JPH0718278U - 表面電位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】音叉接合強度に経時変化がなく、接合強度が安
定し、しかもねじや接着剤等の音叉接合用の補助部材を
必要とすることなく、量産性に優れた音叉取付構造を有
する表面電位センサを提供する。 【構成】ダイキャスト製基体２２に一体に突出部２２ｂ
を形成すると共に、前記圧電音叉３の取付部３ｇに取付
穴３ｈを設ける。取付穴３ｈを突出部２２ｂに嵌合して
突出部２２ｂをかしめることにより、圧電音叉３を基体
２２に取付けた。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば複写機やプリンター等の帯電ドラムの表面電位測定に用いる 表面電位センサに係り、より詳しくは、被測定電位面と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の基体への取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

圧電音叉を用いた表面電位センサには、被測定電位面と検知電極との間に圧電 音叉を介在させ、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対向面積可変型のものと、被測定電位面と検知電極 との対向距離を周期的に変化させる対向距離可変型のものとがあり、いずれの場 合も、検知電極に被測定電位に比例した静電誘導を交番的に発生させ、これによ って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 位を非接触で測定するものである。

【０００３】 図４、図５は前記対向面積可変型のセンサのセンサ部（プローブ）の概略を示 すもので、図４（Ａ）の透視図に示すように、このタイプの表面電位センサのセ ンサ部は、開口部１ａを有するシールド部材１と、該開口部１ａを介して被測定 電位面２より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（以下音 叉と称す）３と、該音叉３の間を通る電気力線を検知する検知電極４と、該検知 電極４に接続されるプリアンプ５とを備えている。前記音叉３は、通常、恒弾性 金属材によって構成され、図４（Ｂ）に示すように、２本のアーム部３ａ、３ｂ の先端部にチョッピング部３ｃ、３ｄが設けられている。そして、アーム部３ａ 、３ｂにそれぞれ貼付された圧電素子６ａ、６ｂと、音叉駆動回路によって、そ の自己共振周波数で振動し、前記チョッピング部３ｃ、３ｄを被測定電位面２お よび検知電極４の面に対して平行に振動させる。音叉駆動回路は、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。

【０００４】 図５（Ａ）は前記シールド部材１の開口部１ａと、チョッピング部３ｃ、３ｄ と、検知電極４との位置関係を示す平面図である。前述のように音叉３が動作す ると、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、チョッピング部３ｃ、３ｄがシールド 部材１の開口面積をチョッパーの振動周波数で周期的に増減する。従って、検知 電極４と被測定電位面２との対向面積も同様に増減する。これにより、検知電極 ４に誘起される電荷が変化し、出力信号として取出すことが可能となり、その電 位検出感度は、音叉３の振幅の関数（振幅が大きい程、検出感度すなわちプロー ブ出力は大きい）として表される。また、音叉３が停止すれば、検出感度はゼロ となり、検出不能となる。

【０００５】 図６（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ対向距離可変型のものの概略を示す斜視図およ び断面図であるが、この型の場合には、音叉３の一方のア−ム部３ａに検知電極 ４を貼付けておき、音叉３の振動によって被測定電位面２と検知電極４との距離 を変化させ、これにより検知電極４に誘起される電荷を変化させることにより、 前記同様に出力信号として取出すことを可能としたものである。

【０００６】 このように、検知電極４による出力信号は、音叉３の振動に依存しており、従 って、温湿度等の周囲環境の変化やプローブの取付け状態にかかわらず音叉３の 振幅が変化しないように、さらには最悪の場合、音叉３が停止することを未然に 防止することが重要な技術的要件である。このため、通常、音叉３は恒弾性金属 で構成されると共に、圧電素子６ａ、６ｂおよびその接着などに最善の注意が払 われる。さらに、音叉３の支持体への取付けは、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。音叉が支持体に理想的 に完全なノード点で支持されている場合、支持体および該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 性の違いによって音叉３の振動は影響を受けない。つまり、周囲環境やプローブ の構造、プローブの取付条件によって、前記機械特性に変化が生じても、振幅は 音叉３それ自体の特性にのみ帰結するため、プローブの構造、材質や音叉の取付 方法にはあまり配慮する必要がない。

【０００７】 しかしながら、現実に音叉３を実現しようとすると、その製作精度や量産ばら つき（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 制限等の要因が加わり、理想的なノード点支持は困難である。従って、それぞれ の音叉の形状に応じて、略ノード点が支持点に選ばれるのが実情である。このよ うな実情は、図４、図５の対向面積可変型の音叉の場合も図６の対向距離可変型 の場合も同じである。

【０００８】 このような従来の音叉の取付構造の具体例を、プローブ全体の分解斜視図であ る図７（Ａ）と、基板を裏面側より見た斜視図である図７（Ｂ）により説明する 。図７の従来例においては、プリント基板７に設けた穴７ａに音叉３の下面に突 設した取付部３ｅ、３ｆを挿通し、図７（Ｂ）に示すように半田８により音叉３ をプリント基板７に固定している。検知電極４も同様に取付部４ａをプリント基 板７に設けた穴７ｂに挿通して半田８により固定している。プリント基板７上に は圧電素子６ａ、６ｂを外部に接続するターミナル９ａ、９ｂを設け、これらの ターミナル９ａ、９ｂと圧電素子６ａ、６ｂとをリード線１０ａ、１０ｂを介し て接続する。図７（Ｂ）に示すように、プリント基板７の裏面には、検知電極４ にその入力段が接続されたプリアンプ５（ＦＥＴと抵抗とからなる）およびその 他の配線パターンが形成され、それぞれプローブ外への接続ターミナル１２ａ〜 １２ｃに接続される。１３は金属またはプラスチックにより作製された基体であ り、該基体１３は折り曲げ縁１３ａ、１３ｂを両側に有し、両端に取付穴１３ｃ を有する取付片１３ｄを設けている。シールド部材１は底辺に基体１３に折り曲 げて取付けるための取付片１ｂを突設している。このプローブは、プリント基板 ７の両側を基体１３の折り曲げ縁１３ａ、１３ｂに嵌着して固定し、シールド部 材１をその上から被せて取付片１ｂを曲げて固定することにより、完成する。こ の場合、音叉３、プリント基板７のシールドパターン部分およびシールド部材１ は電気的に導通させる。該プローブは取付片１３ｄによって使用される場所に取 付けられる。

【０００９】 しかしながら、図７に示すプローブは、音叉３が取付けられるプリント基板７ が低密度であり、従ってプリント基板７の大きさの割に質量が小さく、かつ低剛 性であるため、音叉取付部３ｅ、３ｆを通じて振動エネルギーが漏れ易く、また 、プリント基板７が取付けられる基体１３もプラスチックや金属板の加工品であ るために質量、剛性ともに十分とはならず、さらにプリント基板７と基体１３の 接合部（通常は接着による）におけるエネルギーロスも加わり、前述した機械的 性質が音叉取付体として問題を残す。すなわち、初期的に音叉のＱ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音叉のＱ（振 幅）が変化し、最悪の場合、音叉駆動回路の駆動条件が逸脱し、駆動停止に至る 。

【００１０】 このため、音叉３の支持体ともなるプローブの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８（Ａ）に示すように、 シールド部材１を組合わせる基体１５をダイキャストにより作製し、かつ、音叉 、検知電極および回路が搭載された基板１６をアルミナ基板（ハイブリッドＩＣ ）で構成し、該アルミナ基板１６を基体１５に接着する構造が提案されている（ 実開昭６０−１７９８７４号公報）。

【００１１】 また、音叉３の取付構造としては、図８（Ｂ）に示すように、プリント基板あ るいはハウジングを構成する金属板１７に、ねじ１８を用いて音叉３を固定する 構造や、図８（Ｃ）に示すように、前記金属板１７に金属性の音叉支持ブロック ２０を接着あるいはねじにより固定し、該音叉支持ブロック２０に音叉３をねじ １８で固定し、音叉支持ブロック２０の質量と剛性を音叉３の安定動作に寄与さ せる構造もある。

【００１２】 しかしながら、図８（Ａ）、（Ｃ）に示すように、一旦、音叉支持体（（Ａ） の場合はアルミナ基板１６、（Ｃ）の場合は支持ブロック２０）に取付けたもの を、さらにハウジングを構成する別の構成部材（（Ａ）の場合はダイキャスト基 体１５、（Ｃ）場合は金属板１７）に取付ける構造は、いわば間接的な支持構造 である。このような間接的な支持構造の場合、プローブ構造体（これは音叉の支 持体として把握できる）の主要質量を占める部分が、音叉の直接的な支持体と分 離して構成され、音叉とその直接的な支持体（基板等）とプローブ構造体（基体 等）とがねじ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的特性を低下させる。また、プローブ全 体の寸法および体積を音叉の取付部に対する高剛性の質量負荷として有効に活用 するに至っていない。

【００１３】 このことは、特に、プローブの小型化を進める際に顕著になる。すなわち、プ ローブの寸法および容積が小さくなるに従って、プローブ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＝プローブの体積のうち 、音叉以外の構成体が占める容積、すなわち、音叉の支持体としての総合質量に かかわる）が小さくなり、音叉の支持部に係る質量負荷もこれにつれて不足して くる。

【００１４】 このような問題点を解決する方法としては、第１に、前記有効容積をプローブ 全体に対して可能な限り大きくとること、第２に、プローブの小型化によって減 少する質量負荷を補うために、プローブ全体をさらに高剛性化すること、とがあ る。このうち、高剛性化を図るためには、プローブ構成体の材質を選ぶ他、プロ ーブ構成体どうしの接合に起因する振動エネルギーのロスを極力抑えることも重 要である。

【００１５】 これらの観点から、本考案者等は、図９に示すように、プローブ構成体のうち 、少なくとも構造体として主体的役割を持つ基体２２をダイキャストで一体的に 形成し、かつ、この基体２２が直接、音叉取付部の質量負荷（第一支持体）とな るように、音叉３の取付部３ｇを音叉支持部２２ａにねじ１８によって固定する か、あるいは接着によって直結する構造を開発している。このように基体２２に 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、 高密度で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。すなわち 、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（あるいはハ ウジング全体）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。また、音叉支持部も一体に形成できる。

【００１６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、図９に示した音叉３の取付構造、すなわち、基体２２に音叉３ の取付部３ｇをねじ１８や接着により取付ける構造においては、振動や熱等によ る外乱によるねじ１８の弛みや接着剤の劣化により接合強度が低下し、音叉のＱ が劣化するおそれがある。また、ねじ１８や接着剤といった接合用の補助部材が 必要である上、接合強度にばらつきがあり、ねじトルクや接着条件といった煩わ しい工程管理が必要となるという問題点がある。

【００１７】 本考案は、上述のような問題点を解決すること、すなわち、音叉接合強度に経 時変化がなく、接合強度が安定し、しかもねじや接着剤等の音叉接合用の補助部 材を必要とすることなく、量産性に優れた音叉取付構造を有する表面電位センサ を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記目的を達成するため、被測定電位面に対向して配設される検知 電極と、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、前記検知電極、圧電音叉およびシールド部材を支持す るダイキャスト製基体とを備えた表面電位センサにおいて、前記基体に一体に突 出部を形成すると共に、前記圧電音叉の根本部に取付穴を設け、該取付穴を前記 突出部に嵌合して該突出部をかしめることにより、前記圧電音叉を前記基体に取 付けたことを特徴とする。本発明においては、前記基体が亜鉛ダイキャストであ ることが好ましく、また、前記シールド部材と前記基体とをダイキャストにより 一体に構成してもよい。

【００１９】

【作用】

本考案によれば、音叉の取付部に設けた取付穴を基体に設けた突出部に嵌合し て突出部を一定以上の力で打撃するか、あるいは圧力を加えることで突出部がか しめられ、音叉が基体に固定され、エネルギーロスが少なく、長期にわたり安定 した接合強度を保持する。亜鉛ダイキャストを基体に用いれば、アルミダイキャ ストを用いた場合に比較し、基体が高密度化し、エネルギーロスがより少なくな り、質量負荷として有効に作用する。前記シールド部材と前記基体とをダイキャ ストにより一体に構成した場合には、部品点数が低減されて構造の簡略化が図れ 、省スペース化が達成される。

【００２０】

【実施例】

図１は本考案による表面電位センサの一実施例を示す分解斜視図、図２（Ａ） はその組立後の状態を示す断面図、図２（Ｂ）、（Ｃ）は本考案における音叉３ の取付工程を示す図、図２（Ｄ）は（Ｃ）の断面図である。これらの図において 、２２はダイキャストでなる基体であり、該基体２２には厚みを大きくした台状 の音叉支持部２２ａを形成し、該音叉支持部２２ａに２個の突出部２２ｂを形成 する。一方、音叉の取付部３ｇには前記突出部２２ｂに対応する位置に取付穴３ ｈを形成し、図２（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、該取付穴３ｈを突出部２２ｂに 嵌合し、突出部２２ｂを一定以上の力で打撃するか、あるいは圧力を加えること で突出部２２ｂをかしめることにより、音叉３を基体２２に固定する。

【００２１】 なお、図１、図２（Ａ）において、２３は基体２２の両側に形成された段差部 ２２ｃに載せて接着することにより取付けられるプリント基板、９ａ、９ｂは該 プリント基板２３上に形成された圧電素子駆動ケーブル２４接続用ランドであり 、該ランド９ａ、９ｂと、音叉３のアーム部３ａ、３ｂに接着された圧電素子６ ａ、６ｂとはケーブル１０ａ、１０ｂを半田付けすることにより接続されると共 に、駆動ケーブル２４は基体２２に形成したスペース２２ｄに通してランド９ａ 、９ｂに半田付けされる。１６は検知電極４を取付けたアルミナ基板であり、該 アルミナ基板１６は基体２２の両側に形成された段差部２２ｅに載せて接着する ことにより取付けられる。基体２２の下面にはプリアンプ５のスペース２２ｆが 形成され、前記アルミナ基板１６の下面に取付けたプリアンプ５を該スペース２ ２ｆに位置させる。２５は基体２２の下部に設けたスペース２２ｇに収容され、 該プリアンプ５に接続される信号用シールドケーブル、２６は基体２２の底面を 塞ぎ接着により取付けられる底板である。開口部１ａを有する金属折り曲げ板で なるシールド部材（キャップ）１には底縁に下方に突出させた取付片１ｂを形成 し、これらの取付片１ｂを基体２２の側面、下面に設けた凹部２２ｈに挿入して 下部を折り曲げることにより、前記音叉３、基板１６、２３をシールド部材１で 覆うように、基体２２にシールド部材１を取付ける。シールド部材１、基体２２ 、底板２６および音叉３は電気的に接続される。

【００２２】 このように、ダイキャストにより基体２２を構成し、該基体２２に音叉３を直 接取付けることにより、前述のように質量のあるダイキャストが質量負荷として 利用できるので、振動エネルギーの漏れが少なく、初期的にＱの大きなセンサが 実現できる。また、ダイキャストを基体２２に用いることにより、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用いて連続した一体物として形 成できると共に、ダイキャストが金属の可塑的性質を有することから、突出部２ ２ｂのかしめによる音叉３の固定構造が実現でき、このかしめ構造により、音叉 ３をねじ止めや接着によって固定する場合のように補助部材が不要となるばかり か、振動、熱等による外乱による経時的なねじの弛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音叉のＱの変化もない。

【００２３】 さらに、一定以上の打撃力あるいは圧力を加えることで、ばらつきのない接合 強度が得られ、かつねじによる取付けの場合のように音叉３の取付穴とねじとの 間のガタによる取付位置のずれの問題もないために取付精度が高い。また、ねじ トルクの管理や環境条件といった煩わ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、かつばらつきのな い強固な取付構造が提供できる。

【００２４】 なお、基体２２に用いるダイキャストとしては、一般にアルミダイキャスト、 亜鉛ダイキャストが知られているが、アルミニウムに比べて密度の大きい亜鉛ダ イキャストを用いることが、質量負荷を大きくする上で有利である。また、本実 施例のように、突出部２２ｂおよび取付穴３ｈを複数個設けてかしめることによ り、必然的に音叉取付方向が決まり、位置精度の高い取付が可能となる。

【００２５】 図２（Ｅ）、（Ｆ）は本考案による音叉取付構造の他の例であり、図２（Ｅ） の例は、音叉３の端部に垂直部３ｉと取付穴を有する水平取付部３ｊを形成した ものであり、図２（Ｆ）は音叉３の端部の両側に垂直部３ｋと取付穴を有する水 平取付部３ｍを形成したものであり、これらの取付部３ｊ、３ｍの取付穴に前記 突出部２２ｂをかしめることによって音叉３を音叉支持部２２ａに取付けたもの である。

【００２６】 図３（Ａ）は本考案の他の実施例を示す断面図、図３（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ 断面図であり、本実施例は、電気力線を通す開口部３０ａを有するシールド部材 を兼用の基体３０をダイキャストにより作製し、該基体３０に一体に音叉支持部 ３０ｂを設け、該音叉支持部３０ｂに突出部３０ｃを形成し、該突出部３０ｃを 前記音叉３の取付穴３ｈに通してかしめることにより、音叉３を取付けたもので ある。図３において、図１、図２と同じ符号は等価機能を有する部品を示す。本 実施例によれば、シールド部材を別部材として備える必要がなく、部品点数が低 減されて構造の簡略化が図れ、省スペース化が達成されるという利点がある。

【００２７】 本考案は、上記実施例に限らず、種々の音叉を用いた表面電位計について適用 可能である。

【００２８】

【考案の効果】

請求項１によれば、ダイキャストにより基体を構成して音叉を直接取付けたの で、振動エネルギーの漏れが少なく、初期的にＱの大きなセンサが実現できるの みならず、基体に設けた突出部のかしめにより音叉を固定したので、音叉をねじ 止めや接着によって固定する場合における補助部材が不要となるばかりか、振動 、熱等による外乱による経時的なねじの弛みや接着剤の劣化による特性の低下が なく、接合強度が変化することによる音叉のＱの変化もなく、安定した振動特性 のセンサが得られる。

【００２９】 また、一定以上の打撃力あるいは圧力を加えることで、ばらつきのない接合強 度が得られ、かつねじによる取付けの場合のように音叉の取付穴とねじとの間の ガタによる取付位置のずれの問題もないために取付精度が高い。また、ねじトル クの管理や環境条件といった煩わしい工程管理も不要となり、量産性に優れてい る。

【００３０】 請求項２によれば、基体に亜鉛ダイキャストを用いたので、質量負荷が大とな り、振動エネルギーが少ないＱの大きなセンサが実現できる。

【００３１】 請求項３によれば、シールド部材と前記基体とをダイキャストにより一体に構 成したので、部品点数が低減されて構造の簡略化が図れ、省スペース化が達成さ れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による表面電位センサの一実施例を示す
分解斜視図である。

【図２】（Ａ）は本実施例の断面図、（Ｂ）、（Ｃ）は
それぞれ本実施例の音叉取付部の取付け前、取付け後の
状態を示す斜視図、（Ｄ）は（Ｃ）の断面図、（Ｅ）、
（Ｆ）はそれぞれ本考案の音叉の他の取付部構造例を示
す斜視図である。

【図３】（Ａ）本考案による表面電位センサの他の実施
例を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ断面図であ
る。

【図４】（Ａ）は従来の対向面積可変型表面電位センサ
の基本構成を示す透視図、（Ｂ）はその音叉を示す斜視
図である。

【図５】（Ａ）は図４（Ａ）のセンサの検知部の平面的
位置関係を示す平面図、（Ｂ）、（Ｃ）は音叉の振動に
よる検知電極対向面積の変化を説明する平面図である。

【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の対向距離可変
型表面電位センサの構成を示す斜視図と断面図である。

【図７】（Ａ）は従来の音叉取付構造の具体例を示すセ
ンサの分解斜視図、（Ｂ）はその音叉取付基板を下面よ
り見た斜視図である。

【図８】（Ａ）は基体としてダイキャストを用いた従来
の音叉取付構造例を示すセンサの分解斜視図、（Ｂ）、
（Ｃ）はそれぞれ従来の音叉の基板への取付構造例を示
す斜視図である。

【図９】本考案者等が開発した音叉取付構造を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１ シールド部材 １ａ 開口部 ３ 音叉 ３ｇ 取付部 ３ｈ 取付穴 ４ 検知電極 ５ プリアンプ １６ アルミナ基板 ２２ 基体 ２２ａ 音叉支持部 ２３ プリント基板 ２４ 音叉駆動用ケーブル ２５ 信号用シールドケーブル ２６ 底板 ３０ シールド部材兼用基体

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定電位面に対向して配設される検知電
   極と、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、前記検知電極、圧電音叉およびシール
   ド部材を支持するダイキャスト製基体とを備えた表面電
   位センサにおいて、前記基体に一体に突出部を形成する
   と共に、前記圧電音叉の根本部に取付穴を設け、該取付
   穴を前記突出部に嵌合して該突出部をかしめることによ
   り、前記圧電音叉を前記基体に取付けたことを特徴とす
   る表面電位センサ。
2. 【請求項２】請求項１において、前記基体が亜鉛ダイキ
   ャストであることを特徴とする表面電位センサ。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記シールド
   部材と前記基体とがダイキャストにより一体に構成され
   てなることを特徴とする表面電位センサ。