(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子への周波信号の印加により振動が励起される振動体とこの振動体に接触する接触体とを相対移動させる振動型駆動手段と、前記振動体の振動状態を検出して前記周波信号の周波数を制御する周波数制御手段とを有した振動装置において、
前記周波数制御手段は、検出した振動状態、及び、前記周波数を増加させるか減少させるかに応じて前記周波数の変更量の設定を変えることを特徴とする振動装置。
【請求項２】
前記振動状態が振幅であり、
前記周波数制御手段は、検出した振幅が大きいほど前記周波数の変更量の設定を小さくす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】
電気−機械エネルギー変換素子への周波信号の印加により振動が励起される振動体とこの振動体に接触する接触体とを相対移動させる振動型駆動手段と、前記振動体と前記接触体との相対移動速度を検出して前記周波信号の周波数を制御する周波数制御手段とを有した振動装置において、
前記周波数制御手段は、検出した相対移動速度、及び、前記周波数を増加させるか減少させるかに応じて前記周波数の変更量の設定を変えることを特徴とする振動装置。
【請求項４】
前記周波数制御手段は、検出した相対移動速度が大きいほど前記周波数の変更量の設定を小さくことを特徴とする請求項３に記載の振動装置。
【請求項５】
前記周波数制御手段は、前記周波数を増加させる場合よりも減少させる場合に前記周波数の変更量を大きく設定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の振動装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の振動装置を備えたことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動型モータ、超音波モータ等と称される振動型駆動手段を有した振動装置に関し、さらに詳しくは、上記振動型駆動手段の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記振動型駆動手段は、電気−機械エネルギー変換素子が取り付けられた振動体とこの振動体に圧接される振動体とから構成され、電気−機械エネルギー変換素子に周波信号を印加して振動体に振動を励起し、振動体と接触体との摩擦により両者を相対移動させるものである。このような振動型駆動手段は、特に低速での動作安定性が優れていること等から、複写機の感光ドラム等の駆動に用いられている。
【０００３】
そして、特開平７−１４３７７５号公報や同７−１４３７７７号公報等には、振動体の振動状態を検出して周波信号の周波数を制御し、振動型駆動手段の動作速度を制御する装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５および図６のグラフに示すように、振動型駆動手段は、周波信号の周波数が高い領域、言い換えれば振動体の振動振幅が小さく、駆動速度が低速となる領域においては周波数の変化量に対する振動振幅および駆動速度の変化量が小さいが、周波数が低い領域（但し、グラフのピークである機械的共振点より高い領域）、言い換えれば振動体の振動振幅が大きく、駆動速度が高速となる領域においては周波数の変化量に対する振動振幅等の変化量が大きいという特性を有する。
【０００５】
このため、上記公報提案の装置のように、周波信号の周波数や振動体の振動振幅等にかかわらず、周波数の変更量（１回の制御に伴う制御量）を一定に設定していると、例えば高周波数印加時（小振幅時又は低速駆動時）に良好な応答性が得られるように周波数の変更量を設定することにより、低周波数印加時（大振幅時又は高速駆動時）に図４に破線で示すように駆動速度の変動が大きく制御安定性を欠くことになったり、低周波数印加時に安定するように制御することにより、同図に鎖線で示すように高周波数印加時に駆動速度の上昇が遅く応答性が悪くなったりするというように、広い動作領域にて速答性と制御安定性とを両立させることが難しいという問題がある。
【０００６】
そこで、本願発明では、広い動作領域にて制御速応性と制御安定性とを両立させることができるようにした振動型駆動装置の制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、電気−機械エネルギー変換素子への周波信号の印加により振動が励起される振動体とこの振動体に接触する接触体とを相対移動させる振動型駆動手段と、振動体の振動状態又は駆動装置の動作速度を検出して周波信号の周波数を制御する周波数制御手段とを有した振動装置において、周波数制御手段に、検出した振動状態又は動作速度と、周波数を増加させるか減少させるかに応じて上記周波数の変更量の設定を変えさせるようにしている。
【０００８】
具体的には、検出した振動体の振動振幅が大きい領域や駆動装置の動作速度が高い領域では周波数の変更量を小さく設定することにより、１回の制御によって動作速度が大きく変動しないようにして制御安定性を確保する一方、振動体の振動振幅が小さい領域や駆動装置の動作速度が低い領域では周波数の変更量を大きく設定することにより、１回の制御によって動作速度を大きく変化させ良好な応答性が得られるようにして、広い動作領域にて制御速応性と制御安定性とを両立させることができるようにしている。しかも、周波数を増加させる場合（動作速度を減速させる場合）と、周波数を減少させる場合（動作速度を加速させる場合）とで、上記周波数の変更量を変更している。これにより、精密な速度制御を行うことができる。
【０００９】
そして、本願発明では、このような制御装置を備えることにより、感光ドラム等の回転をスムーズに立ち上げて、安定した回転を迅速に得られる複写機等の装置を実現することができるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１には、本願発明の第１実施形態である振動装置の構成を示している。なお、本実施形態では、振動装置が複写機の感光ドラム駆動用として用いられる場合について説明する。
【００１１】
図１において、１は振動型モータ（振動型駆動手段）である。この振動型モータ１は、２相の電気−機械エネルギー変換素子２ａ，２ｂが取り付けられたリング状の振動体と、この振動体に圧接する不図示の移動体（接触体）とを有して構成されている。振動体における２相の変換素子２ａ，２ｂの間には、接地相２ｄと振幅検出用機械−電気エネルギー変換素子（以下、検出素子という）２ｃとが取り付けられている。
【００１２】
１１は制御部であり、この制御部１１はマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）９とこれに接続されたメモリ１０とから構成されている。
【００１３】
６は振幅演算器であり、この振幅演算器６は、検出素子２ｃから振動体の振動に応じて出力された検出信号に基づいて振動体の振動振幅を演算し、演算結果に応じた信号をマイクロプロセッサユニット９に入力する。なお、制御部１１および振幅演算器６が、請求の範囲にいう周波数制御手段に相当する。
【００１４】
８はＤ／Ａ変換器であり、このＤ／Ａ変換器８は、マイクロプロセッサユニット９の出力データに応じたアナログ電圧信号を出力する。７は電圧制御発振器であり、この電圧制御発振器７は、Ｄ／Ａ変換器８から出力されたアナログ信号に比例した周波数を有する矩形波信号を出力する。
【００１５】
５は波形成形器であり、この波形成形器５は、電圧制御発振器７から出力された矩形波信号から２つの同位相の正弦波信号を作って出力する。そして、波形成形器５にて作られた２つの正弦波信号のうち一方は直接増幅器３ａに入力され、他方は９０°移相器４に入力されて上記一方の正弦は信号に対して９０°位相がずらされた上で増幅器３ｂに入力される。増幅器３ａ，３ｂにより所要のレベルに増幅された２つの正弦波信号はそれぞれ変換素子２ａ，２ｂに印加される。
【００１６】
こうして、正弦波信号が変換素子２ａ，２ｂに印加されると、変換素子２ａ，２ｂが伸縮運動して振動体に振動を励起し、振動体と移動体との間の摩擦によって移動体が振動体に対して回転駆動される。なお、移動体の回転力は、感光ドラム１５に伝達され、これを回転駆動する。
【００１７】
そして、マイクロプロセッサユニット９は、振幅演算器６により演算された振動体の振動振幅に応じて、Ｄ／Ａ変換器８への出力データを変える。これにより、各変換素子２ａ，２ｂに印加される正弦波信号の周波数が変更設定され、起動時の立ち上がり応答性がよく、高速時の安定性がよい制御が行われる。
【００１８】
ここで、マイクロプロセッサユニット９における正弦波信号の周波数の変更設定制御について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。まずステップ（図では、Ｓと略す）１おいて、正弦波信号の周波数を初期周波数ｆｏにセットして、振動型モータ１を起動する。次にステップ２で振動振幅をモニタし、ステップ３で、モニタした振動振幅に応じた周波数変更量Δｆをセットする。この周波数変更量Δｆは、図３に示すように、振幅が小さいほど大きな値にセットされるよう予め決められている。
【００１９】
そして、ステップ４で、増速指令が入力されているか否かを判別し、増速指令が入力されているときはステップ６に進んで、駆動周波数をステップ３でセットされたΔｆ分減少させる。一方、増速指令が入力されていないときは、ステップ５に進んで、減速指令が入力されているか否かを判別する。減速指令が入力されているときは、ステップ７に進んで、駆動周波数をステップ３でセットされたΔｆ分増加させる。
【００２０】
このように、振動振幅の大きさに応じた駆動周波数の設定が行われるのであるが、振動振幅が大きいほど周波数変更量が小さく設定されることにより、振動振幅の大きさにかかわらず１回の制御（フロー）によって得られる振動振幅の変化量（ゲイン）をほぼ一定とすることができる。したがって、振動振幅が大きい領域では１回の制御による振動型モータの動作速度の変動が大きくなりすぎず、制御安定性を確保することができる。また、振動振幅が小さい領域では１回の制御による振動型モータの動作速度の変動が小さくなりすぎず、良好な応答性を得ることができる。すなわち、広い振幅領域にて制御速応性と制御安定性とを両立させることができる。
【００２１】
このため、例えば、図４に実線で示すように、振動型モータの所定速度までの立ち上がりが速く、かつ所定速度を超えた後は少ない速度変動で所定速度に収束させることが可能となる。そして、振動型モータにより感光ドラム１５を駆動する場合は、感光ドラムの回転を迅速に所定速度に安定させることができ、複写機の電源投入後、早期に複写機の使用を可能にすることができる。
【００２２】
なお、図３に示すように、ステップ２にて読み込んだ振動振幅が同じであっても、周波数を増加させる場合よりも減少させる場合に周波数変更量Δｆを大きく設定するようにしてもよい。これは、図５から分かるように、機械的共振点から上の周波数領域において、周波数が高くなるほど周波数の変化量に対する振動振幅の変化量が小さくなり、同じ振動振幅から所定量振幅を増加させる場合よりも減少させる場合の方が変化させるべき周波数が大きくなるためである。そして、このように周波数を増加させる場合と減少させる場合とで周波数変更量Δｆを変えることにより、精密な振幅制御つまりは速度制御を行うことができ、制御速応性や制御安定性をより向上させることができる。
【００２３】
また、上記実施形態では、マイクロプロセッサを用いて周波数変更量を精密に演算するようにしたが、例えば、図３に示すようなデータを有したマップをメモリ１０に記憶させておき、ここから振動振幅に応じた変更量データを読み出すようにしてもよい。
【００２４】
また、上記実施形態では、振動体の振動振幅に応じて正弦波信号の周波数変更量を変える場合について説明したが、エンコーダ等を用いて移動体の回転速度を検出し、この回転速度に応じて正弦波信号の周波数変更量を変えるようにしてもよい。
【００２５】
さらに、上記実施形態では、振動装置を複写機に用いた場合について説明したが、本発明の振動装置は複写機以外の装置にも用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、検出した振動体の振動振幅が大きい領域や駆動装置の動作速度が高い領域では周波信号の周波数変更量を小さく設定することにより１回の制御による動作速度の変動が大きくなり過ぎないようにして制御安定性を確保し、かつ振動振幅が小さい領域や動作速度が低い領域では周波数変更量を大きく設定することにより１回の制御により動作速度を十分変化させ良好な応答性が得られるようにしているので、振動型駆動手段の広い動作領域にて制御速応性と制御安定性とを両立させることができる。
【００２７】
そして、本願発明では、このような制御装置を備えることにより、感光ドラム等の回転をスムーズに立ち上げて、安定した回転を迅速に得られる複写機等の装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である制御装置の構成図である。
【図２】上記振動装置における周波数変更量の設定用フローチャートである。
【図３】上記周波数変更量と振動振幅との関係を示すグラフ図である。
【図４】上記制御装置および従来の制御装置による振動型モータの速度制御を概念的に示したグラフ図である。
【図５】従来の振動型モータの動作特性を示すグラフ図である。
【図６】従来の振動型モータの動作特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１  振動型モータ
２ａ，２ｂ  電気−機械エネルギー変換素子
２ｃ  検出素子
２ｄ  接地相
３ａ，３ｂ  増幅器
４  ９０°移相器
５  波形成形器
６  振幅演算器
７  電圧制御発振器
８  Ｄ／Ａ変換器
９  マイクロプロセッサユニット
１０  メモリ
【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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