JPH11237423A - 電位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ電極と振動子間に発生する浮遊容量の
影響を抑えて例え電位センサを小型化しても、精度の良
い測定対象の電位を高精度で測定する電位センサを提供
する。 【解決手段】 機械的に振動するフォークが閉じると、
基部１１a、１２aが互いに接近する方向に移動し、セン
サ電極１２０とターゲット間の有効対向面１１ｂ、１２
ｂが広がる。また、フォークが開くと、基部１１a、１
２aが互いに離反する方向に移動し、センサ電極１２０
とターゲット間の有効対向面１１ｂ、１２ｂが狭まる。
従って、センサ電極１２０とターゲット間の静電容量Ｃ
（ｔ）と、センサ電極１２０とフォーク間の浮遊容量Ｃ
ｘ（ｔ）は、同位相にて変化し、Ｃ（ｔ）を流れる電流
を検出抵抗Ｒｓに流すことができ、精度の高い、ターゲ
ット電位Ｖｔを検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非接触で被測定面の
電位を測定可能な電位センサに関し、例えば電子写真方
式の複写機、プリンタ等の感光ドラム表面の電位を測定
するのに適した電位センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の複写機、プリンタ等にお
いては、安定した印刷出力画質をえるために、感光ドラ
ムの帯電された電位を測定してフィードバックをかけ、
さまざまな環境でも均一に帯電する必要がある。そのた
めに感光ドラムの電位を測定する電位センサが用いられ
ている。

【０００３】従来この種の電位センサは、一般的に図８
に示す構成を備えていた。

【０００４】つまり、センサ電極１２０と、被測定対象
（以後、「ターゲット」と称す）２００との間に図示の
様な形状のフォークと呼ばれる遮蔽板１１０を配置す
る。フォーク１１０のターゲットの被測定面２００対向
部１１１及び１１２は、例えば図７に示す構造が採用さ
れていた。

【０００５】フォーク１１０の両腕にドライブ用圧電素
子１３０と振動検出用圧電素子１４０を取り付ける。ド
ライブ用圧電素子１３０に正弦波なり、方形波を加えて
メカニカルに振動を起す。その振動を振動検出用圧電素
子１４０にて電気信号に変換し、その電気信号の振幅が
最大になるようにドライブ用圧電素子１３０に加える波
形の周波数を制御することにより、フォーク１１０をメ
カニカルに共振させる方法などが用いられている。

【０００６】従来の電位センサの具体的な検出部の電気
回路は図６の様になり、フォーク１１０を圧電素子１３
０等により振動させ、センサ電極１２０とターゲット２
００間の有効な対向面積を周期的に変化させる構造を有
している。

【０００７】上述の構成において、フォーク１１０を振
動させて、フォーク１１０のターゲットの被測定面２０
０対向部１１１及び１１２を矢印の様に振動させ、セン
サ電極１２０とターゲット２００間の有効対向面積を周
期的に変化させる。このことは、電気的に言い換えると
センサ電極１２０とターゲット２００間の静電容量を周
期的に変化させることと等価である。

【０００８】この種の電位センサによる感光ドラム表面
の被測定面電位測定制御の例を図６の例を参照して以下
に説明する。

【０００９】図６に示す例において、ターゲット２００
の電位をＶｔ、センサ電極１２０の電位をＶｓとする。

【００１０】そして、フォーク１１０を下式のように振
動させる。

【００１１】

【数１】

【００１２】ｘ（ｔ）=Ｘ＊ｓｉｎ（２πｆ＊ｔ） つまり、振動周波数：ｆ、振動振幅：Ｘ、時間：ｔであ
る。

【００１３】センサ電極１２０とターゲット２００間の
静電容量をＣ（ｔ）とする。

【００１４】そして、フォーク１１０が振動すると、タ
ーゲット２００〜センサ電極１２０間には、以下のＩ
（ｔ）なる電流が流れる。

【００１５】

【数２】

【００１６】 Ｉ（ｔ）=（Ｖｔ−Ｖｓ）＊｛ｄＣ（ｔ）／ｄｔ｝ ここで、｛ｄＣ（ｔ）／ｄｔ｝は、Ｃ（ｔ）の時間微分
である。

【００１７】簡単のために、

【００１８】

【数３】

【００１９】 ｛ｄＣ（ｔ）／ｄｔ｝=Ｙ＊ｓｉｎ（２πｆ＊ｔ＋θ） とおく。ここで、Ｙ，θは、定数である。

【００２０】この結果、Ｉ（ｔ）を検出抵抗Ｒｓを用い
て検出することにより、容易にセンサ電極電位Ｖｓを検
出することができる。

【００２１】検出された電圧は、フォーク１１０の振動
に同期した周波数の繰り返し波形になるが、例えばその
（ピーク）−（ピーク）電圧

【００２２】

【数４】

【００２３】Ｖｐｐ＝Ｒｓ＊Ｙ＊（Ｖｔ−Ｖｓ） を検出する事は、容易である。

【００２４】Ｖｓ=Ｖｔの時のみ、Ｉ（ｔ）=０、つまり
Ｖｐｐ=０であるから、Ｖｓの値を直流電圧源を用いて
Ｖｐｐ=０となるように制御することにより、制御され
たＶｓ電圧そのものが、Ｖｔと等しくなり、非接触に
て、Ｖｔの値を検出できる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】近年、感光ドラムの小
径化、感光ドラム周りの高密度化により、電位センサも
小型化、薄型化が求められている。そこで、センサのフ
ォークの形状も小型フォークを用いるようになってきて
いる。しかし、センサを相対的に小型化していくと（セ
ンサ電極とフォークのサイズ比）センサのゲインが低下
し、上記ＶｐｐがＶｔ≠Ｖｓでも小さくなってしまいＳ
／Ｎ比が悪化する。

【００２６】ゲインをあげるために、電極面積を増やし
ていくと、後述するようにターゲット電位に対して、オ
フセットがついた値として、検出されてしまうという問
題点があり、各センサ毎にオフセット調整が必要であ
る。

【００２７】このオフセット電圧が発生する原理を図
９、図１０を用いて説明する。図９は電位センサの浮遊
容量を説明するための図、図１０は電位センサの等価回
路例を示す図である。

【００２８】図９に示すように、センサ電極２０とフォ
ーク１０の間には、浮遊容量Ｃｘが存在する。浮遊容量
Ｃｘは、フォーク１１０の被測定面対向部１１１、１１
２が振動すると、センサ電極１２０とフォーク１１０の
被測定面対向部１１１、１１２との距離が振動に応じて
変化する。この結果、電気的には静電容量Ｃｘ（ｔ）が
変化することになる。

【００２９】ここで、着目すべき事は、センサ電極１２
０とターゲット２００間の静電容量Ｃ（ｔ）と、センサ
電極１２０とフォーク１１０間の浮遊容量Ｃｘ（ｔ）
は、逆位相にて変化するという点である。つまり、フォ
ーク１１０の被測定面対向部１１１、１１２間が開いて
Ｃ（ｔ）が大きくなるタイミングではＣｘ（ｔ）は小さ
くなり、フォーク１１０の被測定面対向部１１１、１１
２間が閉じてＣ（ｔ）が小さくなるタイミングではＣｘ
（ｔ）は大きくなる。

【００３０】これを式で表現すると以下の様になる。

【００３１】

【数５】

【００３２】Ｃｘ（ｔ）=Ｚ＊Ｃ（ｔ＋π） Ｚは定数 つまり、Ｃｘ（ｔ）はＣ（ｔ）とπだけ位相がずれてい
ることになる。

【００３３】従って、電位センサの等価回路である図６
にあてはめて考えると、センサ電極１２０に流れる電流
は、全て検出抵抗Ｒｓに流れる。従って、図６で説明し
たようにもし検出抵抗Ｒｓに電流が流れていない時には
センサ電極電位Ｖｓ（t）とフォーク電位Ｖｆは等しく
なっていることになる。

【００３４】上記をふまえて、上述した図６を図１０の
ように書き直して説明を続ける。Ｃｘ（ｔ）がＣ（ｔ）
とπだけ位相がずれているとき、ターゲット電位Ｖｔと
フォーク電位Ｖｆ間にオフセット電圧Ｖｆｓｔがあった
とすると、Ｃ（ｔ）を流れる電流は、すべてＲｓに流れ
るのではなく一部Ｃｘ（ｔ）に流れる。そして、Ｃ
（ｔ）とＣｘ（ｔ）がバランスするオフセット電圧のと
き、検出抵抗Ｒｓには電流が流れなくなる。

【００３５】このとき、 Ｖｆｓｔ≠０にてセンサ電極電位Ｖｓ（ｔ）=一定 Ｒｓ両端の交流電圧成分＝０ Ｖｐｐ＝０ となり、検出オフセット電圧Ｖｆｓｔの誤差のある値と
して、Ｖｔが検出されてしまう。

【００３６】検出抵抗Ｒｓ両端電圧増幅（ソースフォロ
ア等インピーダンス変換も含む）のために、Ｎチャンネ
ルＪ−ＦＥＴを用いた場合には、 Ｖｔ=Ｖｆ−Ｖｆｓｔ となり、必ず正の検出オフセット電圧が生じる。

【００３７】このオフセット電圧Ｖｆｓｔは、フォーク
の振動状態や取り付け位置の誤差、センサ電極の取り付
け位置の誤差により決まり製造・使用環境によりさまざ
まに変化してしまう。

【００３８】ここで、電位センサ形状が大きかった場合
にも同様の誤差は存在したはずだが、Ｃｘ（ｔ）がＣ
（ｔ）にくらべて十分小さかったので従来は十分許容さ
れていた。しかしながら、電位センサの小型化を進める
と、このＣｘ（ｔ）は無視できない値になり、オフセッ
ト電圧の影響を受けて正確なターゲット電位の測定がで
きなかった。また、Ｃｘ（ｔ）の存在しないメカニカル
な形状、配置は実現が困難であった。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決することを目的としてなされたもので、上述した
課題を解決し、オフセット電圧が生じないようにして、
オフセット調整不要な電位センサを提供することにあ
る。係る目的を達成する一手段として例えば以下の構成
を備える。

【００４０】即ち、機械的に振動する振動子と、被測定
面に対して前記振動子の被測定面対向部より所定距離離
間して配設されたセンサ電極と、前記センサ電極に流れ
る電流を検出する電流検出素子とを備え、前記振動子の
少なくとも前記被測定面対向部は、前記センサ電極と当
該振動子間の浮遊容量Ｃｘ（ｔ）と前記センサ電極と被
測定面との容量Ｃ（ｔ）との位相が同位相にて変動する
形状を有し、前記振動子の前記被測定面対向部を振動さ
せることにより前記センサ電極と被測定面との有効対向
面積を可変させて前記センサ電極と前記被測定面とのコ
ンデンサ容量を可変として前記センサ電極に流れる交流
電流を測定することにより、被測定面の電位を非接触に
て測定可能とすることを特徴とする。

【００４１】そして例えば、前記振動子被測定面対向部
形状は、少なくとも２つの前記被測定面より所定距離離
反した被測定面対向部を備え、前記被測定面対向部が振
動により閉じるときに前記センサ電極と被測定面の有効
対向面積が大きくなり、前記振動子の前記被測定面対向
部が振動により開くときに前記センサ電極と前記被測定
面の有効対向面積が小さくなる構造をとることを特徴と
する。

【００４２】又、例えば、前記振動子被測定面対向部形
状は、互いに重なり合い略中央部近傍に打ち抜き部が形
成されていることを特徴とする。

【００４３】また、機械的に振動する振動子と、被測定
面に対して前記振動子の被測定面対向部より所定距離離
間して配設されたセンサ電極と、前記センサ電極に流れ
る電流を検出する電流検出素子とを備え、前記振動子の
少なくとも前記被測定面対向部は、前記センサ電極と当
該振動子間の浮遊容量Ｃｘ（ｔ）と前記センサ電極と被
測定面との容量Ｃ（ｔ）との位相が逆位相にて変動する
形状を有し、前記振動子の前記被測定面対向部を振動さ
せることにより前記センサ電極と被測定面との有効対向
面積を可変させて前記センサ電極と前記被測定面とのコ
ンデンサ容量を可変として前記センサ電極に流れる交流
電流を測定することにより、被測定面の電位を非接触に
て測定可能とすることを特徴とするする。

【００４４】更に、機械的に振動する振動子と、被測定
面に対して前記振動子の被測定面対向部より所定距離離
間して配設されたセンサ電極と、前記センサ電極に流れ
る電流を検出する電流検出素子と、前記センサ電極と同
一電位の前記振動子の外部方向に所定距離離間させて配
設された追加電極とを備え、前記振動子と前記追加電極
間に前記センサ電極と当該振動子間の浮遊容量Ｃｘ
（ｔ）と逆位相の浮遊容量Ｃｘ’（ｔ）を発生させて前
記Ｃｘ（ｔ）を打ち消し可能であることを特徴とする。

【００４５】さらにまた、機械的に振動する振動子と、
被測定面に対して前記振動子の被測定面対向部より所定
距離離間して配設されたセンサ電極と、前記センサ電極
に流れる電流を検出する電流検出素子と、前記センサ電
極と同一電位の前記振動子と所定距離離間させて配設さ
れた追加電極とを備え、前記振動子は、前記追加電極対
向位置に前記追加電極と所定間隙となる所定面積の突出
部を有し、前記センサ電極と当該振動子間の浮遊容量Ｃ
ｘ（ｔ）と逆位相の浮遊容量Ｃｘ’（ｔ）を前記耳部と
前記追加電極間に発生させて前記Ｃｘ（ｔ）を打ち消し
可能であることを特徴とする。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る一発明の実施の形態例を詳述する。

【００４７】［第１の実施の形態例］本発明に係る一発
明の実施の形態例においては、上述したＣｘ（ｔ）を完
全になくすことをめざすのではなく、フォーク形状を適
切なものとして、Ｃ（ｔ）とＣｘ（ｔ）の位相が一致す
る構成として、オフセット電圧Ｖｆｓｔの影響を減らす
（影響をなくす）ことを目的とする。

【００４８】Ｃ（ｔ）とＣｘ（ｔ）の位相が一致する構
成として、オフセット電圧Ｖｆｓｔの影響を減らした本
発明に係る一発明の実施の形態例のフォーク形状を図１
に示す、本実施の形態例においても、電位センサ部の基
本構成は図６、図８に示す構成と同様であるが、フォー
ク先端のターゲット２００との対向部の形状が異なり、
オフセット電圧Ｖｆｓｔの影響を減らすために図１に示
す形状をとしている。

【００４９】即ち、従来は、フォークの正面形状が図７
に示す形状であったものを、図１に示す正面形状として
いる。

【００５０】図１の形状のフォークを以下クロス型フォ
ークと呼ぶ。クロス型フォークでは、フォークの間隔が
閉じたときにセンサ電極１２０とターゲット２００間の
被測定面対向部の対向面積が増大し、フォークが開いた
ときにセンサ電極、ターゲット間の対向面積が減少し、
Ｃｘ（ｔ）とＣ（ｔ）の位相が一致するような、フォー
ク形状である。

【００５１】即ち、フォークが閉じると、基部１１a、
１２aが互いに接近する（閉じる）方向に移動し、セン
サ電極１２０とターゲット間の有効対向面１１ｂ、１２
ｂが広がる。また、フォークが開くと、基部１１a、１
２aが互いに離反する（開く）方向に移動し、センサ電
極１２０とターゲット間の有効対向面１１ｂ、１２ｂが
狭まる。

【００５２】従って、センサ電極１２０とターゲット間
の静電容量Ｃ（ｔ）と、センサ電極１２０とフォーク間
の浮遊容量Ｃｘ（ｔ）は、同位相にて変化する。つま
り、フォークが開いても被測定面対向部１１、１２の有
効対向面１１a、１２a間は閉じるため、Ｃ（ｔ）が小さ
くなるタイミングでＣｘ（ｔ）が小さくなり、フォーク
の被測定面対向部１１、１２間が閉じても被測定面対向
部１１、１２の有効対向面１１a、１２a間は開くため、
Ｃ（ｔ）が大きくなるタイミングでＣｘ（ｔ）が大きく
なる。

【００５３】従って、第１の実施の形態例によれば、Ｃ
（ｔ）を流れる電流の一部がＣｘ（ｔ）に流れることが
なくなり（あるいは大きく減少するため）、Ｃ（ｔ）を
流れる電流の全部（あるいはほとんど）を検出抵抗Ｒｓ
に流すことができ、精度の高い、ターゲット電位Ｖｔを
検出できる。

【００５４】［第２の実施の形態例］以上の説明は、ク
ロス型フォークによりオフセット電圧の発生を防止する
例を説明した。しかし、本発明は以上の例に限定される
ものではなく、フォーク形状を適切なものとして、Ｃ
（ｔ）とＣｘ（ｔ）の位相が一致する構成として、オフ
セット電圧Ｖｆｓｔの影響を減らす（影響をなくす）も
のであれば良い。

【００５５】穴空き型のフォーク形状によりＣ（ｔ）と
Ｃｘ（ｔ）の位相が一致する様に構成した本発明に係る
第２の実施の形態例を図２を参照して以下に説明する。
図２は本発明に係る第２の実施の形態例の電位センサの
フォーク形状の正面図である。第２の実施の形態例にお
いても、電位センサ部の基本構成は図６、図８に示す構
成と同様であるが、フォーク先端のターゲット２００と
の対向部の形状が異なり、オフセット電圧Ｖｆｓｔの影
響を減らすために図２に示す形状をとしている。

【００５６】図２に示す穴空き型フォークは、フォーク
の間隔が閉じたときにセンサ電極１２０とターゲット２
００間の被測定面対向部の対向面積が増大し、フォーク
が開いたときにセンサ電極、ターゲット間の対向面積が
減少し、Ｃｘ（ｔ）とＣ（ｔ）の位相が一致するよう
な、フォーク形状である。

【００５７】即ち、フォークが開くと、図２に示す状態
より被測定面対向部２１、２２が互いに外側に移動する
ため、窓２１a、２２aが重なり合う面積が増大するた
め、センサ電極１２０とターゲット間の有効対向面が狭
まる。また、フォークが閉じると、図２に示す状態とな
り、より窓２１a、２２aが重なり合う面積が減少するた
め、センサ電極１２０とターゲット間の有効対向面１１
ｂ、１２ｂが広がる。

【００５８】従って、センサ電極１２０とターゲット間
の静電容量Ｃ（ｔ）と、センサ電極１２０とフォーク間
の浮遊容量Ｃｘ（ｔ）は、同位相にて変化する。つま
り、Ｃ（ｔ）が小さくなるタイミングでＣｘ（ｔ）が小
さくなり、Ｃ（ｔ）が大きくなるタイミングでＣｘ
（ｔ）が大きくなる。

【００５９】従って、第２の実施の形態例によれば、Ｃ
（ｔ）を流れる電流の一部がＣｘ（ｔ）に流れることが
なくなり（あるいは大きく減少するため）、Ｃ（ｔ）を
流れる電流の全部（あるいはほとんど）を検出抵抗Ｒｓ
に流すことができ、精度の高い、ターゲット電位Ｖｔを
検出できる。

【００６０】［第３の実施の形態例］以上の説明は、ク
ロス型フォーク、あるいは、穴空き型フォーク形状とし
てオフセット電圧の発生を防止する例を説明した。しか
し、本発明は以上の例に限定されるものではなく、Ｃｘ
（ｔ）の発生を防止すればオフセット電圧Ｖｆｓｔの影
響を減らす（影響をなくす）ことができる。

【００６１】Ｃｘ（ｔ）の発生を防止した本発明に係る
第３の実施の形態例を図３を参照して以下に説明する。
図３は本発明に係る第３の実施の形態例の電位センサの
フォーク構造を示す図である。第３の実施の形態例にお
いては、フォーク先端のターゲット２００との対向部の
形状は問わず、例えば図７に示す構造であってもよい。

【００６２】第４の実施の形態例においては、フォーク
１１０の外側に、Ｃｘ（ｔ）を積極的にキャンセルする
ための第２の電極３０を追加する。そして、第２の電極
３０は、センサ電極１２０と同電位になるように結線す
る。この結果、フォーク１１０と第２の電極間３０間に
は、浮遊容量Ｃｘ’（ｔ）が発生する。この浮遊容量Ｃ
ｘ’（ｔ）は、Ｃｘ（ｔ）とは逆位相であるため、互い
に打ち消しあうことのなる。従ってオフセット電圧の発
生が防止できる。

【００６３】以上説明した様に第４の実施の形態例によ
れば、Ｃｘ（ｔ）と逆位相のＣｘ’（ｔ）を積極的に発
生させることで、Ｃｘ（ｔ）をキャンセルすることがで
き、Ｃ（ｔ）を流れる電流の一部がＣｘ（ｔ）に流れる
ことがなくなり（あるいは大きく減少するため）、Ｃ
（ｔ）を流れる電流の全部（あるいはほとんど）を検出
抵抗Ｒｓに流すことができ、精度の高い、ターゲット電
位Ｖｔを検出できる。

【００６４】［第４の実施の形態例］上述した第３の実
施の形態例においては、Ｃｘ（ｔ）を積極的にキャンセ
ルするための第２の電極３０を追加してＣｘ（ｔ）の発
生を防止する例について説明した。しかし、Ｃｘ（ｔ）
を積極的にキャンセルする構造は以上の例に限定される
ものではなく、Ｃｘ（ｔ）を積極的にキャンセルするこ
とができるものであれば種々の構造、方法を採用するこ
とができる。

【００６５】例えば、フォークに別途一定面積突出した
“耳”を追加し、その下面にセンサ電極１２０と同電位
になるように結線した電極、例えばプリント基板に配設
された導電性金属パターンを備える構成とする。そし
て、フォークの“耳”と下面のパターン間に第３実施の
形態例と同様にセンサ電極１２０とフォーク１１０間に
発生するＣｘ（ｔ）と逆位相の浮遊容量Ｃｘ’（ｔ）を
積極的に発生させ、Ｃｘ（ｔ）をキャンセルする様の構
成してもよい。

【００６６】このように構成した本発明に係る第４の発
明の実施の形態例を図４及び図５に示す。図４は本発明
に係る第４の発明の実施の形態例の電位センサの構造を
説明するための図、図５は図４に示す電位センサの具体
的な構成例を示す図である。以下、図５及び図５を参照
して本発明に係る第４の発明の実施の形態例を詳細に説
明する。

【００６７】第４の実施の形態例においては、フォーク
１１０にフォーク部分より所定量突出した“耳”部４０
を追加で備え、その耳部４０の対向下面にセンサ電極１
２０と同電位になるように例えばプリント基板４６表面
に配設された導電性金属パターン（追加電極）４５を備
える構成とする。

【００６８】例えば耳部４０を図４に示すようにフォー
ク１１０下部に突出する四角形の形状とし、追加電極４
５をフォーク１１０の外側（図４の下側）に行くほど面
積の広い電極パターンとし、センサ電極１２０とフォー
ク１１０間に発生する浮遊容量Ｃｘ（ｔ）と逆位相の浮
遊容量Ｃｘ’（ｔ）を耳部４０との追加電極４５との間
に積極的に発生させて、Ｃｘ（ｔ）を打ち消す。

【００６９】このように、センサ電極１２０と結線され
た例えばプリント板パターンをつくる。そして、フォー
クの“耳”と下面のパターン間に浮遊容量Ｃｘ’（ｔ）
を積極的に作り、Ｃｘ（ｔ）をキャンセルするように構
成したため、Ｃ（ｔ）を流れる電流の一部がＣｘ（ｔ）
に流れることがなくなり（あるいは大きく減少するた
め）、Ｃ（ｔ）を流れる電流の全部（あるいはほとん
ど）を検出抵抗Ｒｓに流すことができ、精度の高い、タ
ーゲット電位Ｖｔを検出できる。

【００７０】なお、以上の説明においては、追加電極を
プリント基板４６条に配設した導電性パターンで形成し
たが、この追加電極は導電性金属板で構成してもよい。
また、耳部の形状及び追加電極の形状も上記形状に限定
されるものではなく、Ｃｘ（ｔ）をキャンセル又は減少
させるＣｘ’（ｔ）を発生させるものであれば種々のも
のとできる。

【００７１】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
センサ電極と振動子間に発生する浮遊容量の影響を抑え
て、例え電位センサを小型化しても、測定対象の電位を
高精度で測定することができる。

【００７２】しかも、これを振動子の形状を最適化する
等の簡単な構成で実現できる電位センサを提供できる。

【００７３】即ち、振動子とセンサ電極間に発生する浮
遊容量Ｃｘ（ｔ）を打ち消したり、Ｃｘ（ｔ）をセンサ
電極と測定対象との間に発生する浮遊容量Ｃ（ｔ）と同
位相にしたりする事で、オフセット電圧が生じない（非
常に少ない）、オフセット調整不要な電位センサを低コ
ストにて実現することができる。

【００７４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一発明の実施の形態例の電位セン
サのフォーク形状を示す正面図である

【図２】本発明に係る第２の実施の形態例の電位センサ
のフォーク形状を示す正面図である。

【図３】本発明に係る第３の実施の形態例の電位センサ
のフォーク構造を示す図である。

【図４】本発明に係る第４の実施の形態例の電位センサ
のフォーク構造を示す図である。

【図５】本発明に係る第４の実施の形態例の電位センサ
のフォーク構造を示す図である。

【図６】電位センサの原理を説明するための図である。

【図７】従来のフォークの被測定面対向部の構造を示す
図である。

【図８】電位センサの実体図である。

【図９】電位センサの浮遊容量を説明するための図であ
る。

【図１０】電位センサの等価回路例を示す図である。

【符号の説明】

１１、１２、２１、２２、１１１、１１２ 被測定面対
向部 ３０、４５ Ｃｘ（t）キャンセル用電極 ４０ 耳部 １１０ 遮蔽板（フォーク） １２０ センサ電極 １３０ ドライブ用圧電素子 １４０ 振動検出用圧電素子 １５０ 支点 ２００ 被測定対象（ターゲット）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械的に振動する振動子と、 被測定面に対して前記振動子の被測定面対向部より所定
   距離離間して配設されたセンサ電極と、 前記センサ電極に流れる電流を検出する電流検出素子と
   を備え、 前記振動子の少なくとも前記被測定面対向部は、前記セ
   ンサ電極と当該振動子間の浮遊容量Ｃｘ（ｔ）と前記セ
   ンサ電極と被測定面との容量Ｃ（ｔ）との位相が同位相
   にて変動する形状を有し、 前記振動子の前記被測定面対向部を振動させることによ
   り前記センサ電極と被測定面との有効対向面積を可変さ
   せて前記センサ電極と前記被測定面とのコンデンサ容量
   を可変として前記センサ電極に流れる交流電流を測定す
   ることにより、被測定面の電位を非接触にて測定可能と
   することを特徴とする電位センサ。
2. 【請求項２】 前記振動子被測定面対向部形状は、 少なくとも２つの前記被測定面より所定距離離反した被
   測定面対向部を備え、前記被測定面対向部が振動により
   閉じるときに前記センサ電極と被測定面の有効対向面積
   が大きくなり、 前記振動子の前記被測定面対向部が振動により開くとき
   に前記センサ電極と前記被測定面の有効対向面積が小さ
   くなる構造をとることを特徴とする請求項１記載の電位
   センサ。
3. 【請求項３】 前記振動子被測定面対向部形状は、互い
   に重なり合い略中央部近傍に打ち抜き部が形成されてい
   ることを特徴とする請求項２記載の電位センサ。
4. 【請求項４】 機械的に振動する振動子と、 被測定面に対して前記振動子の被測定面対向部より所定
   距離離間して配設されたセンサ電極と、 前記センサ電極に流れる電流を検出する電流検出素子と
   を備え、 前記振動子の少なくとも前記被測定面対向部は、前記セ
   ンサ電極と当該振動子間の浮遊容量Ｃｘ（ｔ）と前記セ
   ンサ電極と被測定面との容量Ｃ（ｔ）との位相が逆位相
   にて変動する形状を有し、 前記振動子の前記被測定面対向部を振動させることによ
   り前記センサ電極と被測定面との有効対向面積を可変さ
   せて前記センサ電極と前記被測定面とのコンデンサ容量
   を可変として前記センサ電極に流れる交流電流を測定す
   ることにより、被測定面の電位を非接触にて測定可能と
   することを特徴とするする電位センサ。
5. 【請求項５】 機械的に振動する振動子と、 被測定面に対して前記振動子の被測定面対向部より所定
   距離離間して配設されたセンサ電極と、 前記センサ電極に流れる電流を検出する電流検出素子
   と、 前記センサ電極と同一電位の前記振動子の外部方向に所
   定距離離間させて配設された追加電極とを備え、 前記振動子と前記追加電極間に前記センサ電極と当該振
   動子間の浮遊容量Ｃｘ（ｔ）と逆位相の浮遊容量Ｃｘ’
   （ｔ）を発生させて前記Ｃｘ（ｔ）を打ち消し可能であ
   ることを特徴とする電位センサ。
6. 【請求項６】 機械的に振動する振動子と、 被測定面に対して前記振動子の被測定面対向部より所定
   距離離間して配設されたセンサ電極と、 前記センサ電極に流れる電流を検出する電流検出素子
   と、 前記センサ電極と同一電位の前記振動子と所定距離離間
   させて配設された追加電極とを備え、 前記振動子は、前記追加電極対向位置に前記追加電極と
   所定間隙となる所定面積の突出部を有し、前記センサ電
   極と当該振動子間の浮遊容量Ｃｘ（ｔ）と逆位相の浮遊
   容量Ｃｘ’（ｔ）を前記耳部と前記追加電極間に発生さ
   せて前記Ｃｘ（ｔ）を打ち消し可能であることを特徴と
   する電位センサ。