專(zhuān)利名稱(chēng)：振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置，該致動(dòng)器例如是使用通過(guò)將交變信號(hào)施加到機(jī)電能量轉(zhuǎn)移單元而在振動(dòng)件上產(chǎn)生的振動(dòng)能量來(lái)輸出驅(qū)動(dòng)力的振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)，并且涉及使用振動(dòng)型致動(dòng)器的設(shè)備和圖象形成裝置，更具體地，涉及將振動(dòng)型致動(dòng)器用于在電子照相圖象形成裝置中需要高轉(zhuǎn)速精度的部件、如復(fù)印機(jī)中作為圖象載體的感光鼓的裝置。
傳統(tǒng)上，振動(dòng)型制動(dòng)器，尤其是振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的速度，如同其他電動(dòng)機(jī)那樣是由比例加積分控制或積分控制方式控制的。
例如，在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)文獻(xiàn)No.7-131987中，如圖5所示，作為其相位被一個(gè)90度移相器移相90°的交變信號(hào)的AC電壓由輸入功率放大器39及41經(jīng)由匹配線圈42和45及驅(qū)動(dòng)電極43和46至壓電元件56，后者構(gòu)成具有兩相驅(qū)動(dòng)部分的振動(dòng)件。一個(gè)及另一驅(qū)動(dòng)信號(hào)也被用來(lái)檢測(cè)振動(dòng)狀態(tài)。這兩個(gè)信號(hào)的和經(jīng)電容器44及47輸入到差分放大器50的一個(gè)輸入端，而來(lái)自壓電元件56的輸出端的信號(hào)(地電壓)被輸入到差分放大器50的另一輸入端。差分放大器50輸出轉(zhuǎn)速信息。差分放大器50的輸出經(jīng)由整流器51被輸入到另一差分放大器52的輸入端，而來(lái)自目標(biāo)速度設(shè)定裝置53的目標(biāo)速度值被輸入到差分放大器52的另一輸入端。差分放大器52將速度差輸入到一個(gè)積分器55。
加法器54將來(lái)自差分放大器52的差值及來(lái)自積分器55的積分值相加，使用和值來(lái)調(diào)節(jié)由電壓控制振蕩器38輸出的振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率，由此控制速度。
當(dāng)使用振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)復(fù)印機(jī)的感光鼓時(shí)，印制精度受移動(dòng)距離，即感光鼓表面轉(zhuǎn)動(dòng)角誤差的影響。在該現(xiàn)有技術(shù)中，如果速度受干擾等的影響而變化，穩(wěn)態(tài)速度誤差(ΔV)可被最后作為速度偏差被消除，其如圖4A所示；但由速度積分獲得的位置尺寸穩(wěn)態(tài)誤差(Δ×)不能被消除，其如圖4B所示。這就是，由振動(dòng)引起的位置偏移不能被校正(當(dāng)在兩點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)期間速度變化時(shí)，不能在預(yù)定時(shí)間中獲得目標(biāo)位置，即使當(dāng)速度回到目標(biāo)速度也如此)。作為其結(jié)果，不能執(zhí)行高質(zhì)量的印刷。
更具體地，在單色復(fù)印中，在轉(zhuǎn)移位置上轉(zhuǎn)移給轉(zhuǎn)移件的感光鼓上的色劑圖象不能在正確位置轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移件上。
在彩色復(fù)印中，當(dāng)攜帶各彩色色劑圖象(四色)的各感光鼓并列設(shè)置時(shí)，在不同位置轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移件上的色劑圖象引起彩色誤配準(zhǔn)。
此外，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，以模擬方式進(jìn)行比例加積分控制，由此不能作高精度控制。
本申請(qǐng)的一個(gè)方面是提供一種振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置，它能通過(guò)使用簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)及振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的高速響應(yīng)特性消除位置穩(wěn)態(tài)誤差。
本申請(qǐng)的一個(gè)方面是提供一種振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置，它能通過(guò)使用簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)及振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的高速響應(yīng)特性消除速度及位置的穩(wěn)態(tài)誤差。
本申請(qǐng)的一個(gè)方面是提供一種具有振動(dòng)型制動(dòng)器的裝置，它能驅(qū)動(dòng)待驅(qū)動(dòng)件，而無(wú)速度及位置的任何穩(wěn)態(tài)誤差。
本申請(qǐng)的一個(gè)方面是提供一種圖象形成裝置，當(dāng)使用振動(dòng)型致動(dòng)器作驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)感光鼓及類(lèi)似部件時(shí)能獲得高質(zhì)量圖象。
本申請(qǐng)的一個(gè)方面是提供振動(dòng)型致動(dòng)器，用于對(duì)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件施加周期信號(hào)并激勵(lì)振動(dòng)件，由此獲得振動(dòng)力，它包括檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；計(jì)算裝置，用于計(jì)算由致動(dòng)裝置獲得的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)與預(yù)定狀態(tài)之間的差；第一積分裝置，用于對(duì)計(jì)算裝置獲得的值積分；及第二積分裝置，用于對(duì)從第一積分裝置獲得的值積分；其中根據(jù)至少由第二積分裝置輸出的值來(lái)調(diào)節(jié)供給機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的能量。
本申請(qǐng)的一個(gè)方面是提供一種振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置，它能通過(guò)在高速時(shí)高精度的比例積分控制振動(dòng)型致動(dòng)器的速度、加速度、位置及振動(dòng)狀態(tài)。
本申請(qǐng)的一個(gè)方面是提供一種振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置，用于對(duì)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件施加周期信號(hào)以激勵(lì)振動(dòng)件，由此獲得驅(qū)動(dòng)力，它包括檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；計(jì)算裝置，用于計(jì)算由檢測(cè)裝置獲得的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)與預(yù)定狀態(tài)之間的差；第一積分裝置，用于對(duì)計(jì)算裝置在第一定時(shí)上輸出的值積分；第二積分裝置，用于對(duì)計(jì)算裝置在第二定時(shí)上輸出的值積分，并在每預(yù)定數(shù)目積分操作時(shí)復(fù)位積分值；寄存器，用于在每次第二積分裝置復(fù)位的緊前面保持第二積分裝置的積分值；及加法裝置，用于使第一積分裝置輸出值及寄存器輸出值以預(yù)定比例相加；其中根據(jù)加法裝置的輸出來(lái)調(diào)節(jié)供給機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的能量。
從以下結(jié)合附圖的描述將會(huì)闡明本發(fā)明的上述及另外的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施例中控制的框圖；圖2是表示用于本發(fā)明第一實(shí)施例中的圖象形成裝置的示意圖；圖3是表示圖2中感光鼓驅(qū)動(dòng)裝置的示意圖；圖4A、4B、4C及4D是用于解釋速度偏差及位置偏差的曲線圖；圖5是表示傳統(tǒng)振動(dòng)型致動(dòng)器控制的框圖；圖6是表示圖1中速度差檢測(cè)器的電路圖；圖7是表示圖1中積分器的電路圖；圖8是表示圖1中脈沖發(fā)生器的電路圖；圖9是由圖8中脈沖發(fā)生器輸出的脈沖的時(shí)序圖；圖10是表示圖1中升壓裝置的電路圖；圖11是振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的頻率及速度之間關(guān)系的曲線圖；圖12是表示根據(jù)本發(fā)明第二至第四實(shí)施例的控制裝置的框圖；圖13是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的微計(jì)算機(jī)操作的流程圖；圖14是表示本發(fā)明第三實(shí)施例的微計(jì)算機(jī)操作的流程圖；圖15是表示本發(fā)明第四實(shí)施例的微計(jì)算機(jī)操作的流程圖；圖16是表示圖1中控制裝置應(yīng)用于圖2的圖象形成裝置的框圖；圖17表示本發(fā)明第五實(shí)施例的框圖；圖18是圖17中振動(dòng)型致動(dòng)器的側(cè)視圖；圖19是表示圖18中壓電元件的平面圖；圖20是表示圖17中積分裝置，計(jì)數(shù)器及寄存器的操作的時(shí)序圖；圖21是表示圖17中的輸出功率放大裝置的框圖；圖22是表示圖17中四相脈沖發(fā)生裝置的框圖；圖23是表示圖22中操作的時(shí)序圖；圖24是表示圖22中脈寬設(shè)定裝置的框圖；圖25是表示圖24中操作的時(shí)序圖；圖26是表示本發(fā)明第六實(shí)施例的框圖；圖27是表示本發(fā)明第七實(shí)施例的框圖。
(第一實(shí)施例)圖2表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的彩色圖象形成裝置的總體的示意圖。將參照該圖2來(lái)描述彩色圖象形成裝置。
在圖2中，閱讀器部分的組成為CCD101；其上安裝CCD101的襯底；印機(jī)處理器312；玻璃原件板301；原件供給器302；光源303及304，用于照射原件；反射器305及306，用于使來(lái)自光源(303,304)的光會(huì)聚并將光照向原件；鏡307至309；透鏡310，用于將來(lái)自原件的反射及投影光會(huì)聚到CCD101上；支架310，用于容納光源(303,304)，反射器(305,306)及鏡307；支架315，用于容納鏡(308,309)，及接口313與另外部件，如IPU。
原件的整個(gè)表面通過(guò)分別以速度V及V/2在垂直CCD101的電掃描(主掃描)方向上機(jī)械地移動(dòng)支架314及315被掃描(副掃描)。
在玻璃原件板上的原件反射來(lái)自光源(303,304)的光，反射光被引導(dǎo)到CCD101并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電信號(hào)(模擬圖象信號(hào))被輸入到圖象處理器312并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。轉(zhuǎn)換的信號(hào)受到處理，傳送到印機(jī)部分，用于形成圖象。
現(xiàn)在來(lái)解釋印機(jī)部分的布置。
在圖2中，印機(jī)部分包括M(深紅)圖象形成裝置317,C(藍(lán)綠)圖象形成裝置318,Y(黃)圖象形成裝置319，及K(黑)圖象形成裝置320。因?yàn)檫@些裝置具有相同布置，僅對(duì)M圖象形成裝置317進(jìn)行解釋?zhuān)瑢⑹÷詫?duì)其余圖象形成裝置的說(shuō)明。
在M圖象形成裝置317中，在用作圖象載體的感光鼓342的表面由來(lái)自LED陣列210的光形成一個(gè)潛象。主充電裝置321使感光鼓342表面充電到預(yù)定電位，以準(zhǔn)備形成潛象。顯影裝置322使感光鼓342上的潛象顯影以形成一個(gè)色劑象。顯影裝置322包括一個(gè)套筒345，用于施加顯影偏壓及顯影圖象。在一個(gè)用于傳送轉(zhuǎn)移件的閉合轉(zhuǎn)移件傳送帶333下方的轉(zhuǎn)移充電裝置323放電并將感光鼓342上的色劑圖象轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移件傳送帶333上的記錄紙張或類(lèi)似物上。在該第一實(shí)施例中，因?yàn)楦咿D(zhuǎn)移效率未設(shè)置傳統(tǒng)使用的除塵器，但也可設(shè)置它。
現(xiàn)在來(lái)描述在例如記錄紙上形成圖象的過(guò)程。堆放在紙盒(340,341)中的記錄紙張被取紙滾子(339,338)一個(gè)接一個(gè)地取出，并由供紙滾子(336,337)供到轉(zhuǎn)移件傳送帶333上。供入的紙張被吸引充電裝置346充電。傳送帶滾子348驅(qū)動(dòng)傳送帶333，與吸引充電裝置346一起對(duì)記錄紙張充電，及將記錄紙張吸引到轉(zhuǎn)移件傳送帶333上。前端傳感器347檢測(cè)轉(zhuǎn)移件傳送帶333上記錄紙張的前端。前端傳感器的檢測(cè)信號(hào)從印機(jī)部分傳送到彩色閱讀器部分，并用作從彩色閱讀器部分將視頻信號(hào)傳送到印機(jī)部分的副掃描同步信號(hào)。
記錄紙張被轉(zhuǎn)移件傳送帶333傳送，及以圖象形成裝置317至320中的M,C,Y及K的次序在紙張表面形成色劑圖象。通過(guò)K圖象形成裝置320的記錄紙張被電荷清除裝置349除去電荷，以便易于從轉(zhuǎn)移件傳送帶333上分離紙張，然后紙張從轉(zhuǎn)移件傳送帶333上分離開(kāi)來(lái)。
分離充電裝置350防止在把記錄紙張從轉(zhuǎn)移件傳送帶333分離時(shí)受分離放電的圖象干擾。分離的記錄紙張被預(yù)固定充電裝置(351,352)充電，以便補(bǔ)償色劑粘附強(qiáng)度及防止圖象干擾，及在色劑圖象被固定裝置334熱固定后排放到排放盤(pán)335中。
一個(gè)公知的振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)用作使感光鼓(342-345)及轉(zhuǎn)移件傳送帶滾子348轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
對(duì)振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)施加AC信號(hào)，它用作壓電元件的交變信號(hào)，該壓電元件用作固定在例如構(gòu)成振動(dòng)件的彈性件上的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件，用于在彈性件表面產(chǎn)生圓形或橢圓形運(yùn)動(dòng)，及使與彈性件壓觸的接觸件與振動(dòng)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在使用定子作為振動(dòng)件及轉(zhuǎn)子作為接觸件的另一類(lèi)型的振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)中，設(shè)置在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心的輸出軸與轉(zhuǎn)子相連接，并從該輸出軸提取輸出。第一實(shí)施例使用具有輸出軸的該振動(dòng)型致動(dòng)器。
圖3是表示感光鼓及振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)之間連接狀態(tài)的示意圖。在圖3中，轉(zhuǎn)子編碼器8將振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)9輸出軸的轉(zhuǎn)角輸出為脈沖信息。感光鼓10連接到振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)9的輸出軸。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的控制的框圖。圖16表示其中使用圖1中所示一個(gè)振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)圖2的圖象形成裝置中的多個(gè)感光鼓及轉(zhuǎn)移件傳送帶。以下將描述圖1中的框圖。
在圖1中，速度差檢測(cè)器1來(lái)檢測(cè)并輸出速度指令值及驅(qū)動(dòng)速度之差值，后者是根據(jù)來(lái)自與振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)6的輸出軸相連接的旋轉(zhuǎn)編碼器7的脈沖信息獲得的。圖6表示速度差檢測(cè)器的一個(gè)例子。圖6中所示的速度差檢測(cè)器是由包括D觸發(fā)器11及12的同步邏輯電路形成的。當(dāng)D觸發(fā)器12的輸入D為高電平及其輸出Q為低電平時(shí)，來(lái)自D觸發(fā)器12的輸出作為來(lái)自編碼器輸入脈沖的前沿被檢測(cè)。在此時(shí)，僅在一個(gè)時(shí)間周期中，AND的輸出保持高電平。
當(dāng)AND14的輸出為高電平，即完成了從編碼器脈沖前沿的一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)，目標(biāo)速度數(shù)據(jù)被加載到16位向下計(jì)數(shù)器15中。在其余時(shí)間中，16位向下計(jì)數(shù)器15向下計(jì)數(shù)。當(dāng)來(lái)自編碼器的一個(gè)脈沖周期在以目標(biāo)速度工作期間被時(shí)鐘計(jì)數(shù)時(shí)，目標(biāo)速度數(shù)據(jù)設(shè)置計(jì)數(shù)值。目標(biāo)速度數(shù)據(jù)V由下式給出V=fc/(N×Ep)-1式中fc為時(shí)鐘頻率[Hz]，N為目標(biāo)轉(zhuǎn)速[1/s]，及Ep為每轉(zhuǎn)的輸出編碼器脈沖數(shù)[P/R]。例如，當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速為1[1/s]時(shí)，時(shí)鐘頻率為10[MHz]，及電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)輸出2000脈沖時(shí)，目標(biāo)速度數(shù)據(jù)為4,999。
計(jì)數(shù)器15的值在編碼器邊緣檢測(cè)后一個(gè)時(shí)鐘周期被寫(xiě)入到16位寄存器16。當(dāng)該數(shù)據(jù)正寫(xiě)入到寄存器16中時(shí)，目標(biāo)速度還未加載到計(jì)數(shù)器15中，及在編碼器脈沖沿檢測(cè)緊前面的計(jì)數(shù)值被寫(xiě)入。
寄存器16的輸出端Q輸出寄存值的反相數(shù)據(jù)，編碼器前沿及下一前沿之間的時(shí)間被計(jì)數(shù)，寄存器16輸出值為T(mén)e×fc-v-1式中v為目標(biāo)速度數(shù)據(jù)，Te是編碼器脈沖輸出周期[秒]，及fc是時(shí)鐘頻率[Hz]。
再參照?qǐng)D1，以該方式檢測(cè)的速度差數(shù)據(jù)被輸入到第一積分器2中。圖7是表示第一積分器2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在第一實(shí)施例的控制電路中，積分器2和積分器3的積分時(shí)間常數(shù)被用作可調(diào)節(jié)的控制參數(shù)。
在圖7中，當(dāng)向下計(jì)數(shù)器的值變?yōu)?時(shí)，8位向下計(jì)數(shù)器16’的進(jìn)位輸出C改變成高電平。然后積分時(shí)間常數(shù)數(shù)據(jù)被加載并執(zhí)行向下計(jì)數(shù)。通過(guò)該操作，向下計(jì)數(shù)器16’構(gòu)成使用積分時(shí)間常數(shù)作為周期的環(huán)形計(jì)數(shù)器。
向下計(jì)數(shù)器16’的進(jìn)位輸出C輸出一個(gè)信號(hào)，它僅在環(huán)形計(jì)數(shù)器一個(gè)周期中一次地在一個(gè)時(shí)鐘周期期間保持高電平。
16位加法器17將16位輸入A及輸入B的數(shù)據(jù)相加，并從輸出端S輸出和數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)被輸入到16位寄存器18。
在寄存器18中，在由向下計(jì)數(shù)器輸出的積分時(shí)間常數(shù)的定時(shí)上數(shù)據(jù)被加載。其結(jié)果是，相應(yīng)于積分時(shí)間常數(shù)的積分?jǐn)?shù)據(jù)從寄存器18的輸出Q輸出。
應(yīng)指出，該第一實(shí)施例也需要在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)前在積分器中使積分?jǐn)?shù)據(jù)初始化的電路，及設(shè)置積分結(jié)果上、下限的裝置，以防止積分?jǐn)?shù)據(jù)溢出，但為了描述簡(jiǎn)便起見(jiàn)，省略了對(duì)它們的說(shuō)明。
再參照?qǐng)D1，第二積分器3具有與第一積分器2相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。第二積分器3使用與第一積分器分開(kāi)設(shè)置的積分時(shí)間常數(shù)對(duì)第一積分器2積分了的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分。
加法器37是一個(gè)與圖7中所示加法器17相同的16位加法器。該加法器37將由第一積分器2對(duì)速度差數(shù)據(jù)積分獲得的數(shù)據(jù)及由第二積分器3對(duì)來(lái)自第一積分器2的數(shù)據(jù)積分獲得的數(shù)據(jù)相加。由加法器37輸出的數(shù)據(jù)用作控制變量。
第一實(shí)施例使用提供給振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的AC電壓頻率作為控制振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)速度的控制變量。
圖11表示振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與供給振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的AC電壓的頻率的函數(shù)關(guān)系。如圖11所示，轉(zhuǎn)速在振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的諧振頻率fr時(shí)呈現(xiàn)峰值。因?yàn)樵撎匦栽陬l率大于諧振頻率fr時(shí)是平滑變化的并相對(duì)容易地被控制，通常在頻率高于諧振頻率fr的區(qū)域中控制轉(zhuǎn)速。
再參照?qǐng)D1，脈沖發(fā)生器4輸出四相脈沖信號(hào)，每個(gè)具有由加法器37輸出的頻率及預(yù)定脈沖寬度。圖8是表示脈沖發(fā)生器4內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。
在圖8中，16位向下計(jì)數(shù)器19當(dāng)計(jì)數(shù)值為0時(shí)由輸出端C輸出一個(gè)高電平信號(hào)。當(dāng)該高電平信號(hào)從輸出端C輸出時(shí)，向下計(jì)數(shù)器19的加載輸入端LD變?yōu)楦唠娖剑詫?duì)計(jì)數(shù)器加載頻率數(shù)據(jù)。此后，向下計(jì)數(shù)器19執(zhí)行向下計(jì)數(shù)。
由于該結(jié)構(gòu)，僅在一個(gè)時(shí)鐘周期中相對(duì)一周期頻率數(shù)據(jù)保持高電平的信號(hào)由向下計(jì)數(shù)器19的進(jìn)位輸出端C輸出。
應(yīng)注意，在第一實(shí)施例中的頻率數(shù)據(jù)實(shí)際上是相應(yīng)于驅(qū)動(dòng)頻率周期的值。因?yàn)轵?qū)動(dòng)振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的交變波形的一個(gè)周期相應(yīng)于向下計(jì)數(shù)器19的四個(gè)周期，頻率數(shù)據(jù)被設(shè)置成振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率周期的1/4。向下計(jì)數(shù)器19的進(jìn)位輸出端C作為啟動(dòng)信號(hào)EN輸入到2位計(jì)數(shù)器20。
計(jì)數(shù)器20每次對(duì)計(jì)數(shù)器19輸出的進(jìn)位信號(hào)向上計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)值重復(fù)四種狀態(tài)0至3。該計(jì)數(shù)器的輸出端Q0及Q1被輸入到2至4解碼器21。
當(dāng)輸入G處于低電平時(shí)，解碼器21的所有輸出Q0至Q3變化到低電平。當(dāng)輸入G為高電平時(shí)，根據(jù)輸入A及B的組合，輸出Q0至Q3中的任一個(gè)變?yōu)楦唠娖健?br>
如果輸入A及B均為低電平，輸出Q0變?yōu)楦唠娖?；如果輸入A為高電平，輸入B為低電平，輸出Q1變?yōu)楦唠娖?；如果輸入A為低電平，及輸入B為高電平，輸出Q2變?yōu)楦唠娖?；及如果輸入A及B為高電平，輸出Q3變?yōu)楦唠娖健?br>
由于該結(jié)構(gòu)，解碼器21輸出Q0至Q3，以使得當(dāng)使用由向下計(jì)數(shù)器19輸出的作為一個(gè)周期的頻率數(shù)據(jù)，進(jìn)位輸出C變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，僅在一個(gè)時(shí)鐘周期期間，它們順序地改變到高電平。
解碼器21的輸出Q0至Q3被輸入到RS觸發(fā)器22至25的置位輸入端S。
當(dāng)每個(gè)置位輸入端S為高電平時(shí)，RS觸發(fā)器22至25的輸出變?yōu)楦唠娖?，并保持在高電平直至?fù)位輸入R改變到高電平為止。RS觸發(fā)器22至25的復(fù)位輸入端R接收16位向下計(jì)數(shù)器26的進(jìn)位輸出C。
向下計(jì)數(shù)器26用于確定脈沖寬度，當(dāng)RS觸發(fā)器22至25的輸出Q改變到高電平，即向下計(jì)數(shù)器19的進(jìn)位輸出C改變到高電平時(shí)，向下計(jì)數(shù)器19的進(jìn)位輸出C改變到高電平時(shí)，向下計(jì)數(shù)器26的負(fù)載輸入LD接收高電平信號(hào)。
在向下計(jì)數(shù)器26的負(fù)載輸入端LD接收高電平信號(hào)以后，外部脈沖寬度數(shù)據(jù)被加載到向下計(jì)數(shù)器26。該脈沖寬度數(shù)據(jù)是由控制器(未示出)給出的固定值或預(yù)定值。
脈沖寬度數(shù)據(jù)必須小于上述頻率數(shù)據(jù)。由于該結(jié)構(gòu)，在任何RS觸發(fā)器的輸出改變到高電平后相應(yīng)于脈沖寬度數(shù)據(jù)的時(shí)間期滿時(shí)，向下計(jì)數(shù)器26改變到高電平。
通過(guò)上述操作，來(lái)自脈沖發(fā)生器的輸出A1,A2,B1及B2輸出各具有頻率數(shù)據(jù)周期四倍的周期及脈沖寬度相應(yīng)于脈寬數(shù)據(jù)的脈沖。圖9是表示輸出A1,A2,B1及B2的時(shí)序圖。如圖9中所示，脈沖A1及A2和脈沖B1及B2分別具有180°的相位差。脈沖A1及B1的脈寬和脈沖A2和B2的脈寬分別具有90°相位差。由該脈沖發(fā)生器輸出的四相脈沖被輸入到圖1中的升壓裝置5中。
圖10是該開(kāi)壓裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。升壓裝置5根據(jù)來(lái)自脈沖發(fā)生器4的脈沖信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的兩相交變波形。這兩相交變波形是具有相同頻率的信號(hào)，電壓幅值約300Vp-p，及時(shí)間相位差為90°。
在圖10中，升壓裝置5包括FETs27a,27b,27c及27d。FETs27a及27b用于產(chǎn)生A相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而FETs27c及27d用于產(chǎn)生B相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
升壓裝置5還包括具有中心抽頭的變壓器28a及28b。在圖10中，變壓器28a的原邊中心抽頭電極與電源電壓相連接。電源電壓是由例如裝置中的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的DC電壓。
第一實(shí)施例的圖象形成裝置使用24V的電源電壓。其余兩個(gè)原邊電極分別連接到FETs27a及27b的漏極。FET27a被由脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)A1驅(qū)動(dòng)，及FET27b被脈沖信號(hào)A2驅(qū)動(dòng)。其結(jié)果是，交變電流從變壓器28a原邊側(cè)中心抽頭流到其余兩個(gè)端子。
在變壓器28a次邊側(cè)產(chǎn)生出與變壓器28a的升壓比相應(yīng)的AC信號(hào)，并用作A相交變波形輸出。類(lèi)似地，產(chǎn)生了B相交變波形輸出。通過(guò)使用如圖9所示的四相脈沖信號(hào)作為FETs27a至27d的柵極信號(hào)，對(duì)于圖10輸出的A和B相交變波形形成了90°的時(shí)間相位差。由上述電路產(chǎn)生的各相交變信號(hào)被輸入到圖1的振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)6。
振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)6由上述原理驅(qū)動(dòng)。如圖3中所示，旋轉(zhuǎn)編碼器8連接在振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)9的一個(gè)輸出軸上。相應(yīng)于編碼器8轉(zhuǎn)速輸出的脈沖信號(hào)被輸入到圖1中的速度差檢測(cè)器1。
上述的結(jié)構(gòu)形成這樣一個(gè)反饋環(huán)，它使振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持恒定。
在第一實(shí)施例中，使用了兩個(gè)、即第一和第二積分器2及3。第一積分器2的積分值被直接輸入到加法器37，以消除對(duì)目標(biāo)速度的穩(wěn)態(tài)偏差，如圖4C中所示。由第二積分器對(duì)第一積分器2的積分值積分獲得的二重積分值被輸入到加法器37，以消除對(duì)目標(biāo)值的穩(wěn)態(tài)位置誤差。
當(dāng)圖2中所示彩色復(fù)印機(jī)中的感光鼓及轉(zhuǎn)移件傳送帶被振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，例如，當(dāng)轉(zhuǎn)移件的前端在轉(zhuǎn)移位置上進(jìn)入每個(gè)感光鼓的咬入口時(shí)，負(fù)載就加到感光鼓上并使速度下降。其結(jié)果是，由速度差檢測(cè)器1檢測(cè)到速度的下降并由第一積分器2積分。積分值本身允許使用檢測(cè)速度作為速度指令值，但不能補(bǔ)償速度下降形成的延遲。
但是，第一積分器2的積分值還由第二積分器3積分，所獲得的二重積分值能補(bǔ)償該延遲。
更具體地，由加法器37輸出到脈沖發(fā)生器4的信號(hào)在預(yù)定時(shí)間中使振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)6旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角，以便消除位置偏差，而將速度也調(diào)節(jié)到目標(biāo)速度以消除速度偏差。
這不僅能消除所有感光鼓的速度偏差，而且也可消除在感光鼓上形成圖象時(shí)感光鼓對(duì)目標(biāo)值的移動(dòng)距離的穩(wěn)態(tài)誤差。
當(dāng)使用兩個(gè)積分器的控制系統(tǒng)構(gòu)成電磁電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)時(shí)，閉環(huán)傳遞特性相延遲增大并使系統(tǒng)不穩(wěn)態(tài)。
但是，振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)能免于該問(wèn)題，因?yàn)樗哂斜入姶烹妱?dòng)機(jī)更高的響應(yīng)速度。換言之，不使用重轉(zhuǎn)子的振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)具有比使用重繞組作轉(zhuǎn)子的電磁電動(dòng)機(jī)的慣性力小的慣性力。此外，由于電磁電動(dòng)機(jī)的繞組是感應(yīng)部件，磁場(chǎng)產(chǎn)生了時(shí)間延遲。相反地，由于振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)由對(duì)壓電元件施加電壓產(chǎn)生振動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，它呈現(xiàn)高響應(yīng)速度。(第二實(shí)施例)圖12是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的框圖。
在第一實(shí)施例中，控制系統(tǒng)的計(jì)算部分由數(shù)字電路組成。在第二實(shí)施例中，如圖12所示，控制系統(tǒng)是由微計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的。
在第二實(shí)施例中，第一積分操作是使用微計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器A執(zhí)行的，及第二積分操作是使用存儲(chǔ)器B執(zhí)行的。圖13是表示微處理機(jī)29內(nèi)部操作的流程圖?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D13來(lái)描述微計(jì)算機(jī)的操作。
微計(jì)算機(jī)執(zhí)行兩種操作，即在振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的操作及在起動(dòng)后速度控制操作。將首先解釋驅(qū)動(dòng)起動(dòng)操作。
在步驟1中，當(dāng)接收到外部的振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)指令時(shí)，驅(qū)動(dòng)起動(dòng)。
在步驟2中，在微計(jì)算機(jī)內(nèi)部用作第一積分操作存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器A的值被設(shè)置為零。
在步驟3中，初始值被微計(jì)算機(jī)內(nèi)部用作第二積分操作存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器B的值代替。
在步驟4中，將由在步驟3中在存儲(chǔ)器B中初始設(shè)置的值乘以第二積分裝置的放大倍數(shù)K2得到的值確定為頻率指令。該頻率被稱(chēng)為用作施加于振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)AC電壓的頻率的初始頻率。該初始頻率是以振動(dòng)式電動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)方式為基礎(chǔ)的，并被設(shè)置為高于振動(dòng)方式中的諧振頻率fr。被確定的頻率指令輸出到圖12中的脈沖發(fā)生器4。
在步驟5中，驅(qū)動(dòng)脈沖寬度被指定。驅(qū)動(dòng)脈寬是輸入到圖10中所示每個(gè)FETs27a至27d的柵極端子的脈沖寬度，并被設(shè)置成不致?lián)p壞FETs及變壓器的值。設(shè)置的脈沖值保持不變，直到振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)停止時(shí)為止。被確定出的脈寬輸出到圖12中的脈沖發(fā)生器4。
在步驟6中，驅(qū)動(dòng)電壓被施加到振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)。在以上步驟中，沒(méi)有脈沖從柵極電路(未示出)輸出到FETs27a至27d的柵極端子。在步驟6中，脈沖第一次輸出到柵極端子。步驟6中的操作可通過(guò)對(duì)變壓器28a及28b的初級(jí)側(cè)供給電源電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在上述步驟后，在步驟7中完成驅(qū)動(dòng)起動(dòng)操作。
現(xiàn)在將描述控制操作。使用定時(shí)器中斷，通過(guò)在每預(yù)定時(shí)間改變施加于振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的頻率來(lái)控制振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)。在步驟8中，產(chǎn)生定時(shí)中斷。
在步驟9中，從圖12中的速度差檢測(cè)器1取得速度差數(shù)據(jù)(ΔV)。
在步驟10中，計(jì)算A+B并替代入第二積分操作的存儲(chǔ)器B，以便對(duì)存儲(chǔ)第一積分操作結(jié)果的存儲(chǔ)器A的值進(jìn)行積分。
在步驟11中，計(jì)算A+ΔV并替代入存儲(chǔ)器A，以便執(zhí)行第一積分操作。在步驟11對(duì)于存儲(chǔ)器A計(jì)算前在步驟10中執(zhí)行對(duì)于存儲(chǔ)器B的計(jì)算，是因?yàn)榈诙e分操作要使用先前定時(shí)器中斷確定的第一積分操作的結(jié)果來(lái)進(jìn)行。
在步驟12中，使用在其中存儲(chǔ)了積分操作結(jié)果的存儲(chǔ)器A及B通過(guò)下式來(lái)確定驅(qū)動(dòng)頻率，f=K1×A+K2×B式中f是確定的驅(qū)動(dòng)頻率數(shù)據(jù)，K1是用于第一積分操作結(jié)果的控制增益，及K2是用于第二積分操作結(jié)果的控制增益。在確定了驅(qū)動(dòng)頻率以后，將確定值輸出到圖12中的脈沖發(fā)生器4。
在以上操作時(shí)，在步驟13中完成中斷操作，及流程等待產(chǎn)生下一定時(shí)器中斷。如果產(chǎn)生了下一定時(shí)器中斷，流程返回步驟8，以再控制振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)。該操作被執(zhí)行直到電動(dòng)機(jī)停止為止。
由于該設(shè)計(jì)，振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)能類(lèi)似于本發(fā)明第一實(shí)施例那樣地受控制，并可獲得如第一實(shí)施例中相同的結(jié)果。(第三實(shí)施例)圖14是表示本發(fā)明第三實(shí)施例的流程圖。第三實(shí)施例除了流程圖外與本發(fā)明第二實(shí)施例相同。該第三實(shí)施例中流程與第二實(shí)施例中流程不同的地方僅在于，在步驟12中驅(qū)動(dòng)頻率的確定，因此僅解釋步驟12。
在步驟12中，驅(qū)動(dòng)頻率由式f=K1×A+K2×B+K3×ΔV來(lái)確定。
不同于第二實(shí)施例的是加入了項(xiàng)K3×ΔV，它作為一個(gè)正比單元，以便改善第二實(shí)施例的響應(yīng)特性，及K3為正比增益。
由于振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)被這種方案控制，故可獲得與第一及第二實(shí)施例相同的效果，此外可以改善響應(yīng)特性。(第四實(shí)施例)圖15是表示本發(fā)明第四實(shí)施例的流程圖。類(lèi)似于第二及第三實(shí)施例，使用與圖12中相同的方案來(lái)執(zhí)行控制框圖。
在第一至第三實(shí)施例中，振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的速度是由振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的頻率操作來(lái)控制的。在該第四實(shí)施例中，是通過(guò)對(duì)輸入到脈沖發(fā)生器的脈沖寬度數(shù)據(jù)的操作來(lái)控制的?，F(xiàn)在參照?qǐng)D15來(lái)描述第四實(shí)施例的操作。
微計(jì)算機(jī)執(zhí)行兩種操作，即在振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的操作及在起動(dòng)后的速度控制操作。現(xiàn)在將首先解釋起動(dòng)操作。
在步驟1中，當(dāng)接收到外部的振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)指令時(shí)，驅(qū)動(dòng)起動(dòng)。
在步驟2中，在微計(jì)算機(jī)內(nèi)部用作第一積分操作存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器A的值被設(shè)置為零。
在步驟3中，初始值被微計(jì)算機(jī)內(nèi)部用作第二積分操作存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器B的值代替。
在步驟4中，將由在步驟3中在存儲(chǔ)器B中初始設(shè)置的值乘以第二積分裝置的放大倍數(shù)K2得到的值確定為脈寬指令。該脈沖寬度被用作在起動(dòng)時(shí)施加于振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的AC電壓的脈寬。確定出的脈寬指令被輸出到圖12中的脈沖發(fā)生器4。
在步驟5中，驅(qū)動(dòng)頻率被指定。驅(qū)動(dòng)頻率被選擇以滿足以目標(biāo)速度驅(qū)動(dòng)振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)。能夠滿足地驅(qū)動(dòng)振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的頻率意味著，能以大脈沖寬度在比目標(biāo)速度高的速度下使動(dòng)型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并能在目標(biāo)速度下通過(guò)增/減脈沖寬度使其轉(zhuǎn)動(dòng)。確定的頻率被輸出到圖12的脈沖發(fā)生器4。
在步驟6中，將電壓施加到振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)。在以上步驟中，沒(méi)有脈沖從柵極電路(未示出)輸出到FETs的柵極端子。在步驟6中，脈沖第一次輸出到柵極端子。步驟6中的操作可通過(guò)對(duì)變壓器原邊供給電源電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在上述步驟后，在步驟7中完成驅(qū)動(dòng)起動(dòng)操作。
現(xiàn)在將描述控制操作。使用定時(shí)器中斷，通過(guò)在每預(yù)定時(shí)間改變施加到振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)的脈沖寬度，控制振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)。在步驟8中產(chǎn)生定時(shí)器中斷。
在步驟9中，從圖12中的速度差檢測(cè)器1取得速度差數(shù)據(jù)(ΔV)。
在步驟10中，計(jì)算A+B并替代入第二積分操作的存儲(chǔ)器B，以便對(duì)存儲(chǔ)第一積分操作結(jié)果的存儲(chǔ)器A的值進(jìn)行積分。
在步驟11中，計(jì)算A+ΔV并替代入存儲(chǔ)器A，以便執(zhí)行第一積分操作。在步驟11對(duì)于存儲(chǔ)器A計(jì)算前在步驟10中執(zhí)行對(duì)于存儲(chǔ)器B的計(jì)算，是因?yàn)榈诙e分操作要使用先前定時(shí)器中斷確定的第一積分操作的結(jié)果來(lái)進(jìn)行。
在步驟12中，使用在其中存儲(chǔ)了積分操作結(jié)果的存儲(chǔ)器A及B通過(guò)下式來(lái)確定脈沖寬度P=K1×A+K2×B式中P是確定的脈寬數(shù)據(jù)，K1是用于第一積分操作結(jié)果的控制增益，及K2是用于第二積分操作結(jié)果的控制增益。在確定了驅(qū)動(dòng)脈寬以后，將確定值輸出到圖12中的脈沖發(fā)生器4。
在以上操作時(shí)，在步驟13中完成中斷操作，及流程等待產(chǎn)生下一定時(shí)器中斷。如果產(chǎn)生了下一定時(shí)器中斷，流程返回步驟8，以再控制振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)。該操作被執(zhí)行直到電動(dòng)機(jī)停止為止。
由于該設(shè)計(jì)，振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)能類(lèi)似于上述第一及第二實(shí)施例那樣地受控制。當(dāng)振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)由脈寬操作控制時(shí)，在該第四實(shí)施例中，可考慮如第三實(shí)施例中的正比項(xiàng)。
雖然未描述，振動(dòng)型電動(dòng)機(jī)也可通過(guò)施加的兩相AC電壓之間相位差的操作來(lái)控制，以代替如以上實(shí)施例所述的頻率或脈寬的操作。
在這些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路使用邏輯電路或微處理機(jī)來(lái)控制。但是，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置并不限于此，本發(fā)明可使用所有能確定控制變量的措施，其中使用積分器積分偏差得到的值及積分該積分結(jié)果得到的值。
作為檢測(cè)振動(dòng)型致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)措施，速度可被檢測(cè)。另一方式是，振動(dòng)型致動(dòng)器的加速度，位置，振動(dòng)狀態(tài)可被檢測(cè)，及可獲得對(duì)參考值的差并由第一積分裝置積分。(第五實(shí)施例)圖17是表示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的振動(dòng)型致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的框圖。彩色圖象形成裝置使用圖1中的驅(qū)動(dòng)裝置并具有如圖2所示的整體結(jié)構(gòu)。
圖18是表示振動(dòng)型致動(dòng)器一例的環(huán)形致動(dòng)器側(cè)視圖。該振動(dòng)件是由將作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的壓電元件103粘在一個(gè)環(huán)形彈性件101上構(gòu)成的。與粘有壓電元件103的表面對(duì)立的另一表面用作驅(qū)動(dòng)表面，及具有轉(zhuǎn)軸(輸出軸)105的轉(zhuǎn)子102與驅(qū)動(dòng)表面通過(guò)加壓裝置(未示出)形成壓接觸。摩擦件104被粘在彈性件101的驅(qū)動(dòng)表面并夾在驅(qū)動(dòng)表面及轉(zhuǎn)子102之間。
整個(gè)壓電元件103是環(huán)形的，如圖19中所示，及其表面被分成多個(gè)電極。這些電極由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電極組(103-a,103-b)組成，及一個(gè)傳感電極部分103-c組成。驅(qū)動(dòng)電極組103-a，驅(qū)動(dòng)電極組103-b及傳感電極部分103-c分別被稱(chēng)為A相，B相及S相。
在圖18所示的振動(dòng)型致動(dòng)器中，具有時(shí)間相位差90°的AC電壓被供給A及B相，以在彈性件101上產(chǎn)生行進(jìn)振動(dòng)波(在彈性件101表面上產(chǎn)生圓或橢圓運(yùn)動(dòng))。振動(dòng)力通過(guò)摩擦件104傳送到與彈性件101壓接觸的轉(zhuǎn)子102，由此使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
以此方式，振動(dòng)型致動(dòng)器通過(guò)施加兩個(gè)AC電壓相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子102及彈性件107。
圖17中所示的振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置控制振動(dòng)型致動(dòng)器9以使其驅(qū)動(dòng)速度恒定。旋轉(zhuǎn)編碼器10檢測(cè)振動(dòng)型致動(dòng)器9的轉(zhuǎn)速。周期檢測(cè)計(jì)數(shù)器11檢測(cè)來(lái)自旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號(hào)周期。減法器1從相應(yīng)于由周期檢測(cè)計(jì)數(shù)器11檢測(cè)的振動(dòng)型致動(dòng)器轉(zhuǎn)速的值中減去指令裝置(未示出)的速度指令。積分裝置2及3對(duì)減法器1的輸出進(jìn)行積分。
計(jì)數(shù)器4在預(yù)定定時(shí)上產(chǎn)生積分裝置3的復(fù)位信號(hào)。寄存器5根據(jù)來(lái)自計(jì)數(shù)器4的信號(hào)“進(jìn)位1”(Carry1)保持積分裝置3的輸出由復(fù)位信號(hào)定時(shí)復(fù)位緊前面的值。
加法器6將來(lái)積分裝置2的積分輸出，來(lái)自寄存器5的輸出及來(lái)自指令裝置(未示出)的初始頻率指令相加。四相脈沖發(fā)生裝置7根據(jù)加法器6輸出的頻率指令及來(lái)自指令裝置(未示出)的脈寬指令產(chǎn)生四相脈沖。輸出功率放大裝置8根據(jù)來(lái)自四相脈沖發(fā)生裝置7的輸出產(chǎn)生約0V至200Vp-p的兩相AC電壓輸出。
在圖17的框圖的操作中，當(dāng)由周期檢測(cè)計(jì)數(shù)器11檢測(cè)的振動(dòng)型致動(dòng)器9的轉(zhuǎn)速低于來(lái)自指令裝置(未示出)的指令時(shí)，來(lái)自周期計(jì)數(shù)器11的輸出較大，因此減法器1的輸出為正。然后，積分裝置2和3的輸出被加法器6加到來(lái)自指令裝置(未示出)的初始頻率指令上，作為四相脈沖發(fā)生裝置7的指令的脈沖周期(頻率指令)增加，及振動(dòng)型致動(dòng)器9的驅(qū)動(dòng)頻率下降。由于該驅(qū)動(dòng)頻率接近于振動(dòng)型致動(dòng)器9的諧振頻率，振動(dòng)型致動(dòng)器的轉(zhuǎn)速上升到指令速度。
圖20是表示積分裝置2及3和計(jì)數(shù)器4操作的時(shí)序圖。積分裝置2的積分值是在信號(hào)CLK的定時(shí)上對(duì)減法器1的輸出積分而獲得的。積分裝置3的積分值是在信號(hào)CLK2的定時(shí)上積分獲得的。
計(jì)數(shù)器4在信號(hào)CLK2的5個(gè)周期上輸出一個(gè)信號(hào)Carry1。當(dāng)信號(hào)Carry1為高電平時(shí)，積分裝置3在信號(hào)CLK2的前沿時(shí)被復(fù)位，在復(fù)位緊前面的積分值被保持在寄存器5中。
圖21是表示輸出功率放大裝置的框圖。
MOSFET驅(qū)動(dòng)器21驅(qū)動(dòng)MOSFET。例如，如果PAO為低電平時(shí)MOSFET驅(qū)動(dòng)器21開(kāi)通MOS2及關(guān)斷MOS1，如果PAO為高電平時(shí)，則開(kāi)通MOS1及關(guān)斷MOS2。MOSFET驅(qū)動(dòng)器21使用變壓器T1及T2來(lái)提升驅(qū)動(dòng)電壓，并經(jīng)過(guò)線圈L1及L2將高的AC電壓施加給線圈L1及L2。線圈L1及L2與振動(dòng)型致動(dòng)器的等效電容器相匹配。
通常，振動(dòng)型致動(dòng)器9是以高于振動(dòng)件101的諧振頻率的頻率范圍驅(qū)動(dòng)的。該頻率實(shí)質(zhì)上在驅(qū)動(dòng)頻率范圍內(nèi)匹配。例如，該頻率與高于諧振頻率及低于反諧振頻率的頻率匹配，及該振動(dòng)器振動(dòng)模式的階被設(shè)在主驅(qū)動(dòng)模式的頻率范圍中。
圖22表示四相脈沖發(fā)生裝置7的結(jié)構(gòu)。脈沖發(fā)生器12根據(jù)頻率指令產(chǎn)生四相固定脈寬信號(hào)。脈沖寬度設(shè)置裝置13及14根據(jù)脈寬指令改變固定脈寬信號(hào)φ0至φ3的脈寬。
圖23是表示圖22中各單元波形例子的時(shí)序圖。如從圖23清楚看出的，φ0至φ3是具有占空比為25％的序貫輸出脈沖，及PAO及PA1為占空比不同于25％的輸出脈沖。
圖24是表示脈寬設(shè)置裝置13電路例子的電路圖。該脈寬設(shè)置裝置包括向下計(jì)數(shù)器15,NOR元件16,NOT元件17及22,D觸發(fā)器18及AND元件19和20。
當(dāng)信號(hào)Load為高電平時(shí)，脈寬指令在信號(hào)CLK的前沿時(shí)被加載到向下計(jì)數(shù)器。當(dāng)信號(hào)Load為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器值在信號(hào)CLK的前沿時(shí)一個(gè)接一個(gè)地遞減。當(dāng)計(jì)數(shù)器值達(dá)到0時(shí)，信號(hào)Carry2改變至高電平，并被NOT元件22反相，以使D觸發(fā)器18復(fù)位。
圖25是表示各單元波形例的時(shí)序圖。與圖23的例不同，φ0及φ2具有37.5％的占空比。信號(hào)PAO的脈寬受到信號(hào)Carry2的限制，φ0的脈寬被改變。
在第五實(shí)施例中，振動(dòng)型致動(dòng)器9的轉(zhuǎn)速受改變其驅(qū)通頻率的控制。換一方式，轉(zhuǎn)速也可通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電壓的幅值，類(lèi)似于改變驅(qū)動(dòng)頻率地被控制，因?yàn)樵诖蟮尿?qū)動(dòng)電壓時(shí)轉(zhuǎn)速變高。此外，轉(zhuǎn)速可通過(guò)PA及PB之間相位差的控制來(lái)控制。
如上所述，圖20是表示積分裝置2及3和寄存器5操作的時(shí)序圖。積分裝置2在信號(hào)CLK的定時(shí)上對(duì)來(lái)自減法器1的輸出進(jìn)行積分，而積分裝置3在CLK2的定時(shí)上對(duì)減法器1的輸出積分。在預(yù)定周期即每5個(gè)CLK2脈沖信號(hào)時(shí)，積分裝置3被復(fù)位，在復(fù)位緊前面的值被存在寄存器5中。由于每次積分值存于寄存器5中，減法器1的輸出被積分四次，如果減法器1的輸出來(lái)改變，則將其輸出值四倍的值存于寄存器5中。
更具體地，比例加積分的速度控制可通過(guò)由加法器6將積分裝置2及寄存器5的值加上初始頻率指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)指出，在第五實(shí)施例中，振動(dòng)型致動(dòng)器9被用來(lái)驅(qū)動(dòng)彩色圖象形成裝置中的感光鼓。但是，振動(dòng)型致動(dòng)器9也可使用來(lái)使印機(jī)印頭架往復(fù)操作，驅(qū)動(dòng)硬盤(pán)磁盤(pán)頭，驅(qū)動(dòng)照相機(jī)鏡頭，等。
此外，圖17中的控制電路設(shè)計(jì)用于每個(gè)感光鼓。
在第五實(shí)施例中，振動(dòng)型致動(dòng)器的速度通過(guò)驅(qū)動(dòng)頻率的改變來(lái)控制。如公知的，在高驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)速度增高，及當(dāng)A與B相之間的相位差變?yōu)榻咏?時(shí)速度變低。因此，這些參數(shù)可取代頻率來(lái)改變。(第六實(shí)施例)圖26是表示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的振動(dòng)型致動(dòng)器的控制裝置的框圖。振動(dòng)型致動(dòng)器9的振動(dòng)幅值被控制得與來(lái)自指令裝置(未示出)的幅值指令一致。
在圖26中，幅值檢測(cè)裝置23根據(jù)來(lái)自檢測(cè)振動(dòng)型致動(dòng)器9振動(dòng)的傳感電極(S相)的信號(hào)檢測(cè)其幅值。A/D轉(zhuǎn)換裝置24對(duì)幅值檢測(cè)裝置23的輸出電壓作A/D轉(zhuǎn)換。
現(xiàn)在來(lái)描述第六實(shí)施例的操作。
當(dāng)由A/D轉(zhuǎn)換裝置24檢測(cè)的振動(dòng)型致動(dòng)器的振動(dòng)幅值小于來(lái)自指令裝置(未示出)的幅值指令時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換裝置4的輸出小，及減法器1的輸出為正。然后，積分裝置2及3的輸出增大。當(dāng)積分裝置2及3的輸出被加法器6加到指令裝置(未示出)來(lái)的初始頻率指令上(未示出)時(shí)，作為四相脈沖發(fā)生裝置7指令的脈沖周期(頻率指令)增大，而振動(dòng)型致動(dòng)器9的驅(qū)動(dòng)頻率下降。由于驅(qū)動(dòng)頻率接近振動(dòng)型致動(dòng)器9的諧振頻率，振動(dòng)型致動(dòng)器9的轉(zhuǎn)速增加到幅度指令。(第七實(shí)施例)圖27是表示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的振動(dòng)型致動(dòng)器的控制裝置的框圖。在第六實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)頻率改變，以改變振動(dòng)幅度。但是，在第七實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電壓的幅度改變。
在第六實(shí)施例中的四相脈沖發(fā)生裝置7是由加法器6輸出的驅(qū)動(dòng)頻率指令確定的，并接收來(lái)自指令裝置(未示出)的脈寬指令。在第七實(shí)施例中，四相脈沖發(fā)生裝置7接收來(lái)自加法器6的脈寬指令。當(dāng)加法器6的輸出為負(fù)時(shí)，限值裝置60的輸出為零；當(dāng)它為正時(shí)，限值裝置60直接地輸出該正輸出值。
現(xiàn)在將描述第七實(shí)施例的操作。當(dāng)由A/D轉(zhuǎn)換裝置24檢測(cè)到的振動(dòng)型致動(dòng)器的振動(dòng)幅值大于來(lái)自指令裝置(未示出)的幅值指令時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換裝置24的輸出大，而減法器1的輸出為負(fù)。然后，積分裝置2及3的輸出增加。當(dāng)積分裝置2及3的輸出被加法器6相加時(shí)，對(duì)四相脈沖發(fā)生裝置7的脈寬指令減小，及輸出功率放大裝置的輸出電壓也下降。因此，該振動(dòng)型致動(dòng)器9的幅值減小致接近幅值指令。
權(quán)利要求
1.振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置，用于對(duì)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件施加周期信號(hào)以產(chǎn)生振動(dòng)件的振動(dòng)，由此獲得驅(qū)動(dòng)力，其特征在于檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；計(jì)算裝置，用于計(jì)算相應(yīng)于由所述檢測(cè)裝置獲得的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)與預(yù)定狀態(tài)之間的差的值；第一積分裝置，用于對(duì)由所述計(jì)算裝置計(jì)算的值進(jìn)行積分；第二積分裝置，用于對(duì)由所述第一積分裝置獲得的值進(jìn)行積分；及調(diào)節(jié)電路，用于根據(jù)至少由所述第二積分裝置獲得的值調(diào)節(jié)施加到機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述裝置還包括加法裝置，用于將由所述第一積分裝置獲得的值及由所述第二積分裝置獲得的值相加，及所述調(diào)節(jié)電路根據(jù)該加法裝置的輸出來(lái)調(diào)節(jié)施加給機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于所述裝置還包括正比裝置，用于計(jì)算與由所述計(jì)算裝置獲得的值成正比的項(xiàng)；及加法裝置，用于將由所述第一積分裝置獲得的值、由所述第二積分裝置獲得的值及由所述正比裝置獲得的值相加；及所述調(diào)節(jié)電路，用于根據(jù)所述加法裝置的輸出調(diào)節(jié)提供給機(jī)電能量轉(zhuǎn)換單元的能量。
4.振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置，用于對(duì)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件施加周期信號(hào)以產(chǎn)生振動(dòng)元件的振動(dòng)，由此獲得驅(qū)動(dòng)力，其特征在于檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；計(jì)算裝置，用于計(jì)算由所述檢測(cè)裝置獲得的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)及預(yù)定狀態(tài)之差；第一積分裝置，用于在第一定時(shí)上對(duì)所述計(jì)算裝置輸出的值進(jìn)行積分；第二積分裝置，用于在第二定時(shí)上對(duì)所述計(jì)算裝置輸出的值進(jìn)行積分，及其中積分值在每個(gè)預(yù)定數(shù)目的積分操作時(shí)復(fù)位；寄存器，用于保持在每次復(fù)位所述第二積分裝置的緊前面保持所述第二積分裝置的積分值；加法裝置，用于將所述第一積分裝置輸出的值與寄存器輸出的值相加；及調(diào)節(jié)電路，用于根據(jù)所述加法裝置的輸出調(diào)節(jié)施加給機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于所述加法裝置將所述第一積分裝置及所述寄存器的輸出值以預(yù)定的比例相加。
6.根據(jù)權(quán)利要求1,2,3,4及5中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于所述檢測(cè)裝置檢測(cè)所述振動(dòng)型致動(dòng)器的速度、加速度、位置及振動(dòng)狀態(tài)中的任一項(xiàng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4及5中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于所述調(diào)節(jié)電路改變施加于機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的周期信號(hào)的頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4及5中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于所述調(diào)節(jié)電路改變施加于機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的周期信號(hào)的電壓幅值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4及5中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于所述調(diào)節(jié)電路改變施加于機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件的多個(gè)周期信號(hào)的相位。
10.一種圖象形成裝置，其特征在于所述圖象形成裝置包括由權(quán)利要求1、2、3、4及5中任一項(xiàng)確定的所述驅(qū)動(dòng)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于振動(dòng)型致動(dòng)器的控制裝置。該裝置使第一積分裝置對(duì)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)速度狀態(tài)及目標(biāo)速度狀態(tài)之差進(jìn)行積分,使第二積分裝置對(duì)第一積分裝置的積分值積分,并根據(jù)第一及第二積分裝置的積分值之和控制周期信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器,由此精確地控制被致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)件的目標(biāo)速度及位置。
文檔編號(hào)H02N2/06GK1226013SQ9812718
公開(kāi)日1999年8月18日 申請(qǐng)日期1998年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月12日
發(fā)明者山本新治, 熱田曉生, 片岡健一, 林禎, 伊藤潤(rùn) 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社