JPH0681359B2

JPH0681359B2 - ランジユバン型振動子の共振状態監視法

Info

Publication number: JPH0681359B2
Application number: JP27328987A
Authority: JP
Inventors: 利治野木; 照夫山内; 宜茂大山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH01115483A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電気振動を機械振動に変換する電歪素子と、
この機械振動を増幅するホーンとを備えてなるランジユ
バン型の振動子に係り、特にその振動子の共振状態を監
視する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

いわゆるランジユバン型の振動子は、液体の微粒化、工
作物の加工等種々の分野にて広く利用されている。この
種の振動子は、電歪素子に所定の周波数で入力される電
気振動を機械振動に変換しつつホーンに共振状態で伝達
して、機械振動の増幅を行なうものであるが、振動子の
負荷等が変わると振動子全体の共振周波数がずれるた
め、共振状態を監視して、共振されているか否かを判別
し、共振周波数に変動が生じている場合には、常に電歪
素子に変動後の共振周波数の電圧を印加する必要があ
る。例えば、内燃機関等の燃料供給装置（燃料噴射弁）
に用いられる振動子は、ホーンに燃料が付着して振動子
の負荷（重量）が変化したり、電歪素子の経時的変化に
より共振周波数がずれることもある。そこで、従来は例
えば特公昭50−11781号，特開昭51−135635号公報等に
開示されるように振動子に入力する電流の変化や、ホー
ンにモニタ用の電歪素子を貼り付け、この電歪素子の出
力電圧の変化状態から、振動子の共振状態の変化を監視
していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらの従来の共振状態監視法の中で、ホーンに電歪素
子を貼り付ける方式のものは、振動子の機械的変位（機
械振動の振幅）を直接検知するために、共振状態判別法
としては特に有交なものであるが、電歪素子を貼り付け
る工数が増えるのでコスト高となり、また電歪素子をホ
ーンに接着剤等で貼り付けるので、高温環境下（例えば
エンジンルーム内）で使用する場合には接着剤の熱劣化
により剥離したり、接着性が不充分となつて検出電圧が
充分に取り出すことができない事態が生じる等の改善す
べき点があつた。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、振動子の機械的変位を直接検知して
共振状態の監視精度を高めると共に、監視素子として使
用されるモニタ用電歪素子の取付を容易に且つ使用環境
が厳しい条件の下でも適正な取付状態を保持できるラン
ジユバン型振動子の共振状態監視法を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、所定の周波数電圧を印加して機械振動を励
起する電歪素子と、前記電歪素子の機械振動が伝達され
る振動増幅用のホーンとを備え、前記電歪素子に印加さ
れる電圧の周波数と前記ホーンの共振周波数とが一致す
ると、機械的な共振状態となるランジュバン型の振動子
の、機械的変位を検出して該振動子の共振状態を監視す
るランジュバン型振動子の共振状態監視法において、前
記電歪素子として複数の電歪素子を積層してなる積層型
電歪素子を使用し、この積層型電歪素子の少なくとも１
つの電歪素子に電圧を印加しないで、この非電圧印加電
歪素子をモニタ用電歪素子とし、このモニタ用電歪素子
に前記振動子の機械振動を加えて該機械振動に比例する
出力電圧を発生させると共に、この出力電圧の振幅の大
きさから前記振動子の共振状態を監視することで達成さ
れる。

〔作用〕

ランジユバン型振動子の機械振動源として積層型電歪素
子を使用しつつ、この積層型電歪素子の少なくとも１つ
の非電圧印加状態のモニタ用電歪素子とする。このモニ
タ用電歪素子に振動子の機械振動を伝達すれば、モニタ
用電歪素子にてこの機械振動に比例した出力電圧（電気
振動）が発生する。このモニタ用電歪素子の出力電圧の
振幅は、振動子全体すなわち積層型電歪素子とホーンと
が共振状態で振動した時に最大値となる。従つて、本発
明の如くモニタ用電歪素子の出力電圧の振幅の大きさ、
具体的には、このモニタ用の出力電圧が最大値にあるか
否かを判別すれば、振動子が共振状態にあるか否か知る
ことができる。

そして、この共振状態監視法を用いれば、振動子負荷の
変化に起因する振動子の共振状態の変動ひいては積層型
電歪素子に印加すべき電圧の共振周波数の変動を知るこ
とができ、更にこの共振状態監視法を応用して振動子の
機械振動源（積層型電歪素子）に印加される電圧の変動
後の共振周波数を周波数可変制御により探し出すことが
可能となる。

また、本発明によれば共振状態監視用のモニタ用電歪素
子を積層型電歪素子の一部を用いて構成できるので、モ
ニタ用電歪素子の取付作業の簡便化を図り得、しかも、
モニタ用電歪素子をボルト，ナツトその他適宜の固着手
段の締付けで積層型電歪素子と共にホーンに堅固に取付
けることができ、使用環境が厳しい条件の下でも、モニ
タ用電歪素子に剥離が生じることなく適正な取付状態を
保持し得る。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第17図は本発明の共振状態監視法を適用したランジユバ
ン型振動子の共振周波数制御システムの具体例を示すブ
ロツク図で、共振周波数制御システムは、マイクロコン
ピユータ1,周波数制御手段2,電圧増幅手段3,振動子4,振
幅検出手段５から構成される。

この共振周波数制御システムの全体的な動作を説明する
に先立ち、各構成要素の内容について詳述する。

先ず、振動子４の構造について第１図ないし第５図に基
づき説明する。

振動子４は、ホーン６と積層型電歪素子７よりなるラン
ジユバン型の振動子で、本実施例における振動子４は、
燃料噴射を行う燃料噴射弁として利用される。この燃料
噴射弁は、近年自動車の内燃機関の燃料供給用として開
発されたもので、その動作は後述する。ホーン６の一端
には積層型電歪素子７がボルト16によつて固定されてい
る。積層型電歪素子７は、多数の電歪素子７′を積層し
てなり、積層型電歪素子７の一部に電圧印加用電極10,1
1,モニタ電極12,モニタ用電歪素子（振幅検出手段）５
等が組込まれる。積層型電歪素子７は、第２図の分解断
面図に示すように、各電歪素子７′を正電極面同士及び
負電極面同士向かい合わせた状態で重ね合わせてある。
第３図は各電歪素子７′の両面及び側面を表わし、同図
に示すように電歪素子７′は中心にボルト貫通孔13を有
する円盤形を呈し、その両面には電極用の銀電極18が塗
られている。銀電極18の片側は正電極であり、もう片側
は負電極になつている。これらの各電極には、銀電極の
処理をしない切かき19を設ける。切かき19の位置は、正
電極側と負電極側の切かき19同士が互いに対向しないよ
うに配置され、また各電歪素子７′の側面にも切かき19
に対応する位置に銀電極18a,18bが設けてある。そし
て、これらの各電歪素子７′を第４図に示すように各電
歪素子７′の正電極同士、負電極同士及び正電極側の切
かき同士、負電極側の切かき同士を向かい合わせて重な
る。このようにして積層された電歪素子７′は、第５図
に示すように銀電極18a,18bが夫々一連となつた状態で
重なり合い、この状態で切かき部19の側面を半田のよう
な導伝性材料でつなぐことによつて、各電歪素子７′の
正電極及び負電極同士を干渉させることなく接続するこ
とができる。次に第１図に戻り、振動子４全体の構成に
ついて説明すると、積層型電歪素子７の一部に共通の電
圧印加用の正電極10を介在し、他端に共通の負電極11を
設けてある。電極10,11は、例えばりん青銅板で構成さ
れる。また、ホーン６も負電極に接地されている。

モニタ用電歪素子５は、電圧が印加されない状態で積層
型電歪素子７の一部に組込まれ、また、本例では、一対
よりなる。このモニタ用電歪素子５は、構造的には電歪
素子７′と同様の構造でモニタ用電極12と共に負電極11
と当て板８及びナツト９の間に介在される。モニタ用電
極12は電歪素子５の正電極を向かい合わせた面に介在さ
れ、リード線25を介して外部に電気的に引出されてい
る。しかして、積層型電歪素子7,モニタ用電歪素子5,各
電極10〜12を重ね合わせた状態で、これらの要素を慣通
穴20を介してホーン６側に設けたボルト16に挿通させ、
当て板８を介してナツト９によつて締め付ける。ホーン
６の他端は、先端に近づくにつれて細くなつており、そ
の内部には、燃料通路6aが設けられている。通路6aの一
部には、直径4mmの鋼製のボール弁14及びばね15が内蔵
され、ボール弁14はばね15により弁シート6b側に付勢さ
れて、電歪素子７が非印加状態にある時には、閉じられ
ている。電極10及び11に周波数電圧を印加すると、積層
型電歪素子７に変位が生じ、その変位はホーン６で拡大
され、ホーン６の先端に比較的大きな振幅の変位が発生
する。特に印加電圧の周波数とホーン共振周波数例えば
30KHzを一致させると、振動子全体が共振状態となり、
ホーン先端側に数10ミクロンの振幅を得ることができ
る。ホーン６に設定以上の充分な振動が生ずると、ボー
ル弁14が浮上し、通路6aが開く。このボール弁14の浮上
の原理は、ばね15にホーン６を介して共振周波数の強い
振動が加わる。この加振時にばねに座屈現象が生じ、こ
の現象及びボール弁14とシート部6b間に通路中の加圧燃
料が潜り込もうとする力の相乗効果により生じるものと
解される。このような弁開動作により、ホーン６一端か
ら通路6aを介して加圧燃料が噴射される。ここで、燃料
に加わる圧力は、例えば１〜3kg/cm²、各電歪素子７′
に印加される電圧は±75ボルト程度である。

積層型電歪素子７の変位をホーン６に有効に伝えるた
め、積層型電歪素子７とホーン６を密着させる必要があ
る。そのため、ホーン６を数10kg/cm²以上のトルクで締
めつける。

次に第17図により、上記構成をなすランジユバン型振動
子４を用いた共振周波数制御システムの全体的動作を説
明する。

振動子４は、前述したように積層型電歪素子７の各素子
７′に所定の周波数電圧を印加することにより機械振動
を励起し、この機械振動をホーン６に伝達して増幅する
もので、ホーン６の振幅値を最大とするには、積層型電
歪素子７とホーン６との共振周波数を一致させて振動子
全体を共振状態にする必要がある。ところで、振動子４
の共振周波数はホーン６等の燃料噴射部に燃料が付着す
るとその質量により振動子の負荷が変化し、ひいては振
動子４の共振周波数が変動するので、常に振動子４の共
振状態を監視し、共振周波数がずれた場合には、この変
動後の共振周波数をサーチして電歪素子７′を印加する
必要がある。

本実施例では、振動子４の共振状態の監視をモニタ用電
歪素子５及びマイクロコンピユータ１により行なう。す
なわち、モニタ用電歪素子５に振動子４の機械振動を印
加すれば、機械振動（振幅）の大きさに比例した出力電
圧をモニタ用電歪素子５から取出せる。このモニタ用電
歪素子５の検出電圧がマイクロコンピユータ１にデータ
として入力されて、後述するようにマイクロコンピユー
タ１にて振動子４が共振状態にあるか否かその変動状態
が監視され、その後、共振周波数がずれている場合に
は、周波数制御手段２が振動子４の積層型電歪素子７に
印加すべき電圧が共振周波数となるように調整する。

ここで、マイクロコンピユータ１の動作に先立ち電歪素
子の特性について第11図〜第16図に基づき説明する。

第11図（ａ）に電歪素子に電圧Ｖ_outを加えた場合の、
電圧Ｖ_outと電歪素子の機械的な変位Δｌの関係を示し
た。電圧Ｖ_outを大きくすると、ほぼ直線的に変位Δｌ
が大きくなる。第11図（ｂ）は、電歪素子に機械的な力
を加え、電歪素子を変形させたときに、電極に発生する
電圧Ｖ_ｍと変位−Δｌの関係を示した。電歪素子に圧縮
力を加えると電歪効果により正電圧が発生する。

Ｖ_ｍと−Δｌの関係はほぼ直線的である。

第12図には、本実施例の如く積層型電歪素子７に周波数
印加電圧Ｖ_outを加えた時の電歪素子７及びモニタ用電
歪素子５の変位Δｌと、モニタ用電歪素子５の変位Δｌ
に対応するモニタ電圧Ｖ_ｍの時間的変化と示した。Ｖ
_outを時間的に正負に例えばサインカーブで変化させ
る。Ｖ_outが大きくなると、電歪素子の変位Δｌも大き
くなる。Δｌが大きくなると、モニタ用の電歪素子には
圧縮力が加わり、負の変位を生じ正の電圧が発生する。
Ｖ_outが小さくなる場合では、その逆である。従つて、
Ｖ_ｍの変化によつて、電歪素子の変位Δｌを求めること
ができる。

第13図は第12図に比べて、大きな振幅の電圧を加えた場
合である。Ｖ_outが負の方向の変化に対しては、Δl,V_ｍ
の変化が直線的でない。これは、電歪素子の特性で、負
電圧の大きな変化に対してΔｌの変化が直線的でないこ
とによる。この場合でもＶ_outの正方向の変化に対して
は、Δl,V_ｍの変化は直線的に変化するので、Ｖ_ｍによ
つてΔｌを知ることができる。

第14図はＶ_outをパルス波形で変化させた場合のＶ_out、
Δl,V_ｍの時間的変化を示した。この場合でもＶ_ｍによ
つてΔｌを知ることができる。

第15図にホーンが共振していないときの電歪素子の変位
Δｌとホーンの変位Δｌ_ｈの時間的変化を示した。Δｌ
が大きくなるにしたがい、Δｌ_ｈも大きくなる。すなわ
ち、ホーンが共振していない場合でも、Δｌがわかれば
Δｌ_ｈを知ることができる。

第16図（ａ）にホーンが共振しているときの、積層型電
歪素子７への印加電圧の周波数とホーンの振幅Ａ_lh、
積層型電歪素子の変位の振幅Al及びモニタ用電歪素子の
モニタ電圧Ａ_Vmの振幅の関係を示した。共振周波数_Ｒ
において、Ａ_lh,A_Vmが大きくなる。これは、ホーンの変
位によつて、モニタ用の電歪素子が変形するためであ
る。すなわち、モニタ電圧Ａ_Vmが最大となるように印加
電圧周波数を制御すれば、Ａ_lhを最大にすることがで
きる。なお、第16図（ｃ）に示すように積層型電歪素子
自身の変位（振幅）は、印加電圧の振幅に比例するの
で、印加電圧の周波数の影響を受けない。

ここで、マイクロコンピユータ1,周波数制御手段２及び
電圧増幅手段３の動作について第18図，第19図に基づき
説明する。

第18図は積層型電歪素子７に印加される電圧Ｖ_outの周
波数制御ルーチンのフローチヤートである。マイクロコ
ンピユータ１は、初期設定として、ステツプ100にて制
御ルーチンのためのカウンタｉを０とする。次にステツ
プ101にて制御ルーチンｉをインクリメントする。ｉが
インクリメントされる毎に、振動子４の振幅検出手段
（モニタ用電歪素子）５で発生する出力電圧Ｖ_ｍからモ
ニタ電圧Ｖ_mi,jを数点から数100点サンプルし、サンプ
ルした中のモニタ電圧Ｖ_mi,jの最大値と最小値の差から
モニタ用電歪素子５の出力電圧Ｖ_ｍの振幅Ａ_miを求める
（ステツプ102,103）。ここで、Ａ_miは、Ａ_mi＝（Ｖ_mi,j）_max−（Ｖ_mi,j）_min で表わされる。第19図は、ステツプ102及び103の状態を
波形により表わしたもので、同図に示すように１点のモ
ニタ電圧Ｖ_mi,jをサンプリングする時間をΔtsとし、こ
のサンプリング時間Δtsを１〜100μｓの中から設定す
る。

例えば、Δtsを100μｓとし、１回当りの制御ルーチン
でモニタ電圧Ｖ_mi,jを100点サンプルして、Ａ_miを求め
るとすれば、サンプリングする時間は、 100μｓ×100＝10ms 必要である。

それゆえ、周波数のサーチは10ms毎に行われることにな
る。これは、燃料流量の変化に比べて同じ程度であるの
で、充分に負荷の変動に応じて制御しうることを示して
いる。周波数のサーチをさらに早く行いたい場合は、Δ
tsを10μｓのように小さくするか、サンプル数を10点程
度に少なくすればよい。

また、負荷の変動が小さい場合には、周波数のサーチの
時間を長くすることも可能であり、またある時間ごとに
インターバルをおいて、サンプルを行ない、周波数のサ
ーチを行つてもよい。一例をあげれば、Δtsを100μ
ｓ、サンプル数を100点とし、インターバルを1000μｓ
とする。第19図のＡ_m1,A_m2，……Ａ_mi−１,A_miは、制御
ルーチンがインクリメントｉされる毎にモニタ電圧Ｖ
_mi,jより求めた出力電圧Ｖ_ｍの振幅である。そして、ス
テツプ104,106にて制御ルーチン毎に現在のＡ_miと前回
サンプルしたＡ_mi−１と比較し、Ａ_miが大きくなつてい
れば、印加電圧の周波数をホールドする（ステツプ10
9）。またＡ_miがＡ_mi−１と同等の場合には、そのＡ_mi
が制御ルーチンｉの繰返しで既に最大の域と判明されて
いれば周波数が同じくホールドされる。Ａ_miが減少し
ていれば、をΔだけインクリメントする（ステツプ
107）。すなわち、を変えて次の制御ルーチンｉにて
再びモニタ電圧Ｖ_mi,jをサンプルし、再び共振周波数が
見つかるまで制御ルーチンｉごとに共振周波数をサーチ
する。ここで、サーチのために可変制御される周波数
が、サーチ周波数の設定上限値_Ｕまでに達すれば、ス
テツプ105,108を介してを設定下限値_Ｌまで戻し、
再び、にΔをインクリメントして共振周波数のサー
チを行なう。_Ｌは振動子の初期設定の共振周波数より
小さく設定し、_Ｕは振動子の初期設定の共振周波数よ
り大きく設定し、共振周波数に変動が生じた場合に
は、_Ｕ〜_Ｌの範囲内で変動数の共振周波数をΔ
のインクリメントによりサーチできるようにしてある。

たとえば、基準の共振周波数が30kHzであれば、_Ｕを3
5kHz,_Ｌを25kHz,Δを0.1kHzに設定する。

このようにしてマイクロコンピユータ１が、モニタ用電
歪素子５の出力電圧Ｖ_ｍの振幅の大きさにより、振動子
４が共振状態にあるか歪か、ひいては積層型電歪素子７
が共振周波数で印加されているかを判別する。そして、
本実施例では、この共振状態監視法を利用して、印加す
べき共振周波数がずれた場合には、マイクロコンピユー
タ１及び周波数制御手段２の周波数調整動作を介して、
積層型電歪素子７に印加すべき変動数の共振周波数をサ
ーチし、この共振周波数電圧を振動子４の積層型電歪素
子７に印加する。

以上のように本実施例によれば、積層型電歪素子７にモ
ニタ用の非電圧印加状態の電歪素子５を組込むことによ
り、振動子の機械振動の変動状態を直接検出できるの
で、振動子の共振状態監視精度を高めることができ、更
にこの振動子の共振状態の監視を通して積層型電歪素子
に印加すべき電圧の共振周波数を負荷の変動に対応して
高精度に制御でき、例えば燃料噴射弁の如き振動子応用
機器の性能の向上化を図ることができる。

更に、モニタ用の積層型電歪素子は、積層型電歪素子の
一部に容易に組込めるので、振動子の共振状態監視手段
の組立作業工数の簡略化を図り、しかもモニタ用積層型
電歪素子５は、ボルト，ナツト等の固着手段で積層型電
歪素子７と共に重ね合わせ状態で取付けることができる
ので、使用環境の厳しい条件で使用しても、機能を損う
ことのなく、この種共振状態監視手段の耐久性を向上さ
せることができる。

第20図は、本発明の他の実施例を示すシステム構成図
で、既述した第１実施例と同一符号は、同一或いは共通
する要素を示すものである。本実施例は、第１実施例の
システムに更に位相制御手段30を付加したものである。
ここで、位相制御手段30を設けたのは、振動子の共振状
態を保つには、振動子４の出力たる機械振動（換言すれ
ばモニタ用電歪素子５の出力電圧Ｖ_ｍ）と振動子４の積
層型電歪素子７に印加すべき共振周波数電圧Ｖ_outの位
相差θを零にする必要があるためである。すなわち、共
振周波数電圧の増幅系は、位相特性をもつており、Ｖ_ｍ
とＶ_outに位相差が生じることもあるので、θが零とな
るようにＶ_outの位相を制御する。

このような位相制御は、マイクロコンピユータ１の位相
監視動作と位相制御手段30の位相制御実行動作により行
なうもので、第21図（ａ）にその位相制御フローチヤー
トを示す。

本実施例において、共振周波数電圧の位相制御を行なう
場合には、先ず制御のためのルーチンカウンタｉを零と
し（ステツプ200）、次にｉをインクリメントして行な
う（ステツプ201）。

そして、ステツプ202にて、マイクロコンピユータ１が
モニタ電圧Ｖ_ｍ及び印加電圧Ｖ_outの値を１周期サンプ
ルし、ステツプ203にてＶ_ｍとＶ_outの位相を比べる。Ｖ
_ｍとＶ_outの位相差θが零であれば、Ｖ_outの共振周波数
の位相を現状態にホールドする（ステツプ205）。ま
た、位相差がＶ_ｍ＞Ｖ_outであれば、ステツプ206にて位
相差θが零となるようにＶ_outの位相進み制御がなさ
れ、位相差がＶ_ｍ＜Ｖ_outであれば、ステツプ207にて位
相差θが零となるようにＶ_outの位相遅れ制御がなされ
る。この位相差の監視、位相制御の必要性の判断及び位
相制御量の演算は、マイクロコンピユータ１が行ない、
この演算値に基づき位相制御手段30が位相制御を実行す
る。本実施例では、制御ルーチンの位相進み量，位相遅
れ量の一回当りの加算量を設定し、位相差θが零となる
まで、制御ルーチンｉをインクリメントして位相制御が
なされる。

例えば、Ｖ_outとＶ_ｍを一致させるため、Ｖ_outの位相を
進める場合には、とすればよい。ｋは定数である。そして、このＶ
_outを、マイクロコンピユータ１の位相差制御演算のた
めデジタル値に換算すれば、Ｖ_outi＝Ｖ_outi＋GAIN（Ｖ_outi−Ｖ_outi−１）となり、このようにして、位相を進める。GAINは位相の
進み量を決める定数である。すなわち、θ＝０となるま
で、GAINを変化させる。

逆にＶ_outの位相を遅らせる場合には、Ｖ_out＝Ｖ_out＋ｋ∫Ｖ_outdt とすればよい。ｋは定数である。これをデジタル値に換
算すれば、のようにして、位相を遅らせる。GAINは位相の遅れ量を
決める定数である。すなわち、θ＝０となるまで、GAIN
を変化させる。またｎはたとえば10〜100とする。

本実施例によれば、前述した第１実施例の効果に加え
て、振動子４を印加する電圧の増幅系に位相特性があ
り、共振周波数Ｖ_outとモニタ電圧Ｖ_ｍとの間に位相差
の変動が生じても、これを自動的に一致するように位相
補正するので、振動子の共振状態を更に確実に保持する
ことができる。

第22図は上記位相制御手段30の具体的回路の構成例を示
すもので、その動作波形を第23図に示す。第22図及び第
23図を用いて、前述した位相制御動作の具体例を説明す
る。

第22図に示す各段のトランジスタＴ_r1,T_r2,T_r3,T_r4は、
振動子４の積層型電歪素子７を印加する電圧Ｖ_outの増
幅用トランジスタ、T₁,T₂,T₃はトランスを示す。これら
の増幅素子で構成される増幅手段３は、既に共振周波数
にセツトされた電圧Ｖ_outを増幅して、振動子の積層型
電歪素子７に印加して振動子に機械振動を励起させてい
る。そして、積層型電歪素子７に組込んだモニタ用の電
歪素子５の信号Ｖ_ｍを増幅器の入力端子３′に加えると
共に、積層型電歪素子７に加える印加電圧Ｖ_outと上記
信号（モニタ電圧）Ｖ_ｍが位相モニタ手段１′に送られ
る。ここで、増幅器の入力端子３′に入るモニタ信号Ｖ
_ｍは、Ｔ_r1〜Ｔ_r4及びT₁〜T₃を経て増幅されて、再び積
層型電歪素子７に帰還入力（印加）される。この電圧Ｖ
_ｍの振幅は、振動子に加わる負荷（たとえば燃料流量）
の変動によつて、たえず増減して変動するので、そのま
ま入力端３′に加えると、振動子の入力パワーもたえず
変動する。この変動をおさえるために、入力端に入つて
いるRD5Aのツエナーダイオード31によつて帰還入力電圧
の上限をおさえる〔第23図（Ｉ）〕。またＴ_r3のトラン
ジスタの後にあるツエナーダイオード32によつてＴ_r4の
入力が帰還入力変動に関係なく一定になるように、リミ
ツターとする〔第23図（II）〕。

Ｔ_r4の出力回路は、振動子の機械共振周波数に同調する
LC回路になつている。リミツターのかかつた矩形波に近
い電圧Ｖ_out１は、この段で正弦波の一定振幅Ｖ_out２に
増幅される〔第23図（III）〕。そして次段の駆動段で
Ｖ_out３にさらに増幅され〔第23図（IV）〕、出力トラ
ンスT₃を通して振動子にＶ_outが印加される。

このような増幅系にて増幅回路自身が位相差を有するた
め、印加電圧Ｖ_outとモニタ電圧Ｖ_ｍとに位相差が生じ
るが、本実施例では、この位相差θを位相差モニタ手段
１′で監視し、位相差θが生じている場合には、増幅回
路30に組込まれた位相調整回路30の可変抵抗Ｖ_R1を調整
して、位相差が零となるように調整する。位相調整回路
30は、Ｖ_R1とコンデンサＣとの組合わせよりなる。

次に上記各実施例に使用される積層型電歪素子の他の具
体的態様を第６図〜第10図に基づき説明する。なお、図
中、第２図の積層型電歪素子（第１態様例）と同一符号
は、同一或いは共通する要素を示す。

第６図は積層型電歪素子７の第２態様例を示すもので、
本例では、振幅モニタ用の電歪素子として、第１態様例
の如き１対の電歪素子5,5を用いるかわりに、１つの電
歪素子５を使用し、モニタ用電歪素子５の正電極と絶縁
体20の間にモニタ用電極12を介在して、モニタ電圧Ｖ_ｍ
を取出すようにしたもので、このような構成では、モニ
タ用電歪素子５が一つで良いので、コストの低域を図り
得る。

第７図は積層型電歪素子７の第３態様例を示すもので、
本例は、上記第２態様例の電歪素子積層構造に加えて、
積層型電歪素子７とホーンの間に絶縁体20を介在するも
ので、電歪素子７の共通正電極10とホーンとの距離が大
きくなり、正電極部からホーンへ空中放電しにくくな
る。そのため、積層型電歪素子７に比較的大きな電圧を
印加することができる。

第８図は積層型電歪素子７の第４態様例を示すもので、
本例は電極板を電歪素子７′間に介在させずに電歪素子
７′を多数重ね合わせ、重ね合わせにより形成される電
歪素子７外周のリード電極18a,18bの夫々に直接正電極
線21及び負電極線22を接続したもので、この場合、電極
板10,11を設ける必要がないので、構造が簡単になり、
積層型電歪素子の小型化を図ることができる。

第９図（ａ），（ｂ），（ｃ）は積層型電歪素子７の第
５態様例を示すものである。本例は、各電歪素子７′の
正電極面及び負電極面同士を重ね合わせ、その間に内部
電極板（たとえばAg−Pd合金）26を介在し、更に、内部
電極板26の１つおきに、絶縁ガラス24を接着し、その上
から共通のリード電極18a（18b）を電気的に接続する。
この絶縁ガラス24及びリード電極18a,18bは、第９図
（ｂ）に示すように、電歪素子７′の正電極面同士の間
に介在される内部電極板26（これを符号26aとする）
と、負電極面同士の間に介在される内部電極板26（これ
を符号26bとする）とに対応させて施されている。そし
て、各リード電極18a,18bに正電極線21,負電極線22を接
続する。このようにすれば、リード電極18a,18bが絶縁
ガラス24の存在により、互いに干渉することが防止さ
れ、正電極同士及び負電極同士を接続することができ
る。更に、第９図（ｃ）に示すように、あらかじめ、積
層型電歪素子７を電圧印加用の一群Ａとモニタ用電歪素
子５の一群Ｂとに分割し、Ａ群を第９図（ａ），（ｂ）
の如く構成する他に、Ｂ群にも絶縁ガラス24及びモニタ
用リード電極18c,18d及びモニタ線28,29をＡ群同様に配
する。このような構造によれば、Ａ群の電歪素子７′に
電極要素21,22,18a,18bを介して共振周波数電圧を印加
でき、Ｂ群の電歪素子５からモニタ要素18c,18d,22′,2
5を介してモニタ電圧Ｖ_ｍを取出すことができる。しか
して、このような構造によれば、電歪素子の一枚の厚さ
を薄くし、一体焼結することができるので、高品質でか
つ低電圧駆動することができる。

第10図（ａ）〜（ｄ）は、積層型電歪素子７の電極配列
例を示すものである。

第10図（ａ）は、積層型電歪素子，電歪素子７′の同じ
電極同士を向かい合わせて重ねた状態を表わし、同じ電
極同士を電圧印加用線21,22によつて接続している。第1
0図（ｂ）は、積層型電歪素子７の一端の電歪素子に電
圧印加用線の接続を行なわず、この電歪素子５にモニタ
信号線25,22′を接続する。また、第10図（ｃ）に示す
ように、積層型電歪素子７の両端の電歪素子５を非電圧
印加状態のまゝとし、この両端の電歪素子５の一つにモ
ニタ信号線25,22′を接続してもよい。この場合、モニ
タ用電歪素子５の存在により印加電歪素子７′の正電極
とホーンとの距離が大きくなり正電極部からホーンへ空
中放電しにくくなる。そのため、電歪素子に比較的大き
な電圧を印加することができる。

第10図（ｄ）は、積層型電歪素子７の一端にモニタ用電
歪素子５を配置し、モニタ用電歪素子５の負電極側をマ
イカ等の絶縁体20によつてホーン部と絶縁した場合の構
成を示した。この場合、モニタ用電歪素子５は、ホーン
と電気的に絶縁されるので、ノイズ等の影響の少ない信
号Ｖ_ｍを得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、積層型電歪素子の中の
少なくとも１つを非電圧印加状態のモニタ用電歪素子と
することにより、振動子の機械的変位を直線検知して共
振状態の監視精度を高めると共に、モニタ用電歪素子も
積層型電歪素子と共に重ね合わせ状態で取付けることが
できるので、モニタ用電歪素子の取付を容易にし、且つ
使用環境が厳しい条件の下でも適正な取付状態を保持で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用対象となるランジユバン型振動子
を用いた燃料噴射弁の縦断面図、第２図は、本発明のラ
ンジユバン型振動子の第１態様例を示す分解断面図、第
３図は上記第１態様例に使用される電歪素子の具体例を
表わす外観図、第４図は上記電歪素子の重ね合わせ状態
を表わす分解斜視図、第５図は上記電歪素子の重ね合わ
せ状態を表わす断面図、第６図はランジユバン型振動子
の第２態様例を示す分解断面図、第７図はランジユバン
型振動子の第３態様例を示す分解断面図、第８図はラン
ジユバン型振動子の第４態様例を示す断面図、第９図
（ａ）はランジユバン型振動子の第５態様例を示す斜視
図、第９図（ｂ）はその部分断面図、第９図（ｃ）はそ
の全体断面図、第10図（ａ）〜（ｄ）はランジユバン型
振動子の電気的接続構造の具体例を表わす模式図、第11
図（ａ）は電歪素子の印加電圧と機械的変位の関係を表
わす特性線図、第11図（ｂ）は電歪素子に入力される機
械的変位と出力電圧との関係を表わす特性線図、第12
図，第13図，第14図，第15図及び第16図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は、上記ランジユバン型振動子の動作状
態を説明するための波形図、第17図は本発明の振動子共
振状態監視法を採用した共振周波数制御システムの構成
を表わすブロツク図、第18図は上記共振周波数制御シス
テムの動作を説明するためのフローチヤート、第19図は
上記共振周波数制御システムの動作を説明するための信
号波形図、第20図は共振周波数制御システムの他の例を
示すブロツク図、第21図（ａ）は第20図の共振周波数制
御システムの動作を説明するためのフローチヤート、第
21図（ｂ）は印加電圧Ｖ_outとモニタ電圧Ｖ_ｍの位相が
生じている状態を表わす波形図、第22図は第20図の共振
周波数制御システムに用いる位相制御回路及び増幅回路
の具体例を示す回路図、第23図〔Ｉ〕〜〔Ｖ〕は第22図
の回路動作を表わす波形図である。１……共振状態検出手段（マイクロコンピユータ）、４
……ランジユバン型振動子、５……モニタ用電歪素子、
６……ホーン、７……積層型電歪素子、７′……電歪素
子、10,11……電圧印加用電極、12……モニタ電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の周波数電圧を印加して機械振動を励
起する電歪素子と、前記電歪素子の機械振動が伝達され
る振動増幅用のホーンとを備え、前記電歪素子に印加さ
れる電圧の周波数と前記ホーンの共振周波数とが一致す
ると機械的な共振状態となるランジュバン型の振動子
の、機械的変位を検出して該振動子の共振状態を監視す
るランジュバン型振動子の共振状態監視法において、前
記電歪素子として複数の電歪素子を積層してなる積層型
電歪素子を使用し、この積層型電歪素子の少なくとも１
つの電歪素子に電圧を印加しないで、この非電圧印加電
歪素子をモニタ用電歪素子とし、このモニタ用電歪素子
に前記振動子の機械振動を加えて該機械振動に比例する
出力電圧を発生させると共に、この出力電圧の振幅の大
きさから前記振動子の共振状態を監視することを特徴と
するランジュバン型振動子の共振状態監視法。