JPH11178372A - 振動型アクチュエータの駆動装置、振動型アクチュエータを用いた機器および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で位置の定常誤差を共にゼロにす
ることができる振動型アクチュエータの駆動装置を提供
する。 【解決手段】 振動型アクチュエータの駆動状態を検出
する検出手段７と、前記検出手段から得られた駆動状態
と所定の状態との差を演算する演算手段１と、前記演算
手段から得られた値を積分する第１の積分手段２と、前
記第１の積分手段から得られた値を積分する第２の積分
手段３とを有し、前記第２の積分手段から出力される値
に応じて前記電気−機械エネルギー変換素子に供給する
エネルギー量を調定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気−機械エネルギ
ー変換素子に交番信号を印加することにより振動体に発
生した振動エネルギーを利用して駆動力を与える振動型
モータ等の振動型アクチュエータの駆動装置、振動型ア
クチュエータを用いた機器および画像形成装置に係り、
特に電子写真式の画像形成装置、例えば複写機における
像担持体としての感光ドラムのように、回転速度に対し
て高い精度を要求されるものに振動型アクチュエータを
応用した装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、振動型アクチュエータ、特に振動
型モータの速度制御は他のモータと同じような比例積分
制御や積分制御によって行われていた。

【０００３】例えば特開平７−１３１９８７号公報で
は、図５に示すように、２相の駆動部を有する振動体を
構成する圧電素子５６に、マッチングコイル４２，４５
を介して電力増幅器３９，４１から９０度位相器４０で
９０度の位相がずれた交番信号としての交流電圧が駆動
電極４６を経て印加される。一方の駆動信号と他方の駆
動信号は振動状態を検出するためにも利用され、それぞ
れキャパシタ４４と４７を介して両者の加算値が作動増
幅器５０の一方の入力側に、また圧電素子５６の他極側
からの信号（接地電圧）が作動増幅器５０の他方の入力
側に入力して、作動増幅器５０から回転速度情報を出力
する。この作動増幅器５０からの出力は整流器５１を経
てもう一つの作動増幅器５２の一方の入力側へ入力さ
れ、この作動増幅器５２の他方の入力側には速度設定手
段５３からの速度設定値が入力され、速度差が積分器５
５へ入力される。

【０００４】そして、加算器５４で作動増幅器５２から
の差の値と積分器５５で積算処理した値を加算処理し、
この値により電圧制御発振器３８から出力される振動型
モータの駆動周波数を調整して速度を制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、複写機の感
光ドラムの駆動に振動型モータを用いるような場合、感
光ドラム表面の移動距離、すなわち回転角の誤差が印刷
の精度に影響してしまう。上記従来の技術において、外
乱等により速度変動が与えられた場合、速度偏差に関し
ては、図４の（ａ）に示すように、最終的には速度の定
常誤差（Δｖ）をゼロにすることができるが、図４の
（ｂ）に示す速度を積分した位置の次元の定常誤差（Δ
ｘ）をゼロにすることはできない、つまり、速度変動に
よって生じた位置ずれについては元に戻す（２点間を移
動する間に速度変動があると、速度が目標速度に戻って
も、目的位置に所定の時間に到達することができない）
ことができなくなり、良好な印刷を行うことができない
場合があった。

【０００６】すなわち、１色の複写の場合、感光ドラム
上のトナー像を転写位置で転写材に転写する際、転写材
に対する正規の位置にトナー像が転写されなくなる。

【０００７】また、カラー複写の場合で、転写材の移動
方向に沿って各色（４色）のトナー像を担持する感光ド
ラムを並列に配置した構成において、転写材に対するト
ナー像の転写される位置がずれると、色ずれの原因とな
る。

【０００８】本出願に係る第１の発明の目的は、振動型
モータの高応答性を利用して、簡単な構成で位置の定常
誤差を共にゼロにすることができる振動型アクチュエー
タの駆動装置を提供しようとするものである。

【０００９】本出願に係る第２の発明の目的は、振動型
モータの高応答性を利用して、簡単な構成で速度の定常
誤差と位置の定常誤差を共にゼロにすることができる振
動型アクチュエータの駆動装置を提供しようとするもの
である。

【００１０】本出願に係る第３の発明の目的は、被駆動
体を定常誤差と位置の定常誤差を共にゼロにして駆動で
きる振動型アクチュエータを備えた機器を提供しようと
するものである。

【００１１】本出願に係る第４の発明の目的は、振動型
アクチュエータを駆動源として感光ドラム等を駆動する
際に、高品質の画像が得られる画像形成装置を提供しよ
うとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
の目的を実現する構成は、電気−機械エネルギー変換素
子に周波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装置において、前記振動型アクチ
ュエータの駆動状態を検出する検出手段と、前記検出手
段から得られた駆動状態と所定の状態との差を演算する
演算手段と、前記演算手段から得られた値を積分する第
１の積分手段と、前記第１の積分手段から得られた値を
積分する第２の積分手段とを有し、少なくとも前記第２
の積分手段から出力される値に応じて前記電気−機械エ
ネルギー変換素子に供給するエネルギー量を調定するよ
うにしたものである。

【００１３】本出願に係る第２の発明の目的を実現する
第１の構成は、電気−機械エネルギー変換素子に周波信
号を印加することで励振させ、駆動力を得る振動型アク
チュエータ装置において、前記振動型アクチュエータの
駆動状態を検出する検出手段と、前記検出手段から得ら
れた駆動状態と所定の状態との差を演算する演算手段
と、前記演算手段から得られた値を積分する第１の積分
手段と、前記第１の積分手段から得られた値を積分する
第２の積分手段と、前記第１の積分手段から出力される
値と前記第２の積分手段から出力される値とを加算する
加算手段とを有し、前記電気−機械エネルギー変換素子
に供給するエネルギー量を前記加算手段からの出力に応
じて調定するようにしたものである。

【００１４】本出願に係る第２の発明の目的を実現する
第２の構成は、電気−機械エネルギー変換素子に周波信
号を印加することで励振させ、駆動力を得る振動型アク
チュエータ装置において、前記振動型アクチュエータの
駆動状態を検出する検出手段と、前記検出手段から得ら
れた駆動状態と所定の状態との差を演算する演算手段
と、前記演算手段から得られた値を積分する第１の積分
手段と、前記第１の積分手段から得られた値を積分する
第２の積分手段と、前記演算手段から得られた値に比例
要素を加える比例手段と、前記第１の積分手段から出力
される値と前記第２の積分手段から出力される値と前記
比例手段から出力される値を加算する加算手段とを有
し、前記電気−機械エネルギー変換素子に供給するエネ
ルギー量を前記加算手段からの出力に応じて調定するよ
うにしたものである。

【００１５】上記の構成において、前記検出手段は、振
動型アクチュエータの速度、加速度、位置、振動状態の
うちのいずれかを検出する手段である。

【００１６】上記の構成において、前記第１の積分手段
と第２の積分手段のうちいずれか一方または双方に対し
て積分時定数または積分データの倍率を設定し、前記第
１および第２の積分手段から得られる値と前記設定され
た積分時定数あるいは倍率を用いることにより前記振動
型アクチュエータに対する操作量を決定する。

【００１７】上記の構成において、前記電気−機械エネ
ルギー変換素子に供給するエネルギーを調定する手段と
して、前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する周
波信号の周波数を変更することにより行う。

【００１８】上記の構成において、前記電気−機械エネ
ルギー変換素子に供給するエネルギーを調定する手段と
して、前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する周
波信号の電圧振幅、または電圧振幅を変更することので
きる値を変更することにより行う。

【００１９】上記の構成において、前記電気−機械エネ
ルギー変換素子に供給するエネルギーを調定する手段と
して、前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する複
数の周波信号の位相差を変更することにより行う。

【００２０】本出願に係る第３の発明の目的を実現する
第１の構成は、上記したいずれかの振動型アクチュエー
タの駆動装置を有し、前記振動型アクチュエータにより
被駆動体を駆動するようにしたものである。

【００２１】本出願に係わる第３の発明の目的を実現す
る第２の構成は、上記したいずれかの振動型アクチュエ
ータの駆動装置を複数有し、複数の被駆動体を前記複数
の振動型アクチュエータによりそれぞれ駆動するように
したものである。

【００２２】本出願に係る第４の発明の目的を実現する
第１の構成は、上記したいずれかの振動型アクチュエー
タの駆動装置を有し、前記振動型アクチュエータを像担
持体の駆動源としたものである。

【００２３】本出願に係る第４の発明の目的を実現する
第２の構成は、上記したいずれかの振動型アクチュエー
タの駆動装置を有し、転写材の搬送方向に沿って配置さ
れた複数の像担持体の各駆動源と、転写材の搬送手段の
駆動源にそれぞれ前記振動型アクチュエータを用いたも
のである。

【００２４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図２は本発
明の第１の実施の形態で用い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を用いてカラー画像形
成装置の構成を説明する。

【００２５】まず、リーダ部の構成について説明する。

【００２６】図２において、１０１はＣＣＤ、３１１は
ＣＣＤ１０１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、３
０３および３０４は原稿を証明する光源、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ＣＣＤ１０１上に集光するレン
ズ、３１４は光源（３０３、３０４）と反射傘（３０
５、３０６）とミラー３０７を収容するキャリッジ、３
１５はミラー（３０８、３０９）を収容するキャリッ
ジ、３１３は他のＩＰＵ等とのインターフェイス部であ
る。

【００２７】キャリッジ３１４は速度Ｖで、キャリッジ
３１５は速度Ｖ／２でＣＣＤ１０１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。

【００２８】原稿台ガラス上の原稿は光源（３０３、３
０４）からの光を反射し、その反射光はＣＣＤ１０１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処
理された後、プリンタ部に送られ画像形成に用いられ
る。

【００２９】次にプリンタ部の構成について説明する。

【００３０】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、３１
９はＹ（イエロー色）画像形成部３２０はＫ（黒色）画
像形成部で、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。

【００３１】Ｍ画像形成部３１７において、３４２は像
担持体としての感光ドラムで、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、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上の潜像を現像して、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。３２
３は転写帯電器で、転写材を搬送する無端ベルト状の転
写材搬送ベルト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、転写材搬送ベルト３３３上
の記録紙などへ転写する。本実施の形態は転写効率がよ
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。なお、クリーナ部を装着しても問題ないというこ
とはいうまでもない。

【００３２】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枚毎給紙ローラ（３３６、３３７）で転写材搬送
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で帯電させられる。３４８は転写ベルとロ
ーラで、転写ベルと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、転写材搬送ベ
ルト３３３に記録紙等を吸着させる。３４７は紙先端セ
ンサで、転写材搬送ベルト３３３上の記録紙の先端を検
知する。なお、紙先端センサの検出信号はプリンタ部か
らカラーリーダ部へ送られて、カラーリーダ部からプリ
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。

【００３３】この後、記録紙等は転写材搬送ベルト３３
３によって搬送され、画像形成部３１７〜３２０におい
てＭＣＹＫの順にその表面にトナー画像が形成される。
Ｋ画像形成部３２０を通過した記録紙等は、転写材搬送
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、転写材搬送ベルト３３３から分
離される。

【００３４】３５０は剥離帯電器で、記録紙等が転写材
搬送ベルト３３３から分離する際の剥離放電によって画
像乱れ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た後、３３５の排紙ト
レーに排紙される。

【００３５】ここで、感光ドラム（３４２〜３４５）お
よび転写材搬送ベルトローラ３４８を回転させるための
駆動モータとして、振動型モータの一種である公知の振
動型モータが用いられている。

【００３６】振動型モータは、例えば振動体を構成する
弾性体に固着されている電気−機械エネルギー変換素子
としての圧電素子に交番信号としての交流信号を印加す
ることにより、弾性体の表面に円または楕円運動を形成
させ、そこに加圧接触した接触体と前記振動体とを相対
移動させるようにしたものである。また、振動体をステ
ータとし、接触体をロータとした場合、ロータの回転中
心に設けた出力軸を前記ロータと連結し、この出力軸か
ら出力を取り出すようにしたタイプのものもあり、本実
施の形態ではこの出力軸を有するタイプの振動型アクチ
ュエータを用いている。

【００３７】図３は感光ドラムと振動型モータの接続状
態を示す図である。図３において、９は振動型モータで
ある。８はロータリーエンコーダであり、振動型モータ
９の出力軸の回転角をパルス情報として出力する。１０
は感光ドラムである。

【００３８】図１は本発明の第１の実施の形態における
振動型モータの制御ブロック図を示し、図１６は図１に
示す１つの振動型モータに対する駆動装置を図２の画像
形成装置における複数の感光ドラムと転写材搬送ベルト
の駆動用として用いた時の構成を示している。以下図１
の各ブロックについて説明する。

【００３９】図１において、１は速度差検出器であり、
振動型モータ６の出力軸に接続されているロータリーエ
ンコーダ７から得られるパルス情報をもとに得られる駆
動速度と速度指令値の差を検出し出力する。この速度差
検出器の一例を図６に示している。図６に示す速度差検
出器は、同期ロジック回路により形成され、１１および
１２はＤフリップフロップである。Ｄフリップフロップ
１２のＤ入力がハイレベルでＱ出力がローレベルのとき
にエンコーダからの入力パルスの立ち上がりエッジとし
て検出される。この時、ＡＮＤ１４からの出力がクロッ
クの１周期の時間だけハイレベルとなる。

【００４０】１６ビットダウンカウンタ１５ではＡＮＤ
１４の出力がハイレベルの時、すなわちエンコーダの立
ち上がりエッジから１クロックサイクル後に目標速度デ
ータがロードされ、それ以外のときはダウンカウントを
行う。目標速度データは目標速度で動作している時のエ
ンコーダのパルスの１周期をクロックでカウントしたと
きのカウント数を設定する。目標速度データｖは以下の
式によって求められる。

【００４１】ｖ＝ｆｃ／（Ｎ×Ｅｐ）−１ ここでｆｃはクロックの周波数［Ｈｚ］、Ｎは目標回転
数［１／ｓ］、Ｅｐは１回転あたりのエンコーダの出力
パルス数［Ｐ／Ｒ］である。例えば目標回転数１［１／
ｓ］でクロックの周波数が１０［ＭＨｚ］、モータ１回
転で２０００パルス出力されるエンコーダの場合、目標
速度データは４９９９となる。

【００４２】１６ビットレジスタ１６は、エンコーダの
エッジが検出されてから１クロックサイクル後にカウン
タ１５の値が書き込まれる。レジスタ１６にデータが書
き込まれる瞬間はカウンタ１５にはまだ目標速度はロー
ドされておらず、エンコーダエッジが検出される直前ま
でのカウント値が書き込まれることになる。

【００４３】レジスタ１６の出力（バー）Ｑは格納され
た値の反転データが出力される。以上のような動作によ
り、エンコーダの立ち上がりエッジから次の立ち上がり
エッジまでの時間をカウントし、目標速度データを引い
た値マイナス１、すなわち Ｔｅ×ｆｃ−ｖ−１ がレジスタ１６から出力されることになる。

【００４４】ここで、ｖは目標速度データ、Ｔｅはエン
コーダから出力されるパルスの周期［ｓｅｃ］、ｆｃは
クロックの周波数［Ｈｚ］である。

【００４５】図１に戻り、以上のようにして検出された
速度差データは第１積分器２に入力される。図７は第１
積分器２の内部構成を示す回路図である。本実施の形態
の制御回路では、積分器２と積分器３の積分時定数を調
整可能な制御パラメータとしている。

【００４６】図７において、１６’は８ビットのダウン
カウンタで、データが０になるとキャリー出力Ｃがハイ
レベルとなる。この時、積分時定数データがロードさ
れ、その後ダウンカウントを行う。以上の動作によりダ
ウンカウンタ１６’は積分時定数データを周期としたリ
ングカウンタを構成する。

【００４７】ダウンカウンタ１６’のキャリー出力Ｃ
は、リングカウンタの１周期に１回クロックの１サイク
ルの時間だけハイレベルとなるような信号を出力する。

【００４８】１７は１６ビットのアダーである。アダー
１７では１６ビットの入力Ａと入力Ｂのデータを加算
し、加算データを出力Ｓから出力する。出力されたデー
タは１６ビットレジスタ１８のデータ入力となる。

【００４９】レジスタ１８ではダウンカウンタから出力
される積分時定数のタイミングで、データがロードされ
る。その結果レジスタ１８のＱ出力から積分時定数に応
じた積分データが出力されることになる。

【００５０】なお、本実施の形態において簡単にするた
めに説明を省略したが、前述した積分器において振動型
モータを駆動する前に積分データを初期化する回路や積
分結果に上限値、下限値を持たせて積分データがオーバ
フローしないような構成も実際には必要になる。

【００５１】図１に戻り、３は第２積分器で、前述の第
１積分器２と同様の内部構造に構成されている。第２積
分器３は、第１積分器２で積分されたデータを、第１積
分器２とは別に決められた積分時定数で積分する。

【００５２】３７は加算器である。加算器３７は図７に
示すアダー１７と同様な１６ビットのアダーである。こ
の加算器３７により、速度差データを第１積分器２で積
分したデータと、さらに第２積分器３で積分されたデー
タが加算される。加算器３７から出力されるデータが操
作量となる。

【００５３】本実施の形態では振動型モータの速度を制
御するための操作量として、振動型モータに与える交流
電圧の周波数を使用している。

【００５４】図１１に振動型モータに印加する交流電圧
の周波数に対する振動型モータの回転速度の関係を示
す。図１１のように振動型モータの共振周波数ｆｒにお
いて回転速度はピークとなる。また、共振周波数ｆｒよ
りも高い周波数の方が特性がなだらかで比較的制御が行
いやすいために、通常は共振周波数ｆｒよりも高い周波
数領域で制御が行われる。

【００５５】図１に戻り、４はパルス発生器で、加算器
３７から出力される周波数で所定のパルス幅を有する４
相のパルス信号を出力する。図８はパルス発生器４の内
部構成を示す回路図である。

【００５６】図８において、１９は１６ビットダウンカ
ウンタである。ダウンカウンタ１９では、カウント値が
０となるとＣ出力からハイレベルが出力される。Ｃ出力
からハイレベルが出力されると、ダウンカウンタ１９の
ロード入力ＬＤがハイレベルになるので、カウンタに周
数数データがロードされることになる。その後ダウンカ
ウンタ１９はダウンカウントを行う。

【００５７】以上のような構成により、ダウンカウンタ
１９のキャリー出力Ｃからは周波数データを１周期とし
てクロックの１サイクルの時間だけハイレベルとなるよ
うな信号が出力される。

【００５８】なお本実施の形態では、周波数データと記
述しているが実際には駆動周波数の周期に相当する値を
入力することになる。また、振動型モータの駆動交流波
の１周期はダウンカウンタ１９の４周期分に相当するの
で、周波数データは振動型モータの駆動周波数の１／４
周期分の値を設定する。ダウンカウンタ１９のキャリー
出力Ｃは２ビットのカウンタ２０のイネーブル信号ＥＮ
として入力される。

【００５９】カウンタ２０は、カウンタ１９のキャリー
信号が出力される毎にカウントアップを行う。カウント
値は０〜３までの４状態を繰り返す。カウンタの出力Ｑ
０、Ｑ１は２ビット入力４ビット出力のデコーダ２１に
入力される。

【００６０】デコーダ２１は、入力Ｇがローレベルのと
きは全ての出力Ｑ０〜Ｑ３はローレベルとなる。入力Ｇ
がハイレベルのときは、入力Ａと入力Ｂの組み合わせに
よりＱ０〜Ｑ３のいずれかの出力がハイレベルとなる。

【００６１】入力Ａ、Ｂが共にローレベルの時はＱ０が
ハイレベルに、入力Ａがハイレベル、入力Ｂがローレベ
ルのときはＱ１がハイレベルに、入力Ａがローレベル、
入力Ｂがハイレベルの時はＱ２がハイレベルに、入力
Ａ、Ｂ共にハイレベルのときは出力Ｑ３がハイレベルと
なる。

【００６２】上記構成により、ダウンカウンタ１９から
出力される周波数データを１周期とするキャリー出力Ｃ
がハイレベルになるときに、Ｑ０〜Ｑ３がクロックサイ
クルの１周期の時間だけ順次ハイレベルとなるように出
力される。

【００６３】デコーダ２１の出力Ｑ０〜Ｑ３は、ＲＳフ
リップフロップ２２〜２５のセット入力Ｓに入力され
る。

【００６４】ＲＳフリップフロップ２２〜２５は、それ
ぞれのセット入力がハイレベルの時に出力Ｑがハイレベ
ルとなり、その後はリセット入力Ｒがハイレベルとなる
まで値を保持する。ＲＳフリップフロップ２２〜２５の
リセット入力Ｒには１６ビットのダウンカウンタ２６の
キャリー出力Ｃが入力される。

【００６５】ダウンカウンタ２６は、パルス幅の長さを
決定するために用いられている。ＲＳフリップフロップ
２２〜２５の出力Ｑがハイレベルになるタイミング、す
なわちダウンカウンタ１９のキャリー出力Ｃがハイレベ
ルになると、ダウンカウンタ２６のロード入力ＬＤにハ
イレベルが入力される。

【００６６】ダウンカウンタ２６のロード入力ＬＤにハ
イレベルが入力されると、ダウンカウンタ２６には外部
から入力されるパルス幅データがロードされる。このパ
ルス幅データは固定値もしくは不図示のコントローラか
ら所定の値が与えられる。

【００６７】また、パルス幅データは上述した周波数デ
ータよりも小さい値となるようにしなければならない。
上記のような構成により、ダウンカウンタ２６はＲＳフ
リップフロップのいずれかの出力Ｑがハイレベルになっ
てからパルス幅データ分経過した後にハイレベルとな
る。

【００６８】以上の動作によりパルス発生器からの出力
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は周波数データの４倍の周期で
パルス幅データ分のパルス幅を持つパルスとして出力さ
れる。図９に出力Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２をあらわすタ
イミングチャートを示す。図９のようにＡ１とＡ２、Ｂ
１とＢ２はそれぞれ１８０°の位相差を有するパルスと
なる。またＡ１とＢ１、Ａ２とＢ２はそれぞれ９０°の
位相差を有するパルス幅となる。パルス発生器から出力
される４相のパルスは図１の昇圧手段５に入力される。

【００６９】図１０は昇圧手段の内部構成を示す回路図
である。昇圧手段５は、パルス発生器４からのパルス信
号を元に振動型モータを駆動するための２相の交流波を
生成するためのものである。２相の交流波は同一周波数
であり、電圧振幅が３００Ｖp-p程度で時間的に９０°
の位相差を有する信号である。

【００７０】図１０において、２７ａ、２７ｂ、２７
ｃ、２７ｄはＦＥＴである。２７ａと２７ｂはＡ相駆動
信号発生用のＦＥＴであり、２７ｃ、２７ｄはＢ相駆動
信号発生用のＦＥＴである。

【００７１】２８ａ、２８ｂはセンタータップ付きのト
ランスである。図１０において、トランス２８ａの１次
側のセンタータップ電極は電源電圧に接続されている。
電源電圧は機器内のスイッチングレギュレータ等で発生
されるＤＣ電圧である。

【００７２】本実施の形態の画像形成装置においては２
４Ｖを使用している。１次側の残りの２つの電極にはそ
れぞれＦＥＴ２７ａと２７ｂのドレインに接続されてい
る。前述したパルス発生器から出力されるパルス信号Ａ
１によってＦＥＴ２７ａが駆動され、パルス信号Ａ２に
よってＦＥＴ２７ｂが駆動される。結果として、トラン
ス２８ａの１次側はセンタータップから他の２端へ交互
に電流が流れることになる。

【００７３】トランス２８の２次側にはトランス２８の
昇圧率に応じた交流信号が発生する。これがＡ相交流波
出力となる。同様にしてＢ相交流波出力も生成される。
図９で説明したような４相のパルス信号をＦＥＴ２７ａ
〜２７ｄのゲート信号として使用することにより、図１
０のＡ相交流波出力とＢ相交流波出力は時間的に９０°
の位相差を有する信号となる。上記構成によって発生さ
れた相の交流信号は図１の振動型モータ６に入力され
る。

【００７４】振動型モータ６は上述したような原理で駆
動される。図３に示すように、振動型モータ９の出力軸
の一方にはロータリーエンコーダ９が接続されている。
エンコーダ９から出力される回転速度に応じたパルス信
号が図１の速度差検出器１に入力される。

【００７５】以上のような構成により、振動型モータの
回転速度が一定になるようなフィードバックループが形
成される。

【００７６】本実施の形態では、速度偏差に対して第１
積分器２と第２積分器３の２つの積分器を用い、第１積
分器２の積分値を直接アダー３７へ入力することによ
り、図４の（ｃ）に示すように目標速度の定常偏差をゼ
ロにし、さらに第１積分器２の積分値を第２積分器で積
分した２重積分値をアダー３７へ入力することにより、
図４の（ｄ）に示すように、目標値に対する位置の定常
誤差もゼロにすることができる。

【００７７】したがって、図２に示すカラー複写機の各
色の感光ドラムおよび転写材搬送ベルトを振動型モータ
で駆動する際、例えば転写材の先端が転写位置で感光ド
ラムとのニップ部に入ると、感光ドラムに負荷が加わる
こととなって、速度の低下を招き、このままでは転写材
に対するトナー像の転写位置にもずれが生じることにな
る。ここで、この速度の低下を速度差検出器１が検出し
て第１積分器２により積分した値自体は、検出速度を速
度指令値となるようにするが、速度低下による遅れを取
り戻す働きはない。

【００７８】しかし、第１積分器２の積分値をさらに第
２積分器３で積分することにより、得られた２重積分値
は遅れを取り戻すための働きを行なうことになる。

【００７９】すなわち、アダー３７からパルス発生器４
に出力される信号は、図４の（ｃ）、（ｄ）に示すよう
に、例えば振動型モータ６の回転角度を所定の時間内に
目標とする回転角度まで回転させて位置偏差を０とし、
その時に速度も目標速度となるようにして速度偏差を０
とするためのものである。

【００８０】したがって、全ての感光ドラムの速度偏差
を０とするだけでなく、感光ドラム上に画像を形成する
際の感光ドラムの移動距離の目標値に対する定常誤差も
ゼロにすることができる。

【００８１】ところで、上記のように積分器を２つ用い
た制御系を電磁モータの速度制御系として構成する場
合、開ループ伝達特性の位相遅れが大きくなり、系が不
安定にになっていた。

【００８２】しかし、振動型モータは電磁モータと比較
して応答が速いので、このような問題にはならない。つ
まり、重量のあるコイルを回転子に使用する電磁モータ
に比べて、このような重量物を回転子に使用することの
ない振動型モータは慣性力が小さいこと、また電磁モー
タのコイルはインダクタンス素子であるために、磁界の
発生に遅れを生じるが、振動型モータは電圧を圧電素子
に印加することで発生する振動を駆動に利用しているの
で、上述の応答が速いこととなる。

【００８３】（第２の実施の形態）図１２は本発明の第
２の実施の形態を示すブロック図である。

【００８４】第１の実施の形態では制御系の演算部分を
デジタル回路により構成したが、第２の実施の形態で
は、図１２に示すように、マイクロコンピュータにより
制御系を実現している。

【００８５】本実施の形態では、第１の積分を行うため
に使用するマイクロプロセッサ内部のメモリをＡとし、
第２の積分を行うために使用するメモリをＢとする。図
１３にマイクロコンピュータ２９の内部動作をあらわす
フローチャートを示す。以下図１３を用いてマイクロプ
ロセッサの動作を説明する。

【００８６】マイクロプロセッサでは、振動型モータの
起動時の動作と起動後に速度制御を行う動作の２つの動
作を行っている。まず起動時の動作について説明する。

【００８７】外部から振動型モータの起動指令を受けて
ＳＴＥＰ１の駆動開始となる。

【００８８】ＳＴＥＰ２では、第１の積分動作を行う際
に記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメ
モリＡの値を０にしている。

【００８９】ＳＴＥＰ３では、第２の積分動作を行う際
に記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメ
モリＢの値に初期値を代入している。

【００９０】ＳＴＥＰ４では、ＳＴＥＰ３で初期化され
たメモリＢに設定された値に第２の積分手段に対するゲ
インＫ２をかけたものを周波数指令として決定してい
る。この周波数が起動時に最初に振動型モータに印加さ
れる交流電圧の周波数となり、この周波数を初期周波数
という。初期周波数は振動型モータを駆動する際の振動
モード付近の周波数であり、かつ、その振動モードにお
ける共振周波数ｆｒよりも高い周波数値を設定する。決
定した周波数指令は図１２のパルス発生器４に出力され
る。

【００９１】ＳＴＥＰ５では駆動パルス幅を指定してい
る。この駆動パルス幅は図１０で説明したＦＥＴ２７ａ
〜２７ｄのゲート端子に入力するパルスの幅であり、Ｆ
ＥＴやトランスを破損しない範囲で値を設定している。
ここで設定したパルス幅は振動型モータが停止するまで
同じ値を使用する。決定したパルス幅は図１２のパルス
発生器４に出力される。

【００９２】ＳＴＥＰ６では振動型モータに駆動電圧を
かけている。このステップ以前は不図示のゲート回路に
よりＦＥＴ２７ａ〜ｄのゲート端子にはパルスが出力さ
れないようにしてあり、このステップを境にゲート端子
にパルスが出力されるようにする。なお、このステップ
はトランス２８ａ、２８ｂの一時側に入力される電源の
電圧をＯＮすることによって行ってもよい。

【００９３】以上のステップを行った後ＳＴＥＰ７の起
動動作の終了となる。

【００９４】次に、制御時の動作について説明する。制
御時はタイマー割り込みを使用して一定時間ごとに振動
型モータに与える周波数を変更することにより制御を行
っている。ＳＴＥＰ８でタイマー割り込みが発生してい
る。

【００９５】ＳＴＥＰ９では図１２の速度差検出器１か
ら速度差データ（ΔＶとする）を取り込んでいる。

【００９６】ＳＴＥＰ１０では第１の積分の結果が格納
されているメモリＡを積分するために第２の積分用のメ
モリＢの値にＡ＋Ｂを計算後代入している。

【００９７】ＳＴＥＰ１１では第１の積分を行うために
メモリＡにＡ＋ΔＶを計算後代入している。ＳＴＥＰ１
１でメモリＡに対する演算を行う前にＳＴＥＰ１０でメ
モリＢに対する演算を行っているのは第２の積分動作を
前回のタイマー割り込みで決定された第１の積分結果で
行うためである。

【００９８】ＳＴＥＰ１２では積分結果が格納されてい
るメモリＡとＢから駆動周波数を以下の式により決定し
ている。

【００９９】ｆ＝Ｋ１×Ａ＋Ｋ２×Ｂ ここで、ｆは決定される駆動周波数データ、Ｋ１は第１
の積分結果に対する制御ゲイン、Ｋ２は第２の積分結果
に対する制御ゲインである。駆動周波数決定後は決定さ
れた値が図１２のパルス発生器４に出力される。

【０１００】以上の動作が完了したら、ＳＴＥＰ１３の
割込み動作終了となり、次回のタイマー割り込みが発生
するまで待機することになる。次回のタイマー割り込み
が発生するとＳＴＥＰ８に進み再び制御が行われる。前
述した動作をモータが停止されるまで実行される。

【０１０１】以上のような構成で振動型モータを制御す
ることにより、本発明の第１の実施の形態と同様な制御
を行うことができ、第１の実施の形態と同様な効果が得
られる。

【０１０２】（第３の実施の形態）図１４は本発明の第
３の実施の形態を示すフローチャートである。フローチ
ャート以外については本発明の第２の実施の形態と同様
である。また、本実施の形態のフローチャートはＳＴＥ
Ｐ１２の駆動周波数の決定方法以外は第２の実施の形態
と同様であるのでＳＴＥＰ１２についてのみ説明する。

【０１０３】ＳＴＥＰ１２において駆動周波数は以下の
式を用いて決定される。

【０１０４】ｆ＝Ｋ１×Ａ＋Ｋ２×Ｂ＋Ｋ３×ΔＶ ここで第２の実施の形態と異なるＫ３×ΔＶ部分は、第
２の実施の形態における応答性を改善するために比例要
素を加えたもので、Ｋ３は比例ゲインである。以上のよ
うな構成で制御を行うことにより、本発明の第１および
第２の実施の形態と同様な効果が得られ、加えて応答性
も改善することができる。

【０１０５】（第４の実施の形態）図１５は本発明の第
４の実施の形態を示すフローチャートである。制御のブ
ロックは第２および第３の実施の形態と同様に図１２の
ような構成で制御を行っている。

【０１０６】第１から第３の実施の形態においては振動
型モータの周波数を操作することにより振動型モータの
速度を制御していたが、本実施の形態ではパルス発生器
に入力するパルス幅データを操作することによって速度
の制御を行っている。以下図１５を用いて第４の実施の
形態の動作について説明する。

【０１０７】マイクロプロセッサでは振動型モータの起
動時の動作と起動後に速度制御を行う動作の２つの動作
を行っている。まず起動時の動作について説明する。

【０１０８】外部から振動型モータの起動指令ががださ
れるとＳＴＥＰ１の駆動開始となる。

【０１０９】ＳＴＥＰ２では第１の積分動作を行う際に
記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメモ
リＡの値を０にしている。

【０１１０】ＳＴＥＰ３では第２の積分動作を行う際に
記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメモ
リＢの値に初期値を代入している。

【０１１１】ＳＴＥＰ４ではＳＴＥＰ３で初期化された
メモリＢに設定された値に第２の積分手段に対するゲイ
ンＫ２をかけたものをパルス幅指令として決定してい
る。このパルス幅が起動時に最初に振動型モータに印加
される交流電圧のパルス幅となる。決定したパルス幅指
令は図１２のパルス発生器４に出力される。

【０１１２】ＳＴＥＰ５では駆動周波数を指定してい
る。この駆動周波数は振動型モータが目標速度で十分駆
動できるような周波数を選択する。ここで十分駆動でき
る周波数とはパルス幅に大きな値を選択した時は目標速
度より速く回転し、パルス幅を加減することにより目標
速度で回すことのできる周波数を意味する。決定した周
波数は図１２のパルス発生器４に出力される。

【０１１３】ＳＴＥＰ６では振動型モータに電圧をかけ
ている。このステップ以前は不図示のゲート回路により
ＦＥＴのゲート端子にはパルスが出力されないようにし
てあり、このステップを境にゲート端子にパルスが出力
されるようにする。なお、このステップはトランスの一
時側に入力される電源の電圧をＯＮすることによって行
ってもよい。

【０１１４】以上のステップを行った後ＳＴＥＰ７の起
動動作の終了となる。

【０１１５】次に、制御時の動作について説明する。制
御時はタイマー割り込みを使用して一定時間ごとに振動
型モータに与えるパルス幅を変更することにより制御を
行っている。ＳＴＥＰ８でタイマー割り込みが発生して
いる。

【０１１６】ＳＴＥＰ９では図１２の速度差検出器１か
ら速度差データ（ΔＶとする）を取り込んでいる。

【０１１７】ＳＴＥＰ１０では第１の積分の結果が格納
されているメモリＡを積分するために第２の積分用のメ
モリＢの値をＡ＋Ｂを計算後代入している。

【０１１８】ＳＴＥＰ１１では第１の積分を行うために
メモリＡにＡ＋ΔＶを計算後代入している。ＳＴＥＰ１
１でメモリＡに対する演算を行う前にＳＴＥＰ１０でメ
モリＢに対する演算を行っているのは第２の積分動作を
前回のタイマー割り込みで決定された第１の積分結果で
行うためである。

【０１１９】ＳＴＥＰ１２では積分結果が格納されてい
るメモリＡとＢからパルス幅を以下の式により決定して
いる。

【０１２０】ｐ＝Ｋ１×Ａ＋Ｋ２×Ｂ ここでｐは決定されるパルス幅データ、Ｋ１は第１の積
分結果に対する制御ゲイン、Ｋ２は第２の積分結果に対
する制御ゲインである。駆動パルス幅決定後は決定され
た値が図１２のパルス発生器４に出力される。

【０１２１】以上の動作が完了したら、ＳＴＥＰ１３の
割込み動作終了となり、次回のタイマー割り込みが発生
するまで待機することになる。次回のタイマー割り込み
が発生するとＳＴＥＰ８に進み再び制御が行われる。前
述した動作をモータが停止されるまで実行される。

【０１２２】以上のような構成で振動型モータを制御す
ることにより上述した第１および第２の実施の形態と同
等な制御を行うことができる。また、本実施の形態のよ
うなパルス幅を操作することにより振動型モータの制御
を行う際にも第３の実施の形態のように比例項を考慮し
て制御を行ってもよい。

【０１２３】また、説明は省略するが振動型モータは印
加する２相の交流電圧の位相差を操作することにより速
度を制御することもできるが、本発明の実施の形態で説
明した周波数またはパルス幅を操作する変わりに位相差
を操作して振動型モータの速度を制御してもよいものと
する。

【０１２４】さらに、以上述べた本発明の実施の形態に
おいては駆動回路をロジック回路やマイクロプロセッサ
を用いて制御を行っているが、本発明を実現する手段と
してはこれらに限らず、積分器を使って偏差を積分した
値と、さらにその積分結果を積分した値とを用いて操作
量を決定できるすべての手段に対して行ってもよいもの
とする。

【０１２５】振動型アクチュエータの駆動状態を検出す
る検出手段として速度を検出するようにしているが、振
動型アクチュエータの加速度、位置、振動状態を検出
し、基準値との差を求めてこの差を第１の積分手段で積
分させるようにしても良い。

【０１２６】

【発明の効果】以上説明したように本出願に係る第１お
よび第２の発明では、振動型アクチュエータの駆動を行
う際に駆動状態検出手段から得られる偏差データを積分
する第１の積分手段と第１の積分手段から得られる値を
積分する第２の積分手段を用いて制御を行うことによ
り、偏差データの定常誤差だけでなく偏差データを積分
したものの定常誤差もゼロにすることができる。

【０１２７】また、請求項５に係わる発明では、積分器
の積分時定数あるいは倍率を設定することにより、振動
型アクチュエータを用いた装置において制御の精度や安
定性を調整することができる。

【０１２８】請求項６に係わる発明では、振動型アクチ
ュエータに入力するエネルギーの調定手段として振動型
アクチュエータに印加する周波信号の周波数を変更する
ことにより制御が行える。

【０１２９】請求項７に係わる発明では、振動型アクチ
ュエータに入力するエネルギーの調定手段として振動型
アクチュエータに印加する周波信号の電圧振幅を変更す
ることにより制御が行える。

【０１３０】請求項８に係わる発明では、振動型アクチ
ュエータに入力するエネルギーの調定手段として振動型
アクチュエータに印加する２相の周波信号の位相差を変
更することにより制御が行える。

【０１３１】本出願に係わる第３の発明では、１又は複
数の被駆動体の速度を目標速度に制御できると共に、被
駆動体の移動遅れを取り戻すことができる。

【０１３２】本出願に係る第４の発明では、像担持体と
しての感光ドラムを有する例えばカラー複写機等の画像
形成装置において、外部からの負荷、あるいは負荷の変
動などにより、感光ドラムの回転速度が変動しても、感
光ドラムの速度を合わせることができるとともに、転写
材に対する印刷位置を全て合わせることができるので、
高品位の画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における制御ブロッ
ク図。

【図２】本発明の第１の実施の形態で使用する画像形成
装置の概略図。

【図３】図２の感光ドラムの駆動装置の概略図。

【図４】速度偏差と位置偏差を説明するためのグラフ。

【図５】従来の振動型アクチュエータの制御ブロック
図。

【図６】図１の速度差検出器の回路図。

【図７】図１の積分器の回路図。

【図８】図１のパルス発生器の回路図。

【図９】図８のパルス発生器から出力されるパルスを示
すタイミングチャート。

【図１０】図１の昇圧手段の回路図。

【図１１】振動型モータの周波数と速度の関係を示すグ
ラフ。

【図１２】本発明の第２から第４の実施の形態における
制御装置のブロック図。

【図１３】本発明の第２の実施の形態におけるマイクロ
プロセッサの動作を示すフローチャート。

【図１４】本発明の第３の実施の形態におけるマイクロ
プロセッサの動作を示すフローチャート。

【図１５】本発明の第４の実施の形態におけるマイクロ
プロセッサの動作を示すフローチャート。

【図１６】図１の制御装置を図２の画像形成装置に適用
した制御ブロック図。

【符号の説明】

１…速度差検出器 ２、３…積分器 ４…パルス発生器 ５…昇圧手段 ６、９…振動型モータ ７、８…ロータリーエンコーダ １０感光ドラム ２９…マイクロコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 潤 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 熱田 暁生 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気−機械エネルギー変換素子に周波信
   号を印加することで励振させ、駆動力を得る振動型アク
   チュエータ装置において、 前記振動型アクチュエータの駆動状態を検出する検出手
   段と、前記検出手段から得られた駆動状態と所定の状態
   との差を演算する演算手段と、前記演算手段から得られ
   た値を積分する第１の積分手段と、前記第１の積分手段
   から得られた値を積分する第２の積分手段とを有し、少
   なくとも前記第２の積分手段から出力される値に応じて
   前記電気−機械エネルギー変換素子に供給するエネルギ
   ー量を調定することを特徴とする振動型アクチュエータ
   の駆動装置。
2. 【請求項２】 電気−機械エネルギー変換素子に周波信
   号を印加することで励振させ、駆動力を得る振動型アク
   チュエータ装置において、 前記振動型アクチュエータの駆動状態を検出する検出手
   段と、前記検出手段から得られた駆動状態と所定の状態
   との差を演算する演算手段と、前記演算手段から得られ
   た値を積分する第１の積分手段と、前記第１の積分手段
   から得られた値を積分する第２の積分手段と、前記第１
   の積分手段から出力される値と前記第２の積分手段から
   出力される値とを加算する加算手段とを有し、前記電気
   −機械エネルギー変換素子に供給するエネルギー量を前
   記加算手段からの出力に応じて調定することを特徴とす
   る振動型アクチュエータの駆動装置。
3. 【請求項３】 電気−機械エネルギー変換素子に周波信
   号を印加することで励振させ、駆動力を得る振動型アク
   チュエータ装置において、 前記振動型アクチュエータの駆動状態を検出する検出手
   段と、前記検出手段から得られた駆動状態と所定の状態
   との差を演算する演算手段と、前記演算手段から得られ
   た値を積分する第１の積分手段と、前記第１の積分手段
   から得られた値を積分する第２の積分手段と、前記演算
   手段から得られた値に比例要素を加える比例手段と、前
   記第１の積分手段から出力される値と前記第２の積分手
   段から出力される値と前記比例手段から出力される値を
   加算する加算手段とを有し、前記電気−機械エネルギー
   変換素子に供給するエネルギー量を前記加算手段からの
   出力に応じて調定することを特徴とする振動型アクチュ
   エータの駆動装置。
4. 【請求項４】 前記検出手段は、振動型アクチュエータ
   の速度、加速度、位置、振動状態のうちのいずれかを検
   出する手段であることを特徴とする請求項１、２または
   ３に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
5. 【請求項５】 前記第１の積分手段と第２の積分手段の
   うちいずれか一方または双方に対して積分時定数または
   積分データの倍率を設定し、前記第１および第２の積分
   手段から得られる値と前記設定された積分時定数あるい
   は倍率を用いることにより前記振動型アクチュエータに
   対する操作量を決定することを特徴とする請求項１、
   ２、３または４に記載の振動型アクチュエータの駆動装
   置。
6. 【請求項６】 前記電気−機械エネルギー変換素子に供
   給するエネルギーを調定する手段として、前記電気−機
   械エネルギー変換素子に印加する周波信号の周波数を変
   更することにより行うことを特徴とする請求項１から５
   のいずれか一つに記載の振動型アクチュエータの駆動装
   置。
7. 【請求項７】 前記電気−機械エネルギー変換素子に供
   給するエネルギーを調定する手段として、前記電気−機
   械エネルギー変換素子に印加する周波信号の電圧振幅、
   または電圧振幅を変更することのできる値を変更するこ
   とにより行うことを特徴とする請求項１から５のいずれ
   か一つに記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
8. 【請求項８】 前記電気−機械エネルギー変換素子に供
   給するエネルギーを調定する手段として、前記電気−機
   械エネルギー変換素子に印加する複数の周波信号の位相
   差を変更することにより行うことを特徴とする請求項１
   から５のいずれか一つに記載の振動型アクチュエータの
   駆動装置。
9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれか一つに記載の
   振動型アクチュエータの駆動装置を有し、前記振動型ア
   クチュエータにより被駆動体を駆動することを特徴とす
   る振動型アクチュエータを用いた機器。
10. 【請求項１０】 請求項１から８のいずれか一つに記載
    の振動型アクチュエータの駆動装置を複数有し、複数の
    被駆動体を前記複数の振動型アクチュエータによりそれ
    ぞれ駆動するようにしたことを特徴とする振動型アクチ
    ュエータを用いた機器。
11. 【請求項１１】 請求項１から８のいずれか一つに記載
    の振動型アクチュエータの駆動装置を有し、前記振動型
    アクチュエータを像担持体の駆動源としたことを特徴と
    する画像形成装置。
12. 【請求項１２】 請求項１から８のいずれか一つに記載
    の振動型アクチュエータの駆動装置を有し、転写材の搬
    送方向に沿って配置された複数の像担持体の各駆動源
    と、転写材の搬送手段の駆動源にそれぞれ前記振動型ア
    クチュエータを用いたことを特徴とする画像形成装置。