JP2003143697A - ボルト締めランジュバン振動子の製造方法 - Google Patents
ボルト締めランジュバン振動子の製造方法Info
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Abstract
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
造方法を提供すること。 【解決手段】 ボルト締めランジュバン振動子11の製
造方法において、ランジュバン振動子11を構成する圧
電素子15の静電容量値を基準としてボルト締めを行う
ようにしている。
Description
ュバン振動子の製造方法に関する。
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。
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。
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。
94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。
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。
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
子の製造方法を提供することにある。
めランジュバン振動子の製造方法は、ボルト締めランジ
ュバン振動子の製造方法において、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基準としてボルト締
めを行うことを特徴とする。
静電容量は押圧力に比例することを利用して、圧電素子
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。
動子の製造方法は、請求項1記載のランジュバン振動子
の両電極間に、ダイオードを互いに逆向き並列に接続し
たものに抵抗を付加した整流回路を接続し、この整流回
路の両端に上記圧電素子の静電容量値を測定するための
容量計を接続したことを特徴とする。
の際、圧電素子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が破壊されることを未然に防止する
ことができる。
動子の製造方法は、請求項2記載のランジュバン振動子
をボルト締めする際の上記圧電素子の電歪効果により上
記ランジュバン振動子の両電極間に発生する電圧をVe
ff、上記整流回路の許容電流をImaxとした場合
に、上記整流回路のインピーダンスをVeff/Ima
x<整流回路のインピーダンス<容量計のインピーダン
スとなるように設定したことを特徴とする。
Imax<整流回路のインピーダンスにしたので、Ve
ff/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V
eff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。
動子の製造方法は、請求項3の容量計は測定信号電圧を
上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上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、上記整流回路
を構成するダイオードの順方向電圧降下は上記測定信号
電圧より大きいことを特徴とする。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
素子15、+電極板17a、圧電素子15、−電極板1
8a、圧電素子15、+電極板17b、…、圧電素子1
5、−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1
4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1
8a〜18cを挟んで同じ極面が対向するように積み重
ねられる。
裏打板19の円形底面の中心部に刻まれている雌ねじ2
0に螺合されている。
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。
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。
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1
7a〜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。
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2.5
V、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0.1m
Ωである。
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〜17
c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1
4に軽くねじ込み仮止めする。
及び電圧検出プラス端子23を振動子11の+電極板1
7a〜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。
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。
信号を発信させる。次に、裏打板19をレンチで締め付
ける。
1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。
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。
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1
0〜20Ωである。
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。
Ω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、Vef
f/整流回路のインピーダンスはランジュバン振動子1
1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Im
ax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2
6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。
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2
6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。
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。
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。
える影響を抑えることができる。
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。
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。
の整流回路26として使用した場合にも、Veff/I
max=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。
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。
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
振動子の製造方法を提供することができる。
ュバン振動子の製造方法に使用される装置の構成図。
図。
す図。
法を説明するための図。
Claims (4)
- 【請求項1】 ボルト締めランジュバン振動子の製造方
法において、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】 上記ランジュバン振動子の両電極間に、
ダイオードを互いに逆向き並列に接続したものに抵抗を
付加した整流回路を接続し、この整流回路の両端に上記
圧電素子の静電容量値を測定するための容量計を接続し
た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】 上記ランジュバン振動子をボルト締めす
る際の上記圧電素子の電歪効果により上記ランジュバン
振動子の両電極間に発生する電圧をVeff、上記整流
回路の許容電流をImaxとした場合に、 上記整流回路のインピーダンスをVeff/Imax<
整流回路のインピーダンス<容量計のインピーダンスと
なるように設定したことを特徴とする請求項2記載のボ
ルト締めランジュバン振動子の製造方法。 - 【請求項4】 上記容量計は測定信号電圧を上記ランジ
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
ることにより上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、上記整流回路を構成する
ダイオードの順方向電圧降下は上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方法。
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