(57)【要約】【課題】振動部材の材質およびその振動周波数に注目することにより、簡易で大きな駆動力が得られかつ長期間の使用が可能な振動装置とそれを用いた紙送り装置を提供する。【解決手段】電気−機械エネルギー変換により振動する圧電素子（駆動部材）５０４と、圧電素子を少なくとも１ヶ所以上に取付け、励振した振動を伝播する振動部材５０１とを有する振動装置Ａ１において、振動部材５０１が複数の無機金属材料からなる合金で形成されており、かつ圧電素子により振動する周波数帯が３０〜３００ＫＨｚの長波帯であることを特徴とする。【選択図】図１
2015023732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換により振動する圧電素子と、前記圧電素子を少なくとも１ヶ所以上に取付け、励振した振動を伝播する振動部材とを有する振動装置において、前記振動部材が複数の無機金属材料からなる合金で形成されており、かつ前記圧電素子により振動する周波数帯が３０〜３００ＫＨｚの長波帯であることを特徴とする振動装置。
【請求項２】
前記合金からなる振動部材が銅を５０％以上含有する銅合金材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の振動装置。
【請求項３】
前記圧電素子により振動する周波数帯が長波帯であって、さらに好適には１００〜３００ＫＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の振動装置を備え、
前記振動装置に被移動体を直接あるいは間接的に接触させ、被移動体に駆動エネルギーを付与することで被移動体送り機構としたことを特徴とする被移動体送り装置。
【請求項５】
請求項４に記載の被移動体送り装置を備え、
前記被移動体としての紙に一側面が直接接触し、
棒状または筒状の振動部材に超音波振動を励振させ、これに紙を接触させて駆動力を得る紙送り装置において、前記振動部材の側面に、概略その面法線方向に振動するとともにその一端を自由状態とした少なくとも２以上の励振部材を配置し、前記それぞれの励振部材の長辺方向に異なる方向の振動を発生させて前記振動部材の側面に一定方向の駆動力を発生させることを特徴とする紙送り装置。
【請求項６】
請求項４に記載の被移動体送り装置を備え、
前記紙に一側面が直接接触し左右端より回転体を突き出すローラと、側壁面に圧電素子が固定されると共に前記側壁面の中央の貫通孔部に嵌挿された前記回転体に複数の接触部より回転力を付与する弾性を有する板状部材を有し、前記圧電素子を駆動することで前記板状部材がローラを回転させる紙送り装置において、前記貫通孔部には、前記板状部材の厚み方向と回転体とが平行になる姿勢で前記貫通孔部内に配置され、前記各接触部は、前記板状部材の弾性変形による弾性力で前記回転体に向け加圧され、前記圧電素子の駆動により楕円軌跡の運動を行うことを特徴とする紙送り装置。
【請求項７】
請求項６に記載の紙送り装置において、
前記板状部材の前記複数の接触部と接触する前記回転体の外周面は、その回転軸の方向に対して傾斜したテーパ形状を有しており、
前記複数の接触部に対する前記回転体の回転軸方向の位置を微調整する位置調整手段を備えていることを特徴とする紙送り装置。
【請求項８】
請求項５〜７のうちの何れか一つに記載の紙送り装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を移動体の移動力に変換する振動機構として、超音波振動を利用して振動部材を励振し、移動体を移動させる振動装置、紙送り装置、及び同紙送り装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波振動を用い移動体を移動させる振動装置の中でも単純な構造をもつものとしては、棒のたわみ振動を用いた超音波移動装置や電歪回転子型超音波モータ等が提案されている。
ここで、前者は、その超音波振動する部分（以下、「励振部材」または「振動子」と表記する）の構造を異ならせた複数例が知られている。
（１）：図１７（ａ）に示すように、少なくとも２個以上の部分に分割され、自ら超音波振動を発生しない部材（以下「振動部材」と表記する）１２が、それらの間に、独立に駆動可能な圧電部材または磁歪部材（以下「駆動部材」で代表表記する）１１を挟む。更に、駆動部材１１の部分を接続されている各振動子（振動部材）１２の長手方向に交互に伸縮させて、たわみ振動を生じさせている。更に、（２）：図１７（ｂ）のように、少なくとも２個以上の駆動部材２１を振動部材２２に接着し、それぞれが駆動部材２１を振動子（振動部材）２２の長手方向に交互に伸縮させて、たわみ振動を生じさせている。更に、（３）：図１７（ｃ）に示すように、駆動部材３１の側面に該部材を部分的に長手方向に伸縮させるための駆動電極３３を少なくとも２以上に分割して形成し、これらを交互に駆動してたわみ振動を発生させるものがある。更に、（４）：図１８に示すように、振動部材４２の軸方向に対して垂直方向に互いに９０度の角度をなすように駆動部材４１ａ，４１ｂの一端を固定し、この駆動部材４１ａ，４１ｂの他端を静止した固定台４３に固定した複合振動子モータとしたものが知られており、同構成が特許文献５（図７参照）に記載される。
【０００３】
更に、特許文献１には、台上に第１、第２励振体を並べてその上に板状弾性体を重ね、これら全体をボルトで挟持してなる超音波振動子が開示され、第１、第２励振体にはそれぞれ異なる交流電圧を印加している。ここで電圧の位相を変化させて板状弾性体の振動を調整し、これにより駆動部材を兼ねる板状弾性体の端部の振動変位が一定方向の送り変位として発生するようにして超音波振動子を構成している。更に、この板状弾性体の振動を可動子に伝えることでリニア超音波モータを構成している。
特許文献２には、波動ステップモータにおいて、所望の方向に所望の量送り停止させるにあたり、振動モードの位置のずらし量をｌ＜λ／４またはθ°＜９０°／ｎに設定した。これにより、波動ステップモータはロータ側を安定した量ずつステップ駆動させ、停止させることができるとしている。
【０００４】
特許文献３は、内壁の一側に回動自在に複数枚の絞り羽根３を保持したケースと、ケースの他側に固着される固定枠と、絞り羽根を回動動作させる矢車とを光軸を中心線として配置した絞り駆動機構を示す。この絞り駆動機構では固定枠にはコの字型超音波モータが駆動源として取り付けられ、これにより矢車を介して絞り羽根を絞り作動させている。
特許文献４は、ステッピングモータを駆動源としたレンズ駆動装置を示す。ここではモータ本体の底部にシャフトの末端を支持する軸受を固定し、モータ本体の蓋に穴を開けてロータコアとリードスクリュー付きシャフトをその穴から挿入させて、シャフトを軸受で支持するという組み込み容易な機構を示している。
特許文献６は、電気−機械エネルギー変換により振動する圧電素子を備える駆動源となる振動部材がケース部材内に配備され、その振動部材が生じた振動波を利用して移動体をリニア駆動するという振動装置を示す。ケース部材内の移動体に対して、振動部材を加圧接触させる付勢部材を備え、この付勢部材をケース部材の外側に配して小型化を図っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、超音波振動を利用して振動部材を励振して移動体を移動させる振動装置が図１７（ａ）〜図１８や特許文献５に開示される。しかし、前記に列挙した従来の超音波移動装置やステッピングモータ等の振動装置はその構造は比較的簡単であるものの、振動子を構成する部材の製造には厳しい加工精度が要求されている。
特に、上述の従来技術のうち、駆動部材を振動部材に挟んだ構造（１）（図１７（ａ）に示した）は、駆動部材１１で発生する振動を振動部材１２に良好に伝達させるためには、両部材１１，１２の当接面の平面度を数ミクロン以下の精度にして、駆動部材１１の各部分が等しく振動部材１２に圧接されるよう加工・組立を行わなければならなかった。
【０００６】
また、駆動部材を振動部材に接着する構造（２）（図１７（ｂ）に示した）は、駆動部材２１で発生する変位を振動部材２２に良好に伝達するために、接着層の厚みを接着面の全面にわたって数ミクロン以下にしなければならなかった。
また、駆動部材３１のみで振動体を構成する場合（３）（図１７（ｃ）に示した）は、この駆動部材３１の移動子（移動装置が自走型の場合には案内路、以下「移動子」と称する）と当接する面には平滑性と耐磨耗性が厳しく要求されるが、超音波発生部材として広く用いられている圧電磁器に対してこうした要求を満たす加工を行うことは困難であった。
【０００７】
更に、図１８に示すような、振動部材４２の軸方向に対して垂直方向にそれぞれ９０度の角度で駆動部材４１ａ，４１ｂを固定した複合振動モータの場合（４）は、たとえば一方の駆動部材４１ａにおいて、この駆動部材４１ａの軸方向（Ａ１）の駆動を行ったとき、この駆動力は振動部材４２に対して作用する（Ａ２）とともに、他方の駆動部材４１ｂにも作用する（Ａ３）。すなわち、一方の駆動部材４１ａの駆動により、他方の駆動部材４１ｂに曲げ応力が加わることになり、他方の駆動部材４１ｂに対して応力による内部劣化を引き起こしてしまう可能性もあった。
更に、図１８に示す構造（４）では、振動部材４２における駆動力の大きさは各素子すなわち各駆動部材４１ａ，４１ｂの変位に等しいため、十分な変位を得るためには高い電圧を印加する必要があったが、高電圧を長時間印加すると駆動部材の抵抗や誘電損失などの性質によって熱源となり、状況によっては酸化反応が生じる程の高熱に達し、熱的内部劣化を引き起こし、あるいは部材の寿命を損ねる要因となっていた。
【０００８】
また、駆動部材の振動周波数も大きく関連するが、従来採用されていた３ＫＨｚ〜３０ＫＨｚの超長波帯やそれよりも低い周波数域では比較的に大きな信号（変位）は得られず、実用に供し得ない状況だった。
更に、特許文献１、６にはリニア超音波モータが、特許文献２には波動ステップモータが、特許文献３には絞り駆動機構が、特許文献４にはレンズ駆動装置のステッピングモータが開示される。
しかし、いずれも、簡易で大きな駆動力が得られ、長期使用が可能なものとして十分とは言えず、更に、振動部材の材質およびその振動周波数に注目するものとはなっていない。
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、目的とするのは、振動部材の材質およびその振動周波数に注目することにより、簡易で大きな駆動力が得られかつ長期間の使用が可能な振動装置、紙送り装置、及び同紙送り装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前記課題を達成するため以下の構成とした。
本発明である振動装置は、電気−機械エネルギー変換により振動する圧電素子と、前記圧電素子を少なくとも１ヶ所以上に取付けると共に該圧電素子が励振した振動を伝播する振動部材とを有する振動装置において、前記振動部材が複数の無機金属材料からなる合金で形成されており、かつ前記圧電素子により振動する周波数帯が３０〜３００ＫＨｚの長波帯であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、振動部材が合金で形成されており、かつ圧電素子により振動する周波数帯が３０〜３００ＫＨｚの長波帯であるので、簡易な構造でかつ大きな共振応答が取り出せる振動装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る実施形態１である振動装置と、同装置の振動特性検査装置の全体概略構成図である。
【図２】本発明に係る振動装置が用いた実施例１の金属材料で得られる振動共振周波数―平均振幅速度の特性線図である。
【図３】本発明に係る振動装置が用いた実施例２の金属材料で得られる共振周波数―平均振幅速度の特性線図である。
【図４】参考例としての振動装置が用いた金属材料で得られる共振周波数―平均振幅速度の特性線図である。
【図５】本発明に係る実施形態２である紙送り装置を用いた搬送力試験装置の斜視図である。
【図６】図５の紙送り装置を用いた搬送力試験装置の正面図である。
【図７】本発明に係る実施形態３である画像形成装置の全体構成図である。
【図８】図７の実施形態３の紙送り装置の基本構成図で、（ａ）は紙送り装置の縦断面図、（ｂ）は紙送り装置の概略斜視図である。
【図９】実施形態３の紙送り装置に係る振動型アクチュエータで、（ａ）は振動型アクチュエータの縦断面図、（ｂ）は振動型アクチュエータの概略正面図である。
【図１０】実施形態３の紙送り装置に係る振動型アクチュエータが有した板状部材の振動プロファイルの説明図である。
【図１１】実施形態３の紙送り装置に係る振動型アクチュエータが有した板状部材の各突起部が逆方向の楕円運動を行う例の振動プロファイルの説明図。
【図１２】実施形態３の紙送り装置に係る振動型アクチュエータが有した板状部材の各突起部と回転体が当接する際の説明図である。
【図１３】実施形態３の紙送り装置に係る振動型アクチュエータが有した板状部材の突起部の磨耗前の変化の説明図である。
【図１４】実施形態３の他の実施例２に係る紙送り装置の基本構成を示す縦断面図である。
【図１５】図１４の紙送り装置の拡大縦断面図である。
【図１６】実施形態３の紙送り装置に係る振動型アクチュエータが有した板状部材の突起部の磨耗後の回復作動の説明図である。
【図１７】従来技術の振動子の構造を示す斜視図で、（ａ）は第１の振動子の構造を、（ｂ）は第２の振動子の構造を、（ｃ）は第３の振動子の構造を示す斜視図である。
【図１８】従来の超音波モータの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を適用した振動装置、紙送り装置、及び同紙送り装置を備えた画像形成装置を説明する。
本発明は超音波振動を利用して振動部材を励振し、移動体を移動させる振動装置に関して、以下の特徴を有する。
要するに、振動部材の材質およびその振動周波数を特定することにより、簡易で大きな駆動力が得られるようにしたことが特徴になっている。
以下、実施形態及び変形例等に亘り、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。
【００１３】
図１には本発明の実施形態１としての振動装置Ａ１と、その振動装置Ａ１の振動部材５０１の共振周波数ＫＨｚと共振速度ｍｍ／ｓの関連を測定する共振特性測定装置Ｓ１を示した。
共振特性測定装置Ｓ１はモニター５００に設けられる操作盤の操作により、これに接続されている任意波形発生器５０２を駆動し、所定の振動周波数の駆動出力で駆動部材５０４を駆動する。この駆動部材５０４の駆動により、これが貼着により取付けられている振動部材５０１の共振速度ｍｍ／ｓを計測する。
ここで振動装置Ａ１の振動部材５０１はＳＵＳ３０６で表される鉄系合金や、銅系化合物を主成分として５０％以上を含有する合金である真鍮類もしくは黄銅系合金、等が好ましい。
【００１４】
本発明者らは棒状の振動部材５０１の一部に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成る駆動部材５０４を接合し、従来ランジェバン型振動子で検討していた超長波帯を含む幅広い振幅条件で様々な振動部材に対して検討を行い、後述するような振動特性を実施例１，２の結果として求めた。ここでの棒状の振動部材５０１は幅１０ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ３ｍｍの直状金属片で、後述する素材のものが検知部材として採用された。
ここで、駆動部材５０４は電気−機械エネルギー変換により振動する圧電素子から成る。この圧電材料としては、特に限定されないが、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ＰＬＺＴ等の圧電セラミックス類が挙げられる。圧電セラミックスは一般に振動の変位が小さいため、積層体として用いられる場合が多い。また、これら以外の圧電材料としては、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）等の圧電性単結晶材料やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）あるいはポリフッ化ビニリデン−三フッ化エチレン（ＰＶＤＦ／ＴｒＦＥ）共重合体等フッ素系樹脂とその共重合体などの圧電性高分子が挙げられる。圧電部材は、前記圧電材料が機械的に結合されているため、ランジュバン型振動子が好ましいが、本構成に限定されるものではない。圧電部材がたわみ振動する振動波形としては、特に限定されないが、ｓｉｎ波形、矩形波形、三角波形等が挙げられる。
【００１５】
ここでの振動装置Ａ１の駆動部材５０４はＰＺＴの積層体から成る圧電素子を用い、振動部材５０１の長手方向中央近傍の側面に貼付している。
更に、振動装置Ａ１の駆動部材５０４を駆動することで生じた板状の合金からなる振動部材５０１にはレーザードップラー計５０３がレーザー光を反射鏡５０５を用いて照射している。この際、振動周波数と同期したレーザー光が照射されるよう任意波形発生器５０２の出力が調整されることで、レーザー光が照射された検知位置ｐｎにおける共振速度がレーザードップラー計５０３の表示部（モニター５００）で計測される。
なお、共振特性測定装置Ｓ１が測定した振動部材５０１は、振動部材の長手方向に移動可能となっていて、共振状態検出位置Ｓ１は長手方向に対して複数の点を測定することが可能であり、１回の測定に１０〜２０点程を測定し、その平均値を代表値として求めている。
【００１６】
なお、本測定に先立って振動部材５０１の共振周波数を求めた。これは本装置を用いて振動部材５０１の長手方向であって駆動部材５０４を添付していない任意の点で振動周波数と同期したレーザー光を照射しながら、本装置Ｓ１の任意波形発生装置５０２の周波数を徐々に変化させて計測した。この計測において、ノイズレベルよりも大きな信号が得られる周波数を共振周波数として２０〜３２０ＫＨｚの範囲で測定した。これにより、振動部材５０１の各共振周波数における共振状態の測定を行った。
共振特性測定装置Ｓ１が行った測定結果を下記の実施例１、２として後述する。
【００１７】
ここでの振動装置Ａ１は、少なくとも２種類以上の金属またはその化合物からなる合金類により形成される振動部材５０１を用い、これに特定域の超音波振動を加えて励振させるという簡易な構造を採り、大きな共振応答が取り出せる。しかも、この振動部材５０１に被移動体を接触させることで超音波移動装置を提供することもできる。
次に、振動装置Ａ１に採用された各振動部材５０１において、最適な材質、共振周波数をそれぞれ異ならせることにより、各振動部材５０１の振動速度（共振応答に相当する）のレベルがどのように変化したかを各実施例として順次説明する。
【００１８】
（実施例１）
上述の実施形態１における実施例１としての振動装置Ａ１は、振動部材５０１として少なくとも２種類以上の金属またはその化合物からなる合金類により形成され、ここでは振動部材５０１に鉄系合金であるＳＵＳ３０６を用いた。図２に示すように、ここでの駆動部材５０４から発生させる振動周波数は３０〜３００ＫＨｚの長波帯となるように任意波形発生装置５０２の出力周波数が調整された。
【００１９】
本発明者らは棒状の振動部材５０１の一部にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成る駆動部材５０４を接合し、従来ランジェバン型振動子で検討していた超長波帯を含む幅広い振幅条件で振動部材５０１に対して検討を行い、図２のような結果を得た。図２は振動部材５０１に鉄系合金であるＳＵＳ３０６を用い、共振特性測定装置Ｓ１が測定した振動部材５０１の共振特性を得た。図２の縦軸（Ｙ軸）は振動部材の各部位の振動速度を振動周波数に同期したレーザードップラー計５０３で検出した値であり、横軸（Ｘ軸）は共振周波数を表している。
【００２０】
なお、図２において、プロットされていない部分では図１に示した共振特性測定装置Ｓ１では共振現象は測定されなかったか、あるいは測定されていてもノイズレベルと同等以下であったことを示している。ここで、振動部材５０１は長手方向に対して複数の点を測定され、１回の測定に１０〜２０点程を測定し、その平均値を代表値として求めた。
ところで、従来の超音波振動子では振動周波数は２０ＫＨｚ以下の超長波帯で測定されていたが、図２に示すように、明らかに３０ＫＨｚ以上の長波帯領域で大きな応答が得られており、とりわけ１００ＫＨｚ以上で極大の共振応答が得られることが確認できる。
この理由は現時点では明らかになっていないが、振動部材５０１を構成する前記合金材料の硬さやヤング率などの超音波振動の伝播性能が影響すると考えられる。即ち、この周波数帯で前記合金材料の硬さやヤング率などの超音波振動の伝播性能が高い状態で保持され、かつ、振動部材５０１が超音波振動を吸収する減衰特性がこの周波数域で非常に小さくなるためと考えられる。さらに、長波帯の上限値である３００ＫＨｚ以上になると分子振動よりも原子・電子振動が支配的になり、振幅応答も極端に小さくなるため、実用に供し得なくなると推測される。
【００２１】
（実施例２）
次に、実施形態１における実施例２としての振動装置Ａ２は、振動部材５０１として実施例１のＳＵＳ３０６に代えて、材料記号Ｃ２８０１で表される銅系合金（六四黄銅）を用いた。図３に示したように、駆動部材５０４から発生させる振動周波数は３０〜３００ＫＨｚの長波帯となるように任意波形発生装置５０２の出力周波数が調整された。
ここでの振動部材５０１を構成する合金は銅系合金（六四黄銅）であり、銅系化合物を主成分として５０％以上を含有するものが採用される。
【００２２】
このような振動部材５０１を用いた本実施例２の場合、図３に示すように、そこで観測された平均振幅速度は実施例１よりも大きな値が得られることがわかった。
本測定結果の明確な理由は判明していないが、本銅系合金を用いると、３０〜３００ＫＨｚの長波帯の振動領域における減衰特性が他の材料よりも小さかったことが予想される。
振動部材５０１を構成する銅系化合物を主成分として５０％以上を含有する合金としては、真鍮、七三黄銅、六四黄銅、快削黄銅、鍛造用黄銅、丹銅、白銅、ニッケルすず銅、洋白、青銅、りん青銅とよばれるものが採用され、さらに、真鍮類もしくは黄銅系合金がより好ましい。
さらに、振動装置Ａ１は超音波移動装置としての機能部を付加でき、移動される被移動体として、シートＰａを用い、紙送り機構として構成できる。
【００２３】
（比較例１）
次に、本発明の実施例１の振動部材であるＳＵＳ３０６に代えて、比較例１の振動装置ａ１を説明する。
比較例１の振動装置ａ１は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いた。図４にはこの場合の共振特性を示す。ＣＦＲＰは実施例１及び２の振動部材Ａ１，Ａ２よりも密度が小さく、かつ、ヤング率は同等以上の機械的特性を有している。このため、ＣＦＲＰの振動装置ａ１の場合、大きな共振応答が期待されたが、その値はノイズレベル近傍で強い共振応答は得られないことが確認された。
このように、比較例１の振動装置ａ１では、図４に示すように、振動周波数が３０〜３００ＫＨｚの長波帯においても、平均振幅速度（ｍｍ／ｓ）が低く、ノイズレベル（４０ｍｍ／ｓ前後）で強い共振応答が得られていない。これに対し、振動装置Ａ１の実施例１，２では、図２、図３に示したように、３０ＫＨｚ以上の長波帯領域で大きな応答が得られており、とりわけ１００ＫＨｚ以上で極大の共振応答が得られることが確認できた。
このように、振動装置Ａ１は、その振動部材５０１が合金で形成され、かつ圧電素子から成る駆動部材５０４により振動する周波数帯が３０〜３００ＫＨｚの長波帯であることを利用した簡易な構造でかつ大きな共振応答が取り出せる。さらに好適には１００〜３００ＫＨｚの範囲であるにより、より大きな共振応答が採り出せる。しかも、この振動部材に被移動体（シートＰａ）を接触させることで超音波移動装置（例えば紙送り装置）を提供することもできる。
更に、合金からなる振動部材５０１が銅を５０％以上含有する銅合金材料から構成されることにより、簡易な構造でかつ大きな共振応答が取り出せる振動装置を提供できる。
【００２４】
次に、本発明の実施形態２としての振動装置を備えた紙送り装置Ｂ１を説明する。
この紙送り装置Ｂ１は振動装置Ａ３がこれに接触するシートＰａを搬送路Ｒ１に沿って上流より下流に搬送する装置であり、不図示の複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置の給紙部に採用される。
図５には、紙送り装置Ｂ１が紙搬送力測定装置６００に装着された構成例を示す。本図において、駆動ローラ６０３を複合振動子モータ（駆動装置）６０５で駆動する。
図６に示すように、複合振動子モータ（駆動装置）６０５は、駆動ローラ６０３（正確には振動部材）に対して、圧電素子を少なくとも１ヶ所以上、ここでは２か所に、駆動部材６４１ａ，６４１ｂの一端を固定する。各駆動部材６４１ａ，６４１ｂはその軸方向に対して垂直方向に互いに９０度の角度をなすように一端が固定され、この駆動部材６４１ａ，６４１ｂの他端を静止した固定台６４３に固定している。
【００２５】
この場合、駆動ローラ６０３（振動部材）の側面に対し、概略その面法線方向に振動するとともにその一端を自由状態とした少なくとも２以上（ここでは２つ）の励振部材である駆動部材６４１ａ，６４１ｂを配置している。
ここでは、それぞれの駆動部材６４１ａ，６４１ｂ（励振部材）の長辺方向に異なる方向の振動を発生させて、振動部材の側面に一定方向の駆動力（搬送力）を生させる。ここでは、振動周波数が３０〜３００ＫＨｚの長波帯となる電圧（出力周波数）が不図示の波形発生装置より調整されて印加される。これにより、９０度の角度で対向する駆動部材６４１ａ，６４１ｂは、一方と他方が交互に軸方向（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）の駆動を行う。
この場合、駆動ローラ６０３はアルミ製の対向ローラ６０２との間にシートＰａを挟持し、搬送方向に移動させる変位を繰り返し、シートＰａを搬送方向に搬送できる。なお、図６に示す複合振動子モータ（駆動装置）６０５の構成が特許文献５（図７参照）にも記載される。
次に、ここでの紙送り装置Ｂ１に用いる駆動ローラ６０３（正確には振動部材）に採用された際に、最適な材質、共振周波数を異ならせることにより、振動部材５０１の振動速度（共振応答に相当する）のレベルがどのように変化するかを各実施例毎に説明する。
【００２６】
（実施例３）
実施形態２の実施例３としての紙送り装置Ｂ１は、紙搬送力測定装置６００によりシートＰａの搬送力をばねばかり６０１で測定する。
なお、駆動ローラ６０３と対向ローラ６０２間の加圧力は不図示の圧力センサにて検出し、０．３Ｎ以下になるように調整している。
本実施例３ではシートＰａとして、リコー製マイペーパー（坪量５２ｇ／ｍ2）を使用した。本実施例では駆動ローラ６０３（正確には振動部材）として材料記号ＳＵＳ３０６の鉄系合金を用いた。搬送力の判定は従来の画像形成装置の仕様に基づき、測定された力の最大値が２Ｎ以上の場合はＯＫを、それ以下の場合はＮＧとした。搬送力測定結果を表１に示した。
【００２７】
（実施例４）
実施形態２の実施例４としての紙送り装置Ｂ１は、駆動ローラ６０３以外の試験条件は実施例３と同様の方法で測定した。
本実施例４では駆動ローラ６０３（正確には振動部材）として、材料記号Ｃ２３０１の銅系合金（六四黄銅）を用いた。結果を表１に示す。
【００２８】
（実施例５）
実施形態２の実施例５としての紙送り装置Ｂ１は、駆動ローラ６０３以外の試験条件は実施例３と同様の方法で測定した。
本実施例５では駆動ローラ６０３（正確には振動部材）として、材料記号Ｃ３６０１の銅系合金（快削黄銅：Ｃｕ５７〜６１％、Ｐｂ２〜３％、Ｚｎ３６〜４１％）を用いた。結果を表１に示す。
【００２９】
（実施例６）
実施形態２の実施例６としての紙送り装置Ｂ１は、駆動ローラ６０３以外の試験条件は実施例３と同様の方法で測定した。
本実施例６では駆動ローラ６０３（正確には振動部材）として、材料記号Ｃ５１９１の銅系合金（りん青銅：Ｃｕ９１〜９７％、Ｓｎ３〜９％、Ｐ０．０３〜０．３５％）を用いた。結果を表１に示す。
【００３０】
（実施例７）
実施形態２の実施例７としての紙送り装置Ｂ１は、駆動ローラ６０３以外の試験条件は実施例３と同様の方法で測定した。
本実施例７では駆動ローラ６０３（正確には振動部材）として、材料記号Ｃ７５４１の銅系合金（洋白：Ｃｕ６０〜６４％、Ｚｎ２０〜２７．５％、Ｆｅ０〜０．２５％、Ｍｎ０〜０．５％、Ｎｉ１２．５〜１５．５％）を用いた。結果を表１に示す。
【００３１】
（比較例２）
次に、比較例２としての紙送り装置Ｂ１は、駆動ローラ６０３以外の試験条件は実施例３と同様の方法で測定した。
本比較例２では駆動ローラ６０３（正確には振動部材）として、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いた。結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2015023732.tif 000003
【００３３】
上述の紙送り装置Ｂ１の比較例２では、表１に示すように、振動周波数が３０〜３００ＫＨｚの長波帯内の１３９ＫＨｚにおいて搬送力（Ｎ）が低く、強い共振応答が得られていない。これに対し、紙送り装置Ｂ１の実施例３〜７では、表１に示したように、３０ＫＨｚ以上の長波帯領域で大きな応答が得られており、とりわけ１００ＫＨｚ以上で極大の共振応答が得られることが確認できた。
【００３４】
このように、駆動ローラ６０３（正確には振動部材）が合金で形成され、かつ駆動部材６４１ａ，６４１ｂの圧電素子により振動する周波数帯が３０〜３００ＫＨｚの長波帯であることを利用した簡易な構造でかつ大きな共振応答が取り出せる振動装置を提供できる。しかも、振動部材に被移動体としてのシートＰａに一側面が直接接触し、あるいは間接的に接触し、シートＰａに駆動エネルギーを付与することで、被移動体送り機構として用いることができる。
更に、実施形態２としての振動装置Ａ３を備えた紙送り装置Ｂ１を用いた場合、励振部材６４１ａ，６４１ｂの一端は自由状態に保持されるため、一方の励振部材を駆動しても、他方の励振部材にはその曲げ応力は加わらず、励振部材６４１ａ，６４１ｂの内部応力による劣化を抑止でき、長期にわたる駆動が可能である。また、それぞれの励振部材の一端が自由状態に保持されているため、振動部材に対して両励振部材（駆動部材）の振動が共振することになり、各駆動部材の変位以上の振動（駆動力）を得ることができる。
【００３５】
次に、本発明の実施形態３としての紙送り装置（被移動体送り装置）を備えた画像形成装置Ｍ１を説明する。
この画像形成装置Ｍ１はフルカラー複写機（以後、複合機と記す）であり、画像形成装置内の両面給紙路１５０に紙送り装置１５１を装備している。
実施形態３の複合機５００は、いわゆるタンデム式の画像形成装置であって、乾式２成分現像剤を用いた乾式２成分現像方式を採用したものである。この複合機５００は複合機本体１００、複合機本体１００を載置する給紙テーブル２００、複合機本体１００上に取り付けるスキャナ３００、及びスキャナ３００の上部に取り付ける原稿自動搬送装置４００から構成されている。この複合機５００では、スキャナ３００から読み取った画像情報である画像データや、パソコン等の外部機器からの印刷データを受け取って、転写紙やＯＨＰシート等のシートＰａ上に画像形成処理を行う。複合機本体１００には、図に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の各色用の４個の被駆動体としての潜像担持体である感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋが並設されている。これら感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、駆動ローラを含む回転可能な複数のローラに支持された無端ベルト状の中間転写ベルト５に接触するように、そのベルト移動方向に沿って並んで配置されている。
【００３６】
また、感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋの周りには、それぞれ、次のような電子写真プロセス用部材がプロセス順に配置されている。帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋ、各色対応の現像装置９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｂｋ、クリーニング装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋ、除電ランプ３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ等の電子写真プロセス用部材である。そして、各感光体ドラム１の上方には、光書込装置１７が設けられている。また、各感光体ドラム１の中間転写ベルト５を介して対向する位置には、それぞれ１次転写手段である１次転写ローラ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｂｋが配置されている。
【００３７】
中間転写ベルト５は、架張ローラ１１，１２，１３及びテンションローラ１４に架け渡されており、不図示の駆動源により回転駆動される駆動ローラである架張ローラ１２の回転により回転駆動される。ここで、架張ローラ１３の中間転写ベルト５を介して対向する位置には、ベルトクリーニング装置１９が設けられており、２次転写後に中間転写ベルト５上に残留する残トナーを除去する。また、架張ローラ１１は、２次転写手段である２次転写ローラ７に対向する２次転写対向ローラであり、中間転写ベルト５を介して２次転写ローラ７との間に２次転写ニップ部を形成する。
【００３８】
この２次転写ニップ部のシート搬送方向下流側には、架張ローラ対１６に架張されたシート搬送ベルト１５が設けられており、トナー像が２次転写されたシートＰａを定着装置１８まで搬送する。定着装置１８は、定着ローラ対８を備えており、その定着ニップ部で熱及び圧力を加えて、未定着のトナー像をシートＰａ上に定着する。また、２次転写ニップ部及び定着装置１８の下に、シートＰａの両面に画像を記録すべくシートＰａを反転するシート反転装置１１０も設けられている。
【００３９】
次に、本実施形態３における複合機５００のコピー動作について説明する。本実施形態に係る複合機５００でフルカラー画像を形成する場合、まず、原稿自動搬送装置４００の原稿台４０１に原稿をセットする。又は、原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３０１上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じて押さえる。
【００４０】
その後、ユーザーがスタートスイッチ（不図示）を押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときには、原稿がコンタクトガラス３０１上に搬送される。そして、スキャナ３００が駆動して第１走行体３０２および第２走行体３０３が走行を開始する。これにより、第１走行体３０２からの光がコンタクトガラス３０１上の原稿で反射し、その反射光が第２走行体３０３のミラーで反射されて、結像レンズ３０４を通じて読取センサ３０５に案内される。このようにしいて原稿の画像情報を読み取る。
【００４１】
また、ユーザーによりスタートスイッチが押されると、モータ（不図示）が駆動し、駆動ローラである架張ローラ１２が回転駆動して中間転写ベルト５が回転駆動する。また、これと同時に、感光体ドラム１Ｙを図中矢印の方向に回転駆動しながら帯電器２Ｙで一様帯電する。その後、光書込装置１７からの光ビームＬｙを照射して感光体ドラム１Ｙ上にＹ静電潜像を形成する。このＹ静電潜像は、現像装置９Ｙにより、現像剤中のＹトナーにより現像される。現像時には、現像ローラと感光体ドラム１Ｙとの間に所定の現像バイアスが印加され、現像ローラ上のＹトナーは、感光体ドラム１Ｙ上のＹ静電潜像部分に静電吸着する。
【００４２】
このように現像されて形成されたＹトナー像は、感光体ドラム１Ｙの回転に伴い、感光体ドラム１Ｙと中間転写ベルト５とが接触する１次転写位置に搬送される。この１次転写位置において、中間転写ベルト５の裏面には、１次転写ローラ６Ｙにより所定のバイアス電圧が印加される。そして、このバイアス印加によって発生した１次転写電界により、感光体ドラム１Ｙ上のＹトナー像を中間転写ベルト５側に引き寄せ、中間転写ベルト５上に１次転写する。以下、同様にして、Ｍトナー像、Ｃトナー像、Ｂｋトナー像も、中間転写ベルト５上のＹトナー像に順次重ね合うように１次転写される。なお、２次転写後の中間転写ベルト５上に残留した転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１９により除去される。
【００４３】
また、ユーザーによりスタートスイッチが押されると、ユーザーが選択したシートＰａに応じた給紙テーブル２００の給紙ローラ２０２が回転し、給紙カセット２０１の１つからシートＰａが送り出される。送り出されたシートＰａは、分離ローラ２０３で１枚に分離して給紙路２０４に入り込み、搬送ローラ２０５により複合機本体１００内の給紙路１０１まで搬送される。このようにして搬送されたシートＰａは、レジストローラ１０２に突き当たったところで止められる。なお、給紙カセット２０１にセットされていないシートＰａを使用する場合、手差しトレイ１０５にセットされたシートＰａを給紙ローラ１０４により送り出し、分離ローラ１０８で１枚に分離した後、手差し給紙路１０３を通って搬送される。
そして、同じくレジストローラ１０２に突き当たったところで止められる。
【００４４】
中間転写ベルト５上に４色重なり合ったトナー像は、中間転写ベルト５の回転にともない、２次転写ローラ７と対向する２次転写位置に搬送される。また、レジストローラ１０２は、上述のようにして中間転写ベルト５上に形成された合成トナー像が２次転写位置に搬送されるタイミングに合わせて回転を開始し、シートＰａを２次転写位置に搬送する。この２次転写位置において、２次転写ローラ７によりシートＰａの裏面に所定のバイアス電圧が印加される。そして、このバイアス印加により発生した２次転写電界及び２次転写位置での当接圧により、中間転写ベルト５上のトナー像がシートＰａ上に一括して２次転写される。その後、トナー像が２次転写されたシートＰａは、シート搬送ベルト１５により定着装置１８に搬送されて、定着装置１８に設けられた定着ローラ対８により定着処理が行われる。
【００４５】
そして、定着処理が行われたシートＰａを、そのままの状態で排紙する場合は、排紙ローラ対１０６で排出し、排紙トレイ１０７上にスタックする。また、反転して排紙する場合は、切換爪１０９で切り換えてシート反転装置１１０に入れ、そこで反転してから排紙ローラ対１０６で排紙トレイ１０７上に排出する。そして、両面印刷を行う場合には、切換爪１０９で切り換えてシート反転装置１１０に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、シートＰａの裏面にもトナー像を２次転写した後、排紙ローラ対１０６で排紙トレイ１０７上に排出する。
【００４６】
シート反転装置１１０は、図１に示すように、主に、定着装置１８のシート搬送方向下流側に設けられた切換爪１０９、反転導入路１１１、シート反転路１２０、片面・両面切換爪１１２、及び両面搬送路１５０から構成される。切換爪１０９は、定着装置１８でトナー像が定着されたシートＰａを排紙ローラ対１０６に導くか、反転導入路１１１に導くかを切り換えるものである。また、片面・両面切換爪１１２は、反転したシートＰａを排紙ローラ対１０６に導くか、両面印刷を行うために、両面搬送路１５０に導くか切換えるものである。そして、両面搬送路１５０は、給紙路１０１に接続しており、反転したシートＰａを給紙路１０１に導く。
また、反転導入路１１１、シート反転路１２０、及び両面搬送路１５０には、それぞれ、シートＰａを搬送する紙送り装置（被移動体送り装置）としてのシート搬送装置１５１を複数配置している。
【００４７】
ここでは、画像形成装置Ｍ１に備える紙送り装置（被移動体送り装置）としてのシート搬送装置１５１として、画像形成装置の小型化や省スペース化と、低消費電力化とを両立するために、小型の画像形成装置や複合機等のシート搬送装置１５１に振動型アクチュエータである振動装置を用いる。
次に、本実施形態３の紙送り装置であるシート搬送装置１５１をシート反転装置１１０のシート反転路１２０に複数配置した例について説明する。
図８は、本実施形態３の紙送り装置であるシート搬送装置１５１の説明図であり、（ａ）が駆動ローラ１５２の回転軸１５３の軸心位置での断面説明図、（ｂ）が各ローラの配置の斜視説明図である。なお、２つの加圧コロ１５４は同一の回転軸を介して前側板１９１と後側板１９２に設けられたブラケット（不図示）とに支持され、加圧手段で駆動ローラ１５２に向け加圧されているが、周知な構成を用いることができるため、図２（ａ）では図示を省略している。
【００４８】
図９は、本実施形態３に係るシート搬送装置１５１の振動型アクチュエータ１７０（振動装置）を備えた駆動装置１６０の説明図である。ここで（ａ）が駆動ローラ１５２の回転軸１５３の軸心位置での断面説明図、（ｂ）が平面説明図である。図１０は、本実施形態３に係る振動体１７１が有した板状部材１７２の振動プロファイルの説明図である。ここで、（ａ）が図中、左右方向の振動プロファイルの説明図、（ｂ）が図中、上下方向の振動プロファイルの説明図、（ｃ）が各突起部１７３の楕円運動の説明図である。図１１は、接触部である突起部１７３が逆方向の楕円運動を行う例の振動プロファイルの説明図であり、（ａ）が図中、左右方向の振動プロファイルの説明図、（ｂ）が図中、上下方向の振動プロファイルの説明図、（ｃ）が各突起部１７３の楕円運動の説明図である。図１２は、振動体１７１が有した板状部材１７２の接触部である突起部１７３と回転体である回転体１６１が当接する際の説明図であり、（ａ）が当接させる前の各突起部１７３と回転体１６１との相対的な位置関係の説明図、（ｂ）が各突起部１７３と回転体１６１とを当接させた後の説明図である。
【００４９】
図７に示したシート反転装置１１０のシート反転路１２０に複数配置したシート搬送装置１５１には、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、シートＰａを挟持搬送する複数の搬送ローラとして、駆動ローラ１５２と、駆動ローラ１５２に向け加圧される加圧コロ１５４とを有している。なお、図８（ｂ）の斜視図は、シート反転路１２０（図７参照）における復路、つまりシート反転路１２０から両面搬送路１５０にシートＰａを搬送している状態を示している。
【００５０】
また、図８（ａ）に示すようにシート搬送装置１５１は、駆動ローラ１５２の回転軸部材である回転軸１５３を回転駆動する駆動装置１６０を有し、回転軸１５３は駆動装置１６０に設けた回転体１６１の円筒状の中空部に圧入されている。ここで、駆動装置１６０に設けた回転体１６１は、振動型アクチュエータ１７０（振動装置）により回転させられる被回転体であるとともに、駆動対象に回転駆動力を伝達する伝達部材として機能する。そして、駆動装置１６０に備えた振動型アクチュエータ１７０（振動装置）の振動体１７１が有した板状部材１７２に固定した圧電素子１７４を駆動して回転体１６１を回転させる。これにより、回転体１６１に圧入された回転軸１５３に回転駆動力を伝達して駆動ローラ１５２を回転駆動する。
【００５１】
上記のようにシート搬送装置１５１の駆動装置１６０に振動型アクチュエータ１７０（振動装置）を備えることで、一般的な磁界とコイルを用いたタイプのモータを用いたものに比べて、駆動装置１６０を小型化できるとともに、サイズ効率が高い駆動装置１６０を提供できる。
なお、振動型アクチュエータ１７０（振動装置）は、その枠体として機能するとともに、振動体１７１を支持する支持部材であるフレーム１７６の回転軸１５３軸方向の一端側が、複合機本体１００の後側板１９２に取り付けられている。また、上記したフレーム１７６は、本実施例の駆動装置１６０の枠体も兼ねている。
次に、各シート搬送装置１５１に設けた駆動装置１６０に備えた振動型アクチュエータ１７０（振動装置）について説明を追加する。
【００５２】
振動型アクチュエータ１７０は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、貫通孔部１７５が設けられた矩形の板状部材１７２と、四隅近傍、且つ、表裏対称な板状部材１７２の側壁面の箇所にそれぞれ固定された、８つの平板状の圧電素子１７４を有した振動体１７１を備えている。また、この振動体１７１（板状部材１７２）を保持する保持部材である板バネ１７８を備える。板状部材１７２の貫通孔部１７５に形成された接触部である突起部１７３を駆動装置１６０の回転体１６１に接触させている。
回転体１６１は後述のように、駆動ローラ１５２の回転軸１５３に圧入されており、回転軸１５３の左右端の一方より回転軸１５３を突き出し、回転軸１５３が回転体１６１の回転軸として機能する。
板状部材１７２の貫通孔部１７５には回転体１６１が嵌挿され、回転体１６１に複数の接触部より回転力を付与するよう構成される。
また、上記したように振動型アクチュエータ１７０の枠体として機能するとともに、板バネ１７８を介して振動体１７１を支持するフレーム１７６も備えている。ここでは板状部材１７２（振動部材）に鉄系合金であるＳＵＳ３０６を用いた。
回転体１６１は後述のように、駆動ローラ１５２の回転軸１５３が圧入され、この回転軸１５３が、回転体１６１の回転軸として機能する。
【００５３】
ここで、上記したように板状部材１７２には駆動部材である複数の圧電素子１７４が固定されており、各圧電素子１７４に交流電界を与えることで、各圧電素子１７４が励振され、その振動が板状部材１７２に伝達されることで板状部材１７２、つまり振動体１７１が励振される。この振動が板状部材１７２に伝達されて板状部材１７２、つまり振動体１７１が励振される。
ここで、板状部材１７２は弾性を有しており、圧電素子１７４の交流電界を与えて振動させることで、板状部材１７２に設けた貫通孔部１７５に形成した接触部である突起部１７３が楕円軌道の運動（以下、楕円運動という）を行う。また、本実施形態の振動型アクチュエータ１７０では、各圧電素子１７４に交流電界を与えることで、板状部材１７２（突起部１７３）に超音波領域の振動を生じさせている。特に、ここでは、鉄系合金であるＳＵＳ３０６を用いた板状部材１７２の表裏に固定した駆動部材である各圧電素子１７４に、それぞれに振動周波数が３０〜３００ＫＨｚの長波帯となる交流電圧を所定の波形発生装置（不図示）の出力周波数調整により印加した。すなわち、これにより所定の方向へ伸縮させることで圧電素子１７４を確実に励振できる（表１の実施例３参照）。
【００５４】
上記のような振動型アクチュエータ１７０をシート搬送装置１５１の駆動装置１６０に備えることで、一般的な磁界とコイルを用いたタイプのモータを用いたものに比べて、可視聴領域の動作音を低減して静かな画像形成が可能となる。
圧電素子１７４は、電界を与えることでひずみが発生する素子のことであるが、代表的なものではピエゾ素子が挙げられる。本発明では圧電素子の材質は特には限定しないが、現時点ではピエゾ素子が第１候補となり、本実施例でも圧電素子１７４としてピエゾ素子を用いている。
【００５５】
振動体１７１の板状部材１７２と圧電素子１７４とは、滑りが生じて圧電素子１７４で発生させた振動の伝達効率が低下しないように、圧電素子１７４で発生させた振動を高い効率で板状部材１７２に伝達できるように強固に接着され、固定されている。例えば、エポキシ接着剤などによって強固な接着が実現できる。
【００５６】
板状部材１７２は、超音波領域の振動を減衰させずに励振させる必要があることから金属材料が望ましく、材質としては複数の無機金属材料からなる合金で形成され、ここでは鉄系合金であるＳＵＳ３０６を用いた。これに代えて、合金からなる振動部材が銅を５０％以上含有する銅合金材料であってもよい。具体的には鉄、真ちゅう、アルミ、ジュラルミン等が挙げられるが、特性が最大化するために各種の合金を用いることになる。したがって、材料独自の弾性係数や比重を持つことから、形状に依存する固有振動数を持つことになる。ここで、固有振動数としては、共振時の振動のプロファイルや次数などから複数有することになる。
【００５７】
本実施例の振動体１７１に有した板状部材１７２の形状は、図９（ｂ）に示すように、その略中央部に貫通孔部１７５が設けられており略環状の形状となっている。この板状部材１７２の貫通孔部１７５には、板状部材１７２の厚み方向と回転軸とが平行になる姿勢で貫通孔部１７５内に配置される駆動装置１６０の回転体１６１と接触するように、２つ（複数）の接触部である突起部１７３を有している。そして、２つの突起部１７３は、回転体１６１が配置された際の、回転体１６１の中心軸位置に対して略対称となるように、貫通孔部１７５、すなわち環状形状の内側の２箇所に形成されており、突起部１７３が回転体１６１の外周面に接触するように構成している。突起部１７３の数は３個以上でも良いが、４個以上になると回転体１６１が円筒形状の場合、加工精度が低いと一部の突起部１７３の接触状態が不安定になるおそれがある。そこで、本実施例では図９（ｂ）に示すように突起部１７３を２個形成している。
【００５８】
この振動体１７１に有した板状部材１７２の形状においては、上記したように多くの共振時の振動プロファイル（振動設定情報を集約したもの）を持ち、それぞれの共振モードに対応した固有振動数を持つことになる。例えば、図１０（ａ）、（ｂ）に示すような振動プロファイル等があり、それぞれの共振振動を発生させるための固有の周波数を有する。図１０（ａ）の例では回転体１６１に接する各突起部１７３は、図中、左右方向に振動し、図１０（ｂ）の例では、図中、上下方向に振動している。これらの振動が同時に発生した場合、各突起部１７３には２成分の振動が与えられるため、図１０（ｃ）に示すように、楕円運動を生じさせることが可能になる。
【００５９】
すなわち、本実施形態の振動型アクチュエータ１７０は、共振時の振動プロファイルの合成により得られた楕円運動によって、駆動装置１６０の回転体１６１を回転させる共振合成タイプの振動型アクチュエータである。このように駆動装置１６０に設ける振動型アクチュエータを、共振合成タイプの振動型アクチュエータ１７０とすることで、進行波タイプのものよりも回転体を回転させる速度を速くできる。
【００６０】
２つの異なる共振振動を同時に発生させるためには、各共振固有の共振周波数が近い値であれば良い。共振は、共振周波数において振幅がピーク値を示すが、バンド幅を持っており、多少、共振周波数からずれた周波数においてもその共振の振動プロファイルの動きを示す。したがって、近い周波数帯に２つの共振の共振周波数があれば、その周波数近傍において２つの異なる共振振動が同時発生する。よって楕円運動を生じさせることができる。
振動体１７１が有する板状部材１７２の共振周波数は、弾性を有した板状部材１７２の形状を変化させることにより変化するので、板状部材１７２の形状を上手く設計することにより、２つの共振の共振周波数を近い周波数帯に持ってくることが可能である。
【００６１】
共振振動を同時に発生させる際、駆動装置１６０の回転体１６１に接する２箇所の突起部１７３の楕円運動の方向は、同じ方向であることが望ましい。さもなければ、２箇所の突起部１７３で回転体１６１を回転させる方向が逆になってしまい、著しく回転体１６１への駆動力伝達効率が低下するからである。そして、２箇所（複数）の突起部１７３が、いずれも（全て）同一方向の楕円軌跡の運動を行っているので、各突起部１７３の楕円運動が互いに干渉することなく強めあうことができる。したがって、振動体１７１の振動エネルギーを無駄なく回転体１６１へ伝達して、非常に効率の高い駆動装置１６０を得ることが可能になる。
２箇所の突起部１７３の楕円運動の方向が同じ方向になるようにするには、利用する共振の振動プロファイルを選択しなければならない。
【００６２】
例えば、図１１（ａ）に示すように各突起部１７３が図中、左右方向において同じ方向に同期して移動する振動プロファイルと、図１１（ｂ）に示すように各突起部１７３が図中、上下方向において接触・離間するように移動する振動プロファイルとを同時発生させる。
このような２つの振動プロファイルを同時発生させた場合には、各突起部１７３の楕円運動の方向が、図１１（ｃ）に示すように逆方向となってしまうため、図１１（ａ）、（ｂ）に示すような振動プロファイルを組み合わせる選択をしてはならない。
そこで、本実施形態の振動型アクチュエータ１７０では、図１０（ａ）、（ｂ）に示すような振動プロファイルを組み合わせる選択をしている。具体的には、図１０（ａ）に示すように各突起部１７３が図中、左右方向において逆方向に同期して移動する振動プロファイルと、図１０（ｂ）に示すように各突起部１７３が図中、上下方向において接触・離間するように移動する振動プロファイルとを同時発生させる。このような２つのプロファイルを同時発生させることで、各突起部１７３の楕円運動の方向が、図１０（ｃ）に示すように同じ方向とすることができる。
【００６３】
また、駆動装置１６０の回転体１６１に接する２箇所の突起部１７３の楕円運動の方向は、同じ方向であると同時に、位相も同じであることが望ましい。すなわち、振動体１７１に有した板状部材１７２の２つの突起部１７３の楕円軌跡の運動は、回転体１６１の回転軸を対称軸として軸対称となる位相で運動を行っていることが望ましい。このように構成することで、回転体１６１に対して楕円運動による押し付けのタイミングを同じにして、各突起部１７３による回転体１６１の押し付け動作を確実に行うことができ、回転体１６１への駆動力の伝達効率を高めることができる。
【００６４】
もし、各突起部１７３による回転体１６１の押し付け動作のタイミングがずれていると、一方の突起部１７３が回転体１６１へ押し付けしているタイミングで、他方の突起部１７３が回転体１６１から退避することになってしまう。このように一方の突起部１７３が回転体１６１へ押し付けしているタイミングで他方の突起部１７３が回転体１６１から退避すると、全体として、押し付けと退避の動作が互いに緩和されてしまい、結果として回転体１６１への駆動力の伝達効率が低下してしまう。
【００６５】
上記したような効率的な２つの突起部１７３の動きを確実に行うためには、振動体１７１に有した板状部材１７２の形状を回転体１６１の回転軸を対称軸として軸対称な形状とすることが望ましい。もちろん、本発明の範囲は、これに限らないが、設計や構成の容易さからも軸対称な形状の板状部材１７２であることが望ましい。
そこで、本実施形態の振動型アクチュエータ１７０では、２つの突起部１７３を駆動装置１６０の回転体１６１の回転軸を対称軸として軸対称な位置になるように配置し、回転体１６１が２つの突起部１７３から軸対称な力を受けるように構成している。すなわち、振動体１７１と回転体１６１との間の圧力が、対向するように軸対称に配置された突起部１７３において互いに逆向きに作用するように構成した。
【００６６】
ここで、従来技術では、振動体の片側を回転体に押圧し、振動体の楕円運動を回転体に伝えている。通常、振動体の共振において、振幅が最大になる箇所は１箇所だけではなく、複数個所になる。したがって、回転体に接していない部分でも、振幅の大きな楕円運動は発生している。そして、回転体に接していない部分の振幅の大きな楕円運動は、回転体の駆動に使われず、振動体の減衰係数に従って熱に変換されていくことになる。
【００６７】
これに対して、本実施形態の振動型アクチュエータ１７０では、２つの突起部１７３（発明の範囲は３つ以上の場合も含む）で回転体１６１を回転させている。このため、少なくとも従来構成よりも、振動体１７１の弾性を有した板状部材１７２の振動を効率よく回転体１６１に伝えることができ、結果として発熱も少なくできる。
【００６８】
ここで、図９に示した振動体１７１に有した板状部材１７２の形状は、一例であり、図９に示した形状に限定されるものではなく、次の条件を満たせば、どのような形状であってもかまわない。板状部材１７２の中央部に貫通孔部１７５が設けられていて、貫通孔部１７５に形成した接触部である突起部１７３で回転体１６１と接しているという条件を満たし、且つ、これまで述べてきた要件を満たしているという条件である。
次に、駆動装置１６０の回転体１６１について説明する。
【００６９】
上記したように、駆動装置１６０の回転体１６１は、振動体１７１の弾性を有した板状部材１７２に設けられた２箇所の突起部１７３に接触しており、この２箇所の突起部１７３の楕円運動により回転運動が与えられるものである。材質としては特に限定しないが、板状部材１７２の２箇所の突起部１７３の楕円運動により回転運動が与えられるため、磨耗し難いステンレス等の金属を用いることが好ましい。
また、本実施形態の回転体１６１は、上記したように回転軸部が中空になっており、この中空部にシート搬送装置１５１が有した駆動ローラ１５２の回転軸部材である回転軸１５３が圧入され、この回転軸１５３が、回転体１６１の回転軸として機能する。
本発明は、回転体の回転軸部が中空になっているものに限定されるものではないが、本実施例の振動型アクチュエータ１７０のように、回転体１６１の回転軸部が中空になっていることで、以下のメリットがある。
【００７０】
一般的なシート搬送装置の駆動装置では、駆動対象である駆動ローラ等の回転軸等、軸を駆動するケースが多く、通常のモータは出力軸を持っており、出力軸と駆動ローラ等の軸とを接続するためには、ギア、プーリ、カップリング手段などが必要となる。
一方、本実施例の駆動装置１６０のように、回転体１６１の回転軸部を中空としておけば、上記したように中空部に直接、駆動対象である駆動ローラ１５２の回転軸１５３を嵌め合わせる（圧入する）ことで、非常にシンプルな駆動伝達が可能になる。嵌め合わせの方法としては、本実施例のように圧入したり、キーやＤカットによる係合など様々な方法がある。
【００７１】
このように構成することで、駆動対象物である駆動ローラ１５２の回転軸１５３との接続を、ギア、プーリ、カップリング手段等を介することなく行うことが可能になり、シート搬送装置１５１をシンプル且つ安価に構成することが可能となる。また、部品点数の削減のみならず、配置スペースも削減することができ、超小型のシート搬送装置の実現が可能になる。
【００７２】
また、図９（ａ）に示すように、回転体１６１の振動体１７１が有した板状部材１７２に設けた突起部１７３と接触する部分の近辺は、回転体１６１の回転軸を軸心として円錐の側面のようなテーパ形状を有している。そして、図１２（ａ）の破線部分に示すように、回転体１６１を板状部材１７２の貫通孔部１７５の内側に配置する前の、回転体１６１と板状部材１７２とが接触する位置での回転体１６１の外径は、板状部材１７２の突起部１７３に干渉する大きさとなっている。すなわち、回転体１６１が板状部材１７２の貫通孔部１７５の内側に配置される際には、図１２（ｂ）に示すように、切り抜き部を押し広げるようにして配置されることとなる。
【００７３】
したがって、図１２（ｂ）に示した矢印方向に、振動体１７１の弾性を有した板状部材１７２の弾性変形分だけ、板状部材１７２からの加圧力が回転体１６１に働き、板状部材１７２の各突起部１７３と回転体１６１との間に、それぞれ圧力が生じることになる。
なお、回転体１６１にテーパ形状を設けている。このため、板状部材１７２の各突起部１７３の形状が加工誤差等を含んでいた場合でも、組み付け時に振動体１７１と回転体１６１との回転軸１５３軸方向の相対位置を調整して、板状部材１７２の各突起部１７３と回転体１６１との間の圧力を所望の値にできる。
【００７４】
振動体１７１の楕円運動、つまり、振動体１７１に有した板状部材１７２の突起部１７３の楕円運動の動力を回転体１６１に効率よく伝えるためには、各突起部１７３と回転体１６１との間に適切な圧力を与える必要がある。これは、突起部１７３の楕円運動の動力を回転体に効率よく伝えるためには、突起部１７３と回転体１６１との間に適切な圧力を与えて、突起部１７３と回転体１６１との間に摩擦力を発生させる必要があるためである。このように圧力を与えることで摩擦力が発生し駆動力を伝達できる一方、圧力を与えすぎると楕円運動の負の方向の動きまで回転体１６１に伝達されてしまい、回転体１６１の速度が低下してしまう。
したがって、回転体１６１と振動体１７１に有した板状部材１７２の各突起部１７３との、図６（ａ）に破線部分で示した干渉しろは、正確に管理される必要があるものの、次のような効果を奏することができる。
【００７５】
弾性を有した板状部材１７２に設けた貫通孔部１７５に有した複数の接触部である突起部１７３に作用する、板状部材１７２の弾性変形による弾性力で、板状部材１７２の各突起部１７３（振動体１７１）と回転体１６１との間に圧力を生じさせることができる。すなわち、板状部材１７２の弾性変形による弾性力で各突起部１７３を回転体１６１の回転軸に向け加圧して、圧電素子１７４と圧電素子１７４が固定された板状部材１７２とを有した振動体１７１と回転体１６１との間に所定の圧力を生じさせることができる。
したがって、従来技術のように圧縮バネや支持部材に設けた長孔等の複数の構成部材から構成される複雑なスプリング機構等を設ける必要がなく、振動体１７１と回転体１６１との間に圧力を生じさせる構成を、シンプル且つ安価な構成にできる。
【００７６】
また、振動体１７１の複数の突起部１７３の楕円軌跡の運動は、回転体１６１の回転軸とを対称軸として軸対称となる位相で運動を行うように構成している。このように構成することで、複数の突起部１７３による回転体１６１の押し付け動作を確実に行うことができ、回転体１６１への駆動力の伝達効率を高めることができる。
【００７７】
さらに、振動体１７１と回転体１６１との間の圧力は、対向するように配置された突起部１７３において互いに逆向きに作用するため、圧力（加圧力）が作用するのは振動体１７１と回転体１６１だけとなり、外部には一切の反力が働かない。このため、ストレスのない振動体１７１の保持が可能となり、駆動装置である振動型アクチュエータ１７０の耐久性や安定性をより高めることができる。すなわち、複数の接触部を、回転体の回転軸に対して軸対称となるように配置し、振動体と回転体との間の圧力を各接触部が回転体の回転軸を介して対向する方向で打ち消すことで、駆動装置の耐久性や安定性をより高めることができる。
よって、振動体と回転体との間の圧力を与えることによるストレスを、振動体と回転体以外の部品に与えず、耐久性や安定性をより高めることができる駆動装置を提供できる。
【００７８】
また、本実施例の振動型アクチュエータ１７０では、振動体１７１（板状部材１７２）と支持部材であるフレーム１７６との接続は、上記したように保持部材である板バネ１７８を介して行われる。保持部材は、本実施例の振動型アクチュエータ１７０のように板バネに限定されるものではないが、適度な弾性力を持った部材が好ましく、少なくとも弾性を有した振動体１７１よりも剛性の低い部材で構成する。これは、振動体１７１に生じた
振動をフレーム１７６に伝えず、且つ、フレーム１７６の剛性が振動体１７１の振動に影響を与えないようにするために、振動体１７１とフレーム１７６とを剛性的に分離（アイソレート）するためである。且つ、振動体１７１が所定の範囲を越えて回転しないように、きちんと保持するためである。
ここで、振動体１７１に有した板状部材１７２の共振時の振動プロファイルは決まったものを用いるので、振幅の少ない部位は決まっており、振動体１７１に有した板状部材１７２の振幅の少ない部位を保持部材である板バネ１７８で保持することが望ましい。
【００７９】
上記したように、少なくとも弾性を有した板状部材１７２よりも剛性の低い保持部材である板バネ１７８を介して、振動体１７１に有した板状部材１７２を支持部材であるフレーム１７６で支持することで、次のような効果を奏することができる。板状部材１７２の貫通孔部１７５に設けた各突起部１７３では、圧電素子１７４の駆動により、全て同一方向の楕円運動を行う。このように各突起部１７３が楕円運動を行う板状部材１７２を、剛性の高い保持部材を介してフレーム１７６で支持すると、回転体１６１からの反力で板状部材１７２が回転体１６１とは逆方向に回転してしまう場合がある。一方、板状部材１７２よりも剛性の低い板バネ１７８を介してフレーム１７６で板状部材１７２を支持することで、回転体１６１からの反力の影響を抑制して板状部材１７２が回転体１６１とは逆方向に回転してしまうのを防止することができる。
したがって、振動体１７１の振動エネルギーを無駄なく回転体１６１へ伝達しでき、エネルギー伝達効率の高い駆動装置を提供することが可能になる。
【００８０】
上述のように、実施形態３に係るシート搬送装置１５１の振動型アクチュエータ１７０（振動装置）は、取付け（貼付）た圧電素子により励振されて振動する振動部材が回転体１６１側の駆動ローラに回転力を伝達する手段がシンプル、かつ、安価に構成でき、回転させる回転体への制約が少ないという効果を有する紙送り装置（振動型アクチュエーター）を提供できる。
【００８１】
更に、本実施形態３のシート搬送装置１５１では、組み付け時に振動体１７１と回転体１６１との間の圧力を所定の値に設定するために、駆動装置１６０の回転体１６１に形成したテーパ形状を利用することとした。
すなわち、板状部材１７２の貫通孔部１７５に接触部である複数の突起部１７３が設けられており、複数の接触部と接触する回転体１６１の外周面は、その回転軸の方向に対して傾斜したテーパ形状を有している。
更に、振動体１７１と回転体１６１との相対位置を、組み付け後でも調整できる手段を設けて、振動体１７１（板状部材１７２の突起部１７３）と回転体１６１との間の圧力を回復させるように構成することとした。
具体的には、図１４，１５に示すように、駆動装置１６０の回転体１６１を、その回転軸方向、すなわち、シート搬送装置１５１の回転軸１５３の軸心方向の位置を組み付け後に調整（微調整）する位置調整手段１８０を設けた。
【００８２】
位置調整手段１８０は、図１４に示すように回転体１６１の後側板１９２側に、回転体１６１と接続部（不図示）で回転自在に接続された、ドーナツ状の孔が形成された円板状の位置調整部材１８１を設けている。この位置調整部材１８１は、形成された孔を貫通するシート搬送装置１５１の回転軸１５３の軸心（回転体１６１の回転軸）を、軸心とした螺旋状の雄形状のネジ山が外周部に形成されている。一方、駆動装置１６０の枠体を兼ねるフレーム１７６の後側板１９２側には、上記した位置調整部材１８１の外周部に形成された雄形状のネジ山と螺合する雌形状のネジ山が形成されたボス部を有する円板部１８２が設けられている。
そして、位置調整部材１８１をフレーム１７６に設けた円板部１８２、つまりフレーム１７６に対して、例えばシート搬送装置１５１の回転軸１５３の軸心を中心とした正方向に回転させることで、回転体１６１及び回転軸１５３を前側板１９１側へ移動させる。逆に、シート搬送装置１５１の回転軸１５３の軸心を中心とした正方向に回転させることで、フレーム１７６に対して回転体１６１及び回転軸１５３を後側板１９２側へ移動させる。
【００８３】
上記のように位置調整手段１８０を構成することで、組み付け後の、振動型アクチュエータ１７０のフレーム１７６に対する、駆動装置１６０の回転体１６１の回転軸方向の調整が可能となる。そして、図１３（ｂ）に示すように振動型アクチュエータ１７０の板状部材１７２に設けた各突起部１７３と回転体１６１の少なくとも一方が磨耗して、板状部材１７２（振動体１７１）と回転体１６１との間の圧力が低下した場合、次のようにして圧力を回復させる。
圧力が低下した図１６（ａ）の状態から、図１６（ｂ）に示すように位置調整手段１８０の位置調整部材１８１を正方向に回転させ、回転体１６１を前側板１９１側へ移動させて、各突起部１７３と回転体１６１のテーパ形状の径が大きな部分とを接触させる。このように接触させることで、図１６（ｂ）に示すように弾性を有した板状部材１７２は上下方向に広がるように弾性変形し、図１６（ｃ）に示すように弾性変形に応じた弾性力が回転体１６１の回転軸方向に作用して、所望の圧力まで回復させることができる。
【００８４】
したがって、板状部材１７２と回転体１６１の少なくとも一方に経時での磨耗が発生しても、板状部材１７２の各突起部１７３と回転体１６１との間の圧力を回復させることができる。このように回復させることで、駆動装置１６０の回転体１６１からシート搬送装置１５１の回転軸１５３に伝達する回転駆動力の出力特性を維持することができる。
また、板状部材１７２と回転体１６１との表面硬度が同程度の場合、板状部材１７２は常に同じ突起部１７３で回転体１６１に接しているので、板状部材１７２のほうが磨耗が早いと考えられるため、上記したような構成が有効であるといえる。
【００８５】
逆に、回転体１６１の表面硬度に対して板状部材１７２の表面硬度の方が著しく高い場合、板状部材１７２はほとんど磨耗せず、回転体１６１の磨耗が進むことになる。このような場合は、回転体１６１をテーパ形状とせず、単純な円筒形状にすると良い。
【００８６】
上述のところで、画像形成装置Ｍ１は紙送り装置（被移動体送り装置）としてのシート搬送装置１５１をシート反転路１２０、両面搬送路１５０に設けたとして説明したが、画像形成装置Ｍ１内のその他の搬送路のシート搬送装置１５１として構成してもよい。この場合も実施形態３と同様の作用効果が得られる。更に、画像形成装置Ｍ１に代えてインクジェットプリンタやファクシミリ装置等の各シート搬送路におけるシート搬送装置として構成してもよく、この場合も実施形態３と同様の作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００８７】
１１１    反転導入路
１２０    シート反転路
１５０    両面搬送路
１５１    シート搬送装置（紙送り装置：被移動体送り装置）
１６１    回転体
１７１    振動体
１７２    板状部材
１７３    接触部である突起部
１７５    貫通孔
５０１    振動部材（振動装置の要部）
５０２    任意波形発生器
５０４    駆動部材（圧電素子）
６０２    駆動ローラ
Ａ１    振動装置
Ｍ１    画像形成装置
Ｐａ    シート
Ｓ１    共振特性測定装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８８】
【特許文献１】特開平０２−２２８２６６号公報
【特許文献２】特開平０３−２５６５７７号公報
【特許文献３】特開平０７−１６８２４５号公報
【特許文献４】特開平０７−１６３１２６号公報
【特許文献５】特開平０７−２１３０７９号公報
【特許文献６】特許第３５２４２４８号公報
【図１】
2015023732.tif 000004
【図２】
2015023732.tif 000005
【図３】
2015023732.tif 000006
【図４】
2015023732.tif 000007
【図５】
2015023732.tif 000008
【図６】
2015023732.tif 000009
【図７】
2015023732.tif 000010
【図８】
2015023732.tif 000011
【図９】
2015023732.tif 000012
【図１０】
2015023732.tif 000013
【図１１】
2015023732.tif 000014
【図１２】
2015023732.tif 000015
【図１３】
2015023732.tif 000016
【図１４】
2015023732.tif 000017
【図１５】
2015023732.tif 000018
【図１６】
2015023732.tif 000019
【図１７】
2015023732.tif 000020
【図１８】
2015023732.tif 000021