JP2007078447A - Electric potential measuring apparatus and image formation apparatus - Google Patents

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義貴 財津
Yoshikatsu Ichimura
好克 市村
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隆志 牛島
Atsushi Katori
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To relatively reduce electric power consumption by improving efficiency in the magnetic field generation of an electromagnetic coil and relatively reduce magnetic noise acting on the vicinity of the electromagnetic coil in an electric potential measuring apparatus to be driven through the use of the electromagnetic coil. <P>SOLUTION: The electric potential measuring apparatus includes a detection electrode 3 at a part opposed to an object to be measured 2, an oscillating member 1 having a magnetic body 9 arranged at another part, and the electromagnetic coil 10 fixed to the magnetic body 9. The periphery of the electromagnetic coil 10 is covered with a shield 12 made of a magnetic material except a part approximately opposed to the magnetic body 9. The relation of arrangement of the magnetic body 9 and the electromagnetic coil 10 can be reversed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電位測定装置、該電位測定装置を有する画像形成装置等に関するものである。 The present invention relates to a potential measuring device, an image forming apparatus having the potential measuring device, and the like.

従来、複写機やプリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置において、印刷画質向上のために感光ドラムの表面電位を測定して感光ドラムの帯電量を制御する手法がしばしば用いられている。感光ドラムの表面電位はこれと非接触で測定することが望ましく、この様な電位測定装置が一般的である。 Conventionally, in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile, a method of measuring the surface potential of a photosensitive drum and controlling the charge amount of the photosensitive drum is often used to improve the print image quality. It is desirable to measure the surface potential of the photosensitive drum in a non-contact manner, and such a potential measuring device is generally used.

こうした電位測定装置の測定原理としては、次の様な方式がしばしば利用されている。すなわち、検知電極を測定対象(被測定物体)に対向させてコンデンサを形成し、何らかの手段でこのコンデンサの容量を微小に変動させる。そして、これにより、検知電極から測定対象の表面電位に比例した振幅を有する電流信号を得るのである。 As a measurement principle of such a potential measuring device, the following method is often used. That is, a capacitor is formed with the detection electrode facing a measurement target (object to be measured), and the capacitance of the capacitor is slightly changed by some means. As a result, a current signal having an amplitude proportional to the surface potential of the measurement target is obtained from the detection electrode.

上記原理を、式を用いて以下に説明する。検知電極の面積をS、測定対象と検知電極との間の空間の誘電率をεとする。測定対象と検知電極との間の距離xを式(1)のように微小に変化させると、測定対象と検知電極との間に形成されるコンデンサの静電容量C(t)は式(2)のように表される。ここで、Δx(t)は周期関数であり、例えば、正弦波や三角波、パルスといった波形を表す関数である。また、周期関数を微分することによって得られる関数も周期関数となる。
x=x+Δx(t) [x≫|Δx(t)|]・・・(1)
C(t)=(ε・S)/(x+Δx(t))・・・(2)
The above principle will be described below using equations. Let S be the area of the detection electrode, and ε be the dielectric constant of the space between the measurement object and the detection electrode. When the distance x between the measurement object and the detection electrode is changed minutely as in Expression (1), the capacitance C (t) of the capacitor formed between the measurement object and the detection electrode is expressed by Expression (2). ). Here, Δx (t) is a periodic function, for example, a function representing a waveform such as a sine wave, a triangular wave, or a pulse. A function obtained by differentiating a periodic function is also a periodic function.
x = x 0 + Δx (t) [x 0 >> | Δx (t) |] (1)
C (t) = (ε · S) / (x 0 + Δx (t)) (2)

測定対象の表面電位をVとし、Vの変化は距離x(t)の変化に対して十分遅いと仮定すると、電流は電気量の時間微分で定義されることから検知電極から得る電流i(t)は式(3)のように表される。
i(t)=d(C(t)・V)/dt=V・d(C(t))/dt
≒−(ε・S)/x ・V・d(Δx(t))/dt・・・(3)
式(3)から、測定対象と検知電極との間の距離xを周期的かつ微小に変化させることにより、検知電極から測定対象の表面電位Vに比例した振幅を有する周期的な電流信号が得られることが分かる。
Assuming that the surface potential of the object to be measured is V and the change in V is assumed to be sufficiently slow with respect to the change in the distance x (t), the current i (t) obtained from the sensing electrode is defined by the time derivative of the quantity of electricity. ) Is expressed as in equation (3).
i (t) = d (C (t) · V) / dt = V · d (C (t)) / dt
≈− (ε · S) / x 0 2 · V · d (Δx (t)) / dt (3)
From the expression (3), a periodic current signal having an amplitude proportional to the surface potential V of the measurement object is obtained from the detection electrode by periodically and minutely changing the distance x between the measurement object and the detection electrode. You can see that

以上の様な原理による電位測定装置の例として、図9に示すものがある(特許文献1参照)。振動板1はその片端が基板8上に配置されたスペーサ4に不動に固定されており、振動板1の測定対象2に対向する面に検知電極3が配置され、その反対側の面(裏面)に永久磁石5が配置されている。永久磁石5の磁化方向は、基板8上に配置されている電磁コイル6の中心軸に平行であれば、N極の方向が振動板1側、電磁コイル6側のどちら側でもよい(ここでは永久磁石5の振動板1に対向する端がN極となるように磁化されている)。電磁コイル6の空芯部の内径は永久磁石5の外径よりも大きく、永久磁石5の先端はその空芯部内を移動することが可能である。 As an example of the potential measuring device based on the above principle, there is one shown in FIG. 9 (see Patent Document 1). One end of the diaphragm 1 is fixedly fixed to a spacer 4 disposed on the substrate 8, and the detection electrode 3 is disposed on the surface of the diaphragm 1 that faces the measurement object 2, and the opposite surface (back surface). ) Is provided with a permanent magnet 5. As long as the magnetization direction of the permanent magnet 5 is parallel to the central axis of the electromagnetic coil 6 disposed on the substrate 8, the N-pole direction may be on either the diaphragm 1 side or the electromagnetic coil 6 side (here, The end of the permanent magnet 5 facing the diaphragm 1 is magnetized so as to be an N pole). The inner diameter of the air core portion of the electromagnetic coil 6 is larger than the outer diameter of the permanent magnet 5, and the tip of the permanent magnet 5 can move in the air core portion.

駆動電源(図示されていない)から電磁コイル6に、電磁コイル6の振動板1に対向する面がN極となるように電流を供給すると、電流の大きさに比例した強度の磁場が発生し、永久磁石5は電磁コイル6から引力を受け、振動板1が図9の下方向に湾曲する。この状態で駆動電源から電磁コイル6に図9の上方向がS極となるように電流を供給すると、永久磁石5は電磁コイル6から斥力を受け、振動板1が図9の上方向に湾曲する。駆動電源から電磁コイル6に供給する電流の方向を周期的に反転させることにより、振動板1は図9の上下方向に周期的に振動し、振動板1上の検知電極3と測定対象2との間の距離も周期的に変化する。これにより、検知電極3と測定対象2との間の静電容量が周期的に変化し、測定対象2の表面電位に比例した電流信号が検知電極3から得られる。この電流信号を適切な信号処理手段(図示されていない)を用いて変換することにより、測定対象2の電位測定信号が得られる。 When a current is supplied from a driving power source (not shown) to the electromagnetic coil 6 so that the surface of the electromagnetic coil 6 facing the diaphragm 1 has an N pole, a magnetic field having an intensity proportional to the magnitude of the current is generated. The permanent magnet 5 receives an attractive force from the electromagnetic coil 6, and the diaphragm 1 is bent downward in FIG. In this state, when a current is supplied from the drive power source to the electromagnetic coil 6 so that the upper direction in FIG. 9 is the south pole, the permanent magnet 5 receives a repulsive force from the electromagnetic coil 6 and the diaphragm 1 is bent upward in FIG. To do. By periodically reversing the direction of the current supplied from the drive power source to the electromagnetic coil 6, the diaphragm 1 periodically oscillates in the vertical direction in FIG. The distance between also varies periodically. As a result, the capacitance between the detection electrode 3 and the measurement object 2 changes periodically, and a current signal proportional to the surface potential of the measurement object 2 is obtained from the detection electrode 3. By converting this current signal using an appropriate signal processing means (not shown), a potential measurement signal of the measurement object 2 is obtained.

また、特許文献1には、図10に示すように永久磁石5と電磁コイル6との位置関係を逆転させて配置した実施例も記載されており、上記と同様の手法で振動板1を振動させることが可能である。この実施例では、永久磁石5を磁性材料からなる磁気回路部材7の中央に直立するように配置することで、永久磁石5の先端近傍における磁場の強度を増大させている。これにより、振動板1の振幅が増大し、一定の測定対象2の電圧に対して、より大きな電流信号を得ることが可能となる。
特開平9−281167号公報
Patent Document 1 also describes an embodiment in which the positional relationship between the permanent magnet 5 and the electromagnetic coil 6 is reversed as shown in FIG. 10, and the diaphragm 1 is vibrated by the same method as described above. It is possible to make it. In this embodiment, the strength of the magnetic field in the vicinity of the tip of the permanent magnet 5 is increased by arranging the permanent magnet 5 so as to stand upright in the center of the magnetic circuit member 7 made of a magnetic material. Thereby, the amplitude of the diaphragm 1 is increased, and a larger current signal can be obtained with respect to a constant voltage of the measuring object 2.
JP-A-9-281167

近年、画像形成装置の小型化傾向により電位測定装置自身も小型化が求められており、電位測定装置の構成部品をより高密度に配置することが求められている。駆動源として電磁コイルを用いた電位測定装置において構成部品を高密度に配置する場合、次の様な問題が発生する。すなわち、電磁コイルと信号処理回路部とが近接することで、信号処理回路部が電磁コイルから受ける磁気ノイズが増大し、電位測定の精度が低下することになる。このとき、磁性材料からなるシールドで電磁コイルの周囲を完全に被覆すれば、信号処理回路部が電磁コイルから受ける磁気ノイズを低減させることが可能である。しかし、振動板に配置された永久磁石に到達する磁場も同時に低減させてしまうため、振動板の振幅が減少し、検知電極から得られる電流信号の大きさが減少する。以上より、磁性材料からなるシールドで電磁コイルの周囲を完全に被覆する手法では、ノイズの大きさが減少すると同時に信号の大きさが減少してしまうので、電位測定精度の低下を充分に解決することは困難である。 In recent years, the potential measuring apparatus itself has been required to be downsized due to the trend toward downsizing of the image forming apparatus, and the components of the potential measuring apparatus are required to be arranged at higher density. When component parts are arranged with high density in a potential measuring device using an electromagnetic coil as a drive source, the following problems occur. That is, when the electromagnetic coil and the signal processing circuit unit are close to each other, the magnetic noise received by the signal processing circuit unit from the electromagnetic coil increases, and the accuracy of the potential measurement decreases. At this time, if the periphery of the electromagnetic coil is completely covered with a shield made of a magnetic material, it is possible to reduce the magnetic noise that the signal processing circuit section receives from the electromagnetic coil. However, since the magnetic field reaching the permanent magnet arranged on the diaphragm is also reduced at the same time, the amplitude of the diaphragm is reduced, and the magnitude of the current signal obtained from the detection electrode is reduced. As described above, the method of completely covering the periphery of the electromagnetic coil with the shield made of a magnetic material sufficiently reduces the decrease in potential measurement accuracy because the signal size decreases at the same time as the noise size decreases. It is difficult.

上記課題に鑑み、本発明の電位測定装置は、検知電極と磁性体とを有する振動部材と、電磁コイルとを有する電位測定装置であって、前記電磁コイルの周囲が、前記磁性体に対向する部分を除いて磁性材料からなるシールドで覆われていることを特徴とする。より具体的には、測定対象に対向する部分に検知電極を備え、他の部分に磁性体を有する振動部材が振動可能に配される。そして、前記磁性体に対して電磁コイルが固定して配され、該電磁コイルの周囲が、前記磁性体にほぼ対向する部分を除いて磁性材料からなるシールドで覆われていることを特徴とする。また、他の構成では、本発明の電位測定装置は、検知電極と電磁コイルとを有する振動部材と、磁性体とを有する電位測定装置であって、前記電磁コイルの周囲が、前記磁性体にほぼ対向する部分を除いて磁性材料からなるシールドで覆われていることを特徴とする。より具体的には、測定対象に対向する部分に検知電極を備え、他の部分に電磁コイルを有する振動部材が振動可能に配される。そして、前記電磁コイルに対して磁性体が固定して配され、該電磁コイルの周囲が、前記磁性体にほぼ対向する部分を除いて磁性材料からなるシールドで覆われていることを特徴とする。 In view of the above problems, the potential measuring device of the present invention is a potential measuring device having a vibrating member having a detection electrode and a magnetic body, and an electromagnetic coil, and the periphery of the electromagnetic coil faces the magnetic body. It is covered with a shield made of a magnetic material except for the portion. More specifically, a vibration member having a detection electrode in a portion facing the measurement object and having a magnetic material in the other portion is arranged to be able to vibrate. An electromagnetic coil is fixedly arranged with respect to the magnetic body, and the periphery of the electromagnetic coil is covered with a shield made of a magnetic material except for a portion substantially facing the magnetic body. . In another configuration, the potential measuring device of the present invention is a potential measuring device having a vibrating member having a detection electrode and an electromagnetic coil, and a magnetic body, and the periphery of the electromagnetic coil is connected to the magnetic body. It is characterized by being covered with a shield made of a magnetic material except for the substantially opposing portions. More specifically, a vibration member having a detection electrode in a portion facing the measurement object and having an electromagnetic coil in the other portion is arranged to be able to vibrate. A magnetic body is fixedly arranged with respect to the electromagnetic coil, and the periphery of the electromagnetic coil is covered with a shield made of a magnetic material except for a portion substantially facing the magnetic body. .

また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、上記の電位測定装置と、電位測定装置より得られる出力信号を処理する信号処理装置と、画像形成手段を備える。そして、電位測定装置の検知電極が電位測定の対象と対向して配置され、画像形成手段が信号処理装置の信号検出結果に基づいて画像形成の制御を行うことを特徴とする。 In view of the above problems, an image forming apparatus of the present invention includes the above-described potential measuring device, a signal processing device that processes an output signal obtained from the potential measuring device, and an image forming unit. The detection electrode of the potential measuring device is arranged to face the target of potential measurement, and the image forming unit controls image formation based on the signal detection result of the signal processing device.

本発明の上記構成により、電磁コイルの磁性体に対する磁場発生効率が向上して、消費電力を比較的低減することができ、電磁コイルの近傍に与える磁気ノイズを比較的低減することができる。また、電磁コイルに近接して信号処理回路部を設けた場合において、信号処理回路部が受ける磁気ノイズを減少させることができるので、消費電力の低減と電位測定精度の向上の両方の効果を同時に得ることが可能となる。 With the above configuration of the present invention, the magnetic field generation efficiency of the electromagnetic coil with respect to the magnetic material can be improved, power consumption can be relatively reduced, and magnetic noise applied to the vicinity of the electromagnetic coil can be relatively reduced. In addition, when the signal processing circuit unit is provided close to the electromagnetic coil, the magnetic noise received by the signal processing circuit unit can be reduced, so that the effects of both reducing power consumption and improving potential measurement accuracy can be achieved simultaneously. Can be obtained.

以下に、本発明の作用・効果の原理を説明しつつ本発明の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described while explaining the principle of operation and effect of the present invention.

本発明の一実施形態の電位測定装置を図1に示す。本実施形態では、振動部材である平板状の振動板1は、その片端が基板8上に配置されたスペーサ4に不動に固定されており、振動板1の測定対象2に対向する面に検知電極3が配置され、その反対側の面に可動磁性体9が配置されている。一方、可動磁性体9に対して、電磁コイル10が基板8上に不動に配置されており、電磁コイル10の空芯部には磁性材料からなるコア11が挿入されている。電磁コイル10の周囲の面は、可動磁性体9にほぼ対向する部分に開口を有する磁性材料からなる開口付シールド12によって覆われている。ここで、上記「ほぼ対向する」とは、前記可動磁性体9と、前記シールド12の開口部分とが実質的に対向している関係にあることを示す。即ち、前記可動磁性体9と、前記シールド12の開口部分とが厳密に平行に配置されている必要は無く、また互いの中心位置がずれていても良い。ここでは、電磁コイル10はドーナツ形状であり、それに合わせて、シールド12は円筒形状で、その開口や可動磁性体9は円形である(図7参照)。 FIG. 1 shows a potential measuring device according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the flat diaphragm 1 which is a vibration member is fixed to a spacer 4 arranged at one end on a substrate 8 and is detected on the surface of the diaphragm 1 facing the measurement object 2. The electrode 3 is disposed, and the movable magnetic body 9 is disposed on the opposite surface. On the other hand, the electromagnetic coil 10 is immovably disposed on the substrate 8 with respect to the movable magnetic body 9, and a core 11 made of a magnetic material is inserted into the air core portion of the electromagnetic coil 10. The surface around the electromagnetic coil 10 is covered with a shield 12 with an opening made of a magnetic material having an opening in a portion substantially opposed to the movable magnetic body 9. Here, the phrase “substantially oppose” indicates that the movable magnetic body 9 and the opening portion of the shield 12 are substantially opposed to each other. That is, the movable magnetic body 9 and the opening portion of the shield 12 do not need to be arranged strictly in parallel, and their center positions may be shifted. Here, the electromagnetic coil 10 has a donut shape, and accordingly, the shield 12 has a cylindrical shape, and its opening and the movable magnetic body 9 have a circular shape (see FIG. 7).

勿論、本発明の電位測定装置の形態は上記形態に限らず、種々の形態が可能である。例えば、電磁コイルと磁性体の配置関係は逆転してもよいし(図2の例参照)、振動部材の振動態様もカンチレバー式のものの他に、中心軸の回りで回転方向に振動するもの(図3の例参照)なども可能である。また、振動部材における可動磁性体の配置箇所、電磁コイルの形状、シールドの形状、その開口の形状や数、磁性体の形状、コアの形状なども、四角ないし四角柱、多角ないし多角柱等、場合に応じて適宜決めればよい。さらに、シールドは、磁性体にほぼ対向する部分に何も存在しない開口を有する開口付シールドの他に、磁場を透過させる材料のアルミニウムなどの導体などで開口を塞いで、塵などの不要なものがシールド内に入るのを完全に防げるようにしたシールドでもよい。電磁コイルの空芯部の磁性材料からなるコアは、省略することも可能である。また、振動板自体が金属、シリコンなどの導電性材料からできていて、その測定対象対向面が検知電極部を兼ねる構成も可能である。 Of course, the form of the potential measuring device of the present invention is not limited to the above form, and various forms are possible. For example, the arrangement relationship between the electromagnetic coil and the magnetic body may be reversed (see the example in FIG. 2), and the vibration mode of the vibrating member is not only cantilever type, but also vibrates in the rotational direction around the central axis ( (See the example in FIG. 3). In addition, the location of the movable magnetic body in the vibration member, the shape of the electromagnetic coil, the shape of the shield, the shape and number of the openings, the shape of the magnetic body, the shape of the core, etc. What is necessary is just to determine suitably according to a case. Furthermore, in addition to the shield with an opening that has an opening that does not exist in the part that is almost opposite to the magnetic material, the shield closes the opening with a conductor such as aluminum, which is a material that transmits a magnetic field, and does not require dust. It is also possible to use a shield that can completely prevent from entering the shield. The core made of the magnetic material of the air core part of the electromagnetic coil can be omitted. Further, it is possible to adopt a configuration in which the diaphragm itself is made of a conductive material such as metal or silicon, and the surface to be measured also serves as the detection electrode unit.

要するに、振動部材の振動が支障なく行われるように、電磁コイルと磁性体の配置関係が確立されていればよい。そして、電磁コイルの磁性体に対する磁場発生効率が確保されて、不必要なところには磁場があまり洩れない様に、電磁コイルの周囲が、磁性体にほぼ対向する部分を除いて磁性材料からなるシールドで覆われていればよい。 In short, the arrangement relationship between the electromagnetic coil and the magnetic body only needs to be established so that the vibration of the vibration member can be performed without any problem. And the magnetic field generation efficiency with respect to the magnetic body of the electromagnetic coil is ensured, and the circumference of the electromagnetic coil is made of a magnetic material except for the portion substantially facing the magnetic body so that the magnetic field does not leak much in unnecessary places. It only needs to be covered with a shield.

上記実施形態の動作は次の様に行われる。駆動電源(図示されていない)からの電流供給及び遮断を周期的に電磁コイル10に対して繰り返すことにより、振動板1は図1の上下方向に周期的に振動し、振動板1上の検知電極3と測定対象2との間の距離も同じ周期で変化する。その結果、上述した原理に基づき、測定対象2の表面電位に比例した電流信号が検知電極3から得られる。この電流信号に信号処理回路部13を用いて検波、整流などの信号処理を施すことで、測定対象2の電位測定信号が得られる。 The operation of the above embodiment is performed as follows. By periodically supplying and interrupting current from a drive power source (not shown) to the electromagnetic coil 10, the diaphragm 1 periodically vibrates in the vertical direction of FIG. The distance between the electrode 3 and the measuring object 2 also changes with the same period. As a result, a current signal proportional to the surface potential of the measurement object 2 is obtained from the detection electrode 3 based on the principle described above. By applying signal processing such as detection and rectification to the current signal using the signal processing circuit unit 13, a potential measurement signal of the measurement object 2 is obtained.

この様な構成の電位測定装置において、電磁コイルの磁性体に対する磁場発生効率が確保できて、消費電力を比較的低減できる。これについて詳述する。 In the potential measuring device having such a configuration, the magnetic field generation efficiency for the magnetic material of the electromagnetic coil can be ensured, and the power consumption can be relatively reduced. This will be described in detail.

本発明における開口付シールド12などのシールドの作用は、電磁コイルの磁場発生効率の向上を図ることである。また、電磁コイルの近傍に信号処理回路部を配した場合において、信号処理回路部における磁場強度の低減という効果を発揮することである。これらの効果を検証するために、(a)空芯部に磁性材料からなるコア11を挿入した電磁コイル10のみの場合、(b)(a)の構成にさらに開口付シールド12を実装した場合、の2種類の場合について、比較する。一定の駆動電流に対する電磁コイル10の磁場強度の空間分布を図8(a)、(b)に示す。これらは数値解析を用いて求めたものである。結果を示す図中の小数点表示の数字は電磁コイル10の磁場強度を表す数値であり、図8(a)、(b)において磁場強度のスケールは共通している。また、この解析では、可動磁性体9、コア11、開口付シールド12の材料としてNi−Zn系フェライトを用いた場合を想定している。10kHzの交流磁場に対するNi−Zn系フェライトの実効比透磁率が300程度であるので、磁性材料からなる上記部材の比透磁率を300と設定している。 The action of the shield such as the shield with opening 12 in the present invention is to improve the magnetic field generation efficiency of the electromagnetic coil. Further, when the signal processing circuit unit is arranged in the vicinity of the electromagnetic coil, the effect of reducing the magnetic field strength in the signal processing circuit unit is exhibited. In order to verify these effects, (a) in the case of only the electromagnetic coil 10 in which the core 11 made of a magnetic material is inserted into the air core, (b) in the case where the shield 12 with an opening is further mounted in the configuration of (a) The two types of cases are compared. 8A and 8B show the spatial distribution of the magnetic field strength of the electromagnetic coil 10 with respect to a constant drive current. These are obtained using numerical analysis. The numbers in the decimal point in the figure showing the results are numerical values representing the magnetic field strength of the electromagnetic coil 10, and the scale of the magnetic field strength is common in FIGS. 8 (a) and 8 (b). In this analysis, it is assumed that Ni—Zn-based ferrite is used as the material of the movable magnetic body 9, the core 11, and the shield with opening 12. Since the effective relative magnetic permeability of the Ni—Zn ferrite with respect to an AC magnetic field of 10 kHz is about 300, the relative magnetic permeability of the member made of a magnetic material is set to 300.

可動磁性体9の近傍の磁場強度について、図8(a)と(b)を比較すると、(b)における可動磁性体9の近傍の磁場強度は(a)のそれと比較して2倍以上に増大している。このことから、開口付シールド12を実装することにより、電磁コイル10の磁場発生効率を2倍以上に向上させる効果が得られることが分かる。また、電磁コイル10の近傍の信号処理回路部13内部の磁場強度について、図8(a)と(b)を比較すると、(b)における信号処理回路部13内部の磁場強度は(a)のそれと比較して半分以下に減少している。このことから、開口付シールド12を実装することにより、信号処理回路部13が受ける磁気ノイズを約半分程度に低減させる効果が得られることが分かる。 8A and 8B, the magnetic field strength in the vicinity of the movable magnetic body 9 in (b) is more than twice that in (a). It is increasing. From this, it can be seen that the effect of improving the magnetic field generation efficiency of the electromagnetic coil 10 by two times or more can be obtained by mounting the shield 12 with the opening. 8A and 8B, the magnetic field strength in the signal processing circuit unit 13 in FIG. 8B is the same as that in FIG. 8A. Compared to that, it has decreased to less than half. From this, it can be seen that the effect of reducing the magnetic noise received by the signal processing circuit unit 13 to about half by mounting the shield with opening 12 is obtained.

以上より、開口付シールド12などのシールドを実装することにより、電磁コイルの磁場発生効率を向上させる効果が得られることが分かる。また、電磁コイルの近傍に信号処理回路部を配した場合でも、信号処理回路部が受ける磁気ノイズを低減させる効果が得られることが分かる。数値解析を用いて求めた上記結果は、磁気回路における漏れ磁束の理論から説明できるものである。こうした効果が、上記の如き実施形態に限らず、本発明の特徴的事項(すなわち、電磁コイルの周囲が、磁性体にほぼ対向する部分を除いて磁性材料からなるシールドで覆われること)を備える構成であれば達成されることは、こうした理論から明らかである。 From the above, it can be seen that the effect of improving the magnetic field generation efficiency of the electromagnetic coil can be obtained by mounting a shield such as the shield 12 with an opening. Further, it can be seen that the effect of reducing the magnetic noise received by the signal processing circuit unit can be obtained even when the signal processing circuit unit is arranged in the vicinity of the electromagnetic coil. The above results obtained by numerical analysis can be explained from the theory of leakage flux in the magnetic circuit. Such an effect is not limited to the embodiment as described above, and includes the characteristic matter of the present invention (that is, the periphery of the electromagnetic coil is covered with a shield made of a magnetic material except for a portion substantially facing the magnetic body). It is clear from these theories that this is achieved with construction.

本発明のより具体的な実施例を以下に説明する。
(実施例1)
本発明の第1の実施例として、磁性体を有するカンチレバー式の振動板を、開口付シールドが実装された電磁コイルによって振動させる電位測定装置の例を説明する。
More specific embodiments of the present invention will be described below.
Example 1
As a first embodiment of the present invention, an example of a potential measuring device that vibrates a cantilever diaphragm having a magnetic material by an electromagnetic coil on which an opening shield is mounted will be described.

本実施例の電位測定装置を図1に示す。振動板1は、その片端が基板8上に配置されたスペーサ4に固定されており、振動板1の測定対象2に対向する面に検知電極3が配置され、その反対側の面に可動磁性体9が配置されている。電磁コイル10は基板8上に配置されており、電磁コイル10の空芯部には磁性材料からなるコア11が挿入されている。電磁コイル10の周囲の面は、可動磁性体9に対向する面に開口を有する開口付シールド12によって覆われている。平板状の可動磁性体9の形状は、開口付シールド12の開口の形状に対応したものになっている(例えば、両者とも円形、四角形など)。 FIG. 1 shows the potential measuring apparatus of this example. One end of the vibration plate 1 is fixed to a spacer 4 disposed on the substrate 8, the detection electrode 3 is disposed on the surface of the vibration plate 1 facing the measurement object 2, and the movable magnetism is disposed on the opposite surface. A body 9 is arranged. The electromagnetic coil 10 is disposed on the substrate 8, and a core 11 made of a magnetic material is inserted into the air core portion of the electromagnetic coil 10. The surface around the electromagnetic coil 10 is covered with an opening shield 12 having an opening on the surface facing the movable magnetic body 9. The shape of the plate-shaped movable magnetic body 9 corresponds to the shape of the opening of the shield with opening 12 (for example, both are circular, square, etc.).

開口付シールド12を電磁コイル10に実装する手法の一例を以下に示す。図7(a)に示されるように、電磁コイル10の下面及び側面を覆う開口付シールド下部12aと上部の周辺部を覆う開口付シールド上部12bの2部品に分けて、開口付シールド12を作製する。そして、空芯部にコア11が挿入された電磁コイル10を開口付シールド下部12aに挿入した後に、開口付シールド上部12bを上から被せるように開口付シールド下部12aに磁気的ペーストなどで接着、または溶接する。シールドとコアの磁性材料は同じものでもよいし、異なったものでもよい。また、開口付シールド下部12aの下面(磁性体9にほぼ対向する部分の反対側のシールドの内側底面)に棒状のコア11を一体成形しておくことも可能である。図7(b)は、開口付シールド12を電磁コイル10に実装した状態を示す。図7(b)に示す様に、コア11の頂面は電磁コイル10の上面と揃っていて、シールド12の開口のレベルの下にあり、開口が完全に形成されて図9(b)に示す如く洩れ磁束が生じ、磁性体9に対する電磁コイルの磁場発生効率が向上する様になっている。 An example of a method for mounting the shield 12 with the opening on the electromagnetic coil 10 will be described below. As shown in FIG. 7 (a), the shield 12 with an opening is manufactured by dividing it into two parts: a shield lower portion 12a with an opening covering the lower and side surfaces of the electromagnetic coil 10 and an shield upper portion 12b with an opening covering the upper peripheral portion. To do. Then, after the electromagnetic coil 10 having the core 11 inserted in the air core portion is inserted into the shield lower portion 12a with an opening, it is adhered to the shield lower portion 12a with an opening with a magnetic paste or the like so as to cover the shield upper portion 12b with an opening. Or weld. The magnetic material of the shield and the core may be the same or different. It is also possible to integrally form the rod-shaped core 11 on the lower surface of the shield lower portion 12a with an opening (the inner bottom surface of the shield on the opposite side of the portion substantially facing the magnetic body 9). FIG. 7B shows a state where the shield 12 with opening is mounted on the electromagnetic coil 10. As shown in FIG. 7 (b), the top surface of the core 11 is aligned with the upper surface of the electromagnetic coil 10 and is below the level of the opening of the shield 12, and the opening is completely formed in FIG. 9 (b). As shown, a leakage magnetic flux is generated, and the magnetic field generation efficiency of the electromagnetic coil with respect to the magnetic body 9 is improved.

上記構成において、駆動電源(図示されていない)から電磁コイル10に電流を供給すると、電流の大きさに比例した強度の磁場が発生し、これに応じて磁化される可動磁性体9は電磁コイル10から引力を受け、振動板1が図1の下方向に湾曲する。この状態で駆動電源からの電流供給を遮断すると、上記磁場と磁化が消えて可動磁性体9が電磁コイル10から受けていた引力が消滅し、振動板1の弾性力により振動板1は図1の上方向に湾曲する。駆動電源からの電流供給及び遮断を周期的に繰り返すことにより、振動板1は図1の上下方向に周期的に振動し、振動板1上の検知電極3と測定対象2との間の距離も同じ周期で変化する。その結果、検知電極3から測定対象2の表面電位に比例した電流信号が得られる。この電流信号に信号処理回路部13を用いて検波、整流などの信号処理を施すことで、測定対象2の電位測定信号が得られる(検知電極3と信号処理回路部13とを接続する配線は図1には示されていない)。 In the above configuration, when a current is supplied to the electromagnetic coil 10 from a driving power source (not shown), a magnetic field having an intensity proportional to the magnitude of the current is generated, and the movable magnetic body 9 magnetized in accordance with this generates the magnetic coil 9. The diaphragm 1 receives the attractive force from 10 and bends downward in FIG. When the current supply from the drive power supply is interrupted in this state, the magnetic field and magnetization disappear, the attractive force received by the movable magnetic body 9 from the electromagnetic coil 10 disappears, and the diaphragm 1 is shown in FIG. Curve upward. By periodically repeating the current supply and interruption from the drive power source, the diaphragm 1 periodically vibrates in the vertical direction in FIG. 1, and the distance between the detection electrode 3 on the diaphragm 1 and the measurement object 2 is also increased. It changes with the same period. As a result, a current signal proportional to the surface potential of the measuring object 2 is obtained from the detection electrode 3. By performing signal processing such as detection and rectification on the current signal using the signal processing circuit unit 13, a potential measurement signal of the measurement target 2 is obtained (the wiring connecting the detection electrode 3 and the signal processing circuit unit 13 is not connected). Not shown in FIG. 1).

本実施例においては、開口付シールド12の存在により、可動磁性体9に対する電磁コイル10の磁場発生効率が向上すると同時に信号処理回路13が受ける磁気ノイズは減少する。従って、開口付シールド12の存在により、消費電力の低減と電位測定精度の向上の両方の効果を同時に得ることが可能となる。また、電磁コイル10の空芯部に磁性材料からなるコア11を挿入しているので、さらに電磁コイルの磁場発生効率を向上させ電磁コイルの消費電力を低減させることが可能となる。この構成は、電位測定装置の小型化により電源供給部の小型化が必要となり電磁コイルに供給可能な電力が制限される場合、電磁コイルの消費電力の低減という要求に答えることになる。 In this embodiment, due to the presence of the shield 12 with the opening, the magnetic field generation efficiency of the electromagnetic coil 10 with respect to the movable magnetic body 9 is improved, and at the same time, the magnetic noise received by the signal processing circuit 13 is reduced. Therefore, the presence of the shield 12 with the opening makes it possible to obtain both the effects of reducing the power consumption and improving the potential measurement accuracy at the same time. Further, since the core 11 made of a magnetic material is inserted into the air core portion of the electromagnetic coil 10, it is possible to further improve the magnetic field generation efficiency of the electromagnetic coil and reduce the power consumption of the electromagnetic coil. This configuration responds to the demand for reducing the power consumption of the electromagnetic coil when the power supply unit needs to be downsized due to the downsizing of the potential measuring device and the power that can be supplied to the electromagnetic coil is limited.

(実施例2)
本発明の第2の実施例として、開口付シールドが実装された電磁コイルを有するカンチレバー式の振動板を、基板に固定された磁性体に対向させることにより振動させる電位測定装置の例を説明する。
(Example 2)
As a second embodiment of the present invention, an example of a potential measuring device that vibrates a cantilever type diaphragm having an electromagnetic coil mounted with an opening shield by facing a magnetic body fixed to the substrate will be described. .

本実施例の電位測定装置を図2に示す。振動板1は、その片端が基板8上に配置されたスペーサ4に固定されている。そして、振動板1の測定対象2に対向する面に検知電極3が配置され、その反対側の面に電磁コイル10が配置されている。電磁コイル10の空芯部には磁性材料からなるコア11が挿入されており、電磁コイル10の周囲の面は、基板8上に配置されている固定磁性体14に対向する部分に開口を有する開口付シールド12によって覆われている。その他の点は、第1の実施例と同様である。 FIG. 2 shows the potential measuring apparatus of this example. One end of the diaphragm 1 is fixed to a spacer 4 disposed on the substrate 8. And the detection electrode 3 is arrange | positioned at the surface facing the measuring object 2 of the diaphragm 1, and the electromagnetic coil 10 is arrange | positioned at the surface on the opposite side. A core 11 made of a magnetic material is inserted into the air core portion of the electromagnetic coil 10, and the surface around the electromagnetic coil 10 has an opening at a portion facing the fixed magnetic body 14 disposed on the substrate 8. Covered by the shield 12 with the opening. The other points are the same as in the first embodiment.

本実施例でも、駆動電源(図示されていない)から電磁コイル10に電流を供給すると、電流の大きさに比例した強度の磁場が発生し、電磁コイル10は固定磁性体14から引力を受け、振動板1が図2の下方向に湾曲する。この状態で駆動電源からの電流供給を遮断すると、電磁コイル10が固定磁性体14から受けていた引力が消滅し、振動板1の弾性力により振動板1は図2の上方向に湾曲する。駆動電源からの電流供給及び遮断を周期的に繰り返すことにより、振動板1は図2の上下方向に周期的に振動し、振動板1上の検知電極3と測定対象2との間の距離も同じ周期で変化する。その結果、検知電極3から測定対象2の表面電位に比例した電流信号が得られる。この電流信号に信号処理回路部13を用いて検波、整流などの信号処理を施すことで測定対象2の電位測定信号を得る(検知電極3と信号処理回路部13とを接続する配線は図2には示されていない)。 Also in this embodiment, when a current is supplied to the electromagnetic coil 10 from a drive power source (not shown), a magnetic field having an intensity proportional to the magnitude of the current is generated, and the electromagnetic coil 10 receives an attractive force from the fixed magnetic body 14. The diaphragm 1 is bent downward in FIG. When the current supply from the drive power supply is interrupted in this state, the attractive force received by the electromagnetic coil 10 from the fixed magnetic body 14 disappears, and the diaphragm 1 is bent upward by the elastic force of the diaphragm 1. By periodically repeating the current supply and interruption from the drive power source, the diaphragm 1 periodically vibrates in the vertical direction of FIG. 2, and the distance between the detection electrode 3 on the diaphragm 1 and the measurement object 2 is also increased. It changes with the same period. As a result, a current signal proportional to the surface potential of the measuring object 2 is obtained from the detection electrode 3. The current signal is subjected to signal processing such as detection and rectification using the signal processing circuit unit 13 to obtain a potential measurement signal of the measurement object 2 (the wiring connecting the detection electrode 3 and the signal processing circuit unit 13 is shown in FIG. 2). Not shown).

第1の実施例と比べて電磁コイルと磁性体の配置関係を逆転させた第2の実施例でも、第1の実施例と同様な効果が得られる。 In the second embodiment in which the arrangement relationship between the electromagnetic coil and the magnetic body is reversed as compared with the first embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

(実施例3)
本発明の第3の実施例として、磁極を持つ永久磁石を有する振動板がねじりバネによって支持されており、開口付シールドが実装された電磁コイルによって振動板をねじりバネを中心軸とした回転方向に振動させる電位測定装置の例を説明する。
(Example 3)
As a third embodiment of the present invention, a diaphragm having a permanent magnet having magnetic poles is supported by a torsion spring, and the diaphragm is rotated by an electromagnetic coil having a shield with an opening around the torsion spring as a central axis. An example of a potential measuring device that vibrates in the following manner will be described.

本実施例の電位測定装置の上面図を図3に示し、図3中のA−A’における断面図を図4に示す。振動板15は同一直線上に配置された2本のねじりバネ17a、17bを介して支持板18に連結されており、支持板18はスペーサ4を介して基板8に固定されている。振動板15の測定対象2に対向する面には2枚の検知電極16a、16bが配置されており、その反対側の面には可動永久磁石21が配置されている。検知電極16a、16bは、2本のねじりバネ17a、17bを通る直線に対して対称な位置及び形状となるように配置されている。また、可動永久磁石21の磁化方向は、振動板15に平行かつ2本のねじりバネ17a、17bを通る直線にほぼ直交する方向であればどちらがN極でもよい(ここでは、図4のように可動永久磁石21の右側端がN極となるように磁化されている)。永久磁石21の形態としては、平板状の磁石、並行して並べた複数(例えば、2本)の棒状磁石などがある。電磁コイル10は基板8上に配置されており、電磁コイル10の空芯部には磁性材料からなるコア11が挿入されている。電磁コイル10の周囲の面は、可動永久磁石21に対向する部分に開口を有する開口付シールド12によって覆われている。 FIG. 3 shows a top view of the potential measuring apparatus of this example, and FIG. 4 shows a cross-sectional view taken along A-A ′ in FIG. 3. The diaphragm 15 is connected to a support plate 18 via two torsion springs 17 a and 17 b arranged on the same straight line, and the support plate 18 is fixed to the substrate 8 via a spacer 4. Two detection electrodes 16a and 16b are arranged on the surface of the diaphragm 15 facing the measurement object 2, and a movable permanent magnet 21 is arranged on the opposite surface. The detection electrodes 16a and 16b are arranged so as to be symmetric with respect to a straight line passing through the two torsion springs 17a and 17b. Further, the magnetization direction of the movable permanent magnet 21 may be either N pole as long as it is parallel to the diaphragm 15 and substantially perpendicular to a straight line passing through the two torsion springs 17a and 17b (here, as shown in FIG. 4). The right end of the movable permanent magnet 21 is magnetized so as to be an N pole). As a form of the permanent magnet 21, there are a flat magnet, a plurality of (for example, two) bar magnets arranged in parallel, and the like. The electromagnetic coil 10 is disposed on the substrate 8, and a core 11 made of a magnetic material is inserted into the air core portion of the electromagnetic coil 10. The surface around the electromagnetic coil 10 is covered with an opening shield 12 having an opening in a portion facing the movable permanent magnet 21.

上記構成において、駆動電源(図示されていない)から電磁コイル10に、電磁コイル10の振動板15に対向する面がN極となるように電流を供給する。すると、電流の大きさに比例した強度の磁場が発生し、可動永久磁石21のN極側が電磁コイル10から斥力を受けると同時に可動永久磁石21のS極側は電磁コイル10から引力を受ける。こうして、振動板15は、ねじりバネ17a、17bを中心軸として図の反時計回りの方向に回転する。この状態で駆動電源から電磁コイル10に供給する電流の方向を反転させると、先程とは逆に可動永久磁石21のN極側が電磁コイル10から引力を受けると同時に可動永久磁石21のS極側は電磁コイル10から斥力を受ける。これにより、振動板15は、ねじりバネ17を中心軸として図の時計回りの方向に回転する。駆動電源から電磁コイル10に供給する電流の方向を周期的に反転させることにより、振動板15は、ねじりバネ17a、17bを中心軸とした回転方向に周期的に振動する。従って、振動板15上の検知電極16a、16bの各々と測定対象2との間の距離は周期的かつ互いに逆方向に変化する。その結果、検知電極16a、16bから、測定対象2の表面電位に比例した振幅を有し周期的かつ互いに逆方向に変化する電流信号が得られる。検知電極16a、16bで発生する電流信号を、それぞれ配線19a、19bを介して支持板18上の信号処理回路部20に入力し、信号処理回路部20を用いて変換することにより、測定対象2の電位測定信号が得られる。 In the above configuration, a current is supplied from a drive power source (not shown) to the electromagnetic coil 10 so that the surface of the electromagnetic coil 10 facing the diaphragm 15 has an N pole. Then, a magnetic field having an intensity proportional to the magnitude of the current is generated, and the N pole side of the movable permanent magnet 21 receives a repulsive force from the electromagnetic coil 10 and simultaneously the S pole side of the movable permanent magnet 21 receives an attractive force from the electromagnetic coil 10. Thus, the diaphragm 15 rotates in the counterclockwise direction in the figure with the torsion springs 17a and 17b as the central axis. In this state, if the direction of the current supplied from the drive power supply to the electromagnetic coil 10 is reversed, the N-pole side of the movable permanent magnet 21 receives the attractive force from the electromagnetic coil 10 and the S-pole side of the movable permanent magnet 21 at the same time. Receives repulsive force from the electromagnetic coil 10. Thereby, the diaphragm 15 rotates in the clockwise direction in the drawing with the torsion spring 17 as the central axis. By periodically reversing the direction of the current supplied from the drive power source to the electromagnetic coil 10, the diaphragm 15 periodically vibrates in the rotational direction about the torsion springs 17a and 17b. Therefore, the distance between each of the detection electrodes 16a and 16b on the vibration plate 15 and the measurement object 2 changes periodically and in opposite directions. As a result, current signals having amplitudes proportional to the surface potential of the measuring object 2 and periodically changing in opposite directions can be obtained from the detection electrodes 16a and 16b. A current signal generated by the detection electrodes 16a and 16b is input to the signal processing circuit unit 20 on the support plate 18 via the wirings 19a and 19b, respectively, and is converted by using the signal processing circuit unit 20, thereby measuring object 2. Is obtained.

信号処理回路部20における信号処理手段の一例として、次のものがある。すなわち、検知電極16a、16bで発生する電流信号の差を演算した後に同期検波、増幅、整流処理を行って得られる測定対象2の表面電位に比例した直流電圧信号を、電位測定信号として出力する。ここでは、互いに逆方向に変化する電流信号の差を演算することにより、得られる信号の強度はほぼ2倍となり、配線19a、19bで電流信号が受ける互いに同相な伝送ノイズは打ち消しあってほぼ0となるので、得られる測定信号のS/N比が増大する。よって、この信号処理手段により、電位測定精度を更に向上させる効果が得られる。 Examples of signal processing means in the signal processing circuit unit 20 include the following. That is, a DC voltage signal proportional to the surface potential of the measuring object 2 obtained by performing synchronous detection, amplification, and rectification after calculating the difference between the current signals generated at the detection electrodes 16a and 16b is output as a potential measurement signal. . Here, by calculating the difference between the current signals that change in opposite directions, the intensity of the obtained signal is almost doubled, and the transmission noise in phase with each other received by the current signals in the wirings 19a and 19b cancels each other out to almost zero. Therefore, the S / N ratio of the obtained measurement signal increases. Therefore, the effect of further improving the potential measurement accuracy can be obtained by this signal processing means.

本実施例でも、開口付シールド12の存在により、電磁コイル10の磁場発生効率が向上すると同時に信号処理回路20が受ける磁気ノイズは減少する。従って、本実施例の様な構成の電位測定装置においても、開口付シールド12の存在により消費電力の低減と電位測定精度の向上の両方の効果を同時に得ることが可能となる。電磁コイル10の空芯部に挿入されたコア11の効果についても、第1の実施例で述べた通りである。 Also in this embodiment, due to the presence of the shield 12 with the opening, the magnetic field generation efficiency of the electromagnetic coil 10 is improved, and at the same time, the magnetic noise received by the signal processing circuit 20 is reduced. Therefore, even in the potential measuring apparatus having the configuration as in the present embodiment, it is possible to simultaneously obtain both the effects of reducing the power consumption and improving the potential measuring accuracy due to the presence of the shield 12 with the opening. The effect of the core 11 inserted in the air core part of the electromagnetic coil 10 is also as described in the first embodiment.

(実施例4)
次に、本発明の第4の実施例を説明する。ここでは、開口付シールドが実装された電磁コイルを有する振動板がねじりバネによって支持されており、電磁コイルを基板に固定された永久磁石に対向させることにより振動板をねじりバネを中心軸とした回転方向に振動させる電位測定装置となっている。
Example 4
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Here, a diaphragm having an electromagnetic coil on which a shield with an opening is mounted is supported by a torsion spring, and the diaphragm is centered on the torsion spring by making the electromagnetic coil face a permanent magnet fixed to the substrate. This is a potential measuring device that vibrates in the rotating direction.

本実施例の電位測定装置の上面図を図3に示し、図3中のA−A’における断面図を図5に示す。振動板15及び2本のねじりバネ17a、17b、支持板18、スペーサ4、基板8、2枚の検知電極16a、16b、配線19a、19b、信号処理回路部20の配置は第3の実施例の電位測定装置と同様である。 FIG. 3 shows a top view of the potential measuring device of this example, and FIG. 5 shows a cross-sectional view taken along A-A ′ in FIG. 3. The arrangement of the diaphragm 15 and the two torsion springs 17a and 17b, the support plate 18, the spacer 4, the substrate 8, the two detection electrodes 16a and 16b, the wirings 19a and 19b, and the signal processing circuit unit 20 is the third embodiment. This is the same as the potential measuring apparatus.

本実施例では、振動板15の測定対象2に対向する面と反対側の面に電磁コイル10が配置されており、基板8上の電磁コイル10の直下には2個の固定永久磁石22a、22bが配置されている。固定永久磁石22a、22bは、電磁コイル10の直径程度の間隔で配置され、これらを結ぶ線分が、ねじりバネ17a、17bを通る直線を基板8へ射影した直線とほぼ直交するように配置されている。また、固定磁性体22a、22bの磁化方向は振動板15にほぼ垂直かつ互いに逆方向である。ここでは、図5のように、左側の固定永久磁石22aは電磁コイル10に対向する面がS極となるように磁化されており、右側の固定永久磁石22bは電磁コイル10に対向する面がN極となるように磁化されている。電磁コイル10の空芯部には磁性材料からなるコア11が挿入されており、電磁コイル10の周囲の面は、固定磁性体22a、22bに対向する部分に開口を有する開口付シールド12によって覆われている。 In the present embodiment, the electromagnetic coil 10 is disposed on the surface of the diaphragm 15 opposite to the surface facing the measurement target 2, and two fixed permanent magnets 22 a, directly below the electromagnetic coil 10 on the substrate 8. 22b is arranged. The fixed permanent magnets 22a and 22b are arranged at intervals of about the diameter of the electromagnetic coil 10, and the line segments connecting them are arranged so as to be substantially orthogonal to the straight line obtained by projecting the straight line passing through the torsion springs 17a and 17b onto the substrate 8. ing. The magnetization directions of the fixed magnetic bodies 22a and 22b are substantially perpendicular to the diaphragm 15 and opposite to each other. Here, as shown in FIG. 5, the left fixed permanent magnet 22a is magnetized so that the surface facing the electromagnetic coil 10 is an S pole, and the right fixed permanent magnet 22b has a surface facing the electromagnetic coil 10. Magnetized so as to be an N pole. A core 11 made of a magnetic material is inserted into the air core portion of the electromagnetic coil 10, and the surface around the electromagnetic coil 10 is covered with an opening shield 12 having openings at portions facing the fixed magnetic bodies 22 a and 22 b. It has been broken.

上記構成において、駆動電源(図示されていない)から電磁コイル10に、電磁コイル10の固定永久磁石22a、22bに対向する面がN極となるように電流を供給すると、電流の大きさに比例した強度の磁場が発生する。これにより、電磁コイル10の図右側の部分が固定永久磁石22bから斥力を受けると同時に電磁コイル10の図左側の部分は固定永久磁石22aから引力を受ける。従って、振動板15は、ねじりバネ17a、17bを中心軸として図の反時計回りの方向に回転する。この状態で駆動電源から電磁コイル10に供給する電流の方向を反転させると、先程とは逆に電磁コイル10の図右側の部分が固定永久磁石22bから引力を受けると同時に電磁コイル10の図左側の部分は固定永久磁石22aから斥力を受ける。従って、振動板15は、ねじりバネ17を中心軸として図の時計回りの方向に回転する。 In the above configuration, when a current is supplied from a driving power source (not shown) to the electromagnetic coil 10 so that the surfaces of the electromagnetic coil 10 facing the fixed permanent magnets 22a and 22b are N poles, the current is proportional to the magnitude of the current. A magnetic field of the specified strength is generated. As a result, the portion of the electromagnetic coil 10 on the right side of the figure receives a repulsive force from the fixed permanent magnet 22b and the portion of the electromagnetic coil 10 on the left side of the drawing receives an attractive force from the fixed permanent magnet 22a. Accordingly, the diaphragm 15 rotates in the counterclockwise direction in the figure with the torsion springs 17a and 17b as the central axis. In this state, when the direction of the current supplied from the drive power source to the electromagnetic coil 10 is reversed, the left portion of the electromagnetic coil 10 in the drawing receives the attractive force from the fixed permanent magnet 22b and the left side of the electromagnetic coil 10 in the drawing, contrary to the above. This part receives a repulsive force from the fixed permanent magnet 22a. Therefore, the diaphragm 15 rotates in the clockwise direction in the figure with the torsion spring 17 as the central axis.

駆動電源から電磁コイル10に供給する電流の方向を周期的に反転させることにより、振動板15はねじりバネ17a、17bを中心軸とした回転方向に周期的に振動する。従って、振動板15上の検知電極16a、16bの各々と測定対象2との間の距離は周期的かつ互いに逆方向に変化する。その結果、第3の実施例の電位測定装置と同様に、検知電極16a、16bから、測定対象2の表面電位に比例した振幅を有し周期的かつ互いに逆方向に変化する電流信号が得られる。これらの電流信号を信号処理回路部20を用いて変換することにより、測定対象2の電位測定信号が得られる。 By periodically reversing the direction of the current supplied from the drive power source to the electromagnetic coil 10, the diaphragm 15 periodically vibrates in the rotational direction about the torsion springs 17a and 17b. Therefore, the distance between each of the detection electrodes 16a and 16b on the vibration plate 15 and the measurement object 2 changes periodically and in opposite directions. As a result, similar to the potential measuring device of the third embodiment, current signals having amplitudes proportional to the surface potential of the measuring object 2 and periodically changing in opposite directions can be obtained from the detection electrodes 16a and 16b. . By converting these current signals using the signal processing circuit unit 20, a potential measurement signal of the measurement object 2 is obtained.

本実施例でも、第3の実施例と同様な効果を得ることできる。 In this embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.

(実施例5)
本発明の第5の実施例として、本発明の電位測定装置を用いた画像形成装置の構成例を説明する。
(Example 5)
As a fifth embodiment of the present invention, a configuration example of an image forming apparatus using the potential measuring device of the present invention will be described.

本実施例の画像形成装置を図6に示す。感光ドラム29の周辺に、帯電器制御部25により制御可能な帯電器24、露光器26、本発明の電位測定装置23、トナー供給器27が設置されている。帯電器24で感光ドラム29の表面を帯電し、露光器26を用いて感光ドラム29の表面を露光することにより潜像が得られる。この潜像にトナー供給器27によりトナーを付着させることにより、潜像が現像されたトナー像を得る。このトナー像を送りローラー28と感光ドラム29で挟まれた被印刷物体30に転写し、被印刷物体30上のトナーを固着させる。これらの工程を経て画像形成が達成される。帯電器制御部25が信号処理装置を構成し、帯電器24、露光器26、感光ドラム29などが画像形成手段を構成する。 An image forming apparatus of this embodiment is shown in FIG. Around the photosensitive drum 29, a charger 24 that can be controlled by the charger controller 25, an exposure device 26, a potential measuring device 23 of the present invention, and a toner supplier 27 are installed. A latent image is obtained by charging the surface of the photosensitive drum 29 with the charger 24 and exposing the surface of the photosensitive drum 29 with the exposure device 26. By attaching toner to the latent image by the toner supplier 27, a toner image in which the latent image is developed is obtained. This toner image is transferred to a printing object 30 sandwiched between the feed roller 28 and the photosensitive drum 29, and the toner on the printing object 30 is fixed. Image formation is achieved through these steps. The charger controller 25 constitutes a signal processing device, and the charger 24, the exposure device 26, the photosensitive drum 29, and the like constitute image forming means.

この構成において、感光ドラム29の帯電状態を本発明の電位測定装置23で測定し、感光ドラム29の表面電位の測定信号を帯電器制御部25に出力する。この測定信号に基づき、帯電器制御部25は、帯電後の感光ドラム29の表面電位が所望値になる様に帯電器24の帯電電圧をフィードバック制御する(本発明の電位測定装置23の測定信号は、露光器26にフィードバックされてこれを制御することもできる)。これにより、感光ドラム29の安定した帯電が実現され、安定した画像形成が実現される。 In this configuration, the charged state of the photosensitive drum 29 is measured by the potential measuring device 23 of the present invention, and the surface potential measurement signal of the photosensitive drum 29 is output to the charger controller 25. Based on this measurement signal, the charger controller 25 feedback-controls the charging voltage of the charger 24 so that the surface potential of the photosensitive drum 29 after charging becomes a desired value (measurement signal of the potential measuring device 23 of the present invention). Can be fed back to the exposure unit 26 to control it). Thereby, stable charging of the photosensitive drum 29 is realized, and stable image formation is realized.

本発明の一実施形態及び第1の実施例における電位測定装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the electric potential measurement apparatus in one Embodiment and 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例における電位測定装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the electric potential measuring apparatus in the 2nd Example of this invention. 本発明の第3及び第4の実施例における電位測定装置を示す上面図。The top view which shows the electric potential measurement apparatus in the 3rd and 4th Example of this invention. 本発明の第3の実施例における電位測定装置の図3のA−A’における断面図。Sectional drawing in A-A 'of FIG. 3 of the electric potential measuring apparatus in 3rd Example of this invention. 本発明の第4の実施例における電位測定装置の図3のA−A’における断面図。Sectional drawing in A-A 'of FIG. 3 of the electric potential measuring apparatus in the 4th Example of this invention. 本発明の第5の実施例における画像形成装置の概略図。Schematic of an image forming apparatus in a fifth embodiment of the present invention. 開口付シールドの実装方法の一例を説明する斜視図。The perspective view explaining an example of the mounting method of the shield with an opening. 数値解析により算出されたコイルの張る磁場の強度分布図であって、(a)コイル空芯部にコアを挿入した場合の強度分布図、(b)コイルに開口付シールドを実装した場合の強度分布図。It is an intensity distribution diagram of a magnetic field stretched by a coil calculated by numerical analysis, (a) an intensity distribution diagram when a core is inserted into a coil air core, and (b) an intensity when an opening shield is mounted on the coil. Distribution map. 永久磁石を有するカンチレバーを用いた従来の電位測定装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the conventional electric potential measuring apparatus using the cantilever which has a permanent magnet. コイルを有するカンチレバーを用いた従来の電位測定装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the conventional electric potential measuring apparatus using the cantilever which has a coil.

符号の説明Explanation of symbols

1、15・・・振動部材(振動板)
2、29・・・測定対象(感光ドラム)
3、16a、16b・・・検知電極
10・・・電磁コイル
9、21・・・磁性体(可動磁性体、可動永久磁石)
11・・・コア
12・・・シールド(開口付シールド)
14、22a、22b・・・磁性体(固定磁性体、固定永久磁石)
23・・・本発明の電位測定装置
25・・・信号処理装置(帯電器制御部)
24、26、29・・・画像形成手段(帯電器、露光器、感光ドラム)
1, 15 ... vibration member (diaphragm)
2, 29 ... Measurement object (photosensitive drum)
3, 16a, 16b ... detection electrode 10 ... electromagnetic coil 9, 21 ... magnetic body (movable magnetic body, movable permanent magnet)
11 ... Core 12 ... Shield (Shield with opening)
14, 22a, 22b ... Magnetic body (fixed magnetic body, fixed permanent magnet)
23 ... Potential measuring device 25 of the present invention ... Signal processing device (charger controller)
24, 26, 29... Image forming means (charging device, exposure device, photosensitive drum)

Claims (8)

検知電極と磁性体とを有する振動部材と、
電磁コイルと、
を有する電位測定装置であって、
前記電磁コイルの周囲が、前記磁性体に対向する部分を除いて磁性材料からなるシールドで覆われていることを特徴とする電位測定装置。
A vibrating member having a sensing electrode and a magnetic material;
An electromagnetic coil;
A potential measuring device having
An electric potential measuring apparatus, wherein the periphery of the electromagnetic coil is covered with a shield made of a magnetic material except for a portion facing the magnetic body.
検知電極と電磁コイルとを有する振動部材と、
磁性体と、
を有する電位測定装置であって、
前記電磁コイルの周囲が、前記磁性体にほぼ対向する部分を除いて磁性材料からなるシールドで覆われていることを特徴とする電位測定装置。
A vibrating member having a sensing electrode and an electromagnetic coil;
Magnetic material,
A potential measuring device having
An electric potential measuring apparatus, wherein the periphery of the electromagnetic coil is covered with a shield made of a magnetic material except for a portion substantially facing the magnetic body.
請求項1または2に記載の電位測定装置において、前記シールドは、前記磁性体にほぼ対向する部分に磁場を透過する開口を有することを特徴とする電位測定装置。 3. The potential measuring device according to claim 1, wherein the shield has an opening that transmits a magnetic field in a portion substantially opposed to the magnetic body. 4. 請求項1から3のいずれか1項に記載の電位測定装置において、前記電磁コイルは、磁性材料からなるコアを有することを特徴とする電位測定装置。 4. The potential measuring device according to claim 1, wherein the electromagnetic coil has a core made of a magnetic material. 5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の電位測定装置において、前記振動部材は、ねじりバネによって支持されていることを特徴とする電位測定装置。 5. The potential measuring device according to claim 1, wherein the vibrating member is supported by a torsion spring. 6. 請求項1から5のいずれか1項に記載の電位測定装置において、前記磁性体は磁極を有する永久磁石であることを特徴とする電位測定装置。 6. The potential measuring apparatus according to claim 1, wherein the magnetic body is a permanent magnet having a magnetic pole. 請求項1から6のいずれか1項に記載の電位測定装置において、
前記振動部材は、測定対象に対向する面に検知電極が配置され、
その反対側の面に磁性体と電磁コイルの一方が配置された振動板であり、
振動板の直下に磁性体と電磁コイルの他方が固定して配置されていることを特徴とする電位測定装置。
In the electric potential measuring device according to any one of claims 1 to 6,
The vibration member has a detection electrode disposed on a surface facing a measurement target,
It is a diaphragm in which one of the magnetic body and the electromagnetic coil is arranged on the opposite surface,
An electric potential measuring apparatus in which the other of a magnetic body and an electromagnetic coil is fixedly disposed immediately below a diaphragm.
請求項1から7のいずれか1項に記載の電位測定装置と、電位測定装置より得られる出力信号を処理する信号処理装置と、画像形成手段とを備え、
電位測定装置の検知電極が電位測定の対象と対向して配置され、
前記画像形成手段が前記信号処理装置の信号検出結果に基づいて画像形成の制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
An electric potential measuring device according to any one of claims 1 to 7, a signal processing device for processing an output signal obtained from the electric potential measuring device, and an image forming means,
The sensing electrode of the potential measuring device is arranged facing the potential measurement target,
The image forming apparatus, wherein the image forming unit controls image formation based on a signal detection result of the signal processing apparatus.
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