２３の値は０に設定するので、起動直後は初期周波数が速度制御回路４から出力されることになる。
【００３７】
上記のように構成することにより、速度制御回路４では、制御ゲインで決定されるタイミングで速度差情報が積分され、得られた積分値により、初期周波数が補正されて、この補正された初期周波数が、周波数情報として出力される。
【００３８】
図１のパルス発生回路５は、図示しないがデジタル回路で構成される。パルス発生回路５は、速度制御回路４から出力される周波数情報に応じて駆動パルスを発生させる。
【００３９】
図５は、パルス発生回路５が発生する４相のパルス信号を示す図である。
【００４０】
図５において、Ｔはパルス周期である。パルス発生回路５から出力される４相のパルス信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の周期は全てＴとする。このＴの逆数が速度制御回路４から出力される周波数指令値となる。
【００４１】
Ｗはパルス幅であり、振動波モータ７を駆動する際に効率良く回せるような値に設定される。ここで、Ｗを大きくしすぎると、後述する昇圧回路６の部品にダメージを与えることになる。また、逆にＷを小さくしすぎると、振動波モータ７の十分な出力を得ることができなくなる。
【００４２】
本実施の形態で使用される振動波モータは進行波型モータと呼ばれるもので、９０°または−９０°の位相差を有する２相の交流信号によって駆動される。この２相をＡ相およびＢ相と呼ぶことにする。図５に示す４相のパルス信号のうちパルス信号Ａ１とパルス信号Ａ２は、Ａ相交流信号を生成するために用いられ、パルス信号Ｂ１とパルス信号Ｂ２は、Ｂ相交流信号を生成するために用いられる。パルス信号Ａ１とパルス信号Ａ２は１８０°の位相差を有する。パルス信号Ｂ１とパルス信号Ｂ２も同様に１８０°の位相差を有する。また、パルス信号Ａ１に対してパルス信号Ｂ１は９０°遅れの位相差、または９０°進みの位相差を有する。上記位相差が遅れているか進んでいるかによって振動波モータの回転方向が決定される。図５ではＡ相に対してＢ相が９０°遅れた位相差を有する場合を示している。
【００４３】
図６は、昇圧回路６の具体的な構成を示す回路図である。図６には、昇圧回路６の機能を説明するために必要な部品のみを図示している。
【００４４】
図６において、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄはＦＥＴであり、図１に示すパルス発生回路５より入力されるパルス信号Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２がそれぞれハイレベルの時にＯＮ、ローレベルの時にＯＦＦとなるスイッチング素子である。このスイッチング動作によって、図６に示すセンタータップ付きトランス１１ａ，１１ｂの一次側に流れる電流をコントロールしている。
【００４５】
トランス１１ａ，１１ｂの二次側には、図７に示すようなトランスの巻き線比に起因して昇圧された交流電圧が発生する。トランスの一次側の電圧は、ほぼ矩形波形であるが、トランスの二次側の出力電圧はトランスの二次側のインダクタンスと振動波モータ７の容量成分により、図７に示すようにサイン波状の出力波形となる。図６において、トランス１１ａ，１１ｂの二次側の一端はグランドに接続され、他端はＡ相、Ｂ相信号として振動波モータ７に接続される。
【００４６】
図１に戻って、エンコーダ８はロータリータイプのエンコーダであり、光学的または磁気的な原理を利用して、振動波モータ７の回転状態を検出し、２値の信号が回転位置に応じて出力される。エンコーダ８の軸の回転速度が速いほどエンコーダから出力されるパルスの周波数が高くなる。
【００４７】
速度差検出回路９は、振動波モータ７の回転速度と目標値との差に相当する値を検出し、出力する回路である。
【００４８】
図８は、速度差検出回路９の具体的な構成を示す回路図である。なお、図９は、速度差検出回路９の各部の信号Ｓ１〜Ｓ５を示すタイミングチャートであり、以下の速度差検出回路９の説明において適宜参照する。
【００４９】
図８において、１２ａ，１２ｂはＤフリップフロップである。Ｄフリップフロップ１２ａの入力端子Ｄに、エンコーダ８からのパルス（Ｓ２）を入力させ、Ｄフリップフロップ１２ａの出力端子Ｑを、Ｄフリップフロップ１２bの入力端子Ｄに接続すると共に、ＡＮＤ回路１４の入力端子に接続する。また、Ｄフリップフロップ１２ｂの出力端子Ｑを、インバータ１３を介してＡＮＤ回路１４の入力端子に接続する。これにより、ＡＮＤ回路１４からは、エンコーダパルスの立ち上がりエッジが発生した時に、クロック（Ｓ１）の１周期分だけハイレベルとなる信号（Ｓ３）が出力される。
【００５０】
１５は１６ビットダウンカウンタである。エンコーダパルス（Ｓ２）の立ち上がりが発生すると、１６ビットダウンカウンタ１５のロード端子ＬＤの入力（Ｓ３）がハイレベルとなり、データ入力端子ＤＴからの目標速度値（例えば４９９９）がロードされる。
【００５１】
一方、４ビットカウンタ１７のロード端子ＬＤには４ビットカウンタ１７のキャリー出力端子Ｃが接続されている。また、４ビットカウンタ１７のデータ端子ＤＴにはＣＰＵ２０から出力される多ビットのカウントレートがデータとして入力されているので、この４ビットカウンタ１７は、（１６−カウントレート）を周期としたリングカウンタとして動作することになる。つまり、４ビットカウンタ１７のキャリー出力端子Ｃはリングカウンタの１周期に一度ハイレベルとなる。４ビットカウンタ１７のキャリー出力端子Ｃは、１６ビットダウンカウンタ１５のイネーブル端子ＥＮに接続されているので、１６ビットダウンカウンタ１５は、この周期のタイミングで、ロードされた目標速度値をカウントダウン動作することになる。
【００５２】
例えば、カウントレートとして１５が４ビットカウンタ１７に入力されている場合、４ビットカウンタ１７のキャリー出力端子Ｃはハイレベルとなったままであり、従って、１６ビットダウンカウンタ１５は、クロック（Ｓ１）の入力毎に、ロードされた目標速度値をカウントダウンし、出力端子Ｑから信号Ｓ４（図９）を出力する。また他の例として、カウントレートとして１４が４ビットカウンタ１７に入力されている場合、４ビットカウンタ１７のキャリー出力端子Ｃは、クロック（Ｓ１）パルス１つおきにハイレベルとなり、従って、１６ビットダウンカウンタ１５は、クロック（Ｓ１）パルス２つに１回、ロードされた目標速度値をカウントダウンし、出力端子Ｑから信号Ｓ４′（図９）を出力する。
【００５３】
１６は１６ビットレジスタである。１６ビットレジスタ１６には１６ビットダウンカウンタ１５から信号Ｓ４（Ｓ４′）が入力され、１６ビットレジスタ１６のイネーブル端子ＥＮにはＡＮＤ回路１４の出力端子から信号Ｓ３が入力されているので、エンコーダ８のエッジが検出された時点だけ、１６ビットダウンカウンタ１５のカウント値Ｓ４（Ｓ４′）がこのレジスタ１６に記憶されることになる。したがって、１６ビットレジスタ１６から、目標速度と実際速度との差に相当する信号Ｓ５が速度差データとして出力される。
【００５４】
上記回路構成により、ＣＰＵ２０からのカウントレートに応じたタイミングで、エンコーダパルスの立ち上がりから次の立ち上がりまでの間、目標速度値をダウンカウントした値が速度差データとして出力される。ここで、目標速度値とは、振動波モータ７が目標速度で回転している時のエンコーダ８のパルス周期をカウントした時の値である。よって、目標速度値は、正確には速度ではなく速度の逆数である。また、速度差データの符号はエンコーダパルスの周期が目標速度（周期）よりも長い時、すなわち振動波モータ７が目標速度よりも遅く回転している時にマイナスとなる。通常、速度制御を行う際は偏差情報の符号は速度が目標速度より遅い時にプラス、目標速度よりも速い時にマイナスとなり、本実施形態と逆の関係になるが、これは、本実施形態の振動波モータ７を、周波数が低いほど回転速度が速くなる周波数領域で制御することに起因する。
【００５５】
次に、速度差検出回路９に設定するカウントレートの設定方法について説明する。
【００５６】
上述したように本実施形態で使用される画像形成装置では、使用される用紙によって用紙の搬送速度および感光ドラムの回転速度を切り替えている。本実施形態で使用される速度差検出回路９は、速度偏差ではなく速度の逆数に相当する情報を検出し、これによって振動波モータ７の速度制御が行われるので、同じ速度偏差であっても目標速度が低速のときのほうが、偏差が大きく扱われてしまう。本実施形態で使用する制御装置のように、制御ゲインの設定範囲が８ビット（図４の８ビットカウンタ２１）と大きくない場合、設定する目標速度によっては最適なゲインを設定することができない場合が考えられる。そこで本実施の形態では、設定する目標速度に応じて、図８の４ビットカウンタ１７に設定するカウントレートを変更する。
【００５７】
例えば、ロータリーエンコーダ８が１回転で２０００パルスを出力し、目標速度として、１［１／ｓ］（６０［ｒｐｍ］）が設定されている場合を考える。クロックを１０［ＭＨｚ］とする。
【００５８】
目標速度で振動波モータ７が回転しているときは、エンコーダ８から２［ｋＨｚ］の周波数、すなわち周期が５００［μｓｅｃ］のパルスが出力される。この時に４ビットカウンタ１７に設定するカウントレートを、もっとも大きな値である１５を設定したとすると、速度差検出回路９の速度差算出用のダウンカウンタ１５は１０［ＭＨｚ］で動作することになるので、目標速度で振動波モータ７が回転しているときのエンコーダパルス１周期の間にダウンカウンタ１５は５０００回ダウンカウントをすることになる。よって、速度差検出回路９のダウンカウンタ１５に入力すべき目標値は、この値５０００から１を引いた値である４９９９になる。そこで、速度差検出回路９のダウンカウンタ１５に目標値４９９９を入力する。これにより、振動波モータ７が目標速度で回転すれば、速度差検出回路９は速度差０を検出する。
【００５９】
ところで、駆動中の振動波モータ７の駆動速度が目標速度よりも０．０１［１／ｓ］（０．６［ｒｐｍ］）遅い速度である０．９９［１／ｓ］（５９．４［ｒｐｍ］）でなったとすると、エンコーダパルス１周期が５０５［μｓｅｃ］となり、この１周期の間にクロックが５０５０パルス発生するので、ダウンカウント速度検出回路９から出力される偏差情報（速度差情報）は−５０となる。
【００６０】
同様にして、目標速度が前述の半分の速度である０．５［１／ｓ］（３０［ｒｐｍ］）であるとすると、上記と同じカウントレートの設定では、エンコーダパルス１周期が１０００［μｓｅｃ］[＝１／（２０００×０．５）]であり、この１周期の間にクロックが１００００パルス発生するので、１６ビットダウンカウンタ１５に入力されるべき目標値は９９９９になる。
【００６１】
この目標値９９９９を１６ビットダウンカウンタ１５に入力した状態において、駆動中の振動波モータ７の駆動速度が、上記と同様に、目標速度よりも０．０１［１／ｓ］（０．６［ｒｐｍ］）遅い速度である０．４９［１／ｓ］（２９．４［ｒｐｍ］）になったとすると、エンコーダパルス１周期が１０２０．４［μｓｅｃ］となり、この１周期の間にクロックが１０２０４パルス発生するので、速度検出回路９から出力される偏差情報は−２０４となる。
【００６２】
このように、同じ速度偏差０．０１［１／ｓ］（０．６［ｒｐｍ］）にも拘わらず、目標速度が１［１／ｓ］（６０［ｒｐｍ］）と０．５［１／ｓ］（３０［ｒｐｍ］）というように異なると、速度検出回路９から得られる偏差情報が、−５０と−２０４というように異なる。そのため、制御ゲインを大きく変更する必要が生じ、場合によっては制御ゲインの限られた設定範囲（図４に示す８ビットカウンタ２１では０から２５５）では最適な駆動周波数値を設定することができなくなってしまう可能性がある。
【００６３】
しかし、この時、４ビットカウンタ１７に設定するカウントレートを１５から１２と変更すれば、速度差検出回路９の速度差算出用のダウンカウンタ１５は、２．５［ＭＨｚ］｛＝１０ＭＨｚ／（１６−１２）｝で動作することになる。そして、エンコーダパルス１周期が１０００［μｓｅｃ］[＝１／（２０００×０．５）]であり、この１周期の間にダウンカウントが２５００（＝１０００μｓｅｃ×２．５ＭＨｚ）回行われるので、１６ビットダウンカウンタ１５に入力されるべき目標値は２４９９である。そこで、カウントレート１２が４ビットカウンタ１７に設定され、目標値２４９９が１６ビットダウンカウンタ１５に設定されたとする。
【００６４】
この場合に、振動波モータ７の駆動速度が、目標速度よりも０．０１［１／ｓ］（０．６［ｒｐｍ］）遅い速度である０．４９［１／ｓ］（２９．４［ｒｐｍ］）になったとすると、エンコーダパルス１周期が１０２０．４［μｓｅｃ］となり、この１周期の間にダウンカウントが２５５１（＝１０２０．４μｓｅｃ×２．５ＭＨｚ）回行われるので、速度検出回路９から出力される偏差情報は−５１となる。
【００６５】
この偏差情報は、目標速度が１［１／ｓ］（６０［ｒｐｍ］）の時の偏差情報−５０に近い値となる。従って、この場合には制御ゲインを大幅に変える必要がなくなる。その結果、制御ゲインの設定範囲が限られているような制御装置であっても、目標速度に拘わらず常に最適な駆動周波数制御を行うことができる。
【００６６】
本実施形態で使用する画像形成装置の場合、使用する用紙を３つのクラスに分けている。普通の用紙を用紙Ａ、用紙Ａの駆動速度と比較して１／２の速度で駆動する用紙を用紙Ｂ、用紙Ａの駆動速度と比較して１／４の速度で駆動する用紙を用紙Ｃとする。そして、使用する用紙のクラスは自動的に検出され、ＣＰＵ２０により用紙に応じた目標速度及びカウントレートが設定される。
【００６７】
使用する用紙のクラスと、図８に示す１６ビットダウンカウンタ１５に入力されるべき目標値、及び４ビットカウンタ１７に入力されるべきカウントレートとの関係を表１に示す。
【００６８】
【表１】
以上のような設定にすることにより、各目標回転速度において偏差情報が、同一速度偏差に対してほぼ等しい値として算出されるので、制御ゲインを大きく変更する必要がなくなる。
【００７０】
なお、表２のように各目標回転速度での目標値を同じ値とすることにより、各目標回転速度での速度検出の検出分解能と目標回転速度の比率を同じにして、どの目標回転速度でも同じ回転むら（ワウフラッタ）になるように制御してもよい。
【００７１】
【表２】
（第２の実施の形態）
第１の実施形態の表１では、用紙の種類に応じて目標速度を変化させる際に目標値およびカウントレートの両方を変化させているが、画像形成装置を駆動中に異種の用紙が混合して使用される場合は、図２の感光ドラム３４２，３４３，３４４，３４５や転写ベルト３３３の駆動速度を途中で変更する必要がある。
【００７３】
ところが、目標値とカウントレートはＣＰＵ２０によってシーケンシャルに変更されるものであり、同時に変更することができない。一方、目標値とカウントレートが同時に変更できない場合、駆動回転速度が一時的に異常な速度となり、場合によっては騒音を発生させたり、振動波モータ７を停止させてしまう原因になることも考えられる。
【００７４】
例えば、表１の用紙Ａから用紙Ｃに切り替える場合、カウントレート１５の状態で、先に目標値を１２４９にしてしまうと、一時的に目標回転速度が４［１／ｓ］（２４０［ｒｐｍ］）となってしまい、使用する振動波モータによっては回転不能な状態になることもある。また、逆に目標値が４９９９の状態で先にカウントレートを０としてしまうと、一時的に目標回転速度が０．０６２５［１／ｓ］（３．７５［ｒｐｍ］）となってしまい、振動波モータの目標速度が低速になりすぎ、動作が不安定になったり、異音を発生させたり、場合によってはステップ的な目標速度変動に対して制御が発散してしまい、モータを停止させてしまう可能性もある。
【００７５】
第２の実施形態は、第１の実施形態における上記問題点を改良したものである。
【００７６】
図１０は、本発明の第２の実施形態における振動波モータの制御装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態の構成は、基本的に第１の実施形態の構成と同じであるので、同一構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００７７】
第２の実施形態では、ＣＰＵ２０−１から速度制御回路４−１に対して制御ゲイン以外に制御許可信号が出力される。それ以外は第１の実施形態と同一である。以下、速度制御回路４−１とＣＰＵ２０−１の動作についてのみ詳細に説明する。
【００７８】
制御許可信号は、速度制御回路４−１が制御動作中の時に一時的に制御を中断させることに使用される信号である。
【００７９】
図１１は、速度制御回路４−１の具体的な構成を示す回路図である。速度制御回路４−１の構成は、図４に示す第１の実施形態の速度制御回路４と基本的に同一であるので、同一構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００８０】
図１１において、ＡＮＤ回路２５が、８ビットカウンタ２１と１６ビットレジスタ２３との間に配置される。そして、制御許可信号がＡＮＤ回路２５に入力される。この制御許可信号がハイレベルの時は、ＡＮＤ回路２５を通じて、８ビットカウンタ２１からの出力が１６ビットレジスタ２３のイネーブル端子（ＥＮ）に入力される。この時は、第１の実施形態で説明したような動作で速度制御が行われる。
【００８１】
一方、制御許可信号がローレベルとなると、１６ビットレジスタ２３のイネーブル端子（ＥＮ）への入力は常にローレベルとなるので１６ビットレジスタ２３は加算データの読み込みを行わず、記憶値が変化しなくなる。従って、振動波モータ７の駆動周波数として、制御許可信号がローレベルになる直前の値が保持されることになる。
【００８２】
次に、それまでの種類の用紙と異なる種類の用紙が検出され、ＣＰＵ２０−１が目標値及びカウントレートを変更する際の動作を説明する。
【００８３】
図１２は、用紙の種類が変更になったことが検出されたときのＣＰＵ２０−１の動作を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、用紙の種類と、目標値・カウントレートとの関係は、第１の実施形態における表１に示す関係と同じであるとする。以下、図１２を参照して説明する。
【００８４】
図１２において、ＳＴＥＰ１で紙種変更動作が開始されると、ＳＴＥＰ２に進み、速度制御回路４−１に出力する制御許可信号をローレベルにして、駆動周波数の変更が行われないようにし、ＳＴＥＰ３に進む。
【００８５】
ＳＴＥＰ３では、次に画像形成を行う紙が用紙Ａかどうかを判断する。用紙ＡであればＳＴＥＰ４に、そうでなければＳＴＥＰ６に進む。
【００８６】
ＳＴＥＰ４では、速度差検出回路９に対して、用紙Ａのためのカウントレートである１５を設定する。その後ＳＴＥＰ５において、速度差検出回路９に対して、用紙Ａのための目標値４９９９を設定する。
【００８７】
ＳＴＥＰ６では、次の紙が用紙Ｂかどうかを判断する。用紙ＢであればＳＴＥＰ７に、そうでなければＳＥＴＰ９へ進む。
【００８８】
ＳＥＴＰ７では、用紙Ｂのためのカウントレートである１２を、速度差検出回路９に対して設定する。その後ＳＴＥＰ８で、速度差検出回路９に対して、用紙Ｂのための目標値２４９９を設定する。
【００８９】
ＳＴＥＰ９では、用紙Ａでも用紙Ｂでもないので用紙Ｃということになり、速度差検出回路９に対して、用紙Ｃ用のカウントレートである０を設定し、ＳＥＴＰ１０で、用紙Ｃ用の目標値１２４９を設定する。
【００９０】
３種の用紙のうち、検出された用紙の種類に合ったカウントレートと目標値の両方の設定が終わったら、ＳＴＥＰ１１で制御許可信号をハイレベルとする。その後、駆動周波数の設定制御が再開されることになる。
【００９１】
以上のような処理によって、パラメータ（カウントレートと目標値）の一方だけが変更された状態で、制御されるのを防ぐことができるので、振動波モータ７が停止したり、挙動が不安定になってしまうことを防ぐことができる。
【００９２】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施形態を説明する。第３の実施形態の構成は、基本的に第１の実施形態と同じであるので、同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００９３】
図１３は、本発明の第３の実施形態における速度差検出回路を示すブロック図である。
【００９４】
第１および第２の実施形態で使用した図８に示す速度差検出回路では、カウントレートで設定した値により４ビットカウンタ１７のキャリー信号が出力される周期を変化させ、これにより、１６ビットダウンカウンタ１５のカウントタイミングを変化させている。一方、第３の実施形態では、分周器２６、セレクタ２７、及び１６ビットダウンカウンタ１５−１を新たに設けている。
【００９５】
分周器２６が、クロックを分周して、クロック周波数の１／２，１／４，１／８，１／１６の周波数のパルスを生成し、セレクタ２７へ送っている。セレクタ２７は、分周器２６から送られた４つのパルス出力信号及びクロック信号のうちから、カウントレートに応じて１つを選択して、それをＤフリップフロップ１２ａ，１２ｂ、１６ビットダウンカウンタ１５−１、１６ビットレジスタ１６の各クロック端子へ出力する。なお、セレクタ２７は、カウントレートの値が小さくなるにつれて、低い周波数のパルスを選択するようにする。また、１６ビットカウンタ１５−１にはイネーブル端子（ＥＮ）がない
このように構成することにより、目標回転速度の低速時における速度差検出回路の動作周波数が、第１の実施形態と比較して低い周波数となるために、速度差検出回路の消費電力を押さえることができる。また、１６ビットカウンタ１５−１は、第１および第２の実施形態で使用した１６ビットダウンカウンタ１５と比較してイネーブル端子（ＥＮ）がない分、回路構成が簡単になる。
【００９６】
さらに、第１および第２の実施形態では、１６ビットダウンカウンタ１５の動作タイミングを、クロックの周波数タイミングから当該周波数の１／１６の周波数タイミングまで可変にするために、４ビットカウンタ１７に対して、４ビットの信号によりカウントレートの設定を行っていた。しかし、第３の実施形態では、５入力１出力のセレクタ２７のセレクト信号として３ビットの信号をカウントレートとしてセレクタ２７に入力するだけで済むために、ＣＰＵ２０またはＣＰＵ２０−１と速度差検出回路とを接続する信号線の本数が少なくて済む。
【００９７】
なお、これまで述べてきた各実施形態の制御装置では説明していないが、カウントレートの変更を行うことにより、カウントレートが固定の場合と比較して、より幅広い目標速度の設定が可能となる。
【００９８】
例えば、これまで説明したエンコーダパルス周期カウント用のダウンカウンタ１５は１６ビットで構成されているが、速度差情報は符号付きで表されるので１５ビットしか使えず、目標値には大きくても２の１５乗までしか設定できない。カウントレートによって選択されるダウンカウント周波数が１０［ＭＨｚ］の場合は、設定できる最低目標速度は、以下の式によりエンコーダ周期が３．２８［ｍｓｅｃ］となる値となる。
【００９９】
１／（１０×１０6）×２15≒３．２８×１０-3
ところで、第１から第３の実施形態のように、カウントレートによって選択されるダウンカウント周波数を、クロックの１／１６まで設定可能とした場合は、カウントレートによって選択されるダウンカウント周波数を６２５［ｋＨｚ］まで下げることができるので、設定できる最低目標速度は、以下の式によりエンコーダ周期が５２．４［ｍｓｅｃ］となる値まで設定可能となる。
【０１００】
１／（６２５×１０3）×２15≒５２．４×１０-3
もし、カウントレートによって選択されるダウンカウント周波数を常に６２５［ｋＨｚ］としておけば、カウントレートを変更しなくてもエンコーダ周期が５２．４［ｍｓｅｃ］となるような目標速度まで設定できるが、そのよううな構成にしてしまうと、高速駆動時において、エンコーダパルス周期の測定分解能が粗くなってしまうので、精度の良い制御を行うことができなくなる。よってカントレートを可変にするということは、幅広い速度設定において有効であることが言える。
【０１０１】
なお、上記の各実施の形態では、振動型アクチュエータとして回転する振動波モータ７を使用した場合を例にして説明したが、振動型アクチュエータには回転以外の運動、例えば直線移動するタイプもあり、本発明はこうした回転以外の運動をするタイプの振動型アクチュエータにも適用できる。この場合、上記説明における「回転駆動」を「駆動」に、「回転速度」を「駆動速度」に読み替える必要がある。
【０１０２】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１乃至請求項３記載の発明によれば、振動型アクチュエータに接続されているエンコーダが出力するパルスの周期をカウントすることによって、振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度を検出し、この検出値を利用して振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度を制御する際に、エンコーダのパルス周期をカウントするタイミングを、目標速度に応じて変化させる。このタイミングの変更は、カウントレートというパラメータを変更することにより行う。
【０１０３】
これにより、従来のように、目標速度によって制御ゲインを大きく変える必要がなくなり、制御装置の構成を簡単にすることができる。さらに、目標速度の設定範囲を広くできるとともに、高速駆動時の検出分解能も細かくすることができる。
【０１０４】
また、請求項４記載の発明によれば、目標値とカウントレートという２つのパラメータを変更する際に、一時的に速度制御を行わない状態にした上でパラメータを変更し、その後、制御を再開する。
【０１０５】
これにより、パラメータ変更時に振動型アクチュエータが動作を停止してしまったり、挙動が異常になってしまうことを防ぐことができる。
【０１０６】
さらに、請求項５乃至請求項８記載の発明によれば、画像形成装置に、請求項１乃至請求項４記載の発明の振動型アクチュエータを応用する。
【０１０７】
これにより、種類の異なる用紙を使用した場合においても、良好な画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る振動波モータの駆動制御を行う制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るカラー画像形成装置の全体構成を示す図である。
【図３】感光ドラムと振動型モータとの接続関係を示す図である。
【図４】速度制御回路の内部構成を示す回路である。
【図５】パルス発生回路が発生する４相のパルス信号を示す図である。
【図６】昇圧回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図７】トランスによって昇圧された交流電圧を示す図である。
【図８】速度差検出回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図９】速度差検出回路の各部の信号を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態における振動波モータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】速度制御回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図１２】用紙の種類が変更になったことが検出されたときのＣＰＵの動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施形態における速度差検出回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ロータリーエンコーダ
２ 振動波モータ
３ 感光ドラム
４ 速度制御回路（制御手段）
５ パルス発生回路（信号生成手段）
６ 昇圧回路（信号生成手段）
７ 振動波モータ
８ エンコーダ（センサ）
９ 速度差検出回路（駆動状態検知手段）
２０ ＣＰＵ
１５ １６ビットダウンカウンタ
１７ ４ビットカウンタ
２６ 分周器
２７ セレクタ
３４２，３４３，３４４，３４５ 感光ドラム
３４８ 転写ベルトローラ
Claims (8)
- 電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで励振させ駆動力を得る振動型アクチュエータの駆動装置において、
振動型アクチュエータの駆動状態に応じた信号を出力するセンサと、
前記センサからの出力信号を受けて前記振動型アクチュエータの駆動状態を、所定の動作タイミングで検知する駆動状態検知手段と、
前記駆動状態検知手段からの出力信号を受けて、設定された目標駆動状態になるように前記振動型アクチュエータの駆動条件を決定する制御手段と、
前記制御手段によって決定された駆動条件に応じた信号を生成して前記振動型アクチュエータに出力する信号生成手段とを有し、
前記駆動状態検知手段の所定の動作タイミングが、前記制御手段に設定された目標駆動状態に応じて変更され、
前記振動型アクチュエータの駆動状態とは、前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度であり、
前記センサは、前記駆動速度または回転速度に対応した周波数のパルス信号を出力し、
前記駆動状態検知手段はカウンタを備え、前記センサから出力されるパルス信号の周期または前記パルス信号がハイレベルの期間若しくはローレベルの期間を、前記カウンタによりカウントすることにより前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度を検知し、
前記カウンタのカウントタイミングが、前記振動型アクチュエータの目標駆動速度または目標回転速度に応じて変更され、
前記振動型アクチュエータに設定され得る複数の固定の目標駆動速度または複数の固定の目標回転速度のうち、既に設定されている第１の目標値よりも低い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも遅くし、前記第１の目標値よりも高い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも速くすることを特徴とする振動型アクチュエータ駆動装置。 - 前記第１の目標値の２分の１の駆動速度または回転速度を第２の目標値とし、また前記第１の目標値の４分の１の駆動速度または回転速度を第３の目標値とし、
前記第１の目標値に設定されている前記振動型アクチュエータを、前記第２の目標値になるように制御する場合は、前記カウンタのカウント周波数を前記第１の目標値でのカウント周波数の２分の１にし、また、前記第１の目標値に設定されている前記振動型アクチュエータを、前記第３の目標値になるように制御する場合は、前記カウンタのカウント周波数を前記第１の目標値でのカウント周波数の４分の１にすることを特徴とする請求項１記載の振動型アクチュエータ駆動装置。 - 前記第１の目標値の２分の１の駆動速度または回転速度を第２の目標値とし、また前記第１の目標値の４分の１の駆動速度または回転速度を第３の目標値とし、
前記第１の目標値に設定されている前記振動型アクチュエータを、前記第２の目標値になるように制御する場合は、前記カウンタのカウント周波数を前記第１の目標値でのカウント周波数の４分の１にし、また、前記第１の目標値に設定されている前記振動型アクチュエータを、前記第３の目標値になるように制御する場合は、前記カウンタのカウント周波数を前記第１の目標値でのカウント周波数の１６分の１にすることを特徴とする請求項１記載の振動型アクチュエータ駆動装置。 - 前記駆動状態検知手段の所定の動作タイミングを変更する際に、まず、前記駆動状態検知手段の操作量を固定し、制御動作を停止した後に、少なくとも前記駆動状態検知手段の設定値または前記制御手段に対する設定値のいずれかを変更し、その後、前記駆動状態検知手段の制御動作を再開させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の振動型アクチュエータ駆動装置。
- 電気−機械エネルギ変換素子に交流信号を印加することで励振させ駆動力を得る振動型アクチュエータを、感光部材または転写部材に使用し、前記振動型アクチュエータを駆動するための駆動装置を備えた画像形成装置において、
前記駆動装置が、
前記振動型アクチュエータの駆動状態に応じた信号を出力するセンサと、
前記センサからの出力信号を受けて前記振動型アクチュエータの駆動状態を、所定の動作タイミングで検知する駆動状態検知手段と、
前記駆動状態検知手段からの出力信号を受けて、設定された目標駆動状態になるように前記振動型アクチュエータの駆動条件を決定する制御手段と、
前記制御手段によって決定された駆動条件に応じた信号を生成して前記振動型アクチュエータに出力する信号生成手段とを有し、
前記駆動状態検知手段の所定の動作タイミングが、前記制御手段に設定された目標駆動状態に応じて変更され、
前記振動型アクチュエータの駆動状態とは、前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度であり、
前記センサは、前記駆動速度または回転速度に対応した周波数のパルス信号を出力し、
前記駆動状態検知手段はカウンタを備え、前記センサから出力されるパルス信号の周期または前記パルス信号がハイレベルの期間若しくはローレベルの期間を、前記カウンタによりカウントすることにより前記振動型アクチュエータの駆動速度または回転速度を検知し、
前記カウンタのカウントタイミングが、前記振動型アクチュエータの目標駆動速度または目標回転速度に応じて変更され、
前記振動型アクチュエータに設定され得る複数の固定の目標駆動速度または複数の固定の目標回転速度のうち、既に設定されている第１の目標値よりも低い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも遅くし、前記第１の目標値よりも高い駆動速度または回転速度の目標値が与えられた時は、前記カウンタのカウントタイミングを、前記第１の目標値でのカウントタイミングよりも速くすることを特徴とする画像形成装置。 - 前記第１の目標値の２分の１の駆動速度または回転速度を第２の目標値とし、また前記第１の目標値の４分の１の速度または回転速度を第３の目標値とし、
前記第１の目標値に設定されている前記振動型アクチュエータを、前記第２の目標値になるように制御する場合は、前記カウンタのカウント周波数を前記第１の目標値でのカウント周波数の２分の１にし、また、前記第１の目標値に設定されている前記振動型アクチュエータを、前記第３の目標値になるように制御する場合は、前記カウンタのカウント周波数を前記第１の目標値でのカウント周波数の４分の１にすることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。 - 前記第１の目標値の２分の１の駆動速度または回転速度を第２の目標値とし、また前記第１の目標値の４分の１の駆動速度または回転速度を第３の目標値とし、
前記第１の目標値に設定されている前記振動型アクチュエータを、前記第２の目標値になるように制御する場合は、前記カウンタのカウント周波数を前記第１の目標値でのカウント周波数の４分の１にし、また、前記第１の目標値に設定されている前記振動型アクチュエータを、前記第３の目標値になるように制御する場合は、前記カウンタのカウント周波数を前記第１の目標値でのカウント周波数の１６分の１にすることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。 - 前記駆動状態検知手段の所定の動作タイミングを変更する際に、まず、前記駆動状態検知手段の操作量を固定し、制御動作を停止した後に、少なくとも前記駆動状態検知手段の設定値または前記制御手段に対する設定値のいずれかを変更し、その後、前記駆動状態検知手段の制御動作を再開させることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
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