JP4076063B2 - 表面電位検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面電位を非接触方式で検出する表面電位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、複写機やレーザビームプリンタ等において、被測定体である感光ドラムの表面電位を検出する手段として、高圧フィードバック型の表面電位検出装置が知られている。この高圧フィードバック型の表面電位検出装置は、特公平３−６４６７号公報等に開示されているように、検出電極と感光ドラムとの間の電界を、音叉で機械的に断続することにより、感光ドラムの表面電位に対応した交流信号を得る。そして、この交流信号をプリアンプで増幅するとともに、アイソレータを介して、検波回路に導き、機械的断続に同期した信号で、検波する。検波回路から出力された同期検波出力信号は、積分回路によって直流化される。積分回路によって得られた直流信号は、高電圧発生部に入力される。
【０００３】
高電圧発生部は、１次側回路から絶縁された高電圧を生成するための高圧トランスや、その他種々の高耐圧部品を含み、入力された直流信号に基づき、感光ドラム表面の電位と同じになるようなコモングランド電位を生成し、このコモングランド電位を積分回路にフィードバックする。このコモングランド電位は、１次側回路、接地電位、あるいは、フレーム接地電位に対してフローティングな関係にある。コモングランド電位は、減衰器やバッファ等を用いて処理され、表面電位検出信号として出力される。
【０００４】
この方式の最大の利点は、検出電極と、感光ドラムの表面との間の距離が変化しても、距離依存性が非常に少ない高精度な表面電位検出信号が得られることである。
【０００５】
ところで、最近、４本（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の感光ドラムを用いた、高速なタンデムタイプの複写機やレーザビームプリンタ等の画像形成装置が提案され、実用に供されている。これらの画像形成装置では、表面電位検出装置で検出された感光ドラムの表面電位に基づいて、帯電器に所定の制御信号を与え、感光ドラムの表面電位が一定になるような制御をする。したがって、これら４本の感光ドラムの表面電位の制御を適確に行うためには、４本の感光ドラムの表面電位を同時、かつ、連続的に検出し、この検出された表面電位に基づいて制御信号を生成する必要がある。そこで、従来は、４つの感光ドラムのそれぞれに対して、１つの表面電位検出装置を備える構成を採っていた。したがって、４つの感光ドラムを備える画像形成装置では、４つの表面電位検出装置が必要であった。
【０００６】
ところが、表面電位検出装置の高電圧発生部は、形状、質量、消費電力が大きい部品である高圧トランスや、一般に高価な部品である高耐圧部品を含む。このため、１つの画像形成装置に対して４つの表面電位検出装置を用いる場合には、高電圧発生部が４つ必要となり、４つの表面電位検出装置全体として、形状大型化、重量増加、消費電力の増加及びコストアップが著しくなるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、形状大型化、重量増加、消費電力の増大、及び、コストアップを抑え得る表面電位検出装置を提供することである。
【０００８】
本発明のもう１つの課題は、複数の被測定体の電位を同時、かつ、連続的に検出し得る表面電位検出装置を提供することである。
【０００９】
本発明の更にもう１つの課題は、高精度に表面電位を検出し得る表面電位検出装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る表面電位検出装置は、高圧発生回路と、複数の電位センサと、１つの電圧制御部とを含む。
【００１１】
前記高圧発生回路は、入力側から電気絶縁された出力側に、高電圧を出力する。複数の電位センサのそれぞれは、互いに独立し、センサ部と、電位検出回路と、電圧変換回路とを含んでいる。
【００１２】
前記複数の電位センサのそれぞれは、センサ部と、電位検出回路と、電圧変換回路とを含み、互いに独立している。前記センサ部は、被測定体の電位に対応する検出信号を生成する。前記電位検出回路は、前記被測定体の電位に対応するコモングランド電位と、前記センサ部から供給された前記検出信号とを用いて電圧信号を生成する。前記電圧変換回路は、前記高圧発生回路から共通に供給された前記高電圧を、前記電圧信号により制御して、前記コモングランド電位を生成する。コモングランド電位は、電位検出回路にフィードバックされるとともに、表面電位検出信号として出力される。
【００１３】
電圧制御部は、電圧変換回路に供給された高電圧を検出し、高電圧が一定となるように高圧発生回路をフィードバック制御する。
【００１４】
上述した本発明に係る表面電位検出装置によれば、次のような作用及び効果が得られる。
（ａ）高圧発生回路は、入力側から電気絶縁された出力側に、高電圧を出力する。したがって、高圧発生回路を用いて、接地電位、あるいは、フレーム接地電位に対して絶縁された高電圧を生成することができる。
（ｂ）複数の電位センサを含み、複数の電位センサのそれぞれは、互いに独立している。このため、複数の被測定体の電位を同時、かつ、連続的に検出することができる。例えば、高速なタンデムタイプの複写機やレーザビームプリンタ等の画像形成装置において、４つの電位センサを４本（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の感光ドラムに対応させ、その表面電位を、個別的に検出できる。また、搬送されるフィルムの帯電を検出する場合のように、極めて多数の電位センサを、分散配置して備える場合も、フィルムの異なる箇所において、その表面電位を個別的に検出することができる。
【００１５】
（ｃ）複数の電位センサのそれぞれにおいて、センサ部は、被測定体の電位に対応する検出信号を生成する。電位検出回路は、被測定体の電位に対応するコモングランド電位と、センサ部から供給された検出信号とを用いて電圧信号を生成する。電圧変換回路は、高圧発生回路から共通に供給された高電圧を、電圧信号を用いて制御し、コモングランド電位を生成する。そして、このコモングランド電位を表面電位検出信号として出力する。
このように、被測定体の電位とほぼ等しい電位をコモングランド電位として用いることにより、高圧フィードバック型の表面電位検出装置が構成され、センサ部と被測定体との間の距離に殆ど依存しない、高精度な表面電位の検出が可能となる。
【００１６】
（ｄ）高圧発生回路が接地電位、あるいは、フレーム接地電位に対して絶縁された高電圧を生成するので、電圧変換回路は、絶縁機能を有する必要がなく、供給された高電圧を所望の電圧値に変換して出力するだけでよい。したがって、電圧変換回路は、トランスを含まない簡単な構成の回路、例えば、チョッパ回路で構成することができるので、低コスト化を図ることができる。
また、高圧トランスが高電圧を生成するので、電圧変換回路は、昇圧をする必要がなく、供給された高電圧を所望の電圧値に変換して出力するだけでよい。したがって、電圧変換回路は、簡単な構成の降圧回路、例えば、ドロッパ回路とすることができるので、低コスト化を図ることができる。
【００１７】
（ｅ）電圧変換回路のそれぞれは、高圧発生回路から共通に高電圧が供給されるので、複数の被測定体を測定する場合であっても、高圧発生回路は１つでよい。このため、形状大型化、重量増加、消費電力の増加及びコストアップを抑えることができる。
例えば被測定体である４本の感光ドラムに対して、４つの高圧発生回路を備える必要があった従来技術と比較して、形状、重量、消費電力、及び、コストが著しく低減される。
また、高圧発生回路を共通に用いることにより、絶縁された高電圧を発生させるための回路を簡素化することが可能となる。このため、これらの回路に用いられる耐高圧部品、例えば、スイッチング用トランジスタを減らすことができ、コストが著しく低減される。
【００１８】
（ｆ）一般に、高圧フィードバック型の表面電位検出装置においては、高圧発生回路は高圧トランスを含んでおり、高圧トランスの２次コイルに、多数巻きのコイルを用いることにより、高電圧を生成する。このため、高圧トランスの２次コイルの出力端子、すなわち、電圧変換回路に高電圧を供給する出力端子の出力インピーダンスが非常に高くなるのが普通である。
【００１９】
したがって、電圧制御部を含んでいない高圧フィードバック型の表面電位検出装置においては、１つの高圧トランスから共通に供給された高電圧を用いて、複数の電圧変換回路のそれぞれがコモングランド電位を生成する構成を採用した場合、いずれかの電圧変換回路に流れる電流を急変させると、電圧変換回路に供給される高電圧が急変する。
そして、この電圧変換回路に供給される高電圧の急変の影響により、電流を急変させていない電圧変換回路にリップル電流が流れ、電流を急変させていない電圧変換回路にリップル電圧が生じ、高精度な電位検出ができなくなるおそれがある。
【００２０】
この問題を回避する手段として、本発明に係る表面電位検出装置は、電圧制御部を含む。電圧制御部は、電圧変換回路に供給された高電圧を検出し、高電圧が一定となるように高圧発生回路をフィードバック制御する。
【００２１】
したがって、、複数の電圧変換回路のいずれかに、大きな負荷電流が供給された場合でも、電圧制御部の上述した機能により、電圧変換回路に供給される高電圧を一定値に保つことが可能となる。すなわち、電圧変換回路に高電圧を供給する出力端子の出力インピーダンスを非常に低くすることができるので、複数の電圧変換回路のそれぞれが、他の電圧変換回路の影響を受けることがなくなり、高精度に表面電位を検出することが可能となる。
【００２２】
（ｇ）高圧発生回路に高圧トランスを含んでいる構成において、高圧トランスは、１つであり、２次コイルに高電圧を生成する。電圧制御部は、２次コイルから電圧変換回路に供給される高電圧を制御する。このため、電位センサの数に拘らず、電圧制御部の数が１つで済むので、表面電位検出装置の形状大型化、重量増加、消費電力の増加及びコストアップを抑えることができる。
（ｈ）上記利点（ａ）〜（ｇ）は、検出箇所が増えれば増える程、顕著になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る表面電位検出装置を用いて、タンデム配置された４本の感光ドラムの表面電位を検出する場合の構成を概略的に示す図である。図において、被測定体である４本の感光ドラムＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋは、タンデムに配置されている。感光ドラムＣはシアン用であり、表面電位Ｖｃ＝−５００Ｖである。感光ドラムＭはマゼンタ用であり、表面電位Ｖｍ＝−２００Ｖである。感光ドラムＹはイエロー用であり、表面電位Ｖｙ＝−９００Ｖである。感光ドラムＫはブラック用であり、表面電位Ｖｋ＝−６００Ｖである。但し、これらの表面電位は、一例であり、これに限定するものではない。
【００２４】
図示された表面電位検出装置１は、１つの高圧発生回路５３と、１つの電圧制御部６０と、複数の電位センサ１０、２０、３０、４０とを含む。図示実施例は、タンデム配置された４本の感光ドラムＣ〜Ｋの表面電位を検出する場合を示しているので、電位センサ１０〜４０は４個であるが、その個数は被測定体の個数に応じて増減される。電位センサ１０〜４０のそれぞれは、感光ドラムＣ〜Ｋのそれぞれ毎に個別に備えられ、感光ドラムＣ〜Ｋの表面から、例えば、２．５ｍｍの距離をおいて、固定して配置されている。
【００２５】
高圧発生回路５３は、高圧トランス５０を含む。高圧トランス５０の１次コイル５１は、接地電位、あるいは、フレーム接地電位ＧＮＤに接続され、電源端子Ｖｉｎから約２４Ｖの電圧が供給される。２次コイル５２は、１つであり、１次コイル５１から絶縁された高電圧Ｖｈを生成する。２次コイル５２に生成される高電圧Ｖｈは、例えば、−１２００Ｖである。この高圧トランス５０は、１つであって、４個の電位センサ１０〜４０に接続され、共用されている。
【００２６】
複数の電位センサ１０〜４０のそれぞれは、互いに独立している。電位センサ１０〜４０は、センサ部１１０、２１０、３１０、４１０と、電位検出回路１２０、２２０、３２０、４２０と、電圧変換回路１３０、２３０、３３０、４３０と、出力回路１４０、２４０、３４０、４４０とを含む。
【００２７】
センサ部１１０〜４１０は、４本の感光ドラムＣ〜Ｋに対向して配置され、感光ドラムＣ〜Ｋの電位Ｖｃ〜Ｖｋに対応する検出信号Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１を生成する。検出信号Ｓ１１〜Ｓ４１は、同軸ケーブル等を介して、電位検出回路１２０〜４２０に送られる。
【００２８】
電位検出回路１２０〜４２０は、感光ドラムＣ〜Ｋの電位Ｖｃ〜Ｖｋに対応するコモングランド電位Ｖｃｏｍ１、Ｖｃｏｍ２、Ｖｃｏｍ３、Ｖｃｏｍ４と、センサ部１１０〜４１０から供給された検出信号Ｓ１１〜Ｓ４１とを用いて電圧信号Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２を生成する。
【００２９】
電圧変換回路１３０〜４３０は、２次コイル５２から共通に供給された高電圧Ｖｈを、電圧信号Ｓ１２〜Ｓ４２により制御して、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４を生成する。
【００３０】
コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４は、電位検出回路１２０〜４２０にフィードバックされるとともに、出力回路１４０〜４４０を介して表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ３、Ｖｏｕｔ４として出力される。この出力回路１４０〜４４０は、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４を減圧して出力する回路であり、省略することも可能である。
【００３１】
電圧制御部６０は、電圧変換回路１３０〜４３０に供給された高電圧Ｖｈを検出し、高電圧Ｖｈが一定となるように高圧発生回路５３をフィードバック制御する。
【００３２】
上述した本実施例に係る表面電位検出装置によれば、次のような作用及び効果が得られる。
（ａ）高圧発生回路５３は、１つの高圧トランス５２を含み、高圧トランス５０が、１つの２次コイル５２に１次コイル５１から絶縁された高電圧Ｖｈを生成する。この構成によれば、２次コイル５２に、接地電位、あるいは、フレーム接地電位ＧＮＤに対して絶縁された高電圧Ｖｈを生成することができる。
（ｂ）複数の電位センサ１０〜４０を含み、それぞれが互いに独立している。このため、複数の被測定体の電位を同時、かつ、連続的に検出することができる。例えば、高速なタンデムタイプの複写機やレーザビームプリンタ等の画像形成装置において、４つの電位センサ１０〜４０を４本（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の感光ドラムに対応させ、その表面電位を、個別的に検出できる。また、搬送されるフィルムの帯電を検出する場合のように、極めて多数の電位センサ１０〜４０を、分散配置して備える場合も、フィルムの異なる箇所において、その表面電位を個別的に検出することができる。
【００３３】
（ｃ）センサ部１１０〜４１０は、被測定体の電位に対応する検出信号Ｓ１１〜Ｓ４１を生成する。電位検出回路１２０〜４２０は、被測定体の電位に対応するコモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４と、センサ部１１０〜４１０から供給された検出信号Ｓ１１〜Ｓ４１とを用いて電圧信号Ｓ１２〜Ｓ４２を生成する。電圧変換回路１３０〜４３０は、２次コイル５２から共通に供給された高電圧Ｖｈを、電圧信号Ｓ１２〜Ｓ４２を用いて制御して、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４を生成する。そして、このコモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４を表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４として出力する。
上述したように、被測定体の電位とほぼ等しい電位をコモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４として用いることにより、高圧フィードバック型の表面電位検出装置が構成されるので、センサ部１１０〜４１０と被測定体との間の距離に殆ど依存しない、高精度な表面電位の検出が可能となる。
しかも、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４が電位検出回路１２０〜４２０にフィードバックされるので、電位検出回路１２０〜４２０は、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４を用いた処理を行うことができる。
【００３４】
（ｄ）高圧トランス５０が接地電位、あるいは、フレーム接地電位ＧＮＤに対して絶縁された高電圧Ｖｈを生成するので、電圧変換回路１３０〜４３０は、絶縁機能を有する必要がなく、供給された高電圧Ｖｈを所望の電圧値に変換して出力するだけでよい。したがって、電圧変換回路１３０〜４３０は、トランスを含まない簡単な構成の回路、例えば、チョッパ回路で構成することができるので、低コスト化を図ることができる。
また、高圧トランス５０が高電圧Ｖｈを生成するので、電圧変換回路１３０〜４３０は、昇圧をする必要がなく、供給された高電圧Ｖｈを所望の電圧値に変換して出力するだけでよい。したがって、電圧変換回路１３０〜４３０は、簡単な構成の降圧回路、例えば、ドロッパ回路とすることができるので、低コスト化を図ることができる。
【００３５】
（ｅ）電圧変換回路１３０〜４３０のそれぞれは、高圧トランス５０に備えられた１つの２次コイル５２から共通に高電圧Ｖｈが供給されるので、複数の被測定体を測定する場合であっても、高圧トランス５０は１つでよい。このため、形状大型化、重量増加、消費電力の増加及びコストアップを抑えることができる。
例えば被測定体である４本の感光ドラムに対して、４つの高圧トランスを備える必要があった従来技術と比較して、形状、重量、消費電力、及び、コストが著しく低減される。
さらに、高圧トランス５０を共通に用いることにより、絶縁された高電圧Ｖｈを発生させるための回路を簡素化することが可能となる。このため、これらの回路に用いられる耐高圧部品、例えば、スイッチング用トランジスタを減らすことができ、コストが著しく低減される。
【００３６】
（ｆ）一般に、高圧フィードバック型の表面電位検出装置においては、高圧トランス５０の２次コイル５２に、多数巻きのコイルを用いることにより、高電圧Ｖｈを生成している。このため、高圧トランス５０の２次コイル５２の出力端子、すなわち、電圧変換回路１３０〜４３０に高電圧Ｖｈを供給する出力端子の出力インピーダンスが非常に高くなる。
したがって、電圧制御部６０を含んでいない構成において、１つの高圧トランス５０から共通に供給された高電圧Ｖｈを用いて、複数の電圧変換回路１３０〜４３０のそれぞれがコモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４を生成する構成を採用した場合、いずれかの電圧変換回路１３０〜４３０に流れる電流を急変させると、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈが急変する。
【００３７】
そして、この電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈの急変の影響により、電流を急変させていない電圧変換回路１３０〜４３０にリップル電流が流れ、電流を急変させていない電圧変換回路１３０〜４３０にリップル電圧が生じ、高精度な電位検出ができなくなるおそれがある。
【００３８】
例えば、感光ドラムの特性検査のために、複数の感光ドラムのいずれかの電位を急変させた場合には、電位を急変させた感光ドラムに接続された電圧変換回路１３０〜４３０を流れる電流が急変する。このため、電圧制御部６０を含んでいない場合、電圧変換回路１３０〜４３０を流れる電流の急変に対応して、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈが急変する。このため、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈの急変の影響により、電位を急変させていない感光ドラムに接続された電圧変換回路１３０〜４３０にリップル電圧が生じ、高精度な電位検出ができなくなるおそれがある。
【００３９】
この問題点を回避する手段として、本実施例に係る表面電位検出装置は、電圧制御部６０を含む。電圧制御部６０は、電圧変換回路１３０〜４３０に供給された高電圧Ｖｈを検出し、高電圧Ｖｈが一定となるように高圧発生回路５３をフィードバック制御する。
【００４０】
この構成によれば、複数の電圧変換回路１３０〜４３０のいずれかに、大きな負荷電流が供給された場合でも、電圧制御部６０の上記機能により、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈを一定値に保つことが可能となる。すなわち、電圧変換回路１３０〜４３０に高電圧Ｖｈを供給する出力端子の出力インピーダンスを非常に低くすることができるので、複数の電圧変換回路１３０〜４３０のそれぞれが、他の電圧変換回路１３０〜４３０の影響を受けることがなくなり、高精度な電位検出が可能となる。
【００４１】
例えば、本実施例に係る表面電位検出装置は、電圧制御部６０を含むので、電圧変換回路１３０〜４３０を流れる電流の急変に対応して、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈが急変しようとした場合でも、電圧制御部６０が電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈが一定値になるような制御を行うので、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈの急変が防止される。このため、高精度に表面電位を検出することが可能となる。
【００４２】
（ｇ）複数の電位センサ１０〜４０のそれぞれは、互いに独立し、センサ部１１０〜４１０と、電位検出回路１２０〜４２０と、電圧変換回路１３０〜４３０とを含んでおり、複数の電位センサ１０〜４０のそれぞれに含まれる電位検出回路１２０〜４２０は、互いに独立している。この電位検出回路１２０〜４２０の応答速度は、電位検出回路１２０〜４２０に含まれる回路要素、例えば、積分回路により決定される。
【００４３】
そこで、電位検出回路１２０〜４２０の回路要素の回路定数を変更することにより、電位検出回路１２０〜４２０の応答速度を上げ、電圧変換回路１３０〜４３０に生じるリップル電圧を抑制することも考えられる。しかし、この場合には、電位検出精度に与える影響を考慮しながら、全ての電位検出回路１２０〜４２０について個別に設計しなければならないので、設計が非常に困難になる。また、電位検出回路１２０〜４２０の回路定数の変更に伴い、特性の劣化を生じるおそれもある。
【００４４】
本実施例に係る表面電位検出装置において、電圧制御部６０は、電位検出回路１２０〜４２０ではなく、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈを制御するので、電位検出精度に与える影響を考慮する必要がなく、回路定数の変更も伴わない。このため、設計が容易であり、また、特性の劣化を生じるおそれもない。
【００４５】
（ｈ）高圧トランス５０は、１つであり、２次コイル５２に高電圧Ｖｈを生成する。電圧制御部６０は、２次コイル５２から電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈを制御する。このため、電位センサ１０〜４０の数に拘らず、電圧制御部６０の数が１つで済むので、表面電位検出装置の形状大型化、重量増加、消費電力の増加及びコストアップを抑えることができる。
【００４６】
（ｉ）上記利点（ａ）〜（ｈ）は、検出箇所が増えれば増える程、顕著になる。
【００４７】
次に、図２乃至図６を用いて、図１に示した表面電位検出装置の構成を更に具体的に説明する。図２は、図１に示した表面電位検出装置のセンサ部及び電位検出回路について、更に具体的に示すブロック図である。図において、センサ部１１０〜４１０のそれぞれは、検出電極１１１と、チョッパ１１２と、プリアンプ１１３とを含む。電位検出回路１２０〜４２０のそれぞれは、増幅回路１２１と、検波回路１２２と、積分回路１２３と、駆動回路１２５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４（図４、図５参照）とを含む。
【００４８】
図３は、図１に示した表面電位検出装置の高圧発生回路及び電圧制御部を含む部分について、更に具体的に示す回路図である。図において、高圧発生回路５３は、高圧トランス５０と、トランジスタＱ２と、コンデンサＣ３、Ｃ７，Ｃ８と、ダイオードＤ４、Ｄ５，Ｄ６、ＺＤ２と、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４とを含む。
【００４９】
高圧発生回路５３において、高圧トランス５０の１次コイル５１は、電圧制御部６０のトランジスタＱ３の主電極回路と、トランジスタＱ２の主電極回路と直列に接続されている。この直列回路は、接地電位、あるいはフレーム接地電位ＧＮＤに接続され、電源端子Ｖｉｎから約２４Ｖの電圧が供給される。
【００５０】
高圧発生回路５３は、トランジスタＱ２のスイッチング動作によって、一次コイル５１を励磁する。トランジスタＱ２のベースには、抵抗Ｒ２４を介して、一次コイル５１に誘導結合された補助巻線Ｎｂ２から帰還信号が供給される。トランジスタＱ２は上述した帰還信号により、自励発振動作を継続する。
【００５１】
２次コイル５２には、発振動作に伴って高圧の交流電圧が生じる。この高電圧は、例えば、コンデンサＣ７、Ｃ８、ダイオードＤ５、Ｄ６を介して整流され、直流の高電圧Ｖｈにされる。この高電圧Ｖｈは、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される。
【００５２】
電圧制御部６０は、検出部６１０、６２０と、制御部とを含む。本実施例において、検出部６１０は、オペアンプＩＣ８と、抵抗Ｒ３１、Ｒ３２とを含む。検出部６２０は、オペアンプＩＣ９と、ダイオードＺＤ３とを含む。制御部は、トランジスタＱ３からなる。また、制御部は、ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、トライアックまたはＩＧＢＴ等の３端子素子、或いはその他の制御極付半導体素子で構成してもよい。
【００５３】
検出部６１０は、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈを検出する。検出した高電圧Ｖｈは、減圧して出力することが好ましい。本実施例において、検出部６１０は、高電圧Ｖｈ＝−１２００Ｖを１／２００程度に減圧して、出力する。
【００５４】
検出部６２０は、検出部６１０が検出した高電圧Ｖｈと基準電圧との偏差をトランジスタＱ３のベースに供給する。本実施例において、検出部６２０は、ダイオードＺＤ３のツェナー電圧を基準電圧として用いている。具体的には、本実施例において、基準電圧（ダイオードＺＤ３のツェナー電圧）は、６Ｖである。
【００５５】
制御部において、トランジスタＱ３は、検出部６１０、６２０が検出した偏差に基づき、高電圧Ｖｈが一定となるように高圧発生回路５３をフィードバック制御する。具体的には、トランジスタＱ３は、検出部６１０、６２０が検出した偏差がベースに供給され、検出部６１０、６２０が検出した偏差を減らすように、電源端子Ｖｉｎから高圧トランス５０の１次コイル５１に供給される電力を制御する。
【００５６】
図４は図１に示した表面電位検出装置のセンサ部及び電位検出回路を含む部分について、更に具体的に示す回路図である。図１に示した４個の電位センサ１０〜４０のそれぞれは、同様の構成になるので、ここでは、電位センサ１０について、代表的に説明する。
【００５７】
電位センサ１０のセンサ部１１０は、検出電極１１１と、チョッパ１１２と、プリアンプ１１３とを含む。
【００５８】
チョッパ１１２は、感光ドラムＣと、検出電極１１１との間の電界を周期的にチョッピングする。その具体的構造は既に知られている。例えば、チョッパ１１２は、音叉１６１の自由端側に圧電振動子１６２、１６３、及び金属片１１４を取付けて構成される。このチョッパ１１２は、金属片１１４が感光ドラムＣ（図２参照）の表面と検出電極１１１との間に配置されるように備えられる。
【００５９】
圧電振動子１６２は、所定の周波数の駆動信号が与えられ、音叉１６１を所定の周波数で励振する。音叉１６１の励振により、金属片１１４が振動すると、感光ドラムＣと検出電極１１１との間の静電容量が、無励振時の静電容量Ｃｏを中心に、略正弦波状に増減し、それに対応して、交流信号が出力される。また、音叉１６１の励振は、圧電振動子１６３によって検出される。
【００６０】
プリアンプ１１３は、検出電極１１１から出力された交流信号のインピーダンスを、ローインピーダンスに変換する回路である。更に具体的には、プリアンプ１１３は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で構成された増幅素子Ｑ０、ゲート抵抗Ｒ１及びソース抵抗Ｒ２を含み、増幅素子Ｑ０を構成するＦＥＴのソースが、抵抗Ｒ２を通して、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１に接続されている。コモングランド電位Ｖｃｏｍ１は、フレーム接地電位ＧＮＤから浮いて（フローティング）いる。
【００６１】
検出電極１１１に現れた交流信号は、増幅素子Ｑ０のゲートに加えられ、増幅素子Ｑ０が動作すると、増幅素子Ｑ０の入力側で見たハイインピーダンス信号が、ローインピーダンス信号にインピーダンス変換され、増幅素子Ｑ０のドレインＤに検出信号Ｓ１１が現れる。プリアンプ１１３から出力された検出信号Ｓ１１は、増幅回路１２１に供給される。
【００６２】
駆動回路１２５は、オペアンプＩＣ５、抵抗Ｒ１８、Ｒ１７、Ｒ１６及びコンデンサＣ１２を含み、圧電振動子１６２に駆動信号を与え、圧電振動子１６３から出力された信号を検出する。オペアンプＩＣ５は、この圧電振動子１６３から出力された信号により、正帰還がかけられ、次の駆動信号を圧電振動子１６２に印加する。この動作の繰り返しにより、音叉１６１が特定の周波数（例えば６８０Ｈｚ）で振動を継続する。
【００６３】
増幅回路１２１は、オペアンプＩＣ６、抵抗Ｒ８７、Ｒ８９、コンデンサＣ１０を含み、検出信号Ｓ１１を増幅する。増幅回路１２１によって増幅された信号は、検波回路１２２に供給される。
【００６４】
検波回路１２２は、スイッチ素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ５及び抵抗Ｒ９を含む。検波回路１２２は、駆動回路１２５から、ＦＥＴＱ５のゲートに供給される駆動信号に基づき、増幅回路１２１から供給される信号を同期検波する。
【００６５】
平滑回路１２６は、、コンデンサＣ１１と、抵抗Ｒ１１とを含む。検波回路１２２で同期検波された信号は、平滑回路１２６で平滑された後、積分回路１２３に供給される。
【００６６】
積分回路１２３はオペアンプＩＣ２、コンデンサＣ６、抵抗Ｒ１２を含み、平滑回路１２６を介して検波回路１２２から供給された信号と、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１とを用いて直流の電圧信号Ｓ１２を生成する。
【００６７】
電圧変換回路１３０は、抵抗Ｒ３０と，トランジスタＱ９とを含み、ドロッパ回路を構成する。具体的には、トランジスタＱ９のコレクタは、フレーム接地電位ＧＮＤに接続される。トランジスタＱ９のエミッタは、積分回路１２３から電圧信号Ｓ１２が供給される。トランジスタＱ９のベースは、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１に接続され、抵抗Ｒ３０を介して高電圧Ｖｈが供給される。例えば、Ｒ３０は、９ＭΩ程度であることが好ましい。
【００６８】
この電圧変換回路１３０は、高圧トランス５０から共通に供給された高電圧Ｖｈを、電圧信号Ｓ１２により制御して、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１を生成する。コモングランド電位Ｖｃｏｍ１は、積分回路１２３にフィードバックされる。これにより、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１が、感光ドラムＣの電位Ｖｃとほぼ等しくなるような帰還制御が加わる。
【００６９】
出力回路１４０はオペアンプＩＣ７、抵抗Ｒ４１、Ｒ４２を含み、入力されたコモングランド電位Ｖｃｏｍ１を減圧し、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１として出力する。例えば、出力回路１４０は、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１を１／２００程度に減圧して出力することが好ましい。
【００７０】
図５は図４に示したＤＣ／ＤＣコンバータについて、更に具体的に示す回路図である。図において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４は、１次回路３６と、２次回路３５と、変換トランスＴ１とを含む。
【００７１】
変換トランスＴ１は、１つの入力コイルＮｐ１と、複数の出力コイルＮｓ１、Ｎｓ２、Ｎｓ３、Ｎｓ４と、補助巻線Ｎｂ１とを含む。出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４のそれぞれは、センタータップを含み、入力コイルＮｐ１から絶縁されている。出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４のセンタータップは、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１〜Ｖｃｏｍ４のそれぞれに接続されている。
【００７２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３４は、電源端子Ｖｉｎから変換トランスＴ１の入力コイルＮｐ１に供給された電圧をスイッチング素子Ｑ１によってスイッチングする。補助巻線Ｎｂ１は、抵抗Ｒ２２を介してトランジスタＱ１のベースに帰還信号を供給する。変換トランスＴ１の出力コイルＮｓ１〜Ｎｓ４には、スイッチング動作に伴って交流電圧が生じ、この交流電圧はダイオードＤ１、Ｄ２によって整流され、コンデンサＣ４、Ｃ５によって平滑される。そして、出力コイルＮｓ１の一端側には、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１を基準として、正の電位を有する直流電圧＋Ｖｃｃが生成され、出力コイルＮｓ１の他端側には、コモングランド電位Ｖｃｏｍ１を基準として、負の電位を有する直流電圧−Ｖｃｃが生成される。この直流電圧＋Ｖｃｃ及び−Ｖｃｃは、電位センサ１０に含まれるオペアンプ等に供給される。
【００７３】
次に、図６乃至図１１を用いて、本発明に係る表面電位検出装置と比較される表面電位検出装置の動作を説明する。本発明に係る表面電位検出装置と比較される表面電位検出装置は、図１乃至図５に示した本実施例に係る表面電位検出装置から電圧制御部６０を除いた構成を有する。
【００７４】
図６乃至図１１は、感光ドラムＣ〜Ｋの電位Ｖｃ〜Ｖｋを急変させたときの特性を示すものであり、このような電位Ｖｃ〜Ｖｋの急変は、例えば、表面電位検出装置の検査時において行われる。
【００７５】
図６、図８、図１０は、感光ドラムＣ〜Ｋの電位Ｖｃ〜Ｖｋ、及び、電圧変換回路に供給される高電圧Ｖｈを示す特性図、図７、図９、図１１は、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４を示す特性図である。ここで、図８、図１０においては、電圧変換回路に供給される高電圧Ｖｈを示す特性図を省略する。
【００７６】
まず、図６において、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、感光ドラムＣ、Ｍ、Ｙの電位Ｖｃ、Ｖｍ、Ｖｙを急変させたとき、図６（ｅ）に示すように、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈは、例えば、−１２００Ｖから−１１００Ｖに急変する。
【００７７】
本発明に係る表面電位検出装置と比較される表面電位検出装置は、この高電圧Ｖｈの急変により、図７（ｄ）に示すように、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ４にリップル電圧が生じるので、表面電位を高精度に検出できなくなる。
【００７８】
図７に示したリップル電圧は、感光ドラムＣ〜Ｋを緩やかに変化させたときには、生じない。また、このリップル電圧は、感光ドラムＣ〜Ｋの電位には、あまり依存せず、最大値が数十〜数百ｍＶになる。また、リップル電圧の時間幅（例えば、本実施例においては２０ｍｓ）は、積分回路１２３等の回路定数に依存するものである。
【００７９】
また、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、感光ドラムＭ、Ｙの電位Ｖｍ、Ｖｙを急変させたとき、図９（ａ）、（ｄ）に示すように、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ４にリップル電圧が生じ、表面電位を高精度に検出できなくなる。
【００８０】
更に、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、感光ドラムＹの電位Ｖｙを急変させたとき、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すように、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２、Ｖｏｕｔ４にリップル電圧が生じ、表面電位を高精度に検出できなくなる。
【００８１】
次に、図１２乃至図１３を用いて、本発明に係る表面電位検出装置の動作を説明する。図１２は、感光ドラムＣ〜Ｋの電位Ｖｃ〜Ｖｋ、及び、電圧変換回路に供給される高電圧Ｖｈを示す特性図、図１３は、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４を示す特性図である。
【００８２】
図１２において、本発明に係る表面電位検出装置は、図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、感光ドラムＣ、Ｍ、Ｙの電位Ｖｃ、Ｖｍ、Ｖｙを急変させたときでも、図１２（ｅ）に示すように、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈが、例えば、−１２００Ｖに保たれる。
【００８３】
このため、図１３（ｄ）に示すように、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ４にリップル電圧が生じないので、表面電位を高精度に検出できる。
【００８４】
また、本発明に係る表面電位検出装置は、図１２と同様に、電位Ｖｃ〜Ｖｋのうちの１つ、又は２つを急変させた場合でも、電圧変換回路１３０〜４３０に供給される高電圧Ｖｈが、例えば、−１２００Ｖに保たれる。このため、図１３と同様に、表面電位検出信号Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４にリップル電圧が生じないので、表面電位を高精度に検出できる。
【００８５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）形状大型化、重量増加、消費電力の増大、及び、コストアップを抑え得る表面電位検出装置を提供することができる。
（ｂ）複数の被測定体の電位を同時、かつ、連続的に検出し得る表面電位検出装置を提供することができる。
（ｃ）高精度に表面電位を検出し得る表面電位検出装置を提供することができる。
【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構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示した表面電位検出装置のセンサ部及び電位検出回路について、更に具体的に示すブロック図である。
【図３】図１に示した表面電位検出装置の高圧発生回路及び電圧制御部を含む部分について、更に具体的に示す回路図である。
【図４】図１に示した表面電位検出装置のセンサ部及び電位検出回路を含む部分について、更に具体的に示す回路図である。
【図５】図４に示したＤＣ／ＤＣコンバータについて、更に具体的に示す回路図である。
【図６】本発明に係る表面電位検出装置と比較される表面電位検出装置の感光ドラムの電位、及び、電圧変換回路に供給される高電圧を示す特性図である。
【図７】本発明に係る表面電位検出装置と比較される表面電位検出装置の表面電位検出信号を示す特性図である。
【図８】本発明に係る表面電位検出装置と比較される表面電位検出装置の感光ドラムの電位、及び、電圧変換回路に供給される高電圧を示す別の特性図である。
【図９】本発明に係る表面電位検出装置と比較される表面電位検出装置の表面電位検出信号を示す別の特性図である。
【図１０】本発明に係る表面電位検出装置と比較される表面電位検出装置の感光ドラムの電位、及び、電圧変換回路に供給される高電圧を示す更に別の特性図である。
【図１１】本発明に係る表面電位検出装置と比較される表面電位検出装置の表面電位検出信号を示す更に別の特性図である。
【図１２】本発明に係る表面電位検出装置の感光ドラムの電位、及び、電圧変換回路に供給される高電圧を示す特性図である。
【図１３】本発明に係る表面電位検出装置の表面電位検出信号を示す特性図である。
【符号の説明】
６０ 電圧制御部
５０ 高圧トランス
５１ １次コイル
５２ ２次コイル
１０、２０、３０、４０ 電位センサ
１１０、２１０、３１０、４１０ センサ部
１２０、２２０、３２０、４２０ 電位検出回路
１３０、２３０、３３０、４３０ 電圧変換回路
Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ 感光ドラム
Ｖｈ 高電圧

Claims (3)

1. 単一の高圧発生回路と、複数の電位センサと、１つの電圧制御部とを含む表面電位検出装置であって、
   前記高圧発生回路は、
   １つの高圧トランスと、整流回路とを含み、
   前記高圧トランスの１次コイルを継続的に自励発振動作させることによって前記１次コイルから絶縁された２次コイルに高圧の交流電圧を発生させ、
   この高圧の交流電圧を前記整流回路で整流することによって直流の高電圧を生成し、前記複数の電位センサに共通に出力する回路であり、
   前記電圧制御部は、前記直流の高電圧を検出し、前記直流の高電圧が一定となるように前記高圧発生回路をフィードバック制御し、
   前記複数の電位センサのそれぞれは、センサ部と、電位検出回路と、電圧変換回路とを含み、互いに独立しており、
   前記センサ部は、被測定体の電位に対応する検出信号を生成し、
   前記電位検出回路は、前記被測定体の電位に対応するコモングランド電位と、前記センサ部から供給された前記検出信号とを用いて電圧信号を生成し、
   前記電圧変換回路は、前記直流の高電圧を、前記電圧信号により制御して、前記コモングランド電位を生成し前記電位検出回路にフィードバックし、
   前記電位センサの前記コモングランド電位のそれぞれは、表面電位検出信号として、同時かつ連続的に出力される
   表面電位検出装置。
2. 請求項１に記載された表面電位検出装置であって、
   前記電圧制御部は、検出部と、制御部とを含み、
   前記検出部は、前記電圧変換回路に供給された前記直流の高電圧を検出し、
   前記制御部は、前記検出部から供給される検出信号と、基準信号との偏差を減らすように、前記１次コイルに供給される電力を制御する
   表面電位検出装置。
3. 請求項１又は２の何れかに記載された表面電位検出装置であって、
   前記電位検出回路のそれぞれは、検波回路と、積分回路とを含み、
   前記検波回路は、前記センサ部から供給された前記検出信号を検波して出力し、
   前記積分回路は、前記コモングランド電位と、前記検波回路から供給された信号とを用いて電圧信号を生成する
   表面電位検出装置。

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