(57)【要約】    【課題】小型化、薄型化、又は、軽量化を図り得るチョッパ装置を提供する。    【解決手段】圧電体２０と、振動板３０と、振動片４０とを含む。圧電体２０は、両面に電極２２，２３が形成されている。振動板３０は、金属薄体でなり、一面側３１に、圧電体２０の一面側の電極２２が接合されている。振動片４０は、長手方向の一端側が、振動板の他面側３２であって振幅が最大となる位置３５に接続され、長手方向の他端側が自由振動端となっている。【選択図】      図１
2005055403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、振動板と、振動片とを含むチョッパー装置であって、
前記圧電体は、両面に電極が形成され、
前記振動板は、金属薄体でなり、一面側に、前記圧電体の一面側の電極が接合され、
前記振動片は、長手方向の一端側が、前記振動板の他面側であって振幅が最大となる位置に接続され、長手方向の他端側が自由振動端となっている
チョッパー装置。
【請求項２】
チョッパー装置と、ケースと、電位検知電極とを含む表面電位センサであって、
前記チョッパー装置は、請求項１に記載されたものでなり、
前記ケースは、検知窓を有し、前記チョッパー装置及び電位検知電極を覆っており、
前記電位検知電極は、前記検知窓に対向して配置され、
前記振動片は、前記電位検知電極と前記検知窓とので間を振動する
表面電位センサ。
【請求項３】
請求項２に記載された表面電位センサであって、
前記振動片は、前記ケースと同電位である
表面電位センサ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載された表面電位センサであって、
前記圧電体は、前記ケースと前記振動板との間に囲まれ、電磁的にシールドされている
表面電位センサ。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れかに記載された表面電位センサであって、
更に、電位検出回路を含み、
前記電位検出回路は、前記電位検知電極から検出信号が供給され、前記検出信号から前記被測定体の電位に対応する電位信号を生成する
表面電位センサ。
【請求項６】
請求項５に記載された表面電位センサであって、
前記電位検出回路は、前記ケースの内部に備えられている
表面電位センサ。
【請求項７】
ドラム本体と、表面電位センサとを含む画像形成装置用感光体ドラムであって、
前記表面電位センサは、請求項２乃至６の何れかに記載されたものでなり、前記ドラム本体の内部に備えられている
感光体ドラム。
【請求項８】
感光体ドラムを含む画像形成装置であって、前記感光体ドラムは、請求項７に記載されたものでなる画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョッパ装置、表面電位センサ、感光体ドラム、及び、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面電位センサは、例えば、複写機、レーザビームプリンタ等の感光体ドラムの表面電位を非接触で測定するために用いられる。例えば、特許文献１は、３種類の表面電位センサを開示している。
【０００３】
３種類の表面電位センサのうち、第１のタイプの表面電位センサは、モータ型のチョッパ装置を用いたものである。モータ型のチョッパ装置は、孔が開いた円板をモータにより回転させることにより、電界をチョッピングする。
【０００４】
第２のタイプの表面電位センサは、振り子型のチョッパ装置を用いたものである。振り子型のチョッパ装置は、振り子の原理で振動版を左右に振らせて、電界をチョッピングする。
【０００５】
第３のタイプの表面電位センサは、音叉型のチョッパ装置を用いたものである。音叉型のチョッパ装置は、圧電素子を両側に貼った音叉を振動させることにより、電界をチョッピングする。
【０００６】
上述した３種類の表面電位センサのうち、第１のタイプの表面電位センサは、モータの分だけ大型化、重量の増大及びコスト高を招き、第２のタイプの表面電位センサは、振り子を振らせるメカニズムが複雑で、コスト高を招く。このため、第１、第２のタイプの表面電位センサは、ほとんど実用化されていない。
【０００７】
これに対して、第３のタイプの表面電位センサは、第１、第２のタイプの表面電位センサに比べて、小型化、軽量化、低コスト化を実現できるので、現在、一般的に生産されている。
【０００８】
ところが、第３のタイプの表面電位センサが用いている圧電音叉は、複雑な形状を有しているので、圧電音叉を製造する際には、高価な金型や、１枚の金属平板をプレス加工等により精密に折り曲げる工程等が必要となる。このため、金型のコストや、プレス加工の費用がかかり、十分な低コスト化を図ることができなかった。
【０００９】
また、第３のタイプの表面電位センサにおいては、圧電音叉の保持が十分でない場合、音叉が斜めにずれて、基本共振点より高周波の２次、３次共振点による異常な高調波発振を起こす。このため、異常発振を防ぐべく、圧電音叉に音叉ホールド部を設け、音叉ホールド部を質量の大きい台座に、ねじ止めや、カシメにより、２箇所程度固定し、音叉が斜めにずれないようにする必要があり、音叉取付けのホールド工程に手間がかかるという問題や、コスト高を招くという問題があった。
【００１０】
また、第３のタイプの表面電位センサは、第１、第２のタイプの表面電位センサに比べて、小型になるが、複雑な形状及び構造の音叉を用いているので、その小型化には限界があった。例えば、圧電音叉の周波数＝７００Ｈｚ、圧電音叉の最大振幅＝２００μｍを得るためには、音叉の幅が３ｍｍ、長さが３０ｍｍ程度となる。
【００１１】
更に、第３のタイプの表面電位センサは、音叉の薄型化を図るべく、音叉の幅を３ｍｍ以下にした場合、音叉の機械的共振のＱが低下し、振幅が極端に低下し、音叉の自励振が困難になるという問題が生じる。また、音叉の特性向上を図るべく、エリンバ等の高価な材料を用いた場合には、コストが更に増大するという問題が生じる。
【特許文献１】実開昭５６−１３８３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、小型化、薄型化、又は、軽量化を図り得るチョッパ装置、及び、これを用いた表面電位センサ、感光体ドラム、及び、画像形成装置を提供することである。
【００１３】
本発明のもう１つの課題は、組立て工程を単純化し得るチョッパ装置、及び、これを用いた表面電位センサ、感光体ドラム、及び、画像形成装置を提供することである。
【００１４】
本発明の更にもう１つの課題は、コストの安価なチョッパ装置、及び、これを用いた表面電位センサ、感光体ドラム、及び、画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
１．チョッパ装置、及び、表面電位センサ
上述した課題を解決するため、本発明に係るチョッパ装置は、圧電体と、振動板と、振動片とを含む。圧電体は、両面に電極が形成されている。振動板は、金属薄体でなり、一面側に、圧電体の一面側の電極が接合されている。振動片は、長手方向の一端側が、振動板の他面側であって振幅が最大となる位置に接続され、長手方向の他端側が自由振動端となっている。
【００１６】
本発明に係るチョッパ装置は、ケース、及び、電位検知電極と組合され、表面電位センサを構成する。ケースは、検知窓を有し、チョッパ装置及び電位検知電極を覆っている。電位検知電極は、被測定体に容量結合する電極であり、検知窓に対向して配置されている。振動片は、電位検知電極−検知窓間を断続する。電位検知電極は、検出信号を出力する。
【００１７】
本発明に係る表面電位センサにおいて、チョッパ装置は、圧電体を含む。圧電体は、両面に電極が形成されているから、圧電体の両面に形成された電極に電圧を印加することにより、圧電体は圧電振動をする。
【００１８】
振動板は、一面側に、圧電体の一面側の電極が接合されているから、圧電体の圧電振動により、厚み方向に振動する。この振動は、例えば、振動板の中心において、振幅が最大となるように設定できる。
【００１９】
また、振動板は、金属薄体でなり、一面側に、圧電体の一面側の電極が接合されているから、振動板は、圧電体の一面側の電極と導通することになる。このため、圧電体の一面側の電極の引出電極として、振動板を用いることができるから、チョッパ装置の構造が簡素化され、延いては、チョッパ装置も小型化され、薄型化される。
【００２０】
また、振動板は、金属薄体でなり、一面側に、圧電体の一面側の電極が接合されているから、例えば、シールド部材を用いて、振動板とシールド部材との間に圧電体を収納することができる。これにより、振動板の他面側に配置された電子部品は、圧電体から電磁的な影響をうけることがなくなる。
【００２１】
このため、圧電体の電磁的な影響を考慮することなく、振動板の他面側に、自由に電子部品を配置することが可能となるので、電子部品の実装密度が向上し、チョッパ装置を用いた表面電位センサの小型化、及び薄型化を達成することができる。
【００２２】
また、自由に電子部品を配置することが可能となるので、設計の自由度が増し、チョッパ装置を用いた表面電位センサの製造が容易になる。
【００２３】
振動片は、長手方向の一端側が、振動板の他面側であって振幅が最大となる位置に接続され、長手方向の他端側が自由振動端となっている。このため、振動片の長手方向の一端側に加えれた振動板の振幅が、自由端となっている長手方向の他端側で、著しく増大される。
【００２４】
発明者の研究によれば、例えば、長手方向の一端に与えられた振動板の振幅が数十μｍであった場合、振動片の長手方向の他端から出力される振幅が数百μｍに拡大されることが確認された。このように、本発明に係るチョッパ装置によれば、圧電体の微小振幅を、振動片によって増幅し、大きな機械的振幅を得ることができるので、Ｓ／Ｎ比が大きく、検出精度の高い表面電位センサが得られる。
【００２５】
また、上述したように、本発明に係る表面電位センサに用いられるチョッパ装置は、極めて簡単な形状及び構造を有し、圧電音叉のような複雑な構造を有していないから、小型、薄型で、軽く、しかも、低コストの表面電位センサを得ることができる。
【００２６】
更に、本発明に係る表面電位センサは、圧電音叉を用いていないので、音叉取付けのホールド工程が不要となる。このため、組立て工程を単純化し、ローコスト化を図ることができる。
【００２７】
２．感光体ドラム
本発明に係る画像形成装置用感光体ドラムは、表面電位センサと、ドラム本体とを含む。表面電位センサは、上述した表面電位センサでなり、ドラム本体の内部に備えられている。
【００２８】
本発明に係る感光体ドラムは、上述した表面電位センサを含むので、表面電位センサの小型化、薄型化、及び、軽量化により、感光体ドラムの小型化、薄型化、及び、軽量化を図ることができる。
【００２９】
また、本発明に係る感光体ドラムは、上述した表面電位センサの検出精度の向上により、高精度の表面電位制御を実現することができる。また、本発明に係る感光体ドラムは、上述した表面電位センサのローコスト化により、コストダウンを図ることができる。
【００３０】
３．画像形成装置
本発明に係る画像形成装置は、上述した本発明に係る感光体ドラムを含む。本発明に係る画像形成装置は、上述した感光体ドラムを含むので、感光体ドラムの小型化、薄型化、及び、軽量化により、小型化、薄型化、及び、軽量化を図ることができる。
【００３１】
また、本発明に係る画像形成装置は、上述した感光体ドラムの制御精度の向上を通じて、高精度の画像形成を実現することができる。さらに、本発明に係る画像形成装置は、上述した感光体ドラムのローコスト化を通じて、コストダウンを図ることができる。
【００３２】
本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施例によって更に詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
１．チョッパ装置
図１は本発明に係るチョッパ装置の一実施例を示す側面図、図２は図１に示したチョッパ装置の平面図、図３は図１に示したチョッパ装置の底面図である。図示されたチョッパ装置は、例えば、センサ内部の電位検知電極−被測定体間の電界をチョッピングするための機械的チョッパとして用いられる。
【００３４】
チョッパ装置１０は、圧電体２０と、振動板３０と、振動片４０とを含む。圧電体２０は、例えば、１枚の圧電セラミックス素子からなり、厚みｔ１、直径ｄ１を持つ円盤状である。例えば、厚みｔ１は０．１ｍｍ程度、直径ｄ１は１０ｍｍ程度である。圧電体２０は、圧電素体２１と、電極２２、２３とを含む。電極２２は、圧電体２０の一面側に形成され、電極２３は、圧電体２０の他面側に形成されている。
【００３５】
振動板３０は、例えば、１枚の金属薄体でなり、その形状は、圧電体２０よりも大きい直径ｄ２をもつ円盤状である。振動板３０は、例えば、黄銅、ステンレス等の薄板を、金型を用いて打抜くことにより、製造することができる。例えば、振動板３０の直径ｄ２は、圧電体２０の直径ｄ１が１０ｍｍである場合、１５ｍｍ程度である。また、厚みｔ２は０．１ｍｍ程度である。
【００３６】
振動板３０の一面側３１には、圧電体２０の一面側の電極２２が接合されている。本実施例において、圧電体２０及び振動板３０は、互いの中心軸が一致するように接合されている。接合は、はんだ付け、溶接等を用いて実現できる。
【００３７】
振動片４０は、厚みｔ３が０．２ｍｍ程度の黄銅、ステンレス等の金属薄板を用いて構成することができる。振動片４０は、薄板を折り曲げて構成されており、第１の部分４１と、第２の部分４２と、第３の部分４３とを含む。第３の部分４３は、振動片４０の長手方向に直交する部分であり、一端側が振動板３０の他面側３２であって振幅が最大となる位置３５に接続される。接続は、はんだ付け、溶接等を用いて実現できる。
【００３８】
第１の部分４１は、振動片４０の長手方向に沿った方向に十分な長さＬ１を有する。長さＬ１は、例えば、８ｍｍ程度である。第１の部分４１は、一端側が第３の部分４３の他端側につながっている。第２の部分４２は、振動片４０の長手方向に直交する部分であり、第１の部分の他端側につながっている。第２の部分４２は、自由振動端となる。第２の部分４２の幅Ｌ２は、例えば、２ｍｍ程度である。
【００３９】
圧電体２０、振動板３０及び振動片４０を含めた最大の差し渡し寸法Ｄ１は、例えば、１５．５ｍｍ程度であり、チョッパ装置１０全体の寸法は、例えば、縦（Ｄ１）１５．５ｍｍ×横（ｄ２）１５ｍｍ×厚み（Ｈ１）２．２ｍｍ程度である。
【００４０】
図４は本発明に係るチョッパ装置の別の実施例を示す側面断面図である。図４において、振動片４０の長手方向の一端は、厚み部材４５を介して、振動板３０の他面側３２であって振幅が最大となる位置３５に接続されている。振動片４０の長手方向の他端は自由振動端である。振動片４０は、長手方向に沿って直線状に延びる部分と、円弧状部分とを有する。
【００４１】
２．表面電位センサ
図５は本発明に係る表面電位センサの一実施例を示す側面断面図である。図示表面電位センサは、図１〜図３に示したチョッパ装置１０と、ケース１３と、電位検知電極１１と、絶縁体４００とを含む。ケース１３は、電磁波をシールドするためのものである。電位検知電極１１は、被測定体に容量結合する電極である。
【００４２】
ケース１３は、導電材料からなる。ケース１３は、例えば、ステンレスからなる。ケース１３は、側面１３４に検知窓１５を有し、チョッパ装置１０及び電位検知電極１１を覆っている。
【００４３】
チョッパ装置１０は、例えば、振動板３０の外周近傍、又は、振動板３０の振動のノード点近傍が支持されている。図示実施例では、チョッパ装置１０は、ケース１３内に設けた筒状の凸部１３１に保持されている。チョッパ装置１０は、例えば、シリコン材料１３２を用いた接着、溶接等で、凸部１３１に保持することができる。ケース１３、振動板３０及び振動片４０は、電気的に導通しており、同一の電位となっている。
【００４４】
圧電体２０は、ケース１３と振動板３０との間に囲まれ、電磁的にシールドされている。絶縁体４００上には、電位検知電極１１が備えられている。電位検知電極１１は、検知窓１５に対向して配置され、ケース１３と絶縁されている。
【００４５】
図６は、本発明に係る表面電位センサの動作を説明するための図である。図６において、図１〜図５に現れた構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付し、重複説明を省略する。
【００４６】
図６において、チョッパ装置１０の圧電体２０に交流電圧ＡＣが印加されると、振動板３０の中心部の振幅が最大となるように振動する。人間の可聴周波数範囲は、２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程度であり、その高音域１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度の範囲では、「キーン」という金属的な振動音が発生し、耐えがたい騒音となる。また、振動周波数ｆが低すぎる場合、例えば、ｆ＜５０Ｈｚの場合、応答速度が遅くなり、表面電位センサとして使用できなくなる。このため、振動の周波数は、７００Ｈｚ程度が好ましい。振動板３０の振幅は、振動片４０で拡大される。
【００４７】
振動片４０の他端の振動により、電位検知電極１１−検知窓１５間の電界は、機械的にチョッピング（断続）される。電位検知電極１１からは、検出信号Ｓ１が出力される。検出信号Ｓ１は、被測定体の電位に対応した成分を含む交流信号である。検出信号Ｓ１は、電位検出回路（図示せず）で処理される。本実施例において、電位検出回路は、ケース１３の外部に備えられている。
【００４８】
本実施例に係る表面電位センサにおいて、チョッパ装置１０は、圧電体２０を含む。圧電体２０は、両面に電極が形成されているから、圧電体２０の両面に形成された電極２２，２３に電圧を印加することにより、圧電体２０は圧電振動をする。
【００４９】
振動板３０は、一面側３１に、圧電体２０の一面側の電極２２が接合されているから、圧電体２０の圧電振動により、厚み方向に振動する。この振動は、例えば、振動板３０の中心において、振幅が最大となるように設定できる。
【００５０】
また、振動板３０は、金属薄体でなり、一面側３１に、圧電体２０の一面側の電極２２が接合されているから、振動板３０は、圧電体２０の一面側の電極２２と導通することになる。このため、圧電体２０の一面側の電極２２の引出電極として、振動板３０を用いることができるから、チョッパ装置１０の構造が簡素化され、延いては、チョッパ装置１０も小型化され、薄型化される。更に、チョッパ装置１０の小型化及び薄型化により、表面電位センサを小型化、薄型化を図ることができる。
【００５１】
また、振動板３０は、金属薄体でなり、一面側３１に、圧電体２０の一面側の電極２２が接合されているから、例えば、シールド部材を用いて、振動板３０とシールド部材との間に圧電体２０を収納することができる。これにより、振動板３０の他面側３２に配置された電子部品は、圧電体２０から電磁的な影響をうけることがなくなる。
【００５２】
このため、圧電体２０の電磁的な影響を考慮することなく、振動板３０の他面側３２に、自由に電子部品を配置することが可能となるので、電子部品の実装密度が向上し、チョッパ装置１０を用いた表面電位センサの小型化、及び薄型化を達成することができる。
【００５３】
また、自由に電子部品を配置することが可能となるので、設計の自由度が増し、チョッパ装置１０を用いた表面電位センサの製造が容易になる。
【００５４】
振動片４０は、長手方向の一端側が、振動板３０の他面側３２であって振幅が最大となる位置３５に接続され、長手方向の他端側が自由振動端となっている。このため、振動片４０の長手方向の一端側に加えれた振動板３０の振幅が、自由端となっている長手方向の他端側で、著しく増大される。
【００５５】
発明者の研究によれば、例えば、長手方向の一端に与えられた振動板３０の振幅が数十μｍであった場合、振動片４０の長手方向の他端から出力される振幅が数百μｍに拡大されることが確認された。このように、本実施例に係るチョッパ装置１０によれば、圧電体２０の微小振幅を、振動片４０によって増幅し、大きな機械的振幅を得ることができるので、Ｓ／Ｎ比が大きく、検出精度の高い表面電位センサが得られる。
【００５６】
図７は、本発明に係る表面電位センサの特性を示す図、図８は、図７の部分拡大図である。図７、図８に示す特性は、図１〜図３に示す形状のチョッパ装置を用いて得られたものである。図７、図８において、横軸はチョッパ装置の振動の周波数、縦軸はチョッパ装置の振動片４０の振幅である。
【００５７】
チョッパ装置を振動させるにあたっては、ゼロから最大値までの電圧が１０Ｖの正弦波を用い、１００Ｈｚから１００００Ｈｚまでの周波数について、振動片４０の他端の振幅を測定した。
【００５８】
図７に示すように、本発明のチョッパ装置によれば、第１のピーク（７６７Ｈｚ）では振幅が２８３μｍであり、第２のピーク（４８６６Ｈｚ）では振幅が５５μｍであり、第３のピーク（５１６８Ｈｚ）では振幅が２６μｍであった。これらのピークは、主として、振動片４０の棒としての機械的共振周波数に起因しているものと考えられる。
【００５９】
第１のピーク（周波数７６７Ｈｚ）においては、振動板３０の中心付近３５（振幅最大点）の振幅は、例えば、１０μｍ以下であるが、振動片４０の先端部では、２８０μｍ以上の大振幅が得られた。
【００６０】
次に、比較例のチョッパ装置によりえられた特性について説明する。比較例のチョッパ装置としては、従来から知られている圧電音叉を用いた。圧電音叉の寸法は、幅３ｍｍ×高さ３ｍｍ×長さ３０ｍｍとした。圧電音叉は、駆動信号により圧電素子が伸びたとき、音叉先端部が狭まり、縮んだとき先端部が開き、素子が伸び縮みなし（駆動信号なし）のとき先端部が中立状態となる。
【００６１】
比較例のチョッパ装置を振動させるにあたっては、ゼロから最大値までの電圧が１０Ｖの正弦波を用いた。測定の結果、比較例のチョッパ装置は、２本の音叉の脚のそれぞれが１００μｍづつ振動し、圧電音叉全体として、２００μｍの振幅が得られた。
【００６２】
このように、従来から知られている圧電音叉を用いた場合、寸法が本発明のチョッパ装置よりも大型であるにもかかわらず、本発明のチョッパ装置よりも小さな振幅しか得られなかった。
【００６３】
また、上述したように、本実施例に係るチョッパ装置は、極めて簡単な形状及び構造を有し、圧電音叉のような複雑な構造を有していないから、小型、薄型で、軽く、しかも、低コストの表面電位センサを得ることができる。
【００６４】
更に、本実施例に係る表面電位センサは、圧電音叉を用いていないので、音叉取付けのホールド工程が不要となる。このため、組立て工程を単純化し、ローコスト化を図ることができる。
【００６５】
また、本実施例に係る表面電位センサにおいて、電位検知電極１１は、ハイ・インピーダンス状態であるが、振動板３０及び振動片４０が、ケース１３と電気的に導通状態であり、圧電体２０が振動板３０とシールドケース１３との間に収納されているので、チョッパ装置１０の駆動信号ノイズ等が電位検知電極１１に重畳することがない。このため、本実施例に係る表面電位センサは、高精度に電位を検出することができる。
【００６６】
本実施例に係る表面電位センサにおいては、電位検出の方法として、ノンフィードバックタイプや、フィードバックタイプ等を採用することができる。
【００６７】
ノンフィードバックタイプの場合、ケース１３は、電源のＧＮＤ電位に接続される。フィードバックタイプの場合、ケース１３は、電源のＧＮＤ電位から浮遊した電位（ＣＯＭＭＯＮ  ＧＮＤ電位と称する。）に接続され、被測定体−電位検知電極間の電位差がゼロとなるように制御される。
【００６８】
また、本実施例に係る表面電位センサにおいては、２枚以上の圧電体を用いて、振動板３０の振幅を更に増大させてもよい。また、振動板３０の一面側３１及び他面側３２に圧電体を配置したバイモルフ構造を用いて、振動板３０の振幅を更に増大させてもよい。
【００６９】
図１〜図６に示したチョッパ装置１０は、振動板３０の一面側３１のみに圧電体を配置したユニモルフ構造であるが、圧電体２０を振動板３０とシールドケース１３との間に収納し、圧電体２０を容易にシールドできるという利点がある。
【００７０】
また、本実施例に係るチョッパ装置は、図５、図６に示した表面電位センサ以外にも用いることができる。例えば、振動片４０で光をチョッピングし、交流の信号を生成することもできる。
【００７１】
図９は本発明に係る表面電位センサの別の実施例を示す側面断面図、図１０は図９に示した表面電位センサのブロック図である。図示表面電位センサは、ケース１３に電位検出回路２１０と、回路基板１９とを含む点で、図５に示した表面電位センサと相違する。図９に示した表面電位センサは、フィードバックタイプである。図９、図１０において、図１〜図８に現れた構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付し、重複説明を省略する。
【００７２】
図９において、電位検出回路２１０は、ケース１３の内部に設けられ、１ユニット化されている。回路基板１９は、片面にのみ、電位検出回路２１０を構成する電子部品が搭載され、回路パターンが形成されている。電位検出回路２１０は、検出信号Ｓ１が供給され、検出信号Ｓ１から被測定体の電位に対応する電位信号Ｓ２を生成する。
【００７３】
図１０において、被測定体６０は、例えば、感光体ドラム本体である。被測定体６０の表面は被測定面Ｓである。被測定面Ｓは直流高圧電源ＶＤＣに接続され、被測定面Ｓの表面電位Ｖｓは、基準電位ＧＮＤに対して、例えば、０Ｖから−１０００Ｖまで変化する。ケース１３は、電源の基準電位ＧＮＤから浮遊したＣＯＭＭＯＮ  ＧＮＤ電位に接続され、被測定体６０−電位検知電極１１間の電位差がゼロとなるように制御される。
【００７４】
電位検出回路２１０は、インピーダンス変換回路２１１と、増幅器２１２と、同期検波回路２１３と、積分回路２１４と、駆動回路２１５とを含む。
【００７５】
図１１は、駆動回路の一実施例を示す回路図である。図示駆動回路は、トランジスタＱ１１と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４と、コンデンサＣ１１、Ｃ１２とを含む。チョッパ装置１０は、インダクタ成分として考えることができる。
【００７６】
図１１において、駆動回路２１５は、チョッパ装置１０のインダクタ成分と、コンデンサＣ１１、Ｃ１２の容量成分とで、自励発振する。自励発振の周波数は、高周波であり、チョッパ装置１０の共振周波数と同一の周波数である。駆動回路２１５から出力される信号は、一定の周波数の信号、例えば、７００Ｈｚの略正弦波信号である。
【００７７】
図１２は、駆動回路の別の実施例を示す回路図である。図示駆動回路は、インバータＱ２１、Ｑ２２、Ｑ２３と、抵抗Ｒ２１と、コンデンサＣ２１とを含む。
【００７８】
図１２において、駆動回路２１５は、インバータＱ２１にＬｏｗ電圧が供給された場合、インバータＱ２１からＨｉｇｈ電圧が出力され、インバータＱ２２からＬｏｗ電圧が出力され、インバータＱ２３からＨｉｇｈ電圧が出力される。インバータＱ２１にＨｉｇｈ電圧が供給された場合、インバータＱ２１からＬｏｗ電圧が出力され、インバータＱ２２からＨｉｇｈ電圧が出力され、インバータＱ２３からＬｏｗ電圧が出力される。駆動回路２１５は、抵抗Ｒ２１及びコンデンサＣ２１からなる微分回路の充放電の周期により、他励発振の周波数が決定する。
【００７９】
再び、図１０において、チョッパ装置１０は、駆動回路２１５から供給された信号の周波数で、電位検知電極１１−検知窓１５間の電界をチョッピングする。電位検知電極１１は、検出信号Ｓ１を出力する。検出信号Ｓ１は、例えば、被測定面の電位に対応する成分を含む変調電流である。
【００８０】
インピーダンス変換回路２１１は、電位検知電極１１から入力された検出信号Ｓ１を電圧信号に変換すると同時に、ハイ・インピーダンスをロー・インピーダンスに変換し、扱い易い信号にして出力する。
【００８１】
増幅器２１２は、インピーダンス変換回路２１１から入力された信号をＡＣ増幅して信号Ｓ１１を出力する。信号Ｓ１１は、駆動回路２１５から出力される信号と同一の周波数、例えば、７００Ｈｚの略正弦波信号となる。
【００８２】
同期検波回路２１３は、信号Ｓ１１を同期検波する。積分回路２１４は、同期検波回路２１３から入力された信号を積分して、電位信号Ｓ２を出力する。電位信号Ｓ２は、被測定面Ｓの電位Ｖｓに対応する信号である。
【００８３】
図１３は本発明に係る表面電位センサの更に別の実施例を示すブロック図である。図示表面電位センサは、ノンフィードバックタイプである。図１３において、図１〜図１２に現れた構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付し、重複説明を省略する。
【００８４】
本実施例に係る表面電位センサは、チョッパ装置１０と、電位検出回路２２０と、ケース１３（図示せず）と、ＤＣ変換回路２３０とを含む。電位検出回路２２０は、ケース１３の内部に設けられ、ＤＣ変換回路２３０は、ケース１３の外部に設けられている。ケース１３は、電源のＧＮＤ電位に接続される。
【００８５】
電位検出回路２２０は、検出回路２２１と、フィルタ・増幅回路２２２と、駆動回路２１５とを含む。電位検出回路２２０は、電位検知電極１１から供給された検出信号Ｓ１を処理して、交流の信号Ｓ３を出力する。この交流信号Ｓ３には、被測定面Ｓの電位Ｖｓに対応する成分が含まれている。
【００８６】
ＤＣ変換回路２３０は、増幅回路２３１と、検波回路２３２と、整流回路２３３と、増幅回路２３４とを含む。ＤＣ変換回路２３０は、交流信号Ｓ３を処理して、直流の電位信号Ｓ２を出力する。
【００８７】
図１３に示した表面電位センサは、図９、図１０に示した表面電位センサと同様に、本発明に係るチョッパ装置を含むので、チョッパ装置の構造に起因する優れた作用効果を奏することができる。
【００８８】
３．感光体ドラム及び画像形成装置
図１４は本発明に係る画像形成装置の一実施例の構成を概略的に示す図、図１５は、図１４の部分拡大図である。本発明に係る画像形成装置は、例えば、複写機、レーザビームプリンタやファクシミリ等である。
【００８９】
図１４において、本実施例に係る画像形成装置は、ＰＰＣ（Plain Paper Copy）法による複写機である。画像形成装置は、感光体ドラム３と、帯電装置８１と、信号処理部２０とを含む。
【００９０】
感光体ドラム３は、本発明に係る感光体ドラムである。感光体ドラム３は、表面電位センサ１と、温度検出センサＴｈ１と、ドラム本体６０とを含む。ドラム本体６０は、被測定体である。表面電位センサ１は、ドラム本体６０の内部に備えられている。
【００９１】
表面電位センサ１は、図９、図１０に示したものである。温度検出センサＴｈ１は、例えば、サーミスタである。温度検出センサＴｈ１は、被測定面Ｓの温度に対応する温度信号ｔｍｐ１を出力する。表面電位センサ１及び温度検出センサＴｈ１は、被測定面Ｓと対向して配置されている。
【００９２】
信号処理部２０は、電位信号Ｓ２及び温度信号ｔｍｐ１が入力され、電位信号Ｓ２及び温度信号ｔｍｐ１を用いて制御信号Ｃ１を生成する。制御信号Ｃ１は、ドラム本体６０の電位に対応する信号である。信号処理部２０は、例えば、その一部または全部をコンピュータで構成してもよいし、受動回路素子、能動回路素子を用いた専用回路で構成してもよい。
【００９３】
帯電装置８１は、制御信号Ｃ１が供給され、制御信号Ｃ１に対応する電気量をドラム本体６０の被測定面Ｓに与える装置であり、帯電器８１１と、高圧発生部８１２とを含む。帯電器８１１は、例えば、直径５０〜１００μｍのタングステンワイヤをＡｌ等の金属でシールドした構造のコロトロンや、メッシュ状に配置したグリッド電極にバイアス電圧を印加する構造のスコトロン等である。高圧発生部８１２は、例えば、ＰＷＭ制御高圧電源等である。
【００９４】
高圧発生部８１２は、制御信号Ｃ１に応じたパルス幅で動作し、制御信号Ｃ１に応じた高電圧を出力する。帯電器８１２は、被測定面Ｓに対向して配置され、高圧発生部８１２から出力された高電圧に対応した電気量をコロナ放電により、被測定面Ｓに与える。
【００９５】
露光器８２１は、被測定面Ｓに光を照射して、被測定面Ｓの画像部以外の部分の電荷を除去する。これにより、画像部に電荷を残した、いわゆる静電潜像が形成される。この静電潜像は不可視像である。
【００９６】
現像器８２２は、画像部の電荷と逆極性に帯電した着色した粒子（以下、トナーと称す）を静電潜像に付着させて、トナー像を形成する。トナー像は可視像である。
【００９７】
転写器８２４は、トナー像に記録紙８２３を重ね合わせ、記録紙８２３の裏側からトナーと逆極性の電荷を与え、静電力によりトナー像を記録紙８２３に転写する。記録紙８２３はＦ１方向に送られる。定着器８２５は、記録紙８２３に熱と圧力を加える。これにより、トナー像が永久像として記録紙８２３に定着する。
【００９８】
除電器８２６は、光を照射して、被測定面Ｓに残った帯電電荷を除去する。クリーナ８２７は、被測定面Ｓに残ったトナーを除去する。
【００９９】
図１５において、本実施例に係る感光体ドラムは、図９、図１０に示した表面電位センサ１を用いているので、表面電位センサ１からは、電位信号Ｓ２が出力される。このため、表面電位センサ１と信号処理部２０との間に、回路基板や、同軸ケーブルを用いる必要がないので、画像形成装置に表面電位センサを取付ける作業が容易になる。また、同軸ケーブルや、同軸ケーブルを接続するコネクタ等が必要ないので、線路から生じるノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。
【０１００】
上述した本実施例に係る感光体ドラムは、電位信号Ｓ２に対応する制御信号Ｃ１を帯電装置８１に供給しているので、被測定面Ｓの電位Ｖｓに基づいて帯電装置８１を制御することができる。このため、被測定面Ｓの周囲の環境が変化して、被測定面Ｓの電位Ｖｓが変動した場合であっても、適切なフィードバック制御を加え、被測定面Ｓの電位Ｖｓを所定値に保つことができる。そして、被測定面Ｓの電位Ｖｓを所定値に保つことにより、複写機の画像品質を安定させることができる。
【０１０１】
また、本実施例に係る感光体ドラム及び画像形成装置は、上述した表面電位センサを含むので、表面電位センサの構造に起因する優れた作用効果を全て奏することができる。
【０１０２】
更に、被測定面Ｓは、一般には、ドラム本体の表面であるが、帯電した絶縁フィルム等の表面であることもある。帯電した絶縁フィルムの電位を測定する場合には、接触状態で用い得る。また、表面電位センサ１及び信号処理部２０は、別々に構成してもよいし、信号処理部２０の一部又は全部を表面電位センサ１の内部に設けてもよい。
【０１０３】
図１６は本発明に係る画像形成装置の別の実施例の構成の一部を示す図である。図１６において、図１〜図１５に現れた構成部分と同一の構成部分については、同一の参照符号を付し、重複説明を省略する。
【０１０４】
図１６に示した画像形成装置は、図５に示した表面電位センサを用いている。このため、表面電位センサ１からは、検出信号Ｓ１が出力される。表面電位センサ１から出力された検出信号Ｓ１は、同軸ケーブル２４２を介して、回路基板２４１上に構成された電位検出回路２１０に供給される。電位検出回路２１０は、信号処理部２０に電位信号Ｓ２を供給する。
【０１０５】
図１６に示した画像形成装置は、図１４、図１５に示した画像形成装置と同様に、本発明に係る表面電位センサを含むので、表面電位センサの構造に起因する優れた作用効果を奏することができる。
【０１０６】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明に係るチョッパ装置の一実施例を示す側面図である。
【図２】図１に示したチョッパ装置の平面図である。
【図３】図１に示したチョッパ装置の底面図である。
【図４】本発明に係るチョッパ装置の別の実施例を示す側面断面図である。
【図５】本発明に係る表面電位センサの一実施例を示す側面断面図である。
【図６】本発明に係る表面電位センサの動作を説明するための図である。
【図７】本発明に係る表面電位センサの特性を示す図である。
【図８】図７の部分拡大図である。
【図９】本発明に係る表面電位センサの別の実施例を示す側面断面図である。
【図１０】図９に示した表面電位センサのブロック図である。
【図１１】駆動回路の一実施例を示す回路図である。
【図１２】駆動回路の別の実施例を示す回路図である。
【図１３】本発明に係る表面電位センサの更に別の実施例を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係る画像形成装置の一実施例の構成を概略的に示す図である。
【図１５】図１４の部分拡大図である。
【図１６】本発明に係る画像形成装置の別の実施例の構成の一部を示す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０              チョッパ装置
２０              圧電体
３０              振動板
４０              振動片
２２、２３        電極
【図１】
2005055403.tif 000003
【図２】
2005055403.tif 000004
【図３】
2005055403.tif 000005
【図４】
2005055403.tif 000006
【図５】
2005055403.tif 000007
【図６】
2005055403.tif 000008
【図７】
2005055403.tif 000009
【図８】
2005055403.tif 000010
【図９】
2005055403.tif 000011
【図１０】
2005055403.tif 000012
【図１１】
2005055403.tif 000013
【図１２】
2005055403.tif 000014
【図１３】
2005055403.tif 000015
【図１４】
2005055403.tif 000016
【図１５】
2005055403.tif 000017
【図１６】
2005055403.tif 000018