JP2004294351A - 電位センサおよび画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】検出電極の有効面積を大きくできて、サイズの割に感度を大きくできる電位センサである。
【解決手段】電位センサ１０１は、電位被測定物と対向して配される第一、第二の検出電極１２１ａ、１２１ｂと、２組の検出電極が電位被測定物と対向して配されるときに検出電極と電位被測定物の間に配置される可動シャッタ１２５と、２組の検出電極１２１ａ、１２１ｂからの出力を差動処理する差動処理手段１６０を有する。可動シャッタ１２５は、２つの状態を取り得、第一の検出電極１２１ａは、可動シャッタが一方の状態を取るときに、他方の状態を取るときより、より広く露出され、第二の検出電極１２１ｂは、可動シャッタが一方の状態を取るときに、他方の状態を取るときより、より少なく露出される。
【選択図】 図１
【解決手段】電位センサ１０１は、電位被測定物と対向して配される第一、第二の検出電極１２１ａ、１２１ｂと、２組の検出電極が電位被測定物と対向して配されるときに検出電極と電位被測定物の間に配置される可動シャッタ１２５と、２組の検出電極１２１ａ、１２１ｂからの出力を差動処理する差動処理手段１６０を有する。可動シャッタ１２５は、２つの状態を取り得、第一の検出電極１２１ａは、可動シャッタが一方の状態を取るときに、他方の状態を取るときより、より広く露出され、第二の検出電極１２１ｂは、可動シャッタが一方の状態を取るときに、他方の状態を取るときより、より少なく露出される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を利用して容易に作製され得る非接触型の電位センサ、及びこの電位センサを使用した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被測定物の表面電位を測定するセンサの１つとして、機械式の可変容量型電位センサが知られている。図９に、機械式の可変容量型電位センサの原理を示す。被測定物１０９９は、グラウンド電位に対して電位Ｖを持っている。それに対向するように、検知電極１０２１が配置され、検知電極１０２１のすぐ上には、可動シャッタ１０２５が配置されている。可動シャッタ１０２５が動くと、被測定物１０９９と検知電極１０２１の間の静電容量Ｃが変化する。検知電極１０２１には、ＶとＣに応じて電荷Ｑが誘導される。また、検知電極１０２１とグランドの間に流れる電流は、電流計１０６０で検出される。ここで、検知電極１０２１に誘導される電荷量Ｑは、Ｑ＝ＣＶであるから、電流計１０６０に流れる電流ｉは、時間をｔとすると、ｉ＝ｄＱ／ｄｔ＝ＶｄＣ／ｄｔで与えられ、ｄＣ／ｄｔが既知であれば、電位Ｖを知ることができる。ｄＣ／ｄｔはこのセンサの感度であり、この式から明らかなように、Ｃの最大・最小の差を大きくするか、変化時間ｔを短くすれば感度が高くなる。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術を利用して作製され得る上記の如き機械式の可変容量型電位センサとしては、次のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図１０には電位センサ１００１が描かれており、これは、ドライバコンポーネント１０１０とセンサコンポーネント１０２０からなっている。これらは、基板１００４上にＭＥＭＳ技術により作製され得る。
【０００４】
ドライバコンポーネント１０１０は、平行ヒンジ構造を有するサスペンション１０１８と、櫛形静電アクチュエータ１０１２からなっている。櫛形静電アクチュエータ１０１２は、静電的に微小構造を駆動する一般的なメカニズムであって、サスペンション１０１８で支持された可動電極１０１３と、基板１００４に取り付けられた固定電極１０１４からなっている。櫛形静電アクチュエータ１０１２は、静電駆動信号源１０５０に電気的に接続されている。可動電極１０１３は、サスペンション１０１８によって、図中左右に動けるように保持されている。可動電極１０１３と固定電極１０１４の櫛歯形状の電極は交互に噛み合っていて、電位差が与えられたときに静電引力が作用する。
【０００５】
ドライバコンポーネント１０１０に接続しているのが、センサコンポーネント１０２０である。検出電極アセンブリ１０２１は基板１００４に固定されていて、被測定表面に容量結合可能である。検出電極アセンブリ１０２１は、間隔を隔てた個々の検出電極（ここでは参照番号１０２１ａ，１０２１ｂ，１０２１ｃなどによって示されている）のセットである。個々の検出プローブは一緒に接続されていて、個々の信号が結合（重畳）される。センサコンポーネント１０２０は、可動シャッタ１０２５を更に備えており、これは、検出電極アセンブリ１０２１を選択的に覆う。ここで、可動シャッタ１０２５はドライバコンポーネント１０１０に機械的に接続していて、ドライバコンポーネント１０１０の直線的な変位が、対応する可動シャッタ１０２５の変位をもたらす。
【０００６】
可動シャッタ１０２５は、複数の開口部１０２４を有しており、これらは、可動シャッタ１０２５が第１の位置にあるときに開口部１０２４を通じて検出電極アセンブリ１０２１を選択的に露出させるように構成されている。個々の開口部１０２４は、個々の検出電極の間隔に相当する寸法だけ、互いに間隔を隔てている。可動シャッタ１０２５が第２の位置にあるときには、検出電極アセンブリ１０２１は、開口部１０２４の間に存在する遮蔽部１０２６によってカバーされる。言い換えれば、可動シャッタ１０２５が第１の位置にあるときには、検出電極アセンブリ１０２１による容量結合が可能になる。一方、可動シャッタ１０２５が第２の位置にあるときには、検出電極アセンブリ１０２１による容量結合はマスクされて妨げられる。検出電極アセンブリ１０２１によって生成される電流は、取り出し電極１０２８に出力されて、増幅器１０６０で増幅される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１４７０３５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上説明したＭＥＭＳ静電センサには、以下のような問題点があった。
１．検出電極の有効面積を大きくとることができなかった。静電センサの検出感度ｄＣ／ｄｔは、検出電極の有効面積に比例するので、検出感度を十分に大きくできない。このことを、図１１を用いて説明する。図１１は、図１０の線１０８０における断面図である。図１１より明らかなように、検出電極アセンブリ１０２１を構成する個々の検出電極の幅ｗ１は、個々のシャッタ開口部１０２４の間隔に相当する寸法ｗ２だけ、互いに間隔を隔てて配置しなければならない。従って、ｗ１とｗ２は略等しいので、検出電極の有効面積が基板上の占有面積の略半分になってしまっていた。
【０００９】
２．また、従来のＭＥＭＳ静電センサにおいては、ドライバコンポーネント１０１０とセンサコンポーネント１０２０を基板１００４上の別の場所に作製するため、その配置の仕方にかかわらず、チップサイズが大きくなってしまう。そのため、ＭＥＭＳ静電センサの小型化に限界があり、また、高コストになっていた。
【００１０】
３．また、ドライバコンポーネント１０１０とセンサコンポーネント１０２０が一体になって動くため、可動部の質量が大きくなり、駆動周波数を大きくするのが困難であった。静電センサの検出感度ｄＣ／ｄｔは、駆動周波数にも比例するので、検出感度を大きくすることができなかった。
【００１１】
４．また、静電アクチュエータ１０１２を駆動に使用するタイプのＭＥＭＳ静電センサにおいては、駆動に高電圧が必要であり、ドライバが高コストになっていた。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、これらの問題点のうちの少なくとも１．の問題点を容易に解決し得る構成を持った非接触型の電位センサ、及びこの電位センサを使用した画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の電位センサは、電位被測定物と対向して配される第一、第二の検出電極と、該２組の検出電極が電位被測定物と対向して配されるときに該検出電極と電位被測定物との間に空隙を介して配される様に配置された可動シャッタと、該第一、第二の検出電極からの出力を差動処理する差動処理手段を有し、前記可動シャッタは、第一の状態と第二の状態を取り得、前記第一の検出電極は、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより広く露出され（典型的には、ほぼ全面的に露出）、前記第二の検出電極は、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより少なく露出される（典型的には、ほぼ全面的に遮蔽）ことを特徴とする。この構成によれば、第一、第二の検出電極を近づけて配置できるので検出電極の有効面積を大きくすることができ、両者からの出力を差動処理して信号を得るので、サイズの割に感度を大きくできる。また、同等の感度であれば必要サイズが小さくて済むので、小型化が可能でコストを下げることができる。
【００１４】
上記の如き基本的な構成に基づいて、以下の様な形態が可能である。
基板と、少なくとも一方が複数部分から成る該基板上の第一、第二の検出電極アセンブリと、該２組の検出電極アセンブリ上に空隙を介して配置される１つ以上の可動シャッタを有し、前記第一の検出電極アセンブリは、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより広く露出され、前記第二の検出電極アセンブリは、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより少なく露出される構成とし得る。第一、第二の検出電極はそれぞれ１つの部分で構成することもできるが、この形態の様な構成にすることで、各検出電極の有効面積を更に大きくできる。
【００１５】
また、前記可動シャッタが、第一の状態と第二の状態の間で可動に弾性支持された可動シャッタとすることで、摩擦で妨げられることの無い可動シャッタの動きを実現できる。また、その駆動周波数が可動シャッタの機械的な共振周波数に略等しい構成とすることで、同一の振幅を得るための消費電力を大幅に少なくすることができる。
【００１６】
また、前記可動シャッタが、該可動シャッタに対してその可動方向に略垂直に磁界を発生する磁界発生手段と該可動シャッタに対してその可動方向と前記磁界方向に略垂直に電流を流す電流印加手段により制御されて、前記第一の状態と第二の状態を取り得る構成とし得る。ここで、前記磁界発生手段は永久磁石または電磁コイルであったりする。この構成によれば、可動シャッタ自体がアクチュエータの一部になっているため、全く別体のアクチュエータユニットを作製する必要がなく、小型化することができる。また、可動シャッタを複数設ける場合、個々の可動シャッタを個別に動作させられるので、可動部の質量を軽減でき、動作速度を速くしてセンサ感度を上げることができる。さらに、駆動に高電圧が必要ないので、ドライバをより低コスト化できる。
【００１７】
また、２つ以上の可動シャッタと該可動シャッタに対して可動方向に略垂直に電流を流す少なくとも２つ電流印加手段を有し、前記可動シャッタに流される電流間の相互作用により、前記第一の状態と第二の状態を取り得る構成とし得る。この構成でも、可動シャッタ自体がアクチュエータの一部になっているため、全く別体のアクチュエータユニットを作製する必要がなく、小型化することができる。また、個々の可動シャッタを個別に動作させられるので、可動部の質量を軽減でき、動作速度を速くしてセンサ感度を上げることができる。さらに、駆動に高電圧が必要ないので、ドライバをより低コスト化できる。
【００１８】
更に、上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、上記の電位センサと、該電位センサの出力に基づき画像形成の制御を行う画像形成手段とを備えたことを特徴とする。この構成により、上記の電位センサの特徴を生かした画像形成装置とできる。画像形成手段は、例えば、複写機能、印刷機能、或いはファクシミリ機能を有するものである。また、画像形成手段は、感光ドラムを有し、該感光ドラム上の帯電電位を感光ドラムに対向配置された前記電位センサを用いて測定する形態にできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を明らかにすべく、図面に沿って具体的な実施例を説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は実施例１の電位センサの上面図、図２はその断面図である。電位センサ１０１は、ドライバコンポーネント１１０とセンサコンポーネント１２０からなっている。これらは、基板１０４上にＭＥＭＳ技術により作製される。
【００２１】
ドライバコンポーネント１１０は、平行ヒンジ構造を有するサスペンション１１８と、櫛形静電アクチュエータ１１２からなっている。櫛形静電アクチュエータ１１２は、静電的に微小構造を駆動する一般的なメカニズムであって、サスペンション１１８で支持された可動電極１１３と、基板１０４に取り付けられた固定電極１１４からなっている。櫛形静電アクチュエータ１１２は、静電駆動信号源１５０に電気的に接続されている。可動電極１１３は、サスペンション１１８によって、図中左右に動けるように保持されている。可動電極１１３と固定電極１１４の櫛歯形状の電極は交互に噛み合っていて、電位差が与えられたときに静電引力が作用する。この構造は上記の従来の電位センサのものと同じである。
【００２２】
ドライバコンポーネント１１０に接続しているのが、センサコンポーネント１２０である。本実施例の特徴である検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂは、基板１０４に固定されていて、それぞれ被測定表面に容量結合可能である。検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂは、間隔を隔てた個々の検出電極のセットであり、各セットの検出電極は電気的に接続されている。また、検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂの個々の検出電極は、電気的に短絡しない程度の空隙を保って配置されている。
【００２３】
可動シャッタ１２５は、検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂを選択的に覆う。ここで、可動シャッタ１２５はドライバコンポーネント１１０に機械的に接続していて、ドライバコンポーネント１１０の直線的な変位が可動シャッタ１２５の変位をもたらす。
【００２４】
可動シャッタ１２５は、複数の開口部１２４を有している。可動シャッタ１２５が第１の位置（図１の右方に動いた位置）にあるときには、検出電極アセンブリ１２１ａは開口部１２４を通じて露出され、検出電極アセンブリ１２１ｂは遮蔽される（図２（ａ）参照）。また、可動シャッタ１２５が第２の位置（図１の左方に動いた位置）にあるときには、検出電極アセンブリ１２１ａは遮蔽され、検出電極アセンブリ１２１ｂは開口部１２４を通じて露出される（図２（ｂ）参照）。
【００２５】
言い換えれば、可動シャッタ１２５が第１の位置にあるときには、検出電極アセンブリ１２１ａが測定対象と容量結合し、可動シャッタ１２５が第２の位置にあるときには、検出電極アセンブリ１２１ｂが測定対象と容量結合する。検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂによって生成される電流は、それぞれ取り出し電極１２２ａ、１２２ｂに出力され、差動増幅器１６０にて差動増幅され、センサ出力となる。
【００２６】
上記の構成において、可動シャッタ１２５の駆動周波数を、機械的な共振周波数とおおよそ等しくすることで、駆動に必要な電力を少なくできて、ドライバコンポーネント１１０の負担を軽減できる。
【００２７】
本実施例によれば、基板上１０４に検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂが、ごく僅かの空隙を保って密に配置されているため、従来のＭＥＭＳ技術を利用した電位センサに比べて検出電極の有効面積を略２倍にすることが可能である。そのため、従来と同等の大きさであれば感度を良くでき、また、従来と同等な感度であれば、全体を小型化できる。また、シリコンウエハあたりのセンサ数を増やせるので、製造コストを下げられる。
【００２８】
（実施例２）
図３は実施例２の電位センサの分解斜視図である。基板２０４の上には、検出電極アセンブリ２２１ａ、２２１ｂ、検出電極取り出し電極２２２ａ、２２２ｂ、駆動用取り出し電極２２３ａ、２２３ｂがパターニングされている。検出電極アセンブリ２２１ａ、２２１ｂは、間隔を隔てた個々の検出電極のセットであり、各セットの検出電極は、各検出電極取り出し電極２２２ａ、２２２ｂによって電気的に接続されている。また、検出電極アセンブリ２２１ａ、２２１ｂの個々の検出電極は、電気的に短絡しない程度の空隙を保って配置されている。可動シャッタユニット２１０ａ〜ｄは、遮蔽部材２１１ａ〜ｄと、平行ヒンジサスペンション２１２ａ〜ｄと、固定部材２１３ａ〜ｄからなっており、これらは導電性材料で一体に形成されている。本実施例では、駆動用取り出し電極２２３ａ、２２３ｂは固定部材２１３ａ〜ｄと固定的に結合されている。そして、遮蔽部材２１１ａ〜ｄは、検出電極アセンブリ２２１ａ、２２１ｂの上に空隙を介して平行ヒンジサスペンション２１２ａ〜ｄで支持されている。基板２０４の下部には、永久磁石２３０が配置され、基板２０４に垂直な向きに磁束を発生している。駆動用取り出し電極２２３ａ、２２３ｂはドライバ２５０に電気的に接続されており、検出電極取り出し電極２２２ａ、２２２ｂは差動増幅器２９０に電気的に結合されている。
【００２９】
上記構成の本実施例の電位センサの動作について説明する。図４は、本実施例の上面図である。被測定物は、基板２０４に対向して略垂直な方向に配置される。こうした配置状態で、図４（ａ）に示すようにドライバ２５０から電流を発生し、駆動用取り出し電極２２３ａから２２３ｂの向きに可動シャッタユニット２１０ａ〜ｄを通って電流を流すと、紙面上方向に垂直に磁界が発生しているので、平行ヒンジサスペンション２１２ａ〜ｄが撓んで遮蔽部材２１１ａ〜ｄは図中の右側に変位する。すると、検出電極アセンブリ２２１ａは露出されるので、測定対象物との間の静電容量が増加するのに対して、検出電極アセンブリ２２１ｂは遮蔽されるので、測定対象物との間の静電容量が減少する。
【００３０】
逆に、図４（ｂ）に示すように、駆動用取り出し電極２２３ｂから２２３ａの向きに電流を流すと、遮蔽部材２１１ａ〜ｄは図中の左側に変位する。そして、検出電極アセンブリ２２１ｂは露出されるので測定対象物との間の静電容量が増加し、検出電極アセンブリ２２１ａは遮蔽されるので測定対象物との間の静電容量が減少する。この動作を繰り返すと、検出電極アセンブリ２２１ａ、２２２ｂには、逆位相の電荷が誘導され、これらを差動増幅器２９０で差動増幅することで、対象物の電位が測定できる。
【００３１】
この際、可動シャッタユニット２１０ａ〜ｄの駆動周波数を、機械的な共振周波数とおおよそ等しくすることで、駆動に必要な電力を少なくできる。
【００３２】
本実施例によっても、検出電極の面積を広くできる。そのため、従来と同等の大きさであれば感度を良くでき、従来と同等な感度であれば、全体を小型化できる。また、シリコンウエハあたりのセンサ数を増やすことで製造コストを下げられる。
【００３３】
更に、本実施例によれば、可動シャッタ自体がアクチュエータになっているため、別体のアクチュエータユニットを作製する必要がなく、小型化することができる。そのため、従来と同等の大きさであれば感度を良くでき、また、従来と同等な感度であれば、全体を小型化できる。勿論、シリコンウエハあたりのセンサ数を増やすことで製造コストを下げられる。
【００３４】
また、個々の可動シャッタが個別に動作するので、可動部の質量を軽減でき、動作速度を速くしてセンサ感度を上げることができる。さらに、実施例１と比べて、駆動に高電圧が必要ないので、ドライバをより低コスト化できる。
【００３５】
（実施例３）
図５は実施例３の電位センサの分解斜視図である。基板３０４の上には、検出電極アセンブリ３２１ａ、３２１ｂ、検出電極取り出し電極３２２ａ、３２２ｂ、連結電極３２３ａ〜ｃ、駆動用取り出し電極３２４ａ、３２４ｂがパターニングされている。検出電極アセンブリ３２１ａ、３２１ｂは、間隔を隔てた個々の検出電極のセットであり、各セットの検出電極は、検出電極取り出し電極３２２ａ、３２２ｂによって電気的に接続されている。また、検出電極アセンブリ３２１ａと３２１ｂの個々の検出電極は、電気的に短絡しない程度の空隙を保って配置されている。可動シャッタユニット３１０ａ〜ｄは、遮蔽部材３１１ａ〜ｄと、平行ヒンジサスペンション３１２ａ〜ｄと、固定部材３１３ａ〜ｄからなっており、これらは導電性材料で一体に形成される。連結電極３２３ａ〜ｃと駆動用取り出し電極３２４ａ、３２４ｂは固定部材３１３ａ〜ｄと固定的に結合されている。そして、遮蔽部材３１１ａ〜ｄは、検出電極アセンブリ３２１ａ、３２１ｂの上に空隙を介して平行ヒンジサスペンション３１２ａ〜ｄで支持されている。可動シャッタユニット３１０ａ〜ｄは、連結電極３２３ａ〜ｃと駆動用取り出し電極３２４ａ、３２４ｂを介して電気的に直列接続されている。
【００３６】
基板３０４の下部には、コイル基板３６１が配置されている。コイル基板３６１上には、平面コイル３６２がパターニングされ、コイルドライバ３６３が平面コイル３６２に電流を流すことで、基板３０４に垂直な向きに磁束が発生する。駆動用取り出し電極３２４ａ、３２４ｂはドライバ３５０に電気的に接続されており、検出電極取り出し電極３２２ａ、３２２ｂは差動増幅器３９０に電気的に結合されている。
【００３７】
本実施例の電位センサの動作について説明する。図６は本実施例の上面図である。被測定物は基板３０４に略垂直な方向に配置される。図６（ａ）に示すように、ドライバ３５０から電流を発生し、駆動用取り出し電極３２４ａから３２４ｂの向きに電流を流すと、平面コイル３６２により紙面に垂直上方向に磁界が発生しているので、遮蔽部材３１１ａと３１１ｃは図中の左側に変位し、遮蔽部材３１１ｂと３１１ｄは図中の右側に変位する。すると、検出電極アセンブリ３２１ｂは露出されるので測定対象物との間の静電容量が増加し、反対に検出電極アセンブリ３２１ａは遮蔽されるので対象物との間の静電容量が減少する。
【００３８】
逆に、図６（ｂ）に示すように、駆動用取り出し電極３２４ｂから３２４ａの向きに電流を流すと、遮蔽部材３１１ａと３１１ｃは図中の右側に変位し、遮蔽部材３１１ｂと３１１ｄは図中の左側に変位する。そして、検出電極アセンブリ３２１ａは露出されるので対象物との間の静電容量が増加し、検出電極アセンブリ３２１ｂは遮蔽されるので対象物との間の静電容量が減少する。この動作を繰り返すと、検出電極アセンブリ３２１ａ、３２１ｂには逆位相の電荷が誘導され、これらを差動増幅することで対象物の電位が測定できる。
【００３９】
この際、可動シャッタユニット３１０ａ〜ｄの駆動周波数を、機械的な共振周波数とおおよそ等しくすることで、駆動に必要な電力を少なくできる。
【００４０】
本実施例によっても、実施例２と同様な効果を奏することができる。さらに、永久磁石を不要として、全体を薄型化することもできる。
【００４１】
（実施例４）
図７は実施例４を説明する図である。検出電極アセンブリ４２１ａ、４２１ｂと可動シャッタユニット４１０ａ〜ｄは、実施例３と同様の構造になっている。
【００４２】
図７に示すように、可動シャッタユニット４１０ａと４１０ｃは、電気的に直列接続されて駆動ドライバ４５０ａに接続されており、可動シャッタユニット４１０ｂと４１０ｄは、電気的に直列接続されて駆動ドライバ４５０ｂに接続されている。
【００４３】
図７（ａ）に示す向きに電流が流れるように駆動ドライバ４５０ａ、４５０ｂから電流を発生すると、可動シャッタユニット４１０ａと４１０ｄには図中上向き、可動シャッタユニット４１０ｂと４１０ｃには図中下向きにそれぞれ電流が流れる。すると、同じ向きに流れる電流は反発し合い、逆方向に流れる電流は引き合うので、遮蔽部材４１１ａと４１１ｃは図中の左側に変位し、遮蔽部材４１１ｂと４１１ｄは図中の右側に変位する。これにより検出電極アセンブリ４２１ａは遮蔽され、検出電極アセンブリ４２１ｂは露出する。
【００４４】
また、図７（ｂ）に示すように、駆動ドライバ４５０ｂが発生する電流の向きを逆にすると、可動シャッタユニット４１０ａと４１０ｂには図中上向き、可動シャッタユニット４１０ｃと４１０ｄには図中下向きに電流が流れる。すると、同じ向きに流れる電流は反発し合い、逆方向に流れる電流は引き合うので、遮蔽部材４１１ａと４１１ｃは図中の右側に変位し、遮蔽部材４１１ｂと４１１ｄは図中の左側に変位する。こうして、検出電極アセンブリ４２１ａは露出され、検出電極アセンブリ４２１ｂは遮蔽される。検出電極アセンブリ４２１ａ、４２１ｂに流れる電流を測定することで、実施例３と同様に測定物の電位を測定できる。
【００４５】
ここでも、可動シャッタユニット４１０ａ〜ｄの駆動周波数を、機械的な共振周波数とおおよそ等しくすることで、駆動に必要な電力を少なくできる。
【００４６】
本実施例によっても、実施例２、３と同様な効果を奏することができる。さらに、２つ以上の電流発生手段を用いることで、別体の磁界発生手段が不要となり、実施例２、３と比較して更に小型化、低コスト化を図ることができる。
【００４７】
ところで、実施例２乃至４において、可動シャッタユニットの固定部材の脚部は駆動用取り出し電極或いは連結電極に固定的に接続されていたが、これら電極に案内部やスライド終端規定部となる溝部などを形成し、ここに上記固定部材の脚部をスライド可能に嵌め込んで、可動シャッタユニットを検出電極遮蔽位置と露出位置との間で全体的にスライドさせる様な構成にすることも可能である。この場合には、可動シャッタユニットに平行ヒンジサスペンション部を設ける必要はなくなる。こうした構成にしても、同様な効果を奏することができる。
【００４８】
（実施例５）
図８は実施例５の画像形成装置の一部を説明する図である。５０１ａ〜ｃは、本発明の電位センサであり、５９１は、電子写真プロセスに一般的に用いられている感光ドラムであり、５９２は帯電器である。感光ドラム５９１の回転に同期して電位センサ５０１ａ〜ｃの出力をモニタすることで、感光ドラム５９１上の電位分布を計測できる。この計測された電位分布に基づき、感光ドラム５９１に露光する光の量を制御するか、帯電器５９２を制御することで、画像のムラを少なくできる。
【００４９】
本発明の電位センサは、小型にできるため、多くの電位センサを組み込むことができ、精度の高い制御を行うことが可能になる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のＭＥＭＳ技術を利用した電位センサと比較して検出電極の面積を広くできる。そのため、従来と同等の大きさであれば感度を良くすることができる。また、従来と同等な感度であれば、全体を小型化できる。シリコンウエハあたりのセンサ数を増やすことで製造コストを下げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電位センサの上面図である。
【図２】実施例１の電位センサの動作を説明する図である。
【図３】本発明の実施例２の電位センサの分解斜視図である。
【図４】実施例２の電位センサの動作を説明する図である。
【図５】本発明の実施例３の電位センサの分解斜視図である。
【図６】実施例３の電位センサの動作を説明する図である。
【図７】本発明の実施例４の電位センサの動作を説明する図である。
【図８】本発明の実施例５の画像形成装置の概略図である。
【図９】従来の機械式電位センサの一般的な動作原理を説明する図である。
【図１０】従来のＭＥＭＳ電位センサを説明する図である。
【図１１】従来のＭＥＭＳ電位センサの問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１０１、１００１ 電位センサ
１０４、２０４、３０４、１００４ 基板
１１０、１０１０ ドライバコンポーネント
１１２、１０１２ 櫛形静電アクチュエータ
１１３、１０１３ 可動電極
１１４、１０１４ 固定電極
１１８、１０１８ サスペンション
１２０、１０２０ センサコンポーネント
１２１ａ〜ｂ、２２１ａ〜ｂ、３２１ａ〜ｂ、４２１ａ〜ｂ、１０２１ａ〜ｃ
検出電極アセンブリ
１２２ａ〜ｂ、２２２ａ〜ｂ、３２２ａ〜ｂ、１０２８ 検出電極取り出し電極
１２４、１０２４ 開口部
１２５、１０２５ 可動シャッタ
１５０、１０５０ 静電駆動信号源
１６０、２９０、３９０ 差動増幅器
２１０ａ〜ｄ、３１０ａ〜ｄ、４１０ａ〜ｄ 可動シャッタユニット
２１１ａ〜ｄ、３１１ａ〜ｄ、４１１ａ〜ｄ 遮蔽部材
２１２ａ〜ｄ、３１２ａ〜ｄ 平行ヒンジサスペンション
２１３ａ〜ｄ、３１３ａ〜ｄ 固定部材
２２３ａ〜ｂ、３２４ａ〜ｂ 駆動用取り出し電極
２３０ 永久磁石
２５０、３５０、４５０ａ〜ｂ 駆動ドライバ
３２３ａ〜ｃ 連結電極
３６１ コイル基板
３６２ 平面コイル
３６３ コイルドライバ
５０１ａ〜ｃ 電位センサ
５９１ 感光ドラム
５９２ 帯電器
１０２６ 遮蔽部
１０８０ 切断線
１０６０ 電流計
１０９９ 被測定物
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を利用して容易に作製され得る非接触型の電位センサ、及びこの電位センサを使用した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被測定物の表面電位を測定するセンサの１つとして、機械式の可変容量型電位センサが知られている。図９に、機械式の可変容量型電位センサの原理を示す。被測定物１０９９は、グラウンド電位に対して電位Ｖを持っている。それに対向するように、検知電極１０２１が配置され、検知電極１０２１のすぐ上には、可動シャッタ１０２５が配置されている。可動シャッタ１０２５が動くと、被測定物１０９９と検知電極１０２１の間の静電容量Ｃが変化する。検知電極１０２１には、ＶとＣに応じて電荷Ｑが誘導される。また、検知電極１０２１とグランドの間に流れる電流は、電流計１０６０で検出される。ここで、検知電極１０２１に誘導される電荷量Ｑは、Ｑ＝ＣＶであるから、電流計１０６０に流れる電流ｉは、時間をｔとすると、ｉ＝ｄＱ／ｄｔ＝ＶｄＣ／ｄｔで与えられ、ｄＣ／ｄｔが既知であれば、電位Ｖを知ることができる。ｄＣ／ｄｔはこのセンサの感度であり、この式から明らかなように、Ｃの最大・最小の差を大きくするか、変化時間ｔを短くすれば感度が高くなる。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術を利用して作製され得る上記の如き機械式の可変容量型電位センサとしては、次のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図１０には電位センサ１００１が描かれており、これは、ドライバコンポーネント１０１０とセンサコンポーネント１０２０からなっている。これらは、基板１００４上にＭＥＭＳ技術により作製され得る。
【０００４】
ドライバコンポーネント１０１０は、平行ヒンジ構造を有するサスペンション１０１８と、櫛形静電アクチュエータ１０１２からなっている。櫛形静電アクチュエータ１０１２は、静電的に微小構造を駆動する一般的なメカニズムであって、サスペンション１０１８で支持された可動電極１０１３と、基板１００４に取り付けられた固定電極１０１４からなっている。櫛形静電アクチュエータ１０１２は、静電駆動信号源１０５０に電気的に接続されている。可動電極１０１３は、サスペンション１０１８によって、図中左右に動けるように保持されている。可動電極１０１３と固定電極１０１４の櫛歯形状の電極は交互に噛み合っていて、電位差が与えられたときに静電引力が作用する。
【０００５】
ドライバコンポーネント１０１０に接続しているのが、センサコンポーネント１０２０である。検出電極アセンブリ１０２１は基板１００４に固定されていて、被測定表面に容量結合可能である。検出電極アセンブリ１０２１は、間隔を隔てた個々の検出電極（ここでは参照番号１０２１ａ，１０２１ｂ，１０２１ｃなどによって示されている）のセットである。個々の検出プローブは一緒に接続されていて、個々の信号が結合（重畳）される。センサコンポーネント１０２０は、可動シャッタ１０２５を更に備えており、これは、検出電極アセンブリ１０２１を選択的に覆う。ここで、可動シャッタ１０２５はドライバコンポーネント１０１０に機械的に接続していて、ドライバコンポーネント１０１０の直線的な変位が、対応する可動シャッタ１０２５の変位をもたらす。
【０００６】
可動シャッタ１０２５は、複数の開口部１０２４を有しており、これらは、可動シャッタ１０２５が第１の位置にあるときに開口部１０２４を通じて検出電極アセンブリ１０２１を選択的に露出させるように構成されている。個々の開口部１０２４は、個々の検出電極の間隔に相当する寸法だけ、互いに間隔を隔てている。可動シャッタ１０２５が第２の位置にあるときには、検出電極アセンブリ１０２１は、開口部１０２４の間に存在する遮蔽部１０２６によってカバーされる。言い換えれば、可動シャッタ１０２５が第１の位置にあるときには、検出電極アセンブリ１０２１による容量結合が可能になる。一方、可動シャッタ１０２５が第２の位置にあるときには、検出電極アセンブリ１０２１による容量結合はマスクされて妨げられる。検出電極アセンブリ１０２１によって生成される電流は、取り出し電極１０２８に出力されて、増幅器１０６０で増幅される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１４７０３５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上説明したＭＥＭＳ静電センサには、以下のような問題点があった。
１．検出電極の有効面積を大きくとることができなかった。静電センサの検出感度ｄＣ／ｄｔは、検出電極の有効面積に比例するので、検出感度を十分に大きくできない。このことを、図１１を用いて説明する。図１１は、図１０の線１０８０における断面図である。図１１より明らかなように、検出電極アセンブリ１０２１を構成する個々の検出電極の幅ｗ１は、個々のシャッタ開口部１０２４の間隔に相当する寸法ｗ２だけ、互いに間隔を隔てて配置しなければならない。従って、ｗ１とｗ２は略等しいので、検出電極の有効面積が基板上の占有面積の略半分になってしまっていた。
【０００９】
２．また、従来のＭＥＭＳ静電センサにおいては、ドライバコンポーネント１０１０とセンサコンポーネント１０２０を基板１００４上の別の場所に作製するため、その配置の仕方にかかわらず、チップサイズが大きくなってしまう。そのため、ＭＥＭＳ静電センサの小型化に限界があり、また、高コストになっていた。
【００１０】
３．また、ドライバコンポーネント１０１０とセンサコンポーネント１０２０が一体になって動くため、可動部の質量が大きくなり、駆動周波数を大きくするのが困難であった。静電センサの検出感度ｄＣ／ｄｔは、駆動周波数にも比例するので、検出感度を大きくすることができなかった。
【００１１】
４．また、静電アクチュエータ１０１２を駆動に使用するタイプのＭＥＭＳ静電センサにおいては、駆動に高電圧が必要であり、ドライバが高コストになっていた。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、これらの問題点のうちの少なくとも１．の問題点を容易に解決し得る構成を持った非接触型の電位センサ、及びこの電位センサを使用した画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の電位センサは、電位被測定物と対向して配される第一、第二の検出電極と、該２組の検出電極が電位被測定物と対向して配されるときに該検出電極と電位被測定物との間に空隙を介して配される様に配置された可動シャッタと、該第一、第二の検出電極からの出力を差動処理する差動処理手段を有し、前記可動シャッタは、第一の状態と第二の状態を取り得、前記第一の検出電極は、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより広く露出され（典型的には、ほぼ全面的に露出）、前記第二の検出電極は、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより少なく露出される（典型的には、ほぼ全面的に遮蔽）ことを特徴とする。この構成によれば、第一、第二の検出電極を近づけて配置できるので検出電極の有効面積を大きくすることができ、両者からの出力を差動処理して信号を得るので、サイズの割に感度を大きくできる。また、同等の感度であれば必要サイズが小さくて済むので、小型化が可能でコストを下げることができる。
【００１４】
上記の如き基本的な構成に基づいて、以下の様な形態が可能である。
基板と、少なくとも一方が複数部分から成る該基板上の第一、第二の検出電極アセンブリと、該２組の検出電極アセンブリ上に空隙を介して配置される１つ以上の可動シャッタを有し、前記第一の検出電極アセンブリは、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより広く露出され、前記第二の検出電極アセンブリは、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより少なく露出される構成とし得る。第一、第二の検出電極はそれぞれ１つの部分で構成することもできるが、この形態の様な構成にすることで、各検出電極の有効面積を更に大きくできる。
【００１５】
また、前記可動シャッタが、第一の状態と第二の状態の間で可動に弾性支持された可動シャッタとすることで、摩擦で妨げられることの無い可動シャッタの動きを実現できる。また、その駆動周波数が可動シャッタの機械的な共振周波数に略等しい構成とすることで、同一の振幅を得るための消費電力を大幅に少なくすることができる。
【００１６】
また、前記可動シャッタが、該可動シャッタに対してその可動方向に略垂直に磁界を発生する磁界発生手段と該可動シャッタに対してその可動方向と前記磁界方向に略垂直に電流を流す電流印加手段により制御されて、前記第一の状態と第二の状態を取り得る構成とし得る。ここで、前記磁界発生手段は永久磁石または電磁コイルであったりする。この構成によれば、可動シャッタ自体がアクチュエータの一部になっているため、全く別体のアクチュエータユニットを作製する必要がなく、小型化することができる。また、可動シャッタを複数設ける場合、個々の可動シャッタを個別に動作させられるので、可動部の質量を軽減でき、動作速度を速くしてセンサ感度を上げることができる。さらに、駆動に高電圧が必要ないので、ドライバをより低コスト化できる。
【００１７】
また、２つ以上の可動シャッタと該可動シャッタに対して可動方向に略垂直に電流を流す少なくとも２つ電流印加手段を有し、前記可動シャッタに流される電流間の相互作用により、前記第一の状態と第二の状態を取り得る構成とし得る。この構成でも、可動シャッタ自体がアクチュエータの一部になっているため、全く別体のアクチュエータユニットを作製する必要がなく、小型化することができる。また、個々の可動シャッタを個別に動作させられるので、可動部の質量を軽減でき、動作速度を速くしてセンサ感度を上げることができる。さらに、駆動に高電圧が必要ないので、ドライバをより低コスト化できる。
【００１８】
更に、上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、上記の電位センサと、該電位センサの出力に基づき画像形成の制御を行う画像形成手段とを備えたことを特徴とする。この構成により、上記の電位センサの特徴を生かした画像形成装置とできる。画像形成手段は、例えば、複写機能、印刷機能、或いはファクシミリ機能を有するものである。また、画像形成手段は、感光ドラムを有し、該感光ドラム上の帯電電位を感光ドラムに対向配置された前記電位センサを用いて測定する形態にできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を明らかにすべく、図面に沿って具体的な実施例を説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は実施例１の電位センサの上面図、図２はその断面図である。電位センサ１０１は、ドライバコンポーネント１１０とセンサコンポーネント１２０からなっている。これらは、基板１０４上にＭＥＭＳ技術により作製される。
【００２１】
ドライバコンポーネント１１０は、平行ヒンジ構造を有するサスペンション１１８と、櫛形静電アクチュエータ１１２からなっている。櫛形静電アクチュエータ１１２は、静電的に微小構造を駆動する一般的なメカニズムであって、サスペンション１１８で支持された可動電極１１３と、基板１０４に取り付けられた固定電極１１４からなっている。櫛形静電アクチュエータ１１２は、静電駆動信号源１５０に電気的に接続されている。可動電極１１３は、サスペンション１１８によって、図中左右に動けるように保持されている。可動電極１１３と固定電極１１４の櫛歯形状の電極は交互に噛み合っていて、電位差が与えられたときに静電引力が作用する。この構造は上記の従来の電位センサのものと同じである。
【００２２】
ドライバコンポーネント１１０に接続しているのが、センサコンポーネント１２０である。本実施例の特徴である検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂは、基板１０４に固定されていて、それぞれ被測定表面に容量結合可能である。検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂは、間隔を隔てた個々の検出電極のセットであり、各セットの検出電極は電気的に接続されている。また、検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂの個々の検出電極は、電気的に短絡しない程度の空隙を保って配置されている。
【００２３】
可動シャッタ１２５は、検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂを選択的に覆う。ここで、可動シャッタ１２５はドライバコンポーネント１１０に機械的に接続していて、ドライバコンポーネント１１０の直線的な変位が可動シャッタ１２５の変位をもたらす。
【００２４】
可動シャッタ１２５は、複数の開口部１２４を有している。可動シャッタ１２５が第１の位置（図１の右方に動いた位置）にあるときには、検出電極アセンブリ１２１ａは開口部１２４を通じて露出され、検出電極アセンブリ１２１ｂは遮蔽される（図２（ａ）参照）。また、可動シャッタ１２５が第２の位置（図１の左方に動いた位置）にあるときには、検出電極アセンブリ１２１ａは遮蔽され、検出電極アセンブリ１２１ｂは開口部１２４を通じて露出される（図２（ｂ）参照）。
【００２５】
言い換えれば、可動シャッタ１２５が第１の位置にあるときには、検出電極アセンブリ１２１ａが測定対象と容量結合し、可動シャッタ１２５が第２の位置にあるときには、検出電極アセンブリ１２１ｂが測定対象と容量結合する。検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂによって生成される電流は、それぞれ取り出し電極１２２ａ、１２２ｂに出力され、差動増幅器１６０にて差動増幅され、センサ出力となる。
【００２６】
上記の構成において、可動シャッタ１２５の駆動周波数を、機械的な共振周波数とおおよそ等しくすることで、駆動に必要な電力を少なくできて、ドライバコンポーネント１１０の負担を軽減できる。
【００２７】
本実施例によれば、基板上１０４に検出電極アセンブリ１２１ａ、１２１ｂが、ごく僅かの空隙を保って密に配置されているため、従来のＭＥＭＳ技術を利用した電位センサに比べて検出電極の有効面積を略２倍にすることが可能である。そのため、従来と同等の大きさであれば感度を良くでき、また、従来と同等な感度であれば、全体を小型化できる。また、シリコンウエハあたりのセンサ数を増やせるので、製造コストを下げられる。
【００２８】
（実施例２）
図３は実施例２の電位センサの分解斜視図である。基板２０４の上には、検出電極アセンブリ２２１ａ、２２１ｂ、検出電極取り出し電極２２２ａ、２２２ｂ、駆動用取り出し電極２２３ａ、２２３ｂがパターニングされている。検出電極アセンブリ２２１ａ、２２１ｂは、間隔を隔てた個々の検出電極のセットであり、各セットの検出電極は、各検出電極取り出し電極２２２ａ、２２２ｂによって電気的に接続されている。また、検出電極アセンブリ２２１ａ、２２１ｂの個々の検出電極は、電気的に短絡しない程度の空隙を保って配置されている。可動シャッタユニット２１０ａ〜ｄは、遮蔽部材２１１ａ〜ｄと、平行ヒンジサスペンション２１２ａ〜ｄと、固定部材２１３ａ〜ｄからなっており、これらは導電性材料で一体に形成されている。本実施例では、駆動用取り出し電極２２３ａ、２２３ｂは固定部材２１３ａ〜ｄと固定的に結合されている。そして、遮蔽部材２１１ａ〜ｄは、検出電極アセンブリ２２１ａ、２２１ｂの上に空隙を介して平行ヒンジサスペンション２１２ａ〜ｄで支持されている。基板２０４の下部には、永久磁石２３０が配置され、基板２０４に垂直な向きに磁束を発生している。駆動用取り出し電極２２３ａ、２２３ｂはドライバ２５０に電気的に接続されており、検出電極取り出し電極２２２ａ、２２２ｂは差動増幅器２９０に電気的に結合されている。
【００２９】
上記構成の本実施例の電位センサの動作について説明する。図４は、本実施例の上面図である。被測定物は、基板２０４に対向して略垂直な方向に配置される。こうした配置状態で、図４（ａ）に示すようにドライバ２５０から電流を発生し、駆動用取り出し電極２２３ａから２２３ｂの向きに可動シャッタユニット２１０ａ〜ｄを通って電流を流すと、紙面上方向に垂直に磁界が発生しているので、平行ヒンジサスペンション２１２ａ〜ｄが撓んで遮蔽部材２１１ａ〜ｄは図中の右側に変位する。すると、検出電極アセンブリ２２１ａは露出されるので、測定対象物との間の静電容量が増加するのに対して、検出電極アセンブリ２２１ｂは遮蔽されるので、測定対象物との間の静電容量が減少する。
【００３０】
逆に、図４（ｂ）に示すように、駆動用取り出し電極２２３ｂから２２３ａの向きに電流を流すと、遮蔽部材２１１ａ〜ｄは図中の左側に変位する。そして、検出電極アセンブリ２２１ｂは露出されるので測定対象物との間の静電容量が増加し、検出電極アセンブリ２２１ａは遮蔽されるので測定対象物との間の静電容量が減少する。この動作を繰り返すと、検出電極アセンブリ２２１ａ、２２２ｂには、逆位相の電荷が誘導され、これらを差動増幅器２９０で差動増幅することで、対象物の電位が測定できる。
【００３１】
この際、可動シャッタユニット２１０ａ〜ｄの駆動周波数を、機械的な共振周波数とおおよそ等しくすることで、駆動に必要な電力を少なくできる。
【００３２】
本実施例によっても、検出電極の面積を広くできる。そのため、従来と同等の大きさであれば感度を良くでき、従来と同等な感度であれば、全体を小型化できる。また、シリコンウエハあたりのセンサ数を増やすことで製造コストを下げられる。
【００３３】
更に、本実施例によれば、可動シャッタ自体がアクチュエータになっているため、別体のアクチュエータユニットを作製する必要がなく、小型化することができる。そのため、従来と同等の大きさであれば感度を良くでき、また、従来と同等な感度であれば、全体を小型化できる。勿論、シリコンウエハあたりのセンサ数を増やすことで製造コストを下げられる。
【００３４】
また、個々の可動シャッタが個別に動作するので、可動部の質量を軽減でき、動作速度を速くしてセンサ感度を上げることができる。さらに、実施例１と比べて、駆動に高電圧が必要ないので、ドライバをより低コスト化できる。
【００３５】
（実施例３）
図５は実施例３の電位センサの分解斜視図である。基板３０４の上には、検出電極アセンブリ３２１ａ、３２１ｂ、検出電極取り出し電極３２２ａ、３２２ｂ、連結電極３２３ａ〜ｃ、駆動用取り出し電極３２４ａ、３２４ｂがパターニングされている。検出電極アセンブリ３２１ａ、３２１ｂは、間隔を隔てた個々の検出電極のセットであり、各セットの検出電極は、検出電極取り出し電極３２２ａ、３２２ｂによって電気的に接続されている。また、検出電極アセンブリ３２１ａと３２１ｂの個々の検出電極は、電気的に短絡しない程度の空隙を保って配置されている。可動シャッタユニット３１０ａ〜ｄは、遮蔽部材３１１ａ〜ｄと、平行ヒンジサスペンション３１２ａ〜ｄと、固定部材３１３ａ〜ｄからなっており、これらは導電性材料で一体に形成される。連結電極３２３ａ〜ｃと駆動用取り出し電極３２４ａ、３２４ｂは固定部材３１３ａ〜ｄと固定的に結合されている。そして、遮蔽部材３１１ａ〜ｄは、検出電極アセンブリ３２１ａ、３２１ｂの上に空隙を介して平行ヒンジサスペンション３１２ａ〜ｄで支持されている。可動シャッタユニット３１０ａ〜ｄは、連結電極３２３ａ〜ｃと駆動用取り出し電極３２４ａ、３２４ｂを介して電気的に直列接続されている。
【００３６】
基板３０４の下部には、コイル基板３６１が配置されている。コイル基板３６１上には、平面コイル３６２がパターニングされ、コイルドライバ３６３が平面コイル３６２に電流を流すことで、基板３０４に垂直な向きに磁束が発生する。駆動用取り出し電極３２４ａ、３２４ｂはドライバ３５０に電気的に接続されており、検出電極取り出し電極３２２ａ、３２２ｂは差動増幅器３９０に電気的に結合されている。
【００３７】
本実施例の電位センサの動作について説明する。図６は本実施例の上面図である。被測定物は基板３０４に略垂直な方向に配置される。図６（ａ）に示すように、ドライバ３５０から電流を発生し、駆動用取り出し電極３２４ａから３２４ｂの向きに電流を流すと、平面コイル３６２により紙面に垂直上方向に磁界が発生しているので、遮蔽部材３１１ａと３１１ｃは図中の左側に変位し、遮蔽部材３１１ｂと３１１ｄは図中の右側に変位する。すると、検出電極アセンブリ３２１ｂは露出されるので測定対象物との間の静電容量が増加し、反対に検出電極アセンブリ３２１ａは遮蔽されるので対象物との間の静電容量が減少する。
【００３８】
逆に、図６（ｂ）に示すように、駆動用取り出し電極３２４ｂから３２４ａの向きに電流を流すと、遮蔽部材３１１ａと３１１ｃは図中の右側に変位し、遮蔽部材３１１ｂと３１１ｄは図中の左側に変位する。そして、検出電極アセンブリ３２１ａは露出されるので対象物との間の静電容量が増加し、検出電極アセンブリ３２１ｂは遮蔽されるので対象物との間の静電容量が減少する。この動作を繰り返すと、検出電極アセンブリ３２１ａ、３２１ｂには逆位相の電荷が誘導され、これらを差動増幅することで対象物の電位が測定できる。
【００３９】
この際、可動シャッタユニット３１０ａ〜ｄの駆動周波数を、機械的な共振周波数とおおよそ等しくすることで、駆動に必要な電力を少なくできる。
【００４０】
本実施例によっても、実施例２と同様な効果を奏することができる。さらに、永久磁石を不要として、全体を薄型化することもできる。
【００４１】
（実施例４）
図７は実施例４を説明する図である。検出電極アセンブリ４２１ａ、４２１ｂと可動シャッタユニット４１０ａ〜ｄは、実施例３と同様の構造になっている。
【００４２】
図７に示すように、可動シャッタユニット４１０ａと４１０ｃは、電気的に直列接続されて駆動ドライバ４５０ａに接続されており、可動シャッタユニット４１０ｂと４１０ｄは、電気的に直列接続されて駆動ドライバ４５０ｂに接続されている。
【００４３】
図７（ａ）に示す向きに電流が流れるように駆動ドライバ４５０ａ、４５０ｂから電流を発生すると、可動シャッタユニット４１０ａと４１０ｄには図中上向き、可動シャッタユニット４１０ｂと４１０ｃには図中下向きにそれぞれ電流が流れる。すると、同じ向きに流れる電流は反発し合い、逆方向に流れる電流は引き合うので、遮蔽部材４１１ａと４１１ｃは図中の左側に変位し、遮蔽部材４１１ｂと４１１ｄは図中の右側に変位する。これにより検出電極アセンブリ４２１ａは遮蔽され、検出電極アセンブリ４２１ｂは露出する。
【００４４】
また、図７（ｂ）に示すように、駆動ドライバ４５０ｂが発生する電流の向きを逆にすると、可動シャッタユニット４１０ａと４１０ｂには図中上向き、可動シャッタユニット４１０ｃと４１０ｄには図中下向きに電流が流れる。すると、同じ向きに流れる電流は反発し合い、逆方向に流れる電流は引き合うので、遮蔽部材４１１ａと４１１ｃは図中の右側に変位し、遮蔽部材４１１ｂと４１１ｄは図中の左側に変位する。こうして、検出電極アセンブリ４２１ａは露出され、検出電極アセンブリ４２１ｂは遮蔽される。検出電極アセンブリ４２１ａ、４２１ｂに流れる電流を測定することで、実施例３と同様に測定物の電位を測定できる。
【００４５】
ここでも、可動シャッタユニット４１０ａ〜ｄの駆動周波数を、機械的な共振周波数とおおよそ等しくすることで、駆動に必要な電力を少なくできる。
【００４６】
本実施例によっても、実施例２、３と同様な効果を奏することができる。さらに、２つ以上の電流発生手段を用いることで、別体の磁界発生手段が不要となり、実施例２、３と比較して更に小型化、低コスト化を図ることができる。
【００４７】
ところで、実施例２乃至４において、可動シャッタユニットの固定部材の脚部は駆動用取り出し電極或いは連結電極に固定的に接続されていたが、これら電極に案内部やスライド終端規定部となる溝部などを形成し、ここに上記固定部材の脚部をスライド可能に嵌め込んで、可動シャッタユニットを検出電極遮蔽位置と露出位置との間で全体的にスライドさせる様な構成にすることも可能である。この場合には、可動シャッタユニットに平行ヒンジサスペンション部を設ける必要はなくなる。こうした構成にしても、同様な効果を奏することができる。
【００４８】
（実施例５）
図８は実施例５の画像形成装置の一部を説明する図である。５０１ａ〜ｃは、本発明の電位センサであり、５９１は、電子写真プロセスに一般的に用いられている感光ドラムであり、５９２は帯電器である。感光ドラム５９１の回転に同期して電位センサ５０１ａ〜ｃの出力をモニタすることで、感光ドラム５９１上の電位分布を計測できる。この計測された電位分布に基づき、感光ドラム５９１に露光する光の量を制御するか、帯電器５９２を制御することで、画像のムラを少なくできる。
【００４９】
本発明の電位センサは、小型にできるため、多くの電位センサを組み込むことができ、精度の高い制御を行うことが可能になる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のＭＥＭＳ技術を利用した電位センサと比較して検出電極の面積を広くできる。そのため、従来と同等の大きさであれば感度を良くすることができる。また、従来と同等な感度であれば、全体を小型化できる。シリコンウエハあたりのセンサ数を増やすことで製造コストを下げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電位センサの上面図である。
【図２】実施例１の電位センサの動作を説明する図である。
【図３】本発明の実施例２の電位センサの分解斜視図である。
【図４】実施例２の電位センサの動作を説明する図である。
【図５】本発明の実施例３の電位センサの分解斜視図である。
【図６】実施例３の電位センサの動作を説明する図である。
【図７】本発明の実施例４の電位センサの動作を説明する図である。
【図８】本発明の実施例５の画像形成装置の概略図である。
【図９】従来の機械式電位センサの一般的な動作原理を説明する図である。
【図１０】従来のＭＥＭＳ電位センサを説明する図である。
【図１１】従来のＭＥＭＳ電位センサの問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１０１、１００１ 電位センサ
１０４、２０４、３０４、１００４ 基板
１１０、１０１０ ドライバコンポーネント
１１２、１０１２ 櫛形静電アクチュエータ
１１３、１０１３ 可動電極
１１４、１０１４ 固定電極
１１８、１０１８ サスペンション
１２０、１０２０ センサコンポーネント
１２１ａ〜ｂ、２２１ａ〜ｂ、３２１ａ〜ｂ、４２１ａ〜ｂ、１０２１ａ〜ｃ
検出電極アセンブリ
１２２ａ〜ｂ、２２２ａ〜ｂ、３２２ａ〜ｂ、１０２８ 検出電極取り出し電極
１２４、１０２４ 開口部
１２５、１０２５ 可動シャッタ
１５０、１０５０ 静電駆動信号源
１６０、２９０、３９０ 差動増幅器
２１０ａ〜ｄ、３１０ａ〜ｄ、４１０ａ〜ｄ 可動シャッタユニット
２１１ａ〜ｄ、３１１ａ〜ｄ、４１１ａ〜ｄ 遮蔽部材
２１２ａ〜ｄ、３１２ａ〜ｄ 平行ヒンジサスペンション
２１３ａ〜ｄ、３１３ａ〜ｄ 固定部材
２２３ａ〜ｂ、３２４ａ〜ｂ 駆動用取り出し電極
２３０ 永久磁石
２５０、３５０、４５０ａ〜ｂ 駆動ドライバ
３２３ａ〜ｃ 連結電極
３６１ コイル基板
３６２ 平面コイル
３６３ コイルドライバ
５０１ａ〜ｃ 電位センサ
５９１ 感光ドラム
５９２ 帯電器
１０２６ 遮蔽部
１０８０ 切断線
１０６０ 電流計
１０９９ 被測定物
Claims (8)
- 電位被測定物と対向して配される第一、第二の検出電極と、該２組の検出電極が電位被測定物と対向して配されるときに該検出電極と電位被測定物との間に空隙を介して配される様に配置された可動シャッタと、該第一、第二の検出電極からの出力を差動処理する差動処理手段を有し、
前記可動シャッタは、第一の状態と第二の状態を取り得、前記第一の検出電極は、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより広く露出され、前記第二の検出電極は、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより少なく露出されることを特徴とする電位センサ。 - 請求項１に記載の電位センサにおいて、基板と、少なくとも一方が複数部分から成る該基板上の第一、第二の検出電極アセンブリと、該２組の検出電極アセンブリ上に空隙を介して配置される１つ以上の可動シャッタを有し、前記第一の検出電極アセンブリは、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより広く露出され、前記第二の検出電極アセンブリは、前記可動シャッタが第一の状態を取るときに、第二の状態を取るときより、電位被測定物に対してより少なく露出されることを特徴とする電位センサ。
- 請求項１または２に記載の電位センサにおいて、前記可動シャッタは、第一の状態と第二の状態の間で可動に弾性支持された可動シャッタであることを特徴とする電位センサ。
- 請求項３に記載の電位センサにおいて、その駆動周波数が前記可動シャッタの機械的な共振周波数に略等しいことを特徴とする電位センサ。
- 請求項１乃至４に記載の電位センサにおいて、前記可動シャッタは、該可動シャッタに対してその可動方向に略垂直に磁界を発生する磁界発生手段と該可動シャッタに対してその可動方向と前記磁界方向に略垂直に電流を流す電流印加手段により制御されて、前記第一の状態と第二の状態を取り得る様に構成されたことを特徴とする電位センサ。
- 請求項５に記載の電位センサにおいて、前記磁界発生手段は永久磁石または電磁コイルであることを特徴とする電位センサ。
- 請求項１乃至４に記載の電位センサにおいて、２つ以上の可動シャッタと該可動シャッタに対して可動方向に略垂直に電流を流す少なくとも２つ電流印加手段を有し、前記可動シャッタに流される電流間の相互作用によって、前記第一の状態と第二の状態を取り得る様に構成されたことを特徴とする電位センサ。
- 請求項１乃至７のいずれかに記載の電位センサと、該電位センサの出力に基づき画像形成の制御を行う画像形成手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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