(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子をボルト締めして構成されるボルト締めランジュバン振動子の製造方法において、
前記圧電素子の静電容量値を測定するための容量計を前記ランジュバン振動子の両電極間に接続するとともに、
前記容量計のインピーダンスより小さく、かつ、Ｖｅｆｆ／Ｉｍａｘ（Ｖｅｆｆは前記ランジュバン振動子をボルト締めする際の前記圧電素子の電歪効果により前記ランジュバン振動子の両電極間に発生する電圧、Ｉｍａｘは整流回路の許容電流）より大きなインピーダンスである整流回路を前記ランジュバン振動子の両電極間に接続し、
前記ランジュバン振動子を構成する前記圧電素子の静電容量値を基準としてボルト締めを行うことを特徴とするボルト締めランジュバン振動子の製造方法。
【請求項２】
前記容量計は測定信号電圧を前記ランジュバン振動子の両電極間に印加して流れる電流を検出することにより前記ランジュバン振動子の静電容量値を測定するように構成されており、前記整流回路を構成するダイオードの順方向電圧降下は前記測定信号電圧より大きいことを特徴とする請求項１記載のボルト締めランジュバン振動子の製造方法。
【請求項３】
圧電素子をボルト締めして構成されるボルト締めランジュバン振動子の製造装置において、
前記圧電素子の静電容量値を測定するための、前記ランジュバン振動子の両電極間に接続された容量計と、
前記容量計のインピーダンスより小さく、かつ、Ｖｅｆｆ／Ｉｍａｘ（Ｖｅｆｆは前記ランジュバン振動子をボルト締めする際の前記圧電素子の電歪効果により前記ランジュバン振動子の両電極間に発生する電圧、Ｉｍａｘは整流回路の許容電流）より大きなインピーダンスである、前記ランジュバン振動子の両電極間に接続された整流回路と、
を有することを特徴とするボルト締めランジュバン振動子の製造装置。
【請求項４】
前記容量計は測定信号電圧を前記ランジュバン振動子の両電極間に印加して流れる電流を検出することにより前記ランジュバン振動子の静電容量値を測定するように構成されており、前記整流回路を構成するダイオードの順方向電圧降下は前記測定信号電圧より大きいことを特徴とする請求項３記載のボルト締めランジュバン振動子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルト締めランジュバン振動子の製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的にボルト締めランジュバン振動子１は、図５に示すように電歪効果を有する複数の圧電素子２と、圧電素子２間に挿入される電極３ａ、３ｂと、該圧電素子２及び電極３を挟持する一対の金属ブロック４及び５と、該金属ブロック４及び５締結するボルト６から構成されている。このボルト６のボルト締めによる圧電素子２の押圧力は、トルクレンチ等により締付トルクにより管理していた。
【０００３】
ところで、圧電素子２に加える押圧力は振動子の性能に多大な影響を与える。例えば、その押圧力が適正値より低い場合、該振動子に電流を投入して駆動させると振動で発生する引張応力が圧電素子の引張強さを超えるため破壊する恐れがある。一方、その押圧力が適正値より高い場合、振動で発生する圧縮応力が圧電素子の圧縮強さを超えるため破壊する恐れがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように圧電素子に加える押圧力を管理することは重要であるが、この押圧力を管理する場合に締付トルクを基準として、押圧力を管理すると、各部材間の面粗さ、平坦度によって摩擦係数がばらつくため、圧電素子に加わる押圧力もばらつき、ランジュバン振動子１の品質が安定しないという問題があった。
【０００５】
そこで、このような特開平５１−１１１０９４号公報にあるように金属ブロックをボルトで締め付けるにあたり、電歪効果により発生する圧電素子の電荷量を検出しこれを基準とすることにより、圧電素子に対して常に適正範囲内の押圧力を負荷し得るとしていた。
【０００６】
しかし、ボルト締付時に発生する圧電素子の電荷すなわち電流は周期１〜１００μｓｅｃ程度のパルス波であるため正確に計測することが困難である。また、発生した電流は直接オシロスコープ等の測定装置に流れるため、過負荷により測定装置が破損する恐れがあった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、圧電素子の静電容量値を基準としてボルト締めを行うことにより、圧電素子の押圧力を適正値に設定し、品質の安定したボルト締めランジュバン振動子の製造方法及び装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のボルト締めランジュバン振動子の製造方法は、圧電素子をボルト締めして構成されるボルト締めランジュバン振動子の製造方法において、前記圧電素子の静電容量値を測定するための容量計を前記ランジュバン振動子の両電極間に接続するとともに、前記容量計のインピーダンスより小さく、かつ、Ｖｅｆｆ／Ｉｍａｘ（Ｖｅｆｆは前記ランジュバン振動子をボルト締めする際の前記圧電素子の電歪効果により前記ランジュバン振動子の両電極間に発生する電圧、Ｉｍａｘは整流回路の許容電流）より大きなインピーダンスである整流回路を前記ランジュバン振動子の両電極間に接続し、前記ランジュバン振動子を構成する前記圧電素子の静電容量値を基準としてボルト締めを行うことを特徴とする。
請求項３記載のボルト締めランジュバン振動子の製造装置は、圧電素子をボルト締めして構成されるボルト締めランジュバン振動子の製造装置において、前記圧電素子の静電容量値を測定するための、前記ランジュバン振動子の両電極間に接続された容量計と、前記容量計のインピーダンスより小さく、かつ、Ｖｅｆｆ／Ｉｍａｘ（Ｖｅｆｆは前記ランジュバン振動子をボルト締めする際の前記圧電素子の電歪効果により前記ランジュバン振動子の両電極間に発生する電圧、Ｉｍａｘは整流回路の許容電流）より大きなインピーダンスである、前記ランジュバン振動子の両電極間に接続された整流回路と、を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項１及び３記載の発明によれば、Ｖｅｆｆ／Ｉｍａｘ＜整流回路のインピーダンスにしたので、Ｖｅｆｆ／整流回路のインピーダンス＜Ｉｍａｘとすることができる。つまり、Ｖｅｆｆ／整流回路のインピーダンスはランジュバン振動子をボルト締めする際に両電極間に発生する電圧Ｖｅｆｆにより整流回路に流れる電流を整流回路の許容電流Ｉｍａｘより小さくすることができるので、ボルト締めする際に両電極間に発生する電圧Ｖｅｆｆに起因した電流により整流回路が破壊されることはない。このように整流回路が破壊されることがないため、この整流回路の両端に接続されている容量計のインピーダンスは整流回路のインピーダンスより大きく設定しておれば、容量計の破壊されることはない。
【００１４】
請求項２記載のボルト締めランジュバン振動子の製造方法は、請求項１記載の前記容量計は測定信号電圧を前記ランジュバン振動子の両電極間に印加して流れる電流を検出することにより前記ランジュバン振動子の静電容量値を測定するように構成されており、前記整流回路を構成するダイオードの順方向電圧降下は前記測定信号電圧より大きいことを特徴とする。
請求項４記載のボルト締めランジュバン振動子の製造装置は、請求項３記載の前記容量計は測定信号電圧を前記ランジュバン振動子の両電極間に印加して流れる電流を検出することにより前記ランジュバン振動子の静電容量値を測定するように構成されており、前記整流回路を構成するダイオードの順方向電圧降下は前記測定信号電圧より大きいことを特徴とする。
【００１５】
請求項２及び４記載の発明によれば、整流回路を構成するダイオードの順方向電圧降下は容量計から出力される測定信号電圧より大きいので、その測定信号電圧により整流回路を構成するダイオードが順方向に導通することはない。従って、容量計から出力される測定信号電圧はランジュバン振動子の両電極間のみに流れるため、ランジュバン振動子を構成する圧電素子の静電容量値を正確に計測することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図１はボルト締めランジュバン振動子の製造方法に用いられる装置である。図１において、１１はボルト締めランジュバン振動子である。このランジュバン振動子１１は円錐形状の絞りを有するホーン１２を端部に有する。このホーン１２の円錐形状の円形底面の中心部には軸方向に沿って雌ねじ１３が刻まれている。
【００１７】
１４は両端に雄ねじが刻まれているボルトである。このボルト１４の雄ねじが刻まれていない部分の外周面上は短絡防止用のためのチューブ状の絶縁被覆材１４ａで被覆されている。
【００１８】
ホーン１２の円形底面の中心部に刻まれた雌ねじ１３にはボルト１４の一端に刻まれている雄ねじが螺合されている。
【００１９】
１５はリング形状の圧電素子であり、中心部にボルト１４を挿入可能な挿入孔１６を有する。この圧電素子１５の材質は、電歪効果を有するセラミックスであり、両端面を陽極と陰極になるように予め厚さ方向に分極処理が施されている。さらに、圧電素子１５の厚さ方向の両端面は、Ｎｉメッキ電極が形成されている。
【００２０】
また、１７ａ〜１７ｃは＋電極板であり、中央にボルト１４が挿入される挿入孔を有する。１８ａ〜１８ｃは−電極板であり、中央にボルト１４が挿入される挿入孔を有する。
【００２１】
そして、ホーン１２の円形底面側から圧電素子１５、＋電極板１７ａ、圧電素子１５、−電極板１８ａ、圧電素子１５、＋電極板１７ｂ、…、圧電素子１５、−電極板１８ｃというように圧電素子１５と＋電極板１７ａ〜１７ｃと−電極板１８ａ〜１８ｃがボルト１４に挿入されて交互に積み重ねられる。この際に、圧電素子１５は＋電極板１７ａ〜１７ｃあるいは−電極板１８ａ〜１８ｃを挟んで同じ極面が対向するように積み重ねられる。
【００２２】
ボルト１４の他端の雄ねじは略円柱形状の裏打板１９の円形底面の中心部に刻まれている雌ねじ２０に螺合されている。
【００２３】
ところで、＋電極板１７ａ〜１７ｃは容量計２１の測定信号印加端子２２及び電圧検出プラス端子２３に接続され、−電極板１８ａ〜１８ｃは容量計２１の電圧検出ＧＮＤ端子２４及び測定電流検出端子２５に接続されている。容量計２１は測定信号印加端子２２を介して例えば０．５Ｖで周波数が１kHzの測定信号を出力し、その結果発生する電流を測定電流検出端子２５を介して取り込んで圧電素子１５の静電容量値を算出して表示部２５に表示する。この容量計２１の内部インピーダンスは例えば１kΩに設定されている。
【００２４】
さらに、＋電極板１７ａ〜１７ｃと−電極板１８ａ〜１８ｃとの間には整流回路２６が接続される。つまり、ランジュバン振動子１１と容量計２１との間において、整流回路２６が並列に接続される。
【００２５】
この整流回路２６はダイオードＤ１，Ｄ２を互いに逆向きとなるように並列接続し、その並列接続体の一端は例えば５０Ωの抵抗Ｒ１を介して＋電極板１７ａ〜１７ｃに接続され、その並列接続体の他端は−電極板１８ａ〜１８ｃに接続される。
【００２６】
ダイオードＤ１及びＤ２の特性は同じ特性を有する。図２を参照してその特性について説明する。ダイオードＤ１及びＤ２の順方向電圧降下Ｖｂは２．５Ｖ、許容電流はＩmaxである。また、ダイオードＤ１及びＤ２が順方向に導通したときの順方向抵抗は０．１mΩである。
【００２７】
次に、上記のように構成された本発明の一実施の形態の動作について説明する。まず、ボルト１４のネジ部以外の表面を絶縁被覆材１４ａで覆う。そして、ホーン１２の雌ねじ１３にボルト１４の一端部をねじ込む。さらに、圧電素子１５と＋電極板１７ａ〜１７ｃと−電極板１８ａ〜１８ｃがボルト１４に挿入されて交互に積み重ねられる。その後、裏打板１９をボルト１４に軽くねじ込み仮止めする。
【００２８】
次に、容量計２１の測定信号印加端子２２及び電圧検出プラス端子２３を振動子１１の＋電極板１７ａ〜１７ｃに、電圧検出ＧＮＤ端子２４及び測定電流検出端子２５は−電極板１８ａ〜１８ｃに接続する。さらに、整流回路２６を振動子１１と容量計２１との間に並列接続する。
【００２９】
従って、ボルト締めの際、圧電素子１５の電歪効果により発生する電流の向きに関わらず整流回路２６を介して流れるため、ボルト締めの際に発生する電流は容量計に流れ込むことはないので、その電流により容量計２１が破壊されることを未然に防止することができる。
【００３０】
そして、容量計２１に電源を投入して測定信号を発信させる。次に、裏打板１９をレンチで締め付ける。
【００３１】
次に、振動子１１の静電容量値を容量計２１でリアルタイムに計測して、静電容量値が所定の値に到達するまでボルト締めする。
【００３２】
つまり、圧電素子１５の静電容量は押圧力に比例することを利用して、圧電素子１５の静電容量値を計測して、静電容量値が適正値に到達するまでボルト締めするようにしたので、圧電素子の押圧力を確実に適正値に設定することができる。従って、ランジュバン振動子１１の品質を安定させることができる。
【００３３】
ボルト締めの時にランジュバン振動子１１に発生する電圧Ｖｅｆｆは１００〜２００Ｖ程度である。ここで、整流回路２６の許容電流Ｉｍａｘは図２に示すように１０Ａであるので、Ｖｅｆｆ／Ｉｍａｘは１０〜２０Ωである。
【００３４】
一方、整流回路２６のインピーダンスはダイオードＤ１及びＤ２が導通されたときのインピーダンスはほぼ無視できるので、抵抗Ｒ１のインピーダンスである５０Ωと考えてよい。
【００３５】
また、容量計２１のインピーダンスは１ｋΩであるので、
Ｖｅｆｆ／Ｉｍａｘ＝１０〜２０Ω＜回路のインピーダンス＝５０Ω＜容量計のインピーダンス＝１ｋΩ
つまり、Ｖｅｆｆ／Ｉｍａｘ＜整流回路のインピーダンスにしたので、Ｖｅｆｆ／整流回路のインピーダンス＜Ｉｍａｘとすることができる。つまり、Ｖｅｆｆ／整流回路のインピーダンスはランジュバン振動子１１をボルト締めする際に＋電極板１７ａ〜１７ｃと−電極板１８ａ〜１８ｃ間に発生する電圧Ｖｅｆｆにより整流回路２６に流れる電流を整流回路２６の許容電流Ｉｍａｘより小さくすることができるので、ボルト締めする際に＋電極板１７ａ〜１７ｃと−電極板１８ａ〜１８ｃ間に発生する電圧Ｖｅｆｆに起因した電流により整流回路２６が破壊されることはない。このように整流回路２６が破壊されることがないため、この整流回路２６の両端に接続されている容量計２１のインピーダンスは整流回路２６のインピーダンスより大きく設定しておれば、容量計２１が破壊されることはない。
【００３６】
容量計２１の測定信号電圧は０．５Ｖ、ダイオードＤ１及びＤ２の順方向電圧降下が２．５Ｖであり、整流回路２６を構成するダイオードＤ１及びＤ２の順方向電圧降下は容量計２１から出力される測定信号電圧より大きいので、その測定信号電圧により整流回路２６を構成するダイオードＤ１あるいはＤ２が順方向に導通することはない。従って、容量計２１から出力される測定信号電圧はランジュバン振動子１１の両電極間のみに印加されるため、ランジュバン振動子１１を構成する圧電素子１５の静電容量値を正確に計測することができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態の整流回路２６を図３に示す構成としても良い。つまり、２つのダイオードＤ１１，Ｄ１２及び２つのダイオードＤ１３及びＤ１４をそれぞれ直列接続した直列接続体を互いに逆向きになるように並列接続し、５０Ωの抵抗Ｒ１と直列接続するようにしても良い。ダイオードＤ１１〜Ｄ１４の特性は前述したダイオードＤ１及びＤ２と同じである。
【００３８】
このように整流回路２６内にダイオードを２つ直列に接続しておくことにより、整流回路２６の容量を図１で示した整流回路２６のものよりも半分にすることができる。
【００３９】
従って、振動子１１の静電容量の測定に与える影響を抑えることができる。
【００４０】
さらに、整流回路２６を図４に示す構成としても良い。つまり、両極性ダイオードＤ２１と５０Ωの抵抗Ｒ１を直列に接続するようにしている。
【００４１】
つまり、図１の整流回路２６に使用するダイオードを両極性ダイオードＤ２１とすることにより、部品点数を少なくすることができる。
【００４２】
なお、図３あるいは図４の整流回路を図１の整流回路２６として使用した場合にも、Ｖｅｆｆ／Ｉｍａｘ＝１０〜２０Ω＜回路のインピーダンス＝５０Ω＜容量計のインピーダンス＝１ｋΩの関係を満たすことにより、前述した実施の形態と同様の降下を奏する。
【００４３】
さらに、図３あるいは図４の整流回路を図１の整流回路２６として使用した場合にも、測定信号電圧により整流回路２６を構成するダイオードが順方向に導通しないようにすることにより前述した実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、圧電素子の静電容量値を基準としてボルト締めを行うことにより、圧電素子の押圧力を適正値に設定することができる。従って、品質の安定したボルト締めランジュバン振動子の製造方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るボルト締めランジュバン振動子の製造方法に使用される装置の構成図。
【図２】同実施の形態に係るダイオードの特性図。
【図３】同実施の形態に係る整流回路の変形例を示す図。
【図４】同実施の形態に係る整流回路の他の変形例を示す図。
【図５】従来のボルト締めランジュバン振動子の製造方法を説明するための図。
【符号の説明】
１１…ランジュバン振動子、
１２…ホーン、
１４…ボルト、
１５…圧電素子、
１７ａ〜１７ｃ…＋電極板、
１８ａ〜１８ｃ…−電極板、
２１…容量計、
２６…整流回路。
【図１】
0003709368.tif 000002
【図２】
0003709368.tif 000003
【図３】
0003709368.tif 000004
【図４】
0003709368.tif 000005
【図５】
0003709368.tif 000006