JP3768664B2 - Drive device for vibration type actuator, apparatus using vibration type actuator, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を印加することにより振動体に発生した振動エネルギーを利用して駆動力を与える振動型モータ等の振動型アクチュエータの駆動装置、振動型アクチュエータを用いた機器および画像形成装置に係り、特に電子写真式の画像形成装置、例えば複写機における像担持体としての感光ドラムのように、回転速度に対して高い精度を要求されるものに振動型アクチュエータを応用した装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、振動型アクチュエータ、特に振動型モータの速度制御は他のモータと同じような比例積分制御や積分制御によって行われていた。
【0003】
例えば特開平7−131987号公報では、図5に示すように、2相の駆動部を有する振動体を構成する圧電素子56に、マッチングコイル42,45を介して電力増幅器39,41から90度位相器40で90度の位相がずれた交番信号としての交流電圧が駆動電極46を経て印加される。一方の駆動信号と他方の駆動信号は振動状態を検出するためにも利用され、それぞれキャパシタ44と47を介して両者の加算値が作動増幅器50の一方の入力側に、また圧電素子56の他極側からの信号(接地電圧)が作動増幅器50の他方の入力側に入力して、作動増幅器50から回転速度情報を出力する。この作動増幅器50からの出力は整流器51を経てもう一つの作動増幅器52の一方の入力側へ入力され、この作動増幅器52の他方の入力側には速度設定手段53からの速度設定値が入力され、速度差が積分器55へ入力される。
【0004】
そして、加算器54で作動増幅器52からの差の値と積分器55で積算処理した値を加算処理し、この値により電圧制御発振器38から出力される振動型モータの駆動周波数を調整して速度を制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、複写機の感光ドラムの駆動に振動型モータを用いるような場合、感光ドラム表面の移動距離、すなわち回転角の誤差が印刷の精度に影響してしまう。上記従来の技術において、外乱等により速度変動が与えられた場合、速度偏差に関しては、図4の(a)に示すように、最終的には速度の定常誤差(Δv)をゼロにすることができるが、図4の(b)に示す速度を積分した位置の次元の定常誤差(Δx)をゼロにすることはできない、つまり、速度変動によって生じた位置ずれについては元に戻す(2点間を移動する間に速度変動があると、速度が目標速度に戻っても、目的位置に所定の時間に到達することができない)ことができなくなり、良好な印刷を行うことができない場合があった。
【0006】
すなわち、1色の複写の場合、感光ドラム上のトナー像を転写位置で転写材に転写する際、転写材に対する正規の位置にトナー像が転写されなくなる。
【0007】
また、カラー複写の場合で、転写材の移動方向に沿って各色(4色)のトナー像を担持する感光ドラムを並列に配置した構成において、転写材に対するトナー像の転写される位置がずれると、色ずれの原因となる。
【0008】
本出願に係る第1の発明の目的は、振動型モータの高応答性を利用して、簡単な構成で位置の定常誤差を共にゼロにすることができる振動型アクチュエータの駆動装置を提供しようとするものである。
【0009】
本出願に係る第2の発明の目的は、振動型モータの高応答性を利用して、簡単な構成で速度の定常誤差と位置の定常誤差を共にゼロにすることができる振動型アクチュエータの駆動装置を提供しようとするものである。
【0010】
本出願に係る第3の発明の目的は、被駆動体を定常誤差と位置の定常誤差を共にゼロにして駆動できる振動型アクチュエータを備えた機器を提供しようとするものである。
【0011】
本出願に係る第4の発明の目的は、振動型アクチュエータを駆動源として感光ドラム等を駆動する際に、高品質の画像が得られる画像形成装置を提供しようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る第1及び第2の発明の目的を実現する第1の構成は、電気−機械エネルギー変換素子に周波信号を印加することで励振させ、駆動力を得る振動型アクチュエータの駆動装置において、前記振動型アクチュエータの駆動状態を検出する検出手段と、前記検出手段から得られた駆動状態と所定の状態との差を演算する演算手段と、前記演算手段から得られた値を積分する第1の積分手段と、前記第1の積分手段から得られた値を積分する第2の積分手段と、前記第1の積分手段から出力される値と前記第2の積分手段から出力される値とを加算する加算手段とを有し、前記電気−機械エネルギー変換素子に供給するエネルギー量を前記加算手段からの出力に応じて調定するようにしたものである。
【0014】
本出願に係る第2の発明の目的を実現する第2の構成は、前記演算手段から得られた値に比例要素を加える比例手段を有し、前記加算手段は、前記第1の積分手段から出力される値と前記第2の積分手段から出力される値と前記比例手段から出力される値を加算するようにしたものである。
【0015】
上記の構成において、前記検出手段は、振動型アクチュエータの速度、加速度、位置、振動状態のうちのいずれかを検出する手段である。
【0016】
上記の構成において、前記第1の積分手段と第2の積分手段のうちいずれか一方または双方に対して積分時定数または積分データの倍率を設定し、前記第1および第2の積分手段から得られる値と前記設定された積分時定数あるいは倍率を用いることにより前記振動型アクチュエータに対する操作量を決定する。
【0017】
上記の構成において、前記電気−機械エネルギー変換素子に供給するエネルギーを調定する手段として、前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する周波信号の周波数を変更することにより行う。
【0018】
上記の構成において、前記電気−機械エネルギー変換素子に供給するエネルギーを調定する手段として、前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する周波信号の電圧振幅、または電圧振幅を変更することのできる値を変更することにより行う。
【0019】
上記の構成において、前記電気−機械エネルギー変換素子に供給するエネルギーを調定する手段として、前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する複数の周波信号の位相差を変更することにより行う。
【0020】
本出願に係る第3の発明の目的を実現する第1の構成は、上記したいずれかの振動型アクチュエータの駆動装置を有し、前記振動型アクチュエータにより被駆動体を駆動するようにしたものである。
【0021】
本出願に係わる第3の発明の目的を実現する第2の構成は、上記したいずれかの振動型アクチュエータの駆動装置を複数有し、複数の被駆動体を前記複数の振動型アクチュエータによりそれぞれ駆動するようにしたものである。
【0022】
本出願に係る第4の発明の目的を実現する第1の構成は、上記したいずれかの振動型アクチュエータの駆動装置を有し、前記振動型アクチュエータを像担持体の駆動源としたものである。
【0023】
本出願に係る第4の発明の目的を実現する第2の構成は、上記したいずれかの振動型アクチュエータの駆動装置を有し、転写材の搬送方向に沿って配置された複数の像担持体の各駆動源と、転写材の搬送手段の駆動源にそれぞれ前記振動型アクチュエータを用いたものである。
【0024】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
図2は本発明の第1の実施の形態で用いるカラー画像形成装置の全体構成を示す図である。以下図2を用いてカラー画像形成装置の構成を説明する。
【0025】
まず、リーダ部の構成について説明する。
【0026】
図2において、101はCCD、311はCCD101の実装された基板、312はプリンタ処理部、301は原稿台ガラス、302は原稿給紙装置、303および304は原稿を証明する光源、305および306は光源(303、304)の光を原稿に集光する反射傘、307〜309はミラー、310は原稿からの反射光または投影光をCCD101上に集光するレンズ、314は光源(303、304)と反射傘(305、306)とミラー307を収容するキャリッジ、315はミラー(308、309)を収容するキャリッジ、313は他のIPU等とのインターフェイス部である。
【0027】
キャリッジ314は速度Vで、キャリッジ315は速度V/2でCCD101の電気的走査(主走査)方向に対して垂直方向に機械的に移動することによって、原稿の全面を走査(副走査)する。
【0028】
原稿台ガラス上の原稿は光源(303、304)からの光を反射し、その反射光はCCD101に導かれて電気信号に変換される。そして、その電気信号(アナログ画像信号)は画像処理部312に入力されデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は処理された後、プリンタ部に送られ画像形成に用いられる。
【0029】
次にプリンタ部の構成について説明する。
【0030】
図2において、317はM(マゼンタ色)画像形成部、318はC(シアン色)画像形成部、319はY(イエロー色)画像形成部320はK(黒色)画像形成部で、それぞれの構成は同一なのでM画像形成部317について説明し、他の画像形成部の説明は省略する。
【0031】
M画像形成部317において、342は像担持体としての感光ドラムで、LEDアレー210からの光によって、その表面に潜像が形成される。321は一次帯電器で、感光ドラム342の表面を所定の電位に帯電させ、潜像形成の準備をする。322は現像器で、感光ドラム342上の潜像を現像して、トナー画像を形成する。なお、現像器322には現像バイアスを印加して現像するためのスリーブ345が含まれている。323は転写帯電器で、転写材を搬送する無端ベルト状の転写材搬送ベルト333の背面から放電を行い、感光ドラム342上のトナー画像を、転写材搬送ベルト333上の記録紙などへ転写する。本実施の形態は転写効率がよいため、従来用いられていたクリーナ部が配置されていない。なお、クリーナ部を装着しても問題ないということはいうまでもない。
【0032】
次に、記録紙などの上へ画像を形成する手順を説明する。カセット(340、341)に格納された記録紙等はピックアップローラ(339、338)により1枚毎給紙ローラ(336、337)で転写材搬送ベルト333上に供給される。給紙された記録紙は吸着帯電器346で帯電させられる。348は転写ベルとローラで、転写ベルと333を駆動し、かつ、吸着帯電器346と対になって記録紙等を帯電させ、転写材搬送ベルト333に記録紙等を吸着させる。347は紙先端センサで、転写材搬送ベルト333上の記録紙の先端を検知する。なお、紙先端センサの検出信号はプリンタ部からカラーリーダ部へ送られて、カラーリーダ部からプリンタ部にビデオ信号を送る際の副走査同期信号として用いられる。
【0033】
この後、記録紙等は転写材搬送ベルト333によって搬送され、画像形成部317〜320においてMCYKの順にその表面にトナー画像が形成される。K画像形成部320を通過した記録紙等は、転写材搬送ベルト333からの分離を容易にするため、除電帯電器349で除電された後、転写材搬送ベルト333から分離される。
【0034】
350は剥離帯電器で、記録紙等が転写材搬送ベルト333から分離する際の剥離放電によって画像乱れを防止するものである。分離された記録紙等は、トナーの吸着力を補って画像乱れを防止するために、定着前帯電器(351、352)で帯電された後、定着器334でトナー画像が熱定着された後、335の排紙トレーに排紙される。
【0035】
ここで、感光ドラム(342〜345)および転写材搬送ベルトローラ348を回転させるための駆動モータとして、振動型モータの一種である公知の振動型モータが用いられている。
【0036】
振動型モータは、例えば振動体を構成する弾性体に固着されている電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子に交番信号としての交流信号を印加することにより、弾性体の表面に円または楕円運動を形成させ、そこに加圧接触した接触体と前記振動体とを相対移動させるようにしたものである。また、振動体をステータとし、接触体をロータとした場合、ロータの回転中心に設けた出力軸を前記ロータと連結し、この出力軸から出力を取り出すようにしたタイプのものもあり、本実施の形態ではこの出力軸を有するタイプの振動型アクチュエータを用いている。
【0037】
図3は感光ドラムと振動型モータの接続状態を示す図である。図3において、9は振動型モータである。8はロータリーエンコーダであり、振動型モータ9の出力軸の回転角をパルス情報として出力する。10は感光ドラムである。
【0038】
図1は本発明の第1の実施の形態における振動型モータの制御ブロック図を示し、図16は図1に示す1つの振動型モータに対する駆動装置を図2の画像形成装置における複数の感光ドラムと転写材搬送ベルトの駆動用として用いた時の構成を示している。以下図1の各ブロックについて説明する。
【0039】
図1において、1は速度差検出器であり、振動型モータ6の出力軸に接続されているロータリーエンコーダ7から得られるパルス情報をもとに得られる駆動速度と速度指令値の差を検出し出力する。この速度差検出器の一例を図6に示している。図6に示す速度差検出器は、同期ロジック回路により形成され、11および12はDフリップフロップである。Dフリップフロップ12のD入力がハイレベルでQ出力がローレベルのときにエンコーダからの入力パルスの立ち上がりエッジとして検出される。この時、AND14からの出力がクロックの1周期の時間だけハイレベルとなる。
【0040】
16ビットダウンカウンタ15ではAND14の出力がハイレベルの時、すなわちエンコーダの立ち上がりエッジから1クロックサイクル後に目標速度データがロードされ、それ以外のときはダウンカウントを行う。目標速度データは目標速度で動作している時のエンコーダのパルスの1周期をクロックでカウントしたときのカウント数を設定する。目標速度データvは以下の式によって求められる。
【0041】
v=fc/(N×Ep)−1
ここでfcはクロックの周波数[Hz]、Nは目標回転数[1/s]、Epは1回転あたりのエンコーダの出力パルス数[P/R]である。例えば目標回転数1[1/s]でクロックの周波数が10[MHz]、モータ1回転で2000パルス出力されるエンコーダの場合、目標速度データは4999となる。
【0042】
16ビットレジスタ16は、エンコーダのエッジが検出されてから1クロックサイクル後にカウンタ15の値が書き込まれる。レジスタ16にデータが書き込まれる瞬間はカウンタ15にはまだ目標速度はロードされておらず、エンコーダエッジが検出される直前までのカウント値が書き込まれることになる。
【0043】
レジスタ16の出力(バー)Qは格納された値の反転データが出力される。以上のような動作により、エンコーダ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をカウントし、目標速度データを引いた値マイナス1、
すなわち
Te×fc−v−1
がレジスタ16から出力されることになる。
【0044】
ここで、vは目標速度データ、Teはエンコーダから出力されるパルスの周期[sec]、fcはクロックの周波数[Hz]である。
【0045】
図1に戻り、以上のようにして検出された速度差データは第1積分器2に入力される。図7は第1積分器2の内部構成を示す回路図である。本実施の形態の制御回路では、積分器2と積分器3の積分時定数を調整可能な制御パラメータとしている。
【0046】
図7において、16’は8ビットのダウンカウンタで、データが0になるとキャリー出力Cがハイレベルとなる。この時、積分時定数データがロードされ、その後ダウンカウントを行う。以上の動作によりダウンカウンタ16’は積分時定数データを周期としたリングカウンタを構成する。
【0047】
ダウンカウンタ16’のキャリー出力Cは、リングカウンタの1周期に1回クロックの1サイクルの時間だけハイレベルとなるような信号を出力する。
【0048】
17は16ビットのアダーである。アダー17では16ビットの入力Aと入力Bのデータを加算し、加算データを出力Sから出力する。出力されたデータは16ビットレジスタ18のデータ入力となる。
【0049】
レジスタ18ではダウンカウンタから出力される積分時定数のタイミングで、データがロードされる。その結果レジスタ18のQ出力から積分時定数に応じた積分データが出力されることになる。
【0050】
なお、本実施の形態において簡単にするために説明を省略したが、前述した積分器において振動型モータを駆動する前に積分データを初期化する回路や積分結果に上限値、下限値を持たせて積分データがオーバフローしないような構成も実際には必要になる。
【0051】
図1に戻り、3は第2積分器で、前述の第1積分器2と同様の内部構造に構成されている。第2積分器3は、第1積分器2で積分されたデータを、第1積分器2とは別に決められた積分時定数で積分する。
【0052】
37は加算器である。加算器37は図7に示すアダー17と同様な16ビットのアダーである。この加算器37により、速度差データを第1積分器2で積分したデータと、さらに第2積分器3で積分されたデータが加算される。加算器37から出力されるデータが操作量となる。
【0053】
本実施の形態では振動型モータの速度を制御するための操作量として、振動型モータに与える交流電圧の周波数を使用している。
【0054】
図11に振動型モータに印加する交流電圧の周波数に対する振動型モータの回転速度の関係を示す。図11のように振動型モータの共振周波数frにおいて回転速度はピークとなる。また、共振周波数frよりも高い周波数の方が特性がなだらかで比較的制御が行いやすいために、通常は共振周波数frよりも高い周波数領域で制御が行われる。
【0055】
図1に戻り、4はパルス発生器で、加算器37から出力される周波数で所定のパルス幅を有する4相のパルス信号を出力する。図8はパルス発生器4の内部構成を示す回路図である。
【0056】
図8において、19は16ビットダウンカウンタである。ダウンカウンタ19では、カウント値が0となるとC出力からハイレベルが出力される。C出力からハイレベルが出力されると、ダウンカウンタ19のロード入力LDがハイレベルになるので、カウンタに周数数データがロードされることになる。その後ダウンカウンタ19はダウンカウントを行う。
【0057】
以上のような構成により、ダウンカウンタ19のキャリー出力Cからは周波数データを1周期としてクロックの1サイクルの時間だけハイレベルとなるような信号が出力される。
【0058】
なお本実施の形態では、周波数データと記述しているが実際には駆動周波数の周期に相当する値を入力することになる。また、振動型モータの駆動交流波の1周期はダウンカウンタ19の4周期分に相当するので、周波数データは振動型モータの駆動周波数の1/4周期分の値を設定する。ダウンカウンタ19のキャリー出力Cは2ビットのカウンタ20のイネーブル信号ENとして入力される。
【0059】
カウンタ20は、カウンタ19のキャリー信号が出力される毎にカウントアップを行う。カウント値は0〜3までの4状態を繰り返す。カウンタの出力Q0、Q1は2ビット入力4ビット出力のデコーダ21に入力される。
【0060】
デコーダ21は、入力Gがローレベルのときは全ての出力Q0〜Q3はローレベルとなる。入力Gがハイレベルのときは、入力Aと入力Bの組み合わせによりQ0〜Q3のいずれかの出力がハイレベルとなる。
【0061】
入力A、Bが共にローレベルの時はQ0がハイレベルに、入力Aがハイレベル、入力BがローレベルのときはQ1がハイレベルに、入力Aがローレベル、入力Bがハイレベルの時はQ2がハイレベルに、入力A、B共にハイレベルのときは出力Q3がハイレベルとなる。
【0062】
上記構成により、ダウンカウンタ19から出力される周波数データを1周期とするキャリー出力Cがハイレベルになるときに、Q0〜Q3がクロックサイクルの1周期の時間だけ順次ハイレベルとなるように出力される。
【0063】
デコーダ21の出力Q0〜Q3は、RSフリップフロップ22〜25のセット入力Sに入力される。
【0064】
RSフリップフロップ22〜25は、それぞれのセット入力がハイレベルの時に出力Qがハイレベルとなり、その後はリセット入力Rがハイレベルとなるまで値を保持する。RSフリップフロップ22〜25のリセット入力Rには16ビットのダウンカウンタ26のキャリー出力Cが入力される。
【0065】
ダウンカウンタ26は、パルス幅の長さを決定するために用いられている。RSフリップフロップ22〜25の出力Qがハイレベルになるタイミング、すなわちダウンカウンタ19のキャリー出力Cがハイレベルになると、ダウンカウンタ26のロード入力LDにハイレベルが入力される。
【0066】
ダウンカウンタ26のロード入力LDにハイレベルが入力されると、ダウンカウンタ26には外部から入力されるパルス幅データがロードされる。このパルス幅データは固定値もしくは不図示のコントローラから所定の値が与えられる。
【0067】
また、パルス幅データは上述した周波数データよりも小さい値となるようにしなければならない。上記のような構成により、ダウンカウンタ26はRSフリップフロップのいずれかの出力Qがハイレベルになってからパルス幅データ分経過した後にハイレベルとなる。
【0068】
以上の動作によりパルス発生器からの出力A1、A2、B1、B2は周波数データの4倍の周期でパルス幅データ分のパルス幅を持つパルスとして出力される。図9に出力A1、A2、B1、B2をあらわすタイミングチャートを示す。図9のようにA1とA2、B1とB2はそれぞれ180°の位相差を有するパルスとなる。またA1とB1、A2とB2はそれぞれ90°の位相差を有するパルス幅となる。パルス発生器から出力される4相のパルスは図1の昇圧手段5に入力される。
【0069】
図10は昇圧手段の内部構成を示す回路図である。昇圧手段5は、パルス発生器4からのパルス信号を元に振動型モータを駆動するための2相の交流波を生成するためのものである。2相の交流波は同一周波数であり、電圧振幅が300Vp-p程度で時間的に90°の位相差を有する信号である。
【0070】
図10において、27a、27b、27c、27dはFETである。27aと27bはA相駆動信号発生用のFETであり、27c、27dはB相駆動信号発生用のFETである。
【0071】
28a、28bはセンタータップ付きのトランスである。図10において、トランス28aの1次側のセンタータップ電極は電源電圧に接続されている。電源電圧は機器内のスイッチングレギュレータ等で発生されるDC電圧である。
【0072】
本実施の形態の画像形成装置においては24Vを使用している。1次側の残りの2つの電極にはそれぞれFET27aと27bのドレインに接続されている。前述したパルス発生器から出力されるパルス信号A1によってFET27aが駆動され、パルス信号A2によってFET27bが駆動される。結果として、トランス28aの1次側はセンタータップから他の2端へ交互に電流が流れることになる。
【0073】
トランス28の2次側にはトランス28の昇圧率に応じた交流信号が発生する。これがA相交流波出力となる。同様にしてB相交流波出力も生成される。図9で説明したような4相のパルス信号をFET27a〜27dのゲート信号として使用することにより、図10のA相交流波出力とB相交流波出力は時間的に90°の位相差を有する信号となる。上記構成によって発生された相の交流信号は図1の振動型モータ6に入力される。
【0074】
振動型モータ6は上述したような原理で駆動される。図3に示すように、振動型モータ9の出力軸の一方にはロータリーエンコーダ9が接続されている。エンコーダ9から出力される回転速度に応じたパルス信号が図1の速度差検出器1に入力される。
【0075】
以上のような構成により、振動型モータの回転速度が一定になるようなフィードバックループが形成される。
【0076】
本実施の形態では、速度偏差に対して第1積分器2と第2積分器3の2つの積分器を用い、第1積分器2の積分値を直接アダー37へ入力することにより、図4の(c)に示すように目標速度の定常偏差をゼロにし、さらに第1積分器2の積分値を第2積分器で積分した2重積分値をアダー37へ入力することにより、図4の(d)に示すように、目標値に対する位置の定常誤差もゼロにすることができる。
【0077】
したがって、図2に示すカラー複写機の各色の感光ドラムおよび転写材搬送ベルトを振動型モータで駆動する際、例えば転写材の先端が転写位置で感光ドラムとのニップ部に入ると、感光ドラムに負荷が加わることとなって、速度の低下を招き、このままでは転写材に対するトナー像の転写位置にもずれが生じることになる。ここで、この速度の低下を速度差検出器1が検出して第1積分器2により積分した値自体は、検出速度を速度指令値となるようにするが、速度低下による遅れを取り戻す働きはない。
【0078】
しかし、第1積分器2の積分値をさらに第2積分器3で積分することにより、得られた2重積分値は遅れを取り戻すための働きを行なうことになる。
【0079】
すなわち、アダー37からパルス発生器4に出力される信号は、図4の(c)、(d)に示すように、例えば振動型モータ6の回転角度を所定の時間内に目標とする回転角度まで回転させて位置偏差を0とし、その時に速度も目標速度となるようにして速度偏差を0とするためのものである。
【0080】
したがって、全ての感光ドラムの速度偏差を0とするだけでなく、感光ドラム上に画像を形成する際の感光ドラムの移動距離の目標値に対する定常誤差もゼロにすることができる。
【0081】
ところで、上記のように積分器を2つ用いた制御系を電磁モータの速度制御系として構成する場合、開ループ伝達特性の位相遅れが大きくなり、系が不安定にになっていた。
【0082】
しかし、振動型モータは電磁モータと比較して応答が速いので、このような問題にはならない。つまり、重量のあるコイルを回転子に使用する電磁モータに比べて、このような重量物を回転子に使用することのない振動型モータは慣性力が小さいこと、また電磁モータのコイルはインダクタンス素子であるために、磁界の発生に遅れを生じるが、振動型モータは電圧を圧電素子に印加することで発生する振動を駆動に利用しているので、上述の応答が速いこととなる。
【0083】
(第2の実施の形態)
図12は本発明の第2の実施の形態を示すブロック図である。
【0084】
第1の実施の形態では制御系の演算部分をデジタル回路により構成したが、第2の実施の形態では、図12に示すように、マイクロコンピュータにより制御系を実現している。
【0085】
本実施の形態では、第1の積分を行うために使用するマイクロプロセッサ内部のメモリをAとし、第2の積分を行うために使用するメモリをBとする。図13にマイクロコンピュータ29の内部動作をあらわすフローチャートを示す。以下図13を用いてマイクロプロセッサの動作を説明する。
【0086】
マイクロプロセッサでは、振動型モータの起動時の動作と起動後に速度制御を行う動作の2つの動作を行っている。まず起動時の動作について説明する。
【0087】
外部から振動型モータの起動指令を受けてSTEP1の駆動開始となる。
【0088】
STEP2では、第1の積分動作を行う際に記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメモリAの値を0にしている。
【0089】
STEP3では、第2の積分動作を行う際に記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメモリBの値に初期値を代入している。
【0090】
STEP4では、STEP3で初期化されたメモリBに設定された値に第2の積分手段に対するゲインK2をかけたものを周波数指令として決定している。この周波数が起動時に最初に振動型モータに印加される交流電圧の周波数となり、この周波数を初期周波数という。初期周波数は振動型モータを駆動する際の振動モード付近の周波数であり、かつ、その振動モードにおける共振周波数frよりも高い周波数値を設定する。決定した周波数指令は図12のパルス発生器4に出力される。
【0091】
STEP5では駆動パルス幅を指定している。この駆動パルス幅は図10で説明したFET27a〜27dのゲート端子に入力するパルスの幅であり、FETやトランスを破損しない範囲で値を設定している。ここで設定したパルス幅は振動型モータが停止するまで同じ値を使用する。決定したパルス幅は図12のパルス発生器4に出力される。
【0092】
STEP6では振動型モータに駆動電圧をかけている。このステップ以前は不図示のゲート回路によりFET27a〜dのゲート端子にはパルスが出力されないようにしてあり、このステップを境にゲート端子にパルスが出力されるようにする。なお、このステップはトランス28a、28bの一時側に入力される電源の電圧をONすることによって行ってもよい。
【0093】
以上のステップを行った後STEP7の起動動作の終了となる。
【0094】
次に、制御時の動作について説明する。制御時はタイマー割り込みを使用して一定時間ごとに振動型モータに与える周波数を変更することにより制御を行っている。STEP8でタイマー割り込みが発生している。
【0095】
STEP9では図12の速度差検出器1から速度差データ(ΔVとする)を取り込んでいる。
【0096】
STEP10では第1の積分の結果が格納されているメモリAを積分するために第2の積分用のメモリBの値にA+Bを計算後代入している。
【0097】
STEP11では第1の積分を行うためにメモリAにA+ΔVを計算後代入している。STEP11でメモリAに対する演算を行う前にSTEP10でメモリBに対する演算を行っているのは第2の積分動作を前回のタイマー割り込みで決定された第1の積分結果で行うためである。
【0098】
STEP12では積分結果が格納されているメモリAとBから駆動周波数を以下の式により決定している。
【0099】
f=K1×A+K2×B
ここで、fは決定される駆動周波数データ、K1は第1の積分結果に対する制御ゲイン、K2は第2の積分結果に対する制御ゲインである。駆動周波数決定後は決定された値が図12のパルス発生器4に出力される。
【0100】
以上の動作が完了したら、STEP13の割込み動作終了となり、次回のタイマー割り込みが発生するまで待機することになる。次回のタイマー割り込みが発生するとSTEP8に進み再び制御が行われる。前述した動作をモータが停止されるまで実行される。
【0101】
以上のような構成で振動型モータを制御することにより、本発明の第1の実施の形態と同様な制御を行うことができ、第1の実施の形態と同様な効果が得られる。
【0102】
(第3の実施の形態)
図14は本発明の第3の実施の形態を示すフローチャートである。フローチャート以外については本発明の第2の実施の形態と同様である。また、本実施の形態のフローチャートはSTEP12の駆動周波数の決定方法以外は第2の実施の形態と同様であるのでSTEP12についてのみ説明する。
【0103】
STEP12において駆動周波数は以下の式を用いて決定される。
【0104】
f=K1×A+K2×B+K3×ΔV
ここで第2の実施の形態と異なるK3×ΔV部分は、第2の実施の形態における応答性を改善するために比例要素を加えたもので、K3は比例ゲインである。以上のような構成で制御を行うことにより、本発明の第1および第2の実施の形態と同様な効果が得られ、加えて応答性も改善することができる。
【0105】
(第4の実施の形態)
図15は本発明の第4の実施の形態を示すフローチャートである。制御のブロックは第2および第3の実施の形態と同様に図12のような構成で制御を行っている。
【0106】
第1から第3の実施の形態においては振動型モータの周波数を操作することにより振動型モータの速度を制御していたが、本実施の形態ではパルス発生器に入力するパルス幅データを操作することによって速度の制御を行っている。以下図15を用いて第4の実施の形態の動作について説明する。
【0107】
マイクロプロセッサでは振動型モータの起動時の動作と起動後に速度制御を行う動作の2つの動作を行っている。まず起動時の動作について説明する。
【0108】
外部から振動型モータの起動指令ががだされるとSTEP1の駆動開始となる。
【0109】
STEP2では第1の積分動作を行う際に記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメモリAの値を0にしている。
【0110】
STEP3では第2の積分動作を行う際に記憶手段として使用するマイクロプロセッサ内部のメモリBの値に初期値を代入している。
【0111】
STEP4ではSTEP3で初期化されたメモリBに設定された値に第2の積分手段に対するゲインK2をかけたものをパルス幅指令として決定している。このパルス幅が起動時に最初に振動型モータに印加される交流電圧のパルス幅となる。決定したパルス幅指令は図12のパルス発生器4に出力される。
【0112】
STEP5では駆動周波数を指定している。この駆動周波数は振動型モータが目標速度で十分駆動できるような周波数を選択する。ここで十分駆動できる周波数とはパルス幅に大きな値を選択した時は目標速度より速く回転し、パルス幅を加減することにより目標速度で回すことのできる周波数を意味する。決定した周波数は図12のパルス発生器4に出力される。
【0113】
STEP6では振動型モータに電圧をかけている。このステップ以前は不図示のゲート回路によりFETのゲート端子にはパルスが出力されないようにしてあり、このステップを境にゲート端子にパルスが出力されるようにする。なお、このステップはトランスの一時側に入力される電源の電圧をONすることによって行ってもよい。
【0114】
以上のステップを行った後STEP7の起動動作の終了となる。
【0115】
次に、制御時の動作について説明する。制御時はタイマー割り込みを使用して一定時間ごとに振動型モータに与えるパルス幅を変更することにより制御を行っている。STEP8でタイマー割り込みが発生している。
【0116】
STEP9では図12の速度差検出器1から速度差データ(ΔVとする)を取り込んでいる。
【0117】
STEP10では第1の積分の結果が格納されているメモリAを積分するために第2の積分用のメモリBの値をA+Bを計算後代入している。
【0118】
STEP11では第1の積分を行うためにメモリAにA+ΔVを計算後代入している。STEP11でメモリAに対する演算を行う前にSTEP10でメモリBに対する演算を行っているのは第2の積分動作を前回のタイマー割り込みで決定された第1の積分結果で行うためである。
【0119】
STEP12では積分結果が格納されているメモリAとBからパルス幅を以下の式により決定している。
【0120】
p=K1×A+K2×B
ここでpは決定されるパルス幅データ、K1は第1の積分結果に対する制御ゲイン、K2は第2の積分結果に対する制御ゲインである。駆動パルス幅決定後は決定された値が図12のパルス発生器4に出力される。
【0121】
以上の動作が完了したら、STEP13の割込み動作終了となり、次回のタイマー割り込みが発生するまで待機することになる。次回のタイマー割り込みが発生するとSTEP8に進み再び制御が行われる。前述した動作をモータが停止されるまで実行される。
【0122】
以上のような構成で振動型モータを制御することにより上述した第1および第2の実施の形態と同等な制御を行うことができる。また、本実施の形態のようなパルス幅を操作することにより振動型モータの制御を行う際にも第3の実施の形態のように比例項を考慮して制御を行ってもよい。
【0123】
また、説明は省略するが振動型モータは印加する2相の交流電圧の位相差を操作することにより速度を制御することもできるが、本発明の実施の形態で説明した周波数またはパルス幅を操作する変わりに位相差を操作して振動型モータの速度を制御してもよいものとする。
【0124】
さらに、以上述べた本発明の実施の形態においては駆動回路をロジック回路やマイクロプロセッサを用いて制御を行っているが、本発明を実現する手段としてはこれらに限らず、積分器を使って偏差を積分した値と、さらにその積分結果を積分した値とを用いて操作量を決定できるすべての手段に対して行ってもよいものとする。
【0125】
振動型アクチュエータの駆動状態を検出する検出手段として速度を検出するようにしているが、振動型アクチュエータの加速度、位置、振動状態を検出し、基準値との差を求めてこの差を第1の積分手段で積分させるようにしても良い。
【0126】
【発明の効果】
以上説明したように本出願に係る第1および第2の発明では、振動型アクチュエータの駆動を行う際に駆動状態検出手段から得られる偏差データを積分する第1の積分手段と第1の積分手段から得られる値を積分する第2の積分手段を用いて制御を行うことにより、偏差データ(速度)の定常誤差だけでなく偏差データを積分したもの(位置)の定常誤差もゼロにすることができる。
【0127】
また、請求項4に係わる発明では、積分器の積分時定数あるいは倍率を設定することにより、振動型アクチュエータを用いた装置において制御の精度や安定性を調整することができる。
【0128】
請求項5に係わる発明では、振動型アクチュエータに入力するエネルギーの調定手段として振動型アクチュエータに印加する周波信号の周波数を変更することにより制御が行える。
【0129】
請求項6に係わる発明では、振動型アクチュエータに入力するエネルギーの調定手段として振動型アクチュエータに印加する周波信号の電圧振幅を変更することにより制御が行える。
【0130】
請求項7に係わる発明では、振動型アクチュエータに入力するエネルギーの調定手段として振動型アクチュエータに印加する2相の周波信号の位相差を変更することにより制御が行える。
【0131】
本出願に係わる第3の発明では、1又は複数の被駆動体の速度を目標速度に制御できると共に、被駆動体の移動遅れを取り戻すことができる。
【0132】
本出願に係る第4の発明では、像担持体としての感光ドラムを有する例えばカラー複写機等の画像形成装置において、外部からの負荷、あるいは負荷の変動などにより、感光ドラムの回転速度が変動しても、感光ドラムの速度を合わせることができるとともに、転写材に対する印刷位置を全て合わせることができるので、高品位の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における制御ブロック図。
【図2】本発明の第1の実施の形態で使用する画像形成装置の概略図。
【図3】図2の感光ドラムの駆動装置の概略図。
【図4】速度偏差と位置偏差を説明するためのグラフ。
【図5】従来の振動型アクチュエータの制御ブロック図。
【図6】図1の速度差検出器の回路図。
【図7】図1の積分器の回路図。
【図8】図1のパルス発生器の回路図。
【図9】図8のパルス発生器から出力されるパルスを示すタイミングチャート。
【図10】図1の昇圧手段の回路図。
【図11】振動型モータの周波数と速度の関係を示すグラフ。
【図12】本発明の第2から第4の実施の形態における制御装置のブロック図。
【図13】本発明の第2の実施の形態におけるマイクロプロセッサの動作を示すフローチャート。
【図14】本発明の第3の実施の形態におけるマイクロプロセッサの動作を示すフローチャート。
【図15】本発明の第4の実施の形態におけるマイクロプロセッサの動作を示すフローチャート。
【図16】図1の制御装置を図2の画像形成装置に適用した制御ブロック図。
【符号の説明】
1…速度差検出器
2、3…積分器
4…パルス発生器
5…昇圧手段
6、9…振動型モータ
7、8…ロータリーエンコーダ
10感光ドラム
29…マイクロコンピュータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses a drive device for a vibration type actuator such as a vibration type motor that applies a driving force using vibration energy generated in a vibration body by applying an alternating signal to an electromechanical energy conversion element, and a vibration type actuator. The application of vibration type actuators to equipment and image forming devices, especially electrophotographic image forming devices, such as photosensitive drums as image carriers in copying machines, which require high accuracy with respect to rotational speed It is related to the device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, speed control of a vibration type actuator, particularly a vibration type motor, has been performed by proportional-integral control or integral control similar to other motors.
[0003]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-131987, as shown in FIG. 5, a
[0004]
Then, the adder 54 adds the difference value from the operational amplifier 52 and the integration value obtained by the integrator 55, and adjusts the driving frequency of the vibration type motor output from the voltage controlled
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a vibration type motor is used to drive a photosensitive drum of a copying machine, the movement distance of the photosensitive drum surface, that is, an error in the rotation angle affects the printing accuracy. In the above-described conventional technique, when a speed fluctuation is given due to a disturbance or the like, as shown in FIG. 4A, the steady-state error (Δv) of the speed may be finally reduced to zero with respect to the speed deviation. However, the stationary error (Δx) of the dimension of the position obtained by integrating the speed shown in FIG. 4B cannot be reduced to zero, that is, the positional deviation caused by the speed fluctuation is restored (between two points). If the speed fluctuates during movement, even if the speed returns to the target speed, the target position cannot be reached for a predetermined time) and it may not be possible to perform good printing. .
[0006]
That is, in the case of one-color copying, when the toner image on the photosensitive drum is transferred to the transfer material at the transfer position, the toner image is not transferred to the normal position with respect to the transfer material.
[0007]
Further, in the case of color copying, in the configuration in which the photosensitive drums carrying the toner images of the respective colors (four colors) are arranged in parallel along the moving direction of the transfer material, the transfer position of the toner image with respect to the transfer material is shifted. Cause color shift.
[0008]
An object of the first invention according to the present application is to provide a driving device for a vibration type actuator that can make both steady position errors zero with a simple configuration by utilizing the high response of the vibration type motor. To do.
[0009]
The object of the second invention according to the present application is to drive a vibration type actuator that can make both the steady state error of the velocity and the steady state error of the position zero with a simple configuration by utilizing the high responsiveness of the vibration type motor. The device is to be provided.
[0010]
An object of the third invention according to the present application is to provide a device including a vibration type actuator capable of driving a driven body with both steady-state error and steady-state position error set to zero.
[0011]
A fourth object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of obtaining a high-quality image when driving a photosensitive drum or the like using a vibration type actuator as a drive source.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to this application1st andA first configuration that realizes the object of the second invention is a vibration type actuator that obtains a driving force by exciting the electro-mechanical energy conversion element by applying a frequency signal.DrivingIn the apparatus, a detecting means for detecting a driving state of the vibration type actuator, a calculating means for calculating a difference between the driving state obtained from the detecting means and a predetermined state, and integrating a value obtained from the calculating means First integrating means, second integrating means for integrating the values obtained from the first integrating means, values output from the first integrating means, and outputs from the second integrating means. And an addition means for adding a value to be adjusted, and an amount of energy supplied to the electromechanical energy conversion element is adjusted in accordance with an output from the addition means.
[0014]
The second configuration for realizing the object of the second invention according to the present application is as follows:,Proportional means for adding a proportional element to the value obtained from the calculation meansHave,The adding means includesAdd the value output from the first integrating means, the value output from the second integrating means, and the value output from the proportional meansDoIt is what I did.
[0015]
In the above configuration, the detection means is means for detecting any of speed, acceleration, position, and vibration state of the vibration type actuator.
[0016]
In the above configuration, an integration time constant or a magnification of integration data is set for one or both of the first integration means and the second integration means, and obtained from the first and second integration means. The operation amount for the vibration type actuator is determined by using the obtained value and the set integration time constant or magnification.
[0017]
Said structure WHEREIN: As a means to adjust the energy supplied to the said electromechanical energy conversion element, it changes by changing the frequency of the frequency signal applied to the said electromechanical energy conversion element.
[0018]
In the above configuration, as means for adjusting energy supplied to the electro-mechanical energy conversion element, a voltage amplitude of a frequency signal applied to the electro-mechanical energy conversion element, or a value capable of changing the voltage amplitude is set. It is done by changing.
[0019]
In the above configuration, as means for adjusting energy supplied to the electro-mechanical energy conversion element, the phase difference of a plurality of frequency signals applied to the electro-mechanical energy conversion element is changed.
[0020]
A first configuration that realizes the object of the third invention according to the present application includes any one of the above-described vibration type actuator driving devices, and the driven body is driven by the vibration type actuator. is there.
[0021]
A second configuration for realizing the object of the third invention related to the present application has a plurality of driving devices for any of the vibration type actuators described above, and drives a plurality of driven bodies by the plurality of vibration type actuators, respectively. It is what you do.
[0022]
A first configuration for realizing the object of the fourth invention according to the present application includes any one of the above-described vibration type actuator driving devices, and uses the vibration type actuator as a drive source of the image carrier. .
[0023]
A second configuration that realizes the object of the fourth invention according to the present application includes any one of the above-described vibration type actuator driving devices, and a plurality of image carriers arranged along the transfer material conveyance direction. The vibration type actuators are used as the drive sources and the drive sources of the transfer material conveying means.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of the color image forming apparatus used in the first embodiment of the present invention. The configuration of the color image forming apparatus will be described below with reference to FIG.
[0025]
First, the configuration of the reader unit will be described.
[0026]
In FIG. 2, 101 is a CCD, 311 is a substrate on which the CCD 101 is mounted, 312 is a printer processing unit, 301 is a platen glass, 302 is a document feeder, 303 and 304 are light sources for authenticating a document, and 305 and 306 are A reflector for condensing light from the light source (303, 304) on the document, 307 to 309 are mirrors, 310 is a lens for condensing reflected light or projection light from the document on the
[0027]
The
[0028]
The document on the platen glass reflects light from the light source (303, 304), and the reflected light is guided to the CCD 101 and converted into an electrical signal. The electrical signal (analog image signal) is input to the
[0029]
Next, the configuration of the printer unit will be described.
[0030]
In FIG. 2, 317 is an M (magenta) image forming unit, 318 is a C (cyan) image forming unit, 319 is a Y (yellow)
[0031]
In the M
[0032]
Next, a procedure for forming an image on recording paper or the like will be described. The recording paper or the like stored in the cassettes (340, 341) is supplied onto the transfer
[0033]
Thereafter, the recording paper or the like is conveyed by the transfer
[0034]
A peeling
[0035]
Here, as a drive motor for rotating the photosensitive drums (342 to 345) and the transfer material conveying
[0036]
A vibration type motor is a circular or elliptical motion on the surface of an elastic body by applying an alternating signal as an alternating signal to a piezoelectric element as an electro-mechanical energy conversion element fixed to the elastic body constituting the vibrating body, for example. , And the vibrating body is moved relative to the contact body in pressure contact therewith. In addition, when the vibrating body is a stator and the contact body is a rotor, there is a type in which an output shaft provided at the rotation center of the rotor is connected to the rotor and output is taken out from the output shaft. In this embodiment, a vibration type actuator having this output shaft is used.
[0037]
FIG. 3 is a diagram showing a connection state between the photosensitive drum and the vibration type motor. In FIG. 3, 9 is a vibration type motor. A
[0038]
FIG. 1 is a control block diagram of a vibration type motor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 16 shows a drive unit for one vibration type motor shown in FIG. 1 and a plurality of photosensitive drums in the image forming apparatus of FIG. And a configuration when used for driving a transfer material conveying belt. Hereinafter, each block of FIG. 1 will be described.
[0039]
In FIG. 1,
[0040]
In the 16-bit down
[0041]
v = fc / (N × Ep) −1
Here, fc is the clock frequency [Hz], N is the target rotational speed [1 / s], and Ep is the number of encoder output pulses per revolution [P / R]. For example, in the case of an encoder that outputs a target frequency of 1 [1 / s], a clock frequency of 10 [MHz], and a motor rotation of 2000 pulses, the target speed data is 4999.
[0042]
The 16-
[0043]
The output (bar) Q of the
Ie
Te × fc-v-1
Is output from the
[0044]
Here, v is target speed data, Te is a cycle [sec] of a pulse output from the encoder, and fc is a clock frequency [Hz].
[0045]
Returning to FIG. 1, the speed difference data detected as described above is input to the
[0046]
In FIG. 7, 16 'is an 8-bit down counter, and when the data becomes 0, the carry output C becomes high level. At this time, integration time constant data is loaded, and then down-counting is performed. With the above operation, the down counter 16 'constitutes a ring counter with the integration time constant data as a cycle.
[0047]
The carry output C of the down counter 16 'outputs a signal that becomes high level for one cycle of the clock once in one cycle of the ring counter.
[0048]
17 is a 16-bit adder. The
[0049]
The
[0050]
Although the description has been omitted for the sake of brevity in the present embodiment, an upper limit value and a lower limit value are given to a circuit for initializing integration data and an integration result before driving the vibration type motor in the integrator described above. Therefore, a configuration that prevents integration data from overflowing is actually required.
[0051]
Returning to FIG. 1,
[0052]
[0053]
In the present embodiment, the frequency of the AC voltage applied to the vibration type motor is used as the operation amount for controlling the speed of the vibration type motor.
[0054]
FIG. 11 shows the relationship between the rotational speed of the vibration type motor and the frequency of the AC voltage applied to the vibration type motor. As shown in FIG. 11, the rotational speed reaches a peak at the resonance frequency fr of the vibration type motor. Further, since the frequency is higher than the resonance frequency fr and the characteristics are gentle and the control is relatively easy, the control is usually performed in a frequency region higher than the resonance frequency fr.
[0055]
Returning to FIG. 1,
[0056]
In FIG. 8, 19 is a 16-bit down counter. When the count value reaches 0, the down counter 19 outputs a high level from the C output. When a high level is output from the C output, the load input LD of the
[0057]
With the above configuration, the carry output C of the
[0058]
In the present embodiment, although described as frequency data, a value corresponding to the cycle of the drive frequency is actually input. Further, since one cycle of the driving AC wave of the vibration type motor corresponds to four cycles of the
[0059]
The counter 20 counts up each time the carry signal of the
[0060]
In the
[0061]
When both inputs A and B are low, Q0 is high. When input A is high and input B is low, Q1 is high. When input A is low and input B is high. When Q2 is at a high level and both inputs A and B are at a high level, the output Q3 is at a high level.
[0062]
With the above configuration, when the carry output C having one cycle of the frequency data output from the
[0063]
The outputs Q0 to Q3 of the
[0064]
The RS flip-
[0065]
The
[0066]
When a high level is input to the load input LD of the
[0067]
The pulse width data must be smaller than the frequency data described above. With the configuration as described above, the
[0068]
With the above operation, the outputs A1, A2, B1, and B2 from the pulse generator are output as pulses having a pulse width corresponding to the pulse width data at a period four times the frequency data. FIG. 9 shows a timing chart showing the outputs A1, A2, B1, and B2. As shown in FIG. 9, A1 and A2, and B1 and B2 are pulses having a phase difference of 180 °. A1 and B1, and A2 and B2 each have a pulse width having a phase difference of 90 °. The four-phase pulses output from the pulse generator are input to the
[0069]
FIG. 10 is a circuit diagram showing the internal configuration of the boosting means. The step-up means 5 is for generating a two-phase AC wave for driving the vibration type motor based on the pulse signal from the
[0070]
In FIG. 10, 27a, 27b, 27c, and 27d are FETs. 27a and 27b are FETs for generating an A-phase drive signal, and 27c and 27d are FETs for generating a B-phase drive signal.
[0071]
28a and 28b are transformers with a center tap. In FIG. 10, the center tap electrode on the primary side of the
[0072]
In the image forming apparatus of the present embodiment, 24V is used. The remaining two electrodes on the primary side are connected to the drains of the
[0073]
An AC signal corresponding to the step-up rate of the transformer 28 is generated on the secondary side of the transformer 28. This is the A-phase AC wave output. Similarly, a B-phase AC wave output is also generated. By using the four-phase pulse signals as described in FIG. 9 as the gate signals of the FETs 27a to 27d, the A-phase AC wave output and the B-phase AC wave output in FIG. 10 have a phase difference of 90 ° in time. Signal. The AC signal of the phase generated by the above configuration is input to the
[0074]
The
[0075]
With the above configuration, a feedback loop is formed so that the rotational speed of the vibration type motor is constant.
[0076]
In the present embodiment, the two integrators of the
[0077]
Therefore, when driving the photosensitive drums and transfer material conveyance belts of the respective colors of the color copying machine shown in FIG. 2 with a vibration type motor, for example, if the leading edge of the transfer material enters the nip portion with the photosensitive drum at the transfer position, A load is applied, resulting in a decrease in speed. If the state is left as it is, the transfer position of the toner image with respect to the transfer material also shifts. Here, the speed itself detected by the
[0078]
However, by integrating the integral value of the
[0079]
That is, as shown in FIGS. 4C and 4D, the signal output from the
[0080]
Accordingly, not only the speed deviation of all the photosensitive drums is set to 0, but also the steady-state error with respect to the target value of the moving distance of the photosensitive drum when forming an image on the photosensitive drum can be reduced to zero.
[0081]
By the way, when a control system using two integrators as described above is configured as a speed control system of an electromagnetic motor, the phase delay of the open loop transmission characteristic becomes large and the system becomes unstable.
[0082]
However, the vibration type motor does not cause such a problem because the response is quicker than the electromagnetic motor. In other words, compared to an electromagnetic motor that uses a heavy coil for the rotor, a vibration type motor that does not use such a heavy object for the rotor has a small inertial force, and the coil of the electromagnetic motor has an inductance element. Therefore, the generation of the magnetic field is delayed. However, since the vibration type motor uses the vibration generated by applying a voltage to the piezoelectric element for driving, the above-mentioned response is fast.
[0083]
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
[0084]
In the first embodiment, the arithmetic part of the control system is configured by a digital circuit, but in the second embodiment, as shown in FIG. 12, the control system is realized by a microcomputer.
[0085]
In the present embodiment, A is a memory inside the microprocessor used for performing the first integration, and B is a memory used for performing the second integration. FIG. 13 is a flowchart showing the internal operation of the
[0086]
The microprocessor performs two operations: an operation at the time of starting the vibration type motor and an operation of performing speed control after the start-up. First, the operation at startup will be described.
[0087]
In response to an external start command for the vibration type motor, the driving of
[0088]
In
[0089]
In
[0090]
In
[0091]
In
[0092]
In
[0093]
After performing the above steps, the start operation of STEP 7 is completed.
[0094]
Next, the operation during control will be described. At the time of control, the timer interrupt is used to change the frequency given to the vibration type motor at regular intervals. In
[0095]
In STEP 9, speed difference data (referred to as ΔV) is taken from the
[0096]
In
[0097]
In STEP 11, A + ΔV is substituted into the memory A after calculation in order to perform the first integration. The reason why the memory B is calculated in
[0098]
In
[0099]
f = K1 × A + K2 × B
Here, f is drive frequency data to be determined, K1 is a control gain for the first integration result, and K2 is a control gain for the second integration result. After the drive frequency is determined, the determined value is output to the
[0100]
When the above operation is completed, the interrupt operation of
[0101]
By controlling the vibration motor with the above configuration, it is possible to perform the same control as in the first embodiment of the present invention, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0102]
(Third embodiment)
FIG. 14 is a flowchart showing the third embodiment of the present invention. Except for the flowchart, the second embodiment is the same as the second embodiment of the present invention. The flowchart of this embodiment is the same as that of the second embodiment except for the method of determining the drive frequency of
[0103]
In
[0104]
f = K1 × A + K2 × B + K3 × ΔV
Here, the K3 × ΔV portion different from the second embodiment is obtained by adding a proportional element in order to improve the responsiveness in the second embodiment, and K3 is a proportional gain. By performing the control with the above configuration, the same effects as those of the first and second embodiments of the present invention can be obtained, and in addition, responsiveness can be improved.
[0105]
(Fourth embodiment)
FIG. 15 is a flowchart showing the fourth embodiment of the present invention. As in the second and third embodiments, the control block performs control with the configuration shown in FIG.
[0106]
In the first to third embodiments, the speed of the vibration type motor is controlled by manipulating the frequency of the vibration type motor, but in this embodiment, the pulse width data input to the pulse generator is manipulated. The speed is controlled accordingly. Hereinafter, the operation of the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0107]
The microprocessor performs two operations: an operation at the time of starting the vibration type motor and an operation of performing speed control after the start-up. First, the operation at startup will be described.
[0108]
When an activation command for the vibration type motor is issued from outside, the driving of
[0109]
In STEP2, the value of the memory A inside the microprocessor used as the storage means when performing the first integration operation is set to zero.
[0110]
In
[0111]
In
[0112]
In
[0113]
In
[0114]
After performing the above steps, the start operation of STEP 7 is completed.
[0115]
Next, the operation during control will be described. At the time of control, the timer interrupt is used to change the pulse width given to the vibration type motor at regular intervals. In
[0116]
In STEP 9, speed difference data (referred to as ΔV) is taken from the
[0117]
In
[0118]
In STEP 11, A + ΔV is substituted into the memory A after calculation in order to perform the first integration. The reason why the memory B is calculated in
[0119]
In
[0120]
p = K1 × A + K2 × B
Here, p is pulse width data to be determined, K1 is a control gain for the first integration result, and K2 is a control gain for the second integration result. After the drive pulse width is determined, the determined value is output to the
[0121]
When the above operation is completed, the interrupt operation of
[0122]
Control equivalent to the first and second embodiments described above can be performed by controlling the vibration type motor with the above-described configuration. Further, when the vibration type motor is controlled by manipulating the pulse width as in the present embodiment, the control may be performed in consideration of the proportional term as in the third embodiment.
[0123]
Although the explanation is omitted, the vibration motor can control the speed by manipulating the phase difference between the two-phase AC voltages to be applied, but the frequency or pulse width explained in the embodiment of the present invention is manipulated. Instead of this, the phase difference may be manipulated to control the speed of the vibration type motor.
[0124]
Furthermore, in the embodiment of the present invention described above, the drive circuit is controlled using a logic circuit or a microprocessor. However, the means for realizing the present invention is not limited to these, and a deviation using an integrator is used. This may be performed for all means that can determine the manipulated variable using the value obtained by integrating the value and the value obtained by further integrating the result of the integration.
[0125]
The speed is detected as a detecting means for detecting the driving state of the vibration type actuator. However, the acceleration, position, and vibration state of the vibration type actuator are detected, and a difference from the reference value is obtained. You may make it integrate by an integration means.
[0126]
【The invention's effect】
As described above, in the first and second inventions according to the present application, the first integrating means and the first integrating means for integrating the deviation data obtained from the driving state detecting means when driving the vibration type actuator. By controlling using the second integration means for integrating the value obtained from(speed)Integration of deviation data as well as steady-state error(position)The steady-state error can be made zero.
[0127]
Claims4In the invention according to the above, by setting the integration time constant or magnification of the integrator, it is possible to adjust the control accuracy and stability in the apparatus using the vibration type actuator.
[0128]
Claim5In the invention according to the above, control can be performed by changing the frequency of the frequency signal applied to the vibration type actuator as a means for adjusting the energy input to the vibration type actuator.
[0129]
Claim6In the invention according to the above, control can be performed by changing the voltage amplitude of the frequency signal applied to the vibration type actuator as a means for adjusting the energy input to the vibration type actuator.
[0130]
Claim7In the invention according to the above, control can be performed by changing the phase difference between the two-phase frequency signals applied to the vibration type actuator as a means for adjusting the energy input to the vibration type actuator.
[0131]
In the third invention according to the present application, the speed of one or a plurality of driven bodies can be controlled to a target speed, and the movement delay of the driven bodies can be recovered.
[0132]
In a fourth invention according to the present application, in an image forming apparatus such as a color copying machine having a photosensitive drum as an image carrier, the rotational speed of the photosensitive drum varies due to an external load or a load variation. However, since the speed of the photosensitive drum can be adjusted and all the printing positions on the transfer material can be adjusted, a high-quality image can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control block diagram according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of an image forming apparatus used in the first embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a driving device for the photosensitive drum in FIG. 2;
FIG. 4 is a graph for explaining a speed deviation and a position deviation.
FIG. 5 is a control block diagram of a conventional vibration type actuator.
6 is a circuit diagram of the speed difference detector of FIG. 1. FIG.
7 is a circuit diagram of the integrator shown in FIG. 1. FIG.
8 is a circuit diagram of the pulse generator of FIG.
9 is a timing chart showing pulses output from the pulse generator of FIG. 8. FIG.
10 is a circuit diagram of the boosting means in FIG. 1. FIG.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the frequency and speed of a vibration type motor.
FIG. 12 is a block diagram of a control device according to second to fourth embodiments of the present invention.
FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the microprocessor according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the microprocessor according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a flowchart showing the operation of a microprocessor according to the fourth embodiment of the present invention.
16 is a control block diagram in which the control device in FIG. 1 is applied to the image forming apparatus in FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... Speed difference detector
2, 3 ... integrator
4 ... Pulse generator
5. Boosting means
6, 9 ... Vibration type motor
7, 8 ... Rotary encoder
10 photosensitive drums
29 ... Microcomputer
Claims (11)
前記振動型アクチュエータの駆動状態を検出する検出手段と、前記検出手段から得られた駆動状態と所定の状態との差を演算する演算手段と、前記演算手段から得られた値を積分する第1の積分手段と、前記第1の積分手段から得られた値を積分する第2の積分手段と、前記第1の積分手段から出力される値と前記第2の積分手段から出力される値とを加算する加算手段とを有し、前記電気−機械エネルギー変換素子に供給するエネルギー量を前記加算手段からの出力に応じて調定することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動装置。In a drive device for a vibration type actuator that is excited by applying a frequency signal to an electromechanical energy conversion element to obtain a driving force,
Detection means for detecting the drive state of the vibration type actuator, calculation means for calculating a difference between the drive state obtained from the detection means and a predetermined state, and a first value for integrating the value obtained from the calculation means Integrating means, second integrating means for integrating the values obtained from the first integrating means, values output from the first integrating means, and values output from the second integrating means, A vibration type actuator drive device, comprising: an adding means for adding the power to adjust the amount of energy supplied to the electromechanical energy conversion element according to an output from the adding means.
前記加算手段は、前記第1の積分手段から出力される値と前記第2の積分手段から出力される値と前記比例手段から出力される値を加算す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の駆動装置。 A proportional means for adding a proportional element to the value obtained from said calculation means,
Said adding means, according to claim 1, characterized by adding the value output from said first value and said proportional means is output from the value and the second integral means is output from the integrating means vibration type actuator driving device.
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