JP4715864B2 - Inspection method and inspection apparatus for piezoelectric actuator. - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃焼室内に高圧燃料を噴射する燃料噴射装置の駆動に用いられる圧電アクチュエータの検査方法及び検査装置に関するものである。 The present invention relates to an inspection method and an inspection apparatus for a piezoelectric actuator used for driving a fuel injection device that injects high-pressure fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
近年、燃費向上、燃焼排気中の有害物質の低減等の観点から、自動車用エンジン等の内燃機関には、圧電アクチュエータを駆動源として用いた燃料噴射弁の開発が進められている。このような圧電アクチュエータは、燃料噴射弁内に組み込まれ、厳しい環境下において使用されるため、よりコンパクトな構造と高い耐久性とが要求されている。 In recent years, fuel injection valves using a piezoelectric actuator as a drive source have been developed for internal combustion engines such as automobile engines from the viewpoint of improving fuel efficiency and reducing harmful substances in combustion exhaust. Since such a piezoelectric actuator is incorporated in a fuel injection valve and used in a severe environment, a more compact structure and high durability are required.
このような圧電アクチュエータとして、特許文献1には、圧電式のアクチュエータモジュールであって、少なくとも圧電素子とアクチュエータフットとアクチュエータヘッドとを有しており、該アクチュエータヘッドが前記圧電素子によって操作しようとする構成部品と協働するようになっており、前記アクチュエータモジュールが軸方向に延びるスリーブによって包囲されているものにおいて、アクチュエータヘッドに続いてダイヤフラムが設けられており、このダイヤフラムが略半径方向に延びて、前記スリーブに接続されており、種々の異なる曲率半径を有する横断面を備えていることを特徴としている圧電式のアクチュエータモジュールが開示されている。
As such a piezoelectric actuator,
ところが、特許文献1にあるような圧電アクチュエータでは、アクチュエータヘッドと圧電素子とが接触している状態で組み付けられており、圧電素子が伸長する際に、ダイヤフラムに圧縮応力が作用するため、圧電素子の応答性が低下する虞がある。
However, the piezoelectric actuator as disclosed in
そこで、図1に示すような圧電アクチュエータ2では、筒状の筐体200と、その内側に収納される圧電素子210と、弾性材料からなるダイヤフラム270を介して筐体200に弾性的に固定した軸方向に稼働するピストン260とによって構成し、圧電素子210は、筐体200の基端側を筐体200の基端側に設けた封止部250に固定し、圧電素子210とピストン260との間には、間隙GPを設けて、組み付け前の状態において、圧電素子210にもダイヤフラム270にも荷重が作用していない状態としている。
Therefore, in the
さらに、このような構成とした圧電アクチュエータ2を、図2に示すように、高圧燃料の噴射と停止を行うインジェクタIの駆動源として組み付けた時に、ピストン受部280によってピストン260を基端側に向かって押圧し、圧電素子210の保護層220の下端面とピストン260の上端面とを密接させ、圧電素子210の収縮時において、ダイヤフラム270のバネ荷重が反圧電素子方向に作用した状態としている。
圧電素子210とピストン260との間に間隙GPを設けた圧電アクチュエータ2をインジェクタI内にダイヤフラムに引張応力印加状態で組み付けることにより、ダイヤフラムの疲労寿命の向上を図ることができると期待されている。
Further, when the
It is expected that the fatigue life of the diaphragm can be improved by assembling the
なお、圧電アクチュエータ2には、圧電素子210は、PZT等の圧電セラミック材料を平板状に形成した圧電セラミック層210の表面に内部電極211a、211bを形成し、これらの分極方向を交互に変えて数百層積層し、内部電極層211a、211bを側面方向に左右交互に引き出し、さらに内部電極層211a、211bを、伸縮可能なエキスパンダメタル等によって形成した側面電極212a、212bに接続し、さらに、外部電源に接続すべく一対の導通線214a、214bに接続し、側面電極212a、212bをエポキシ樹脂等の絶縁部材213a、213bによって覆うとともに、上端部と下端部とには、絶縁体からなる保護層220、230を形成し、略長軸状に形成した積層型の圧電素子210が用いられている。
ところが、図1に示すような圧電アクチュエータ2の構成では、圧電素子210は筐体200の基端側で封止部材250に固定されている。圧電素子210は軸方向の上下端面の研磨工程において完全に平行な平面で加工し難い為、両端面間で微小な傾きを生じる虞がある。また、ダイヤフラム270に対しピストン260が傾いた状態で組付けが行われた場合、ダイヤフラム260の下端面とピストン270の上面間で微小な傾きを生じる虞がある。そのため圧電アクチュエータ2には圧電素子210の下端部より連なる絶縁体からなる保護層220の下端面とピストン260の上面に相対的な傾きが生じる虞がある。
However, in the configuration of the
このような状態で圧電アクチュエータ2をインジェクタI内に組み付けると、圧電素子210の下端部の一部がピストン260の上端面によって局所的に押圧された状態となる。このような組み付け状態では、駆動時において、圧電素子210に偏荷重がかかり、長時間の使用によって、ダイヤフラム270に疲労き裂の発生を招く虞がある。
When the
このような圧電素子と可動子との間に間隙を設けた圧電アクチュエータの更なる信頼性の向上、応答性の向上を図るためには、圧電アクチュエータをインジェクタに組み付けする前の状態において、圧電素子と可動子との間に設けた間隙を正確に測定し、許容範囲を超えた傾きの生じたものを確実に排除する必要がある。しかし、筺体内を視認するにはX線等の特殊技術を要する為、筐体内での圧電素子の状態を安価な方法で、かつ、正確に把握することは困難であった。 In order to further improve the reliability and responsiveness of the piezoelectric actuator provided with a gap between the piezoelectric element and the mover, the piezoelectric element is in a state before the piezoelectric actuator is assembled to the injector. It is necessary to accurately measure the gap provided between the movable element and the movable element, and to surely eliminate those having an inclination exceeding the allowable range. However, since a special technique such as X-rays is required to visually recognize the inside of the housing, it is difficult to accurately grasp the state of the piezoelectric element in the housing by an inexpensive method.
そこで、本願発明は、視認性の悪い圧電アクチュエータにおいても圧電素子と圧電素子の変位を伝達する可動子との間に設けた間隙を簡易な方法で、かつ、正確に測定できる圧電アクチュエータの検査方法及び検査装置を提供することを目的とするものである。 Accordingly, the present invention provides a piezoelectric actuator inspection method capable of accurately and accurately measuring a gap provided between a piezoelectric element and a mover that transmits displacement of the piezoelectric element even in a piezoelectric actuator having poor visibility. And it aims at providing an inspection device.
請求項1の発明では、通電によって伸長する略柱状の圧電素子と、該圧電素子を内部に収納しつつ該圧電素子をその一方の端部において固定する略筒状の筐体と、該筐体の他方の端部に弾性部材を介して設けた可動子とを有し、上記圧電素子と上記可動子との間に間隙を設けた圧電アクチュエータの該間隙を測定する圧電アクチュエータの検査方法であって、上記可動子を押圧しつつ、該可動子の変位量を測定するとともに、上記圧電素子に接続した一対の通電線を利用し、上記可動子が上記圧電素子を押圧した時の圧電効果による発生電圧又は、発生電流を測定し、検出された圧電効果と閾値との比較によって、上記圧電素子と上記可動子との接触状態を判断し、第1の間隙として、上記圧電素子と上記可動子との最短距離を計測する。 According to the first aspect of the present invention, a substantially columnar piezoelectric element that expands when energized, a substantially cylindrical casing that accommodates the piezoelectric element inside and fixes the piezoelectric element at one end thereof, and the casing A piezoelectric actuator inspection method for measuring the gap of a piezoelectric actuator having a movable element provided at the other end of the piezoelectric element via an elastic member and providing a gap between the piezoelectric element and the movable element. The displacement of the movable element is measured while pressing the movable element, and the piezoelectric effect is obtained when the movable element presses the piezoelectric element by using a pair of conductive wires connected to the piezoelectric element. A generated voltage or a generated current is measured, and a contact state between the piezoelectric element and the movable element is determined by comparing the detected piezoelectric effect with a threshold value, and the piezoelectric element and the movable element are used as a first gap. Measure the shortest distance to.
上記圧電素子の下端面と上記可動子の上端面とが平行でなく、上記圧電素子と上記可動子との間隙に傾きが生じている場合には、上記可動子が上記圧電素子と接触するまで押圧されると、上記圧電素子の接触部位が上記可動子によって局所的に圧縮され、上記圧電素子に、圧電効果によりピエゾ電圧が発生する。
上記圧電素子への通電のために接続された一対の通電線を利用して、上記圧電素子に発生した電圧又は電流を測定し、この発生電圧又は発生電流と所定の閾値との比較によって、上記圧電素子と上記可動子とが接触した状態であるか否かを判断することができる。
したがって、請求項1の発明によれば、上記圧電効果が閾値以上となった時の上記可動子の変位量を上記圧電素子と上記可動子との最短距離、即ち、第1の間隙として正確に知ることができる。
When the lower end surface of the piezoelectric element and the upper end surface of the mover are not parallel and the gap between the piezoelectric element and the mover is inclined, the mover is in contact with the piezoelectric element. When pressed, the contact portion of the piezoelectric element is locally compressed by the mover, and a piezoelectric voltage is generated in the piezoelectric element due to the piezoelectric effect.
A voltage or current generated in the piezoelectric element is measured using a pair of energized wires connected to energize the piezoelectric element, and the generated voltage or generated current is compared with a predetermined threshold value to determine the above It can be determined whether or not the piezoelectric element is in contact with the mover.
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the amount of displacement of the mover when the piezoelectric effect is equal to or greater than the threshold value is accurately set as the shortest distance between the piezoelectric element and the mover, that is, the first gap. I can know.
請求項2の発明では、上記可動子を押圧しつつ、該可動子の変位量を測定するとともに、上記可動子に作用する押圧荷重を測定し、検出された上記押圧荷重と閾値との比較によって、上記圧電素子と上記可動子との密着状態を判断し、第2の間隙として、上記圧電素子と上記可動子との中心間距離を計測する。
According to the invention of
上記可動子が上記圧電素子に接触するまでは、上記可動子に作用する押圧荷重は、上記弾性部材から受けるバネ荷重のみが作用し、上記可動子の変位量に応じて徐々に増加する。さらに上記可動子を押圧すると、上記可動子と上記圧電素子の一部とが接触状態となり、さらに上記可動子を押圧すると、上記可動子と上記圧電素子との接触点を支点として上記可動子が傾きながら上記圧電素子の下端面に当接する。この時、上記可動子の変位量に対する上記可動子に作用する荷重の変化率が上昇するが、その増加率は僅かであるので、この変化を検出して第1の間隙を検知することは困難である。上記可動子の変位が上記圧電アクチュエータの軸中心における上記圧電素子の下端面と上記可動子の上端面との距離に達すると、上記圧電素子の下端面と上記可動子の上端面とが全面に渡って当接した状態となる。このとき、上記可動子を押圧すると、上記可動子に作用する荷重は、上記圧電素子を押圧する荷重となるので、上記可動子の変位量に対する上記可動子に作用する荷重の変化率が急激に上昇し、容易に上記圧電素子と上記可動子とが密着状態となったことを検知できる。
請求項2の発明によれば、上記可動子の変位量に対する押圧荷重の変化率が急激に変化した点を上記圧電素子と上記可動子とが密着状態となったと判断でき、この時の変位量を、第2の間隙として正確に測定することができる。
Until the movable element comes into contact with the piezoelectric element, the pressing load acting on the movable element is only the spring load received from the elastic member, and gradually increases according to the displacement amount of the movable element. When the mover is further pressed, the mover and a part of the piezoelectric element are brought into contact with each other. When the mover is further pressed, the mover is moved with the contact point between the mover and the piezoelectric element as a fulcrum. It contacts the lower end surface of the piezoelectric element while tilting. At this time, the rate of change of the load acting on the mover relative to the amount of displacement of the mover increases, but the rate of increase is slight, so it is difficult to detect the first gap by detecting this change. It is. When the displacement of the mover reaches the distance between the lower end surface of the piezoelectric element and the upper end surface of the mover at the axial center of the piezoelectric actuator, the lower end surface of the piezoelectric element and the upper end surface of the mover are fully covered. It will be in the state which contacted across. At this time, when the movable element is pressed, the load acting on the movable element becomes a load that pushes the piezoelectric element, so that the rate of change of the load acting on the movable element with respect to the displacement amount of the movable element is abruptly increased. It rises and it can detect easily that the said piezoelectric element and the said needle | mover became the contact | adherence state.
According to the second aspect of the present invention, it can be determined that the change rate of the pressing load with respect to the displacement amount of the mover has suddenly changed that the piezoelectric element and the mover are in close contact, and the displacement amount at this time Can be accurately measured as the second gap.
請求項3の発明では、上記第1の間隙をAとし、上記第2の間隙をBとした時、下記式1によって、上記圧電素子と上記可動子との間の相対傾きΔGradを算出する。
ΔGrad=2・(B−A) ・・・ 式1
In the invention of claim 3, when the first gap is A and the second gap is B, the relative inclination ΔGrad between the piezoelectric element and the mover is calculated by the following equation (1).
ΔGrad = 2 · (B−A)
請求項3の発明によれば、容易に上記圧電素子の上記可動子に対する相対的な傾きを正確に測定することができる。 According to the invention of claim 3, the relative inclination of the piezoelectric element with respect to the mover can be easily measured accurately.
請求項4の発明では、通電によって伸長する略柱状の圧電素子と、該圧電素子の外周を覆いつつ、その一方の端部において固定する略筒状の筐体と、該筐体の他方の端部に弾性部材を介して設けた可動子とを有し、上記圧電素子と上記可動子との間に間隙を設けた圧電アクチュエータの該間隙を測定する圧電アクチュエータの検査装置であって、
上記可動子を押圧して上記可動子を変位せしめる可動子押圧手段と、該可動子押圧手段によって変位した上記可動子の変位量を計測する変位量計測手段と、上記可動子に作用する荷重を計測する荷重計測手段と、上記圧電素子に発生する圧電効果を検出する圧電効果検出手段とを具備し、
検出された圧電効果と閾値との比較によって、圧電素子と可動子との接触状態を判断し、第1の間隙として、圧電素子と可動子との最短距離を計測する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a substantially columnar piezoelectric element that expands when energized, a substantially cylindrical casing that covers the outer periphery of the piezoelectric element and is fixed at one end thereof, and the other end of the casing A piezoelectric actuator inspection apparatus for measuring a gap of a piezoelectric actuator having a gap provided between the piezoelectric element and the movable element.
Movable element pressing means for pressing the movable element to displace the movable element, displacement amount measuring means for measuring the displacement amount of the movable element displaced by the movable element pressing means, and a load acting on the movable element A load measuring means for measuring, and a piezoelectric effect detecting means for detecting a piezoelectric effect generated in the piezoelectric element ,
The contact state between the piezoelectric element and the mover is determined by comparing the detected piezoelectric effect with a threshold value, and the shortest distance between the piezoelectric element and the mover is measured as the first gap .
請求項4の発明によれば、上記押圧手段によって、上記可動子を押圧し、上記圧電素子の下端面と上記可動子の上端面とが接触し、上記圧電素子が上記可動子によって押圧された瞬間に上記圧電効果検出手段によって上記圧電素子に発生した圧電効果が検知され、上記圧電素子と上記可動子とが接触状態であることが検知され、この時の上記可動子の変位量を上記変位量計測手段によって知ることができる。したがって、第1の間隙として、上記圧電素子と上記可動子との間に形成された間隙の最短距離の正確な測定が実現可能となる。
さらに、上記押圧手段によって、上記可動子を押圧し、上記圧電素子と上記可動子とが密着状態となると、上記可動子に作用する荷重が急激に上昇するため、上記荷重計測手段の計測結果によって、上記圧電素子と上記可動子とが密着状態となったことを容易に検知でき、この時の上記可動子の変位量を上記変位量計測手段によって知ることができる。したがって、第2の間隙として、上記圧電素子と上記可動子との間に形成された間隙の中心間距離の正確な測定が実現可能となる。
また、上記第1の間隙の計測結果と上記第2の間隙の計測結果とから、上記可動子の上端面に対する上記圧電アクチュエータの下端面の相対的な傾きの正確な測定が実現可能となる。
According to the invention of claim 4, the movable element is pressed by the pressing means, the lower end surface of the piezoelectric element is in contact with the upper end surface of the movable element, and the piezoelectric element is pressed by the movable element. The piezoelectric effect generated in the piezoelectric element is detected instantaneously by the piezoelectric effect detecting means, and it is detected that the piezoelectric element and the movable element are in contact with each other, and the displacement amount of the movable element at this time is determined as the displacement. It can be known by means of quantity measurement. Therefore, accurate measurement of the shortest distance of the gap formed between the piezoelectric element and the mover as the first gap can be realized.
Further, when the movable element is pressed by the pressing means and the piezoelectric element and the movable element are brought into close contact with each other, the load acting on the movable element is rapidly increased. It can be easily detected that the piezoelectric element and the mover are in close contact with each other, and the displacement amount of the mover at this time can be known by the displacement measuring means. Therefore, accurate measurement of the center-to-center distance of the gap formed between the piezoelectric element and the mover as the second gap can be realized.
Further, from the measurement result of the first gap and the measurement result of the second gap, accurate measurement of the relative inclination of the lower end surface of the piezoelectric actuator with respect to the upper end surface of the mover can be realized.
本発明の第1の実施形態における圧電アクチュエータの検査方法について、図を参照して説明する。図3は、本実施形態における検査方法によって、圧電アクチュエータ2を測定する場合の検査装置の概要を示す構成図である。
図3に示すように、本実施形態においては、圧電アクチュエータ2の下方には、押圧手段として、例えば、サーボモータ、油圧プレス等の押圧装置70が軸方向に昇降することによって、可動子260を軸方向への押圧が可能となっている。
押圧装置70には、変位計測手段として、例えば、レーザ変位計、静電容量型変位計、ロータリエンコーダ等の変位計測装置71が設けられ、可動子260の変位量が計測可能となっている。
さらに、押圧装置70には、可動子260を押圧した時の荷重を計測する荷重計測手段として、例えば、ロードセル等の荷重計測装置72が設けられている。
また、圧電アクチュエータ2を駆動するための一対の通電線214a、214bには、圧電効果検出手段として、圧電素子210が押圧された時に、圧電効果によって発生するピエゾ電圧VP又はピエゾ電流IPを測定する電圧計8又は電流計9が接続されている。
A method for inspecting a piezoelectric actuator according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a configuration diagram showing an outline of an inspection apparatus when the
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, below the
The
Further, the
The pair of
図4、5、6を参照し、圧電アクチュエータ2において、圧電素子210の下端に設けられた保護層220の下端面と可動子260の上端面とが平行となっていない場合について、本実施形態における圧電アクチュエータ2に設けられた間隙GPの検査方法について説明する。
図4(a)に示すように、圧電素子210と可動子260との間に設けられた間隙GPにおいて、最も狭い部分を第1の間隙Aとし、圧電素子210の中心軸上における圧電素子210と可動子260との間を第2の間隙Bとし、圧電素子210の可動子260に対する相対的な傾きをΔGradとする。
With reference to FIGS. 4, 5, and 6, in the
As shown in FIG. 4A, in the gap GP provided between the
変位計71によって可動子260の変位量を計測しつつ、押圧装置70によって、可動子260を軸方向に圧電素子210に向かって押圧する。このとき、可動子260には、ダイヤフラム270のバネ荷重が作用しており、変位の上昇に伴い可動子260に作用する荷重Fも徐々に上昇する。また、圧電素子210の下端面と可動子260の上端面とが接触するまでは、圧電素子210には圧電効果が発生せず、電圧計8でピエゾ電圧VPは検出されない。
While the displacement amount of the
押圧装置70によって、可動子260が第1の間隙Aだけ押圧されると圧電素子210の下端面の一部に当接し、圧電素子210の一部が可動子260によって押圧される。この時、圧電素子210には圧電効果によってピエゾ電圧VPが発生する。なお、本実施形態において、圧電素子210は、1μmの圧縮によって5mVのピエゾ電圧を発生する圧電特性を有している。
When the
可動子260が圧電素子210の下端面の一部と接触するまで押圧されると、圧電素子210の接触部位が可動子260によって局所的に圧縮され、圧電素子210に、圧電効果によりピエゾ電圧VPが発生する。
圧電素子210に発生したピエゾ電圧VPを電圧計8によって測定し、この電圧と所定の閾値との比較によって、圧電素子210と可動子260とが接触した状態であるか否かを判断することができる。
本実施形態においては、外乱を考慮して、ピエゾ電圧VPの閾値として10mV以上即ち、圧電素子210が2μm以上押圧された時に圧電素子210と可動子260とが接触状態となったと判断し、この時の変位量Xを第1の間隙Aとして正確に知ることができる。
When the
The piezoelectric voltage V P which is generated in the
In the present embodiment, in consideration of disturbance, it is determined that the
押圧装置70による可動子260の押圧開始から圧電素子210の下端面に接触するまでの電圧計8、変位計測装置71、荷重計測装置72によって検出された、ピエゾ電圧VP(mV)の経時変化、変位X(μm)に対する荷重F(N)の変化を図5に示す。
図5(a)に示すように、可動子260と圧電素子210とが接触状態となり、2μm以上押圧されると、10mV以上のピエゾ電圧VPが検出され、図5(b)に示すように、この時の変位Xを第1の間隙Aとして正確に検出する事ができる。
一方、荷重F(N)は、変位X(μm)によって徐々に増加し、圧電素子210と可動子260とが接触した後は、荷重F(N)の増加率が変化するが、増加率の変化は僅かであり、荷重F(N)のみの計測によって第1の間隙Aを正確に測定することは困難である。圧電効果によって発生するピエゾ電圧VPは、ごく僅かでも容易に検出が可能で、本発明の圧電効果の測定と変位量の測定とを同時に行うことによって正確に第1の間隙Aを知ることができる。
Changes over time in the piezo voltage V P (mV) detected by the
As shown in FIG. 5 (a), the
On the other hand, the load F (N) gradually increases due to the displacement X (μm), and after the
さらに、押圧装置70によって、可動子260の押圧を続けると、図5(c)に示すように圧電素子210の下端面と可動子260の上端面とが全面に渡って当接した状態となる。
このとき、可動子260は圧電素子210の下端面の傾きに沿って傾いた状態となるので、実際の可動子260の変位は圧電素子210の中心軸上における圧電素子210の下端面と可動子260の上端面との距離、即ち、第2の間隙Bとなる。
この時、図7に示すように、可動子260に作用する荷重F(N)は、圧電素子210を押圧する荷重となるので、ダイヤフラム270から受ける弾性的な荷重に比べて、遙かに大きくなる。したがって、可動子260の変位量X(μm)に対する押圧荷重F(N)の変化率が急激に変化した点を圧電素子210と可動子260とが密着状態となったと判断でき、この時の変位量X(μm)を、第2の間隙Bとして正確に測定することができる。また、荷重F(N)の増加率の変化を検出するのではなく、荷重F(N)所定の閾値FL(N)以上(例えば、200N以上)となった時を圧電素子210と可動子260とが密着状態となったと判断しても良い。
Further, when the pressing of the
At this time, since the
At this time, as shown in FIG. 7, the load F (N) acting on the
さらに、第1の間隙Aと第2の間隙Bとから可動子260の圧電素子210に対する相対的な傾きΔGradを下記式1によって算出できる。
ΔGrad=2・(B−A)・・・式1
Further, the relative inclination ΔGrad of the
ΔGrad = 2 · (B−A)
以上をまとめると、本発明の圧電素子の検査方法は、図7に示すフローチャートとして示すことができる。図7(a)は、第1の間隙Aの検査方法の概要を示すフローチャート、図7(b)は、第2の間隙Bの検査方法の概要を示すフローチャート、図7(c)は、第1の間隙Aと第2の間隙Bとから相対傾きΔGradを算出する方法を示すフローチャートである。 In summary, the piezoelectric element inspection method of the present invention can be shown as a flowchart shown in FIG. FIG. 7A is a flowchart showing an outline of the inspection method for the first gap A, FIG. 7B is a flowchart showing an outline of the inspection method for the second gap B, and FIG. 3 is a flowchart showing a method for calculating a relative inclination ΔGrad from a gap A and a second gap B.
図7(a)に示すように、圧電アクチュエータ2の第1の間隙Aは、可動子260を押圧しつつ、可動子260の変位量Xを測定するとともに、圧電効果による発生電圧VP又は、発生電流IPを測定し、検出された圧電効果VP又は、IPと、閾値VPC、又は、閾値IPCとの比較によって、圧電素子210と可動子260との接触状態を判断し、第1の間隙Aとして、圧電素子210と可動子260との最短距離を計測する。圧電効果VP、IPが閾値VPC、IPC以下の場合には、圧電素子210と可動子260とが接しておらず、圧電効果VP、IPが閾値VPC、IPCを超え、圧電素子210と可動子260とが接触状態と判断されるまで可動子260の押圧が継続される。
As shown in FIG. 7 (a), the first gap A of the
図7(b)に示すように、圧電アクチュエータ2の第2の間隙Bは、可動子260を押圧しつつ、可動子260の変位量Xを測定するとともに、可動子210に作用する押圧荷重Fを測定し、検出された押圧荷重Fと閾値FLとの比較によって、圧電素子210と可動子260との密着状態を判断し、第2の間隙Bとして、圧電素子210と可動子260との中心間距離を計測する。
As shown in FIG. 7B, the second gap B of the
図7(c)に示すように、第1の間隙Aの計測結果と第2の間隙Bの計測結果とから、可動子260の圧電素子210に対する相対傾きΔGradが算出できる。
As shown in FIG. 7C, the relative inclination ΔGrad of the
なお、本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態において、圧電アクチュエータ検査装置1は、圧電アクチュエータ2の下方に設けた押圧装置70によって可動子260を押圧する構成としたが、圧電アクチュエータ2の下方に荷重計測装置72のみを配設し、圧電アクチュエータ2を下方に変位させる押圧手段を用いた構成であっても良い。
また、本発明の圧電アクチュエータ検査装置を圧電アクチュエータの製造工程に組み込んで自動的に圧電アクチュエータの良否判定を行いながら製造する圧電アクチュエータの製造方法の一部としても良い。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably.
For example, in the above embodiment, the piezoelectric
Further, the piezoelectric actuator inspection apparatus of the present invention may be incorporated into a manufacturing process of a piezoelectric actuator, and may be part of a manufacturing method of a piezoelectric actuator that is manufactured while automatically judging the quality of the piezoelectric actuator.
1 圧電アクチュエータ検査装置
2 圧電アクチュエータ
210 圧電素子
260 可動子
70 可動子押圧手段
71 変位量計測手段
72 荷重計測手段
VP、IP 圧電効果(ピエゾ電圧、ピエゾ電流)
8、9 圧電効果検出手段(ピエゾ電圧計、ピエゾ電流計)
GP 間隙
X 変位量
A 第1の間隙(最狭間隙)
B 第2の間隙(最広間隙)
ΔGRAD 相対傾き
1 the piezoelectric
8, 9 Piezoelectric effect detection means (piezo voltmeter, piezo ammeter)
GP gap X displacement A first gap (narrowest gap)
B 2nd gap (widest gap)
ΔG RAD relative slope
Claims (4)
上記可動子を押圧しつつ、該可動子の変位量を測定するとともに、上記圧電素子に接続した一対の通電線を利用し、上記可動子が上記圧電素子を押圧した時の圧電効果による発生電圧又は、発生電流を測定し、検出された圧電効果と閾値との比較によって、上記圧電素子と上記可動子との接触状態を判断し、第1の間隙として、上記圧電素子と上記可動子との最短距離を計測することを特徴とする圧電アクチュエータの検査方法。 A substantially columnar piezoelectric element that extends by energization, a substantially cylindrical casing that covers the outer periphery of the piezoelectric element and is fixed at one end thereof, and an elastic member at the other end of the casing A piezoelectric actuator inspection method for measuring a gap of a piezoelectric actuator having a gap between the piezoelectric element and the mover,
While pressing the mover, the displacement of the mover is measured, and a voltage generated by the piezoelectric effect when the mover presses the piezoelectric element using a pair of conductive wires connected to the piezoelectric element. Alternatively, the generated current is measured, the contact state between the piezoelectric element and the mover is determined by comparing the detected piezoelectric effect and a threshold value, and the piezoelectric element and the mover are used as the first gap. A method for inspecting a piezoelectric actuator, characterized by measuring a shortest distance.
ΔGrad=2・(B−A) ・・・ 式1 3. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein when the first gap is A and the second gap is B, the relative inclination ΔGrad between the piezoelectric element and the mover is calculated by the following formula 1. Inspection method.
ΔGrad = 2 · (B−A) Equation 1
上記可動子を押圧して上記可動子を変位せしめる可動子押圧手段と、該可動子押圧手段によって変位した上記可動子の変位量を計測する変位量計測手段と、上記可動子に作用する荷重を計測する荷重計測手段と、上記圧電素子に発生する圧電効果を検出する圧電効果検出手段とを具備し、
検出された圧電効果と閾値との比較によって、圧電素子と可動子との接触状態を判断し、第1の間隙として、圧電素子と可動子との最短距離を計測することを特徴とする圧電アクチュエータの検査装置。 A substantially columnar piezoelectric element that expands when energized, a substantially cylindrical casing that covers the outer periphery of the piezoelectric element and is fixed at one end thereof, and an elastic member at the other end of the casing A piezoelectric actuator inspection device for measuring the gap of a piezoelectric actuator having a gap between the piezoelectric element and the movable element,
Movable element pressing means for pressing the movable element to displace the movable element, displacement amount measuring means for measuring the displacement amount of the movable element displaced by the movable element pressing means, and a load acting on the movable element A load measuring means for measuring, and a piezoelectric effect detecting means for detecting a piezoelectric effect generated in the piezoelectric element ,
A piezoelectric actuator characterized in that the contact state between the piezoelectric element and the mover is determined by comparing the detected piezoelectric effect with a threshold value, and the shortest distance between the piezoelectric element and the mover is measured as the first gap. Inspection equipment.
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