(57)【要約】【課題】検知電極と支持部材がコンデンサを構成しないので、ここを介して出力信号がリークしない構成となっていて、出力信号のリークによる出力信号の低下が低減できる電位測定装置を提供することである。【解決手段】電位測定装置は、被検知物107の電位に応じて電荷が誘起される検知電極101、検知電極101を支持する支持部材102、電荷の発生量を変化させるための変化手段ないし駆動手段を有する。支持部材102が導電性を有し、支持部材102自体が、検知電極101からの出力信号を取り出すための配線を兼ねる。【選択図】図1
2006337168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知物の電位に応じて電荷が誘起される検知電極、検知電極を支持する支持部材、該電荷の発生量を変化させるための変化手段を有し、支持部材が導電性を有し、支持部材自体が、検知電極からの出力信号を取り出すための配線を兼ねることを特徴とする電位測定装置。
【請求項２】
前記支持部材上に、支持部材とは別体の検知電極が直接配されている請求項１記載の電位測定装置。
【請求項３】
前記支持部材と検知電極が同材料でもって同体で形成されている請求項１記載の電位測定装置。
【請求項４】
前記変化手段は、被検知物と検知電極との距離を変化させることで、前記電荷の発生量を変化させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電位測定装置。
【請求項５】
前記変化手段は、被検知物に対する検知電極の傾きを変化させることで、被検知物と検知電極との距離または被検知物から見える検知電極の面積を変化させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電位測定装置。
【請求項６】
前記変化手段は、被検知物と検知電極との間の誘電率を変化させることで、前記電荷の発生量を変化させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電位測定装置。
【請求項７】
前記変化手段は、被検知物と検知電極との間に遮蔽板を挿入、引出しすることで、被検知物から見える検知電極の面積を変化させ、前記電荷の発生量を変化させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電位測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電位測定装置と、画像形成手段とを備え、該電位測定装置より得られる出力信号を用いて画像形成手段の画像形成制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知電極に生じる電荷の量によって被検知物の電位を検知する電位測定装置に関するものである。また、この電位測定装置を備える画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検知物と検知電極との距離を変化させる方式の電位測定装置について、提案がある（特許文献1参照）。この電位測定装置は、圧電音叉、絶縁体、検知電極を有し、検知電極と圧電音叉との間には絶縁体が形成されていて、いわゆるコンデンサの構成となっている。この構成において、被検知物との間の距離を変化させる検知電極では、電荷が発生、増減し、これが検知電極からの交流の電気信号となる。
【０００３】
また、被検知物から見える検知電極の面積を変化させる方式の電位測定装置についても、提案がある（特許文献2参照）。この電位測定装置は、ＭＥＭＳ技術（半導体プロセス技術の応用）により作製されている。半導体プロセスでは、一般に、基板材料にシリコンを用いる。シリコン上に検知電極を形成する場合、シリコンと検知電極との間に絶縁体を形成する。シリコンは電気を流す性質を有するので、いわゆるコンデンサの構成となる。この構成において、被検知物から見える面積が変化する検知電極では、電荷が発生、増減し、これが検知電極からの交流の電気信号となる。
【０００４】
さらに、被検知物から見える検知電極の面積を変化させる方式の電位測定装置について、別の提案もある（特許文献3参照）。この電位測定装置は、振動要素上に形成された検知電極が、被検知物に対向した状態で左右に動き、開口から見え隠れすることを特徴としている。この場合、検知電極と振動要素との間には絶縁層が配されており、いわゆるコンデンサの構成となっている。この構成でも、被検知物から見える面積が変化する検知電極では電荷が発生、増減し、これが交流の電気信号となる。
【０００５】
ここで、上記背景技術の電位測定装置及び本発明の電位測定装置が採用する方式である非接触式の電位測定装置が出力信号を発生する原理を説明する。
【０００６】
被検知物と検知電極との距離（ｇ）が変化するか、若しくは、被検知物と検知電極との間の誘電率（ε）が変化するか、若しくは、被検知物から見える検知電極の面積（ｓ）が変化すると、被検知物と検知電極間に誘起される電気（結合）容量（Ｃ）は変化する。
電気容量（Ｃ）は一般に式（１）で表すことができる。
Ｃ＝（ε・ｓ）／ｇ        （１）
ここで、ε[Ｆ・ｍ−１]は被検知物と検知電極間の誘電率、ｇ[ｍ]は被検知物と検知電極間の距離、ｓ[ｍ２]は被検知物から見える検知電極の面積である。
【０００７】
また、電気容量（Ｃ）は式（２）で表すことができる。
Ｑ＝Ｃ×Ｖｄ        （２）
ここで、Ｑは電荷の量、Ｖｄ[Ｖ]は被検知物の電位である。
式（１）を式（２）に代入すると、式（３）となる。
Ｑ＝（ε・ｓ）／ｇ×Ｖｄ        （３）
【０００８】
ここで、被検知物から見える検知電極の面積が時間（ｔ）に伴って変化する場合、式（３）は式（４）で表すことができる。この変化は、例えば、被検知物と検知電極との間に導電性材料などで形成された遮断板を挿入、引出しすることで達成される。
Ｑ（ｔ）＝（ε・ｓ（ｔ））／ｇ×Ｖｄ        （４）
【０００９】
式（４）を時間（ｔ）で微分すると式（５）となる。ここで、時間あたりの面積変化ｄｓ（ｔ）/ｄｔは分かっている値である。
ｄＱ（ｔ）／ｄｔ＝Ｉ（ｔ）＝（ε／ｇ・ｄｓ（ｔ）／ｄｔ）×Ｖｄ        （５）
こうして、式（５）より検知電極からの電流信号Ｉ（ｔ）が得られる。これを電流−電圧変換すれば、電圧出力信号Ｖ（ｔ）を得ることができ、出力信号Ｖ（ｔ）から被検知物の電位Ｖｄが分かる。被検知物と検知電極との距離（ｇ）が時間（ｔ）に伴って変化する場合、或いは被検知物と検知電極との間の誘電率（ε）が時間（ｔ）に伴って変化する場合についても、同様の考え方によれば、検知電極からの電流信号Ｉ（ｔ）が得られることが分かる。
【特許文献１】特開２０００−１８０４９０号公報
【特許文献２】特開２０００−１４７０３５号公報
【特許文献３】特開平７−３０６２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
検知電極を形成する場合、一般には、検知電極用の材料を所定の大きさに切り出して、それを貼り付ける必要がある。半導体プロセスを用いる場合は、支持部材上に、絶縁層を介して検知電極用の材料を成膜して、パターニングする必要がある。それぞれ、多くの工程を必要とする。更には、支持部材上に検知電極が絶縁層を介して配される構成となり、この場合、支持部材が導電性材料であれば、コンデンサの構成となる。
【００１１】
上述した様に検知電極では交流の電気信号が発生するが、上記の如く構成されたコンデンサは、交流電流を流す働きを有する。従って、検知電極で発生した交流の電気信号の一部が支持部材にリークし、出力信号の大きさが低下してしまう恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明の電位測定装置は、被検知物の電位に応じて電荷が誘起される検知電極、検知電極を支持する支持部材、電荷の発生量を変化させるための変化手段（ないし駆動手段）を有し、支持部材が導電性を有し、支持部材自体が、検知電極からの出力信号を取り出すための配線を兼ねることを特徴とする。
【００１３】
本発明の構成では、検知電極を支持部材上に絶縁層などを介さず検知電極が直接配されていたり、支持部材と検知電極が同体で形成されていたりして、支持部材自体が配線として機能することで、コンデンサは形成されない。したがって、こうしたコンデンサを介して信号がリークすることはない。
【００１４】
また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、上記電位測定装置と、画像形成手段とを備え、電位測定装置より得られる出力信号を用いて画像形成手段の画像形成制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電位測定装置では、検知電極と支持部材がコンデンサを構成しないので、ここを介して出力信号がリークしない構成となっており、出力信号のリークによる出力信号の低下が低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図に沿って説明する。
本発明の電位測定装置の第1の実施形態を、図1の断面図を用いて説明する。本実施形態においては、検知電極101を支持する導電性の支持部材102が、回路支持部材104の一部に設置されている。回路支持部材104上には、検知電極101からの出力信号を処理するための信号処理回路103が形成されている。検知電極101と回路103とは、支持部材102及び回路支持部材104上の配線108を介して電気的に接続されている。
【００１７】
また、検知電極101は、開口シールド105が有する開口106により外部に露出している。こうして、検知電極101は、開口106を通して、被検知物107から見える構成となっている。被検知物107の電位に応じた電荷を検知電極101に誘起するべく検知電極101を周期的に動かすために、検知電極支持部材102には、支持部材102を駆動させるための駆動素子（変化手段ないし駆動手段）が形成されている（図示せず）。この駆動素子としては、例えば、支持部材102に貼り付けられた磁石と、磁石の近傍に設けられたコイルの組から成る構成がある。このコイルに電流を流すと磁場が発生し、該磁場により、磁石とコイルとの間に引力、斥力が発生し、検知電極支持部材102及び検知電極101を駆動させることができる。この場合、コイルを駆動素子として支持部材102に貼り付けてもよい。駆動方法として、静電引力を用いても構わない。例えば、支持部材１０２の近傍に固定子を形成し、支持部材と固定子との間に静電引力を発生させ、その力を利用して支持部材を駆動することが可能である。この場合、出力信号に、例えば、電気的ノイズが混入することが予測されるが、電気的ノイズのレベルが一定であれば、その電気ノイズ分を差し引くように信号処理を行うことで（例えば、オフセットをかけることで）、出力信号を得ることが可能である。また、静電引力の印加周期を、例えば、出力信号の周期に対して数倍（もしくは数分の一倍）とすることで、出力信号を取り出すことが可能である。
【００１８】
駆動素子としては、例えば、圧電体素子を支持部材102に貼り付けてもよい。圧電体素子に電圧を印加すると、圧電体の形状が変化し、検知電極支持部材102及び検知電極101を駆動させることができる。この場合、圧電体素子の取り付け位置は、支持部材102に限る必要はなく、例えば、回路支持部材１０４や、それらを支持したり、取り囲むケースや部材であっても構わない。
【００１９】
検知電極支持部材102及び検知電極101は、図3（A）、（B）の矢印に示すような方向に駆動させることができる。被検知物107と検知電極101との距離を変化させる場合、矢印401、矢印403のように、上下方向に動かしたり、ねじれ方向に動かしたりする。また、被検知物107と検知電極101との対向する面積を変化させる場合、矢印402のように、左右方向に動かしたりする。上下方向に動かす場合、開口106付き開口シールド105は省いてもよい。検知電極101が矢印402、或いは矢印403の方向に動く場合は、被検知物107と検知電極とが作る電場によっては、開口シールド105が必要であったり、必要でなかったりする。例えば、図3に示す検知電極の図において、検知電極101に生じる電気力線が左右異なる場合、開口シールド105がなくとも出力信号を発生させること（すなわち、被検知物107の電位を測定すること）は可能である。このとき、被検知物107に面する支持部材10の部分にも、被検知物107の電位に応じて電荷が誘起されるので、この部分も検知電極として機能することとなる。
【００２０】
支持部材102及び検知電極101を不動にしておいて、被検知物107と検知電極101との間に、周りと誘電率の異なる誘電体或いは導電体（遮蔽板など）の挿入、引出しをする形態も可能である。これは、被検知物107と検知電極101との間の誘電率を変化させる形態、或いは被検知物107から見える検知電極101の面積を変化させる形態と捉えられる。誘電体若しくは導電体の挿入、引出しをするのにも、上記の駆動手段によるものと同様の方法を用いることができる。更には、誘電体或いは導電体側に設けた可動電極と向かい合う様に固定電極を形成し、それらの電極間に電圧を印加して静電引力を発生させ誘電体或いは導電体を動かしてもよい。被検知物107と検知電極101との間の誘電率を変化させるには、この方法の他に、例えば、被検知物と検知電極との間に設けた材料の誘電率を電気的制御で変化させてもよい。
【００２１】
本実施形態においても、背景技術のところで述べた上記原理に基づいて検知電極101からの出力信号を信号処理回路103で処理して被検知物107の電位を検出する方法は、従来のやり方と同じである。
【００２２】
本実施形態において、検知電極101の材料として、アルミニウム、銅、金などの導電性の良いものを用い、支持部材102の材料として、導電性を持つと共に機械的運動ないし振動に対して優れた耐性を持つSUS、単結晶シリコン、導電性セラミックスなどを用いることができる。こうすれば、さらに電気抵抗も少なく物理的強度の強い構成とできる。
【００２３】
本実施形態によれば、検知電極101が導電性支持部材102上に絶縁層などを介さず直接配されていて、支持部材102自体が、配線として機能するので、両者間にコンデンサは形成されない。したがって、コンデンサを介して出力信号がリークしない構成となっており、出力信号のリークによる出力信号の低下がなくなり、高精度、高感度の電位測定装置が実現できる。
【００２４】
図2の断面図は、本発明の電位測定装置の他の実施形態の構成を示す。本実施形態は、検知電極の機能を備える導電性部材301を有する。部材301は、謂わば、検知電極と支持部材が同材料で形成されて一体となった部材である。検知電極支持部材301は導電性であるので、検知電極の機能を兼ねることができる。これにより、検知電極の形成の工程を省くことが可能となり、より安価な電位測定装置が作製可能となる。
【００２５】
図2では、開口106の付いた開口シールド105が示されているが、導電性部材301が、図3の矢印401のように、上下方向に動かされる場合には、開口シールド105は省いてもよい。勿論、導電性部材301が図3の矢印402、或いは矢印403の方向に動かされる場合は、開口シールド105は、被検知物107と検知電極とが作る電場によっては、必須となる。その他の点は、第1の実施形態と同じである。
【００２６】
平板状の検知電極101を上から見た図である図4（A）、（B）は、上記の実施形態における検知電極支持部材の形状例を示す。図2の実施形態の場合は、勿論、図4の検知電極101はない。図4（A）では、検知電極支持部材501ないし導電性部材の形状が、板状の四角形状となっている。これにより、検知電極101は図3の矢印402、矢印403の方向に動き難くなり、安定して、検知電極101を矢印401方向に動かすことが可能となる。
【００２７】
図4（B）では、検知電極支持部材502ないし導電性部材の形状が、部分的に細くなった形状となっている。この細くなった部分は、より弱い駆動力で、検知電極101ないし導電性部材を動かすのに適する。また、矢印402、矢印403方向に検知電極101を動かしやすい構成となっている。検知電極支持部材502ないし導電性部材の厚み（図4の紙面に垂直な方向の長さ）よりも、細くなった部分の幅（図4の左右方向の長さ）が細い場合は、矢印402の方向に駆動しやすくなる。矢印403の方向にねじれ運動する場合は、細くなった部分の長手方向に沿って伸びた中心軸の回りで駆動される。矢印403の方向にねじれ運動させる場合、梁の断面形状をＸ字形状にするとよい。Ｘ字形状とすることで、上下、左右方向には動き難く、ねじれ方向に動きやすい梁を設計することが可能となる。
【００２８】
本発明の電位測定装置の検知電極、検知電極支持部材は、金属片で作製することが可能である。例えば、金属をエッチングしたり、型貫きしたりすることで、作製できる。また、電気伝導性の良いSi単結晶基板を用いて作製することも可能である。この場合、Si単結晶基板を加工するのに、例えば、フォトリソグラフィープロセスを用いてマスク層を形成し、該マスク層を用いて、Si単結晶基板をドライエッチングしたり、結晶異方性エッチングしたりして、検知電極支持部材を作製する。検知電極は、必要に応じて、金属膜をSi単結晶基板上に形成することで、作製できる。
【００２９】
上記種々の出力信号を得るための方法は、種々に組み合わせて用いることが可能である。例えば、検知電極を上下に動かしながら、誘電体若しくは導電体を被検知物と検知電極との間に挿入、引出ししたりしてもよい。これにより、振幅の更に大きな出力信号を得ることが可能となる。
【００３０】
次に、図5は、本発明の電位測定装置が組み込まれた画像形成装置の模式的な構成の一例を示す図である。この画像形成装置は、本発明の電位測定装置801、帯電器802、信号処理装置803、高電圧発生器804、露光装置805、トナー供給系806、被転写物送りローラー807、感光性ドラム808、被転写物809の構成よりなる。
【００３１】
動作は次の様に行われる。(1）帯電器802で、ドラム808を帯電する。(2）露光装置805で帯電部を露光し、潜像を得る。(3）トナー供給系806で潜像にトナーを付着させ、トナー像を得る。(4）トナー像を被転写物809に転写する。(5）被転写物809上のトナーを溶融して、固着させる。これらの工程を経て画像形成が達成される。この際、ドラム808の帯電状態を電位測定装置801で測定し、その結果を信号処理装置803で処理して、必要に応じて高電圧発生器804にフィードバックをかける。このことにより、安定したドラム帯電を実現し、安定した画像形成を実現できる。
【００３２】
画像形成装置に本発明の電位測定装置を搭載することで、被検知物（ドラム808）の正確な電位を把握できる。したがって、被検知物への帯電処理、現像処理等を高精度にでき、より高品位な画像形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の電位測定装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の電位測定装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の電位測定装置の実施形態の検知電極の動きの例を示す断面図である。
【図４】本発明の電位測定装置の実施形態の検知電極支持部材の形状例を示す上面図である。
【図５】本発明の電位測定装置が組み込まれた画像形成装置の構成例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
101、301・・・検知電極
102、301、501、502・・・検知電極支持部材（検知電極の機能を備える導電性部材）
107・・・被検知物
801・・・電位測定装置
【図１】
2006337168.tif 000003
【図２】
2006337168.tif 000004
【図３】
2006337168.tif 000005
【図４】
2006337168.tif 000006
【図５】
2006337168.tif 000007