JPH06278892A

JPH06278892A - 紙送り装置

Info

Publication number: JPH06278892A
Application number: JP5073251A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Shingyouchi; 充新行内; Tatsuya Furukawa; 達也古川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1994-10-04

Abstract

(57)【要約】【目的】紙の送り速度の安定性並びに制御性の良い紙
送り装置を提供する。【構成】超音波アクチュエータ８を用いて紙９の搬送
制御を行う紙送り装置において、超音波アクチュエータ
８の振動状態を検出するアクチュエータ振動検出手段１
０を設け、紙９が搬送される速度を検出する紙搬送速度
検出手段１１を設け、この紙搬送速度検出手段１１によ
り得られた速度信号ａとアクチュエータ振動検出手段１
０により得られた振動信号ｂとの２つの信号をフィード
バックして超音波アクチュエータ８の駆動を制御するア
クチュエータ駆動制御手段１２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ファクシミ
リ、プリンター等における紙送り機構として用いられる
紙送り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、超音波モータは、電磁モータに
比べて低速域で高トルクが得られ、保持トルクがあり、
構造が単純である点などの利点がある。特に、低速域の
高トルクを活用してギヤレス駆動を行えば、装置全体が
小型化できるだけでなく、従来のギヤからの騒音がなく
なり、モータ自身の回転数も低いため、低騒音化が期待
できる。このような理由から、近年では、超音波モータ
或いは超音波振動を駆動機構として紙送り装置を構成し
ているものが多い。この場合、超音波による駆動方式の
代表的なものとしては、紙送りローラのシャフトを超音
波モータによりギヤレス駆動する方式、紙送りローラを
超音波モータのローラとして駆動する方式、超音波モー
タのステータの振動を利用して紙を直接超音波振動によ
り駆動する方式などがある。

【０００３】このように紙送り装置に用いられる超音波
モータの基本的な動作原理は、振動子が発生した超音波
振動を摩擦力を介して一方向の運動に変換することであ
り、このような運動変換は通常楕円軌跡の振動により実
現している。この場合、楕円振動の発生の仕方は、その
大部分の方式が超音波領域の周波数で振動変位を稼ぐた
めに共振現象を利用している。その具体例としては、以
下に述べるような種々のものがある。第一の従来例とし
て、特開昭５９−１８５１７８号公報に「振動型モータ
及びその駆動方法」なる名称で開示されているものがあ
り、これは、駆動周波数を予め設定した周波数偏差内で
変化させて共振周波数を追尾することにより、振動変位
を保ち、超音波モータの動作を安定化させている。第二
の従来例として、特開昭６０−２２４８０号公報に「表
面波モータの圧電素子」なる名称で開示されているもの
があり、これは、圧電素子上の励振用圧電素子の一部を
振動周波数検出用の電極として利用した自励型発振に関
するものであり、これにより、自動的に共振周波数の高
周波が得られることから、温湿度等の環境条件や負荷条
件の変動によって共振周波数がずれたとしても自動的に
追尾することができる。また、第三の従来例として、特
開昭６１−８６３３３号公報に「紙送り装置」なる名称
で開示されているものがあり、これは、超音波振動の発
生した表面波モータを紙に直接圧着することによって紙
送りを行うものであり、これにより、紙送り機構の小型
化や消費電力の低減を図っている。さらに、第四の従来
例として、第１８回ＥＭシンポジウムに「平板状超音波
モータを用いた紙（カード）送りデバイス」なる名称で
開示されているものがある。これは、縦振動とたわみ振
動とを合成した板状の超音波アクチュエータからなるも
のである。そこで、今、この第四の従来例を図４に基づ
いて説明する。図４（ａ）は縦１次及び屈曲８次による
定在波モードを示し、図４（ｂ）は平板状超音波モータ
の構成を示すものである。Ｓｉ基板１の上部には振動板
２が設けられており、この振動板２の振動変位の最も少
ない位置となる中央部にはＬモードの圧電セラミックス
３が配設され、その両端部にはＢモードの圧電セラミッ
クス４ａ，４ｂが２枚ずつ配設されている。また、この
ような振動板２の圧電セラミックス３，４ａ，４ｂが取
付けられた面と反対側の面にはローラ５，６が配置され
ている。このような構成において、今、圧電セラミック
ス３，４ａ，４ｂにそれぞれ９０°位相の異なる正弦波
電圧を印加し、図４（ａ）のＬモード、Ｂモードを励振
させると、振動板２には左右に同方向の楕円運動が形成
されることになるため、ローラ５，６でその振動板２を
加圧接触させることにより紙７を搬送させることができ
る。これにより、縦振動とたわみ振動との共振周波数を
縮退させた平板状超音波モータを用いて、紙送り装置を
実現することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図４の第四の従来例に
示したような平板状超音波モータの場合、超音波振動を
行う振動板２を紙７に直接接触させた状態で搬送制御す
ることによって、非常に薄型の紙送り装置を実現するこ
とができる。しかし、このような機構では、紙７の送り
速度が負荷等によって変動しやすくなり、安定した紙送
り速度が得られないという欠点がある。

【０００５】また、その他の従来の超音波モータを利用
した紙送り装置においても、駆動力の伝達が摩擦力によ
るため、紙送りローラと紙との間のすべりや、ステータ
とロータとの間のすべりが負荷等によって大きく変わ
り、これにより紙送り速度の安定性や制御性に問題が生
じる。

【０００６】そのステータとロータとの間のすべりの影
響を考慮したものとしては、エンコーダ付き超音波モー
タがあり、エンコーダ出力をフィードバックして超音波
モータの回転を安定化させようとしている。このエンコ
ーダ付き超音波モータを用いて紙送り装置を実現すれ
ば、紙の送り速度の安定性がある程度向上することには
なるが、紙送りローラと紙との間のすべりの影響が完全
に除去されたものとはなっていない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、超音波アクチュエータを用いて紙の搬送制御を行う
紙送り装置において、前記超音波アクチュエータの振動
状態を検出するアクチュエータ振動検出手段を設け、前
記紙が搬送される速度を検出する紙搬送速度検出手段を
設け、この紙搬送速度検出手段により得られた速度信号
と前記アクチュエータ振動検出手段により得られた振動
信号との２つの信号をフィードバックして前記超音波ア
クチュエータの駆動を制御するアクチュエータ駆動制御
手段を設けた。

【０００８】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、紙の速度が検出されないか若しくは紙が
動いていない場合には、紙の速度のフィードバック制御
を停止させる紙搬送速度制御禁止手段を設けた。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明では、超音波アクチュエー
タの振動状態と、紙が搬送される速度との２つの要素を
フィードバックして、超音波アクチュエータの駆動制御
を行うため、振動の安定化を図ることが可能となると共
に、紙の送り速度を安定化させ、制御性の良い紙送り行
うことが可能となる。

【００１０】請求項２記載の発明では、紙の速度が検出
されないか若しくは紙が動いていない場合、紙搬送速度
制御禁止手段を用いて紙の送り速度のフィードバック制
御が働かないように禁止命令を出しているため、超音波
アクチュエータの振動状態の安定化のみを行い、急激な
出力変化を防ぐことが可能となる。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図３に基づい
て説明する。図１は、超音波アクチュエータ８を用いて
紙９の搬送制御を行う紙送り装置の全体構成を示すもの
である。このような紙送り装置において、本実施例で
は、以下の構成要件としたことに特徴がある。すなわ
ち、図１及び図２に示すように、本紙送り装置において
は、前記超音波アクチュエータ８の振動状態を検出する
アクチュエータ振動検出手段としてのアクチュエータ振
動検出回路１０と、紙９の搬送される速度を検出する紙
搬送速度検出手段としての速度センサ１１と、この速度
センサ１１により得られた速度信号ａと前記アクチュエ
ータ振動検出回路１０により得られた振動信号ｂとの２
つの信号をフィードバックして前記超音波アクチュエー
タ８の駆動を制御するアクチュエータ駆動制御手段とし
ての制御回路１２とを設けたことに特徴がある。さら
に、この場合、紙９の速度が検出されないか若しくは紙
９が動いていない場合には、その紙９の速度のフィード
バック制御を停止させる紙搬送速度制御禁止手段（図示
せず）を設けた。

【００１２】以下、各部の具体的な構成について述べ
る。本超音波アクチュエータ８は、リング状進行型の超
音波モータのステータ１３を用いて、図示しない紙送り
ローラをダイレクト（ロータとして）に駆動したもので
ある。図２は、アクチュエータ振動検出回路１０の構成
を示す。この場合、超音波アクチュエータ８の振動状態
の検出は、ステータ１３の圧電体１４ａ，１４ｂにＡ
相，Ｂ相の電圧を印加し、その駆動に使用しない圧電体
１４ｃの電極から圧電効果により振動波形を取出し電圧
波形に変換することにより容易に測定することができ
る。なお、この振動状態の検出は、圧電体に限るもので
はなく、歪ゲージ等を用いてもよい。

【００１３】また、紙９の速度を検出する速度センサ１
１としては、摩擦係数の高いゴム材料でコーティングし
たローラにロータリエンコーダを連結し、このロータリ
エンコーダを超音波モータに接続すると共に前記ローラ
をバネ（いずれも図示せず）を用いて紙９に押付けるこ
とによって構成することができる。この場合、紙９を駆
動するためのトルクを必要としないため、紙９とのスベ
リがないことを考慮して、ローラ径、ゴム材料、バネの
圧力等の調整を自由に行うことができる。このような構
成とすることにより、紙９の速度としては信頼性の高い
測定を行うことができる。また、紙９の速度センサ１１
としては、ローラとロータリエンコーダとの組合わせに
限るものではなく、レーザドップラ計等を用いてもよ
く、速度を電圧値に変換すれば、その後の制御系をその
まま利用することができる。

【００１４】図３は、制御回路１２の内部構成を示すも
のである。アクチュエータ振動検出回路１０から検出さ
れた超音波アクチュエータ８の振動状態（振動振幅）を
示す振動信号ｂと、速度センサ１１のロータリエンコー
ダから検出された紙９の速度信号ａとは、制御回路１２
内に送られる。ここで、設定する速度を電圧に換算して
設定電圧Ｖ₀ を付与しておく。まず、速度信号ｂの処理
について述べる。図２のステータ１３の圧電体１４ｃの
振動振幅に比例した交流電圧波形の速度信号ｂは、検波
回路１５を通して振動振幅を電圧Ｖ₁ に変換する。ただ
し、この検波回路１５は、超音波アクチュエータ８が無
負荷回転時に、紙９の設定速度に対応する回転を示す時
の振動振幅の入力によって電圧Ｖ₀ を出力するように正
規化しておく。これにより共振状態の追尾を行うことが
できるが、このような振動振幅ではなく駆動信号との位
相差を利用してもよい。一方、紙９の速度を測定してい
るロータリエンコーダの出力として得られた速度信号ａ
は、そのパルス周波数が紙９の速度に対応しているた
め、Ｆ／Ｖ回路（周波数−電圧変換回路）１６により紙
９の速度を電圧Ｖ₂ に変換する。ただし、紙９の速度の
時に電圧Ｖ₂＝Ｖ₀になるように正規化しておく。そし
て、電圧Ｖ₂ と、設定電圧Ｖ₀ とは比較器１７に入力さ
れる。その後、比較器１７のスイッチ回路１８（後述す
る紙搬送速度制御禁止手段）を介して得られた出力電圧
と、振動振幅を表わす電圧Ｖ₁ とは、比較器１９に入力
される。この比較器１９への基準入力は、負荷や、超音
波アクチュエータ８と紙９とのスベリなどを含めて振動
振幅の基準値を補正するものである。この比較器１９に
おいてスイッチ回路１８からの出力電圧と振動振幅を表
わす電圧Ｖ₁ とを比較した後、電圧制御型の発振回路２
０を発振させて駆動周波数の調整を行う。この発振回路
２０からの出力はドライブ回路２１に入力され、±９０
°の位相差をもったＡ相（ｓｉｎ）の信号とＢ相（ｃｏ
ｓ）の信号とになり、電力増幅された後、図２に示すよ
うな超音波アクチュエータ８のステータ１３に入力され
る。このような制御回路１２を用いて処理することによ
り、紙９の速度の精度を向上させることができる。

【００１５】本制御回路１２においては、負荷等によっ
て紙９の速度が遅れるような場合、振動振幅が共振点に
近づけるように設定しなおし、振動振幅の基準値を予め
高めに設定するような回路となっている。また、紙９の
速度を直接測定するような場合、紙９が速度センサ１１
まで到達せず、センサ出力（本実施例ではロータリエン
コーダ出力）が発生しない時がある。このような時に
は、無負荷ならば設定速度になるように超音波アクチュ
エータ８を駆動した方がその後の制御が容易となる。そ
こで、本実施例では、紙９の速度（エンコーダ出力）が
検出できないような場合（Ｆ／Ｖ回路１６の出力が０付
近の場合）、紙搬送速度制御禁止手段してのスイッチ回
路１８により振動振幅の基準を設定電圧Ｖ₀ になるよう
に切換える。このスイッチ回路１８を設けたことによっ
て、超音波アクチュエータ８が最大速度で送り出され、
急激で高出力な動作になってしまうようなことを防ぐこ
とができる。

【００１６】上述したように、超音波アクチュエータ８
の振動状態と、紙９の搬送される速度との２つの要素を
フィードバックして、制御回路１２により超音波アクチ
ュエータ８の駆動制御を行うことによって、振動の安定
化を図ることができ、しかも、紙の送り速度を安定化さ
せ、制御性の良い紙送り行うことができる。この場合、
特に、超音波アクチュエータ８の振動を直接紙９に作用
させて紙送りを行うような場合、そのスベリを補正する
ことができるという利点がある。

【００１７】また、紙９の速度が検出されないか若しく
は紙９が動いていない場合、スイッチ回路１８を用いて
紙９の送り速度のフィードバック制御が働かないように
し、超音波アクチュエータ８の振動状態の安定化のみを
行っているため、急激な出力変化を防ぐことができる。

【００１８】さらに、本超音波アクチュエータ８を用い
た紙送り装置を従来のエンコーダ付きの超音波モータを
用いた紙送り装置の場合と比較すると、負荷や紙９の質
によっては精度が変わらないこともあるが、負荷が大き
い場合や、コピー後の紙９（定着ローラのシリコンオイ
ルが表面に付着し摩擦係数が小さくなっている）の場合
などにおいては、本発明の装置の方が高い送り精度を保
つことができる。また、前述した図４の平板状超音波モ
ータで本制御回路１２を用いて紙送りの制御を行ったと
ころ、従来よりもかなり送り速度を安定化させることが
できた。

【００１９】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、超音波アクチュ
エータを用いて紙の搬送制御を行う紙送り装置におい
て、前記超音波アクチュエータの振動状態を検出するア
クチュエータ振動検出手段を設け、前記紙が搬送される
速度を検出する紙搬送速度検出手段を設け、この紙搬送
速度検出手段により得られた速度信号と前記アクチュエ
ータ振動検出手段により得られた振動信号との２つの信
号をフィードバックして前記超音波アクチュエータの駆
動を制御するアクチュエータ駆動制御手段を設けたの
で、このように振動状態と紙が搬送される速度との２つ
の要素をフィードバックして超音波アクチュエータの駆
動制御を行うことにより、振動の安定化を図ることがで
きると共に、送り速度が安定して制御性の良い紙送り装
置を実現することができるものである。

【００２０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、紙の速度が検出されないか若しくは紙が動
いていない場合には、紙の速度のフィードバック制御を
停止させる紙搬送速度制御禁止手段を設けたので、この
ように紙の速度制御を行わず超音波アクチュエータの振
動状態の安定化のみを行うことにより、急激な出力変化
を防いで安定で信頼性の高い紙送りを実現することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である紙送り装置の全体構成
を示すブロック図である。

【図２】アクチュエータ振動検出回路の構成を示す正面
図である。

【図３】制御回路の内部構成を示すブロック図である。

【図４】第四の従来例を示すものであり、（ａ）は振動
モードを示す模式図、（ｂ）は平板状超音波モータの構
成を示す断面図である。

【符号の説明】

８超音波アクチュエータ９紙１０アクチュエータ振動検出手段１１紙搬送速度検出手段１２アクチュエータ駆動制御手段１８紙搬送速度制御禁止手段ａ速度信号ｂ振動信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波アクチュエータを用いて紙の搬送
制御を行う紙送り装置において、前記超音波アクチュエ
ータの振動状態を検出するアクチュエータ振動検出手段
を設け、前記紙が搬送される速度を検出する紙搬送速度
検出手段を設け、この紙搬送速度検出手段により得られ
た速度信号と前記アクチュエータ振動検出手段により得
られた振動信号との２つの信号をフィードバックして前
記超音波アクチュエータの駆動を制御するアクチュエー
タ駆動制御手段を設けたことを特徴とする紙送り装置。
【請求項２】紙の速度が検出されないか若しくは紙が
動いていない場合には、紙の速度のフィードバック制御
を停止させる紙搬送速度制御禁止手段を設けたことを特
徴とする請求項１記載の紙送り装置。