JP2008185428A - 電位測定装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゼロ位法を用いながら、電位測定信号が整定するまでに要する時間を短縮することができる電位測定装置及び方法を提供する。
【解決手段】電位測定装置は、電位測定プローブ3と誘導電荷検出器5と基準電位制御器10と目標電位差分検出器13と切替器14と電位測定信号発生器11を有する。電位測定プローブ3は、測定領域2の電位に応じて電荷が誘起される検知電極4を含む。誘導電荷検出器5は、検知電極4の電荷に基づき第1の信号を出力する。基準電位制御器10は、入力信号に基づき、電位測定プローブ3への基準電位を制御する。目標電位差分検出器13は、測定領域2の予測表面電位に対応する目標電位と基準電位の差を表す第2の信号を出力する。切替器14は、第1の信号または第2の信号を選択して基準電位制御器10に入力させる。電位測定信号発生器11は、基準電位を処理して測定領域2の表面電位を表す電位測定信号として出力する。
【選択図】図1

Description

本発明は、測定対象の電位を測定する電位測定装置、電位測定方法、及び前記電位測定装置を有する画像形成装置に関する。

複写機、レーザービームプリンタなどの画像形成装置において、安定した画質を得るためには、像担持体上の帯電量が適切な値になる様に、像担持体の帯電電圧や露光量などの画像形成条件を制御する必要がある。このため、帯電後或いは露光後の像担持体の表面電位を電位測定装置で測定し、その結果に基づき画像形成条件を制御する機能を画像形成装置に持たせることが、従来、行われている。こうした電位測定装置に要求される機能の一つとして、測定対象の表面電位を非接触で測定する機能がある。その理由は、電位測定装置が像担持体表面に接触すると像担持体表面の電位分布が均一でなくなり、像担持体表面に形成される潜像に乱れが生じる原因となるからである。

上記要求を満たす電位測定装置としては、所謂ゼロ位法を用いて電位測定を行う電位測定装置が提案されている（特許文献1参照）。ゼロ位法を用いた電位測定装置の概略の構造と測定原理を図10で説明する。図10において、測定対象1上の測定領域2に対向して電位測定プローブ3が配置されている。電位測定プローブ3は、検知電極4と誘導電荷検知器5とが導体のシールドケース6の内部に収められたものである。シールドケース6は、測定領域2に対して検知電極3を露出させるために、開口7を有する。誘導電荷検出器5は、測定領域2と検知電極3との間の電位差で検知電極3に誘起される誘導電荷の大きさと極性（正又は負）を表す誘導電荷検出信号を出力する。尚、この誘導電荷検出信号は、測定領域2と検知電極3間の静電結合容量を何らかの手段（例えば、両者間の距離を周期的に変化させる手段）で周期的に変化させることで得られる。

この誘導電荷検出信号は、シールド線8を介して電位測定制御器9に入力される。電位測定制御器9は、基準電位制御器10と電位測定信号発生器11を有する。基準電位制御器10は、誘導電荷検出器5から出力される誘導電荷検出信号の大きさ及び正負を検出し、この信号の大きさが0（厳密に0でなくても測定誤差として許容される範囲内の値）となる様に電位測定プローブ3の基準電位Vfを制御する。これにより、電位測定プローブ3の基準電位Vfは、測定領域2の表面電位と等しくなる様に制御される。電位測定信号発生器11は、この基準電位Vfを適切な大きさの信号に変換して、測定領域2の電位を表す電位測定信号として出力する。

ゼロ位法による電位測定の利点の一つとして、装置振動などによる電位測定装置と像担持体表面（測定領域2）との間の距離（以降、“測定距離”とも呼ぶ）の変動の影響を受けにくいことがある。他方、ゼロ位法による電位測定の欠点としては、測定領域2の表面電位が比較的高い（例えば、1000V前後）場合に、この表面電位の変化に対する電位測定信号の応答が比較的遅いことが挙げられる。この理由は、ゼロ位法を用いた電位測定装置は、測定領域2の表面電位と同等の電位を発生させるために高電圧制御回路を備えており、これの時定数が比較的大きく、電位測定装置全体の応答を律速するからである。

なお、ゼロ位法に対する電位測定方法としては、所謂偏位法と呼ばれものがある。偏位法による電位測定方法では、誘導電荷検出器5の誘導電荷検出信号を、測定領域2の電位を表す電位測定信号として出力する。偏位法を用いた電位測定装置は、検知電極3に誘起される誘導電荷が測定距離の逆数に比例して変化するため、正規の距離からの測定距離の変動の影響を受けやすい。

また、上記の様な画像形成装置における像担持体表面の電位測定についての提案として、起動時や待機時などの非印刷時に、電位測定用潜像を像担持体上に形成して電位測定を実行するものがある（特許文献2参照）。

これに対し、連続印刷時においても電位測定を行う画像形成装置も提案されている（特許文献3参照）。この提案は、図11に示す様に、像担持体17に形成される連続した2枚分の印刷用潜像24及び25の間の領域（以降、“印刷間領域”とも呼ぶ）に電位測定用潜像26を形成し、その表面電位を測定する手法を用いる。ここで、電位測定用潜像26の表面電位は、次の情報を基に画像形成装置内で決定される電位を目標として制御される。すなわち、その情報は、画像形成装置の温湿度環境や稼動時間、電位測定用潜像の表面電位を測定した結果の履歴、光などで測定された実際の現像濃度などの情報である。この様な電位測定により、連続印刷中でも、像担持体の帯電特性の変化に応じた画像形成条件の制御を行うことが可能となる。こうして、連続印刷時における印刷画質の安定性を向上させることができる。
特開平6-242166号公報 特公昭62-10425号公報 特開2001-281943号公報

上記背景技術で説明した様に連続印刷時の印刷間領域を利用して電位測定を行う際には、電位測定用潜像の大きさ、特に、像担持体表面の移動方向の長さは可能な限り短いのが望ましい。なぜなら、電位測定用潜像を短くすることにより印刷間領域を短くできて、単位時間当たりの印刷枚数を増大させることが可能となるからである。

一方、測定対象（像担持体17）の電位が変化してから、電位測定装置から出力される電位測定信号が所望の誤差範囲内に整定するまでには有限の時間が必要である（以降、この有限の時間を“整定時間”と呼ぶ）。特に、上記背景技術で説明した様に、ゼロ位法を用いた電位測定装置の応答は比較的低速であることから、電位測定信号が整定するまでに比較的長い時間を必要とする。

以上のことから、ゼロ位法の電位測定装置を用いて、連続印刷時の印刷間領域を利用した電位測定を行おうとすると、電位測定用潜像には、整定時間の間に像担持体表面が移動する距離以上の長さが必要となる。

ゼロ位法において、電位測定用潜像を短くするために整定時間を短くしようとすると、高速な応答特性を有する高電圧制御回路を適用する必要がある。こうした高電圧制御回路の使用は、電位測定装置のコストを増大させ、それが搭載される画像形成装置のコストも増大させる。他方、高電圧制御回路が不要である偏位法による電位測定装置の場合は、上述した如く測定距離の変動による電位測定信号の誤差が大きく、電位測定結果の信頼性を確保することが比較的困難となる。また、それが搭載される画像形成装置の画質を安定化させることも比較的困難となる。

上記課題に鑑み、測定対象の測定領域の表面電位を測定する本発明の電位測定装置は、電位測定プローブと誘導電荷検出器と基準電位制御器と目標電位差分検出器と切替器と電位測定信号発生器とを有する。前記電位測定プローブは、前記測定領域に対向して配置され前記測定領域の電位に応じて電荷が誘起される検知電極を含む。前記誘導電荷検出器は、前記検知電極に誘起される電荷に基づいて第1の信号を出力する。前記基準電位制御器は、入力信号に基づいて、前記電位測定プローブに印加する基準電位を制御する。前記目標電位差分検出器は、前記測定領域の予測される表面電位に対応する目標電位と前記基準電位との差に基づいて第2の信号を出力する。前記切替器は、前記第1の信号と前記第2の信号のいずれか1つを選択して前記基準電位制御器に前記入力信号として入力させる。前記電位測定信号発生器は、前記基準電位制御器からの前記基準電位を処理して前記測定対象の測定領域の表面電位を表す電位測定信号として出力する。

また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、像担持体と帯電器と露光器と現像器と上記電位測定装置と画像形成制御器とを有する。前記帯電器は、前記像担持体を帯電する。前記露光器は、前記像担持体を露光する。前記現像器は、前記帯電器及び前記露光器によって像担持体上に形成される潜像を現像剤により顕像化する。前記画像形成制御器は、前記電位測定装置から入力される前記電位測定信号に基づいて、前記帯電器と前記露光器と前記現像器のうちの少なくとも一つに対して制御信号を出力する。

また、上記課題に鑑み、上記電位測定装置を用いる本発明の電位測定方法は次のステップを含む。第1のステップでは、測定領域の表面電位が確立する或いはその一部の表面電位が変化し始める第1の時刻に先立つ第2の時刻以降に、目標電位差分検出器に、測定領域の表面電位の目標電位と基準電位との電位差に基づく第2の信号を出力させる。第2のステップでは、切替器に、第2の時刻から、第1の時刻以後の第3の時刻において、目標電位差分検出器の第2の信号を基準電位制御器に入力させ、第3の時刻以降において、誘導電荷検出器の第1の信号を基準電位制御器に入力させる。この電位測定方法は、次に説明する本発明の効果を確実に達成する様に上記構成を持つ本発明の電位測定装置を制御するものである。

本発明によれば、場合に応じたタイミングで、上記基準電位制御器への入力信号を上記第1の信号と上記第2の信号との間で切り替えることができる。従って、ゼロ位法を用いながら、高速な応答特性の高電圧制御回路を用いなくとも、測定領域の電位が確立してから、或いはその一部の電位が変化し始めてから電位測定信号が整定するまでに要する時間を短縮することが可能となる。また、本発明の電位測定装置を画像形成装置に用いる場合、例えば、連続印刷時の画像品質の安定性を損なうことなく単位時間あたりの印刷枚数を確保することが可能となる。

本発明の電位測定装置ないし方法、及び画像形成装置について、実施の形態を以下に説明する。

まず、本発明による電位測定装置ないし方法の実施形態を説明する。
本発明の第1の実施形態を図1（ａ）に沿って説明する。図1（ａ）において、測定対象1上の或る表面電位を持つ所定領域が、電位測定装置の測定領域2にもたらされる。すなわち、測定領域2において或る表面電位が確立される。測定領域2には、電位測定プローブ3が対向して配置されている。電位測定プローブ3は、検知電極4と誘導電荷検知器5が、導体からなるシールドケース6の内部に収められたものである。開口7は、シールドケース6のうち、測定領域2に対して検知電極3を露出させる位置に設けられている。検知電極3を含むシールドケース6の電位は、シールド線8のシールドを介して、電位測定プローブ3の基準電位Vf（すなわち、後述の基準電位制御器10）に電気的に接続されている。すなわち、シールドケース6は、シールド線8のシールドを介して、後述の基準電位制御器10に電気的に接続されている。また、誘導電荷検出器5は、測定領域2と検知電極3との間の電位差によって検知電極3上に誘起される誘導電荷の大きさと極性（正又は負）を表す誘導電荷検出信号を出力する。この信号はシールド線8を介して電位測定制御器9に入力される。こうした点は、図10を用いて説明した上記構成と同じである。

本実施形態では、電位測定制御器9は、基準電位制御器10、電位測定信号発生器11、目標電位差分検出器13、切替器14、切替制御器15を有する。検出器13は、測定領域2の表面電位の目標電位（これは、測定領域2の予測される電位に対応する電位である）と電位測定プローブ3に印加されている基準電位Vfとの差を表す目標電位差分検出信号を出力する。切替制御器15は、切替タイミング信号を受信し、切替器14に切替指令信号を出力する。切替器14は、入力端子A及び入力端子B、出力端子、切替指令信号入力端子を有する。入力端子Aには誘導電荷検出器5が接続されており、入力端子Bには目標電位差分検出器13が接続されている。出力端子は基準電位制御器10に接続されており、切替指令信号入力端子には切替制御器15が接続されている。切替指令信号入力端子に切替指令信号が入力されると、切替器14は、出力端子に接続される入力端子を入力端子AとBのいずれか一方から他方へと切り替える。

上記切替タイミング信号と目標電位を表す信号は、例えば、測定領域2に予め定められた一定の電位を与える手段（例えば電圧印加手段）から、夫々、切替制御器15と目標電位差分検出器13に供給される。

基準電位制御器10は、入力される検出信号の大きさ及び正負を検出する検波回路及び高電圧制御回路を含む。そして、入力される検出信号の大きさが0（厳密に0でなくても測定誤差として許容される範囲内の値）となる様に、電位測定プローブ3に印加する基準電位Vfを制御する。ここで用いる高電圧制御回路は、高速な応答特性を有する必要はない。電位測定信号発生器11は、基準電位Vfを適切な大きさの信号に変換して電位測定信号として出力する。

本実施形態の電位測定装置の動作例を図1（ｂ）のタイムチャートを用いて説明する。
時刻0において、測定領域2の表面電位、基準電位Vf、目標電位差分検出器13が有する目標電位はいずれも0であり、切替器14の出力端子は入力端子Aと接続されている。時刻T0において、目標電位差分検出器13は、時刻T1＝T0＋ΔT0における測定領域2の表面電位の目標電位Vgを表す信号を受信する。同時に、切替制御器15は切替タイミング信号を受信し、切替器14に、その出力端子を入力端子Bに接続させる切替指令信号Bを出力する。これらの動作の結果、目標電位差分検出器13が有する目標電位はVgになり、切替器14の出力端子に接続される入力端子は入力端子Bとなる。ここで、時間ΔT0は、基準電位Vfが、0から、目標電位Vgに対する誤差±Veの範囲内に整定するために必要な時間以上に設定されるのが望ましい。

時刻T1において、基準電位Vfは目標電位Vgに対して誤差の範囲内に整定している。このとき、測定領域2の表面電位は目標電位Vgに向かって変化し始める。同時に、切替制御器15は、切替タイミング信号を受信し、切替器14に、その出力端子を入力端子Aに接続させる切替指令信号Aを出力する。これらの動作の結果、測定領域2の表面電位は事実上瞬時にVm＝Vg＋ΔVに変化し、切替器14の出力端子に接続される入力端子は入力端子Aとなる。ここで、目標電位Vgは、ΔVの絶対値が測定領域2の表面電位の実際の変化量（ここでは0とVmの差の絶対値）よりも小さくなる様に、設定されていることが望ましい。

その後の時刻Ts1において、基準電位Vfは、測定領域2の実際の表面電位Vmに対して誤差±Veの範囲内に整定している。このときの基準電圧Vfを出力信号発生部11により処理することで、測定領域2の実際の表面電位を表す電位測定信号が得られる。

従来のゼロ位法による電位測定装置と本実施形態の電位測定装置との応答特性の違いを以下に説明する。両者の電位測定装置について、夫々推測されるステップ応答波形を図7（ａ）及び（ｂ）に示す。

上記ステップ応答波形は、電位測定装置の制御システムがLCR直列回路の様な2次系の線形モデルで表すことが可能であり、且つその応答特性が過減衰応答となる様に制御定数が決定されていると仮定した場合において推測される応答波形である。なお、この応答波形は本実施形態ないし本発明の効果を説明するための一例として挙げたものであり、効果の有無は応答波形の形状に依存しない。

上述した様に、測定領域2の表面電位は、図7（ａ）及び（ｂ）の破線で示す様に、時刻T1において事実上瞬時に0からVm＝Vg＋ΔVに変化する。

従来のゼロ位法による電位測定装置の基準電位Vfは、図7（ａ）の実線の様に、時刻T1から応答を開始し、一定の時間ΔTd0だけ経過した時刻Ts0において所望の誤差範囲±Veに整定する。時間ΔTd0は、主に、測定領域2の表面電位の変化量及び変化速度、基準電位制御器10内の高電圧制御回路の時定数によって決まる。その長さは、測定領域2の表面電位の変化量及び使用する高電圧制御回路が同じである限り一定である。

一方、本実施形態の電位測定装置の基準電位Vfは、測定領域2の表面電位が変化する時刻T1よりも時間ΔT0だけ早い時刻T0において、図7（ｂ）の実線の様に、時刻T1における目標電位Vgに追従する様に応答を開始する。このとき、時間ΔT0が上記の時間ΔTd0と略同じ或いはそれ以上であれば、時刻T1において基準電位Vfは時刻T1における目標電位Vgに十分近い値まで到達する。その後、基準電位Vfは、時刻T1において、実際の測定領域2の表面電位Vmに追従する様に応答を開始する。このとき、VgとVmの差であるΔVが0とVmの差よりも小さければ、時刻T1から基準電位Vfが所望の誤差範囲±Veに整定する時刻Ts1までに必要な時間ΔTd1は、従来の電位測定装置における整定時間ΔTd0と比較して短いことは明らかである。勿論、時間ΔT0が上記の時間ΔTd0より短いとしても、時刻T1での基準電位Vfは多少とも目標電位Vgに近づいているので、時間ΔTd1は、従来の電位測定装置における整定時間ΔTd0よりは短くなる。従って、この場合でも、一定の効果は奏される。

以上より、測定領域2の電位変化の時刻T1及び変化後の電位の概略値（目標電位Vg）に関する情報が入手可能である場合において、本実施形態の電位測定装置を用いることで、従来の電位測定装置と比較して電位測定信号の整定時間を短縮することができる。

次に、画像形成装置において本発明を実施するための第2の実施形態を以下に説明する。
本実施形態の構成を図4（ａ）を用いて説明する。図4（ａ）において、円柱形状の像担持体17は、円柱の中心軸を中心に図中の円弧矢印方向に回転する。像担持体17の表面近傍には、その回転方向に沿って、帯電器18、露光器19、本発明の電位測定装置の電位測定プローブ3、現像器20が配置されている。電位測定プローブ3は、本発明の電位測定装置の電位測定制御器9（図1参照）に接続されている。また、帯電器18、露光器19、電位測定制御器9、現像器20は、画像形成制御器21に接続されている。被印刷物体22は、送りローラ23によって像担持体17の直下を通過する様に搬送される。

印刷間領域において像担持体17上の電位測定用潜像の表面電位を測定する場合における、本実施形態の画像形成装置の動作を図4（ｂ）に沿って説明する。

図4（ｂ）の時刻T2よりも前の時刻0において、画像形成制御器21は、帯電器18及び露光器19に電位測定用潜像を作成するための制御信号を出力する。前記制御信号を受けた帯電器18及び露光器19は、像担持体17の表面に電位測定用潜像を形成する。このとき、電位測定領域の電位はVmLであり、目標電位差分検出器の目標電位はVgLである。

その後、電位測定用潜像の端部が電位測定装置の測定領域と交わる瞬間の時刻T2において、目標電位差分検出器13は、電位測定用潜像の表面電位の目標値である目標電位VgDを表す信号を受信する。同時に、切替制御器15は切替タイミング信号を受信し、切替器14に、その出力端子を入力端子Bに接続させる切替指令信号Bを出力する。これにより、目標電位差分検出器13が保持する目標電位はVgDに変化すると同時に、切替器14の出力端子に接続する入力端子は入力端子Bとなる。ここで、時刻T2における上記の一連の動作は、時刻T2よりも過去の時刻に実施されていてもよい。

その後、時刻T3において、切替制御器15は切替タイミング信号を受信し、切替器14に、その出力端子を入力端子Aに接続させる切替指令信号Aを出力する。これにより、切替器14の出力端子に接続する入力端子は入力端子Aとなる。ここで、時刻T3（図7におけるT1に相当する）は、測定領域の全域が、電位測定用潜像の存在する領域に包含される瞬間と同時或いはそれ以降の時刻であることが望ましい。しかし、時刻T3が、時刻T2よりも後であって、この包含される瞬間よりも前であっても、場合によっては、上記電位測定信号の整定時間の短縮という効果が一定程度奏されることもある。

さらにその後の時刻Ts3において、基準電位Vfは電位測定用潜像の実際の表面電位VmDに対して誤差±Veの範囲内に整定している。このときの基準電位Vfを出力信号発生部11を用いて処理することにより、電位測定用潜像の実際の表面電位を表す電位測定信号が得られる。

本実施形態の電位測定装置の応答波形の説明に入る前に、電位測定装置の開口（図1の開口7参照）の位置における空間電位の変化について説明する。
電位測定用潜像の移動により、電位測定装置の開口の位置における空間電位は図8（ｃ）の実線の様に変化する。ここで、電位測定潜像の端部が電位測定装置の正面に到達する前から前記開口近傍の空間電位が変化し始めている理由は、電位測定用潜像から電気力線が放射状に発散されるためである。図8（ｃ）の波形は、電位測定用潜像を徐々に移動させながら電位測定装置から出力される電位測定信号を実際に測定するか、或いは数値解析を用いた静電場解析手段を利用して電位測定装置の開口の位置における空間電位を計算することにより得られる。

また、本実施形態における電位測定装置の測定領域の定義を以下に説明しておく。図9（ａ）から（ｃ）の様に表面電位がVmD（図11参照）である電位測定用潜像26を電位測定プローブ3に対して徐々に移動させると、電位測定プローブ3の基準電位Vfは電位測定用潜像26の表面電位VmDに近づいてゆく。そして、図9（ｃ）において、基準電位Vfは電位測定用潜像26の表面電位VmDに対して所望の誤差範囲±Ve以内に収まる。この時の電位測定用潜像26の端部位置から電位測定プローブ3の直下の位置までの距離を半径とした円盤の境界及び内部を電位測定装置の測定領域と定義する。なお、図9（ａ）は、電位測定用潜像26の端部が電位測定装置の電位測定領域に到達した状態を示す。図9（ｂ）は、電位測定用潜像26の端部が電位測定装置の電位測定領域の中央に到達した状態を示す。

従来の画像形成装置と本実施形態の画像形成装置において、電位測定用潜像の移動による電位測定装置の応答の違いを以下に説明する。両者の画像形成装置において、電位測定用潜像の移動による電位測定装置の応答波形について推測される形状を夫々図8（ａ）、（ｂ）に示す。この応答波形も、図7の説明のところで言及した仮定において推測される応答波形である。

従来の画像形成装置中の電位測定装置の基準電位Vfは、図8（ａ）の実線の様に、電位測定用潜像の端部が電位測定装置の電位測定領域に到達する時刻Trから応答を開始し、時刻Trから時間ΔTd2だけ経過した時刻Ts2において所望の誤差範囲±Veに整定する。なお、図8において、Taは図9（ｂ）の状態に達する時刻を表す。

一方、本実施形態の画像形成装置における電位測定装置の基準電位Vfは、図8（ｂ）の実線の様に、上記時刻Trよりも早い時刻T2から電位測定用潜像の目標電位VgDに追従する様に応答を開始する。その後、電位測定装置の測定領域の全てが電位測定用潜像の存在する領域に包含される時刻T3において（図9（ｃ）の状態の時刻）、基準電位Vfは実際の電位測定用潜像の表面電位VmDに追従する様に応答を開始する。そして、時刻Ts3において所望の誤差範囲±Veに整定する。このとき、時刻Trでの基準電位は、既にVmL からVgDの方向に近づいており、時刻T3での基準電位はさらにVgDに近づいており、VgDとVmDの差であるΔVDがVmLとVmDの差よりも小さい。従って、時刻Trから基準電位Vfが所望の誤差範囲±Veに整定する時刻Ts3までに必要な時間ΔTd3は、時刻T2を適当に設定すれば、従来の電位測定装置における整定時間ΔTd2と比較して短くできる。

ここでも、上記で仮定した電位測定装置の応答波形は上記実施形態の効果を説明するための一例として挙げたものであり、本発明の効果の有無は応答波形の形状に依存しない。

以上より、本実施形態の画像形成装置を用いることにより、従来の画像形成装置よりも短い印刷間領域に形成された電位測定用潜像の表面電位を測定することが可能となる。よって、連続印刷における印刷画質の安定性を損なうことなく印刷効率を向上させることが可能となる。

上述した様に、上記2つの実施形態の電位測定装置は、検知電極を含む誘導電荷検出器と基準電位制御器と目標電位差分検出器と切替器を有する本発明の電位測定装置において、上記の如く切替器を制御することで、次の効果を奏する。すなわち、測定領域の電位が確立されてから、或いはその一部の電位が変化し始めてから電位測定信号が整定するまでに要する時間を、従来の電位測定装置より短縮することが可能となる。

以下、本発明のより具体的な実施例を説明する。

（第1の実施例）
本発明の電位測定装置及び方法の第1の実施例を図2を用いて以下に説明する。本実施例では、測定対象1上の測定領域2の表面電位は、測定対象1に接続された測定領域電位制御器12によって制御されて確立される。電位測定プローブ3は、測定領域2に対向する様に配置されている。電位測定プローブ3は、上述した様に、検知電極4と誘導電荷検知器5が導体のシールドケース6の内部に収められたものである。開口7は、シールドケース6のうち、測定領域2に対して検知電極3を露出させる様な位置に設けられている。また、シールドケース6の電位は、電位測定プローブ3の基準電位Vfに電気的に接続されている。

誘導電荷検出器5は、上述した様に、測定領域2と検知電極3間の電位差で検知電極3に誘起される誘導電荷の大きさと極性を表す誘導電荷検出信号を出力する。誘導電荷検出器5の実用的な一構成例は、測定領域2と検知電極3間の静電容量を変化させる圧電音叉などの容量変調手段と、容量変調手段により検知電極3で発生する交流電流信号を交流電圧信号に変換するインピーダンス変換回路を用いて構成される。

この誘導電荷検出信号は、シールド線8を介して、電位測定制御器9に入力される。電位測定制御器9は、基準電位制御器10、電位測定信号発生器11、目標電位差分検出器13、切替制御器15、切替器14を含む。本実施例では、目標電位差分検出器13は、測定領域電位制御器12から測定領域2の表面電位の目標電位を表す信号を有線或いは無線により受信し、目標電位と基準電位Vfとの差を表す目標電位差分検出信号を出力する。基準電位Vfを表す信号を取得するには、例えば、電位測定信号発生器11の出力を分岐して目標電位差分検出器13に入力させればよい。また、切替制御器15は、測定領域電位制御器12から切替タイミング信号を有線或いは無線により受信し、切替器14に切替指令信号を出力する。

切替器14は、例えば、リレーなどにより構成され、入力端子A及び入力端子B、出力端子、切替指令信号入力端子を有する。入力端子Aには誘導電荷検出器5が接続されており、入力端子Bには目標電位差分検出器13が接続されている。出力端子には基準電位制御器10が接続されており、切替指令信号入力端子には切替制御器15が接続されている。切替指令信号入力端子に切替指令信号が入力されると、切替器14は、出力端子に接続される入力端子を入力端子AとBのいずれか一方から他方へと切り替える。

基準電位制御器10は、入力される検出信号の大きさ及び正負を検出する検波回路及び高電圧制御回路で構成され、入力される検出信号の大きさが0となる様に電位測定装置の基準電位Vfを制御する。電位測定信号発生器11は、例えば、分圧回路及びレベルシフト回路で構成され、基準電位Vfを適切な大きさの信号に変換して電位測定信号として出力する。

本実施例の電位測定装置の動作は、上記第1の実施形態で説明した電位測定装置の動作と略同一である。従って、先の説明で用いた図1（ｂ）のタイムチャートを用いて以下に説明する。

時刻0において、測定領域2の表面電位、基準電位Vf、目標電位差分検出器13が有する目標電位はいずれも0であり、切替器14の出力端子は入力端子Aと接続されている。時刻T0において、測定領域電位制御器12は目標電位差分検出器13に対して、時刻T1における測定領域2の表面電位の目標電位Vgを表す信号を送信すると同時に、切替制御器15に対して切替タイミング信号を出力する。切替制御器15は、切替タイミング信号を受信し、切替器14に、その出力端子を入力端子Bに接続させる切替指令信号Bを出力する。これにより、目標電位差分検出器13が有する目標電位はVgに変化すると同時に、切替器14の出力端子に接続する入力端子は入力端子Bとなる。

時刻T1において、基準電位Vfは目標電位Vgに対して誤差±Veの範囲内に整定している。このとき、測定領域電位制御器12は測定領域2の表面電位を目標電位Vgに変化させる制御を行うと同時に、切替制御器15に対して切替タイミング信号を出力する。切替制御器15は切替タイミング信号を受信し、切替器14に、その出力端子を入力端子Aに接続させる切替指令信号Aを出力する。これにより、測定領域2の表面電位は事実上瞬時にVm＝Vg＋ΔVに変化し、切替器14の出力端子に接続する入力端子は入力端子Aとなる。

その後の時刻Ts1において、基準電位Vfは測定領域2の実際の表面電位Vmに対して誤差±Veの範囲内に整定している。従って、このときの基準電圧Vfを出力信号発生部11を用いて処理することにより、測定領域2の実際の表面電位を表す電位測定信号が得られる。

上記の如く切替器14を制御することで、測定領域2の電位が確立してから電位測定信号が整定するまでに要する時間を、従来の電位測定装置より短縮することが可能となる。

（第2の実施例）
本発明の電位測定装置及び方法の第2の実施例を図3を用いて以下に説明する。本実施例は、2点を除いて、第1の実施例の電位測定装置と同様である。1点目は、図2において測定対象1に接続されていた測定領域電位制御器12が存在しないことであり、2点目は、目標電位指示器16が新たに加えられている点である。

目標電位指示器16は、目標電位差分検出器13及び切替制御器15に接続されている。また、目標電位指示器16は、時刻T1における測定領域2の表面電位が変化すべき目標電位Vgの候補値集合｛Vg｝と、前記時刻T0と時刻T1のうちの少なくともいずれか一方と、前記時刻T0と時刻T1との差ΔT0を記憶する記憶装置を有している。

本実施例の電位測定装置の動作は、第1の実施例の電位測定装置の動作と実質的に同一である。前述の動作説明において測定領域電位制御器12を目標電位指示器16と読み替えることにより、全く同様に説明できる。前記候補値集合｛Vg｝から適切な目標電位Vgを選択する手段としては、例えば、次の手段を用いることができる。すなわち、前記候補値集合｛Vg｝が、測定領域2の表面電位が変化する時刻T1とそのときの目標電位Vgとの組合わせの形式で前記記憶装置に記憶させておき、時刻に対応した目標電位Vgを選択させる手段を用いることができる。

なお、本実施例では、目標電位Vgを表す信号と切替タイミング信号とを送信する装置が共に目標電位指示器16である例を挙げた。しかし、前記2つの信号のうち、切替タイミング信号を送信する装置は、電位測定制御器9の外部の装置であってもよい。

本実施例でも、上記の如く切替器14を制御することで、測定領域2の電位が確立してから電位測定信号が整定するまでに要する時間を、従来の電位測定装置より短縮することが可能となる。

（第3の実施例）
本発明の電位測定装置及び方法の第3の実施例を図5を用いて以下に説明する。本実施例は、上記第2のタイプの実施形態に対応する実施例である。

本実施例は、図4を用いて説明した上記第2の実施形態の構成と同様な構成を有する。なお、本実施例で用いる電位測定装置は第1の実施例の電位測定装置であり、電位測定制御器9の内部に配置されている目標電位差分検出器13及び切替制御器15は画像形成制御器21から送信される信号を受信することが可能である。

本実施例の画像形成装置の全体の動作を図5に沿って説明する。
画像形成制御器21は、印刷すべき画像信号と電位測定制御器9から得られた電位測定用潜像の表面電位を表す信号を入力として受け取り、帯電器18、露光器19、現像器20に夫々帯電量、露光量、現像バイアス電位を指示する信号を出力する。これにより、像担持体17の表面には、印刷すべき画像を表す潜像が形成され、その潜像は現像剤によって顕像化される。顕像化された潜像が、送りローラ23に対向する瞬間にタイミングを合わせて被印刷物体22を像担持体17の直下に搬送することにより、顕像が被印刷物体22に転写される。

印刷間領域において電位測定用潜像の表面電位を測定する際の本実施例の画像形成装置の動作は、上記第2の実施形態で説明された画像形成装置の動作と略同一であるので、先の説明で用いた図4（ｂ）を用いて説明する。

図4（ｂ）の時刻T2よりも前の時刻0において、画像形成制御器21は、帯電器18及び露光器19に電位測定用潜像を作成するための制御信号を出力する。前記制御信号を受けた帯電器18及び露光器19は像担持体17の表面に電位測定用潜像を形成する。このとき、電位測定領域の電位はVmLであり、目標電位差分検出器13の目標電位はVgLであるとする。

その後、電位測定用潜像の端部が電位測定装置の測定領域と交わる瞬間の時刻T2において（図9（a）参照）、画像形成制御器21は目標電位差分検出器13に電位測定用潜像の表面電位の目標値である目標電位VgDを表す信号を送信する。これと同時に、画像形成制御器21は切替制御器15に切替タイミング信号を送信する。切替制御器15は切替タイミング信号を受信し、切替器14に、その出力端子を入力端子Bに接続させる切替指令信号Bを出力する。これにより、目標電位差分検出器13が保持する目標電位はVgDに変化すると同時に、切替器14の出力端子に接続する入力端子は入力端子Bとなる。

ここで、時刻T2は電位測定用潜像の端部が測定領域と交わる瞬間と同時或いはそれ以前の時刻であればよい。また、時刻T2の取得方法としては、例えば、ロータリーエンコーダーなどの回転位相検出器を取り付けて像担持体17の位相情報を取得し利用する方法などが挙げられる。但し、電位測定用潜像が形成される露光器19の直下から電位測定用潜像の端部が測定領域と交わる地点までの距離と像担持体17の回転速度は適当な精度で既知であるとする。

その後、時刻T3において、基準電位Vfは目標電位VgDに対して誤差±Veの範囲内に整定している。このとき、画像形成制御器21は切替制御器15に対して切替タイミング信号を出力する。切替制御器15は切替タイミング信号を受信し、切替器14に、その出力端子を入力端子Aに接続させる切替指令信号Aを出力する。これにより、切替器14の出力端子に接続する入力端子は入力端子Aとなる。

ここで、時刻T3は測定領域の全域が電位測定用潜像の存在する領域に包含される瞬間（図9（c）参照）と同時或いはそれ以降の時刻であればよい。また、時刻T3の取得方法の一例は、時刻T2の上記取得方法と同様にすればよい。

その後の時刻Ts3において、基準電位Vfは電位測定用潜像の実際の表面電位VmDに対して誤差±Veの範囲内に整定しており、このときの基準電圧Vfを出力信号発生部11を用いて処理する。このことにより、電位測定用潜像の実際の表面電位を表す電位測定信号が得られる。

以上に説明した本実施例の画像形成装置を用いることにより、従来の画像形成装置よりも短い印刷間領域に形成された電位測定用潜像の表面電位を測定することが可能となる。よって、連続印刷における印刷画質の安定性を損なうことなく印刷効率を向上させられる。

（第4の実施例）
本発明の電位測定装置及び方法の第4の実施例を図6を用いて以下に説明する。本実施例も、上記第2の実施形態に対応する実施例である。本実施例の画像形成装置の構成は、以下の2点を除いて、第3の実施例の画像形成装置と同様である。1点目は、画像形成制御器21から電位測定制御器9の内部の目標電位差分検出器13及び切替制御器15へ信号を送信する経路が存在しないことである。2点目は、本実施例で用いる電位測定装置が、第2の実施例の電位測定装置であることである。電位測定制御器9の内部の目標電位指示器16の記憶装置には、電位測定用潜像の表面電位の目標電位VgDの候補値集合｛VgD｝が記憶されている。

本実施例の画像形成装置の動作を以下に説明する。
本実施例の画像形成装置の動作は第3の実施例の画像形成装置と同様である。第3の実施例の画像形成装置の説明において、目標電位VgDを表す信号と切替タイミング信号とを送信する装置を画像形成制御器21から目標電位指示器16に読み替えることで、同様に説明できる。

なお、本実施例では、目標電位VgDを表す信号と切替タイミング信号とを送信する装置が共に目標電位指示器16である例を挙げた。しかし、前記2つの信号のうち、切替タイミング信号を送信する装置は電位測定制御器9の外部の装置、例えば画像形成制御器21であってもよい。

以上に説明した本実施例の画像形成装置を用いても、従来の画像形成装置よりも短い印刷間領域に形成された電位測定用潜像の表面電位を測定することが可能となる。よって、連続印刷における印刷画質の安定性を損なうことなく印刷効率を向上させられる。

本発明の実施形態における電位測定装置を示し、（ａ）は構成図、（ｂ）は動作タイムチャートである。 本発明の第1の実施例における電位測定装置の構成図である。 本発明の第2の実施例における電位測定装置の構成図である。 本発明の他の実施形態における画像形成装置を示し、（ａ）は構成図、（ｂ）は動作タイムチャートである。 本発明の第3の実施例における画像形成装置の構成図である。 本発明の第4の実施例における画像形成装置の構成図である。 電位測定装置のステップ応答波形を示すグラフを示し、（ａ）は従来のゼロ位法による電位測定装置の場合のもの、（ｂ）は本発明の電位測定装置の場合のものを示す。 電位測定用潜像の移動に対する電位測定装置の応答波形のグラフを示し、（ａ）は従来のゼロ位法による電位測定装置の場合のもの、（ｂ）は本発明の電位測定装置の場合のもの、（ｃ）は電位測定プローブの開口位置における空間電位の変化を示す。 電位測定装置の測定領域の定義を説明する図である。 従来のゼロ位法による電位測定装置の構成を示す図である。 （ａ）は、像担持体表面の印刷間領域に形成された潜像の形状の一例を示す図、（ｂ）は、印刷間領域近傍の表面電位の例を示すグラフである。

符号の説明

1、17・・・測定対象（像担持体）
2・・・測定領域
3・・・電位測定プローブ
4・・・検知電極
5・・・誘導電荷検出器
9・・・電位測定制御器
10・・・基準電位制御器
11・・・電位測定信号発生器
12・・・測定領域電位制御器
13・・・目標電位差分検出器
14・・・切替器
16・・・目標電位指示器
18・・・帯電器
19・・・露光器
20・・・現像器
21・・・画像形成制御器
26・・・電位測定用潜像

Claims (8)

1. 測定対象の測定領域の表面電位を測定する電位測定装置であって、
   前記測定領域に対向して配置され前記測定領域の電位に応じて電荷が誘起される検知電極を含む電位測定プローブと、
   前記検知電極に誘起される電荷に基づいて第1の信号を出力する誘導電荷検出器と、
   入力信号に基づいて、前記電位測定プローブに印加する基準電位を制御する基準電位制御器と、
   前記測定領域の予測される表面電位に対応する目標電位と前記基準電位との差に基づいて第2の信号を出力する目標電位差分検出器と、
   前記第1の信号と前記第2の信号のいずれか1つを選択して前記基準電位制御器に前記入力信号として入力させる切替器と、
   前記基準電位制御器からの前記基準電位を処理して前記測定対象の測定領域の表面電位を表す電位測定信号として出力する電位測定信号発生器と、
   を有することを特徴とする電位測定装置。
2. 前記目標電位差分検出器は、時刻T0よりも時間ΔT0だけ未来の時刻T1における前記測定領域の表面電位の目標電位と前記基準電位との電位差に基づく前記第2の信号を出力し、
   前記切替器は、前記時刻T0から前記時刻T1において前記目標電位差分検出器の前記第2の信号を前記基準電位制御器に入力させ、前記時刻T1以降において、前記誘導電荷検出器の前記第1の信号を前記基準電位制御器に入力させることを特徴とする請求項1記載の電位測定装置。
3. 前記測定対象の測定領域の表面電位を制御する測定領域電位制御器を有し、
   前記目標電位差分検出器は、前記時刻T0において、前記時刻T1における目標電位を表す信号を前記測定領域電位制御器から受信し、
   前記切替器は、前記時刻T0及び前記時刻T1における前記基準電位制御器への入力信号の切替のタイミングを指示する前記測定領域電位制御器からの切替タイミング信号に基づいて、前記入力信号の選択を行うことを特徴とする請求項2記載の電位測定装置。
4. 1個以上の有限な個数の前記時刻T1における目標電位の候補値集合が記憶された記憶装置を含む目標電位指示器を有し、
   前記目標電位差分検出器は、前記時刻T0において、前記候補値集合の中から選択された前記時刻T1における目標電位を表す信号を前記目標電位指示器から受信することを特徴とする請求項2記載の電位測定装置。
5. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電する帯電器と、
   前記像担持体を露光する露光器と、
   前記帯電器及び前記露光器によって像担持体上に形成される潜像を現像剤により顕像化する現像器と、
   請求項1乃至4のいずれかに記載の電位測定装置と、
   前記電位測定装置から入力される前記電位測定信号に基づいて、前記帯電器と前記露光器と前記現像器のうちの少なくとも一つに対して制御信号を出力する画像形成制御器と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
6. 前記電位測定装置は請求項3に記載の電位測定装置であって、
   前記目標電位差分検出器は、前記電位測定装置の測定領域の全体が、前記像担持体上に形成される電位測定用潜像の存在する領域に包含される瞬間の時刻T3よりも時間ΔT1だけ過去の時刻T2までに、前記電位測定用潜像の表面電位の目標電位を表す信号を前記画像形成制御器から受信し、
   前記切替器は、前記時刻T2及び前記時刻T3における前記基準電位制御器への入力信号の切替のタイミングを指示する前記画像形成制御器からの切替タイミング信号に基づいて、前記入力信号の選択を行うことを特徴とする請求項5記載の画像形成装置。
7. 前記電位測定装置は請求項4に記載の電位測定装置であって、
   前記電位測定装置の記憶装置には、前記像担持体上に形成される電位測定用潜像の表面電位の目標電位の候補値集合が記憶されており、
   前記目標電位差分検出器は、前記電位測定装置の測定領域の全体が、前記像担持体上に形成される電位測定用潜像の存在する領域に包含される瞬間の時刻T3よりも時間ΔT1だけ過去の時刻T2までに、前記候補値集合の中から選択された前記電位測定用潜像の表面電位の目標電位を表す信号を受信することを特徴とする請求項5記載の画像形成装置。
8. 請求項1記載の電位測定装置を用いる電位測定方法であって、
   前記測定領域の表面電位が確立する或いは前記測定領域の一部の表面電位が変化し始める第1の時刻に先立つ第2の時刻以降に、前記目標電位差分検出器に、前記測定領域の表面電位の目標電位と前記基準電位との電位差に基づく前記第2の信号を出力させ、
   前記切替器に、前記第2の時刻から、前記第1の時刻以後の第3の時刻において、前記目標電位差分検出器の前記第2の信号を前記基準電位制御器に入力させ、前記第3の時刻以降において、前記誘導電荷検出器の前記第1の信号を前記基準電位制御器に入力させることを特徴とする電位測定方法。

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