(57)【要約】【課題】従来よりも簡易な構成で小型化及び軽量化を図るとともに装置内レイアウトの自由度を高めることができるアクチェータ及びそのアクチュエータを備えた搬送装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】所定方向に進行する振動の進行波を表面に発生させるように、その表面における進行波の進行方向の上流側及び下流側それぞれの端部に圧電素子３ａ，３ｂが接着された弾性体２と、弾性体２の前記進行波が発生している表面部分に対して所定の押圧力で接触対向するように又は所定の間隙で対向するように設けられたコロ５やギャップ形成部材８などの対向部材とを備える。【選択図】図１
2013049501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を利用して搬送対象物を搬送するアクチュエータであって、
所定方向に進行する振動の進行波を表面に発生させるように、該表面における該進行波の進行方向の上流側及び下流側それぞれの端部に圧電素子が接着された弾性体と、
前記弾性体の前記進行波が発生している表面部分に対して所定の押圧力で接触対向するように又は所定の間隙で対向するように設けられた対向部材と、
を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１のアクチュエータにおいて、
前記弾性体の前記対向部材に対向する表面部分における前記進行波の進行方向に平行な断面形状は、ある曲率半径で曲がった曲線形状であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２のアクチュエータにおいて、
前記対向部材は、前記進行波の進行方向に直交する回転軸を中心に回転可能に支持された回転体であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかのアクチュエータにおいて、
前記対向部材は、前記弾性体に所定の間隙で対向するように設けられ、
前記弾性体と前記対向部材との間隙は、その間隙を通過する搬送対象物の厚さよりも大きいことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかのアクチュエータにおいて、
前記１対の圧電素子それぞれに印加する交流電圧の周波数をν［ｋＨｚ］とし、前記弾性体内の音速をｖ［ｍ／ｓ］としたとき、
前記進行波の進行方向に平行な方向における前記１対の圧電素子それぞれの幅ｂは、ｖ／（２ν）［ｍｍ］であり、
前記進行波の進行方向に平行な方向における前記１対の圧電素子の中心間の距離ａは、ａ＝３ｖ／（４ν）［ｍｍ］であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかのアクチュエータを、搬送対象物の搬送方向に沿って所定の間隔で複数配置し、
前記アクチュエータの弾性体に前記振動の進行波を発生させるように前記複数の圧電素子それぞれに交流電圧を印加する電圧印加手段を備えたことを特徴とする搬送装置。
【請求項７】
画像形成対象のシート状の記録媒体を搬送する記録媒体搬送装置を備えた画像形成装置であって、
前記記録媒体搬送装置として、請求項６の搬送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、振動を利用して搬送対象物を搬送するアクチュエータ、並びに、そのアクチュエータを備えた搬送装置及び複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置に用いられる記録紙搬送装置として、シート状の搬送対象物である記録紙を狭持した状態で回転駆動されるローラ対やコロ対を用いたものや、記録紙を気体の吸引で吸着したり静電的に吸着した状態で回転駆動されるベルトを用いたものが知られている。特に、コストや構造の簡易さから、前者のローラ対やコロ対が用いた記録紙搬送装置がほとんどである。
【０００３】
また、上記ローラ対等を用いた場合に比してより小型化及び軽量化を図ることができる記録紙搬送装置として、振動の進行波を利用して搬送するものが知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、金属の弾性体で構成されるたわみ振動体（駆動用伝送棒）の搬送方向の両端部それぞれに、ランジュバン型振動子及びホーンで構成されるランジュバン型の超音波振動発生装置を配置した紙送り装置が開示されている。この紙送り装置では、たわみ振動体の一方の端部に配置した超音波振動発生装置を、たわみ振動体に振動を発生させる発信源（駆動用振動子）とし、もう一方の端部に配置した超音波振動発生装置を、たわみ振動体に発生した振動を受波する吸信源（受波用振動子）とすることにより、たわみ振動体上に振動の進行波を発生させる。この振動の進行波を発生させたたわみ振動体に押圧部材で記録紙を押しつけることにより、たわみ振動体に発生した振動の進行波で記録紙を搬送することができる。
【０００５】
また、特許文献２には、金属の弾性体で構成されるたわみ振動体（駆動用伝送棒）を画像形成装置の用紙搬送路に沿って配置し、そのたわみ振動体の搬送方向上流側の端部に、ランジュバン型振動子及びホーンで構成されるランジュバン型の超音波振動発生装置を配置した画像形成装置の紙送り装置が開示されている。この紙送り装置では、振動エネルギーを効率よく利用するために所定のたわみ定在波と異なる振動波がたわみ振動体に発生しないように、たわみ定在波の節の部分でたわみ振動体を支持する支持体を備えている。
【０００６】
また、特許文献３には、搬送対象のシートのスキューを補正するために、シートを挾持して搬送するローラ対の少なくとも一方のローラの周面に、進行波発生機構により駆動される進行波伝達機構を設け、進行波伝達機構で伝達される振動の定在波によりシートを搬送方向と直交する幅方向に移動させる搬送装置が開示されている。この搬送装置の進行波伝達機構は、ローラの軸方向に並ぶように設けられた複数の圧電セラミックと、その複数の圧電セラミックの上に設けられた複数の櫛歯状の突起物を有する弾性体とにより構成されている。進行波伝達機構を構成する複数の圧電セラミックは、ローラの軸方向に順にＡ相の圧電セラミックとＢ相の圧電セラミックとが並ぶように構成され、進行波発生機構により、各相の圧電セラミックに、周波数が同じで位相が９０°異なる交流電圧が印加される。これにより、弾性体に二種類の位相が異なる定在波を発生させ、弾性体上の櫛歯状の突起物が周期的に伸縮を繰り返して振動の進行波が発生する。この進行波により、シートを幅方向に移動させてスキューを補正している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記引用文献１及び２の紙送り装置では、振動を発生させる金属の弾性体からなるたわみ振動体を搬送路中に配廻す構成のため重量がかさみ、また、たわみ振動体に振動を発生させるランジュバン型振動子が大型で重い、という問題点がある。更に、引用文献２の紙送り装置では、振動エネルギーを効率よく利用するために所定のたわみ定在波と異なる振動波がたわみ振動体に発生しないように、たわみ振動体のたわみ定在波の節に対応する所定の位置に支持体を設ける必要がある。そのため、装置が大型になるだけでなく、装置内のレイアウトの自由度が低くなるという問題点がある。また、上記引用文献３の搬送装置では、前述のようにローラの軸方向に順に並ぶＡ相及びＢ相それぞれの複数の圧電セラミックと、その複数の圧電セラミックの上に設けられた複数の櫛歯状の突起物を有する弾性体とを備える複雑な構成の進行波伝達機構を設ける必要があるという問題点がある。
【０００８】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、従来よりも簡易な構成で小型化及び軽量化を図るとともに装置内レイアウトの自由度を高めることができるアクチェータ及びそのアクチュエータを備えた搬送装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、振動を利用して搬送対象物を搬送するアクチュエータであって、所定方向に進行する振動の進行波を表面に発生させるように、該表面における該進行波の進行方向の上流側及び下流側それぞれの端部に圧電素子が接着された弾性体と、前記弾性体の前記進行波が発生している表面部分に対して所定の押圧力で接触対向するように又は所定の間隙で対向するように設けられた対向部材と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、弾性体の両端部それぞれに接着された複数の圧電素子の少なくとも一方に所定の交流電圧を印加することにより、所定方向に進行する振動の進行波を弾性体に発生させることができる。このように振動の進行波を発生させるための構成が、圧電素子を弾性体の表面に接着した構成であるので、従来の大型で重いランジュバン型振動子を配置した構成やローラの軸方向に複数の圧電セラミック及び複数の櫛歯状の突起物を有する弾性体とを備えた構成に比して、より簡易な構成で小型化及び軽量化を図ることができる。しかも、弾性体に接着した圧電素子から弾性体に振動エネルギーを効率よく伝達することができるために、従来のような弾性体の所定位置で支持する支持体を設ける必要がないので、装置内レイアウトの自由度を高めることができる。以上のように、本発明によれば、従来よりも簡易な構成で小型化及び軽量化を図るとともに装置内レイアウトの自由度を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る用紙搬送アクチェータの構成例を示す概略構成図。
【図２】用紙搬送アクチュエータの駆動原理を説明するための説明図。
【図３】用紙搬送アクチュエータにおける弾性体及び圧電素子の寸法と励起される屈曲振動との関係を示す説明図。
【図４】本実施形態に係る用紙搬送アクチュエータを備える用紙搬送装置の一構成例を示す斜視図。
【図５】本実施形態に係る用紙搬送アクチュエータを備える用紙搬送装置の他の構成例を示す斜視図。
【図６】通常のコロ対の説明図。
【図７】他の実施形態に係る用紙搬送アクチェータの構成例を示す概略構成図。
【図８】本実施形態に係る用紙搬送アクチュエータを制御する超音波搬送制御の制御系の一構成例を示すブロック図。
【図９】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ用紙を順方向及び逆方向に搬送するときに複数の圧電素子に印加されるＳｉｎ波形及びＣｏｓ波形の交流駆動電圧の位相関係を示す説明図。
【図１０】本実施形態に係るアクチュエータを用いて構成した用紙搬送装置を備えた画像形成装置の一例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の実施形態に係るアクチェータの構成及び動作の概略について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る用紙搬送アクチェータの構成例を示す概略構成図である。本実施形態に係る用紙搬送アクチェータ１は、搬送対象物としてのシート状の記録媒体などの用紙４の搬送に使用可能なアクチュエータであり、所定の厚さを有する弾性体２と、対向部材としての回転体であるコロ５とを備えている。なお、対向部材は、搬送方向に直交する幅方向に搬送対象物の用紙４と同様の幅を有するように延在するローラであってもよい。また、用紙４は、特定の材質のものに限定されるものではなく、例えば、電子写真方式の画像形成装置で使用される普通紙などの通常の紙であってもよいし、プラスチック材質からなるＯＨＰシートであってもよい。
【００１３】
弾性体２は、所定方向に進行する振動の進行波を表面に発生させるように、進行波の進行方向の上流側及び下流側それぞれの端部（図中の左右両端部）に、電気機械変換素子である圧電素子（例えば、圧電セラミック）３が接着されている。弾性体２は、圧電素子３によって励振された屈曲振動波を伝えるものであり、例えばジュラルミンや鉄などの金属で構成される。図示の例では、弾性体２の裏面（用紙搬送経路側とは反対側の面）に圧電素子３が接着されているが、圧電素子３の接着面は弾性体２のおもて面及び裏面のどちら側の面でもよい。また、弾性体２は、圧電素子３が接着されている接着部以外の部分が、ある曲率で曲げられている湾曲部２ａになっている。弾性体２は、その湾曲部２ａの頂点付近が、搬送ガイド部材としての紙搬送ガイド６に形成されている開口から露出するように配設されている。この弾性体２の湾曲部２ａの頂点付近に、対向部材としての回転自在のコロ５が所定の押圧力で押圧されている。コロ５は従動の回転体であり、用紙搬送のための駆動は行われていない。
【００１４】
圧電素子３は、後述の制御系から印加された電気的信号を機械的な変形（歪）に変換する素子である。圧電素子３は、例えば圧電セラミックで構成することができるが、弾性体２に所定の屈曲振動波を励振できるものであればよく、その材質及び電極の構成は特定のものに限定されない。また、圧電素子３は、弾性体２に対して屈曲振動波の進行波を励振するため、交流の駆動電圧の印加により、弾性体２との接着面に沿った方向（図１中のＣ方向）に伸縮する振動モードや、圧電素子３の全体が屈曲する振動モードを有するものが好ましい。
【００１５】
用紙４は、例えば画像形成装置で画像が形成される記録紙であり、コロ５と弾性体２の間に形成されたニップ部に挟まれ、圧電素子３によって発生して弾性体２を伝搬する振動の進行波で所定の搬送方向（図中のＡ方向）に送られる。この用紙４の移動に伴って、コロ５は図中のＢ方向（反時計方向）に従動回転する。また、用紙４は、搬送ガイド部材としての紙搬送ガイド６により、前述のニップ部に送り込まれるとともに、そのニップ部を通過した後、次工程へ向けて送り出されるように、案内される。
【００１６】
次に、本実施形態の用紙搬送アクチュエータの駆動原理及び条件について説明する。
図２は、用紙搬送アクチュエータの駆動原理を説明するための説明図である。なお、ここでは、用紙搬送アクチュエータの構成を単純化するために、図２のように弾性体２が搬送経路に沿って真っ直ぐ延在する形状を有する場合について考える。
図２において、各圧電素子３ａ，３ｂそれぞれに正弦波の電気的入力が与えられると、搬送方向上流側の圧電素子３ａによって励振される屈曲振動波は次の（１）式で表され、搬送方向下流側の圧電素子３ｂによって励振される屈曲振動波は次の（２）式で表される。
Ａｓｉｎ（ωｔ−ｋｘ）＋Ａｓｉｎ（ωｔ＋ｋｘ）  ・・・（１）
Ｂｓｉｎ｛ωｔ−ｋ（ｘ＋ａ）φ｝＋Ｂｓｉｎ｛ωｔ＋ｋ（ｘ＋ａ）＋φ｝  ・・・（２）
但し、ｋ＝ω／ｖ＝２π／λ、ｋ：波数、ｖ：媒質内の音速、λ：波長。
【００１７】
また、上記（２）式中のφは、上流側の圧電素子３ａによって励振される屈曲振動波に対する下流側の圧電素子３ｂによって励振される屈曲振動波の位相差角である。
【００１８】
ここで、−ｋａ＋φ＝φ１、ｋａ＋φ＝φ２とおくと、上記（２）式は、次の（２’）式のようになる。
Ｂｓｉｎ｛ωｔ−ｋｘ＋φ１｝＋Ｂｓｉｎ｛ωｔ＋ｋｘ＋φ２｝  ・・・（２’）
【００１９】
上記圧電素子３ａ，３ｂによって弾性体２に励振される屈曲振動波は、上記（１）式と（２）式の和と考えられ、その合成屈曲振動波のうち進行波だけが存在するための条件は次のようになる。
φ１＝ｍπ      ｍ：偶数（ｍ＝０、±２、±４・・・）  
φ２＝ｎπ      ｎ：奇数（ｎ＝±１、±３・・・）  
【００２０】
更に、上記φ１及びφ２の定義から、上記進行波だけが存在するための条件は次のようになる。
φ１＝−ｋａ＋φ＝ｍπ  
φ２＝＋ｋａ＋φ＝ｎπ  
【００２１】
２ｋａ  ＝  （ｎ−ｍ）π  
【００２２】
ここで、
ａ  ＝  λ（ｎ−ｍ）／４    （ｍ≠ｎ）  
φ  ＝  π（ｍ＋ｎ）／２  
【００２３】
上記（１）式と（２）式との合成波は、次の（３）式のようになる。
Ａｓｉｎ（ωｔ−ｋｘ）＋Ａｓｉｎ（ωｔ＋ｋｘ）＋
Ｂｓｉｎ｛ωｔ＋ｋｘ＋ｍπ｝＋Ｂｓｉｎ｛ωｔ＋ｋｘ＋ｎπ｝  
＝（Ａ＋Ｂ）ｓｉｎ（ωｔ−ｋｘ）＋（Ａ−Ｂ）ｓｉｎ（ωｔ＋ｋｘ）  ・・・（３）
【００２４】
ここで、Ａ＝Ｂとすると、次の（４）式に示すように進行波だけの関係式が得られる。
２Ａｓｉｎ（ωｔ−ｋｘ）  ・・・（４）  
【００２５】
つまり、弾性体２の変位ｕは２Ａｓｉｎ（ωｔ−ｋｘ）であるので、図３より、圧電素子３ａ，３ｂの搬送方向（通紙方向）の長さｂは、次の（５）式のように設定するのが最も望ましいことがわかる。
ｂ＝λ／２  ・・・（５）  
【００２６】
ここで、駆動周波数をν［ｋＨｚ］とし、弾性体２を構成する材料内の音速をｖ［ｍ／ｓ］すると、波長λ［ｍｍ］はλ＝ｖ／νで表すことができるので、次式が成り立つ。
ｂ＝ｖ／（２ν）［ｍｍ］  
【００２７】
特に、弾性体２を構成する材料がアルミ又は鋼の場合、アルミや鋼における音速ｖが５０００［ｍ／ｓ］程度であるので、次式が成り立つ。
ｂ＝２５００／ν［ｍｍ］  
【００２８】
また、図２の基本駆動法での進行波励振条件は、次の（６）〜（８）式のようになる。
ａ＝λ（ｎ−ｍ）／４  ・・・（６）  
φ＝π（ｎ＋ｍ）／２    （ｍ≠ｎ）  ・・・（７）  
Ａ＝Ｂ  ・・・（８）  
【００２９】
ここで、ｍは偶数（ｍ＝０、±２、±４・・・）、ｎは奇数（ｎ＝±１、±３・・・）なので、簡単な励振条件として上記（６）式より圧電素子間ピッチａを求めると、
λ／４、３λ／４、５λ／４・・・
となる。
従って、例えば駆動周波数νを２００［ｋＨｚ］とすると、圧電素子３ａ，３ｂそれぞれの搬送方向（通紙方向）の長さｂ［ｍｍ］は、上記進行波励振条件の（５）式より、ｂ＝１２．５［ｍｍ］となる。また、圧電素子３ａ，３ｂの中心間距離（ピッチ）ａは上記進行波励振条件の（６）式より、ａ＝６．２５［ｍｍ］、１８．７５［ｍｍ］、３２．２５［ｍｍ］、４２．７５［ｍｍ］、・・・・となる。
ここで、圧電素子３ａ，３ｂの長さｂが１２．５［ｍｍ］であることを考慮すると、前述の図１または図２の構成より、圧電素子間ピッチａは１８．７５［ｍｍ］が最適であることがわかる。これは、本実施形態の用紙搬送アクチェータの構成における圧電素子間ピッチａは、ａ＝３λ／４が最適であることを示している。
【００３０】
上記（５）式と合わせると、圧電素子３ａ，３ｂの長さｂ［ｍｍ］と中心間距離（ピッチ）ａ［ｍｍ］との関係を示す最適条件の式として、次の（９）式が成り立つことがわかる。
ａ＝１．５×ｂ［ｍｍ］  ・・・（９）
【００３１】
上記進行波励振条件の（５）式を満たすように圧電素子３ａ，３ｂを設けるとともに所定の駆動周波数νの交流電圧を圧電素子３ａ，３ｂそれぞれに印加することにより、弾性体２を励振し、弾性体２に屈曲振動の進行波を発生させることができる。この弾性体２の屈曲振動の進行波により、コロ５を所定の回転方向（図１中のＢ方向）に回転させ、記録紙４を所定の搬送方向（図１中のＡ方向）に搬送することができる。
【００３２】
図４は、本実施形態に係る用紙搬送アクチュエータを備える用紙搬送装置の一構成例を示す斜視図である。図４の構成例では、紙搬送ガイド６上を案内されて搬送される用紙４の搬送方向Ａに沿って複数の用紙搬送アクチュエータ１ｕ，１ｄが所定の間隔（ピッチ）Ｄで配設されている。搬送方向Ａにおける上流側に位置する複数の用紙搬送アクチュエータ１ｕのコロ５１ｕは共通の回転軸５０ｕに回転自在に設けられ、下流側に位置する複数の用紙搬送アクチュエータ１ｄのコロ５１ｄは共通の回転軸５０ｄに回転自在に設けられている。更に、本構成例では、４個すべてのコロ５１ｕ，５１ｄそれぞれについて前述の弾性体２が対向するように構成されている。また、用紙４の搬送方向Ａにおける上流側の用紙搬送アクチュエータ１ｕと下流側の用紙搬送アクチュエータ１ｄとの間隔Ｄは、搬送対象物の用紙４の長手方向サイズを考慮して設定される。例えば、上流側の用紙搬送アクチュエータ１ｕによる用紙４の搬送が終了するタイミングに、下流側の用紙搬送アクチュエータ１ｄによる用紙４の搬送が開始されるように、上記間隔Ｄが設定されて各用紙搬送アクチュエータ１ｕ，１ｄが配置される。このように用紙搬送アクチュエータ１ｕ，１ｄを配置することにより、用紙４を安定且つ確実に必要距離搬送することができる。
【００３３】
図５は、本実施形態に係る用紙搬送アクチュエータを備える用紙搬送装置の他の構成例を示す斜視図である。搬送対象物の用紙４の搬送方向と直交する方向における幅（紙幅）が広い場合は、その幅方向に配置するコロの数を増すことにより、用紙４を安定に搬送することができる。この場合、幅方向のすべてのコロについてアクチェータ１を配置してもよいが、幅方向の中央付近のもの数個のコロについてアクチェータ１を配置し、それ以外のコロについては１対のコロが対向した通常のコロ対５２，５２’（図６参照）としてもよい。例えば、図５に示すように搬送方向上流側及び下流側それぞれにおいて幅方向に４個のコロ５１ｕ，５２ｕ，５１ｄ，５２ｄを配置する場合、幅方向における中央部側のコロ５１ｕ，５１ｄそれぞれについては用紙搬送アクチュエータ１を配置し、幅方向における端部側のコロ５２ｕ，５２ｄそれぞれについては通常のコロ対１０を配置してもよい。また、図５の構成例では、搬送方向Ａにおける上流側に位置する４個のコロ５１ｕ，５２ｕは共通の回転軸５０ｕに回転自在に設けられ、下流側に位置する４個のコロ５１ｕ，５２ｕは共通の回転軸５０ｄに回転自在に設けられている。中央部のアクチェータ１によりコロ５１ｕ，５１ｄが回転すれば、それ以外の幅方向外側のコロ５２ｕ，５２ｄも回転するため、問題なく用紙４を搬送することができる。
【００３４】
図７は、他の実施形態に係る用紙搬送アクチェータの構成例を示す概略構成図である。なお、図７において、図１と同様な構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
図７の用紙搬送アクチュエータ７は、図１のコロ５の代わりに、対向部材としての板状のギャップ形成部材８が配設されている。ギャップ形成部材８の搬送方向上流側及び下流側の端部８ｕ，８ｄは、用紙搬送経路から若干上方に離れるように湾曲しており、弾性体２とギャップ形成部材８との対向部を用紙４がスムーズに通過し得るようになっている。また、図７に示すように、弾性体２とギャップ形成部材８との間隙ｄが、その間隙ｄを通過する用紙４の厚ささよりも大きくなるように構成されている。より好ましくは、弾性体２とギャップ形成部材８との間隙ｄは、搬送対象物として使用される可能性がある用紙４の最大厚さに所定の追加間隙（例えば、３００〜５００μｍ程度）を加算した間隙に設定する。例えば用紙４の厚さが１００μｍの場合には、弾性体２とギャップ形成部材８との間隙ｄを４００〜６００μｍ程度に設定しておく。この構成の場合、用紙４は弾性体２から非常に高い周波数で叩き上げられることで少し浮いた状態になる。すると、用紙４は上側のギャップ形成部材８と接触し、あたかも用紙４が上下両側から挟まれたときのように搬送力が発生し、用紙４が搬送されていく。この図７の構成の場合は、アクチェータ７内に回転等の摺動部が無くなるため、長寿命のアクチェータが得られる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る画像形成装置の用紙搬送装置における用紙搬送アクチュエータの制御（以下、適宜「超音波搬送制御」という。）について説明する。
図８は、上記構成の複数の用紙搬送アクチュエータそれぞれに所定の駆動電圧を印加して用紙搬送を制御する超音波搬送制御の制御系の一構成例を示すブロック図である。この超音波搬送制御の制御系は、主制御手段としてのコントローラ９００と、超音波搬送制御回路９１０と、駆動電圧出力回路９２０とを備えている。コントローラ９００は、超音波搬送制御の制御プログラムのシーケンスを実施するプロセッサとしてのＣＰＵ９０１と、制御プログラムや各種データなどを記憶する記憶手段としてＲＡＭ９０２及びＲＯＭ９０３とを有している。なお、超音波搬送制御回路９１０及び駆動電圧出力回路９２０は、複数の用紙搬送アクチュエータそれぞれに対応させて複数組設けてもよい。
【００３６】
超音波搬送制御回路９１０は、超音波搬送制御の駆動信号を生成するものであり、例えば半導体集積回路（ＩＣ）で構成することができる。超音波搬送制御回路９１０は、振幅選択回路９１１、発振回路９１２、ＰＷＭ信号発生回路（Ｓｉｎ波形、Ｃｏｓ波形）９１３，９１４等を備えている。振幅選択回路９１１は、コントローラ９００からの制御信号に基づいて、圧電素子３を励振する電圧波形（Ｓｉｎ波形、Ｃｏｓ波形）の振幅を変更するための回路であり、ＰＷＭ信号発生用のデューティ比を規定するＤＵＴＹ信号を生成して出力する。発振回路９１２は、コントローラ９００からの制御信号に基づいて、圧電素子３を励振する電圧波形（Ｓｉｎ波形、Ｃｏｓ波形）の周波数を設定し、その周波数の基準発振信号を生成して出力する。ＰＷＭ信号発生回路９１３，９１４はそれぞれ、振幅選択回路９１１からのＤＵＴＹ信号と発振回路９１２からの基準発振信号とに基づいて、所定の周波数及びデューティ比のＳｉｎ波形のＰＷＭ信号とＣｏｓ波形のＰＷＭ信号とを生成して出力する。
【００３７】
駆動電圧出力回路９２０は、例えばトランジスタやコイル（高周波トランス）等で構成され、ＰＷＭ信号発生回路９１３，９１４から受信したＳｉｎ波形のＰＷＭ信号とＣｏｓ波形のＰＷＭ信号とに基づいて、圧電素子３を励振する所定振幅の電圧波形（Ｓｉｎ波形、Ｃｏｓ波形）からなる交流駆動電圧を生成して出力するプッシュプル型のドライバー回路である。
【００３８】
上記構成の制御系において、画像形成装置の電源がＯＮされると、ＣＰＵ９０１はまず、画像形成装置の初期状態が記憶されたＲＡＭ９０２からシステム情報を収集し、その後、メモリＩ／Ｆを介してＲＯＭ９０３と通信を行い、ＲＯＭ９０３から、次の（Ａ１）〜（Ａ５）の各種データを読み出す。
（Ａ１）用紙搬送スピードを設定するための圧電素子３に印加する交流駆動電圧の振幅の設定スピードデータ
（Ａ２）圧電素子３を励振して用紙搬送するための超音波搬送制御回路９１０の周波数カウント値や分周データ
（Ａ３）超音波搬送制御回路９１０で特定の周波数の交流駆動電圧を生成するための基本発振周波数設定データ
（Ａ４）超音波搬送制御回路９１０のＰＷＭ信号発生回路から出力されるＰＷＭ信号におけるＳｉｎ波形とＣｏｓ波形との位相差やＤＵＴＹ（デューティー比）を決定するデータ
（Ａ５）用紙の搬送方向（回転方向）を決定するデータ
【００３９】
次に、ＲＯＭ９０３から呼び出された各種データを超音波搬送制御回路９１０に設定するために、ＣＰＵ９０１はＩ／Ｏポートを通じて／ＣＳ信号をイネーブル状態にし、超音波搬送制御回路９１０を選択する。この選択の後、上記ＲＯＭ９０３から呼び出した初期設定データを各超音波搬送制御回路９１０に設けられたレジスタ群に対し、書き込み信号／ＷＲとＤＡＴＡ、アドレスを利用し、デフォルトデータをセットする。
【００４０】
次に、画像形成装置がイニシャライズ動作を開始すると、アクチュエータ（搬送系）を駆動するために、ＣＰＵ９０１がＩ／Ｏポートを通じてＳＴＡＲＴ／ＳＴＯＰ信号を超音波搬送制御回路９１０に送信する。その後、超音波搬送制御回路９１０はＣＰＵ９０１からＳＴＡＲＴ／ＳＴＯＰ信号を受け取ると、上記レジスタ群に設定されたデータに基づいて起動を開始する。その後、オペレータの操作によって、画像形成装置の動作条件が変更されるまで、印刷時の動作条件は維持される。
【００４１】
更に、オペレータの操作によって動作条件が変更された後は、上記レジスタのデータ値を書き換えることで画像形成装置の搬送系の動作条件を変更することができる。
【００４２】
上記超音波搬送制御の一連動作の具体例を、以下に説明する。
［超音波搬送制御］
画像形成装置の電源がＯＮされると、ＣＰＵ９０１は、初期値のデータ値を確認するために最初に画像形成装置本体のＲＡＭとメモリＩ／Ｆを通じて、トレイ情報（用紙のサイズや紙種情報など）、両面印刷の有無、線速情報、プロセスコントローラ情報などの情報を確認し、その情報に応じてメモリＩ／Ｆを介してＲＯＭ９０３と通信を行い、ＲＯＭ９０３からデフォルトデータを呼び出す。
【００４３】
本実施形態の圧電素子３を利用した搬送系を稼動させる為には、これらのＲＯＭ９０３から呼び出した画像形成装置の搬送系情報に基づいて、電源ＯＮと同時に各回路上に設けられたレジスタにデフォルト値を設定しなければならない。
【００４４】
本実施形態におけるレジスタへの書き込みを含む圧電素子３を利用した搬送系を駆動させる方法は、次のように行う。圧電素子３を利用した搬送系を駆動させ、用紙（記録紙）を搬送するためには、まず最初に、弾性体２に取り付けられた圧電素子３を超音波の波長領域で加振する必要がある。本制御例では圧電素子３（３ａ，３ｂ）は２個設けられており、例えば、一方の圧電素子３ａはＳｉｎ波形の交流駆動電圧が印加されることにより励振され、もう一方の圧電素子３ｂはＣｏｓ波形の交流駆動電圧が印加されることにより励振される。
【００４５】
上記超音波搬送制御回路９１０におけるＳｉｎ波形及びＣｏｓ波形それぞれの交流駆動電圧は、次の（Ｂ１）〜（Ｂ６）に示すように生成される。
【００４６】
（Ｂ１）最初にＣＰＵ９０１からのＤＡＴＡとＡＤＤ（アドレス）により、基本周波数で発振するためのＤ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ回路）９１５内に設けられた基本周波数設定レジスタへの書き込みが行われ、Ｄ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ回路）９１５からの基本周波数の出力が基づいて発振回路９１２にアナログ信号が送信されることにより発振回路が発振し、クロック信号の生成を開始する。
【００４７】
（Ｂ２）上記発振回路の発振を開始して生成したクロック信号をＰＷＭ信号発生回路９１３，９１４に送信し、そのＰＷＭ信号発生回路９１３，９１４内に設けられた分周回路により、すでにＣＰＵ９０１で設定された分周レジスタのデータ値に基づいて共振のための基本周波数を設定し、上記クロック信号を分周することにより共振周波数の設定を行う。
【００４８】
（Ｂ３）共振周波数の設定後、ＰＷＭ信号発生回路９１３，９１４内に設けられた、ＣＰＵ９０１で設定された用紙の進行方向を決定するＣＷ／ＣＣＷレジスタ設定値と、カウンタ回路のＤＵＴＹ設定レジスタ内のデータ値とに基づいて、基本周波数のカウントを行う。
【００４９】
（Ｂ４）ＰＷＭ信号発生回路９１３，９１４はそれぞれ、上記カウントの後、使用周波数と組み合わせたＤＵＴＹ出力回路により、Ｓｉｎ波形用及びＣｏｓ波形用それぞれの所定のＤＵＴＹを有するＰＷＭ信号を作り出す。
【００５０】
（Ｂ５）Ｓｉｎ波形用のＰＷＭ信号及びＣｏｓ波形用のＰＷＭ信号を生成する際には用紙４の進行方向を決定するＣＷ／ＣＣＷレジスタデータ値に基づいて、共振周波数の設定データを利用し、Ｓｉｎ波形とＣｏｓ波形の位相関係を維持するように各ＰＷＭ信号を生成する。この波形詳細は後述の［搬送方向制御］で説明する。
【００５１】
（Ｂ６）上記ＰＷＭ信号発生回路９１３，９１４で生成されたＳｉｎ波形用のＰＷＭ信号及びＣｏｓ波形用のＰＷＭ信号はそれぞれ、次段の差動素子９１６，９１７に送られ、Ｓｉｎ、Ｃｏｓ交流駆動波形の基となる正負振幅を持った矩形波が生成される。このＳｉｎ波形用の矩形波及びＣｏｓ波形用の矩形はそれぞれ、次段のＳｉｎ交流駆動波形用ドライバー回路９２１及びＣｏｓ交流駆動波形用ドライバー回路９２２に送られ、圧電素子３を駆動するためのＳｉｎ、Ｃｏｓ交流駆動波形の交流駆動電圧が生成される。
【００５２】
ここで、用紙４の搬送スピードを変更するための制御パラメータとして利用される交流駆動電圧の振幅は、振幅選択回路９１１内に設けられた振幅レジスタ（ＣＰＵ９０１で既に設定）のデータ値に基づいて、ドライバー回路９２１、９２２内に設けられたＳｉｎ振幅選択回路９２１ａ及びＣｏｓ振幅選択回路９２２ａによりＳｉｎ振幅選択制御信号及びＣｏｓ振幅選択制御信号が生成される。このＳｉｎ振幅選択回路９２１ａ及びＣｏｓ振幅選択回路９２２ａそれぞれから出力されたＳｉｎ振幅選択制御信号及びＣｏｓ振幅選択制御信号に基づいて、ドライバー回路９２１，９２２にそれぞれ設けられたセレクタ９２１ｂ，９２２ｂにより、所定振幅のＳｉｎ波形及びＣｏｓ波形の交流駆動電圧が選択される。セレクタ９２１ｂ，９２２ｂで選択された所定振幅の交流駆動電圧はそれぞれ圧電素子３ａ，３ｂに印加される。
【００５３】
上記所定振幅のＳｉｎ波形及びＣｏｓ波形の交流駆動電圧が印加された圧電素子３ａ，３ｂは伸縮を繰り返し、弾性体２に屈曲振動の進行波が発生することにより、用紙４を搬送するための搬送波が形成される。この搬送波が形成された後、用紙（記録紙）４が図示していない前段から送られてきて弾性体２とコロ５やギャップ形成部材８などの対向部材との間に進入すると、弾性体２の屈曲振動の進行波により、用紙（記録紙）４が搬送される。
【００５４】
その後、オペレータの操作によって画像形成装置の動作条件が変更されるまで、画像形成装置の画像形成時（印刷時）の搬送動作条件は維持される。更に、オペレータの操作によって、画像形成装置の動作条件が変更された後は、上記レジスタのデータ値を書き換えることで画像形成装置の搬送系動作条件を変更することができる。
尚、この時の順方向と逆方向に用紙進行方向を駆動する際の駆動波形の様子を下記に示す。
【００５５】
［搬送方向制御］
前述のようにＰＷＭ信号発生回路９１３，９１４内に設けられた用紙４の搬送方向（進行方向）を決定するＣＷ／ＣＣＷレジスタにデータ値をセットすることにより、２つの圧電素子３ａ，３ｂそれぞれに印加されるＳｉｎ波形及びＣｏｓ波形の交流駆動電圧の位相関係を図９（ａ）及び（ｂ）のように切り替えることができる。たとえば、図９（ａ）の位相関係にあるＳｉｎ波形及びＣｏｓ波形の交流駆動電圧をそれぞれ圧電素子３ａ，３ｂに印加すると、用紙４を順方向に搬送することができる。一方、図９（ｂ）の位相関係にあるＳｉｎ波形及びＣｏｓ波形の交流駆動電圧をそれぞれ圧電素子３ａ，３ｂに印加すると、用紙４を上記順方向とは逆方向に搬送することができる。
【００５６】
［搬送スピード制御］
用紙４の搬送スピードを変更する場合は、前述のように圧電素子３ａ，３ｂに印加する交流駆動電圧の振幅を変更すればよい。具体的には、超音波搬送制御回路９１０の振幅選択回路９１１内に設けられた振幅レジスタ（従来同様、ＣＰＵで既に設定）のデータ値に基づいて、ドライバー回路９２１，９２２それぞれに設けられたＳｉｎ振幅選択回路９２１ａ及びＣｏｓ振幅選択回路９２２ａが、Ｓｉｎ振幅選択制御信号及びＣｏｓ振幅選択制御信号を生成する。このＳｉｎ振幅選択制御信号及びＣｏｓ振幅選択制御信号に基づいて、ドライバー回路９２１，９２２のセレクタ９２１ｂ，９２２ｂは、所定振幅のＳｉｎ波形及びＣｏｓ波形の交流駆動電圧を選択して出力し、圧電素子３ａ，３ｂに印加する。
このように交流駆動電圧の振幅を変化させることで圧電素子３ａ，３ｂの変形量が変化する。例えば、交流駆動電圧の振幅を大きくすると、圧電素子３ａ，３ｂの変形量が大きくなり、コロ５やギャップ形成部材８などの対向部材に対向している弾性体（記録紙搬送板）２の変形量も大きくなるので、用紙４との接触移動距離も増える。従って、単位時間当たりの用紙４を搬送する距離が増し、結果として、搬送スピードを早くすることが可能となる。逆に、交流駆動電圧の振幅を小さくすると、用紙４の搬送スピードを遅くする事が可能となる。
【００５７】
図１０は、上記構成のアクチュエータを用いて構成した用紙搬送装置を備えた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図示の画像形成装置はカラー画像形成装置の例である。図１０において、本実施形態に係るカラー画像形成装置は、中間転写体としての中間転写ベルト１１１を有する中間転写ベルトユニット１１０と、４つの画像ステーションとを備えている。中間転写ベルト１１１は、複数の支持ローラ（駆動ローラ１１２及び従動ローラ１１３）に張架されるように支持され、その中間転写ベルト１１１の上部張架部に沿って各画像ステーションが並設されている。中間転写ベルト１１１の駆動する駆動ローラ１１２は、図示しない駆動装置のギヤ等の駆動伝達系を介して駆動モータに接続されている。
【００５８】
各画像ステーションは、潜像担持体としての感光体ドラム１０７Ｂｋ、１０７Ｃ、１０７Ｍ、１０７Ｙをそれぞれ有し、その感光体ドラムの回りには、図示していない専用の帯電装置、現像装置及びクリーニング装置を有している。また、装置内の上部には、４つの画像ステーションそれぞれに補給されるトナーを収容する図示しないトナーボトルが配設され、各トナーボトルから図示しない搬送経路を介して所定の補給量だけ各色の画像ステーションの現像装置に補給される。
【００５９】
また、本実施形態において、複数の用紙搬送アクチュエータ１及び搬送ガイド部材としての紙搬送ガイド６を用いて構成された用紙搬送装置は、用紙供給手段としての給紙給紙カセット１０１からレジストローラ対１０４に至る搬送経路に設けられている。
【００６０】
上記構成のカラー画像形成装置における画像形成動作は、例えば次のように行われる。図１０中の一点鎖線で示すように、搬送対象物としての用紙（記録紙）４が給紙カセット１０１より給紙ローラ１０３で給送され、用紙搬送アクチュエータ１及び紙搬送ガイド６を備えた用紙搬送装置で搬送され、用紙４の先端がレジストローラ対１０４まで到達すると図示しないセンサによって検知される。この検知信号でタイミングを取りながら、レジストローラ対１０４によって用紙４を２次転写部材としての２次転写ローラ１０５と中間転写ベルト１１１のニップ部に搬送する。一方、あらかじめ各画像ステーションの帯電装置によって一様に帯電された感光体ドラム１０７Ｂｋ、１０７Ｃ、１０７Ｍ、１０７Ｙは、図示していない光書込み装置によりレーザ光にて露光走査され、感光体ドラム１０７Ｂｋ、１０７Ｃ、１０７Ｍ、１０７Ｙ上に静電潜像が作られる。各静電潜像は、それぞれ各色の現像装置により現像され、感光体ドラム１０７Ｂｋ、１０７Ｃ、１０７Ｍ、１０７Ｙ表面にイエロー、シアン、マゼンタ、黒のトナー像が形成される。次に、１次転写部材としての１次転写ローラ１０８Ｂｋ、１０８Ｃ、１０８Ｍ、１０８Ｙに所定の１次転写バイアス電圧が印加され、感光体ドラム１０７Ｂｋ、１０７Ｃ、１０７Ｍ、１０７Ｙ上のトナー像が中間転写ベルト１１１上に順次転写されていく。各画像ステーションにおける各色の作像動作は、そのトナー像が中間転写ベルト１１１の同じ位置に重ねて転写されるように、中間転写ベルト移動方向の上流側から下流側に向けてタイミングをずらして実行される。中間転写ベルト１１１上に形成されたトナー像は、２次転写部材としての２次転写ローラ１０５の対向位置まで搬送され、用紙４に２次転写される。各色のトナー像が転写された用紙４は、定着装置１０６に搬送されて熱定着され、図示していない排紙ローラで排紙される。なお、感光体ドラム１０７Ｂｋ、１０７Ｃ、１０７Ｍ、１０７Ｙ上の残留トナーは、それぞれのクリーニング装置でクリーニングされ、その後、直流に交流成分のバイアスが重畳印加された帯電装置によって除電と同時に帯電され、次の作像（画像形成動作）工程に備える。また、中間転写ベルト１１１上の残留トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置１１のクリーニングブレード等によってクリーニングされ、次の作像工程に備える。
【００６１】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
振動を利用して搬送対象物としての用紙４を搬送するアクチュエータ１であって、所定方向に進行する振動の進行波を表面に発生させるように、その表面における進行波の進行方向の上流側及び下流側それぞれの端部に圧電素子３ａ，３ｂが接着された弾性体２と、弾性体２の前記進行波が発生している表面部分に対して所定の押圧力で接触対向するように又は所定の間隙で対向するように設けられたコロ５やギャップ形成部材８などの対向部材とを備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、弾性体２の両端部それぞれに接着された複数の圧電素子３ａ，３ｂの少なくとも一方に、所定の交流電圧を印加することにより、所定方向に進行する振動の進行波を弾性体２に発生させることができる。このように振動の進行波を発生させるための構成が、圧電素子３ａ，３ｂを弾性体２の表面に接着する構成であるので、従来の大型で重いランジュバン型振動子を配置した構成やローラの軸方向に複数の圧電セラミック及び複数の櫛歯状の突起物を有する弾性体とを備えた構成に比して、より簡易な構成で省スペース化、小型化及び軽量化を図ることができる。しかも、弾性体２に接着した圧電素子３ａ，３ｂから弾性体に振動エネルギーを効率よく伝達することができるために、従来のような弾性体の所定位置で支持する支持体を設ける必要がないので、装置内レイアウトの自由度を高めることができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、弾性体２の対向部材に対向する表面部分における進行波の進行方向に平行な断面形状は、ある曲率半径で曲がった曲線形状である。これによれば、上記実施形態について説明したように、弾性体２の表面のうち上記曲率半径で曲がった曲線形状の湾曲部２ａの頂点付近のみが用紙搬送経路側に露出して現れるため、紙搬送ガイド６から用紙搬送アクチェータ１への用紙４の受け渡しをスムーズに行うことができ、用紙のジャム等の発生を防止することができ、用紙搬送アクチェータ１、並びにその用紙搬送アクチェータ１を備えた用紙搬送装置及び画像形成装置の品質を向上させることができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又は態様Ｂにおいて、前記対向部材は、前記進行波の進行方向に直交する回転軸を中心に回転可能に支持されたコロ５やローラなどの回転体である。これによれば、上記実施形態について説明したように、超音波搬送に必要な加圧力を容易に且つ確実に発生させることができ、複雑な構成をとる必要がなくなり、故障率の向上につなげることができる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至態様Ｃのいずれかの態様において、ギャップ形成部材８などの対向部材は、弾性体２に所定の間隙で対向するように設けられ、弾性体２と対向部材との間隙は、その間隙を通過する用紙４などの搬送対象物の厚さよりも大きい。これによれば、上記実施形態について説明したように、用紙搬送アクチェータ１から可動部を無くすことができ、製品の品質向上につなげることができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ乃至態様Ｄのいずれかの態様において、１対の圧電素子３ａ，３ｂそれぞれに印加する交流電圧の周波数をν［ｋＨｚ］とし、弾性体２内の音速をｖ［ｍ／ｓ］としたとき、進行波の進行方向に平行な方向における１対の圧電素子３ａ，３ｂそれぞれの幅ｂは、ｖ／（２ν）［ｍｍ］であり、前記進行波の進行方向に平行な方向における１対の圧電素子３ａ，３ｂの中心間の距離ａは、ａ＝３ｖ／（４ν）［ｍｍ］である。これによれば、上記実施形態について説明したように、弾性体２に屈曲振動の進行波を確実に発生させることができる。
（態様Ｆ）
上記態様Ａ乃至態様Ｅのいずれかの用紙搬送アクチュエータ１を、用紙４などの搬送対象物の搬送方向に沿って所定の間隔で複数配置し、前記用紙搬送アクチュエータ１の弾性体２に前記振動の進行波を発生させるように複数の圧電素子３ａ，３ｂそれぞれに交流電圧を印加する超音波搬送制御回路９１０及び駆動電圧出力回路９２０などの電圧印加手段を備える用紙搬送装置である。これによれば、上記実施形態について説明したように、従来の大型で重いランジュバン型振動子を配置した構成やローラの軸方向に複数の圧電セラミック及び複数の櫛歯状の突起物を有する弾性体とを備えた構成を有する用紙搬送装置に比して、より簡易な構成で省スペース化、小型化及び軽量化を図ることができる。しかも、用紙搬送装置内のレイアウトの自由度を高めることができる。
（態様Ｇ）
画像形成対象の用紙４などのシート状の記録媒体を搬送する記録媒体搬送装置を備えた画像形成装置であって、前記記録媒体搬送装置として、上記態様Ｆの用紙搬送装置を備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、従来の大型で重いランジュバン型振動子を配置した構成やローラの軸方向に複数の圧電セラミック及び複数の櫛歯状の突起物を有する弾性体とを備えた構成を有する用紙搬送装置を用いた場合に比して、より簡易な構成で省スペース化、小型化及び軽量化を図ることができる。しかも、画像形成装置内のレイアウトの自由度を高めることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  用紙搬送アクチュエータ
２  弾性体
２ａ  湾曲部
３（３ａ，３ｂ）  圧電素子
４  用紙
５  コロ
６  紙搬送ガイド
７  用紙搬送アクチュエータ
８  ギャップ形成部材
５０ｕ，５０ｄ  回転軸
５１ｕ，５１ｄ  コロ
５２ｕ，５２ｄ  コロ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６３】
【特許文献１】特開平０１−０８７４４３号公報
【特許文献２】特開平０２−０８１８４１号公報
【特許文献３】特開２００５−１４５５８７号公報
【図１】
2013049501.tif 000003
【図２】
2013049501.tif 000004
【図３】
2013049501.tif 000005
【図４】
2013049501.tif 000006
【図５】
2013049501.tif 000007
【図６】
2013049501.tif 000008
【図７】
2013049501.tif 000009
【図８】
2013049501.tif 000010
【図９】
2013049501.tif 000011
【図１０】
2013049501.tif 000012