振動波モータ用の負荷トルク変動装置及び画像形成装置
【課題】 ロータに設けられる回転部材に機構的な特徴を加えてロータ及びステータに同じ接触状態が続くことを回避することで偏磨耗を抑制し、振動波モータの長寿命化を実現する。
【解決手段】 振動波モータＭで回転するシャフト４０５に設けられ、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの大きさをシャフト４０５の回転位相で変動させる偏心カム１３０２、アーム１３０３、付勢バネ１４０２と、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの周期をシャフト４０５の回転周期に対して変動させるワンウェイクラッチ１３０１と、を備える振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００を構成した。
【解決手段】 振動波モータＭで回転するシャフト４０５に設けられ、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの大きさをシャフト４０５の回転位相で変動させる偏心カム１３０２、アーム１３０３、付勢バネ１４０２と、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの周期をシャフト４０５の回転周期に対して変動させるワンウェイクラッチ１３０１と、を備える振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００を構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動波モータの駆動によって回転中心軸の回りに回転する回転部材を備える振動波モータ用の負荷トルク変動装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置では、高精度で良好な画像を形成するためにその回転精度に優れる振動波モータが用いられているものがある。振動波モータとは、振動を利用したモータである。
【０００３】
こうした振動波モータに関する発明として、特許文献１〜３に記載の発明が開示される。この特許文献１〜３に記載の振動波モータによれば、定速度で安定した回転性能が実現される。
【０００４】
また、従来の振動波モータでは、振動体として耐摩耗性の高い材料が貼り付けられているが、摩耗が生じてしまうという問題があった。特に、ステータ及びロータの位相に同期した一定の負荷状態が繰り返されると、所謂「偏摩耗」という現象が生じてしまう。この偏磨耗とは、場所によって振動振幅の異なる状態で振動波モータを長時間駆動すると、振動振幅が大きいところでは摩耗量が多く、振動振幅が小さいところでは摩耗量が少なくなり、こうした磨耗の偏りをいう。このような状態になると、感光体ドラムまたは無端ベルトを本来の速度で駆動することが不可能となり、画像形成装置としての機能を果たさなくなる虞があった。
【０００５】
こうした「偏磨耗」の抑制に関する発明として、特許文献４及び５に記載の発明が開示される。特許文献４には、振動波モータの駆動周波数の振れ幅が所定の値よりも大きい場合には振動波モータが偏磨耗している可能性が高いと判断し、振動波モータの目標駆動速度を低下させる技術が開示される。こうした構成によれば、シートの印刷時間は長くはなるが、印刷動作は継続して行うことができる。その結果、振動波モータの長寿命化は実現される。また、特許文献５には、ステータ及びロータの接触部分に対磨耗性及び耐熱性の高い材料が用いられる。こうした構成によれば、低湿度又は高湿度の環境下での振動波モータの長期使用が可能になり、また、振動波モータの長寿命化は実現される。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１３７９号公報
【特許文献２】特開昭６０−１７６４７０号公報
【特許文献３】特開昭５９−２０４４７７号公報
【特許文献４】特開２００５−２１０７８１号公報
【特許文献５】特開平１１−１７２１２３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、特許文献４に記載の発明では、「偏磨耗」が生じた場合に振動波モータの目標速度を低下させるということであることから、「偏磨耗」自体は回避される構成ではない。したがって、偏磨耗の原因となっているロータ及びステータの間で同じ接触状態が続行するのを回避するものではない。
【０００８】
また、特許文献５に記載の発明では、「偏磨耗」の抑制のためにステータ及びロータの接触部分に耐磨耗性の高い材料を用いるが、経時的に耐磨耗性材料が消失した場合には「偏磨耗」は回避されない。したがって、偏磨耗の原因となっているロータ及びステータの間で同じ接触状態が続行するのを回避するものではない。
【０００９】
そこで、本発明は、ロータに設けられる回転部材に機構的な特徴を加えてロータ及びステータに同じ接触状態が続くことを回避することで偏磨耗を抑制し、振動波モータの長寿命化を実現できる振動波モータ用の負荷トルク変動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の振動波モータ用の負荷トルク変動装置は、振動波モータで回転する回転部材に設けられ、前記回転部材に掛かる負荷トルクの大きさを前記回転部材の回転位相で変動させる回転位相負荷変動部と、前記回転部材に掛かる負荷トルクの周期を前記回転部材の回転周期に対して変動させる負荷周期変動部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、回転位相負荷変動部が、負荷トルクの大きさを回転部材の回転位相で変動させる。したがって、回転部材が振動波モータのロータに固定されている場合には、ロータがステータに対して接触する接触位置の軌跡は、回転部材の回転方向で変動する。また、負荷周期変動部が、回転部材に掛かる負荷トルクの周期を回転部材の回転周期に対して変動させる。したがって、回転部材が振動波モータのロータに固定されている場合には、ロータがステータに対して接触する接触位置の軌跡は、回転部材の周方向に回転する。このように、回転部材に対して機構的な特徴が加えられることで、ロータ及びステータの接触状態が周期的に同一形状になることが回避されて同じ接触状態が続くことが回避され、ロータ及びステータの偏磨耗は抑制される。その結果、振動波モータの長寿命化が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対位置等は、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００を適用可能な画像形成装置９９の構成を示す断面図である。画像形成装置９９は、電子写真画像形成プロセスを利用した両面印刷機能を有するカラー画像形成装置である。図１に示されるように、画像形成装置９９は画像形成装置本体１００を有し、この画像形成装置本体１００の内部には、第１画像形成部Ｐａ、第２画像形成部Ｐｂ、第３画像形成部Ｐｃ、第４画像形成部Ｐｄが設けられる。これらの４つの画像形成部によって、カラー画像が形成されるようになっている。なお、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、１つ或いはそれ以上の任意数の画像形成部を含む画像形成装置にも本発明は適用できるものである。
【００１４】
画像形成装置本体１００の内部には、図１中の右側に記載されるように、一方側に給送部１０１が設けられており、図１中の左側に記載されるように、他方側にシート排出口１０２が設けられている。給送部１０１は、シート１０３を従動ローラ１０４側から搬送ベルト１０５上に載置する機能を有する。シート排出口１０２に隣接して内側には定着器１０６が配設されている。
【００１５】
定着器１０６は、分離ローラ１０７側から給送されたシート１０３を受けて各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいてシート１０３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。
【００１６】
また、画像形成装置本体１００の内部の給送部１０１から定着器１０６に至る経路の下側には、給送部１０１に近接して従動ローラ１０４が、また、定着器１０６に近接して分離ローラ１０７がそれぞれ設けられている。これら従動ローラ１０４と分離ローラ１０７との間に誘電体シートの無端状搬送部材、例えば、搬送ベルト１０５が架設されている。この搬送ベルト１０５は、分離ローラ１０７の下側の駆動ローラ１０８によって回転駆動される回転部材である。従動ローラ１０４の下方には、搬送ベルト１０５の内周側からこの搬送ベルト１０５と当接して搬送ベルト１０５への引張力を自在に調節する調節ローラ１０９が設けられている。
【００１７】
一方、従動ローラ１０４から分離ローラ１０７に至る経路の上側には、搬送ベルト１０５に近接して給送部１０１側から順に前述の４つの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄが併設されている。
【００１８】
搬送ベルト１０５は、駆動ローラ１０８によって図１に示す矢印Ａ方向に駆動され、給送部１０１を通じて送給されるシート１０３を担持し、各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄへと順次搬送する搬送部を構成している。
【００１９】
各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、実質的に同一の構成を有し、周知のように図１の矢印方向に回転駆動される像担持体である感光体ドラム１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄを含む。各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの周辺には、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄを一様に帯電する一次帯電器１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄが配設される。また、そのドラム回転方向の隣りの位置には、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄ上に形成された静電潜像を現像する現像器１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄが配設される。さらに、そのドラム回転方向の隣りの位置には、現像された顕画像をシート１０３へ転写する転写帯電器１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄが配設される。また、そのドラム回転方向の隣りの位置には、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄ上に残存するトナーを除去するクリーニング器１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄが配設されている。また、各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの上方には、露光部１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄが各々設けられている。
【００２０】
現像器１１２ａにはイエロー色のトナーが、現像器１１２ｂにはマゼンタ色のトナーが、現像器１１２ｃにはシアン色のトナーが、現像器１１２ｄにはブラック色のトナーが各々収容されている。露光部１１５ａ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、露光部１１５ｂ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各々入力される。また、露光部１１５ｃにはカラー画像のシアン成分像に対応する画素信号が、露光部１１５ｄ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一次帯電器１１１ａ〜１１１ｄと現像器１１２ａ〜１１２ｄとの間で感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの母線方向にドラム面を露光するようになっている。
【００２１】
画像形成装置９９において、図示するようにシート１０３としてカットシート状のものが使用され、このシート１０３が給送部１０１の給送ガイド内を移動し、搬送ベルト１０５上に送り出される。駆動ローラ１０８もこれに同期して駆動され、搬送ベルト１０５が図１の矢印Ａ方向に駆動される。シート１０３が給送ガイドによって案内されて搬送ベルト１０５上に載置される。
【００２２】
その後、第１画像形成部Ｐａの感光体ドラム１１０ａにはイエロー画像が、第２画像形成部Ｐｂの感光体ドラム１１０ｂにはマゼンタ画像が、それぞれ分担されて形成される。また、第３画像形成部Ｐｃの感光体ドラム１１０ｃにはシアン画像が、第４画像形成部Ｐｄの感光体ドラム１１０ｄにはブラック画像が、それぞれ分担されて形成される。これら画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおける画像形成の原理は、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。
【００２３】
搬送ベルト１０５の移動によって、シート１０３は各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの下部を順次通過して定着器１０６の方向へ搬送される。そして、各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの転写帯電器１１３ａ〜１１３ｄにより、シート１０３上に、各画像形成部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。
【００２４】
シート１０３は、第４画像形成部Ｐｄを通過した後、シート１０３の弾性力を利用して搬送ベルト１０５からの分離を実現する小曲率の分離ローラ１０７を経て搬送ベルト１０５から分離される。搬送ベルト１０５から分離されたシート１０３は定着器１０６に送られ、この定着器１０６内で転写された各色の顕画像が一括して定着された後、シート排出口１０２から排出され、１つの画像記録サイクルが終了する。
【００２５】
搬送ベルト１０５の駆動ローラ１０８付近には、除電清掃部１１６が取り付けられている。この除電清掃部１１６は、搬送ベルト１０５に関して、シート表面電位を接地除電し、更には、そのシート載置面に付着した汚れを清掃する清掃部を有するクリーニング部としての機能を有する。除電清掃部１１６は、除電部であるファーブラシ１１７、清掃部である板状粘弾性体より成るクリーナブレード１１８、各部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１１９によって構成されている。
【００２６】
図２は、画像形成装置９９の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの概略構成を示す斜視図である。同図において、４本の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの同軸上には、それぞれ駆動源としての振動波モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄが取り付けられている。また、振動波モータＭａ〜Ｍｄには、速度を検出する部であるロータリエンコーダＥａ，Ｅｂ，Ｅｃ，Ｅｄが内蔵されている。振動波モータ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１１０ａ〜１１０ｄ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部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。
【００２７】
図３は、画像形成装置９９の搬送ベルト１０５の概略構成を示す一部拡大斜視図である。同図において、駆動ローラ１０８には振動波モータＭｅが接続されている。また、振動波モータ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１０５の駆動においても、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの駆動と同じく、振動波モータＭｅが駆動ローラ１０８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。
【００２８】
図４は、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄ及び駆動ローラ１０８の駆動源である振動波モータＭの構成を示す断面図である。本実施形態において使用する振動波モータＭａ〜Ｍｅは、全て図４に示す振動波モータＭａ（Ｍ）と同一の構成である。また、本実施形態において使用するロータリエンコーダＥａ〜Ｅｅは、全て図４に示すロータリエンコーダＥａ（Ｅｎ）と同一の構成である。なお、振動波モータＭａ〜Ｍｅに共通の内容に関して説明する場合には、以下適宜『振動波モータＭ』との用語によって説明する。また、ロータリエンコーダＥａ〜Ｅｅに共通の内容に関して説明する場合には、以下適宜『エンコーダＥｎ』との用語によって説明する。なお、振動波モータＭには必ずしもエンコーダＥｎが含まれなくとも良い。図４に示されるように、モータカバー４００は、後述するコードホイール４０８とエンコーダ素子４０９を覆う。金属製の弾性体４０１は、焼結等の方法によって製造される。この弾性体４０１には圧電素子４０２が接着されている。弾性体４０１と圧電素子４０２とが接着された構造体をステータと呼ぶ。
【００２９】
図４において、『ロータ』である移動体４０３は金属製の円環状の部材である。移動体４０３は、弾性体４０１に対向すると共に、加圧バネ４０４によって弾性体４０１に所定の力で押し付けられている。圧電素子４０２に上記４相の交番電圧を印加すると、弾性体４０１上には進行性の振動波が発生する。その結果、弾性体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。
【００３０】
シャフト４０５は、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。
【００３１】
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ためのエンコーダの構成部品である。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と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は金属性の内側筐体、４１１は圧電素子４０２に電力を供給するためのコネクタである。
【００３２】
図５は、振動波モータＭのステータの構成を示す斜視図である。図５に示されるように、弾性体４０１の櫛歯上部に耐摩耗性を向上させるための摩擦材４１２が接着されている。これにより、振動波モータＭの寿命を向上させている。
【００３３】
図６は、振動波モータＭの圧電素子４０２の電極の構成を示す概略図である。図６に示されるように、圧電素子４０２は、パターン電極面の領域で電極が蒸着されており、弾性体４０１に接着する前工程において全ての領域で同一方向に分極処理が施されている。図６において、各電極に対してＡ相、Ｂ相、Ａ*相、Ｂ*相と記載しているが、これは振動波モータ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各相に外部から交番電圧が供給されるようになっている。
【００３４】
上記交番電圧の周波数は、弾性体４０１と圧電素子４０２とから成る振動体の共振周波数近傍の周波数である。また、Ａ相とＢ相に印加する交番電圧は、時間的位相差が９０°異なる関係の信号を印加する。Ａ相に対してＢ相の時間的位相差を９０°進ませるか、９０°遅らせるかは、振動波モータＭの回転方向に応じて切り替える。Ａ相とＡ*相は時間的位相差が１８０°異なる交番電圧を印加し、Ｂ相とＢ*相は同じく時間的位相差が１８０°異なる交番電圧を印加する。
【００３５】
図７は、画像形成装置９９における振動波モータＭａ〜Ｍｅの駆動回路構成を示すブロック図である。図７中の『ＵＳＭ』との記載は、Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｍｏｔｏｒの略であり、超音波モータのことを言い、ここでは、振動波モータと同義である。図７において、７００は画像形成装置本体基板で、画像形成装置９９全体の動作を制御するＣＰＵ（中央処理装置）７０１が実装されている。画像形成装置本体基板７００には、ＣＰＵ７０１以外にも、画像処理用のＩＣや振動波モータ以外のアクチュエータのコントローラ、通信用のＩＣ等が実装されているが、ここでは振動波モータＭａ〜Ｍｅの制御に関する部分のみの説明とする。７０２は振動波モータＭの駆動基板で、ゲートアレイ７０３と昇圧回路７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ，７０４ｄ，７０４ｅが実装されている。ゲートアレイ７０３は、主に下記３種類の働きを行う。
【００３６】
（１）振動波モータＭａ〜Ｍｅの駆動信号の生成
前述したように、本実施形態における振動波モータＭａ〜Ｍｅは、時間的位相の異なる４相の交番電圧を圧電素子の電極に印加することによって、駆動するようになっている。ゲートアレイ７０３では、４相の交番電圧の元となるパルス信号を生成している。
【００３７】
４相のパルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、周波数が等しく（周期が全てＴ）、９０°ずつ時間的位相が異なる信号である（図８参照）。なお、図８は、振動型アクチュエータの駆動制御装置を適用した画像形成装置９９の駆動回路における信号生成回路から出力される波形を示すグラフである。この４相のパルス信号を後述する昇圧部で振動波モータＭａ〜Ｍｅを駆動可能な電圧に昇圧する。パルス信号の周波数や位相差は、ＣＰＵ７０１からゲートアレイ７０３に指令される。
【００３８】
（２）振動波モータＭａ〜Ｍｅの回転速度の検出
振動波モータＭａ〜Ｍｅに内蔵されているロータリエンコーダＥａ〜Ｅｅからは、振動波モータＭａ〜Ｍｅの回転速度に応じたパルス信号が出力される。このパルス信号は、振動波モータＭａ〜Ｍｅの回転速度に比例した周波数のパルス信号である。よって、このパルス信号の周波数を計測することにより、振動波モータＭａ〜Ｍｅの回転速度が検出できることになる。
【００３９】
本実施形態では、ロータリエンコーダＥａ〜Ｅｅから出力されるパルス信号の立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの時間、即ち、エンコーダパルス信号の周期を計測している。その結果として、振動波モータＭａ〜Ｍｅの回転速度の逆数に比例した情報が算出され、この情報をＣＰＵ７０１に出力している。
【００４０】
（３）ＣＰＵ７０１との通信
ＣＰＵ７０１では、振動波モータＭａ〜Ｍｅの制御に関する演算を行っている。制御演算の際には、ゲートアレイ７０３で検出された速度情報を取り込み、演算を行い、その演算によって操作量を決定する。本実施形態では操作量として駆動周波数を操作している。決定された駆動周波数情報はゲートアレイ７０３に指令する必要がある。これらの情報の入出力の機能としての通信回路も、ゲートアレイ７０３の機能として実装されている。
【００４１】
図９は、これら昇圧回路７０４ａ〜７０４ｅの回路構成図である。図９において、９００ａ，９００ｂ，９００ｃ，９００ｄはスイッチング素子である。本実施形態では、スイッチング素子としてＭＯＳ ＦＥＴを使用している。９０１ａ，９０１ｂはトランスで、１次側と２次側の各々にセンタータップを有している。トランス９０１ａ，９０１ｂの２次側のインダクタンスは、振動波モータＭａ〜Ｍｅの駆動周波数近傍において、振動波モータＭａ〜Ｍｅの静電容量との間で共振状態となるように設定されている。この結果、トランス９０１ａ，９０１ｂの２次側には、トランス９０１ａ，９０１ｂの昇圧率以上に昇圧された正弦波状の電圧が発生する。
【００４２】
次に、振動波モータＭａ〜Ｍｅの制御方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、振動波モータＭａ〜Ｍｅの速度制御の方法を示すブロック図である。図１０において、破線で囲まれたブロックは、ＣＰＵ７０１のソフトウエアにより実施される部分である。
【００４３】
図１０において、振動波モータＭ（振動波モータＭａ〜Ｍｅに対応する）の回転速度はエンコーダＥｎ（ロータリエンコーダＥａ〜Ｅｅに対応する）で検出される。エンコーダＥｎからは、振動波モータ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。このパルス信号は、周期計測手段１００２で周期情報が計測される。周期計測手段１００２で計測された周期情報は速度の逆数となるので、逆数演算手段１００３で速度情報に変換される。
【００４４】
減算手段１００４では、速度情報と速度指令値との差である速度偏差を演算により求めている。求められた速度偏差は、比例演算手段１００５、積分演算手段１００６及び加算手段１００７によって、公知制御演算の１つである比例積分演算が行われる。
【００４５】
加算手段１００７から出力される情報は振動波モータＭの操作量である。本実施形態では、操作量として振動波モータＭの駆動周波数を変更することによって制御を行っているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、振動波モータＭの印加電圧、複数の交番電圧間の時間的位相差等、振動波モータＭの速度を可変できる手段であれば、操作量として用いても良いものとする。
【００４６】
操作量である駆動周波数の指令値は、信号生成回路１００８（図７のゲートアレイ７０３に対応する）に入力され、駆動パルス信号が生成される。この駆動パルス信号は、昇圧回路１００９（図７の昇圧回路７０４ａ〜７０４ｄに対応する）にて振動波モータＭを駆動するための電圧に増幅され、振動波モータＭに印加する。
【００４７】
以上説明した制御ループで振動波モータＭの制御を行うことにより、振動波モータＭの回転速度が一定に保たれることになる。
【００４８】
本実施形態では、画像形成装置９９の印刷品位を向上させるために振動波モータＭａ〜Ｍｅを駆動源として使用している。また、画像形成装置９９の駆動源として使用される振動波モータＭａ〜Ｍｅは、耐久性が必要とされるために、前述したように弾性体４０１には摩擦材が接着されている。
【００４９】
振動波モータが駆動している時の弾性体４０１に発生する振動振幅は，どの部分も同じであるのが理想であるが、実際には場所によって振動振幅が異なってしまう現象が生じることもある。場所によって振動振幅の異なる状態で振動波モータＭを長時間駆動すると、振動振幅が大きいところでは摩耗量が多く、振動振幅が小さいところでは摩耗量が少ないという状態が生じてしまう。これを偏摩耗と呼ぶ。偏摩耗状態になった振動波モータＭは出力トルクが低下してしまう。以下に振動波モータＭの偏摩耗状態について、図１１及び図１２を用いて説明する。
【００５０】
図１１は、振動波モータの一定速度制御時における駆動周波数の推移を示したグラフである。同図中、Ａは正常な振動波モータの波形、Ｂは偏摩耗状態になった振動波モータの波形である。
【００５１】
図１２は、図１１の一部を拡大し、振動波モータが略１回転する時間での周波数変化を表したグラフである。同図にて明らかなように、振動波モータは、起動直後から温度の上昇と共に駆動周波数がゆるやかに低下する。これは、本実施形態で使用している振動波モータのステータの共振周波数が高温になるほど低下することによるものである。上述した温度に依存した緩やかな周波数の低下は、正常な振動波モータも偏摩耗状態になった振動波モータも同様である。
【００５２】
しかし、図１２に示す短時間での駆動周波数の変化は、正常な振動波モータと偏摩耗状態の振動波モータとでは明らかに異なる。図１２において、正常な振動波モータの波形であるＡは、ほぼ一定な値で推移しているのに対し、偏摩耗状態になった振動波モータの波形であるＢは、振動波モータの略１回転の時間内において、小刻みな増減が見られる。これが、偏磨耗が発生した振動波モータの特徴となる。
【００５３】
振動波モータは図４の弾性体４０１上に生成される進行性の振動波により、弾性体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する。この振動波は弾性体４０１と圧電素子４０２とから成る振動体の共振周波数を利用して発生させられている。この共振周波数は振動波モータに与えられる温度条件、負荷条件、弾性体４０１と移動体４０３の接触状態によって変化する特性である。このため、振動波モータを一定条件で制御するためにはこの共振周波数の変化に追従して交番電圧の周波数を常時変化させる必要がある。この為、負荷や温度などの条件が変化すると、共振周波数が変化し、この共振周波数で一定条件になるように交番電圧の周波数を変化させると、同時に弾性体４０１と移動体４０３の接触状態も連動して変化する。この為、移動体４０３の回転位相に同期した負荷の変化があると、該接触状態の変化も移動体４０３の回転位相に同期する。結果、回転位相に応じた磨耗進行が発生し偏磨耗に至る。
【００５４】
偏磨耗した振動波モータについては上記弾性体４０１と移動体４０３の接触状態が変化する際に磨耗による不連続点が生じるため、上記、図１２のような短時間での駆動周波数の変化が生ずることになる。このような偏磨耗は変化の少ない負荷条件、温度条件で連続的に長時間駆動された場合に生ずる。
【００５５】
図１３は、振動波モータＭ、及び、振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００の構成を示す断面図である。図１４は、図１３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。前述のように、ユーザの使用条件によって偏磨耗に繋がる長時間稼動があるために、画像形成装置９９には振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００が設けられる。すなわち、図２の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄのシャフト４０５、図３の駆動ローラ１０８のシャフト４０５には、図１３及び図１４に示す振動波モータ用の負荷トルク変動装置（以下、単に『負荷トルク変動装置』という）５００が設けられる。
【００５６】
図１３及び図１４に示されるように、負荷トルク変動装置５００は、振動波モータＭの駆動によって『回転中心軸』である第１回転中心軸Ｒの回りに回転する『回転部材』であるシャフト４０５に対して取り付けられる。このシャフト４０５の端部は、前述したように振動波モータＭの『ロータ』である移動体４０３に固定されている。
【００５７】
シャフト４０５には、『負荷周期変動部』であるワンウェイクラッチ１３０１を介して『回転位相負荷変動部』の一部である偏心カム１３０２が固定されている。この偏心カム１３０２は、第１回転中心軸Ｒに対して偏心して側面が形成されて第１回転中心軸Ｒの回りに回転することができるようになっている。
【００５８】
ワンウェイクラッチ１３０１はシャフト４０５及び偏心カム１３０２の間に設けられる。偏心カム１３０２が逆方向（図１４中の時計回り）に力を加えられて回転する場合（図１５参照）には、ワンウェイクラッチ１３０１により偏心カム１３０２及びシャフト４０５が接続される。そのために、偏心カム１３０２及びシャフト４０５は一体的に正方向（図１４中の反時計回り）に回転する。また、偏心カム１３０２が正方向（図１４中の反時計回り）に力を加えられて回転する場合（図１７参照）には、ワンウェイクラッチ１３０１により偏心カム１３０２及びシャフト４０５の接続が解除される。そのために、偏心カム１３０２がシャフト４０５の回転に先行して独自に正方向（図１４中の反時計回り）に回転する。
【００５９】
この偏心カム１３０２がシャフト４０５に先行して独自に正方向（図１４中の反時計回り）に回転し得ることを利用する。そうすると、シャフト４０５に掛かる力の周期がシャフト４０５の回転周期に対して変動し、そのために、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの周期がシャフト４０５の回転周期に対して変動するように構成することができる。ここで、図１４の状態において、シャフト４０５の所定の点をシャフト特定点Ｅ、偏心カム１３０２の第１回転中心軸Ｒからの距離が最大な点を最大寸法特定点Ｆ、偏心カム１３０２の第１回転中心軸Ｒからの距離が最小な点を最小寸法特定点Ｇとする。この図１４の状態では、シャフト４０５のシャフト特定点Ｅ及び偏心カム１３０２の最大寸法特定点Ｆは同一角速度で第１回転中心軸Ｒを中心に回転している。
【００６０】
また、負荷トルク変動装置５００は、『回転位相負荷変動部』の一部である『揺動部材』としてのアーム１３０３、及び、『回転位相負荷変動部』の一部である『付勢部材』としての付勢バネ１４０２を備える。アーム１３０３は、基端部が第１回転中心軸Ｒと平行に配置された第２回転中心軸Ｔを含む揺動中心固定軸１４０１で軸支され、先端部１３０３ａが第２回転中心軸Ｔを含む揺動中心固定軸１４０１の回りに揺動可能に構成される。付勢バネ１４０２は、アーム１３０３の先端部１３０３ａに取り付けられ、アーム１３０３をシャフト４０５に向かって付勢するようになっている。そのために、アーム１３０３は偏心カム１３０２を押圧する。シャフト４０５及び偏心カム１３０２が回転すると、アーム１３０３及び付勢バネ１４０２がシャフト４０５に掛ける力の大きさがシャフト４０５の回転位相で変動し、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの大きさがシャフト４０５の回転位相で変動する。さらに、負荷トルク変動装置５００では、偏心カム１３０２の近傍に発泡体の緩衝部材１４０３が配設されている。以上のような負荷トルク変動装置５００によれば、偏心カム１３０２の回転に伴ってシャフト４０５に掛かる負荷トルクが経時的に変化する。
【００６１】
なお、緩衝部材１４０３は、偏心カム１３０２の最大寸法特定点Ｆの部分が緩衝部材１４０３を通過した後に回りすぎてアーム１３０３の位置まで一気に上昇してしまうのを抑制するためのものである。
【００６２】
図１５〜図１８は、振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００の動作を示す工程図である。図１９は、振動波モータＭの駆動にあたって、シャフト４０５の回転角、及び、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの関係を示すグラフである。以下、図１５〜図１８の工程を説明するにあたって、適宜図１９を参照して説明する。
【００６３】
図１４の状態から図１５の状態へと、シャフト４０５が反時計方向に回転すると、ワンウェイクラッチ１３０１を介して回転駆動が偏心カム１３０２に伝えられて、偏心カム１３０２はシャフト４０５と一体に正方向（図１５中の反時計回り）に回転していく。すなわち、シャフト４０５のシャフト特定点Ｅ及び偏心カム１３０２の最大寸法特定点Ｆは同一の角速度で回転する。このとき、アーム１３０３の先端は押し上げられ、付勢バネ１４０２の伸長によって付勢力が増し、アーム１３０３は偏心カム１３０２を下向きに押圧し、シャフト４０５への負荷トルクが増大していく（図１９のａの部分参照）。
【００６４】
シャフト４０５が更に正方向（図１６中の反時計回り）に回転すると、図１６に示されるように、シャフト４０５の中心から偏心カム１３０２の外側面までの距離が最大に離れた最大寸法特定点Ｆがアーム１３０３を押し上げた状態となる。この場合に、アーム１３０３の押上量は最大に達し、シャフト４０５に掛かる負荷トルクは最大となる（図１９のｂの部分参照）。なお、このときまでは、シャフト４０５のシャフト特定点Ｅ及び偏心カム１３０２の最大寸法特定点Ｆは同一の角速度で回転する。
【００６５】
シャフト４０５が更に正方向（図１７中の反時計回り）に回転すると、図１７に示されるように、アーム１３０３からの付勢力は偏心カム１３０２を加速する方向の力となる。この加速状態ではワンウェイクラッチ１３０１のフリー側となり、偏心カム１３０２はシャフト４０５より先行して回転する（図１９のｃの部分参照）。なお、このときから、偏心カム１３０２の最大寸法特定点Ｆの角速度はシャフト４０５のシャフト特定点Ｅの角速度よりも速くなる。
【００６６】
シャフト４０５が更に正方向（図１８中の反時計回り）に回転すると、図１８に示されるように、偏心カム１３０２が緩衝部材１４０３に衝突する（図１９のｄの部分参照）。そして、偏心カム１３０２は緩衝部材１４０３から逆方向（図１８中の時計回り）に力を受けながら回転しようとする。そのために、ワンウェイクラッチ１３０１及び偏心カム１３０２が噛み合って回転しようとするが、偏心カム１３０２が緩衝部材１４０３に衝突して一時停止することから、負荷トルクは上昇していく（図１９のｅの部分参照）。そして、、その後は偏心カム１３０２が緩衝部材１４０３の位置を通過するところで、負荷トルクは極大値となる（図１９のｆの部分参照）。それ以後は、負荷トルクが下降し、その後は、図１４の状態に戻る。
【００６７】
これ以降、シャフト４０５の回転に伴って前述の動作が繰り返される。この場合に、図１７（図１９のｃの部分参照）に示されるように、偏心カム１３０２がシャフト４０５より速く回転する。このために、偏心カム１３０２のカム回転周期がシャフト４０５のシャフト回転周期より短い周期で連続する。その結果、図１９に示されるように、負荷トルクのトルク負荷周期及びシャフト４０５の回転周期はシャフト回転角毎に異なってくる。つまり、負荷トルクの負荷位相はシャフト４０５の回転に伴ってずれていく。そして、このシャフト４０５の回転毎に異なる負荷トルクの負荷条件により、弾性体４０１及び移動体４０３の接触状態には、移動体４０３及び弾性体４０１の双方の位相に同期しない連続的な変化が生じ、移動体４０３及び弾性体４０１の間の偏磨耗は低減される。
【００６８】
以上のように、本発明の負荷トルク変動装置５００によれば、偏心カム１３０２、アーム１３０３及び付勢バネ１４０２が、負荷トルクの大きさをシャフト４０５の回転位相で変動させる。したがって、シャフト４０５が移動体４０３に固定されている場合には、移動体４０３が弾性体４０１に対して接触する接触状態（例えば接触位置の軌跡）は、シャフト４０５の回転方向で変動する（図２０（ａ）参照）。
【００６９】
また、ワンウェイクラッチ１３０１が、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの周期をシャフト４０５の回転周期に対して変動させる。したがって、シャフト４０５が移動体４０３に固定されている場合には、移動体４０３が弾性体４０１に対して接触する接触状態の変動のプロファイル（接触位置の軌跡プロファイル）は、シャフト４０５の周方向に回転する（図２０（ｂ）参照）。
【００７０】
なお、例えば、このワンウェイクラッチ１３０１が無くて、前述の偏心カム１３０２、アーム１３０３及び付勢バネ１４０２が有るだけの場合を想定する。この場合には、接触位置の軌跡は、シャフト４０５の回転方向で変動した形状となるものの、シャフト４０５の周方向に回転した形状となることはない。そのために、周期毎に同一形状の接触状態となってしまう。そのために、ワンウェイクラッチ１３０１の機能に基づくシャフト４０５に掛かる負荷トルクの変化は必須となる。
【００７１】
このように、シャフト４０５に対して機構的な特徴が加えられることで、移動体４０３及び弾性体４０１に接触状態が周期的に同一形状になることが回避されて同じ接触状態が続くことが回避され、移動体４０３及び弾性体４０１の偏磨耗は抑制される。その結果、振動波モータＭの長寿命化が実現される。なお、画像形成装置９９の構成が簡単な構成のままで済み、安価な振動波モータＭで良好な画像を継続的に出力することができる。また、移動体４０３及び弾性体４０１は満遍なく磨耗していくことができる。
【００７２】
また、シャフト４０５に掛かる力の大きさがシャフト４０５の回転位相で変動し、シャフト４０５に掛かる力の周期がシャフト４０５の回転周期に対して変動する。その結果、シャフト４０５自体の断面形状は変える必要がなく、シャフト４０５自体の回転には影響は生じないようにすることができる。
【００７３】
さらに、シャフト４０５の駆動力によって偏心カム１３０２は回転し、また、偏心カム１３０２は回転しながらアーム１３０３及び付勢バネ１４０２によって押圧される。このようにシャフト４０５の周囲の偏心カム１３０２が押圧されることによって、シャフト４０５に負荷トルクが伝達される。したがって、他の駆動装置の駆動力が用いられなくとも、振動波モータＭの駆動力によって、シャフト４０５に掛かる負荷トルクが変動する。その結果、負荷トルク変動装置５００の構成が最小限で済まされる。
【００７４】
また、負荷トルク変動装置５００が振動波モータＭの外部に配置されることから、振動波モータＭの大型化は抑制される。
【００７５】
（第２実施形態）
図２１は、第２実施形態に係る振動波モータ用の負荷トルク変動装置６００の構成を示す断面図である。図２２は、図２１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。第２実施形態の振動波モータ用の負荷トルク変動装置６００の構成のうち第１実施形態の振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００と同一の構成及び効果に関しては、同一の符号を用いて説明を適宜省略する。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の画像形成装置９９に適用することができるため、画像形成装置の説明は省略する。前述のように、ユーザの使用条件によって偏磨耗に繋がる長時間稼動があるために、画像形成装置９９には振動波モータ用の負荷トルク変動装置６００が設けられる。すなわち、図２の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄのシャフト４０５、図３の駆動ローラ１０８のシャフト４０５には、図２１及び図２２に示す振動波モータ用の負荷トルク変動装置（以下、単に『負荷トルク変動装置』という）６００が設けられる。
【００７６】
図２１及び図２２に示されるように、負荷トルク変動装置６００は、振動波モータＭの駆動によって『回転中心軸』である第１回転中心軸Ｒの回りに回転する『回転部材』であるシャフト４０５を備える。シャフト４０５に対してカラー１９０１が取り付けられる。このカラー１９０１に摺動するように、カラー１９０１の上方には、『回転位相負荷変動部』である『押圧部材』としてのパッド１９０２が配置される。このパッド１９０２は発泡体ゴム等で形成されれば良い。パッド１９０２は、シャフト４０５及び偏心カム１９０３の間に配置される。偏心カム１９０３の第１回転中心軸Ｒからの距離が最大な点を最大寸法特定点Ｆ、偏心カム１３０２の第１回転中心軸Ｒからの距離が最小な点を最小寸法特定点Ｇとする。
【００７７】
パッド１９０２は、偏心カム１９０３が回転中心固定軸１９０４の回りを回転して偏心カム１９０３の最大寸法特定点Ｆの部位による押圧力が増加する。そうすると、パッド１９０２がシャフト４０５側に向かって縮んで厚みが減少することから、パッド１９０２に蓄積される弾性エネルギが増加し、パッド１９０２が伸びようとする力によってシャフト４０５に伝達される押圧力は増加する。
【００７８】
パッド１９０２は、偏心カム１９０３が回転中心固定軸１９０４の回りを回転して偏心カム１９０３の最大寸法特定点Ｆの部位による押圧力が減少する。そうすると、パッド１９０２が偏心カム１９０３側に向かって伸びて厚みが増加することから、パッド１９０２に蓄積される弾性エネルギが減少し、パッド１９０２が縮もうとする力によってシャフト４０５に伝達される押圧力は減少する。
【００７９】
この一方で、パッド１９０２の上方には、前述のように、第１回転中心軸Ｒと平行に配置された第３回転中心軸Ｓを含む回転中心固定軸１９０４の回りに回転可能で第３回転中心軸Ｓに対して偏心する『回転位相負荷変動部』である偏心カム１９０３が配置される。偏心カム１９０３が回転すると、偏心カム１９０３がパッド１９０２が押圧し、このパッド１９０２がカラー１９０１を押圧する。このパッド１９０２の押圧力に基づいて、カラー１９０１が固定されたシャフト４０５が押圧されることになる。したがって、偏心カム１９０３の位相によってその押圧力が変化する。その結果、パッド１９０２がカラー１９０１に押圧されることにより、偏心カム１９０３のカム回転力をシャフト４０５に掛かる負荷トルクに変換する。
【００８０】
図２１及び図２２に示されるように、偏心カム１９０３の回転中心固定軸１９０４にはプーリ１９０５が回動自在に取り付けられる。各々の回転中心固定軸１９０４のプーリ１９０５、軸２００３、及び、回転周期を変動可能な『負荷周期変動部』である『駆動部』としての駆動モータ２００１の軸には、『負荷周期変動部』である『ベルト』としての駆動ベルト２００２が張架される。この駆動ベルト２００２は、駆動モータ２００１の駆動力を偏心カム１９０３に駆動力を伝達する。そのために、偏心カム１９０３の回転中心固定軸１９０４は、プーリ１９０５により駆動ベルト２００２で駆動される。駆動ベルト２００２は図２２に示す駆動モータ２００１により駆動される。駆動モータ２００１は画像形成装置の内部の別のユニット（例えば現像ユニット等）の駆動を兼ねていて、偏心カム１９０３の回転周期は感光体ドラム１１０の回転周期とは異なるように、プーリ１９０５の径が設定されている。
【００８１】
図２２に示されるように、振動波モータ用の負荷トルク変動装置６００では、各色の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの各々の偏心カム１９０３は各色でその位相をずらして配設されている。
【００８２】
『負荷周期変動部』であるベルト機構８００は、回転駆動力が変化可能な『駆動部』である駆動モータ２００１と、駆動モータ２００１及び偏心カム１９０３に張架される『ベルト』である駆動ベルト２００２とを有する。偏心カム１９０３の回転周期を変化させる。偏心カム１９０３の回転に伴ってシャフト４０５に掛かる負荷トルクを経時的に変化させる。
【００８３】
図２３は、振動波モータＭの駆動にあたって、シャフト４０５の回転角、及び、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの関係を示すグラフである。図２３に示されるように、画像形成装置の動作時には、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄには負荷トルクの変化が生ずる。ここで、図２３中のａの部分は感光体ドラム１１０ａのシャフト４０５に掛かる負荷トルクの変化を表し、図２３中のｂの部分は感光体ドラム１１０ｂのシャフト４０５に掛かる負荷トルクの変化を表す。図２３中のｃの部分は感光体ドラム１１０ｃのシャフト４０５に掛かる負荷トルクの変化を表し、図２３中のｄの部分は感光体ドラム１１０ｄに掛かる負荷トルクの変化を表す。
【００８４】
図２３に示されるように、振動波モータＭの移動体４０３及び弾性体４０１の接触状態には、移動体４０３及び弾性体４０１双方の位相に同期しない連続的な変化が生じ、移動体４０３及び弾性体４０１の間の偏磨耗は防止される。
【００８５】
なお、各色の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの駆動の負荷ピークは、図２２のようにカム位相をずらすことで重ならないため、画像形成装置としてのピーク消費電力が増大することを防ぐことができる。
【００８６】
以上のように、本発明の負荷トルク変動装置６００によれば、偏心カム１９０３及びパッド１９０２が、負荷トルクの大きさをシャフト４０５の回転位相で変動させる。したがって、シャフト４０５が移動体４０３に固定されている場合には、移動体４０３が弾性体４０１に対して接触する接触状態（例えば接触位置の軌跡）は、シャフト４０５の回転方向で変動する（図２０（ａ））。
【００８７】
また、駆動モータ２００１及び駆動ベルト２００２が、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの周期をシャフト４０５の回転周期に対して変動させる。したがって、シャフト４０５が移動体４０３に固定されている場合には、移動体４０３が弾性体４０１に対して接触状態の変動のプロファイル（接触位置の軌跡プロファイル）は、シャフト４０５の周方向に回転する（図２０（ｂ））。
【００８８】
なお、例えば、この駆動モータ２００１及び駆動ベルト２００２が無くて、前述の偏心カム１９０３及びパッド１９０２が有るだけの場合を想定する。この場合には、接触位置の軌跡は、シャフト４０５の回転方向で変動した形状となるものの、シャフト４０５の周方向に回転した形状となることはない。そのために、周期毎に同一形状の接触状態となってしまう。そのために、駆動モータ２００１及び駆動ベルト２００２の機能に基づくシャフト４０５に掛かる負荷トルクの変化は必須となる。
【００８９】
このように、シャフト４０５に対して機構的な特徴が加えられることで、移動体４０３及び弾性体４０１に接触状態が周期的に同一形状になることが回避されて同じ接触状態が続くことが回避され、移動体４０３及び弾性体４０１の偏磨耗は抑制される。その結果、振動波モータＭの長寿命化が実現される。なお、画像形成装置９９の構成が簡単な構成のままで済み、安価な振動波モータＭで良好な画像を継続的に出力することができる。また、移動体４０３及び弾性体４０１は満遍なく磨耗していくことができる。
【００９０】
また、シャフト４０５に掛ける力の大きさがシャフト４０５の回転位相で変動し、シャフト４０５に掛ける力の周期がシャフト４０５の回転周期に対して変動する。その結果、シャフト４０５自体の断面形状は変える必要がなく、シャフト４０５自体の回転には影響は生じないようにすることができる。
【００９１】
さらに、駆動モータ２００１及び駆動ベルト２００２の回転周期が自在に変動することで、偏心カム１９０３の回転周期は自在に変動する。したがって、偏心カム１９０３及びパッド１９０２がシャフト４０５に掛ける負荷トルクの周期は自在に変動する。その結果、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの周期の自由度は向上する。
【００９２】
また、負荷トルク変動装置６００が振動波モータＭの外部に配置されることから、振動波モータＭの大型化は抑制される。
【００９３】
さらに、偏心カム１９０３の各々で、第３回転中心軸Ｓの偏心方向が互いに異なることから、複数の偏心カム１９０３が複数のパッド１９０２に伝達しなければならない押圧力の総量が低減され、最大の消費電力が低減される。その結果、駆動モータ２００１の小型化が実現される。裏を返すと、複数の偏心カム１９０３で第３回転中心軸Ｓの偏心方向が互いに同じ方向にあると、複数の偏心カム１９０３が複数のパッド１９０２を一度に押圧する状況が生じる。このために、偏心カム１９０３がパッド１９０２に伝達しなければならない押圧力の総量が多く必要となり、最大の消費電力が増大する。こういった事態が抑制される。
【００９４】
なお、第１実施形態及び第２実施形態における『回転位相負荷変動部』は偏芯させたはずみ車等重力を利用したものに設計変更することも可能である。また、印加電圧に応じて負荷力を変化できる電磁ブレーキや、他の電気的負荷印加手段に設計変更することも可能である。また、『負荷周期変動部』は上記電気負荷印加手段の印加電圧プロファイルを変化させることで実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動波モータ用の負荷トルク変動装置を適用可能な画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図２】画像形成装置の感光体ドラムの概略構成を示す斜視図である。
【図３】画像形成装置における搬送ベルトの概略構成を示す一部拡大斜視図である。
【図４】感光体ドラム及び駆動ローラの駆動源である振動波モータの構成を示す断面図である。
【図５】振動波モータのステータの構成を示す斜視図である。
【図６】振動波モータの圧電素子の電極の構成を示す概略図である。
【図７】画像形成装置における振動波モータの駆動回路構成を示すブロック図である。
【図８】振動型アクチュエータの駆動制御装置を適用した画像形成装置の駆動回路における信号生成回路から出力される波形を示すグラフである。
【図９】これら昇圧回路の回路構成図である。
【図１０】振動波モータの速度制御の方法を示すブロック図である。
【図１１】振動波モータの一定速度制御時における駆動周波数の推移を示したグラフである。
【図１２】図１１の一部を拡大し、振動波モータが略１回転する時間での周波数変化を表したグラフである。
【図１３】振動波モータ、及び、振動波モータ用の負荷トルク変動装置の構成を示す断面図である。
【図１４】図１３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１５】振動波モータ用の負荷トルク変動装置の動作を示す工程図である。
【図１６】振動波モータ用の負荷トルク変動装置の動作を示す工程図である。
【図１７】振動波モータ用の負荷トルク変動装置の動作を示す工程図である。
【図１８】振動波モータ用の負荷トルク変動装置の動作を示す工程図である。
【図１９】振動波モータの駆動にあたって、シャフトの回転角、及び、シャフトに掛かる負荷トルクの関係を示すグラフである。
【図２０】（ａ）は、移動体が弾性体に対して接触する接触位置の軌跡を示す概略図であり、（ｂ）は、移動体が弾性体に対して接触する接触位置の軌跡のプロファイルを示す概略図である。
【図２１】第２実施形態に係る振動波モータ用の負荷トルク変動装置の構成を示す断面図である。
【図２２】図２１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図２３】振動波モータの駆動にあたって、シャフトの回転角、及び、シャフトに掛かる負荷トルクの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９６】
４００ モータカバー（カバー）
４０１ 弾性体（ステータ）
４０２ 圧電素子（ステータ）
４０３ 移動体（ロータ）
４０５ 回転部材
１３０１ ワンウェイクラッチ（負荷周期変動部）
１３０２ 偏心カム（回転位相負荷変動部）
１３０３ アーム（揺動部材）（回転位相負荷変動部）
１４０２ 付勢バネ（付勢部材）（回転位相負荷変動部）
１９０２ パッド（押圧部材）（回転位相負荷変動部）
１９０３ 偏心カム（回転位相負荷変動部）
２００１ 駆動モータ（駆動部）（負荷周期変動部）
２００２ 駆動ベルト（ベルト）（負荷周期変動部）
Ｍ 振動波モータ
Ｒ 第１回転中心軸（回転中心軸）
Ｔ 揺動中心固定軸（第２回転中心軸）
Ｓ 回転中心固定軸（第３回転中心軸）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動波モータの駆動によって回転中心軸の回りに回転する回転部材を備える振動波モータ用の負荷トルク変動装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置では、高精度で良好な画像を形成するためにその回転精度に優れる振動波モータが用いられているものがある。振動波モータとは、振動を利用したモータである。
【０００３】
こうした振動波モータに関する発明として、特許文献１〜３に記載の発明が開示される。この特許文献１〜３に記載の振動波モータによれば、定速度で安定した回転性能が実現される。
【０００４】
また、従来の振動波モータでは、振動体として耐摩耗性の高い材料が貼り付けられているが、摩耗が生じてしまうという問題があった。特に、ステータ及びロータの位相に同期した一定の負荷状態が繰り返されると、所謂「偏摩耗」という現象が生じてしまう。この偏磨耗とは、場所によって振動振幅の異なる状態で振動波モータを長時間駆動すると、振動振幅が大きいところでは摩耗量が多く、振動振幅が小さいところでは摩耗量が少なくなり、こうした磨耗の偏りをいう。このような状態になると、感光体ドラムまたは無端ベルトを本来の速度で駆動することが不可能となり、画像形成装置としての機能を果たさなくなる虞があった。
【０００５】
こうした「偏磨耗」の抑制に関する発明として、特許文献４及び５に記載の発明が開示される。特許文献４には、振動波モータの駆動周波数の振れ幅が所定の値よりも大きい場合には振動波モータが偏磨耗している可能性が高いと判断し、振動波モータの目標駆動速度を低下させる技術が開示される。こうした構成によれば、シートの印刷時間は長くはなるが、印刷動作は継続して行うことができる。その結果、振動波モータの長寿命化は実現される。また、特許文献５には、ステータ及びロータの接触部分に対磨耗性及び耐熱性の高い材料が用いられる。こうした構成によれば、低湿度又は高湿度の環境下での振動波モータの長期使用が可能になり、また、振動波モータの長寿命化は実現される。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１３７９号公報
【特許文献２】特開昭６０−１７６４７０号公報
【特許文献３】特開昭５９−２０４４７７号公報
【特許文献４】特開２００５−２１０７８１号公報
【特許文献５】特開平１１−１７２１２３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、特許文献４に記載の発明では、「偏磨耗」が生じた場合に振動波モータの目標速度を低下させるということであることから、「偏磨耗」自体は回避される構成ではない。したがって、偏磨耗の原因となっているロータ及びステータの間で同じ接触状態が続行するのを回避するものではない。
【０００８】
また、特許文献５に記載の発明では、「偏磨耗」の抑制のためにステータ及びロータの接触部分に耐磨耗性の高い材料を用いるが、経時的に耐磨耗性材料が消失した場合には「偏磨耗」は回避されない。したがって、偏磨耗の原因となっているロータ及びステータの間で同じ接触状態が続行するのを回避するものではない。
【０００９】
そこで、本発明は、ロータに設けられる回転部材に機構的な特徴を加えてロータ及びステータに同じ接触状態が続くことを回避することで偏磨耗を抑制し、振動波モータの長寿命化を実現できる振動波モータ用の負荷トルク変動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の振動波モータ用の負荷トルク変動装置は、振動波モータで回転する回転部材に設けられ、前記回転部材に掛かる負荷トルクの大きさを前記回転部材の回転位相で変動させる回転位相負荷変動部と、前記回転部材に掛かる負荷トルクの周期を前記回転部材の回転周期に対して変動させる負荷周期変動部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、回転位相負荷変動部が、負荷トルクの大きさを回転部材の回転位相で変動させる。したがって、回転部材が振動波モータのロータに固定されている場合には、ロータがステータに対して接触する接触位置の軌跡は、回転部材の回転方向で変動する。また、負荷周期変動部が、回転部材に掛かる負荷トルクの周期を回転部材の回転周期に対して変動させる。したがって、回転部材が振動波モータのロータに固定されている場合には、ロータがステータに対して接触する接触位置の軌跡は、回転部材の周方向に回転する。このように、回転部材に対して機構的な特徴が加えられることで、ロータ及びステータの接触状態が周期的に同一形状になることが回避されて同じ接触状態が続くことが回避され、ロータ及びステータの偏磨耗は抑制される。その結果、振動波モータの長寿命化が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対位置等は、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００を適用可能な画像形成装置９９の構成を示す断面図である。画像形成装置９９は、電子写真画像形成プロセスを利用した両面印刷機能を有するカラー画像形成装置である。図１に示されるように、画像形成装置９９は画像形成装置本体１００を有し、この画像形成装置本体１００の内部には、第１画像形成部Ｐａ、第２画像形成部Ｐｂ、第３画像形成部Ｐｃ、第４画像形成部Ｐｄが設けられる。これらの４つの画像形成部によって、カラー画像が形成されるようになっている。なお、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、１つ或いはそれ以上の任意数の画像形成部を含む画像形成装置にも本発明は適用できるものである。
【００１４】
画像形成装置本体１００の内部には、図１中の右側に記載されるように、一方側に給送部１０１が設けられており、図１中の左側に記載されるように、他方側にシート排出口１０２が設けられている。給送部１０１は、シート１０３を従動ローラ１０４側から搬送ベルト１０５上に載置する機能を有する。シート排出口１０２に隣接して内側には定着器１０６が配設されている。
【００１５】
定着器１０６は、分離ローラ１０７側から給送されたシート１０３を受けて各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいてシート１０３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。
【００１６】
また、画像形成装置本体１００の内部の給送部１０１から定着器１０６に至る経路の下側には、給送部１０１に近接して従動ローラ１０４が、また、定着器１０６に近接して分離ローラ１０７がそれぞれ設けられている。これら従動ローラ１０４と分離ローラ１０７との間に誘電体シートの無端状搬送部材、例えば、搬送ベルト１０５が架設されている。この搬送ベルト１０５は、分離ローラ１０７の下側の駆動ローラ１０８によって回転駆動される回転部材である。従動ローラ１０４の下方には、搬送ベルト１０５の内周側からこの搬送ベルト１０５と当接して搬送ベルト１０５への引張力を自在に調節する調節ローラ１０９が設けられている。
【００１７】
一方、従動ローラ１０４から分離ローラ１０７に至る経路の上側には、搬送ベルト１０５に近接して給送部１０１側から順に前述の４つの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄが併設されている。
【００１８】
搬送ベルト１０５は、駆動ローラ１０８によって図１に示す矢印Ａ方向に駆動され、給送部１０１を通じて送給されるシート１０３を担持し、各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄへと順次搬送する搬送部を構成している。
【００１９】
各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、実質的に同一の構成を有し、周知のように図１の矢印方向に回転駆動される像担持体である感光体ドラム１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄを含む。各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの周辺には、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄを一様に帯電する一次帯電器１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄが配設される。また、そのドラム回転方向の隣りの位置には、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄ上に形成された静電潜像を現像する現像器１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄが配設される。さらに、そのドラム回転方向の隣りの位置には、現像された顕画像をシート１０３へ転写する転写帯電器１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄが配設される。また、そのドラム回転方向の隣りの位置には、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄ上に残存するトナーを除去するクリーニング器１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄが配設されている。また、各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの上方には、露光部１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄが各々設けられている。
【００２０】
現像器１１２ａにはイエロー色のトナーが、現像器１１２ｂにはマゼンタ色のトナーが、現像器１１２ｃにはシアン色のトナーが、現像器１１２ｄにはブラック色のトナーが各々収容されている。露光部１１５ａ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、露光部１１５ｂ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各々入力される。また、露光部１１５ｃにはカラー画像のシアン成分像に対応する画素信号が、露光部１１５ｄ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一次帯電器１１１ａ〜１１１ｄと現像器１１２ａ〜１１２ｄとの間で感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの母線方向にドラム面を露光するようになっている。
【００２１】
画像形成装置９９において、図示するようにシート１０３としてカットシート状のものが使用され、このシート１０３が給送部１０１の給送ガイド内を移動し、搬送ベルト１０５上に送り出される。駆動ローラ１０８もこれに同期して駆動され、搬送ベルト１０５が図１の矢印Ａ方向に駆動される。シート１０３が給送ガイドによって案内されて搬送ベルト１０５上に載置される。
【００２２】
その後、第１画像形成部Ｐａの感光体ドラム１１０ａにはイエロー画像が、第２画像形成部Ｐｂの感光体ドラム１１０ｂにはマゼンタ画像が、それぞれ分担されて形成される。また、第３画像形成部Ｐｃの感光体ドラム１１０ｃにはシアン画像が、第４画像形成部Ｐｄの感光体ドラム１１０ｄにはブラック画像が、それぞれ分担されて形成される。これら画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおける画像形成の原理は、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。
【００２３】
搬送ベルト１０５の移動によって、シート１０３は各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの下部を順次通過して定着器１０６の方向へ搬送される。そして、各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの転写帯電器１１３ａ〜１１３ｄにより、シート１０３上に、各画像形成部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。
【００２４】
シート１０３は、第４画像形成部Ｐｄを通過した後、シート１０３の弾性力を利用して搬送ベルト１０５からの分離を実現する小曲率の分離ローラ１０７を経て搬送ベルト１０５から分離される。搬送ベルト１０５から分離されたシート１０３は定着器１０６に送られ、この定着器１０６内で転写された各色の顕画像が一括して定着された後、シート排出口１０２から排出され、１つの画像記録サイクルが終了する。
【００２５】
搬送ベルト１０５の駆動ローラ１０８付近には、除電清掃部１１６が取り付けられている。この除電清掃部１１６は、搬送ベルト１０５に関して、シート表面電位を接地除電し、更には、そのシート載置面に付着した汚れを清掃する清掃部を有するクリーニング部としての機能を有する。除電清掃部１１６は、除電部であるファーブラシ１１７、清掃部である板状粘弾性体より成るクリーナブレード１１８、各部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１１９によって構成されている。
【００２６】
図２は、画像形成装置９９の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの概略構成を示す斜視図である。同図において、４本の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの同軸上には、それぞれ駆動源としての振動波モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄが取り付けられている。また、振動波モータＭａ〜Ｍｄには、速度を検出する部であるロータリエンコーダＥａ，Ｅｂ，Ｅｃ，Ｅｄが内蔵されている。振動波モータ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１１０ａ〜１１０ｄ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部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。
【００２７】
図３は、画像形成装置９９の搬送ベルト１０５の概略構成を示す一部拡大斜視図である。同図において、駆動ローラ１０８には振動波モータＭｅが接続されている。また、振動波モータ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１０５の駆動においても、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの駆動と同じく、振動波モータＭｅが駆動ローラ１０８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。
【００２８】
図４は、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄ及び駆動ローラ１０８の駆動源である振動波モータＭの構成を示す断面図である。本実施形態において使用する振動波モータＭａ〜Ｍｅは、全て図４に示す振動波モータＭａ（Ｍ）と同一の構成である。また、本実施形態において使用するロータリエンコーダＥａ〜Ｅｅは、全て図４に示すロータリエンコーダＥａ（Ｅｎ）と同一の構成である。なお、振動波モータＭａ〜Ｍｅに共通の内容に関して説明する場合には、以下適宜『振動波モータＭ』との用語によって説明する。また、ロータリエンコーダＥａ〜Ｅｅに共通の内容に関して説明する場合には、以下適宜『エンコーダＥｎ』との用語によって説明する。なお、振動波モータＭには必ずしもエンコーダＥｎが含まれなくとも良い。図４に示されるように、モータカバー４００は、後述するコードホイール４０８とエンコーダ素子４０９を覆う。金属製の弾性体４０１は、焼結等の方法によって製造される。この弾性体４０１には圧電素子４０２が接着されている。弾性体４０１と圧電素子４０２とが接着された構造体をステータと呼ぶ。
【００２９】
図４において、『ロータ』である移動体４０３は金属製の円環状の部材である。移動体４０３は、弾性体４０１に対向すると共に、加圧バネ４０４によって弾性体４０１に所定の力で押し付けられている。圧電素子４０２に上記４相の交番電圧を印加すると、弾性体４０１上には進行性の振動波が発生する。その結果、弾性体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。
【００３０】
シャフト４０５は、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。
【００３１】
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ためのエンコーダの構成部品である。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と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は金属性の内側筐体、４１１は圧電素子４０２に電力を供給するためのコネクタである。
【００３２】
図５は、振動波モータＭのステータの構成を示す斜視図である。図５に示されるように、弾性体４０１の櫛歯上部に耐摩耗性を向上させるための摩擦材４１２が接着されている。これにより、振動波モータＭの寿命を向上させている。
【００３３】
図６は、振動波モータＭの圧電素子４０２の電極の構成を示す概略図である。図６に示されるように、圧電素子４０２は、パターン電極面の領域で電極が蒸着されており、弾性体４０１に接着する前工程において全ての領域で同一方向に分極処理が施されている。図６において、各電極に対してＡ相、Ｂ相、Ａ*相、Ｂ*相と記載しているが、これは振動波モータ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各相に外部から交番電圧が供給されるようになっている。
【００３４】
上記交番電圧の周波数は、弾性体４０１と圧電素子４０２とから成る振動体の共振周波数近傍の周波数である。また、Ａ相とＢ相に印加する交番電圧は、時間的位相差が９０°異なる関係の信号を印加する。Ａ相に対してＢ相の時間的位相差を９０°進ませるか、９０°遅らせるかは、振動波モータＭの回転方向に応じて切り替える。Ａ相とＡ*相は時間的位相差が１８０°異なる交番電圧を印加し、Ｂ相とＢ*相は同じく時間的位相差が１８０°異なる交番電圧を印加する。
【００３５】
図７は、画像形成装置９９における振動波モータＭａ〜Ｍｅの駆動回路構成を示すブロック図である。図７中の『ＵＳＭ』との記載は、Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｍｏｔｏｒの略であり、超音波モータのことを言い、ここでは、振動波モータと同義である。図７において、７００は画像形成装置本体基板で、画像形成装置９９全体の動作を制御するＣＰＵ（中央処理装置）７０１が実装されている。画像形成装置本体基板７００には、ＣＰＵ７０１以外にも、画像処理用のＩＣや振動波モータ以外のアクチュエータのコントローラ、通信用のＩＣ等が実装されているが、ここでは振動波モータＭａ〜Ｍｅの制御に関する部分のみの説明とする。７０２は振動波モータＭの駆動基板で、ゲートアレイ７０３と昇圧回路７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ，７０４ｄ，７０４ｅが実装されている。ゲートアレイ７０３は、主に下記３種類の働きを行う。
【００３６】
（１）振動波モータＭａ〜Ｍｅの駆動信号の生成
前述したように、本実施形態における振動波モータＭａ〜Ｍｅは、時間的位相の異なる４相の交番電圧を圧電素子の電極に印加することによって、駆動するようになっている。ゲートアレイ７０３では、４相の交番電圧の元となるパルス信号を生成している。
【００３７】
４相のパルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、周波数が等しく（周期が全てＴ）、９０°ずつ時間的位相が異なる信号である（図８参照）。なお、図８は、振動型アクチュエータの駆動制御装置を適用した画像形成装置９９の駆動回路における信号生成回路から出力される波形を示すグラフである。この４相のパルス信号を後述する昇圧部で振動波モータＭａ〜Ｍｅを駆動可能な電圧に昇圧する。パルス信号の周波数や位相差は、ＣＰＵ７０１からゲートアレイ７０３に指令される。
【００３８】
（２）振動波モータＭａ〜Ｍｅの回転速度の検出
振動波モータＭａ〜Ｍｅに内蔵されているロータリエンコーダＥａ〜Ｅｅからは、振動波モータＭａ〜Ｍｅの回転速度に応じたパルス信号が出力される。このパルス信号は、振動波モータＭａ〜Ｍｅの回転速度に比例した周波数のパルス信号である。よって、このパルス信号の周波数を計測することにより、振動波モータＭａ〜Ｍｅの回転速度が検出できることになる。
【００３９】
本実施形態では、ロータリエンコーダＥａ〜Ｅｅから出力されるパルス信号の立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの時間、即ち、エンコーダパルス信号の周期を計測している。その結果として、振動波モータＭａ〜Ｍｅの回転速度の逆数に比例した情報が算出され、この情報をＣＰＵ７０１に出力している。
【００４０】
（３）ＣＰＵ７０１との通信
ＣＰＵ７０１では、振動波モータＭａ〜Ｍｅの制御に関する演算を行っている。制御演算の際には、ゲートアレイ７０３で検出された速度情報を取り込み、演算を行い、その演算によって操作量を決定する。本実施形態では操作量として駆動周波数を操作している。決定された駆動周波数情報はゲートアレイ７０３に指令する必要がある。これらの情報の入出力の機能としての通信回路も、ゲートアレイ７０３の機能として実装されている。
【００４１】
図９は、これら昇圧回路７０４ａ〜７０４ｅの回路構成図である。図９において、９００ａ，９００ｂ，９００ｃ，９００ｄはスイッチング素子である。本実施形態では、スイッチング素子としてＭＯＳ ＦＥＴを使用している。９０１ａ，９０１ｂはトランスで、１次側と２次側の各々にセンタータップを有している。トランス９０１ａ，９０１ｂの２次側のインダクタンスは、振動波モータＭａ〜Ｍｅの駆動周波数近傍において、振動波モータＭａ〜Ｍｅの静電容量との間で共振状態となるように設定されている。この結果、トランス９０１ａ，９０１ｂの２次側には、トランス９０１ａ，９０１ｂの昇圧率以上に昇圧された正弦波状の電圧が発生する。
【００４２】
次に、振動波モータＭａ〜Ｍｅの制御方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、振動波モータＭａ〜Ｍｅの速度制御の方法を示すブロック図である。図１０において、破線で囲まれたブロックは、ＣＰＵ７０１のソフトウエアにより実施される部分である。
【００４３】
図１０において、振動波モータＭ（振動波モータＭａ〜Ｍｅに対応する）の回転速度はエンコーダＥｎ（ロータリエンコーダＥａ〜Ｅｅに対応する）で検出される。エンコーダＥｎからは、振動波モータ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。このパルス信号は、周期計測手段１００２で周期情報が計測される。周期計測手段１００２で計測された周期情報は速度の逆数となるので、逆数演算手段１００３で速度情報に変換される。
【００４４】
減算手段１００４では、速度情報と速度指令値との差である速度偏差を演算により求めている。求められた速度偏差は、比例演算手段１００５、積分演算手段１００６及び加算手段１００７によって、公知制御演算の１つである比例積分演算が行われる。
【００４５】
加算手段１００７から出力される情報は振動波モータＭの操作量である。本実施形態では、操作量として振動波モータＭの駆動周波数を変更することによって制御を行っているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、振動波モータＭの印加電圧、複数の交番電圧間の時間的位相差等、振動波モータＭの速度を可変できる手段であれば、操作量として用いても良いものとする。
【００４６】
操作量である駆動周波数の指令値は、信号生成回路１００８（図７のゲートアレイ７０３に対応する）に入力され、駆動パルス信号が生成される。この駆動パルス信号は、昇圧回路１００９（図７の昇圧回路７０４ａ〜７０４ｄに対応する）にて振動波モータＭを駆動するための電圧に増幅され、振動波モータＭに印加する。
【００４７】
以上説明した制御ループで振動波モータＭの制御を行うことにより、振動波モータＭの回転速度が一定に保たれることになる。
【００４８】
本実施形態では、画像形成装置９９の印刷品位を向上させるために振動波モータＭａ〜Ｍｅを駆動源として使用している。また、画像形成装置９９の駆動源として使用される振動波モータＭａ〜Ｍｅは、耐久性が必要とされるために、前述したように弾性体４０１には摩擦材が接着されている。
【００４９】
振動波モータが駆動している時の弾性体４０１に発生する振動振幅は，どの部分も同じであるのが理想であるが、実際には場所によって振動振幅が異なってしまう現象が生じることもある。場所によって振動振幅の異なる状態で振動波モータＭを長時間駆動すると、振動振幅が大きいところでは摩耗量が多く、振動振幅が小さいところでは摩耗量が少ないという状態が生じてしまう。これを偏摩耗と呼ぶ。偏摩耗状態になった振動波モータＭは出力トルクが低下してしまう。以下に振動波モータＭの偏摩耗状態について、図１１及び図１２を用いて説明する。
【００５０】
図１１は、振動波モータの一定速度制御時における駆動周波数の推移を示したグラフである。同図中、Ａは正常な振動波モータの波形、Ｂは偏摩耗状態になった振動波モータの波形である。
【００５１】
図１２は、図１１の一部を拡大し、振動波モータが略１回転する時間での周波数変化を表したグラフである。同図にて明らかなように、振動波モータは、起動直後から温度の上昇と共に駆動周波数がゆるやかに低下する。これは、本実施形態で使用している振動波モータのステータの共振周波数が高温になるほど低下することによるものである。上述した温度に依存した緩やかな周波数の低下は、正常な振動波モータも偏摩耗状態になった振動波モータも同様である。
【００５２】
しかし、図１２に示す短時間での駆動周波数の変化は、正常な振動波モータと偏摩耗状態の振動波モータとでは明らかに異なる。図１２において、正常な振動波モータの波形であるＡは、ほぼ一定な値で推移しているのに対し、偏摩耗状態になった振動波モータの波形であるＢは、振動波モータの略１回転の時間内において、小刻みな増減が見られる。これが、偏磨耗が発生した振動波モータの特徴となる。
【００５３】
振動波モータは図４の弾性体４０１上に生成される進行性の振動波により、弾性体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する。この振動波は弾性体４０１と圧電素子４０２とから成る振動体の共振周波数を利用して発生させられている。この共振周波数は振動波モータに与えられる温度条件、負荷条件、弾性体４０１と移動体４０３の接触状態によって変化する特性である。このため、振動波モータを一定条件で制御するためにはこの共振周波数の変化に追従して交番電圧の周波数を常時変化させる必要がある。この為、負荷や温度などの条件が変化すると、共振周波数が変化し、この共振周波数で一定条件になるように交番電圧の周波数を変化させると、同時に弾性体４０１と移動体４０３の接触状態も連動して変化する。この為、移動体４０３の回転位相に同期した負荷の変化があると、該接触状態の変化も移動体４０３の回転位相に同期する。結果、回転位相に応じた磨耗進行が発生し偏磨耗に至る。
【００５４】
偏磨耗した振動波モータについては上記弾性体４０１と移動体４０３の接触状態が変化する際に磨耗による不連続点が生じるため、上記、図１２のような短時間での駆動周波数の変化が生ずることになる。このような偏磨耗は変化の少ない負荷条件、温度条件で連続的に長時間駆動された場合に生ずる。
【００５５】
図１３は、振動波モータＭ、及び、振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００の構成を示す断面図である。図１４は、図１３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。前述のように、ユーザの使用条件によって偏磨耗に繋がる長時間稼動があるために、画像形成装置９９には振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００が設けられる。すなわち、図２の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄのシャフト４０５、図３の駆動ローラ１０８のシャフト４０５には、図１３及び図１４に示す振動波モータ用の負荷トルク変動装置（以下、単に『負荷トルク変動装置』という）５００が設けられる。
【００５６】
図１３及び図１４に示されるように、負荷トルク変動装置５００は、振動波モータＭの駆動によって『回転中心軸』である第１回転中心軸Ｒの回りに回転する『回転部材』であるシャフト４０５に対して取り付けられる。このシャフト４０５の端部は、前述したように振動波モータＭの『ロータ』である移動体４０３に固定されている。
【００５７】
シャフト４０５には、『負荷周期変動部』であるワンウェイクラッチ１３０１を介して『回転位相負荷変動部』の一部である偏心カム１３０２が固定されている。この偏心カム１３０２は、第１回転中心軸Ｒに対して偏心して側面が形成されて第１回転中心軸Ｒの回りに回転することができるようになっている。
【００５８】
ワンウェイクラッチ１３０１はシャフト４０５及び偏心カム１３０２の間に設けられる。偏心カム１３０２が逆方向（図１４中の時計回り）に力を加えられて回転する場合（図１５参照）には、ワンウェイクラッチ１３０１により偏心カム１３０２及びシャフト４０５が接続される。そのために、偏心カム１３０２及びシャフト４０５は一体的に正方向（図１４中の反時計回り）に回転する。また、偏心カム１３０２が正方向（図１４中の反時計回り）に力を加えられて回転する場合（図１７参照）には、ワンウェイクラッチ１３０１により偏心カム１３０２及びシャフト４０５の接続が解除される。そのために、偏心カム１３０２がシャフト４０５の回転に先行して独自に正方向（図１４中の反時計回り）に回転する。
【００５９】
この偏心カム１３０２がシャフト４０５に先行して独自に正方向（図１４中の反時計回り）に回転し得ることを利用する。そうすると、シャフト４０５に掛かる力の周期がシャフト４０５の回転周期に対して変動し、そのために、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの周期がシャフト４０５の回転周期に対して変動するように構成することができる。ここで、図１４の状態において、シャフト４０５の所定の点をシャフト特定点Ｅ、偏心カム１３０２の第１回転中心軸Ｒからの距離が最大な点を最大寸法特定点Ｆ、偏心カム１３０２の第１回転中心軸Ｒからの距離が最小な点を最小寸法特定点Ｇとする。この図１４の状態では、シャフト４０５のシャフト特定点Ｅ及び偏心カム１３０２の最大寸法特定点Ｆは同一角速度で第１回転中心軸Ｒを中心に回転している。
【００６０】
また、負荷トルク変動装置５００は、『回転位相負荷変動部』の一部である『揺動部材』としてのアーム１３０３、及び、『回転位相負荷変動部』の一部である『付勢部材』としての付勢バネ１４０２を備える。アーム１３０３は、基端部が第１回転中心軸Ｒと平行に配置された第２回転中心軸Ｔを含む揺動中心固定軸１４０１で軸支され、先端部１３０３ａが第２回転中心軸Ｔを含む揺動中心固定軸１４０１の回りに揺動可能に構成される。付勢バネ１４０２は、アーム１３０３の先端部１３０３ａに取り付けられ、アーム１３０３をシャフト４０５に向かって付勢するようになっている。そのために、アーム１３０３は偏心カム１３０２を押圧する。シャフト４０５及び偏心カム１３０２が回転すると、アーム１３０３及び付勢バネ１４０２がシャフト４０５に掛ける力の大きさがシャフト４０５の回転位相で変動し、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの大きさがシャフト４０５の回転位相で変動する。さらに、負荷トルク変動装置５００では、偏心カム１３０２の近傍に発泡体の緩衝部材１４０３が配設されている。以上のような負荷トルク変動装置５００によれば、偏心カム１３０２の回転に伴ってシャフト４０５に掛かる負荷トルクが経時的に変化する。
【００６１】
なお、緩衝部材１４０３は、偏心カム１３０２の最大寸法特定点Ｆの部分が緩衝部材１４０３を通過した後に回りすぎてアーム１３０３の位置まで一気に上昇してしまうのを抑制するためのものである。
【００６２】
図１５〜図１８は、振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００の動作を示す工程図である。図１９は、振動波モータＭの駆動にあたって、シャフト４０５の回転角、及び、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの関係を示すグラフである。以下、図１５〜図１８の工程を説明するにあたって、適宜図１９を参照して説明する。
【００６３】
図１４の状態から図１５の状態へと、シャフト４０５が反時計方向に回転すると、ワンウェイクラッチ１３０１を介して回転駆動が偏心カム１３０２に伝えられて、偏心カム１３０２はシャフト４０５と一体に正方向（図１５中の反時計回り）に回転していく。すなわち、シャフト４０５のシャフト特定点Ｅ及び偏心カム１３０２の最大寸法特定点Ｆは同一の角速度で回転する。このとき、アーム１３０３の先端は押し上げられ、付勢バネ１４０２の伸長によって付勢力が増し、アーム１３０３は偏心カム１３０２を下向きに押圧し、シャフト４０５への負荷トルクが増大していく（図１９のａの部分参照）。
【００６４】
シャフト４０５が更に正方向（図１６中の反時計回り）に回転すると、図１６に示されるように、シャフト４０５の中心から偏心カム１３０２の外側面までの距離が最大に離れた最大寸法特定点Ｆがアーム１３０３を押し上げた状態となる。この場合に、アーム１３０３の押上量は最大に達し、シャフト４０５に掛かる負荷トルクは最大となる（図１９のｂの部分参照）。なお、このときまでは、シャフト４０５のシャフト特定点Ｅ及び偏心カム１３０２の最大寸法特定点Ｆは同一の角速度で回転する。
【００６５】
シャフト４０５が更に正方向（図１７中の反時計回り）に回転すると、図１７に示されるように、アーム１３０３からの付勢力は偏心カム１３０２を加速する方向の力となる。この加速状態ではワンウェイクラッチ１３０１のフリー側となり、偏心カム１３０２はシャフト４０５より先行して回転する（図１９のｃの部分参照）。なお、このときから、偏心カム１３０２の最大寸法特定点Ｆの角速度はシャフト４０５のシャフト特定点Ｅの角速度よりも速くなる。
【００６６】
シャフト４０５が更に正方向（図１８中の反時計回り）に回転すると、図１８に示されるように、偏心カム１３０２が緩衝部材１４０３に衝突する（図１９のｄの部分参照）。そして、偏心カム１３０２は緩衝部材１４０３から逆方向（図１８中の時計回り）に力を受けながら回転しようとする。そのために、ワンウェイクラッチ１３０１及び偏心カム１３０２が噛み合って回転しようとするが、偏心カム１３０２が緩衝部材１４０３に衝突して一時停止することから、負荷トルクは上昇していく（図１９のｅの部分参照）。そして、、その後は偏心カム１３０２が緩衝部材１４０３の位置を通過するところで、負荷トルクは極大値となる（図１９のｆの部分参照）。それ以後は、負荷トルクが下降し、その後は、図１４の状態に戻る。
【００６７】
これ以降、シャフト４０５の回転に伴って前述の動作が繰り返される。この場合に、図１７（図１９のｃの部分参照）に示されるように、偏心カム１３０２がシャフト４０５より速く回転する。このために、偏心カム１３０２のカム回転周期がシャフト４０５のシャフト回転周期より短い周期で連続する。その結果、図１９に示されるように、負荷トルクのトルク負荷周期及びシャフト４０５の回転周期はシャフト回転角毎に異なってくる。つまり、負荷トルクの負荷位相はシャフト４０５の回転に伴ってずれていく。そして、このシャフト４０５の回転毎に異なる負荷トルクの負荷条件により、弾性体４０１及び移動体４０３の接触状態には、移動体４０３及び弾性体４０１の双方の位相に同期しない連続的な変化が生じ、移動体４０３及び弾性体４０１の間の偏磨耗は低減される。
【００６８】
以上のように、本発明の負荷トルク変動装置５００によれば、偏心カム１３０２、アーム１３０３及び付勢バネ１４０２が、負荷トルクの大きさをシャフト４０５の回転位相で変動させる。したがって、シャフト４０５が移動体４０３に固定されている場合には、移動体４０３が弾性体４０１に対して接触する接触状態（例えば接触位置の軌跡）は、シャフト４０５の回転方向で変動する（図２０（ａ）参照）。
【００６９】
また、ワンウェイクラッチ１３０１が、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの周期をシャフト４０５の回転周期に対して変動させる。したがって、シャフト４０５が移動体４０３に固定されている場合には、移動体４０３が弾性体４０１に対して接触する接触状態の変動のプロファイル（接触位置の軌跡プロファイル）は、シャフト４０５の周方向に回転する（図２０（ｂ）参照）。
【００７０】
なお、例えば、このワンウェイクラッチ１３０１が無くて、前述の偏心カム１３０２、アーム１３０３及び付勢バネ１４０２が有るだけの場合を想定する。この場合には、接触位置の軌跡は、シャフト４０５の回転方向で変動した形状となるものの、シャフト４０５の周方向に回転した形状となることはない。そのために、周期毎に同一形状の接触状態となってしまう。そのために、ワンウェイクラッチ１３０１の機能に基づくシャフト４０５に掛かる負荷トルクの変化は必須となる。
【００７１】
このように、シャフト４０５に対して機構的な特徴が加えられることで、移動体４０３及び弾性体４０１に接触状態が周期的に同一形状になることが回避されて同じ接触状態が続くことが回避され、移動体４０３及び弾性体４０１の偏磨耗は抑制される。その結果、振動波モータＭの長寿命化が実現される。なお、画像形成装置９９の構成が簡単な構成のままで済み、安価な振動波モータＭで良好な画像を継続的に出力することができる。また、移動体４０３及び弾性体４０１は満遍なく磨耗していくことができる。
【００７２】
また、シャフト４０５に掛かる力の大きさがシャフト４０５の回転位相で変動し、シャフト４０５に掛かる力の周期がシャフト４０５の回転周期に対して変動する。その結果、シャフト４０５自体の断面形状は変える必要がなく、シャフト４０５自体の回転には影響は生じないようにすることができる。
【００７３】
さらに、シャフト４０５の駆動力によって偏心カム１３０２は回転し、また、偏心カム１３０２は回転しながらアーム１３０３及び付勢バネ１４０２によって押圧される。このようにシャフト４０５の周囲の偏心カム１３０２が押圧されることによって、シャフト４０５に負荷トルクが伝達される。したがって、他の駆動装置の駆動力が用いられなくとも、振動波モータＭの駆動力によって、シャフト４０５に掛かる負荷トルクが変動する。その結果、負荷トルク変動装置５００の構成が最小限で済まされる。
【００７４】
また、負荷トルク変動装置５００が振動波モータＭの外部に配置されることから、振動波モータＭの大型化は抑制される。
【００７５】
（第２実施形態）
図２１は、第２実施形態に係る振動波モータ用の負荷トルク変動装置６００の構成を示す断面図である。図２２は、図２１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。第２実施形態の振動波モータ用の負荷トルク変動装置６００の構成のうち第１実施形態の振動波モータ用の負荷トルク変動装置５００と同一の構成及び効果に関しては、同一の符号を用いて説明を適宜省略する。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の画像形成装置９９に適用することができるため、画像形成装置の説明は省略する。前述のように、ユーザの使用条件によって偏磨耗に繋がる長時間稼動があるために、画像形成装置９９には振動波モータ用の負荷トルク変動装置６００が設けられる。すなわち、図２の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄのシャフト４０５、図３の駆動ローラ１０８のシャフト４０５には、図２１及び図２２に示す振動波モータ用の負荷トルク変動装置（以下、単に『負荷トルク変動装置』という）６００が設けられる。
【００７６】
図２１及び図２２に示されるように、負荷トルク変動装置６００は、振動波モータＭの駆動によって『回転中心軸』である第１回転中心軸Ｒの回りに回転する『回転部材』であるシャフト４０５を備える。シャフト４０５に対してカラー１９０１が取り付けられる。このカラー１９０１に摺動するように、カラー１９０１の上方には、『回転位相負荷変動部』である『押圧部材』としてのパッド１９０２が配置される。このパッド１９０２は発泡体ゴム等で形成されれば良い。パッド１９０２は、シャフト４０５及び偏心カム１９０３の間に配置される。偏心カム１９０３の第１回転中心軸Ｒからの距離が最大な点を最大寸法特定点Ｆ、偏心カム１３０２の第１回転中心軸Ｒからの距離が最小な点を最小寸法特定点Ｇとする。
【００７７】
パッド１９０２は、偏心カム１９０３が回転中心固定軸１９０４の回りを回転して偏心カム１９０３の最大寸法特定点Ｆの部位による押圧力が増加する。そうすると、パッド１９０２がシャフト４０５側に向かって縮んで厚みが減少することから、パッド１９０２に蓄積される弾性エネルギが増加し、パッド１９０２が伸びようとする力によってシャフト４０５に伝達される押圧力は増加する。
【００７８】
パッド１９０２は、偏心カム１９０３が回転中心固定軸１９０４の回りを回転して偏心カム１９０３の最大寸法特定点Ｆの部位による押圧力が減少する。そうすると、パッド１９０２が偏心カム１９０３側に向かって伸びて厚みが増加することから、パッド１９０２に蓄積される弾性エネルギが減少し、パッド１９０２が縮もうとする力によってシャフト４０５に伝達される押圧力は減少する。
【００７９】
この一方で、パッド１９０２の上方には、前述のように、第１回転中心軸Ｒと平行に配置された第３回転中心軸Ｓを含む回転中心固定軸１９０４の回りに回転可能で第３回転中心軸Ｓに対して偏心する『回転位相負荷変動部』である偏心カム１９０３が配置される。偏心カム１９０３が回転すると、偏心カム１９０３がパッド１９０２が押圧し、このパッド１９０２がカラー１９０１を押圧する。このパッド１９０２の押圧力に基づいて、カラー１９０１が固定されたシャフト４０５が押圧されることになる。したがって、偏心カム１９０３の位相によってその押圧力が変化する。その結果、パッド１９０２がカラー１９０１に押圧されることにより、偏心カム１９０３のカム回転力をシャフト４０５に掛かる負荷トルクに変換する。
【００８０】
図２１及び図２２に示されるように、偏心カム１９０３の回転中心固定軸１９０４にはプーリ１９０５が回動自在に取り付けられる。各々の回転中心固定軸１９０４のプーリ１９０５、軸２００３、及び、回転周期を変動可能な『負荷周期変動部』である『駆動部』としての駆動モータ２００１の軸には、『負荷周期変動部』である『ベルト』としての駆動ベルト２００２が張架される。この駆動ベルト２００２は、駆動モータ２００１の駆動力を偏心カム１９０３に駆動力を伝達する。そのために、偏心カム１９０３の回転中心固定軸１９０４は、プーリ１９０５により駆動ベルト２００２で駆動される。駆動ベルト２００２は図２２に示す駆動モータ２００１により駆動される。駆動モータ２００１は画像形成装置の内部の別のユニット（例えば現像ユニット等）の駆動を兼ねていて、偏心カム１９０３の回転周期は感光体ドラム１１０の回転周期とは異なるように、プーリ１９０５の径が設定されている。
【００８１】
図２２に示されるように、振動波モータ用の負荷トルク変動装置６００では、各色の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの各々の偏心カム１９０３は各色でその位相をずらして配設されている。
【００８２】
『負荷周期変動部』であるベルト機構８００は、回転駆動力が変化可能な『駆動部』である駆動モータ２００１と、駆動モータ２００１及び偏心カム１９０３に張架される『ベルト』である駆動ベルト２００２とを有する。偏心カム１９０３の回転周期を変化させる。偏心カム１９０３の回転に伴ってシャフト４０５に掛かる負荷トルクを経時的に変化させる。
【００８３】
図２３は、振動波モータＭの駆動にあたって、シャフト４０５の回転角、及び、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの関係を示すグラフである。図２３に示されるように、画像形成装置の動作時には、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄには負荷トルクの変化が生ずる。ここで、図２３中のａの部分は感光体ドラム１１０ａのシャフト４０５に掛かる負荷トルクの変化を表し、図２３中のｂの部分は感光体ドラム１１０ｂのシャフト４０５に掛かる負荷トルクの変化を表す。図２３中のｃの部分は感光体ドラム１１０ｃのシャフト４０５に掛かる負荷トルクの変化を表し、図２３中のｄの部分は感光体ドラム１１０ｄに掛かる負荷トルクの変化を表す。
【００８４】
図２３に示されるように、振動波モータＭの移動体４０３及び弾性体４０１の接触状態には、移動体４０３及び弾性体４０１双方の位相に同期しない連続的な変化が生じ、移動体４０３及び弾性体４０１の間の偏磨耗は防止される。
【００８５】
なお、各色の感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの駆動の負荷ピークは、図２２のようにカム位相をずらすことで重ならないため、画像形成装置としてのピーク消費電力が増大することを防ぐことができる。
【００８６】
以上のように、本発明の負荷トルク変動装置６００によれば、偏心カム１９０３及びパッド１９０２が、負荷トルクの大きさをシャフト４０５の回転位相で変動させる。したがって、シャフト４０５が移動体４０３に固定されている場合には、移動体４０３が弾性体４０１に対して接触する接触状態（例えば接触位置の軌跡）は、シャフト４０５の回転方向で変動する（図２０（ａ））。
【００８７】
また、駆動モータ２００１及び駆動ベルト２００２が、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの周期をシャフト４０５の回転周期に対して変動させる。したがって、シャフト４０５が移動体４０３に固定されている場合には、移動体４０３が弾性体４０１に対して接触状態の変動のプロファイル（接触位置の軌跡プロファイル）は、シャフト４０５の周方向に回転する（図２０（ｂ））。
【００８８】
なお、例えば、この駆動モータ２００１及び駆動ベルト２００２が無くて、前述の偏心カム１９０３及びパッド１９０２が有るだけの場合を想定する。この場合には、接触位置の軌跡は、シャフト４０５の回転方向で変動した形状となるものの、シャフト４０５の周方向に回転した形状となることはない。そのために、周期毎に同一形状の接触状態となってしまう。そのために、駆動モータ２００１及び駆動ベルト２００２の機能に基づくシャフト４０５に掛かる負荷トルクの変化は必須となる。
【００８９】
このように、シャフト４０５に対して機構的な特徴が加えられることで、移動体４０３及び弾性体４０１に接触状態が周期的に同一形状になることが回避されて同じ接触状態が続くことが回避され、移動体４０３及び弾性体４０１の偏磨耗は抑制される。その結果、振動波モータＭの長寿命化が実現される。なお、画像形成装置９９の構成が簡単な構成のままで済み、安価な振動波モータＭで良好な画像を継続的に出力することができる。また、移動体４０３及び弾性体４０１は満遍なく磨耗していくことができる。
【００９０】
また、シャフト４０５に掛ける力の大きさがシャフト４０５の回転位相で変動し、シャフト４０５に掛ける力の周期がシャフト４０５の回転周期に対して変動する。その結果、シャフト４０５自体の断面形状は変える必要がなく、シャフト４０５自体の回転には影響は生じないようにすることができる。
【００９１】
さらに、駆動モータ２００１及び駆動ベルト２００２の回転周期が自在に変動することで、偏心カム１９０３の回転周期は自在に変動する。したがって、偏心カム１９０３及びパッド１９０２がシャフト４０５に掛ける負荷トルクの周期は自在に変動する。その結果、シャフト４０５に掛かる負荷トルクの周期の自由度は向上する。
【００９２】
また、負荷トルク変動装置６００が振動波モータＭの外部に配置されることから、振動波モータＭの大型化は抑制される。
【００９３】
さらに、偏心カム１９０３の各々で、第３回転中心軸Ｓの偏心方向が互いに異なることから、複数の偏心カム１９０３が複数のパッド１９０２に伝達しなければならない押圧力の総量が低減され、最大の消費電力が低減される。その結果、駆動モータ２００１の小型化が実現される。裏を返すと、複数の偏心カム１９０３で第３回転中心軸Ｓの偏心方向が互いに同じ方向にあると、複数の偏心カム１９０３が複数のパッド１９０２を一度に押圧する状況が生じる。このために、偏心カム１９０３がパッド１９０２に伝達しなければならない押圧力の総量が多く必要となり、最大の消費電力が増大する。こういった事態が抑制される。
【００９４】
なお、第１実施形態及び第２実施形態における『回転位相負荷変動部』は偏芯させたはずみ車等重力を利用したものに設計変更することも可能である。また、印加電圧に応じて負荷力を変化できる電磁ブレーキや、他の電気的負荷印加手段に設計変更することも可能である。また、『負荷周期変動部』は上記電気負荷印加手段の印加電圧プロファイルを変化させることで実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動波モータ用の負荷トルク変動装置を適用可能な画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図２】画像形成装置の感光体ドラムの概略構成を示す斜視図である。
【図３】画像形成装置における搬送ベルトの概略構成を示す一部拡大斜視図である。
【図４】感光体ドラム及び駆動ローラの駆動源である振動波モータの構成を示す断面図である。
【図５】振動波モータのステータの構成を示す斜視図である。
【図６】振動波モータの圧電素子の電極の構成を示す概略図である。
【図７】画像形成装置における振動波モータの駆動回路構成を示すブロック図である。
【図８】振動型アクチュエータの駆動制御装置を適用した画像形成装置の駆動回路における信号生成回路から出力される波形を示すグラフである。
【図９】これら昇圧回路の回路構成図である。
【図１０】振動波モータの速度制御の方法を示すブロック図である。
【図１１】振動波モータの一定速度制御時における駆動周波数の推移を示したグラフである。
【図１２】図１１の一部を拡大し、振動波モータが略１回転する時間での周波数変化を表したグラフである。
【図１３】振動波モータ、及び、振動波モータ用の負荷トルク変動装置の構成を示す断面図である。
【図１４】図１３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１５】振動波モータ用の負荷トルク変動装置の動作を示す工程図である。
【図１６】振動波モータ用の負荷トルク変動装置の動作を示す工程図である。
【図１７】振動波モータ用の負荷トルク変動装置の動作を示す工程図である。
【図１８】振動波モータ用の負荷トルク変動装置の動作を示す工程図である。
【図１９】振動波モータの駆動にあたって、シャフトの回転角、及び、シャフトに掛かる負荷トルクの関係を示すグラフである。
【図２０】（ａ）は、移動体が弾性体に対して接触する接触位置の軌跡を示す概略図であり、（ｂ）は、移動体が弾性体に対して接触する接触位置の軌跡のプロファイルを示す概略図である。
【図２１】第２実施形態に係る振動波モータ用の負荷トルク変動装置の構成を示す断面図である。
【図２２】図２１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図２３】振動波モータの駆動にあたって、シャフトの回転角、及び、シャフトに掛かる負荷トルクの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９６】
４００ モータカバー（カバー）
４０１ 弾性体（ステータ）
４０２ 圧電素子（ステータ）
４０３ 移動体（ロータ）
４０５ 回転部材
１３０１ ワンウェイクラッチ（負荷周期変動部）
１３０２ 偏心カム（回転位相負荷変動部）
１３０３ アーム（揺動部材）（回転位相負荷変動部）
１４０２ 付勢バネ（付勢部材）（回転位相負荷変動部）
１９０２ パッド（押圧部材）（回転位相負荷変動部）
１９０３ 偏心カム（回転位相負荷変動部）
２００１ 駆動モータ（駆動部）（負荷周期変動部）
２００２ 駆動ベルト（ベルト）（負荷周期変動部）
Ｍ 振動波モータ
Ｒ 第１回転中心軸（回転中心軸）
Ｔ 揺動中心固定軸（第２回転中心軸）
Ｓ 回転中心固定軸（第３回転中心軸）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動波モータで回転する回転部材に設けられ、前記回転部材に掛かる負荷トルクの大きさを前記回転部材の回転位相で変動させる回転位相負荷変動部と、
前記回転部材に掛かる負荷トルクの周期を前記回転部材の回転周期に対して変動させる負荷周期変動部と、
を備えることを特徴とする振動波モータ用の負荷トルク変動装置。
【請求項２】
前記回転位相負荷変動部は、前記回転部材に掛かる力の大きさを前記回転部材の回転位相で変動させることによって前記回転部材に掛かる負荷トルクの大きさを変動させ、
前記負荷周期変動部は、前記回転部材に掛かる力の周期を前記回転部材の回転周期に対して変動させることによって前記回転部材に掛かる負荷トルクの周期を前記回転部材の回転周期に対して変動させることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ用の負荷トルク変動装置。
【請求項３】
前記回転位相負荷変動部は、前記回転部材の第１回転中心軸に対して偏心して形成されて前記第１回転中心軸の回りに回転する偏心カムと、基端部が前記第１回転中心軸と平行に配置された第２回転中心軸で軸支されると共に先端部が前記第２回転中心軸の回りに揺動可能な揺動部材と、前記揺動部材の前記先端部に取り付けられると共に前記揺動部材を前記回転部材に向かって付勢する付勢部材とを有し、
前記負荷周期変動部は、前記偏心カム、前記揺動部材及び前記付勢部材の押圧力に基づいて、前記回転部材及び前記偏心カムを接続して前記偏心カムを前記回転部材と一体に回転させ、前記回転部材及び前記偏心カムの接続を解除して前記偏心カムを前記回転部材よりも速く回転させるワンウェイクラッチであることを特徴とする請求項２に記載の振動波モータ用の負荷トルク変動装置。
【請求項４】
前記回転位相負荷変動部は、前記回転部材の第１回転中心軸と平行な第３回転中心軸の回りに回転可能で前記第３回転中心軸に対して偏心する偏心カムと、前記回転部材及び前記偏心カムの間に配置されて、前記偏心カムが回転して前記偏心カムの押圧力が増加すると、厚みを減少させて前記回転部材への押圧力を増加させ、前記偏心カムが回転して前記偏心カムの押圧力が減少すると、厚みを増加させて前記回転部材への押圧力を減少させる押圧部材と、を有し、
前記負荷周期変動部は、回転駆動力を変動可能な駆動部と、前記駆動部及び前記偏心カムに張架されるベルトと、を有することを特徴とする請求項２に記載の振動波モータ用の負荷トルク変動装置。
【請求項５】
シートに画像を形成する画像形成部と、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動波モータ用の負荷トルク変動装置と、を備え、前記振動波モータは、ステータ、及び、前記回転部材に取り付けられると共に前記ステータに対向するロータを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記振動波モータ用の負荷トルク変動装置は、前記振動波モータのカバーの外側で前記回転部材に取り付けられることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
シートに画像を形成する画像形成部と、請求項４に記載の振動波モータ用の負荷トルク変動装置とを備え、前記振動波モータ用の負荷トルク変動装置は複数であり、前記偏心カムの各々では、前記第３回転中心軸の偏心方向が互いに異なることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
振動波モータで回転する回転部材に設けられ、前記回転部材に掛かる負荷トルクの大きさを前記回転部材の回転位相で変動させる回転位相負荷変動部と、
前記回転部材に掛かる負荷トルクの周期を前記回転部材の回転周期に対して変動させる負荷周期変動部と、
を備えることを特徴とする振動波モータ用の負荷トルク変動装置。
【請求項２】
前記回転位相負荷変動部は、前記回転部材に掛かる力の大きさを前記回転部材の回転位相で変動させることによって前記回転部材に掛かる負荷トルクの大きさを変動させ、
前記負荷周期変動部は、前記回転部材に掛かる力の周期を前記回転部材の回転周期に対して変動させることによって前記回転部材に掛かる負荷トルクの周期を前記回転部材の回転周期に対して変動させることを特徴とする請求項１に記載の振動波モータ用の負荷トルク変動装置。
【請求項３】
前記回転位相負荷変動部は、前記回転部材の第１回転中心軸に対して偏心して形成されて前記第１回転中心軸の回りに回転する偏心カムと、基端部が前記第１回転中心軸と平行に配置された第２回転中心軸で軸支されると共に先端部が前記第２回転中心軸の回りに揺動可能な揺動部材と、前記揺動部材の前記先端部に取り付けられると共に前記揺動部材を前記回転部材に向かって付勢する付勢部材とを有し、
前記負荷周期変動部は、前記偏心カム、前記揺動部材及び前記付勢部材の押圧力に基づいて、前記回転部材及び前記偏心カムを接続して前記偏心カムを前記回転部材と一体に回転させ、前記回転部材及び前記偏心カムの接続を解除して前記偏心カムを前記回転部材よりも速く回転させるワンウェイクラッチであることを特徴とする請求項２に記載の振動波モータ用の負荷トルク変動装置。
【請求項４】
前記回転位相負荷変動部は、前記回転部材の第１回転中心軸と平行な第３回転中心軸の回りに回転可能で前記第３回転中心軸に対して偏心する偏心カムと、前記回転部材及び前記偏心カムの間に配置されて、前記偏心カムが回転して前記偏心カムの押圧力が増加すると、厚みを減少させて前記回転部材への押圧力を増加させ、前記偏心カムが回転して前記偏心カムの押圧力が減少すると、厚みを増加させて前記回転部材への押圧力を減少させる押圧部材と、を有し、
前記負荷周期変動部は、回転駆動力を変動可能な駆動部と、前記駆動部及び前記偏心カムに張架されるベルトと、を有することを特徴とする請求項２に記載の振動波モータ用の負荷トルク変動装置。
【請求項５】
シートに画像を形成する画像形成部と、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動波モータ用の負荷トルク変動装置と、を備え、前記振動波モータは、ステータ、及び、前記回転部材に取り付けられると共に前記ステータに対向するロータを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記振動波モータ用の負荷トルク変動装置は、前記振動波モータのカバーの外側で前記回転部材に取り付けられることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
シートに画像を形成する画像形成部と、請求項４に記載の振動波モータ用の負荷トルク変動装置とを備え、前記振動波モータ用の負荷トルク変動装置は複数であり、前記偏心カムの各々では、前記第３回転中心軸の偏心方向が互いに異なることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１０−１４８１６０（Ｐ２０１０−１４８１６０Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１９０９７（Ｐ２００８−３１９０９７）
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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