JPH036467B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被測定体の表面電位を測定する表面電
位計に関し、特に被測定面の表面電位を交流信号
として取り出す為に測定電極と被測定面との間の
電界を断続する断続手段を有する表面電位計に関
する。

かかる表面電位計に於いては、測定電極又は断
続手段から被測定面の距離が変動すると検出出力
が変動したので、電位計を含む装置の振動が検出
出力の変動につながり、又電位計の取り付けに高
い精度が要求されていた。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、被測
定体と測定電極との間の距離にかかわらず、安定
した検出出力を得ることのできる表面電位計を提
供することを目的とするものである。

即ち、本発明は被測定体の表面電位を測定する
為の電極８５と、前記表面電位を交流電圧を交流
電圧として前記電極で検出すべく、前記電極と前
記被測定体の間の電界を所定の周期で断続する断
続手段８３と、前記電極に対向した開口部を有
し、外部電界から前記電極をシールドするための
導電部材８１と、前記電極で検出された交流電圧
を低インピーダンス信号に変換する第１の変換手
段CT１０２と、前記第１変換手段により低イン
ピーダンス信号に変換された交流電圧を直流電圧
に変換する第２の変換手段CT１０６と、前記被
測定体と前記電極との電位差を零にすべく、前記
第２変換手段からの直流電圧が零となる様な直流
電圧を前記導電部材及び前記断続手段及び前記第
１変換手段へ供給する手段CT１０８とを有し、
前記供給された直流電圧に応じた電圧を前記被測
定体の表面電位として出力する表面電位計の提供
にある。

以下本発明の実施例を図面に従い詳細に説明す
る。

第１図ａは本発明を適用し得る複写装置の断面
図である。

ドラム４７の表面は、CdS光導電体を用いた三
層構成のシームレス感光体より成り、軸上に回動
可能に軸支され、コピーキーのオンにより作動す
るメインモータ７１により矢印の方向に回転を開
始する。

ドラム４７の所定角度回転すると、原稿台ガラ
ス５４上に置かれた原稿は、第１走査ミラー４４
と一体に構成された照明ランプ４６で照射され、
その反射光は、第１走査ミラー４４及び第２走査
ミラー５３で走査される。第１走査ミラー４４と
第２走査ミラー５３は１：1/2の速比で動くこと
によりレンズ５２の前方の光路長が常に一定に保
たれたまま原稿の走査が行なわれる。

上記の反射光像はレンズ５２、第３ミラー５５
を経た後、露光部で、ドラム４７上に結像する。

ドラム４７は、前露光ランプ５０と前AC帯電
器５１′により同時除電され、その後一次帯電器
５１によりコロナ帯電（例えば＋）される。その
後ドラム４７は前記露光部で、照明ランプ４６に
より照射された像がスリツト露光される。

それと同時に、AC又は一次と逆極性（例えば
−）のコロナ除電を除電器６９で行ない、その後
更に全面露光ランプ６８による表面均一露光によ
り、ドラム４７上に高コントラストの静電潜像を
形成する。感光ドラム４７上の静電潜像は、次に
現像器６２の現像ローラ６５により、液体現像さ
れトナー像として可視化され、トナー像は前転写
帯電器６１により転写し易くされる。

上段カセツト１０、もしくは下段カセツト１１
内の転写紙は、給紙ローラ５９により機内に送ら
れ、レジスタローラ６０で正確なタイミングをと
つて、感光ドラム４７方向に送られ、潜像先端と
紙の先端とを転写部で一致させることができる。

次いで、転写帯電器４２とドラム４７の間を転
写紙が通る間に転写紙上にドラム４７上のトナー
像が転写される。

転写終了後、転写紙は分離ローラ４３によりド
ラム４７により分離され、搬送ローラ４１に送ら
れ、熱板３８と押えローラ４０，４１との間に導
かれて、加圧、加熱により定着され、その後排出
ローラ３７により紙検出用ローラ３６を介してト
レー３４へ排出される。

又、転写後のドラム４７は回転続行しクリーニ
ングローラ４８と弾性ブレード４９で構成された
クリーニング装置で、その表面を清掃し、次サイ
クルへ進む。

ここで表面電位を測定する表面電位計６７は全
面露光ランプ６８と現像器６２の間のドラム４７
の表面に近接して取付けられている。

上記コピーサイクルに先立つて実行するサイク
ルとして、電源スイツチ投入後ドラム４７を停止
したままクリーニングブレード４９に現像液を注
ぐステツプがある。以下プリウエツトと称す。こ
れはクリーニングブレード４９付近に蓄積してい
るトナーを流し出すとともに、ブレード４９とド
ラム４７の接触面に潤滑を与えるためである。又
プリウエツト時間（４秒）後ドラム４７を回転さ
せ前露光ランプ５０や前AC除電器５１′等により
ドラム４７の残留電荷やメモリを消去し、ドラム
表面をクリーニングローラ４８、クリーニングブ
レード４９によりクリーニングするステツプがあ
る。以下前回転と称す。これはドラム４７の感度
を適正にするとともにクリーンな面に像形成する
ためである。

又セツトされた数のコピーサイクルが終了した
後のサイクルとして、ドラム４７を数回転させ
AC帯電器６９等によりドラムの残留電荷やメモ
リを除去し、ドラム表面をクリーニングするステ
ツプがある。以下後回転LSTRと称す。これはド
ラム４７を静電的、物理的にクリーンにして放置
するためである。

第１図ｂは第１図のブランク露光ランプ７０付
近の平面図である。ブランク露光ランプ７０−１
〜７０−５は、ドラム回転中で露光時以外のとき
点灯させ、ドラム表面電荷を消去して、余分なト
ナーがドラムに付着するのを防止している。ただ
し、ブランク露光ランプ７０−１は表面電位計６
７に対応するドラム面を照射するので、表面電位
計６７で暗部電位を測定するとき一瞬消してい
る。またB5サイズのコピーでは、画像領域がA4
やA3サイズにくらべて小さくなるので非画像領
域に対し、ブランク露光ランプ７０−５を光学系
前進中でも点灯させる。ランプ７０−０はシヤー
プカセツトランプと称するもので、分離ガイド板
４３−１と接触しているドラム部分に、光を照射
し、その部分の電荷を完全に消去して、トナーの
付着を防ぎ、分離欠け幅分を汚さぬようにしてい
る。このシヤープカセツトランプはドラム回転
中、常時点灯している。

まず表面電位を検出する検出手段としての表面
電位計について説明する。

第２図は表面電位計の側断面図、第３図は第２
図のＸ−X′線で切断して図面の右側をみた断面
図、第４図は第２図のＸ−X′線で切断して図面
の左側をみた断面図、第５図は電位計の斜視図で
ある。

第２，３，４，５図に於いて、電位計全体は、
外部電界の影響を除くために金属のシールド部材
８１及び金属の基台９５でおおわれる。

シールド部材８１には、測定窓８８の開口があ
り、該測定窓８８をドラム４７の被測定部に対向
させて電位を測定する。

基台９５には、音叉８２が電気的に導通状態で
取付けられており、駆動圧電素子８４−１及び帰
還用圧電素子８４−２に第６図の駆動回路を接続
して、電源端子に直流電圧を印加すると音叉８２
の機械的な共振周波数で自励振動を行なう。音叉
の振動片１方の先端はチヨツパ−電極８３を構成
しており、音叉の振動により測定窓８８を一定周
期で開閉するような動きを行なう。チヨツパー電
極の奥側には、プリント基板８６が固定され、測
定窓側と対向する位置に窓と同形状の測定電極８
５が、プリント板の銅箔パターンによつて形成さ
れている。

感光ドラム４７の表面電荷に基く電気力線は、
測定窓８８を通つて測定電極８５に入いるが、測
定窓８８と測定電極の間に位置するチヨツパー電
極８３が音叉８２の振動によつて、この電気力線
を鎖交して切るようになり、測定電極に感光ドラ
ム４７上の表面電位とチヨツパー電極（シールド
部材電位と同電位）の差電圧に比例した振幅を持
つ交流電圧を誘起する。

該交流信号はプリント板８６に組込まれたソー
スフオロワーで構成されるプリアンプ回路（第７
図）で低インピーダンス信号に変換されたのち、
電位計の出力として外部に取出される。

第５図の８９は音叉駆動部８４の駆動信号が測
定電極８５へ誘導するのを防ぐための内部のシー
ルド部材である。

音叉の駆動について第６図に従つて説明する。

音叉８２の振動片の支点側に第６図に示すように
圧電素子８４−１，８４−２がそれぞれ長さ方向
の相対する位置に導電性の接着剤で接着される。

８４−１，８４−２は厚み方向に電界を印加す
ると面方向の歪みを発生する圧電素子で第８図の
ように音叉の振動片に導電性の接着剤で固定され
ると、振動片と一体でユニモルフ振動子を構成
し、圧電素子の形状が振動片の長さ方向に細長く
なつているので厚み方向に電界を印加すると、振
動片の長さ方向に歪みを生じる。

圧電素子８４−１に駆動回路の出力（トランジ
スタTr５２のコレクタ）を、圧電素子８４−２
に駆動回路の入力（トランジスタTr５１のベー
ス）を接続し、電圧印加端子Ｐ５１，Ｐ５２に直
流電圧を印加すると、８４−１により駆動された
音叉の機械的な振動が、８４−２の厚み方向に発
生する電気信号に変換されて、駆動回路の入力に
帰還されるため、音叉の共振周波数で発振を始め
るようになる。

圧電素子８４−２の両端に取り出された帰還信
号出力は、トランジスタTr５１で電流増幅され
たのち、抵抗Ｒ５２、コンデンサＣ５２を介して
トランジスタTr５２のベースに加えられ、大振
動の交流信号に増幅されて、圧電素子８４−１を
駆動する。

８４−２の帰還信号は、第６図の駆動回路に対
して正帰還となるような位相に選ばれ、音叉のＱ
も高いので音叉の共振周波数で発振を持続するよ
うになる。

電位計の複写機本体への取付は、支持基台９５
をプリント基板６７に固定し、このプリント基板
を基板用コネクター９４及び基板ガイド８７とで
本体に支持している。

プリント基板６７のコネクタ挿入側は、コネク
タ接触用端子部が銅箔で構成され、電位計への電
源の供給及び出力信号の取り出しを行なつてお
り、簡単に電位計を抜き出しできるようになつて
いる。

以上の如く圧電素子で音叉を駆動することによ
り、従来提案されてきたモータ駆動による電気力
線の断続に比べ、高精度の小型モータを必要とし
ない為、コストの低下を招来し、又、装置の小型
化が可能となりしかも圧電素子の共振周波数は一
定であるので高精度の検出及び検出による装置制
御が可能となる。

測定電極８５に誘起された交流信号は、第９図
に示す測定回路によつて、被測定電位と同極性の
直流電位に直流再生増幅されてチヨツパー８３及
びシールド部材８１に帰還することにより、チヨ
ツパー電位及びシールド電位を被測定電位と同電
位に保つようになる。この結果チヨツパーに帰還
された電圧は測定距離によつて変動することのな
い被測定電圧そのものとなる。

チヨツパー及びシールド部材に被測定電位と同
一の電位が帰還される迄を第９図に従つて説明す
る。

第９図に於いてCT１０１は第６図の音叉駆動
回路、CT１０２は第７図のプリアンプ回路、CT
１０３は第１０図のアイソレーター、CT１０４、
CT１０５は単安定マルチバイブレーター、CT１
０６は同期クランプ回路で構成される直流再生回
路、CT１０７は積分回路、CT１０８は高電圧増
幅器、CT１０９は減衰器、CT１１０はバツフア
ーアンプ、CT１１１は電源回路である。

CT１１１の電源回路は、スイツチングレギユ
レータで構成され、入力端子Ｐ１０２，Ｐ１０３
に24Vの直流電圧を印加して、出力側に入力側と
完全に絶縁された２つの電源出力、24V（端子Ｐ
１０４，Ｐ１０５間）、及び30V（端子Ｐ１０６，
１０７間）に得る。

絶縁された電源の低圧側は、24V，30V共に
CT１０８の出力に接続されシールド部材及びチ
ヨツパーと同電位になる。

絶縁電源の高圧側は、30Vが音叉駆動回路CT
１０１の電源（端子Ｐ５１）に、24Vがプリアン
プCT１０２（端子Ｐ５３）及びアイソレーター
CT１０３の電源（端子Ｐ１１３）に供給される。

測定電極８５に誘起された微弱な交流信号はプ
リアンプCT１０２でハム等の外部雑音の影響を
受けないように低インピーダンスの信号に変換さ
れて、電位計の外部に取出される。プリアンプの
出力は、チヨツパー８３及びシールド部材８１
が、CT１０８の出力に接続され、プリアンプ回
路の電源も前述の如くCT１０８の出力にバイア
スされているため、接地電位基準にみるとCT１
０８の出力電位が重畳されているる。第１０図の
アイソレーターはプリアンプの出力信号から、
CT１０８の出力の重畳分を除去するためのもの
で、プリアンプの出力を演算増幅器OA１で交流
増幅してフオトカプラーPC１の発光ダイオード
LED１電流を変化させ、光結合によりフオトト
ランジスタPTr１のエミツタ電流を変えてフオト
トランジスタPTr１のエミツタにCT１０８の出
力の重畳分を除去した信号を得る。

アイソレーターCT１０３の動作を、第１１図
の動作波形を参照しながら説明する。

今、被測定部、即ちドラム４７の表面電位V_p
が第１１図○イに示す如く＋500Vとし、直流増幅
回路CT１０８の帰還電圧V_F（第１１図○ロ）が0V
（接地電位）から始まるとする。帰還電圧V_Fは第
１１図○ロに示す如く接地電位から表面電位V_Pと
同じ500Vまで変化する。プリアンプCT１０２か
らの出力電圧は帰還電圧V_Fを基準とすると第１
１図○ハに示す如く測定電位V_Pと帰還電圧V_Fの差
の絶対値に比例した振幅の交流信号（mVオーダ
ー）となる。しかし接地電位を基準とすると第１
１図○ニの如く帰還電圧V_Fに前記交流信号を重畳
した電圧となる。第１０図のアイソレータCT１
０３の発光ダイオードLED１駆動側は端子Ｐ１
１５に帰還電圧V_Fが、端子Ｐ１１３にはV_F＋24
〔Ｖ〕が、端子１１４にプリアンプCT１０２の出
力が接続されるので、被測定電位V_Pとチヨツパ
又はシールド部材のバイアス電位即ち帰還電圧
V_Fとの差電位に比例した振幅の交流信号となる。
当該交流信号は光結合によりフオトトランジスタ
PTr１のエミツタ電流を変化させるが、フオトト
ランジスタは＋24〔Ｖ〕−０〔Ｖ〕（接地電位）で駆
動されているので出力端子Ｐ１１７に第１１図○ホ
に示す如く帰還電圧V_Fの重畳分を除去した交流
信号が得られる。

アイソレーターＴ１０３の出力は、同期クラン
プ回路CT１０６で直流再生して、積分回路CT１
０７で平滑される。CT１０６，CT１０７を第１
２図に示しその動作を第１３図の動作波形に従つ
て説明する。

アイソレーターの出力（第１３図○ヘ）は、前述
したように測定電位V_Pとチヨツパー電位（帰還
電圧V_F）の差電圧に比例した振幅の交流信号で
あるが、第１３図○トの音叉の駆動パルス信号PLS
１と比較すると一定の位相関係を有している。○ヘ
に於いて実線の信号は、チヨツパー電位V_Fに対
して、測定電位V_Pが正の場合、破線はチヨツパ
ー電位に対して測定電位が負の場合を示す。

音叉駆動回路の出力パルスPLS１の立上りのタ
イミングを単安定回路CT１０４で○ヘの実線の信
号の負のピークのタイミング迄で遅延させパルス
信号PLS２を得る。PLS２の立下りのタイミング
で単安定回路CT１０５を駆動して、幅の狭い負
パルスPLS３（第１３図○リ）を得る。該パルス
PLS３は、アイソレーターの出力○ヘの実線の信号
の負のピーク、破線の信号の正のピークのタイミ
ングに同期している。

アイソレータの出力は、端子Ｐ１１９（第１２
図）に加えられ、エミツタ・フオロワTR４で電
流増幅したのちコンデンサＣ７に接続される。

コンデンサＣ７の反対側の端子は、TR５のソ
ースフオロワのゲートと、TR６のFETスイツチ
のドレインに接続されており、TR６のFETスイ
ツチが遮断の場合、TR５のゲート及びTR６の
ドレインは、高インピーダンスになるのでＣ７に
充電された電荷の逃げ場が無いため、Ｃ７のTR
５のゲート側の端子電位は、反対側の端子電位と
同じ変化をする。

単安定回路CT１０５の出力パルあスPLS３は、
入力端子Ｐ１２０に接続され負パルスのタイミン
グでトランジスタTR７を導通させる。

演算増幅器OA２は、クランプ用のツエナーダ
イオードZD１，ZD２により出力が、０〜±5V
に制限されているため、TR７が導通するとダイ
オードＤ１０１のカソードが＋12Vにバイアスさ
れＤ１０１が遮断となつてFETスイツチTR６の
ソース・ゲート間は零バアイスとなり、TR６の
ドレイン−ソース間は導通状態となる。TR６が
導通になると、演算増幅器OA２の帰還ループ
が、FETスイツチTR６、ソースフオロワーTR
５、抵抗Ｒ２１のルートで形成されため、OA２
の２つの入力端子間の電位差は零になりOA２の
入力抵抗が高いことを考慮すると、TR５のソー
ス電位は0V（接地電位）になり、Ｃ７のTR５の
ゲート側の端子電圧は、0VからTR５のゲート・
ソース間電圧だけシフトした電位にバイアスされ
るようになる。

CT１０５の出力パルスPLS３が、負パルスの
タイミングが終了して高レベルに戻るとトランジ
スタTR７は遮断となり、ダイオードＤ１０１が
導通となつて、抵抗Ｒ２６，Ｒ３０に電流が流
れ、TR６のゲートに逆バイアスが深くかかり
TR６が遮断となる。

TR６が遮断となると前述した如く、コンデン
サＣ７のTR５のゲート側の端子電圧は、反対側
の端子電位と同じ変化を示す。

従つて第１３図の実線に示す如くTR５のソー
スには、測定電位がチヨツパー電位に対して正の
場合負のピークが0V（接地電位）に、クランプさ
れたアイソレータの出力と同一形状の波形が得ら
れる。

又、○ヌの破線で示すように測定電位が、チヨツ
パー電位に対して負の場合正のピークが0Vにク
ランプされた、アイソレーターの出力と同一形状
の波形が得られる。該出力○ヌは演算増幅器OA３
で増幅された後抵抗Ｒ３１、コンデンサＣ８で積
分され、演算増幅器OA４で電流増幅されてか
ら、高電圧増幅器CT１０８に接続される。

CT１０８は第１４図に示すが、２ケのDC−
DCインバーターと、１ケの演算増幅器から構成
されており、インバータートランスＴ１０２とト
ランジスタTR１２，TR１３で構成されるイン
バーターINV２は、−1KVの固定出力が、高圧ダ
イオードＤ１０３のアノード側に得られる。

インバータートランスＴ１０１、トランジスタ
TR１０，TR１１で固定されるインバーター
INV１は可変式のインバーターとなつていて、
０〜2KV出力をコンデンサＣ１１、抵抗Ｒ４６
の両端に取出すようにしてあり、トランスＴ１０
１の２次巻線側の低圧側の端子は、Ｄ１０３のカ
ソードに接続されているのでＤ１０２のカソード
には−1KV〜＋1KVの可変出力が得られる。積
分回路CT１０７の出力は、端子Ｐ１２２を介し
て演算増幅器OA５に接続され、後述のボリウム
VR１０１で選ばれた直流電位との差電圧を増幅
したのち、バツフアートランジスタTR８，TR
９を介して、インバータートランスINV１の１
次側の共通端子に加えられ、インバーターINV
１によつて、OA５の出力を100倍程度に昇圧す
る。VR１０１は、オフセツト電圧の補正用のボ
リウムでOA５の負入力端子に加えられる直流電
位は、殆んど0V（接地電位）となる。トランスＴ
１０１で昇圧された出力即ち帰還電圧V_Fは、端
子Ｐ１２３を介して、チヨツパー部８３、シール
ド部材８１に帰還されるので被測定部と電位計
は、ネガテイブ・フイードバツク制御系を構成す
ることになり、演算増巾器OA５の入力の電位差
が零になるように、即ちチヨツパー８３、シール
ド部材８１の電位が、被測定電圧と等しくなつ
て、Ｐ１２２の入力電圧をOA５の負入力端子の
入力電圧と同様に零にするようになる。

被測定電位V_Pが、−1K〜＋1KV範囲内では、
CT１０８の出力電圧即ち帰還電圧V_Fは、被測定
電位V_Pと常に等しくなる。

増幅回路CT１０８の出力は、減衰器CT１０９
で1/100に減衰され、CT１１０のバツフアで電流
増幅された後出力端子Ｐ１２４に取り出される。
端子Ｐ１２４から取り出された検出出力は１次帯
電器或は除電器の出力制御、或は露光ランプの光
量制御、現像バイアス電圧の制御等に用いられ
る。

帰還電圧V_Fは、チヨツパー８３、シールド部
材８１に印加されて被測定電位V_Pとの電位差を
常に零にするような変化をするので、端子Ｐ１２
３に取出された出力は、CT１０１からCT１０８
迄の各回路のオフセツト、誤差に影響されない安
定した出力となる。

前記シールド部材８１と前記ドラム４７との間
の距離を２mm、４mm、６mmと変更した時の被測定
電位V_Pと帰還電圧V_Fの特性の実験結果を第１５
図に示す。

第１５図に於いては本実施例の増幅器CT１０
８の出力電圧の範囲を−350〔Ｖ〕〜＋750〔Ｖ〕と
している。

第１５図に示す様に被測定電位V_Pに対して帰
還電圧V_Fは距離を変えてもとんど一定と言える。

これはV_P＝V_Fとなつた時、つまりドラムの表
面電位とチヨツパ又はシールド部材のバイアス電
位が等しいとき測定電極が完全にドラム表面から
の電界の影響を受けなくなり、電極とドラム表面
との距離には影響を受けないからであろう。

以上の様に本発明により測定電極と被測定面と
の距離に影響を受けずに被測定面の表面電位を測
定する表面電位計が実現できた。従つて電位計を
被測定体付近に取り付ける際に高い精度を必要と
しないばかりか、チヨツパ駆動或は電位計を含ん
だ装置の械械振動による距離変動の影響を受けず
に安定した電位検出ができる。更に負帰還回路を
用いているので測定の為の各処理回路の環境変化
に伴うゲイン変動、ドリフト等の影響を受けな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明を適用しうる複写装置の断面
図、第１図ｂはブランク露光ランプ７０付近の平
面図、第２図は表面電位計の側断面図、第３図は
第２図のＸ−X′線から右側をみた断面図、第４
図は第２図のＸ−X′線から左側をみた断面図、
第５図は電位計の斜視図、第６図は圧電音叉駆動
回路図、第７図は電位検出回路図、第８図は振動
子断面図、第９図は測定回路図、第１０図はアイ
ソレータ回路図、第１１図は第９図の各部の波形
図、第１２図は第９図の積分回路CT１０６と増
幅器CT１０７の詳細回路図、第１３図は第１２
図の各部の波形図、第１４図は高電圧増幅器CT
１０８、減衰器CT１０９、バツフアアンプCT１
１０の詳細回路図、第１５図は表面電位V_Pと帰
還電圧V_Fの関係の測定結果を示す図である。 図に於いて、４７は感光ドラム、８３はチヨツ
パ、８５は測定電極、PC１はフオトカプラ、OA
１〜OA６は演算増幅器を各々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定体の表面電位を測定する為の電極と、 前記表面電位を交流電圧として前記電極で検出
   すべく、前記電極と前記被測定体の間の電界を所
   定の周期で断続する断続手段と、 前記電極に対向した開口部を有し、外部電界か
   ら前記電極をシールドするための導電部材と、 前記電極で検出された交流電圧を低インピーダ
   ンス信号に変換する第１の変換手段と、 前記第１変換手段により低インピーダンス信号
   に変換された交流電圧を直流電圧に変換する第２
   の変換手段と、 前記被測定体と前記電極との電位差を零にすべ
   く、前記第２変換手段からの直流電圧が零となる
   様な直流電圧を前記導電部材及び前記断続手段及
   び前記第１変換手段へ供給する手段とを有し、 前記供給された直流電圧に応じた電圧を前記被
   測定体の表面電位として出力することを特徴とす
   る表面電位計。