【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触で被測定物表面の電位を測定可能な電位センサ、例えば、電子写真方式の複写機、印刷機、ファクシミリ等の感光ドラム表面の電位を測定するのに適した電位センサに関するものであり、更には、こうした電位センサを備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、感光ドラムを有し電子写真方式によって画像形成を行う画像形成装置においては、常に安定した画質を得るために、どのような環境下でも感光ドラムの電位を適当に（典型的には、均一に）帯電しておく必要がある。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様にフィードバック制御を行っている。
【０００３】
従来の電位センサとしては、非接触式電位センサがあり、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［ＣＶ］・・・（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＝ＡＳ／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とで、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（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、他の例では、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すると共に、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該検知電極の位置を上記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（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
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、容量Ｃの変調を行っている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第４，７２０，６８２号明細書
【０００９】
【特許文献２】
米国特許第３，８５２，６６７号明細書
【００１０】
【特許文献３】
米国特許第４，７６３，０７８号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来技術の状況において、近年、感光ドラムの小径化、ドラム周りの高密度化により、電位センサも小型化、薄型化が求められている。また、画像の品質向上のために、感光ドラムの複数箇所に対して電位の測定が求められている。前述の例で示した現状の機械式交流電界誘導型のセンサにおいては、センサ構造体の内部体積は、その殆どがフォーク状のシャッタあるいは片持ち梁状の振動子を振動させるための駆動機構等の組み立て部品によって占められている。よって、電位センサの小型化が困難であり、また、感光ドラムに対して複数個電位センサを配置するにおいて、設置場所、コストの点で難点がある。したがって、電位センサの小型化の為に、これら駆動機構の小型化が可能な電位センサの製法、構成、駆動方法が求められている。
【００１２】
本発明の目的は、前述の課題を解決し、小型で、かつセンシング感度に優れた構造に容易になし得る構成、またアレイ配列が容易になし得る構成を有する電位センサ、およびこうした電位センサを備え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、被測定物の表面に空隙を介して対向するべく配置された検知電極と、先端部が該検知電極により近づいて被測定物に対して検知電極をより広く露出する第１の位置と先端部が該検知電極からより遠ざかって被測定物に対して前記検知電極をより広く覆う第２の位置の間で所定軸を略中心にして円弧運動可能に設けられた電気力線遮断板（すなわち、遮断板は、円弧運動することで検知電極に対して垂直方向と水平方向に駆動され、被測定物と検知電極の間で両者間を通る電気力線の一部または全てを遮断する）と、該遮断板を駆動するための駆動手段とを有し、被測定物の表面電位を前記検知電極に入射する電気力線の変化量により測定することを特徴とする。
【００１４】
こうした構成の本発明の電位センサでは、検知電極とこれに対向して配置される被測定物の間に、上記の如く円弧運動可能に電気力線遮断板が設けられて、被測定物の表面電位を検知電極に入射する電気力線の変化量により測定するので、該電気力線の変化量が、遮断板と検知電極との距離の変化及び遮断板による検知電極の遮断面積の変化の両者の寄与で有効に制御できて、小型化可能でかつセンシング感度に優れた電位センサとできる。
【００１５】
上記基本構成に基づいて、以下の如きより具体的な態様が可能である。
前記遮断板は、遮断板支持壁と遮断板離脱防止板により支持される可動軸を有し、該可動軸を中心にして円弧運動する形態を採り得る。こうした形態は半導体プロセスなどを用いて容易に形成され得る。また、複数の遮断板と複数の検知電極がアレイ配列されてなる形態も採り得る（図２、図２０参照）。こうした形態も半導体プロセスなどを用いて容易に形成され得る。前記遮断板は、１つの検知電極に対して複数個設けられ得る（図１４参照）。
【００１６】
前記遮断板は、電気力線遮断壁で囲まれている形態も採り得る（図１５参照）。また、前記検知電極も、電気力線遮断壁で囲まれている形態を採り得る（図２０参照）。
【００１７】
前記遮断板の少なくとも一部は磁性体であったり、遮断板の少なくとも一部に磁性体膜が形成されたりし、、前記駆動手段は遮断板を磁力で駆動する形態も採り得る（図１等参照）。遮断板はめっき物であったりする（図５等参照）。
【００１８】
前記遮断板離脱防止板の一部は、被測定物からの電気力線の一部を遮断する様に形成され得る。また、遮断板離脱防止板の一部は、前記遮断板を囲うように形成され得る。この場合、遮断板を囲うように形成された遮断板離脱防止板の一部の内周部が、前記第２の位置にある遮断板の外周部と重なる様に形成され得る（図１５参照）。遮断板離脱防止板の内周部と遮断板外周部とが重なることで、被測定物から検知電極に入射する全ての電気力線を遮断できる。
【００１９】
前記遮断板支持壁、遮断板を取り囲む遮断壁、検知電極を取り囲む遮断壁などは、シリコンよりなり得る（図５等参照）。また、前記遮断板と遮断板離脱防止板が接することで、遮断板の円弧運動の角度範囲を制御し得る（図６等参照）。さらに、前記遮断板と遮断板離脱防止板の一部よりなる傾斜面が接することで、遮断板の円弧運動の角度範囲を制御し得る（図７等参照）。前記遮断板と遮断板支持壁が接することで、遮断板の円弧運動の角度範囲を制御することもできる（図１１参照）。また、前記遮断板は、可動軸と本体部を繋ぐ複数本のアームを有し得る（図１２参照）。
【００２０】
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画像形成手段を備え、電位センサの検知電極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センサ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。画像形成手段としては感光ドラムなどが用いられ得る。画像形成装置は、複写機能、印刷機能、ファクシミリ機能などを有し得る。本発明の電位センサは、複数の機器（たとえば、ホストコンピューター、インターフェース機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、１つの機器（例えば、複写機、ファクシミリ装置）からなる装置に適用してもよい。こうして本発明の電位センサを備えた高性能の画像形成装置を実現できる。また、こうした電位センサはアレイ配列が容易で、アレイ配列された電位センサを備えた画像形成装置を実現することもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の電位センサおよび電位センサを備えた画像形成装置の具体的な実施の形態の構成を作製方法及び電位測定原理と共に図面を用いて説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
本発明の電位センサの第１の実施の形態の模式図を図１（（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である）に示す。ここでは、電位センサの駆動、電位の測定のために必要な配線等は記載していない。本実施形態の電位センサでは、検知電極１０５が置かれた平板状の基板１０４から垂直に立って遮断板支持壁１０１が設けられ、この支持壁１０１に支持された磁化された導電性材料の遮断板１０２（細くなったアーム１０２ａ、可動軸１０２ｂの部位を有する）を、可動軸１０２ｂを中心として検知電極１０５に略垂直な方向に円弧運動させて、被測定物（不図示、検知電極１０５に対向して置かれる）から検知電極１０５に入射する電気力線の量を増減させる。このことで、被測定物と検知電極１０５の間の結合静電容量を変化させて被測定物の電位をセンシングする。遮断板１０２を円弧運動させる動力源は、コイル基板１０６上のコイル１０７に電流を流すことで発生する磁界である。遮断板１０２の可動軸１０２ｂは、支持壁１０１上に固定された遮断板離脱防止板１０３により、支持壁１０１の所定の位置に保持される。
【００２３】
本実施形態の電位センサは、遮断板１０２を検知電極１０５上で円弧運動させる、すなわち遮断板１０２を検知電極１０５に対して略垂直方向に畳むことができるので、フォーク状のシャッタ（遮断板）を駆動させる（検知電極に対して水平方向にスライドさせる）構成に比べて、小型化できる。
【００２４】
本実施形態の電位センサは、半導体プロセスを用いて作製できるので、容易に複数個連続配列できる。また、半導体プロセスを用いるので、大量かつ比較的安価に作製することも可能である。アレイ配列された電位センサの基本的な構成は、図２に示すように、上記の如く円弧運動可能な複数の遮断板１０２を配列した遮断機構２０１、複数の遮断板１０２に対応して複数の検知電極１０５を配列した検知電極基板２０２、遮断板１０２駆動用のコイル１０７を備えたコイル基板２０３を組み合わせることにより形成される。電位センサの配列方法は、例えば図１９（ａ）、（ｂ）に示す様なものが可能である。他に、市松模様の如き配列も可能である。
【００２５】
本実施形態の電位センサの駆動原理を図３、図４を用いて説明する。図３の電位センサの動きは、図４にて説明している。図３に示す様に、遮断板１０２はアース線３０２と接している。また、図４に示す様に、遮断板１０２は、矢印４０１方向（矢印の方向は、Ｎ極→Ｓ極）に磁化している（コイル１０７からの矢印４０２、４０３も同じ磁化方向とする）。これにより、遮断板１０２の電気力線遮断機能、及びコイル１０７による遮断板１０２の駆動が可能となっている。
【００２６】
遮断板１０２を円弧運動させる場合、電源３０３よりコイル１０７に電流を流す。電流としては、交流電流を連続で流すか、直流電流を断続して流す。コイル１０７に所定の方向に電流を流すと、矢印４０２方向の磁力を発生させることができる（図４（ａ））。このとき遮断板１０２とコイル１０７間では斥力が働き、遮蔽板１０２は平板状検知電極１０５に対して平行方向に向く。これにより、被測定物３０１（図３参照）から検知電極１０５に入射する電気力線が遮られる。
【００２７】
一方、コイル１０７に流す電流の向きを変えると、矢印４０３方向の磁力が発生する。このとき遮断板１０２とコイル１０７間では引力が働く（図４（ｂ）、（ｃ））。すると、遮断板１０２は可動軸１０２ｂを中心に図４時計方向に円弧運動して検知電極１０５に対して垂直方向に向き、検知電極１０５に入射する電気力線を遮らなくなる。遮断板１０２を検知電極１０５に対して垂直方向に向かせる場合、遮断板１０２は必ずしも磁力で引っ張る必要はなく、磁力を消滅させて遮断板１０２の自重により図４（ｃ）の位置に戻すことも可能である。
【００２８】
本実施形態の電位センサの測定原理を図３、図４を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｃ）のように遮断板１０２が円弧運動すると、被測定物３０１と検知電極１０５間の電気力線の遮蔽程度を変化することができるので、検知電極１０５に入射する電気力線を増減できる。この増減を検知電極１０５から流れる電流として検知し、増幅器３０４で増幅して出力器３０５で数値として出力する。
【００２９】
シャッタが検知電極を遮断する面積が同じ場合において、シャッタと検知電極との距離が大きくなると、検知電極に入射する電気力線の本数は減ることが一般に知られている。また、検知電極とシャッタとの距離が同じ場合において、シャッタの検知電極を遮断する面積が大きくなると、検知電極に入射する電気力線の本数は減ることが一般に知られている。一方、本実施形態の電位センサの遮断板１０２は円弧運動する。よって、遮断板１０２による検知電極１０５の遮断面積が増減すると同時に、遮断板１０２と検知電極１０５間の距離が増減する。すなわち、遮断板１０２の円弧運動は上記２つの効果を有する。よって、本実施形態の電位センサは、チョッピングするだけ（検知電極と遮断板との距離が同じで、検知電極の遮断面積を変化させるだけ）の電位センサと比べて、比較的小型でありながらセンシング感度に優れたものとできる。
【００３０】
本実施形態の電位センサの作製方法を図５を用いて説明する。まず、シリコン基板５０３の両面に等方エッチングマスク層５０１、５０４を形成し、遮断板１０２を形成する側の等方エッチングマスク層５０１に開口部を形成する。前記開口部よりシリコン基板５０３を等方エッチングすることで、等方エッチング溝５０２を形成する（図５（ａ）参照。図５において、右側の部分が上面図であり、左側の部分が右側の上面図のＢ−Ｂ断面図である）。
【００３１】
次に、前記等方エッチング溝５０２に遮断板１０２となる材料を埋め込む。このとき、遮蔽板１０２の駆動に必要なアーム１０２ａ、可動軸１０２ｂが一緒に形成される。また、シリコン基板５０３の遮断板を形成しない面に、第１の垂直エッチングマスク層５０６及び第２の垂直エッチングマスク層５０７を形成する（図５（ｂ））。
【００３２】
次に、遮断板１０２が駆動時に離脱しないように、遮断板離脱防止板１０３となる材料を形成する。また、第１の垂直エッチングマスク層５０６を用いて第１の垂直エッチングを行ない、溝５０９を形成する（図５（ｃ））。更に、垂直エッチングマスク層５０６を除去し、第２の垂直エッチングマスク層５０７を用いて第２の垂直エッチングを行ない、貫通溝５１０を形成する（図５（ｄ））。貫通溝５１０を形成することで、遮断板１０２は可動軸１０２ｂを中心として円弧運動が可能となる。
【００３３】
図５の工程を用いる場合、図６に示すように、円弧運動の軸中心６０１に遮断板離脱防止板６０２の一部が接するようにすることで、遮断板１０２をシリコン基板５０３から更に抜けにくくできる。ここでは、軸中心６０１を固定できるので、遮断板１０２の円弧運動を更に安定化する効果もある。
【００３４】
図６の構成を用いる場合、図７（ａ）に示すように、遮断板離脱防止板７０１の一部に傾斜角７０２の斜面を設けることで、遮断板１０２の円弧運動の角度範囲を制御できる。すなわち、図７（ｂ）に示すように、遮断板１０２が傾斜角７０３よりも下に進めないようにできる。このとき、傾斜角７０２、傾斜角７０３はほぼ同じになる。
【００３５】
図７（ｂ）に示すように、傾斜角７０２を９０度未満にすれば、遮断板１０２の円弧運動する角度範囲を短くできる。これにより、遮断板１０２をより早く検知電極１０５に対して平行にすることができる（図４（ａ）参照）。また、遮断板１０２を予め電気力線遮断方向に傾けておけるので、遮断位置方向に動かしやすい。
【００３６】
更に、図６の構成を用いる場合、図８に示すように、追加的な遮断板離脱防止板８０１を設けることで、遮断板１０２が矢印８０３方向へ離脱しようとするのを更に確実に防止できる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の電位センサの第２の実施の形態の作製方法を図９を用いて説明する。図５（ｂ）まで終了した基板５０３上の遮断板１０２の可動軸１０２ｂ上に半円の断面形状の犠牲層（後に除去される部材）９０１を形成する。この半円の断面形状の犠牲層９０１の半径と、可動軸部の半径は同じにする（図９（ａ））。
【００３８】
次に、犠牲層９０１、シリコン基板５０３上に遮断板離脱防止板９０２を形成する（図９（ｂ））。その後、上記第１の垂直エッチングを行ない溝９０３を形成する（図９（ｃ））。更に、上記第２の垂直エッチングを行ない、貫通溝９０５を形成する（図９（ｄ））。ここで、犠牲層９０１を除去して空隙９０４を形成する。この場合、可動軸１０２ｂはシリコン基板５０３と遮断板離脱防止板９０２で覆われているので、遮断板１０２の離脱はより確実に防止される。その他の点は、第１の実施の形態と同じである。
【００３９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の電位センサの第３の実施の形態の作製方法を図１０を用いて説明する。図５（ａ）まで終了した基板５０３の可動軸用等方エッチング溝部に１／４円の断面形状の犠牲層１００１を形成する（図１０（ａ））。そして、残りの等方エッチング溝に遮断板１００２を埋め込む（図１０（ｂ））。
【００４０】
次に、犠牲層１００１、遮断板１００２の可動軸１００２ｂ、シリコン基板５０３上に遮断板離脱防止板１００３を形成する。そして、上記第１の垂直エッチングを行ない、溝１００４を形成する（図１０（ｃ））。更に、上記第２の垂直エッチングを行ない、貫通溝１００６を形成する（図１０（ｄ））。ここで、犠牲層１００１を除去し、空隙１００５を形成する。この場合、可動軸１００２ｂはシリコン基板５０３と遮断板離脱防止板１００３で覆われているので、遮断板１００２の離脱がより確実に防止される。
【００４１】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態を説明する。本実施形態の電位センサの作製方法において、図１１（ａ）に示すように、遮断板支持壁１１０２の幅１１０１を変えている（大きくしている）。これにより、遮断板１０２が検知電極１０５に対して完全に垂直方向に向く前に、遮断板１０２と遮断板支持壁１１０２が接触するので、遮断板１０２の円弧運動角１１０４を制御できる。
【００４２】
この場合、図１１（ｂ）に示すように、遮断板１０２の円弧運動角を制御する為に遮断板支持壁１１０５に傾斜面を設けてもよい。これにより、円弧運動角制御がより確実になる。
【００４３】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態を説明する。本実施形態の電位センサの作製方法において、図１２に示すように、遮断板１２０１のアーム１２０１ａを複数本にしている。このことで、アームが１本の場合に比べて遮断板１２０１を捩じれにくくできる。
【００４４】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態を説明する。本実施形態の電位センサの作製方法において、図１３に示すように、検知電極１０５に比べて遮断板１３０２とアーム１３０２ａの何れか、もしくは両方を長くしている。このことで、遮断板１３０２を検知電極１０５に対して完全に水平方向に動かさなくても、これへの電気力線を遮断することが可能となる。従って、遮断板１３０２の円弧運動角１３０１を小さくできて、遮断板１３０２をコイル１０７からあまり離す必要がなくなる。よって、遮断板１３０２は、コイル１０７から発生する磁力の影響をより有効に受けることができる。
【００４５】
（第７の実施の形態）
第７の実施の形態を説明する。本実施形態の電位センサの作製方法において、図１４に示すように、１つの検知電極１０５に対して複数個の遮断板１０２を設けている。このことで、遮断板長さ１４０２および遮断板支持壁１０１の高さ１４０１を短くできる。よって、遮断板１０２を動かすために必要なエネルギーを小さくでき、また、遮断板１０２、貫通溝５１０等を作製するためのエッチング時間等を短くできるので、電位センサの製造時間、製造コストを低減できる。
【００４６】
（第８の実施の形態）
第８の実施の形態を説明する。本実施形態の電位センサの作製方法において、図１５（ａ）に示すように、遮断板離脱防止板１５０１の一部を、遮断板１０２を囲うように形成する（遮断板離脱防止板１５０１よりなる開口部１５０２を形成する）。これにより、遮断板１０２が被測定物からの電気力線を遮断するとき、開口部１５０２を完全に塞ぐことができるので（図１５（ｂ）参照）、検知電極１０５に正面方向から入射する電気力線をほぼ完全に遮断できる。
【００４７】
この場合、図１９（ｃ）、（ｄ）に示すような側面の遮断壁１９０１、１９０２も形成して置くことで、遮断板１０２の横から回り込んで入射する電気力線も遮断できるので、検知電極１０５に入射するほぼ全ての電気力線を遮断できる。これにより、電位センサのダイナミックレンジを大きくとることが可能となる。更に、検知電極１０５の周りを遮断板１０２、遮断板離脱防止板１５０１の一部、遮断支持壁、遮断壁で囲うことができるので、検知電極１０５にゴミが付きにくくできる。また、電位センサ自体の強度をアップできる。
【００４８】
（第９の実施の形態）
第９の実施の形態を説明する。本実施形態の電位センサの遮断板離脱防止板の作製方法を図１６を用いて説明する。遮断板離脱防止板をめっき法で作製する本実施形態の作製方法において、遮断板１０２を形成後、配線１６０２及び電極１６０１を形成する（図１６（ａ））。次に、絶縁層１６０３を形成し、電極１６０１のみを露出させる（図１６（ｂ））。次に、電極部１６０１よりめっきを行ない、めっき物よりなる遮断板離脱防止板１６０４を形成する（図１６（ｃ））。次に、絶縁層１６０３を除去し（図１６（ｄ））、最後に図１６（ｅ）に示すように貫通溝１６０５を形成する。めっき時に電流を流すのに用いた配線１６０２は、遮断板１０２用のアース線として用いることができる。
【００４９】
（第１０の実施の形態）
第１０の実施の形態を説明する。本実施形態の電位センサの遮断板離脱防止板の作製方法を図１７、図１８を用いて説明する。遮断板離脱防止板をめっき法で作製する本実施形態の作製方法において、遮断板１０２を形成後、配線１７０２、電極１７０１を形成する（図１７（ａ））。次に、絶縁層１７０３を形成し、電極１７０１のみを露出させる（図１７（ｂ））。次に、めっき物の形状を制御するための型１７０４を形成する（図１７（ｃ））。次に、電極部１７０１よりめっきを行ない、めっき物よりなる遮断板離脱防止板１７０５を形成する（図１７（ｄ））。次に、絶縁層１７０３、型１７０４を除去し（図１８（ａ））、最後に図１８（ｂ）に示すように貫通溝１７０６を形成する。ここでも、めっき時に電流を流すのに用いた配線１７０２は、遮断板１０２用のアース線として用いることができる。
【００５０】
この場合、型を、露光条件を制御したフォトリソグラフィー法で作製することで、図１９に示すような傾斜面を有する型１８０１を形成できる。これは図７に示す遮断板離脱防止板になり得る。
【００５１】
上記の実施の形態の電位センサの作製方法において、等方エッチングマスク層は、等方エッチングに対して耐性を有する材料から選択する。例えば、シリコン熱酸化膜、チッ化シリコン膜等の無機膜、もしくは有機膜を用いることができる。等方エッチングにおいて、半円断面形状のエッチング溝を得る場合、開口径をできるだけ小さくすると、略半円断面形状のエッチング溝を得られる。遮断板の可動軸部を形成するための溝部は、円弧運動の軸となるので、半円に近い断面形状であることが望ましい。
【００５２】
等方エッチングには、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれの手法も利用可能である。ドライエッチングでは、例えば、ＸｅＦ２、ＳＦ６などのフッ素系のエッチングガスを用いられる。ウェットエッチングでは、フッ酸、硝酸、酢酸の混合液よりなるエッチング溶液を用いることができる。
【００５３】
遮断板形成では、シルクスクリーン印刷法、めっき法、蒸着法、化学気相成長、膜塗布法（スピンコート法、ディップコート法等）などの何れかを用いることができる。遮断板を形成する際に、等方エッチング溝よりはみ出した遮断板部材は、ＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシング）等の研磨法で除去できる。
【００５４】
上記の実施の形態の電位センサの作製方法において、垂直エッチングマスク層は、垂直エッチングに対して耐性を有する材料から選択する。例えば、シリコン熱酸化膜、チッ化シリコン膜等の無機膜、もしくは有機膜を用いることができる。垂直エッチングには、例えば、反応性イオンを用いるＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）技術を用いられる。ＲＩＥにおいて、エッチングガスの組成、ガス流量、エッチングパワー、チャンバー圧力等を制御することで、図１１（ｂ）に示すような傾斜面を形成できる。
【００５５】
遮断板離脱防止板は、フォトリソグラフィーと、シルクスクリーン印刷法、めっき法、蒸着法、化学気相成長、膜塗布法（スピンコート法，ディップコート法等）などの何れかの成膜法を組み合わせて形成できる。フォトリソグラフィーにおいて、露光条件を制御することで、図７、図８、図１９に示すような遮断板離脱防止板の傾斜面を形成できる。
【００５６】
また、図９（ａ）の半円の断面形状の犠牲層９０１を形成する場合、熱可塑性材料を該位置に形成し、リフローさせることで形成できる。図１０（ａ）の１／４円の断面形状の犠牲層１００１を形成する場合、フォトレジストを等方エッチング溝に充填し、該位置のフォトレジストのみをパターニングして残すようにすることで形成できる。
【００５７】
【実施例】
更に具体的な実施例を説明する。本発明の電位センサの実施例の作製方法を説明する。以下、本実施例の作製工程を、電気力線遮断機構のみを示す図５及び図１６の工程断面図を用いて説明する。
【００５８】
基板５０３としては、単結晶シリコン基板を用いる。基板を酸化ガスにて熱酸化し、熱酸化膜よりなる等方エッチングマスク層５０１、５０４を形成する。等方エッチングマスク層５０１側にフォトリソグラフィー法にてパターンを有する有機膜を形成し（このとき、他方の等方エッチングマスク層５０４も有機膜で保護しておく）、パターンより露出する熱酸化膜をバッファードフッ酸で除去し、遮断板１０２を得るための開口部を形成する。その後、パターンを有する有機膜をＯ２プラズマを用いるアッシングで除去する。そして、開口部より露出するシリコン５０３を、フッ酸、硝酸、酢酸よりなる混合液を用いる等方エッチングにより等方エッチングし、等方エッチング溝５０２を形成する（図５（ａ））。
【００５９】
その後、等方エッチングマスク層５０１をバッファードフッ酸で除去して、等方エッチング溝５０２が形成されたシリコン面側全面に、Ａｌ導電層をスパッタリング法にて形成する（図示せず）。そして、該基板をＮｉ−Ｃｏ系めっき溶液に浸して、導電層に通電し、Ｎｉ−Ｃｏめっき層を成長させる。余分なめっき層をＣＭＰで研磨、除去し、遮断板１０２を形成する。
【００６０】
続いて、等方エッチングマスク層５０４上の有機膜をアッシング除去する。そして、等方エッチングマスク層５０４上にフォトリソグラフィー法を用いて、貫通溝５１０形成用マスク層をパターニングする。バッファードフッ酸にて、パターンより露出した熱酸化膜をバッファードフッ酸で除去する。そして、貫通溝５１０形成用マスク層をアッシング除去し、フォトリソグラフィー法を用いて垂直エッチングマスク層５０７を形成する（図５（ｂ））。
【００６１】
図１６の製造方法の場合、次に、スパッタリング法と、フォトリソグラフィー法と、エッチング法を用いて、図１６（ａ）に示すようなＡｕよりなる配線１６０２と電極１６０１を形成する。次に、フォトリソグラフィー法で絶縁層１６０３を形成した後、該基板をめっき液に浸して電極部１６０１に通電し、Ｎｉ−Ｃｏめっき層１６０４を成長させる（図１６（ｃ）。その後、絶縁層１６０３を有機溶剤で除去する（図１６（ｄ））。
【００６２】
また、有機マスク層よりなる垂直エッチングマスク層５０６をフォトリソグラフィー法で形成する。そして、垂直エッチングマスク層５０６をマスク層として、反応性イオンを用いるドライエッチング法で垂直エッチングし、溝５０９を形成する（図５（ｃ）、図１６（ｄ））。
【００６３】
更に、垂直エッチングマスク層５０６をアッシング除去し、垂直エッチングマスク層５０７をマスク層として、反応性イオンを用いるドライエッチング法で垂直エッチングし、貫通溝５１０を形成する（図５（ｄ））。
【００６４】
最後にＡｌ電極をフッ酸系溶剤で溶解し、遮断機構を作製する。このとき、可動軸部下のＡｌ電極も溶解するので、遮断板１０２は円弧運動可能となる。
【００６５】
一方、検知電極基板１０４、コイル基板１０６をそれぞれ半導体プロセスで作製する。そして、遮断機構、検知電極基板、コイル基板を接着することで、本実施例の電位センサを作製できる。最後に、本実施例の電位センサを被測定物に対向して設置し、被測定物を有する画像形成装置を得る。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電位センサによれば、検知電極とこれに対向して配置される被測定物の間に、先端部が該検知電極により近づいて被測定物に対して検知電極をより広く露出する第１の位置と先端部が該検知電極からより遠ざかって被測定物に対して前記検知電極をより広く覆う第２の位置の間で所定軸を略中心にして円弧運動可能に電気力線遮断板が設けられて、被測定物の表面電位を検知電極に入射する電気力線の変化量により測定するので、遮断板と検知電極との距離の変化及び遮断板による検知電極の遮断面積の変化の両者が該電気力線の変化量に寄与して、小型化可能でかつセンシング感度に優れた電位センサ、および該電位センサを備えた高性能の画像形成装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電位センサの第１の実施の形態を説明する斜視図，断面図である。
【図２】本発明の電位センサの配列構成例を示す斜視図である。
【図３】本発明の電位センサの第１の実施の形態の電位測定原理を示す図である。
【図４】本発明の電位センサの第１の実施の形態の駆動原理を示す図である。
【図５】本発明の電位センサの第１の実施の形態の作製方法を示す工程図である。
【図６】本発明の電位センサの第１の実施の形態の変更例を示す図である。
【図７】本発明の電位センサの第１の実施の形態の他の変更例を示す図である。
【図８】本発明の電位センサの第１の実施の形態の更なる他の変更例を示す図である。
【図９】本発明の電位センサの第２の実施の形態の作製方法を示す工程図である。
【図１０】本発明の電位センサの第３の実施の形態の作製方法を示す工程図である。
【図１１】本発明の電位センサの第４の実施の形態とその変更例を示す断面図である。
【図１２】本発明の電位センサの第５の実施の形態を示す上面図である。
【図１３】本発明の電位センサの第６の実施の形態を示す断面図である。
【図１４】本発明の電位センサの第７の実施の形態を示す断面図である。
【図１５】本発明の電位センサの第８の実施の形態を説明する図である。
【図１６】本発明の電位センサの第９の実施の形態の遮断板離脱防止板の作製方法を示す工程図である。
【図１７】本発明の電位センサの第１０の実施の形態の遮断板離脱防止板の作製方法を示す工程図である。
【図１８】図１７の工程の続きを示す工程図である。
【図１９】本発明の電位センサの第１０の実施の形態の遮断板離脱防止板の変更例の作製方法を示す図である。
【図２０】本発明の電位センサを複数形成する場合の配置例、及び電気力線遮断壁を形成した場合の形成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０１，１１０２，１１０５・・・遮断板支持壁
１０２，１００２，１２０１，１３０２・・・遮断板
１０２ａ，１２０１ａ，１３０２ａ・・・アーム
１０２ｂ，１００２ｂ・・・可動軸
１０３，６０２，７０１，８０１，９０２，１００３，１５０１，１６０４，１７０５・・・遮断板離脱防止板
１０４，２０２・・・検知電極基板
１０５・・・検知電極
１０６，２０３・・・コイル基板
１０７・・・コイル
２０１・・・遮断機構
３０１・・・被測定物
３０２・・・アース線
３０３・・・電源
３０４・・・増幅器
３０５・・・出力器
４０１，４０２，４０３，８０３・・・矢印
５０１，５０４・・・等方エッチングマスク層
５０２・・・等方エッチング溝
５０３・・・シリコン基板
５０６・・・第１の垂直エッチングマスク層
５０７・・・第２の垂直エッチングマスク層
５０９，９０３，１００４・・・溝
５１０，９０５，１００６，１６０５，１７０６・・・貫通溝
６０１・・・軸中心
７０２，７０３・・・傾斜角
９０１・・・半円の断面形状の犠牲層
９０４，１００５・・・空隙
１００１・・・１／４円の断面形状の犠牲層
１１０１・・・遮断板支持壁の幅
１１０４，１３０１・・・円弧運動角
１４０１・・・遮断板支持壁高さ
１４０２・・・遮断板長さ
１５０２・・・開口部
１６０１，１７０１・・・電極
１６０２，１７０２・・・配線
１６０３，１７０３・・・絶縁層
１７０４，１８０１・・・型
１９０１，１９０２・・・遮断壁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a potential sensor capable of measuring a potential of a surface of an object to be measured in a non-contact manner, for example, a potential sensor suitable for measuring a potential of a photosensitive drum surface of an electrophotographic copying machine, a printing machine, a facsimile or the like. Further, the present invention relates to an image forming apparatus provided with such a potential sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, in an image forming apparatus having a photosensitive drum and performing image formation by an electrophotographic method, the potential of the photosensitive drum is appropriately adjusted (typically, in any environment) in order to always obtain stable image quality. Must be charged uniformly). For this reason, the charged potential of the photosensitive drum is measured using a potential measuring device (potential sensor), and feedback control is performed using the result to maintain the potential of the photosensitive drum uniform.
[0003]
As a conventional potential sensor, there is a non-contact type potential sensor. Here, a method called a mechanical AC electric field induction type is often used. In this method, the potential of the surface to be measured is a function of the magnitude of the current drawn from the sensing electrode built into the potential sensor,
i = dQ / dt = d / dt [CV] (1)
Is given by Here, Q is the amount of charge appearing on the detection electrode, C is the coupling capacitance between the detection electrode and the measurement target, and V is the potential on the surface of the measurement target. This capacitance C is
C = AS / x (2)
Is given by Here, A is a proportional constant relating to the dielectric constant of the substance, S is the area of the sensing electrode, and x is the distance between the sensing electrode and the measurement object.
[0004]
The potential V of the surface of the object to be measured is measured using these relationships. To accurately measure the amount of charge Q appearing on the sensing electrode, the magnitude of the capacitance C between the sensing electrode and the object to be measured is determined. It has been found that periodic modulation is good. The following method is known as a method of modulating the capacitance C.
[0005]
The first method is to modulate the area S of the sensing electrode effectively. In a typical example of this method, a fork-shaped shutter is inserted between the measurement target and the detection electrode, and the shutter is periodically moved in a direction parallel to the surface of the measurement target to thereby reach the measurement target reaching the detection electrode. The modulation of the capacitance C between the measurement object and the detection electrode is realized by changing the degree of shielding of the lines of electric force from the sensor and effectively changing the area of the detection electrode (for example, see Patent Document 1). .
[0006]
Further, in another example, a metal shield member having an opening is disposed at a position facing the measurement target, and a detection electrode is provided at a tip of a fork-shaped vibrating element, and the position of the detection electrode is set as described above. The number of lines of electric force reaching the detection electrode is modulated by changing the position in parallel under the opening to modulate the capacitance C (for example, see Patent Document 2).
[0007]
The second method is to periodically change the distance x between the sensing electrode and the measurement target. In a typical example of this method, a sensing electrode is arranged at the tip of a cantilever-shaped vibrator, and the distance x between the measurement target and the sensing electrode is periodically changed by vibrating the cantilever to obtain a capacitance. C modulation is performed (for example, see Patent Document 3).
[0008]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 4,720,682
[0009]
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 3,852,667
[0010]
[Patent Document 3]
U.S. Pat. No. 4,763,078
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the situation of the prior art as described above, in recent years, a reduction in the diameter of the photosensitive drum and an increase in the density around the drum have led to a demand for a smaller and thinner potential sensor. Further, in order to improve image quality, it is required to measure potentials at a plurality of locations on the photosensitive drum. In the current mechanical AC electric field induction type sensor shown in the above-mentioned example, the internal volume of the sensor structure is almost entirely driven by a drive mechanism for vibrating a fork-shaped shutter or a cantilever-shaped vibrator. Occupied by assembly parts. Therefore, it is difficult to reduce the size of the potential sensor, and there are difficulties in arranging a plurality of potential sensors with respect to the photosensitive drum in terms of installation location and cost. Therefore, in order to reduce the size of the potential sensor, there is a need for a manufacturing method, a configuration, and a driving method of the potential sensor capable of reducing the size of these driving mechanisms.
[0012]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide a structure that can be easily formed into a structure that is small in size and excellent in sensing sensitivity, and a potential sensor having a structure that can easily be arranged in an array, and to include such a potential sensor. To provide an image forming apparatus.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A potential sensor according to the present invention that achieves the above object has a detection electrode disposed so as to face a surface of an object to be measured via a gap, and a detection electrode that is closer to the object to be measured when its tip is closer to the detection electrode. A circular movement is possible about a predetermined axis between a first position that is more widely exposed and a second position where the tip is further away from the detection electrode and covers the detection electrode more widely with respect to the measured object. The provided electric force line blocking plate (that is, the blocking plate is driven in a vertical direction and a horizontal direction with respect to the sensing electrode by circular movement, and passes between the object to be measured and the sensing electrode between the two. And blocking means for driving the blocking plate, and measuring the surface potential of the object to be measured by the amount of change in the electric flux lines incident on the detection electrode. Features.
[0014]
In the electric potential sensor of the present invention having such a configuration, the electric field line blocking plate is provided between the detection electrode and the object to be measured which is disposed to face the detection electrode so as to be capable of circular movement as described above, and the surface of the object to be measured is provided. Since the potential is measured by the amount of change of the electric flux lines incident on the detection electrode, the change amount of the electric flux lines is caused by both the change in the distance between the blocking plate and the detection electrode and the change in the blocking area of the detection electrode by the blocking plate. Can be effectively controlled, and the potential sensor can be miniaturized and has excellent sensing sensitivity.
[0015]
Based on the above basic configuration, the following more specific modes are possible.
The blocking plate has a movable shaft supported by a blocking plate support wall and a blocking plate detachment preventing plate, and can take a form of circular movement about the movable shaft. Such a form can be easily formed using a semiconductor process or the like. Also, a form in which a plurality of blocking plates and a plurality of detection electrodes are arranged in an array can be employed (see FIGS. 2 and 20). Such a form can also be easily formed using a semiconductor process or the like. A plurality of the blocking plates may be provided for one detection electrode (see FIG. 14).
[0016]
The blocking plate may be surrounded by an electric line of force blocking wall (see FIG. 15). In addition, the detection electrode may also be in a form surrounded by an electric force line blocking wall (see FIG. 20).
[0017]
At least a part of the blocking plate may be a magnetic material, or a magnetic film may be formed on at least a portion of the blocking plate, and the driving unit may drive the blocking plate with a magnetic force (FIG. 1 and the like). reference). The blocking plate may be a plated material (see FIG. 5 and the like).
[0018]
A part of the blocking plate detachment preventing plate may be formed so as to block a part of a line of electric force from the measured object. Further, a part of the blocking plate separation preventing plate may be formed to surround the blocking plate. In this case, a part of the inner peripheral portion of the blocking plate separation preventing plate formed so as to surround the blocking plate may be formed so as to overlap the outer peripheral portion of the blocking plate at the second position (see FIG. 15). . Since the inner peripheral portion of the blocking plate separation preventing plate and the outer peripheral portion of the blocking plate overlap, all lines of electric force that enter the detection electrode from the object to be measured can be blocked.
[0019]
The blocking plate supporting wall, the blocking wall surrounding the blocking plate, the blocking wall surrounding the detection electrode, and the like may be made of silicon (see FIG. 5 and the like). Further, the angle range of the circular motion of the blocking plate can be controlled by the contact between the blocking plate and the blocking plate separation preventing plate (see FIG. 6 and the like). Furthermore, the angle range of the circular motion of the blocking plate can be controlled by the contact between the blocking plate and the inclined surface formed by a part of the blocking plate separation preventing plate (see FIG. 7 and the like). The angle range of the circular motion of the blocking plate can also be controlled by the contact between the blocking plate and the blocking plate support wall (see FIG. 11). The blocking plate may have a plurality of arms connecting the movable shaft and the main body (see FIG. 12).
[0020]
Further, an image forming apparatus of the present invention that achieves the above object includes the above-described potential sensor and image forming means, and a detection electrode of the potential sensor is arranged to face a surface of the image forming means to be measured for potential, The image forming means controls the image formation using the signal detection result of the potential sensor. As the image forming means, a photosensitive drum or the like can be used. The image forming apparatus may have a copying function, a printing function, a facsimile function, and the like. The potential sensor of the present invention can be applied to a system including a plurality of devices (for example, a host computer, an interface device, a reader, a printer, and the like), and can be configured as a single device (for example, a copying machine or a facsimile machine). May be applied. Thus, a high-performance image forming apparatus including the potential sensor of the present invention can be realized. Further, such a potential sensor can be easily arranged in an array, and an image forming apparatus including the arrayed potential sensors can be realized.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of a specific embodiment of a potential sensor and an image forming apparatus including the potential sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings together with a manufacturing method and a principle of measuring a potential.
[0022]
(First Embodiment)
A schematic diagram of a first embodiment of the potential sensor of the present invention is shown in FIG. 1 ((a) is a perspective view, and (b) is a cross-sectional view taken along AA of (a)). Here, wiring and the like necessary for driving the potential sensor and measuring the potential are not described. In the potential sensor according to the present embodiment, a blocking plate support wall 101 is provided to stand vertically from a flat substrate 104 on which a detection electrode 105 is placed, and to block a magnetized conductive material supported by the support wall 101. The plate 102 (having the thinned arm 102a and the movable shaft 102b) is circularly moved about the movable shaft 102b in a direction substantially perpendicular to the detection electrode 105, and an object to be measured (not shown, (Placed opposite to each other) to increase or decrease the amount of electric lines of force incident on the detection electrode 105. Thus, the potential of the device under test is sensed by changing the coupling capacitance between the device under test and the detection electrode 105. The power source that causes the cut-off plate 102 to move in an arc is a magnetic field generated by applying a current to the coil 107 on the coil substrate 106. The movable shaft 102b of the blocking plate 102 is held at a predetermined position on the support wall 101 by a blocking plate detachment preventing plate 103 fixed on the supporting wall 101.
[0023]
In the potential sensor according to the present embodiment, the blocking plate 102 can be moved in an arc on the detection electrode 105, that is, the blocking plate 102 can be folded in a direction substantially perpendicular to the detection electrode 105, so that a fork-shaped shutter (blocking plate) is provided. Can be downsized as compared with a configuration in which is driven (slids in the horizontal direction with respect to the detection electrode).
[0024]
Since the potential sensor of the present embodiment can be manufactured using a semiconductor process, a plurality of potential sensors can be easily and continuously arranged. Further, since a semiconductor process is used, it is possible to manufacture a large amount and relatively inexpensively. As shown in FIG. 2, the basic configuration of the potential sensors arranged in an array includes a blocking mechanism 201 in which a plurality of blocking plates 102 capable of arc movement are arranged as described above, and a plurality of blocking plates 102 corresponding to the plurality of blocking plates 102. It is formed by combining a detection electrode substrate 202 on which the detection electrodes 105 are arranged and a coil substrate 203 provided with a coil 107 for driving the blocking plate 102. As a method of arranging the potential sensors, for example, a method as shown in FIGS. 19A and 19B is possible. Alternatively, an arrangement such as a checkered pattern is possible.
[0025]
The driving principle of the potential sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The operation of the potential sensor of FIG. 3 has been described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the blocking plate 102 is in contact with the ground wire 302. As shown in FIG. 4, the blocking plate 102 is magnetized in the direction of the arrow 401 (the direction of the arrow is from the N pole to the S pole) (the arrows 402 and 403 from the coil 107 have the same magnetization direction). . Thus, the function of blocking the electric lines of force of the blocking plate 102 and the driving of the blocking plate 102 by the coil 107 are enabled.
[0026]
When the blocking plate 102 is moved in an arc, a current is supplied from the power source 303 to the coil 107. As the current, an alternating current is continuously supplied or a direct current is intermittently supplied. When a current is applied to the coil 107 in a predetermined direction, a magnetic force in the direction of arrow 402 can be generated (FIG. 4A). At this time, a repulsive force acts between the shield plate 102 and the coil 107, and the shield plate 102 is directed in a direction parallel to the flat detection electrode 105. This blocks the lines of electric force that enter the detection electrode 105 from the device under test 301 (see FIG. 3).
[0027]
On the other hand, when the direction of the current flowing through the coil 107 is changed, a magnetic force in the direction of the arrow 403 is generated. At this time, an attractive force acts between the blocking plate 102 and the coil 107 (FIGS. 4B and 4C). Then, the blocking plate 102 circularly moves around the movable shaft 102b in the clockwise direction in FIG. 4 and faces in the direction perpendicular to the detection electrode 105, so that the lines of electric force entering the detection electrode 105 are not blocked. When the blocking plate 102 is directed in the vertical direction with respect to the detection electrode 105, the blocking plate 102 does not necessarily need to be pulled by a magnetic force, and the magnetic force is eliminated and the blocking plate 102 is returned to the position shown in FIG. Is also possible.
[0028]
The measurement principle of the potential sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 4A to 4C, when the blocking plate 102 moves in an arc, the degree of shielding of the lines of electric force between the DUT 301 and the detection electrode 105 can be changed. You can increase or decrease the lines of electric force. This increase or decrease is detected as a current flowing from the detection electrode 105, amplified by the amplifier 304, and output as a numerical value by the output device 305.
[0029]
It is generally known that when the distance between the shutter and the detection electrode increases, the number of lines of electric force incident on the detection electrode decreases when the area of the shutter blocking the detection electrode is the same. It is generally known that, when the distance between the detection electrode and the shutter is the same, the number of lines of electric force incident on the detection electrode decreases as the area of the shutter blocking the detection electrode increases. On the other hand, the blocking plate 102 of the potential sensor according to the present embodiment moves in an arc. Therefore, at the same time as the blocking area of the detection electrode 105 by the blocking plate 102 increases or decreases, the distance between the blocking plate 102 and the detection electrode 105 increases or decreases. That is, the arc movement of the blocking plate 102 has the above two effects. Therefore, the potential sensor according to the present embodiment is relatively small in size, compared to a potential sensor that only performs chopping (the distance between the detection electrode and the blocking plate is the same and only changes the blocking area of the detection electrode). Excellent sensitivity.
[0030]
A method for manufacturing the potential sensor according to this embodiment will be described with reference to FIGS. First, isotropic etching mask layers 501 and 504 are formed on both surfaces of the silicon substrate 503, and openings are formed in the isotropic etching mask layer 501 on the side where the blocking plate 102 is formed. The isotropic etching groove 502 is formed by isotropically etching the silicon substrate 503 through the opening (see FIG. 5A. In FIG. 5, the right side is a top view, and the left side is the right side. It is BB sectional drawing of a top view.)
[0031]
Next, a material to be the blocking plate 102 is embedded in the isotropic etching groove 502. At this time, the arm 102a and the movable shaft 102b necessary for driving the shielding plate 102 are formed together. Further, a first vertical etching mask layer 506 and a second vertical etching mask layer 507 are formed on the surface of the silicon substrate 503 where the blocking plate is not formed (FIG. 5B).
[0032]
Next, a material for the blocking plate separation preventing plate 103 is formed so that the blocking plate 102 does not separate during driving. Further, first vertical etching is performed using the first vertical etching mask layer 506 to form a groove 509 (FIG. 5C). Further, the vertical etching mask layer 506 is removed, and a second vertical etching is performed using the second vertical etching mask layer 507 to form a through groove 510 (FIG. 5D). By forming the through-groove 510, the blocking plate 102 can move in an arc around the movable shaft 102b.
[0033]
When the process of FIG. 5 is used, as shown in FIG. 6, by making a part of the blocking plate detachment prevention plate 602 contact with the axis center 601 of the circular motion, the blocking plate 102 is harder to come off from the silicon substrate 503. it can. Here, since the shaft center 601 can be fixed, there is also an effect of further stabilizing the circular motion of the blocking plate 102.
[0034]
When the configuration of FIG. 6 is used, as shown in FIG. 7A, by providing a slope with an inclination angle 702 on a part of the blocking plate separation preventing plate 701, the angular range of the circular motion of the blocking plate 102 can be controlled. . That is, as shown in FIG. 7B, the blocking plate 102 can be prevented from advancing below the inclination angle 703. At this time, the inclination angle 702 and the inclination angle 703 become substantially the same.
[0035]
As shown in FIG. 7B, if the inclination angle 702 is less than 90 degrees, the angle range in which the blocking plate 102 performs the circular motion can be shortened. Thereby, the blocking plate 102 can be more quickly made parallel to the detection electrode 105 (see FIG. 4A). In addition, since the blocking plate 102 can be tilted in the electric force line blocking direction in advance, it is easy to move in the blocking position direction.
[0036]
Further, in the case of using the configuration of FIG. 6, as shown in FIG. 8, by providing an additional blocking plate detachment prevention plate 801, the blocking plate 102 can be more reliably prevented from detaching in the direction of the arrow 803. .
[0037]
(Second embodiment)
Next, a method for manufacturing a potential sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A sacrificial layer (member to be removed later) 901 having a semicircular cross-sectional shape is formed on the movable shaft 102b of the blocking plate 102 on the substrate 503 that has been completed up to FIG. The radius of the sacrificial layer 901 having the semicircular cross-sectional shape is the same as the radius of the movable shaft portion (FIG. 9A).
[0038]
Next, a blocking plate separation preventing plate 902 is formed on the sacrificial layer 901 and the silicon substrate 503 (FIG. 9B). Thereafter, the first vertical etching is performed to form a groove 903 (FIG. 9C). Further, the second vertical etching is performed to form a through groove 905 (FIG. 9D). Here, the void 904 is formed by removing the sacrificial layer 901. In this case, since the movable shaft 102b is covered with the silicon substrate 503 and the blocking plate separation preventing plate 902, the separation of the blocking plate 102 is more reliably prevented. Other points are the same as those of the first embodiment.
[0039]
(Third embodiment)
Next, a method of manufacturing a potential sensor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A sacrificial layer 1001 having a quarter-circle cross-sectional shape is formed in the isotropic etching groove for the movable shaft of the substrate 503 completed to FIG. 5A (FIG. 10A). Then, the blocking plate 1002 is embedded in the remaining isotropic etching grooves (FIG. 10B).
[0040]
Next, a blocking plate detachment preventing plate 1003 is formed on the sacrificial layer 1001, the movable shaft 1002b of the blocking plate 1002, and the silicon substrate 503. Then, the first vertical etching is performed to form a groove 1004 (FIG. 10C). Further, the second vertical etching is performed to form a through groove 1006 (FIG. 10D). Here, the sacrifice layer 1001 is removed, and a void 1005 is formed. In this case, since the movable shaft 1002b is covered with the silicon substrate 503 and the blocking plate separation preventing plate 1003, the separation of the blocking plate 1002 is more reliably prevented.
[0041]
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. In the method of manufacturing the potential sensor according to the present embodiment, as shown in FIG. 11A, the width 1101 of the blocking plate support wall 1102 is changed (increased). Thus, before the shield plate 102 is completely oriented in the vertical direction with respect to the detection electrode 105, the shield plate 102 and the shield plate support wall 1102 come into contact with each other, so that the circular motion angle 1104 of the shield plate 102 can be controlled.
[0042]
In this case, as shown in FIG. 11B, an inclined surface may be provided on the shielding plate support wall 1105 in order to control the circular movement angle of the shielding plate 102. Thereby, the circular motion angle control becomes more reliable.
[0043]
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described. In the method of manufacturing a potential sensor according to the present embodiment, as shown in FIG. 12, a plurality of arms 1201a of a blocking plate 1201 are provided. Thus, the blocking plate 1201 can be hardly twisted as compared with the case where the number of arms is one.
[0044]
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment will be described. In the method of manufacturing the potential sensor according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, one or both of the blocking plate 1302 and the arm 1302a are longer than the detection electrode 105. This makes it possible to block the lines of electric force to the blocking plate 1302 without completely moving the blocking plate 1302 in the horizontal direction with respect to the detection electrode 105. Therefore, the circular motion angle 1301 of the blocking plate 1302 can be reduced, and it is not necessary to separate the blocking plate 1302 from the coil 107 much. Therefore, blocking plate 1302 can be more effectively affected by the magnetic force generated from coil 107.
[0045]
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment will be described. In the method for manufacturing a potential sensor according to the present embodiment, a plurality of blocking plates 102 are provided for one detection electrode 105 as shown in FIG. Thus, the length 1402 of the blocking plate and the height 1401 of the blocking plate supporting wall 101 can be reduced. Therefore, the energy required to move the blocking plate 102 can be reduced, and the etching time and the like for manufacturing the blocking plate 102, the through groove 510, and the like can be shortened, so that the manufacturing time and manufacturing cost of the potential sensor can be reduced. .
[0046]
(Eighth embodiment)
An eighth embodiment will be described. In the method for manufacturing a potential sensor according to the present embodiment, as shown in FIG. 15A, a part of the blocking plate separation preventing plate 1501 is formed so as to surround the blocking plate 102 (consisting of the blocking plate separation preventing plate 1501). An opening 1502 is formed). Thus, when the blocking plate 102 blocks the electric flux lines from the object to be measured, the opening 1502 can be completely closed (see FIG. 15B). Power lines can be cut off almost completely.
[0047]
In this case, by forming and arranging the side blocking walls 1901 and 1902 as shown in FIGS. 19C and 19D, the lines of electric force that enter from the side of the blocking plate 102 and enter can also be blocked. Almost all lines of electric force incident on the detection electrode 105 can be blocked. This makes it possible to increase the dynamic range of the potential sensor. Further, since the surroundings of the detection electrode 105 can be surrounded by the blocking plate 102, a part of the blocking plate separation preventing plate 1501, the blocking support wall, and the blocking wall, dust can be hardly attached to the detection electrode 105. Further, the strength of the potential sensor itself can be increased.
[0048]
(Ninth embodiment)
A ninth embodiment will be described. A method of manufacturing the blocking plate separation preventing plate of the potential sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the manufacturing method according to the present embodiment in which the blocking plate is formed by plating, after forming the blocking plate 102, the wiring 1602 and the electrode 1601 are formed (FIG. 16A). Next, an insulating layer 1603 is formed, and only the electrode 1601 is exposed (FIG. 16B). Next, plating is performed from the electrode portion 1601 to form a blocking plate separation preventing plate 1604 made of a plated material (FIG. 16C). Next, the insulating layer 1603 is removed (FIG. 16D), and finally, a through groove 1605 is formed as shown in FIG. 16E. The wiring 1602 used to supply a current at the time of plating can be used as a ground wire for the blocking plate 102.
[0049]
(Tenth embodiment)
A tenth embodiment will be described. A method of manufacturing the blocking plate separation preventing plate of the potential sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the manufacturing method of the present embodiment in which the blocking plate is formed by plating, the wiring 1702 and the electrode 1701 are formed after the formation of the blocking plate 102 (FIG. 17A). Next, an insulating layer 1703 is formed, and only the electrode 1701 is exposed (FIG. 17B). Next, a mold 1704 for controlling the shape of the plating product is formed (FIG. 17C). Next, plating is performed from the electrode portion 1701 to form a blocking plate separation preventing plate 1705 made of a plated material (FIG. 17D). Next, the insulating layer 1703 and the mold 1704 are removed (FIG. 18A), and finally a through groove 1706 is formed as shown in FIG. 18B. Also in this case, the wiring 1702 used to flow the current at the time of plating can be used as a ground wire for the blocking plate 102.
[0050]
In this case, a mold 1801 having an inclined surface as shown in FIG. 19 can be formed by manufacturing the mold by a photolithography method in which exposure conditions are controlled. This can be the blocking plate separation preventing plate shown in FIG.
[0051]
In the method for manufacturing the potential sensor according to the above embodiment, the isotropic etching mask layer is selected from materials having resistance to isotropic etching. For example, an inorganic film such as a silicon thermal oxide film or a silicon nitride film, or an organic film can be used. In the case of obtaining an etching groove having a semicircular cross section in isotropic etching, an etching groove having a substantially semicircular cross section can be obtained by making the opening diameter as small as possible. Since the groove for forming the movable shaft of the blocking plate becomes the axis of the circular motion, it is desirable that the groove has a cross-sectional shape close to a semicircle.
[0052]
Either dry etching or wet etching can be used for isotropic etching. In dry etching, for example, XeF 2 , SF 6 Fluorine-based etching gas such as In wet etching, an etching solution composed of a mixture of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid can be used.
[0053]
In forming the blocking plate, any of a silk screen printing method, a plating method, a vapor deposition method, a chemical vapor deposition, a film coating method (a spin coating method, a dip coating method, and the like) can be used. When forming the blocking plate, the blocking plate member protruding from the isotropic etching groove can be removed by a polishing method such as CMP (chemical mechanical polishing).
[0054]
In the method of manufacturing the potential sensor according to the above-described embodiment, the vertical etching mask layer is selected from materials having resistance to vertical etching. For example, an inorganic film such as a silicon thermal oxide film or a silicon nitride film, or an organic film can be used. For the vertical etching, for example, RIE (reactive ion etching) technology using reactive ions is used. In RIE, by controlling the composition of the etching gas, the gas flow rate, the etching power, the chamber pressure, etc., an inclined surface as shown in FIG. 11B can be formed.
[0055]
The blocking plate is a combination of photolithography and any film forming method such as silk screen printing, plating, vapor deposition, chemical vapor deposition, and film coating (spin coating, dip coating, etc.). Can be formed. In photolithography, by controlling the exposure conditions, the inclined surface of the blocking plate separation preventing plate as shown in FIGS. 7, 8, and 19 can be formed.
[0056]
In the case of forming the sacrificial layer 901 having a semicircular cross-sectional shape in FIG. 9A, it can be formed by forming a thermoplastic material at the position and performing reflow. In the case of forming the sacrificial layer 1001 having a quarter-circle cross-sectional shape in FIG. 10A, the sacrificial layer 1001 is formed by filling a photoresist in an isotropic etching groove and patterning and leaving only the photoresist at that position. it can.
[0057]
【Example】
A more specific example will be described. A method for manufacturing an embodiment of the potential sensor of the present invention will be described. Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described with reference to the process cross-sectional views of FIGS.
[0058]
As the substrate 503, a single crystal silicon substrate is used. The substrate is thermally oxidized with an oxidizing gas to form isotropic etching mask layers 501 and 504 made of a thermal oxide film. An organic film having a pattern is formed by photolithography on the isotropic etching mask layer 501 side (the other isotropic etching mask layer 504 is also protected by the organic film), and a thermal oxide film exposed from the pattern is formed. Is removed with buffered hydrofluoric acid to form an opening for obtaining the blocking plate 102. Then, the organic film having the pattern is 2 It is removed by ashing using plasma. Then, the silicon 503 exposed from the opening is isotropically etched by isotropic etching using a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid to form an isotropically etched groove 502 (FIG. 5A).
[0059]
Thereafter, the isotropic etching mask layer 501 is removed with buffered hydrofluoric acid, and an Al conductive layer is formed by a sputtering method on the entire surface of the silicon surface where the isotropic etching grooves 502 are formed (not shown). Then, the substrate is immersed in a Ni—Co-based plating solution, and a current is applied to the conductive layer to grow the Ni—Co plated layer. An excess plating layer is polished and removed by CMP to form a blocking plate 102.
[0060]
Subsequently, the organic film on the isotropic etching mask layer 504 is removed by ashing. Then, a mask layer for forming the through groove 510 is patterned on the isotropic etching mask layer 504 by using a photolithography method. The thermal oxide film exposed from the pattern is removed with buffered hydrofluoric acid using buffered hydrofluoric acid. Then, the mask layer for forming the through groove 510 is removed by ashing, and a vertical etching mask layer 507 is formed by using a photolithography method (FIG. 5B).
[0061]
In the case of the manufacturing method in FIG. 16, next, a wiring 1602 and an electrode 1601 made of Au as shown in FIG. 16A are formed by using a sputtering method, a photolithography method, and an etching method. Next, after an insulating layer 1603 is formed by a photolithography method, the substrate is immersed in a plating solution, and electricity is supplied to the electrode portion 1601 to grow a Ni—Co plated layer 1604 (FIG. 16C). 1603 is removed with an organic solvent (FIG. 16D).
[0062]
Further, a vertical etching mask layer 506 made of an organic mask layer is formed by photolithography. Then, using the vertical etching mask layer 506 as a mask layer, vertical etching is performed by a dry etching method using reactive ions to form a groove 509 (FIGS. 5C and 16D).
[0063]
Further, the vertical etching mask layer 506 is removed by ashing, and the vertical etching mask layer 507 is used as a mask layer to perform vertical etching by a dry etching method using reactive ions to form a through groove 510 (FIG. 5D).
[0064]
Finally, the Al electrode is dissolved with a hydrofluoric acid-based solvent to produce a blocking mechanism. At this time, the Al electrode below the movable shaft part also melts, so that the blocking plate 102 can move in an arc.
[0065]
On the other hand, the detection electrode substrate 104 and the coil substrate 106 are each manufactured by a semiconductor process. Then, the potential sensor of the present embodiment can be manufactured by bonding the blocking mechanism, the detection electrode substrate, and the coil substrate. Finally, the potential sensor according to the present embodiment is installed so as to face the object to be measured, and an image forming apparatus having the object to be measured is obtained.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the potential sensor of the present invention, between the detection electrode and the object to be measured which is disposed to face the detection electrode, the tip portion is closer to the detection electrode and the detection electrode is Can be circularly moved about a predetermined axis substantially between a first position at which the sensor is more widely exposed and a second position at which the tip end is further away from the detection electrode and more widely covers the detection electrode with respect to the measured object. Is provided with an electric field line blocking plate, which measures the surface potential of the DUT based on the amount of change in the electric field lines incident on the detection electrode. Both of the changes in the cutoff area contribute to the amount of change in the lines of electric force, thereby realizing a potential sensor that can be reduced in size and has excellent sensing sensitivity, and a high-performance image forming apparatus including the potential sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view and a cross-sectional view illustrating a first embodiment of a potential sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an arrangement configuration example of a potential sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a principle of measuring a potential of the potential sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a driving principle of the first embodiment of the potential sensor of the present invention.
FIG. 5 is a process chart showing a method for manufacturing the potential sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a modified example of the first embodiment of the potential sensor of the present invention.
FIG. 7 is a view showing another modification of the first embodiment of the potential sensor of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing still another modification of the first embodiment of the potential sensor of the present invention.
FIG. 9 is a process chart showing a method for manufacturing a potential sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a process chart showing a method for manufacturing a potential sensor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view showing a fourth embodiment of the potential sensor according to the present invention and a modification thereof.
FIG. 12 is a top view showing a fifth embodiment of the potential sensor according to the present invention.
FIG. 13 is a sectional view showing a potential sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a seventh embodiment of the potential sensor according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating an eighth embodiment of the potential sensor according to the present invention.
FIG. 16 is a process diagram showing a method for manufacturing a blocking plate separation preventing plate according to a ninth embodiment of the potential sensor of the present invention.
FIG. 17 is a process diagram showing a method for manufacturing a blocking plate separation preventing plate according to a tenth embodiment of the potential sensor of the present invention.
FIG. 18 is a process chart showing a continuation of the step in FIG. 17;
FIG. 19 is a diagram showing a method of manufacturing a modified example of the blocking plate detachment prevention plate of the tenth embodiment of the potential sensor of the present invention.
FIG. 20 is a perspective view showing an example of arrangement when a plurality of potential sensors of the present invention are formed, and an example of formation when an electric field line blocking wall is formed.
[Explanation of symbols]
101,1102,1105 ・ ・ ・ Blocking plate support wall
102, 1002, 1201, 1302 ... blocking plate
102a, 1201a, 1302a ... arm
102b, 1002b ... movable shaft
103, 602, 701, 801, 902, 1003, 1501, 1604, 1705...
104, 202... Sensing electrode substrate
105 ・ ・ ・ Detecting electrode
106, 203: coil substrate
107 ... coil
201 ・ ・ ・ Interruption mechanism
301 ・ ・ ・ Measurement object
302 ... ground wire
303 ・ ・ ・ Power supply
304 ··· Amplifier
305 ・ ・ ・ Output device
401, 402, 403, 803 ... arrows
501, 504 ... isotropic etching mask layer
502 ... isotropic etching groove
503: silicon substrate
506... First vertical etching mask layer
507... Second vertical etching mask layer
509, 903, 1004 ... groove
510, 905, 1006, 1605, 1706 ... through-groove
601: Center of axis
702, 703 ... inclination angle
901... Sacrificial layer having a semicircular cross-sectional shape
904, 1005 ... void
1001... Sacrificial layer having a cross section of 1/4 circle
1101... Width of blocking plate support wall
1104, 1301... Arc movement angle
1401 ... height of the support wall of the blocking plate
1402 ... length of the blocking plate
1502 ... opening
1601, 1701 ... electrodes
1602, 1702 ... wiring
1603, 1703 ... insulating layer
1704, 1801 ... type
1901, 1902 ・ ・ ・ Blocking wall
