(57)【要約】      （修正有）【課題】省スペース、低騒音、かつ回転精度の優れた回転駆動伝達装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】所定の振動を発生する複数の圧電部材１と、圧電部材１と結合され、圧電部材１の振動により駆動する駆動部材２と、駆動部材２が当接することにより回転駆動する回転駆動部材３と、駆動部材２を回転駆動部材３に圧接する加圧部材４と、複数の圧電部材１それぞれに一定周期で所定の電圧を印加するよう制御された電圧印加手段と、を含む。【選択図】図１
2013233066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の振動を発生する複数の圧電部材と、
前記圧電部材と結合され、前記圧電部材の振動により駆動する駆動部材と、
前記駆動部材が当接することにより回転駆動する回転駆動部材と、
前記駆動部材を前記回転駆動部材に圧接する加圧部材と、
前記複数の圧電部材それぞれに一定周期で所定の電圧を印加するよう制御された電圧印加手段と、
を含むことを特徴とする回転駆動伝達装置。
【請求項２】
前記回転駆動部材は複数設けられ、前記複数設けられた前記回転駆動部材は、その回転周方向に沿って回転駆動を互いに伝達する伝達部材によって連結され、
前記駆動部材は、前記複数設けられた前記回転駆動部材の何れかに圧接するよう前記加圧部材により圧接された後、前記圧電部材に所定の電圧が一定周期で印加されることを特徴とする請求項１に記載の回転駆動伝達装置。
【請求項３】
前記回転駆動部材と前記駆動部材とは、共に所定の半径を有する円筒形を有しており、
前記圧電部材は、前記円筒形の中心軸に平行であって、前記駆動部材の前記回転駆動部材に当接する領域の一部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回転駆動伝達装置。
【請求項４】
所定の振動を発生する複数の圧電部材と、
前記圧電部材と結合され、前記圧電部材の振動により駆動する駆動部材と、
前記駆動部材が当接することにより回転駆動する回転駆動部材と、
前記回転駆動部材を前記駆動部材に圧接する加圧部材と、
前記複数の圧電部材それぞれに一定周期で所定の電圧を印加するよう制御された電圧印加手段と、を含むことを特徴とする回転駆動伝達装置。
【請求項５】
前記回転駆動部材は複数設けられ、前記複数設けられた前記回転駆動部材は、その回転周方向に沿った回転駆動を互いに伝達する伝達部材によって連結され、
前記加圧部材は、前記回転駆動部材を前記伝達部材の外周方向に圧接し、
前記複数の圧電部材それぞれに一定周期で所定の電圧が印加されることを特徴とする請求項４に記載の回転駆動伝達装置。
【請求項６】
前記駆動部材と前記回転駆動部材とは、共に所定の半径を有する円筒形を有しており、
前記圧電部材は、前記円筒形の中心軸に平行であって、前記駆動部材の前記回転駆動部材に当接する領域の全面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の回転駆動伝達装置。
【請求項７】
前記駆動部材と前記回転駆動部材とは、共に所定の半径を有する円筒形を有しており、
前記圧電部材は、前記円筒形の中心軸に平行であって、前記駆動部材の前記回転駆動部材に当接する領域の一部に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の回転駆動伝達装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１項に記載の回転駆動伝達装置を含む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、回転駆動伝達装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ等の画像形成装置に使われている駆動方式として、モータ、ギヤ、及びタイミングベルト等で構成された伝達機構を用い、回転駆動動力をローラ等に伝達する駆動方式が採用されている。近年、プリンタは益々、小型化、低騒音化、かつ高画質化というスペックが要求されてきている。
【０００３】
しかしながら、上記の駆動方式が採用されている限り、必然的に、モータとギヤとの間に空間を設けることによるマシンサイズの大型化、モータ騒音の発生、及びモータとギヤとの回転周期と噛合い周波数のジッタの発生等、様々な問題が発生する。
【０００４】
これらの問題に対し、マシンサイズの大型化に関しては極力コンパクトに設計する、騒音対策としてギヤ歯面にグリスを塗る、ジッタの発生に対してはギヤ精度を向上させる、グリスを塗る等の対策が従来施されている。
【０００５】
また、特許文献１には、小型で高出力、高効率で低振動、かつ低騒音を達成することを目的として、圧電素子（電気機械変換素子）によって振動させた弾性体に進行波を発生させて回転体を回転させる超音波駆動装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の対策では、モータとギヤとの大きさの分だけ、マシンサイズが大きくなってしまうことを回避することはできず、それに伴い部品点数も多くなり、また、グリスを塗布して騒音を低下させるにしても効果としては薄く、ジッタの低減に関しては、グリスの塗布効果は大きいが、ユーザが触れる可能性がある箇所にはグリスを塗布することができない等の問題があった。
【０００７】
また、特許文献１に開示された超音波駆動装置では、圧電素子を超音波振動させることにより進行波を発生させ、回転体に駆動力を供給しているが、マシンサイズの小型化、及び部品点数の削減という問題は依然として解消されない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、超音波モータ技術を用いて省スペース、低騒音、かつ回転精度の優れた回転駆動伝達装置及びこれを用いた画像形成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】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明における回転駆動伝達装置は、所定の振動を発生する複数の圧電部材と、前記圧電部材と結合され、前記圧電部材の振動により駆動する駆動部材と、前記駆動部材が当接することにより回転駆動する回転駆動部材と、前記駆動部材を前記回転駆動部材に圧接する加圧部材と、前記複数の圧電部材それぞれに一定周期で所定の電圧を印加するよう制御された電圧印加手段と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンパクト、かつ低騒音で、回転対象物の回転精度を高めた回転駆動伝達装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における回転駆動伝達装置の超音波振動を用いた回転駆動機構の概観を説明する側面図である。
【図２】本発明の実施形態における回転駆動伝達装置の超音波振動を用いた回転駆動機構の原理を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施形態における駆動対象が回転体で、被回転体側に加圧機構と圧電素子とを備えた回転駆動伝達装置を説明する側面図である。
【図４】本発明の実施形態における駆動対象が回転体で、回転体側に加圧機構があり、被回転体側に圧電素子を備えた回転駆動伝達装置を説明する側面図である。
【図５】本発明の実施形態における駆動対象がベルト形状で、被回転体側に圧電素子を備えた回転駆動伝達装置を説明する側面図である。
【図６】本発明の実施形態における駆動対象が回転体で、回転体側に加圧機構を備え、被回転体側に円筒の中心軸と平行かつ回転体との接触箇所全面に圧電素子を備えている回転駆動伝達装置を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態における駆動対象が回転体で、回転体側に加圧機構を備え、被回転体側に円筒の中心軸と平行かつ回転体との接触箇所の一部に圧電素子を備えている回転駆動伝達装置を説明する図である。
【図８】本発明の実施形態における駆動対象が回転体とベルトで、被回転体側に加圧機構を備え、被回転体側に円筒の中心軸と平行かつ回転体との接触箇所の一部に圧電素子を備えている回転駆動伝達装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化乃至省略する。本発明は、超音波振動を用いて駆動力（摩擦力）を発生させるのに、圧電素子による振動以外に加圧力を必要とし、その加圧力を回転体と被回転体とを接触させる機構から直接得るということが特徴になっている。
【００１３】
まず、最初に、本発明の実施形態における回転駆動伝達装置の回転駆動機構について説明する。図１は、本発明の実施形態における回転駆動伝達装置の超音波振動を用いた回転駆動機構の概観を説明する側面図である。図１において、回転駆動機構１０は、圧電素子１と、被回転体２（駆動部材）と、回転体（回転駆動部材）３と、加圧機構（加圧部材）４と、弾性体５とから構成されている。
【００１４】
圧電素子１を備えた被回転体２は、回転体３と接しているのが条件となる。そのため、被回転体２と回転体３との接触面は曲面形状を有している。矢印方向は、回転体３の回転方向を示している。また、図１に図示したように圧電素子１は複数あり、それぞれ図示しない電圧印加回路によって所定の電圧を一定周期で印加されるようそれぞれ制御されている。
【００１５】
すなわち、圧電素子１を振動させた状態で弾性体５が回転体３に加圧されると、超音波モータの原理で、弾性体５と回転体３との間に矢印方向の摩擦力の進行波が発生する。その力を利用することにより回転体３を時計方向に回転駆動させるのである。またその回転速度は印加電圧の周期に依存している。
【００１６】
次に、本発明の実施形態における回転駆動伝達装置の回転駆動機構の原理について説明する。図２は、本発明の実施形態における回転駆動伝達装置の超音波振動を用いた回転駆動機構の原理を説明する断面図である。図２において、回転駆動機構１０は、圧電素子１と、被回転体２と、回転体３と、弾性体５とから構成されている。
【００１７】
また、圧電素子１は、図示しない電圧印加回路によって所定の電圧を印加されることにより、振動する。圧電素子１が振動することによって、弾性体５表面の粒子が楕円運動を開始することで、回転体３の右向き矢印方向に進行波が生じ、回転体３が回転する。
【００１８】
すなわち、図２は、図１で説明した摩擦力の進行波の発生メカニズムを説明したものである。圧電素子１が振動することにより、弾性体５の表面の粒子が反時計方向の矢印で示した楕円運動を行う。被回転体２は、加圧機構４（図１）により加圧されていることで、加圧力に比例した垂直抗力が弾性体５と回転体３との間に発生する。
【００１９】
圧電素子１が振動するだけでは何も発生しないが、そこに加圧力に比例した垂直抗力が発生すると、超音波モータの原理で右方向に摩擦力の進行波が発生する。この進行波のトルクが、回転体３が有する負荷トルク以上になったときに、右向き矢印方向に回転体３が回転駆動する。
【００２０】
図３は、本発明の実施形態における駆動対象が回転体で、被回転体側に加圧機構と圧電素子とを備えた回転駆動伝達装置を説明する側面図である。図３において、回転駆動機構１０は、圧電素子１と、被回転体２と、回転体３と、加圧機構４と、弾性体５とから構成されている。なお、圧電素子１は、図示しない電圧印加回路によって所定の電圧を印加されることにより、一定の周期で振動する。
【００２１】
図３に示す回転駆動機構１０は、回転駆動機構の一例であり、被回転体２側に加圧機構４が設けられている。ここで、被回転体２は、図３において円筒形状を有しているものとして説明するが、図１に示したように、円筒形状でなくても良い。回転体３は時計方向に回転する。上記図２において説明した動作原理に基づいて、圧電素子１が振動することにより、回転体３の時計方向に摩擦力の進行波が発生し、回転体３が回転駆動するのである。
【００２２】
次に、本発明の実施形態における回転駆動伝達装置の回転駆動機構において、回転体側に加圧機構に加圧力が加えられている場合について説明する。図４は、本発明の実施形態における駆動対象が回転体で、回転体側に加圧機構があり、被回転体側に圧電素子を備えた回転駆動伝達装置を説明する側面図である。図４において、回転駆動機構１０は、圧電素子１と、被回転体２と、回転体３と、加圧機構４と、弾性体５とから構成されている。なお、圧電素子１は複数あり、それぞれ図示しない電圧印加回路によって所定の電圧を印加されることにより、一定の周期で振動する。
【００２３】
図４に示す回転駆動機構１０は、図３に示した回転駆動機構１０の逆のタイプで、回転体３側に加圧機構４を設けたものである。なお、被回転体２は、図４においては円筒形状を有しているものとして説明するが、図１に示したように、円筒形状でなくても良い。回転体３は矢印方向に回転する。これも、上記図２において説明した動作原理を用いて回転体３を駆動させているが、摩擦力の進行波は、加圧機構４を備えた回転体３と弾性体５との間に発生させることにより回転駆動力を生み出している。
【００２４】
図５は、本発明の実施形態における駆動対象がベルト形状で、被回転体側に圧電素子を備えた回転駆動伝達装置を説明する側面図である。図５において、回転駆動機構１０は、圧電素子１と、被回転体２と、回転体３と、加圧機構４と、弾性体５と、駆動伝達ベルト（伝達部材）６とから構成されている。なお、圧電素子１は、図示しない電圧印加回路によって所定の電圧を印加されることにより、一定の周期で振動する。
【００２５】
図５の回転駆動機構１０は、回転駆動（回転駆動トルク）を伝達する対象が駆動伝達ベルト６を含む場合の一例である。駆動伝達ベルト６に動力を直接伝達した後、回転体３を駆動させている。なお、図５において、駆動伝達ベルトベルト６は２軸で構成されているが、多軸で構成されていても良い。回転体３はそれぞれ矢印方向に回転する。
【００２６】
加圧機構４（例えば、画像形成装置において、転写ユニットのテンションスプリングのような機能を有するもの）によって駆動伝達ベルト６（例えば、画像形成装置において、転写ベルトのようなもの）にベルトテンションが発生し、駆動伝達ベルト６と弾性体５との間に垂直抗力が発生する。その状態で、圧電素子１を振動させると、上記図２において説明した動作原理より、駆動伝達ベルト６と弾性体５の間に進行波が発生し、結果的に、駆動伝達ベルト６は矢印方向に駆動するのである。
【００２７】
図６は、本発明の実施形態における駆動対象が回転体で、回転体側に加圧機構を備え、被回転体側に円筒の中心軸と平行かつ回転体との接触箇所全面に圧電素子を備えている回転駆動伝達装置を説明する図である。図６において、回転駆動機構１０は、圧電素子１と、円筒形の被回転体２と、円筒形の回転体３と、加圧機構４と、弾性体５とから構成されている。なお、圧電素子１は、図示しない電圧印加回路によって所定の電圧を印加されることにより、一定の周期で振動する。
【００２８】
図６の回転駆動機構１０は、図４で示した回転駆動機構１０の全体構成を斜め方向から見たものである。なお、圧電素子１は、円筒の中心軸に平行であって、被回転体２側に、被回転体２が回転体３と接触する接触面全域に渡って弾性体５と被回転体２との間に設置される。回転体３は矢印方向に回転する。
【００２９】
この回転駆動機構１０は、画像形成装置においてはレジストローラ駆動に適用することができる。レジストローラには必ず対向する形で加圧ローラが備えられており、そのレジスト圧が垂直抗力として働くので、図６に示すようにレジストローラが弾性体５と圧電素子１とを有していれば、上記図２において説明した動作原理により、回転体３（加圧ローラ）を回転させることが出来る。
【００３０】
これは弾性体５と回転体３（加圧ローラ）との間に紙媒体が挿入された状態でも同様な機能を原理的に得ることができる。この方式を採用すれば、レジスト駆動ギヤやレジストモータを必要としないので、従来の方式と比較して、かなりの省スペースや低騒音駆動を実現することができる。
【００３１】
図７は、本発明の実施形態における駆動対象が回転体で、回転体側に加圧機構を備え、被回転体側に円筒の中心軸と平行かつ回転体との接触箇所の一部に圧電素子を備えている回転駆動伝達装置を説明する図である。図７において、回転駆動機構１０は、圧電素子１と、円筒形の被回転体２と、円筒形の回転体３と、加圧機構４と、弾性体５とから構成されている。なお、圧電素子１は、図示しない電圧印加回路によって所定の電圧を印加されることにより、一定の周期で振動する。
【００３２】
図７は、図６と比較して、圧電素子１の設置箇所が異なる。圧電素子１は、左右偏差をなくしコスト削減のため、円筒の中心軸に平行であって、被回転体２側に被回転体２が回転体３と接触する接触面の一部に設置されている。回転体３は矢印方向に回転する。
【００３３】
この実施形態は、発生する摩擦力の進行波の左右偏差をなくす目的と、コスト削減の目的との双方を満たすために行っているという点もあるが、図６において説明したように、この回転駆動機構１０を画像形成装置に適用した場合、紙媒体の挿入の有無によって垂直抗力の大きさが異なったとき、速度差が生じてしまう可能性があり、その影響を防止するために、紙媒体の通過領域外に圧電素子１を設置している。
【００３４】
図８は、本発明の実施形態における駆動対象が回転体とベルトで、被回転体側に加圧機構を備え、被回転体側に円筒の中心軸と平行かつ回転体との接触箇所の一部に圧電素子を備えている回転駆動伝達装置を説明する図である。図８において、回転駆動機構１０は、圧電素子１と、円筒形の被回転体２と、円筒形の２つの回転体３と、加圧機構４と、弾性体５と、駆動伝達ベルト６とから構成されている。なお、圧電素子１は、図示しない電圧印加回路によって所定の電圧を印加されることにより、一定の周期で振動する。
【００３５】
すなわち、図８に示すように、駆動対象として駆動伝達ベルト６が含まれている。図５に示した回転駆動機構とは異なる実施形態であり、まず最初に軸に動力を伝え、その後、駆動伝達ベルト６を駆動していく。圧電素子１は、左右偏差をなくしコスト削減のため、円筒の中心軸に平行であって、被回転体２側に被回転体２が回転体３と接触する接触面の一部に設置されている。
【００３６】
この例は、画像形成装置においては、転写ユニットの転写ベルト駆動に適用することができる。すなわち、二次転写部には必ず対向する形で二次転写ローラが備えられており、その二次転圧が垂直抗力として働く。二次転写ローラに圧電素子１と弾性体５とを備えた形で二次転写圧を加えれば、回転体３（中転駆動ローラ）に回転駆動力が発生し、転写ベルトが駆動するようになる。この駆動方式を採用すれば、転写駆動ギヤや転写モータを必要としないので、従来の駆動方式と比べてかなりの省スペース化や低騒音化を実現することができる。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施形態における回転駆動伝達装置は、超音波モータを用いて超音波周期で振動させた圧電素子と弾性体との間に発生した摩擦力を利用して回転駆動力を得る回転駆動機構を採用しており、画像形成装置に、この回転駆動伝達装置を搭載することが可能となる。
【００３８】
このように、本発明によれば、超音波モータと同様の効果を狙ったものであり、取り付けた圧電素子を振動させることによって得られる進行波と、回転体と被回転体とが加圧接触されることによって発生する摩擦力とを利用して、駆動対象である回転体を回転駆動させることにより、コンパクト、かつ低騒音で、回転対象物の回転精度を高めることができる回転駆動伝達装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができるのである。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範囲な趣旨及び範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１    圧電素子
２    被回転体（駆動部材）
３    回転体（回転駆動部材）
４    加圧機構
５    弾性体
６    駆動伝達ベルト（伝達部材）
１０    回転駆動機構
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４１】
【特許文献１】特開平０５−１９１９８７号公報
【図１】
2013233066.tif 000003
【図２】
2013233066.tif 000004
【図３】
2013233066.tif 000005
【図４】
2013233066.tif 000006
【図５】
2013233066.tif 000007
【図６】
2013233066.tif 000008
【図７】
2013233066.tif 000009
【図８】
2013233066.tif 000010