JPS61247979A - 表面電位センサ素子の製造方法 - 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
１表面型位センサ素子の製造方法に関するもので、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が用いられ、本発明は前者
の製造方法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楕成図である。

本発明に基づいて製造されるセンサ素子を構成する主要
素の一つの桟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０文字り、Ｇ、Ｓは各々ＦＥＴのド
レイン、ゲート、ソースを意味し、それぞれに抵抗（Ｒ
，、Ｒ１，Ｒ１）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
Ω　（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
の製造方法に基づく表面電位センサ素子の基本構成を、
桟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、　１１．１２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、１
７は前記電気力線の受容電極を、１８は第４図に示され
た増幅回路の各要素を電気力線及びそれを受けて電極１
７に誘起される誘電電荷から静電的に遮蔽するシールド
部材を、１９は前記各要素体を収容しかつそれらを外部
電界から静電的に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ＦＥＴの電源
の端子部を、それぞれ表わす。尚、第３図のみでは従来
の素子の製造方法の概要も分かりにくいと思われるので
以下に補足する。従来から現在に至る迄、実用されてい
る素子では一枚の回路基板（通常はＰ板と略称される）
の一つの面に抵抗体を装着し、それらを覆う如く前記１
８に相当するシールド部材を上記Ｐ板に取り付ける。次
いでＦＥＴや検出電極を前記部品装着面の裏面に取付け
、その同じ面に圧電音叉もその基根部で支持され固定さ
れる。それから、電気力線の導入孔を有するシールドケ
ース上蓋が、前記電極が上記孔の真下にくるように、前
記シールド部材に半田等で装着される。

つまり、センサ素子を構成する各要素体は、一枚のＰ板
の両面に振り分けられて載置収納されている。更に、従
来の製造方法では、電気力線の進入側と反対の面も必ず
、一種のシールド部材（例えば金属ケース）で被覆され
、上記部材が前記Ｐ板を支持する如く上記Ｐ板に取り付
けられるのである。尚、リードピンは、前記Ｐ板とシー
ルド部材の共に厚み方向を貫通して設けられる。但し、
これに関する制限は持にない（特開昭５６−１２０９５
９及び特開昭５９−２０４７７１参照）。

発明が解決しようとする問題点 上記従来の製造方法に基づく構成の表面電位センサ素子
は、以下の問題点を有している。

１）センサ素子の要素部品の支持もしくは装着の部位が
、一枚のＰ板の表裏に分かれる為、Ｐ板上の導電路パタ
ーン形成が複雑になり、同時に上記部品の支持及び装着
の全工程が複雑なものとなる。

２）センサ素子要素体の収納が、上蓋と下蓋の二部材か
ら成るシールドケースによって行なわれるため、上記要
素体の収納工程が煩雑になり、同時に本方法によって作
られた素子の電気力線方向の高さが相対的に高くなる。

３）上記１）、２）の理由により、素子全体の製造方法
も煩雑なものとなる。

本発明は、上記問題点を解決した表面電位センサ素子の
製造方法を提供するものである。

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の製造方法は、電気信号の
増幅回路部品と圧電音叉とを一枚のＰ板の同一面上に各
々装着及び支持固定し、前記回路部品の内前記電極に接
続している超高抵抗体を箔状の高導電膜で被覆すること
により静電シールド処理を施し、前記音叉両脚部の先端
に絶縁性基板と高導電膜とから成る二層構造体を絶縁性
接着剤を介して装着し、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を前記各要素
体が装着されている回路基板にかぶせて前記二層構造体
の内の高導電膜が前記表面の電位検出電極となるよう配
置して前記回路基板片面の表面を前記上蓋ケースと併せ
てシールド効果を有するケース底面として使い前記各要
素体を収納せしめるものである。

作用 本発明はセンサ素子要素部品の支持もしくは装着の部位
が一枚のＰ板の片面に集中しているため、Ｐ板上の導電
路パターン形成が簡単となり、同時に上記部品の支持及
び装着の全工程が簡単なものとなる。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、例えば
金属性ケース等で上記抵抗体を覆う方法がよく使われる
がそれに代って、同じく上記抵抗体を箔状の高導電膜で
被覆すると共に、前記Ｐ板を、センサ素子各要素体のシ
ールドと収納とを兼ねたケースの底抜として利用するの
で、前記収納工程が簡便なものとなり。

素子の高さも低くなる。結局、本発明に基づくセンサ素
子の製造方法は、従来のそれにくらべてより簡易なもの
となり、これによって作られる素子の電気力線方向の高
さも低くなるものである。

実施例 以下、本発明に基づく表面電位センサ素子の製造方法の
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図は本発明に基づいて
作られる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、第２図は第１図に於ける幅方向の位
置（ＡＡ’）を切り口とし、その方向から眺めた断面図
を、第３図は要部の一部の拡大上面図をそれぞれ表わす
。■。

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は前記振動子を、５，６は圧電音叉の脚部先端に
設けられた二層構造体の内の高導電膜を。

７ａ　、７ｂ　、　７ｃは前記音叉の基根部の各要素を
、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
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。

１５は電位検出の電極となりうる前記高導電膜５，６に
接続され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箔状高導電膜を、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
や箔状高導電膜１６の図示が略されている。更に、前記
二層構造体と音叉脚部との接着に用いられる絶縁性接着
剤の図示は第２図では略されている。基板１３の材質は
基本的には、従来と同体な高分子系樹脂でよい、但し、
従来と異なり、センサ素子の要素部品の包装ケースの底
抜を兼ねるために、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。箔状高導電膜
１６の材質は高導電膜５，６のそれと同じであって良い
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、高導電膜５，６は蒸着膜であっても良
いが箔状高導電膜１６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、それらを利用すれば良い。

第１図〜第３図では、センサ素子の機能発現に必要な第
４図の増幅回路の内、超高抵抗（Ｒ工）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図に示されている基板１３の圧電
音叉側の面に装着されているものである。

上記に基づき、本発明の製造方法を具体的に以下に説明
する。

まず、部品装着用回路基板（回路基板と略称、通常Ｐ板
と呼ばれる）の片面上に、電位検出の電気信号の増幅に
必要な部品の一部（例えば抵抗体やＦＥＴ等の増幅回路
部品）を装着せしめ、その装着面に、基根部と脚部とが
同材質のものからなり一体形成又は溶接によって一体化
され両脚部の起根部側近傍に圧電振動子が装着されてい
る圧電音叉の前記基根部を装着せしめ支持固定する。次
いで。

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５を市販の銅箔等の箔状高導電膜で被覆しそ
の端部を半田付は等により前記装着面上の接地部と接続
せしめて静電シールド処理を施す。次いで、前記音叉両
脚部１．２の先端に、絶縁性基板の上に高導電膜が装着
された二層構造体を、前記絶縁性基板が上記脚部先端の
主面に接するように、絶縁性接着剤を介して装着せしめ
る。更に、前記各要素に所要の電気結線を施した後、電
気力線の導入孔８を有するシールドケース上蓋１４（通
常は金属性のものが多用される〕を、前記二層構造体の
内の高導電膜面が被測定面から放射される電気力線を受
用し得るように、前記Ｐ板の上からかぶせる。一方、前
記Ｐ板の要素部品装着面の裏面は、Ｐ板に予め張られて
いる銅箔の上に半田メッキ等が施され、静電シールドの
為の接地端子面となっている。従って、前記上蓋ケース
の端部を、前記装着面の裏面に半田付は等で接続させる
ことにより、前記各要素体の収納とシールドとがなされ
５本センサ素子の製造工程が終了する。このとき、前記
Ｐ板表面波収納ケース底板となると共にシールドケース
の底面ともなっている。

本発明の製造方法の作用は、上記に述べた通りである。

以下には、本方法に基づいて製造された素子が確かに表
面電位センサ素子として働き得ることを示す。

まず導入孔８を通った電気力線は、高導電膜５，６上に
電荷として蓄えられ、圧電音叉脚部１，２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。結局前記高導電膜
は表面電位検出用の電極としての役割を果すことになり
１本発明の製造方法による素子は表面電位センサ素子と
して働き得ることが示されたことになる。

本発明に基づいて製造された素子では、電位検出用電極
が電気力線導入孔に体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１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前記電極面との距離が短くなるから
である。上記距離が短いと、電極サイズが同じ場合には
、その分だけ誘導電荷の大きさが増え、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 ■要素部品の配置が、Ｐ板の片面に集中して行なわれる
為、それらの装着工程が容易になる。

■更に、検出電極と直結している超高抵抗体（第４図に
於けるＲ１）のみを箔状高導電膜で被覆することで、要
素部品の静電シールドの簡略化が図れると共に、Ｐ板を
シールドと収納とを兼ねたケースの底板として利用する
ので、素子の各要素体の収納工程が簡便になり、センサ
素子の高さを低くできる。

尚、本発明に基づく表面電位センサ素子の製造方法の構
成要件については、上記の説明以外に付加されるべき制
限条項はない。

発明の効果 以上、説明のように、本発明の表面電位センサ素子の製
造方法は、要素回路部品と圧電音叉とを一枚の回路基板
の片面に集中配置せしめ、前記部品の白餡高抵抗体のみ
を箔状の高導電膜で被覆としてシールドし、前記音叉両
脚部の先端に絶縁性基板と高導電膜の二層構造体を取付
け、更に、電気力線の導入孔を有するシールドケース上
蓋を前記回路基板にかぶせて前記二層構造体の内の高導
電膜が上記電気力線の受容電極となるよう配置すると共
に、前記回路基板の裏面を前記要素体の収納ケース底面
として利用することにより、従来例の問題点を解決しか
つ感度の向上した表面電位センサ素子を作り得る前記素
子の製造方法を提供しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて作られた表面電位センサ素子
の要部構成上面図、第２図は第１図の断面図、第３図は
第２図の要部上面図、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図は従来の製法に
基づく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・・
・音叉法根部、９．１０・・・絶縁性基板、１３・・・
回路基板、１４・・・シールドケース上蓋、１５・・・
超高抵抗体 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第１図　　　第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一個のＦＥＴと上記ＦＥＴの各端子に接続される抵
   抗体とからなる電位検出電気信号の増幅回路部品と圧電
   音叉とを、部品装着用回路基板の同一片面上に各々装着
   及び支持固定し、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を箔状の高導電膜で被覆する
   ことにより静電シールド処理を施し、前記音叉両脚部の
   先端に絶縁性基板と高導電膜とから成る二層構造体を絶
   縁性接着剤を介して装着し、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を前記各
   要素体が装着されている回路基板にかぶせて前記二層構
   造体の内の高導電膜が前記表面の電位検出電極となるよ
   う配置して前記回路基板片面の表面を前記上蓋ケースと
   併せてシールド効果を有するケース底面として使い前記
   各要素体を収納せしめる表面電位センサ素子の製造方法
   。 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の製造方法。