JP3653933B2 - 表面電位検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面電位検出装置、特に、電子写真複写機の感光体ドラムなどの被検出表面の表面電位を非接触で測定するための表面電位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の表面電位検出装置としては、例えば図２に示すようなものが知られている。表面電位検出装置１は、概略、検出電極３と、圧電音叉４と、発振回路９と、検出回路２１と、バンドパスフィルタ２２と、信号処理回路２３と、ＤＣ増幅器２４とで構成されている。
【０００３】
圧電音叉４は、その両脚部４ａ，４ｂに、それぞれ圧電振動子１２ａ，１２ｂが貼着されている。この圧電音叉４の一方の脚部４ａの先端部には絶縁体５を介して検出電極３が固定されている。この検出電極３は、被検出面である感光体ドラム２の表面に対向して配置されており、感光体ドラム２と共に可変コンデンサＣ1を形成している。検出電極３は検出回路２１に接続されている。この検出電極３は、圧電音叉４が振動すると、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の距離が変化して、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の静電容量、すなわち可変コンデンサＣ1の静電容量が変化する。
【０００４】
発振回路９は、演算増幅器７と圧電音叉４とを備えている。発振回路９は、演算増幅器７の出力を、圧電音叉４の一方の圧電振動子１２ｂに印加して電歪振動を発生させ、この電歪振動によって圧電音叉４をその固有振動数で振動させる。そして、圧電音叉４の振動により他方の圧電振動子１２ａに前記固有振動数に等しい周波数の圧電信号を発生させ、この圧電信号を抵抗Ｒ1，Ｒ2、コンデンサＣ2等を介して演算増幅器７の反転入力端子に帰還させる。これにより、発振回路９は所定の発振周波数で自励発振する。演算増幅器７は、非反転入力端子がアースに接続され、出力端子と反転入力端子との間には抵抗Ｒ3が接続されている。
【０００５】
検出回路２１は、検出電極３から出力された電気信号を増幅する。バンドパスフィルタ２２は、検出回路２１から出力された電気信号の中から発振回路９の発振周波数以外の周波数成分を除去する。信号処理回路２３はバンドパスフィルタ２２から出力された電気信号を整流する。ＤＣ増幅器２４は信号処理回路２３から出力された電気信号を直流増幅する。図２において、６は抵抗素子である。
【０００６】
以上の構成からなる表面電位検出装置１において、感光体ドラム２の表面に高電圧が印加されると、感光体ドラム２の表面からの電気力線が検出電極３に達し、静電誘導により、検出電極３にも感光体ドラム２の表面に発生している電荷と等しい電荷が誘起される。この状態で、発振回路９の発振により圧電音叉４が振動すると、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の距離が変化して可変コンデンサＣ1の静電容量が変化する。これにより可変コンデンサＣ1から電荷が充放電され、それに基づく電気信号が検出回路２１に入力される。
【０００７】
電気信号は、検出回路２１にて以後の処理に適したレベルまで増幅された後、バンドパスフィルタ２２にて発振回路９の発振周波数に等しい周波数成分以外の雑音成分が除去され、信号処理回路２３にて直流信号に変換される。信号処理回路２３から出力された直流信号は、ＤＣ増幅器２４で増幅されて感光体ドラム２の表面電位信号として出力される。ＤＣ増幅器２４から出力された表面電位信号は、感光体ドラム２の表面電位を制御するためのフィードバック信号として、電子写真複写機本体の高電圧制御系へ供給される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の表面電位検出装置１では、その出力特性が温度の影響を受けて変動する。温度による出力変動の要因としては、圧電音叉４とその上に貼着した圧電振動子１２ａ，１２ｂとの間の熱膨張係数の差による接合界面のストレス、それによる共振周波数のずれ、圧電音叉４と圧電振動子１２ａ，１２ｂを接合している接着材料の熱による物理的特性の変動、さらには圧電振動子１２ａ，１２ｂ自体の温度変動等がある。このため、従来の表面電位検出装置１では、温度が上昇すると、これらの変動要因によって共振インピーダンスが高くなり、圧電音叉４への入力が制限されてしまい、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の距離の変化が小さくなり、可変コンデンサＣ1から取り出される出力が低下するという問題があった。
【０００９】
このような問題を解消するため、従来の表面電位検出装置１では、図２に点線で示すように、演算増幅器７の出力端子と圧電振動子１２ｂとの間に、温度が上昇すると抵抗値が低くなる、いわゆる負特性サーミスタ（ＮＴＣ）２８を挿入し、該負特性サーミスタ２８により、温度上昇による出力低下を防止するようにしたものが提案されている。しかしながら、このように温度上昇による出力低下を防止するために負特性サーミスタ２８を使用すると、表面電位検出装置１の部品コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、周囲温度の上昇による出力変動を抑えることができ、低コストでしかも良好な特性を有する表面電位検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明に係る表面電位検出装置は、
（ａ）被検出面に対向して配置された検出電極と、
（ｂ）前記検出電極を機械的に振動させ、前記被検出面と前記検出電極との間の距離を変化させて、前記被検出面と前記検出電極との間の静電容量を変化させる圧電音叉と、
（ｃ）増幅器の出力を、前記圧電音叉及びフィルタからなる帰還回路を介して前記増幅器の入力側に帰還させて自励発振を行う発振回路とを備え、
（ｄ）前記フィルタを構成しているコンデンサの静電容量が負の温度係数を有していること、
を特徴とする。
【００１２】
【作用】
以上の構成により、フィルタを構成しているコンデンサは、温度変化により静電容量が減少する。それにより、周囲温度の上昇とともにフィルタのインピーダンスが低くなり、圧電音叉の共振インピーダンスの上昇による出力低下が抑えられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る表面電位検出装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように、表面電位検出装置３１は、感光体ドラム２の表面に対向して配置された検出電極３、圧電音叉４、演算増幅器３２の出力を圧電音叉４を介して演算増幅器３２の入力側に帰還させて自励発振を行う発振回路３３、検出回路２１、バンドパスフィルタ２２、信号処理回路２３及びＤＣ増幅器２４から構成されている。なお、図１において、図２と対応する部分には対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００１５】
発振回路３３は、演算増幅器３２，圧電音叉４，ＲＣフィルタ３４，コンデンサＣ21及び抵抗Ｒ21〜Ｒ23から構成されている。圧電音叉４，ＲＣフィルタ３４は演算増幅器３２の帰還回路を構成している。演算増幅器３２の出力端子と圧電振動子１２ｂとの間に、ＲＣフィルタ３４の抵抗Ｒ24が接続されている。抵抗Ｒ24の圧電振動子１２ｂへの接続側の端部とアースとの間には、ＲＣフィルタ３４のコンデンサＣ22が接続されている。演算増幅器３２の非反転入力端子は、圧電振動子１２ａに接続され、非反転入力端子とアースとの間には、抵抗Ｒ23が接続されている。又、演算増幅器３２の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ21及びコンデンサＣ21が並列に接続され、反転入力端子とアースとの間には、抵抗Ｒ22が接続されている。演算増幅器３２の出力が矩形波であるので、ＲＣフィルタ３４を演算増幅器３２の出力と圧電音叉４との間に接続することにより、圧電音叉４の固有振動数に対応する基本周波数を超える高域の信号を遮断し、発振回路３３が圧電音叉４の基本振動モード以外の高次モードで発振するのを防止する。
【００１６】
発振回路３３は、演算増幅器３２の出力を圧電音叉４の一方の脚部４ｂに貼着した圧電振動子１２ｂに与え、圧電音叉４の他方の脚部４ａに貼着した圧電振動子１２ａより３６０度の位相で信号を演算増幅器３２の非反転入力端子に帰還させる。
【００１７】
ところで、表面電位検出装置３１において、ＲＣフィルタ３４のコンデンサＣ22として、周囲温度に関係なく一定の静電容量を有しているものを使用すると、図２において説明した表面電位検出装置１と同様の理由により、周囲温度が上昇するにつれて、ＤＣ増幅器２４から出力される感光体ドラム２の表面電位信号が小さくなる。そこで、本実施形態では、周囲温度が上昇するにつれて静電容量が減少する負の温度係数を有するコンデンサＣ22を使用し、ＲＣフィルタ３４に圧電音叉４の温度補償機能を付与するようにしている。
【００１８】
このようにすれば、温度上昇とともにＲＣフィルタ３４のインピーダンスが低くなり、圧電音叉４の共振インピーダンスの上昇による出力低下が抑えられる。因みに、個々の圧電音叉４の仕様によって異なるが、ＲＣフィルタ３４のコンデンサＣ22として、−７５０ｐｐｍ／℃の温度係数を有するものを使用したところ、ＤＣ増幅器２４から出力される感光体ドラム２の表面電位信号の温度による変化が大幅に改善された。
【００１９】
なお、本発明に係る表面電位検出装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、フィルタを構成しているコンデンサとして、温度上昇により静電容量が減少する負の温度係数を有するコンデンサを使用することにより、温度上昇とともにフィルタのインピーダンスが低くなり、圧電音叉の共振インピーダンスの上昇による出力低下を抑えることができる。この結果、温度特性が良好でかつ安価な表面電位検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面電位検出装置の一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】従来の表面電位検出装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
３…検出電極
４…圧電音叉
１２ａ，１２ｂ…圧電振動子
２１…検出回路
２２…バンドパスフィルタ
２３…信号処理回路
２４…ＤＣ増幅器
３２…演算増幅器
３３…発振回路
３４…ＲＣフィルタ
Ｃ1…可変コンデンサ
Ｃ22…コンデンサ
Ｒ24…抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面電位検出装置、特に、電子写真複写機の感光体ドラムなどの被検出表面の表面電位を非接触で測定するための表面電位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の表面電位検出装置としては、例えば図２に示すようなものが知られている。表面電位検出装置１は、概略、検出電極３と、圧電音叉４と、発振回路９と、検出回路２１と、バンドパスフィルタ２２と、信号処理回路２３と、ＤＣ増幅器２４とで構成されている。
【０００３】
圧電音叉４は、その両脚部４ａ，４ｂに、それぞれ圧電振動子１２ａ，１２ｂが貼着されている。この圧電音叉４の一方の脚部４ａの先端部には絶縁体５を介して検出電極３が固定されている。この検出電極３は、被検出面である感光体ドラム２の表面に対向して配置されており、感光体ドラム２と共に可変コンデンサＣ1を形成している。検出電極３は検出回路２１に接続されている。この検出電極３は、圧電音叉４が振動すると、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の距離が変化して、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の静電容量、すなわち可変コンデンサＣ1の静電容量が変化する。
【０００４】
発振回路９は、演算増幅器７と圧電音叉４とを備えている。発振回路９は、演算増幅器７の出力を、圧電音叉４の一方の圧電振動子１２ｂに印加して電歪振動を発生させ、この電歪振動によって圧電音叉４をその固有振動数で振動させる。そして、圧電音叉４の振動により他方の圧電振動子１２ａに前記固有振動数に等しい周波数の圧電信号を発生させ、この圧電信号を抵抗Ｒ1，Ｒ2、コンデンサＣ2等を介して演算増幅器７の反転入力端子に帰還させる。これにより、発振回路９は所定の発振周波数で自励発振する。演算増幅器７は、非反転入力端子がアースに接続され、出力端子と反転入力端子との間には抵抗Ｒ3が接続されている。
【０００５】
検出回路２１は、検出電極３から出力された電気信号を増幅する。バンドパスフィルタ２２は、検出回路２１から出力された電気信号の中から発振回路９の発振周波数以外の周波数成分を除去する。信号処理回路２３はバンドパスフィルタ２２から出力された電気信号を整流する。ＤＣ増幅器２４は信号処理回路２３から出力された電気信号を直流増幅する。図２において、６は抵抗素子である。
【０００６】
以上の構成からなる表面電位検出装置１において、感光体ドラム２の表面に高電圧が印加されると、感光体ドラム２の表面からの電気力線が検出電極３に達し、静電誘導により、検出電極３にも感光体ドラム２の表面に発生している電荷と等しい電荷が誘起される。この状態で、発振回路９の発振により圧電音叉４が振動すると、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の距離が変化して可変コンデンサＣ1の静電容量が変化する。これにより可変コンデンサＣ1から電荷が充放電され、それに基づく電気信号が検出回路２１に入力される。
【０００７】
電気信号は、検出回路２１にて以後の処理に適したレベルまで増幅された後、バンドパスフィルタ２２にて発振回路９の発振周波数に等しい周波数成分以外の雑音成分が除去され、信号処理回路２３にて直流信号に変換される。信号処理回路２３から出力された直流信号は、ＤＣ増幅器２４で増幅されて感光体ドラム２の表面電位信号として出力される。ＤＣ増幅器２４から出力された表面電位信号は、感光体ドラム２の表面電位を制御するためのフィードバック信号として、電子写真複写機本体の高電圧制御系へ供給される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の表面電位検出装置１では、その出力特性が温度の影響を受けて変動する。温度による出力変動の要因としては、圧電音叉４とその上に貼着した圧電振動子１２ａ，１２ｂとの間の熱膨張係数の差による接合界面のストレス、それによる共振周波数のずれ、圧電音叉４と圧電振動子１２ａ，１２ｂを接合している接着材料の熱による物理的特性の変動、さらには圧電振動子１２ａ，１２ｂ自体の温度変動等がある。このため、従来の表面電位検出装置１では、温度が上昇すると、これらの変動要因によって共振インピーダンスが高くなり、圧電音叉４への入力が制限されてしまい、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の距離の変化が小さくなり、可変コンデンサＣ1から取り出される出力が低下するという問題があった。
【０００９】
このような問題を解消するため、従来の表面電位検出装置１では、図２に点線で示すように、演算増幅器７の出力端子と圧電振動子１２ｂとの間に、温度が上昇すると抵抗値が低くなる、いわゆる負特性サーミスタ（ＮＴＣ）２８を挿入し、該負特性サーミスタ２８により、温度上昇による出力低下を防止するようにしたものが提案されている。しかしながら、このように温度上昇による出力低下を防止するために負特性サーミスタ２８を使用すると、表面電位検出装置１の部品コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、周囲温度の上昇による出力変動を抑えることができ、低コストでしかも良好な特性を有する表面電位検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明に係る表面電位検出装置は、
（ａ）被検出面に対向して配置された検出電極と、
（ｂ）前記検出電極を機械的に振動させ、前記被検出面と前記検出電極との間の距離を変化させて、前記被検出面と前記検出電極との間の静電容量を変化させる圧電音叉と、
（ｃ）増幅器の出力を、前記圧電音叉及びフィルタからなる帰還回路を介して前記増幅器の入力側に帰還させて自励発振を行う発振回路とを備え、
（ｄ）前記フィルタを構成しているコンデンサの静電容量が負の温度係数を有していること、
を特徴とする。
【００１２】
【作用】
以上の構成により、フィルタを構成しているコンデンサは、温度変化により静電容量が減少する。それにより、周囲温度の上昇とともにフィルタのインピーダンスが低くなり、圧電音叉の共振インピーダンスの上昇による出力低下が抑えられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る表面電位検出装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように、表面電位検出装置３１は、感光体ドラム２の表面に対向して配置された検出電極３、圧電音叉４、演算増幅器３２の出力を圧電音叉４を介して演算増幅器３２の入力側に帰還させて自励発振を行う発振回路３３、検出回路２１、バンドパスフィルタ２２、信号処理回路２３及びＤＣ増幅器２４から構成されている。なお、図１において、図２と対応する部分には対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００１５】
発振回路３３は、演算増幅器３２，圧電音叉４，ＲＣフィルタ３４，コンデンサＣ21及び抵抗Ｒ21〜Ｒ23から構成されている。圧電音叉４，ＲＣフィルタ３４は演算増幅器３２の帰還回路を構成している。演算増幅器３２の出力端子と圧電振動子１２ｂとの間に、ＲＣフィルタ３４の抵抗Ｒ24が接続されている。抵抗Ｒ24の圧電振動子１２ｂへの接続側の端部とアースとの間には、ＲＣフィルタ３４のコンデンサＣ22が接続されている。演算増幅器３２の非反転入力端子は、圧電振動子１２ａに接続され、非反転入力端子とアースとの間には、抵抗Ｒ23が接続されている。又、演算増幅器３２の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ21及びコンデンサＣ21が並列に接続され、反転入力端子とアースとの間には、抵抗Ｒ22が接続されている。演算増幅器３２の出力が矩形波であるので、ＲＣフィルタ３４を演算増幅器３２の出力と圧電音叉４との間に接続することにより、圧電音叉４の固有振動数に対応する基本周波数を超える高域の信号を遮断し、発振回路３３が圧電音叉４の基本振動モード以外の高次モードで発振するのを防止する。
【００１６】
発振回路３３は、演算増幅器３２の出力を圧電音叉４の一方の脚部４ｂに貼着した圧電振動子１２ｂに与え、圧電音叉４の他方の脚部４ａに貼着した圧電振動子１２ａより３６０度の位相で信号を演算増幅器３２の非反転入力端子に帰還させる。
【００１７】
ところで、表面電位検出装置３１において、ＲＣフィルタ３４のコンデンサＣ22として、周囲温度に関係なく一定の静電容量を有しているものを使用すると、図２において説明した表面電位検出装置１と同様の理由により、周囲温度が上昇するにつれて、ＤＣ増幅器２４から出力される感光体ドラム２の表面電位信号が小さくなる。そこで、本実施形態では、周囲温度が上昇するにつれて静電容量が減少する負の温度係数を有するコンデンサＣ22を使用し、ＲＣフィルタ３４に圧電音叉４の温度補償機能を付与するようにしている。
【００１８】
このようにすれば、温度上昇とともにＲＣフィルタ３４のインピーダンスが低くなり、圧電音叉４の共振インピーダンスの上昇による出力低下が抑えられる。因みに、個々の圧電音叉４の仕様によって異なるが、ＲＣフィルタ３４のコンデンサＣ22として、−７５０ｐｐｍ／℃の温度係数を有するものを使用したところ、ＤＣ増幅器２４から出力される感光体ドラム２の表面電位信号の温度による変化が大幅に改善された。
【００１９】
なお、本発明に係る表面電位検出装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、フィルタを構成しているコンデンサとして、温度上昇により静電容量が減少する負の温度係数を有するコンデンサを使用することにより、温度上昇とともにフィルタのインピーダンスが低くなり、圧電音叉の共振インピーダンスの上昇による出力低下を抑えることができる。この結果、温度特性が良好でかつ安価な表面電位検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面電位検出装置の一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】従来の表面電位検出装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
３…検出電極
４…圧電音叉
１２ａ，１２ｂ…圧電振動子
２１…検出回路
２２…バンドパスフィルタ
２３…信号処理回路
２４…ＤＣ増幅器
３２…演算増幅器
３３…発振回路
３４…ＲＣフィルタ
Ｃ1…可変コンデンサ
Ｃ22…コンデンサ
Ｒ24…抵抗
Claims (1)
- 被検出面に対向して配置された検出電極と、
前記検出電極を機械的に振動させ、前記被検出面と前記検出電極との間の距離を変化させて、前記被検出面と前記検出電極との間の静電容量を変化させる圧電音叉と、
増幅器の出力を、前記圧電音叉及びフィルタからなる帰還回路を介して前記増幅器の入力側に帰還させて自励発振を行う発振回路とを備え、
前記フィルタを構成しているコンデンサの静電容量が負の温度係数を有していること、
を特徴とする表面電位検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15111897A JP3653933B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 表面電位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15111897A JP3653933B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 表面電位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10339754A JPH10339754A (ja) | 1998-12-22 |
| JP3653933B2 true JP3653933B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=15511766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15111897A Expired - Fee Related JP3653933B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 表面電位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3653933B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5188024B2 (ja) | 2006-02-09 | 2013-04-24 | キヤノン株式会社 | 揺動体装置、電位測定装置、及び光偏向装置 |
-
1997
- 1997-06-09 JP JP15111897A patent/JP3653933B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10339754A (ja) | 1998-12-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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