JPS61247978A - 表面電位センサ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、被測定物の表面電位を非接触で測定するため
の、表面電位センサ素子に関するもので、特に振動容量
形電位計に分類されるものに係る。

従来の技術 物体の表面電位を非接触で測定するには、振動容量形と
セクター形の二方式の電位計に用いられ、本発明は前者
に関するものである。

第４図は一般にセンサ素子の出力電気信号を増幅するの
に多用される電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴな
る一般称を使用）を用いた増幅回路の基本構成図である
。本発明に基づくセンサ素子を構成する主要素の一つの
機能を説明するに必要なもので各記号は公知の内容に対
応する。文字り、Ｇ、Ｓは各々Ｆ　Ｅ　’Ｔのドレイン
、ゲート、ソースを意味し、それぞれに抵抗（Ｒ３、Ｒ
ｔ　。

Ｒ２）が付属する。Ｐは一般に電気信号の入力を、Ｑは
同じくその出力を意味し、ＶはＦＥＴの動作電源である
。点線の四角形で囲まれたＲ１は値が数十ＭΩ〈メグオ
ーム）以上の超高抵抗体である。

本発明の関与する分野では、Ｐには被測定表面から放射
される電気力線を受けて誘起される誘導電荷が、前記表
面の電位検出信号として入ってくるものである。第５図
は従来の表面電位センサ素子の基本構成を機能本位に示
した一種の断面図である。８は電気力線の導入孔を、１
１．１２は圧電音叉の先端部であって接地され前記電気
力線を周期的に遮断し得る金属片を、１７は前記電気力
線の受容電極を、１８は第４図の増幅回路の各要素を前
記電極１７から遮蔽するシールド部材を、１９は前記各
要素体を収容し、かつそれらを外部電界から遮蔽するシ
ールドケースを、それぞれ表わす。シールド部材１８の
内部の記号及び文字は第４図のそれと一対一に対応する
。但し、ｑは出力信号の端子部を、＋（プラス）はＦＥ
Ｔの電源の端子部を、それぞれ表わす。尚、第５図だけ
では分りにくいが、実用されている素子では、前記各要
素体は、一枚のプリント配線基板の両面に、圧電音叉と
検出電極は同じ一つの面にそして他の回路部品（ＦＥＴ
や抵抗体）は前記の面の裏にというように、振り分けら
れて載置・収納されている。そして第５図から容易に分
るように、後者の回路部品は検出電極から遮蔽されるよ
うに、シールドケースで被覆される。これを下蓋と名付
けると、全体のシールドケースは上蓋と名付けてよい。

実際、第５図のシールド部材１８とシールドケース１９
とは、電極１７を境にして電気力線の進入側では共用し
得ないが、反対側では共用し得るもので実用されている
（特開昭５６−１２０９５９号及び特開昭５９−２０４
７７１号参照）。

発明が解決しようとする問題点 上記構成の従来例は、以下の問題点を有している。

１）センサ素子の要素部品が一枚のプリント基板の表裏
に互いに分れて支持もしくは装着されているため、前記
プリント配線基板上の導電路パターンが複雑になり、同
時に上記部品の支持及び装着の全工程が煩雑なものとな
る。

２）センサ素子構成要素体のシールドケースが、上蓋と
下蓋の二部材から成るので、前記要素体の収納ケースと
しても複雑なものとなり、素子の電気力線受容方向の高
さが相対的に高くなる。

本発明は、上記問題点を解決した表面電位センサ素子を
提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明の表面電位センサ素子は、音叉の両脚部先端に絶
縁性基板と高導電膜とから成る二層構造体が装着された
圧電音叉体と電気信号の増幅回路部品とが一枚の回路基
板の片面に集中配置され、これら全体が電気力線導入孔
を有するシールドケース上蓋で覆われ、前記高導電膜が
前記電気力線の受容電極として配置されると共に、前記
回路部品の内前記電極に接続している超高抵抗体が静電
的にシールドされるように高導電膜で被覆されてあり、
前記片面の裏面が前記シールドケース上蓋と共に前記各
要素体を収容する包装用ケースの底面として構成されて
いる。

作用 上記の構成によって、センナ素子の要素部品が一枚のプ
リント配線基板の片面に集中配置されているため、プリ
ント配線基板上の導電路パターンの形成が簡単となり、
併せて上記部品の支持及び装着の全工程が簡明なものと
なる。更に、検出電極に接続している超高抵抗体の静電
シールドとして金属製ケースの代りに高導電膜で被覆さ
れていると共に、プリント配線基板がシールドケース上
蓋と共にセンサ素子の要素体の収納を兼ねている“ため
、素子の包装用ケースが簡単なものとなり、素子の高さ
も低くなる。

実施例 以下、本発明に基づく表面電位センサ素子の構成と作用
並びに従来例に優る利点を、図面に基づいて具体的に説
明する。第１図〜第３図は本発明に基づく表面電位セン
サ素子の構成の一例を示すもので、第１図は上面図を、
第２図は第１図に於ける幅方向の位置Ａ、Ａ’を切り口
とし、その方向から眺めた断面図を、第３図に要部の一
部の拡大上面図をそれぞれ表わす。１．２は圧電振動子
によって駆動される圧電音叉の脚部を、３．４は前記圧
電振動子を、５．６は圧電音叉脚部の先端に設けられた
二層構造体の内の高導電膜を、７ａ。

７ｂ、７Ｃは前記圧電音叉の基板部各要素を、９゜１０
は二層構造体の内の絶縁性基板を、１３は前記振動子や
二層構造体が音叉に装着されている圧電音叉体や電気信
号増幅回路部品を各々支持及び装着しうる部品装着用基
板を、１４はシールドケース上蓋を、８はシールドケー
ス上蓋１４に穿設された導入孔、１５は電位検出の電極
となりうる前記高導電膜５．６に接続している超高抵抗
体を表わし、１５ａはその実質抵抗部を、１５ｂはその
リード線部を、１６は前記リード線とは導通しない状態
で前記超高抵抗体１５を静電的にシールドすべく被覆し
前記基板１３上の接地部にその周辺が接着される銅箔等
の高専１！１１１を、Ｅは被測定表面から放射される電
気力線をそれぞれ表わしている。上記以外の記号の表わ
す意味は、第４図及び第５図の場合と同様である。但し
、第１図〜第３図では前記基板１３や高導電膜１６の図
示が略されている。１３の材質は基本的には、従来と同
様な高分子系樹脂でよい。但し、従来を異なり、センサ
素子の要素部品の包装ケースの底板を兼ねるために、主
として機械的強度を考慮した板厚や材質の設計がなされ
ているものである。更に、本発明に於ける二層構造体と
音叉脚部先端との接着に用いられる絶縁性接着剤の図示
は略されている。尚、超高抵抗体を静電シールドする高
導電膜１６は検出電極に用いられる高導電膜５．６とは
材質は同じであって良いが厚みは被覆材として十分な厚
みを持っていることが望ましい。

例えば、後者は蒸着膜であっても良いが前者は箔状のも
のが望ましく、裏面に導電性や絶縁性の接着剤の塗布さ
れたもの或いはそれらが全く付着していない銅箔やアル
ミ箔が市販されているので、これらを利用すれば良い。

センサ索子の機能発現に必要な第４図の増幅回路の内、
超高抵抗Ｒ１を除いた他の要素部品及び電気結線の図示
も略されているが、実際には、これら諸要素は第２図に
示される基板１３の圧電音叉側の面に装着されているも
のである。

上記構成の表面電位センサ素子の作用を次に説明する。

本発明の前記素子の動作そのものは。従来例と類似した
ものである。導入孔８を通って、電気力線は高専電膜５
，６上に電荷として蓄えられ、圧電音叉の動きと同期し
て、上記電荷は増幅回路の要素である負荷を流れる変位
電流に変換される。従って、電気力線を放射する被測定
表面の電位は、一定値を有する抵抗（第４図に於けるＲ
２　）間の電位差に一定比で換算され求められることに
なる。結局圧電音叉先端に取り付けられた二層構造体の
内の前記高導電膜５，６は表面電位検出用の電極として
の役割を果すことになる。本発明では、電位検出用電極
が電気力線導入孔に対し相対的に接近するので、従来例
にくらべてＳ／Ｎ比が向上する。これは、検出電極に誘
起される電荷の大きさが被測定電位面からの距離に反比
例することに起因する。即ち、前記孔８の面と被測定面
との距離が同一であっても、検出電極面が電気力線の入
射方向に沿って、本発明例の方が従来例に比べて明らか
に前記孔の面により接近する分だけ被測定面と電極面と
の距離が短かくなるからである。上記距離が短かいと、
電極面積が同じ場合には、その分だけ誘導電荷の大きざ
が増え、電気信号もそれだけ増大し回路による処理も容
易となるからである。熱論、従来にくらべて、■　要素
部品が一枚のプリント配線基板の片面に集中配置されて
いるため、前記プリント配線基板上の導電路パターンが
酪明なものとなり、同時にそれらの装着工程も簡単なも
のとなる。

■　更に、検出電極と直結している超高抵抗体く第４図
に於けるＲ１）のみが高導電膜で被覆されることで、要
素部品の静電シールドの簡略化が図られると共に、プリ
ント配線基板が電気力線の導入孔を有する上蓋ケースと
協力してシールドケースとしての底板を兼ねているため
、センサ素子の高さが低くなる。

尚、本発明に基づく表面電位センサ素子の構成要件につ
いては、上記の説明に加えて、材料や形状の制限は特に
ない。

発明の効果 以上、本発明は、電気力線受容用電極となりうる高導電
膜と絶縁性基板とからなる二層構造体が両脚部先端に設
けられた圧電音叉と要素回路部品とが一枚の回路基板の
片面に集中配置されると共に、前記高導電膜と直結して
いる超高抵抗体が別の高導電膜で静電シールドされ、前
記基板の裏面が、電気力線の導入孔を有する上蓋ケース
と共に素子要素体の収納ケースの底面となることにより
、従来例の問題点を解決しかつ高感度の表面電位センサ
素子を提供しうるちのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の表面電位センサ素子の要部構成上面図
、第２図は第１図のＡ−Ａ’断面図、第３図は第２図の
一部要部構成上面図、第４図はセンサ素子一般の出力電
気信号の増幅回路の基本構成図、第５図は従来の表面電
位センサ素子の基本構成を機能本位に説明するための断
面図である。 １．２・・・音叉脚部、３．４・・・圧電振動子、５゜
６．１６・・・高導電膜、７ａ、７ｂ、７ｃ・・・音叉
基根部、８・・・導入孔、９．１０・・・絶縁性基板、
１３・・・回路基板、１４・・・シールドケース、１５
・・・超高抵抗体代理人　　　森　　本　　義　　弘 第１図　　　第２図 第３図 第４図 第Ｓ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧電音叉と、絶縁性基板と高導電膜とから成り前記
   音叉両脚部の先端に絶縁性接着剤を介して装着された二
   層構造体と、一個のＦＥＴと上記ＦＥＴの各端子に接続
   される抵抗体とから成る電位検出電気信号の増幅回路部
   品と、前記音叉と前記回路部品を共に装着しうる回路基
   板と、被測定表面から放射される電気力線の導入孔を有
   するシールドケース上蓋とからなり、前記回路基板の片
   面に前記音叉と部品とが集中配置され、前記二層構造体
   の内の高導電膜が前記電気力線を受ける電極として配置
   されると共に、前記抵抗体の内前記ＦＥＴのゲート端子
   に接続される超高抵抗体が静電的にシールドされるよう
   に高導電膜で被覆されてあり、前記片面の裏面が前記シ
   ールドケース上蓋と共に前記各要素体を収容する包装用
   ケースの底面として構成された表面電位センサ素子。 ２、圧電音叉の駆動体として、長さ振動を行う圧電振動
   子を利用したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の表面電位センサ素子。