JP2002062326A - 表面電位センサと電子写真式画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】異なる電位の近接部品に影響されずに被測定体
の表面電位を正確に検出できる表面電位センサと電子写
真式画像形成装置を提供する。 【解決手段】表面電位センサ１０のシールド部材は、検
知電極２０と音叉２１を覆うシールド部材本体部１６よ
り、被測定電位面の周方向に直線状または同心円状に延
出させた延出部２６を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式によ
る複写機またはレーザビームプリンタ等の画像形成装置
の感光ドラム等の静電潜像保持体や現像剤担持体の表面
電位を検出する表面電位センサおよび該センサを備えた
画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式画像形成装置においては、以
下の動作により画像形成を行う。（ａ）アルミニウム等
でなる円筒体の表面に光により導通する特殊な光半導体
の層を形成した感光ドラムを回転しながら帯電器により
例えばマイナスに帯電させる。（ｂ）次に露光器によ
り、印字等の形状に感光ドラムの表面に光を照射してそ
の導通させた部分の電荷を消去して静電潜像を形成す
る。（ｃ）マイナス電位に表面電位を保った現像剤（ト
ナー）担持体（回転ドラム）の表面にトナーを付着させ
ておき、該帯電したトナーを、前記感光ドラム上の電荷
を消去した部分に電位差により付着させる。（ｄ）次に
感光ドラムに紙を当てて電位差により感光ドラム上のト
ナーを記録紙に転写する。（ｅ）トナーが転写された紙
に上下から圧力を加え、かつ熱を加えることにより記録
紙の上にトナーを定着させる。一方、感光ドラムにおい
ては、記録紙にトナーを転写後の表面の電荷を除電器に
より除去し、その後、クリーナにより感光ドラムの表面
に残ったトナーを除去する。

【０００３】電子写真式画像形成装置においては、前述
のように、感光ドラムには帯電器により帯電させるが、
画像形成時の湿度や温度あるいは経年変化により、感光
ドラムの表面が目標とする電位に帯電されない場合があ
る。このため、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、感光
ドラム１の表面に対向させて表面電位センサ２を設け、
該センサ２により検出される実際の電位が目標とする電
位と異なる場合は、帯電器により印加する電圧を変更し
て電位が目標となる値になるようにする。このような調
整は、画像形成を行わない例えば電源投入時等に行う。

【０００４】なお、表面電位センサ２は、図７（Ｃ）に
示すように、金属製の箱状をなすシールド部材２ａ内の
検知電極（図示せず）を設け、感光ドラム１に対する面
には、感光ドラム１の表面のみの電位を検出するための
検出用窓２ｂを設けたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】画像形成装置における
感光ドラムは、装置の小型化の要求により、小径化が進
み、直径が１００ｍｍのものから６０ｍｍのものが実現
し、さらに小径のものが実現されようとしている。この
ような小型化により、感光ドラム１の周囲に実装される
表面電位センサ２や現像剤担持体３も高密度実装される
傾向があり、表面電位センサ２に異なる電位の現像剤担
持体３等が非常に近接して実装される。

【０００６】このように、表面電位センサ２には電位の
異なる他の部品が近接配置されるため、これらの近接配
置部品で発生する電界により表面電位センサによって検
出用窓２ｂから検出する電界が乱され、感光ドラム１の
表面電位が正しく検出できないという不具合が発生す
る。例えば前記現像剤担持体３の電位が−７００Ｖであ
る場合、感光ドラム１の電位を０Ｖから−９００Ｖに変
化させると、検出電位のエラー分は、図８に示すよう
に、感光ドラム１の電位と、現像剤担持体３の近接体の
電位との差が大きければ大きい程増加する。そしてこの
ような検出電位がエラー分の存在により、フィードバッ
ク制御により感光ドラム１の電位の制御が良好に行われ
ず、画像品質の維持が困難になるという問題点がある。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、被測定電位
面と異なる電位を有する部品が表面電位センサに近接配
置される場合であっても、近接部品に影響されずに被測
定体の表面電位を正確に検出できる表面電位センサと電
子写真式画像形成装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段と作用、効果】請求項１の
表面電位センサは、円筒状の被測定電位体の円弧面に対
向して配設される検知電極と、該検知電極と前記被測定
電位面との静電結合を周期的に変化させる音叉と、少な
くとも前記検知電極と前記音叉をシールドするシールド
部材と、該シールド部材に設けた検出用窓とを備えた表
面電位センサであって、前記シールド部材は、前記検知
電極と前記音叉を覆うシールド部材本体部より、円弧面
である被測定電位面の周方向に直線状または同心円状に
延出させた延出部を有することを特徴とする。

【０００９】このように、シールド部材に被測定電位面
の周方向に延出させた延出部を設けることにより、近接
部品による電界の影響を延出部により低減することがで
き、エラー分が大幅に低減された表面電位検出が可能と
なり、表面電位の制御が良好に行われる。また、表面電
位が正確に検出できるため、表面電位センサと他の部品
の近接配置が可能となり、小型化が容易に達成できる。

【００１０】請求項２の電子写真式画像形成装置は、請
求項１の表面電位センサを備えたことを特徴とする。

【００１１】このように、請求項１の表面電位センサを
用いて画像形成装置を構成することにより、表面電位の
制御が良好に行われ、小型の画像形成装置を構成でき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明による電子写真式画
像形成装置の一実施の形態を示す構成図である。図１に
おいて、１は静電潜像保持体として設けられる感光ドラ
ムであり、アルミニウム等でなる導電性円筒体１ａの表
面に光により導通する特殊な光半導体の層を形成したも
のである。円筒体１ａは接地されている。

【００１３】４は例えばコロトロン帯電器やスコロトロ
ン帯電器等の帯電器であり、回転する感光ドラム１の表
面に一般的にはマイナスに均一に帯電させるものであ
る。

【００１４】５は例えば半導体レーザ等でなる露光器で
あり、例えばレーザビームプリンタの場合、パーソナル
コンピュータ等の画像信号発生手段からの濃度信号によ
り、半導体レーザの発光時間の変化により露光し、露光
部分の電荷を消去して静電潜像を形成する。

【００１５】６は現像器であり、ケース６ａ内に現像剤
（トナー）７を収容し、磁性体でなる担持体６ｂにトナ
ー７を磁気的に付着させ、かつその電位を感光ドラム１
の表面電位と同じ極性に帯電させることにより、感光ド
ラム１表面の電荷を除去した部分にトナー７を飛ばせて
付着させるものである。トナー７としては、磁性を持た
せたトナー粒子からなる一成分系のものと、ポリエステ
ル等の非磁性粒子からなるトナーと現像剤担持体６ｂへ
トナーを付着させるための磁性キャリアーからなる２成
分系のものとがある。

【００１６】現像器６の現像剤担持体６ｂは、直流電源
８によって感光ドラム１の表面と同じ極性（本例ではマ
イナス）に帯電させることにより、トナーをマイナスに
帯電させて感光ドラム上の電荷除去部分にトナーを付着
させる以外に、かぶり（電荷消去以外の部分にトナーが
付着する現象）を防止する役目も果たす。

【００１７】また、交流電源９は、担持体６ｂに例えば
数ｋＨｚの周波数で例えば１ｋＶ程度の正弦波、矩形
波、三角波等の交流を印加するもので、現像剤として２
成分系のものを用いる場合、現像剤の磁気ブラシ（図示
せず）を振動させることにより、トナー粒子をキャリア
粒子から分離させることが容易となる。

【００１８】１０は本発明による表面電位センサであ
り、その構造については後述する。

【００１９】１１は記録紙１２をプラスに帯電させてト
ナー付着後の感光ドラム１の表面に当てることにより、
感光ドラム１上のトナーを記録紙１２に転写させる転写
器である、１３は定着器であり、トナーが転写された記
録紙１２に上下から圧力を加え、かつ熱を加えることに
より記録紙１２の上にトナーを定着させるものである。

【００２０】１４は除電器であり、記録紙１２にトナー
を転写した後の感光ドラム１の表面の電荷を除去するも
のである。１５はクリーナであり、感光ドラム１の表面
に残ったトナーを除去するものである。

【００２１】３０はＣＰＵであり、該ＣＰＵ３０は、表
面電位センサ１０、温度センサ３１、湿度センサ３２お
よび他のセンサ３３（記録紙１２の吸湿度センサあるい
は記録紙１２のトナー付着濃度センサ等）からの検出信
号により、各種の制御を行うものである。

【００２２】図２（Ａ）は前記表面電位センサ１０とそ
の配置を感光ドラム１の軸方向より見た図、図２（Ｂ）
は同じく表面電位センサ１０を感光ドラム１側から見た
図である。また、図３（Ａ）は表面電位センサ１０の縦
断面図、図３（Ｂ）はその横断面図、（Ｃ）は表面電位
の検出原理を説明する図である。

【００２３】図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、表面電
位センサ１０のシールド部材は、金属等の導電材でなる
シールド部材本体１６と延出部２６とにより構成され
る。シールド部材本体１６は、片面開口の部材１６ａと
その開口部を塞ぐ蓋板１６ｂとにより構成される。該シ
ールド部材本体１６には、感光ドラム１等に対向する面
に検出用窓１７を有する。また、シールド部材本体１６
内に基板１９を有し、該基板１９に、前記検出用窓１７
に対向して検知電極２０を取付けている。前記基板１９
には、前記検知電極２０に接続されるプリアンプ２１と
を備えている。プリアンプ２１はケーブル２３を介して
外部に接続される。

【００２４】２２は検出用窓１７を介して被測定電位面
より導入出される電気力線をチョッピングするための音
叉である。前記音叉２２は、通常、恒弾性金属材によっ
て構成され、図３（Ｃ）に示すように、２本のアーム部
２２ａの先端部にチョッピング部２２ｂが設けられてい
る。そして、アーム部２２ａにそれぞれ貼付された圧電
素子２４、２４がケーブル２５により接続される音叉駆
動回路（図示せず）によって、その自己共振周波数で振
動し、前記チョッピング部２２ｂを被測定電位面および
検知電極２０の面に対して平行に振動させる。

【００２５】前述のように音叉２２が動作すると、図３
（Ｃ）に示すように、チョッピング部２２ｂが検出用窓
１７の開口面積をチョッパーの振動周波数で周期的に増
減する。従って、検知電極２０と被測定電位面との対向
面積も同様に増減する。これにより、検知電極２０に誘
起される電荷が変化し、その変化がプリアンプ２１で増
幅され、ケーブル２３より取出すことが可能となる。音
叉２２の駆動源としてはコイル等別の駆動素子を用いる
ことができる。

【００２６】前記延出部２６は、前記シールド部材本体
１６の側面より側方に延出させて設けられる。本例の延
出部２６は、図２（Ａ）に示すように、感光ドラム１の
弧状表面に沿い、感光ドラム１と同心状に配置可能とな
るように円弧状に形成される。また、シールド部材本体
１６の長手方向の両端からも延出部２６をシールド部材
本体１６の長手方向に延出させて形成している。該延出
部２６は、シールド部材本体１６にねじ付け、溶接ある
いは一体成形によって設けられる。

【００２７】このように構成すれば、シールド部材の延
出部２６によるシールド作用により、現像器３の現像剤
担持体６ｂによる電位の影響による表面電位センサ１０
における検出電位のエラー分が従来構成より大幅に低減
する。

【００２８】図４の線Ｅは、図２（Ａ）に示すシールド
部材本体１６の短手方向の断面の縦、横の寸法Ｗ１、Ｗ
２を６ｍｍ×６ｍｍとし、延出部２６の長さＬを１２ｍ
ｍとし、現像剤担持体６ｂの表面電位を−７００Ｖと
し、感光ドラム１の電位を０Ｖから−９００Ｖの範囲で
変化させた時の表面電位センサ１０により検出される検
出電位のエラー分の変化を示す。線Ｅから判るように、
前記感光ドラム１における前記電位範囲において、検出
電位のエラー分は０．１Ｖ以下に押さえることができ
た。

【００２９】図５（Ａ）、（Ｂ）は現像器の担持体６ｂ
のみならず、転写器１１を表面電位センサ１０に近接配
置し、該転写器１１による表面電位センサ１０への影響
を低減するため、シールド部材本体１６の両側に延出部
２６を設けた例である。本例でもシールド部材本体１６
の両側の延出部２６は感光ドラム１の表面形状に同心円
状をなすように円弧状に形成している。

【００３０】図５（Ａ）、（Ｂ）構造において、両側の
延出部２６の長さを１２ｍｍとし、転写器１１の電位を
＋３００Ｖとし、感光ドラム１の電位を前記のように０
Ｖから−９００Ｖの範囲で変化させた場合においても、
検出電位のエラー分は図４の線Ｅで示されるように、
０．１Ｖ以下に押さえることが可能であった。

【００３１】図６は本発明による表面電位センサの他の
例を示しており、延出部２７を直線状に形成したもので
ある。この場合、表面電位センサ１０のシールド部材本
体１６のサイズは前記同様とし、延出部２７の長さＬを
６ｍｍとした場合、延出部２７の長さが短いため、図４
において線Ｆに示すように、前記実施例よりもエラー分
は大きくなるが、エラー分を−２Ｖ以下に押さえること
ができ、従来のエラー分の約７分の２程度に低減するこ
とができた。

【００３２】一方、前記延出部２７の長さを１８ｍｍに
した場合には、感光ドラム１の表面との距離Ｄが大とな
り、延出部２７が空間電位を検出することとなり、図４
の線Ｇに示すように、表面電位センサ１０の検出電位と
してはプラス側に変化する。この場合にも、検出電位の
エラー分の低減効果が得られる。

【００３３】本発明の表面電位センサ１０は、現像器６
の担持体６ｂを検出するものとして用いることができ、
この場合には、感光ドラム１等の電位の影響を延出部に
よって低減することになる。

【００３４】本発明は、図１に示した構成のみならず、
感光ドラム１の周囲に前記部品以外に種々の目的を持っ
て表面電位センサ１０と電位が異なる種々の部品が配置
される場合に、その部品による検出誤差を低減する目的
で適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像形成装置の一実施の形態を示
す構成図である。

【図２】（Ａ）は図１の表面電位センサおよびその配置
を感光ドラムの軸方向より見た図、（Ｂ）は同じく該表
面電位センサを感光ドラム側から見た図である。

【図３】（Ａ）は本実施の形態の表面電位センサの縦断
面図、（Ｂ）はその横断面図、（Ｃ）は表面電位の検出
原理を説明する図である。

【図４】本発明の表面電位センサによる検出電位のエラ
ー分を示すグラフである。

【図５】（Ａ）は本発明の表面電位センサの他の例およ
びその配置を感光ドラムの軸方向より見た図、（Ｂ）は
同じく該表面電位センサを感光ドラム側から見た図、
（Ｃ）は該表面電位センサの横断面図である。

【図６】本発明の表面電位センサの他の例およびその配
置を感光ドラムの軸方向より見た図である。

【図７】（Ａ）は従来の表面電位センサの配置を感光ド
ラムの軸方向より見た図、（Ｂ）は同じくその表面電位
センサを感光ドラムと共に示す斜視図、（Ｃ）は従来の
表面電位センサを示す斜視図である。

【図８】従来の表面電位センサによる検出電位のエラー
分を示すグラフである。

【符号の説明】

１：感光ドラム、４：帯電器、５：露光器、６：現像
器、６ｂ：現像剤担持体、７：現像剤、８：直流電源、
９：交流電源、１０：表面電位センサ、１１：転写器、
１３：定着器、１４：除電品、１５：クリーナ、１６：
シールド部材本体、１７：検出用窓、１９：基板、２
０：検知電極、２１：プリアンプ、２２：音叉、２３、
２５：ケーブル、２４：圧電素子、２６、２７：延出部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の被測定電位体の円弧面に対向して
   配設される検知電極と、 該検知電極と前記被測定電位面との静電結合を周期的に
   変化させる音叉と、 少なくとも前記検知電極と前記音叉をシールドするシー
   ルド部材と、 該シールド部材に設けた検出用窓とを備えた表面電位セ
   ンサであって、 前記シールド部材は、前記検知電極と前記音叉を覆うシ
   ールド部材本体部より、円弧面である被測定電位面の周
   方向に直線状または同心円状に延出させた延出部を有す
   ることを特徴とする表面電位センサ。
2. 【請求項２】請求項１の表面電位センサを備えたことを
   特徴とする電子写真式画像形成装置。