(57)【要約】    【課題】  振動型アクチュエータを同一方向、同一速度で長時間駆動する際に、振動体に発生する振動の振幅ムラが常に同じ状態で駆動されることにより生じる偏摩耗を、振動型アクチュエータの速度ムラを悪化させることなく低減させることができる振動型アクチュエータ及び画像処理装置を提供する。    【解決手段】  振動体に圧電素子を固着し、圧電素子に位相の異なる複数の交流電圧を印加することにより、振動体に進行波を発生させ、振動体に移動体を接触させて駆動力を発生させる振動型アクチュエータ（超音波モータ）Ｍにおいて、前記交流電圧に非周期的な電圧を重畳させる昇圧回路７０９を有する。【選択図】      図７
2005223994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を固着し、前記電気−機械エネルギー変換素子に位相の異なる複数の交流電圧を印加することにより、前記弾性体に進行波を発生させ、前記弾性体に移動体を接触させて駆動力を発生させる振動型アクチュエータにおいて、
前記交流電圧に非周期的な電圧を重畳させる電圧重畳手段を有することを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記交流電圧は、パルス信号を昇圧手段によって昇圧することによって生成し、
前記電圧重畳手段は、前記パルス信号のパルス幅を非周期的に変更することにより、前記交流電圧に非周期的な電圧を重畳させることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項３】
弾性体に第１の電気−機械エネルギー変換素子を固着し、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子に位相の異なる複数の交流電圧を印加することにより、前記弾性体に進行波を発生させ、前記弾性体に移動体を接触させて駆動力を発生させる振動型アクチュエータにおいて、
前記弾性体に第２の電気−機械エネルギー変換素子を固着し、前記第２の電気−機械エネルギー変換素子には、前記交流電圧と同一の周波数を有する交流電圧を印加することを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項４】
前記第２の電気−機械エネルギー変換素子によって発生する振動は、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子によって発生する振動のうち、前記振動型アクチュエータの駆動に寄与しない振動を除去するための振動であることを特徴とする請求項３に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の振動型アクチュエータを駆動部の駆動源として用いたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】
前記駆動部は、感光部材及び転写材を搬送する搬送手段であることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性体に振動を発生させ、その振動エネルギーを利用して駆動力を得る超音波モータ等の振動型アクチュエータ及びその振動型アクチュエータを備えた画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動型アクチュエータの一種である超音波モータは、電磁モータには無い種々の特徴を持っており、これまでにも超音波モータを応用した装置に関する提案が多くなされている。
【０００３】
例えば、感光ドラムの駆動源として超音波モータを使用した複写装置等の画像形成装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
その構成は、超音波モータの回転軸を潜像形成領域を越えて延出させ、潜像形成領域に光導電層を設け、超音波モータ内の軸受と超音波モータ外の軸受とで前記回転軸を支持している。
【０００５】
上記構成により、像担持体と駆動源との間のギア或は軸継手等の駆動系のガタを取り除くことができ、高精度の画像形成を行うことができる。
【０００６】
また、転写材搬送体及び中間転写体に用いられる無端状の搬送ベルトを備えた搬送手段の駆動源として超音波モータを使用した複写装置等の画像形成装置が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−９５３２７号公報
【特許文献２】特開平１１−９１９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術においては、以下に示すような問題点があった。
【０００８】
画像形成装置の感光ドラム及び搬送ベルトは、大半の時間において同一方向で且つ同一速度で駆動される。よって、その駆動源である超音波モータも同一方向、同一速度で駆動される。そのため、超音波モータの振動体に発生する振動の形態は、大半の時間において変化しない。
【０００９】
超音波モータ、特に、進行波型超音波モータの場合、理想的には、振動振幅が振動体の場所に拘らず一定であることが望まれるが、ほとんどの場合、場所に応じて振動振幅に差が生じてしまう。
【００１０】
図１２は、進行波型超音波モータの振動振幅をレーザドップラ変位計を用いて測定したデータの一例を示す図である。同図において、縦軸は超音波モータの円環状の振動体における縦方向の振幅、横軸は振幅測定ポイントを角度[deg]で表したものであり、０から３６０［ｄｅｇ］で全領域を表している。
【００１１】
図１２にて明らかなように、振動振幅は場所によって大きさが異なっている。このように振動振幅が場所によって異なる状態が変化することなく超音波モータを長時間駆動した場合、振動振幅の大きい場所は振動体の摩耗量が多く、振動振幅の小さい場所は摩耗量が少ないという偏摩耗が生じてしまう。偏摩耗の度合いが増大すると、超音波モータのトルクが減少してしまい、超音波モータを駆動源とする装置が動作不能になるという問題点があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上述のような従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、振動型アクチュエータを同一方向、同一速度で長時間駆動する際に、振動体に発生する振動の振幅ムラが常に同じ状態で駆動されることにより生じる偏摩耗を、振動型アクチュエータの速度ムラを悪化させることなく低減させることができる振動型アクチュエータ及び画像処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を固着し、前記電気−機械エネルギー変換素子に位相の異なる複数の交流電圧を印加することにより、前記弾性体に進行波を発生させ、前記弾性体に移動体を接触させて駆動力を発生させる振動型アクチュエータにおいて、前記交流電圧に非周期的な電圧を重畳させる電圧重畳手段を有することを特徴とする振動型アクチュエータを提供する。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明は、弾性体に第１の電気−機械エネルギー変換素子を固着し、前記第１の電気−機械エネルギー変換素子に位相の異なる複数の交流電圧を印加することにより、前記弾性体に進行波を発生させ、前記弾性体に移動体を接触させて駆動力を発生させる振動型アクチュエータにおいて、前記弾性体に第２の電気−機械エネルギー変換素子を固着し、前記第２の電気−機械エネルギー変換素子には、前記交流電圧と同一の周波数を有する交流電圧を印加することを特徴とする振動型アクチュエータを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、振動型アクチュエータを同一方向、同一速度で長時間駆動する際に、振動体に発生する振動の振幅ムラが常に同じ状態で駆動されることにより生じる偏摩耗を、振動型アクチュエータの速度ムラを悪化させることなく低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の振動型アクチュエータ及び画像処理装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態を、図１乃至図８に基づき説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータを駆動源として用いたカラー画像処理装置の内部構成を示す側断面図であり、このカラー画像処理装置の構成は公知であるので、ここでは概略構成のみを説明する。
【００１９】
図１に示すように、画像処理装置本体１００内に第１、第２、第３及び第４の４つの画像形成手段Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが設けられており、これによってカラー画像を形成するようになっている。
【００２０】
なお、本発明は、１つ或いはそれ以上の任意数の画像形成手段を含む画像処理装置にも適用できるものである。
【００２１】
画像処理装置本体１００内の図において右側には、給送手段１１０が設けられており、その反対側には、転写材を排出する排出口１２０が設けられている。給送手段１１０は、転写材１３０を従動ローラ１２１側から搬送ベルト１２５上に載置する機能を有する。排出口１２０に隣接して内側には定着器１１４が配設されている。この定着器１１４は、分離ローラ１２２側から給送された転写材１３０を受けて各画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄにおいて転写材１３０に重ねて転写された顕画像を一括して定着し、永久像を形成するものである。
【００２２】
また、画像処理装置本体１００内の給送手段１１０から定着器１４０に至る経路の下側には、給送手段１１０に近接して従動ローラ１２１が、また、定着器１４０に近接して分離ローラ１２２が、それぞれ設けられている。従動ローラ１２１と分離ローラ１２２との間には、誘電体シートの無端状搬送部材、例えば、搬送ベルト１２５が架設されている。この搬送ベルト１２５は、分離ローラ１２２の下側の駆動ローラ１２３によって回転駆動される回転部材である。従動ローラ１２１の下方には、搬送ベルト１２５の内周側から、この搬送ベルト１２５と当接して搬送ベルト１２５への引張力を自在に調節する調節ローラ１２４が設けられている。
【００２３】
一方、従動ローラ１２１から分離ローラ１２２に至る経路の上側には、搬送ベルト１２５に近接して給送手段１１０側から順に、画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄが併設されている。
【００２４】
搬送ベルト１２５は、駆動ローラ１２３によって図１に示す矢印Ａ方向に駆動され、給送手段１１０を通じて送給される転写材１３０を担持し、各画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄへと順次搬送する搬送手段を構成している。
【００２５】
各画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄは、実質的に同一の構成を有し、周知のように図１の矢印方向（時計回り方向）に回転駆動される像担持体である感光体ドラム１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄを含み、各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの周辺には、各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄを一様に帯電する帯電器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄ上に形成された静電潜像を現像する現像器１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ、現像された顕画像を転写材１３０へ転写する転写用の帯電器１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄ上に残存するトナーを除去するクリーニング器１０５，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄが感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの回転方向に順次配設されている。また、各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの上方には、露光装置１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄが設けられている。
【００２６】
現像器１０３ａにはイエロー色のトナーが、現像器１０３ｂにはマゼンタ色のトナーが、現像器１０３ｃにはシアン色のトナーが、現像器１０３ｄにはブラック色のトナーが各々収容されている。露光装置１０６ａにはカラー画像のイエロー成分像に対応する画素信号が、露光装置１０６ｂにはカラー画像のマゼンタ成分像に対応する画素信号が、露光装置１０６ｃにはカラー画像のシアン成分像に対応する画素信号が、露光装置１０６ｄにはカラー画像のブラック成分像に対応する画素信号が、各々入力される。これら電気デジタル画素信号の入力を受けて、この信号に対応して変調された光束を各々帯電器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄと現像器１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄとの間で、ドラム母線方向に各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのドラム面を露光するようになっている。
【００２７】
上記構成のカラー画像処理装置１００において、図示するように転写材としてカットシート状のものが使用され、この転写材１３０が給送手段１１０の給送ガイド内を移動し、搬送ベルト１２５上に送り出される。駆動ローラ１２３も、これに同期して駆動され、搬送ベル１２５が図１の矢印Ａ方向に駆動される。転写材１３０が給送ガイドによって案内されて搬送ベルト１２５上に載置される。
【００２８】
その後、第１の画像形成手段Ｐａの感光体ドラム１０１ａにはイエロー画像が、第２の画像形成手段Ｐｂの感光体ドラム１０１ｂにはマゼンタ画像が、第３の画像形成手段Ｐｃの感光体ドラム１０１ｃにはシアン画像が、第４の画像形成手段Ｐｄの感光体ドラム１０１ｄにはブラック画像が、それぞれ分担されて形成される。これら画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄにおける画像処理の原理は、カールソンプロセスとして既に公知であるため、その説明は省略する。
【００２９】
搬送ベルト１２５の移動によって、転写材１３０は、第１から第４の画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの下部を順次通過して定着器１１４の方向へ搬送され、各画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄの転写用の帯電器１０４ａ〜１０４ｄにより、転写材１３０上に、各画像形成手段Ｐａ〜Ｐｄにて形成された各色の顕画像が順次重ねて転写されて、カラー画像が合成される。
【００３０】
転写材１３０は、第４の画像形成手段Ｐｄを通過した後、転写材１３０の弾性力を利用して搬送ベルト１２５からの分離を実現する小曲率の分離ローラ１２２を経て搬送ベルト１２５から分離される。搬送ベルト１２５から分離された転写材１３０は定着器１４０に送られ、この定着器１４０内で転写された各色の顕画像が一括して定着された後、排出口１２０から排出され、１つの画像記録サイクルが終了する。
【００３１】
搬送ベルト１２５の駆動ローラ１２３付近には除電清掃手段１２６が取り付けられている。除電清掃手段１２６は、搬送ベルト１２５に関して、転写材表面電位を接地除電し、更には、その転写材載置面に付着した汚れを清掃する清掃手段を有するクリーニング手段としての機能を有する。除電清掃手段１２６は、除電手段であるファーブラシ１２７、清掃手段である板状粘弾性体よりなるクリーナブレード１２８、各手段を一体に保持すると共に、清掃によって発生した汚損物を蓄積する容器部としての枠体１２９によって構成されている。
【００３２】
図２は、画像処理装置１００の感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの構成を示す斜視図である。４本の感光ドラム１０１ａ〜１０１ｄの駆動軸の一端側には、それぞれ駆動源としての本実施形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄが取り付けられている。また、超音波モータＭａ〜Ｍｄには、速度を検出する手段であるロータリエンコーダＥａ，Ｅｂ，Ｅｃ，Ｅｄが内蔵されている。超音波モータＭａ〜Ｍｄは、比較的低速度で高いトルクを発生させることができるので、図２に示すように、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの駆動軸にダイレクトに接続することができる。これにより、従来必要であったギア等の減速手段を用いなくても済むために、色ずれの低減が実現でき、印刷品位を向上させることができる。
【００３３】
図３は、画像処理装置１００の搬送ベルト１２５の駆動源の構成を示す斜視図であ
る。
【００３４】
図３において、駆動ローラ１２３の駆動軸には、本実施の形態に係る超音波モータＭｅが接続されている。また、この超音波モータＭｅにも、速度を検出するためのロータリエンコーダＥｅが内蔵されている。搬送ベルト１２５の駆動においても、感光ドラム体１０１ａ〜１０１ｄの駆動と同じく、超音波モータＭｅが駆動ローラ１２３の駆動軸にダイレクトに接続されているために、印刷品位を向上させることが可能となっている。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る超音波モータについて、図４〜図６に基づき説明する。
【００３６】
図４は、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄ及び駆動ローラ１２３の駆動源である本実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータＭの構成を示す断面図である。
【００３７】
本実施の形態に係る超音波モータＭａ〜Ｍｅは、全て図４に示す超音波モータＭと同一の構成である。よって、以後は、超音波モータＭに関する説明で超音波モータＭａ〜Ｍｅに関する説明を代表させる。
【００３８】
図４において、４０１は金属製の振動体（弾性体）であり、焼結等の方法によって製造される。この振動体４０１には圧電素子４０２が接着等により固定されている。振動体４０１と圧電素子４０２とが固定された構造体を、以下ステータＳと記述する。
【００３９】
図５は、ステータＳの構成を示す斜視図であり、同図に示すように、振動体４０１の櫛歯上部に耐摩耗性を向上させるための摩擦材５０１が接着等により固定されている。これにより、超音波モータＭの寿命を向上させている。
【００４０】
図６は、図５のステータＳを圧電素子４０２側から見た斜視図である。
【００４１】
本実施の形態において使用する圧電素子４０２は、図６に示すように、複数（例えば、３６）の領域に分割された電極が蒸着等により固定されている。圧電素子４０２は、振動体４０１に接着等により固定する前の工程において、全ての領域で厚み方向に同一極性で分極処理が施されている。
【００４２】
図６において、各電極に対してＡ＋、Ｂ＋、Ａ−、Ｂ−と記載しているが、これは超音波モータＭの駆動時に印加する交番電圧の種類を示しており、不図示のフレキシブルプリント基板によりＡ+、Ｂ＋、Ａ−、Ｂ−の各相に外部から電圧が供給されるようになっている。
【００４３】
公知の進行波型超音波モータには、分極極性を振動波に合わせて異ならせ、２相の交流電圧を印加することにより、進行波を発生させるタイプのものもある。
【００４４】
これに対して、本実施の形態に係る超音波モータＭは、圧電素子４０２の分極方向を同一とすることにより、隣り合う電極間の剛性を均一にしている。その結果、振動のムラの低減が図られている。
【００４５】
図４において、４０３は移動体で、金属製の円環状の部材である。この移動体４０３は、加圧バネ４０４によって振動体４０１に所定の力で押し付けられている。圧電素子４０２に４相の交番電圧を印加すると、振動体４０１上には、進行性の振動波が発生する。その結果、振動体４０１に押し付けられた移動体４０３が摩擦力によって回転運動をする。
【００４６】
４０５はシャフトで、加圧バネ４０４を介して移動体４０３と接続されている。移動体４０３が回転運動をするとシャフト４０５も回転運動を行う。シャフト４０５は、２つのベアリング４０６，４０７によって回転可能に支持されている。
【００４７】
４０８はコードホイールで、シャフト４０５の回転速度または回転位置を検出するものである。コードホイール４０８の表面には、周方向に反射面と非反射面が交互に形成されている。４０９は反射式のエンコーダ素子で、発光部と受光部とから成り、コードホイール４０８に光線を照射し、その反射光に応じた電圧信号が出力されるように構成されているＩＣ（集積回路）である。４１０はコードホイール４０８とエンコーダ素子４０９を覆うためのモータカバー、４１１は金属性の筐体、４１２は圧電素子４０２に電圧を供給するためのコネクタである。
【００４８】
前述した「発明が解決しようとする課題」の項でも述べたように、画像処理装置の感光ドラム及び搬送ベルトの駆動方向及び駆動速度が大半の時間において同一方向、同一速度であるために、超音波モータの振動体に発生する振動、振幅のムラが同じ状態で長時間駆動されることにより偏摩耗現象が起こる。
【００４９】
以下、このような偏摩耗を防ぐための駆動方法について、図７を用いて説明する。
【００５０】
図７は、本実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータの駆動回路の構成を示すブロック図である。
【００５１】
図７において、Ｍは超音波モータ、Ｅはエンコーダ、７００は速度検出回路、７０１は速度偏差演算回路、７０２はＰＩＤ演算回路、７０３は発振回路、７０４はパルス設定回路、７０５はランダム信号発生回路、７０６はφ／４位相シフタ、７０７はφ／２位相シフタ、７０８は３φ／４位相シフタ、７０９は昇圧回路である。
超音波モータＭには、前述したようにエンコーダＥが内蔵されている。このエンコーダＥからは、超音波モータＭの回転速度に比例した周波数のパルス信号が出力される。エンコーダＥから出力されたパルス信号は、速度検出回路７００により速度情報に変換される。速度偏差演算回路７０１では、画像処理装置１００の不図示のホストＣＰＵ（中央処理装置）から指令される目標速度情報と速度検出回路７００から出力された速度情報との差である速度偏差を演算によって求めている。ＰＩＤ演算回路７０２では、速度偏差演算回路７０１から出力される情報をもとに、公知のＰＩＤ制御を行うための演算を行い、超音波モータＭの操作量である駆動周波数を決定する。
【００５２】
超音波モータＭの駆動周波数と駆動速度との関係は、図８に示すような特性になる。
【００５３】
図８において、周波数ｆｒは、超音波モータＭの振動体４０１の駆動モードにおける共振周波数である。本実施形態に係る超音波モータＭは、共振を利用して振動振幅を増幅させるタイプのモータである。よって、共振周波数で駆動した場合の駆動速度が最大となる。共振周波数ｆｒよりも低い周波数領域では、図８に示すように、駆動速度は急激に低下する。制御性を考慮して、制御は図８中、矢印で示した制御領域内を使用する。ここで、駆動周波数と駆動速度の特性は、負の勾配を持つので、ＰＩＤ演算回路７０２では、速度偏差の正負の極性を入れ替えた後に演算を行う必要がある。
【００５４】
ＰＩＤ演算回路７０２で決定された駆動周波数は、周波数指令値として発振回路７０３に伝達される。発振回路７０３では、駆動周波数指令に応じた周波数のパルス信号を生成する。このパルス信号は、パルス幅設定回路７０４に入力される。パルス幅設定回路７０４では、発振回路７０３から伝達されたパルス信号をランダム信号発生回路７０５から得られる値でＰＷＭ（パルス幅変調）変換を行っている。PWM変換に関しては公知の技術であるので、ここでは説明を省略する。この結果、パルス幅設定回路７０４から出力されるパルス信号は、ＰＩＤ演算回路７０２で決定された周波数で且つランダム信号発生回路７０５から出力される値に応じたパルス幅を有する信号となる。
【００５５】
φ／４位相シフタ７０６ではパルス幅設定回路７０４から出力される信号の周期の１／４波長分（位相角９０°）、φ／２位相シフタ７０７では１／２波長分（位相角１８０°）、３φ／４位相シフタ７０８では３／４波長分（位相角２７０°）の時間のディレイを行っている。
【００５６】
なお、各位相シフタ７０６〜７０８において、パルス幅は、入力されたパルス信号の量が保持されるように動作する。
【００５７】
パルス幅設定回路７０４、各位相シフタ７０６〜７０８から出力されるパルス信号は、昇圧回路７０９に入力される。昇圧回路７０９では、不図示のトランスによって、入力されたパルス信号を超音波モータＭを駆動可能な４相の交流電圧に昇圧している。この際、昇圧される電圧は、パルス幅に応じた値となる。即ち、ランダム信号発生回路７０５で設定される値に応じた電圧となる。
【００５８】
パルス幅設定回路７０４から出力されるパルス信号を昇圧した交流電圧は、図６で説明した超音波モータＭのＡ+電極へ、φ／４位相シフタ７０６から出力されるパルス信号を昇圧した交流電圧はＢ+電極へ、φ／２位相シフタ７０７から出力されるパルス信号を昇圧した交流電圧はＡ−電極へ、３φ／４位相シフタ７０８から出力されるパルス信号を昇圧した交流電圧はＢ−電極へ印加される。
【００５９】
上述したような駆動回路により超音波モータＭを駆動することにより、超音波モータＭは、駆動速度が一定となるように制御される。この際、印加される電圧がランダムに変更されるので、振動体４０１に生じる振動波の振幅がランダムに変動することになる。この結果、画像処理装置１００の駆動時において、同一方向、同一速度で超音波モータＭの駆動を行っても、振動、振幅が常にランダムに変化するために、特定の場所の摩耗量が多くなる状態である偏摩耗を回避することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態におけるランダム信号発生回路７０５から出力される信号の周波数帯域は、超音波モータＭの駆動（回転）速度が応答できる周波数よりも充分高い周波数に設定する。これにより、振動体４０１にランダムな振動を生じさせても、回転ムラが生じることはない。
【００６１】
本実施の形態では、超音波モータＭの駆動電圧に重畳させる電圧としてランダム信号を使用したが、本発明はこれに限るものではなく、超音波モータＭの振動形態を変化させるための非周期的な信号ならどのような信号を用いても良い。例えば、超音波モータＭの速度の応答周波数よりも充分高い周波数の正弦波の掃引信号を用いても良い。
【００６２】
また、本実施の形態では、ＰＷＭ変調により電圧を非周期的に変化させたが、本発明はこれに限られるものではなく、ＦＭ変調（周波数変調）により駆動周波数を非周期的に変化させても良いものとする。
【００６３】
以上のように本実施の形態に係る超音波モータＭによれば、超音波モータＭを同一方向、同一速度で長時間駆動する際に、振動体４０１に発生する振動の振幅ムラが常に同じ状態で駆動されることにより生じる偏摩耗を、超音波モータＭの駆動速度ムラを悪化させることなく低減させることができる。
【００６４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を図９〜図１１に基づき説明する。
【００６５】
上述した第１の実施の形態では、超音波モータＭに印加する電圧に非周期的な電圧を重畳することにより、偏摩耗を回避するようにしたが、本実施の形態では、既知の不要な振動を除去することにより、偏摩耗を回避するようにしたものである。
【００６６】
以下、そのための振動型アクチュエータである超音波モータの構造及びその駆動方法について説明する。
【００６７】
なお、本実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータを画像処理装置に応用した例について述べる。
【００６８】
本実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータを用いた画像処理装置は、超音波モータ及び該超音波モータの駆動回路以外は、上述した第１の実施の形態の図１〜図３と同一の形態をとるものとする。よって、本実施の形態では、画像処理装置に関する説明は省略する。
【００６９】
第１の実施の形態で説明した振動体４０１を使用した超音波モータＭでは、振動体４０１の面外に２相の屈曲モードの定在波を生じさせ、その合成により進行波を発生させている。その際、圧電素子４０２に印加する交流電圧の周波数を、振動体４０１の屈曲モードの所定次数（ここでは９次）の共振周波数近傍に設定することにより、振動体４０１に発生する振動波の振幅を増大させている。
【００７０】
振動体４０１には、上述した振動モード以外にも多数の共振モードが存在する。共振を利用した超音波モータは、駆動に用いる振動モードとそれ以外の振動モードの共振周波数は、充分に隔離するように設計されるべきであるが、実際には不可能である場合もある。駆動に用いる振動モードの共振周波数近傍に他の振動モードの共振周波数が存在した場合、超音波モータの駆動に寄与しない不要振動も発生してしまう。
【００７１】
本願出願人の検討の結果、本実施の形態において使用する振動体４０１には、面外屈曲の９次のモードの共振周波数の近傍に面外捻りの５次のモードの共振周波数が存在することが分った。
【００７２】
図９は、ＦＥＭ(有限要素法)のシミュレーションにより面外屈曲９次のモード（Ａ）と、面外捻り５次モード（Ｂ）による変形を表した図である。同図は、振動体４０１の各モードのある瞬間の状態を示したものである。
【００７３】
図９（Ａ）の面外屈曲９次のモードは進行波であり、時間と共に波頭が回転方向に移動するような振動をする。一方、図９（Ｂ）の面外捻り５次モードは、歯頭の位置が移動しない定在波となることも検討の結果明らかになっている。この面外捻り５次モードが前述した振動振幅のムラの大きな要因となっている。
【００７４】
以下、この面外捻り５次モードの影響を除去する方法について説明する。
【００７５】
図１０は、本実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータのステータＳの構成を示す斜視図であり、同図において、図６と同一部分には同一符号が付してある。
【００７６】
図１０において、振動体４０１には、第１の実施の形態と同様な圧電素子４０２が接着等により固定されている。また、圧電素子４０２とは別の第２の圧電素子１０００が接着等により固定されている。
【００７７】
第２の圧電素子１０００は、交流電圧を印加した場合に、前述した面外捻り５次モードが発生し易い位置に接着されている。第２の圧電素子１０００には、図においてＣ+またはＣ−で示された１０分割された電極が蒸着等により固定されている。Ｃ+電極とＣ−電極は、極性が逆の関係で分極処理が予め施してある。この結果、Ｃ+電極とＣ−電極に同一の交流電圧を加えることによって、振動体４０１に面外捻り５次モードの振動を発生させることが可能となっている。
【００７８】
図１１は、本実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータにおける駆動回路の構成を示すブロック図であり、同図において、上述した第１の実施の形態における図７と同一部分には同一符号が付してある。
【００７９】
図１１において、図７と異なる点は、図７の構成からパルス幅設定回路７０４及びランダム信号発生回路７０５を除去し、位相シフタ１１０１と第２の昇圧回路１１０２とを付加したことである。
【００８０】
パルス幅は、発振回路７０３により固定値が設定される。位相シフタ１１０１では、面外屈曲９次モードと面外捻り５次モードとの振動の位相差が設定される。この位相差の設定値は、次のような手順で予め定めておく。
（１）圧電素子４０２のみに交流電圧を印加して振動体４０１に振動を発生させる。
（２）上記（１）により振動を発生させた時のＡ+電極に印加する交流電圧と、Ｃ+電極の位置に発生する面外捻り５次モードの振動の位相差を測定する。
（３）上記（２）で求めた位相差を１／２波長分（位相角１８０°）ずらした位相差を設定値とする。
【００８１】
なお、上記手順では、実測に基づいて位相差を決定したが、シミュレーションに基づいて決定しても良い。
【００８２】
位相シフタ１００１で所定の位相量ずらされたパルス信号は、第２の昇圧回路１１０２で昇圧され、超音波モータＭの第２の圧電素子１０００のＣ+電極及びＣ−電極に印加される。
【００８３】
以上のように本実施の形態によれば、超音波モータＭを駆動することにより、駆動時に発生する不要な振動モードを打ち消すことが可能となり、振動体４０１に発生させる進行波の振動振幅のムラを低減することができる。その結果として、第１の実施の形態と同様に、超音波モータＭを長時間にわたって同一方向、同一速度で駆動しても、偏摩耗が生じることはない。
【００８４】
また、本実施の形態では、振動体４０１の不要振動を除去することが可能となるために、第１の実施の形態と比較して高精度で且つ静粛性の高い駆動を行うことが可能となる。
【００８５】
なお、本実施の形態では、不要振動である面外捻り５次モードの定在波振動を打ち消す方法について説明したが、不要振動は、超音波モータＭの構成及び振動体４０１の形状によって進行波となったり、或いは異なるモードであったりすることも考えられる。
【００８６】
本発明は、これらの不要振動を打ち消すためであれば、どのような形状の圧電素子を使用しても良いし、どのような電圧の印加方法を採用しても良いものとする。
【００８７】
［その他の実施の形態］
以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明は、これら実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または実施の形態の構成が持つ機能を達成できる構成であれば、どのようなものであっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータを用いた画像処理装置の内部構成を示す側断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータを用いた画像処理装置における感光体ドラム駆動部の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータを用いた画像処理装置における搬送ベルト駆動の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る振動型アクチュエータで本発明の第２の実施形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータの振動体に発生する振動振幅ムラを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータのステータの圧電素子側から見た構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータの制御回路構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータの駆動周波数と駆動速度との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータの振動体に発生する振動モードを示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータのステータの構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る振動型アクチュエータである超音波モータの制御回路構成を示すブロック図である。
【図１２】従来の超音波モータの振動体に発生する振動、振幅ムラを示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１００      画像処理装置
１０１ａ    感光体ドラム
１０１ｂ    感光体ドラム
１０１ｃ    感光体ドラム
１０１ｄ    感光体ドラム
１２２      分離ローラ
１２３      駆動ローラ
１２５      搬送ベルト
４０１      振動体
４０２      圧電素子
７０９      昇圧回路
Ｅａ        ロータリエンコーダ
Ｅｂ        ロータリエンコーダ
Ｅｃ        ロータリエンコーダ
Ｅｄ        ロータリエンコーダ
Ｅｅ        ロータリエンコーダ
Ｍ          超音波モータ（振動型アクチュエータ）
Ｍａ        超音波モータ（振動型アクチュエータ）
Ｍｂ        超音波モータ（振動型アクチュエータ）
Ｍｃ        超音波モータ（振動型アクチュエータ）
Ｍｄ        超音波モータ（振動型アクチュエータ）
Ｍｅ        超音波モータ（振動型アクチュエータ）
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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