(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電共振子に直流電圧を印加して仮分極をする工程と、
圧電共振子の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの周波数差Δｆを測定する第１工程と、
前記周波数差Δｆが公差範囲外である時に所定の電圧を前記圧電共振子に印加し、前記周波数差Δｆが公差範囲内の時には前記圧電共振子に電圧を印加しない第２工程とを備え、
前記第１工程と前記第２工程を、所定回数だけ交互に繰り返して前記周波数差Δｆが公差範囲内に入るようにすること、
を特徴とする圧電共振子の分極度調整方法。
【請求項２】
仮分極された圧電共振子を装着したり分極度調整の終了した圧電共振子を取り外したりする第１エリアと、
前記圧電共振子の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの周波数差Δｆを測定する第２エリアと、
前記第２エリアと交互に配置され、前記周波数差Δｆが公差外であれば所定の電圧を前記圧電共振子に印加する第３エリアと、
を備え、
前記第１エリアとそれぞれ複数の交互に配置された前記第２エリアおよび前記第３エリアとが全体として環状に配置されたことを特徴とする圧電共振子の分極度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電共振子の分極度調整方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧電セラミック共振子の圧電性は、圧電セラミック共振子に直流電圧を印加することによって持たせている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電セラミック共振子の分極度の調整は、印加電圧、印加時間及び雰囲気温度等の諸条件が相互に影響するため、熟練を要する作業であり、また、精度良く所望の分極度を得ることも困難であった。
そこで、本発明の目的は、所望の分極度を精度良く得られ、かつ、熟練を必要としない圧電共振子の分極度調整方法及びその装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明に係る圧電共振子の分極度調整方法は、圧電共振子に直流電圧を印加して仮分極をする工程の後に、（ａ）圧電共振子の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの周波数差Δｆを測定する第１工程と、（ｂ）前記周波数差Δｆが公差範囲外である時に所定の電圧を前記圧電共振子に印加し、前記周波数差Δｆが公差範囲内の時には前記圧電共振子に電圧を印加しない第２工程とを備え、（ｃ）前記第１工程と前記第２工程を、所定回数だけ交互に繰り返して前記周波数差Δｆが公差範囲内に入るようにすること、を特徴とする。
【０００５】
また、本発明に係る圧電共振子の分極度調整装置は、（ｄ）仮分極された圧電共振子を装着したり分極度調整の終了した圧電共振子を取り外したりする第１エリアと、（ｅ）前記圧電共振子の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの周波数差Δｆを測定する第２エリアと、（ｆ）前記第２エリアと交互に配置され、前記周波数差Δｆが公差外であれば所定の電圧を前記圧電共振子に印加する第３エリアと、を備え、前記第１エリアとそれぞれ複数の交互に配置された前記第２エリアおよび前記第３エリアとが全体として環状に配置されたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】
周波数差Δｆが公差範囲内になるまで、周波数差Δｆの測定と圧電共振子への電圧印加が一定のサイクルで自動的に繰り返し行なわれる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧電共振子の分極度調整方法及びその装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
［第１実施形態、図１〜図５］
圧電セラミック共振子は、共振周波数ｆｒで共振子内に流れる電流は最大になるため、インピーダンスは最小になる。一方、反共振周波数ｆａでは共振子内に流れる電流は最小になり、インピーダンスは最大になる。そして、分極度の測定は、一般的に共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの周波数差Δｆで評価される。すなわち、分極度が大きくなるとΔｆも大きくなり、分極度が小さくなると、Δｆも小さくなるからである。
【０００９】
図１は圧電共振子の分極度調整方法のフローチャートである。
まず、ステップＳ１で、図２に示すように共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの周波数差Δｆが、設計値Δｆ0より若干大きくなるように圧電セラミック共振子に直流電圧を印加して仮分極し、分極度が設計値より若干大きい圧電セラミック共振子を準備する。
【００１０】
次に、ステップＳ２で、仮分極した圧電セラミック共振子を分極度調整装置（後述）にセットする。分極度調整装置にセットされた圧電セラミック共振子は、ステップＳ３で周波数差Δｆが測定された後、ステップＳ４でΔｆが所定の公差内であるかどうかが判定される。Δｆが公差外であると判定されると、さらに、ステップＳ６でΔｆが公差より大きいかどうかが判定される。Δｆが公差より大きければ、ステップＳ７で直流の逆電圧が圧電セラミック共振子に所定時間印加され、Δｆを小さくする。Δｆが公差より小さければ、ステップＳ８で直流の正電圧が圧電セラミック共振子に所定時間印加され、Δｆを大きくする。一方、ステップＳ４で、Δｆが公差内であると判定されると、圧電セラミック共振子には電圧は印加されない。
【００１１】
次に、ステップＳ９で、タクトタイムが終了しているかどうかが判定される。タクトタイムとは、圧電セラミック共振子を分極度調整装置にセットしてから取り外すまでの時間をいう。タクトタイムが終了していないと判定されると、さらに、ステップＳ３に戻り、再びΔｆの測定（ステップＳ３）や電圧印加（ステップＳ７，Ｓ８）等が繰り返される。そして、ステップＳ９でタクトタイムが終了していると判定されると、ステップＳ１０で圧電セラミック共振子が分極度調整装置から取り外される。
【００１２】
次に、図３に示した分極度調整装置１１を例にして具体的に圧電セラミック共振子の分極度の調整方法を説明する。
分極度調整装置１１は、右回り方向に回転駆動する環状の搬送ベルト１２に一対の端子１３が複数設けられた構成をしている。この端子１３は、そのばね力によって共振子１を挟持すると共に、共振子１のΔｆを測定したり、共振子１に直流電圧を印加する際にも利用される。装置１１の左側部分には共振子１を着脱する第１エリアＡが設定され、搬送ベルト１２の駆動方向に共振子１のΔｆを測定する第２エリアＢと共振子１に直流電圧を印加する第３エリアＣが交互に設定されている。第２エリアＢ及び第３エリアＣはそれぞれ２０箇所程度設定することが好ましい。
【００１３】
この装置１１は、さらに、図示しないコンピュータと直流電圧印加回路と図４あるいは図５に示したΔｆ測定回路２０，３０を備えている。図４に示したΔｆ測定回路２０は、概略、帰還回路２１と増幅器２２を備えた自励発振回路であり、通常、共振周波数ｆｒ及び反共振周波数ｆａのそれぞれに対して別個の発振回路を準備する必要がある。また、図５に示したΔｆ測定回路３０は、概略、外部から周波数掃引した信号が付加される交流電源３１と電流計３２を備えた回路であり、共振周波数ｆｒで共振子１内に流れる電流が最大になり、反共振周波数ｆａで共振子１内に流れる電流が最小になるという性質を利用したものである。コンピュータには、タクトタイムと、共振子１に印加するための直流正電圧値及び直流逆電圧値と、Δｆの公差範囲とを予めキー入力する。直流正電圧及び直流逆電圧は、空気中で放電が発生せず、かつ、共振子１を破壊しない電圧に設定しておく。好ましくは、逆電圧は正電圧の８０％程度に設定する。
【００１４】
第１エリアＡで端子１３に保持された共振子１は、搬送ベルト１２によって第２エリアＢに移動される。この第２エリアＢにおいて、共振子１の周波数差Δｆが図４あるいは図５に示したΔｆ測定回路２０，３０によって測定される（ステップＳ３）。共振子１は、予めΔｆが設計値Δｆ0より若干大きくなるように仮分極されているため、通常、公差より大きいΔｆが測定データとして得られる。得られた測定データはコンピュータに伝送され、コンピュータ内でΔｆが公差内かどうかの判定（ステップＳ４）とΔｆが公差より大きいかどうかの判定（ステップＳ６）が順次なされる。
【００１５】
周波数差Δｆが公差より大きいと判定されると、コンピュータから直流電圧印加回路へ逆電圧を印加するための制御信号が伝送される。そして、搬送ベルト１２によって第３エリアＣに移動してきた共振子１に対して、タクトタイムに同期した一定時間、直流逆電圧が印加される（ステップＳ７）。こうして、共振子１のΔｆは小さくなり、設計値Δｆ0に近付く。
【００１６】
さらに、搬送ベルト１２によって第３エリアＣから、その右側に隣接する第２エリアＢに移動された共振子１は、再びこの第２エリアＢにおいて共振子１のΔｆが測定される（ステップＳ３）。そして、コンピュータ内でΔｆが公差内かどうかの判定（ステップＳ４）とΔｆが公差より大きいかどうかの判定（ステップＳ６）が順次なされる。Δｆが再び公差より大きいと判定されると、第３エリアＣにてタクトタイムに同期した一定時間、直流逆電圧が共振子１に印加される（ステップＳ７）。逆に、Δｆが公差より小さいと判定されると、第３エリアＣにてタクトタイムに同期した一定時間、直流正電圧が共振子１に印加され（ステップＳ８）、共振子１のΔｆは大きくなり、設計値Δｆ0に近付く。こうして、Δｆが公差内に入るまで、共振子１が第３エリアＣに移動する毎に繰り返し電圧が印加される。
【００１７】
一方、Δｆが公差内に入ると、たとえ共振子１が第３エリアＣに移動しても電圧は印加されない。そして、共振子１が最後の第３エリアＣを通過して再び第１エリアＡに戻った時にΔｆが公差内に入っていれば良品として分極度調整装置から取り外される（ステップＳ１０）。Δｆが公差内に入っていなければ、取り外されないで再度搬送ベルト１２によって第２エリアＢ及び第３エリアＣに移動される。
【００１８】
［第２実施形態、図６〜図１０］
図６は第２実施形態の分極度調整装置４１を示すものである。分極度調整装置４１は、絶縁性平板４２に複数組の端子４３が配設されている。一組の端子４３は、そのばね力によって共振子１を挟持することができる。端子４３の一方の端部は絶縁性平板４２の裏面に導出され電極パッド４３ａとされる。
【００１９】
絶縁性平板４２の裏面側には、電圧印加用プローブホルダ４５と周波数差Δｆ測定用プローブホルダ４７が配置されている。それぞれのホルダ４５，４７の上面にはプローブ４６，４８が植設されており、さらに、ホルダ４５，４７の内部あるいは表面には各プローブ４６，４８に直流電圧やΔｆ測定用信号を伝送するためのパターン（図示せず）が配設されている。分極度調整作業の際には、ホルダ４５と４７を交互に交換してプローブ４６，４８を電極パッド４３ａに接触させる。こうして、同時に複数の共振子１を処理することができる。ただし、電圧印加用プローブホルダとΔｆ測定用プローブホルダは別部品である必要はなく、図７に示すように、一枚のホルダ５０に電圧印加用プローブ５１と測定用プローブ５２の両者を植設したものであってもよい。分極度調整作業の際には、プローブ５１と５２が交互に電極パッド４３ａに接触するようにホルダ５０を移動させる。
【００２０】
図８は分極度調整装置４１のシステム全体を示す電気等価回路図である。図８に示すように、プローブ４６が電極パッド４３ａに接触すると、プローブ４６は直流電源５５に電気的に接続され、直流電圧印加回路を構成する。プローブ４８が電極パッド４３ａに接触すると、プローブ４８は外部から周波数掃引した信号が付加される交流電源５７及び電流計５８に接続され、Δｆ測定回路を構成する。このΔｆ測定回路は、共振周波数ｆｒで共振子１内に流れる電流が最大になり、反共振周波数ｆａで共振子１内に流れる電流が最小になるという性質を利用したものである。５６は保護抵抗であり、必ずしも必要なものではない。
【００２１】
コントローラ７１はプローブホルダ４５，４７を所定時間毎に交換させたり、交流電源５７に付加される信号の周波数掃引を実行させたり、電流計５８で得られた各共振子１のデータをメモリ７２に記憶させたり、あるいはＸ−Ｙロボット７３を制御するためのものである。
以上の構成の分極度調整装置４１を使用して圧電セラミック共振子１の分極度の調整方法を説明する。
【００２２】
複数組の端子４３のそれぞれに、仮分極して分極度が設計値より若干大きい共振子１をセットする。コントローラ７１からの制御信号に基づいて、測定用プローブホルダ４７が移動してプローブ４８を電極パッド４３ａに接触させる。次に、コントローラ７１によって交流電源５７に付加される信号の周波数が掃引されると共に、各電流計５８で共振子１を流れる電流値が測定される。得られた各共振子１の電流値データに基づいて、コントローラ７１内で周波数差Δｆが算出される。この各共振子１のΔｆの値がメモリ７２に記憶される。
【００２３】
次に、コントローラ７１からの制御信号に基づいて、測定用プローブホルダ４７が外され、替わりに電圧印加用プローブホルダ４５のプローブ４６が電極パッド４３ａに接触される。共振子１は、直流電源５５によって一定時間、直流逆電圧が印加される。こうして、共振子１のΔｆは小さくなり、設計値Δｆ0に近付く。
【００２４】
さらに、コントローラ７１からの制御信号に基づいて、電圧印加用プローブホルダ４５を外して、替わりに測定用プローブホルダ４７のプローブ４８を電極パッド４３ａに接触させた後、再び各共振子１のΔｆが測定され、メモリ７２に記録される。コントローラ７１内ではΔｆが公差内かどうかの判定がなされ、Δｆが公差内に入っている共振子１があれば、コントローラ７１からの制御信号に基づいて、Ｘ−Ｙロボット７３のアーム７４にて、この共振子１を端子４３から取り出した後（図９及び図１０参照）、未調整の共振子１が端子４３に挟持（すなわち、取り入れ）される。ただし、未調整の共振子１の取り入れは、調整済み共振子１の取り出しと同一時期に行なう必要はなく、数サイクル後のΔｆ測定時に行なってもよい。
【００２５】
アーム７４は、必らずしも共振子１の取り出しと取り入れに共用するものではなくてもよく、取り出し専用と取り入れ専用の二種類を準備して別々の動きをするものであってもよい。また、未調整の共振子１をストックする機構と調整済みの共振子１をストックする機構をアームに設け、調整済みの共振子１を端子４３から取り出した後、すみやかに未調整の共振子１を端子４３に挟持させるようにしてもよい。
【００２６】
Δｆが公差外の共振子１はそのままの状態に保たれる。Δｆが公差内に入っている共振子の取り出し作業と未調整共振子の取り入れ作業が完了すると、コントローラ７１からの制御信号に基づいて、測定用プローブホルダ４７を外して、替わりに電圧印加用プローブ４６を電極パッド４３ａに接触させる。共振子１は直流電源５５によって一定時間、直流逆電圧が印加される。こうして、共振子１のΔｆが公差内に含まれるまで電圧印加工程とΔｆ測定工程が繰り返される。
【００２７】
各共振子１はコントローラ７１によって個々に独立して分極度調整が行なわれる。従って、分極度調整のための電圧印加工程とΔｆ測定工程が繰り返されてゆくにつれて、絶縁性平板４２上の共振子１はランダムに取り出しと取り入れ作業が実行されることになる。共振子１の分極度のばらつきによって早く処理が終了するものもあれば、遅いものもあるからである。ただし、ある一定時間以上処理してもΔｆが公差内に入らない共振子１は強制的に取り出される。
【００２８】
［第３実施形態、図１１及び図１２］
図１１に示すように、第３実施形態の分極度調整装置５９は、絶縁性部材からなる一枚のホルダ６０に電圧印加及びΔｆ測定の両者に兼用される端子対６１が複数配設（ただし、図１１は１対のみ図示）されている。端子対６１はそのばね力によって共振子１を挟持することができる。端子対６１の一方の端部には電圧印加用リード線６２とΔｆ測定用リード線６３が接続されている。図１２に示すように、リード線６２はスイッチ６５を介して直流電源６６に接続され、直流電圧印加回路を構成している。リード線６３は、スイッチ６８を介して、外部から周波数掃引した信号が付加される交流電源６９及び電流計７０に接続され、Δｆ測定回路を構成している。このΔｆ測定回路は、共振周波数ｆｒで共振子１内に流れる電流が最大になり、反共振周波数ｆａで共振子１内に流れる電流が最小になるという性質を利用したものである。ただし、図１２中、６４は保護抵抗である。
【００２９】
コントローラ７１はスイッチ６５、６８のＯＮ、ＯＦＦ制御、交流電源６９の周波数掃引、あるいは、電流計７０で得られた各共振子１のデータをメモリ７２に記憶させたり、Ｘ−Ｙロボット７３を制御するためのものである。
この分極度強制装置５９は、コントローラ７１によって任意のタイミングでスイッチ６５，６８をＯＮ、ＯＦＦすることができるので、共振子１の取り出し、取り入れ作業に要する時間に合わせることができる。
【００３０】
［他の実施形態］
なお、本発明に係る圧電共振子の分極度調整方法及びその装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００３１】
ステップＳ１で、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの周波数差Δｆが、設計値Δｆ0より若干小さくなるように圧電セラミック共振子を仮分極処理した後、Δｆが所定の公差内に入るようにしてもよい。また、圧電セラミック共振子は３端子以上のものであってもよい。
さらに、分極度調整装置にあって、周波数差Δｆが公差内に入った共振子に対して、引き続き調整用直流電圧が印加されないような機構を備えておれば、前記実施形態の構成以外のものであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの周波数差Δｆが公差範囲内になるまで、Δｆの測定と圧電共振子への電圧印加が一定のサイクルで自動的に繰り返し行なわれるので、熟練を必要とすることなく狙いのΔｆに、すなわち、狙いの分極度に容易に調整することができ、圧電共振子の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電共振子の分極度調整方法の第１実施形態を示すフローチャート。
【図２】仮分極した圧電共振子のインピーダンス特性を示すグラフ。
【図３】本発明に係る圧電共振子の分極度調整装置の第１実施形態を示す概略構成図。
【図４】圧電共振子の共振点及び反共振点を測定するための電気回路図。
【図５】圧電共振子の共振点及び反共振点を測定するための別の電気回路図。
【図６】本発明に係る圧電共振子の分極度調整装置の第２実施形態を示す正面図。
【図７】プローブホルダの変形例を示す正面図。
【図８】図６に示した分極度調整装置全体のシステムを示す電気等価回路図。
【図９】圧電共振子を端子から取り出す手順を示す正面図。
【図１０】図９に続く手順を示す正面図。
【図１１】本発明に係る圧電共振子の分極度調整装置の第３実施形態を示す正面図。
【図１２】図１１に示した分極度調整装置全体のシステムを示す電気等価回路図。
【符号の説明】
１１…分極度調整装置
１２…搬送ベルト
１３…端子
２０，３０…Δｆ測定回路
Ａ…第１エリア
Ｂ…第２エリア
Ｃ…第３エリア
４１…分極度調整装置
４２…絶縁性平板
４３…端子
５９…分極度調整装置
６０…ホルダ
６１…端子対
７１…コントローラ
７２…メモリ
７３…Ｘ−Ｙロボット
【図１】
0003712014.tif 000002
【図２】
0003712014.tif 000003
【図３】
0003712014.tif 000004
【図４】
0003712014.tif 000005
【図５】
0003712014.tif 000006
【図６】
0003712014.tif 000007
【図７】
0003712014.tif 000008
【図８】
0003712014.tif 000009
【図９】
0003712014.tif 000010
【図１０】
0003712014.tif 000011
【図１１】
0003712014.tif 000012
【図１２】
0003712014.tif 000013