(57)【要約】【課題】トナー粒子が付着するのを防止ないし低減して、正しいセンシングが行えなくなる事態の発生の防止ないし低減をすることができる電位センサを提供する。【解決手段】電位センサは、可動部材101、可動部材101上に形成された検知電極102、103、可動部材101を可動に支持する支持部104、可動部材101を駆動させる駆動機構、支持部104を支持する固定部材105を有する。可動部材101と固定部材105との間に、可動部材101を可動とする様に第1の隙間107、109が形成される。支持部104が弾性変形していなくて可動部材101が中立位置にあるときに、第1の隙間107、109は、その厚さ方向において、幅が電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下である部分を有する。【選択図】図1
2008128916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部材、可動部材上に形成されてなる検知電極、可動部材を可動に支持する支持部、可動部材を駆動させる駆動機構、支持部を支持する固定部材を有する電位センサであって、
前記可動部材と前記固定部材との間に、前記可動部材を可動とする様に第1の隙間が形成され、
前記可動部材が中立位置にあるときに、前記第1の隙間が、その厚さ方向において、当該電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下である幅の部分を有することを特徴とする電位センサ。
【請求項２】
前記支持部と前記固定部材との間に、前記支持部の弾性変形を可能とする様に第2の隙間が形成され、
前記支持部が弾性変形していなくて前記可動部材が中立位置にあるときに、前記第2の隙間が、その厚さ方向において、当該電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下である幅の部分を有することを特徴とする請求項1記載の電位センサ。
【請求項３】
前記第1の隙間の最も狭い部分が、前記第2の隙間の最も狭い部分より狭い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】
前記可動部材が振動される間中、前記第1の隙間の最も狭い部分が、当該電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電位センサ。
【請求項５】
前記可動部材が振動される間中、前記第2の隙間の最も狭い部分が、当該電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下であることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の電位センサ。
【請求項６】
前記支持部が弾性変形していなくて前記可動部材が中立位置にあるときに、前記隙間の断面形状が、矩形状、または狭い部分が隙間の表側にある2段重ね形状、または狭い部分が隙間の表側と裏側にある菱型形状、または狭い部分が隙間の表側にあるテーパ形状、または外方に湾曲した円弧形状であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電位センサ。
【請求項７】
請求項1乃至6のいずれか１項に記載の電位センサと、画像形成手段とを備え、
前記電位センサより得られるセンサ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、被検知物の電圧を測定する電位センサに関する。また、該電位センサを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、次の様な電位センサが提案されている（特許文献1参照）。この電位センサは、デジタルカラー複写機において帯電チャージャにより帯電された感光体の表面電位を検出するものである。この電位センサでは、帯電チャージャのグリッド電圧をＶG1に設定して帯電した感光体の表面電位を検出し、検出された値をＶS1とする。また、帯電チャージャのグリッド電圧をＶG2（但し、ＶG1＜ＶG2の関係を有する）に設定して帯電した感光体の表面電位を検出し、検出された値をＶS2とする。そして、上記ＶS1とＶS2との差の絶対値ΔＶSと、理想的な環境条件下において検出されたＶS1’とＶS2’との差の絶対値ΔＶS’とに基づいて、電位センサはその感度を補正する。
【０００３】
また、次の様な電位センサが提案されている（特許文献2参照）。この電位センサは、画像形成装置において感光体の表面電位を検出するものである。この電位センサに対して、異常検出装置が設けられていて、異常検出装置は以下の手段を備えて電位センサの異常を検出する。すなわち、電位センサの測定電位面に少なくとも2種の電圧を印加する手段と、電位センサに測定電位面を複数回測定させる手段と、複数の測定値から平均値を計算する手段と、複数の測定値から最大値及び最小値または両者の差を計算する手段を備える。そして更に、前記2種の電圧に基づく平均値が所定範囲内にあるか否かを判定する手段と、前記最大値及び最小値または両者の差が所定値内にあるか否かを判定する手段とを備えて、前記判定手段により電位センサの異常を検出する。
【特許文献１】特開平07−056414号公報
【特許文献２】特開平07−013396号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、電位センサの技術分野において、異常検出の原因として電位センサの汚れがある。汚れの原因としては、例えば、複写機で使用されるトナー若しくは紙紛若しくはオイルミスト等の異物がある。上記背景技術で説明した提案例においては、トナーなどの付着によるセンサ異常に対して、例えば、感度補正したり、異常検出手段を設けたりするといった手法を用いている。
【０００５】
しかし、いずれにおいても、複写機内での電位センサの使用中に、感度補正や異常検出の作業が必要となり、その間、複写機内部の電位測定対象の正常な電位測定ができなくなってしまう。また、その様な手段を実現するための機器若しくは回路部品などが必要となってくる。更に、補正のための時間が必要となる。
【０００６】
電位センサにおいては、異常検出や補正の為に、その間、画像形成装置を使用できないといった事態が起こることなく、常に正常に被検知物の電位を測定できることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の電位センサは、可動部材、可動部材上に形成されてなる検知電極、可動部材を可動に支持する支持部、可動部材を駆動させる駆動機構、支持部を支持する固定部材を有する。更に、前記可動部材と前記固定部材との間に、前記可動部材を可動とする様に第1の隙間が形成される。そして、前記可動部材が中立位置にあるときに、前記第1の隙間は、その厚さ方向において、幅が当該電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下である部分を有する。
【０００８】
また、上記構成において、次の様になっていてもよい。すなわち、前記支持部と前記固定部材との間に、前記支持部の弾性変形を可能とする様に第2の隙間が形成される。そして、前記可動部材が中立位置にあるときに、前記第2の隙間は、その厚さ方向において、幅が当該電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下である部分を有する。本発明において、上記中立位置とは、前記支持部が弾性変形をしていない時の前記可動部材の位置のことをいう。
【０００９】
また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、上記の電位センサと、画像形成手段とを備え、前記電位センサより得られるセンサ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】
【００１０】
本発明によれは、上記の如き隙間を設けた簡単な構成で、異常検出の原因となるトナー粒子のセンサへの付着を低減ないし防止できるので、センサヘッドが、感度補正や異常検出の原因となるトナー粒子の影響を受け難くなる。従って、トナー粒子付着に伴う電位センサの感度補正や異常検出の頻度を低減することが可能となる。これにより、電位センサを比較的長期間、安定して用いることが可能となり、これを備える画像形成装置を長期間、安定して用いることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明による電位センサの実施の形態を説明する。本発明の一実施形態では次の様になっている。電位センサは、ねじれ軸の回りで揺動可能な可動部材、可動部材上にねじれ軸を挟んで対称的に形成された2つの検知電極、可動部材を可動に支持する支持部であるねじれ弾性変形可能な梁、可動部材を揺動させる駆動機構、梁を支持する固定部材を有する。可動部材と固定部材との間には、可動部材と梁の接続部を除いて可動部材の外形にほぼ沿って伸びて、可動部材を可動とするための第1の隙間が形成されている。この第1の隙間は、梁がねじれ弾性変形していなくて可動部材が中立位置にあるときに、その厚さ方向において、幅が当該電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下である部分を有する。第1の隙間の伸長方向に垂直な面での断面形状は、例えば、厚さ方向に同じ幅で伸びる矩形状を有する。
【００１２】
また、梁と固定部材との間には、可動部材と梁の接続部と固定部材と梁の接続部を除いて梁の外形にほぼ沿って伸びて、梁のねじれ弾性変形を可能とするための第2の隙間が形成されている。この第2の隙間も、可動部材が上記中立位置にあるときに、その厚さ方向において、幅が上記トナー粒子の最大寸法以下である部分を有する。第2の隙間の伸長方向に垂直な面での断面形状も、例えば、厚さ方向に同じ幅で伸びる矩形状を有する。
【００１３】
上記構成において、第1の隙間の比較的近くに駆動機構の磁石、電磁石などが設けられる場合には、第1の隙間からトナー粒子が侵入しやすいので、第1の隙間の最も狭い部分を、第2の隙間の最も狭い部分より狭くしてもよい。また、前記中立位置にあるときに限らず、可動部材が或る振れ角で振動される間中、形状変化する第1の隙間の最も狭い部分が、上記トナー粒子の最大寸法以下である様に設計することもできる。第2の隙間についても、この様に設計することができる。前記隙間の断面形状は、矩形状の他に、次の様な形状を採ることもできる（後述する実施例参照）。すなわち、狭い部分が隙間の表側にある2段重ね形状、狭い部分が隙間の表側と裏側にある菱型形状、狭い部分が隙間の表側にあるテーパ形状、または上記ねじれ軸をほぼ中心にして外方に湾曲した円弧形状である。
【００１４】
次に、図面を用いて実施形態を詳しく説明する。先ず、実施形態の特徴部を述べる前に、本発明の適用される本実施形態の電位センサの全体構成を説明する。ここでは、フィードバック方式ないしゼロ位法の電位センサを説明するが、本発明は他の方式（例えば、誘導電荷検出器の誘導電荷検出信号を被検知物の電位測定信号として出力する偏位法と呼ばれる方式の電位センサ）にも適用できる。
【００１５】
本実施形態のフィードバック方式の電位センサの全体構成の一例として、図2に示す様な構成がある。図2において、本電位センサ1007は大別すると、センサヘッド1005と、後段処理回路1006よりなる。センサヘッド1005内部には、センサ素子1001（上記検知電極を載せた可動部材を含む素子に対応）、センサ素子駆動素子1002（上記駆動機構に対応）、前段処理回路1003、駆動処理回路1004等が組み込まれる。ここでは、センサ素子1001から前段処理回路1003への信号を一次センサ信号と呼び、前段処理回路1003から後段処理回路1006への信号を二次センサ信号と呼び、後段処理回路1006から出る信号をセンサ出力信号と呼ぶ。
【００１６】
この構成において、前段処理回路1003、後段処理回路1006の性能や要否は、センサに求められる性能によって変化する。
【００１７】
ここで、上記各構成要素の働きについて説明する。センサ素子1001は、被検知物1009に対向する様に配される。センサ素子1001を駆動させるために、センサ素子駆動素子1002が配される。センサ素子1001より得られる一次センサ信号は、前段処理回路1003で増幅処理若しくは差動増幅処理等がなされ、後段処理回路1006に送られる。後段処理回路1006は、前段処理回路1003から送られてくる二次センサ信号を元に、センサヘッド（例えば、シールドケース）1005の基準電位を変圧し、二次センサ信号が0（ないし所定値以下）となる様にする。通常、センサヘッド1005の基準電位が被検知物1009の電位と同等になったとき、センサ信号処理回路すなわち前段処理回路1003からの信号はほぼ0となる。後段処理回路1006は、センサヘッド1005に印加した電圧が分かっているので、その値をセンサ出力信号として、信号処理装置1008に出力する。
【００１８】
本実施形態は、センサ素子1001の部分の形状に特徴がある。次に、図1から図6を用いて、本実施形態のセンサ素子の特徴部について主に説明する。
【００１９】
図1に示す本実施形態のセンサ素子1001において、被検知物（図1（a）の紙面手前側にある）に対して配される検知電極102、103は導電性の材料を用いて形成される。検知電極102、103は、可動部材101に支持され、可動部材101は、1つの梁104に支持される。梁104は、その根元部で固定部材105に支持される。これらよりセンサ素子1001が構成される。また、検知電極102、103は、夫々、配線112、113及び電極パッド122、123を介して、前記前段処理回路1003に電気的に接続される。
【００２０】
先述の一次センサ信号を得るために、梁104にねじれ運動を与え、可動部材101をねじれ軸110の回りに揺動させ、被検知物と検知電極102、103との距離を変化させる。
【００２１】
検知電極102、103は梁104の延長線を中心軸として、その両側に2つ形成されている。これにより、可動部材101を上記の如く揺動させた場合、シーソーの様に一方の検知電極が被検知物に近づいたとき、もう一方の検知電極が被検知物から離れる構成となっている。従って、夫々の検知電極102、103から得られる信号は位相が180度ずれた関係となるので、例えば、これら2つの信号を差動増幅することができ、Ｓ／Ｎ比の高い出力信号を得ることが可能となる。
【００２２】
図1（a）の平面図において、可動部材101と固定部材105との間の第1の隙間は、図1（ｂ）に示す隙間107と図1（ｄ）に示す隙間109となる。また、梁104と固定部材105との間の第2の隙間は、図1（ｃ）に示す隙間108となる。隙間109の幅は、可動部材101の振動によって変化ないし狭まることはないが、隙間107と隙間108は振動によって変化ないし狭まる。これらの隙間の設計は、電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の粒度分布に応じて設計がなされると共に、振動に支障がない様に設計される。具体的には、可動部材101が揺動する際に、可動部材101や梁104が固定部材105とぶつからない様に設計する。
【００２３】
この場合、可動部材101と固定部材105との隙間107は、梁104と固定部材105との隙間108より狭くできる。これは、梁104がねじれるときに、梁104と可動部材101とでは、固定部材105に近づく距離が違ってくることに由来する。梁104がねじれるとき、梁104の方が、可動部材101よりも固定部材105に近づく程度が大きいので、相対的に固定部材105との隙間108を広くとる必要がある場合があるのである。これと共に、もう1つの理由から、可動部材101と固定部材105との隙間107の方を、より狭く設定する必要がある。
【００２４】
このことについて、図3を用いて、トナー粒子を引き寄せるものが駆動機構の磁石201であって、磁石201が可動部材101の裏面に設けられる構成でもって説明する。この構成で、トナー粒子は、センサ素子内に回り込もうとする場合、可動部材101と固定部材105との隙間107に比べて、磁石201から比較的遠くにある梁104の回りの隙間108は比較的少ない確率でしか通らない。これは、磁石201がトナー粒子を引き付ける磁力は、距離の二乗に反比例することに由来する。よって、トナー粒子の回り込み防止対策としては、好適には、センサの動きを妨げず且つ粒子の回り込みを防ぐ為に、梁104と固定部材105の隙間108及び可動部材101と固定部材105の隙間107を夫々別の寸法に設計する。具体的には、梁104と固定部材105との隙間108を、可動部材101と固定部材105との隙間107より広くとる。これにより、所定のねじれを妨げること無く、トナー粒子の磁石201への付着防止対策が良好にできる。
【００２５】
勿論、ねじれ量、トナー粒子の粒度分布よっては、梁104と固定部材105との隙間108と、可動部材101と固定部材105との隙間107、109を同じ程度にしてもよい。
【００２６】
ここで、上記隙間の設計について述べる。図4は電子写真技術に用いられるトナーの粒度分布の一例である。この場合、トナーの粒径は、10数μｍから数μｍの間の値を取り、7μｍあたりにピークを持つ。この様な場合、隙間の幅は、10数μｍ以下とすることが望ましく、こうすることで、トナーがセンサ素子の裏面に侵入するのを防止できる様になる。特に、7μｍ程度以下とすることで、侵入防止効果は更に高まる。
【００２７】
粒度分布の最大値程度以下とする理由については、トナー粒子の内、大きい粒子の方が、可動部材101や磁石201などに付着したときの影響が大きい為である。この場合、可動部材101と固定部材105との隙間107は上記の値で設計するが、梁104と固定部材105との隙間108は、ねじれ量に応じて、上記の値より大きく設計することもできる。勿論、隙間108についても上記の値で設計してもよい。可動部材101と固定部材105との隙間109についても、同様である。
【００２８】
上記構成において、検知電極は1つであっても構わない。この場合、1つの検知電極は、ねじれ運動の中心軸110に対して一方側に寄って配され、一次センサ信号の処理法は上記のものとは異なる。また、梁104は可動部材101を挟んで両側に2つ設ける構成とすることもできる。この場合の構成でも、隙間の設け方は上述した設計方法と同じである。
【００２９】
更に、1つの検知電極を配する構成では、固定部材105に接続する梁104の根元部を横切る紙面内の軸をほぼ中心に図1（a）の紙面にほぼ垂直な方向に可動部材101をたわみ駆動させる振動形態を採ることもできる。ここでは、振動形態に適応する様に梁104の幅を大きくすることができる。この場合の構成では、図1（ｄ）に示す隙間109が変化するがその他の隙間はあまり変化しないことを考慮して、上述した設計方法に準じて、構成に応じた隙間の設計をする。いずれにせよ、本発明は、可動部材を固定部材に対して可動にするために上記の如く隙間を形成する電位センサの構成において、センサヘッド内部へのトナー粒子の侵入防止効果を高める様に隙間を設定して設けることに特徴がある。
【００３０】
本実施形態の電位センサがセンサ出力信号を発生させるための原理を説明する。
被検知物と検知電極との距離（ｇ）が変化する、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、検知電極と被検知物間に生じる静電容量（Ｃ）は変化する。
【００３１】
ここで、静電容量（Ｃ）は一般に式（1）で表すことができる。
Ｃ＝ε・ｓ／ｇ          （1）
ε[Ｆ・ｍ−1]：被検知物と検知電極間の物質の誘電率
ｇ[ｍ]：被検知物と検知電極間の距離
ｓ[ｍ2]：被検知物から見える検知電極の面積
【００３２】
また、静電容量（Ｃ）は式（2）なる関係がある。ここでＱは、検知電極に誘起される電荷の量である。
Ｑ＝Ｃ×Ｖｄ          （2）
Ｖｄ[Ｖ]：被検知物の電位
【００３３】
式（1）と式（2）より、次の式（3）が得られる。
Ｑ＝（ε・ｓ／ｇ）×Ｖｄ          （3）
【００３４】
ここで、ε、ｓ、ｇの何れかを周期的に変化させれば、Ｑの周期的変化が得られる。Ｑが時間で変化する値の場合、式（3）はｄＱ／ｄｔの式に変換できる。ｄＱ／ｄｔは電流と同義なので、Ｖｄの値を電流として読み取ることが可能となる。電流は、一次センサ信号となる。
【００３５】
この場合、必要に応じて、一次センサ信号を増幅したり、Ｓ／Ｎ比を上げる処理を処理回路で行ったりして、二次センサ信号を得る。フィードバック方式では、この信号がゼロになる様に上述した如くフィードバック制御するのに対して、偏位法はこの信号を用いて被検知物の電位を検出する。本発明は、こうした方式を含んで、可動部材を固定部材に対して動かす為に両者間に隙間を設ける構成を有する電位センサであれば、どの様なものにも適用できる。
【００３６】
本実施形態のセンサ素子を得るには、一般的な機械加工ないし半導体プロセスを用いることができる。半導体プロセスを用いる場合、例えば、シリコンウェハ（以下、場合によって母材と記載する）を用いる。必要に応じて、シリコンウェハ表面に電気絶縁層を形成し、その上に検知電極102、103を設ける。その後、シリコンウェハをドライエッチング、ウェットエッチング、サンドブラスト、レーザーアブレーションなどで加工することで、可動部材101、梁104などを得ることができる。
【００３７】
この場合、好適には可動部材101の一辺の長さは数十μｍから数ｍｍ、母材厚さは数から数百μｍで形成する。母材厚さについて図5を用いて説明する。母材厚さ501は厚い方が好ましい。母材が厚くなると、図5（ａ）、（ｂ）で示す様に、トナー粒子502が隙間に侵入しようとするのを困難にする効果がある。図5（ｃ）の様に、トナー粒子502に対して相対的に母材が薄くなると、トナー粒子は侵入しやすくなってしまう。ただし、厚さにも限界があるので、他の構成との兼ね合いにおいて、センサヘッド内部へのトナー粒子の侵入防止効果を要求に応じて十分発揮できる様に適切に設計すればよい。
【００３８】
この場合、母材としてはシリコンウェハに限る必要はなく、化合物半導体基板であったり、ガラス基板であったりしても構わない。母材が導電性を有し、検知電極の検出信号が可動部材にリークする恐れがある場合は、可動部材と検知電極との間に電気絶縁層を形成する。検知電極材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕなど一般的に半導体プロセスで用いられる金属材料を単体若しくは複数層構成で用いることが可能である。
【００３９】
上記構成において、可動部材101を揺動させるために駆動機構を設けるが、駆動力としては磁力、静電引力、歪力などを用いることができる。
【００４０】
磁力を用いる場合、例えば、図3に示す様に可動部材101の検知電極形成面の裏の面に磁石201、或いはパーマロイ（登録商標）の様な透磁性の高い材料を貼り付ける。そして、その近傍に電磁コイル202を形成し、コイル202に電流を流して磁場203を発生させる。磁石201、或いはパーマロイ（登録商標）の様な透磁性の高い材料は、コイル202が発生する磁極から引力又は斥力を受ける。この引力或いは斥力で可動部材101を揺動させる。周期的に可動部材101を駆動させるには、コイル202に印加する電流をパルス状にしたり、電流を流す方向を周期的に変えてＳ極とＮ極を交互に発生させたりする。図3の様に、梁104の伸長方向に対して垂直な方向に磁石201を設置すれば、ねじれモードを発生させやすくなる。
【００４１】
静電引力を用いる場合、例えば、可動部材101か梁104の一部に静電引力発生用の電極部を設ける。そして、それに対向する電極部を可動部材近傍の固定部（これは固定部材105などを固定する部分である）に設け、前記2つの電極間に電圧を印加して静電引力を発生させて可動部材101を揺動させる。この場合、検知電極の他に静電引力発生用の電極を設けることになる。大きな静電引力を得るには、静電引力発生用の電極の面積を大きく取ることが望ましい。よって、好ましくは、可動部材101の検知電極形成面の裏の面に静電引力発生用の電極を形成する。
【００４２】
歪力を用いる場合、例えば、圧電体素子を用いる。圧電体素子を梁104か梁104の近辺に形成して駆動させることで、圧電体素子の形状変化に伴う歪力により梁104、可動部材101を駆動させることができる。
【００４３】
これらの場合、駆動の周期は、駆動の為に印加される電流によって決まる。共振駆動で且つねじれ運動させたい場合、その共振周波数に合わせた周期で電流を印加する。
【００４４】
こうした駆動機構を可動部材101の検知電極形成面の裏の面に設ける場合、駆動機構や可動部材101にトナー粒子が付着してくると、駆動特性の劣化を招き、センサの駆動特性を変化させてしまう。例えば、共振周波数がシフトしたり、駆動に必要な電流が増大したりして、安定な駆動を続けることが出来なくなる場合がある。
【００４５】
検知電極形成面の裏の面にトナー粒子が侵入する場合は、それが空気中の拡散により侵入する場合もある。しかし、それらが磁性体粒子であったり、帯電粒子であったりすれば、駆動に用いる磁力や静電引力に引き付けられて可動部材101の検知電極形成面の裏の面に侵入しようとする。本実施形態では、上述した隙間が、その厚み方向において、トナー粒子の最大寸法以下の幅の部分を有する様に設計することにより、粒子が可動部材101の検知電極形成面の裏の面に侵入しようとするのを低減若しくは防止する。これにより、センサの駆動を安定化でき、電位センサの異常検出を低減若しくは防止することが可能となる。よって、電位センサを安定して用いることが可能となり、これを備える画像形成装置を安定して用いることが可能となる。
【００４６】
隙間の設計法について更に説明する。図6は、本実施形態の電位センサに係るセンサヘッドの一例を示す図である。図6は、隙間を設計する場合の一例を示すものである。可動部材101がねじれ軸110を中心軸（梁104と同軸上にある）として揺動する場合、隙間302は、可動部材断面の対角線の半分の長さ303から可動部材101の一辺の半分の長さ304を引いた長さより大きいことが望ましい。すなわち、図6（ｂ）の状態、即ち可動部材断面の対角線の半分の長さ303が固定部材105に最も近づいたときにぶつからない様に設計するのが好ましい。トナー粒子の粒度分布が予め分かっていて、それに応じた隙間302を設計する場合、隙間302の設計に応じて、可動部材断面の対角線の半分の長さ303から可動部材101の一辺の半分の長さ304を引いた長さが決まる。従って、これから、可動部材101のサイズや母材の厚みを決めることができる。
【００４７】
但し、揺動による最大変位量が、図6（ｂ）まで至らない場合、可動部材断面の対角線の半分の長さ303から可動部材の一辺の半分の長さ304を引いた長さを隙間302よりも小さくする必要は必ずしもない。
【００４８】
ところで、図1に示す様な電位センサでは、可動部材101はあまり大きな振れ角で振ろうとすると、振動パワーも増大するとともに、被検知物に対する検知電極の距離の変化と対向面積の変化が複雑に相殺し合って、むしろ電位の信号のノイズが増えたりする。従って、振れ角は小さな角度にして振動数を大きくするのが、検出精度を向上させる観点から好ましい。例えば、振れ角は3度程度である。こうした小さな振れ角では、可動部材101の中立位置における上記隙間を上述した様な値で設定した場合、振動時でも、その値はトナー粒子の粒度分布の最大値程度以下を保つことができる。また、たとえ振動時において瞬間的に上記隙間が粒度分布の最大値程度以上となったとしても、それはあくまで瞬間的であるのでその影響は大きくない。こうした観点からも、中立位置における隙間を、その厚み方向において、トナー粒子の最大寸法以下の幅の部分を有する様に設計することが、センサヘッド内部へのトナー粒子の侵入防止効果を奏するために有効であることが分かる。
【実施例】
【００４９】
次に、図7-1と図7-2を用いて、本発明の電位センサに係るセンサヘッドの幾つかの実施例を説明する。これらの断面図は、隙間の伸長方向に垂直な面での隙間の断面形状の例を示す。先ず夫々の形状の作製方法を説明する。
【００５０】
図7-1（ａ）、（ｂ）の実施例では、上記隙間の断面形状がザグリ形状（段差形状）を有する。すなわち、狭い部分が隙間の表側にある2段重ね形状である。狭い部分と広い部分を持つザグリ401を形成する方法としては、例えば、図4（ａ）の形状は、エッチング技術の1つである多段エッチングにより実現できる。この技術は、マスクを複数層用いて段差形状を作製する技術である。また、図4（ｂ）の形状は、母材403に対して異種材料402を形成しておき、異種材料402を狭い幅でエッチングしておき、母材403を広い幅でエッチングすることで実現できる。異種材料としては、例えば、先述のシリコンの熱酸化膜を用いることが可能である。ここにおいて、少なくとも狭い部分の隙間が電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下となっている。この実施例は、可動部材101と固定部材105がぶつからない様にするのに適した例である。
【００５１】
図7-1（ｃ）の実施例では、上記隙間の断面形状が、狭い部分が隙間の表側にあるテーパ形状である。テーパ形状404を得るには、例えば、結晶異方性エッチングを用いる。ここにおいては、少なくとも最も狭い部分の隙間が電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下となっている。この実施例も、可動部材101と固定部材105がぶつからない様にするのに適した例である。
【００５２】
図7-2（ｄ）の実施例では、上記隙間の断面形状が図示の如き凹形状である。すなわち、狭い部分が隙間の表側と裏側にある菱型形状である。凹形状407を得るには、例えば、先ず貫通エッチングを行って貫通孔405（点線で示す）を形成し、その後、406で示す方向に、可動部材101と固定部材105の対向面に対して結晶異方性エッチングを行う。この場合、隙間の幅と母材の厚みの設計によっては初めの貫通エッチングは必ずしも必要なく、結晶異方性エッチングのみで図7-2（ｄ）の形状を得ることが可能である。ここにおいては、少なくとも最も狭い部分（最上部、最下部、または両方）の隙間が電位センサ周辺に存在し得るトナー粒子の最大寸法以下となっている。この実施例も、可動部材101と固定部材105がぶつからない様にするのに適した例である。
【００５３】
図7-2（ｅ）の実施例では、上記隙間の断面形状が図示の如き曲面形状である。すなわち、上記ねじれ軸110をほぼ中心にして外方に湾曲した円弧形状である。この場合、可動部材101側の曲面の曲率半径（ｒ）406は、図6を用いて説明すれば、図6（ａ）の304の長さとするのが望ましい。作製方法としては、半導体プロセスでは母材の上下両面から斜め方向にエッチングすることで、図7-2（ｅ）に近い形状を得ることができる。この実施例は、可動部材101と固定部材105の間の隙間の幅が、駆動中も殆ど変化しない点で好ましい例である。
【００５４】
勿論、以上の実施例の隙間の形状は、一般的な機械加工で作製することも可能である。
【００５５】
図7-1と図7-2で説明した形状の隙間を設けることにより、可動部材101が中立位置で静止している間でのトナー粒子の侵入を低減若しくは防止できる。通常、電位センサは、或る決められたタイミングで短期間（例えば、数分程度）駆動され、被検知物の電位を測定する。よって、駆動時間は非駆動時間に比べて非常に短いので、本実施例による構成を非駆動の場合に限り適応しても効果を発揮する。
【００５６】
また、駆動時にも適応させるには、可動部材101と固定部材105との間の隙間の全ての部分が、梁104のねじれ運動によっても極端に離れない様に構造や振動を設計する。具体的には、トナーの最大寸法よりも離れない様にする。しかし、前述した様に、隙間の或る部分がトナーの最大寸法より瞬間的に大きくなる設計の場合でも、効果はある。更に、同じく前述した様に振れ角は十分小さいことが多いので、極端に大きくなるケースは少ないし、図7-2の実施例などでは、隙間が、トナー粒子の最大寸法より小さい幅の部分を常に有する設計となっていると言い得る。
【００５７】
図8は、本発明の電位センサに係るセンサヘッドの実施例の全体構成の一例を示す。図8は、被検知物601に対向して設置された電位センサの実施例の一部を示すものである。この例では、センサ素子602は、例えば、支持部材ないし固定部603に支持される。支持部材603は、例えば、ＰＣＢ基板604に設置される。ＰＣＢ基板604上に予め形成された前段処理回路605と検知電極とは電気的に接続される。
【００５８】
支持部材603が、センサ素子602の裏面側を閉じる構造を有する場合、トナー粒子が上記隙間から侵入すると、センサ素子602と支持部材603とで形成された空間に溜まってしまい、それらが前記影響を及ぼす。支持部材がセンサ素子の裏面側を閉じない構成の場合、センサ素子と支持部材とで形成された空間に溜まりにくくなるが、それでも、前記影響は発生する可能性がある。また、前段処理回路605にトナー粒子が付着してしまい、回路動作に影響を及ぼす可能性もある。
【００５９】
本発明の上記各実施例を実施することにより、これら影響を低減若しくは防止することが可能となる。
【００６０】
図9は、上記実施例において、磁力で可動部材101を駆動させる場合の、トナー粒子の影響を示すものである。磁力線702は可動部材101に設置された磁石201から発せられるものである。トナー粒子701が磁性体の場合、この磁力にトナー粒子701が引き寄せられる。このとき、前述の実施例の様に、磁石201に直接トナー粒子701が到達し難くすることで、電位センサの検知性能の低下を防止することができる。この場合、付着力は、磁石201に近いほど強くなる。
【００６１】
可動部材101は振動する為、弱い力で引き寄せられるトナー701は振動で弾き飛ばすことができる。可動部材101の検知電極側に付着してしまうトナー粒子701もあるが、磁石201に直接付着するものではないので、振動により飛ばすことは可能である。一例として、可動部材101の大きさが1ｍｍ□、厚さが200μｍのものを、振動周波数20KHz程度で、振れ角3度で振動させた場合、検知電極側に付着した磁性体トナーはほぼ弾き飛ばされた。一方、磁石201に付着したトナーは弾き飛ばしてしまうことができず、駆動特性も低下してしまい（振れ角が減少し、共振周波数も変化）、センサ信号の大きさを低下させてしまった。本発明による上記各実施例により、こうした事態の発生を防止することができる。
【００６２】
図10は、本発明の電位センサ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、本発明の電位センサ901、信号処理装置902、高電圧発生器903、帯電器904、露光装置905、トナー供給系906、被転写物送りローラー908、ドラム（本明細書で被検知物と記載するものの一例）907を有し、被転写物909に画像を形成する。
【００６３】
動作は次の様に行われる。（1）帯電器904でドラム907を帯電する。（2）露光装置905で帯電部を露光し、潜像を得る。（3）トナー供給系906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909に転写する。（5）被転写物909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。この構成では、帯電器904、露光装置905、感光ドラム907などが画像形成手段を構成する。
【００６４】
この際、ドラム907の帯電状態を電位センサ901で測定し、その結果を信号処理装置902で処理して、必要に応じて高電圧発生器903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。これら一連の作業を行っていく中で、上記可動部材の駆動特性が変わったりすると、正確にドラム907の帯電状態を検知できない。本発明の電位センサを用いることで可動部材の駆動特性の変化を低減若しくは防止できるので、正確にドラム907の帯電状態を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の電位センサに係るセンサ素子の例を説明する構成図。
【図２】本発明の電位センサの内部構成の例を説明する図。
【図３】本発明の電位センサに係るセンサ素子の駆動機構の例を示す構成図。
【図４】電子写真用に用いられるトナー粒子の粒度分布の一例を示すグラフ。
【図５】トナー粒子が隙間に侵入しようとするところの例を示す図。
【図６】本発明の電位センサに係るセンサ素子の可動部材の動きの例を説明する図。
【図７−１】本発明の電位センサに係るセンサ素子の複数の実施例を示す構成図。
【図７−２】本発明の電位センサに係るセンサ素子の複数の実施例を示す構成図。
【図８】本発明の電位センサに係るセンサヘッドの実施例を示す構成図。
【図９】磁力で可動部材を駆動させる場合のトナー粒子の影響を説明する図。
【図１０】本発明の電位センサが組み込まれた画像形成装置の実施例を模式的に示す構成図。
【符号の説明】
【００６６】
101・・・可動部材
102、103・・・検知電極
104・・・支持部（梁）
105・・・固定部材
107、109、302・・・第1の隙間
108・・・第2の隙間
201・・・駆動機構（磁石）
202・・・駆動機構（コイル）
110・・・ねじれ軸
502、701・・・トナー粒子
601、907、1009・・・被検知物（ドラム）
602、1001・・・センサ素子
901、1007・・・電位センサ
1002・・・駆動機構（センサ素子駆動素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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