JP6515592B2

JP6515592B2 - 周波数フィルタ調整方法

Info

Publication number: JP6515592B2
Application number: JP2015042383A
Authority: JP
Inventors: 圭介山本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: JP2016163260A

Description

本発明は、周波数フィルタの損失値を調整する周波数フィルタ調整方法に関する。

近年のデジタルデータ通信における高速化・大容量化にともなって、より高性能かつ低コストの通信用機器の開発が求められている。通信分野の１つとして無線を用いた通信方法があり、高速・大容量の無線通信を実現するために、近く隣りあう周波数の電波どうしを分波するための機能部品として周波数フィルタが利用されている。この周波数フィルタの特性を調整するための技術には、より高精度な技術が求められる。特に高性能な周波数フィルタの特性調整においては、熟練した職人の技能を用いた微調整が行われている。高性能かつ低コストの周波数フィルタの開発・生産を実現するため、特性調整の自動化を行うことが考えられる。しかしながら、周波数フィルタに組み込まれた特性を調整する調整ねじの微調整にはμｍオーダの高精度が必要である。また、調整ねじの位置を固定するためのナットを締結する際にμｍオーダで調整した調整ねじの位置や姿勢を変化させることなく締結しなければならない。

そこで、周波数フィルタの特性調整を容易化する方法が考えられている（例えば、特許文献１，２参照）。
特許文献１には、周波数フィルタ本体とナットの間にスプリングワッシャを挟み、周波数フィルタ本体の調整ねじが通るタップ穴のめねじ加工部と調整ねじのおねじ加工部とのすき間をスプリングワッシャのばね力により解消することで特性調整を容易化する周波数フィルタの特性調整方法が記載されている。
また、特許文献２には、誘導体共振器に取り付けられたねじ固定プレートにねじ固定ナットを接触するまで回転させ、ねじ固定ナットの回転を止めた後、所定の周波数になるまで調整ねじを回転させ、最後にねじ固定ナットを締め付ける周波数調整機が記載されている。

特開平０７−４２７２２号公報特開平０５−２２６９１３号公報

しかしながら、近年の高性能な周波数フィルタに対しては、特許文献１に記載された方法では周波数フィルタを所望の特性に調整することが困難である。その理由は、調整ねじを固定するためのナットを締結するトルクを加えた際に、調整ねじが通るタップ穴と調整ねじとの間のすき間の変化に加えてタップ穴のめねじ加工部と調整ねじのおねじ加工部との間に弾性変形または塑性変形がμｍオーダで生じてしまうからである。高性能な周波数フィルタの調整ねじの調整にはμｍオーダの高精度が求められるため、変形がμｍオーダで生じてしまうと、その精度が高度なものではなくなってしまう。また、周波数フィルタ本体、周波数フィルタ本体に加工された調整ねじが通るタップ穴および調整ねじは、機械加工により製作されているが、それぞれに加工のばらつきがある。そのため、タップ穴と調整ねじとのすき間や弾性変形や塑性変形の様態にもばらつきが生じてしまうことも、所望の特性に調整することが困難な理由である。
また、特許文献２に記載された技術についても、所定の周波数になるまで調整ねじを回転させた後にねじ固定ナットを締め付けると、調整ねじの位置が変化してしまい、所望の周波数を得ることができなくなってしまうおそれがある。
このように、上述した技術においては、高性能な周波数フィルタの高精度な特性調整の自動化を実現することが困難であるという問題点がある。

本発明の目的は、上述した課題を解決する周波数フィルタ調整方法を提供することである。

本発明の周波数フィルタ調整方法は、
周波数フィルタに設けられたねじ穴にねじ込まれる調整ねじと、該調整ねじと嵌合するナットとを用いて前記周波数フィルタの損失値を調整する周波数フィルタ調整方法であって、
前記ナットの締結を解除した状態で、前記調整ねじを前記ねじ穴にねじ込み、前記周波数フィルタの損失値を測定する処理と、
前記損失値が最低値であるボトム値となったとき、前記ナットを締結する処理と、
前記ナットを締結する前の前記調整ねじの位置と、前記ナットを締結した後の前記調整ねじの位置とに基づいて、前記ナットを締結するときの前記調整ねじの位置を調節する処理とを行う。

以上説明したように、本発明においては、高性能な周波数フィルタの高精度な特性調整の自動化を実現することができる。

本発明の周波数フィルタ調整方法を実現するための周波数フィルタ調整機構の第１の実施の形態を示す図である。第１の実施の形態における周波数フィルタ調整方法の一例を説明するためのフローチャートである。第２の実施の形態における周波数フィルタ調整方法の一例を説明するためのフローチャートである。図３に示したステップＳ１３にて作成された損失特性曲線の一例を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）

図１は、本発明の周波数フィルタ調整方法を実現するための周波数フィルタ調整機構の第１の実施の形態を示す図である。図１は、調整ねじの回転軸および調整ねじを固定するためのナットの回転軸を通る断面図である。
本形態における周波数フィルタ調整機構は図１に示すように、回転機構１と、回転軸ずれ吸収機構２と、回転方向保持部品３と、調整ねじ用回転ビット４と、上下機構５と、回転機構６と、回転軸ずれ吸収機構７と、回転軸８と、回転方向保持部品９と、回転方向変換機構１０と、ナット用回転ビット１１と、上下機構１２と、コントローラ１３と、周波数フィルタ１４と、特性測定器１７とを有している。また、周波数フィルタ１４は、調整ねじ１５と、ナット１６とを具備している。

回転機構１は、例えばステッピングモータなどの電磁力を利用して回転角度を微調整可能な回転機構であっても良い。
回転軸ずれ吸収機構２は、互いにずれている２つの回転軸を連結して回転動作を伝達可能な機構部品であって、例えばカップリングなどの機構部品であっても良い。
回転方向保持部品３は、回転軸の回転動作を妨げることなく、回転軸のぶらつきを拘束可能な機構部品であって、例えばベアリングなどの機構部品であっても良い。
調整ねじ用回転ビット４は、回転軸ずれ吸収機構２を介して回転機構１と連結され、回転方向保持部品３により回転動作を拘束されている。また、調整ねじ用回転ビット４は、その先端部分を調整ねじ１５の先端部分と嵌め合うことにより、調整ねじ１５に回転動作を伝達可能な、例えばドライバービットなどの機構部品であっても良い。
また、回転機構１、回転軸ずれ吸収機構２、回転方向保持部品３および調整ねじ用回転ビット４は、上下機構５に連結され、上下方向の動作が可能である。
回転機構６は、例えばトルクモータなどの電磁力を利用して回転方向のトルクを調整可能な回転機構であっても良い。
回転軸ずれ吸収機構７は、回転軸ずれ吸収機構２と同様に、互いにずれている２つの回転軸を連結して回転動作を伝達可能な機構部品であって、例えばカップリングなどの機構部品であっても良い。
回転軸８は、回転機構６の回転動作を中継するための円筒形状の機構部品である。
回転方向保持部品９は、回転方向保持部品３と同様に、回転軸の回転動作を妨げることなく回転軸のぶらつきを拘束可能な機構部品であって、例えばベアリングなどの機構部品であっても良い。
回転方向変換機構１０は、互いに交差する２つの回転軸を連結して回転動作を伝達可能な機構部品であって、例えば傘歯車などの機構部品であっても良い。
ナット用回転ビット１１は、その先端部分をナット１６の外形部分と嵌め合うことにより、ナット１６に回転動作を伝達可能な機構部品であって、例えばソケットレンチに類する機構部品であっても良い。ナット用回転ビット１１は、回転軸ずれ吸収機構７を介して回転機構６と連結され、回転軸８と回転方向保持部品９と回転方向変換機構１０とを介して回転機構６の回転動作が伝達される。
また、回転機構６、回転軸ずれ吸収機構７、回転軸８、回転方向保持部品９、回転方向変換機構１０およびナット用回転ビット１１は、上下機構１２に連結され、上下方向の動作が可能である。
また、調整ねじ用回転ビット４は、その回転軸がナット用回転ビット１１の回転軸と一致するように、また、調整ねじ用回転ビット４は、ナット用回転ビット１１の内部を貫通して回転動作および上下動作を行うことができるように構成されている。
コントローラ１３は、回転機構１および回転機構６と接続されている。また、コントローラ１３は、回転機構１については回転角度（回転方向変位）、回転機構６については回転方向のトルクのそれぞれを制御する。また、コントローラ１３は、モータ等の回転機構を制御可能な装置であって、例えばシーケンサやＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）であっても良い。
周波数フィルタ１４は、本体部分と、周波数フィルタ１４の周波数特性を調整するための単数または複数の調整ねじ１５と、調整ねじ１５を固定するための単数または複数のナット１６とを具備している。
調整ねじ１５は、例えば上部に十字型の溝が形成された、なべ頭ねじなどであっても良いが、この限りではない。また、調整ねじ１５は、調整ねじ用回転ビット４の回転によって、周波数フィルタ１４に設けられたねじ穴にねじ込まれる。
ナット１６は、調整ねじ１５と嵌合するものであり、例えば外形が正六角形に加工されたナットなどであっても良いが、この限りではない。
周波数フィルタ１４は、調整ねじ１５を用いて周波数特性（周波数フィルタの損失値）が調整される。
特性測定器１７は、周波数フィルタ１４と接続され、調整ねじ１５を用いて調整された周波数フィルタ１４の周波数特性の測定を行う測定器である。特性測定器１７は、例えばネットワークアナライザなどの測定器であっても良い。
また、特性測定器１７とコントローラ１３とは互いに接続され、特性測定器１７が測定した周波数特性値のデータなどをコントローラ１３の内部に取り込むことが可能である。また、コントローラ１３は取り込んだデータに基づいて所定の演算を行い、その結果に基づいて回転機構１および回転機構６を制御することが可能である。

以下に、図１に示した機構を用いた周波数フィルタ調整方法について説明する。
図２は、第１の実施の形態における周波数フィルタ調整方法の一例を説明するためのフローチャートである。
まず、コントローラ１３が、ナット１６の締結を解除した状態で、回転機構１を介して調整ねじ用回転ビット４を回転させることで調整ねじ１５を周波数フィルタ１４に設けられたねじ穴にねじ込んでいく。そのとき、特性測定器１７が周波数フィルタ１４の損失値を測定する（ステップＳ１）。測定が開始されると、コントローラ１３は、特性測定器１７が測定した損失値が最低値であるボトム値となったかどうかを判定する（ステップＳ２）。
コントローラ１３が、特性測定器１７が測定した損失値が最低値であるボトム値となっていないと判定した場合、さらにコントローラ１３が回転機構１を介して調整ねじ用回転ビット４を回転させることで調整ねじ１５を周波数フィルタ１４に設けられたねじ穴にねじ込むように回転させる（ステップＳ３）。そして、再度ステップＳ１の処理を行う。
一方、コントローラ１３が、特性測定器１７が測定した損失値が最低値であるボトム値となったと判定すると、コントローラ１３が回転機構６を介して回転軸８を回転させることでナット１６を締結する（ステップＳ４）。
続いて、コントローラ１３が、ナット１６を締結する前の調整ねじ１５の位置と、ナット１６を締結した後の調整ねじ１５の位置とに基づいて、ナット１６を締結するときの調整ねじ１５の位置を調節する（ステップＳ５）。

このように、本形態においては、高性能な周波数フィルタの高精度な特性調整の自動化を実現することができる。
（第２の実施の形態）

以下に、本発明の周波数フィルタ調整方法の第２の実施の形態について説明する。本形態における周波数フィルタ調整方法を実現するための周波数フィルタ調整機構は、図１に示したものと同じである。
図３は、第２の実施の形態における周波数フィルタ調整方法の一例を説明するためのフローチャートである。
まず、コントローラ１３が、回転機構６を回転させることで、調整ねじ１５に組み込まれているナット１６の締結を解除する（ステップＳ１１）。このとき、コントローラ１３は、上下機構１２を動作させ、ナット用回転ビット１１の先端をナット１６に嵌合させ、回転機構６をナット１６の締結を解除する方向に一定量回転させる。続いて、コントローラ１３が、特性測定器１７が測定した周波数フィルタ１４の損失値に基づいて、損失値が最低値であるボトム位置を探索する（ステップＳ１２）。このとき、コントローラ１３は、上下機構５を動作させ、調整ねじ用回転ビット４の先端を調整ねじ１５に嵌合させ、回転機構１の回転角度を制御しながら回転させる。コントローラ１３は、損失値のボトム位置探索が完了したら、続いて、さらに回転機構１の回転角度を制御することで、損失ボトムの位置（回転角度）の前後方向に調整ねじ１５の回転角度を制御しながら調整ねじ１５を回転させる。その結果に基づいて、コントローラ１３は、調整ねじ１５の位置（回転角度）による特性損失値の相関を表す損失特性曲線を作成する（ステップＳ１３）。

図４は、図３に示したステップＳ１３にて作成された損失特性曲線の一例を示す図である。
損失特性曲線は図４に示すように、調整ねじ１５の位置である周波数フィルタ１４側の突出寸法（調整ねじ突出寸法）と特性損失値との相関を示すグラフとなる。

損失特性曲線が得られたら、コントローラ１３は回転機構１を回転させることで再度調整ねじ１５を回転させ、損失値がボトム値となる位置に調整ねじ１５を調整する（ステップＳ１４）。損失値がボトム値とならなければ、コントローラ１３は回転機構１を回転させることで再度調整ねじ１５を回転させ（ステップＳ１５）、損失値を取得する（ステップＳ１６）。
損失値のボトム値となる判定が得られ、調整ねじ１５の位置調整が完了したら、コントローラ１３は回転機構６を回転させることでナット１６の締結を行う（ステップＳ１７）。ナット１６の締結は、コントローラ１３が締結トルクを所定値に制御しながら回転機構６を回転させることで行われる。ナット１６の締結が完了したら、コントローラ１３はその時点での損失値を第１の損失値として特性測定器１７から取得する（ステップＳ１８）。このとき、ナット１６の締結により調整ねじ１５は、ナット１６の締結力に応じて引き上げられる方向へ動くため、調整ねじ１５の突出寸法が短縮する方向（図４における損失特性曲線の左方向）へ移動する。
コントローラ１３は、ナット１６の締結完了時の損失値に相当する調整ねじ１５の位置を損失特性曲線から読み取り、損失値のボトム位置（図４における（３）の位置）とナット１６の締結完了時の位置（図４における（４）の位置）との調整ねじ１５の突出寸法の寸法差分（図４における（５）の寸法）を算出する（ステップＳ１９）。続いてコントローラ１３は、算出された寸法差分（図４における（５）の寸法）の分を調整ねじ１５の損失値のボトム位置からねじ込む方向に回転させた場合の位置（図４における（６）の寸法）を推定し、推定した位置における損失値（図４における（７）の位置）を第２の損失値として損失特性曲線から算出する（ステップＳ２０）。
続いて、コントローラ１３は、一旦調整ねじ１５に組み込まれているナット１６の締結を、回転機構６を回転させることで解除する（ステップＳ２１）。
コントローラ１３は、回転機構１を回転させることで調整ねじ１５を回転させ、特性測定器１７が測定した損失値が、算出した第２の損失値となるまで調整ねじ１５を回転させる（ステップＳ２２〜Ｓ２４）。特性測定器１７が測定した損失値が、算出した第２の損失値となる判定が得られ、調整ねじ１５の位置調整が完了したら、コントローラ１３は、回転機構６を回転させることで再度ナットの締結を行う（ステップＳ２５）。
このようにナット１６の締結を最初のナット１６の締結時と同じトルク条件で行うことで、調整ねじ１５が損失値のボトム位置（図４における（８）の位置）に戻ることとなり、調整ねじ１５の調整およびナット１６による調整ねじ１５の固定を完了することができる。

このように、本形態においては、高性能な周波数フィルタの高精度な特性調整の自動化を実現することができる。

上述したように、本発明による周波数フィルタ調整方法は、調整ねじ１５を調整する回転機構１とナット１６を調整する回転機構６とを同軸に配置し、調整ねじ１５を調整する回転機構１は回転角度を高精度に制御し、ナット１６を調整する回転機構６はナット１６の回転方向のトルクを制御する機構を用いて行われる。また、それぞれの回転機構１，６を制御するコントローラ１３には、周波数フィルタ１４の周波数特性を測定する特性測定器１７が接続され、周波数フィルタ１４の周波数特性に応じて回転機構１，６の角度やトルクを調整することができる。調整ねじ１５を調整する回転機構１は１度未満の分解能で回転角度を制御できるため、周波数フィルタ１４の本体に挿入する調整ねじ１５の挿入寸法をμｍオーダで調整可能であり、周波数フィルタ１４の高精度な特性調整が可能である。また、ナット１６を調整する回転機構６に与えるトルクを周波数フィルタ１４の特性を計測しつつ任意に制御できるため、周波数フィルタ１４の特性に応じたナット１６の締結を実現することができる。

本発明の効果は、周波数フィルタ１４の特性を高精度に調整できることである。その理由は、調整ねじ１５の調整角度を１度未満の分解能で制御できるからである。また、調整ねじ１５を固定するナット１６を締結する際に、周波数フィルタ１４の特性を所望の値に調整することができる。その理由は、調整ねじ１５の突出寸法と周波数フィルタ１４の特性の相関を表す特性曲線を作成し、ナット１６の締結を行う前後での調整ねじ１５の位置変化を特性曲線により推定し、コントローラ１３によりナット１６を締結した際の調整ねじ１５の位置変化を演算により推定し、ナット１６を締結する回転機構６に与えるトルクを制御することができるからである。

上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）周波数フィルタに設けられたねじ穴にねじ込まれる調整ねじと、該調整ねじと嵌合するナットとを用いて前記周波数フィルタの損失値を調整する周波数フィルタ調整方法であって、
前記ナットの締結を解除した状態で、前記調整ねじを前記ねじ穴にねじ込み、前記周波数フィルタの損失値を測定する処理と、
前記損失値が最低値であるボトム値となったとき、前記ナットを締結する処理と、
前記ナットを締結する前の前記調整ねじの位置と、前記ナットを締結した後の前記調整ねじの位置とに基づいて、前記ナットを締結するときの前記調整ねじの位置を調節する処理とを行う周波数フィルタ調整方法。
（付記２）前記ナットの締結を解除した状態で、前記調整ねじを前記ねじ穴にねじ込み、前記周波数フィルタの損失値を測定することで、前記調整ねじの位置である突出寸法と前記損失値との相関を示す損失特性曲線を作成する処理と、
前記損失値が前記ボトム値となったときに前記ナットを締結した後、第１の損失値として前記損失値を測定する処理と、
前記第１の損失値と前記損失特性曲線とから、前記損失値が前記ボトム値となったときの前記突出寸法と、前記損失値が前記第１の損失値となったときの前記突出寸法との寸法差分を算出する処理と、
前記寸法差分と前記損失特性曲線とから、第２の損失値を算出する処理と、
前記第１の損失値を測定した後、前記ナットの締結を解除する処理と、
前記調整ねじを、前記損失値が前記第２の損失値になるまでねじ込む処理と、
前記損失値が前記第２の損失値となった後、前記ナットを締結する処理とを行う、付記１に記載の周波数フィルタ調整方法。

１，６回転機構
２，７回転軸ずれ吸収機構
３，９回転方向保持部品
４調整ねじ用回転ビット
５，１２上下機構
８回転軸
１０回転方向変換機構
１１ナット用回転ビット
１３コントローラ
１４周波数フィルタ
１５調整ねじ
１６ナット
１７特性測定器

Claims

周波数フィルタに設けられたねじ穴にねじ込まれる調整ねじと、該調整ねじと嵌合するナットとを用いて前記周波数フィルタの損失値を調整する周波数フィルタ調整方法であって、
前記ナットの締結を解除した状態で、前記調整ねじを前記ねじ穴にねじ込み、前記周波数フィルタの損失値を測定することで、前記調整ねじの位置である突出寸法と前記損失値との相関を示す損失特性曲線を作成する処理と、
前記損失値が、前記損失値が最低値であるボトム値となったときに前記ナットを締結した後、第１の損失値として前記損失値を測定する処理と、
前記第１の損失値と前記損失特性曲線とから、前記損失値が前記ボトム値となったときの前記突出寸法と、前記損失値が前記第１の損失値となったときの前記突出寸法との寸法差分を算出する処理と、
前記寸法差分と前記損失特性曲線とから、第２の損失値を算出する処理と、
前記第１の損失値を測定した後、前記ナットの締結を解除する処理と、
前記調整ねじを、前記損失値が前記第２の損失値になるまでねじ込む処理と、
前記損失値が前記第２の損失値となった後、前記ナットを締結する処理とを行う周波数フィルタ調整方法。