JPH08110361A

JPH08110361A - 表面電位測定装置

Info

Publication number: JPH08110361A
Application number: JP24433994A
Authority: JP
Inventors: Mikio Ohashi; 幹夫大橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で、小型かつ安価にＳＮ比を向上
させ、高感度な測定ができる新規な静電容量変化手段お
よびそれを利用した表面電位測定装置を提供する。【構成】被測定体１から所定間隔を隔てた位置に該被
測定体１と電気的に独立した測定電極１５を配設し、被
測定体１と測定電極１５との間の静電容量を変化させ、
被測定体の表面電位に対応して誘起され該静電容量の変
化に伴って変化する測定電極１５の電位を信号検出部１
６を通して検出する。被測定体１と測定電極１５との間
の静電容量を変化させる容量変化手段に、ボイスコイル
１２を適用し、該ボイスコイルを駆動してチョッパ電極
１１を矢印Ａ方向に変化させて前記静電容量を変化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導電体あるいは絶縁体
等の被測定体の表面電位を非接触に設けられた測定電極
により測定する表面電位測定装置に関し、より詳細に
は、被測定体と測定電極との間の距離から表面電位を正
確に測定する表面電位測定装置に関するもので、例え
ば、複写機、ファックス、印刷機、プリンター、プロッ
ター等の感光体あるいは現像ローラ等の帯電電位の制御
等に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種の分野において、導電体、絶
縁体等の表面電位を検出、測定する必要性が多々あり、
特に、電子写真複写機等の分野においては、画質向上の
ために感光体上の表面電位を正確に検知し、その表面電
位を制御することが重要となっている。その表面電位を
検知する手段として、従来、被測定体の電荷のリークが
生じないよう非接触型の表面電位センサが用いられてい
る。非接触型の表面電位計測手段は、電気的な手段と機
械的な手段とに大別できるが、電気的な手段は特殊な機
能材料を使用するため高価となり、また、帯電吸着によ
るセンサ電極表面の汚染や使用する絶縁物の分極による
感度の低下といった問題がある。一方、機械的な手段は
センサ電極の汚れによる感度変化が少なく、比較的安価
に作製できるという点で、現在、専ら用いられている。

【０００３】この機械的な手段による電位計測方法に
は、センサ電極に入射する電気力線を周期的に遮断する
ことにより、センサ電極上に誘起される電荷の量を変化
させて交流信号を得るチョッパ型と、センサ電極を被測
定体からの電界方向に周期的に変動させることにより被
測定体とセンサ電極との間の静電容量を周期的に変化さ
せ、その変化に応じて発生する交流信号を取り出す振動
容量型とがある。例えば特公昭６３−１５４７号等で
は、被測定体の表面電位を交流信号として取り出すため
に音叉を振動させ、それをチョッパ手段として利用し、
比較的簡単な構成で安価な表面電位計測手段を得てい
る。また、特開昭６０−１２０２６７号等では、被測定
体の表面電位を交流信号として取り出すために、上記特
公昭６３−１５４７号と同様に音叉を振動子として利用
し、センサ電極を被測定体とセンサ電極間で形成される
電界に対してほぼ平行な方向に振動させ、被測定体とセ
ンサ電極間の静電容量の変化からＳＮ比を向上させて表
面電位を計測している。

【０００４】図２２は、非接触型の機械的手段による表
面電位測定装置の測定原理を説明するための図で、図２
２（ａ）がチョッパ型、図２２（ｂ）が振動容量型を示
す。前述のように、機械的手段のものにはチョッパ型と
振動容量型とがあり、チョッパ型は図２２（ａ）に示す
ように、測定電極３を被測定体１に対向して配置し、被
測定体１と測定電極３との間に接地されたチョッパ電極
２を設け、その電極２を矢印Ａの方向に振動させること
により、被測定体１から測定電極３に入射する電気力線
を周期的に遮断して、被測定体１と測定電極３との間に
生じる静電容量Ｃ₀を変化させている。また、振動容量
型は図２２（ｂ）に示すように、測定電極３を図２２
（ａ）の場合と同様に被測定体１に対向して配置し、測
定電極を被測定体対向方向（矢印Ｂの方向）に周期的に
振動させることにより、被測定体１と測定電極３との間
に生じる静電容量Ｃ₀を変化させている。どちらの方式
も、被測定体１と測定電極３との間に生じる静電容量Ｃ
₀を機械的な手段により周期的に変化させて、その変化
に応じて測定電極３上に誘起される微小な電荷量の変化
を信号検出部４において交流信号として検出し、その検
出信号を信号増幅部５において増幅することにより、被
測定体の表面電位に応じた出力信号を得るというもの
で、測定原理は共通である。

【０００５】ここで、前記静電容量Ｃ₀は、測定電極３
の実効面積をＳ、被測定体１と測定電極３との間の対向
距離をＬ、空気の誘電率をε_airとすると、式（１）の
ように表される。Ｃ₀＝ε_air（Ｓ／Ｌ） …（１）前記機械的手段のものは式（１）のＳまたはＬを変化さ
せてＣ₀の値を変化させており、Ｓを変化させるものが
チョッパ型、Ｌを変化させるものが振動容量型に対応す
る。前記周期的な機械振動により生じるＣ₀の変化量Ｃ_c
が、次式（２）で与えられたとすると、被測定体１のも
つ表面電位Ｖ_sにより測定電極３上に誘起される電荷Ｑ_c
は、式（３）で表される。Ｃ_c＝α₀・Ｃ₀・sinωt …（２）Ｑ_c＝Ｃ_c・Ｖ_s …（３）ただし、ｔは変化時間、ωは振動の角周波数、α₀は前
記静電容量Ｃ_cの変化率を表す。従って、測定電極に生
じる電流Ｉ_cは、式（２）、（３）によりＩ_c＝ｄＱ_c／ｄｔ＝α₀・ω・Ｃ₀・Ｖ_s・cosωt …（４）と表され、よって、測定電極から得られる出力信号Ｖ₀
は、近似的に、Ｖ₀＝Ａ₀・α₀・ω・Ｃ₀・Ｖ_s・cosωt …（５）と表される。ただし、Ａ₀は増幅度に関する定数を表
す。

【０００６】式（５）からもわかるように、測定電極３
から得られる出力信号Ｖ₀は、被測定体１の表面電位
Ｖ_s、静電容量Ｃ₀およびその静電容量Ｃ₀の変化率α₀の
大きさに比例する。従って、ＳＮ比を向上させて表面電
位を検出しようとする場合、出力信号Ｖ₀の大きさを増
大する必要があり、そのためには、Ｖ_s、Ｃ₀、α₀の大
きさを増加させる必要がある。Ｖ_sを増加させる場合、
ある一定以上のＳＮ比を取るために表面電位のダイナミ
ックレンジ（測定範囲）が狭められることとなり、好ま
しくない。また、Ｃ₀を増加させようとする場合、幾何
学的な限界のためにＣ₀の値に上限が生じる。よって、
Ｖ₀の大きさを増大させるには、α₀を増加させることが
最も好ましい。しかしながら、従来、前記静電容量変化
手段として、圧電材料や電磁コイルを音叉に取り付けた
ものを振動子として利用し、前記静電容量を変化させて
被測定体の表面電位を検出している。そのため、前記の
ようにα₀を増加させて高感度に表面電位を検出したい
場合、音叉振動の振幅を大きくする必要があるが、音叉
を利用したものでは前述のような課題が生じ、ＳＮ比の
向上が望まれない。

【０００７】特公昭６３−１５４７号公報に記載の発明
は、被測定体の表面電位を交流信号として取り出すため
に音叉を振動させ、それをチョッパ手段として利用し、
比較的簡単な構成で安価に表面電位が得られる手段であ
る。また、特開昭６０−１２０２６７号公報に記載の発
明は、被測定体の表面電位を交流信号として取り出すた
めに上記特公昭６３−１５４７号の場合と同様に音叉を
振動子として利用し、センサ電極を被測定体とセンサ電
極間で形成される電界に対してほぼ平行な方向に振動さ
せることにより、比較的簡単な構成でＳＮ比を向上させ
て表面電位を得ることが可能な手段である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報のいずれの発明も被測定体の表面電位を交流信号とし
て取り出すために音叉を振動子として利用しているた
め、さらに高感度にＳＮ比を向上させて表面電位を検出
しようとする場合、音叉振動の振幅をさらに大きくする
必要がある。その方法として、音叉の機械的共振振動を
利用する方法や音叉の長手方向の長さを長くする方法が
考えられるが、機械的共振振動を利用する場合、共振点
（共振周波数）が非常に不安定であり、その振動の振幅
値に応じて得られる表面電位検出信号も非常に不安定な
信号値として得られるため、正確な表面電位を検出する
ことが比較的困難となる。また、音叉の長手方向を長く
する場合、センサプローブ形状が大きくなるという欠点
が生じる。さらに、音叉を振動させる手段として、圧電
材料や電磁コイルを利用し、それらを音叉に取り付けた
ものが前記公報等に記述されているが、前記圧電材料は
機械的応力に弱く、材料にひび（クラック）が入った
り、割れたりすることや、また、圧電材料へ過電圧を印
加した場合に材料の分極が壊れ、測定電極が変動しなく
なるといった問題がある。更に、圧電材料は一般に特殊
な材料であるため比較的高価であり、また、材料の変動
幅が周囲環境（特に温度等）に影響されやすいため、測
定値が不安定になりやすいといった問題がある。また、
電磁コイルにおいては、その構造が複雑であり、１cm³
以下の超小型な電磁コイルを市販で入手することは、現
在、非常に困難であるため、センサプローブの小型化に
制限があるといった問題がある。

【０００９】また、前記公報のいずれの発明も、被測定
体とセンサ電極との間の静電容量がその間の測定距離の
逆数に比例するため、得られる出力値が測定距離に大き
く依存して変化する。従って、例えば、複写機等の感光
体ドラムのように動いている被測定体の表面電位を測定
する場合、出力値の変動が測定距離に因るものなのか、
あるいは被測定体の表面電位分布に因るものなのか判断
できないという問題が生じるため、被測定体の表面電位
を正確に得ることが困難である。

【００１０】このような問題に対処する目的で、本出願
人は、先に、被測定体と測定電極の間の静電容量を変化
させ測定電極の電位から出力値の異なる２つ以上の出力
信号を検知し、その出力信号から測定距離を求めて正確
な表面電位を得る方法および手段の提案を行った。而し
て、この場合、静電容量を変化させる手段として、ＰＺ
Ｔセラミック等の圧電材料単体に測定電極を取り付けた
もの、あるいは音叉、振動片等の先端部分に測定電極を
取り付け、それらに板状の圧電材料を張り付けたもの、
あるいは電磁コイル等が適用可能であるが、前記圧電材
料および電磁コイルにおける同様の問題を含んでいる。

【００１１】更に、本出願人は、上記測定精度を向上さ
せ、被測定体の表面電位を高精度に検出する目的で、測
定電極の変動幅を増大させることを提案したが、その手
段として圧電アクチュエータや電磁コイル等を用いてお
り、それらの変動手段を利用すれば、測定電極の変動幅
を増大することは可能であるが、しかしながら、上記と
同様の圧電材料及び電磁コイルにおける問題が存在す
る。

【００１２】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、簡単な構成で、小型かつ安価にＳＮ比を向
上させ、高感度な測定ができる新規な静電容量変化手段
およびそれを利用した表面電位測定装置を提供すること
を目的としてなされたものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）被測定体から所定間隔を隔てた位
置に該被測定体と電気的に独立した測定電極を配設した
表面電位測定装置であって、前記被測定体と測定電極と
の間の静電容量を変化させる容量変化手段と、被測定体
の表面電位に対応して誘起され該静電容量の変化に伴っ
て変化する測定電極の電位を検出する電位検出手段と、
該電位検出手段の検出信号から被測定体の表面電位を導
き出す表面電位導出手段とを備えた表面電位測定装置に
おいて、前記被測定体と測定電極との間の静電容量を変
化させる容量変化手段に、ボイスコイルを適用し、該ボ
イスコイルを駆動して前記静電容量を変化させること、
或いは、（２）被測定体から所定間隔を隔てた位置に該
被測定体と電気的に独立した測定電極を配設した表面電
位測定装置であって、前記被測定体と測定電極との間の
静電容量を変化させる容量変化手段と、被測定体の表面
電位に対応して誘起され該静電容量の変化に伴って変化
する測定電極の電位を検出する電位検出手段と、該電位
検出手段の検出信号から少なくとも出力値の異なる２つ
以上の出力信号を検知する出力検知手段と、該出力信号
から被測定体の表面電位を導き出す表面電位導出手段と
を備えた表面電位測定装置において、前記被測定体と測
定電極との間の静電容量を変化させる容量変化手段に、
ボイスコイルを適用し、該ボイスコイルを駆動して前記
静電容量を変化させること、或いは、（３）前記容量変
化手段に、前記測定電極を被測定体からの距離の異なる
位置の間を変動させる電極変動手段を有し、該電極変動
手段により測定電極を被測定体からの距離の異なる位置
の間を変動させて被測定体と測定電極との間の静電容量
を変化させ、前記出力検知手段が、測定電極の異なるそ
れぞれの位置での電位検出手段による検出信号から出力
値の異なる２つ以上の出力信号を検知する前記（２）の
表面電位測定装置において、前記被測定体と測定電極と
の間の静電容量を大きく変化させる手段、あるいは前記
測定電極を被測定体からの距離の異なる位置の間を大き
く変動させる手段、あるいは前記被測定体と測定電極と
の間の静電容量と前記測定電極を被測定体からの距離の
異なる位置の間を同時に大きく変動させる手段に、ボイ
スコイルを適用し、該ボイスコイルを駆動して測定する
こと、或いは、（４）前記容量変化手段に、前記測定電
極を異なる変動幅で変動させる電極変動手段を有し、該
電極変動手段により測定電極を異なる変動幅で変動させ
て被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、前
記出力検知手段が、測定電極の異なるそれぞれの変動幅
での電位検出手段による検出信号から出力値の異なる２
つ以上の出力信号を検知する前記（２）の表面電位測定
装置において、前記被測定体と測定電極との間の静電容
量を大きく変化させる手段、あるいは前記測定電極を異
なる変動幅で大きく変動させる手段、あるいは前記被測
定体と測定電極との間の静電容量と前記測定電極を異な
る変動幅で同時に大きく変動させる手段にボイスコイル
を適用し、該ボイスコイルを駆動して測定することを特
徴としたものである。更には、（５）前記（１）乃至
（４）において、前記ボイスコイルの駆動電圧として、
直流電圧または周期的に変化する電圧を印加すること、
或いは、（６）前記（３）において、前記測定電極を被
測定体からの距離の異なる位置の間を変動させる電圧
と、変動する該測定電極を振動させる電圧と、を重畳し
た電圧を印加すること、或いは、（７）前記（４）にお
いて、大きさの変動する電圧を印加して前記測定電極を
異なる変動幅で変動させること、或いは、（８）前記
（４）において、周波数の変動する電圧を印加して前記
測定電極を異なる変動幅を変動させること、更には、
（９）前記（１）乃至（４）において、前記ボイスコイ
ルを支持する弾性体として、梁状のバネを用いて該ボイ
スコイルを変動させること、或いは、（１０）前記
（９）において、前記梁状のバネの一端側あるいは両端
側を支持して前記ボイスコイルを変動させること、或い
は、（１１）前記（３）において、前記ボイスコイルに
具備される永久磁石をソレノイドコイルの軸方向に対し
ておおよそ平行に配置し、永久磁石の磁極方向をソレノ
イドコイルの軸方向に対しておおよそ垂直に配置した構
成で、ボイスコイルを変動させること、或いは、（１
２）前記（１）乃至（４）において、前記ボイスコイル
に永久磁石を固定し、ソレノイドコイルを可動状態とし
た構成で、ソレノイドコイルを変動させること、或い
は、（１３）前記（１２）において、前記ソレノイドコ
イルのコイルボビンを無くし、空心状のソレノイドコイ
ルを可動すること、或いは、（１４）前記（１）乃至
（４）において、前記ボイスコイルに具備される永久磁
石をソレノイドコイルの外側に配置した構成でボイスコ
イルを変動させること、或いは、（１５）前記（１）乃
至（４）において、前記ボイスコイルに具備される弾性
体を通して、ソレノイドコイルに電流を供給することを
特徴とするものである。

【００１４】

【作用】被測定体に対して非接触に設けられた測定電極
と被測定体との間の静電容量を変化させて該被測定体の
表面電位を測定する場合に、前記静電容量を変化させる
手段としてボイスコイルを用い、該ボイスコイルを振動
させる。

【００１５】

【実施例１】図１は、本発明による表面電位測定装置の
第１の実施例を説明するための図で、同図は、チョッパ
型の表面電位測定装置に関するもので、図中、１は被測
定体、１０はシールドケースで、該シールドケース１０
内には、チョッパ電極１１、ボイスコイル１２、ボイス
コイル固定台１３、弾性体（板ばね）１４、測定電極１
５、信号検出部１６等が収容されており、図示例の場
合、前記の静電容量変化手段として、チョッパ電極１１
に、ボイスコイル１２を取り付け、ボイスコイル１２を
振動させて、被測定体１の表面電位を測定するもので、
図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は上面図を示す。本発
明でいうボイスコイルとは、図２（ａ）〜（ｅ）に示す
ように、電磁コイル１２ａと弾性体１２ｂとで構成され
るものをいい、電磁コイル１２ａの変動を変動源とし
て、その変動幅を弾性体１２ｂで制限するものをいう。
弾性体１２ｂとしては、金属、ゴム材、樹脂等が使用可
能であり、例えば、図（ａ）に示すようなコイル状ば
ね、図２（ｂ）に示すような波状或いはくさび状ばね、
図２（ｃ）に示すような梁状の板ばね、或いは、図１
（ｄ），（ｅ）に示すようなゴム材、樹脂材等から成る
弾性体が適用可能であり、好ましくは、図２（ｃ）に示
すような梁状の板ばねを利用した構成の弾性体が、最も
安価で簡単な構成で済むため有効である。

【００１６】以下、本発明の実施例として、図２（ｃ）
に示す梁状の板ばねを用いた場合を例に説明する。チョ
ッパ型の場合、静電容量の変化率α₀は、 α₀＝△Ｓ／Ｓ …（６）と表される。ただし、△Ｓは測定電極の実効面積の変化
分を表す。ここで、ＳＮ比を向上させるためにつまりα
₀を増加させるには、△Ｓを増加させれば良い。△Ｓを
増加させる手段として、ボイスコイルの利用は有効であ
る。チョッパ型の場合、チョッパ電極がその電磁コイル
部に取り付けられ、電磁コイルの変動に伴い、チョッパ
電極が変動される。チョッパ電極に音叉を利用したもの
とボイスコイルを利用したものとについて、チョッパ電
極の変動の変化幅を比較した場合、ボイスコイルを利用
した場合の方が、音叉を利用したものに対して１０倍以
上大きな変化幅を得ることが可能であるため、その変化
幅の大きさに応じて得られる表面電位検出信号も１０倍
以上大きな検出信号が得られ、その検出信号の大きさに
応じてＳＮ比の向上が可能となる。なお、ボイスコイル
を駆動するための電圧あるいは電流として、直流または
周期的に変化する電圧または電流の利用が可能である。

【００１７】図３は、振動容量型の表面電位測定装置に
関するもので、これは前記の静電容量変化手段として、
測定電極１５にボイスコイル１２を直接取り付け、この
ボイスコイル１２を振動させて、被測定体１の表面電位
を得るもので、振動容量型の場合、α₀は、 α₀＝△Ｌ／（Ｌ−△Ｌ） …（７）と表される。ただし、△Ｌは測定電極の変動の変化幅を
表す。ここで、ＳＮ比を向上させるためα₀を増加させ
るには、△Ｌを増加させれば良い。△Ｌを増加させる手
段として、ボイスコイルの利用は有効である。振動容量
型の場合、測定電極１５が電磁コイル部１２ａに取り付
けられ、電磁コイル部１２ａの変動に伴い測定電極１５
が変動される。振動容量型の場合もチョッパ型の場合と
同様に、測定電極の変動の変化幅が音叉を利用したもの
に対して１０倍以上大きな変化幅を得ることが可能であ
るため、その変化幅の大きさに応じて得られる表面電位
検出信号も１０倍以上大きな検出信号が得られ、その検
出信号の大きさに応じてＳＮ比の向上が可能となる。

【００１８】図４（ａ）〜（ｆ）は、それぞれチョッパ
型の表面電位測定装置のチョッパ電極の振動子部分にボ
イスコイルを利用した場合の他の適用例を示す装置上面
図である。図４（ａ）は、図１の装置適用例と同様で、
ボイスコイル１２の電磁コイル１２ａ部は、ソレノイド
コイル１２₁およびコイルボビン１２₂と永久磁石１２₃
とで構成され、その構成の仕方により図（ａ）〜（ｆ）
のような例が考えられる。電磁コイル１２ａは、コイル
ボビン１２₂に巻かれたソレノイドコイル１２₁に直流ま
たは時間的に変化する電圧あるいは電流を印加すること
により、ソレノイドコイル１２₁周囲に印加電圧あるい
は印加電流に応じた磁場が発生し、その磁場と永久磁石
１２₃から発生される磁場との相互作用により、ソレノ
イドコイル側あるいは永久磁石側が変動する。その変動
の大きさは、電磁コイル１２ａに取り付けられた板ばね
１４により制限される。なお、本発明では、電磁コイル
１２ａ部の構成として、主として永久磁石を適用した場
合について説明するが、永久磁石の代わりにソレノイド
コイルを適用し、そのソレノイドコイルに直流あるいは
時間的に変化する電圧または電流を印加し、２つのソレ
ノイドコイルから発生される磁場の相互作用を利用して
どちらか一方のソレノイドコイル側を変動させることも
可能である。

【００１９】図４において、ボイスコイル１２₁のコイ
ルボビン１２₂、および永久磁石１２₃の形状は円筒もし
くは円柱を想定したものであるが、形状を角筒または角
柱としても問題なく変動可能である。また、板ばね１４
は、図示例のように、必ずしも２枚必要ではなく１枚で
も変動可能であり、また、必ずしもその各板ばねの一端
側のみだけを支持する必要はなく、各板ばねの両端側を
支持して変動させることも可能である。また、永久磁石
１２₃の磁極方向はソレノイドコイル１２₁の軸方向とほ
ぼ平行か垂直のどちらでも変動可能である。また、ボイ
スコイルの変動方法としては、永久磁石１２₃を固定
し、ソレノイドコイル１２₁を変動させてチョッパ電極
の変動を行う方法（図４（ａ），（ｃ），（ｅ））と、
ソレノイドコイル１２₁を固定し、永久磁石１２₃を変動
させてチョッパ電極の変動を行う方法（図４（ｂ），
（ｄ），（ｆ））とがある。どちらも容易に変動可能な
方法であるが、小電力で変動速度を高め、表面電位検出
の応答速度を高めたい場合には、永久磁石を固定し、ソ
レノイドコイルを変動させてチョッパ電極の変動を行う
方法の方が好ましい。なぜなら、一般に永久磁石の重量
に比べ、ソレノイドコイルの重量の方が比較的軽量に作
製でき、軽量であればあるほど同じ変動幅を得るのに弱
い発生磁場で済むため、小電力で変動可能となる。

【００２０】また、チョッパ電極の変動速度はボイスコ
イルの重量に応じて変化するため、軽量であればあるほ
ど変動速度を高くすることができる。従って、さらに軽
量化するために、ソレノイドコイルを構成するコイルボ
ビンを無くし、導電線のみのソレノイドコイルを利用
し、さらに小電力で変動速度を高めてチョッパ電極を変
動することも可能である。また、図４（ｃ）、（ｅ）の
ように永久磁石をソレノイドコイルの外側に配置する構
成とすることにより、ボイスコイルの大きさを小型で軽
量とし、その組み立てを容易とすることが可能となる。
さらに、ソレノイドコイルに駆動電圧あるいは駆動電流
を供給する際、板ばねが導電性のものであれば板ばねを
通してソレノイドコイルに駆動電圧、駆動電流を供給す
ることが可能となり、さらに装置構成が簡単で、組み立
てが容易となる。

【００２１】図５（ａ）〜（ｆ）は、各々振動容量型の
表面電位測定装置の測定電極の振動子部分にボイスコイ
ルを利用した場合の他の適用例を示す装置上面図であ
る。図５（ａ）は、図３の装置適用例と同じで、ボイス
コイル１２₁の電磁コイル１２ａ部の動作は図４の場合
と同様である。また、この図においても、ボイスコイル
のコイルボビン１２₂、および永久磁石１２₃の形状は円
筒もしくは円柱を想定したものであるが、形状を角筒ま
たは角柱としても問題なく変動可能である。また、板ば
ね１４は、本適用例のように、必ずしも２枚必要ではな
く１枚でも変動可能であり、また、必ずしもその各板ば
ねの一端側のみだけを支持する必要はなく、各板ばねの
両端側を支持して変動させることも可能である。また、
永久磁石１２₃の磁極方向はソレノイドコイル１２₁の軸
方向とほぼ平行か垂直のどちらでも変動可能である。ま
た、この図５の場合においても、図４の場合と同様にボ
イスコイル１２₁の変動方法としては、永久磁石１２₃を
固定し、ソレノイドコイル１２₁を変動させて測定電極
の変動を行う方法（図５（ａ）、（ｃ）、（ｅ））と、
ソレノイドコイル１２₁を固定し、永久磁石１２₃を変動
させて測定電極の変動を行う方法（図５（ｂ）、
（ｄ）、（ｆ））とがある。どちらも容易に変動可能な
方法であるが、小電力で変動速度を高め、表面電位検出
の応答速度を高めたい場合には、永久磁石１２₃を固定
し、ソレノイドコイル１２₁を変動させて測定電極の変
動を行う方法の方が好ましい。なぜなら、一般に永久磁
石の重量に比べ、ソレノイドコイルの重量の方が比較的
軽量に作製でき、軽量であればあるほど同じ変動幅を得
るのに弱い発生磁場で済むため、小電力で変動可能とな
る。

【００２２】また、測定電極１５の変動速度はボイスコ
イル１２₁の重量に応じて変化するため、軽量であれば
あるほど変動速度を高くすることができる。従って、さ
らに軽量化するために、ソレノイドコイル１２₁を構成
するコイルボビン１２₂を無くし、導電線のみのソレノ
イドコイルで、さらに小電力で変動速度を高めて測定電
極を変動することも可能である。また、図５（ｃ），
（ｅ）のように永久磁石１２₃をソレノイドコイル１２₁
の外側に配置する構成とすることにより、ボイスコイル
₁の大きさを小型で軽量とし、その組み立てを容易とす
ることが可能となる。さらに、ソレノイドコイルに駆動
電圧あるいは駆動電流を供給する際、板ばねが導電性の
ものであれば板ばねを通してソレノイドコイル１２₁に
駆動電圧、駆動電流を供給することが可能となり、さら
に装置構成が簡単で、組み立てが容易となる。

【００２３】図６および図７は、以上説明したようなチ
ョッパ型および振動容量型の表面電位測定装置に適用さ
れる新規な静電容量変化手段として、最も簡単な構成
で、最も小型で安価にＳＮ比を向上させ、高感度な測定
ができる装置構成を示すものである。両図とも、（ａ）
は側面図、（ｂ）は上面図で、いずれも振動容量型の表
面電位測定装置に関するものであり、図６は永久磁石１
２₃の形状を円筒形としてソレノイドコイル１２₁の外側
に配設し、ソレノイドコイルを変動させ、測定電極を変
動させて測定を行う場合であり、図７は永久磁石１２₃
の形状を角形としてソレノイドコイル１２₁の外側に配
設し、ソレノイドコイルを変動させ、測定電極を変動さ
せて測定を行う場合を示す。

【００２４】

【実施例２】図８は、本発明の第２の実施例を示す表面
電位測定装置を説明するための原理図で、同図はチョッ
パ型の表面電位センサに関するものである。この実施例
は、請求項２記載の出力値の異なる２つ以上の出力信号
を得る手段として、測定電極１５の検出位置を変動させ
ることにより、被測定体１と測定電極１５との間の距離
を異ならせて、各々の出力信号から被測定体の表面電位
を得るものである。なお、チョッパ電極１１の変動方法
として正弦波状、矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波
状、パルス波状等の周期的、あるいは非周期的な変動を
利用して被測定体の表面電位を検出することは可能であ
る。

【００２５】図８において、測定電極１５が被測定体１
からＬ₁の距離にある時の出力信号をＶ₁、Ｌ₁からｄだ
け離れた距離Ｌ₂の時の出力信号をＶ₂とすると、出力値
は測定距離に依存して変動するため、図９（ａ）、
（ｂ）に示すような出力値の異なる各々の信号が得られ
る。この場合、測定電極をＬ₁とＬ₂との間（間隔ｄ）で
周期的あるいは非周期的に変動させることにより、正弦
波状（図１０）、矩形波状（図１１）、三角波状（図１
２）、鋸波状（図１３）、台形波状（図１４）等に変動
した異なる出力値を有する信号を得ることができる。

【００２６】以上のようにして得られた異なる出力値Ｖ
₁、Ｖ₂を用いて、被測定体１の表面電位Ｖ_sに依存せず
に測定距離Ｌ₁を逆に一義的に求めるために、例えば、
出力比をＶ₂／Ｖ₁とした場合、Ｖ₂／Ｖ₁は、Ｖ₂／Ｖ₁＝Ｌ₁／Ｌ₂＝Ｌ₁／（Ｌ₁＋ｄ）＝Ｆ（Ｌ₁） …（８）となり、Ｌ₁に関しての一次関数Ｆ（Ｌ₁）で表される。
この時、Ｌ₁とＶ₂／Ｖ₁との関係は図１５（ａ）のよう
な関係曲線Ａで表され、出力比Ｖ₂／Ｖ₁を求めれば、表
面電位Ｖ_sに依存せずにＬ₁を一義的に求めることが可能
となる。あるいは、出力比をＶ₁／Ｖ₂とすればＶ₁／Ｖ₂
は、Ｖ₁／Ｖ₂＝Ｌ₂／Ｌ₁＝（Ｌ₁＋ｄ）／Ｌ₁＝Ｆ（Ｌ₁） …（９）となり、同様にＬ₁に関しての一次関数Ｆ（Ｌ₁）で表さ
れ、この時、Ｌ₁とＶ₁／Ｖ₂との関係は図１５（ｂ）の
ような関係曲線Ｂで表され、これも同様に出力比Ｖ₁／
Ｖ₂を求めれば、表面電位Ｖ_sに依存せずにＬ₁を一義的
に求めることが可能となる。

【００２７】上述のようにして一義的に求められたＬ₁
を利用して、予め既知であるＶ₁あるいはＶ₂の出力値と
測定距離Ｌとの関係からＶ₁あるいはＶ₂の出力値を補正
し、さらに予め既知である表面電位Ｖ_sと出力値Ｖ₁ある
いはＶ₂との関係から前記補正されたＶ₁あるいはＶ₂の
出力値に対応する表面電位Ｖ_sを求めることにより、被
測定体の表面電位を正確に得ることが可能となる。ま
た、あるいは得られたＬ ₁をＶ₁あるいはＶ₂の出力式に
代入し、Ｖ_sについて求めることにより、被測定体の表
面電位を一義的に求めることも可能である。図１６は、
このようにして測定距離補正を行い、測定距離に依存せ
ずに被測定体の表面電位に対応した正確な出力信号を得
る時の表面電位測定装置の信号検出部の構成を示す図
で、１６は信号検出部、１７は信号増幅部、１８はＶ₁
信号検出部、１９はＶ₂信号検出部、２０は測定距離補
正部である。

【００２８】ここで、高精度に被測定体の表面電位を検
出するために、表面電位の測定精度（ＳＮ比）を向上さ
せる方法としては、図１５（ａ）の関係曲線Ａの傾きを
増大させることで可能となる。すなわち、Ｖ₁、Ｖ₂の各
出力の差を大きく取り曲線の傾きを増大させることによ
り、測定距離（Ｌ₁）の検出精度が向上し、その検出さ
れた測定距離より求められる測定精度もまた、向上す
る。Ｖ₁、Ｖ₂の各出力の差を大きく取る方法としては、
式（８）または式（９）からわかるように測定電極の変
動幅、すなわち測定距離Ｌ₁とＬ₂との間の間隔ｄを増加
させればよい。そのｄを増加させる手段として、実施例
１で記述したボイスコイルの利用は有効である。

【００２９】図８において、チョッパ電極１１および測
定電極１５をボイスコイルの電磁コイル部に取り付ける
ことにより、電磁コイルの変動に伴い、チョッパ電極お
よび測定電極を大きく変動させることが可能となり、実
施例１で記述したように音叉を利用したものに対して１
０倍以上大きな表面電位検出信号が得られ、ｄが大きく
なるためＶ₁、Ｖ₂の各出力の差が大きく取れ、測定距離
の検出精度を向上させて前記距離補正を行うことができ
るため、出力が測定距離に依存せず、測定精度（ＳＮ
比）を向上させて被測定体の表面電位を検出することが
可能となる。なお、チョッパ電極１１および測定電極１
５へのボイスコイルの適用の仕方は、実施例１で述べた
方法に従って適用することが可能であり、ボイスコイル
を駆動するための電圧波形あるいは電流波形としては、
前記の直流または正弦波状、矩形波状、台形波状、三角
波状、鋸波状、パルス波状等の周期的、あるいは非周期
的な駆動波形が適用可能である。

【００３０】

【実施例３】図１７は、本発明の第３の実施例を示す表
面電位測定装置を説明するための原理説明図で、同図
は、振動容量型の表面電位センサに関するものである。
これは請求項２記載の出力値の異なる２つ以上の出力信
号を得る手段として、表面電位を検出するために測定電
極を被測定体方向に周期的に変動させながら測定電極の
検出位置を変動させることにより、被測定体と測定電極
との間の距離を異ならせて、各々の出力信号から被測定
体の表面電位を得る手段を示すものである。図１７にお
いて、測定電極１５が被測定体１からＬ₁の距離にある
時の出力信号をＶ₁、Ｌ₁からｄだけ離れた距離Ｌ₂の時
の出力信号をＶ₂とすると、出力値は測定距離に依存し
て変動するため、図９に示したような出力値の異なる各
々の信号が得られる。この場合、測定電極１５の検出位
置をＬ₁とＬ₂との間（間隔ｄ）で周期的あるいは非周期
的に変動させることにより、正弦波状（図１０）、矩形
波状（図１１）、三角波状（図１２）、鋸波状（図１
３）、台形波状（図１４）等に変動した異なる出力値を
有する信号を得ることができる。

【００３１】以上のようにして得られた異なる出力値Ｖ
₁、Ｖ₂を用いて被測定体の表面電位Ｖ_sに依存せずに測
定距離Ｌ₁を逆に一義的に求めるために、例えば、出力
比をＶ₂／Ｖ₁とした場合、Ｖ₂／Ｖ₁は、Ｖ₂／Ｖ₁＝Ｌ₁・(Ｌ₁−△Ｌ)／〔Ｌ₂・(Ｌ₂−△Ｌ)〕＝Ｌ₁・(Ｌ₁−△Ｌ)／〔(Ｌ₁＋ｄ)・(Ｌ₁＋ｄ−△Ｌ)〕＝Ｆ(Ｌ₁ ²) …(１０) となり、Ｌ₁に関しての二次関数Ｆ(Ｌ₁ ²)で表される。
この時、Ｌ₁とＶ₂／Ｖ₁との関係は図１５(ａ)のような
関係曲線Ａで表され、出力比Ｖ₂／Ｖ₁を求めれば、表面
電位Ｖ_sに依存せずにＬ₁を一義的に求めることが可能と
なる。あるいは、出力比をＶ₁／Ｖ₂とればＶ₁／Ｖ₂は、Ｖ₁／Ｖ₂＝Ｌ₂・(Ｌ₂−△Ｌ)／〔Ｌ₁・(Ｌ₁−△Ｌ)〕＝(Ｌ₁＋ｄ)・(Ｌ₁＋ｄ−△Ｌ)／〔Ｌ₁・(Ｌ₁−△Ｌ)〕＝Ｆ(Ｌ₁ ²) …(１１）となり、同様にＬ_１に関しての二次関数Ｆ（Ｌ₁ ²）で表
され、この時、Ｌ₁とＶ₁／Ｖ₂との関係は図１５（ｂ）
のような関係曲線Ｂで表され、これも同様に出力比Ｖ₁
／Ｖ₂を求めれば、表面電位Ｖ_sに依存せずにＬ₁を一義
的に求めることが可能となる。

【００３２】上述のようにして一義的に求められたＬ₁
を利用して、予め既知であるＶ₁あるいはＶ₂の出力値と
測定距離Ｌとの関係からＶ₁あるいはＶ₂の出力値を補正
し、さらに予め既知である表面電位Ｖ_sと出力値Ｖ₁ある
いはＶ₂との関係から前記補正されたＶ₁あるいはＶ₂の
出力値に対応する表面電位Ｖ_sを求めることにより、被
測定体の表面電位を正確に得ることが可能となる。ま
た、得られたＬ₁をＶ₁あるいはＶ₂の出力式に代入し、
Ｖ_sについて求めることにより、被測定体の表面電位を
一義的に求めることも可能である。この実施例の場合
も、表面電位測定装置の検出部の構成を図１６のような
構成とすることで、測定距離補正を行い、測定距離に依
存せずに被測定体の表面電位に対応した正確な出力信号
を得ることが可能となる。

【００３３】この場合も、高精度に被測定体の表面電位
を検出するために、表面電位の測定精度（ＳＮ比）を向
上させる方法としては、図１５（ａ）の関係曲線Ａの傾
きを増大させることで可能となる。すなわち、Ｖ₁、Ｖ₂
の各出力の差を大きく取り、曲線Ａの傾きを増大させる
ことにより、測定距離（Ｌ₁）の検出精度が向上し、そ
の検出された測定距離より求められる表面電位の測定精
度も向上する。Ｖ₁、Ｖ₂の各出力の差を大きく取る方法
としては、式（１０）または式（１１）からわかるよう
に測定電極の変動の変動幅（△Ｌ）、あるいは測定距離
Ｌ₁とＬ₂との間の間隔（ｄ）を増加させればよい。その
△Ｌおよびｄを増加させる手段として、実施例１で記述
したボイスコイルの利用は有効である。

【００３４】図１７において、測定電極１５をボイスコ
イルの電磁コイル部に取り付けることにより、電磁コイ
ルの変動に伴い、測定電極１５を大きく変動させること
が可能となり、実施例１で記述したように音叉を利用し
たものに対して１０倍以上大きな表面電位検出信号が得
られ、△Ｌおよびｄを大きく取れるためＶ₁、Ｖ₂の各出
力の差が大きく取れ、測定距離の検出精度を向上させて
前記距離補正を行うことができるため、出力が測定距離
に依存せず、測定精度（ＳＮ比）を向上させて被測定体
の表面電位を検出することが可能となる。

【００３５】なお、測定電極へのボイスコイルの適用の
仕方は、実施例１で述べた方法に従って適用することが
可能であり、ボイスコイルを駆動するための電圧波形あ
るいは電流波形としては、前記の直流または正弦波状、
矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波状、パルス波状等
の周期的、あるいは非周期的な駆動波形が適用可能であ
る。ただし、本実施例の場合、電磁コイル部を構成する
永久磁石の磁極方向をソレノイドコイルの軸方向に対し
ておおよそ垂直方向に配置する方がよい。永久磁石から
発生される磁場の強さは距離に依存して変化し、永久磁
石からの距離が離れれば離れるほど磁場の強さは弱くな
る。そのため、永久磁石の磁極方向をソレノイドコイル
の軸方向に対しておおよそ平行な方向に配置し、永久磁
石あるいはソレノイドコイルをその間の距離が遠い時と
近い時とで変動させた場合、その変動幅が異なる。本実
施例のように一定の変動幅（△Ｌ）を利用して正確な測
定距離を求め、その測定距離から正確な表面電位を得よ
うとする場合、変動幅が異なれば正確な表面電位が得ら
れないため、その磁極配置方向は適さないと言える。

【００３６】図１７に示したように、表面電位を検出す
るために測定電極１５を被測定体方向に周期的に変動さ
せながら測定電極の検出位置を変動させて、被測定体１
と測定電極１５との間の距離を異ならせる手段として
は、前記ボイスコイルの電磁コイルに、図１８（ａ）に
示すような駆動電圧波形と、図１８（ｂ）に示すような
駆動電圧波形を重畳させた状態の電圧波形（図１８
（ｃ））を印加することで可能である。なお、この印加
電圧波形としては、図１８（ａ）に示したような正弦波
状の波形だけに限らず、前記測定電極を変動させるため
の波形（矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波状、パル
ス波状等の周期的、あるいは非周期的に変動する波形）
および前記測定電極の検出位置を異ならせるための波形
（正弦波状（図１０）、矩形波状（図１１）、三角波状
（図１２）、鋸波状（図１３）、台形波状（図１４）等
の周期的あるいは非周期的に変動する波形）に従う印加
電圧波形が適用可能である。

【００３７】

【実施例４】図１９は、本発明の第４の実施例を示す表
面電位測定装置を説明するための原理説明図で、同図は
振動容量型の表面電位センサに関するものである。この
実施例は請求項２に記載の出力値の異なる２つ以上の出
力信号を得る手段として、表面電位を検出するために測
定電極を被測定体方向に周期的に変動させ、その際、そ
の変動の変化幅を異ならせて、各々の変化幅に対応する
出力信号から被測定体の表面電位を得る手段を示すもの
である。図１９において、測定電極１５を被測定体１か
らＬだけ離した距離に配置し、測定電極１５を被測定体
方向に△Ｌ₁の変化幅で変動させた時の出力信号をＶ₁、
△Ｌ₂の変化幅で変動させた時の出力信号をＶ₂とする
と、出力信号は測定電極の変動の変化幅にほぼ比例する
ため、図９（ａ），（ｂ）に示すＶ₁、Ｖ₂に対応するよ
うな出力値の異なる各々の信号が得られる。この場合、
測定電極の変動の変化幅を周期的あるいは非周期的に変
動させることにより、正弦波状（図１０）、矩形波状
（図１１）、三角波状（図１２）、鋸波状（図１３）、
台形波状（図１４）等に変動した異なる出力値を有する
信号を得ることができる。

【００３８】以上のようにして得られた異なる出力値Ｖ
₁、Ｖ₂を用いて被測定体の表面電位Ｖ_sに依存せずに測
定距離Ｌを逆に一義的に求めるために、例えば、出力比
をＶ₂／Ｖ₁とした場合、Ｖ₂／Ｖ₁は、Ｖ₂／Ｖ₁＝△Ｌ₂・（Ｌ−△Ｌ₁）／〔△Ｌ₁・（Ｌ−△Ｌ₂）〕＝Ｆ（Ｌ） …（１２）となり、Ｌに関しての一次関数Ｆ（Ｌ）で表される。こ
の時、ＬとＶ₂／Ｖ₁との関係は図２０（ａ）のような関
係曲線で表され、出力比Ｖ₂／Ｖ₁を求めれば、表面電位
Ｖ_sに依存せずにＬを一義的に求めることが可能とな
る。あるいは、出力比をＶ₁／Ｖ₂とすればＶ₁／Ｖ₂は、Ｖ₁／Ｖ₂＝△Ｌ₁・（Ｌ−△Ｌ₂）／〔△Ｌ₂・（Ｌ−△Ｌ₁）〕＝Ｆ（Ｌ） …（１３）となり、同様にＬに関しての一次関数Ｆ（Ｌ）で表さ
れ、ＬとＶ₁／Ｖ₂との関係は図２０（ｂ）のような関係
曲線Ａで表される。従って、これも同様に出力比Ｖ₁／
Ｖ₂を求めれば、表面電位Ｖ_sに依存せずにＬを一義的に
求めることが可能となる。

【００３９】上述のようにして一義的に求められたＬを
利用して、予め既知であるＶ₁あるいはＶ₂の出力値と測
定距離Ｌとの関係からＶ₁あるいはＶ₂の出力値を補正
し、さらに予め既知である表面電位Ｖ_sと出力値Ｖ₁ある
いはＶ₂との関係から前記補正されたＶ₁あるいはＶ₂の
出力値に対応する表面電位Ｖ_sを求めることにより、被
測定体の表面電位を正確に得ることが可能となる。ま
た、得られたＬをＶ₁あるいはＶ₂の出力式に代入し、Ｖ
_sについて求めることにより、被測定体の表面電位を一
義的に求めることも可能である。この実施例の場合も、
表面電位測定装置の検出部の構成を図１６に示したよう
な構成とすることで、測定距離補正を行い、測定距離に
依存せずに被測定体の表面電位に対応した正確な出力信
号を得ることが可能となる。

【００４０】この場合も、高精度に被測定体の表面電位
を検出するために、表面電位の測定精度（ＳＮ比）を向
上させる方法としては、図２０（ａ）の関係曲線Ａの傾
きを増大させることで可能となる。すなわち、Ｖ₁、Ｖ₂
の各出力の差を大きく取り、曲線の傾きを増大させるこ
とにより、測定距離（Ｌ₁）の検出精度が向上し、その
検出された測定距離より求められる表面電位の測定精度
も向上する。Ｖ₁、Ｖ₂の各出力の差を大きく取る方法と
しては、式（１２）または式（１３）からわかるように
測定電極の変動の変化幅（△Ｌ₁、△Ｌ₂）を増加し、さ
らに、その変化幅の差を大きく取ればよい。その△Ｌ₁
および△Ｌ₂を増加させる手段として、実施例１で記述
したボイスコイルの利用は有効である。

【００４１】図１９において、測定電極１５をボイスコ
イルの電磁コイル部に取り付けることにより、電磁コイ
ルの変動に伴い、測定電極を大きく変動させることが可
能となり、実施例１で記述したように音叉を利用したも
のに対して１０倍以上大きな表面電位検出信号が得ら
れ、△Ｌ₁および△Ｌ₂が大きく取れ、その差を大きく取
れるためＶ₁、Ｖ₂の各出力の差が大きく取れ、測定距離
の検出精度を向上させて前記距離補正を行うことができ
るため、出力が測定距離に依存せず、測定精度（ＳＮ
比）を向上させて被測定体の表面電位を検出することが
可能となる。なお、測定電極へのボイスコイルの適用の
仕方は、実施例１で述べた方法に従って適用することが
可能であり、ボイスコイルを駆動するための電圧波形あ
るいは電流波形としては、前記の直流または正弦波状、
矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波状、パルス波状等
の周期的、あるいは非周期的な駆動波形が適用可能であ
る。

【００４２】図１９に示すように、表面電位を検出する
ために測定電極を被測定体方向に周期的に変動させ、か
つ、その変動の変化幅を異ならせる手段としては、前記
ボイスコイルの電磁コイルに図２１（ａ）に示すような
駆動電圧の大きさを異ならせた状態の電圧波形を印加す
ることにより可能である。あるいは、図２１（ｂ）に示
すように駆動電圧の大きさは一定として、駆動電圧波形
の周波数を異ならせた状態の電圧波形を印加することで
も可能である。あるいは、前記図２１（ａ）、（ｂ）に
示した各駆動電圧波形において、駆動電圧の大きさとそ
の周波数とを同時に異ならせた状態の電圧波形をボイス
コイルの電磁コイルに印加しても可能である。なお、こ
の印加電圧波形としては、図２１（ａ）、（ｂ）に示し
たような正弦波状の波形だけに限らず、前記測定電極を
変動させるための波形（矩形波状、台形波状、三角波
状、鋸波状、パルス波状等の周期的、あるいは非周期的
に変動する波形）および前記測定電極の変動の変化幅を
異ならせるための波形（正弦波状（図１０）、矩形波状
（図１１）、三角波状（図１２）、鋸波状（図１３）、
台形波状（図１４）等の周期的あるいは非周期的に変動
する波形）に従う印加電圧波形が適用可能である。

【００４３】最後に、実施例３，４に記述した表面電位
測定装置の構成例として、図６、図７に示す装置構成図
が適用できる。図７に示すように測定電極１５を被測定
体１から、所定の間隔で配置し、測定電極１５と被測定
体１との間の静電容量を変化させるために前記ボイスコ
イル１２を利用し、板ばね１４の先端部分に測定電極１
５を配置する。測定電極１５に誘起される電位の変化を
検出する信号検出部１６を前記測定電極１５に電気的に
接続し、前記測定電極１５が配置されたボイスコイル１
２と前記信号検出部とを開口部を有する電気的に遮蔽さ
れたケース（シールドケース）１０内に設置する。な
お、測定電極１５は、シールドケース１０の開口部１０
ａを通して被測定体に曝されるように配置する。

【００４４】上記のような構成で前記シールドケース１
０の外部より実施例３および４で記述したような駆動電
圧信号を前記ボイスコイル１２の電磁コイル１２ａに印
加して測定電極を変動させ、測定電極と被測定体との間
の静電容量を変化させる。その変化に伴い測定電極に誘
起される電位の変化を信号検出部で検出し、得られた検
出信号をシールドケース外部に取り出し、その信号を図
１６に示したような構成の信号処理を行うことにより、
測定距離に依存せずに被測定体の表面電位を従来より高
精度に検出することが可能となる。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下のような効果がある。（１）〔請求項１に対応する効果〕：被測定体と測定電
極との間の静電容量を変化させる手段に、ボイスコイル
を駆動して静電容量を変化させるので、簡単な構成で、
小型、安価にＳＮ比を向上させることができ、高感度な
検出ができる表面電位測定装置が提供される。（２）〔請求項２に対応する効果〕：被測定体と測定電
極との間の静電容量を変化させる手段に、ボイスコイル
を駆動して静電容量を変化させるので、簡単な構成で、
小型、安価にＳＮ比を向上させることができ、測定距離
に依存せずに高精度な検出ができる表面電位測定装置が
提供される。（３）〔請求項３に対応する効果〕：被測定体と測定電
極との間の静電容量を大きく変化させる手段、あるいは
測定電極を被測定体からの距離の異なる位置の間を大き
く変動させる手段、あるいは被測定体と測定電極との間
の静電容量と測定電極を被測定体からの距離の異なる位
置の間を同時に大きく変動させる手段に、ボイスコイル
を適用するので、簡単な構成で、小型、安価にＳＮ比を
向上させることができ、測定距離に依存せずに高精度な
検出ができる表面電位測定装置が提供される。（４）〔請求項４に対応する効果〕：被測定体と測定電
極との間の静電容量を大きく変化させる手段、あるいは
測定電極を異なる変動幅で大きく変動させる手段、ある
いは被測定体と測定電極との間の静電容量と測定電極を
異なる変動幅で同時に大きく変動させる手段に、ボイス
コイルを適用するので、簡単な構成で、小型、安価にＳ
Ｎ比を向上させることができ、測定距離に依存せずに高
精度な検出ができる表面電位測定装置が提供される。（５）〔請求項５に対応する効果〕：ボイスコイルの駆
動電圧として、直流電圧または周期的に変化する電圧を
使用するので、簡単な構成で、かつ、安価に被測定体の
表面電位の測定精度を向上させることができ、高精度な
検出が可能な装置が得られる。（６）〔請求項６に対応する効果〕：ボイスコイルの駆
動電圧として、測定電極を被測定体からの距離の異なる
位置の間を変動させる電圧と、変動する該測定電極を振
動させる電圧と、を重畳した電圧を使用するので、簡単
な構成で、かつ、安価に被測定体の表面電位の測定精度
を向上させることができ、高精度な検出が可能な装置が
得られる。（７）〔請求項７に対応する効果〕：ボイスコイルの駆
動電圧として、大きさの変動する電圧を印加して測定電
極を異なる変動幅で変動させるので、簡単な構成で、か
つ、安価に被測定体の表面電位の測定精度を向上させる
ことができ、高精度な検出が可能な装置が得られる。（８）〔請求項８に対応する効果〕：ボイスコイルの駆
動電圧として、周波数の変動する電圧を印加して測定電
極を異なる変動幅で変動させるので、簡単な構成で、か
つ安価に被測定体の表面電位の測定精度を向上させるこ
とができ、高精度な検出が可能な装置が得られる。（９）〔請求項９に対応する効果〕：ボイスコイルに具
備される弾性体として、梁状の板ばねを適用してボイス
コイルを変動させるので、簡単な構成で、被測定体の表
面電位の測定精度を向上させることができ、高精度な検
出が可能な装置が得られる。（１０）〔請求項１０に対応する効果〕：前記梁状の板
ばねの一端側あるいは両端側を支持してボイスコイルを
変動させるので、簡単な構成で、被測定体の表面電位の
測定精度を向上させることができ、高精度な検出が可能
な装置が得られる。（１１）〔請求項１１に対応する効果〕：また、ボイス
コイルに具備される永久磁石をソレノイドコイルの軸方
向に対しておおよそ平行に配置し、永久磁石の磁極方向
をソレノイドコイルの軸方向に対しておおよそ垂直に配
置するので、測定電極を簡単な構成で、効率良く、一定
な変動幅で変動させることができ、被測定体の表面電位
の測定精度が安定して得られ、高精度な検出が可能な装
置が得られる。（１２）〔請求項１２に対応する効果〕：ボイスコイル
に具備される永久磁石を固定し、ソレノイドコイルを可
動状態として使用するので、小型、小電力で応答速度を
高くして被測定体の表面電位の測定精度を向上させるこ
とができ、高精度な検出が可能な装置が得られる。（１３）〔請求項１３に対応する効果〕：ソレノイドコ
イルのコイルボビンを無くし、空心状のソレノイドコイ
ルを可動にして使用するので、小型、小電力で応答速度
を高くして被測定体の表面電位の測定精度を向上させる
ことができ、高精度な検出が可能な装置が得られる。（１４）〔請求項１４に対応する効果〕：ボイスコイル
に具備される永久磁石をソレノイドコイルの外側に配置
して使用するので、簡単な構成で小型となり、その組み
立てを容易にして被測定体の表面電位の測定精度を向上
させることができ、高精度な検出が可能な装置が得られ
る。（１５）〔請求項１５に対応する効果〕：ボイスコイル
に具備される板ばねを通して、ソレノイドコイルに電流
を供給するので、簡単な構成で小型となり、その組み立
てを容易にして被測定体の表面電位の測定精度を向上さ
せることができ、高精度な検出が可能な装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表面電位測定装置の第１の実施
例を説明するための要部側面図及び上面図である。

【図２】本発明の実施に使用して好適なボイスコイル
の例を示す概略図である。

【図３】振動容量型の表面電位測定装置の実施例を説
明するための図である。

【図４】チョッパ型の表面電位測定装置の測定電極の
振動子部分にボイスコイルを使用した場合の実施例を説
明するための図である。

【図５】振動容量型の表面電位測定装置の測定電極の
振動子部分にボイスコイルを使用した場合の実施例を説
明するための図である。

【図６】振動容量型の表面電位測定装置の実施例を説
明するための側面図及び上面図である。

【図７】振動容量型の表面電位測定装置の他の実施例
を説明するための側面図及び上面図である。

【図８】本発明の第２の実施例を説明するための動作
原理図である。

【図９】図８の測定電極を変位させた時の出力信号を
示す図である。

【図１０】図８の測定電極を周期的に変化させた時の
出力信号を示す図である。

【図１１】図８の測定電極を周期的に変化させた時の
他の出力信号を示す図である。

【図１２】図８の測定電極を周期的に変化させた時の
他の出力信号を示す図である。

【図１３】図８の測定電極を周期的に変化させた時の
他の出力信号を示す図である。

【図１４】図８の測定電極を周期的に変化させた時の
他の出力信号を示す図である。

【図１５】図８において測定電極と被測定体との距離
を変化させた時の出力信号の比と距離との関係を示す図
である。

【図１６】図８に示した測定装置に使用し好適な信号
検出回路の一例を示す図である。

【図１７】本発明の第３の実施例を説明するための動
作原理図である。

【図１８】測定電極を駆動する電圧の作成方法の一例
を説明するための図である。

【図１９】本発明の第４の実施例を説明するための動
作原理を説明するための図である。

【図２０】図１９において、測定電極と被測定体の距
離を変化させた時の出力信号の比と距離との関係を示す
図である。

【図２１】測定電極を周期的に変位させるボイスコイ
ルに印加する電圧の波形を示す図である。

【図２２】従来の表面電位測定装置の例を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１…被測定体、２…チョッパ電極、３…測定電極、４…
信号検出部、５…信号増幅部、１０…シールドケース、
１１…チョッパ電極、１２…ボイスコイル、１２ａ…電
磁コイル、１２ｂ…弾性体、１２₁…ソレノイドコイ
ル、１２₂…ボビン、１２₃…永久磁石、１３…固定台、
１４…弾性体（板ばね）、１５…測定電極、１６…信号
検出部、１７…信号増幅部、１８，１９…信号検出部、
２０…測定距離補正部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定体から所定間隔を隔てた位置に該
被測定体と電気的に独立した測定電極を配設した表面電
位測定装置であって、前記被測定体と測定電極との間の
静電容量を変化させる容量変化手段と、被測定体の表面
電位に対応して誘起され該静電容量の変化に伴って変化
する測定電極の電位を検出する電位検出手段と、該電位
検出手段の検出信号から被測定体の表面電位を導き出す
表面電位導出手段とを備えた表面電位測定装置におい
て、前記被測定体と測定電極との間の静電容量を変化さ
せる容量変化手段に、ボイスコイルを適用し、該ボイス
コイルを駆動して前記静電容量を変化させることを特徴
とする表面電位測定装置。
【請求項２】被測定体から所定間隔を隔てた位置に該
被測定体と電気的に独立した測定電極を配設した表面電
位測定装置であって、前記被測定体と測定電極との間の
静電容量を変化させる容量変化手段と、被測定体の表面
電位に対応して誘起され該静電容量の変化に伴って変化
する測定電極の電位を検出する電位検出手段と、該電位
検出手段の検出信号から少なくとも出力値の異なる２つ
以上の出力信号を検知する出力検知手段と、該出力信号
から被測定体の表面電位を導き出す表面電位導出手段と
を備えた表面電位測定装置において、前記被測定体と測
定電極との間の静電容量を変化させる容量変化手段に、
ボイスコイルを適用し、該ボイスコイルを駆動して前記
静電容量を変化させることを特徴とする表面電位測定装
置。
【請求項３】前記容量変化手段に、前記測定電極を被
測定体からの距離の異なる位置の間を変動させる電極変
動手段を有し、該電極変動手段により前記測定電極を被
測定体からの距離の異なる位置の間を変動させて被測定
体と測定電極との間の静電容量を変化させ、前記出力検
知手段が、測定電極の異なるそれぞれの位置での電位検
出手段による検出信号から出力値の異なる２つ以上の出
力信号を検知する請求項２記載の表面電位測定装置にお
いて、前記被測定体と測定電極との間の静電容量を大き
く変化させる手段あるいは前記測定電極を被測定体から
の距離の異なる位置の間を大きく変動させる手段、ある
いは前記被測定体と測定電極との間の静電容量と前記測
定電極を被測定体からの距離の異なる位置の間を同時に
大きく変動させる手段に、ボイスコイルを適用し、該ボ
イスコイルを駆動して静電容量を測定することを特徴と
する表面電位測定装置。
【請求項４】前記容量変化手段に、前記測定電極を異
なる変動幅で変動させる電極変動手段を有し、該電極変
動手段により測定電極を異なる変動幅で変動させて被測
定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、前記出力
検知手段が、測定電極の異なるそれぞれの変動幅での電
位検出手段による検出信号から出力値の異なる２つ以上
の出力信号を検知する請求項２記載の表面電位測定装置
において、前記被測定体と測定電極との間の静電容量を
大きく変化させる手段、あるいは前記測定電極を異なる
変動幅で大きく変動させる手段、あるいは前記被測定体
と測定電極との間の静電容量と前記測定電極を異なる変
動幅で同時に大きく変動させる手段に、ボイスコイルを
適用し、該ボイスコイルを駆動して静電容量を測定する
ことを特徴とする表面電位測定装置。
【請求項５】前記ボイスコイルの駆動電圧として、直
流電圧または周期的に変化する電圧を印加することを特
徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表面電位測
定装置。
【請求項６】前記ボイスコイルの駆動電圧として、前
記測定電極を被測定体からの距離の異なる位置の間を変
動させる電圧と、変動する該測定電極を振動させる電圧
と、を重畳した電圧を印加することを特徴とする請求項
３記載の表面電位測定装置。
【請求項７】前記ボイスコイルの駆動電圧として、大
きさの変動する電圧を印加して前記測定電極を異なる変
動幅で変動させることを特徴とする請求項４記載の表面
電位測定装置。
【請求項８】前記ボイスコイルの駆動電圧として、周
波数の変動する電圧を印加して前記測定電極を異なる変
動幅を変動させることを特徴とする請求項４記載の表面
電位測定装置。
【請求項９】前記ボイスコイルに具備される弾性体と
して、梁状のバネを適用した構成で、ボイスコイルを変
動させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
記載の表面電位測定装置。
【請求項１０】前記梁状のバネの一端側あるいは両端
側を支持した構成で、ボイスコイルを変動させることを
特徴とする請求項９記載の表面電位測定装置。
【請求項１１】前記ボイスコイルに具備される永久磁
石をソレノイドコイルの軸方向に対しておおよそ平行に
配置し、永久磁石の磁極方向をソレノイドコイルの軸方
向に対しておおよそ垂直に配置した構成で、ボイスコイ
ルを変動させることを特徴とする請求項３記載の表面電
位測定装置。
【請求項１２】前記ボイスコイルに具備される永久磁
石を固定し、ソレノイドコイルを可動状態とした構成
で、ソレノイドコイルを変動させることを特徴とする請
求項１乃至４のいずれかに記載の表面電位測定装置。
【請求項１３】前記ソレノイドコイルのコイルボビン
を無くし、空心状のソレノイドコイルを可動することを
特徴とする請求項１２記載の表面電位測定装置。
【請求項１４】前記ボイスコイルに具備される永久磁
石をソレノイドコイルの外側に配置した構成でボイスコ
イルを変動させることを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれかに記載の表面電位測定装置。
【請求項１５】前記ボイスコイルに具備される弾性体
を通して、ソレノイドコイルに電流を供給することを特
徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表面電位測
定装置。