(57)【要約】【課題】進行性振動波のむらに起因する弾性体の摩擦材の偏摩耗を防止して振動波モータの長寿命化を図る。【解決手段】電気−機械エネルギー変換素子（圧電素子１０５）を構成する分割され分極された複数の素子に対し、互いに位相の異なる複数の周波電圧をそれぞれ個別に印加する。【選択図】      図１
2004187477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子に交流信号を印加することで振動体を励振させ駆動力を得るようにした振動波モータにおいて、
前記電気−機械エネルギー変換素子を構成する分割され分極された複数の素子に対し、互いに位相の異なる複数の周波電圧をそれぞれ個別に印加することを特徴とする振動波モータ。
【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流信号を印加することで振動体を励振させ駆動力を得るようにした振動波モータに関し、特に、例えば、プリンタ装置、複写装置、ファクシミリ装置等の画像形成装置に搭載された振動波モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動波モータは、金属製の例えば円環形状に形成された弾性体の片面に圧電素子を接着剤により接着し、該圧電素子に形成された駆動用の圧電素子群に夫々位相の異なる交流電圧を印加することにより、弾性体上に位相の異なる定在波を励起し、これらの定在波の合成によって、屈曲振動である進行性振動波を形成する。一方、弾性体の他面側には、例えば円環形状の部材がバネ等の加圧手段を介して加圧され、該弾性体に形成される進行性振動波による摩擦駆動により、該部材を移動させ、あるいは該弾性体を移動させていた。
【０００３】
この振動波モータは回転精度が良好で、過渡的負荷変動に強い性質を持っており、色ズレ・ピッチムラ、紙送りショックに有利であることから、現在、複写装置等の画像形成装置の感光体ドラムや転写ベルトの駆動用に用いられつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、感光体ドラムや転写ベルトの駆動用に用いられる従来の振動波モータでは、圧電素子群に夫々位相の異なる交流電圧を印加し、これによって弾性体上に励起される位相の異なる定在波に基づき進行性振動波を形成し、弾性体の他面側に加圧される部材を移動させ、あるいは該弾性体を移動（回転）させるようにしている。
【０００５】
しかしながら、上記従来の振動波モータでは、弾性体と該弾性体の他面側に加圧される部材との間の摩擦による温度上昇、圧電素子群を形成する圧電素子のパターンずれ等の機械的誤差、圧電素子群の特性のばらつき、該圧電素子群に印加される夫々位相の異なる交流電圧を生成するドライバ回路内のトランス等の特性のばらつき等により、進行性振動波にむらができる。そのため、部材が摩擦接触する弾性体の他面側に設けられた摩擦材が偏摩耗し、これが振動波モータの寿命を縮める原因の１つとなっていた。
【０００６】
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、進行性振動波のむらに起因する弾性体の摩擦材の偏摩耗を防止してその長寿命化を図った振動波モータを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、電気−機械エネルギー変換素子に交流信号を印加することで振動体を励振させ駆動力を得るようにした振動波モータにおいて、前記電気−機械エネルギー変換素子を構成する分割され分極された複数の素子に対し、互いに位相の異なる複数の周波電圧をそれぞれ個別に印加することを特徴とする振動波モータが提供される。
【０００８】
【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。
【０００９】
図３は、本発明に係る振動波モータが搭載されたデジタルカラー複写機の概略構成を示す横断面図である。図３の上部にリーダ部、下部にプリンタ部が配置されている。
【００１０】
＜リーダ部の構成＞
図３において１０１はＣＣＤ、３１１はＣＣＤ１０１が実装された配線基板、３１２は画像処理部が実装された配線基板、３０１は原稿台ガラス、３０２は原稿給紙装置（ＤＦ）、３０３及び３０４は原稿を照明する光源（ハロゲンランプ又は蛍光灯）、３０５及び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又は投影光を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はインタフェイス（Ｉ／Ｆ）部である。インタフェイス部３１３は、様々なアナログ／デジタル画像とのインタフェイスを実現するインテリジェント・プロセッシング・ユニット（ＩＰＵ）とのインタフェイスを行う。なお、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し、これによって、原稿の全面を走査（副走査）する。
【００１１】
＜プリンタ部の構成＞
図３において、３１７はＹ画像形成部、３１８はＭ画像形成部、３１９はＣ画像形成部、３２０はＫ画像形成部であり、それぞれの構成は同一なので、代表してＹ画像形成部３１７を詳細に説明し、他の画像形成部の説明は省略する。
【００１２】
Ｙ画像形成部３１７において、３４２は感光ドラムであり、振動波モータ３５７により駆動される。感光ドラム３４２には、ＬＥＤアレイ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は現像器であり、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３５３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。なお、本実施の形態の複写機では転写効率がよいため、クリーナ部が配置されていないが、クリーナ部が装着される構成もあり得る。
【００１３】
次に、記録紙などの上へ画像を形成する手順を説明する。
【００１４】
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枚ずつ給紙され、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、振動波モータ３６１により駆動される。この転写ベルトローラ３４８は、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上の記録紙等の先端を検知する。なお、紙先端センサ３４７の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も用いられる。
【００１５】
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ＹＭＣＫ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、記録紙等が転写ベルト３３３から分離する際の剥離放電による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３５２で帯電された後、定着器３３４でトナー画像が熱定着される。そして排紙トレー３３５に排紙される。
【００１６】
＜振動波モータの構成＞
次に振動波モータ３５７〜３６０及び振動波モータ３６１について説明する。
【００１７】
図１は、振動波モータの構造を示す横断面図である。
【００１８】
図中、ハウジングベース１０９上に、リング状の金属等からなる弾性体１０４が接着又はネジにより固定されており、弾性体１０４の一方の端面には、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子１０５が接着剤により接着されている。圧電素子１０５の両端面には電極が配置され、分極処理が施されている。弾性体１０４の他方の端面には、樹脂、金属、セラミック等からなるスライダ材１０３が貼り合わされ、圧電素子１０５に駆動信号が印加されることで、スライダ材１０３の表面に進行波が発生する。なお、弾性体１０４、圧電素子１０５及びスライダ材１０３が振動波モータのステータを構成する。
【００１９】
弾性体１０４における圧電素子１０５の接着側と反対の側の面には、フレキシブル電極１０６が固定されている。フレキシブル電極１０６は、モータドライバからの駆動信号を圧電素子１０５に印加したり、圧電素子１０５に設けられた、弾性体１０４の振動状態を検知するためのセンサからの信号を取り出したりすることに使用される。
【００２０】
スライダ材１０３の表面には、ロータ（移動体）１０２が、防振ゴム１１２及び加圧ゴム１１０を介して弾性体１０４と同軸にて接触されており、ロータ１０２には、加圧バネ１１１によってスライダ材１０３への圧接力が付与されている。なお加圧バネ１１１の内径部は、シャフト１０１に締まり嵌合したディスクフランジ１１３に固定されている。シャフト１０１は、ハウジングベース１０９に外輪が固定された軸受１０７、１１４によって回転自在に支持されており、軸受１０７の内輪に止め輪１１５を係合させて、加圧バネ１１１の加圧反力による軸方向の移動を阻止している。
【００２１】
このように駆動部分が構成され振動型モータでは、図示しないモータドライバから圧電素子１０５に駆動信号が入力されると、弾性体１０４に進行性振動が励起され、スライダ材１０３の表面には進行波が発生する。ロータ１０２はこの進行波とは逆の向きに摩擦力を受けて回転し、この回転力がシャフト１０１を介して外部に伝達される。
【００２２】
図２は圧電素子１０５の電極パターンを示す図である。
【００２３】
分極処理された圧電素子１０５は、図２に示すように、各圧電素子２０３〜２０８から構成され、弾性体１０４の端面にそれぞれ配置されて接合される。なお、圧電素子２０３〜２０８における分極領域の分極状態を（＋）、（−）で示している。なおまた２０１はセンサ用圧電素子であり、励起される振動モードの１／４波長（λ）の長さに形成され、圧電素子２０３の分極領域の分極状態と同様に構成されている。また２０２は空き電極である。センサ用圧電素子２０１と空き電極２０２との間にはそれぞれ、波長（λ）のパターン幅のＡ相駆動用圧電素子２０３〜２０５と、Ｂ相駆動用圧電素子２０６〜２０８とが配置される。
【００２４】
これらのＡ相駆動用圧電素子２０３〜２０５とＢ相駆動用圧電素子２０６〜２０８とに対して電位を与えることで各分極領域は交互に伸縮を行い、適当な周波数の交流電圧を与えることで振動が励起される。そして、これらのＡ相駆動用圧電素子２０３〜２０５とＢ相駆動用圧電素子２０６〜２０８とに印加する交流電圧に適当な位相差（本実施の形態ではλ／４の位相差）を与えることで、両相の定在波の合成により弾性体１０４に進行波が形成され、周方向に節、腹の位置が移動する進行波が発生する。このときロータ（移動体）１０２と接触している位置では、波の進行方向と逆方向に楕円状の軌跡を描き、その結果、ロータ１０２が弾性体１０４との摩擦力で波の進行方向とは逆方向に移動する。
【００２５】
図４は、圧電素子に給電するためのフレキシブル電極で、従来のパターン形状を持つフレキシブル電極を示す図である。
【００２６】
このフレキシブル電極は、ベースフィルムと、ポリイミドからなるカバーフィルムと、圧延銅箔からなる電極部とで構成され、ＡＢ２相の駆動信号を各圧電素子に送るものである。
【００２７】
図中４０１はセンサ用圧電素子用のパターンであり、４０４はハウジングベースを筐体グラウンドとするＧＮＤパターンである。そして４０２がＡ相駆動用圧電素子に交流電圧を印加するパターン、４０３がＢ相駆動用圧電素子に交流電圧を印加するパターンである。
【００２８】
この従来のフレキシブル電極を用いた場合、ステータとロータとの間の摩擦による温度上昇、圧電素子群と接触する電極パターンの位置ずれ等の機械的誤差、圧電素子群の特性のばらつき、圧電素子群に印加する交流電圧を生成するドライバ回路内のトランス等の特性のばらつき等に起因して、ステータと接合する弾性体の摩擦材が偏摩耗することがあった。
【００２９】
そこで本発明では、複数の圧電素子に対して、互いに位相の異なる同数の周波電圧をそれぞれ印加する、図５に示すようなフレキシブル電極を考案した。
【００３０】
図５は、圧電素子給電用の本発明に係るフレキシブル電極を示す図である。このフレキシブル電極は、１２相の駆動信号を圧電素子に給電する。
【００３１】
図中５０１は、図４のパターン４０１と同様のセンサ用圧電素子２０１用のパターンであり、５１４は、図４のパターン４０４と同様の、ハウジングベース１０９を筐体グラウンドとするＧＮＤパターンである。５０８、５１０、５１２はそれぞれ同位相でＡ相駆動信号が印加されるパターンであり、５０９、５１１、５１３はそれぞれ同位相で、前述のＡ相駆動信号とλ／２の位相差のあるＡ＊相駆動信号が印加されるパターンである。同様に５０２、５０４、５０６はそれぞれ同位相でＢ相駆動信号が印加されるパターンであり、５０３、５０５、５０７はそれぞれ同位相で、前述のＢ相駆動信号とλ／２の位相差のあるＢ＊相駆動信号が印加されるパターンである。なお、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号との間の位相差はλ／４である。
【００３２】
これらの１２相の駆動信号を各圧電素子２０３〜２０８に対してそれぞれ印加することで、ステータとロータ１０２との間の摩擦による温度上昇、圧電素子群と接触する電極パターンの位置ずれ等の機械的誤差、圧電素子群の特性のばらつき、圧電素子群に印加する交流電圧を生成するドライバ回路内のトランス等の特性のばらつき等に影響されない進行性振動波を生成することが可能となる。
【００３３】
なお、図５に示すフレキシブル電極によれば、各圧電素子２０３〜２０８の（＋）（−）に分極された領域に対して、それぞれ個別の周波電圧が合計１２相、印加されるが、これに代わって、パターン幅λの圧電素子１個に対して１つの周波電圧を印加し、合計６相の周波電圧を各圧電素子２０３〜２０８に印加する構成であってもよい。
【００３４】
図６は、上記の振動波モータに駆動信号を供給する駆動回路の構成を示す回路図である。
【００３５】
駆動回路は、制御回路６０１と１２個のドライバ回路とから構成される。ここでは、主に制御回路６０１とドライバ回路６０２とを説明する。
【００３６】
制御回路６０１は、所定の位相差をもった駆動パルスをドライバ回路６０２に出力する。ドライバ回路６０２では、これらの駆動パルスに基づきＦＥＴＱ１、Ｑ２がオンオフし、これによってトランスＴ１の１次側に印加される２４Ｖの直流電圧をスイッチングし、この結果、トランスＴ１の２次側から交流電圧が発生され、これが圧電素子１０５に印加される。
【００３７】
制御回路６０１から１２個のドライバ回路の各々に出力される駆動パルスを適切に設定することで、各ドライバ回路からは、上記の１２相の周波電圧が出力される。すなわち、振動波モータでは、エンコーダ（図示せず）によって回転速度を検出し、制御回路６０１にて、検出された回転速度と目標回転速度との速度差に対して比例積分制御または２重積分制御を行い、得られた値に従って駆動パルスを出力するが、この駆動パルスを１２個のドライバ回路ごとに設定する。なお、Ａ相、Ａ＊相、Ｂ相、Ｂ＊相の各駆動信号に対応した４種類の駆動パルスでもよい。
【００３８】
なお、ドライバ回路は、図６に示すようなプッシュプル型回路の代わりに、Ｈブリッジ型等の回路を用いてもよい。
【００３９】
なおまた、上記の実施の形態では、振動波モータが搭載されたデジタルカラー複写機を例に挙げて説明したが、本発明は、振動波モータにより感光体や転写体を駆動するタイプの全ての画像形成装置に適用することが可能である。
【００４０】
以上のように、本発明の一実施の形態を示し説明したが、以下に本発明の実施態様の例を列挙する。
【００４１】
〔実施態様１〕  電気−機械エネルギー変換素子に交流信号を印加することで振動体を励振させ駆動力を得るようにした振動波モータにおいて、
前記電気−機械エネルギー変換素子を構成する分割され分極された複数の素子に対し、互いに位相の異なる複数の周波電圧をそれぞれ個別に印加することを特徴とする振動波モータ。
【００４２】
〔実施態様２〕  前記複数の素子に個別に接着された複数の電極材と、
前記複数の周波電圧を生成し、前記複数の電極材にそれぞれ印加するドライバ回路と、
前記ドライバ回路を駆動する駆動信号を発生する制御回路と
を有することを特徴とする実施態様１記載の振動波モータ。
【００４３】
〔実施態様３〕  静電潜像が形成される感光体と記録媒体にトナー像を静電的に転写する転写体とを備えた画像形成装置における前記感光体および前記転写体をそれぞれ駆動することを特徴とする実施態様１記載の振動波モータ。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、電気−機械エネルギー変換素子を構成する分割され分極された複数の素子に対し、互いに位相の異なる複数の周波電圧をそれぞれ個別に印加する。
【００４５】
これにより、ステータとロータとの間の摩擦による温度上昇、圧電素子群と接触する電極パターンの位置ずれ等の機械的誤差、圧電素子群の特性のばらつき、圧電素子群に印加する交流電圧を生成するドライバ回路内のトランス等の特性のばらつき等に影響されない進行性振動波を生成することが可能となる。
【００４６】
したがって、振動波モータの寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動波モータの構造を示す横断面図である。
【図２】圧電素子の電極パターンを示す図である。
【図３】本発明に係る振動波モータが搭載されたデジタルカラー複写機の概略構成を示す横断面図である。
【図４】圧電素子に給電するためのフレキシブル電極で、従来のパターン形状を持つフレキシブル電極を示す図である。
【図５】圧電素子給電用の本発明に係るフレキシブル電極を示す図である。
【図６】振動波モータに駆動信号を供給する本発明に係る駆動回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０１  シャフト
１０２  ロータ（移動体）
１０３  スライダ材
１０４  弾性体
１０５  圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）
１０６  フレキシブル電極
１０７  軸受
１０９  ハウジングベース
１１０  加圧ゴム
１１１  加圧バネ
１１２  防振ゴム
１１３  ディスクフランジ
１１４  軸受
１１５  止め輪
２０１  センサ用圧電素子
２０２  空き電極
２０３〜２０８  圧電素子（分割され分極された複数の素子）
３５７〜３６０  振動波モータ
３６１  振動波モータ
５０１  センサ用圧電素子用パターン
５０２〜５１３  電極パターン
５１４  ＧＮＤパターン
６０１  制御回路
６０２  ドライバ回路
【図１】
2004187477.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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