JP2730361B2 - 表面電位検出装置 - Google Patents

表面電位検出装置

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JP2730361B2
JP2730361B2 JP3316202A JP31620291A JP2730361B2 JP 2730361 B2 JP2730361 B2 JP 2730361B2 JP 3316202 A JP3316202 A JP 3316202A JP 31620291 A JP31620291 A JP 31620291A JP 2730361 B2 JP2730361 B2 JP 2730361B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の表面電位を非接
触状態で検出するための表面電位検出装置(以下、電位
センサという)に係り、特には、振動容量型といわれる
電位センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、複写機やプリンタの感光体ド
ラムなどの表面電位を検出する際に用いられる電位セン
サのうちには、図1及び図2で示すように構成されて振
動容量型といわれるものがある。すなわち、この振動容
量型といわれる電位センサは、圧電音叉1と、回路基板
2と、これらを収納する導電性ケース3とを備えたもの
であり、この回路基板2上には、図3で示すように構成
されて単電源型といわれる音叉駆動回路5や各種の信号
処理回路(図示していない)が組みつけられている。
【0003】そして、被検出面Sと対面する導電性ケー
ス3の所定部位には開口窓部3aが形成されており、こ
の開口窓部3aを介して被検出面Sと対面する圧電音叉
1の外側に位置する脚部1aの自由端側外面にはフレキ
シブル基板6を介して検出電極7が貼着されている。そ
こで、この検出電極7に対しては、被検出面Sから放射
された電気力線が開口窓部3aを通ったうえで入射する
ことになる。
【0004】また、この圧電音叉1の脚部1a,1bそ
れぞれの基端側内面には、これらを開閉操作するための
圧電セラミックス振動子8,9が貼着されており、その
外側に位置する脚部1aに貼着された圧電セラミックス
振動子8には音叉駆動回路5の駆動電極5aが接続され
る一方、圧電音叉1の内側に位置する脚部1bに貼着さ
れた圧電セラミックス振動子9には、同じ音叉駆動回路
5のフィードバック電極5bが接続されている。なお、
この駆動電極5aからは、図4で示すような波形の出力
電圧が出力されることになる。
【0005】したがって、音叉駆動回路5からの出力に
よって圧電音叉1を駆動させると、その外側に位置する
脚部1aに貼着された検出電極7が被検出面Sと対面し
ながらその法線方向に沿って振動することになり、表面
電位をもつ被検出面Sと検出電極7との間で振動容量コ
ンデンサが形成される。そして、このとき、被検出面S
の表面電位によって発生した電界は検出電極7にコンデ
ンサ容量と表面電位に応じた電荷を誘起することにな
り、この検出電極7には表面電位に比例した交流電流が
流れることになる結果、被検出面Sの表面電位が被検出
電圧として検出されることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来構
造とされた電位センサを用いて被検出面Sの表面電位を
検出した際におけるセンサ出力電圧と被検出電圧との関
係を精査してみると、図5で示すように、両電圧の相関
関係を示す線図の原点付近で被検出電圧のリニアリティ
(直線性)が急激に悪化しており、被検出電圧が低電位
である場合ほど検出誤差が大きく現れることが明らかと
なった。そこで、このようなリニアリティの悪化が生じ
る原因について発明者が種々検討したところ、音叉駆動
回路5、特には、その駆動電極5aで発生した電磁ノイ
ズが検出電極7に混入することに起因してリニアリティ
の悪化が生じるのであり、駆動電極5aの出力電圧が高
い場合ほど大きな電磁ノイズが発生することが判明し
た。
【0007】そして、発明者がさらに調査したところに
よれば、従来の電位センサにおいては、駆動電極5aの
出力電圧が高ければ圧電音叉1を閉じるように変位し、
また、駆動電極5aの出力電圧が低ければ圧電音叉1を
開くように変位する圧電セラミックス振動子8,9が圧
電音叉1の脚部1a,1bに貼着されている場合のある
ことが分かった。すなわち、このようになっていると、
駆動電極5aの出力電圧が高くなるほど圧電音叉1の外
側に位置する脚部1aが駆動電極5aに近づくことにな
り、この脚部1aに貼着された検出電極7に対して電磁
ノイズが混入しやすくなる結果、ますますリニアリティ
の悪化が増大することになってしまう。
【0008】本発明は、このような知見に基づいて創案
されたものであって、被検出電圧のリニアリティを改善
することができ、検出誤差の低減化を図ることができる
電位センサの提供を目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、回路基板と平行で、かつ被検出面
の法線方向に沿って振動するよう基端部が支持台を介し
たうえで回路基板に固定された圧電音叉と、同一極性の
高電圧と低電圧とを交互に出力して圧電音叉を駆動する
音叉駆動回路とを備えており、圧電音叉の脚部それぞれ
に貼着された圧電セラミックス振動子の一方には音叉駆
動回路の駆動電極が接続され、かつ、駆動電極と被検出
面との間の上記法線方向に沿った間隔が、検出電極と被
検出面との間の上記法線方向に沿った間隔よりも長く設
定された表面電位検出装置において、圧電セラミックス
振動子は、駆動電極の出力電圧が高ければ圧電音叉を開
くように、また、低ければ圧電音叉を閉じるように変位
するものであることを特徴としている。
【0010】
【作用】上記構成によれば、駆動電極の出力電圧が高け
れば圧電音叉の脚部それぞれは開くことになり、検出電
極はこれが貼着された脚部とともに駆動電極から遠ざか
ることになるから、この検出電極に対しては駆動電極で
発生した電磁ノイズが混入しにくくなる。また、駆動電
極の出力電圧が低い場合には、圧電音叉の脚部が閉じる
ことによって検出電極が駆動電極に近づくことになる
が、この場合には、駆動電極で発生する電磁ノイズ自体
が小さいのであるから、この電磁ノイズが検出電極に混
入しても大きな悪影響は生じないことになる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0012】図1は本実施例にかかる電位センサの構造
を簡略化して示す一部破断平面図、図2はその要部構造
を拡大して示す断面図であり、図3はその音叉駆動回路
の構成を示す等価回路図である。なお、本実施例にかか
る電位センサの基本構造は従来例と異なっておらず、こ
れを構成する圧電セラミックス振動子の変位方向が異な
るのみであるから、従来例と同一の図1ないし図3に基
づいて本実施例の説明を行うこととする。
【0013】本実施例にかかる電位センサは振動容量型
といわれるものであり、この電位センサは、回路基板2
と平行で、かつ被検出面Sの法線方向に沿って振動する
圧電音叉1と、これを駆動する単電源型の音叉駆動回路
5や各種の信号処理回路(図示していない)が組みつけ
られた回路基板2と、アルミニウムなどからなる箱型の
導電性ケース3とを備えており、圧電音叉1及び回路基
板2のそれぞれは導電性ケース3内に位置決めしたうえ
で収納されている。なお、回路基板2上に配設される信
号処理回路としては、圧電音叉1を駆動するための音叉
駆動回路5のほか、ソースフォロワ回路、バンドパスフ
ィルタ/増幅回路、整流回路、電源回路及び増幅/オフ
セット調整回路などがあり、音叉駆動回路5の駆動電極
5aからは図4で示すような波形、つまり、同一極性の
高電圧Hと低電圧Lとが交互に繰り返される波形の出力
電圧が圧電音叉1を駆動すべく出力されていることは従
来例と同様である。
【0014】また、この回路基板2の所定位置には略U
字形とされた圧電音叉1の基端部が支持台15を介して
固定されており、この圧電音叉1の脚部1a,1bのう
ちの外側、すなわち、被検出面S側に位置する脚部1a
の自由端側外面にはフレキシブル基板6を介して検出電
極7が貼着されている。そして、この検出電極7は、ソ
ースフォロワ回路(図示していない)のゲート電極11
に接続されている。さらに、この検出電極7と対向する
導電性ケース3の所定部位には、被検出面Sと対面する
開口窓部3aが形成されている。そこで、この開口窓部
3aを介して被検出面Sと対面することになる検出電極
7には、被検出面Sからの電気力線が開口窓部3aを通
って入射することになる。なお、この際における駆動電
極5aと被検出面Sとの間の前記法線方向に沿った間隔
は、検出電極7と被検出面Sとの間の前記法線方向に沿
った間隔よりも長く設定されている。
【0015】さらに、この圧電音叉1の脚部1a,1b
それぞれの基端側内面には圧電セラミックス振動子8,
9が貼着されており、圧電セラミックス振動子8には音
叉駆動回路5の駆動電極5aが接続される一方、圧電セ
ラミックス振動子9には同じ音叉駆動回路5のフィード
バック電極5bが接続されている。なお、ここで、圧電
セラミックス振動子8にはフィードバック電極5bが接
続され、また、圧電セラミックス振動子9には駆動電極
5aが接続されていても同様であることは勿論である。
そして、これらの圧電セラミックス振動子8,9は、駆
動電極5aの出力電圧が高ければ圧電音叉1を開くよう
に、また、駆動電極5aの出力電圧が低ければ圧電音叉
1を閉じるように変位するよう分極方向などが予め調整
されている。
【0016】したがって、音叉駆動回路5からの出力に
よって圧電音叉1を駆動させると、その外側に位置する
脚部1aに貼着された検出電極7は被検出面Sと対面し
ながらその法線方向に沿って振動することになる結果、
被検出面Sの表面電位が被検出電圧として検出されるこ
とになる。そして、このとき、駆動電極5aの出力電圧
が高ければ圧電音叉1の脚部1a,1bそれぞれは開く
ことになり、検出電極7はこれが貼着された脚部1aと
ともに駆動電極5aから遠ざかることになるから、この
検出電極7に対しては駆動電極5aで発生した電磁ノイ
ズが混入しにくくなる。また、駆動電極5aの出力電圧
が低い場合には、圧電音叉1の脚部1a,1bが閉じる
ことによって検出電極7が駆動電極5aに近づくことに
なるが、この場合には、駆動電極5aで発生する電磁ノ
イズ自体が小さいのであるから、この電磁ノイズが検出
電極7に混入しても大きな悪影響は生じないことにな
る。
【0017】ところで、本発明の発明者が本実施例に係
る電位センサの特性試験を実施してみたところ、被検出
電圧が50vである場合のリニアリティが1%程度改善
されることが確認されている。すなわち、本実施例に係
る電位センサを用いた場合であっても、センサ出力電圧
と被検出電圧との間には図5で示したと同様の相関関係
がみられるのであるが、両電圧の相関関係を示す線図の
原点付近における被検出電圧のリニアリティは従来例よ
りも改善されることになるのである。なお、このリニア
リティは(V1−V0)/V0×100%という式によっ
て表されるものであり、V0は図5中の被検出電圧10
0V時のセンサ出力電圧aと、被検出電圧800V時の
センサ出力電圧bの出力電圧値を用いてセンサの特性を
直線近似した際の被検出電圧50V時の仮想的な出力電
圧値を示し、また、V1は被検出電圧50V時の実際的
な出力電圧値を示している。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電位
センサにおいては、圧電音叉の脚部それぞれに貼着され
た圧電セラミックス振動子を駆動電極の出力電圧が高け
れば圧電音叉を開くように、また、低ければ圧電音叉を
閉じるように変位するものとしている。そこで、駆動電
極の出力電圧が高ければ圧電音叉の脚部に貼着された検
出電極は駆動電極から遠ざかることになり、この検出電
極に対しては駆動電極で発生した電磁ノイズが混入しに
くくなる。また、駆動電極の出力電圧が低い場合には、
圧電音叉の脚部が閉じることによって検出電極が駆動電
極に近づくことになるが、この場合には、駆動電極で発
生する電磁ノイズ自体が小さいのであるから、この電磁
ノイズが検出電極に混入しても大きな悪影響は生じない
ことになる。
【0019】その結果、本発明に係る電位センサによれ
ば、これによって非接触状態で検出される被検出物体の
表面電位を示す被検出電圧のリニアリティを改善するこ
とができ、この被検出電圧が低電位である場合に大きく
現れることになる検出誤差の低減化を図ることができる
という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例及び従来例に係る電位センサの構造を
簡略化して示す一部破断平面図である。
【図2】本実施例及び従来例に係る電位センサの要部構
造を拡大して示す断面図である。
【図3】本実施例及び従来例に係る音叉駆動回路の構成
を示す等価回路図である。
【図4】本実施例及び従来例に係る音叉駆動回路の駆動
電極からの出力電圧の波形を示す特性図である。
【図5】本実施例及び従来例に係る電位センサの出力電
圧と被検出電圧との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 圧電音叉 1a 脚部 1b 脚部 5 音叉駆動回路 5a 駆動電極 8 圧電セラミックス振動子 9 圧電セラミックス振動子 S 被検出面

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路基板(2)と平行で、かつ被検出面
    (S)の法線方向に沿って振動するよう基端部が支持台
    (15)を介したうえで回路基板(2)に固定された
    電音叉(1)と、同一極性の高電圧と低電圧とを交互に
    出力して圧電音叉(1)を駆動する音叉駆動回路(5)
    とを備えており、圧電音叉(1)の脚部(1a,1b)
    それぞれに貼着された圧電セラミックス振動子(8,
    9)の一方には音叉駆動回路(5)の駆動電極(5a)
    が接続され、かつ、駆動電極(5a)と被検出面(S)
    との間の上記法線方向に沿った間隔が、検出電極(7)
    と被検出面(S)との間の上記法線方向に沿った間隔よ
    りも長く設定された表面電位検出装置において、 圧電セラミックス振動子(8,9)は、駆動電極(5
    a)の出力電圧が高ければ圧電音叉(1)を開くよう
    に、また、低ければ圧電音叉(1)を閉じるように変位
    するものであることを特徴とする表面電位検出装置。
JP3316202A 1991-11-29 1991-11-29 表面電位検出装置 Expired - Lifetime JP2730361B2 (ja)

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