JPH07104019A - 表面電位測定方法およびその測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、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方法およ
びその測定装置に関し、被測定体および測定電極の間の
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することにより、その出力信
号から測定距離を求めて表面電位を導出するようにし
て、正確な表面電位を簡易に測定することを目的とす
る。 【構成】 電気的に独立した測定電極33を被測定体12か
ら異なる距離の位置Ｌ₁、Ｌ₂ の間を変動させるととも
にチョッパ電極14を開閉するよう振動させて被測定体12
と測定電極33との間の静電容量Ｃ₀ を変化させ、被測定
体12の表面電位Ｖ _s に対応して誘起され静電容量Ｃ₀ の
変化に伴い変化する測定電極33の電位を検出し、その検
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Ｖ₁ 、Ｖ ₂ を検知して出力信号Ｖ₁ 、Ｖ₂ から被測定
体12の表面電位Ｖ_s を導き出す。

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方法およびその測定装置に
関し、詳しくは、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方法およびその
測定装置に関する。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およびその装置に適用される。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種の分野において、導電体や絶
縁体等（被測定体）の表面電位を検出し測定する必要性
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
して、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は、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計測手
段（表面電位センサ）が用いられている。

【０００３】非接触型の表面電位計測手段としては、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
縁物の分極により感度が低下してしまう。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。

【０００４】この機械的な手段による表面電位の測定に
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振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。どちらの方式も比較的小型に作製でき、安
定した出力値が得られるものであるが、いずれの方式も
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
に依存して大きく変化してしまう。そのため、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、出力値の変化が測定距離の変動
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、被測定
体の表面電位を正確に得ることが困難であるという不具
合があった。

【０００５】このような不具合を解消するため、現在、
測定距離が変動しても出力変動が極めて少ない測定距離
補正型の表面電位センサが種々考案されており、例えば
米国Ｔｒｅｋ社製の表面電位センサ（B.T.Williams et
al.:U.S.Patent 3,852,667(1974)）が実用化されてい
る。この表面電位センサ（以降、第１従来例という）
は、出力信号を積分型の高圧発生器に入力して出力信号
に応じた高電圧を発生させ、それをセンサプローブのハ
ウジングにフィードバックすることにより、被測定体と
ハウジングとの電位を同電位にしてその間の静電容量を
打ち消して出力値が測定距離に依存しないようになって
いる。

【０００６】また、特開昭６２−１１８２６７号公報に
は、チョッパ型の表面電位センサに、一定の距離差で固
定された２個以上の測定電極を設け、電極間の交流出力
信号を利用して測定距離の変動を補正することにより、
被測定体の表面電位を正確に測定するもの（以降、第２
従来例という）が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１従
来例にあっては、高圧発生器を使用するため装置が非常
に高価となり、また、フィードバック回路を設けるため
装置構成が複雑となってしまう。さらに、センサプロー
ブが高電圧となるため取り扱いに注意を要する等の問題
があった。

【０００８】また、第２従来例にあっては、センサ電極
の前に入射する電気力線を遮断するためのチョッパ電極
等を設けるとともに、測定距離の補正を行うために測定
電極を２個以上設けるので、装置構成が複雑となり装置
全体の大きさが大型になってしまう。また、部品点数も
多くなるためコストアップの要因となる。さらに、チョ
ッパ型の表面電位センサでは、測定電極が常に静止して
いる状態にあるので、センサを長期間使用していると帯
電吸着等により測定電極上に塵埃が付着堆積し、センサ
電極表面が汚染されるために感度が低下して正確な測定
ができなくなるという問題も生じる。これは、トナー等
を使用する粉塵の多い電子写真複写機の中で使用する場
合に特に問題となる。

【０００９】そこで、請求項１記載の発明は、被測定体
および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するこ
とにより、その出力信号から測定距離を求め表面電位を
導出するようにして、正確かつ簡易に表面電位を測定で
きる新規な測定距離補正型の表面電位測定方法を提供す
ることを目的とする。

【００１０】請求項２、３記載の発明は、測定電極を変
動させて被測定体および測定電極の間の静電容量を変化
させることにより、測定距離を求めるための出力値の異
なる２つ以上の出力信号を検知するようにして、感度の
経時変化の小さい簡易な表面電位測定方法を提供するこ
とを目的とする。また、請求項４記載の発明は、被測定
体および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する
ことにより、その出力信号から測定距離を求め表面電位
を導出するようにして、正確に表面電位を測定できる簡
単な構成の新規な測定距離補正機能を有する安価な表面
電位測定装置を提供することを目的とする。

【００１１】請求項５、６記載の発明は、測定電極を変
動させて被測定体および測定電極の間の静電容量を変化
させることにより、測定距離の求めるための出力値の異
なる２つ以上の出力信号を検知するようにして、感度の
経時変化の小さい簡単な構成の表面電位測定装置を提供
することを目的とする。そして、請求項７〜９記載の発
明は、測定電極を圧電材料または電磁コイルに固設する
ことにより、その測定電極を簡単な構成で変動可能にし
て、小型でより安価な表面電位測定装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】さらに、請求項１０記載の発明は、測定電
極を固設した圧電材料または電磁コイルにその測定電極
を変動および振動させる電圧を重畳して印加することに
より、測定電極を被測定体からの距離の異なる位置に変
動させるようにして、小型で簡単な構成の安価な表面電
位測定装置を提供することを目的とする。請求項１１、
１２記載の発明は、測定電極を固設した圧電材料または
電磁コイルに大きさまたは周波数の変動する電圧を印加
することにより、測定電極を異なる変動幅で変動させる
ようにして、小型で簡単な構成の安価な表面電位測定装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１記載の発明は、被測定体から所定間隔を隔てた位
置に配設され該被測定体と電気的に独立した測定電極に
より被測定体の表面電位を測定する表面電位測定方法で
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、被測定体の表面電位に対応して誘起され該静電
容量の変化に伴い変化する測定電極の電位を検出し、該
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
信号を検知して該出力信号から被測定体の表面電位を導
き出すことを特徴とするものである。

【００１４】請求項２記載の発明は、前記検出信号から
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
る方法として、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て、被測定体と測定電極との間
の静電容量を変化させ、各々の位置での出力信号を検知
することを特徴とするものである。請求項３記載の発明
は、前記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方法として、前記測定電極を異
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、各々の変動幅での出力信号を検知
することを特徴とするものである。

【００１５】また、請求項４記載の発明は、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静
電容量の変化に伴い変化する測定電極の電位を検出する
電位検出手段と、該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、を備えたことを特徴とするものである。

【００１６】請求項５記載の発明は、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設け、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ことを特徴とするも
のである。

【００１７】請求項６記載の発明は、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
手段を設け、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ことを特徴
とするものである。

【００１８】そして、請求項７記載の発明は、前記電極
変動手段に、前記測定電極を固設された圧電材料または
電磁コイルを設け、該圧電材料または電磁コイルを駆動
して測定電極を変動させることを特徴とするものであ
る。請求項８記載の発明は、前記圧電材料または電磁コ
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ものである。

【００１９】請求項９記載の発明は、前記圧電材料の形
状を板状に形成し、該圧電材料の一端側または両端側を
支持したことを特徴とするものである。さらに、請求項
１０記載の発明は、前記圧電材料または電磁コイルの駆
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
特徴とするものであり、請求項１１記載の発明は、前記
圧電材料または電磁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ものである。

【００２０】また、請求項１２記載の発明は、前記圧電
材料または電磁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で変動
させることを特徴とするものである。

【００２１】

【作用】請求項１記載の発明では、被測定体と測定電極
との間の静電容量が変化され、被測定体の表面電位に対
応して誘起され静電容量の変化に伴い変化する測定電極
の電位が検出されて、その検出信号から少なくとも出力
値の異なる２つ以上の出力信号が検知される。そのた
め、その出力信号から正確な測定距離を求めることがで
き、その測定距離から出力値を補正することによりその
出力値から被測定体の表面電位が導き出される。したが
って、測定電極を増やすことなく、正確な表面電位が導
出される。

【００２２】請求項２記載の発明では、測定電極が被測
定体からの距離の異なる位置の間を変動されることによ
り被測定体と測定電極との間の静電容量が変化され、測
定電極の異なる位置での電位が検出されてその検出信号
から出力値の異なる２つ以上の出力信号が検知される。
したがって、出力値の異なる２つ以上の出力信号が簡易
に検知されるとともに、測定電極の汚染が少なくされ
る。

【００２３】請求項３記載の発明では、測定電極が異な
る変動幅で変動されることにより被測定体と測定電極と
の間の静電容量が変化され、測定電極の異なる変動幅で
の電位が検出されてその検出信号から出力値の異なる２
つ以上の出力信号が検知される。したがって、出力値の
異なる２つ以上の出力信号が簡易に検知されるととも
に、測定電極の汚染が少なくされる。

【００２４】また、請求項４記載の発明では、被測定体
と測定電極との間の静電容量が容量変化手段により変化
され、被測定体の表面電位に対応して誘起され静電容量
の変化に伴い変化する測定電極の電位が電位検出手段に
より検出されて、その検出信号から少なくとも出力値の
異なる２つ以上の出力信号が出力検知手段により検知さ
れる。そのため、その出力信号から正確な測定距離を求
めることができ、その測定距離から出力値を補正するこ
とによって表面電位導出手段によりその出力値から被測
定体の表面電位が導き出される。したがって、測定電極
を増やすことなく、正確な表面電位が導出される。

【００２５】請求項５記載の発明では、容量変化手段に
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が設けられ、その電極変動手段によ
り測定電極が異なる位置に変動されて静電容量が変化さ
れ、測定電極の電位が電位検出手段により検出される。
そして、測定電極の異なる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つ以上の出力信号が出力
検知手段により検知される。したがって、出力値の異な
る２つ以上の出力信号が簡易に検知されるとともに、測
定電極の汚染が少なくされる。

【００２６】請求項６記載の発明では、容量変化手段に
測定電極を異なる変動幅で変動させる電極変動手段が設
けられ、その電極変動手段により測定電極が異なる変動
幅で変動され静電容量が変化され、測定電極の電位が電
位検出手段により検出される。そして、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つ以上の出力信号が出力検知手段に
より検知される。したがって、出力値の異なる２つ以上
の出力信号が簡易に検知されるとともに、測定電極の汚
染が少なくされる。

【００２７】そして、請求項７記載の発明では、電極変
動手段に測定電極を固設された圧電材料または電磁コイ
ルが設けられ、その圧電材料または電磁コイルが駆動さ
れて測定電極が変動される。したがって、測定電極が簡
単な構成で変動される。請求項８記載の発明では、圧電
材料または電磁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が印加される。したがって、圧
電材料または電磁コイルが簡易な駆動電圧により駆動さ
れ、測定電極が変動される。

【００２８】請求項９記載の発明では、圧電材料が板状
に形成されてその一端側または両端側が支持される。し
たがって、圧電材料が簡易に形成され、その圧電材料に
より測定電極が変動される。さらに、請求項１０記載の
発明では、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、が重畳された電圧が印加され、圧電材料ま
たは電磁コイルが駆動される。したがって、測定電極が
被測定体からの距離の異なる位置の間を変動されるとと
もに振動される。

【００２９】請求項１１記載の発明では、圧電材料また
は電磁コイルに大きさの変動する電圧が印加され、圧電
材料または電磁コイルが駆動される。したがって、測定
電極が異なる変動幅で変動される。また、請求項１２記
載の発明では、圧電材料または電磁コイルに周波数の変
動する電圧が印加され、圧電材料または電磁コイルが駆
動される。したがって、測定電極が異なる変動幅で変動
される。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。ま
ず、非接触型の機械的手段による表面電位の測定原理
を、図23および図24に示す測定電極を固定した従来例か
ら説明する。図23において、11は所謂、チョッパ型の表
面電位センサであり、表面電位センサ11は被測定体12に
所定間隔を隔てて対向し電気的に独立するよう配設され
た測定電極13と、被測定体12と測定電極13との間に介装
されるとともに接地され、被測定体12の表面に対して平
行に振動して互いの間隔を開閉する一対のチョッパ電極
14と、測定電極13の電荷量の変化を検出する信号検出部
15と、その検出信号を増幅する信号増幅部16と、により
構成されている。

【００３１】表面電位センサ11は、チョッパ電極14を図
に示す矢印方向に振動させることにより、被測定体12か
ら測定電極13に入射する電気力線を周期的に遮断して、
被測定体12と測定電極13との間に生じる静電容量Ｃ_O を
変化させて、その変化に応じて測定電極13上に誘起され
る微小な電荷量の変化を信号検出部15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16において増
幅することにより、被測定体12の表面電位Ｖ_S に応じた
出力信号Ｖ₀ を得て予め既知である表面電位Ｖ _S と出力
信号Ｖ₀ との関係からその表面電位Ｖ_S を導出するよう
になっている。

【００３２】ここで、静電容量Ｃ_O は、測定電極13の実
効面積をＳ、被測定体12と測定電極13との間の対向距離
をＬ、空気の誘電率をε_air とすると、 Ｃ_O ＝ε_air （Ｓ／Ｌ） ……（１） のように表され、実効面積Ｓを変化させてＣ_O の値を変
化させている。そして、チョッパ電極14の周期的な機械
振動により生じる静電容量Ｃ_O の変化量Ｃ_C が Ｃ_C ＝α_O ・Ｃ_O ・ｓｉｎωｔ ……（２） で与えられるとする（但し、ｔは変化時間、ωは振動の
角周波数、α_O は静電容量Ｃ_O の変化率を表す。）と、
被測定体12のもつ表面電位Ｖ_S により測定電極13上に誘
起される電荷Ｑ_C は Ｑ_C ＝Ｃ_C ・Ｖ_S ……（３） と表される。従って、測定電極13に生じる電流Ｉ_C は
（２）式および（３）式より、 Ｉ_C ＝ｄＱ_C ／ｄｔ＝α_O ・ω・Ｃ_O ・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Ｖ
_O は、近似的に、 Ｖ_O ＝Ａ_O ・α_O ・ω・Ｃ_O ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ……（５） と表される。ただし、Ａ_O は増幅度に関する定数を表わ
す。

【００３３】出力信号Ｖ_O は、（５）式からも判るよう
に被測定体12の表面電位Ｖ_S および静電容量Ｃ_O に比例
しているが、静電容量Ｃ_O は（１）式から判るように被
測定体12と測定電極13との間の対向距離（測定距離）Ｌ
の逆数に比例するため、静電容量Ｃ_O に比例して得られ
る出力信号Ｖ_O も測定距離Ｌの変化に依存して大きく変
動する。従って、測定距離Ｌが変動した場合、その出力
信号Ｖ_O からは被測定体12の正確な表面電位Ｖ_S が得ら
れ難いといった問題が生じる。

【００３４】また、表面電位Ｖ_S を測定する測定装置と
しては、図24に示す所謂、振動容量型の表面電位センサ
21もあるが、この問題は表面電位センサ21においても生
じてしまう。表面電位センサ21は測定電極33を被測定体
12の表面に対して鉛直方向に周期的に振動させることに
より、被測定体12と測定電極33との間に生じる静電容量
Ｃ_O を周期的に変化させて被測定体12の表面電位Ｖ_S に
応じた出力信号Ｖ_O を得るようになっていが、静電容量
Ｃ_O を周期的に変化させるという測定原理は共通である
ため、静電容量Ｃ_O に比例して得られる出力信号Ｖ_O も
測定距離Ｌの変化に依存して大きく変動し、被測定体12
の正確な表面電位Ｖ_S が得られ難い。

【００３５】このように固定された測定電極13により出
力信号Ｖ_O を検知しても正確な表面電位Ｖ_S を得ること
はできないため、本発明は、何らかの形で出力値の異な
る２つ以上の出力信号を得て、各々の出力信号から
（５）式を利用して被測定体12の表面電位Ｖ_S に依存せ
ずに被測定体12と測定電極13との間の測定距離Ｌを逆に
一義的に求め、得られた測定距離Ｌから、再度、いずれ
か１つの出力信号の値を補正することにより、その出力
値から被測定体12の正確な表面電位Ｖ_S の導出を可能に
する。

【００３６】次に、図１〜図６は本発明に係る表面電位
測定方法を実施するその測定装置の第１実施例を示す図
であり、本実施例は請求項１、２、４、５、７〜９の何
れかに記載の発明に対応する。なお、本実施例では、上
述した従来例と同様な構成には同一の符号を付してその
説明を省略する。まず、構成を説明する。

【００３７】図１および図２において、31はチョッパ型
の表面電位センサであり、表面電位センサ31は被測定体
12に所定間隔を隔てて対向し電気的に独立するよう配設
されるとともに被測定体12の表面に対して鉛直方向に周
期的に変動する測定電極33と、振動して互いの間隔を開
閉する一対のチョッパ電極14と、信号検出部15（電位検
出手段）と、信号増幅部16と、信号増幅部16により増幅
された検出信号から出力値の異なる出力信号Ｖ₁ 、Ｖ₂
を検知するＶ₁ 、Ｖ₂ 検知部34ａ、34ｂ（出力検知手
段）と、Ｖ₁ 、Ｖ₂ 検知部34ａ、34ｂにより検知された
出力信号Ｖ₁ 、Ｖ ₂ から測定距離Ｌを求め出力信号Ｖ₁
または出力信号Ｖ₂ を補正しその出力値から被測定体12
の表面電位Ｖ_S に対応する出力信号Ｖ₀ を得る信号補正
部35と、により構成されている。

【００３８】表面電位センサ31の測定電極33は、図３に
示すように、板状に形成された例えば、ＰＺＴ等からな
る圧電材料36の中央付近に固設されており、この圧電材
料36は両端側を固定部材37に固定して両持ち梁状に支持
されている。圧電材料36は図示していない電圧供給手段
により電圧を印加することによって駆動し、測定電極33
を被測定体12の表面に対して近接および離隔する鉛直方
向に移動させ被測定体12からＬ₁ 離隔した位置（図１に
実線で示している）とＬ₂ （Ｌ₁ ＋ｄ）離隔した位置
（図１に一点鎖線で示している）の間を変動させるよう
になっている。すなわち、圧電材料36は電極変動手段を
構成している。

【００３９】この表面電位センサ31は、チョッパ電極14
を正弦波状に振動させるとともに圧電材料36を駆動して
測定電極33を被測定体12からＬ₁ およびＬ₂ 離隔した位
置に変動させて測定電極33と被測定体12との間の静電容
量を変化させることによって、測定電極33のそれぞれの
位置で信号検出部15により検出され信号増幅部16により
増幅された検出信号からＶ₁ 検知部34ａが被測定体12か
らの距離Ｌ₁ における出力信号Ｖ₁ を、またＶ₂ 検知部
34ｂが被測定体12からの距離Ｌ₂ における出力信号Ｖ₂
を、上述した表面電位の測定原理（チョッパ型）と同様
の処理を行なって検知する。この出力信号Ｖ₁ 、Ｖ₂ の
出力値は、測定距離に依存して変動するため図４に示す
ように、測定電極33の位置によりそれぞれ異なり、測定
距離をＬ ₁ 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、図５に示すように正弦
波状に変動した異なる出力値を有する信号が得られる。
すなわち、チョッパ電極14および圧電材料36は容量変化
手段を構成している。なお、チョッパ電極14の振動は正
弦波状に限らず、矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波
状、またはパルス波状等の周期的、あるいは非周期的な
振動を用いても表面電位の検出は可能である。

【００４０】そして、信号補正部35は得られた出力信号
Ｖ₁ 、Ｖ₂ を用いて被測定体12の表面電位Ｖ_S に依存せ
ずに測定距離Ｌ₁ を一義的に求め、その測定距離Ｌ₁ と
予め既知である測定距離に対する出力信号の出力値およ
び表面電位との関係から出力信号Ｖ₁ または出力信号Ｖ
₂ の出力値を補正してその出力値から被測定体12の表面
電位Ｖ_S に対応する出力信号Ｖ₀ を導出するようになっ
ている。すなわち、信号補正部35は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を構成してい
る。

【００４１】次に、本実施例の表面電位測定方法および
作用を信号補正部35における処理を中心に説明する。ま
ず、チョッパ電極14を振動させるとともに測定電極33を
被測定体12からＬ₁およびＬ₂ 離隔した位置に変動させ
て測定電極33と被測定体12との間の静電容量Ｃ_O を変化
させ、信号検出部15が検出する検出信号を信号増幅部16
が増幅してその検出信号からＶ₁ 検知部34ａが被測定体
12からの距離Ｌ₁ における出力信号Ｖ ₁ を、Ｖ₂ 検知部
34ｂが被測定体12からの距離Ｌ₂ における出力信号Ｖ₂
を検知する。

【００４２】ここで、チョッパ型の場合、測定電極33の
実効面積の変化分をΔＳとすると、静電容量Ｃ_O の変化
率α_O は、 α_O ＝ΔＳ／Ｓ ……（６） と表され、測定電極33が被測定体12からＬ₁ の距離にあ
る時の静電容量をＣ₁ 、Ｌ₂ の距離にある時の静電容量
をＣ₂ とすると、各出力信号Ｖ₁ 、Ｖ₂ の出力式は、
（１）、（５）、（６）式を用いて、 Ｖ₁ ＝Ａ_O ・α_O ・ω・Ｃ₁ ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ＝Ａ_O ・ω・ε_air ・（ΔＳ／Ｌ₁ ）・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ……（７） Ｖ₂ ＝Ａ_O ・α_O ・ω・Ｃ₂ ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ＝Ａ_O ・ω・ε_air ・（ΔＳ／Ｌ₂ ）・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ……（８） と表される。

【００４３】また、Ｌ₂ はＬ₂ ＝Ｌ₁ ＋ｄなので
（７）、（８）式より、測定距離Ｌ₁ について逆に求め
ることができ、表面電位Ｖ_S に依存せずにＬ₁ を一義的
に求めるには、（７）、（８）式よりＶ₁ 、Ｖ₂ の出力
比を求めればよい。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 ） ……（９） 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６（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Ｌ₁ を一義的に求めるこ
とが可能となる。

【００４４】あるいは、出力比をＶ₁ ／Ｖ₂ とすればＶ
₁ ／Ｖ₂ は、 Ｖ₁ ／Ｖ₂ ＝Ｌ₂ ／Ｌ₁ ＝（Ｌ₁ ＋ｄ）／Ｌ₁ ＝Ｆ（Ｌ₁ ）’ ……（10） 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６
（ｂ）のような関係曲線で表され、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。

【００４５】このようにして信号補正部35は、出力信号
Ｖ₁ 、Ｖ₂ から一義的に測定距離Ｌ ₁ を求めてそのＬ₁
と予め既知である測定距離に対する出力信号の出力値と
の関係から出力信号Ｖ₁ または出力信号Ｖ₂ の出力値を
補正し、被測定体12の表面電位Ｖ_S に対応した出力値の
出力信号Ｖ₀ を得る。そして、この出力信号Ｖ₀ を、さ
らに予め既知である出力信号の出力値に対する表面電位
との関係から出力信号Ｖ₀ の出力値に対応する表面電位
Ｖ_S を求め、被測定体12の表面電位Ｖ_S を正確に導出す
ることができる。

【００４６】また、得られた測定距離Ｌ₁ を出力信号Ｖ
₁ あるいは出力信号Ｖ₂ の出力式である（７）あるいは
（８）式に代入し、Ｖ_S について求めることにより、被
測定体12の表面電位Ｖ_S を一義的に求めるようにしても
よい。このように本実施例によれば、チョッパ電極14を
開閉するよう振動させるとともに圧電材料36の駆動によ
って測定電極33を被測定体からの測定距離Ｌ₁ 、Ｌ₂の
間を変動させることによって、被測定体12と測定電極33
との間の静電容量Ｃ₀を変化させ、被測定体12の表面電
位Ｖ_S に対応して誘起され静電容量Ｃ₀ の変化に伴い変
化する測定電極33の測定距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ に位置するとき
の電位から出力値の異なる出力信号Ｖ₁ 、Ｖ₂ を検知す
ることができ、その出力信号Ｖ₁ 、Ｖ₂から測定距離Ｌ
₁ 、あるいはＬ₂ を求め、その測定距離Ｌ₁ あるいはＬ
₂ から出力信号Ｖ₁ あるいはＶ₂ の出力値を補正してそ
の出力値から被測定体12の正確な表面電位Ｖ_S を導出す
ることができる。したがって、測定電極33を増やすこと
なく異なる出力値の出力信号Ｖ₁ 、Ｖ₂ を簡易に検知す
ることができ、正確な表面電位Ｖ_S を導出することがで
きる。また、測定電極33を変動させるので、粉塵等の付
着を抑えて汚染を少なくすることができる。

【００４７】また、簡易に形成可能な板状の圧電材料36
を支持してその圧電材料36を駆動させるのみで測定電極
33を変動させるので、測定電極33を容易に作製可能な簡
単な構成で変動させることができ、簡単な駆動電圧を印
加するのみで変動させることができる。また、本実施例
の他の態様としては、詳述はしないが、図７に示すよう
に固定部材37に一端側を固定された片持ち梁状の圧電材
料36ａの他端側に測定電極33を固設して電圧供給手段に
より電圧を印加することによって駆動し、測定電極33を
測定距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ の位置の間を変動させることができ
る。また、図８に示すように圧電材料36に替え測定電極
33を電磁コイル36ｂの磁石部分に取り付けて、コイルに
時間的に変化する電流を流すことによりコイル中の磁石
を変動させ、その変動に伴い測定電極33を測定距離
Ｌ₁ 、Ｌ₂ の位置の間を変動させることができる。ま
た、図示はしないが、音叉または振動片等の先端部分に
測定電極を取り付け、また、それらに板状の圧電材料を
張り付けて圧電材料に電圧を印加することにより圧電材
料を変動させ、その変動に伴い音叉または振動片等を変
動させて測定電極を変動させるようにしてもよい。

【００４８】また、本実施例では、測定電極33を正弦波
状（図５に示している）に測定距離Ｌ₁ 、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
により異なる出力値の出力信号Ｖ₁ 、Ｖ₂ を得ている
が、正弦波状に限らず、矩形波状（図９）、三角波状
（図10）、鋸波状（図11）、あるいは台形波状（図12）
等に変動した異なる出力値を有する信号から得るように
してもよい。

【００４９】なお、本実施例では、１つの測定電極から
出力値の異なる２つの出力信号を検知しているが、１つ
の測定電極から２つの出力信号とは限らず、測定精度を
高める必要がある場合には、１つの測定電極から２つ以
上の出力信号を得るようにして被測定体の表面電位を求
めるようにしてもよい。また、信頼性を高めるために、
測定電極を２つ以上設けてもよい。

【００５０】次に、図13〜図17は本発明に係る表面電位
測定方法を実施するその測定装置の第２実施例を示す図
であり、本実施例は請求項１、２、４、５、７〜１０の
何れかに記載の発明に対応する。なお、本実施例では、
上述実施例と同様な構成には同一の符号を付してその説
明を省略する。まず、構成を説明する。図13において、
41は振動容量型の表面電位センサであり、表面電位セン
サ41は被測定体12の表面に対向して所定面積で開口する
開口部42ａを有し電気的に遮蔽されたシールドケース42
内に、シールドケース42の開口部42ａを介して被測定体
12に所定間隔Ｌを隔てて対向し電気的に独立するよう配
設された測定電極43と、固定部材37に一端側を片持ち梁
状に固定され他端側に測定電極43を固設されて電圧供給
手段により電圧を印加されて駆動し、測定電極43を被測
定体12の表面に対して鉛直方向に周期的に振動しつつ測
定距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ の位置の間を変動させる圧電材料46
（電極変動手段）と、信号検出部15と、を設けられてお
り、また図示していないが信号増幅部16、Ｖ₁ 、Ｖ₂ 検
知部34ａ、34ｂ、および信号補正部35と、を備えてい
る。

【００５１】表面電位センサ41は、前記電圧供給手段に
よって正弦波状の図14（ａ）および図14（ｂ）に示すよ
うな電圧を重畳させた図14（ｃ）に示す駆動電圧波形を
圧電材料46に印加して駆動させることにより図15に示す
ように、測定電極43を被測定体12の表面に対して鉛直方
向に周期的に振幅ΔＬで振動させつつ測定距離Ｌ₁ 、Ｌ
₂ の位置の間を変動させて測定電極43と被測定体12との
間の静電容量を変化させる。そして、測定電極43の測定
距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ のそれぞれの位置で信号検出部15により
検出され信号増幅部16により増幅された検出信号からＶ
₁ 、Ｖ₂ 検知部34ｂが出力値の異なる出力信号Ｖ₁ 、Ｖ
₂ を上述した表面電位の測定原理（振動容量型）と同様
の処理を行なって検知する。すなわち、圧電材料46は容
量変化手段を構成している。

【００５２】次に、本実施例の表面電位測定方法および
作用を信号補正部35における処理を中心に説明する。ま
ず、圧電材料46に前記駆動電圧波形を印加してΔＬで振
動させるとともに測定電極43を被測定体12からＬ₁ およ
びＬ₂ 離隔した位置に変動させて測定電極43と被測定体
12との間の静電容量Ｃ_O を変化させ、信号検出部15が検
出する検出信号を信号増幅部16が増幅してその検出信号
からＶ₁ 検知部34ａが被測定体12からの距離Ｌ₁ におけ
る出力信号Ｖ₁ を、またＶ₂ 検知部34ｂが被測定体12か
らの距離Ｌ₂ における出力信号Ｖ₂ を検知する。このＶ
₁ 、Ｖ₂ 検知部34ａ、34ｂが検知する出力信号Ｖ₁ 、Ｖ
₂ の出力値は、測定距離に依存して変動するため上述第
１実施例で得られた図４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。

【００５３】次いで、振動容量型の場合、被測定体12と
測定電極46との間の静電容量Ｃ_O の変化率α_O は、測定
距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ に対し、 α₁ ＝ΔＬ／（Ｌ₁ −ΔＬ） ……（11） α₂ ＝ΔＬ／（Ｌ₂ −ΔＬ） ……（12） と表される。ここで、測定電極46が被測定体12からＬ₁
の距離にある時の静電容量をＣ₁ 、Ｌ₂ の距離にある時
の静電容量をＣ₂ とすると、各出力信号Ｖ₁ 、Ｖ ₂ の出
力式は、（１）、（５）、（11）、（12）式を用いて、 Ｖ₁ ＝Ａ_O ・α₁ ・ω・Ｃ₁ ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ＝Ａ_O ・ΔＬ／（Ｌ₁ −ΔＬ）・ω・ε_air ・（Ｓ／Ｌ₁ ） ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ……（13） Ｖ₂ ＝Ａ_O ・α₂ ・ω・Ｃ₂ ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ＝Ａ_O ・ΔＬ／（Ｌ₂ −ΔＬ）・ω・ε_air ・（Ｓ／Ｌ₂ ） ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ……（14） と表される。

【００５４】また、Ｌ₂ はＬ₂ ＝Ｌ₁ ＋ｄなので（1
3）、（14）式より、測定距離Ｌ₁ について逆に求める
ことができ、表面電位Ｖ_S に依存せずにＬ₁ を一義的に
求めるには、（13）、（14）式よりＶ₁ 、Ｖ₂ の出力比
を求めればよい。例えば、出力比をＶ₂ ／Ｖ₁ とした場
合、Ｖ₂ ／Ｖ₁ は、 Ｖ₂ ／Ｖ₁ ＝Ｌ₁ ・（Ｌ₁ −ΔＬ）／〔Ｌ₂ ・（Ｌ₂ −ΔＬ）〕 ＝Ｌ₁ ・（Ｌ₁ −ΔＬ）／〔（Ｌ₁ ＋ｄ）・（Ｌ₁ ＋ｄ−ΔＬ）〕 ＝Ｆ（Ｌ₁ ²） ……（15） 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 との関係は上述第１実施
例と同様に図６（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
₁ を一義的に求めることが可能となる。

【００５５】あるいは、出力比をＶ₁ ／Ｖ₂ とすればＶ
₁ ／Ｖ₂ は、 Ｖ₁ ／Ｖ₂ ＝Ｌ₂ ・（Ｌ₂ −ΔＬ）／〔Ｌ₁ ・（Ｌ₁ −ΔＬ）〕 ＝（Ｌ₁ ＋ｄ）・（Ｌ₁ ＋ｄ−ΔＬ）／〔Ｌ₁ ・（Ｌ₁ −ΔＬ）〕 ＝Ｆ（Ｌ₁ ²）’ ……（16） となり、同様にＬ₁ に関しての二次関数Ｆ（Ｌ₁ ²）’で
表され、この時、Ｌ₁ とＶ₁ ／Ｖ₂ との関係は上述第１
実施例と同様に図６（ｂ）のような関係曲線で表され、
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Ｌ ₁ を一義的に求めることが可能とな
る。

【００５６】このようにして信号補正部35は、出力信号
Ｖ₁ 、Ｖ₂ から一義的に測定距離Ｌ ₁ を求めてそのＬ₁
と予め既知である測定距離に対する出力信号の出力値と
の関係から出力信号Ｖ₁ または出力信号Ｖ₂ の出力値を
補正し、被測定体12の表面電位Ｖ_S に対応した出力値の
出力信号Ｖ₀ を得る。そして、この出力信号Ｖ₀ を、さ
らに予め既知である出力信号の出力値に対する表面電位
との関係から出力信号Ｖ₀ の出力値に対応する表面電位
Ｖ_S を求め、被測定体12の表面電位Ｖ_S を正確に導出す
ることができる。

【００５７】また、得られた測定距離Ｌ₁ を出力信号Ｖ
₁ あるいは出力信号Ｖ₂ の出力式である（13）あるいは
（14）式に代入し、Ｖ_S について求めることにより、被
測定体12の表面電位Ｖ_S を一義的に求めるようにしても
よい。このように本実施例によれば、圧電材料46に前記
駆動電圧波形を印加して測定電極43を被測定体12からＬ
₁ およびＬ₂ 離隔した位置に振動させつつ変動させるこ
とによって、上述実施例の作用効果を得ることができ
る。

【００５８】また、本実施例の他の態様としては、詳述
はしないが、上述第１実施例の図３に示した圧電材料36
や図８に示した電磁コイル36ｂに前記駆動電圧波形を印
加して測定電極43を振動させつつ被測定体12からＬ₁ お
よびＬ₂ 離隔した位置に変動させてもよい。また、図16
〜図18で（ａ）〜（ｆ）に示すように測定電極43を固定
部材47に両持ち梁状あるいは片持ち梁状に支持された圧
電材料44ａ〜44ｆの中央あるいは一端側に固設し、その
圧電材料44ａ〜44ｆを電磁コイル46ａ、46ｂまたは固定
部材37に両持ち梁状あるいは片持ち梁状に支持された圧
電材料46ｃ〜46ｆに取り付けて、図14（ａ）または図14
（ｂ）に示す一方の電圧を圧電材料44ａ〜44ｆに印加す
るとともに、他方の電圧を電磁コイル46ａ、46ｂまたは
圧電材料46ｃ〜46ｆに印加することにより測定電極43を
振動させつつ測定距離Ｌ₁ 、Ｌ₂の位置の間を変動させ
るようにしてもよい。また、前記板状の圧電材料を張り
付けた音叉または振動片を使用してもよい。

【００５９】なお、本実施例では、測定電極43を前述し
たように矩形波状、三角波状、鋸波状、あるいは台形波
状等に振動および変動させるようにしてもよく、また１
つの測定電極から２つ以上の出力信号を得るようにした
り、測定電極を２つ以上設けてもよいことはいうまでも
ない。次に、図19〜図22は本発明に係る表面電位測定方
法を実施するその測定装置の第３実施例を示す図であ
り、本実施例は請求項１、３、４、６〜９、１１、１２
の何れかに記載の発明に対応している。なお、本実施例
では、上述実施例と同様な構成には同一の符号を付して
その説明を省略する。

【００６０】まず、構成を説明する。図19において、51
は振動容量型の表面電位センサであり、表面電位センサ
51はシールドケース42内に、シールドケース42の開口部
42ａを介して被測定体12に所定間隔Ｌを隔てて対向し電
気的に独立するよう配設された測定電極53と、電圧供給
手段により電圧を印加されて駆動し、測定電極53を被測
定体12の表面に対して鉛直方向に異なる変動幅ΔＬ₁ お
よび変動幅ΔＬ₂ で周期的に変動させる圧電材料56（電
極変動手段）と、信号検出部15と、を設けられており、
また図示していないが信号増幅部16、Ｖ₁ 、Ｖ₂ 検知部
34ａ、34ｂ、および信号補正部35と、を備えている。

【００６１】表面電位センサ51は、前記電圧供給手段に
よって正弦波状の図20（ａ）に示すような周期的に変動
する駆動電圧波形を圧電材料56に印加して駆動させるこ
とにより図21に示すように、測定電極53を被測定体12の
表面に対して鉛直方向に異なる変動幅ΔＬ₁ および変動
幅ΔＬ₂ で周期的に変動させて測定電極53と被測定体12
との間の静電容量を変化させる。そして、測定電極53の
各々の変動幅ΔＬ₁ 、ΔＬ₂ で信号検出部15により検出
され信号増幅部16により増幅された検出信号からＶ₁ 、
Ｖ₂ 検知部34ｂが出力値の異なる出力信号Ｖ₁ 、Ｖ₂ を
上述した表面電位の測定原理（振動容量型）と同様の処
理を行なって検知する。すなわち、圧電材料56は容量変
化手段を構成している。なお、図20（ｂ）に示すような
周波数が周期的に変動する電圧を圧電材料56に印加して
駆動させることによって測定電極53を異なる変動幅ΔＬ
₁ および変動幅ΔＬ₂ で変動させてもよい。

【００６２】次に、本実施例の表面電位測定方法および
作用を信号補正部35における処理を中心に説明する。ま
ず、圧電材料56に前記駆動電圧波形を印加して測定電極
53を異なる変動幅ΔＬ₁ および変動幅ΔＬ₂で変動させ
て測定電極53と被測定体12との間の静電容量Ｃ_O を変化
させ、信号検出部15が検出する検出信号を信号増幅部16
が増幅してその検出信号からＶ₁ 検知部34ａが変動幅Δ
Ｌ₁ における出力信号Ｖ₁ を、またＶ ₂ 検知部34ｂが変
動幅ΔＬ₂ における出力信号Ｖ₂ を検知する。この
Ｖ₁ 、Ｖ₂検知部34ａ、34ｂが検知する出力信号Ｖ₁ 、
Ｖ₂ の出力値は、測定電極53の変動の変化幅ΔＬ₁ 、Δ
Ｌ₂ にほぼ比例するため上述第１実施例で得られた図４
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。

【００６３】次いで、振動容量型の場合、被測定体12と
測定電極56との間の静電容量Ｃ_O の変化率α_O は、測定
距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ に対し、 β₁ ＝ΔＬ₁ ／（Ｌ−ΔＬ₁ ） ……（17） β₂ ＝ΔＬ₂ ／（Ｌ−ΔＬ₂ ） ……（18） と表される。従って、各出力信号Ｖ₁ 、Ｖ₂ の出力式
は、（１）、（５）、（17）、（18）式を用いて、 Ｖ₁ ＝Ａ_O ・β₁ ・ω・Ｃ_O ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ＝Ａ_O ・ΔＬ₁ ／（Ｌ−ΔＬ₁ ）・ω・ε_air ・（Ｓ／Ｌ）・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ……（19） Ｖ₂ ＝Ａ_O ・β₂ ・ω・Ｃ_O ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ＝Ａ_O ・ΔＬ₂ ／（Ｌ−ΔＬ₂ ）・ω・ε_air ・（Ｓ／Ｌ）・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ……（20） と表される。表面電位Ｖ_S に依存せずにＬを逆に一義的
に求めるには、（19）、（20）式よりＶ₁ 、Ｖ₂ の出力
比を求めればよい。例えば、出力比をＶ₂ ／Ｖ₁とした
場合、Ｖ₂ ／Ｖ₁ は、 Ｖ₂ ／Ｖ₁ ＝ΔＬ₂ ・（Ｌ−ΔＬ₁ ）／〔ΔＬ₁ ・（Ｌ−ΔＬ₂ ）〕 ＝Ｆ（Ｌ） ……（21） 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22（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。

【００６４】あるいは、出力比をＶ₁ ／Ｖ₂ とすればＶ
₁ ／Ｖ₂ は、 Ｖ₁ ／Ｖ₂ ＝ΔＬ₁ ・（Ｌ−ΔＬ₂ ）／〔ΔＬ₂ ・（Ｌ−ΔＬ₁ ）〕 ＝Ｆ（Ｌ）’ ……（22） 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22（ｂ）のような関係
曲線で表される。従って、これも同様に出力比Ｖ ₁ ／Ｖ
₂ 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。

【００６５】このようにして信号補正部35は、出力信号
Ｖ₁ 、Ｖ₂ から一義的に測定距離Ｌ ₁ を求めてそのＬ₁
と予め既知である測定距離に対する出力信号の出力値と
の関係から出力信号Ｖ₁ または出力信号Ｖ₂ の出力値を
補正し、被測定体12の表面電位Ｖ_S に対応した出力値の
出力信号Ｖ₀ を得る。そして、この出力信号Ｖ₀ を、さ
らに予め既知である出力信号の出力値に対する表面電位
との関係から出力信号Ｖ₀ の出力値に対応する表面電位
Ｖ_S を求め、被測定体12の表面電位Ｖ_S を正確に導出す
ることができる。

【００６６】また、得られた測定距離Ｌ₁ を出力信号Ｖ
₁ あるいは出力信号Ｖ₂ の出力式である（19）あるいは
（20）式に代入し、Ｖ_S について求めることにより、被
測定体12の表面電位Ｖ_S を一義的に求めるようにしても
よい。このように本実施例によれば、圧電材料56に前記
駆動電圧波形を印加して測定電極53を異なる変動幅ΔＬ
₁ および変動幅ΔＬ₂ で変動させることによって、上述
実施例の作用効果を得ることができる。

【００６７】また、本実施例の他の態様としては、詳述
はしないが、上述第１実施例の図３に示した圧電材料36
や図８に示した電磁コイル36ｂに前記駆動電圧波形を印
加して測定電極を異なる変動幅ΔＬ₁ および変動幅ΔＬ
₂ で変動させてもよい。また、電圧の大きさおよび周波
数を同時に変動させた駆動電圧波形を印加して振動幅を
変動させるようにしてもよく、非周期的に変動幅を変動
させてもよい。また、板状の圧電材料を張り付けた音叉
または振動片を使用してもよい。

【００６８】なお、本実施例では、測定電極53を前述し
たように矩形波状、三角波状、鋸波状、あるいは台形波
状等に振動および変動させるようにしてもよく、また１
つの測定電極から２つ以上の出力信号を得るようにした
り、測定電極を２つ以上設けてもよいことはいうまでも
ない。

【００６９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、被測定体
と測定電極との間の静電容量を変化させ、静電容量の変
化に伴い変化する測定電極の電位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ので、１つの測
定電極から測定距離の変化に依存しない正確な表面電位
を導出することができる。その結果、正確かつ簡易な表
面電位測定方法を提供することができる。

【００７０】請求項２記載の発明によれば、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こと
によりその間の静電容量を変化させて、測定電極の異な
る位置での各々の電位から出力信号を検知するので、出
力値の異なる２つ以上の出力信号を容易に検知すること
ができる。また、測定電極の汚染を少なくすることがで
き、感度の経時変化を小さくすることができる。

【００７１】請求項３記載の発明によれば、測定電極を
異なる変動幅で変動させることにより被測定体と測定電
極との間の静電容量を変化させて、測定電極の異なる変
動幅での各々の電位から出力信号を検知するので、出力
値の異なる２つ以上の出力信号を容易に検知することこ
とができる。また、測定電極の汚染を少なくすることが
でき、感度の経時変化を小さくすることができる。

【００７２】また、請求項４記載の発明によれば、被測
定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、静電容量
の変化に伴い変化する測定電極の電位から少なくとも出
力値の異なる２つ以上の出力信号を検知するので、測定
電極を増やすことなく、測定距離に依存しない正確な表
面電位を導出することができる。その結果、正確に表面
電位を測定可能な簡単な構成で安価な表面電位測定装置
を提供することができる。

【００７３】請求項５記載の発明によれば、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こと
によりその間の静電容量を変化させて、測定電極の異な
る位置での各々の電位から出力信号を検知するので、出
力値の異なる２つ以上の出力信号を簡易な構成で検知す
ることができる。また、測定電極の汚染を少なくするこ
とができ、感度の経時変化を小さくすることができる。

【００７４】請求項６記載の発明によれば、測定電極を
異なる変動幅で変動させることにより被測定体と測定電
極との間の静電容量を変化させて、測定電極の異なる変
動幅での各々の電位から出力信号を検知するので、出力
値の異なる２つ以上の出力信号を簡易な構成で検知する
ことができる。また、測定電極の汚染を少なくすること
ができ、感度の経時変化を小さくすることができる。

【００７５】そして、請求項７〜９記載の発明によれ
ば、圧電材料または電磁コイルに測定電極を固設してそ
の圧電材料または電磁コイルを駆動させるので、測定電
極を簡単な構成で変動させることができ、直流電圧また
は周期的に変化する電圧を印加することにより簡易な駆
動電圧により測定電極を変動させることができる。ま
た、圧電材料を板状に形成することにより構成をより簡
易にすることができる。したがって、小型にすることが
できるとともにより安価にすることができる。

【００７６】さらに、請求項１０記載の発明によれば、
測定電極を固設した圧電材料または電磁コイルにその測
定電極を変動および振動させる電圧を重畳して印加して
圧電材料または電磁コイルを駆動させるので、簡易に測
定電極を被測定体からの距離の異なる位置の間で変動さ
せるとともに振動させることができる。したがって、よ
り小型で簡単な構成にすることができる。

【００７７】また、請求項１１、１２記載の発明によれ
ば、測定電極を固設した圧電材料または電磁コイルに大
きさまたは周波数の変動する電圧を印加して駆動させる
ので、簡易に測定電極を異なる変動幅で変動させること
ができる。そのため、小型で簡単な構成にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面電位測定方法を実施するその
測定装置の第１実施例を示す概念図である。

【図２】その全体構成を示すブロック図である。

【図３】その要部を示す構成図である。

【図４】その測定電極の検出信号の異なる位置での各々
の出力値を示す図である。

【図５】その正弦波状に変動した異なる出力値を有する
検出信号を示す図である。

【図６】その測定距離と出力比との関係を示す図であ
り、（ａ）および（ｂ）は出力比の取り方を変えたとき
の図である。

【図７】その他の態様の要部を示す構成図である。

【図８】図７と異なる他の態様の要部を示す構成図であ
る。

【図９】図５と異なる矩形波状に変動させた場合の検出
信号を示す図である。

【図10】図５と異なる三角波状に変動させた場合の検出
信号を示す図である。

【図11】図５と異なる鋸波状に変動させた場合の検出信
号を示す図である。

【図12】図５と異なる台形波状に変動させた場合の検出
信号を示す図である。

【図13】本発明に係る表面電位測定方法を実施するその
測定装置の第２実施例を示す全体構成図である。

【図14】その圧電材料に印加する駆動電圧波形を示す図
であり、（ａ）は測定電極を変動させるための電圧波
形、（ｂ）は測定電極を変動させるための電圧波形、
（ｃ）は（ａ）および（ｂ）に示す電圧を重畳させた電
圧波形を示す図である。

【図15】その測定電極の変動を説明する説明図である。

【図16】その他の態様を示す図であり、（ａ）および
（ｂ）は圧電材料と電磁コイルとの組み合せた場合の一
例である。

【図17】その他の態様を示す図であり、（ｃ）および
（ｄ）は圧電材料を組み合せ支持方法を変えた場合の一
例である。

【図18】図17と異なるその他の態様を示す図であり、
（ｅ）および（ｆ）は圧電材料を組み合せ支持方法を変
えた場合の一例である。

【図19】本発明に係る表面電位測定方法を実施するその
測定装置の第３実施例を示す全体構成図である。

【図20】その圧電材料に印加する駆動電圧波形を示す図
であり、（ａ）は電圧の大きさを変動させた場合の電圧
波形、（ｂ）は周波数を変動させた場合の電圧波形を示
す図である。

【図21】その測定電極の変動を説明する説明図である。

【図22】その測定距離と出力比との関係を示す図であ
り、（ａ）および（ｂ）は出力比の取り方を変えたとき
の図である。

【図23】従来例のチョッパ型の表面電位の測定原理を説
明するチョッパ型表面電位センサの全体構成の概念図で
ある。

【図24】従来例の振動型の表面電位の測定原理を説明す
る振動型表面電位センサの全体構成の概念図である。

【符号の説明】

12 被測定体 14 チョッパ電極（容量変化手段） 15 信号検出部（電位検出手段） 16 信号増幅部 31、41、51 表面電位センサ 33、43、53 測定電極 34ａ Ｖ₁ 検知部（出力検知手段） 34ｂ Ｖ₂ 検知部（出力検知手段） 35 信号補正部（表面電位導出手段） 36、36ａ、44ａ〜44ｆ、46、46ｃ〜46ｆ、56 圧電材
料（電極変動手段、容量変化手段） 36ｂ、46ａ、46ｂ 電磁コイル（電極変動手段、容量
変化手段） Ｖ₀ 、Ｖ₁ 、Ｖ₂ 出力信号 Ｌ、Ｌ₁ 、Ｌ₂ 測定距離 ΔＬ₁ 、ΔＬ₂ 変動幅

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定体から所定間隔を隔てた位置に配設
   され該被測定体と電気的に独立した測定電極により被測
   定体の表面電位を測定する表面電位測定方法であって、 前記被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、
   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
   化に伴い変化する測定電極の電位を検出し、該検出信号
   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
   知して該出力信号から被測定体の表面電位を導き出すこ
   とを特徴とする表面電位測定方法。
2. 【請求項２】前記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方法として、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
   て、被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、
   各々の位置での出力信号を検知することを特徴とする請
   求項１記載の表面電位測定方法。
3. 【請求項３】前記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方法として、前記測定
   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、各々の変動幅での出力信
   号を検知することを特徴とする請求項１記載の表面電位
   測定方法。
4. 【請求項４】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
   れ静電容量の変化に伴い変化する測定電極の電位を検出
   する電位検出手段と、該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、を備えたことを特徴とする表面電位測
   定装置。
5. 【請求項５】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
   手段を設け、 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ことを特徴とする請求項４
   記載の表面電位測定装置。
6. 【請求項６】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設け、 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ことを特徴とする請求項
   ４記載の表面電位測定装置。
7. 【請求項７】前記電極変動手段に、前記測定電極を固設
   された圧電材料または電磁コイルを設け、 該圧電材料または電磁コイルを駆動して測定電極を変動
   させることを特徴とする請求項５または６に記載の表面
   電位測定装置。
8. 【請求項８】前記圧電材料または電磁コイルの駆動電圧
   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７記載の表面電位測定装置。
9. 【請求項９】前記圧電材料の形状を板状に形成し、 該圧電材料の一端側または両端側を支持したことを特徴
   とする請求項７記載の表面電位測定装置。
10. 【請求項１０】前記圧電材料または電磁コイルの駆動電
    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７記載の表面電位測定装置。
11. 【請求項１１】前記圧電材料または電磁コイルの駆動電
    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
    ７記載の表面電位測定装置。
12. 【請求項１２】前記圧電材料または電磁コイルの駆動電
    圧として、周波数の変動する電圧を印加して前記測定電
    極を異なる変動幅で変動させることを特徴とする請求項
    ７記載の表面電位測定装置。