JPH0712980U - 表面電位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、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。 【構成】 本考案は、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、前記検知電極４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７とを有す
る表面電位センサ１において、前記圧電音叉をカシメ構
造により前記基体３に結合したものである。この構成に
より、上記目的を達成できる。

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５３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５３ａ，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５２−１０１９５４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６３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６３ａ，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５３，６ ３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，５３ｂ，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（ＦＥＴ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５ １を有するシールド部材５２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７５，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，８０ｂ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５３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５３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９ ４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５ ３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、この基体により支持されるとともに被測 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、前記圧電音叉をカシメ構造により前記基体に結合したものである 。

【００３９】 前記カシメ構造は、前記基体に設けた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を、カシメ構造により基体に結合 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１３ａ，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５ｇ，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１５ａ，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を、カシメ構造により基体に結合しているの 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)

【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、この基体によ
   り支持されるとともに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、前記圧電音叉をカシメ構造により前記基体に結合し
   た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記載の表面電位センサ。