(57)【要約】【課題】測定精度を低下させることなく、測定所要時間を短縮できるようにする。【解決手段】測定対象と測定用電極との間の容量の変動に応じて変動する前記測定用電極の電位を検出する検出回路と、検出回路により検出された検出電位と基準電位との誤差を検出する誤差検出手段と、検出回路の電源電圧をフィードバック制御するための可変電源手段と、誤差検出手段により検出された誤差に応じて可変電源手段の出力電圧を制御する第１の制御手段とを用いて測定対象の表面電位を測定するに当たり、検出回路により検出された検出電位と可変電源手段の出力電圧に基づいて測定対象の電位を予測し、この予測された予測電位に応じて可変電源手段の出力電圧を制御することにより、第１の制御手段だけを用いた場合よりもフィードバック制御量を大きくする。【選択図】図１
2008145389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電位の測定対象に対向して設けられた測定用電極と、
前記測定対象と前記測定用電極との間の容量の変動に応じて変動する当該測定用電極の電位を検出する検出回路と、
前記検出回路により検出された検出電位と基準電位との誤差を検出する誤差検出手段と、
前記検出回路の電源電圧をフィードバック制御するための可変電源手段と、
前記誤差検出手段により検出された誤差に応じて前記可変電源手段の出力電圧を制御する第１の制御手段と、
前記検出回路により検出された検出電位と前記可変電源手段の出力電圧に基づいて測定対象の電位を予測する予測手段と、
前記予測手段により予測された予測電位に応じて前記可変電源手段の出力電圧を制御する第２の制御手段と、
を有することを特徴とする表面電位測定装置。
【請求項２】
タイミング信号生成手段を有し、前記予測手段は、測定開始後の１番目と２番目のタイミング信号に基づいて得られる前記検出電位と前記出力電圧に基づいて測定対象の電位を１回予測することを特徴とする請求項１に記載の表面電位測定装置。
【請求項３】
前記第１の制御手段は、測定開始後の１番目と２番目のタイミング信号、及び前記誤差検出手段にて検出された誤差が前記予測電位に対応する値になった後のタイミング信号に応じて、前記可変電源手段の出力電圧を制御することを特徴とする請求項２に記載の表面電位測定装置。
【請求項４】
タイミング信号生成手段を有し、前記予測手段は、最新の２つのタイミング信号に基づいて得られる前記検出電位と前記出力電圧に基づいて測定対象の電位を複数回予測することを特徴とする請求項１に記載の表面電位測定装置。
【請求項５】
前記第１の制御手段は、測定開始後の１番目と２番目のタイミング信号に応じて前記可変電源手段の出力電圧を制御することを特徴とする請求項４に記載の表面電位測定装置。
【請求項６】
前記検出電位は交流信号として検出され、前記誤差検出手段は、当該交流信号のピーク値と基準電位との誤差を検出することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の表面電位測定装置。
【請求項７】
前記検出電位は交流信号として検出され、前記誤差検出手段は、当該交流信号の実行値と基準電位との誤差を検出することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の表面電位測定装置。
【請求項８】
互いに対向して設けられてなる測定対象と測定用電極との間の容量の変動に応じて変動する当該測定用電極の電位を検出する検出回路と、
前記検出回路により検出された検出電位と基準電位との誤差を検出する誤差検出工程と、
前記検出回路の電源電圧をフィードバック制御するための可変電源工程と、
前記誤差検出工程により検出された誤差に応じて前記可変電源工程での出力電圧を制御する第１の制御工程と、
前記検出回路により検出された検出電位と前記可変電源工程の出力電圧に基づいて測定対象の電位を予測する予測工程と、
前記予測工程により予測された予測電位に応じて前記可変電源工程の出力電圧を制御する第２の制御工程と、
を有することを特徴とする表面電位測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体等の表面電位を測定する測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
感光体を用いた電子写真方式による画像形成装置では、使用環境に左右されることなく安定的に高画質を得るためには、感光体表面の帯電電位を常に目標電位に制御する必要がある。従来、感光体表面の帯電電位を目標電位に制御するために、感光体表面の電位を測定する表面電位測定装置が実現されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この種の表面電位測定装置では、一般に、測定用電極を内蔵した音叉型振動子を用いている。そして、測定時には、音叉型振動子を測定対象である感光体の近傍の所定の位置で振動させる。この際、音叉型振動子の振動により、測定対象と測定用電極との間の容量が変化し、その容量変化に応じた交流信号が測定用電極から得られる。
【０００４】
測定用電極から得られた交流信号は、所定の検出回路で検出・増幅される。そして、検出された交流信号は所定の基準電位でクランプされた後に直流化される。次に、直流化された交流信号は当該基準電位と比較される。そして、その差分値に応じて上記検出回路の電源電圧を変化させることにより、直流化された交流信号が基準電圧と等しくなるように、即ち、差分が０となる様にフィードバック制御が行われる。この方法は、所謂ゼロメソッドと呼ばれている。
【０００５】
図１０は、上記の動作を行う場合の表面電位測定装置の応答波形例を示している。図１０（ａ）は、測定対象の電位を示している。図１０（ｂ）は、測定対象と測定用電極の間の容量変化に伴って測定用電極から得られる交流信号を示している。なお、図１０（ｂ）の交流信号は、実際には、所定の周波数帯域のみを抽出した後に更に増幅したものである。図１０（ｃ）は、表面電位測定装置の測定結果を示している。なお、図１０（ｃ）の測定結果は、実際には、前述の検出回路の電源電圧を変化させための可変電源回路の出力値を示している。
【０００６】
すなわち、検出交流信号に応じて上記の可変電源回路の出力電圧を可変し、当該出力電圧が測定対象の電位に近付いていくことで、検出交流信号の信号量は減少していく。検出交流信号が「０」になった時点の可変電源回路の出力電圧が測定対象の電位となる。この場合、測定対象の電位を得るには、検出交流信号が「０」になるまで、すなわち応答時間が経過するまで待つ必要がある。
【特許文献１】特開２００４−６１２８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、画像形成装置では、画像形成プロセスの高速化が図られている。そのため、表面電位測定装置においても、画像形成プロセスの高速な動作に追随すべく、測定所要時間を短縮することが要望されている。
【０００８】
表面電位測定装置では、音叉型振動子の共振周期及び測定回路のゲインにより応答時間、すなわち測定所要時間が決定される。そこで、表面電位測定装置の測定所要時間を短縮するために、共振周期の短い音叉型振動子を用いることが考えられる。
【０００９】
しかし、この場合には、音叉型振動子の振動振幅を大きくすることが困難になり、測定精度が低下する。この問題に対処するため、測定回路のゲインを上げすぎると、動作が不安定になり、結局、測定精度が低下したままとなる。
【００１０】
本発明は、このような背景の下になされたもので、その目的は、測定精度を低下させることなく、測定所要時間を短縮できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る表面電位測定装置は、電位の測定対象に対向して設けられた測定用電極と、前記測定対象と前記測定用電極との間の容量の変動に応じて変動する当該測定用電極の電位を検出する検出回路と、前記検出回路により検出された検出電位と基準電位との誤差を検出する誤差検出手段と、前記検出回路の電源電圧をフィードバック制御するための可変電源手段と、前記誤差検出手段により検出された誤差に応じて前記可変電源手段の出力電圧を制御する第１の制御手段と、  前記検出回路により検出された検出電位と前記可変電源手段の出力電圧に基づいて測定対象の電位を予測する予測手段と、前記予測手段により予測された予測電位に応じて前記可変電源手段の出力電圧を制御する第２の制御手段と、を有している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、測定所要時間を短縮するために、予測電位に基づいてフィードバック制御量を大きくしており、回路ゲインの変更等は行っていない。従って、本発明によれば、測定精度を低下させることなく、測定所要時間を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１，第２の実施の形態に係る表面電位測定装置を適用した画像形成装置の概略構成を示す図である。この画像形成装置は、電子写真方式のカラー画像形成装置として構成されている。
【００１５】
図１において、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄは、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の各色の画像をそれぞれ担持するものである。これら感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄは、帯電器１００２ａ〜１００２ｄにより、その表面が帯電される。この帯電器１００２ａ〜１００２ｄに対する帯電用の高電圧は、帯電用高圧基板１００３ａ〜１００３ｄにより供給される。
【００１６】
帯電された感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄに対して、露光装置１００４ａ〜１００４ｄにより各色の画像を反映した画像光が露光されると、その感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面に静電潜像が形成される。この際、露光装置１００４ａ〜１００４ｄの露光動作は、露光装置駆動基板１００５ａ〜１００５ｄ上の駆動制御回路により制御される。
【００１７】
感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄ上に形成された静電潜像は、現像器１００６ａ〜１００６ｄにより、可視のトナー画像として現像される。この現像処理は、高圧基板１００７ａ〜１００７ｄによって現像器１００６ａ〜１００６ｄに高電圧を印加することにより行われる。
【００１８】
感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄ上のトナー画像は、一次転写装置１００８ａ〜１００８ｄにより、ベルト状の中間転写体１０１０に一次転写される。一次転写を行う際には、一次転写装置１００８ａ〜１００８ｄは、高電圧基板１００９ａ〜１００９ｄから供給される高電圧により帯電される。また、各色のトナー画像（単色画像）は、一次転写を行う過程で、中間転写体１０１０上で重ね合わされてフルカラー画像となる。さらに、一次転写を行う際には、中間転写体１０１０は、ＤＣコントローラ１０１６により、時計周り方向に回動される。
【００１９】
中間転写体１０１０に一次転写されたトナー画像は、中間転写体１０１０がさらに図の時計周り方向に回動していく過程で、ポスト帯電器１０１１によりその電荷が均一化される。そして、中間転写体１０１０上のトナー画像は、二次転写装置１０１２により、記録紙上に二次転写される。この二次転写処理は、二次転写用高圧基板１０１３により、二次転写装置１０１２に対して高電圧を印加することにより行われる。
【００２０】
記録紙上に二次転写されたトナー画像は、定着器１０１４により、記録紙に対して定着される。
【００２１】
この定着器１０１４は、加圧ローラと定着ローラを有しており、定着ローラはヒータを内蔵している。定着処理を行う際には、定着ローラ内のヒータは、ヒータ駆動基板１０１５上の駆動回路により温調される。
【００２２】
なお、ＤＣコントローラ１０１６は、中間転写体１０１０の回動動作の他、感光ドラム１００１ａ〜１００１の回動動作、現像装置１００６ａ〜１００６ｄのトナー撹拌動作等を制御している。
【００２３】
また、上記の一連の画像形成プロセスの制御は、メインコントローラ１０１７により行われる。
【００２４】
次に、図２を用いて画像形成プロセスをより詳細に説明する。図１では図示省略したが、図２に示したように、画像形成装置には、一次帯電グリッド１１０１ａ〜１１０１ｄ及び表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄが設けられている。なお、ａ〜ｄという添え字は、画像形成用のステーションがＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋの４色用に４ステーション存在する場合を考慮したものである。
【００２５】
一次帯電器１００２ａ〜１００２ｄと感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄとの間には、一次帯電器１００２ａ〜１００２ｄと平行に一次帯電グリッド１１０１ａ〜１１０１ｄが配設されている。この一次帯電グリッド１１０１ａ〜１１０１ｄは、所定の電圧に調整可能な電極である。この一次帯電グリッド１１０１ａ〜１１０１ｄの電圧制御により、一次帯電器１００２ａ〜１００２ｄから感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄに流れ込む電流量を調整して、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面の帯電量を制御することができる。
【００２６】
表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄは、露光装置１００４ａ〜１００４ｄと現像装置１００６ａ〜１００６ｄとの間に、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄと対向するように配設されている。この表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄは、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面の帯電電位を測定して一次帯電グリッド１００１ａ〜１００１ｄを調整することで、画像濃度や画質の安定化を図るものである。
【００２７】
感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面の帯電電位の測定・調整処理は、或る画像の画像形成プロセスと次の画像の画像形成プロセスとの間（すなわち、紙間）に行うことにより、画像形成プロセスの速度を低下させないようにするのが望ましい。
【００２８】
図３は、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの帯電特性を示した図である。図３の帯電特性は、画像品位を決定する要因である感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面電位と、現像装置１００４ａ〜１００４ｄに印加される現像バイアス電位との関係を示している。
【００２９】
図３において、横軸は、一次帯電グリッド１１０１ａ〜１１０１ｄに設定された電位（グリッド電位）Ｖｇを示し、縦軸は、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面電位（電位量）Ｖを示している。また、図３中の符号ＶＤは、暗部電位、すなわち、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面の帯電後の非露光時の電位を示している。また、符号ＶＬは、明部電位、すなわち最大に露光した場合の感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面電位を示している。また、符号Ｖｄｃは、現像バイアス電位を示している。
【００３０】
図３に示したように、明部電位ＶＬは、暗部電位ＶＤの増大に従って上昇する傾向を有している。現像バイアス電位Ｖｄｃは、画像形成しない部分の地かぶり量の許容値で決定される。この地かぶりは、現像装置１００６ａ〜１００６ｄ中に例外的に存在する帯電量の異なるトナー（例えば、例外的に帯電量が高いトナー）が、明部電位ＶＤに対して現像するのに十分な電位をもってしまうことで発生する。従って、現像バイアス電位Ｖｄｃは、例外的なトナーによる地かぶりが発生しないように、暗部電位ＶＤに対して、例外的なトナーをやや引き付けるレベルに設定される。また、例外的なトナーを引き付けないための現像バイアス電位Ｖｄｃと暗部電位ＶＤの差の電位をかぶり取り電位Ｖｂａｃｋと称する。このかぶり取り電位Ｖｂａｃｋは、通常１００〜２００Ｖ程度に設定される。
【００３１】
以上のようにして決定された現像バイアス電位Ｖｄｃと明部電位ＶＬとの間のコントラスト電位Ｖｃｏｎｔによって、明暗の階調（コントラスト）表現が行われることになる。画像階調を保つために、紙間において暗部電位ＶＤ及び明部電位ＶＬの値を表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄにより測定する。表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄの応答時間の必要条件は、画像形成プロセスの速度、紙間距離により導き出すことができる。なお、紙間距離とは、先行する記録紙の後端と後続する記録紙の先端との距離に相当する。すなわち、画像形成プロセスの速度をｖＰＳ、紙間距離をＬｂｌａｎｋとすると、紙間距離Ｌｂｌａｎｋに相当する距離を感光ドラムが回転するのに要する時間に相当する紙間時間ｔｂｌａｎｋは概略として、
【００３２】
【数１】
2008145389.tif 000003
と表すことができる。
【００３３】
例えば、画像形成プロセスの速度５００［ｍｍ／ｓ］、紙間距離２５［ｍｍ］とすれば、紙間時間は５０［ｍｓ］である。従って、表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄは、この紙間時間５０［ｍｓ］以内で応答せねばならない。つまり、表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄの応答時間、すなわち測定所要時間は、最低でも５０［ｍｓ］以下でなくてはならない。
【００３４】
この場合、最大露光時の明部電位ＶＬは、理論的には紙の後端が通過した直後に変更を開始することができるので、紙間時間５０［ｍｓ］以内の応答という条件を満たす。しかし、非露光時の暗部電位ＶＤは、紙の後端部の余白部分が通過した後に、露光時の電位から非露光時の暗部電位ＶＤに戻るまで多少の応答時間を要する。この応答時間は７．５［ｍｓ］であるものとする。この場合、紙の両端を考慮すると、表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄの応答時間としては、３５［ｍｓ］以内にする必要がある。なお、上記の応答時間は、測定電位が完全に安定するまでの所要時間を指し、半導体などの応答時間のように出力の１０％−９０％で規定した時間を指すものではない。
【００３５】
［第１の実施の形態］
図４は、第１の実施の形態に係る表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄの概略構成を示すブロック図である。なお、第２の実施の形態に係る表面電位測定装置の構成も図４と同様である。この表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄは、上記の測定所要時間を満足するように構成されている。
【００３６】
図４において、駆動部１０１は、駆動側の圧電素子１０２ａに駆動信号を印加することにより、音叉型振動子１０３を振動させる。そして、駆動部１０１は、検出側の圧電素子１０２ｂからの検出信号、すなわち音叉型振動子１０３の振動状況に応じて駆動側の圧電素子１０２ａに印加する駆動周波数を制御することにより、音叉型振動子１０３をその共振周波数で振動させる。
【００３７】
タイミング回路１０４は、駆動部１０１における駆動信号の所定のタイミングでタイミング信号を生成している。タイミング回路１０４は、生成したタイミング信号を後述のクランプ回路１１２、ピーク検出部１１１、演算部１１４に供給する。
【００３８】
音叉型振動子１０３が振動すると、測定対象１０５と測定用電極１０６の間を音叉型振動子１０３が遮る位置や量が変化する。その結果、測定対象１０５と測定用電極１０６の間の容量に変化が生じ、すなわち電位差が生じ、測定対象１０５と測定用電極１０６の間の電位差に応じた交流信号が測定用電極１０６から得られる。また、音叉型振動子１０３の振動状況は検出側の圧電素子１０２ｂにより検出される。なお、ここでは、測定対象１０５は、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面の帯電電位である。
【００３９】
測定用電極１０６から得られた交流信号は、検出回路１０７より検出されて電圧増幅された後に、バンドパスフィルタ１０９に出力される。このバンドパスフィルタ１０９は、上記の交流信号の中から所定の周波数成分を抽出することにより、ノイズ成分を除去する。ノイズ除去がなされた交流信号は、増幅回路１１０により増幅されてクランプ回路１１２とピーク検出部１１１に供給される。
【００４０】
クランプ回路１１２には、上記の交流信号の他に、タイミング回路１０４からのタイミング信号、基準電位生成部１１３からの基準電位が供給される。そこで、クランプ回路１１２は、当該交流信号を当該タイミング信号に基いて当該基準電位にクランプする。また、ピーク検出部１１１は、ノイズ除去がなされた交流信号のピーク値をタイミング信号に基づいて検出し、そのピーク値を演算部１１４に供給する。
【００４１】
図５は、駆動信号、タイミング信号、増幅回路１１０の出力信号、基準電位、クランプ回路１１２の出力の関係を示している。
【００４２】
図５（ａ）は、圧電素子１０２ａに供給する駆動信号を示している。図５（ｂ１）は、測定用電極１０６の電位よりも測定対象１０５の電位の方が高い場合の増幅回路１１０の出力信号を示している。図５（ｂ２）は、測定用電極１０６の電位よりも測定対象１０５の電位の方が低い場合の増幅回路１１０の出力信号を示している。図５（ａ），（ｂ１），（ｂ２）に示したように、増幅回路１１０の出力信号のピークタイミングは、駆動信号の立ち上がり、立ち下がりと同期している。
【００４３】
図５（ｃ）は、タイミング回路１０４からクランプ回路１１２に供給されるタイミング信号を示している。このタイミング信号は、駆動信号の立ち下がりと同期した信号となっている。図５（ｄ）は、基準電位生成部１１３からクランプ回路１１２に供給される基準電位を示している。図５（ｅ１）は、測定用電極１０６の電位よりも測定対象１０５の電位の方が高い場合のクランプ回路１１２の出力信号を示している。図５（ｄ）は、基準電位生成部１１３からクランプ回路１１２に供給される基準電位を示している。図５（ｅ２）は、測定用電極１０６の電位よりも測定対象１０５の電位の方が低い場合のクランプ回路１１２の出力信号を示している。図５（ｄ），（ｅ１），（ｅ２）に示したように、クランプ回路１１２の出力信号は、タイミング信号に同期して基準電位にクランプされている。
【００４４】
積分回路１１５は、クランプ回路１１２の出力信号を積分することにより、上記のノイズ除去に係る交流信号を可及的に直流化している。この積分回路１１５の出力値は、測定用電極１０６の電位よりも測定対象１０５電位の方が高い場合は、基準電位よりも大きくなる。この場合、積分回路１１５の出力値は、測定用電極１０６と測定対象１０５の電位差が大きければ大きいほど大きくなる。また、積分回路１１５の出力値は、測定用電極１０６の電位よりも測定対象１０５の電位の方が低い場合は、基準電位よりも小さくなる。この場合、積分回路１１５の出力値は、測定用電極１０６と測定対象１０５の電位差が大きければ大きいほど小さくなる。換言すれば、積分回路１１５の出力値と基準電位との差分が「０」になった場合に、測定用電極１０６の電位が測定対象１０５の電位を示すこととなる。
【００４５】
誤差増幅回路１１６は、積分回路１１５の出力値と基準電位との差分信号を出力する。誤差増幅回路１１６の出力信号は、積分回路１１５の出力値が基準電位よりも大きい場合に上昇する。一方、積分回路１１５の出力値が基準電位よりも小さい場合は、誤差増幅回路１１６の出力信号は下降する。
【００４６】
可変電源回路１１７は、誤差増幅回路１１６の出力値に対応したローレベルの電源電圧（ＶFL）を検出回路１０７に出力する。そして、積分回路１１５の出力値が常に基準電位と等しくなるように即ち、測定対象１０５と測定用電極１０６の間の電位差が０になるようなフィードバック制御が行われる。このフィードバック制御により、検出回路１０７の検出抵抗ＲＳに流れる電流が「０」となり、この状態では可変電源回路１１７の出力値が測定対象１０５の電圧を示すこととなる。なお、可変電源回路１１７の出力値は、分圧回路１１８により所定の分圧比で分圧されて出力される。すなわち、分圧回路１１８は、測定対象の電位の分圧比に相当する電位を出力する。この分圧は、ＡＤＣ等を介してデジタルで取り込めるようにするために行われる。
【００４７】
演算部１１４は、上記のタイミング信号に応じて、ピーク検出部１１１で検出された交流信号のピーク値と可変電源回路１１７の出力電圧値を分圧回路１１８で分圧した値を、それぞれ２度取り込む。次に、演算部１１４は、それら取り込んだ値に基づいて測定対象１０５の電位を予測する。そして、演算部１１４は、可変電源回路１１７の出力電圧が予測した電位になるように、割り込み制御により可変電源回路１１７を制御する。この割り込み制御は、可変電源回路１１７の出力電圧値が予測電位となった時点で解除される。厳密には、誤差増幅回路１１６の出力が予測電位に対応する値になった時点で割り込み制御が解除される。
【００４８】
すなわち、可変電源回路１１７によるフィードバック制御には、誤差増幅回路１１６の出力に基づく通常制御と、演算部１１４にて演算された予測電位に基づく割込み制御が存在する。そして、測定開始後に２パルス分のタイミング信号が出力されるまでの間は、通常のフィードバック制御が行われる。この２パルス分のタイミング信号が出力された後は、測定対象１０５の電位を演算により予測し、その予測電位に基づくフィードバック制御が割込みにより行われる。この予測電位に基づくフィードバック制御では、通常のフィードバック制御に比べてフィードバック制御量が大きくなり、積分回路１１５の出力が基準電位に近付いてく速度が速くなる。
【００４９】
そして、予測電位に基づくフィードバック制御により可変電源回路１１７の出力電圧が予測電位に達した後に、通常のフィードバック制御に戻る。この通常のフィードバック制御により、積分回路１１５の出力は、更に基準電位に近付いてく。そして、積分回路１１５の出力と基準電位との差分が「０」になった時点では、測定用電極１０６の電位と測定対象１０５の電位とが等しくなり、その結果、検出抵抗ＲＳに流れる電流が「０」となる。この状態では、可変電源回路１１７の出力値が測定対象１０５の電圧を示すこととなる。
【００５０】
次に、表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄの動作の流れを、図６に基づいて説明する。
【００５１】
なお、図６は回路の動作に係る流れを示したものであるため、図６の各ステップは、厳密な時系列に沿ったものではない（後述の図８も同様）。
【００５２】
表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄは、メインコントローラ１０１７（図１参照）から測定開始信号を受け取ると、駆動部１０１による駆動制御により音叉型駆動子１０３を振動させる（ステップＳ６０１）。タイミング回路１０４は、駆動部１０１による駆動制御に応じて、タイミング信号を生成し、クランプ回路１１２、ピーク検出部１１１、演算部１１４に供給する（ステップＳ６０２）。
【００５３】
また、音叉型駆動子１０３の振動により測定対象１０５と測定用電極１０６の間の容量が変化し、その容量変化に応じた交流信号が測定用電極１０６から出力される。なお、ここでは、測定対象１０５は、図２に示したように、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面電位である。測定用電極１０６から出力された交流信号は、検出回路１０７により検出される（ステップＳ６０３）。この検出された交流信号は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１０９によりノイズ成分が除去され、さらに増幅回路１１０により増幅される。ピーク検出部１１１は、増幅回路１１０にて増幅された交流信号のピーク値（Ｖｐｐｘ）を検出する。演算部１１４は、そのピーク値（Ｖｐｐｘ：ｘ＝１，２）を測定対象１０５電位の予測演算に備えて、当該演算部１１４に内蔵されたメモリ（図示省略）に格納する（ステップＳ６０４）。この場合、演算部１１４は、測定開始から最初の２つのタイミング信号に基づいて得られたピーク値（Ｖｐｐ１，Ｖｐｐ２）だけを格納する。
【００５４】
また、前述のように、増幅回路１１０にて増幅された交流信号は、クランプ回路１１２、積分回路１１５を介して誤差増幅回路１１６に出力される。そして、誤差増幅回路１１６は、入力された交流信号と基準電位との誤差に応じた値を可変電源回路１１７に出力する。可変電源回路１１７は、誤差増幅回路１１６からの値に応じた電圧を出力する。この可変電源回路１１７の出力電圧は、分圧回路１１８により分圧されて、測定対象１０５の現時点での検出電位に対応する電位（Ｖｏｘ）として出力される（ステップＳ６０５）。この際、演算部１１４は、測定対象１０５電位の予測演算に備えて、その分圧値（Ｖｏｘ：ｘ＝１，２）を当該演算部１１４に内蔵されたメモリ（図示省略）に格納する（ステップＳ６０６）。この場合、演算部１１４は、測定開始から最初の２つのタイミング信号に基づいて得られた分圧値（Ｖｏ１，Ｖｏ２）だけを格納する。
【００５５】
クランプ回路１１２によりクランプされ、さらに積分回路１１５により積分された交流信号は、誤差増幅回路１１６により、基準電位と比較される（ステップＳ６０７）。この比較の結果、交流信号と基準電位の誤差が「０」でない場合は（ステップＳ６０８）、メインコントローラ１０１７は、タイミング信号の出力回数、すなわち測定対象１０５の電位の検出回数が２回目であるか否かを判別する（ステップＳ６０９）。その結果、２回目ではなく１回目又は３回目以上であれば、メインコントローラ１０１７は、通常通り、誤差増幅回路１１６の出力に基づいて可変電源回路１１７の出力電圧を変化させる。
【００５６】
一方、測定対象１０５の電位の検出回数が２回目であれば、メインコントローラ１０１７は、演算部１１４により、メモリに格納した４つの値を用いて測定対象１０５の電位を予測させる（ステップＳ６１１）。そして、メインコントローラ１０１７は、割り込み制御により、可変電源回路１１７の出力電圧が演算部１１４にて予測された電位となるように制御する（ステップＳ６１０）。
【００５７】
交流信号と基準電位の誤差が「０」である場合は（ステップＳ６０８）、メインコントローラ１０１７は、その時点での可変電源回路１１７の出力電圧（厳密には、分圧回路１１８の出力電圧）を測定結果として出力し（ステップＳ６１２）、測定を終了する。
【００５８】
図７は、上記の測定動作における応答波形例を示している。図７（ａ）は、測定対象１０５、すなわち感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面の帯電電位を示している。図７（ｂ）は、測定開始指令信号を示している。この図では測定開始指令信号は、正論理に係るものであり、Ｈｉｇｈレベルが指令有りの状態となっているが、負論理による測定開始指令信号を用いても良い。図７（ｃ）は、測定対象１０５と測定電極１０６の間の容量変化により検出抵抗Ｒｓに流れる交流電流を増幅回路１１０で増幅した検出交流信号を示している。図７（ｄ）は、表面電位測定装置にて測定した測定開始から２回分のタイミングパルスが出力され感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面電位、すなわち、可変電源回路１１７の出力電圧を示している。
【００５９】
図７（ｃ）に示したように、測定開始から最初の２つの検出交流信号のピーク値（Ｖｐｐ１、Ｖｐｐ２）が得られるまでの間は、通常の誤差増幅回路１１６の出力に基づくフィードバック制御が行われる。換言すれば、１回目と２回目のフィードバック制御では、通常通りに誤差増幅回路１１６の出力に基づいて可変電源回路１１７の出力電圧を変化させる。従って、この期間の応答時間は、従来と同様である。
【００６０】
そして、上記の最初の２つの検出交流信号のピーク値に基づいて、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面電位が予測される。そして、３回目以降のフィードバック制御は、この予測電位に基づいて行われる。この場合、予測電位は、後述するように、誤差増幅回路１１６の出力値よりも小さくなる。従って、予測電位に基づく３回目以降のフィードバック制御では、可変電源回路１１７の出力電圧の変化の度合（フィードバック制御量）が大きくなるので、測定結果が測定対象の実際の電位に急速に近付き、通常のフィードバック制御よりも応答時間が短縮される（図７（ｄ）参照）。
【００６１】
なお、前述のように、誤差増幅回路１１６の出力値が予測電位に対応する値になった時点で、通常のフィードバック制御に切替えられる。
【００６２】
次に、予測電位の計算方法を説明する。検出回路１０７からの検出交流信号は、測定用電極１０６と測定対象１０５の距離及び音叉型振動子１０３の劣化や環境変化等によりその振幅が経時変化する。従って、この検出交流信号の振幅を変数αとする。また、検出回路１０７からの検出交流信号を増幅回路１１０で増幅した出力をＶｐｐとし、現在の分圧回路１１８の出力をＶＯ、分圧比をβとする。また、測定対象１０５の電位をＶｘとする。この場合、次の関係式が成り立つ。
【００６３】
【数２】
2008145389.tif 000004
また、検出交流信号の増幅後の１番目と２番目のピーク値をそれぞれＶＰＰ１及びＶＰＰ２とし、その時点での可変電源の出力値をそれぞれＶＯ１及びＶＯ２とする。この場合、ＶＰＰ１及びＶＰＰ２は、上記の数式２より、
【００６４】
【数３】
2008145389.tif 000005
となる。ここで、分圧回路１１８の分圧比βは、既知の値であり、定数として扱うことができる。また、検出交流信号の振幅αは、次式で計算することができる。
【００６５】
【数４】
2008145389.tif 000006
測定対象１０５の電位Ｖｘは、数式４で計算した検出交流信号の振幅αを用いて、
【００６６】
【数５】
2008145389.tif 000007
と予測することができる。
【００６７】
演算部１１４は、このような演算により測定対象１０５の電位を予測する。そして、演算部１１４は、メインコントローラ１０１７の制御の下に、割り込み制御で可変電源回路１１７の出力電圧を予測電位ＶＸ点まで持っていく。これにより、通常のフィードバック制御の場合よりもフィードバック制御量が大きくなり、表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄの応答速度が速くなる。
【００６８】
また、この割り込みによるフィードバック制御の後に通常のフィードバック制御に戻すことで、十分な測定精度を確保することもできる。
【００６９】
例えば、音叉型振動子１０３の周波数を５００Ｈｚとし、可変電源回路１１７の応答速度が４ｍｓであるものとする。この場合、表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄの応答速度は、（５００Ｈｚの２周期分：タイミング信号の２パルス分）＋（４ｍｓ）＋（５００Ｈｚの約１周期分：フィードバック制御後の装置動作の安定所要時間）で、約１０ｍｓになる。これに対し、従来の応答速度は、数１０ｍｓ〜１００ｍｓ程度である。従って、可変電源回路１１７の応答速度にもよるが、本実施の形態では、従来よりも測定所要時間を短縮することができることは間違いが無い。
【００７０】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、測定対象１０５の電位の予測を１回だけ行っていた。これに対し、第２の実施の形態では、電位の予測を複数回行っている。すなわち、第２の実施の形態は、予測電位に基づく検出回路１０７の電源電圧のフィードバック制御を、複数回行っている点で、第１の実施の形態と相違する。
【００７１】
この第２の実施の形態では、演算部１１４は、増幅回路１１０の出力のピーク値と可変電源回路１１７の出力電圧値を分圧回路１１８で分圧した値について、それぞれ最新の２回分の値を、順次、メモリに更新記録していく。ここで、最新の２回分の値とは、最新の２回のタイミング信号に基づいて得られる値をいう。
【００７２】
そして、演算部１１４は、最新の２回分のピーク値と分圧値に基づいて、測定対象１０５の電位を予測する。さらに、演算部１１４は、可変電源回路１１７の出力電圧が予測電位になるように、割り込み制御により可変電源回路１１７を制御する。
【００７３】
演算部１１４は、このような予測電位に基づく可変電源回路１１７の出力制御を、メインコントローラ１０１７の制御の下に繰り返す。そして、メインコントローラ１０１７は、ピーク値が所定値以下になった際の可変電源回路１１７の出力電圧を、測定対象１０５の電位として確定する。
【００７４】
次に、第２の実施の形態における表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄの動作の流れを、図８に基づいて説明する。なお、図８では、図６と同様の処理については、同一のステップ番号を付している。
【００７５】
表面電位測定装置１１０２ａ〜１１０２ｄは、メインコントローラ１０１７（図１参照）から測定開始信号を受け取ると、駆動部１０１による駆動制御により音叉型駆動子１０３を振動させる（ステップＳ６０１）。タイミング回路１０４は、駆動部１０１による駆動制御に応じて、タイミング信号を生成し、クランプ回路１１２、ピーク検出部１１１、演算部１１４に供給する（ステップＳ６０２）。
【００７６】
また、音叉型駆動子１０３の振動により測定対象１０５と測定用電極１０６の間の容量が変化し、その容量変化に応じた交流信号が測定用電極１０６から出力される。なお、ここでは、測定対象１０５は、図２に示したように、感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面電位である。測定用電極１０６から出力された交流信号は、検出回路１０７により検出される（ステップＳ６０３）。この検出された交流信号は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１０９によりノイズ成分が除去され、さらに増幅回路１１０により増幅される。ピーク検出部１１１は、増幅回路１１０にて増幅された交流信号のピーク値（Ｖｐｐｘ）を検出する。演算部１１４は、測定対象１０５の電位の予測演算に備えて、そのピーク値（Ｖｐｐｘ：ｘ＝１，２，３、…）を当該演算部１１４に内蔵されたメモリ（図示省略）に格納する（ステップＳ６０４）。この場合、演算部１１４は、最新の２つのタイミング信号に基づいて得られた２つのピーク値だけを順次保存していき、他のピーク値は消去する。
【００７７】
また、前述のように、増幅回路１１０にて増幅された交流信号は、クランプ回路１１２、積分回路１１５を介して誤差増幅回路１１６に出力される。そして、誤差増幅回路１１６は、入力された交流信号と基準電位との誤差に応じた値を可変電源回路１１７に出力する。可変電源回路１１７は、誤差増幅回路１１６からの値に応じた電圧を出力する。この可変電源回路１１７の出力電圧は、分圧回路１１８により分圧されて、測定対象１０５の現時点での検出電位に対応する電位（Ｖｏｘ）として出力される（ステップＳ６０５）。この際、演算部１１４は、測定対象１０５の電位の予測演算に備えて、その分圧値（Ｖｏｘ：ｘ＝１，２，３，…）を当該演算部１１４に内蔵されたメモリ（図示省略）に格納する（ステップＳ６０６）。この場合、演算部１１４は、最新の２つのタイミング信号に基づいて得られた２つの分圧値だけを順次保存していき、他の分圧値は消去する。
【００７８】
クランプ回路１１２によりクランプされ、さらに積分回路１１５により積分された交流信号は、誤差増幅回路１１６により、基準電位と比較される（ステップＳ６０７）。そして、メインコントローラ１０１７は、測定対象１０５の電位の検出回数、すなわちフィードバック制御回数が測定開始から２回目以上であるか否かを判別する（ステップＳ８０１）。その結果、フィードバック制御回数が２回未満であれば、メインコントローラ１０１７は、ステップＳ６０７での比較の結果、交流信号と基準電位との差が「０」であるか否かを判別する（ステップＳ６０８）。
【００７９】
その結果、交流信号と基準電位との差が「０」でなければ、メインコントローラ１０１７は、その差に応じた誤差増幅回路１１６の出力に基づいて可変電源回路１１７の出力を可変するように制御する（ステップＳ６１０）。一方、交流信号と基準電位との差が「０」であれば、メインコントローラ１０１７は、その時点での可変電源回路１１７の出力電圧（厳密には、分圧回路１１８の出力電圧）を測定結果として出力し（ステップＳ６１２）、測定を終了する。
【００８０】
ステップＳ８０１にて、フィードバック制御回数が２回以上であると判別された場合は、メインコントローラ１０１７は、最新のピーク値が所定値以下になったか否かを判別する（ステップＳ８０２）。その結果、最新のピーク値が所定値以下になっていなければ、メインコントローラ１０１７は、演算部１１４により、メモリに格納した４つの値を用いて測定対象１０５の電位を予測させる（ステップＳ６１１）。そして、メインコントローラ１０１７は、可変電源回路１１７の出力電圧が演算部１１４にて予測された電位となるように制御する（ステップＳ６１０）。
【００８１】
一方、最新のピーク値が所定値以下になった場合は、メインコントローラ１０１７は、ステップＳ６１２に進み、その時点での可変電源回路１１７の出力電圧（厳密には、分圧回路１１８の出力電圧）を測定結果として出力し、測定を終了する。
【００８２】
図９は、上記の第２の実施の形態での測定動作における応答波形例を示している。図９（ａ）は、測定対象１０５、すなわち感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面の帯電電位を示している。図９（ｂ）は、測定開始指定信号を示している。この図では測定開始指令信号は、正論理に係るものであり、Ｈｉｇｈレベルが指令有りの状態となっているが、負論理による測定開始指令信号を用いても良い。図９（ｃ）は、測定対象１０５と測定電極１０６の間の容量変化により検出抵抗Ｒｓに流れる交流電流を増幅回路１１０で増幅した検出交流信号を示している。なお、図９（ｃ）の示したＶＰＰ１，ＶＰＰ２，・・・ＶＰＰｎは、ピーク値である。
【００８３】
図９（ｄ）は、表面電位測定装置にて測定した測定開始から２回分のタイミングパルスが出力され感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面電位、すなわち、可変電源回路１１７の出力電圧を示している。
【００８４】
演算部１１４は、測定開始から最新の２つのピーク値と最新の２つの分圧値を保持し、次のピーク値が得られるまでに、その最新の２つのピーク値と最新の２つの分圧値に基づいて感光ドラム１００１ａ〜１００１ｄの表面の帯電電位を予測する。すなわち、演算部１１４は、最初はＶＰＰ１とＶＰＰ２を用いて電位予測を行い、次にＶＰＰ２とＶＰＰ３を用いて電位予測を行い、ｎ回目ではＶＰＰｎとＶＰＰｎ＋１を用いて電位予測を行う。そして、メインコントローラ１０１７は、可変電源回路１１７の出力電圧が演算部１１４にて予測された電位となるように制御する。
【００８５】
このような制御を繰り返すと、測定用電極１０６の電位が測定対象１０５の電位へ近付いていき、検出交流信号のピーク値が下がっていく。そこで、メインコントローラ１０１７は、このピーク値が所定値以下になった際の可変電源回路１１７の出力電圧を、最終的な測定結果として確定する。  
【００８６】
この制御によれば、音叉型振動子１０３の周波数をｆＣとすると、測定応答時間ｔＲは次の式で表される。
【００８７】
【数６】
2008145389.tif 000008
予測電位の算出方法は、第１の実施の形態と同様である。
【００８８】
このような第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、測定所要時間を従来よりも大幅に短縮することができる。
【００８９】
なお、本発明は、上記の第１，第２の実施の形態に限定されることなく、例えば、検出交流信号のピーク値の代わりに、検出交流信号の実効値、すなわち増幅回路１１０、誤差増幅回路１１６の出力信号等の実効値を用いて予測電位を算出することも可能である。
【００９０】
また、本発明は、第２の実施の形態のように、複数回の予測電位に基づくフィードバック制御により検出交流信号のピーク値が所定値以下になった時点で測定結果を確定するという形態に限定されることはない。すなわち、複数回の予測電位に基づくフィードバック制御を行った後に、誤差増幅回路の出力に基づく通常のフィードバック制御に戻り、誤差が「０」になった時点で測定結果を確定させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１，第２の実施の形態に係る表面電位測定装置を適用した画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】前記画像形成装置での前記表面電位測定装置の配備位置を示す図である。
【図３】前記画像形成装置の一次帯電器のグリッド電位と感光ドラムの表面電位との関係を示す図である。
【図４】第１，第２の実施の形態に係る表面電位測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４の表面電位測定装置の各部の出力信号等を示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係る表面電位測定装置の測定動作を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施の形態に係る表面電位測定装置の測定時の応答を示す図である。
【図８】第２の実施の形態に係る表面電位測定装置の測定動作を示すフローチャートである。
【図９】第２の実施の形態に係る表面電位測定装置の測定時の応答を示す図である。
【図１０】従来の表面電位測定装置の測定時の応答を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０１…音叉型振動子の駆動部
１０３…音叉型振動子
１０４…タイミング回路
１０５…測定対象
１０６…測定用電極
１０７…検出回路
１１１…ピーク検出部
１１３…基準電位生成回路
１１４…演算部
１１６…誤差増幅回路
１１７…可変電源回路
１００１ａ〜１００１ｄ…感光ドラム
１１０２ａ〜１１０２ｄ…表面電位測定装置
【図１】
2008145389.tif 000009
【図２】
2008145389.tif 000010
【図３】
2008145389.tif 000011
【図４】
2008145389.tif 000012
【図５】
2008145389.tif 000013
【図６】
2008145389.tif 000014
【図７】
2008145389.tif 000015
【図８】
2008145389.tif 000016
【図９】
2008145389.tif 000017
【図１０】
2008145389.tif 000018