JP2020046299A - 検知装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象の表面電位を正確に測ることができるように、測定対象と電極の距離を正確に測れるようにする。【解決手段】検知装置は、第１検知素子、第２検知素子、基準電圧印加部、制御部を含む。第１検知素子は、第１電極、第２電極、及び、第１電極と第２電極に挟まれる誘電体とを含む。第２検知素子は、第３電極、第４電極、及び、第３電極と第４電極に挟まれる誘電体とを含む。第３電極から測定対象までの距離を測るとき、制御部は、第２電極と第４電極に印加する基準電圧を変化させる。制御部は、基準電圧変化前後の第１電極と第３電極の電位の差を認識する。認識したそれぞれの電位差に基づき、制御部は、第３電極から測定対象までの距離を求める。【選択図】図６

Description

本発明は、測定対象の表面電位に基づき検知を行う検知装置に関する。また、この検知装置を含む画像形成装置に関する。

物体の表面電位に基づき検知を行うセンサーがある。例えば、特許文献１には、物体の表面電位を測るセンサーの一例が特許文献１に記載されている。

具体的に、特許文献１には、感光体の表面の電位分布の変化によって電位センサーの検出部に誘導電流を発生させ、発生した誘導電流を検出して解析を行い、電位分布の変化の幅よりも小さな幅に形成され、棒状の導電体からなる検出部を有するセンサーを用い、検出部をその長手方向が前記感光体の表面の法線方向と平行となるように配置した状態で、電位センサーの検出部に誘導電流を発生させ、発生した誘導電流を検出して積分解析することにより電位分布の変化を測る画像形成方法が記載されている。この構成により、感光体表面における静電潜像の電位分布を高精度に測ろうとする（特許文献１：請求項１、段落［００２２］参照）。

特開平１１−１８４１７６号公報

物体と向かい合う位置に導電体を設け、導電体の電位に基づき、物体の表面電位を測るセンサーがある。特許文献１記載の技術では、端子（プローブ）が設けられる。また、帯電した物体の電界による導電体での電荷の移動に基づき、物体の表面電位を測るセンサーもある。

これらのセンサーでは、導電体での電位や電流の変化は、物体と導電体の距離に大きな影響を受ける。正確に物体の表面電位を測るには、物体と導電体の距離を設計上、仕様上の距離と一致させる必要がある。導電体の取り付けや導電体のサイズに関し、高い精度（正確性）が求められる。また、表面電位を検知する場合、物体と導電体の距離を正確に把握する必要があるという問題がある。

なお、物体の電界による導電体での電荷の移動に基づき表面電位を測るセンサーでは、電荷の移動を発生させるため、導電体に到達する電気力線（電界）を変化させる部材が設けられることがある。電気力線を変化させる部材として、例えば、音叉が用いられる。例えば、導電体と物体の間に音叉が設けられる。音叉は振動（変形）する。この振動により、導電体に到達する電気力線の量が変化する。また、電気力線を変化させる部材として、回転体が用いられることもある。しかし、音叉や回転体を設ける場合、センサーの製造コストが高くなる。また、音叉や回転体を設けるスペースが必要となる。従って、従来の表面電位センサーは、価格が高くなり、小型化が難しいという側面もある。

なお、特許文献１記載の技術では、棒状の導電体と感光体との距離により、検知する表面電位の計測の正確性が左右される。高い精度で導電体を取り付けなくてはならない。導電体の取り付け位置に誤差は許されない。従って、上記の問題を十分に解決できない。

本発明は、上記問題点を鑑み、測定対象の表面電位を正確に測ることができるように、測定対象と電極の距離を正確に測れるようにする。

本発明に係る検知装置は、第１検知素子、第２検知素子、基準電圧印加部、制御部を含む。前記第１検知素子は、第１電極、第２電極、及び、前記第１電極と前記第２電極に挟まれる誘電体とを含む。前記第１検知素子は測定対象の表面電位を検知するための素子である。前記第２検知素子は、第３電極、第４電極、及び、前記第３電極と前記第４電極に挟まれる誘電体とを含む。前記第２検知素子も前記測定対象の表面電位を検知するため素子である。前記基準電圧印加部は、前記第２電極と前記第４電極に同じ大きさの基準電圧を印加する。前記制御部は、演算を行う。前記第１電極と前記第３電極は、測定対象と向かい合う。前記第２電極から前記測定対象までの間隔と、前記第４電極から前記測定対象までの間隔は等しい。前記第１電極から前記測定対象までの距離と、前記第３電極から前記測定対象までの距離は異なる。前記第３電極から前記測定対象までの距離は、前記第１電極から前記測定対象までの距離よりも長い。前記第３電極から前記測定対象までの距離を測るとき、前記制御部は、前記第１電極の電位と前記第３電極の電位を認識する。当該認識後、前記制御部は、前記第２電極と前記第４電極に印加する前記基準電圧を第１基準電圧から第２基準電圧に変化させる。前記制御部は、前記基準電圧変化前の前記第１電極の電位と前記基準電圧変化後の前記第１電極の電位の差を認識する。前記制御部は、記基準電圧変化前の前記第３電極の電位と前記基準電圧変化後の前記第３電極の電位の差を認識する。認識したそれぞれの前記電位差に基づき、前記制御部は、前記第３電極から前記測定対象までの距離を求める。

本発明によれば、測定対象の表面電位を正確に測るため、測定対象と電極の距離を正確に測ることができる。測定対象と電極の距離を正確に測る検知装置を提供することができる。

実施形態に係る複合機の一例を示す図である。 実施形態に係る画像形成部の一例を示す図である。 実施形態に係る表面電位センサー部の一例を示す図である。 実施形態に係る表面電位センサー部の一例を示す図である。 実施形態に係る第２検知素子の一例を示す図である。 実施形態に係る第３電極から感光体ドラムまでの距離の測定の流れの一例を示す図である。 実施形態に係る空気誘電率の測定の流れの一例を示す図である。 実施形態に係る感光体ドラムの表面電位の変化量の測定の一例を示す図である。

以下、図１〜図８を用い、実施形態に係る検知装置の一例を説明する。検知装置として、複合機１００を例に挙げて説明する。複合機１００は画像形成装置の一種である。本実施形態の説明に記載されている構成、配置等の各要素は発明の範囲を限定せず単なる説明例にすぎない。

（複合機１００）
まず、図１を用いて、実施形態に係る複合機１００の概要を説明する。図１は、実施形態に係る複合機１００の一例を示す図である。

複合機１００は制御部１と記憶部２を含む。制御部１は複合機１００の動作を制御する。制御部１は制御回路１１、画像処理回路１２を含む基板である。制御回路１１は制御、演算を行う集積回路である。制御回路１１は、例えば、ＣＰＵである。記憶部２は制御用のプログラムとデータを記憶する。記憶部２は、ＲＡＭのような揮発性の記憶装置を含む。また、記憶部２は、ＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、ＨＤＤのような不揮発性の記憶装置を含む。

制御回路１１は、記憶部２の記憶内容に基づき各部の制御、各種の演算処理を行う。画像処理回路１２は、印刷用画像データを生成する。印刷ジョブのとき、画像処理回路１２は、通信部１３が受信した印刷ジョブデータに基づき、印刷用画像データを生成する。画像処理回路１２は生成した印刷用画像データに基づき、露光用画像データを生成する。

複合機１００は操作パネル３を含む、操作パネル３は、表示パネル３１、タッチパネル３２、ハードキー３３を含む。制御部１は、各種設定画面、操作用画像を表示パネル３１に表示させる。操作用画像は、例えば、ボタン、キー、タブである。また、制御部１は使用者への通知を表示パネル３１に表示させる。表示パネル３１に対し、タッチパネル３２が取り付けられる。タッチパネル３２はタッチ位置を検知する。タッチパネル３２の出力に基づき、制御部１は操作された操作用画像を認識する。

複合機１００は印刷部４を含む。印刷部４はトナーを用いて印刷する。印刷部４は給紙部４１、用紙搬送部４２、画像形成部５、定着部４３を含む。制御部１は、給紙部４１、用紙搬送部４２、画像形成部５、定着部４３の動作を制御する。制御部１は、給紙、用紙搬送、トナー像の形成、転写、定着のような印刷関連処理を制御する。

印刷ジョブのとき、制御部１は、用紙を１枚ずつ給紙部４１に供給させる。制御部１は供給された用紙を用紙搬送部４２に搬送させる。制御部１は、印刷用画像データに基づくトナー像を画像形成部５に形成させる。制御部１は、搬送される用紙へのトナー像の転写を画像形成部５に行わせる。制御部１は用紙のトナー像を定着部４３に定着させる。用紙搬送部４２は定着後の用紙を機外に排出する。印刷済の用紙は排出トレイ（不図示）に排出される。

複合機１００は通信部１３を含む。通信部１３は、通信用の各種ソケット、通信用回路、通信用ソフトウェアを備える。通信部１３は、ネットワークを介して、コンピューター２００と通信する。コンピューター２００は、例えば、ＰＣ、サーバーである。通信部１３は、コンピューター２００から送信された印刷ジョブデータを受信する。印刷ジョブデータは、例えば、ページ記述言語で記述されたデータを含む。画像処理回路１２は、ページ記述言語で記述されたデータに基づき、印刷用画像データを生成する。画像処理回路１２は、印刷ジョブデータに含まれる印刷設定に基づき、生成した印刷用画像データを画像処理し、露光用画像データを生成する。そして、制御部１は、受信した印刷ジョブデータに基づく印刷を印刷部４に行わせる。

（画像形成部５）
次に、図２を用いて、実施形態に係る画像形成部５の一例を説明する。図２は、実施形態に係る画像形成部５の一例を示す図である。

図３に示すように、画像形成部５は、感光体ドラム５１、帯電装置５２、露光装置５３、現像装置５４、転写ローラー５５、クリーニング装置５６、除電装置５７を含む。給紙部４１から供給された用紙が下方から画像形成部５に到達する。画像形成部５は、トナー像を用紙に転写しつつ、定着部４３に向けて用紙を送る。

感光体ドラム５１は、トナー像形成時（印刷時）、所定の周速度で回転駆動される。感光体ドラム５１を回転させるドラムモーター（不図示）が設けられる。トナー像形成時、制御部１は、ドラムモーターを回転させる。感光体ドラム５１は、帯電、露光、現像される。その結果、感光体ドラム５１は周面にトナー像を担持する（像担持体）。

帯電装置５２は、高圧電源(不図示)を含む。高圧電源は、数百Ｖ〜千数百Ｖの範囲内の電圧を生成する。高圧電源が生成した電圧を用いて、帯電装置５２は感光体ドラム５１の表面を帯電させる。帯電装置５２は、表面電位が一定の電位となるように帯電させる。帯電のため、例えば、帯電装置５２は、感光体ドラム５１と接する帯電ローラーを含む。

露光装置５３は、半導体レーザー装置（レーザーダイオード）、ポリゴンミラー５３ａ、ポリゴンモーター５３ｂを含む。ポリゴンミラー５３ａは、半導体レーザー装置のレーザー光を感光体ドラム５１に向けて反射する。ポリゴンモーター５３ｂは、ポリゴンミラー５３ａを回転させる。露光装置５３は、露光用画像データに基づき、レーザー光（光信号、図２で破線で図示）を点消灯する。露光用画像データは、各画素でのレーザーの点消灯を指示するデータである。露光装置５３は、帯電後の感光体ドラム５１にレーザー光を照射する。露光装置５３は、感光体ドラム５１の走査と露光を行う。露光用画像データに対応する静電潜像が感光体ドラム５１の周面に形成される。

現像装置５４はトナーを内部に収容する。また、現像装置５４は、トナーを担持する現像ローラー５４ａを含む。また、現像装置５４は、トナーを攪拌する攪拌部材５４ｂを含む。現像ローラー５４ａと攪拌部材５４ｂを回転させる現像モーター（不図示）が設けられる。制御部１は、印刷時、現像モーターを回転させる。現像モーターの駆動力を受け、現像ローラー５４ａと攪拌部材５４ｂは回転する。現像ローラー５４ａは、感光体ドラム５１と対向する。現像ローラー５４ａと感光体ドラム５１の軸線は平行である。又、現像ローラー５４ａと対応する感光体ドラム５１との間に、微小な隙間（ギャップ）が設けられる。現像ローラー５４ａの周面にはトナーの薄層が形成される。

そして、制御部１は、現像のための電圧（バイアス）を現像ローラー５４ａに印加する。この電圧印加により、トナーが現像ローラーから飛翔する。感光体ドラム５１のうち、露光により帯電が解除された部分（画素）に飛翔したトナーが着陸する。これにより、静電潜像がトナーで現像される。制御部１は、トナー像を用紙に転写するための電圧を転写ローラー５５に印加する。これにより、感光体ドラム５１のトナー像は、搬送される（感光体ドラム５１と転写ローラー５５のニップを通過する）用紙に転写される。クリーニング装置５６は、感光体ドラム５１の清掃を行う。除電装置５７は、感光体ドラム５１の表面の帯電をリセットする。除電装置５７は、主走査方向（軸線方向）に沿って、感光体ドラム５１に光をあてる。帯電前の感光体ドラム５１は、強制的に帯電がリセットされる。感光体ドラム５１の表面電位は、グランドに対してゼロＶとなる。

（表面電位センサー部６）
次に、図２〜図４を用いて、実施形態に係る表面電位センサー部６の一例を説明する。図３、図４は、実施形態に係る表面電位センサー部６の一例を示す図である。

複合機１００（検知装置）は、表面電位センサー部６と基準電圧印加部６０を含む。表面電位センサー部６は、感光体ドラム５１の表面電位を検知するための部分である。図２に示すように、表面電位センサー部６は、感光体ドラム５１に向かい合う位置に設けられる。図２に示すように、表面電位センサー部６は、帯電装置５２と現像装置５４の間に設けられる。言い換えると、表面電位センサー部６は、帯電装置５２と現像装置５４の間の感光体ドラム５１と対向する。

図３に示すように、表面電位センサー部６は、第１検知素子７１、第１増幅回路７ａ（アンプ）、第２検知素子７２、第２増幅回路７ｂ（アンプ）を含む。第１検知素子７１と第２検知素子７２は、表面電位センサー部６のフレーム（筐体）に取り付けられる。言い換えると、第１検知素子７１と第２検知素子７２はフレームによりユニット化される。つまり、第１検知素子７１と第２検知素子７２の位置関係は固定される。

図４を用いて、表面電位センサー部６の具体例を説明する。表面電位センサー部６の測定対象は、感光体ドラム５１である。なお、感光体ドラム５１はプラスに帯電する。言い換えると、帯電装置５２は感光体ドラム５１を正極性で帯電させる。感光体ドラム５１に対向し、第１検知素子７１と第２検知素子７２が設けられる。第１検知素子７１と第２検知素子７２の形状は、例えば、四角柱である。

第１検知素子７１には、第１電極Ｔ１（第１端子）と第２電極Ｔ２（第２端子）が設けられる。感光体ドラム５１の法線方向において、第１検知素子７１の対向する面のうち、一方に第１電極Ｔ１が設けられる。他方に第２電極Ｔ２が設けられる。第１電極Ｔ１と第２電極Ｔ２は導電体である。例えば、第１電極Ｔ１と第２電極Ｔ２は矩形の板である。第１電極Ｔ１と第２電極Ｔ２は平行である。第１電極Ｔ１と第２電極Ｔ２の間に誘電体７３が挟まれる。第１電極Ｔ１は感光体ドラム５１と向かい合う（対向する）。感光体ドラム５１の法線と第１電極Ｔ１及び第２電極Ｔ２の平面が垂直になるように、第１検知素子７１が設置される。

第２検知素子７２には、第３電極Ｔ３（第３端子）と第４電極Ｔ４（第４端子）が設けられる。感光体ドラム５１の法線方向において、第２検知素子７２の対向する面のうち、一方に第３電極Ｔ３が設けられる。他方に第４電極Ｔ４が設けられる。第３電極Ｔ３と第４電極Ｔ４は導電体である。例えば、第３電極Ｔ３と第４電極Ｔ４は矩形の板である。第３電極Ｔ３と第４電極Ｔ４は平行である。第３電極Ｔ３と第４電極Ｔ４の間に誘電体７３が挟まれる。第３電極Ｔ３は感光体ドラム５１と向かい合う（対向する）。感光体ドラム５１の法線と第３電極Ｔ３及び第４電極Ｔ４の平面が垂直になるように、第２検知素子７２が設置される。

第１増幅回路７ａは、第１検知素子７１の出力電圧（第１電極Ｔ１の電位）を増幅する。第２増幅回路７ｂは、第２検知素子７２の出力電圧（第３電極Ｔ３の電位）を増幅する。第１増幅回路７ａが増幅した出力（電位）と、第２増幅回路７ｂが増幅した出力（電位）は、制御部１に入力される。制御部１は、入力された電位に基づき、第１電極Ｔ１と第３電極Ｔ３の電位の大きさを認識する。

第１増幅回路７ａは、２つの入力端子を有する。第１増幅回路７ａの一方の入力端子は、第１電極Ｔ１（第１検知素子７１）と接続される。なお、第１増幅回路７ａの一方の入力端子には、抵抗も接続される。第１増幅回路７ａの他方の入力端子は、グランドと接続される。第１増幅回路７ａは、第１電極Ｔ１に生ずる電位を増幅する。

第２増幅回路７ｂも、２つの入力端子を有する。第２増幅回路７ｂの一方の入力端子は、第３電極Ｔ３（第２検知素子７２）と接続される。なお、第２増幅回路７ｂの一方の入力端子には、抵抗も接続される。第２増幅回路７ｂの他方の入力端子は、グランドと接続される。第２増幅回路７ｂは、第３電極Ｔ３に生ずる電位を増幅する。

第１増幅回路７ａの出力は制御部１に入力される。第１増幅回路７ａの出力に基づき、制御部１は第１電極Ｔ１の電位を認識する。例えば、制御部１は、第１増幅回路７ａの出力電圧を、第１増幅回路７ａの増幅率で除すことより、第１電極Ｔ１の電位を認識する。また、第２増幅回路７ｂの出力は、制御部１に入力される。第２増幅回路７ｂの出力に基づき、制御部１は、第３電極Ｔ３の電位を認識する。例えば、制御部１は、第２増幅回路７ｂの出力電圧を、第２増幅回路７ｂの増幅率で除すことより、第３電極Ｔ３の電位を認識する。

また、複合機１００は、基準電圧印加部６０を含む。基準電圧印加部６０は、第２電極Ｔ２（第１検知素子７１）と第４電極Ｔ４（第２検知素子７２）に基準電圧を印加する。基準電圧は直流電圧である。基準電圧印加部６０は、複合機１００に設けられた電源装置（不図示）が生成する直流電位に基づき、基準電圧を生成する。また、基準電圧印加部６０は、電圧可変回路６０ａを含む。電圧可変回路６０ａは、基準電圧の大きさを変化させる回路である。例えば、基準電圧印加部６０は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と第２基準電圧Ｖｒｅｆ２のうち、何れか一方を第２電極Ｔ２と第４電極Ｔ４に印加する。例えば、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１の大きさは、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも大きい。

ここで、電極間の間隔や感光体ドラム５１と各電極との距離に基づき、制御部１は、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離、空気誘電率ε１、感光体ドラム５１の電位の変化量を求める。ここで、空気誘電率ε１は、感光体ドラム５１と第１電極Ｔ１と第３電極Ｔ３の間に存在する空気の誘電率である。

（電極の電位）
次に、図４、図５を用いて、実施形態に係る各電極での電位の考え方を説明する。図５は、実施形態に係る第２検知素子７２の一例を示す図である。

図４、図５のφ０は、感光体ドラム５１（測定対象）の表面電位を示す。また、φ１は、第３電極Ｔ３の電位を示す。φ２は、第２電極Ｔ２の電位を示す。また、図４、図５では、ε１は、感光体ドラム５１と、第１電極Ｔ１及び第３電極Ｔ３の間の空気の誘電率を示す（空気誘電率ε１）。また、ε２は、第１検知素子７１と第２検知素子７２の誘電体７３の誘電率を示す（誘電体誘電率ε２）。

また、図４、図５を用いて、各間隔、各距離を定義する。まず、図４のｘ０は、第２電極Ｔ２から測定対象までの間隔である（第１間隔、図１参照）。は、第４電極Ｔ４から測定対象までの間隔でもある。言い換えると、第２電極Ｔ２から測定対象までの距離と、第４電極Ｔ４から測定対象までの距離は等しい。間隔ｘ０は、感光体ドラム５１の法線方向（電極平面に垂直な方向）での距離である

図４でのｘ１は、第２検知素子７２の電極間の間隔である（第２間隔）。間隔ｘ１は、感光体ドラム５１の法線方向（電極平面に垂直な方向）での第３電極Ｔ３と第４電極Ｔ４の距離である。なお、間隔ｘ１は既知の値である（図１参照）。

図４でのｘ１’は、第１検知素子７１の電極間の間隔である（第３間隔）。言い換えると、間隔ｘ１’は、感光体ドラム５１の法線方向（電極平面に垂直な方向）での第１電極Ｔ１と第２電極Ｔ２の距離である。なお、間隔ｘ１’も既知の値である（図１参照）。

図４でのαは、第１電極Ｔ１と第３電極Ｔ３の電極間の間隔である（第４間隔）。言い換えると、間隔αは、感光体ドラム５１の法線方向（電極平面に垂直な方向）での第１電極Ｔ１と第３電極Ｔ３の距離である。間隔αは第１電極Ｔ１から感光体ドラム５１への距離と、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１への距離の差の絶対値ともいえる。なお、間隔αも既知の値である（図１参照）。

これらの間隔を用いることにより、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離は、（ｘ０−ｘ１）で表し得る（図４参照）。また、第１電極Ｔ１と感光体ドラム５１の距離は、（ｘ０−ｘ１’）で表し得る（図４参照）。間隔αは（ｘ０−ｘ１’）−（ｘ０−ｘ１’）で表し得る。

図５に示す空間（感光体ドラム５１に対向させて表面電位センサー部６を設置した空間）での第３電極Ｔ３の電位φ１は、以下の式１により表される。式１は、ポアソン方程式を解くことにより求められる。

φ０＝感光体ドラム５１（測定対象）の表面電位
φ１＝第３電極Ｔ３の電位
φ２＝第４電極Ｔ４の電位（基準電圧）
ｘ０＝第４電極Ｔ２から感光体ドラム５１までの距離
ｘ１＝第２検知素子７２の電極間の間隔
ε１＝空気の誘電率
ε２＝誘電体７３の誘電率

式１に示すように、第１電極Ｔ１の電位φ１を求める式は、感光体ドラム５１（測定対象）の表面電位φ０の項（右辺第１項）と、第２電極Ｔ２の電位φ２の項（右辺第２項）からなる。

また、感光体ドラム５１の表面電位を固定したまま、第４電極Ｔ４の電位（基準電圧）を変化させたとき、第３電極Ｔ３の電荷移動量Δρｂは、以下の式２で表される。

Δφ３＝第３電極Ｔ３の電位の変化量
Δφ２＝第４電極Ｔ４の電位（基準電圧）の変化量
ｘ０＝第２電極Ｔ２から感光体ドラム５１までの距離
ｘ１＝第２検知素子７２の電極間の間隔
ｘ０−ｘ１＝第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離
ε１＝空気の誘電率
ε２＝誘電体７３の誘電率
式２に示すように、感光体ドラム５１の帯電電位を固定したまま、基準電圧を変化させたとき、第３電極Ｔ３での電荷移動量Δρｂは、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離に比例して変化する。また、第３電極Ｔ３での電荷移動量Δρｂは、誘電体誘電率ε２の影響を受ける。

式２を（ｘ０−ｘ１）で解くと、以下の式３が得られる。

また、感光体ドラム５１の表面電位を固定したまま、第２電極Ｔ２の電位（基準電圧）を変化させたとき、第１電極Ｔ１での電荷移動量Δρａは、式２と同様に以下の式４で表される。

Δφ１＝第１電極Ｔ１の電位の変化量
Δφ２＝第２電極Ｔ２の電位（基準電圧）の変化量
ｘ０＝第２電極Ｔ２から感光体ドラム５１までの距離
ｘ１’＝第１検知素子７１の電極間の間隔
ｘ０−ｘ１’＝第１電極Ｔ１から感光体ドラム５１までの距離
ε１＝空気の誘電率
ε２＝誘電体７３の誘電率
式４に示すように、感光体ドラム５１の帯電電位を固定したまま、基準電圧を変化させたとき、第１電極Ｔ１での電荷移動量Δρａは、第１電極Ｔ１から感光体ドラム５１までの距離（ｘ０−ｘ１’）に比例して変化する。また、電荷移動量Δρａは、誘電体誘電率ε２の影響を受ける。

式４を（ｘ０−ｘ１’）で解くと、以下の式５が得られる。

式３と同様の式となる。

また、反対に、基準電圧を固定したまま、感光体ドラム５１の帯電電位を変化させたとき、第３電極Ｔ３での電荷移動量Δρは、以下の式６で表される。

Δφ０＝感光体ドラム５１（測定対象）の電位の変化量
Δφ３＝第３電極Ｔ３の電位の変化量
ｘ０＝第４電極Ｔ２から感光体ドラム５１までの距離
ｘ１＝第２検知素子の電極間の間隔
ｘ０−ｘ１＝第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離
ε１＝空気の誘電率
ε２＝誘電体７３の誘電率
式６に示すように、基準電圧を固定したまま、感光体ドラム５１の帯電電位を変化させたとき、第３電極Ｔ３の電荷移動量Δρは、感光体ドラム５１の電位の変化量に比例して変化する。また、第３電極Ｔ３の電荷移動量Δρは、空気誘電率ε１の影響を受ける。

式６をΔφ０で解くと、以下の式７が得られる。

このように、検知装置（複合機１００）では、感光体ドラム５１の表面電位の変化量を検知することもできる。電荷移動量Δρ、空気誘電率ε１、誘電体誘電率ε２、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離、第２検知素子７２の電極間の間隔に基づき、表面電位の変化量を求めることができる。

（感光体ドラム５１の表面電位の変化量の測定）
次に、図４〜図８を用いて、実施形態に係る感光体ドラム５１の表面電位の変化量の測定の一例を説明する。図６は、実施形態に係る第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離の測定の流れの一例を示す図である。図７は、実施形態に係る空気誘電率ε１の測定の流れの一例を示す図である。図８は、実施形態に係る感光体ドラム５１の表面電位の変化量の測定の一例を示す図である。

式５を式３で除して、式を整理すると、第３電極Ｔ３と感光体ドラム５１の距離（ｘ０−ｘ１）を求める式を得ることができる。以下、式８から式１４により、式の整理を説明する。

（ｘ０−ｘ１’）を（ｘ０−ｘ１）で除すことにより、空気の誘電率を消すことができる。空気の誘電率は環境により変化する。例えば、湿度、気温の影響を受ける。計算式から空気の誘電率を除くことで、検知結果の精度を落とす要因を取り除くことができる。

ここで、ｘ１’＝ｘ１＋αの関係を、式８の左辺に代入すると以下の式９が得られる。

式９をさらに整理すると式１０となる。

式１０の１を右辺に移動させた式が式１１となる。

式１１の右辺を分数に統合すると式１２が得られる。

式１２の分母と分子を入れ替えると、式１３となる。

式１３の両辺にαを乗ずると式１４が得られる。

式１４は、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離を求めるための式を示す。式１４により、制御部１は、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離を求める。

次に、図６を用いて、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離（ｘ０−ｘ１）の測定の流れの一例を説明する。図６のスタートは、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離の測定を開始する時点である。第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離の測定は、予め定められた時点に行われる。例えば、感光体ドラム５１の表面電位の測定を開始する前の前処理として、制御部１は、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離の測定を行う。

なお、複合機１００の主電源投入により、制御部１、表面電位センサー部６、基準電圧印加部６０が起動したとき、制御部１は、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離（ｘ０−ｘ１）を測ってもよい。また、主電源投入後、複合機１００の主電源投入が投入されている間、一定時間ごとに制御部１は、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離（ｘ０−ｘ１）を測ってもよい。

まず、制御部１は、第１電極Ｔ１の電位と第３電極Ｔ３の電位を認識する（ステップ♯１１）。第１増幅回路７ａと第２増幅回路７ｂの出力に基づき、制御部１は第１電極Ｔ１と第３電極Ｔ３の電位を認識する。

次に、制御部１は、第２電極Ｔ２と第４電極Ｔ４に印加する基準電圧を基準電圧印加部６０に変化させる（ステップ♯１２）。例えば、制御部１は、基準電圧印加部６０に小さくさせる。例えば、制御部１は、基準電圧を第１基準電圧Ｖｒｅｆ１から第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に変化させる。基準電圧の変化量は予め定められる。例えば、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２の大きさは、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１の１／２程度としてもよい。

そして、制御部１は、基準電圧変化後の第１電極Ｔ１の電位と第３電極Ｔ３の電位を認識する（ステップ♯１３）。第１増幅回路７ａと第２増幅回路７ｂの出力に基づき、制御部１は第１電極Ｔ１と第３電極Ｔ３の電位を認識する。

続いて、制御部１は、第３電極Ｔ３の電位の変化量（Δφ３）と第１電極Ｔ１の電位の変化量（Δφ１）を認識する（ステップ♯１４）。次に、式２のΔρｂ＝ε２×Δφ３／ｘ１²に基づき、制御部１は、第３電極Ｔ３の電荷移動量Δρｂを求める（ステップ♯１５）。また、次に、式２のΔρｂ＝ε２×Δφ１／（ｘ１’）²に基づき、制御部１は、第１電極Ｔ１の電荷移動量Δρａを求める（ステップ♯１６）。

次に、制御部１は、式１４を計算に必要な値を記憶部２から読み出す（ステップ♯１７）。制御部１は、既知の値を記憶部２から読み出す。具体的に、間隔ｘ１（第２間隔、第２検知素子７２の電極間の間隔）、間隔ｘ１’（第３間隔、第１検知素子７１の電極間の間隔）、間隔α（第４間隔、第１電極Ｔ１と第３電極Ｔ３の電極間の間隔）、誘電体誘電率ε２を読み出す。

記憶部２は、間隔ｘ１（第２間隔）、間隔ｘ１’（第３間隔）、間隔α（第４間隔）、誘電体誘電率ε２を不揮発的に記憶する（図１参照）。間隔ｘ１、間隔ｘ１’、間隔α、誘電体誘電率ε２は予め決まっている。言い換えると、間隔ｘ１、間隔ｘ１’、間隔α、誘電体誘電率ε２は、仕様上（設計上）、既知である。

そして、制御部１は、式１４に基づき、第１電極Ｔ１から感光体ドラム５１までの距離（第１電極Ｔ１から感光体ドラム５１までの距離）を求める（ステップ♯１８）。具体的に、制御部１は、基準電圧の変化量（第１基準電圧Ｖｒｅｆ１から第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を減じた値）、求めた第３電極Ｔ３の電荷移動量Δρｂ、求めた第１電極Ｔ１の電荷移動量Δρａ、既知の値（間隔ｘ１（第２間隔）、間隔ｘ１’（第３間隔）、間隔α（第４間隔）、誘電体誘電率ε２）を式１４に代入して演算する。制御部１は、求めた第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離を記憶部２に記憶させる（ステップ♯１９）。そして、本フローは終了する（エンド）。

次に、図７を用いて、実施形態に係る空気誘電率ε１の算出の一例を説明する。まず、感光体ドラム５１（測定対象）の表面電位の変化量は、式７により求めることができる。式７の計算では、空気誘電率ε１が用いられる。空気誘電率ε１は、温度、湿度の影響を受ける。つまり、空気誘電率ε１は、環境により変化する。時と場合により、実際の空気誘電率ε１はばらつく。正確に感光体ドラム５１の表面電位を測るには、計測時の空気誘電率ε１の正確な値を得る必要がある。

式３を空気誘電率ε１について解くと、以下の式１５が得られる。

この式に基づき、制御部１は、空気誘電率ε１を求める。

図７を用いて、空気誘電率ε１の測定の流れの一例を説明する。図７のスタートは、空気誘電率ε１の測定を開始する時点である。空気誘電率ε１の測定は、予め定められた時点に行われる。例えば、感光体ドラム５１の表面電位の測定を開始する前の前処理として、制御部１は、空気誘電率ε１の測定を行う。制御部１は、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離の測定後、空気誘電率ε１の測定を行う。

まず、制御部１は、式７の計算に必要な第３電極Ｔ３の電荷移動量Δρｂ、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離、基準電圧の変化量を認識する（ステップ♯２１）。図６のフローチャートにて、制御部１は、第３電極Ｔ３の電荷移動量Δρｂ、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離を認識済である。また、制御部１は、基準電圧の変化量も認識している。

次に、制御部１は、式１５の計算（空気誘電率ε１の算出）に必要な値を記憶部２から読み出す（ステップ♯２２）。制御部１は、既知の値を記憶部２から読み出す。具体的に、間隔ｘ１（第２検知素子７２の電極間の間隔、第２間隔）、誘電体誘電率ε２を読み出す。

そして、制御部１は、式１５に基づき、空気誘電率ε１を求める（ステップ♯２３）。具体的に、制御部１は、求めた第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離、求めた第３電極Ｔ３の電荷移動量Δρｂ、基準電圧の変化量、既知の値（間隔ｘ１（第２間隔）、誘電体誘電率ε２）を式１５に代入して演算する。制御部１は、求めた空気誘電率ε１を記憶部２に記憶させる（ステップ♯２４）。そして、本フローは終了する（エンド）。

次に、図８を用いて、実施形態に係る感光体ドラム５１の表面電位の変化量の測定の一例を説明する。制御部１は感光体ドラム５１の帯電が適切か否かを確認するため、表面電位の変化量を量る。感光体ドラム５１（測定対象）の表面電位の変化量は、式７により求めることができる。感光体ドラム５１の表面電位の変化量の測定は、空気誘電率ε１の測定後、行われる。例えば、制御部１は、印刷の開始前に感光体ドラム５１の表面電位の変化量の測定を行う。

まず、制御部１は、感光体ドラム５１の周面を帯電させる（ステップ♯３１）。制御部１は、感光体ドラム５１の表面を帯電装置５２に均一に帯電させる。また、制御部１は、第２電極Ｔ２と第４電極Ｔ４に第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を印加させる（ステップ♯３２）。感光体ドラム５１の表面電位の変化量の測定中、制御部１は、第２電極Ｔ２と第４電極Ｔ４に印加する電位を固定する。

そして、制御部１は、第３電極Ｔ３の電位を認識する（ステップ♯３３）。第２増幅回路７ｂの出力に基づき、制御部１は第３電極Ｔ３の電位を認識する。次に、制御部１は、感光体ドラム５１の表面電位を変化させる（ステップ♯３４）。例えば、制御部１は、帯電装置５２に帯電を停止させる。さらに、制御部１は除電装置５７を動作させる。そして、制御部１は、表面電位変化後の第３電極Ｔ３の電位を認識する（ステップ♯３５）。第２増幅回路７ｂの出力に基づき、制御部１は表面電位変化後の第３電極Ｔ３の電位を認識する。

続いて、制御部１は、第３電極Ｔ３の電位の変化量を認識する（ステップ♯３６）。制御部１は、感光体ドラム５１の表面電位変化前の第３電極Ｔ３の電位と表面電位変化後の第３電極Ｔ３の電位の差の絶対を求める。

次に、式６のΔρ＝ε２×Δφ１／ｘ１²に基づき、制御部１は、第３電極Ｔ３の電荷移動量Δρを求める（ステップ♯３７）。

また、制御部１は、式７の計算に必要な空気誘電率ε１と第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離を認識する（ステップ♯３８）。図６のフローチャートにて、制御部１は、第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離を求めている。また、図７のフローチャートにて、制御部１は、空気誘電率ε１を求めている。次に、制御部１は、式７の計算に必要な値を記憶部２から読み出す（ステップ♯３９）。制御部１は、既知の値を記憶部２から読み出す。具体的に、間隔ｘ１（第２間隔）（第２検知素子７２の電極間の間隔）、誘電体誘電率ε２を読み出す。

そして、制御部１は、式７に基づき、表面電位の変化量を求める（ステップ♯３１０）。具体的に、制御部１は、求めた第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離、求めた空気誘電率ε１、求めた第３電極Ｔ３の電位の変化量、求めた第３電荷移動量ρ３、既知の値（間隔ｘ１（第２間隔）、誘電体誘電率ε２）を式７に代入して演算する。制御部１は、求めた表面電位の変化量を記憶部２に記憶させる（ステップ♯３１１）。そして、本フローは終了する（エンド）。

なお、感光体ドラム５１の表面電位の変化量が予め定められた下限値よりも小さいとき、制御部１は、帯電異常を表示パネル３１に表示させてもよい。また、感光体ドラム５１の表面電位の変化量が予め定められた閾値よりも小さいとき、制御部１は、帯電装置５２による帯電電位を所定値分大きくしてもよい。なお、閾値は下限値よりも大きい。

このようにして、実施形態に係る検知装置（複合機１００）は、第１検知素子７１、第２検知素子７２、基準電圧印加部６０、制御部１を含む。第１検知素子７１は、第１電極Ｔ１、第２電極Ｔ２、及び、第１電極Ｔ１と第２電極Ｔ２に挟まれる誘電体７３とを含む。第１検知素子７１は測定対象の表面電位を検知するための素子である。第２検知素子７２は、第３電極Ｔ３、第４電極Ｔ４、及び、第３電極Ｔ３と第４電極Ｔ４に挟まれる誘電体７３とを含む。第２検知素子７２も測定対象の表面電位を検知するため素子である。基準電圧印加部６０は、第２電極Ｔ２と第４電極Ｔ４に同じ大きさの基準電圧を印加する。制御部１は、演算を行う。第１電極Ｔ１と第３電極Ｔ３は、測定対象と向かい合う。第２電極Ｔ２から測定対象までの間隔と、第４電極Ｔ４から測定対象までの間隔は等しい。第１電極Ｔ１から測定対象までの距離と、第３電極Ｔ３から測定対象までの距離は異なる。第３電極Ｔ３から測定対象までの距離は、第１電極Ｔ１から測定対象までの距離よりも長い。第３電極Ｔ３から測定対象までの距離を測るとき、制御部１は、第１電極Ｔ１の電位と第３電極Ｔ３の電位を認識する。当該認識後、制御部１は、第２電極Ｔ２と第４電極Ｔ４に印加する基準電圧を第１基準電圧Ｖｒｅｆ１から第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に変化させる。制御部１は、基準電圧変化前の第１電極Ｔ１の電位と基準電圧変化後の第１電極Ｔ１の電位の差を認識する。制御部１は、記基準電圧変化前の第３電極Ｔ３の電位と基準電圧変化後の第３電極Ｔ３の電位の差を認識する。認識したそれぞれの電位差に基づき、制御部１は、第３電極Ｔ３から測定対象までの距離を求める。

第１検知素子７１と第２検知素子７２に印加する電位（基準電圧）を変化させるだけで、検知素子の電極から測定対象までの距離（測定距離）を正確に求めることができる。測定対象の表面電位を正確に測るために必要な数値を容易、正確に求めることができる。第１検知素子７１と測定対象（感光体ドラム５１）との距離を正確に測る装置を提供することができる。

また、第１検知素子７１と第２検知素子７２が含む誘電体７３の材料が同じである。第１検知素子７１と第２検知素子７２を同じ材料で製造することができる。検知装置を容易に製造することができる。

制御部１は、式１４に基づき、第３電極Ｔ３から測定対象までの距離を求める。式１５のｘ０−ｘ１は、第３電極Ｔ３から測定対象までの距離である。ｘ０は、第４電極Ｔ４から測定対象までの間隔である。ｘ１は、第３電極Ｔ３と第４電極Ｔ４の間隔である。ｘ１’は、第１電極Ｔ１と第２電極Ｔ２の間隔である。αは、第１電極Ｔ１と第３電極Ｔ３の間隔である。Δρａは、基準電圧を変化させたときの第１電極Ｔ１の電荷移動量である。Δρｂは、基準電圧を変化させたときの第３電極Ｔ３の電荷移動量である。ε２は、第１検知素子７１と第２検知素子７２の誘電体７３の誘電率である。Δφ２は、基準電圧の変化量である。演算により、検知素子の電極から測定対象までの距離を求めることができる。しかも、距離の演算では、測定対象と電極の間の空気の誘電率が用いられない。空気の誘電率は、環境（例えば、温度、湿度）の影響を受ける。環境に依存する値を用いないで演算を行うので、正確に距離を求めることができる。

また、制御部１は、求めた第３電極Ｔ３から測定対象までの距離に基づき、第２検知素子７２と測定対象の間の空気の誘電率である空気誘電率ε１を求める。演算により、現在の空気誘電率ε１を求めることができる。

制御部１は、式１５により空気誘電率ε１を求める。式１５において、ｘ０−ｘ１は、求めた第３電極Ｔ３から測定対象までの距離である。ｘ０は、第２電極Ｔ２から測定対象までの間隔である。ｘ１は、第１電極Ｔ１と第２電極Ｔ２の間隔である。ε１は、空気誘電率ε１である。ε２は、第２検知素子７２の誘電体７３の誘電率である。Δρｂは、基準電圧を変化させたときの第３電極Ｔ３の電荷移動量である。Δφ２は、基準電圧の変化量である。演算により、現在の空気誘電率ε１を求めることができる。測定距離を利用して、現在の空気誘電率ε１を求めることができる。

また、制御部１は、求めた第３電極Ｔ３から測定対象までの距離と空気誘電率ε１に基づき、測定対象の電位の変化量を求める。演算により、測定対象の表面電位の変化量を求めることができる。

具体的に、測定対象の電位の変化量を求めるとき、制御部１は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を第２電極Ｔ２と第４電極Ｔ４に基準電圧印加部６０に印加させる。また、制御部１は、式７により測定対象の電位の変化量を求める。式７において、ｘ０−ｘ１は、求めた第３電極Ｔ３から測定対象までの距離である。ｘ０は、第２電極Ｔ２から測定対象までの間隔である。ｘ１は、第１電極Ｔ１と第２電極Ｔ２の間隔である。ε１は、求めた空気誘電率ε１である。ε２は、第１検知素子７１の誘電体７３の誘電率である。Δφ０は、測定対象の電位の変化量である。Δρは、第３電極Ｔ３の電荷移動量である。演算により、求めた距離（第３電極Ｔ３から感光体ドラム５１までの距離）や正確な空気誘電率ε１に基づき、測定対象の表面電位の変化量を求めることができる。正確に表面電位の変化量を求めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は、画像処理装置、画像形成装置、画像処理システムに利用可能である。

１００ 複合機（検知装置） １ 制御部
５１ 感光体ドラム（測定対象） ６０ 基準電圧印加部
７１ 第１検知素子 ７２ 第２検知素子
７３ 誘電体 Ｔ１ 第１電極
Ｔ２ 第２電極 Ｔ３ 第３電極
Ｔ４ 第４電極 Ｖｒｅｆ１ 第１基準電圧
Ｖｒｅｆ２ 第２基準電圧 ε１ 空気誘電率

Claims (7)

1. 第１電極、第２電極、及び、前記第１電極と前記第２電極に挟まれる誘電体とを含み、測定対象の表面電位を検知するための第１検知素子と、
   第３電極、第４電極、及び、前記第３電極と前記第４電極に挟まれる誘電体とを含み、前記測定対象の表面電位を検知するための第２検知素子と、
   前記第２電極と前記第４電極に同じ大きさの基準電圧を印加する基準電圧印加部と、
   演算を行う制御部と、を含み、
   前記第１電極と前記第３電極は、測定対象と向かい合い、
   前記第２電極から前記測定対象までの間隔と、前記第４電極から前記測定対象までの間隔は等しく、
   前記第１電極から前記測定対象までの距離と、前記第３電極から前記測定対象までの距離は異なり、
   前記第３電極から前記測定対象までの距離は、前記第１電極から前記測定対象までの距離よりも長く、
   前記第３電極から前記測定対象までの距離を測るとき、
   前記制御部は、
   前記第１電極の電位と前記第３電極の電位を認識し、
   当該認識後、前記第２電極と前記第４電極に印加する前記基準電圧を第１基準電圧から第２基準電圧に変化させ、
   前記基準電圧変化前の前記第１電極の電位と前記基準電圧変化後の前記第１電極の電位の差を認識し、
   前記基準電圧変化前の前記第３電極の電位と前記基準電圧変化後の前記第３電極の電位の差を認識し、
   認識したそれぞれの前記電位差に基づき、前記第３電極から前記測定対象までの距離を求めることを特徴とする検知装置。
2. 前記第１検知素子と前記第２検知素子が含む前記誘電体の材料が同じであることを特徴とする請求項１に記載の検知装置。
3. 前記制御部は、以下の式により前記第３電極から前記測定対象までの距離を求め、
   

   

   ｘ０−ｘ１は、前記第３電極から前記測定対象までの距離であり、
   ｘ０は、前記第４電極から前記測定対象までの間隔であり、
   ｘ１は、前記第３電極と第４電極の間隔であり、
   ｘ１’は、前記第１電極と第２電極の間隔であり、
   αは、前記第１電極と第３電極の間隔であり、
   Δρａは、前記第１電極の電荷移動量であり、
   Δρｂは、前記第３電極の電荷移動量であり、
   ε２は、前記第１検知素子と前記第２検知素子の前記誘電体の誘電率であり、
   Δφ２は、前記基準電圧の変化量であることを特徴とする請求項２記載の検知装置。
4. 前記制御部は、求めた前記第３電極から前記測定対象までの距離に基づき、前記第２検知素子と前記測定対象の間の空気の誘電率である空気誘電率を求めることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の検知装置。
5. 前記制御部は、以下の式により前記空気誘電率を求め、
   

   

   ｘ０−ｘ１は、求めた前記第３電極から前記測定対象までの距離であり、
   ｘ０は、前記第２電極から前記測定対象までの間隔であり、
   ｘ１は、前記第１電極と第２電極の間隔であり、
   ε１は、前記空気誘電率であり、
   ε２は、前記第１検知素子の前記誘電体の誘電率であり、
   Δρｂは、前記第３電極の電荷移動量であり、
   Δφ２は、前記基準電圧の変化量であることを特徴とする請求項５記載の検知装置。
6. 前記制御部は、求めた前記第３電極から前記測定対象までの距離と前記空気誘電率に基づき、前記測定対象の電位の変化量を求めることを特徴とする請求項４又は５に記載の検知装置。
7. 前記測定対象の電位の変化量を求めるとき、
   前記制御部は、
   前記第１基準電圧を前記第２電極と前記第４電極に前記基準電圧印加部に印加させ、
   以下の式により前記測定対象の電位の変化量を求め、
   

   

   ｘ０−ｘ１は、求めた前記第３電極から前記測定対象までの距離であり、
   ｘ０は、前記第２電極から前記測定対象までの間隔であり、
   ｘ１は、前記第１電極と第２電極の間隔であり、
   ε１は、求めた前記空気誘電率であり、
   ε２は、前記第１検知素子の前記誘電体の誘電率であり、
   Δφ０は、前記測定対象の電位の変化量であり、
   Δρは、前記第３電極の電荷移動量であることを特徴とする請求項６記載の検知装置。

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