JPH1031269A - 駆動装置、駆動方法および光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、駆動モータを用いることなく、簡単
な構成で、精度よく被駆動体を駆動できるようにした駆
動装置、駆動方向および光学装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】本発明は床面２７に沿って移動するレンズ
ユニット１０に設けられ、交流電圧が印加されることに
より伸縮する圧電素子２３と、この圧電素子２３に設け
られ、前記床面２７に接触する爪部２４ａを有し、前記
圧電素子２３の伸縮動作に伴って前記爪部２４ａを楕円
運動させることにより、前記レンズユニット１０を移動
させる振動子２４とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、電子写
真複写機に備えられる光学ユニットを光軸方向に移動さ
せる駆動装置、駆動方法および光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機は、露光ランプおよび第
１の反射ミラーを配設する第１のキャリッジを有し、露
光時には、前記露光ランプを点灯させて前記第１のキャ
リッジを走行させる。この第１のキャリッジの走行によ
り、原稿台ガラス上にセットされた原稿に光が走査し、
原稿から反射される反射光を光学系を介して感光体ドラ
ムに照射させる。これにより、原稿像に対応する静電潜
像が感光体ドラム上に形成される。

【０００３】光学系は第１の反射ミラーから反射される
光を所定方向に導く第２および第３の反射ミラーを配設
する第２のキャリッジ、および、第３の反射ミラーによ
って反射される光の光路中に設けられるレンズユニッ
ト、さらに、レンズユニットを通過した光を反射させて
感光体ドラムに導くための第４および第５の反射ミラー
を配設する第３のキャリッジを備えている。

【０００４】レンズユニットおよび第３のキャリッジは
画像形成倍率に応じて光軸方向に沿って所定距離往復移
動される。レンズユニットおよび第３のキャリッジは、
スクリュシャフトやワイヤーを介して駆動源としての駆
動モータに接続され、駆動モータの駆動力により駆動さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、駆動モータによりレンズユニットを駆動して
いたため、コストが高くなっていた。特に、解像力、明
るさ等の向上を目指すとレンズは、どうしても重く、大
きくなり、この場合には、駆動するモータもより多くの
トルクが要求される。

【０００６】また、駆動力を伝達するスクリュシャフト
は、ピント等に影響を与えないためにも高精度なものが
要求され、高コストになっている。さらに、ワイヤー駆
動に於いては、複雑なワイヤーの引き回し等により精度
を保つために、高い組立性が要求され、高コストになっ
ていた。

【０００７】そこで、本発明は、駆動モータを用いるこ
となく、簡単な構成で、精度よく被駆動体を駆動できる
ようにした駆動装置、駆動方向および光学装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、請求項１記載のものは、ベースに沿って移動
する被駆動体に設けられ、交流電圧が印加されることに
より伸縮する圧電素子と、この圧電素子に設けられ、前
記ベースに接触する爪部を有し、前記圧電素子の伸縮動
作に伴って前記被駆動体を移動させる振動子とを具備す
る。

【０００９】請求項２記載のものは、ベースに沿って移
動する被駆動体に設けられ、交流電圧が印加されること
により伸縮する圧電素子と、この圧電素子に設けられ、
前記ベースに接触する爪部を有し、前記圧電素子の伸縮
動作により、前記爪部を楕円運動させて前記被駆動体を
所定距離ずつ移動させる振動子とを具備する。

【００１０】請求項４記載のものは、ベースに沿って移
動する被駆動体に設けられ前記ベースに接触する爪部を
有する圧電素子に交流電圧を印加し、この電圧印加によ
り、前記圧電素子を伸縮させ、この伸縮により前記被駆
動体を移動させる。

【００１１】請求項５記載のものは、ベースに沿って移
動する被駆動体に設けられ、前記ベースに接触する爪部
を有する圧電素子に交流電圧を印加し、この電圧印加に
より、前記圧電素子を伸縮させ、この伸縮により振動子
の爪部を楕円運動させて前記被駆動体を所定距離ずつ移
動させる。

【００１２】請求項７記載のものは、ベースに沿って移
動する光学ユニットと、この光学ユニットに設けられ、
交流電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、
この圧電素子に設けられ、爪部を前記ベースに接触させ
る接触子を有し、前記圧電素子の伸縮動作に伴って前記
爪部を楕円運動させることにより、前記光学ユニットを
移動させる振動子とを具備する。

【００１３】本発明は、ベースに沿って移動する被駆動
体に設けられた圧電素子に交流電圧を印加し、この電圧
印加により、前記圧電素子を伸縮させる。そして、この
圧電素子の伸縮により、前記ベースに接触される振動子
の爪部を楕円運動させて前記被駆動体を移動させる。こ
れにより、駆動モータ、スクリュシャフトあるいは、ワ
イヤーなどを必要とすることなく、簡単な構成で精度よ
く被駆動体を移動できるようにする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１〜図１４に示
す一実施の形態を参照して説明する。図２は電子写真複
写機に備えられ、原稿を露光する光学装置を示すもので
ある。

【００１５】図２中１は電子写真複写機の本体で、この
本体１内の上面部には原稿を載置させる原稿載置台２が
設けられているとともに、この原稿載置台２を開閉する
開閉カバー３が設けられている。

【００１６】本体１内の上部側には原稿載置台２に沿っ
て往復走行する第１および第２のキャリッジ４，５が配
設されている。第１のキャリッジ４には原稿に光を照射
する露光ランプ６、および原稿から反射される光を第２
のキャリッジ５方向に反射させる第１の反射ミラー７が
配設されている。第２のキャリッジ５には第１の反射ミ
ラー７から反射される光を所定方向に反射させる第２お
よび第３の反射ミラー８，９が配設されている。

【００１７】第３の反射ミラー９によって反射される光
の光路中には光の進行方向に亘ってレンズユニット１０
および第３のキャリッジ１１が移動自在に配設されてい
る。第３のキャリッジ１１には光を所定方向に反射させ
る第４および第５の反射ミラー１２，１３が配設されて
いる。第５の反射ミラー１３によって反射された光の光
路中には像担持体としての感光体ドラム１５に光を反射
させて導く第６の反射ミラー１４が設けられている。

【００１８】画像形成時には、露光ランプ６が点灯され
て第１および第２のキャリッジ４，５が原稿載置台２に
沿って走行される。この走行により、原稿載置台２に載
置された原稿に光が走査され、原稿からの反射光が第１
〜第３の反射ミラー７〜９を介してレンズユニット１０
へ送られ、さらに、このレンズユニット１０を通過した
のち、第４〜第６の反射ミラー１２〜１４を介して感光
体ドラム１５に結像されて原稿像に対応する静電潜像が
形成される。

【００１９】図３はレンズユニット１０を示す斜視図、
図４はその平面図を示す。レンズユニット１０はレンズ
１８を載置する載置台１９を有している。載置台１９は
ガイドレール２０によってスライド動自在に支持され、
画像倍率に応じて光軸方向に往復移動されるようになっ
ている。載置台１９の両側面部には載置台１９を移動さ
せるための第１および第２の駆動部２１，２２が配設さ
れている。第１の駆動部２１は載置台１９を矢印ａ方
向、第２の駆動部２２は載置台１９を矢印ｂ方向にベー
スとしての床面２７に沿って移動させるようになってい
る。

【００２０】図１は第１および第２の駆動部２１，２２
を示すものである。第１および第２の駆動部２１，２２
はチタン酸バリウムのセラミック等の長方形状の圧電素
子２３を備え、この圧電素子２３の先端部には直交する
状態で振動子２４が突設されている。振動子２４の下端
部には床面２７に接触される爪部２４ａが形成されてい
る。圧電素子２３は接着剤などにより載置台１９に固定
されている。

【００２１】圧電素子２３には該圧電素子２３に交流電
圧を印加する交流電源２５がケーブル２６ａ，２６ｂを
介して接続されている。圧電振動素子２３は交流電流が
印加されることにより、圧電効果により伸縮運動をする
（圧電素子の伸縮の原理は、既知なのでここでは、省略
する。）図５および図６は圧電素子２３の伸縮運動によ
る振動子２４の爪部２４ａの先端の軌跡を示すものであ
る。

【００２２】圧電素子２３の伸縮運動は、ポアソン比に
よる直交振動を誘起する。すなわち、圧電素子２３が、
伸びると厚みが薄くなり、縮むと厚みが厚くなる。この
ように、主振動方向に対して垂直な副振動が誘起される
ことである。また、主振動により副振動が生じるため、
位相差が発生する。この位相差により、振動子２４の爪
部２４ａの先端の動きは、楕円運動となる。

【００２３】図７は駆動部２１，２２の連続的な動きを
示すものである。駆動部２１，２２は、垂直方向に自由
運動するが、楕円運動は、床面２７で運動を妨げられ、
ａ点において運動は圧力として消費され、再び、次の楕
円運動で駆動部２１，２２は、ｂ方向へ移動する。この
繰り返しにより駆動部２１，２２の移動が可能となる。

【００２４】図８は床面２７に対する振動子２４の爪部
２４ａの接触角を示すものである。振動子２４の爪部２
４ａの１ステップは、爪部２４ａの先端の楕円運動が、
床面２７によって切り取られた長さである。したがっ
て、床面２７に対する楕円の角度、すなわち、床２７と
爪部２４ａによる角度（接触角）により爪部２４ａの１
ステップが決まる。

【００２５】図９〜図１１は、駆動部２１，２２の１例
を示す。図９は圧電振動素子２３を示し、長さ寸法ｌが
３０mmとなっている。図１０は圧電振動素子２３の端面
形状を示し、幅寸法ｍが４mm、高さ寸法ｎが３mmとなっ
ている。

【００２６】図１１は振動子２４の長さ寸法と床面２７
との接触角との関係を示す、振動子２４の寸法ａが１
７．５mm、寸法ｂが１８．５mmのとき、床面２７との接
触角は６０°となる。

【００２７】振動子２４の寸法ａが１１．０mm、寸法ｂ
が１０．０mmのとき、床面２７との接触角は７０°とな
る。表１は爪部２４ａの接触角が６０°場合、表２は爪
部２４ａの接触角が７０°の場合において、駆動部２
１，２２に荷重をかけない状態における電圧による速度
の変化を表している。

【００２８】また、表３は爪部２４ａの接触角が６０°
場合、表４は、爪部２４ａの接触角が７０°の場合にお
いて、電圧一定における駆動部２１，２２への荷重によ
る速度変化を表している。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】表１、２より電圧は、ある一定値より駆動
部２１，２２の速度が伸びなくなることから、速度の収
束する電圧が、その圧電素子の歪みの限界であると考え
られそれ以上の電圧をかける必要はないと考えられる。

【００３４】また、速度は、表３、４よりある程度の荷
重（今回は、１００ｇ以上）をかけることにより安定す
る。図１２〜図１４は光学ユニット１０を前進させる場
合を示すものである。

【００３５】図１２に示す状態から第１の駆動部２１の
圧電素子２３に交流電流が印加されると、圧電素子２３
が図１３に示すように収縮したのち、図１４に示すよう
に、圧電素子２３が前方へ伸びることにより、載置台１
９は矢印方向に１ステップＳ分前進する。

【００３６】交流電圧が繰り返し印加されることによ
り、光学ユニット１０は１ステップ分ずつ前進を繰り返
す。光学ユニット１０を後退させる場合は、上記した第
１の駆動部２１とは逆向きに取り付けた第２の駆動部２
２の圧電素子２３に交流電圧を印加する。この交流電圧
の印加により、上記したと同様に第２の駆動部２２の圧
電素子２３が伸縮して光学ユニット１０は後退する。

【００３７】なお、光学ユニット１０の移動路には光学
ユニット１０のホームホジションを検出するセンサ（図
示しない）が設けられ、光学ユニット１０はホームホジ
ションから前進し、あるいは後退する。

【００３８】図１５および図１６は本発明の第２の実施
の形態を示すものである。この実施の形態では、第３の
キャリッジ１１の両側部に上記したと同様の第１いよび
第２の駆動部２１，２２を配設し、この駆動部２１，２
２に交流電圧を印加することにより、第３のキャリッジ
１１をガイドレール２９に沿って光軸方向に前進あるい
は後退させる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、ベースに
沿って移動する被駆動体に設けられた圧電素子に交流電
圧を印加し、この電圧印加により、前記圧電素子を伸縮
させ、この伸縮により振動子の爪部を楕円運動させて被
駆動体を移動させるから、従来のような駆動モータを必
要としないとともに、高精度のスクリュシャフトあるい
は、複雑な引き回しのワイヤーも必要とせず、省スペー
ス化が図れるとともに、コスト的にも安価になる。

【００４０】また、圧電素子の振動子の爪部の１ステッ
プが、数マイクロ〜数百ナノメートルになるため、より
細かい調整が可能となり、ピント等の解像力の向上に多
大な効果がある。

【００４１】さらに、駆動にトルクを必要とするための
減速手段を必要としないため、動力伝達の効率が優れ
る。また、圧電素子の材料特性、大きさにより、電流を
かけた際の歪みの大きさが違うので、振動子の爪部の楕
円運動の大きさを自由に設定でき、任意な速度設定が可
能になる。

【００４２】また、同一材質、形状の圧電素子において
振動子の爪部の描く楕円が、ベースに対して角度が変わ
るため、移動の１ステップすなわち楕円の切り口の長さ
を変化でき、速度設定を任意にできる。さらに、電源の
周波数及び電圧により移動速度が変化するため、移動速
度設定に可なりの自由度を持たせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である駆動装置を示す構
成図。

【図２】光学装置を示す構成図。

【図３】レンズユニットを示す斜視図。

【図４】レンズユニットを示す平面図。

【図５】駆動部の圧電素子の伸縮動作を示す図。

【図６】圧電素子の伸縮動作に伴う振動子の爪部の楕円
運動を示す図。

【図７】振動子の爪部の移動軌跡を示す図。

【図８】振動子の爪部の床面に対する接触角を示す図。

【図９】圧電素子を示す側面図。

【図１０】圧電素子を示す正面図。

【図１１】振動子の長さ寸法と接触角との関係を示す
図。

【図１２】光学ユニットの移動を示す図。

【図１３】光学ユニットの移動を示す図。

【図１４】光学ユニットの移動を示す図。

【図１５】本発明の第２の実施の形態である光学キャリ
ッジを示す側面図。

【図１６】光学キャリッジを示す平面図。

【符号の説明】

１０…レンズユニット（被駆動体）、 １１…第３のキャリッジ（被駆動体） ２３…圧電素子 ２４…振動子 ２４ａ…爪部 ２７…床面（ベース）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースに沿って移動する被駆動体に設けら
   れ、交流電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子
   と、 この圧電素子に設けられ、前記ベースに接触する爪部を
   有し、前記圧電素子の伸縮動作に伴って前記被駆動体を
   移動させる振動子と、 を具備することを特徴とする駆動装置。
2. 【請求項２】ベースに沿って移動する被駆動体に設けら
   れ、交流電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子
   と、 この圧電素子に設けられ、前記ベースに接触する爪部を
   有し、前記圧電素子の伸縮動作により、前記爪部を楕円
   運動させて前記被駆動体を所定距離ずつ移動させる振動
   子と、 を具備することを特徴とする駆動装置。
3. 【請求項３】前記所定距離は前記ベースによって妨げら
   れる前記爪部の１サイクルの楕円運動の前記ベースに沿
   った方向の切り口の距離に相当することを特徴とする請
   求項２記載の駆動装置。
4. 【請求項４】ベースに沿って移動する被駆動体に設けら
   れ前記ベースに接触する爪部を有する圧電素子に交流電
   圧を印加し、この電圧印加により、前記圧電素子を伸縮
   させ、この伸縮により前記被駆動体を移動させることを
   特徴とする駆動方法。
5. 【請求項５】ベースに沿って移動する被駆動体に設けら
   れ、前記ベースに接触する爪部を有する圧電素子に交流
   電圧を印加し、この電圧印加により、前記圧電素子を伸
   縮させ、この伸縮により振動子の爪部を楕円運動させて
   前記被駆動体を所定距離ずつ移動させることを特徴とす
   る駆動方法。
6. 【請求項６】前記所定距離は前記ベースによって妨げら
   れる前記爪部の１サイクルの楕円運動の前記ベースに沿
   った方向の切り口の距離に相当することを特徴とする請
   求項５記載の駆動方法。
7. 【請求項７】ベースに沿って移動する光学ユニットと、 この光学ユニットに設けられ、交流電圧が印加されるこ
   とにより伸縮する圧電素子と、 この圧電素子に設けられ、爪部を前記ベースに接触させ
   る接触子を有し、前記圧電素子の伸縮動作に伴って前記
   爪部を楕円運動させることにより、前記光学ユニットを
   移動させる振動子と、 を具備することを特徴とする光学装置。
8. 【請求項８】前記光学ユニットは光軸方向に沿って移動
   する載置台と、この載置台上に載置されたレンズとから
   なることを特徴とする請求項７記載の光学装置。
9. 【請求項９】前記光学ユニットは光軸方向に沿って移動
   するキャリッジと、このキャリッジに配設され光を所定
   方向に反射させる反射ミラーとからなることを特徴する
   請求項７記載の光学装置。