(57)【要約】【課題】簡易、且つ、低コストな手法にて、組み立て精度を高くし、又性能のバラツキを低減することが可能な電位センサ、及びその組立方法を提供する。【解決手段】検出電極３と、２本の振動腕４Ａ、４Ｂを備える音叉振動子４と、検出電極３及び音叉振動子４が同一面上に配置される基板１１と、基板１１を取り付けるためのケース１７と、を有する電位センサは、基板３は、基板３上の所定の位置に配置された音叉振動子４の２本の振動腕に４Ａ、４Ｂ挟まれた部分に相当する位置に、音叉振動子４の２本の振動腕４Ａ、４Ｂの間隔に収まる穴１２を有し、ケース１７は、基板３の穴１２に収まる突起部１７ｂを有する構成とする。【選択図】        図１
2004212296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電位測定対象の被測定面に対向配置される検出電極と、
前記被測定面と前記検出電極との対向面積を周期的に変化させるために２本の振動腕を備える音叉振動子と、
前記検出電極及び前記音叉振動子が同一面上に配置される基板と、
前記基板を取り付けるためのケースと、
を有する電位センサにおいて、
前記基板は、前記基板上の所定の位置に配置された前記音叉振動子の前記２本の振動腕に挟まれた部分に相当する位置に、前記音叉振動子の２本の振動腕の間隔に収まる穴を有し、前記ケースは、前記基板の前記穴に収まる突起部を有することを特徴とする電位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音叉振動子を用いて対象物体の表面電位を非接触で測定するための電位センサ、更には上記電位センサの組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置（電子写真画像形成装置）においては、様々な環境において、或いは長期に渡り安定した出力画質を得るために、帯電された感光体の表面電位を測定し、その結果に基づいて感光体の帯電制御を行い、感光体の表面電位がある一定電位になるように制御している。
【０００３】
そのために、感光体の表面電位を測定する表面電位検出手段たる電位センサが用いられている。この種の電位センサは、一般的に、図２１に示す構成を備えている。
【０００４】
つまり、電位センサ５００において、検出電極３と測定対象の被測定面（以下「ターゲット」という。）１との間に、図示のような形状の音叉振動子と呼ばれる振動子４を配置する。音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂには、駆動用圧電素子４ａと検出用圧電素子４ｂとが取り付けてある。駆動用圧電素子４ａに正弦波なり、方形波を加えて機械的な振動を起す。そして、その振動を検出用圧電素子４ｂ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駆動用圧電素子４ａに加える波形の周波数を制御することにより、振動子４を機械的に共振させる方法などが用いられている。
【０００５】
従来の電位センサ５００の検出部の具体的な電気回路は、図２２のようになる。つまり、電位センサ５００は、音叉振動子４を圧電素子等により振動させ、ターゲット１と検出素子３との間に位置する音叉振動子４の振動腕４Ａ、４Ｂの先端部４Ａ１、４Ｂ１によって検出電極３とターゲット１との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。このことは、電気的に言い換えると、検出電極３とターゲット１との間の静電容量を周期的に変化させることと等価である。
【０００６】
この種の電位センサによるターゲット１の電位測定制御の例を、図２２の例を参照して以下に説明する。ここでは、電子写真画像形成装置における感光体を表面電位の測定対象とする。
【０００７】
図２２に示す例において、ターゲット１の表面電位（ターゲット電位）をＶｔ、検出電極３の電位（検出電極電位）をＶｓとする。そして、音叉振動子４を下式のように振動させる。
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。
【０００８】
検出電極３とターゲット１との間の静電容量をＣ（ｔ）とする。そして、音叉振動子４が振動すると、ターゲット１と検出電極３との間には、以下のＩ（ｔ）なる電流が流れる。
Ｉ（ｔ）＝（Ｖｔ−Ｖｓ）＊｛ｄＣ（ｔ）／ｄｔ｝
ここで、｛ｄＣ（ｔ）／ｄｔ｝は、Ｃ（ｔ）の時間微分である。簡単のために、
｛ｄＣ（ｔ）／ｄｔ｝＝Ｙ＊ｓｉｎ（２πｆ＊ｔ＋θ）
とおく。ここで、Ｙ、θは定数である。
【０００９】
この結果、Ｉ（ｔ）を、電位センサ５００の検出回路５において検出抵抗Ｒｓを用いて検出することで、容易に検出電極電位Ｖｓを検出することができる。
【００１０】
Ｖｓ＝Ｖｔの時のみＩ（ｔ）＝０、つまり、Ｖｐｐ＝０であるから、検出電極Ｖｓの値を、直流電圧源Ｖｄ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Ｖｄ電圧そのものがターゲット電位Ｖｔと等しくなる。これにより、非接触にてターゲット電位Ｖｔの値を検出することができる。
【００１１】
しかし、音叉振動子４は、検出抵抗Ｒｓの検出電極３が接続された端子と、もう一方の端子側に接続されている。このため、音叉振動子４を振動させた際、検出電極３とターゲット１との間の静電容量Ｃ（ｔ）が変化する他に、検出電極３と音叉振動子４との間の静電容量Ｃｘ（ｔ）（図中、Ｃｘ１（ｔ）、Ｃｘ２（ｔ））も変化する。
【００１２】
そして、これらの静電容量Ｃ（ｔ）とＣｘ（ｔ）は、音叉振動子４の振動と同期して互いに逆位相で変化する。つまり、Ｃｘ（ｔ）の存在によりＩ（ｔ）＝０の時のターゲット電位Ｖｔと、検出回路５に印加する直流電圧Ｖｄに差が生まれ、これが測定誤差となる。Ｃｘ（ｔ）が大きくなればなるほど測定誤差が大きくなる。
【００１３】
静電容量Ｃｘ（ｔ）の主要因となるのが、検出電極３とターゲット１とが対向する方向（ターゲット１と検出電極３とを、それぞれの表面に略垂直に結ぶ線）と略垂直方向での音叉振動子４の振動腕４Ａ、４Ｂと電極３との距離の変化である。
【００１４】
つまり、上記の測定誤差は、電位センサ５００の組み立て時の各パーツの取り付け位置の誤差が大きく影響する。そのため、測定誤差が小さく、且つ、個体間での測定性能のバラツキを少なくするように電位センサ５００を組み立てるには、測定電極３と音叉振動子４、更にはそれらが実装された基板１０とケース７との位置関係を精度良く組み立てる必要がある。
【００１５】
そこで、従来は電位センサ５００の組み立てる際、図２３のように検出電極３の周りを顕微鏡等で拡大して見ると共に、検出電極３の周辺に音叉振動子４の配置禁止領域６を設け、ここに音叉振動子４が入らないように音叉振動子４の実装位置を調整し、調整したその位置で音叉振動子４を半田付け等で固定し、検出電極３と音叉振動子４との位置関係の実装精度を出していた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、複写機、プリンタ等の電子写真画像形成装置など、電位センサを内蔵した機器の小型化、低コスト化に伴い、電位センサにも小型化（特に薄型）、低コスト化への要求がある。そのため、検出電極や音叉振動子を小型化した、薄型の電位センサが開発されてきた。
【００１７】
しかしながら、検出電極や音叉振動子を小型化すると言うことは、信号成分が小さくなることを意味する。更に、音叉振動子、検出電極が小型化されることで、音叉振動子が振動することによる検出電極と被測定面との間の静電容量Ｃ（ｔ）の変化に対し、検出電極と音叉振動子間の静電容量Ｃｘ（ｔ）の変化の割合が大きくなってしまう。つまり、Ｓ／Ｎが悪化する。
【００１８】
そのため、電位センサの測定性能バラツキを少なく電位センサを組み立てるには、従来以上に検出電極と音叉振動子、更にはそれらが実装された基板とケースとの位置関係を精度良く、且つ、低コストで組み立てる必要が有る。
【００１９】
しかし、上述したような従来の組み立て手法は組み立て工数が多く、組み立て精度向上と組立コストの低減の両立化が困難であった。
【００２０】
又、電位センサの小型化に伴い、上記実装精度と共に問題となってきたのが、検出電極に混入するノイズ成分である。なぜなら、この混入ノイズも測定誤差の要因であるからである。上記のように小型化によりＳ／Ｎが悪化するため、従来にも増して電極に混入するノイズ成分を極力減らす構成が求められている。
【００２１】
従って、本発明の目的は、簡易、且つ、低コストな手法にて、組み立て精度を高くし、又性能のバラツキを低減することが可能な電位センサ、及びその組立方法を提供することである。
【００２２】
本発明の更に他の目的は、簡易、且つ、低コストにて精度よく組み立て可能であると共に、Ｓ／Ｎ比を高くすることが可能な電位センサ、及びその組立方法を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る電位センサ及び電位センサの組立方法にて達成される。要約すれば、本発明は、以下の構成を特徴とする。
【００２４】
（１）電位測定対象の被測定面に対向配置される検出電極と、
前記被測定面と前記検出電極との対向面積を周期的に変化させるために２本の振動腕を備える音叉振動子と、
前記検出電極及び前記音叉振動子が同一面上に配置される基板と、
前記基板を取り付けるためのケースと、
を有する電位センサにおいて、
前記基板は、前記基板上の所定の位置に配置された前記音叉振動子の前記２本の振動腕に挟まれた部分に相当する位置に、前記音叉振動子の２本の振動腕の間隔に収まる穴を有し、前記ケースは、前記基板の前記穴に収まる突起部を有することを特徴とする電位センサ。
【００２５】
（２）前記穴は、前記音叉振動子の２本の振動腕の間隔と、同方向において実質的に同一の寸法を有することを特徴とする上記（１）の電位センサ。
【００２６】
（３）前記穴は、前記音叉振動子の２本の振動腕の間隔よりも、同方向において小さい寸法を有することを特徴とする上記（１）の電位センサ。
【００２７】
（４）前記突起部は、前記音叉振動子の２本の振動腕の間隔と、同方向において実質的に同一の寸法を有することを特徴とする上記（１）、（２）又は（３）の電位センサ。
【００２８】
（５）前記突起部は、前記基板の前記音叉振動子が配置される面とは反対の面側から前記穴に嵌入されることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の電位センサ。
【００２９】
（６）前記基板は両面基板であり、前記穴はスルーホールであることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の電位センサ。
【００３０】
（７）前記穴及び前記突起部はそれぞれ複数設けられることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかのに記載の電位センサ。
【００３１】
（８）前記突起部の少なくとも１つは、前記検出電極のシールド電極とするように前記基板の厚みより高さが高いことを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載の電位センサ。
【００３２】
（９）前記ケースは、前記基板をシールドするように構成され、且つ、前記検出電極の前記被測定面に対向する箇所に開口部を有することを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかの項に記載の電位センサ。
【００３３】
（１０）前記突起部の少なくとも１つは、前記検出電極の前記被測定面に対向する面とは反対の面側に近接して配置されると共に、前記検出電極のシールド電極とするように前記基板の厚みより高さが高いことを特徴とする上記（９）の電位センサ。
【００３４】
（１１）前記検出電極は、前記基板上のパターンで形成されたことを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の電位センサ。
【００３５】
（１２）電位測定対象の被測定面に対向配置される検出電極と、前記被測定面と前記検出電極との対向面積を周期的に変化させるために２本の振動腕を備える音叉振動子と、前記検出電極及び前記音叉振動子が同一面上に配置される基板と、前記基板を取り付けるためのケースと、を有する電位センサの組み立て方法において、
前記基板上の所定の位置に前記音叉振動子を配置した際に前記音叉振動子の２本の振動腕に挟まれる部分に相当する前記基板上に、前記音叉振動子の２本の振動腕の間隔に収まる穴を設け、前記ケースに、前記基板の前記穴に収まる突起部を設け、
前記音叉振動子を前記基板に取り付ける際に、前記基板の前記穴を介して、前記音叉振動子の前記２本の振動腕の間隔と同方向において実質的に同一寸法を有する位置決め部を備えた位置決め部材を前記基板に取り付けた後、前記位置決め部材を前記音叉振動子の前記２本の振動腕で挟んだ状態で前記音叉振動子を前記基板に固定し、
前記音叉振動子が取り付けられた前記基板を前記ケースに取り付ける際に、前記ケースの前記突起部と前記基板の前記穴とにより、前記ケースにおける前記基板の位置決めを行うことを特徴とする電位センサの組立方法。
【００３６】
（１３）前記穴及び前記突起部はそれぞれ複数設けられ、前記複数の穴のうち少なくとも１つの穴を介して前記位置決め部材を取り付け、又前記複数の穴及び前記複数の突起部を用いて前記音叉振動子が取り付けられた前記基板を前記ケースに取り付ける際の位置決めを行うことを特徴とする上記（１２）の電位センサの組立方法。
【００３７】
（１４）前記音叉振動子を前記基板に取り付ける際に、前記基板の前記音叉振動子が配置される面とは反対の面側から前記位置決め部材を前記穴を介して取り付けることを特徴とする上記（１２）又は（１３）の電位センサの組立方法。
【００３８】
（１５）前記位置決め部材は、前記基板への取り付け方向から見て前記穴と実質的に同一の形状及び寸法を有する突起部を前記位置決め部として有し、該位置決め部を前記穴に挿通することで前記位置決め部材を前記基板に取り付けることを特徴とする上記（１４）の電位センサの組み立て方法。
【００３９】
（１６）更に、前記音叉振動子を前記基板に取り付ける際に、前記基板と前記音叉振動子の前記２本の振動腕との距離を決める高さ決め部材を、前記位置決め部材上に配置した前記基板上に配置し、該高さ決め部材上に前記音叉振動子を配置することを特徴とする上記（１４）又は（１５）の電位センサの組み立て方法。
【００４０】
（１７）前記音叉振動子を前記基板に取り付ける際に、前記基板の前記音叉振動子が配置される面側から前記位置決め部材を前記穴を介して取り付けることを特徴とする上記（１２）又は（１３）の電位センサの組立方法。
【００４１】
（１８）前記位置決め部材は更に、前記基板への取り付け方向から見て前記穴と実質的に同一形状及び寸法を有する取り付け部を有し、該取り付け部を前記穴に嵌入することで前記位置決め部材を前記基板へ取り付けることを特徴とする上記（１７）の電位センサの組み立て方法。
【００４２】
（１９）更に、前記音叉振動子を前記基板に取り付ける際に、前記位置決め部材の前記基板への取り付け方向から見て前記穴と実質的に同一形状及び寸法を有する取り付け穴を有する治具を、前記基板の前記音叉振動子が配置される面とは反対の面側に配置し、前記位置決め部材を前記基板の前記穴及び前記治具の前記取り付け穴を介して前記基板に取り付けることを特徴とする上記（１７）又は（１８）の電位センサの組み立て方法。
【００４３】
（２０）更に、前記音叉振動子を前記基板に取り付ける際に、前記基板と前記音叉振動子の前記２本の振動腕との距離を決める高さ決め部材を、前記治具上に配置した前記基板上に配置し、該高さ決め部材上に前記音叉振動子を配置することを特徴とする上記（１７）、（１８）又は（１９）の電位センサの組み立て方法。
【００４４】
（２１）前記位置決め部材の前記位置決め部は、前記基板に取り付けられた際に前記検出電極を囲む形状を有することを特徴とする上記（１７）〜（２０）のいずれかに記載の電位センサの組立方法。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電位センサ及び電位センサの組立方法を図面に則して更に詳しく説明する。
【００４６】
実施例１
図１〜４を参照して、電子写真画像形成装置における感光体の表面電位を測定用などとして使用し得る電位センサの一実施例について説明する。尚、図中、前述の従来例（図２１〜２３）と同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００４７】
図１は、本実施例の電位センサ１００に内蔵される基板１１の構成を示す。図１（ａ）は、基板１１に音叉振動子４や検出電極３が実装された状態を示している。
【００４８】
音叉振動子４は、図２１を参照して説明したものと同じ作用を成すものであって、圧電素子（図示せず）によって振動させられる振動腕４Ａ、４Ｂを有し、この両腕４Ａ、４Ｂの根元側に位置する固定部４Ｃにおいて基板１１に固定される。後述するように、本実施例では、音叉振動子４は半田１３により基板１１に固定される。固定部４Ｃは、基板１１から起立した先で両腕４Ａ、４Ｂを支持しており、基板１１に固定された状態で、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂは、基板１１には接触せず、この状態で振動可能となる。本実施例では、静止状態で両腕４Ａ、４Ｂは実質的に平行に延在する。又、両腕４Ａ、４Ｂのそれぞれの先端部４Ａ１、４Ｂ１は、基板１１の一端寄りに固定される検出電極３と被測定面（ターゲット）１（図４（ｅ））との間に位置するように略直角に曲げられており、この先端部４Ａ１、４Ｂ１の表面は、本実施例では、検出電極３の平坦な表面と実質的に平行となっている。
【００４９】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す状態から音叉振動子４や検出電極３を取り除いた状態を示す。図示するように、基板１１は、略細長矩形形状の板状部材とされる。基板１１には、後述するように、電位センサ１００の組み立て時の位置決めに使用する穴（位置決め用穴）１２が設けられている。本実施例では、この位置決め用穴１２は、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔Ｄ１を直径とする円形に形成され、音叉振動子４が基板１１に実装された際、その両腕４Ａ、４Ｂの間隔に収まる位置に設けられている。
【００５０】
又、基板１１には、音叉振動子４を実装するための穴（固定用穴）１４が設けられている。尚、基板１１上には、図示していないが、図２２を参照して説明した検出回路５をも実装されている。
【００５１】
一方、図２は、基板１１に音叉振動子４を実装するための治具として働く位置決め部材（第１位置決め部材）１５を示す。図２（ａ）は、位置決め部材１５を上方から見た様子を示し、図２（ｂ）は、位置決め部材１５を横から見た様子を示す。
【００５２】
図示するように、位置決め部材１５には、略細長矩形形状の板状の基部１５ｂ上に、基板１１の位置決めに使用する位置決め部として、位置決め用突起部１５ａが設けられている。本実施例では、位置決め用突起部１５ａは円柱状とされ、その外径は、基板１１に設けられた位置決め用穴１２（図１）と同径、もしくは若干小さめ（実質的に同寸法）に設定されている。位置決め用突起部（音叉振動子位置決め用突起部）１５ａは、後述するように基板１１が位置決め部材１５上に配置され、又音叉振動子４が基板１１に配置された際に、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間に存在し得るように基部１５ｂから起立している。又、本実施例では、位置決め部材１５の基部１５ｂの一端側には、基板１１を位置決め部材１５に載置した際に基板の上面と実質的に同一平面となるように、ほぼ基板１１の厚みＴ１分だけ基部１５ｂから突出した台１５ｃが設けられている。
【００５３】
次に、図３を参照して、位置決め部材１５を用いた音叉振動子４の基板１１への位置決め、実装方法を説明する。
【００５４】
図３（ａ）は、位置決め部材１５に基板１１を配置した様子を示す。この状態で、基板１１には、既に検出電極３、検出回路（図示せず）等が実装されている。検出電極３は、一般のチップ部品のようなブロック状の形状にすることで、自動実装機での実装が可能であり、基板１１上の所定の位置に精度良く実装されている。基板１１は、基板１１に設けられた位置決め用穴１２に、基板１１の音叉振動子４を配置する側の面とは逆の面より、位置決め部材１５に設けられた位置決め用突起部１５ａを通して、位置決め部材１５上に配置する。
【００５５】
次に、図３（ｂ１）に示すように、高さ決め部材（第２位置決め部材）１６を、音叉振動子４の先端部に相当する位置に配置する。つまり、本実施例では、位置決め部材１５の台１５ｃと基板１１との略同一平面の上面に、基板１１の表面から音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの先端部４Ａ１、４Ｂ１までの所定の距離に相当する厚みＴ２を有する板状部材である高さ決め部材１６を載置する。図３（ｂ２）は、図３（ｂ１）の状態を横から見た様子を示す。
【００５６】
次に、図３（ｃ１）に示すように、音叉振動子４を、その両腕４Ａ、４Ｂで位置決め部材１５の位置決め用突起部１５ａを挟むように配置し、両腕４Ａ、４Ｂの根元側の固定部４Ｃに設けられた突起４Ｃ１を、それぞれ基板１１に設けられた固定用穴１４に取り付ける。そして、この固定部４Ｃを半田１３にて固定する。
【００５７】
このとき、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂは、位置決め部材１５の位置決め用突起部１５ａを挟んでおり、半田付け時に音叉振動子４がズレる心配はない。又、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの先端部４Ａ１、４Ｂ１は、高さ決め部材１６によって支持されているため、基板１１と両腕４Ａ、４Ｂとの間は所定の距離に保たれる。図３（ｃ２）は、音叉振動子４の実装が完了した状態を横から見た様子を示す。
【００５８】
次いで、この状態から、高さ決め部材１６を抜き取り、基板１１を位置決め部材１５の上方へ取り外すことで、図３（ｄ）に示すように音叉振動子４を実装した基板１１が完成する。
【００５９】
この状態で、音叉振動子４は基板１１上に精度良く実装され、更に基板１１の表面からの音叉振動子４の高さも精度良く実装される。これにより、大掛かりな装置や多くの工数をかけずに簡単な組み立て手法により、基板１１上において検出電極３と音叉振動子４とが相対的に精度良く実装される。音叉振動子４が実装された基板１１は次の工程でケースに搭載される。
【００６０】
次に、図４を参照して、音叉振動子４が実装された基板１１をケース１７に搭載する方法を説明する。
【００６１】
図４（ａ）は、ケース１７の外観を示す。ケース１７は、基板１１をシールドするように構成される。ケース１７には、検出電極３がターゲット１に対向する位置に相当する位置に開口部１８が設けられている。
【００６２】
ケース１７は、上下２つの部品を組み合わせて成る。図４（ｂ）は、下ケース１７ａを示す（図４（ａ）中のＡ１−Ａ１’断面）。下ケース１７ａには、図４（ｂ）に示すように、位置決め用突起部１７ｂが設けられている。本実施例では、この位置決め用突起部１７ｂは円柱形状とされ、その外径は、基板１１上に設けられた位置決め用穴１２と同径、もしくは若干小さめ（実質的に同寸法）に設定されている。そして、この位置決め用突起部１７ｂと基板１１上の位置決め用穴１２とを用いて、位置決め用穴１２に位置決め用突起部１７ｂを嵌入させることで、基板１１をケース１７に搭載する際の位置決めを行う。図４（ｃ）は、音叉振動子４が実装された基板１１を下ケース１７ａに搭載した様子を示す。
【００６３】
そして、上述のように下ケース１７ａに基板１１を搭載した後、上ケース１７ｃを下ケース１７ａと接合する。図４（ｄ）は、下ケース１７ａに上ケース１７ｃを取り付け、完成した電位センサ１００の、図４（ａ）中のＡ１−Ａ１’断面を示す。又、図４（ｅ）は、同じく完成した電位センサ１００の、図４（ａ）中のＢ１−Ｂ１’断面を示す。
【００６４】
以上、説明したように、基板１１側に、音叉振動子４を実装した際にその両腕４Ａ、４Ｂの間隔に収まるように位置決め用穴１２を設け、更に、ケース１７側に、基板１１を搭載した際に基板１１上の位置決め用穴１２に相当する箇所に位置決め用突起部１７ｂを設ける。そして、音叉振動子４を基板１１に実装する際、位置決め用穴１２と、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔と同じ幅を有する位置決め用突起部１５ａを具備する位置決め部材１５と、を用いて音叉振動子４の位置決めを行い、又、音叉振動子４が実装された基板１１をケース１７に搭載する際、ケース１７に設けられた位置決め用突起部１７ｂを用いて基板１１の位置決めを行う。これにより、簡単な組み立て工程、つまり少ない組み立てコストと実装精度の両立化が可能になり、実装バラツキの少ない電位センサ１００が実現可能となる。
【００６５】
尚、上述の説明では、検出電極３はブロック形状の部品であるとしたが、検出電極３を上述したブロック形状の基板１１に実装される面と同形状のパターンで形成することで、検出電極３の実装位置誤差を考慮する必要が無くなり、完成した電位センサ１００のバラツキを更に低減することができる。
【００６６】
実施例２
次に、図５〜９を参照して、本発明に係る第２の実施例について説明する。尚、図中、上記実施例或いは従来例と同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００６７】
本実施例は、基板１１のパターン等の都合により、基板１１上に、実施例１にて説明したような音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔を直径とする位置決め用穴１２を設けられない場合の例である。
【００６８】
図５は、本実施例の電位センサ２００に内蔵される基板２１の構成を示す。図５（ａ）は、基板２１に音叉振動子４や検出電極３が実装された状態を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す状態から音叉振動子４や検出電極３を取り除いた状態を示す。
【００６９】
図示するように、基板２１には、電位センサ２００の組み立て時の位置決めに使用する穴（音叉振動子位置決め用穴、基板側位置決め用穴）２２が設けられている。本実施例では、この基板側位置決め用穴２２は、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔Ｄ１よりも小さな直径Ｄ２の円形に形成され、音叉振動子４が基板２１に実装された際、その両腕４Ａ、４Ｂの間隔に収まるように設けられている。基板２１、音叉振動子４等のその他の構成は、実施例１のものと同じである。
【００７０】
一方、図６は、基板２１に音叉振動子４を実装するための治具として働く位置決め部材（第１位置決め部材）２５を示す。図６（ａ）は、位置決め部材２５を上方から見た様子を示し、図６（ｂ）は、位置決め部材２５を横から見た様子を示す。
【００７１】
図示するように、本実施例では、位置決め部材２５には、基板２１の位置決めに使用する位置決め用穴（治具側位置決め用穴、取り付け穴）２５ａが設けられている。本実施例では、治具側位置決め用穴２５ａは円形であり、基板２１に設けられた基板側位置決め用穴２２と同径、もしくは若干大きめ（実質的に同寸法）に設定されている。位置決め部材２５のその他の構成（台２５ｃ等）は、実施例１のものと同様である。
【００７２】
次に、図７を参照して、位置決め部材２５を用いた音叉振動子４の基板２１への位置決め、実装方法を説明する。
【００７３】
図７（ａ）は、位置決め部材２５に基板２１を配置した様子を示す。この状態で、基板２１には既に検出電極３、検出回路（図示せず）等が実装されている。検出電極３は、一般のチップ部品のようなブロック状の形状にすることで、自動実装機での実装が可能であり、基板２１上の所定の位置に精度良く実装されている。位置決め部材２５の治具側位置決め用穴２５ａは、基板２１を位置決め部材２５に配置した際に基板２１上の基板側位置決め用穴２２と重なる位置に配置されており、この状態で、治具側位置決め用穴２５ａと、基板２１上の基板側位置決め用穴２２は重なっている。
【００７４】
次に、図７（ｂ１）に示すように、実施例１と同様にして、高さ決め部材（第２位置決め部材）１６を、音叉振動子４の先端部に相当する位置に配置する。更に、音叉振動子位置決め部材（第３位置決め部材）２６ａを、前述したように重なっている治具側位置決め用穴２５ａと、基板２１上の基板側位置決め用穴２２に取り付ける。図７（ｂ２）は、図７（ｂ１）の状態を横から見た様子を示す。
【００７５】
音叉振動子位置決め部材２６ａは、図８（ａ）に示す形状をしている。つまり、音叉振動子位置決め部材２６ａは、下側の小径の基板位置決め部（取り付け部）２６ａ１と、上側の大径の音叉振動子位置決め部２６ａ２を有する。基板位置決め部２６ａ１は、基板２１上の基板側位置決め用穴２２の径Ｄ２と同径もしくは若干小さい（実質的に同寸法）径の円柱形状に形成されており、音叉振動子位置決め部２６ａ２は、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔Ｄ１を直径とする円柱形状になっている。基板位置決め部２６ａ１は、基板２１を貫通し、少なくとも位置決め部材２５の基部２５ｂの一部に突入し得る長さに形成される（本実施例では、基部２５ｂを貫通する）。又、音叉振動子位置決め部２６ａ２は、音叉振動子位置決め部材２６ａを基板２１及び位置決め部材２５に挿通した際に、音叉振動子４の両腕４Ａ、４ｂの間に存在し得るように延在する。
【００７６】
尚、ここでは基板２１の基板側位置決め用穴２２が円形であるとして説明しているが、この基板側位置決め用穴２２の形状を正方形や長方形にした場合でも、音叉振動子位置決め部材の形状を図８（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示すように変更することで、様々な対応が可能である。図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、音叉振動子位置決め部材２６ｂ、２６ｃの下部（基板位置決め部）２６ｂ１、２６ｃ１を四角形にした場合、回転する心配が無いため、上部は、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔Ｄ１を直径とする円柱形状（図８（ｂ）の音叉振動子位置決め部２６ｂ２）であっても、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔Ｄ１を有する長方形（図８（ｃ）の音叉振動子位置決め部２６ｃ２）であっても構わない。
【００７７】
次に、図７（ｃ１）に示すように、音叉振動子４を、その両腕４Ａ、４Ｂで音叉振動子位置決め部材２６ａの音叉振動子位置決め部２６ａ２を挟むように配置し、根元側の固定部４Ｃに設けられた突起４Ｃ１を、それぞれ基板２１に設けられた固定用穴１４に取り付ける。そして、この固定部４Ｃを半田１３にて固定する。
【００７８】
このとき、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂは、音叉振動子位置決め部材２６ａの音叉振動子位置決め部２６ａ２を挟んでおり、半田付け時に音叉振動子４がズレる心配はない。又、実施例１と同様に、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの先端部４Ａ１、４Ｂ１は、高さ決め部材１６によって支持されているため、基板２１と両腕４Ａ、４Ｂとの間は所定の距離に保たれる。図７（ｃ２）は、音叉振動子４の実装が完了した状態を横から見た様子を示す。
【００７９】
次いで、この状態から、高さ決め部材１６、音叉振動子位置決め部材２６ａを抜き取り、基板２１を位置決め部材２５の上方へ取り外すことで、図７（ｄ）に示すように音叉振動子４を実装した基板２１が完成する。
【００８０】
この状態で、音叉振動子４は基板２１上に精度良く実装され、更に基板２１の表面からの音叉振動子４の高さも精度良く実装される。これにより、大掛かりな装置や多くの工数をかけずに簡単な組み立て手法により、基板２１上において検出電極３と音叉振動子４とが相対的に精度良く実装される。音叉振動子４が実装された基板２１は次の工程でケースに搭載される。
【００８１】
次に、図９を参照して、音叉振動子４が実装された基板２１をケース２７に搭載する方法を説明する。
【００８２】
図９（ａ）は、ケース２７の外観を示す。ケース２７は、実施例１のものと概略同様であり、検出電極３がターゲット１に対向する位置に相当する位置に開口部２８が設けられている。
【００８３】
ケース２７は、上下２つの部品を組み合わせて成る。図９（ｂ）は、下ケース２７ａを示す（図９（ａ）中のＡ２−Ａ２’断面）。下ケース２７ａには、図９（ｂ）に示すように、位置決め用突起部２７ｂが設けられている。本実施例では、この位置決め用突起部２７ｂは円柱形状とされ、その外径は、基板２１上に設けられた基板側位置決め用穴２２と同径、もしくは若干小さめ（実質的に同寸法）に設定されている。そして、この位置決め用突起部２７ｂと基板２１上の基板側位置決め用穴２２とにより、基板２１をケース２７に搭載する際の位置決めを行う。図９（ｃ）は、音叉振動子４が実装された基板２１を下ケース２７ａに搭載した様子を示す。
【００８４】
そして、上述のように下ケース２７ａに基板２１を搭載した後、上ケース２７ｃを下ケース２７ａと接合する。図９（ｄ）は、下ケース２７ａに上ケース２７ｃを取り付け、完成した電位センサ２００の、図９（ａ）中のＡ２−Ａ２’断面を示す。又、図９（ｅ）は、同じく完成した電位センサ２００の、図９（ａ）中のＢ２−Ｂ２’断面を示す。
【００８５】
以上、説明したように、基板２１側に、音叉振動子４を実装した際に、その両腕４Ａ、４Ｂの間隔に収まるように基板側位置決め用穴２２を設け、更に、ケース２７側に、基板２１を搭載した際に基板２１上の基板側位置決め用穴２２に相当する箇所に位置決め用突起部２７ｂを設ける。そして、音叉振動子４を基板２１に実装する際、基板側位置決め用穴２２と、位置決め部材２５の治具側位置決め用穴２５ａとを用いて、これら両位置決め用穴２２、２５ａに音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔と同じ幅を有する音叉振動子位置決め部材２６ａを取り付け、音叉振動子４の位置決めを行い、又、音叉振動子４が実装された基板２１をケース２７に搭載する際、ケース２７に設けられた位置決め用突起部２７ｂを用いて基板２１の位置決めを行う。これにより、簡単な組み立て、つまり少ない組み立てコストと実装精度の両立化が可能となり、実装バラツキの少ない電位センサ２００が実現可能となる。
【００８６】
尚、上述の説明では、検出電極３はブロック形状の部品であるとしたが、検出電極３を上述したブロック形状の基板２１に実装される面と同形状のパターンで形成することで、検出電極３の実装位置誤差を考慮する必要が無くなり、完成した電位センサ２００のバラツキを更に低減することができる。
【００８７】
実施例３
次に、図１０〜１４を参照して、本発明に係る第３の実施例について説明する。尚、図中、上記各実施例或いは従来例と同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００８８】
本実施例では、実施例２で説明した実装方法を応用し、ケースに設けた突起部と基板上の穴とを用いて、ケースに設けた突起部を検出電極に混入するノイズ成分を抑制するためのシールド電極とする。
【００８９】
図１０は、本実施例の電位センサ３００に内蔵される基板３１の構成を示す。図１０（ａ）は、基板３１に音叉振動子４や検出電極３が実装された状態を示している。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す状態から音叉振動子４や検出電極３を取り除いた状態を示す。
【００９０】
図示するように、基板３１には、電位センサ３００の組み立て時の位置決めに使用する穴（音叉振動子位置決め用穴、基板側位置決め用穴）３２が設けられている。本実施例では、基板側位置決め用穴３２は、検出電極３の被測定面であるターゲット１と対向する方向（ターゲット１と検出電極３とを結ぶ線に沿う方向）において、ターゲット１側とは逆方向の、検出電極３のすぐ後方に設けられている。又、本実施例では、この基板側位置決め用穴３２は、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔Ｄ１よりも、同方向において小さな正方形（幅Ｄ３）に形成され、音叉振動子４が基板３１に実装された際、その両腕４Ａ、４Ｂの間隔に収まるように、且つ、音叉振動子４が振動した際に音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔が最小になった場合の基板側位置決め用穴３２の位置での両腕４Ａ、４Ｂの間隔よりも小さく設けられている。基板３１、音叉振動子４等のその他の構成は、実施例２のものと同じである。
【００９１】
一方、図１１は、基板３１に音叉振動子４を実装するための治具として働く位置決め部材（第１位置決め部材）３５を示す。図１１（ａ）は、位置決め部材３５を上方から見た様子を示し、図１１（ｂ）は、位置決め部材３５を横から見た様子を示す。
【００９２】
図示するように、本実施例では、位置決め部材３５は、基板１１の位置決めに使用する位置決め用穴（治具側位置決め用穴、取り付け穴）３５ａが設けられている。本実施例では、治具側位置決め用穴３５ａは矩形であり、基板３１に設けられた基板側位置決め用穴３２と同サイズ、もしくは若干大きめ（実質的に同寸法）に作られている。位置決め部材３５のその他の構成（台３５ｃ等）は、実施例２のものと同様である。
【００９３】
次に、図１２を参照して、位置決め部材３５を用いた音叉振動子４の基板３１への位置決め、実装方法を説明する。
【００９４】
図１２（ａ）は、位置決め部材３５に基板３１を配置した様子を示す。この状態で、基板３１には既に検出電極３、検出回路（図示せず）等が実装されている。検出電極３は、一般のチップ部品のようなブロック状の形状にすることで、自動実装機での実装が可能であり、基板３１上の所定の位置に精度良く実装されている。位置決め部材３５の治具側位置決め用穴３５ａは、基板３１を位置決め部材３５に配置した際に基板３１上の基板側位置決め用穴３２と重なる位置に配置されており、この状態で、治具側位置決め用穴３５ａと、基板３１上の基板側位置決め用穴３２は重なっている。
【００９５】
次に、図１２（ｂ１）に示すように、実施例１、２と同様にして、高さ決め部材（第２位置決め部材）１６を、音叉振動子４の先端部に相当する位置に配置する。更に、音叉振動子位置決め部材（第３位置決め部材）３６ａを、前述したように重なっている治具側位置決め用穴３５ａと、基板３１上の基板側位置決め用穴３２に取り付ける。図１２（ｂ２）は、図１２（ｂ１）の状態を横から見た様子を示す。
【００９６】
音叉振動子位置決め部材３６ａは、実施例２におけるものと概略同様の構成を有し、本実施例では、図１３（ａ）に示す形状をしている。つまり、音叉振動子位置決め部材３６ａは、下側の基板位置決め部３６ａ１と、上側の音叉振動子位置決め部３６ａ２を有する。基板位置決め部３６ａ１は、基板３１上の基板側位置決め用穴３２と同形状、同サイズ、もしくは若干小さいサイズで形成されており、音叉振動子位置決め部３６ａ２は、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔Ｄ１と、同方向において同じサイズになっている。基板位置決め部３６ａ１は、基板２１を貫通し、少なくとも位置決め部材３５の基部３５ｂの一部に突入し得る長さに形成される（本実施例では、基部３５ｂを貫通する）。又、音叉振動子位置決め部３６ａ２は、音叉振動子位置決め部材３６ａを基板３１及び位置決め部材３５に挿通した際に、音叉振動子４の両腕４Ａ、４ｂの間に存在し得るように延在する。
【００９７】
尚、ここでは基板３１の基板側位置決め用穴３２を正方形であるとして説明しているが、この基板側位置決め用穴３２の形状を長方形にした場合でも、音叉振動子位置決め部材の形状を図１３（ｂ）に示すように変更することで様々な対応が可能である。図１３（ｂ）には、基板位置決め部３６ｂ１が長方形である例を示す。
【００９８】
次に、図１２（ｃ１）に示すように、音叉振動子４を、その両腕４Ａ、４Ｂで音叉振動子位置決め部材３６ａの音叉振動子位置決め部３６ａ２を挟むように配置し、根元側の固定部４Ｃに設けられた突起４Ｃ１を、それぞれ基板３１に設けられた固定用穴１４に取り付ける。そして、この固定部４Ｃを半田１３にて固定する。
【００９９】
このとき、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂは、音叉振動子位置決め部材３６ａの音叉振動子位置決め部３６ａ２を挟んでおり、半田付け時に音叉振動子４がズレる心配はない。又、実施例１、２と同様に、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの先端部４Ａ１、４Ｂ１は、高さ決め部材１６によって支持されているため、基板３１と両腕４Ａ、４Ｂとの間は所定の距離に保たれる。図１２（ｃ２）は、音叉振動子４の実装が完了した状態を横から見た様子を示す。
【０１００】
次いで、この状態から、高さ決め部材１６、音叉振動子位置決め部材３６ａを抜き取り、基板３１を位置決め部材３５の上方へ取り外すことで、図１２（ｄ）に示すように音叉振動子４を実装した基板３１が完成する。
【０１０１】
この状態で、音叉振動子４は基板３１上に精度良く実装され、更に基板３１の表面からの音叉振動子４の高さも精度良く実装される。これにより、大掛かりな装置や多くの工数をかけずに簡単な組み立て手法により基板３１上において検出電極３と音叉振動子４とが相対的に精度良く実装される。音叉振動子４が実装された基板３１は次の工程でケースに搭載される。
【０１０２】
次に、図１４を参照して、音叉振動子４が実装された基板３１をケース３７に搭載する方法を説明する。
【０１０３】
図１４（ａ）は、ケース３７の外観図を示す。ケース３７は、実施例１、２のものと概略同様であり、検出電極３がターゲット１に対向する位置に相当する位置に開口部３８が設けられている。
【０１０４】
ケース３７は、上下２つの部品を組み合わせて成る。図１４（ｂ）は、下ケース３７ａを示す（図１４（ａ）中のＡ３−Ａ３’断面）。下ケース３７ａには、図１４（ｂ）に示すように、位置決め用突起部３７ｂが設けられている。本実施例では、この位置決め用突起部３７ｂは角柱形状とされ、基板３１上に設けられた穴３２と同形状、同サイズ、もしくは若干小さめ（実質的に同寸法）、且つ、その高さが基板３１の厚みよりも高く、ケース３７の内高よりも小さい高さで作られている。これに限定されるものではないが、本実施例では、基板３１を下ケース３７ａに配置した際に、検出電極３と位置決め用突起部３７ｂとがほぼ同じ高さになるように、位置決め用突起部３７ｂの高さを設定した。そして、この位置決め用突起部３７ｂと基板３１上の基板側位置決め用穴３２とにより、基板３１をケース３７に搭載する際の位置決めを行う。
【０１０５】
図１４（ｃ）は、音叉振動子４が実装された基板３１を下ケース３７ａに搭載した様子を示す。同図に示すように、下ケース３７ａの位置決め用突起部３７ｂは、検出電極３のすぐ後方で基板３１からはみ出して、本実施例では検出電極３とほぼ同じ高さで配置されている。
【０１０６】
そして、上述のように下ケース３７ａに基板３１を搭載した後、上ケース３７ｃを下ケース３７ａと接合する。図１４（ｄ）は、下ケース３７ａに上ケース３７ｃを取り付け、完成した電位センサ３００の、図１４（ａ）中のＡ３−Ａ３’断面を示す。又、図１４（ｅ）は、同じく完成した電位センサ３００の、図１４（ａ）中のＢ３−Ｂ３’断面を示す。
【０１０７】
下ケース３７ａに設けられた位置決め用突起部３７ｂは、検出電極３の後方で、検出電極３に混入するノイズを抑制するシールド電極の役目を果たす。つまり、位置決め用突起部３７ｂは、ケース３７における基板３１の位置決めのみならず、電位センサ３００のＳ／Ｎ比を高める効果を奏する。
【０１０８】
以上、説明したように、基板３１側に、検出電極３のすぐ後方において、音叉振動子４を実装した際にその両腕４Ａ、４Ｂの間隔に収まるように基板側位置決め用穴３２を設け、更に、ケース３７側に、基板３１を搭載した際に基板３１上の基板側位置決め用穴３２に相当する箇所に位置決め用突起部３７ｂを設ける。そして、音叉振動子４を基板３１に実装する際、基板側位置決め用穴３２と、位置決め部材３５の治具側位置決め用穴３５ａとを用いて、これら両位置決め用穴３２、３５ａに音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔と同じ幅を有する音叉振動子位置決め部材３６ａを取り付け、音叉振動子４の位置決めを行い、又、音叉振動子４が実装された基板３１をケース３７に搭載する際、ケース３７に設けられた位置決め用突起部３７ｂを用いて基板３１の位置決めを行う。これにより、簡単な組み立て、つまり少ない組み立てコストと実装精度の両立化により実装バラツキの少ない電位センサ３００が実現可能となり、更に、位置決め用突起部３７ｂが、検出電極３の後方で検出電極３に混入するノイズを抑制するシールド電極の役目を果たすことで、Ｓ／Ｎ比の高い電位センサ３００を実現することができる。
【０１０９】
尚、基板３１を両面基板とし、基板３１の基板側位置決め用穴３２に相当する部分を両面とも音叉振動子４と同電位のパターンとし、更に基板側位置決め用穴３２をスルーホールとすることで、位置決め用突起部３７ｂのシールド効果を更に高めることができる。
【０１１０】
一例を示せば、図１５（ａ）は、斯かるスルーホールを具備した基板３１に音叉振動子４を実装した状態を示し、又図１５（ａ）中のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図をそれぞれ図１５（ａ）、（ｂ）に示す。図示するように、基板３１上には、音叉振動子４が実装される電位パターン（パターン）１９が形成されている。音叉振動子４は、パターン１９に半田１３で固定され、音叉振動子４とパターン１９は導通している。このパターン１９は、基板側位置決め用穴３２でスルーホールとなり、基板３１の裏面へと接続されている。これにより、ケース３７に設けられた位置決め用突起部３７ｂと、基板側位置決め用穴３２のスルーホールパターンとが導通し、シールド効果を高めると共に、基板側位置決め用穴３２の基板断面から基板内部へのノイズの進入も阻止することが可能となり、シールド効果を高めることができる。
【０１１１】
又、上述の説明では、検出電極３はブロック形状の部品であるとしたが、検出電極３を上述したブロック形状の基板２１に実装される面と同形状のパターンで形成することで、検出電極３の実装位置誤差を考慮する必要が無くなり、完成した電位センサ３００のバラツキを更に低減することができる。
【０１１２】
実施例４
次に、図１６〜１９を参照して、本発明に係る第４の実施例について説明する。尚、図中、上記各実施例或いは従来例と同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【０１１３】
本実施例では、実施例１〜３で説明した実装方法を応用し、音叉振動子が特殊な形状をしている場合などにおいて、基板をケースに実装する際の実装精度を更に高める。
【０１１４】
図１６は、本実施例の電位センサ４００に内蔵される基板４１の構成を示す。図１６（ａ）は、基板４１に音叉振動子４や検出電極３が実装された状態を示している。本実施例では、音叉振動子４は、両腕４Ａ、４Ｂの間隔が検出電極３の近傍と、固定部４Ｃ側とで異なる。図示するように、検出電極３の近傍における間隔Ｄ１（広部４Ａ２、４Ｂ２）よりも、固定部Ｃ側の間隔Ｄ１’（狭部４Ａ３、４Ｂ３）が狭くなっており、両部位の連結部（ここでは、上記広部の一部とする）では、この間隔は、広部４Ａ２、４Ｂ２から狭部４Ａ３、４Ｂ３に向かって漸減している。
【０１１５】
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示す状態から音叉振動子４や検出電極３を取り除いた状態を示す。図示するように、基板４１には、電位センサ４００の組み立て時の位置決めに使用する第１位置決め用穴（音叉振動子位置決め用）４２、第２位置決め用穴（基板位置決め用穴）４３が設けられている。
【０１１６】
本実施例では、第１位置決め用穴４２は、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの狭部４Ａ３、４Ｂ３の間隔Ｄ１’を直径とする円形に形成され、音叉振動子４が基板４１に実装された際、その両腕４Ａ、４Ｂの狭部４Ａ３、４Ｂ３の間隔に収まる位置に設けられている。
【０１１７】
一方、本実施例では、第２位置決め用穴４３は、検出電極３の幅と同程度の直径で、且つ、音叉振動子４４が振動した際に音叉振動子４４の両腕４Ａ２、４Ｂ２の間隔が最小になった場合の第２位置決め用穴４３の位置での両腕４Ａ２、４Ｂ２の間隔よりも小さな直径（本実施例では、第１位置決め用穴４２と同径、即ち、間隔Ｄ１’と同寸法）の円形に形成され、音叉振動子４が基板４１に実装された際、その両腕４Ａ、４Ｂの広部４Ａ２、４Ｂ２の間隔に収まるように設けられている。又、第２位置決め用穴４３は、検出電極３の被測定面であるターゲット１と対向する方向における、ターゲット１側とは逆方向の検出電極３のすぐ後方に設けられている。基板４１、音叉振動子４等のその他の構成は、上記各実施例のものと同じである。
【０１１８】
一方、図１７は、基板４１に音叉振動子４を実装するための治具として働く位置決め部材（第１位置決め部材）４５を示す。図１７（ａ）は、位置決め部材４５を上方から見た様子を示し、図１７（ｂ）は、位置決め部材４５を横から見た様子を示す。
【０１１９】
図示するように、本実施例では、位置決め部材４５には、基板４１の位置決めに使用する位置決め用突起部４５ａが設けられている。本実施例では、位置決め用突起部４５ａは円柱状とされ、その外径は、第１位置決め用穴４２と同径、もしくは若干小さめ（実質的に同寸法）に作られている。位置決め用突起部４５ａは、基板４１が位置決め部材４５上に配置された際に、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの狭部４Ａ３、４Ｂ３の間に存在し得るように、基部４５ｂから起立している。位置決め部材２５のその他の構成（台４５ｃ等）は、実施例１〜３のものと同様である。
【０１２０】
次に、図１８を参照して、位置決め部材４５を用いた音叉振動子４の基板４１への位置決め、実装方法を説明する。
【０１２１】
図１８（ａ）は、位置決め部材４５に基板４１を配置した様子を示す。この状態で、基板４１には既に検出電極３、検出回路（図示せず）等が実装されている。検出電極３は、一般のチップ部品のようなブロック状の形状にすることで、自動実装機での実装が可能であり、基板４１上の所定の位置に精度良く実装されている。基板４１は、基板４１に設けられた第１位置決め用穴４２に、基板４１の音叉振動子４を配置する側の面とは逆の面より、位置決め部材４５に設けられた位置決め用突起部４５ａを通し、位置決め部材４５に配置する。
【０１２２】
次に、図１８（ｂ１）に示すように、実施例１〜３と同様にして、高さ決め部材（第２位置決め部材）１６を、音叉振動子４の先端部に相当する位置に配置する。図１８（ｂ２）は、図１８（ｂ１）の状態を横から見た様子を示す。
【０１２３】
次に、図１８（ｃ１）に示すように、音叉振動子４を、その両腕４Ａ、４Ｂの狭部４Ａ３、４Ｂ３で位置決め部材４５の位置決め用突起部４５ａを挟むように配置し、両腕４Ａ、４Ｂの根元側の固定部４Ｃに設けられた突起４Ｃ１を、それぞれ基板４１に設けられた固定用穴１４に取り付ける。そして、この固定部４Ｃを半田１３にて固定する。
【０１２４】
このとき、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂ（狭部４Ａ３、４Ｂ３）は、位置決め部材４５の位置決め用突起部４５ａを挟んでおり、半田付け時に音叉振動子４がズレる心配はない。又、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの先端部４Ａ１、４Ｂ１は、高さ決め部材１６によって支持されているため、基板４１と両腕４Ａ、４Ｂとの間は所定の距離に保たれる。図１８（ｃ２）は、音叉振動子４の実装が完了した状態を横から見た様子を示す。
【０１２５】
次いで、この状態から、高さ決め部材１６を抜き取り、基板４１を位置決め部材４５の上方へ取り外すことで、図１８（ｄ）に示すように音叉振動子４を実装した基板４１が完成する。
【０１２６】
この状態で、音叉振動子４は基板４１上に精度良く実装され、更に基板面からの音叉振動子４の高さも精度良く実装される。これにより、大掛かりな装置や多くの工数をかけずに簡単な組み立て手法により基板４１上において検出電極３と音叉振動子４とが相対的に精度良く実装される。音叉振動子４が実装された基板４１は次の工程でケースに搭載される。
【０１２７】
次に、図１９を参照して、音叉振動子４が実装された基板４１をケース４７に搭載する方法を説明する。
【０１２８】
図１９（ａ）は、ケース４７の外観を示す。ケース４７は、実施例１〜３におけるものと概略同様の構成を有しており、検出電極３がターゲット１に対向する位置に相当する位置に開口部３８が設けられている。
【０１２９】
ケース４７は上下２つの部品を組み合わせて成る。図１９（ｂ）は、下ケース４７ａを示す（図１９（ａ）中のＡ４−Ａ４’断面）。下ケース４７ａには、図１９（ｂ）に示すように、第１位置決め用突起部４７ｂと、第２位置決め用突起部４７ｃが設けられている。本実施例では、これら第１、第２位置決め用突起部４７ｂ、４７ｃは円柱形状とされ、それぞれ基板４１上に設けられた第１、第２位置決め用穴４２、４３と、それぞれ同径、もしくは若干小さめ（実質的に同寸法）に設定されている（本実施例では、第１、第２位置決め用突起部４７ｂ、４７ｃは同径）。又、第１位置決め用突起部４７ｂは、その高さが基板４１とほぼ同じで、第２位置決め用突起部４７ｃは、その高さが基板４１の厚みよりも高く、ケース４７の内高よりも小さい高さに作られている。これに限定されるものではないが、本実施例では、基板４１を下ケース４７ａに配置した際に、検出電極３と第２位置決め用突起部４７ｃとがほぼ同じ高さになるように、第２位置決め用突起部４７ｃの高さを設定した。そして、これら第１、第２位置決め用突起部４７ｂ、４７ｃと基板４１上の第１、第２位置決め用穴４２、４３とにより、即ち、突起部２ヶと穴２ヶにより、基板４１をケース４７に搭載する際に、より精度の高い位置決めを行うことができる。
【０１３０】
図１９（ｃ）は、音叉振動子４が実装された基板４１を下ケース４７ａに搭載した様子を示す。同図に示すように、下ケース４７ａの第２位置決め用突起部４７ｃは、検出電極３のすぐ後方で基板４１からはみ出して、本実施例では検出電極３とほぼ同じ高さで配置されている。
【０１３１】
そして、上述のように下ケース４７ａに基板４１を搭載した後、上ケース４７ｄを下ケース４７ａと接合する。図１９（ｄ）は、下ケース４７ａに上ケース４７ｄを取り付け、完成した電位センサ４００の、図１９（ａ）中のＡ４−Ａ４’断面を示す。又、図１９（ｅ）は、同じく完成した電位センサ４００の、図１９（ａ）中のＢ４−Ｂ４’断面を示す。
【０１３２】
下ケース４７ａに設けられた第２位置決め用突起部４７ｃは、検出電極３の後方で、検出電極３に混入するノイズを抑制するシールド電極の役目を果たす。つまり、第２位置決め用突起部４７ｃは、ケース４７における基板４１の位置決めのみならず、電位センサ４００のＳ／Ｎ比を高める効果を奏する。
【０１３３】
以上、説明したように、音叉振動子４が特殊な形状をしている場合であっても、基板４１側に、音叉振動子４を実装した際にその両腕４Ａ、４Ｂに収まるように第１位置決め用穴４２を設け、更にケース４７側に、基板４１を搭載した際に、基板４１上の第１位置決め用穴４２に相当する箇所に第１位置決め用突起部４７ｂを設け、且つ、基板４１の検出電極３のすぐ後方に、音叉振動子４を実装した際にその両腕４Ａ、４Ｂに収まるように第２位置決め用穴４３を設け、更にケース４７側に、基板４１を搭載した際に基板４１上の第２位置決め用穴４３に相当する箇所に第２位置決め用突起部４７ｃを設ける。
【０１３４】
そして、音叉振動子４を基板４１に実装する際、第１位置決め用穴４２と、音叉振動子４Ａ、４Ｂの間隔と同じ幅を有する第１位置決め用突起部４５ａを具備する位置決め部材４５と、を用いて音叉振動子４の位置決めを行い、又、音叉振動子４が実装された基板４１をケース４７に搭載する際、ケース４７に設けられた第１、第２位置決め用突起部４７ｂ、４７ｃを用いて基板４１の位置決めを行う。これにより、簡単な組み立て、つまり少ない組み立てコストと実装精度の両立化が可能となり、実装バラツキの少ない高い電位センサ４００が実現可能となる。更に、第２位置決め用突起部４７ｃが検出電極３の後方で検出電極３に混入するノイズを抑制するシールド電極の役目を果たすことで、Ｓ／Ｎ比の高い電位センサ４００を実現することができる。
【０１３５】
尚、実施例３で説明したものと同様にして、基板４１を両面基板とし、基板４１の第２位置決め用穴４３に相当する部分を両面とも音叉振動子４と同電位のパターンとし、更に第２位置決め用穴４３をスルーホールとすることで、第２位置決め用突起部４７ｃのシールド効果を更に高めることができる。
【０１３６】
又、上述の説明では、検出電極３はブロック形状の部品であるとしたが、検出電極３を上述したブロック形状の基板２１に実装される面と同形状のパターンで形成することで、検出電極３の実装位置誤差を考慮する必要が無くなり、完成した電位センサ４００のバラツキをさらに更に低減することができる。
【０１３７】
実施例５
次に、図２０を参照して、本発明に係る第５の実施例について説明する。尚、図中、上記各実施例或いは従来例と同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【０１３８】
本実施例では、実施例２で説明した実装方法を応用し、音叉振動子の長手長さにバラツキがある場合であっても、検出電極が被測定面と対向する方向における音叉振動子の位置関係を調節し、音叉振動子の基板への取り付け精度を向上させる。
【０１３９】
図２０（ａ）は、図８を参照して説明した実施例２におけるものと概略同様の目的で用いられる、音叉振動子位置決め部材（第３位置決め部材）２６ｄを示す。この音叉振動子位置決め部材２６ｄは、音叉振動子４を基板４１に位置決め、実装する際に、基板５１の検出電極３や音叉振動子４が実装される面から取り付ける。
【０１４０】
図２０（ｂ）をも参照して更に説明すると、本実施例では、基板５１には、音叉振動子位置決め部材２６ｄが回転しないように四角い位置決め用穴（基板側位置決め用穴）５２が設けられている。音叉振動子位置決め部材２６ｄの、下側の基板位置決め部２６ｄ１は、基板５１上の基板側位置決め用穴５２と同形状で、一方同上側の音叉振動子位置決め部２６ｄ２は、検出電極３を覆うような形状でとされている。つまり、音叉振動子位置決め部材２６ｄの音叉振動子位置決め部２６ｄ２は、音叉振動子４の両腕４Ａ、４Ｂの間隔Ｄ１と、同方向において同じサイズになっていると共に、両腕４Ａ、４Ｂの先端４Ａ１、４Ｂ１と検出電極３との対向部における両者の間隔と同じサイズの厚みを持った壁部２６ｄ３を有し、且つ、検出電極３が嵌入し得るように貫通孔２６ｄ４を有している。
【０１４１】
そして、図２０（ｂ）に示すように、実施例２のものと同様に、基板５１の基板側位置決め用穴５２と重ね合わされる位置決め用穴（治具側位置決め用穴、取り付け穴）５５ａを具備する位置決め部材（第１位置決め部材）５５に基板５１を配置した後、高さ位置決め部材（第２位置決め部材）を配置し、そして音叉振動子位置決め部材２６ｄを上記重ね合わされた両位置決め用穴５２、５５ａに装着し、その上から音叉振動子４を配置する。
【０１４２】
このとき、好ましくは、図２０（ｂ）に示すように、音叉振動子４の固定部４Ｃの突起４Ｃ１を差し込むために基板５１に設ける固定用穴５４を、音叉振動子４の長手方向、即ち、音叉振動位置決め部材２６ｄにより移動が許容される方向に伸長した長穴にする。これにより、音叉振動子４を配置した際の、検出電極３が被測定面に対向する方向への音叉振動子４の自由度を設け、音叉振動子４の位置を調整することができる。そして、調整後に半田１３により音叉振動子４を基板５１に固定する。
【０１４３】
以上説明したように、本実施例によれば、音叉振動子４に長さに製造バラツキがある場合でも、音叉振動子４の先端４Ａ１、４Ｂ１と基板５１の位置関係を調節して、音叉振動子４を精度良く基板５１に実装することが可能となり、簡易的な組み立て手法により相対的な基板、電極、音叉振動子の実装精度を確保することができる。
【０１４４】
尚、例えば、上記実施例４における位置決め部材４５の位置決め用突起部４５ａを使用する代わりに、上記実施例２にて説明したような音叉振動子位置決め部材２６ａ等を用いて音叉振動子４の位置決めを行うなど、上記各実施例は、任意、適当な組合せにて実施し得ることが、上記説明から容易に理解されよう。
【０１４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡易な組み立て方法、つまり少ない組み立てコストで、音叉振動子と基板、基板とケースの実装精度を確保し、性能のバラツキを低減することが可能な電位センサ、及びその組立方法を提供することができる。又、本発明によれば、上記作用効果、つまり、簡易な組み立て方法、つまり少ない組み立てコストで、音叉振動子と基板、基板とケースの実装精度を確保し、性能のバラツキを低減すると共に、検出電極へ混入するノイズ成分をシールドすることが可能となり、Ｓ／Ｎ比の高い電位センサ、及びその組立方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における基板構成を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施例における位置決め部材の構成を示す概略構成図である。
【図３】第１の実施例における音叉振動子の基板への実装方法を説明するための説明図である。
【図４】第１の実施例における基板のケースへの搭載方法を説明するための説明図である。
【図５】第２の実施例における基板構成を示す概略構成図である。
【図６】第２の実施例における位置決め部材の構成を示す概略構成図である。
【図７】第２の実施例における音叉振動子の基板への実装方法を説明するための説明図である。
【図８】第２の実施例に適用できる音叉振動子位置決め部材のいくつかの例を示す説明図である。
【図９】第２の実施例における基板のケースへの搭載方法を説明するための説明図である。
【図１０】第３の実施例における基板構成を示す概略構成図である。
【図１１】第３の実施例における位置決め部材の構成を示す概略構成図である。
【図１２】第３の実施例における基板への音叉振動子の実装方法を説明するための説明図である。
【図１３】第３の実施例に適用できる音叉振動子位置決め部材のいくつかの例を示す説明図である。
【図１４】第３の実施例における基板のケースへの搭載方法を説明するための説明図である。
【図１５】スルーホールを備える基板の基板側位置決め用穴付近のパターン構成を示す説明図である。
【図１６】第４の実施例における基板構成を示す概略構成図である。
【図１７】第４の実施例における位置決め部材の構成を示す概略構成図である。
【図１８】第４の実施例における音叉振動子の基板への実装方法を説明するための説明図である。
【図１９】第４の実施例における基板のケースへの搭載方法を説明するための説明図である。
【図２０】第５の実施例における、（ａ）音叉振動子位置決め部材、（ｂ）音叉振動子の基板への実装方法をそれぞれ説明するための説明図である。
【図２１】従来の電位センサの一例の構成を示す概略構成図である。
【図２２】電位センサの測定原理を説明するための説明図である。
【図２３】従来の音叉振動子の実装方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１                                    ターゲット（被測定面）
３                                    測定電極
４                                    音叉振動子（音叉）
４ａ                                  駆動用圧電素子
４ｂ                                  振動検出用圧電素子
５                                    検出回路
１１（２１、３１、４１、５１）        基板
１２（２２、３２、４２、４３、５２）  音叉振動子位置決め用穴
１３                                  半田
１４（５４）                          音叉振動子固定用穴
１５（２５、３５、４５、５５）        位置決め部材
１６                                  高さ決め部材
１７（２７、３７、４７）              ケース
１８（２８、３８、４８）              開口部
２６ａ（２６ｂ、２６ｃ、２５ｄ、３６ａ、３６ｂ）
音叉振動子位置決め部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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