(57)【要約】【課題】電位測定装置で、検知電極を担う可動部の振動駆動力の発生源である磁力発生手段と検知電極を近接させて配置しても、磁力発生手段の駆動信号の影響を大きく受けずに、測定対象の電位の検出信号を取り出すことである。【解決手段】電位測定装置は、機械的振動で測定対象と検知電極１０５間の静電容量を変化させる容量変化手段１０１と、容量変化手段により検知電極に誘導される電荷量を検知する検出手段１０２を備え、容量変化手段は、検知電極１０５と磁力受動手段１０６を担う可動部１０３と、磁力発生手段１０８と、電界遮蔽手段１０７を有する。電界遮蔽手段は、磁力発生手段１０８からの磁界はほぼ通して磁力受動手段１０６に到達させるが、電界はほぼ遮蔽して検知電極１０５への到達を遮断して検出手段１０２による検知を妨げない様に構成される。【選択図】図１
2006162457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的な振動により測定対象の表面と検知電極間の静電容量を変化させる容量変化手段と、容量変化手段によって検知電極に静電誘導される電荷量を検知する検出手段を備え、
前記容量変化手段は、検知電極と磁力受動手段を有した可動部と、磁力発生手段と、電界遮蔽手段を有し、
前記電界遮蔽手段は、磁力発生手段で発生する電界と磁界について、磁界はほぼ通して磁力受動手段に到達させ、電界はほぼ遮蔽して検知電極への到達をほぼ遮断して検出手段による前記検知を実質的に妨げないように構成され、
前記磁力発生手段で発生する磁界が磁力受動手段に駆動力として伝達して前記可動部を振動させることにより前記機械的な振動を発生させることを特徴とする電位測定装置。
【請求項２】
前記電界遮蔽手段が非磁性の導電体で構成されている請求項１に記載の電位測定装置。
【請求項３】
前記電界遮蔽手段の電位が、任意の電位に固定されている請求項１または２に記載の電位測定装置。
【請求項４】
前記電界遮蔽手段が、前記検出手段の有する電流-電圧変換回路のグランド電位と同電位である請求項１乃至３の何れかに記載の電位測定装置。
【請求項５】
前記磁力受動手段が、磁化された硬磁性体、または軟磁性体を含む強磁性体である請求項１乃至４の何れかに記載の電位測定装置。
【請求項６】
前記磁力発生手段が、電磁コイルである請求項１乃至５の何れかに記載の電位測定装置。
【請求項７】
前記電界遮蔽手段が形成するほぼ閉じた空間内に、前記磁力発生手段が配置されている請求項１乃至６の何れかに記載の電位測定装置。
【請求項８】
前記電界遮蔽手段が、前記磁力発生手段の有する配線を保持する構成となっている請求項１乃至７の何れかに記載の電位測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の電位測定装置と、電位測定装置を用いて画像形成の制御を行う画像形成手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
磁力発生手段で発生する磁界が駆動力として伝達して可動部を振動させることによる機械的な振動により測定対象の表面と可動部上の検知電極間の静電容量を変化させ、この容量変化によって検知電極に静電誘導される電荷量を検知することで測定対象の表面電位を測定し、さらに少なくとも可動部と磁力発生手段の間の空間に配置される電界遮蔽手段により、磁力発生手段で発生する電界と磁界について、磁界はほぼ通して可動部に到達させ、電界はほぼ遮蔽して検知電極への到達をほぼ遮断して前記検知を実質的に妨げないことを特徴とする電位測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型の電位測定装置、及びそれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
感光体を用いた電子写真式の画像形成装置において、高画質な画像を形成する場合には、非接触型電位測定装置により、感光体の電位を測定しながら画像形成装置を制御する必要がある。非接触型電位測定装置としては、帯電している感光体（測定対象）に検知電極を近接させ、機械的に感光体と検知電極間の容量を変化させ、静電誘導により検知電極に誘導される微小な電荷を測定する例がある。
【０００３】
図１８に、非接触型電位測定装置の概念的な構成図を示す。図１８において、５０１は測定対象、５０２は検知電極、５０３は電荷検出手段であり、測定対象５０１の表面電位はＶＤ、容量変化手段により変化する容量はＣ１、電荷検出手段５０３から出力される信号はＶＯＵＴで表している。ここにおいて、機械的に容量Ｃ１を変化させるには、測定対象５０１から検知電極５０２に入射する電気力線を周期的に変化させる方法を採用するものや、検知電極５０２を周期的に移動させる方法を採用するものがある。
【０００４】
前者は、測定対象（感光体）と検知電極間にフォーク形状のシャッタを挿入し、シャッタを測定対象の表面と平行な方向に周期的に動かすことで、測定対象から検知電極上に到達する電気力線を周期的に遮り、測定面から見た実効的な検知電極の面積を変化させて、測定対象と検知電極間の静電容量を変化させる構成がある（特許文献１参照）。
【０００５】
また、測定対象と対向する位置に開口部を有した金属のシールド材を配置し、フォークの形状をした振動素子の先端に検知電極を設け、検知電極の位置が開口部直下で平行に移動することで、検知電極に達する電気力線の数を変化させ、静電容量を変化させる構成もある（特許文献２参照）。
【０００６】
後者は、検知電極を片持ち梁状の振動子の先端に配置し、片持ち梁を振動させることで、測定対象と検知電極間の距離を周期的に変化させ、静電容量を変化させる構成がある（特許文献３参照）。
【特許文献１】米国特許第4,720,682号公報
【特許文献２】米国特許第3,852,667号公報
【特許文献３】米国特許第4,763,078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、上記従来例には以下に述べる様な懸念がある。図１７に、この懸念を説明するための電位測定装置の模式図を示す。電位測定装置内には、上記静電容量Ｃ１を変化させるための機械的な振動を発生するアクチュエータ５０４が、誘導される電荷量を測定する上記検知電極５０２と共に配置されている。そのため、アクチュエータ５０４の駆動信号印加部と検知電極５０２が静電的な結合（Ｃ２）を起こし、アクチュエータ５０４への駆動信号ＶＤＲＩＶＥが検知電極５０２からの検出信号ＶＯＵＴに重畳してしまう。
【０００８】
ここで、測定対象の表面電位ＶＤに対応して得られる電荷の検出信号ＶＯＵＴは非常に微小なので、重畳された信号により検出分解能が低下する恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題に鑑み、本発明の電位測定装置は、機械的な振動により測定対象の表面と検知電極間の静電容量を変化させる容量変化手段と、容量変化手段によって検知電極に静電誘導される電荷量を検知する検出手段を備え、前記容量変化手段は、検知電極と磁力受動手段（磁化された硬磁性体、軟磁性体を含む強磁性体などで構成される）を有した可動部と、磁力発生手段（電磁コイルなどで構成される）と、電界遮蔽手段（非磁性の導電体などで構成される）を有し、前記電界遮蔽手段は、磁力発生手段で発生する電界と磁界について、磁界はほぼ通して磁力受動手段に到達させ、電界はほぼ遮蔽して検知電極への到達をほぼ遮断して検出手段による前記検知を実質的に妨げないように構成され、前記磁力発生手段で発生する磁界が磁力受動手段に駆動力として伝達して前記可動部を振動させることにより前記機械的な振動を発生させることを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題に鑑み、本発明の電位測定方法は、電磁コイルなどで構成される磁力発生手段で発生する磁界が駆動力として伝達して可動部を振動させることによる機械的な振動により測定対象の表面と可動部上の検知電極間の静電容量を変化させ、この容量変化によって検知電極に静電誘導される電荷量を検知することで測定対象の表面電位を測定し、さらに少なくとも可動部と磁力発生手段の間の空間に配置される電界遮蔽手段により、磁力発生手段で発生する電界と磁界について、磁界はほぼ通して可動部に到達させ、電界はほぼ遮蔽して検知電極への到達をほぼ遮断して前記検知を実質的に妨げないことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、上記の電位測定装置と、電位測定装置を用いて画像形成の制御を行う画像形成手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電位測定装置及び方法では、たとえ検知電極を担う可動部の機械的な振動駆動力の発生源である磁力発生手段と検知電極を近接させて配置した場合でも、磁力発生手段の駆動信号の影響を大きく受けることなく、測定対象の電位に係る検出信号を取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態を説明する。本発明では、上記駆動信号の影響を大きく受けることなく検出信号を取り出せる電位測定装置を実現するために、検出信号に悪影響を与える電界と、機械的な振動を発生させる磁界を分離する手段を設ける構成としている。より具体的には、磁界を透過させる電界遮蔽手段を用いて、検知電極と磁力受動手段が配置されている可動部に対して、磁力発生手段で発生する磁界と電界のうち、電界はほぼ遮蔽し、磁界はほぼ透過して磁力受動手段に駆動の為の発生力として伝達することを特徴としている。
【００１４】
図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本実施形態に係る電位測定装置を説明する模式図を示す。図１において、１０１は容量変化手段、１０２は検出手段、１０３は可動部、１０４は可動板、１０５は検知電極、１０６は磁力受動手段、１０７は電界遮蔽手段、１０８は磁力発生手段である。
【００１５】
本実施形態に係る電位測定装置は、機械的な振動により測定対象の面と検知電極１０５間の静電容量（図１７でのＣ１）を変化させる容量変化手段１０１と、この容量変化手段１０１によって検知電極１０５に静電誘導される電荷量を検知する検出手段１０２を有している。
【００１６】
容量変化手段１０１は、可動部１０３と電界遮蔽手段１０７と磁力発生手段１０８から構成されている。可動部１０３は、可動板１０４と検知電極１０５と磁力受動手段１０６から構成されている。可動板１０４は、検知電極１０５と磁力受動手段１０６と一体で運動するようになっている。検知電極１０５は、測定対象（図１では不図示）に対向するように可動板１０４上に配置される。そのため、可動板１０４が一定周期で振動することにより、測定対象の表面と検知電極１０５間の容量が変化する構成となっている。
【００１７】
可動板１０１には、検知電極１０５が配置されている面の裏面に磁力受動手段１０６が配置されている。磁力発生手段１０８で発生した磁界により、磁力受動手段１０６に磁力が伝達され、磁力受動手段１０６と一体となっている可動部１０３（可動板１０４）が駆動される。ここで、磁力発生手段１０８に交流の駆動信号を印加することにより、可動部１０３をこの交流周期で振動させられる。
【００１８】
この振動による上記容量の変化によって、検知電極１０５上に測定対象の表面電位に対応した電荷が静電誘導される。検出手段１０２は、誘導された電荷量を検知し、それに対応した検出信号を出力する。これにより、測定対象の表面電位に対応した検出信号が得られる。
【００１９】
しかし、検知電極１０５が、他の電位を持つ面との間に寄生容量を形成した場合、他の電位による静電誘導電荷が検知電極１０５に発生する。この発生信号は、望んだ測定対象の表面電位と対応していないため、誤差を含んだ検出信号となってしまう。
【００２０】
ここで、磁力発生手段１０８と検知電極１０５間に寄生容量（図１７におけるＣ２）を形成した場合を考える。磁力発生手段１０８には、印加する交流の駆動信号により周期的に変化する電位が存在するため、検知電極１０５にも駆動信号に対応した電荷が誘起される。この駆動信号により誘導される電荷量は、測定対象に対応して誘導される電荷量に比べて無視できない大きさを持っているため、電位測定装置の分解能の低下をもたらす可能性がある。
【００２１】
そこで、本実施形態では、可動部１０３と磁力発生手段１０８間に、電界遮蔽手段１０７を配置している。電界遮蔽手段１０７は、非磁性体（例えば、常磁性体や反磁性体）で導電性の材料（例えば、アルミニウム、銅、SUSの一種など）で構成されており、磁力発生手段１０８で発生した磁界はほぼ透過する。そのため、可動部１０３を可動（振動）させる発生力として磁力受動手段１０６に伝達される。
【００２２】
本実施形態においては、電界遮蔽手段１０７を介しても、容量変化による測定対象表面の電位を測定することができる。図２に、本実施形態における電界遮蔽手段１０７の機能を説明する模式図を示す。図２において、電界遮蔽手段１０７は、導電性の材料により構成されており、磁力発生手段１０８と寄生容量Ｃ３を形成する。そのため、電界遮蔽手段１０７上には、磁力発生手段１０８に印加される駆動信号による電荷ＱＤが誘導される。電界遮蔽手段１０７は、或る電位ＶＧを持つ部位に接地されて、電位が固定されているので、この駆動信号による誘導電荷ＱＤは、導電性である電界遮蔽手段１０７の表面を流れて、接地されている部分を介して（例えば、矢印Ａのように）移動するだけである。そのため、磁力発生手段１０８の駆動信号は、検知電極１０５に電荷を誘導することはない。そのため、電界遮蔽手段１０７により、磁力発生手段１０８が生成した電界を、検知電極１０５を含む可動部１０３から遮蔽することができる。また、図２において、ＶＥは検知電極１０５の電位であり、ΔＶはＶＥ-ＶＧ間の電位差である。後述する様に、この電位差ΔＶは、測定したい対象の電位と比べて非常に小さくできるので、殆ど影響はない。
【００２３】
本実施形態を用いれば、磁力発生手段１０８を可動部１０３と別体の構成とし、磁力発生手段１０８と可動部１０３間に、電界遮蔽手段１０７を配置することにより、検知電極１０５における駆動信号による電荷の誘導の発生を低減できる。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、磁力発生手段１０８により発生した磁界のみを可動部１０３の駆動発生力として伝達し、検知電極１０５からの検出信号が駆動信号の影響を殆ど受けることがない電位測定装置を実現できる。
【００２５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る電位測定装置は、誘導される電荷量を検知する検出手段１０２の有する回路に関して特徴を有する。その他は、第１の実施形態と同じである。
【００２６】
図３、図４に、本実施形態に係る電位測定装置の、検出手段１０２の回路を説明する模式図を示す。検出手段１０２の回路部では、検知電極１０５に誘導される電荷の量を検出信号に変換するために、電流-電圧変換を行っている。
【００２７】
図３に、高抵抗を用いたＦＥＴソースフォロワ回路を、図４に、オペアンプを用いたトランスインピーダンス回路を示す。図３の高抵抗を用いたＦＥＴソースフォロワ回路は、誘導電荷により高抵抗ＲＩＮに流れる微少電流を高抵抗ＲＩＮ両端での電圧に変換している。ＦＥＴは高入力インピーダンスとなっているためＦＥＴ入力への漏れ電流はきわめて小さいので、微少電流の電流-電圧変換に適している。このＦＥＴにより、高抵抗ＲＩＮ両端の電圧を低出力インピーダンスに変換してＶＯＵＴとして出力している。なお、図３において、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ抵抗である。
【００２８】
図３の回路を用いることによって、高ゲインの電流-電圧変換を行うことができる。しかし、従来の電位測定装置では、電流-電圧変換のゲインを高くするに伴って、磁力発生手段１０８の駆動信号による誘導電荷由来の検出信号に含まれる誤差信号の大きさも大きくなる。第１の実施形態の構成を用いることにより、駆動信号由来の誤差信号を低減するできるため、図３の回路においても、検出分解能の低下を伴わない高ゲイン電流-電圧変換を行うことができる。そのため、測定対象の表面電位により検知電極１０５に誘導される電荷を、より大きな出力信号に変換できる。こうして、検出分解能が向上する。本実施形態により、検出分解能が向上した高性能な電位測定装置を提供できる。
【００２９】
図４のオペアンプを用いたトランスインピーダンス回路は、オペアンプ（ＯＰ-ＡＭＰ）の負帰還の機構を利用している回路である。広帯域のオペアンプを用いることで、振動周波数が高い可動部１０３に対しても、高ゲインの電流-電圧変換を行うことができる。可動部１０３の振動周波数が高い場合、単位時間当たりの検出信号の取得回数を多くすることができるため、検出精度を向上させられる。なお、図４において、Ｒ３は高抵抗、Ｒｆは帰還抵抗、Ｃｆは帰還容量である。
【００３０】
第１の実施形態の構成を用いることにより、磁力発生手段１０８の駆動信号由来の誤差信号を低減できるため、図４の回路においても、可動部１０３の振動周波数が高く且つ検出分解能の低下を伴わない高ゲイン電流-電圧変換を行うことができる。そのため、測定対象の表面電位により検知電極１０５に誘導される電荷を、高速で且つより大きな出力信号に変換できる。こうして、検出分解能が向上する。
【００３１】
本実施形態により、検出分解能が大幅に向上した高性能な電位測定装置を提供することができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る電位測定装置は、電界遮蔽手段１０７の固定電位に関して特徴を有する。その他は、第１の実施形態ないしは第２の実施形態と同じである。
【００３３】
本実施形態では、電界遮蔽手段１０７を、第２の実施形態の電流-電圧変換回路のグランド電位に接地することが第２の実施形態と異なる。
【００３４】
以下、電界遮蔽手段１０７をグランド電位に接地することの意義を図２等を用いて説明する。まず、電界遮蔽手段１０７の固定電位ＶＧと検知電極１０５の電位ＶＥ間に、或る電位差ΔＶが存在する場合を考える。電界遮蔽手段１０７と検知電極１０５間には、或る寄生容量（図２におけるＣ４）が存在する。可動部１０３が静止している場合は、検知電極１０５には電位差ΔＶによる電荷の誘導は起こらない。しかし、電位測定を開始して可動部１０３が振動状態になると、電位差ΔＶに由来する電荷が、振動の周期で検知電極１０５に誘導される。
【００３５】
第３の実施形態の如き工夫をしていない電位測定装置では、第２の実施形態に記載の回路等を用いて、高ゲイン電流-電圧変換を行うため、微少な誘導電荷でも誤差信号として出力されてしまう。また、測定対象と検知電極１０５間の距離に比べて、電界遮蔽手段１０７と検知電極１０５は短い距離に配置されるので、寄生容量Ｃ４が大きくなってしまう。そのため、誘導される電荷量も多くなるため、出力される誤差信号も大きくなってしまう。以上のように、電位差ΔＶが存在すると、Ｓ/Ｎ比が低下し、電位測定装置の検出分解能が低下する。
【００３６】
次に、電界遮蔽手段１０７の固定電位ＶＧと検知電極１０５の電位ＶＥ間の、電位差ΔＶが０の場合を考える。この場合は、可動部１０３が振動状態になった時においても、寄生容量Ｃ４の大きさに依らず、電位差ΔＶ＝０なので電荷の誘導は発生しない。したがって、電位差ΔＶに由来する誤差信号が出力されることはない。
【００３７】
ここで、電界遮蔽手段１０７が、第２の実施形態の電流-電圧変換回路のグランド電位に接地されている場合を考える。第２の実施形態の図３の回路では、回路グランドと検知電極１０５間の電圧を検出しているため、電位差ΔＶは存在する。一般的な電位測定装置の初段増幅部では、電流-電圧変換回路で、一例として数μＶ〜数百ｍＶ程度に電圧変換される。よって、測定したい対象の電位（数Ｖ〜数ｋＶ程度）と比べて存在する電位差ΔＶは、非常に小さい。そのため、誤差信号による検出分解能の低下は殆ど発生しない。
【００３８】
また、図４の回路では、オペアンプの入力端子間が仮想ショートされているので、電位差ΔＶはＲ３で発生する電圧と等しく、図３と同等の大きさ（一例として数μＶ〜数百ｍＶ程度）と考えることができる。そのため、図４の回路においても、誤差信号による検出分解能の低下は殆ど発生しない。
【００３９】
以上の様に第３の実施形態によると、検出信号内の誤差が小さくなるように、電界遮蔽手段１０７の電位を固定できるため、検出分解能の低下の少ない電位測定装置を提供することができる。
【００４０】
図５に、図４の変形回路を示す。図５の回路の異なる点は、図４の回路での高抵抗Ｒ３が省略されていることである。図４の回路において、検知電極１０５は仮想接地されていると見なすことができる。厳密には、オペアンプ（ＯＰ-ＡＭＰ）の入力バイアス電圧の電位差ΔＶが存在するが、測定したい対象電位に対して極端に小さい値であるので、無視できる。そのため、図４の回路では、出力信号に含まれる誤差信号が極端に小さい。
【００４１】
本実施形態のこの変形例によると、検出信号内の誤差を極めて小さくなるように、電界遮蔽手段１０７の電位を固定することができるため、検出分解能の低下の極めて少ない電位測定装置を実現できる。
【００４２】
（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る電位測定装置は、電界遮蔽手段１０７の形状に関して特徴を有する。その他は、第１の実施形態ないし第３の実施形態の何れかと同じである。
【００４３】
図６、図７、図８に、本実施形態に係る電位測定装置の構成を説明する断面図を示す。図６は、磁力発生手段１０８全体が電界遮蔽手段１０７により覆われていることを特徴としている。磁力発生手段１０８は、支持部材１０９と配線１１０から構成されて、配線１１０間は絶縁されている。支持部材１０９は絶縁材料となっている。なお、本実施形態はこれに限定されたものではなく、支持部材１０９の表面に絶縁材料が配置されているか、配線１１０表面に絶縁材料が配置された構成でもよい。
【００４４】
また、電界遮蔽手段１０７は、非磁性体の導電体（例えば、アルミニウム）で形成されている。電界遮蔽手段１０７は、磁力発生手段１０８の配線１１０からは絶縁されている。電界遮蔽手段１０７には、磁力発生手段１０８用の配線１１０を引き出す開口部１０７ａが形成されていて、この開口部１０７ａは、可動部１０３から最も遠い領域に配置されている。
【００４５】
磁力発生手段１０８と可動部１０３の検知電極１０５は、直接対向していなくても、空間的に静電結合し寄生容量を形成する。上記の構成により、磁力発生手段１０８と検知電極１０５が空間的に形成する寄生容量も、殆ど０にすることができる。よって、磁力発生手段１０８と検知電極１０５間の寄生容量Ｃ２をほぼ０とできる。こうして、検知電極１０５に対して、磁力発生手段１０８から発生する電界の遮蔽をより完全な形で実現することができる。
【００４６】
本実施形態によると、磁力発生手段１０８からの電界の遮蔽効果を高めることができるため、より駆動信号の影響を受けにくい電位測定装置を提供できる。
【００４７】
図７の変形例は、磁力発生手段１０８の表面上に電界遮蔽手段１０７が配置されていることを特徴としている。図６と同様に、磁力発生手段１０８は、支持部材１０９と配線１１０から構成されて、配線１１０間は絶縁されている。また、支持部材１０９は絶縁材料となっている。そして、配線１１０上には絶縁膜１１１が配置されており、支持部材１０９と配線１１０上の絶縁膜１１１上に、導電性の材料である電界遮蔽手段１０７が配置されている。また、外部への引き出し部の配線１１０は、絶縁被覆されている。
【００４８】
この構成を用いることによって、磁力発生手段１０８と電界遮蔽手段１０７を一体化することができる。そのため、部品点数を減らすことができるため、組み立てコスト等を低減することができる。この構成によると、電界遮蔽手段１０７を簡易な構成で実現できるため、低コストの電位測定装置を提供できる。なお、本変形例は、上記の記載に限ったものではなく、絶縁被覆した配線１１０を用いても良い。
【００４９】
図８の変形例は、磁力発生手段１０８の支持部材１０９が、電界遮蔽手段１０７の機能を兼ねていることを特徴とする。磁力発生手段１０８は、支持部材１０９と配線１１０により構成される。支持部材１０９は導電性の非磁性材料が用いられており、或る電位に固定され、さらに有効な電界遮蔽機能を持つように可動部１０３側のフランジ部が黒く塗った部分のように大きく外に伸びている。また、支持部材１０９と配線１１０間には絶縁膜（不図示）が配置されており、支持部材１０９と配線１１０間は絶縁されている。
【００５０】
本構成では、支持部材１０９は電界遮蔽手段１０７の働きを兼ねている。そのため、より簡易な構成とできる。本構成によると、簡易な構成で駆動信号の影響を低減できるため、低コスト且つ高精度な電位測定装置を提供することができる。なお、本構成では、磁力発生手段１０８の支持部材１０９を電界遮蔽手段１０７として説明したが、この構成に限ったものではない。支持部材１０９の抵抗率等が問題になる場合は、支持部材１０９表面上に抵抗率のより低い導電性材料を配置する構成としても良い。
【００５１】
ところで、磁力発生手段１０８で磁界を発生させる駆動信号（可動部１０３への駆動力）を印加する駆動回路と、磁力発生手段１０８をユニット化すると、駆動回路と検知電極１０５間の静電結合により、検出分解能が低下する恐れが発生する。また、駆動回路は可動部１０３や磁力発生手段１０８と比較して大きな体積が必要になるため、電界遮蔽を簡易な構成で行うことは容易ではない。
【００５２】
そこで、図９、図１０に、別の構成の電位測定装置を説明する模式図を示す。図９は、電界成形シールドを説明する図である。図９において、２０１は電界成形シールドである。電界成形シールド２０１は、測定対象と検知電極１０５間に配置される。検知電極１０５が測定対象と対向するように、電界成形シールド２０１には開口部が形成されている。電界成形シールド２０１は、導電性の材料で構成されており、或る電位に固定されている。この電界成形シールド２０１により、測定対象表面から検知電極１０５までの電界（電気力線）が成形され、測定対象の表面電位に正確に対応した電荷が検知電極１０５で誘導され易くなる。
【００５３】
また、測定対象以外からの静電結合を受けにくくする働きもあり、外来ノイズの重畳を抑制する働きもある。このように電界成形シールド２０１を用いることにより、高性能な電位測定装置を提供できる。
【００５４】
図９の実施形態では、こうした目的で電界成形シールド２０１を構成要素として追加している。図１０の構成例は、上記駆動回路と検知電極１０５間の静電結合により検出分解能が低下する恐れを解消するために、磁力発生手段１０８全体が、電界遮蔽手段１０７と電界成形シールド２０１により覆われていることを特徴としている。
【００５５】
電界遮蔽手段１０７と電界成形シールド２０１は、同電位に固定されている。電界成形シールド２０１は、導電性の材料で構成されているので、その一部が電界遮蔽手段１０７と同じ働きをさせられる。この電界遮蔽手段１０７と電界成形シールド２０１により閉じている空間内を、電界遮蔽空間と呼ぶことにする。
【００５６】
図１０では、上述した様に電界成形シールド２０１の一部を電界遮蔽手段１０７として用いているため、電界遮蔽空間を任意に設定でき、他の構成に比べて大きな空間を設定することが容易である。本構成を用いれば、電界遮蔽空間内に、磁力発生手段１０８と駆動回路２０２を配置することができる。そのため、駆動回路２０２と検知電極１０５間の寄生容量を低減できる。結果的に、駆動回路２０２を含みユニット化した場合においても、簡易な構成で駆動信号の検知電極１０５への影響を低減できる。
【００５７】
本構成によると、駆動回路２０２を含んでユニット化した際に、駆動信号の影響をあまり受けない構成にできるため、高性能な電位測定装置を実現できる。
【００５８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態に係る電位測定装置は、機械的な振動により静電容量を変化させる容量変化手段１０１の可動部１０３に関して特徴を有する。その他は、第１の実施形態ないしは第４の実施形態の何れかと同じである。
【００５９】
図１１、図１２に、本実施形態の電位測定装置の構成を説明する模式図を示す。図１１においては、磁力受動手段１０６が硬磁性体であることが特徴である。磁力受動手段１０６は、長手方向に磁化されている。図１１では、図面上側がＮ極、図面下側がＳ極という構成となっている。なお、本実施形態は、磁力受動手段１０６の長手方向を垂直方向に限ったものではなく、水平方向等あらゆる方向の構成を用いることができる。
【００６０】
本実施形態では、磁力受動手段１０６に硬磁性体を磁化したもの、つまり永久磁石を用いているため、磁力発生手段１０８から磁力受動手段１０６に、効率的に磁力を伝えられる。したがって、発生した磁界が同じでも、可動板１０４の大きな振動（ここでは、矢印Ｂの方向の振動）を得られ、これは、測定対象の表面と検知電極１０５間の容量Ｃ１の変化が大きいことに繋がる。よって、測定対象の電位に対応して検知電極１０５に誘導される電荷量は、容量Ｃ１の変化量に比例するので、この誘導電荷量を大きくできることになる。その結果、測定対象の表面電位に対する出力信号の感度を向上させられる。
【００６１】
本実施形態によると、測定対象の表面電位に対する出力信号の感度を向上できるため、高感度な電位測定装置を提供することができる。
【００６２】
図１２の構成においては、磁力受動手段１０６が軟磁性体であることが特徴である。したがって、磁力受動手段１０６は、磁力発生手段１０８で発生した磁界の極性に依らず、磁力発生手段１０８側に引き付けられる。そのため、磁力発生手段１０８に、或る周波数ｆ１を駆動信号として印加した場合、磁力受動手段１０６は周波数ｆ１の倍の周波数（半分の周期）で引き付けられる。つまり、矢印Ｃの方向への振動が発生し、磁力発生手段１０８への駆動信号の周波数に対して、実際の可動部１０３の振動周波数が倍になる倍周期駆動の状態となる。
【００６３】
一般にこの種の電位測定装置では、検出信号を同期検波回路やバンドパスフィルタ（不図示）等を用いて、周波数成分の分離処理をすることができる。本実施形態にこの処理を用いると、駆動信号の周波数に対して、実際の振動の周波数が異なる周波数成分であるため、駆動信号に依る重畳信号と、測定対象の電位に依る検出信号を分離できる。こうして、振動による測定対象の表面電位検出信号と、駆動信号による重畳信号を分離することが可能になるため、駆動信号の影響を極めて受けにくい電位測定装置を実現できる。
【００６４】
なお本実施形態では、磁力受動手段１０６が、可動板１０４の検知電極１０５が配置されていないもう片方の面に配置される構成として説明したが、これに限る必要はない。磁力受動手段１０６は、検知電極１０５がある同一面に配置されても良い。これにより、製造時の取り扱いが容易となり、低コスト・高品質の電位測定装置を提供することができる。
【００６５】
磁力受動手段１０６は、可動板１０４の側壁に配置されても良い。これにより、可動板１０４と磁力発生手段１０８を近接して配置できるため、磁力が効率的に伝達でき、低消費電力の電位測定装置を提供することができる。
【００６６】
（第６の実施形態）
本発明の電位測定装置を用いた第６の実施形態の画像形成装置を、図１３、図１４、図１５を用いて説明する。図１３は、感光ドラム４０１の軸Ｄと垂直な平面上での配置を示した図である。
【００６７】
図１３において、４０１は感光ドラム、４０２は紙、４０３はクリーナ部、４０４は帯電手段、４０５は露光手段、４０６は本発明の電位測定装置、４０７は現像手段である。感光ドラム４０１は、軸Ｄを中心に方向Ｅの向きに回転する。感光ドラム４０１は、帯電手段４０４により帯電され、露光手段４０５により露光され、帯電パターンが形成される。電位測定装置４０６は、感光ドラム４０１上での帯電パターンの電位を測定する。現像手段４０７において、帯電パターン部のみ（または、帯電パターン部以外のみ）にトナー等を吸着させて現像し、方向Ｆに走査されている紙４０２上に画像が転写される。その後、感光ドラム４０１は、クリーナ部４０３により清掃される。電位測定装置４０６での測定結果を用いて、帯電手段４０４や露光手段４０５などの制御を行い、画像の調整を行う。
【００６８】
図１４は、本実施形態で用いられている電位測定装置４０６の可動部１０３の周辺を説明する模式図である。図１５は、電位測定装置４０６の可動板１０４を保持する基板を説明する図である。図１４において、３０１は可動板１０４を保持する基板、３０２は可動板１０４を保持基板３０１に支持するための梁である。
【００６９】
可動板１０４上には、片面に検知電極１０５、もう片面に磁力受動手段１０６である硬磁性体を磁化した永久磁石が設けられている（Ｎ極、Ｓ極の極性は図１５に示す通り）。また、可動板１０４・保持基板３０１・梁３０２は、同一のシリコン基板で形成されている。この構成は、マイクロマシーニング技術を用いることによって、容易に実現できる。
【００７０】
本実施形態に係る電位測定装置の、図１４の破線Ｇでの断面図を示す模式図である図１５において、電界遮蔽手段１０７は、導電性材料であるアルミを加工して形成されている。また、この電界遮蔽手段１０７は、磁力発生手段１０８の支持部材１０９（図６などを参照）を兼用している。支持部材１０９には、図１５で示すように、絶縁皮膜された配線１１０が配置されている。この配線１１０に交流の駆動電流を流すことによって、電磁石と同様に、磁界を発生する。この発生した磁界は、磁力受動手段１０６である永久磁石に伝達され、梁３０２の中心軸を中心として、矢印Ｈのような振動を可動板１０４に発生させる。
【００７１】
電界遮蔽手段１０７であるアルミ部は、図５などの検出回路のグランドに接地されている。これにより、磁力発生手段１０８である電磁コイルが発生した電界の影響を、検知電極１０５に伝えにくくしている。そのため、検出信号に駆動信号が重畳されにくく、測定対象の表面電位ＶＤを高精度に検出することができる。
【００７２】
以下、本実施形態の具体的なパラメータについて記載する。本実施形態では、可動板１０４の大きさは１．５ｍｍ×１ｍｍであり、共振周波数は約２０ｋＨｚである。駆動信号の周波数をこの周波数と一致させるように駆動する。
【００７３】
また、保持基板３０１の外形寸法は、１０ｍｍ×３ｍｍである。検知電極１０５と磁力発生手段１０８の最上部の配線間の距離は、２ｍｍである。検出手段１０２（図１３には不図示）は、図５の回路を用いており、５０ＭｅｇＶ/Ａの電流-電圧変換ゲインを有している。１ｋＶの電位を持ち３ｍｍ離れた位置に測定対象を配置すると、図５で約１００ｍＶの出力電圧を得る（可動板１０４の機械的な振動角が±５degの時）。
【００７４】
一方、可動板１０４の機械的な振動角が±５degの時は、駆動電流が交流で±１００ｍＡ流れる。その時に、駆動信号により検出信号に重畳される信号は、１００μＶ以下である。よって、この構成での電位測定装置の対象電位の検出分解能は、１Ｖ程度ということができる。
【００７５】
本実施形態に係る画像形成装置における電位測定装置は、検知電極１０５と磁力発生手段１０８を近接して配置した小型の電位測定装置の構成の場合でも、検出信号への駆動信号の重畳度合いを低減できるため、ノイズが小さくなり、高精度な信号出力を得ることができる。そのため、本実施形態の画像形成装置は、感光ドラム４０１の電位分布を高精度に把握し、画像制御を行うことができるため、高画質な画像を形成できる。
【００７６】
（第７の実施形態）
第７の実施形態は、電位測定装置４０６の電界遮蔽手段１０７と磁力発生手段１０８の構成が第６の実施形態と異なる。その他は、第６の実施形態と同様である。
【００７７】
本実施形態は、図１３と同様の画像形成装置を用い、図１４と同様の可動部１０３を用いる。図１６に、本実施形態に係る電位測定装置４０６を説明する模式図を示す。図１６において、３０４は磁力発生手段１０８の保持冶具、３０５は電界遮蔽手段１０７の金属膜である。図示の如く、本実施形態の電界遮蔽手段１０７は、磁力発生手段１０８の保持部材１０９（図６参照）の機能を兼ねている。そして、電界遮蔽手段１０７上には、可動板１０４と対向しない面に絶縁膜１１１が形成され、その絶縁膜１１１上に、配線１１０（平面コイル）が形成されている。
【００７８】
また、電界遮蔽手段１０７は、可動板１０４の保持基板３０１を保持する機能も兼ねている。この電界遮蔽手段１０７の可動板と対向する側は、凹部の構成となっており、可動板１０４の振動時に干渉しないようになっている。
【００７９】
また、電界遮蔽手段１０７は保持冶具３０４により保持されており、この保持冶具３０４はアルミで構成されていて、電界遮蔽手段の機能も兼ね備えている。加えて、上記したように、電界遮蔽手段１０７上には金属膜３０５が形成されており、見かけ上、電界遮蔽手段１０７の抵抗率を下げる働きをしている。
【００８０】
電界遮蔽手段１０７は、シリコン基板を用いており、これはマイクロマシーニング技術を用いて、容易に実現することができる。
【００８１】
本実施形態に係る画像形成装置における電位測定装置は、電界遮蔽手段１０７と磁力発生手段１０８を近接させて配置することができ、アライメントの精度を上げられる。そのため、磁力発生手段１０８からの磁力が効率的に磁力受動手段１０６に振動力として伝達され、少ない駆動電流で振動を発生させられるため、駆動信号の検知電極１０５への影響を更に低減することができる。こうして、本実施形態の画像形成装置は、感光ドラムの電位分布を高精度に把握し、画像制御を行うことができるため、高画質な画像を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電位測定装置を説明する模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る電界遮蔽手段の機能を説明する模式図である。
【図３】第２の実施形態に係る電位測定装置の検出手段の回路の一例を説明する模式図である。
【図４】第２の実施形態に係る電位測定装置の検出手段の回路の他の例を説明する模式図である。
【図５】第３の実施形態に係る電位測定装置の検出手段の回路の例を説明する模式図である。
【図６】第４の実施形態に係る電位測定装置の構成例を説明する断面図である。
【図７】第４の実施形態に係る電位測定装置の他の構成例を説明する断面図である。
【図８】第４の実施形態に係る電位測定装置のさらなる他の構成例を説明する断面図である。
【図９】第４の実施形態に係る電位測定装置の別の構成を説明する模式図である。
【図１０】第４の実施形態に係る電位測定装置の図９の構成に基づく具体的構成例を説明する断面図である。
【図１１】第５の実施形態に係る電位測定装置の構成例を説明する模式図である。
【図１２】第５の実施形態に係る電位測定装置の他の構成例を説明する模式図である。
【図１３】第６の実施形態に係る画像形成装置の構成を説明する模式図である。
【図１４】第６の実施形態に係る画像形成装置内の電位測定装置の可動部の周辺部を説明する平面模式図である。
【図１５】第７の実施形態に係る電位測定装置の構成例を説明する模式図である。
【図１６】第７の実施形態に係る電位測定装置の他の構成例を説明する模式図である。
【図１７】本発明が解決しようとする課題を説明するための電位測定装置を示す模式図である。
【図１８】非接触型電位測定装置の構成図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０１  容量変化手段
１０２  検出手段
１０３  可動部
１０４  可動板
１０５  検知電極
１０６  磁力受動手段
１０７  電界遮蔽手段
１０８  磁力発生手段
２０２  駆動回路
４０６  本発明の電位測定装置
４０７  現像手段
【図１】
2006162457.tif 000003
【図２】
2006162457.tif 000004
【図３】
2006162457.tif 000005
【図４】
2006162457.tif 000006
【図５】
2006162457.tif 000007
【図６】
2006162457.tif 000008
【図７】
2006162457.tif 000009
【図８】
2006162457.tif 000010
【図９】
2006162457.tif 000011
【図１０】
2006162457.tif 000012
【図１１】
2006162457.tif 000013
【図１２】
2006162457.tif 000014
【図１３】
2006162457.tif 000015
【図１４】
2006162457.tif 000016
【図１５】
2006162457.tif 000017
【図１６】
2006162457.tif 000018
【図１７】
2006162457.tif 000019
【図１８】
2006162457.tif 000020