JP4950574B2 - 電位測定装置及び電位測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量測定装置及び電位測定装置、それを用いた画像形成装置、及び電位測定方法などに関する。

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、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。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。

図１０に、電位測定装置の概念的な構成図を示す。図１０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。

前者では、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る構成が開示されている。そして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ことで電位を検出するものである（特許文献１参照）。

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るものもある。これは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）。

後者では、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）。
米国特許第4,720,682号公報 米国特許第3,852,667号公報 米国特許第4,763,078号公報

電位測定装置又は静電容量測定装置において、静電容量を変化させる為のフォーク形状のシャッタや振動素子を安定に振動させるためには、振動の状態の検出を行う必要がある。しかし、振動の状態の検出を行うためには、別途、振動検出用のセンサを備える必要があり、構成要素が増加しがちである。

したがって、本発明の目的は、別途、振動検出用のセンサを用いることなく、振動の状態の検出を行えるようにするための技術を提供することにある。

上記課題に鑑み、本発明の電位測定装置又は静電容量測定装置は、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出する電荷検出手段と、前記機械的な振動を励起する振動発生と前記機械的な振動の状態の検出とを選択的に行う振動発生・検出手段とを有することを特徴とする。また、上記課題に鑑み、本発明の電位測定方法は、機械的な振動により測定対象の面と検知電極間の静電容量を変化させることで検知電極に静電誘導される電荷量を検出し、その検出結果に基づいて測定対象の面の電位を測定する電位測定方法であって、前記機械的な振動の状態を検出してその検出結果に基づいて前記機械的な振動の励起態様を制御すると共に、前記機械的な振動を励起する期間と前記機械的な振動の状態を検出する期間が重ならないように設定することを特徴とする。

より具体的には、本発明の電位測定装置、静電容量測定装置ないしこれらの方法は、振動を励起ないし発生するための駆動信号を振動発生・検出手段に印加する期間と、駆動信号を印加せず、振動により発生する信号を振動発生・検出手段で検出する期間の２つの期間を有している。その結果、単一の構成手段の振動発生・検出手段を用いて、振動を発生させ、振動の検出を行うことができるようになる。

また、上記課題に鑑み、本発明の静電容量定方法は、機械的な振動により測定対象の面と検知電極間の静電容量を変化させることで検知電極に静電誘導される電荷量を検出し、その検出結果に基づいて測定対象の面と前記検知電極との間の静電容量を測定する静電容量測定方法であって、前記機械的な振動の状態を検出してその検出結果に基づいて前記機械的な振動の励起態様を制御すると共に、前記機械的な振動を励起する期間と前記機械的な振動の状態を検出する期間が重ならないように設定することを特徴とする。なお、本発明の静電容量測定装置ないし方法とは、静電容量を変化させることにより、測定対象面の電位、測定対象面−電極間の距離の変化や、測定対象面−電極間の誘電率の変化等を測定するものである。

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画像形成手段を備え、電位測定装置の検知電極の面が画像形成手段の電位測定の対象となる面と対向して配置され、画像形成手段が電位測定装置の信号検出結果を用いて画像形成の制御を行うことを特徴とする。

本発明の電位測定装置、静電容量測定装置ないしこれらの方法によれば、振動発生・検出手段という単一の手段で振動発生と振動状態の検出をできるため、構成要素を増やすことなく、比較的安定な振動を実現できる。そのため、安定した出力を得ることができ、比較的高性能な電位測定装置、静電容量測定装置ないしこれらの方法を提供できる。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。本発明の実施形態では、機械的な振動により測定対象の面と検知電極間の静電容量を変化させる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出する。そして前記機械的な振動を励起する機能と前記機械的な振動の状態を検出する機能を選択的に行う振動発生・検出手段を備えている。

以下、電位測定装置を例示して図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１に、第１の実施の形態に係る電位測定装置の構成図を示す。図１において、１０１は検知電極、１０２は振動子、１０３は、振動子１０２の振動を励起すると共にその振動状態を検出するための振動発生・検出手段の主要部を構成する手段である。（以下、これのことを振動発生・検出手段と言う）１０４は、振動発生・検出手段の一部をなす配線切替え手段、１０５は駆動信号印加手段、１０６は振動検出信号増幅手段、１０７は駆動信号生成手段である。１０８は、検知電極１０１に静電誘導される電荷量を検出するための電荷検出手段である。

容量変化手段である振動子１０２は、測定対象である感光体ドラム（不図示）から検知電極１０１に到達する電気力線を周期的に遮蔽するチョッパーの機能を有している。この振動子１０２の振動を発生させるために、振動子には振動発生・検出手段１０３が備えられている。

模式斜視図である図２に、本実施形態に係る電位測定装置の振動子の一例が示されている。図２において、２０１は圧電素子、２０２は振動子１０２の固定端、２０３は被測定面（測定対象の面）、２０４は、被測定面２０３から検知電極１０１に対して発生する電気力線である。

図３に、本実施形態に係る電位測定装置の信号を説明する図を示す。図３において、横軸に時間を示し、縦軸に信号の大きさを示している。図３（ａ）には、駆動信号印加手段１０５により印加される印加信号１１０が示される。（ここではアナログ的な信号を示しているが、パルス信号の如きデジタル的な駆動信号であっても構わない）図３（ｂ）には、振動子１０２の振動１１２により圧電素子３０１に発生する振動検出信号１１３（印加信号１１０が印加されず、振動子１０２の振動だけが発生しているとした場合）が示される。図３（ｃ）には、配線切替え手段１０４の接点Ａでの信号が示されている。配線切替え手段１０４は、後記駆動信号生成手段１０７からの駆動信号１１５に基づいて制御される。

本実施形態の図２の例では、振動発生・検出手段１０３には、圧電素子２０１を用いている。圧電素子２０１は、電圧を印加することで歪みを発生し、交流電圧を印加する（印加信号１１０）ことにより振動１１１を発生させられる（図３（ａ）参照）。振動子１０２は、固定端２０２で保持冶具に固定されており、圧電素子２０１が振動（１１１）することで両方の振動子１０２が振動を発生する構造になっている。振動子１０２は、矢印Ｃの方向に周期的な往復振動を行う。振動子１０２の振動により、電気力線２０４が周期的に遮蔽され、検知電極１０１に周期的に電荷が誘導（誘導電荷信号１１６）される。

本実施形態では、配線切替え手段１０４は、例えば、アナログスイッチにより構成されている。勿論、機械的なスイッチなどでもよい。配線切替え手段１０４の接点Ａは、予め定めた一定の周期で、駆動信号印加手段１０５側と振動検出信号増幅手段１０６側に交互に選択的に接続される。本実施形態では、駆動信号１１５の１周期毎に、この切替え動作を繰り返している。これに限らず、振動発生・検出手段が振動発生機能を行う期間と検出機能を行う期間は、それぞれ、駆動信号の周期の整数倍の時間となっていれば、各機能を好適に行うことができる。

配線切替え手段１０４が駆動信号発生手段１０５に接続されている期間は、駆動信号印加手段１０５により、振動発生・検出手段１０３に駆動印加信号１１０が印加される。また、配線切替え手段１０４が振動検出信号増幅手段１０６に接続されている期間は、振動子１０２の振動１１２に対応した検出信号１１３が、振動発生・検出手段１０３から出力される。これは、振動子１０２の振動（１１２）により発生する圧電素子の歪みに対応した電圧１１３を圧電素子２０１が発生させる特性を用いている（図３（ｂ）参照）。その検出信号１１３は、検出手段１０６（増幅手段を含む）により検出増幅信号１１４に変換される。

駆動信号生成手段１０７においては、その増幅信号１１４の情報を元にして、振動子１０２が安定な動作をするように駆動信号１１５が生成される。具体的には、振動子１０２の振動振幅が最も大きくなるように、または、駆動信号１１５に対する振動子１０２の振動の位相が所望の位相になるように（典型的には、９０度の位相ずれになるように）、駆動信号１１５を変化させる。ここで、生成された駆動信号１１５は、駆動信号印加手段１０５に伝達される。

振動子１０２が持つ固有の振動周波数の駆動信号を印加することで、少ない投入エネルギーで大きな振動を得られる。これを共振と呼び、高効率に振動をさせるだけでなく、安定な振動を得ることができる。共振では、特定周波数（ほぼ固有の振動周波数）の駆動信号１１５への感度が高く、他の周波数の駆動信号１１５に反応しにくい。また、共振の状態では、振動が駆動信号１１５の周波数に対して変化する時定数が長い。そのため、本実施形態のように駆動と検出を間欠的に繰り返したとしても、駆動信号１１５の周波数で安定した共振駆動をさせられ、同時に振動の状態の検出も好適に行うことができる（図３（ｃ）参照）。

振動子１０２の動作が安定すると、検知電極１０１に安定に電荷が誘導される（誘導電荷信号１１６の安定的な発生）。検知電極１０１に誘導された電荷による電荷信号１１６は、電荷検出手段１０８で電荷検出信号１１７に変換される。この電荷検出信号１１７も安定に得ることができるため、電位測定装置の検出精度向上に繋がる。

以上に説明した本実施形態に係る電位測定装置では、機械的な振動を発生させるための駆動信号の印加期間と、機械的な振動の状態を検出する検出期間が異なる期間を有するので、単一の振動発生・検出手段のみで、駆動信号の印加と駆動状態の検出を行える。そのため、比較的簡単な構成で、振動子１０２を安定な振動状態に常に保つことができる。これにより、検知電極１０１に安定した電荷の誘導を行うことができ、電荷の検出信号が安定するため、高精度な電位測定装置を実現できる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る電位測定装置は、振動発生・検出手段１０３の構成が第１の実施の形態のものとは異なる形態である。その他は、第１の実施の形態と同じである。

本実施形態では、振動発生・検出手段１０３に電磁アクチュエータを用いている。図４に、本実施形態に係る電位測定装置の振動発生・検出手段を説明する模式図を示す。図４において、２１１は振動子、２１２は支持枠、２１３はねじりバネ、２１４は検知電極パッド、２１５は配線、２１６は磁石、２１７はコイル配線、２１８はコイルパッド、２１９はコイル基板である。振動子２１１は、ねじりバネ２１３により保持されており、ねじりバネ２１３は支持枠２１２に固定されている。振動子２１１とねじりバネ２１３と支持枠２１２の表面には、検知電極１０１と配線２１５、検知電極パッド２１４が配置されている。振動子２１１とねじりバネ２１３と支持枠２１２の裏面には、コイル配線２１７とコイル電極パッド２１８が配置されている。支持枠２１２の周囲には、図４（ａ）のように磁石２１６が配置されている。

コイル２１７に交流の駆動信号１１５を印加させることにより、磁石２１６の磁界の向きとコイル２１７に流れる電流の方向の関係（フレミングの左手の法則）から、振動子２１１に機械的な振動を発生させる。振動子２１１は、ねじりバネ２１３を軸として、矢印Ｄの方向にねじり振動を行う。また、駆動信号１１５を印加しない期間には、振動子２１１の振動方向と磁石２１６の磁界の向きとの関係から、コイル２１７に起電力が発生する。これを検出することで、振動子２１１の振動の状態を検出できる。

振動発生・検出手段にこのような電磁アクチュエータを用いることにより、大きな振動を効率よく得られる。そのため、小型な構成で、安定したより大きな電荷の検出信号を得ることができる。こうして、本実施形態に係る電位測定装置によれば、小型な構成で、より高精度な電位測定装置を実現できる。

図４（ａ）の構成は、振動子２１１にコイル２１７を配置している構成であるが、図４（ｂ）に示すように振動２１１子の裏面に磁石２１６を配置し、別途、コイル基板２１９上にコイル配線２１７とコイルパッド２１８を配置する構成にしてもよい。この構成によれば、振動子２１１の周辺に磁石を配置するための領域を削減できるため、更に小型で、且つ高精度な電位測定装置を提供できる。尚、本実施形態では、振動子１０２をねじれ振動すると説明したが、本実施形態における機械的な振動はこれに限るものではない。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る電位測定装置は、配線切替え手段１０４による駆動期間と検出期間の設定態様が第１の実施の形態のものとは異なる。その他は、第１の実施の形態ないしは第２の実施の形態と同じである。

図５−１は、本実施形態に係る電位測定装置の切替えスイッチの切替えを説明する図である。図５−１において、横軸に時間、縦軸に信号の大きさを示している。

図５−１（ａ）では、駆動期間に対して、検出期間が長くなっている（具体的には、１：３）。この構成にすることにより、振動の状態を検出できる期間が長くなる。そのため、振動状態の検出信号が小さい場合でも、振動の状態をより正確に検出できる。

図５−１（ｂ）では、駆動期間に対して、検出期間が短くなっている（具体的には、３：１）。この構成にすることにより、振動発生・検出手段に駆動信号を印加する時間が増えるため、駆動期間に印加する駆動信号を小さくできる。そのため、大きな駆動信号が必要な場合でも、駆動信号印加手段に対する負荷が軽くなるため、安定な駆動信号を印加することができる。よって、駆動信号が大きい場合にも、安定な振動を得られる。

図５−２（ａ）、（ｂ）では、駆動期間と検出期間が、振動子の駆動信号の１周期と一致していない。ただし、検出期間と駆動期間の合計が、振動子の駆動振動の１周期の倍数とは一致している。ここでは、駆動振動の１周期と一致している。

図５−２（ａ）では、検出信号のピークの部分を検出できるように検出期間を設けている。これにより、振動の最大値を常にモニタでき、且つ効率よくエネルギーを振動子に付与できるように駆動期間を設定することができる。一方、図５−２（ｂ）では、検出信号のゼロクロス点を検出できるように検出期間を設けている。これにより、振動の位相タイミングを常にモニタすることができ、且つ効率よくエネルギーを振動子に付与できるように駆動期間を設定できる。

これらの構成を用いると、振動の状態の検出を行ないながら、且つ一定の制限下で駆動期間をできるだけ長く設定できるため、駆動を効率良く行うことができ、振動子の更なる安定な振動を得ることができる。

本実施形態に係る電位測定装置によれば、駆動期間と検出期間を所望の比にすることで、更に安定な振動を得ることができる。そのため、より高精度な電位測定装置を提供できる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る電位測定装置は、検知電極１０１の誘導電荷を検出する電荷検出手段１０８が上記の実施形態とは異なる形態である。その他は、第１の実施の形態ないしは第３の実施の形態の何れかと同じである。

図６−１、図６−２は、本実施形態に係る電位測定装置の電荷検出手段１０８の幾つかの例を説明する図である。図６−１、図６−２において、３０１はアナログスイッチ、３０２はバンドパスフィルタ、３０３は同期検波手段である。図７−１、図７−２は、本実施形態に係る電位測定装置の電荷検出手段１０８での信号を説明する図である。図７−１、図７−２において、横軸に時間、縦軸に信号の大きさを示している。尚、本実施形態の説明では、図３と同様な駆動期間と検出期間を用いる。但し、本実施形態の駆動期間と検出期間はこれに限ったものではない。

図６−１（ａ）の例は、電荷検出手段１０８は、アナログスイッチ３０１を備えている構成である。接点Ｂは、駆動期間中にはＧＮＤに接地され、検出期間には検知電極１０１に接続するようになっている。一般に、電位測定装置においては、感光ドラム（電位の測定対象）から検知電極１０１に誘導された電荷以外による信号（ノイズ）が、駆動印加信号１１０により発生する。これは、高精度な電位測定を行う場合、検出分解能の低下の要因となる。図６−１（ａ）のような電荷検出手段１０８を用いることで、駆動信号１１０が印加されている駆動期間は、誘導電荷の検出を行わない。（すなわち、電荷検出手段から信号を出力する期間が、振動発生・検出手段が検出機能を行う期間に含まれている）従って電荷の検出信号１１７から、駆動信号１１０によるノイズが検出されることはない。図７−１（ａ）に、その時の電荷検出信号１１７を示す。これにより、駆動信号１１０のノイズの影響を受けない電位測定を行うことができる。

図６−１（ｂ）の例は、図６−１（ａ）にバンドパスフィルタ３０２を追加した構成である。バンドパスフィルタ３０２の中心周波数は、振動子１０２の駆動周波数付近に設定されている。これにより、図７−１（ａ）に示したような断片的な電荷検出信号１１７を、図７−１（ｂ）に示すような連続的な信号に変換できる。そのため、後段での電荷検出信号１１７の処理が容易になる。また、振動周波数から離れた周波数成分を除去できるため、電荷検出信号１１７において他の周波数のノイズが検出され難くなる。

図６−２の例は、電荷検出手段１０８は、図６−１（ａ）の構成に加えて同期検波手段３０３を備えている構成である。図７−２（ａ）に示すような、振動子１０２の駆動周期に同期した同期信号（ＤＵＴＹ比 ５０％）により、同期検波が行われる。これにより、図７−２（ｂ）に示すように、容易に振動子１０２の駆動周波数成分付近のみの電荷検出信号１１７を取り出すことができる。

また、駆動期間と検出期間が、振動子１０２の駆動周期の倍数になっているとより好ましい。この場合、電荷検出手段１０８の位相がずれた場合でも、検波した信号値に誤差が出なくなるため、より正確な値を検波することができる。

その他の実施形態として、電荷検出手段１０８は、図６−１（ａ）と同様にアナログスイッチ３０１を備えている構成がある。ここでは、アナログスイッチ３０１の動作が、先程の説明と異なる。アナログスイッチ３０１は、接点Ｂを、駆動期間中にＧＮＤに接地する。更に、検出期間中において、同期信号がＨＩＧＨの時には、検知電極１１０に接続し、同期信号がＬＯＷの時には、ＧＮＤに接続する。具体的には、図７−２（ｂ）のような電荷検出信号１１７となる。この構成により、簡易な構成で、駆動期間と検出期間の切替えと高精度な同期検波を、同時に行うことができる。

本実施形態に係る電位測定装置は、上記のような電荷検出手段１０８を用いることで、駆動信号によるノイズの影響を小さくして、検知電極１１０誘導電荷を検出できる。そのため、本実施形態により、駆動信号の影響が少ない、高精度な電位測定装置を実現できる。

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態は、本発明の電位測定装置を用いた画像形成装置に関する。ここで用いる電位測定装置は、第１の実施の形態から第４の実施の形態の何れかと同じである。

図８に、本実施形態に係る画像形成装置を説明する模式図を示す。図８は、感光ドラム４０１の回転軸Ｅと垂直な平面上での配置を示した図である。図８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は本発明による電位測定装置、４０７は現像手段である。画像形成手段は、感光ドラム４０１、帯電手段４０４、露光手段４０５などで構成される。

感光ドラム４０１は、軸Ｅを中心に方向Ｆ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。そして、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Ｇ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。

上記構成において、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。上記の画像形成装置においては、感光ドラム４０１の偏芯度合い、帯電手段４０４の帯電レベルの差、感光ドラム４０１の個体の表面状態、及び経時変化などが存在する。そのため、感光ドラム４０１上に形成される帯電パターンの帯電された電位は、画像形成装置の個体や時間により大きさが異なる。この電位の違いは、画像形成装置が画像を形成した時の、紙４０２上での画像濃さの違いの原因となる。このように、感光ドラム４０１上での帯電量の差が、画像形成装置の画質に大きな影響を与える。

第１の実施の形態から第４の実施の形態の何れかに記載されている電位測定装置は、上記のような画像形成装置に用いることができる。本発明の電位測定装置は、比較的簡単な構成で高精度な電位測定を行うことができるため、帯電手段４０４や露光手段４０５などの制御を、この電位測定結果を基に行うことで、高画質な画像を維持できる。ここで、帯電手段４０４や露光手段４０５などの制御は、帯電手段４０４の帯電電圧を変更することや、露光手段４０５の光量や発光時間を変化させることにより行い得る。

上記のように、本実施形態によると、高画質な画像形成装置を提供することができる。

（第６の実施の形態）
図９に、第６の実施の形態に係る電位測定装置の構成図を示す。図９は、振動検出信号増幅手段１０６からの検出増幅信号６０１が、電荷検出手段１０８に入力されていることが異なる。それ以外の構成は、図１と同じ構成である。

本実施形態では、電荷検出手段１０８において、誘導電荷信号１１６と検出増幅信号６０１の演算を行って、電荷検出信号１１７を求める。具体的には、振動子１０２の振動の大きさを示す検出増幅信号６０１で、誘導電荷信号１１６を割り算する演算処理を行うことで、電荷検出信号１１７を求める。この処理によって、振動子１０２の振動が変化した場合にも精度良く電荷検出信号１１７を求めることができる。

例えば、熱による共振周波数の変動等によって、振動子１０２の振動が変化した場合、測定対象面（不図示）の電位の変化が無くても、振動子１０２の振動の大きさに比例して誘導電荷信号１１６が変化する。この結果、実際の測定対象面の電位とは異なる値が検知されることとなる。このような場合でも、上記構成とすることにより、電荷検出信号１１７を正確な値に補正することができる。

即ち、本実施形態を用いることで、より精度の高い電位測定を行うことが可能となる。さらに振動子１０２を厳密に一定の振幅になるように高精度に制御していなくても、高精度な電位測定を行うことができる。それにより、駆動信号生成手段１０７による振動子１０２の振幅の制御精度が低い構成、または、振動子１０２の制御性が低い場合でも、高精度な電位測定を行うことができる。そのため、より簡易な構成で、高精度な電位測定を行うことができる。

また、検出増幅信号１１４の信号をなくした構成で、駆動信号生成手段１０７から出力する駆動信号を一定の波形に固定して、高精度な電位測定を行うことができる。そのため、駆動信号生成手段１０７を、極めて簡易な構成で実現することができる。

尚、本明細書では、本発明の原理を用いた電位測定装置について説明を行ったが、本発明はこれに限るものではない。同様な構成を有した静電容量測定装置にも用いることができる。例えば、測定対象の面２０３（４０１、５０１）が或る所定の電位に保持されている構成で、測定対象面２０３と検知電極１０１（５０２）の間の静電容量の変化を検出する装置に用いることができる。これにより、検出した静電容量の変化により、測定対象面−電極間の距離の変化や、測定対象面−電極間の誘電率の変化等を測定することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電位測定装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る電位測定装置の振動発生・検出手段の構造を示す模式斜視図である。 第１の実施の形態に係る電位測定装置の各信号を示すグラフ図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電位測定装置の振動発生・検出手段の構造を示す模式斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る電位測定装置の各信号を示すグラフ図である。 本発明の第３の実施の形態に係る電位測定装置の各信号を示すグラフ図である。 本発明の第４の実施の形態に係る電位測定装置の電荷検出手段の構成を示す模式図である。 本発明の第４の実施の形態に係る電位測定装置の電荷検出手段の構成を示す模式図である。 第４の実施の形態に係る電位測定装置の電荷検出手段の各信号を示すグラフ図である。 第４の実施の形態に係る電位測定装置の電荷検出手段の各信号を示すグラフ図である。 本発明の電位測定装置を用いた第５の実施の形態に係る画像形成装置を、感光ドラムの回転軸と垂直な平面上での配置関係で示したブロック図である。 本発明の第６の実施の形態に係る電位測定装置の構成を示すブロック図である。 一般的な非接触型の電位測定装置の模式図である。

符号の説明

１０１、５０２ 検知電極
１０２、２１１ 容量変化手段（振動子）
１０３、１０４、２０１、２１６、２１７ 振動発生・検出手段（圧電素子、磁石、コイル配線、アナログスイッチ）
１０４ 振動発生・検出手段のアナログスイッチ
１０６ 振動検出信号増幅手段
１０８、５０３ 電荷検出手段（増幅手段）
２０３、４０１、５０１ 測定対象の面（感光ドラム、被測定面）
２１６、２１７ 電磁アクチュエータ（磁石、コイル配線）
３０１ 電荷検出手段のアナログスイッチ
３０２ バンドパスフィルタ
３０３ 同期検波手段
４０１、４０４、４０５ 画像形成手段
４０４ 帯電手段
４０５ 露光手段
４０６ 電位測定装置
６０１ 検出増幅信号

Claims (9)

1. 機械的な振動により測定対象の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、前記容量変化手段によって前記検知電極に静電誘導される電荷量を検出する電荷検出手段と、前記機械的な振動を励起する振動発生と前記機械的な振動の状態の検出とを選択的に行う振動発生・検出手段とを有し、
   前記振動発生・検出手段が検出機能を行う検出期間が、前記機械的な振動の状態を表す検出信号のピークの部分を検出できるように設定されていることを特徴とする電位測定装置。
2. 前記振動発生・検出手段は、圧電素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の電位測定装置。
3. 前記振動発生・検出手段は、電磁アクチュエータを含むことを特徴とする請求項１に記載の電位測定装置。
4. 前記振動発生・検出手段の振動発生期間と検出期間との合計が、それぞれ、前記機械的な振動の周期の整数倍の時間となっていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電位測定装置。
5. 前記電荷検出手段から信号を出力する期間が、前記振動発生・検出手段が検出機能を行う検出期間に含まれていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電位測定装置。
6. 前記電荷検出手段が、前記機械的な振動の周波数付近を中心としたバンドパスフィルタを有していることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の電位測定装置。
7. 前記電荷検出手段が、前記機械的な振動の周期による同期検波手段を有していることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の電位測定装置。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の電位測定装置と画像形成手段を備え、前記電位測定装置の前記検知電極の面が前記画像形成手段の電位測定の対象となる面と対向して配置され、前記画像形成手段が前記電位測定装置の信号検出結果を用いて画像形成の制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
9. 機械的な振動により測定対象の面と検知電極間の静電容量を変化させることで前記検知電極に静電誘導される電荷量を検出し、その検出結果に基づいて測定対象の面の電位を測定する電位測定方法であって、前記機械的な振動の状態を検出してその検出結果に基づいて前記機械的な振動の励起態様を制御すると共に、前記機械的な振動を励起する期間と前記機械的な振動の状態を検出する検出期間が重ならないように設定し、前記検出期間を、前記機械的な振動の状態を表す検出信号のピークの部分を検出できるように設定することを特徴とする電位測定方法。

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