(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの脚を有する圧電音叉の一方の脚に被検出面に対向して検出用電極を設け、前記圧電音叉の少なくとも一方の脚に駆動用圧電体を設け、前記圧電音叉の両方の脚にそれぞれ帰還用圧電体を設けてなることを特徴とする電位センサ。
【請求項２】
前記駆動用圧電体に入力する信号を出力する発振回路と、前記圧電音叉の両方の脚にそれぞれ設けられた帰還用圧電体から出力される信号を加算もしくは減算して前記発振回路に帰還させる加算器もしくは減算器とを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の電位センサ。
【請求項３】
前記検出用電極から出力される信号を前記加算器もしくは減算器から出力される信号で同期検波する検波回路を備えたことを特徴とする、請求項２に記載の電位センサ。
【請求項４】
感光体ドラムと、該感光体ドラムの表面電位を測定する請求項１ないし３のいずれかに記載の電位センサを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電位センサおよびそれを用いた電子機器、特に圧電音叉を用いた電位センサおよびそれを用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機やレーザープリンタなどの電子機器においては、感光体ドラムを帯電させる工程があり、その帯電した感光体ドラムの表面電位を非接触で測定するための電位センサが必要となっている。
【０００３】
図５に、従来の電位センサのブロック図を示す。図５において、電位センサ１は、圧電音叉２、発振回路９、プリアンプ１０、アンプ１１、検波回路１２、低域通過フィルタ１３、ＤＣアンプ１４、および出力端子１５を備えている。このうち、圧電体音叉２は２つの脚３および４を有し、一方の脚３には駆動用圧電体５が、他方の脚４には帰還用圧電体６がそれぞれ設けられている。また、一方の脚３には、検出用電極７が被検出面８に対向して設けられており、検出用電極７と被検出面８との間には静電容量Ｃ１が形成されている。ここで、検出面８は、たとえば感光体ドラムの表面のことを指している。
【０００４】
発振回路９の出力は駆動用圧電体５に接続されており、帰還用圧電体６は発振回路９の入力に接続されている。
【０００５】
検出用電極７はプリアンプ１０とアンプ１１を順に介して検波回路１２に接続されている。また、帰還用圧電体６の出力も検波回路１２に接続されている。そして、検波回路１２の出力は低域通過フィルタ１３とＤＣアンプ１４を介して出力端子１５に接続されている。
【０００６】
図６に、このように構成された電位センサ１の各部における信号の波形を示し、これを図５とともに用いて電位センサ１の動作を説明する。
【０００７】
まず、発振回路９から出力される信号が、圧電音叉２の一方の脚３に設けられた駆動用圧電体５に入力されると、駆動用圧電体５が機械的に振動し、これによって圧電音叉２が逆相モードで振動する。ここで言う逆相モードとは、圧電音叉の２つの脚が同時に接近したり離れたりするモードの振動のことである。圧電音叉２が振動すると、圧電音叉２の他方の脚４に設けられた帰還用圧電体６が機械的に振動し、それによって電気的な信号が出力される。この電気信号は発振回路９に帰還される。すなわち、発振回路９、駆動用圧電体５，帰還用圧電体６からなる閉ループにおいて、特定の周波数で自励発振を行っていることになる。
【０００８】
一方、圧電音叉２の一方の脚３には検出用電極７が設けられて被検出面８との間で静電容量Ｃ１を形成している。このような状態において、発振回路９から入力された信号に駆動されて圧電音叉２が振動すると、圧電音叉２の振動に合わせて検出用電極７と被検出面８との間の間隔が変化し、静電容量Ｃ１が変化する。そして、静電容量Ｃ１の変化によって検出用電極７から出力される信号が変化する。このとき、検出用電極７から出力される信号の振幅は、被検出面８の電位にほぼ比例して大きくなる。検出用電極７から出力される信号はプリアンプ１０とアンプ１１で増幅され、検波回路１２に入力される。図６（ａ）に検出用電極７から出力されて検波回路１２に入力される信号の波形を示す。このように、検出用電極７から出力されて検波回路１２に入力される信号は正弦波となっている。
【０００９】
検波回路１２には帰還用圧電体６から出力される信号の一部も検波用の信号として入力されており、これを用いてアンプ１１から入力された信号を同期検波する。図６（ｂ）に帰還用圧電体６から出力される信号の波形を示す。このように、帰還用圧電体６から出力される信号も、検出用電極７から出力される信号と同じ周波数と位相の正弦波となっている。そして、図６（ｃ）に検波回路１２から出力される信号の波形を示す。このように、検波回路１２から出力される信号は、検波回路１２に入力される信号を全波整流したような波形の信号となる。
【００１０】
検波回路１２で検波された信号は低域通過フィルタ１３で直流成分が取り出され、ＤＣアンプ１４で増幅されて出力端子１５から出力される。図６（ｄ）に出力端子１５から出力される信号の波形を示す。このように、出力端子１５からは一定の値の直流の電圧が出力される。そして、この電圧値は被検出面８の電位にほぼ比例する。
【００１１】
このようにして、電位センサ１においては、被検出面８の電位に応じた直流電圧を取り出すことができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電音叉においては、外的要因によって通常の逆相モードとは異なる同相モードで振動する場合がある。ここで、図７に、従来の電位センサ１において、圧電音叉２に逆相モードの振動とは周波数の異なる同相モードの振動が加わった場合の各部の信号の波形を示し、これを用いて圧電音叉２に同相モードの振動が加わった場合の電位センサ１の動作を説明する。
【００１３】
まず、電位センサ１において、圧電音叉２が逆相モードに加えて同相モードでも振動すると、検出電極７からは通常の逆相モードの振動に同相モードの振動が加わった波形の信号が出力され、検波回路１２に入力される。図７（ａ）に検出用電極７から出力されて検波回路１２に入力される信号の波形を示す。このように、検出用電極７から出力されて検波回路１２に入力される信号は、周波数の異なる２つの正弦波が合成された波形となっている。
【００１４】
一方、検波回路１２には帰還用圧電体６から出力される信号の一部も検波用の信号として入力されているが、これも通常の逆相モードの信号に同相モードの信号が加わった波形の信号となっている。図７（ｂ）に帰還用圧電体６から出力される信号の波形を示す。このように、帰還用圧電体６から出力される信号も、検出用電極７から出力される信号と同じ波形および位相となっている。
【００１５】
検波回路１２では、同相モードの振動に逆相モードの振動が加わった信号を、同じく同相モードの振動に逆相モードの振動が加わった同じ位相の信号で同期検波する。図７（ｃ）に検波回路１２から出力される信号の波形を示す。このように、検波回路１２から出力される信号は、検波回路１２に入力される信号を全波整流したような波形の信号となる。
【００１６】
検波回路１２で検波された信号は低域通過フィルタ１３で直流成分が取り出され、ＤＣアンプ１４で増幅されて出力端子１５から出力される。図７（ｄ）に出力端子１５から出力される信号の波形を示す。このように、出力端子１５からは一定の値の直流の電圧が出力される。そして、図７（ｄ）の信号の電圧値と図６（ｄ）の信号の電圧値とを比べると、同相モードの振動が加わっている方が出力端子１５から出力される信号が大きくなっていることが分かる。
【００１７】
このように、従来の電位センサ１においては、圧電音叉２に外的要因で同相モードの振動が印加された場合に、出力される信号が不安定になるという問題があった。
【００１８】
そこで、本発明においては、外的要因で同相モードの振動が圧電音叉に印加されても出力される信号を安定化させることのできる電位センサおよびそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電位センサは、２つの脚を有する圧電音叉の一方の脚に被検出面に対向して検出用電極を設け、前記圧電音叉の少なくとも一方の脚に駆動用圧電体を設け、前記圧電音叉の両方の脚にそれぞれ帰還用圧電体を設けてなることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の電位センサは、前記駆動用圧電体に入力する信号を出力する発振回路と、前記圧電音叉の両方の脚にそれぞれ設けられた帰還用圧電体から出力される信号を加算もしくは減算して前記発振回路に帰還させる加算器もしくは減算器とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の電位センサは、前記検出用電極から出力される信号を前記加算器もしくは減算器から出力される信号で同期検波する検波回路を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の電子機器は、感光体ドラムと、該感光体ドラムの表面電位を測定する上記の電位センサを備えることを特徴とする。
【００２３】
このように構成することにより、本発明の電位センサにおいては、外的要因で同相モードの振動が圧電音叉に印加されても、出力される信号を安定化させることができる。
【００２４】
また、本発明の電子機器においては、外的要因で同相モードの振動が電子機器に印加されても、感光体ドラムの表面電位を目的の値に保つことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の電位センサの一実施例のブロック図を示す。図１において、図５と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００２６】
図１において、電位センサ２０は、圧電音叉２１の一方の脚３に駆動用圧電体２２と帰還用圧電体２４が、他方の脚４に駆動用圧電体２３と帰還用圧電体２５がそれぞれ設けられている。ここで、駆動用圧電体２２と２３は同方向に分極されている。また、帰還用圧電体２４と２５は同方向に分極されている。なお、分極の方向は、図１において矢印で示している。また、帰還用圧電体２４と２５は加算器２６の２つの入力にそれぞれ接続され、加算器２６の出力は発振回路９と検波回路１２に接続されている。そして、発振回路９の出力は駆動用圧電体２２および２３の両方に接続されている。
【００２７】
図２に、このように構成された電位センサ２０の各部における信号の波形を示し、これを図１とともに用いて電位センサ２０の動作を説明する。
【００２８】
まず、駆動用圧電体２２と２３が同方向に分極されているために、発振回路９から出力される信号によって圧電音叉２１は逆相モードで振動する。圧電音叉２１が逆相モードのみで振動しているときには、検出用電極７からは、従来の電位センサ１における場合と同様の逆相モードの振動による信号が出力され、プリアンプ１０とアンプ１１を介して検波回路１２に入力される。また、２つの帰還用圧電体２４および２５からは、同方向に分極されているために同位相の信号が出力される。
【００２９】
２つの帰還用圧電体２４および２５から出力される信号は加算器２６に入力されて加算される。このとき、入力される２つの信号は同位相であるために強め合い、加算器２６からは逆相モードの振動による信号が出力される。加算器２６から出力された信号の一部は検波用の信号として検波回路１２に入力され、アンプ１１から検波回路１２に入力された信号を同期検波する。検波回路１２で検波された信号は低域通過フィルタ１３で直流成分が取り出され、ＤＣアンプ１４で増幅されて出力端子１５から出力される。
【００３０】
一方、圧電音叉２１に外的要因によって同相モードの振動が加わると、検出用電極７からは、図２（ａ）に示すように従来の電位センサ１における場合と同様の逆相モードの振動に同相モードの振動が加わった信号が出力され、プリアンプ１０とアンプ１１を介して検波回路１２に入力される。また、２つの帰還用圧電体２４および２５からも通常の逆相モードの振動に同相モードの振動が加わった波形の信号が出力される。このとき、２つの帰還用圧電体２４と２５は圧電音叉２１の異なる脚に設けられているため、２つの帰還用圧電体２４と２５からは、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、同相モードの振動に対して互いに位相の反転した信号が出力される。ここで、図２（ｂ）が帰還用圧電体２４から出力される信号を、図２（ｃ）が帰還用圧電体２５から出力される信号を示している。
【００３１】
２つの帰還用圧電体２４および２５から出力される信号は加算器２６に入力されて加算される。このとき、２つの信号の持つ逆相モードの振動による部分は位相が一致しているためにそのまま出力されるが、同相モードの振動による部分は位相が反転しているために互いに相殺される。そのため、加算器２６からは図２（ｄ）に示すように逆相モードの振動による信号のみが出力される。
【００３２】
加算器２６から出力される信号の一部は検波用の信号として検波回路１２に入力され、アンプ１１から入力された信号を同期検波する。図２（ｅ）に検波回路１２から出力される信号の波形を示す。
【００３３】
検波回路１２で検波された信号は低域通過フィルタ１３で直流成分が取り出され、ＤＣアンプ１４で増幅されて出力端子１５から出力される。図２（ｆ）に出力端子１５から出力される信号の波形を示す。図２（ｆ）の信号の振幅を図６（ｄ）や図７（ｄ）の信号の振幅を比べると、同相モードの振動が印加されていない場合とほぼ等しい電圧値になっていることが分かる。
【００３４】
このように、電位センサ２０においては、検波用の信号から同相モードの振動に起因するものを取り除くことによって、出力される信号の安定性の劣化を防止することができる。
【００３５】
なお、電位センサ２０においては、帰還用圧電体２４と２５の出力を加算器２６に接続して、さらにその出力を発振回路９および検波回路１２に接続していたが、加算器２６を用いずに、２つの帰還用圧電体２４、２５の出力を直結して発振回路９および検波回路１２に接続しても構わないもので、加算器２６がある場合と同様の作用効果を奏するものである。
【００３６】
図３に、本発明の電位センサの別の実施例のブロック図を示す。図３において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図３において、電位センサ３０は、圧電音叉３１の他方の脚４に、帰還用圧電体２５に代えて帰還用圧電体３２が設けられている。そして、帰還用圧電体３２は帰還用圧電体２４や２５に対して逆方向に分極されている。なお、分極の方向は、図３において矢印で示している。帰還用圧電体２４と３２は減算器３３の入力に接続され、減算器３３の出力は発振回路９および検波回路１２に接続されている。
【００３８】
このように構成された電位センサ３０において、帰還用圧電体２４と３２が逆方向に分極されているために、２つの帰還用圧電体２４および３２からは、逆相モードの振動による信号が逆相で、外的要因による同相モードの振動による信号が同相で出力される。しかしながら、加算器２６に代えて減算器３３を用いているために、同相モードの振動による信号が相殺され、減算器３３から出力される信号は、電位センサ２０において加算器２６から出力される信号と同じ逆相モードの振動による信号のみとなる。その結果、電位センサ３０においても、電位センサ２０と同様の作用効果を奏するものである。
【００３９】
ただし、電位センサ３０においては、電位センサ２０とは異なり、帰還用圧電体２４と３２の出力を直結して発振回路９に接続することはできない。
【００４０】
なお、上記の各実施例においては圧電音叉２１、３１の２つの脚３、４の両方に駆動用圧電体２２、２３を設けたが、これは圧電音叉のいずれか一方の脚にのみ駆動用圧電体を設ける構成であっても構わないもので、その場合でも、圧電音叉の両方の脚に駆動用圧電体を設けた場合と同様の作用効果を奏するものである。
【００４１】
図４に、本発明の電子機器の一実施例のブロック図を示す。図４において、電子機器４０は、感光体ドラム４１と、制御回路４２と、コロトロン４３と、本発明の電位センサ２０を備えている。ここで、コロトロン４３と電位センサ２０は感光体ドラムに近接して配置されるとともに、制御回路４２に接続されている。
【００４２】
このように構成された電子機器４０において、感光体ドラム４１は制御回路４２で制御されたコロトロンによって帯電される。感光体ドラム４１の表面電位は電子センサ２０によって検出され、制御回路４２にフィードバックされる。そして、制御回路４２は電位センサ２０で検出した感光体ドラム４１の表面電位が目的の値になるようにコロトロンに加える電圧を調節する。このとき、本発明の電位センサ２０においては、外的要因で圧電音叉に同相モードの振動が印加されても、出力される信号が安定しているため、感光体ドラム４１の表面電位を正確に測定することができる。
【００４３】
この結果、電子機器４０においては、外的要因で電子機器に同相モードの振動が印加されても、感光体ドラム４１の表面電位を目的の値に保つことができる。
【００４４】
なお、電子機器４０においては電位センサ２０を用いて感光体ドラム４１の表面でにを測定しているが、電位センサ３０を用いても構わないもので、同様の作用効果を奏するものである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の電位センサによれば、２つの脚を有する圧電音叉の一方の脚に被検出面に対向して検出用電極を、少なくとも一方の脚に駆動用圧電体を、両方の脚にそれぞれ帰還用圧電体を設けるとともに、駆動用圧電体に入力する信号を出力する発振回路と、圧電音叉の両方の脚にそれぞれ設けられた帰還用圧電体から出力される信号を加算もしくは減算して発振回路に帰還させる加算器もしくは減算器と、検出用電極から出力される信号を加算器もしくは減算器から出力される信号で同期検波する検波回路を備えることによって、外的要因で圧電音叉に同相モードの振動が印加されても、出力される信号を安定化させることができる。
【００４６】
また、本発明の電子機器によれば、感光体ドラムと、その表面電位を測定する上記の電位センサを備えることによって、外的要因で電子機器に同相モードの振動が印加されても、感光体ドラムの表面電位を目的の値に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電位センサの一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の電位センサの各部における信号の波形を示す図である。
【図３】本発明の電位センサの別の実施例を示すブロック図である。
【図４】本発明の電子機器の一実施例を示すブロック図である。
【図５】従来の電位センサを示すブロック図である。
【図６】図５の電位センサの各部における信号の波形を示す図である。
【図７】図５の電位センサの各部における信号の波形を示す別の図である。
【符号の説明】
３、４…圧電音叉の脚
７…検出用電極
８…被検出面
９…発振回路
１０…プリアンプ
１１…アンプ
１２…検波回路
１３…低域通過フィルタ
１４…ＤＣアンプ
１５…出力端子
２０、３０…電位センサ
２１、３１…圧電音叉
２２、２３…駆動用圧電体
２４、２５、３２…帰還用圧電体
２６…加算器
３３…減算器
４０…電子機器
４１…感光体ドラム
４２…制御回路
４３…コロトロン
【図１】
0003555518.tif 000002
【図２】
0003555518.tif 000003
【図３】
0003555518.tif 000004
【図４】
0003555518.tif 000005
【図５】
0003555518.tif 000006
【図６】
0003555518.tif 000007
【図７】
0003555518.tif 000008