(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電物体の表面電位を検出する電位検出部と、
電位検出部から帯電物体の表面までの距離である測定距離を計測する距離センサと、
演算処理部とを備え、
上記演算処理部は、上記距離センサが計測した３以上の測定距離において上記電位検出部が検出した実測値に基づいて、
上記測定距離と電位との関係を示す近似関数を特定し、
この近似関数の測定距離にゼロを代入して電位を算出し、
この算出した電位を上記帯電物体の測定電位として出力する表面電位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、帯電物体の表面電位を、非接触で測定するための表面電位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面電位測定装置は、帯電物体と対向させた検出電極に誘起される電荷に応じた誘導電流を利用して帯電物体の表面電位を計測するものである。このような装置では、上記検出電極を、帯電物体の表面に接触させて表面電位を測定することは不可能で、上記検出電極は帯電物体から所定の距離を保たなければならない。
なぜなら、帯電物体の表面に検出電極を接触させれば、帯電物体の電荷が検出電極へ流れてしまうし、また、帯電物体の表面電位が高い場合には、検出電極を近づけ過ぎるだけで放電してしまったりする。このように、表面電荷が検出電極に流れてしまうと、帯電物体の表面の帯電状態が変化してしまううえ、測定装置に放電によるダメージを与えてしまうこともあり、正確な電位測定ができなくなってしまう。
そのため、非接触の表面電位測定装置が必要とされている。
【０００３】
しかし、帯電物体と検出電極とが離れていると、その間の静電容量の変化が測定電位の値に影響を与えてしまう。上記静電容量は、検出電極と帯電物体との距離に依存するので、同じ帯電物体でも、測定距離が異なれば測定結果が変わってしまうことになる。
そこで、正確な測定結果を得るためには、上記測定距離を予め決められた基準距離に保って測定するか、測定距離に応じた補正をしなければならなかった。
【０００４】
上記測定距離に応じた補正をするものとして、例えば特許文献１に示す表面電位測定装置があった。
この従来の表面電位測定装置は、検出電極とともに測定距離Ｌを計測する距離センサと演算処理部とを備えた装置である。
上記距離センサが電位測定時の測定距離Ｌを計測し、演算処理部は、予め記憶している算出式に上記測定距離Ｌを代入して測定距離Ｌに応じた補正係数を求める。そして、この補正係数で検出電極による検出電位を補正するというものである。
上記補正係数の算出式は、測定距離Ｌの一次関数、すなわち補正係数α＝ａ・距離Ｌ＋ｂである。なお、上記ａ，ｂは、予め、表面電位が分かっている基準サンプルを測定して設定しておく定数である。
このような補正係数を用いることによって、上記従来の表面電位測定装置は、様々な測定距離における電位測定に対応していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−００７６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来の表面電位測定装置では、特定の基準サンプルを用いて上記補正係数αの算出式における定数ａ，ｂを決め、同じ帯電物体の表面電位を測定する際の測定距離の影響を排除するようにしていた。しかし、この補正係数では、帯電物体の面積については考慮していなかった。
一方、上記検出電極との間の静電容量は、帯電物体の面積によって変化する値である。対向電極間の静電容量は、対向電極の面積に比例するからである。そのため、帯電物体の面積が異なれば、表面電位が同じであっても測定結果が違ってしまう。
図４は、従来の表面電位測定装置によって面積の異なる帯電プレートの表面電位を測定したときの結果を表わしたグラフである。ここで用いた従来の測定装置は、３０[ｃｍ]四方の正方形の帯電プレートを基準サンプルとして用い、上記算出式における定数ａ，ｂを設定し、その算出式によって補正係数αを算出するものである。
【０００７】
このような測定装置を用いて、２０[ｃｍ]四方の正方形、３０[ｃｍ]四方の正方形、４５[ｃｍ]四方の正方形の帯電プレートについて、それぞれ測定距離を変えて測定した結果は、図４に示すとおりである。
なお、図４において実線で示しているのが基準サンプルの測定結果であり、丸と破線で示しているのが２０[ｃｍ]四方の帯電プレート、三角と一点鎖線で示しているのが４５[ｃｍ]四方の帯電プレートの測定結果である。
その結果は、３０[ｃｍ]四方の帯電プレートの測定電位は、測定距離に依存しないが、２０[ｃｍ]四方の帯電プレートと、４５[ｃｍ]四方の帯電プレートでは、測定距離によって測定電位が変わってしまうことが確認できた。特に、測定距離が大きくなるにしたがって基準サンプルとの差が大きくなっている。
【０００８】
上記のように、帯電プレートの面積によって測定電位が変化するのは、帯電プレートと検出電極との間の静電容量が上記面積に依存するためである。
つまり、上記従来の測定装置では、測定対象である帯電物体の面積が、補正係数αの算出式を決める際の上記基準サンプルの面積と異なる場合には、上記補正係数αを用いたとしても測定距離の影響を排除した正確な測定ができないという問題があった。
この発明の目的は、帯電物体までの測定距離にも、帯電物体の面積にも依存しない正確な電位測定ができる表面電位測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、帯電物体の表面電位を検出する電位検出部と、電位検出部から帯電物体の表面までの距離である測定距離を計測する距離センサと、演算処理部とを備え、上記演算処理部は、上記距離センサが計測した３以上の測定距離において上記電位検出部が検出した実測値に基づいて、上記測定距離と電位との関係を示す近似関数を特定し、この近似関数の測定距離にゼロを代入して測定距離がゼロもしくはほぼゼロのときの電位を算出し、この算出した電位を上記帯電物体の測定電位として出力する。
上記測定距離がほぼゼロとは、厳密にはゼロではないが、ゼロとみなせる距離であり、測定距離がゼロのときの測定電位との誤差が許容範囲に入る距離のことである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、３以上の実測値から求めた近似関数で、測定距離がゼロのときの測定電位を特定することができる。測定距離がゼロもしくはほぼゼロのときとは、帯電物体の表面に電位検出部を接触させて測定したときに相当する。
したがって、この発明の表面電位測定装置を用いれば、測定距離や、帯電物体の面積にかかわりなく、帯電物体の表面電位を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施形態の表面電位測定装置の構成図である。
【図２】測定距離に応じた実測電位と、実測電位に基づいて算出した近似関数とを示したグラフである。
【図３】実施形態の表面電位測定装置における確認実験の結果を示したグラフである。
【図４】従来の表面電位測定装置における測定距離と測定電位との関係を、帯電プレートの面積をパラメータとして示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、この発明の実施形態の表面電位測定装置の構成図である。
この実施形態の表面電位測定装置は、装置本体１内に、演算処理部２と、これに接続した電位検出部３と、距離センサ４と、出力部５とを備えている。
電位検出部３は、従来の測定装置と同様に、測定対象である帯電物体Ｐに対向させる検出電極６と、この検出電極６に誘起された電荷による誘導電流を抵抗によって電圧に変換し、実測電位Ｖｍとして上記演算処理部２へ入力する測定部７とからなる。
【００１３】
また、上記距離センサ４は、帯電物体Ｐの表面から上記検出電極６までの距離を計測するセンサであり、計測結果を測定距離Ｌとして上記演算処理部２へ入力するものである。
なお、この距離センサ４の測定原理は、例えば、超音波の反射を利用したものや、光学的なものなど、どのようなものでもよい。ただし、帯電物体Ｐが透明フィルムのように光を透過させる物体の場合には、光学的なものは適さない。
さらに、上記出力部５は、演算処理部２で算出された測定電位を出力するための、ディスプレイなどである。この出力部５を外部のプリンターやディスプレイに接続して、これら外部装置に測定値を表示させるようにしてもよい。
【００１４】
また、上記演算処理部２には、上記電位検出部３から出力される実測電位Ｖｍと距離センサ４から出力される距離Ｌとが入力されるようにしている。そして、演算処理部２は、入力された上記実測電位Ｖｍとそれを計測したときの測定距離Ｌとを対応づけ、そのセットを一つの実測ポイントとして記憶する機能を備えている。
具体的には、上記電位検出部３と距離センサ４とが同期して動作し、それぞれの実測値をその対応関係を保って演算処理部２に入力するようにしている。
【００１５】
一方、演算処理部２は、１つの帯電物体Ｐについての複数の上記実測ポイントが入力されると、この入力された複数の実測ポイントに基づいて測定距離と電位との関係を示す近似関数ｆ（Ｌ）を特定する機能と、算出した近似関数ｆ（Ｌ）から測定距離がゼロのときの電位の値を算出して、その値を帯電物体Ｐの表面電位として出力部５へ出力する機能とを備えている。
【００１６】
次に、演算処理部２が算出する上記近似関数ｆ（Ｌ）について図２を用いて説明する。
図２は、複数の実測ポイントを黒丸で示すとともに、これら実測ポイントに基づいて特定された近似関数ｆ（Ｌ）を破線で示している。
上記各実測ポイントは、３０[ｃｍ]四方の帯電プレートＰを、複数の測定距離Ｌにおいて測定したときの、各測定距離Ｌに対応して上記電位検出部３から出力される実測電位Ｖｍの点である。つまり、１つの測定距離Ｌに１つの実測電位Ｖｍが対応している。そして、上記複数の実測ポイントに基づいて、算出した近似関数ｆ（Ｌ）は、測定距離Ｌと、この距離Ｌが大きくなるに伴って小さくなる電位との関係を近似する曲線である。
【００１７】
上記近似関数ｆ（Ｌ）が求まれば、この近似関数ｆ（Ｌ）にＬ＝０を代入して測定距離Ｌがゼロのときの電位Ｖ０を算出することができる。
上記測定距離Ｌがゼロのときは、電位検出部３と帯電物体Ｐとが接触していることに相当する。つまり、この近似関数ｆ（Ｌ）において測定距離Ｌがゼロのときの電位Ｖ０の値は、測定距離や帯電物体の面積にかかわりなく一定となる。したがって、その値を帯電物体Ｐの測定電位とすることで、測定距離や面積に影響されない測定電位を得ることができる。
【００１８】
そこで、この実施形態の演算処理部２は、１つの帯電物体Ｐの測定ごとに、上記したように上記近似関数ｆ（Ｌ）を特定し、この近似関数ｆ（Ｌ）によって測定距離Ｌがゼロの時の電位Ｖ０を算出し、正確な表面電位測定を可能にしている。
なお、上記近似関数ｆ（Ｌ）は、測定距離Ｌと実測電位Ｖｍとの関係を示すもので、測定距離Ｌの増加に伴って実測電位Ｖｍが減少する関数である。この実施形態では、上記近似関数を、ｆ（Ｌ）＝Ａ・Ｌ２＋Ｂ・Ｌ＋Ｃという測定距離Ｌの二次関数と仮定している。なお、上記Ａ，Ｂ，Ｃは定数であり、これらの値は上記演算処理部２が複数の実測値に基づいて演算により特定する。
【００１９】
上記演算処理部２は、近似法によって上記近似関数ｆ（Ｌ）を特定するが、この近似関数ｆ（Ｌ）における上記定数Ａ，Ｂ，Ｃは、１つの帯電物体Ｐの表面電位を測定するたびに算出される値である。そして、上記定数Ｃは、測定距離Ｌがゼロのときの電位Ｖ０に相当する。
なお、演算処理部２が近似関数ｆ（Ｌ）を算出する方法には、一般的な近似法を用いることができる。この実施形態では最小二乗法を用いているが、近似法はこれに限定されない。
また、上記近似関数ｆ（Ｌ）として仮定する関数も、二次関数に限らない。測定距離Ｌと電位との関係を近似できるものであれば、４次関数、６次関数、双曲線関数など、様々な曲線関数を用いることができる。ただし、二次関数のように次数が低い関数を用いれば、演算処理部２での演算処理を単純化できる。
【００２０】
上記近似関数ｆ（Ｌ）を二次関数と仮定したこの実施形態において、上記近似関数ｆ（Ｌ）の精度を確認する実験を行なったので、その実験について説明する。
〈確認実験〉
電圧を印加して帯電させた帯電プレートを測定対象として、この実施形態の表面電位測定装置で測定した。帯電プレートは、１５[ｃｍ]四方、２０[ｃｍ]四方、３０[ｃｍ]四方、４５[ｃｍ]四方の４種類を用い、それぞれ、帯電電位を２[ｋＶ]〜１０[ｋＶ]の間で２[ｋＶ]間隔で変化させた。
そして、各帯電プレートについて、帯電電位ごとに複数の測定距離Ｌにおける実測電位Ｖｍを、上記電位検出部３から演算処理部２へ入力し、演算処理部２から出力された電位Ｖ０を測定電位とした。
【００２１】
この確認実験の結果を、図３のグラフに示す。
このグラフは、電圧を印加することによって制御した帯電プレートの帯電電位を横軸にし、演算処理部２が算出した測定電位を縦軸にしている。この測定電位は、演算処理部２が上記近似関数ｆ（Ｌ）を用いて算出した測定距離Ｌがゼロのときの電位Ｖ０である。
図３のグラフにおいて、丸と実線で示したのが１５[ｃｍ]四方の帯電プレート、四角と破線で示したのが２０[ｃｍ]四方の帯電プレート、三角と細線で示したのが３０[ｃｍ]四方の帯電プレート、バツ印と細い破線で示したのが４５[ｃｍ]四方の帯電プレートについての測定結果である。
【００２２】
図３のグラフから明らかなように、いずれの帯電電位においても、帯電プレートの面積にかかわりなく測定電位の値がほぼ等しくなることを確認できた。
つまり、二次関数からなる近似関数ｆ（Ｌ）によって、測定距離Ｌがゼロのときの電位を算出すれば、測定距離や帯電プレートの大きさにかかわりなく、帯電電位に対応した測定電位を出力することができるのである。
したがって、上記測定距離Ｌがゼロのときの電位Ｖ０を、帯電物体の測定電位とすることができる。
【００２３】
ただし、上記のように算出した電位の値に、測定装置の特性による補正係数を乗じた値を測定電位としてもよい。上記補正係数は、演算処理部２において、近似関数ｆ（Ｌ）から測定距離Ｌがゼロのときの電位を特定してからその値に乗じてもよいし、上記測定部７で補正係数を乗じた値を実測電位Ｖｍとして演算処理部２に入力するようにしてもよい。
いずれにしても、この実施形態の表面電位測定装置によれば、帯電物体の面積にかかわりなく、正確な表面電位を測定することが可能になる。
なお、この実施形態では、演算処理部２が近似関数ｆ（Ｌ）に測定距離Ｌ＝０を代入して電位Ｖ０を算出しているが、上記近似関数ｆ（Ｌ）にゼロではなくゼロに近い値、ほぼゼロを代入して算出される電位を帯電物体の表面電位としてもよい。上記ほぼゼロの測定距離とは、電位検出部３と帯電物体Ｐとが接触しているとみなせる距離であり、測定距離Ｌ＝０で算出される電位値に対する誤差が許容範囲に入る距離である。
【００２４】
また、装置本体１には各機能を制御するための図示しない制御部を備え、予め設定された数の実測ポイントが演算処理部２に入力されたことをトリガーとして演算処理部２が上記近似関数ｆ（Ｌ）を算出するように制御することができる。
さらに、装置本体１に移動機構を設け、帯電物体Ｐに電位検出部３を対向させて作動させると、装置本体１が移動して自動的に測定距離Ｌを変化させるようにしてもよい。そして、上記測定距離Ｌを変化させながら、距離センサ４及び電位検出部３が同期して、それぞれの実測値を上記実測ポイントとして演算処理部２へ入力させるようにすることもできる。
【００２５】
なお、上記演算処理部２が近似関数ｆ（Ｌ）を特定するために必要な実測ポイントの数は、複数ならいくつでもよいが、数が多いほど近似関数の精度が上がると考えられる。
特に、電位検出部３や距離センサ４の実測値に誤差が含まれることを考慮すると、近似関数の精度を高めるためには、実測ポイントの数はある程度必要になる。
また、近似関数をどのような曲線関数と仮定するかによっても、必要な実測ポイントの数は異なる。
しかし、演算処理部２に入力される実測ポイントの数が多くなればなるほど、電位検出部３及び距離センサ４による計測時間も、演算処理部２の処理時間も長くなるので、測定精度と測定時間との観点から、関数の種類と実測ポイントの最適数を設定することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
この発明の表面電位測定装置は、様々な面積の帯電物体の表面電位の測定が必要な場合に、有用である。
【符号の説明】
【００２７】
１    装置本体
２    演算処理部
３    電位検出部
４    距離センサ
５    出力部
６    検出電極
７    測定部
Ｐ    帯電物体
Ｌ    測定距離
Ｖ    電位
Ｖｍ    実測電位
Ｖ０    （測定距離がゼロのときの）電位
ｆ（Ｌ）    近似関数
【図１】
0006593986.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006593986.tif 000004
【図４】
0006593986.tif 000005