JPH10115646A - 表面電位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 表面電位センサは、検知電極、チョッ
パ、チョッパ駆動回路、検知電極に発生した交流信号
を、表面電位を表す直流電圧に変換するための変換回
路、変換回路からの直流電圧に応じた測定電圧を受けて
表面電位を指示する信号を出力する出力回路とを備え、
少なくとも検知電極およびチョッパは、接地電位からフ
ローティングした動作点を有し、変換回路と出力回路と
の間に介在して、高圧電源と高圧制御回路とが配置さ
れ、高圧制御回路は、積分回路からの出力を単に信号と
して入力し、この信号に基づき正および負の高圧電圧を
連続的に分圧し、この発生電圧を測定出力とすると共
に、センサ回路のコモングランドに帰還させている。 【効果】 出力特性をリニヤにすると共に、全域での正
確で安定した検出を可能とし、また、レスポンスも向上
させ、そして、極性を問わず出力をセンサ部に帰還させ
ることができ、一層の小型化も達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やプリンタ
等の帯電ドラム、あるいは半導体ウエハー等の表面電位
を測定するための表面電位センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の表面電位センサとして
は、被測定体の表面電位を交流信号として取り出すため
に検知電極と被測定面との間の電界を断続する断続手段
と、検知電極に発生した交流信号を直流電圧へと変換す
る変換回路とを備えたものが普及している。このような
表面電位センサにおいては、検知電極または断続手段か
ら被測定面までの距離が変動すると検出出力が変動して
しまい、また、表面電位センサを含む装置の振動が検出
出力の変動につながり、又表面電位センサの取り付けに
高い精度が要求されていた。このような問題点を解消す
るために、従来、特公平３−６４６７号公報に開示され
ているような表面電位センサも提案されている。

【０００３】この特公平３−６４６７号公報に開示され
た表面電位センサにおいては、被測定体と検知電極との
電位差を零にすべく、変換回路からの直流電圧が零とな
るような直流電圧を断続手段等へ帰還し、その帰還され
た直流電圧に応じた電圧を被測定体の表面電位として出
力するようにすることにより、前述の問題点を解消する
ようにしている。しかし、この従来の表面電位センサの
構成では、両極性電位を測定するために、それぞれ逆極
性の電圧発生源を組み合わせて、例えば、両極性の電圧
を発生する２個のトランスを組み合わせることにより、
変換回路の出力に応じた帰還電圧を発生するようにして
いる。

【０００４】このように２個のトランスを有する回路に
よれば、両極性の被測定電位を計測するのに有効である
が、それぞれ反対極性の電圧源を組み合わせ帰還用電圧
発生回路を構成する必要があるために、コスト高とな
り、回路も複雑化し、大型化を招くという問題が生じて
いた。

【０００５】このような問題を解消するための表面電位
センサの構成として、従来、添付図面の図３に略示する
ような構成を有する表面電位センサが提案されている。
図３に示すように、この従来の表面電位センサは、シー
ルド（図示していない）の開口部を通して被測定体に対
して対峙させられる検知電極４と、圧電素子２を取り付
けた音叉３を含むチョッパと、検知電極４からの交流信
号をインピーダンス変換するプリアンプ回路５と、プリ
アンプ回路５の出力信号を増幅する増幅回路６と、音叉
３を駆動するための音叉駆動回路７と、この音叉駆動回
路７からの信号で検知電極４からの信号を同期検波する
同期検波回路８と、この同期検波回路８の出力を積分す
る積分回路９と、積分回路９の出力を高電圧に昇圧する
トランスを用いた高圧増幅回路１３Ａと、高圧増幅回路
１３Ａからの帰還電圧Ｖ_f （ＶＨ）を低い電圧に分圧
し、且つ低インピーダンス化して出力信号Ｖ_s として送
出する出力回路１２と、各回路要素に電力を供給する電
源とを備えている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の表面電位センサにあっては、積分回路９からの出力
を高圧増幅回路１３Ａとしてのトランスで増幅して出力
しているため、その出力特性はリニアではなく、特に、
低レベルの検出においては、不安定、不正確であり、ま
た、レスポンスも低くタイムラグを生じるものであっ
た。

【０００７】また、その出力をセンサ部に帰還させるに
は、コモングランドまたは同一極性点に帰還させる以外
になく、逆極性のセンサの場合には、トランスおよびイ
ンバータの極性を変えると共に、この出力を電源回路の
出力端子における逆極性側に接続しなおす必要があるも
のであった。

【０００８】一方、この種の表面電位センサについて
も、小型化の要求が年々強まる傾向にあり、このような
要求に十分に応えうるものでなければならない。

【０００９】本発明の目的は、前述したような従来技術
の問題点を解消しうるような表面電位センサを提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、被測定
体の表面電位を検知するための表面電位センサにおい
て、前記被測定体の表面に対して対峙させられる検知電
極と、前記表面電位を交流電圧として前記検知電極で検
出すべく前記被測定体と前記検知電極との間の電界を所
定の周期で断続するため、前記被測定体と前記検知電極
との間に配置されるチョッパと、該チョッパを駆動する
ためのチョッパ駆動回路と、前記検知電極に発生した交
流信号を、前記表面電位を表す直流電圧に変換するため
の変換回路と、該変換回路からの直流電圧に応じた測定
電圧を受けて前記表面電位を指示する信号を出力する出
力回路とを備えており、少なくとも前記検知電極および
前記チョッパは、接地電位からフローティングした動作
点を有し、前記変換回路と前記出力回路との間に介在し
て、高圧電源と高圧制御回路とが配置され、前記高圧電
源は、定電圧電源としてのトランスを備え、前記高圧制
御回路は、前記変換回路からの直流電圧を単に制御信号
として受けて、該制御信号に基づき前記トランスによる
正または負の高圧電圧を連続的に分圧し、この発生電圧
を、前記測定電圧として前記出力回路へ入力すると共
に、前記チョッパ、チョッパ駆動回路および前記変換回
路のコモングランドに帰還させるようにしたことを特徴
とする。

【００１１】本発明の特定の実施の形態によれば、前記
チョッパは、音叉を備え、前記チョッパ駆動回路は、音
叉駆動回路であり、該音叉駆動回路は、センサのプロー
ブの外部に配置されている。

【００１２】本発明の別の特定の実施の形態によれば、
前記高圧電源は、センサの基板外に配置される。

【００１３】本発明のさらに別の特定の実施の形態によ
れば、前記高圧電源は、前記被測定体を含む装置のため
に設けられた既存の電圧源を利用することにより与えら
れる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、添付図面の図１および図２
に基づいて、本発明の実施例について、本発明をより詳
細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例としての表面電
位センサの構成を概略的に示している。この図１に示さ
れるように、この実施例の表面電位センサは、シールド
（図示していない）の開口部を通して被測定体に対して
対峙させられる検知電極４と、圧電素子２を取り付けた
音叉３を含むチョッパと、検知電極４に発生した交流信
号を増幅するプリアンプ回路５と、プリアンプ回路５の
出力信号を増幅する増幅回路６と、音叉３に取り付けた
圧電素子２を駆動するための音叉駆動回路７と、この音
叉駆動回路７からの信号で検知電極４からの信号を同期
検波する同期検波回路８と、この同期検波回路８の出力
を積分する積分回路９と、定電圧源としてのトランスを
備えた高圧電源１３と、高圧制御回路１１と、出力回路
１２と、外部電源を電気的に絶縁してプリアンプ回路
５、増幅回路６、同期検波回路８、積分回路９および音
叉駆動回路７へ電力を供給する電源回路１４とを備えて
いる。図１の電気接続から明らかなように、音叉３およ
び検知電極４は、接地電位からフローティングした動作
点を有している。

【００１６】この実施例では、高圧電源１３としてのト
ランスは、外部電源を電気的に絶縁すると共に、外部電
源によって付勢される一次巻線と、中間タップを接地し
一端側に、例えば、＋１０００Ｖ（Ｖ１）の定電圧を出
力し、他端側に、例えば、−５００Ｖ（Ｖ２）の定電圧
を出力するように回路接続構成された二次巻線とを備え
ている。また、高圧制御回路１１は、フォトカップラー
ＰＣと、抵抗Ｒと、トランジスタＴとを備えてなってい
る。

【００１７】この実施例における高圧制御回路１１は、
直列に接続された抵抗ＲおよびトランジスタＴの両端に
高圧電源１３のトランスの二次巻線の各端が接続されて
おり、積分回路９からの直流電圧がフォトカップラーＰ
Ｃを介して単に制御信号としてトランジスタＴに加えら
れるように構成されている。フォトカップラーＰＣは、
積分回路９と高圧制御回路１１とを電気的に完全に分離
するためのもので、積分回路９からの直流電圧を一旦光
信号に変換して、その後再び電気信号に変換して、この
電気信号にてトランジスタＴの導通度を制御するように
作用する。

【００１８】積分回路９からの直流電圧に基づいてトラ
ンジスタの導通度が変化するので、抵抗Ｒを通して流れ
る電流もそれに応じて変化し、その抵抗による電圧降下
もそれに応じて変化することになる。したがって、高圧
制御回路１１の発生電圧ＶＨは、制御信号としての積分
回路９からの直流電圧に基づき、高圧電源１３のトラン
スによる正または負の高圧電圧（＋１０００Ｖまたは−
５００Ｖ）を連続的に分圧したものとなる。図２は、こ
の高圧制御回路１１における制御電圧と発生電圧ＶＨと
の関係を例示している。図２のグラフからも明らかなよ
うに、制御電圧と発生電圧ＶＨとの関係は完全にリニア
なものとなっている。

【００１９】このように高圧制御回路１１による発生電
圧ＶＨは、測定電圧として出力回路１２へ入力すると共
に、センサ回路のコモングランドに帰還電圧Ｖ_f として
帰還させられる。すなわち、帰還電圧Ｖ_f は、この実施
例では、音叉３、増幅回路６、音叉駆動回路７、同期検
波回路８、積分回路９のコモングランドへと帰還させら
れている。一方、高圧制御回路１１から出力回路１２へ
と入力させられた発生電圧ＶＨは、出力回路１２にてレ
ベル変換されて測定信号Ｖ_s として外部へ出力される。

【００２０】音叉駆動回路７は、高周波ノイズを発生し
表面電位の測定に悪影響を与えがちなものであるので、
センサのプローブ内部に設けずに、外部に配置するのが
好ましい。このように音叉駆動回路をプローブの外部に
配置することは、プローブを小型化する上でも好まし
い。

【００２１】また、前述した実施例では、高圧電源１３
は、センサ部の内部に設けたのであるが、センサ部の基
板外にこれを配置する構成をとれば、センサ部本体を小
型化することができる。その上、前述した実施例では、
高圧電源１３を構成するために特別なトランスを使用し
たのであるが、この高圧電源は、被測定体を含む装置の
ために設けられた既存の電圧源を利用することにより与
えることもできる。例えば、複写機やプリンタ等で帯電
ドラムを有するものは、帯電用等の高圧で定電圧の電源
トランスが装置内に必ず設けられている。このような電
源トランスを、高圧電源１３のトランスとして共用する
ように構成すれば、表面電位センサのための特別なトラ
ンスは省略することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の表面電位センサの構成によれ
ば、立ち上がり付近やピーク付近を含む全域において出
力の直線的変化が得られ、リニヤな出力特性での測定が
可能となる。また、０ボルト付近における低レベルの出
力域についても安定した正確な測定が可能となる。

【００２３】被測定物の帯電量の変化に対する測定出力
の応答速度が高くなり、レスポンスが向上し、タイムラ
グが無くなる。

【００２４】高圧制御回路からの出力は極性に係わらず
センサ部のコモングランドに帰還させることができるた
め、センサの極性に対応させてトランスやインバータの
極性を変えたり、電源回路の出力端子への接続を変更す
る必要が無くなる。

【００２５】音叉駆動回路をセンサのプローブ内部には
備えず外部に設置することにより、プローブを小型化す
ることができるほか、音叉駆動回路からのノイズによる
悪影響を解消することができ、更に、より一層高度な制
御をすることも可能となる。

【００２６】高圧電源として、被測定体を含む装置に既
存の高圧電源トランスを共用することにより、センサを
小型化できるだけでなく、それだけ安価なものとするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての表面電位センサの構
成を略示する図である。

【図２】図１の表面電位センサにおける高圧制御回路で
の制御電圧と発生電圧との関係を例示する図である。

【図３】従来の表面電位センサの一例の構成を略示する
図である。

【符号の説明】

２ 圧電素子 ３ 音叉 ４ 検知電極 ５ プリアンプ回路 ６ 増幅回路 ７ 音叉駆動回路 ８ 同期検波回路 ９ 積分回路 １１ 高圧制御回路 １２ 出力回路 １３ 高圧電源 １４ 電源回路 ＰＣ フォトカップラー Ｒ 抵抗 Ｔ トランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫻井 直樹 神奈川県横浜市港北区新横浜２−６−23 金子第２ビル８Ｆ 株式会社ヒロセチェリ ープレシジョン内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定体の表面電位を検知するための表
   面電位センサにおいて、前記被測定体の表面に対して対
   峙させられる検知電極と、前記表面電位を交流電圧とし
   て前記検知電極で検出すべく前記被測定体と前記検知電
   極との間の電界を所定の周期で断続するため、前記被測
   定体と前記検知電極との間に配置されるチョッパと、該
   チョッパを駆動するためのチョッパ駆動回路と、前記検
   知電極に発生した交流信号を、前記表面電位を表す直流
   電圧に変換するための変換回路と、該変換回路からの直
   流電圧に応じた測定電圧を受けて前記表面電位を指示す
   る信号を出力する出力回路とを備えており、少なくとも
   前記検知電極および前記チョッパは、接地電位からフロ
   ーティングした動作点を有し、前記変換回路と前記出力
   回路との間に介在して、高圧電源と高圧制御回路とが配
   置され、前記高圧電源は、定電圧電源としてのトランス
   を備え、前記高圧制御回路は、前記変換回路からの直流
   電圧を単に制御信号として受けて、該制御信号に基づき
   前記トランスによる正または負の高圧電圧を連続的に分
   圧し、この発生電圧を、前記測定電圧として前記出力回
   路へ入力すると共に、前記チョッパ、チョッパ駆動回路
   および前記変換回路のコモングランドに帰還させるよう
   にしたことを特徴とする表面電位センサ。
2. 【請求項２】 前記チョッパは、音叉を備え、前記チョ
   ッパ駆動回路は、音叉駆動回路であり、該音叉駆動回路
   は、センサのプローブの外部に配置されている請求項１
   記載の表面電位センサ。
3. 【請求項３】 前記高圧電源は、センサの基板外に配置
   される請求項１または２記載の表面電位センサ。
4. 【請求項４】 前記高圧電源は、前記被測定体を含む装
   置のために設けられた既存の電圧源を利用することによ
   り与えられる請求項１または２または３記載の表面電位
   センサ。