(57)【要約】【課題】電位検知センサの検知窓に付着したトナーを、簡単な構成で、十分に除去する。【解決手段】表面に電極２１，２２を有する揺動体１１ａに対し、その固有振動数に対応する周波数を圧電素子１４に印加することで揺動体１１ａを揺動させて、測定対象の表面電位を検知する。検知窓を有する振動部１２ａは、揺動体１１ａとの間に共振を生じない固有振動数を有する。圧電素子１４に対し、振動部１２ａの固有振動数に対応した周波数を印加することで、揺動体１１ａを揺動させることなく、振動部１２ａを振動させて、検知窓に付着しているトナーをふるい落とす。【選択図】図６
2007127420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定面に対向配置された揺動自在な揺動体と、前記揺動体における被測定面側の面に配設された検知電極と、前記検知電極と被測定面との間に配置された検知窓を有する遮蔽部材と、前記揺動体を揺動させる駆動手段とを備え、前記揺動体の揺動による被測定面と前記検知電極との距離の変化に基づいて被測定面の電位を検知する電位検知センサにおいて、
前記遮蔽部材は、前記検知窓を含む部分に振動する振動部を有し、
前記駆動手段は、印加される周波数に対応して、前記振動部を振動させることなく前記揺動体を揺動させる検知モードと、前記揺動体を停止又は揺動させた状態で前記振動部を振動させる清掃モードとを有する、
ことを特徴とする電位検知センサ。
【請求項２】
前記揺動体と前記振動部とが、それぞれ相互に共振を発生させない固有振動数を有し、
前記駆動手段は、前記検知モード時には前記揺動体を揺動しうる周波数が印加され、前記清掃モード時には前記振動部を動作しうる周波数が印加される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電位検知センサ。
【請求項３】
前記駆動手段が、印加される周波数に対応して振動する圧電素子である、
ことを特徴とする請求項２に記載の電位検知センサ。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記清掃モード時には前記揺動体の揺動により前記振動部が共振する周波数で前記揺動体を揺動し、前記検知モード時には前記揺動体が揺動しても前記振動部が共振しない周波数で前記揺動体を揺動する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電位検知センサ。
【請求項５】
前記駆動手段が、前記揺動体を磁気的に駆動する駆動手段である、
ことを特徴とする請求項４に記載の電位検知センサ。
【請求項６】
前記測定面としての像担持体表面を帯電する帯電手段と、帯電後の前記像担持体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナー像として現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、
帯電後の前記像担持体表面の電位を検知する電位検知手段を備え、
前記電位検知手段が、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電位検知センサである、
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、被測定面、例えば感光ドラム表面の電位を検知する電位検知センサ及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、環境の変化にかかわらず、帯電時に感光ドラム表面を均一に帯電することが必須である。このため、感光ドラムの帯電電位を電位測定装置（電位検知センサ）を用いて測定し、その結果を利用して感光ドラムの電位を均一に保つフィードバック制御を行っている。
【０００３】
従来の電位検知センサとしては、非接触式電位検知センサがあり、ここでは機械式交流電界誘導型と呼ばれる方式がしばしば用いられる。この方式では、測定対象の表面の電位は、電位検知センサに内蔵される検知電極から取り出される電流の大きさの関数であり、
ｉ＝ｄＱ／ｄｔ＝ｄ／ｄｔ［Ｃ・Ｖ］……（１）
という式で与えられる。ここで、Ｑは検知電極上に現れる電荷量、Ｃは検知電極と測定対象間の結合容量、Ｖは測定対象の表面の電位である。また、この容量Ｃは、
Ｃ＝Ａ・Ｓ／Ｘ……（２）
という式で与えられる。ここで、Ａは物質の誘電率などに係る比例定数、Ｓは検知電極面積、Ｘは検知電極と測定対象間の距離である。
【０００４】
これらの関係を用いて、測定対象の表面の電位Ｖを測定するのであるが、検知電極上に現れる電荷量Ｑを正確に測定するには、検知電極と測定対象間の容量Ｃの大きさを周期的に変調するのがよいことが、これまでに分かっている。この容量Ｃの変調方法としては、下記の方法が知られている。
【０００５】
第１の方法は、検知電極の面積Ｓを実効的に変調するものである。この方法の代表的な例では、測定対象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。これにより、検知電極上に到達する測定対象からの電気力線の遮蔽程度を変化させ、実効的に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Ｃの変調を実現している。このほかに、測定対象と対向する位置に開口部を有した金属の遮蔽部材を配置するものがある。このものは、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てこの検知電極の位置を開口部直下で平行に変化させることで、検知電極に達する電気力線の数を変調し、静電容量Ｃの変調を行っている。
【０００６】
第２の方法は、検知電極と測定対象間の距離Ｘを周期的に変えるものである。この方法の代表的な例では、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Ｘを周期的に変化させ、静電容量Ｃの変調を行っているものがある。
【０００７】
ところが、これらの方法を用いた電位検知センサを有する画像形成装置内部において、飛散したトナーやゴミ等が検知電極や開口部に付着した場合、実効的な検知電極の面積が変化して測定対象の電位を正確に測定できなくなる欠点があった。
【０００８】
このトナーやゴミ等がセンサに付着することに対する対策として、センサに対し感光体と等価な距離の導電体に既知の基準電圧を印加してその電位を測定するものがある。実際のセンサ検出特性を求め、電源オン直後と所定枚数コピー毎に検出特性を校正し、補正量が大きくなったときにはセンサの清掃を促すメッセージを表示するといったものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、感光ドラム表面のトナーを乱したり、飛翔させたりしない程度の空気流を発生させ、かつ、この空気流がセンサの計測する領域に入り込まないようにセンサのハウジング形状を構成したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開平５−６１３０４号公報
【特許文献２】特開２０００−０７５５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の特許文献１の方法では検知電極や遮蔽部材の開口部に対するゴミ等の付着を防止することはできない。また、特許文献２の方法では、画像形成装置の電源が入っていない状態では画像形成装置内部で飛散したトナーやゴミ等が検知電極や遮蔽部材の開口部に付着することを防止することはできない。
【００１２】
この結果、トナー等が検知電極や遮蔽部材の検知窓の開口端部に付着して検知電極の有効面積が変化し被測定物の表面電位を正確に測定できず感光ドラムを適切に帯電することができなくなって安定した画像が得られないという問題は残されたままだった。
【００１３】
また近年、感光ドラムの小径化、ドラム周りの高密度化により、電位検知センサも小型化、薄型化が求められている。
【００１４】
ここで、機械式交流電界誘導型の電位検知センサから出力信号として取り出される電流の大きさは、前述の式（１）及び（２）より、
ｉ＝ｄ／ｄｔ［Ａ・Ｖ・Ｓ／Ｘ］……（３）
で与えられるので、上述のような電位検知センサの小型化に伴い、検知電極面積Ｓが小さくなってしまい、このことでセンサ出力電流ｉも小さくなり、トナーやゴミ等の影響を受けやすくなって測定精度の点で不利となる。
【００１５】
そこで、本発明は、小型で、しかも被測定物の表面電位を正確に測定することのできる電位検知センサ、及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、被測定面に対向配置された揺動自在な揺動体と、前記揺動体における被測定面側の面に配設された検知電極と、前記検知電極と被測定面との間に配置された検知窓を有する遮蔽部材と、前記揺動体を揺動させる駆動手段とを備え、前記揺動体の揺動による被測定面と前記検知電極との距離の変化に基づいて被測定面の電位を検知する電位検知センサにおいて、前記遮蔽部材は、前記検知窓を含む部分に振動する振動部を有し、前記駆動手段は、印加される周波数に対応して、前記振動部を振動させることなく前記揺動体を揺動させる検知モードと、前記揺動体を停止又は揺動させた状態で前記振動部を振動させる清掃モードとを有する、ことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記測定面としての像担持体表面を帯電する帯電手段と、帯電後の前記像担持体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像をトナー像として現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、帯電後の前記像担持体表面の電位を検知する電位検知手段を備え、前記電位検知手段が、上述の電位検知センサである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、検知モードにより振動部を振動させることなく揺動体を揺動させることで、被測定面の電位を検出することができる。また清掃モードにより揺動体を停止又は揺動させた状態で振動部を振動させることができる。この振動により、検知窓に付着しているトナー等を振り落とすことができる。これにより、検知窓の面積、すなわち検知電極有効面積が変化せず正確に被測定面の電位を測定できる。また、揺動体と振動部とを１つの駆動手段によって駆動することができるので、その分、電位検知センサを、ひいては画像形成装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の図面又は異なる図面において同一の符合を付したものは、同様の構成又は同様の作用をなすものであり、これらについては、適宜、重複説明を省略している。
【００２０】
＜実施の形態１＞
図１０に、本発明を適用することができる画像形成装置を示す。同図に示す画像形成装置は、電子写真方式のプリンタであり、同図は、このプリンタを正面側、すなわちプリンタの操作時にユーザが位置する側から見た縦断面図に相当する模式図である。
【００２１】
同図を参照して、プリンタ（以下「画像形成装置」という。）の構成及び動作の概略を説明する。
【００２２】
画像形成装置は、像担持体としてドラム形の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１を備えている。感光ドラム１の周囲には、その回転方向（矢印Ｒ１方向）に沿ってほぼ順に、一次帯電器（帯電手段）２、電位検知センサ（電位検知手段）７、露光装置（露光手段）３、現像装置（現像手段）４が配設されている。さらに、転写ローラ（転写手段）５、クリーニング装置（クリーニング手段）６等が配設されている。
【００２３】
画像形成に際し、感光ドラム１は、ドラム駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。感光ドラム１は、その表面が一次帯電器２によって所定の極性・電位に均一（一様）に帯電される。帯電後の感光ドラム１は、露光装置３によって静電潜像が形成される。露光装置３は、画像情報に基づくレーザビームＬを発振する。このレーザビームＬは、反射ミラー３ａで反射されて、感光ドラム１表面を走査して露光する。感光ドラム１表面は、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４の現像スリーブ４ａによってトナーが付着され、トナー像として現像される。
【００２４】
こうして感光ドラム１上に形成されたトナー像は、感光ドラム１と転写ローラ５との間の転写部に対して矢印Ｋｐ方向から供給される紙等の記録材Ｐに、転写ローラ５によって転写される。トナー像転写後の感光ドラム１は、表面に残ったトナー（転写残トナー）がクリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去され、次の画像形成に供される。一方、トナー像転写後の記録材Ｐは、定着装置（不図示）に搬送され、ここで加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。トナー像定着後の記録材Ｐは、画像形成装置本体（不図示）の外部に排出される。以上で、１枚の記録材Ｐの片面に対する画像形成が終了する。
【００２５】
図１、図２（ａ），（ｂ）に本発明を適用することができる電位検知センサ７の概略構成を示す。ここで、図１は、電位検知センサ７の分解斜視図である。また、図２（ｂ）は、電位検知センサ７を図１０と同方向から見た縦断面図（感光ドラム１の軸に直交する方向の縦断面図）である。また、図２（ａ）は電位検知センサ７を図２（ｂ）中の矢印Ｚ方向から見た縦断面図（感光ドラム１の軸を通る平面で切った縦断面図）である。
【００２６】
これらの図に示すように、電位検知センサ７は、支持基板１１と、遮蔽部材１２と、センサハウジング１３と、駆動手段としての圧電素子１４とを備えている。電位検知センサ７全体は、支持部材１５を介して画像形成装置本体（不図示）に取り付けられている。
【００２７】
図３に支持基板１１の詳細を示す。支持基板１１は、ほぼ長方形状の枠部１１ｄと、揺動体１１ａと、捩じりばね部１１ｂ，１１ｂとを有している。枠部１１ｄのほぼ中央には、長方形状の窓部１１ｃが形成されている。この窓部１１ｃには、これよりも少し小さい長方形状の揺動体１１ａが配設されている。そして、揺動体１１ａと上述の枠部１１ｄとは、２本の捩じりばね部１１ｂ，１１ｂによって連結されている。上述ｂの枠部１１ｄ、窓部１１ｃ、揺動体１１ａ、捩じりばね部１１ｂ，１１ｂは、１つの中心線Ｘ−Ｘを基準として線対称に形成されている。上述の捩じりばね部１１ｂ，１１ｂは、捩じりばねとして作用する。すなわち、捩じりばね部１１ｂ，１１ｂは、揺動体１１ａを枠部１１ｄに対し揺動自在に支持するものである。
【００２８】
揺動体１１ａの一方の表面、すなわち感光ドラム１に対面する側の面には、２個の同一形状の平板状の検知電極２１，２２が同じく中心線Ｘ−Ｘに対して線対称に配置されている。検知電極２１，２２は、捩じりばね部１１ｂの上に形成された電極配線２３，２４によって、支持基板１１上に形成された取り出し電極２５，２６とそれぞれ接続されている。取り出し電極２５，２６は、配線２７，２８によって、支持基板１１外部に設置された差動増幅器３０の反転入力接点３１と非反転入力接点３２に接続されている。
【００２９】
遮蔽部材１２は、図１に示すように、ほぼ中央に検知窓１２ａが穿設されている。この検知窓１２ａは、上述の支持基板１１の揺動体１１ａよりも少し小さい長方形状に形成されていて、揺動体１１ａに対応する位置に配置されている。遮蔽部材１２には、この検知窓１２ａを囲むように「コ字」形のスリット１２ｃが形成されている。遮蔽部材１２における、スリット１２ｃに囲まれた部分は、板状の振動部１２ｂとなる。
【００３０】
センサハウジング１３は、直方体状の箱形に形成されていて、感光ドラム１に対向する側に開口部を有している。この開口部には、図２（ａ），（ｂ）に示すように、外側に上述の遮蔽部材１２が配設され、内側に装着治具１６，１６を介して上述の支持基板１１が配設されている。これら遮蔽部材１２と支持基板１１とは、前者の振動部１２ｂや、後者の揺動体１１ａが振動したり、揺動したりした場合であっても、両者が接触しない程度の間隔を隔てて配設されている。
【００３１】
駆動手段としての圧電素子１４は、センサハウジング１３の、遮蔽部材１２とは反対側に配設されている。この圧電素子１４が振動すると、この振動がハウジング１３を介して遮蔽部材１２に、また装着治具１６，１６を介して支持基板１１に伝達されるようになっている。
【００３２】
図３のＹ−Ｙ線矢視図である図４は、図１，図２で示した電位検知センサ７を被測定物としての測定対象の表面Ｓ（以下単に「測定対象Ｓ」という。）に対向させて配置した状態を表している。測定対象Ｓは、例えば、本実施の形態では、感光ドラム１の表面であり、この感光ドラム１は、図の左右方向に延びる軸、又は紙面垂直方向に延びる軸の回りに回転する。揺動体１１ａは、これと対向する測定対象Ｓが実質的に平面的である場合には、中立の位置（後述の図５（ａ）に示す位置）においてこれとほぼ平行になるように配置されている。図４において、支持基板１１ａや検知電極２１，２２等は、不要な電気力線を遮蔽するために設けられた前述のセンサハウジング１３内に収納されている。センサハウジング１３は、導電性の材料で形成され、アースされている。揺動体１１ａを支える支持基板１１は、適切な装着治具１６，１６によって、センサハウジング１３に固定されている。このアースされたセンサハウジング１３の存在により、揺動体１１ａとほぼ真正面で対向する測定対象Ｓからのみ電気力線が遮蔽部材１２の検知窓１２ａを通過して検知電極２１，２２に達する。つまり、雑音成分を抑制することができる。このため、精度の高い電位測定が可能となる。
【００３３】
この電位検知センサ７は、揺動体１１ａと捩じりばね部１１ｂ，１１ｂの形状、材料などを適切に選び、圧電素子１４によって振動を加えることで、揺動体１１ａを捩じりばね部１１ｂ，１１ｂの中心軸線Ｃを揺動中心として周期的に揺動させることができる。
【００３４】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、揺動体１１ａが揺動しているようすを、図３中のＹ−Ｙ線矢視方向から見た図である。図５（ａ）は、揺動体１１ａが静止状態あるいは揺動中に静止状態と同じ位置に達したときの状態（以下この状態を「中立状態」という。）を示す。ここで、検知電極２１，２２と測定対象Ｓとの距離をＸ０、揺動体１１ａの中心軸線Ｃから、中心軸線Ｃに直交する方向の検知電極２１，２２の長さの中央点Ｅ，Ｆまでの距離をそれぞれＬ１，Ｌ２とする。
【００３５】
図５（ｂ）は、揺動体１１ａが揺動し、検知電極２１と測定対象Ｓまでの距離が最も大きくなった状態を表している。このとき、揺動体１１ａは図５（ａ）の中立の状態から左回りに角度θ１だけ傾いている。図５（ｂ）の状態においては検知電極２１の中央点Ｅと測定対象Ｓの距離Ｘ１ｍａｘは、
Ｘ１ｍａｘ＝Ｘ０＋Ｌ１・ｓｉｎ（θ１）……（４）
で示される。
【００３６】
また、この状態において、検知電極２２の中央点Ｆと測定対象Ｓの最も小さくなった距離Ｘ２ｍｉｎは、
Ｘ２ｍｉｎ＝Ｘ０−Ｌ２・ｓｉｎ（θ１）……（５）
で示される。
【００３７】
他方、図５（ｃ）は、揺動体１１ａの揺動の状態が変化して検知電極２１と測定対象Ｓの距離が最も小さくなった状態である。このとき、揺動体１１ａが図５（ａ）の中立の状態から右回りに角度θ２傾いたとすると、測定対象Ｓと検知電極２１の中央点Ｅの距離Ｘ１ｍｉｎは、
Ｘ１ｍｉｎ＝Ｘ０−Ｌ１・ｓｉｎ（θ２）……（６）
で示される。
【００３８】
この状態において、検知電極２２の中央点Ｆと測定対象Ｓの最も大きくなった距離Ｘ２ｍａｘは、
Ｘ２ｍａｘ＝Ｘ０＋Ｌ２・ｓｉｎ（θ２）……（７）
で示される。
【００３９】
本実施の形態では、揺動体１１ａ及び検知電極２１，２２は、中心軸線Ｃに対して対称な構造であるため、Ｌ１＝Ｌ２、θ１＝θ２とすることが可能である。したがって、
Ｘ１ｍａｘ＝Ｘ２ｍａｘ、Ｘ１ｍｉｎ＝Ｘ２ｍｉｎ……（８）
が成り立つ。
【００４０】
揺動体１１ａは正弦波的に揺動することができ、このとき角周波数ωで揺動しているとすると、
ΔＸ＝Ｌ１・ｓｉｎ（θ１）とおいたときに、検知電極２１の中央点Ｅと測定対象表面Ｓとの任意の時刻ｔでの距離Ｘ１（ｔ）は、
Ｘ１（ｔ）＝Ｘ０＋ΔＸ・ｓｉｎ（ω・ｔ）……（９）
で示される。
【００４１】
一方、検知電極２２の中央点Ｆと測定対象Ｓとの任意の時刻ｔでの距離Ｘ２（ｔ）は、
Ｘ２（ｔ）＝Ｘ０＋ΔＸ・ｓｉｎ（ω・ｔ＋π）
＝Ｘ０−ΔＸ・ｓｉｎ（ω・ｔ）・・・（１０）
で示される。ここで、πは位相遅れをラジアンの単位で示したもので１８０°と同等である。
【００４２】
次に、上述の電位検知センサ７を使用した、電位測定方法、つまり検知モードにおける電位検知センサ７の動作について説明する。
【００４３】
ここまでに説明したように、揺動体１１ａが正弦波的に揺動運動を行うことで、揺動体１１ａ上に設置した検知電極２１，２２の中央点Ｅ，Ｆと揺動体１１ａに対向設置した測定対象Ｓとの距離は、式（９），（１０）で示したように周期的に変化する。本実施の形態では、揺動体１１ａ及び検知電極２１，２２は中心軸線Ｃに対して対称な構造をなしている。したがって、測定対象Ｓと検知電極２１間の距離を測定対象Ｓから中央点Ｅまでの距離Ｘ１（ｔ）で代表させ、同様に、測定対象Ｓと検知電極２２間の距離を測定対象Ｓから点Ｆまでの距離Ｘ２（ｔ）で代表させることができる。
【００４４】
検知電極２１と測定対象Ｓとの間に形成される静電容量をＣ１（ｔ）、同様に、検知電極２２と測定対象Ｓとの間に形成される静電容量をＣ２（ｔ）とする。これによると、図３及び図４で示された電位検知センサ７に設けられた２個の検知電極２１，２２からは、式（３），（９），（１０）より、下式で示すことができる２つの出力信号ｉ１（ｔ）とｉ２（ｔ）を取り出せる。
【００４５】
ｉ１（ｔ）＝ｄ／ｄｔ（Ｃ１（ｔ）／Ｖ）
＝ｄ／ｄｔ［Ａ・Ｖ・Ｓ／Ｘ１（ｔ）］
＝ｄ／ｄｔ［Ａ・Ｖ・Ｓ／（Ｘ０＋ΔＸ・ｓｉｎ（ω・ｔ））］……（１１）
ｉ２（ｔ）＝ｄ／ｄｔ（Ｃ２（ｔ）／Ｖ）
＝ｄ／ｄｔ［Ａ・Ｖ・Ｓ／Ｘ２（ｔ）］
＝ｄ／ｄｔ［Ａ・Ｖ・Ｓ／（Ｘ０＋ΔＸ・ｓｉｎ（ω・ｔ＋π））］
＝ｄ／ｄｔ［Ａ・Ｖ・Ｓ／（Ｘ０−ΔＸ・ｓｉｎ（ω・ｔ））］
＝ｉ１（ｔ＋π／ω）……（１２）
【００４６】
ここで、ｉ１（ｔ）は検知電極２１と測定対象Ｓ間に形成される静電容量により生じる電荷が時間変化することで発生する出力信号電流である。またｉ２（ｔ）は検知電極２２と測定対象Ｓ間に形成される静電容量により生じる電荷が時間変化することで発生する出力信号電流である。またＳは検知電極２１，２２の面積Ｖは測定対象Ｓの電位、Ａは比例定数で式（２）で用いられた比例定数Ａと同じものである。
【００４７】
したがって、揺動体１１ａを角周波数ωで正弦波的に揺動させることで、測定対象Ｓと揺動体１１ａ上の検知電極２１，２２間の静電容量Ｃ１，Ｃ２を正弦波的に変化させる。これにり、測定対象Ｓの表面電位Ｖの情報を含み位相がπ（＝１８０°）異なる信号電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ）を独立に取り出すことができ、表面電位Ｖを検出することができる。
【００４８】
前述の電位検知センサから取り出した信号電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ）の処理方法について説明する。
【００４９】
式（１１）及び式（１２）から、周波数ｆ（ω＝２・π・ｆ）で揺動体１１ａを揺動させることで、検知電極２１，２２から、ｉ１ω（ｔ）とｉ２ω（ｔ）＝ｉ１ω（ｔ＋π／ω）の信号電流を独立に取り出せる。前述の式（１）に示された電荷量Ｑは一般に非常に微小の物理量であり、その時間微分で表される出力信号電流ｉも微小である。
【００５０】
したがって、信号電流ｉ１ω（ｔ）とｉ２ω（ｔ）も微小な信号である。しかし、これらの信号は上述の関係にあって、信号電流ｉ２ω（ｔ）は、ｉ１ω（ｔ）の位相が１８０°（π）（これは時間的にはπ／ω＝１／（２ｆ））で表わされるように周期の２分の１）シフトしたものと同等である。このような信号を処理するには差動増幅装置と呼ばれる検出回路が好適であり、ｉ１ω（ｔ）とｉ２ω（ｔ）を差動増幅器で処理することで、出力信号の大きさを２倍にし、なおかつ両検知電極２１，２２に影響を与える雑音を取り除くことができる。
【００５１】
次に、電位検知センサ７内の揺動体１１ａを駆動するための方法について説明する。
【００５２】
図６は、この電位検知センサ７内の揺動体１１ａを揺動するための機構を説明するものである。揺動体１１ａを有する支持基板１１は、装着治具１６，１６を介して圧電素子１４に取り付けられている。そして、圧電素子１４上には駆動電源用の電極４１，４２が形成されており、これらは駆動用電源４３と接続されている。
【００５３】
揺動体１１ａは、図５で示す運動をする際は、その構造に対応した共振周波数ｆｃと呼ばれる周波数で揺動（振動）させる。これは、一般に、揺動体１１ａの振動の固有モードと呼ばれる。駆動用電源４３により、電極４１，４２を介してｆｃと等しい周波数の駆動信号を圧電素子１４に与えることで、圧電素子１４上のセンサハウジング１３に収められた揺動体１１ａと支持基板１１に周波数ｆｃの振動を与えることができる。このとき、揺動体１１ａの固有振動モードは、圧電素子１４による周波数ｆｃの振動と結合し、共振周波数ｆｃで振動する。この結果、図６で示す駆動機構を用いて、揺動体１１ａをその共振周波数ｆｃで揺動させることが可能となる。
【００５４】
次に、本実施の形態における支持基板１１の製造方法について説明する。
【００５５】
図３で示す電位検知センサ７の構造は、マイクロマシン技術を用いてシリコン基板を加工することで、大量に一括成型することが可能である。具体的には、ドライエッチング技術等の加工技術を用いて、シリコン基板に、基板を貫通したスリット１１ｃ１，１１ｃ２を容易に形成することができる。この際、加工後に残された部分が、支持基板１１の枠部１１ｄ、捩じりばね部１１ｂ、揺動体１１ａとなる。
【００５６】
また、半導体加工技術において一般的に使用される成膜技術を用いることで、支持基板１１、捩じりばね部１１ｂ、揺動体１１ａの表面に絶縁薄膜を形成し、さらに検知電極２１，２２、電極配線２３，２４も形成し得る。
【００５７】
この結果、前述の各部分を構成する基板１１の枠部１１ｄと捩じりばね部１１ｂと揺動体１１ａ、そして検知電極２１，２２と電極配線２３，２４は、組立工程を経ることなく、単一の基板上に形成可能である。さらに、本実施の形態の電位検知センサ７の構造を複数個形成し得る大きさのシリコン基板を用いて、電位検知センサ７を一括して大量に製造することが可能となる。
【００５８】
本実施の形態においては、上述の遮蔽部材１２は、振動部１２ｂの周波数が、揺動体１１の共振周波数ｆｃとは異なる周波数の振動モードを有する。すでに説明したように揺動体１１は圧電素子１４による周波数ｆｃの振動と結合し、共振周波数ｆｃで振動する。共振周波数ｆｃは捩じりばね部１１ｂの形状を変えることで、適切な値に設定することができるが、本実施の形態では、共振周波数ｆｃが約２０ｋＨｚの場合を例にとって説明する。
【００５９】
一般に固有振動モードでの共振を発生させるためには固有振動数に等しい周波数の振動を与えてやればよく、与える振動の周波数は固有振動数に対し５％程度以内の差であれば共振状態となる。揺動体１１ａの振動又は圧電素子１４の振動で遮蔽部材１２の振動部１２ｂが共振しないためには振動部２２ａの固有振動数が１９〜２１ｋＨｚの範囲になければよい。
【００６０】
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に遮蔽部材１２の振動モード（清掃モード）における遮蔽部材１２の動作を示す。
【００６１】
遮蔽部材１２の材質は、厚さ０．３ｍｍのステンレスのばね材を用いた。遮蔽部材１２は、外形が幅８ｍｍ×長さ１５ｍｍ、また検知窓１２ａの大きさが１．５ｍｍ×１．５ｍｍである。スリット１２ｃにより定義される振動部１２ｂの形状は幅４ｍｍ（幅）×長さ１１．５ｍｍの長方形状となっている。
【００６２】
この場合、１次の振動モードは図１１（ａ）に示すように１５００Ｈｚの曲げモード、２次の振動モードは図１１（ｂ）に示すように９０００Ｈｚの曲げモード、３次の振動モードは図１１（ｃ）に示すように９７５０Ｈｚの捩じれモードである。４次の振動モード（不図示）は１７．９ｋＨｚの曲げモード、５次の振動モード（不図示）は２５．８ｋＨｚの曲げモードである。このように１９〜２１ｋＨｚには遮蔽部材１２の振動部１２ｂの振動モードがないので、測定時に圧電素子１４や揺動体１１ａが２０ｋＨｚで振動しても遮蔽部材１２の振動部１２ｂが共振することはない。逆に駆動手段である圧電素子１４を１５００Ｈｚ、９０００Ｈｚ、９７５０Ｈｚで駆動してやればそれぞれの周波数で遮蔽部材１２の振動部１２ｂが共振して曲げ振動や捩じれ振動が励起される。このとき揺動体１１ａは共振状態にならないので揺動しない。非測定時にこれらの周波数で圧電素子１４を駆動することで遮蔽部材１２の、検知窓１２ａを有する振動部１２ｂを振動させて検知窓１２ａに付着したトナー等をふるい落とすことができる。このとき曲げモードと捩じれモードというように振動モードの異なる複数の周波数で振動部１２ｂを振動させると１つの振動モードではふるい落としにくいものも効果的にふるい落とすことができる。
【００６３】
＜実施の形態２＞
図７，図８を参照して、本実施の形態の電位検知センサを説明する。ここで、図７は、支持基板１１及び支持基板１１の揺動体１１ａを揺動させるための機構を説明する分解斜視図である。また図８は、中心軸線Ｃに直交する方向の断面を示す図である。
【００６４】
上述の実施の形態１では、揺動体１４を駆動するための駆動手段として圧電素子１４を使用したが、本実施の形態では、異なる構成を採用している。
【００６５】
本実施の形態では、揺動体１１ａの２つの表面のうちの、検知電極２１，２２が形成されていない方の面に硬磁性膜５１を形成した。硬磁性膜５１は、捩じりばね部１１ｂ，１１ｂの中心軸線Ｃを挟む揺動体１１ａの両端に異なる磁極Ｎ，Ｓが位置するように成膜されている。また、揺動体１１ａを支持する支持部１１ｄに対して、測定対象Ｓ（不図示）面とは反対の側に、ほぼ平行に平板状の基板５０が配置されている。基板５０には、支持基板１１に設けられた開口部１１ｃとほぼ同じ形状の開口部５２が基板５０にも設けられており、その周囲に平面状に巻き回された平面コイル５３が形成されている。そして、支持基板１１はスペーサ５４を介して基板５０と接合されている。本実施の形態においては、硬磁性膜５１、平面コイル５３、スペーサ５４等によって駆動手段が構成されている。
【００６６】
この構造において、平面コイル５３に適切な電流を流すことで、開口部５２内に磁場が発生する。この磁場と、揺動体１１ａに形成された硬磁性膜５１の磁極Ｎ，Ｓとの間で生じる吸引力と反発力を利用して、揺動体１１ａの駆動方向への偶力を発生させることができる。
【００６７】
このとき、平面コイル５３に流す電流の向きを周期的に変更することで、コイル５３によって発生する磁場の方向が逆転し、揺動体１１ａに生じる偶力の方向が変わり、その結果として、揺動体１１ａを揺動運動させられる。この際に、振動体１２ｂ（図１参照）の持つ共振周波数ｆｃと同一の周波数で平面コイル５３に流す電流の方向を変えれば、揺動体１１ａを共振周波数ｆｃで揺動させ、さらにこの揺動により振動体１２ｂを周波数ｆｃで共振運動させることが可能となる。また共振周波数ｆｃ以外の任意の周波数で平面コイル５３に流す電流の方向を変えることで揺動体１１ａを揺動運動させることも可能である。その他の点は前述の圧電素子を用いた実施の形態と同じである。
【００６８】
本実施の形態の支持基板１１についても、その作製方法は、前述の実施の１形態と同様に、揺動体１１ａを含む構造体をマイクロマシン技術を用いて１枚のシリコン基板から形成することができる。また、１枚のシリコン基板上に複数個の素子を一括形成することもできる。
【００６９】
さらに、平面コイル５３を含む基板５０も同様に、１枚のシリコン基板上に複数個の素子を一括形成することが可能である。もちろん、本発明による電位検知センサを作製する方法は、こうしたマイクロマシン半導体加工技術に限られない。
【００７０】
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に、遮蔽部材の他の構成を示す。遮蔽部材６１は、検知窓２１ａを取り囲むようにスリット２１ｃ，２１ｄが設けられている。スリット２１ｃは、同図中における遮蔽部材６１に左側において上下方向に直線状に形成されている。また、スリット２１ｄは、スリット２１ｃの左側に「コ」字形に形成されている。これらスリット２１ｃ，２１ｄの内側が振動部２１ｂとなっている。振動部２１ｂはスリット２１ｃの上下の端部で遮蔽部材６１の他の部分と接続されている。
【００７１】
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ遮蔽部材６１の振動モードを示す。１次の振動モードは図１２（ａ）に示すように１．６ｋＨｚの曲げモード、２次の振動モードは図１２（ｂ）に示すように１０．１ｋＨｚの曲げモード、３次の振動モードは図１２（ｃ）に示すように１０．５ｋＨｚ捩じれモードである。４次は１８．７ｋＨｚの曲げモード、５次は２９．３ｋＨｚ曲げの曲げモードとなっている。これらの振動モードの周波数は遮蔽部材１２（図１参照）の振動部１２ａの形状や遮蔽部材６１の他の部分との接続形状で適切な周波数に設定することが可能である。
【００７２】
図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）に、さらに別の遮蔽部材の例を示す。
【００７３】
遮蔽部材６２は、検知窓２２ａを取り囲むようにスリット２２ｃ，２２ｄが設けられており、これらスリット２２ｃ，２２ｄの内側が振動部２２ｂとなっている。スリット２２ｃは、振動部２２ｂの上方と下方とにおいて、左右方向に形成されている。振動部２２ｂはスリット２２ｄの上下の端部で遮蔽部材６２の他の部分と接続されている。
【００７４】
図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）に遮蔽部材６２の振動モードを示す。
【００７５】
１次の振動モードは図１３（ａ）に示すように１０００Ｈｚの曲げモード、２次の振動モードは図１３（ｂ）に示すように７５００Ｈｚの曲げモード、３次の振動モードは図１３（ｃ）に示すように８２００Ｈｚの捩じれモードである。４次は１０．６ｋＨｚの曲げモード、５次は２２．５ｋＨｚの曲げモードとなっている。
【００７６】
図１１，図１２，図１３に示すように、振動部１２ｂ，２１ｂ，２２ｂの形状を変更することで、簡単に共振周波数を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】電位検知センサの分解斜視図である。
【図２】（ａ）は図２（ｂ）中の矢印Ｚ方向から縦断面図である。（ｂ）は電位検知センサを感光ドラムの軸に沿った方向から見た縦断面図である。
【図３】支持基板の構成を説明する図である。
【図４】電位検知センサと被測定物との位置関係を示す縦断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、揺動体が揺動している際の各部分と測定対象との位置関係を説明する図である。
【図６】揺動体を駆動するための駆動手段としての圧電素子を説明する図である。
【図７】実施の形態２における駆動手段を示す斜視図である。
【図８】実施の形態２の駆動手段を説明する縦断面図である。
【図９】揺動体が揺動しているようすを説明する斜視図である。
【図１０】画像形成用装置の感光ドラム周りの構成を模式的に示す図である。
【図１１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、遮蔽部材の振動部が振動するようすを説明する図である。
【図１２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、他の遮蔽部材の振動部が振動するようすを説明する図である。
【図１３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、さらに別の遮蔽部材の振動部が振動するようすを説明する図である。
【符号の説明】
【００７８】
１          感光ドラム（像担持体）
２          一次帯電器（帯電手段）
３          露光装置（露光手段）
４          現像装置（現像手段）
７          電位検知センサ
１１        支持基板
１１ａ      揺動体
１２        遮蔽部材
１２ａ      検知窓
１２ｂ      振動部
１４        圧電素子（駆動手段）
２１，２２  検知電極
Ｓ          被測定面（測定対象の表面，像担持体表面，感光ドラム表面）
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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