(57)【要約】【課題】小範囲検出を可能とする表面電位検出センサを提供することを目的とする。【解決手段】センサ本体Ｓに対してプローブ５０を取り付けることが出来るようにした。従って、周囲に干渉物があってセンサ本体Ｓを帯電物Ｗに近づけることが不可能な使用状況下であっても、帯電物Ｗの表面電位を計測することが可能となる。また、検知電極２２とは別にプローブ５０を設けると、帯電物Ｗの表面電位について測定精度の低下が懸念される。というのも、プローブ５０は外部に露出した状態になるので、他の帯電物があると、その影響により帯電してしまうからである。この点に関し、本発明のものは、プローブ５０を構成する金属体５１の外周をシールド部材５５により覆うこととした。従って、金属体５１が静電遮へいされるので、近傍に他の帯電物Ｗがあったとしても、その影響を受けて金属体５１が帯電してしまうことがない。従って、プローブ５０を使用して計測を行なう場合についても、計測を正しく行なうことが出来る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知電極と、
前記検知電極を測定対象物に対向させたときに、両間に生ずる電界の強度に応じた検出信号を出力するセンサ部と、
前記検知電極と前記センサ部とを内部に収容するケーシングと、からなるセンサ本体を備え、前記検出信号に基づいて前記測定対象物の表面電位を検出する表面電位検出センサであって、
以下の部材より構成されるプローブを、前記センサ本体に、前記プローブを構成する金属体が前記検知電極と静電結合可能な状態で、取り付けることが出来、かつその状態から前記プローブを取り外せるように構成されていることを特徴とする表面電位検出センサ。
前記プローブは、
（１）金属体
（２）前記金属体の外周に同金属体の端部を突出させた状態で被覆される金属性のシールド部材
（３）前記金属体と前記シールド部材との間にあって両間を絶縁する絶縁部材
から構成される。
【請求項２】
前記表面電位の検出が所定のタイミングで間欠的に行なわれるものであって、
前記プローブを構成する金属体と、当該表面電位検出センサ内のグランドラインとの間にスイッチ手段が設けられるとともに、
一の対象について表面電位の検出が行なわれてから次の検出が行なわれるまでの間、前記スイッチ手段に動作信号が与えられてＯＮ動作することで、前記金属体がアース接地されることを特徴とする請求項１に記載の表面電位検出センサ。
【請求項３】
前記絶縁部材は、前記シールド部材の両端部のうち、少なくともいずれか一方の端部から所定範囲を除いて配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表面電位検出センサ。
【請求項４】
前記絶縁部材は、前記シールド部材の両端部から所定範囲を除いて配置されていることを特徴とする請求項３に記載の表面電位検出センサ。
【請求項５】
前記プローブは、屈曲形状をなすことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の表面電位検出センサ。
【請求項６】
前記プローブには、形状の異なる複数のものが設けられ、これら複数のプローブを前記センサ本体に対して選択的に装着出来るよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の表面電位検出センサ。
【請求項７】
検知電極を測定対象物に対向させたときに、両間に生ずる電界の強度に基づいて測定対象物の表面電位を検出する表面電位検出センサに脱着可能に取り付けられるプローブであって、
金属体と、
前記金属体の外周に同金属体の端部を突出させた状態で被覆される金属性のシールド部材と、
前記金属体と前記シールド部材との間にあって両間を絶縁する絶縁部材と、から構成されることを特徴とするプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面電位検出センサ、並びにそれに使用されるプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、帯電物に対して電極を接近させて、両間に生ずる電界の強度に基づいて帯電物の表面電位を計測するセンサが広く知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特許第３７４７３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
表面電位を計測するには、測定対象物（帯電物）に電極をある程度接近させる必要があるが、既存のセンサはケーシングの一側面が検出面とされていることから、測定対象物が奥まったところにある場合には、検出出来ないという問題もあった（図１１参照）。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、小範囲検出を可能とする表面電位検出センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、検知電極と、前記検知電極を測定対象物に対向させたときに、両間に生ずる電界の強度に応じた検出信号を出力するセンサ部と、前記検知電極と前記センサ部とを内部に収容するケーシングと、からなるセンサ本体を備え、前記検出信号に基づいて前記測定対象物の表面電位を検出する表面電位検出センサであって、以下の部材より構成されるプローブを、前記センサ本体に、前記プローブを構成する金属体が前記検知電極と静電結合可能な状態で、取り付けることが出来、かつその状態から前記プローブを取り外せるように構成されているところに特徴を有する。
前記プローブは、
（１）金属体
（２）前記金属体の外周に同金属体の端部を突出させた状態で被覆される金属性のシールド部材
（３）前記金属体と前記シールド部材との間にあって両間を絶縁する絶縁部材
から構成される。
【０００５】
尚、ここでいう、静電結合とは、検知電極と金属体とが所定距離離れて位置して、金属体が帯電したときに、検知電極側に静電誘導が起きて、両間に電界が生ずることをいう。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記表面電位の検出が所定のタイミングで間欠的に行なわれるものであって、前記プローブを構成する金属体と、当該表面電位検出センサ内のグランドラインとの間にスイッチ手段が設けられるとともに、一の対象について表面電位の検出が行なわれてから次の検出が行なわれるまでの間、前記スイッチ手段に動作信号が与えられてＯＮ動作することで、前記金属体がアース接地されるところに特徴を有する。
尚、ここでいう、前記表面電位の検出が所定のタイミングで間欠的に行なわれるといのは、表面電位の検出が、所定タイミングで連続して行なわれるという意味である。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記絶縁部材は、前記シールド部材の両端部のうち、少なくともいずれか一方の端部から所定範囲を除いて配置されているところに特徴を有する。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項３に記載のものにおいて、前記絶縁部材は、前記シールド部材の両端部から所定範囲を除いて配置されているところに特徴を有する。
【０００９】
尚、請求項４の発明の実施態様は、以下の様にすることが望ましい。
検知電極側から見て、絶縁部材の後端が、金属体の奥端より遠い位置になるように所定範囲を設定する。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、前記プローブは屈曲形状をなすところに特徴を有する。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のものにおいて、前記プローブには、形状の異なる複数のものが設けられ、これら複数のプローブを前記センサ本体に対して選択的に装着出来るよう構成されているところに特徴を有する。
【００１２】
請求項７の発明は、検知電極を測定対象物に対向させたときに、両間に生ずる電界の強度に基づいて測定対象物の表面電位を検出する表面電位検出センサに脱着可能に取り付けられるプローブであって、金属体と、前記金属体の外周に同金属体の端部を突出させた状態で被覆される金属性のシールド部材と、前記金属体と前記シールド部材との間にあって両間を絶縁する絶縁部材と、から構成されるところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１３】
＜請求項１並びに請求７の発明＞
請求項１の発明によれば、センサ本体に対してプローブを取り付けることが出来るようにした。このような構成であれば、従来では測定が困難であった小範囲検出が可能となるので、商品性が高まる。また、検知電極とは別にプローブを設けると、測定精度の低下が懸念される。というのも、プローブは外部に露出した状態になるので、他の帯電物があると、その影響により帯電してしまうからである。この点に関し、請求項１の発明では、プローブを構成する金属体の外周をシールド部材により覆うこととした。従って、金属体が静電遮へいされるので、近傍に他の帯電物があったとしても、その影響を受けて金属体が帯電してしまうことがない。従って、プローブを使用して計測を行なう場合についても、計測を正しく行なうことが出来る。また、測定状況によってはプローブが邪魔な場合も考えられるが、係る時には、取り外せばよい。
【００１４】
＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によれば、金属体をアース接地することで、測定の都度、金属体について、帯電状態をリセット出来る。このような構成であれば、例えば、帯電物について表面電位を所定のタイミングで連続して測定を行なう場合に、計測中に何らかの理由で金属体が帯電してしまったとしても、その影響を受けずに、次回の測定を行なうことが出来るという効果が得られる。
【００１５】
＜請求項３並びに請求項４の発明＞
金属体の外周を絶縁部材により被覆すると、金属体の帯電に起因して、絶縁部材が更に誘導帯電する場合がある。ここで、金属体については、アース接地することで帯電状態をリセットすることが可能であるのに対し（請求項２の効果）、絶縁部材は導電性が極めて低いため同種のリセットを行なうことが不可能で誘導帯電がそのまま残ってしまい、これが、測定精度を低下させるという懸念がある。この点、請求項３並びに請求項４の発明では、シールド部材の両端から所定範囲を除いて絶縁部材を配置している。このような構成としておけば、必然的に、金属体の端部を除いた範囲に絶縁部材が配置されることになる。そのため、仮に絶縁部材に誘導帯電が生じたとしても、金属体の両端部分はその影響を受けることがないので誘導帯電に起因する測定精度の低下を未然に回避することが出来る。
【００１６】
＜請求項５の発明＞
請求項５の発明によれば、プローブは、屈曲形状をなす。プローブの形状としては直線形状のものが一般的であるが、これを屈曲形状とすれば、使用時の自由度が増す。例えば、直線形状のプローブだと周囲の干渉物が邪魔になって検出し難いが、屈曲形状のものだと、干渉物を上手く避けることが出来て、検出し易いことがある。
【００１７】
＜請求項６の発明＞
請求項６の発明によれば、プローブを複数種設けて、選択的に使用できるようにした。このような構成であれば、使用状況に合わせて最適なプローブに着け代えることで使い勝手がよくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図５によって説明する。以下の説明において、前後方向、高さ方向はそれぞれ図１を基準に定めるものとする。
【００１９】
図１は、表面電位検出センサを構成するセンサ本体Ｓの斜視図である。センサ本体Ｓは、ケーシング２０内に、回路基板（図示せず）及び、検知電極２２などを収容している。ケーシング２０は合成樹脂性であって、前面が基板収容口２０Ａとして開放している。このケーシング２０は基板収容口２０Ａを金属製の蓋部材３０で閉止することで密閉されるようになっている。蓋部材３０のうち、基板収容口２０Ａを閉止する前面は検出面３１とされ、同検出面３１の上部寄りの位置には検知孔３５が設けられている。
【００２０】
検知孔３５は蓋部材３０を前後に貫通し、ケーシング２０に連通している。そして、ケーシング２０の内部であって、検知孔３５の対向位置には検知電極２２が配置されている（図２参照）。尚、検知孔３５の孔壁は、前方に突出して円筒状の受け部３３を構成しており、そこに、後述するプローブ５０が取り外し可能に装着されるようになっている。
【００２１】
図２は、表面電位検出センサの電気的構成を示すブロック図であって、同図に示す符号２２は検知電極、符号２１はセンサ部、符号２３はバッファ、符号２４は信号処理部である。センサ部２１は、測定対象物としての帯電物Ｗに検知電極２２を対向して位置させたときに、両間に生ずる電界Ｅの強度を検出し、それに応じたレベルの検出信号Ｓａを出力する。
【００２２】
信号処理部２４は、センサ部２１から出力された検出信号Ｓａを信号処理して出力信号として出力するものである。かくして、出力された出力信号より帯電物Ｗの表面電位を知ることが出来る。また、バッファ２３は、インピーダンス変換器として機能するものである。また、蓋部材３０は図示しないアース手段によって接地されている。
【００２３】
次に、プローブ５０について、図３を参照して説明する。
プローブ５０は、以下に説明する３つの部材より構成される。
（１）心材としての金属体
（２）シールド部材
（３）絶縁部材
【００２４】
シールド部材５５は薄い金属平板を円管状にカーリング成形したものであって、金属体５１の外周に被覆されて金属体５１を静電遮へいする機能を有する。金属体５１は、前後方向に長い円柱状をなすとともに、図３における奥端５３は平らな平面とされ、図３における前端５２は球面状をなす。
【００２５】
この球面状をなす前端５２はシールド部材５５の前端から図示手前側に突出しているのに対して、これとは、反対側の奥端５３はシールド部材５５の内側に位置している。絶縁部材５９は、金属体５１とシールド部材５５との間にあって両間を絶縁するものである。
【００２６】
絶縁部材５９は、シールド部材５５に比べて全長が短く設定されており、図５に示すように、前端５２側の所定領域ａ並びに、奥端５３側の所定領域ｂについては、共に金属体５１とシールド部材５５との間に絶縁部材５９が介在しないような設定になっている。尚、係る構成により、本発明の「前記絶縁部材は、前記シールド部材の両端部から所定範囲を除いて配置されている」が実現されている。
【００２７】
続いて、上記の如く構成されたプローブ５０の取り付け構造について説明する。
図３に示すように、蓋部材３０の受け部３３の外周壁には雄ねじ部３３ａが形成される一方、シールド部材５５における後端寄りの内周壁には雌ねじ部５５ａが形成されている。これにより、シールド部材５５の雌ねじ部５５ａを蓋部材３０の雄ねじ部３３ａに螺合させることで、図４に示すように、プローブ５０を蓋部材３０に取り付けることが出来、更に、ねじ部３３ａ、５５ａ同士の螺合を解くことでプローブ５０を取り外すことが出来る。
【００２８】
図５には、プローブ５０を装着した状態におけるセンサ本体Ｓの断面図が示されている。同図に示すように、プローブ５０を装着したときに、金属体５１の奥端５３と検知電極２２とが少なくとも離間し、両間に適度な隙間が空くようになっている。
上記構成により、本発明の「以下の部材より構成されるプローブを、前記センサ本体に、前記プローブを構成する金属体が前記検知電極と静電結合可能な状態で、取り付けることが出来、かつその状態から取り外せるように構成されている」が実現されている。
【００２９】
また、プローブ装着状態においては、シールド部材５５の後端が蓋部材３０の受け部３３に接触した状態になるので、シールド部材５５は蓋部材３０を介して接地された状態になり、金属体５１に対する静電遮へい効果がより高められるようになっている。
【００３０】
さて、プローブ５０を使用する場合には、図５に示すように、プローブ５０の前端５２を帯電物Ｗに接近させて測定を行なう。このように、前端５２を帯電物Ｗに接近させると、金属体５１の両端のそれぞれに電荷が誘導される。例えば、帯電物Ｗがプラスに帯電していた場合には、金属体５１の前端５２がマイナスに帯電した状態となる。すると、金属体５１の奥端５３では、これとは反対の極性、すなわちプラスに帯電した状態となる。
【００３１】
これにより、金属体５１の奥端５３と検知電極２２が静電結合して検知電極２２がマイナスに帯電する結果、両間に帯電物Ｗの帯電量に応じた強さの電界Ｅが生ずる。そのため、プローブ５０を装着せずに計測を行なう場合と同様に、センサ部２１から出力される検出信号Ｓａに基づいて帯電物Ｗの表面電位を計測することが出来る。
【００３２】
このように本実施形態のものは、センサ本体Ｓに対してプローブ５０を取り付けることが出来るようにした。従って、周囲に干渉物があってセンサ本体Ｓを帯電物Ｗに近づけることが不可能な使用状況下であっても、図５に示すように、プローブ５０を付けて先端５２を接近させることで、帯電物Ｗの表面電位を計測することが可能となる。
【００３３】
また、検知電極２２とは別にプローブ５０を設けると、帯電物Ｗの表面電位について測定精度の低下が懸念される。というのも、プローブ５０は外部に露出した状態になるので、近傍に他の帯電物があると、その影響により帯電してしまうからである。この点に関し、本実施形態のものは、プローブ５０を構成する金属体５１の外周をシールド部材５５により覆うこととした。
【００３４】
従って、金属体５１が静電遮へいされるので、近傍に他の帯電物Ｗがあったとしても、その影響を受けて金属体５１が帯電してしまうことがない。従って、プローブ５０を使用して計測を行なう場合についても、計測を正しく行なうことが出来る。また、測定状況によってはプローブ５０が邪魔な場合も考えられるが、係る時には、取り外せばよい。
尚、確認的な記載であるが、プローブ５０の金属体５１は電気的に浮いた状態にあって、他との間で電荷の移動が基本的にはおきないので、プローブ５０により測定を行なっている場合に、両端５２、５３はそれぞれ帯電状態になるものの、金属体５１そのものが帯電するわけではない。
【００３５】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図６、図７によって説明する。
実施形態１では、単にプローブ５０を脱着させる構成であったが、実施形態２のものは、形状の異なるプローブ５０、６０、７０を複数設けておき、これを、センサ本体Ｓに選択的に取り付けるようにしたものである。
【００３６】
本実施形態では、実施形態１で用いた直線タイプのプローブ５０に加えて、図７に示すように先端５２が下を向くＬ字状のプローブ６０、図８に示すように斜めに屈曲するプローブ７０、の３種が設けられ、これを選択できるようになっている。このような構成であれば、使用状況に合わせて最適なプローブ５０〜７０に着け代えることで使い勝手がよくなる。尚、プローブ６０、７０が、本発明の屈曲形状のプローブに相当する。
【００３７】
＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３を図８ないし図９によって説明する。
実施形態３は、表面電位検出センサにより、帯電物Ｗの表面電位を連続計測するものである。具体的には、図８に示すように、搬送ラインＬの上方にセンサ本体Ｓを設置して、ラインＬを流される帯電物Ｗの表面電位を所定のタイミングで連続測定することとしている（図８参照）。尚、実施形態１と同じ部品については、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００３８】
図９は、実施形態３における表面電位検出センサの電気的構成を示すブロック図である。図９に示す符号Ａは外部入力端子である。外部入力端子Ａには、帯電物Ｗ１の搬送状況に応じた入力信号Ｖａが、図示しない外部制御機器を通じて入力される。
【００３９】
具体的には、帯電物Ｗ１が計測位置（プローブ５０と対向して表面電位について計測が可能な位置、図８参照）にあるときには、Ｌレベルの信号が外部入力端子Ａに入力され、これとは反対に、一の帯電物Ｗ１について計測が完了した後、次の帯電物Ｗ２を計測位置に搬送している間（搬送途中）は、Ｈレベルの信号が外部入力端子Ａに入力される。この入力信号（本発明の動作信号に相当）Ｖａは、信号処理部２４並びに、アナログスイッチ（本発明のスイッチ手段に相当する）１００にそれぞれ入力される。
【００４０】
アナログスイッチ１００は、金属体５１とグランド端子（本発明のグランドラインに相当）Ｇとの間を接続するアース線Ｃに設けられ、先の入力信号ＶａとしてＨレベルの信号が入力されているときにＯＮ動作する。これにより、Ｈレベルの信号が入力されている間、すなわち、一の帯電物Ｗ１について計測が完了した後、次の帯電物Ｗ２を計測位置に搬送している間は、金属体５１がアース線Ｃを通じて接地される。
【００４１】
このような構成であれば、例えば、計測中に何らかの外部要因により金属体５１が帯電してしまったとしても、一の帯電物Ｗについて計測が完了すると、その都度、金属体５１が接地されて帯電状態をリセットできる。従って、金属体５１が帯電した状態のまま、次回の帯電物Ｗについて計測が行なわれることがないので、表面電位を連続する場合にも、精度よく計測を行なうことが可能となる。
【００４２】
加えて、本実施形態のものは、測定精度をより高めるべく、以下の点も工夫している。すなわち、この実施形態でも、絶縁部材５９の形状は、実施形態１の場合と同じく、シールド部材５５に比べて全長が短く設定されており、図５に示すように、前端５２側の所定領域ａ並びに、奥端５３側の所定領域ｂについては、共に金属体５１とシールド部材５５との間に絶縁部材５９が介在しないような設定になっている。
【００４３】
仮に、図１０に示すように、絶縁部材５９を金属体５１の両端に至る範囲にまで設けてしまうと、同図に示すように、金属体５１の帯電（外部要因により帯電）に起因して、絶縁部材５９が更に誘導帯電する場合がある。ここで、金属体５１については、アース接地することで帯電状態をリセットすることが可能であるのに対し、絶縁部材５９は導電性が極めて低いため同種のリセットを行なうことが不可能で誘導帯電がそのまま残ってしまい、これが、測定精度を低下させるという懸念がある。この点、本実施形態では、金属体５１の両端を除いて絶縁部材５９を配置している。このような構成としておけば、仮に絶縁部材５９に誘導帯電が生じたとしても、金属体５１の両端５２、５３部分はその影響を受けることがないので誘導帯電に起因する測定精度の低下を未然に回避することが出来る。
【００４４】
また、先にも述べたように、入力信号Ｖａを、アナログスイッチ１００に加えて、信号処理部２４に対しても入力させているが、これは、帯電物Ｗを計測位置に運んでいる間は、出力信号を出力させないようにするためである。
【００４５】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００４６】
（１）実施形態２では、形状の異なる３種のプローブ５０、６０、７０を用意したが、これに加えて、全長の異なるプローブ、或いはプローブ径の異なるもの（図１０参照）を用意してもよい。尚、プローブ径の異なるものを用意しておくことで、帯電物Ｗの大きさに合わせて、最適なプローブに付け替えることで、測定精度が高まることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態１に係る、表面電位検出センサの斜視図
【図２】表面電位検出センサの電気的構成を示すブロック図
【図３】プローブを含む、センサ全体の斜視図
【図４】プローブをセンサ本体に取り付けた状態を示す斜視図
【図５】その断面図
【図６】実施形態２に係るプローブの形状を示す図
【図７】同じく実施形態２に係るプローブの形状を示す図
【図８】実施形態３に係る表面電気検出センサの使用状況を示す図
【図９】実施形態３に係る表面電位検出センサの電気的構成を示すブロック図
【図１０】絶縁部材に誘導帯電が生ずることを説明する図
【図１１】従来例を示す図
【符号の説明】
【００４８】
２０…ケーシング
２２…検知電極
３０…蓋部材
５０…プローブ
５１…金属体
５５…シールド部材
５９…絶縁部材
Ｓ…センサ本体
【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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