JP2599260Y2 - 表面電位センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、表面電位センサの改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動体、特に圧電音叉を用いた表面
電位センサでは、圧電音叉の機械振動を利用して、被測
定電位面と検知電極との対向面積を周期的に変化させる
か、又は、前記対向距離を変化させることにより、検知
電極に被測定電位の大きさに比例した静電誘導を交番的
に生ぜしめ、これにより前記検知電極に誘導される電荷
量の変化を交流電圧に変換することで、被測定電位を非
接触に測定するようにしている。

【０００３】このような表面電位センサの従来例とし
て、被測定電位面と検知電極との対向面積を周期的に変
化させるＵＳＰ３９２１０８７号に開示されたものが知
られている。

【０００４】即ち、図５に示すように、この表面電位セ
ンサ５０は、上面に開口部５１を設けたシールドケース
５２内に、前記開口部５１を通して導入出される電気力
線をチョッピングするための圧電音叉型のチョッパー５
３と、検知電極５４と、検知電極５４に接続したプリア
ンプ５５とを備えている。

【０００５】前記チョッパー５３は、図６にも示すよう
に、通常恒弾性金属材により音叉状に形成され、先端部
にチョッピング部５３ｃを設けている。

【０００６】このチョッパー５３は、２本のアーム５３
ａ，５３ｂにそれぞれ取り付けた音叉駆動回路によって
その自己共振周波数で振動する圧電素子５６ａ，５６ｂ
を具備し、この圧電素子５６ａ，５６ｂの動作でチョッ
ピング部５３ｃを被測定電位面及び検知電極５４の面に
対し水平に振動させるようになっている。

【０００７】音叉駆動回路としては、例えば、特開昭５
２−１０１９５４号等の例に見られるような自励振動回
路が用いられる。

【０００８】図７に前記チョッピング部５３ｃ，検知電
極５４及びシールドケース５２の開口部５１の位置関係
を示す。

【０００９】チョッパー５３が動作すると、図８，図９
に示すように、前記チョッピング部５３ｃがシールドケ
ース５２の開口部５１の開口面積をチョッパー５３の振
動周波数で周期的に増減する。従って、検知電極５４と
被測定電位面との対向面積も同様に増減することにな
る。

【００１０】図１０，図１１は、被測定電位面と検知電
極との対向距離を変化させる表面電位センサの概要を示
すものである。

【００１１】この表面電位センサにおけるチョッパー６
３は、２本のアーム６３ａ，６３ｂにそれぞれ取り付け
た音叉駆動回路によってその自己共振周波数で振動する
圧電素子６６ａ，６６ｂを具備し、さらに、一方のアー
ム６３ａに検知電極６４を取り付けて、２本のアーム６
３ａ，６３ｂを振動させることで検知電極６４と被測定
電位面との対向距離を周期的に変化させるようになって
いる。

【００１２】上述した対向面積可変型及び対向距離可変
型のいずれもの表面電位センサも、その電位検出感度は
チョッパー５３，６３の振巾の関数（振巾が大きい程、
検出感度は大きい）として表わされる。また、振巾が
零、即ち、チョッパー５３，６３が停止すれば、検知感
度は零で検出不能となる。

【００１３】従って、温湿度などの周囲環境の変化や、
チョッパー５３，６３の取付状態にかかわらずその振巾
が変化しないように、さらには、最悪の場合チョッパー
５３，６３が停止することを未然に防止することがこれ
らの表面電位センサの重要な技術的要件である。

【００１４】このため、通常チョッパー５３，６３は恒
弾性金属で形成されるとともに、圧電素子５３ａ，５３
ｂ，６３ａ，６３ｂの選定やこれらの密着作業等に最善
の注意が払われる。

【００１５】さらに、例えば前記チョッパー５３の支持
体への取付は、振動エネルギーが逃げないように極力そ
のノード点を支持するように配慮されている。

【００１６】理想的に完全なノード点支持が実現されて
いる場合、支持体及び支持体が取付けられる第２支持体
（以降、条件によっては第３，第４と続く）の質量，剛
性等の機械特性の違いによってチョッパー５３の振動は
影響を受けない。つまり、周囲環境やチョッパー５３の
構成、取付条件によって前記機械特性に変化が生じても
振巾はそれ自体の特性にのみ帰結するため、チョッパー
５３の構造，材質やチョッパー５３の取付方法にはあま
り配慮する必要がないとも言える。

【００１７】しかしながら、現実に表面電位センサを実
現しようとすると、その製作精度や量産バラツキ（すな
わち精度），スペースファクター（小型化等）に伴う設
計の自由度の制限等の要因も加わり、理想的なノード点
支持は困難である。

【００１８】従って、それぞれのチョッパー５３の形状
に応じて、略ノード点が支持点に選ばれるのが実際であ
る。

【００１９】これらの点について、図５に示す表面電位
センサ５０を例にとってさらに詳述するが、図１０，図
１１に示す表面電位センサの場合も事情は同様である。

【００２０】図１２に示すように、前記表面電位センサ
５０の圧電素子５６ａ，５６ｂを取り付けたチョッパー
５３は、その取付部５３ｄ，５３ｅをプリント基板７１
に設けられた挿通孔を通してハンダ７２によりこのプリ
ント基板７１に取付けられる。

【００２１】検知電極５４も同様にして図１３に示すよ
うにハンダ７２によりこのプリント基板７１に取付けら
れる。前記圧電素子５６ａ，５６ｂを駆動するためのリ
ード線７３ａ，７３ｂは、プリント基板７１に設けた接
続ターミナル７４ａ，７４ｂに接続される。

【００２２】前記プリント基板７１の裏面には、検知電
極５４にその入力段が接続されたプリアンプ５５（ＦＥ
Ｔと抵抗を具備している。）及び接続ターミナル７５，
７６，７７からなる配線パターンが形成されている。接
続ターミナル７５はシールド用、接続ターミナル７６は
信号端子、接続ターミナル７７はプリアンプ電源端子と
して各々機能する。

【００２３】各接続ターミナル７５，７６，７７にリー
ド線７３ａ，７３ｂが取付けられた後、防湿処理された
プリント基板７１はプラスチックあるいは金属板を折り
曲げ加工した基体８０に取付けられるとともに、金属板
によって加工された開口部５１を有するシールド部材５
２が被せられ、基体８０とともにハウジングを形成し、
表面電位センサ５０として完成する。

【００２４】前記チョッパー５３，接続ターミナル７
５，シールド部材５２は電気的に導通している。

【００２５】また、前記基体８０は取付部８０ａ，８０
ｂによって使用される場所に取付けられる。

【００２６】しかしながら、このような構成の表面電位
センサ５０は、チョッパー５３が取付けられるプリント
基板７１が低密度で、従ってプリント基板７１の大きさ
の割に質量が小さく、かつ低剛性であるため、チョッパ
ー５３の取付領域を通じて振動エネルギーが漏れ易く、
また、プリント基板７１が取付けられる基体８０もプラ
スチックや金属板の加工品では同様に質量剛性とも十分
とはならず、さらに、プリント基板７１と基体８０との
接合部（通常接着による）でのエネルギーロスも加わ
り、前記した機械的性質がチョッパー５３の支持体とし
て問題を残す。

【００２７】即ち、初期的にチョッパー５３のＱ（振
巾）が小さく、電気機械変換効率が小さくなるととも
に、周囲環境の変化によってもチョッパー５３のＱが変
化し、最悪の場合、音叉駆動回路の駆動条件を逸脱し、
駆動停止に至る。

【００２８】このため、チョッパー５３の支持体となる
基体８０を含むハウジング全体が十分な質量と剛性を持
つように構成されることが必要で、例えば、図１４に示
すようにハウジングの一部である基体９０をダイキャス
トで作成し、かつ、チョッパー５３が取付けられる基板
９１はアルミナ基板（ハイブリッドＩＣ）で構成される
方法が提案されている（実開昭６０−１７９８７４
号）。

【００２９】図１４は、ダイキャストの基体９０に前記
基板９１が接着され、シールド部材９２を被せた構造を
示すものである。

【００３０】また、図１５に示すように、チョッパー５
３の取付方法として、プリント基板あるいはハウジング
の一部を構成する金属板９４に、ネジ９５を用いてネジ
止めする方法を示すものである。

【００３１】さらに、図１６のように、金属性の支持ブ
ロック９６を用い、これにチョッパー５３をネジ９７で
固定し、支持ブロック９６の質量と剛性をチョッパー５
３の安定動作に寄与させようとする方法もある。

【００３２】この場合、支持ブロック９６は基体又はハ
ウジングの一部を構成する金属板９４に、接着あるいは
別のネジによって固定される。

【００３３】しかしながら、図１６に示すように、一旦
支持ブロック９６に取付けたものを、さらにハウジング
を構成する金属板９４に取付ける方法は、いわば間接的
な支持方法である。

【００３４】全体構造がチョッパー５３の支持体である
という考え方からすれば、構造体の主要質量を占める部
分がチョッパー５３の直接的な支持体と分離して構成さ
れ、これらがネジ止めや接着等の接合手段によって結合
されている場合、この結合部でのエネルギーロスが、構
造体全体の機械特性を低下せしめる。

【００３５】また、表面電位センサ全体の寸法及び体積
をチョッパー５３の取付部に対する高剛性の質量負荷と
して有効に活用せしめるに至っていない。

【００３６】このことは、特に表面電位センサの小型化
を進める際に顕著になる。表面電位センサの寸法及び容
積が小さくなるに従って、そのハウジングを主体的に構
成する基体やその他の構成体の有効容積（有効容積＝全
体体積のうち、チョッパー５３以外の構成体が占める容
積、即ち、チョッパー５３の支持体としての総合質量に
かかわる）が小さくなり、チョッパー５３の支持部分に
係る質量負荷もこれにつれて不足してくる。

【００３７】

【考案が解決しようとする課題】本考案は、上記事情に
鑑みてなされたものであり、簡略で省スペース，量産性
に優れ、取付精度が高く、かつバラツキのない強固な構
造の表面電位センサを提供することを目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本考案は、ダイキャスト
製の基体と、被測定電位面に対向して配置する検知電極
及び前記被測定電位面と前記検知電極との間の静電結合
を周期的に変化させる圧電音叉と、前記検知電極と前記
圧電音叉とを測定対象電位以外の信号からシールドする
シールド部材とを有する表面電位センサにおいて、前記
圧電音叉の支持部を前記基体に突出形成された前記基体
と同一材料からなる受け部にカシメ構造により結合して
なるものである。

【００３９】前記カシメ構造は、前記基体に設けた受け
部上に突出部が形成され、この突出部に前記圧電音叉に
設けた取付穴を嵌合して突出部の突出端をカシメたもの
である。

【００４０】前記ダイキャストは、亜鉛ダイキャストと
している。

【００４１】前記シールド部材と前記基体は、ダイキャ
ストにより一体的に構成している。

【００４２】

【作用】上述した構成の表面電位センサによれば、前記
被測定電位面と前記検知電極との間の静電結合を周期的
に変化させる圧電音叉の支持部を、カシメ構造により基
体に突出形成した前記基体と同一材料の受け部に結合し
ているので、圧電音叉の取付精度が高く、バラツキを無
くせるとともに、構造の簡略化を図れ省スペースが可能
で量産性にも優れている。

【００４３】前記カシメ構造として、前記基体に設けた
受け部上に突出部が形成され、この突出部に前記圧電音
叉に設けた取付穴を嵌合して突出部の突出端をカシメる
ようにすることで、上述した作用を発揮させ得る。

【００４４】前記ダイキャストを、亜鉛ダイキャストと
することにより、基体が高密度化し圧電音叉のエネルギ
ーロスを防げる。

【００４５】前記シールド部材と前記基体を、ダイキャ
ストにより一体的に構成することにより、構造の簡略化
が図れ省スペースが可能となる。

【００４６】

【実施例】以下に本考案の実施例を詳細に説明する。

【００４７】図１に示す表面電位センサ１は、全体とし
て直方体形状を呈する亜鉛ダイキャスト製の基体３と、
この基体３により支持されるとともに被測定電位面Ｓに
対向して配置する検知電極４及び前記被測定電位面Ｓと
前記検知電極４との間の静電結合を周期的に変化させる
圧電音叉としての恒弾性金属材により音叉状に形成され
先端部にチョッピング部５ｃを有するチョッパー５と、
プリアンプ６と、前記検知電極４と前記チョッパー５と
を測定対象電位以外の信号からシールドする開口部７ａ
を有するシールド部材７とを有している。

【００４８】前記基体３には、駆動ケーブル用スペース
８，シールドケーブル用スペース９，チョッパー用スペ
ース１０，プリアンプスペース１１がそれぞれ形成され
ているとともに、図１において中央部やや右よりに駆動
ケーブル用スペース８、チョッパー用スペース１０を画
する配置で上面が平坦で２個の突出部１３ａ，１３ｂを
有する受け部１２を設けている。

【００４９】また、前記チョッパー５は、２本のアーム
５ａ，５ｂにそれぞれ取り付けた音叉駆動回路によって
その自己共振周波数で振動する圧電素子１４ａ，１４ｂ
を具備し、この圧電素子１４ａ，１４ｂの動作でチョッ
ピング部５ｃを被測定電位面Ｓ及び検知電極４の面に対
し水平に振動させるようになっている。

【００５０】さらに、前記チョッパー５は、チョッピン
グ部５ｃの反対側に取付穴１５ａ，１５ｂを有する突出
片５ｄを備えている。

【００５１】そして、前記チョッパー５は、後述するカ
シメ構造により前記基体３に結合されるようになってい
る。

【００５２】前記チョッパー５にはリード線２１がハン
ダ付けされ、駆動用ケーブル２２に接続するため、一旦
接続ターミナル用基板２４にハンダ付けされ、また、駆
動用ケーブル２２も接続ターミナル用基板２４にハンダ
付けされるようになっている。

【００５３】前記検知電極４とその裏面にプリアンプ６
が搭載された基板２５が、基体３のプリアンプスペース
１１に装着され、この上のチョッパー用スペース１０に
前記チョッパー５が装着されるようになっている。

【００５４】また、前記基体３の底面側において、シー
ルドケーブル用スペース９に挿入されるシールドケーブ
ル２７は、前記基板２５に接続されるようになってい
る。

【００５５】さらにに、金属性の底板２８で完全に基体
３の底面もシールドされるようになっている。

【００５６】上述した基体３を形成する亜鉛ダイキャス
トは金属でありながら、樹脂成形と同様に、複雑な三次
元構造体を金型を用いて連続した一体物として形成でき
るとともに、金属可塑的性質も有することから、図２に
示すように、前記受け部１２に一体的に突出部１３ａ，
１３ｂを設け、前記突出片５ｄに設けた取付穴１５ａ，
１５ｂに突出部１３ａ，１３ｂを挿通後、突出部１３
ａ，１３ｂに打撃あるいは圧力を加えて図２の如く変形
させ、取付穴１５ａ，１５ｂの周辺をカシめることが可
能となり、このようなカシメ構造により基体３に前記チ
ョッパー５を結合することで、チョッパー５の取付精度
が高く、バラツキを無くせ量産性を向上できる。

【００５７】前記ダイキャストを、亜鉛ダイキャストと
することにより、基体が高密度化しチョッパー５の振動
エネルギーロスを防げる。

【００５８】前記シールド部材７と前記基体３とを、亜
鉛ダイキャストにより一体的に構成することにより、構
造の簡略化が図れ省スペースが可能となる。

【００５９】図３は、チョッパー５の他例を示すもの
で、チョッパー５の端部に略Ｌ状の突出片５ｆを突設
し、この突出片５ｆに取付穴１５ａ，１５ｂを設けたも
のである。

【００６０】また、図４は、チョッパー５のさらに他例
を示すもので、チョッパー５の側部にＬ状の突出片５
ｇ，５ｈを突設し、この突出片５ｇ，５ｈに各々取付穴
１５ｅ，１５ｆを設けたものである。

【００６１】これらの構造を採用することによっても、
上述した場合と同様な作用効果を発揮させることができ
る。

【００６２】尚、突出部１３ａ，１３ｂ及び取付穴１５
ａ，１５ｂは、複数個準備すればカシめることにより必
然的にチョッパー５の取付方向が定まり、位置精度の高
い取付を確保できる。

【００６３】上述した取付方法によれば、ネジ止めや接
着のように、チョッパー５を固定するための補助部材が
不要なばかりか、振動，熱などによる外乱による経時的
なネジのゆるみや接着剤の劣化を考慮する必要もなく、
接合強度が変化することによるチョッパー５のＱの変化
もない。

【００６４】さらに、一定以上の打撃あるいは圧力を加
えることで、バラツキのない接合強度が得られ、ネジト
ルクや接着条件といった煩しい工程管理も不要となり、
補助部材が不要なことと合わせて、簡便で量産性に優れ
取付精度が高く、かつバラツキのない強固なチョッパー
５の取付構造を実現できる。

【００６５】さらに、基体３、シールド部材７に亜鉛ダ
イキャストを使用することで、高剛性のハウジングが得
られるばかりでなく、高密度かつ前記した有効容積を可
能な限り大きくとることができる。即ち、個々の部分を
分割構成しなくとも、金型による成形によって、基体３
を連続した一体品として形成することが容易であるばか
りか、肉厚を任意にかつ連続的に選択できる。

【００６６】また、チョッパー５の支持領域も一体形成
できる（チョッパー５，基板２５及び基板搭載部品，リ
ード線２１に必要なスペースを最小限残して、残りを全
てダイキャストで埋める設計も可能である）。

【００６７】また、本考案は、上述した実施例に限ら
ず、種々の音叉を用いた表面電位センサについて適用可
能である。

【００６８】

【考案の効果】以上詳述した本考案によれば、前記被測
定電位面と前記検知電極との間の静電結合を周期的に変
化させる圧電音叉の支持部を、カシメ構造により基体に
突出形成した前記基体と同一材料の受け部に結合してい
るので、圧電音叉の取付精度が高く、バラツキを無くせ
るとともに、構造の簡略化を図れ省スペースが可能で量
産性にも優れた表面電位センサを提供することができ
る。

【００６９】また、前記カシメ構造として、前記基体に
設けた受け部上に突出部が形成され、この突出部に前記
圧電音叉に設けた取付穴を嵌合して突出部の突出端をカ
シメるようにすることで、上述した作用を発揮させ得る
表面電位センサを提供することができる。

【００７０】さらに、基体を、亜鉛ダイキャストとする
ことにより、基体が高密度化し圧電音叉のエネルギーロ
スを防げる表面電位センサを提供することができる。

【００７１】さらにまた、前記シールド部材と前記基体
を、ダイキャストにより一体的に構成することにより、
構造の簡略化が図れ省スペースが可能な表面電位センサ
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の表面電位センサの実施例を示す分解斜
視図

【図２】本実施例の表面電位センサのカシメ構造を示す
説明図

【図３】本実施例の表面電位センサのチョッパー部の他
例を示す斜視図

【図４】本実施例の表面電位センサのチョッパー部のさ
らに他例を示す斜視図

【図５】従来の表面電位センサの概略斜視図

【図６】従来の表面電位センサのチョッパー部を示す斜
視図

【図７】図６に示すチョッパー部，開口部，検知電極の
関係を示す説明図

【図８】図６に示すチョッパー部の動作説明図

【図９】図６に示すチョッパー部の動作説明図

【図１０】対向距離可変型のチョッパー部を示す斜視図

【図１１】対向距離可変型のチョッパー部を示す平面図

【図１２】従来の表面電位センサの分解斜視図

【図１３】従来の表面電位センサの基体の斜視図

【図１４】従来の表面電位センサの他例を示す概略斜視
図

【図１５】従来の表面電位センサのチョッパー部の取り
付け構造を示す斜視図

【図１６】従来の表面電位センサのチョッパー部の取り
付け構造の他例を示す斜視図

【符号の説明】

１ 表面電位センサ ３ 基体 ４ 検知電極 ５ チョッパー ７ シールド部材 １３ａ，１３ｂ 突出部 １５ａ，１５ｂ 取付穴 Ｓ 被測定電位面

Claims (4)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイキャスト製の基体と、被測定電位面
   に対向して配置する検知電極及び前記被測定電位面と前
   記検知電極との間の静電結合を周期的に変化させる圧電
   音叉と、前記検知電極と前記圧電音叉とを測定対象電位
   以外の信号からシールドするシールド部材とを有する表
   面電位センサにおいて、前記圧電音叉の支持部を前記基
   体に突出形成された前記基体と同一材料からなる受け部
   にカシメ構造により結合してなることを特徴とする表面
   電位センサ。
2. 【請求項２】 前記カシメ構造は、前記基体に設けた受
   け部上に突出部が形成され、この突出部に前記圧電音叉
   に設けた取付穴を嵌合して突出部の突出端をカシメたも
   のである請求項１記載の表面電位センサ。
3. 【請求項３】 前記ダイキャストは亜鉛ダイキャストで
   ある請求項１又は２記載の表面電位センサ。
4. 【請求項４】 前記シールド部材と前記基体はダイキャ
   ストにより一体的に構成されたものである請求項１乃至
   ３のいずれかに記載の表面電位センサ。