JP4384432B2 - 圧電アクチュエータの評価方法及び測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電変位素子及び圧電アクチュエータに関し、より詳しくは例えば加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ等の圧電センサ、燃料噴射用インクジェクター、インクジェットプリンタ用印刷ヘッド、圧電共振子、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタ等に適し、特に広がり振動、伸び振動、厚み立て振動を利用した印刷ヘッドとして好適に用いられる圧電変位素子及び圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、圧電セラミックスを利用した製品としては、例えば圧電アクチュエータ、フィルタ、圧電共振子（発信子を含む）、超音波振動子、超音波モーター、圧電センサ等がある。
【０００３】
これらの中で、圧電アクチュエータは、電気信号に対する応答速度が１０−６秒台と非常に高速であるため、半導体製造装置のＸＹステージの位置決め用圧電アクチュエータやインクジェットプリンタの印刷ヘッドに用いられる圧電アクチュエータ等に応用されている。
【０００４】
インクジェット方式を利用した印刷ヘッドは、例えば図６（ａ）に示したように、圧電アクチュエータ５１が、流路部材５３の上に設けられた構造を有する（例えば、特許文献１参照）。流路部材５３は、複数のインク加圧室５３ａが隔壁５３ｂによって仕切られ、インク加圧室５３ａは圧電アクチュエータ５１に当接するように並設されている。
【０００５】
圧電アクチュエータ５１は、圧電セラミック層５４を共通電極の役割を兼ねた導電性の振動板５５上に設け、圧電セラミック層５４の上に表面電極５６を設けられている。表面電極５６は、図６（ｂ）に示したように、圧電セラミック層５４の表面に複数配列されることにより、複数の圧電変位部５７が形成されたものである。この圧電アクチュエータ５１は、インク加圧室５３ａの直上に表面電極５６が位置するようにして流路部材５３上に配置している。
【０００６】
上記のような印刷ヘッドは、共通電極５５と所定の表面電極５６との間に電圧を印加して該表面電極５６直下の圧電セラミック層５４を変位させることにより、インク加圧室５３ａ内のインクを加圧して、流路部材５３の底面に開口したインク吐出口５８よりインク滴を吐出する。
【０００７】
このような印刷ヘッドに用いられる圧電アクチュエータは、複数の変位素子を支持基板に接着し、積層圧電体素子の電極部と支持基板の配線パターンとを導電性接着剤等で電気的に接続する。その後、個々の圧電素子に一定の電圧を印加し、各変位素子の変位量を測定することが行われている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３４３２１号公報図１
【特許文献２】
特開２００３−３９６５７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載の評価方法では、圧電アクチュエータを支持部材に接合してから圧電アクチュエータの不良の判別を行うため、製造工数が増えると共に、不良が発生した時には支持部材と、支持部材に接合する工程が無駄になり、コスト上昇の大きな要因となっていた。
【００１０】
ところが、径方向振動モードｄ３１を利用した変位素子が基板表面に複数並んだ圧電アクチュエータの場合には、支持部材を接合しないで変位量を評価すると、隣接する変位素子が振動の干渉を起こして、電圧を印加していないのに変位していまって、正確な変位量の測定が困難であるという問題があった。
【００１１】
従って、本発明は、支持部材に接合しなくても、簡便な方法で正確な測定の可能な圧電アクチュエータの評価方法及び測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、測定装置に備えられている複数の溝を備えた保持板上に、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で個々に拘束し、しかる後に該変位素子に一定の電圧を印加して発生した変位量を測定することを特徴とするものである。
【００１３】
前記複数の溝を備えた保持板を用いて、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して圧電アクチュエータを、例えば、機械的な固定や真空吸着等の手法によって保持して、前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で拘束するため、測定する変位素子は変位可能であり、かつその周囲をそれぞれ拘束することができ、隣接する変位素子への振動の影響を低減することが可能になる。その結果、圧電アクチュエータを支持部材に接着しなくても脱着が容易で、各変位素子に電圧を印加することによって変位特性を容易に評価することができる。
【００１４】
特に、前記複数の変位素子のうち、前記溝と位置が合せられている一部の変位素子について、前記電圧の印加と変位量の測定を順次行うことが好ましい。これにより、隣接する変位素子への振動の影響を低減しつつ、個々の変位素子の変位量及び変位の分布を正確に評価することができる。また、一部の変位素子の測定値から全体の分布が推定でき、コスト低減に貢献することができる。
【００１５】
また、本発明の他の圧電アクチュエータの評価方法は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、測定装置に備えられている複数の溝を備えた保持板上に、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で個々に拘束し、しかる後に該変位素子に一定の圧力を外部から加えて発生した電圧を測定することを特徴とするものである。
【００１６】
前記複数の溝を備えた保持板を用いて、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して圧電アクチュエータを、例えば、機械的な固定や真空吸着等の手法等によって保持して、前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で拘束するため、測定する変位素子は変位可能であり、かつその周囲をそれぞれ拘束することができ、隣接する変位素子への振動の影響を低減することが可能になる。その結果、圧電アクチュエータを支持部材に接着しなくても脱着が容易で、各変位素子を機械的に変位させ、変位素子に発生した電圧又は圧電ｇ定数を測定することによって変位特性を容易に評価することができる。
【００１７】
特に、前記複数の変位素子のうち、前記溝と位置が合わせられている一部の変位素子について、前記圧力の印加と電圧の測定を順次行うことが好ましい。これにより、隣接する変位素子への振動の影響を低減し、個々の変位素子の変位特性を正確に評価することができる。
【００１８】
また、前記複数の変位素子のうち、前記溝と位置が合わせられている一部の変位素子を機械的に同時に変位させ、発生した電圧を同時に測定することが好ましい。これにより、隣接する変位素子への振動の影響を低減し、個々の変位素子の変位特性を正確に評価することができるとともに、測定時間の短縮を行うことができる。
【００１９】
さらに、前記保持板として、前記溝と位置が合わせられる前記変位素子の外周部に対応する複数の貫通孔を備えたものを用い、前記拘束が、前記複数の貫通孔を減圧することにより行われることが好ましい。これにより、隣接する変位素子への振動の影響を顕著に低減し、個々の変位素子の変位をより正確に評価することができる。
【００２０】
また、本発明の測定装置は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、複数の前記変位素子が変位可能なように該変位素子の外周を拘束して保持する保持手段と、前記変位素子の変位を測定する変位測定手段と、前記変位素子に電圧を印加する電圧印加手段とを具備することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の他の測定装置は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、複数の前記変位素子が変位可能なように該変位素子の外周を拘束して保持する保持手段と、前記変位素子を機械的に変位させるための加圧手段と、前記変位素子に発生した電圧を測定する電圧測定手段とを具備することを特徴とするものである。
【００２２】
このような構成の測定装置においては、隣接する変位素子が振動して干渉するのを抑制でき、簡便に、且つ高精度で変位特性を評価することができる。
【００２３】
また、前記保持手段に、真空チャックを用いたことが好ましい。圧電アクチュエータの一方の面を保持板に載置し、該保持板の前記変位素子の外周に設けられた貫通孔を減圧することによって、圧電アクチュエータにおける個々の変位素子の外周部を容易に拘束することができ、また、測定後の圧電アクチュエータの取り外しも容易である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、振動板上に複数の変位素子を具備する圧電アクチュエータの評価方法に関するものであり、図を用いて説明する。
【００２５】
本発明の圧電アクチュエータの測定装置は、図１（ａ）に示したように、圧電アクチュエータ１０１を保持するための保持手段１０２と、圧電アクチュエータ１０１を構成する変位素子の変位測定を行う変位測定手段１０３と、変位素子に電圧を印加するための電圧印加手段１０４とを具備する。
【００２６】
測定装置の構成を示す一例として、図２に示すように、圧電アクチュエータ１１１の保持手段として保持板１１２を介して減圧容器１１３に吸引して固定する。なお、減圧容器１１３は、真空ポンプ１１４で減圧されている。また、変位測定手段は、コンピュータ１１６により制御された復調器１１７と、これに接続されたレーザー変位計１１８と、個々の変位素子の電極部に正確に触針するためのＣＣＤカメラ１１９と、圧電定数測定器１２１とで構成される。
【００２７】
さらに、電圧印加手段１０３は、直流電源１２０と、圧電アクチュエータ１１１までの配線で構成される。
【００２８】
また、本発明の他の圧電アクチュエータの測定装置は、図１（ｂ）に示したように、圧電アクチュエータ１０１を保持するための保持手段１０５と、圧電アクチュエータ１０１を構成する変位素子に圧力を加える加圧手段１０５と、変位素子に発生した電圧又は圧電定数を測定するための電圧測定手段１０６とを具備する。
【００２９】
以下に、各手段について具体的に説明する。
【００３０】
本発明において評価対象となる圧電アクチュエータは、振動板上に複数の変位素子が設けられたものである。このような圧電アクチュエータの構造の一例を図３に示した。
【００３１】
圧電アクチュエータ２は、セラミック振動板３と、セラミック振動板３上に順次形成された内部電極５、圧電セラミック層４、及び複数の表面電極６とを具備し、変位素子７が表面電極６と内部電極５とで挟持された圧電セラミック層４とで構成され、セラミック振動板３上には複数の変位素子７が形成されている。
【００３２】
このような変位素子の大きさは、例えば縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの振動板の上に、２個以上、特に５０個以上、更には１００個以上、より好適には２００個以上集積されており、これらの変位特性とそのばらつきを精度良く、しかも簡便な方法によって評価することが必要となっている。
【００３３】
保持手段１０２は、圧電アクチュエータを拘束し、且つ該圧電アクチュエータに設けられた変位素子の変位を可能にするための手段であり、特に、複数の変位素子のうち、一部の変位素子の外周部を個々に拘束することができる手段を備えることが重要である。
【００３４】
また、圧電アクチュエータを保持するために、複数の貫通孔及び／又は溝を備えた保持板を用い、その上に圧電アクチュエータ載置した状態で保持するのが良い。このような保持板は、印刷ヘッドに用いる流路部材と類似の材質や類似の形状及び大きさを有していることが、印刷ヘッドとして使用する状態を再現することによって、より正確な評価を行う上で好ましい。
【００３５】
具体的な保持手段としては、クランプ等により機械的に固定することを例示できる。さらに、隣接点との干渉を抑制するように、個々の変位素子の外周部を固定することが重要である。全ての変位素子を測定しない場合であっても、測定する変位素子の外周部を固定させ、振動させることがより正確な評価のために必要であり、更に全ての変位素子を外周部で固定させることが好ましい。
【００３６】
例えば、変位素子の外周部に保持板の複数の貫通孔が配置するように、圧電アクチュエータを保持板に載置し、減圧して保持することができる。これは、いわゆる真空チャックであり、多数の変位素子をその外周部で同時に保持することが容易であり、その結果、隣接する変位素子との干渉を抑制でき、変位特性をより精度良く評価することが可能となる。
【００３７】
真空チャックとは、圧電アクチュエータの一方の主面を減圧にしてその際の吸引力によって圧電アクチュエータを保持するものである。例えば、図４（ａ）に示したように、減圧容器１２３の試料固定部１２４と真空ポンプに連結された排気管（図示せず）に接続された真空排気口１２５を通して減圧容器１２３の内部が減圧状態になる。
【００３８】
従って、保持板１２１、圧電アクチュエータ１２２を減圧容器１２３の試料固定部１２４の上に載置すると、保持板１２１に設けられた貫通孔１２８ａを介して圧電アクチュエータの一部が吸引され、その吸引力で圧電アクチュエータが保持される。
【００３９】
保持板１２１に設けられた貫通孔１２８ａは、表面電極１２６又は変位素子１２７よりも僅かに大きい程度の大きさにして変位素子１２７の外周部を固定するものであり、且つ変位素子１２７が自由に変位することができるようになっている。
【００４０】
また、図４（ｂ）に示したように、保持板１３１が、複数の貫通孔１３８ａや溝１３８ｂ、１３８ｃを具備し、溝１３８ｂよって変位素子が変位可能となる。また、貫通孔１３８ｃが一部の変位素子の周囲部に、貫通孔１３８ａを取り囲み、且つ互いに連結するように設けられ、貫通孔１３８ａと連結させて溝１３８ｃを減圧することによって変位素子の外周部を吸引して固定する。貫通孔１３８ａの数は任意に決定できるが、排気速度及び真空到達圧を考慮すれば、測定する変位素子１０個以下に１個、特に測定する変位素子２〜５個に１個の割合で貫通孔１３８ａを設ければよい。なお、図４（ｂ）では溝１３８ｂは溝１３８ｃに連結して減圧されているが、溝１３８ｂは大気圧のままで用いても良い。
【００４１】
さらに、図４（ｃ）に示したように、多孔質体からなる支持板１４１を用いることもできる。この多孔質体は、実質的に多数の貫通孔を有するものであり、圧電アクチュエータを当接部の全ての部位で吸引することができる。なお、変位素子が変位するために溝１４８ｂが設けられている。
【００４２】
なお、保持板は、貫通孔と溝との両方を持つ必要はなく、圧電アクチュエータの変位素子の変位が可能なように溝を備えた保持板を用いて、貫通孔を減圧する以外の方法で部分的な拘束を行なっても良い。
【００４３】
変位測定手段については、図２に示すように、圧電アクチュエータ１１１の保持手段として保持板１１２を介して減圧容器１１３に吸引して固定した状態で、レーザードップラー振動計とカルバノミラーの組み合わせによる非接触で変位測定可能なレーザードップラー変位計１１８で振動を計測し、コンピュータ１１６により制御された復調器１１７によってセンシングした振動の情報を速度信号として復調し、アナログ信号として出力することができる。
【００４４】
また、変位測定手段の別の方法として、圧電定数を測定してその値から変位分布の情報を得ることができる。具体的な測定手段としては、個々の変位素子の電極部に正確に触針・加圧するためにＣＣＤカメラ１１９を搭載し、測定する変位素子をパソコンでモニターして、機械的に変位した際に生じる表面電荷を計測して圧電定数測定器１２１と接続して圧電ｇ定数として出力することができる。
【００４５】
電圧印加手段１０３は、直流電源１２０を用いて圧電アクチュエータ１１１より配線された個別電極と共通電極（ＧＮＤ）との間に所望の入力電圧を印加する。
【００４６】
次に、圧電特性の評価方法について図を用いて説明する。
【００４７】
まず、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを固定する。固定には、機械的衝撃を避け、破壊を防止するとともに、変位素子が自由振動を行わせるために、位置が変位素子と合うようになっている複数の溝を備えた保持板を用いることが重要である。
【００４８】
例えば、圧電アクチュエータ２を、保持板１に形成された貫通孔や溝を介して真空チャックによって吸引し、個々の変位素子の外周部を拘束することができる。この時、少なくとも測定する変位素子は自由振動が可能でなければならず、隣接する変位素子の影響をも考慮すれば、少なくとも１／３以上、特に１／２以上、更には２／３以上の変位素子が外周部で拘束されていることが精密な測定を行う点で好ましい。
【００４９】
圧電アクチュエータは、振動板の上に変位素子が設けられていれば、どのような形状のものでも適応することができる。即ち、平板に多数の変位素子が一平面に分布し、各変位素子が個別に制御されていれば良い。例えば、図３に示したように、圧電アクチュエータ２は、振動板３の表面に、共通電極５、圧電セラミック層４、複数の表面電極６が順次形成されてなり、圧電セラミック層４を共通電極５と表面電極６とで挟持するように設けられた変位素子７が、振動板の表面に複数設けられている。
【００５０】
なお、保持手段としては真空チャック以外の方法であっても良い。
【００５１】
本発明によれば、このように固定した圧電アクチュエータの変位素子を、２種類の手法を用いて評価することができる。
【００５２】
第一の発明においては、変位素子に一定の電圧を印加して発生した変位量を直接測定する手法である。即ち、電圧を変位に変化させ、変位を測定する方法である。この方法の特徴は、変位量を直接測定することができ、特に複数の変位素子が圧電磁器表面に形成された圧電アクチュエータの変位ばらつきを簡単に測定することができる。
【００５３】
例えば、図５（ａ）に示したように、保持板１１に圧電アクチュエータ１２が固定されている。圧電アクチュエータ１２は、振動板１３の上に共通電極１５、圧電セラミック層１４、複数の個別電極１６が順次形成され、共通電極１５と個別電極１６とで挟持された部位の圧電セラミックス層１４で構成される変位素子１７が複数表面に形成されている。そして、各々の変位素子１７は、外部の電子制御回路に独立して接続されており、所望の変位素子１７に電圧を印加する。
【００５４】
電極１６と共通電極１５との間に電圧が印加されると、図５（ｂ）に示したように、電圧が印加された共通電極１５と個別電極１６に挟持された部位の圧電セラミック層１４が変形し、保持板１１に設けられた溝１８ｂの空間に向かって変位する。即ち、変位素子１７が振動する。
【００５５】
なお、図５においては、貫通孔１８ａに連結した溝１８ｃによって変位素子の外周部が拘束されている。
【００５６】
変位の測定には、レーザー変位計等の変位測定手段を用いて測定することによって、圧電アクチュエータの特性評価、特に変位量の面内分布を簡単に評価することができる。
【００５７】
また、多数の変位素子の変位特性を短時間で評価するために、前記変位素子の外周部を拘束した後に、複数の変位素子に順次電圧を印加すると同時に、レーザードップラー変位計により個々の変位素子の中心部をスキャンして次々に測定すると、多数の変位素子の特性評価時間を短縮できる。
【００５８】
第二の発明においては、変位素子に一定の変位を機械的に与え、発生した電圧変位量を測定する手法である。即ち、変位を電圧に変化させ、電圧を測定する方法である。
【００５９】
例えば、個別電極１６に機械的に圧力を印加して圧電逆効果により個別電極１６に発生した電圧又を測定し、ばらつきを評価しても良いが、個別電極１６に発生した電荷を計測し、圧電ｇ定数を評価しても良い。圧電ｄ３１定数と圧電ｇ定数は相関関係にあることを利用して変位のバラツキを算出することができる。
【００６０】
また、多数の変位素子の測定時間は、測定する変位素子を同時に機械的に変位させ、発生した電圧を同時に測定して短縮しても良いし、圧電ｇ定数測定の測定を順次又は同時に行って短時間で測定することも可能である。コンピュータによってデータを処理すれば、多数の変位素子についての変位特性評価を短時間で実施することが容易になる。
【００６１】
なお、機械的な圧力を加えるのは、具体的には個別電極６に均一に圧力が印加されるように触針ピンを用いても良いし、保持板側を真空、個別電極側を大気圧又は加圧状態にした時の圧力差を用いて、その圧力差で発生する電圧又は圧電ｇ定数を測定しても良い。
【００６２】
【実施例】
実施例１
まず、図３に示した圧電アクチュエータを作製した。即ち、ＰＺＴ系圧電セラミックスを用いた圧電アクチュエータを準備した。その形状は、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍで、その表面に２５０個の変位素子が設けられ、図３に示したものと同じ構造のものを用いた。
【００６３】
圧電アクチュエータの一方の面を、図５に示した保持板に載置し、該保持板の貫通孔を減圧にすることによって、圧電アクチュエータの個々の変位素子の外周を拘束した。
【００６４】
次いで、共通電極と個別電極の電極間に直流電圧２０Ｖを印加し、変位量をレーザードップラー変位計により変位素子の中心部を測定した。そして、複数の変位素子にレーザーをスキャンし、次々に変位素子の測定を行った。
【００６５】
全部で５０個の変位素子の変位測定を行った結果、平均変位量が７２ｎｍ、そのばらつきが±１５ｎｍであった。
【００６６】
次に、この圧電アクチュエータを、従来のように支持部材に接着剤を用いて接合し、レーザードップラー変位計を用いて変位量を測定したところ、平均変位量が７０ｎｍ、そのばらつきが±１２ｎｍであり、本発明の評価方法の値とほほ一致し、正確であることがわかった。
【００６７】
実施例２
実施例１で用いた圧電アクチュエータ基板を使用し、図４（ｃ）の保持板を用いた以外は実施例１と同様の方法で固定した。次いで、溝を焼く２０Ｐａの真空状態にするとともに、個別電極側を加圧した状態で圧電アクチュエータの多数の変位素子を同時に変位させ、圧電逆効果により変位素子で発生した電荷を順次圧電ｇ定数を測定した。
【００６８】
全部で１００個の変位素子の圧電ｇ３１定数測定を行った結果、平均が７２×１０−４Ｖｍ／Ｎ、そのばらつきが±１０×１０−４Ｖｍ／Ｎであった。
【００６９】
次に、この圧電アクチュエータを、従来のように支持部材に接着剤を用いて接合し、圧電ｇ３１定数を同様に測定した結果、平均が７０×１０−４Ｖｍ／Ｎ、ばらつきが１０×１０−４Ｖｍ／Ｎというバラツキであり、本発明の評価方法の値とほほ一致し、正確であることがわかった。
【００７０】
比較例
実施例１と同様にして、圧電アクチュエータに保持板を載置し、該保持板を減圧することなく、０〜２０Ｖの直流電圧を印加した結果、隣接素子の干渉を受けて変位測定を繰り返すたびに変位自身が変化し、変位量自身評価不可能であった。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の圧電アクチュエータの測定装置は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエタを、複数の前記変位素子が変位可能なように該変位素子の外周を拘束して保持する保持手段と、前記変位素子を機械的に変位させるための加圧手段と、前記変位素子に発生した電圧を測定する電圧測定手段とを具備することにより、支持部材に接合することなく、また、圧電体を切断することなく、簡便な方法によって、個々の変位素子の変位や圧電定数ｄ３１を精度よく測定することが可能となる。また、本発明の圧電アクチュエータの測定方法は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、測定装置に備えられている複数の溝を備えた保持板上に、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で個々に拘束し、しかる後に該変位素子に一定の電圧を印加して発生した変位量を測定することにより、製品に近い状態となってから圧電アクチュエータの不良の判別を行うまでの工数、不良発生時の支持部材の無駄を無くし、低コストでかつ正確に圧電アクチュエータを評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定装置を示すもので、（ａ）が第一の発明に関する構成図、（ｂ）が第二の発明に関する構成図である。
【図２】本発明の測定装置の一例を示す構成図である。
【図３】本発明の測定に用いる圧電アクチュエータの一部を示す概略断面である。
【図４】本発明の測定装置の保持手法の一例を示すもので、（ａ）が固定方法を示す斜視図、（ｂ）が保持板の斜視図、（ｃ）が他の保持板の斜視図である。
【図５】本発明の保持手法で保持された圧電アクチュエータの一例を示すもので、（ａ）が電圧印加前の断面図、（ｂ）が電圧印加後の断面図である。
【図６】従来の印刷ヘッドを示すもので、（ａ）が概略断面図、（ｂ）が平面図である。
【符号の説明】
２、１２、１２２・・・圧電アクチュエータ
３、１３・・・振動板
４、１４・・・圧電セラミック層
５、１５・・・共通電極
６、１６、１２６・・・個別電極
７、１７、１２７・・・変位素子
１１、１２１、１３１、１４１・・・保持板
１８ａ、１２８ａ、１３８ａ・・・貫通孔
１８ｂ、１４８ｂ・・・溝
１８ｃ、１３８ｃ・・・溝
１０１・・・圧電アクチュエータ
１０２・・・保持手段
１０３・・・変位測定手段
１０４・・・電圧印加手段
１０５・・・加圧手段
１０６・・・電圧測定手段
１２３・・・減圧容器
１２４・・・試料固定部
１２５・・・真空排気口
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電変位素子及び圧電アクチュエータに関し、より詳しくは例えば加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ等の圧電センサ、燃料噴射用インクジェクター、インクジェットプリンタ用印刷ヘッド、圧電共振子、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタ等に適し、特に広がり振動、伸び振動、厚み立て振動を利用した印刷ヘッドとして好適に用いられる圧電変位素子及び圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、圧電セラミックスを利用した製品としては、例えば圧電アクチュエータ、フィルタ、圧電共振子（発信子を含む）、超音波振動子、超音波モーター、圧電センサ等がある。
【０００３】
これらの中で、圧電アクチュエータは、電気信号に対する応答速度が１０−６秒台と非常に高速であるため、半導体製造装置のＸＹステージの位置決め用圧電アクチュエータやインクジェットプリンタの印刷ヘッドに用いられる圧電アクチュエータ等に応用されている。
【０００４】
インクジェット方式を利用した印刷ヘッドは、例えば図６（ａ）に示したように、圧電アクチュエータ５１が、流路部材５３の上に設けられた構造を有する（例えば、特許文献１参照）。流路部材５３は、複数のインク加圧室５３ａが隔壁５３ｂによって仕切られ、インク加圧室５３ａは圧電アクチュエータ５１に当接するように並設されている。
【０００５】
圧電アクチュエータ５１は、圧電セラミック層５４を共通電極の役割を兼ねた導電性の振動板５５上に設け、圧電セラミック層５４の上に表面電極５６を設けられている。表面電極５６は、図６（ｂ）に示したように、圧電セラミック層５４の表面に複数配列されることにより、複数の圧電変位部５７が形成されたものである。この圧電アクチュエータ５１は、インク加圧室５３ａの直上に表面電極５６が位置するようにして流路部材５３上に配置している。
【０００６】
上記のような印刷ヘッドは、共通電極５５と所定の表面電極５６との間に電圧を印加して該表面電極５６直下の圧電セラミック層５４を変位させることにより、インク加圧室５３ａ内のインクを加圧して、流路部材５３の底面に開口したインク吐出口５８よりインク滴を吐出する。
【０００７】
このような印刷ヘッドに用いられる圧電アクチュエータは、複数の変位素子を支持基板に接着し、積層圧電体素子の電極部と支持基板の配線パターンとを導電性接着剤等で電気的に接続する。その後、個々の圧電素子に一定の電圧を印加し、各変位素子の変位量を測定することが行われている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３４３２１号公報図１
【特許文献２】
特開２００３−３９６５７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載の評価方法では、圧電アクチュエータを支持部材に接合してから圧電アクチュエータの不良の判別を行うため、製造工数が増えると共に、不良が発生した時には支持部材と、支持部材に接合する工程が無駄になり、コスト上昇の大きな要因となっていた。
【００１０】
ところが、径方向振動モードｄ３１を利用した変位素子が基板表面に複数並んだ圧電アクチュエータの場合には、支持部材を接合しないで変位量を評価すると、隣接する変位素子が振動の干渉を起こして、電圧を印加していないのに変位していまって、正確な変位量の測定が困難であるという問題があった。
【００１１】
従って、本発明は、支持部材に接合しなくても、簡便な方法で正確な測定の可能な圧電アクチュエータの評価方法及び測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、測定装置に備えられている複数の溝を備えた保持板上に、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で個々に拘束し、しかる後に該変位素子に一定の電圧を印加して発生した変位量を測定することを特徴とするものである。
【００１３】
前記複数の溝を備えた保持板を用いて、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して圧電アクチュエータを、例えば、機械的な固定や真空吸着等の手法によって保持して、前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で拘束するため、測定する変位素子は変位可能であり、かつその周囲をそれぞれ拘束することができ、隣接する変位素子への振動の影響を低減することが可能になる。その結果、圧電アクチュエータを支持部材に接着しなくても脱着が容易で、各変位素子に電圧を印加することによって変位特性を容易に評価することができる。
【００１４】
特に、前記複数の変位素子のうち、前記溝と位置が合せられている一部の変位素子について、前記電圧の印加と変位量の測定を順次行うことが好ましい。これにより、隣接する変位素子への振動の影響を低減しつつ、個々の変位素子の変位量及び変位の分布を正確に評価することができる。また、一部の変位素子の測定値から全体の分布が推定でき、コスト低減に貢献することができる。
【００１５】
また、本発明の他の圧電アクチュエータの評価方法は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、測定装置に備えられている複数の溝を備えた保持板上に、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で個々に拘束し、しかる後に該変位素子に一定の圧力を外部から加えて発生した電圧を測定することを特徴とするものである。
【００１６】
前記複数の溝を備えた保持板を用いて、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して圧電アクチュエータを、例えば、機械的な固定や真空吸着等の手法等によって保持して、前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で拘束するため、測定する変位素子は変位可能であり、かつその周囲をそれぞれ拘束することができ、隣接する変位素子への振動の影響を低減することが可能になる。その結果、圧電アクチュエータを支持部材に接着しなくても脱着が容易で、各変位素子を機械的に変位させ、変位素子に発生した電圧又は圧電ｇ定数を測定することによって変位特性を容易に評価することができる。
【００１７】
特に、前記複数の変位素子のうち、前記溝と位置が合わせられている一部の変位素子について、前記圧力の印加と電圧の測定を順次行うことが好ましい。これにより、隣接する変位素子への振動の影響を低減し、個々の変位素子の変位特性を正確に評価することができる。
【００１８】
また、前記複数の変位素子のうち、前記溝と位置が合わせられている一部の変位素子を機械的に同時に変位させ、発生した電圧を同時に測定することが好ましい。これにより、隣接する変位素子への振動の影響を低減し、個々の変位素子の変位特性を正確に評価することができるとともに、測定時間の短縮を行うことができる。
【００１９】
さらに、前記保持板として、前記溝と位置が合わせられる前記変位素子の外周部に対応する複数の貫通孔を備えたものを用い、前記拘束が、前記複数の貫通孔を減圧することにより行われることが好ましい。これにより、隣接する変位素子への振動の影響を顕著に低減し、個々の変位素子の変位をより正確に評価することができる。
【００２０】
また、本発明の測定装置は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、複数の前記変位素子が変位可能なように該変位素子の外周を拘束して保持する保持手段と、前記変位素子の変位を測定する変位測定手段と、前記変位素子に電圧を印加する電圧印加手段とを具備することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の他の測定装置は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、複数の前記変位素子が変位可能なように該変位素子の外周を拘束して保持する保持手段と、前記変位素子を機械的に変位させるための加圧手段と、前記変位素子に発生した電圧を測定する電圧測定手段とを具備することを特徴とするものである。
【００２２】
このような構成の測定装置においては、隣接する変位素子が振動して干渉するのを抑制でき、簡便に、且つ高精度で変位特性を評価することができる。
【００２３】
また、前記保持手段に、真空チャックを用いたことが好ましい。圧電アクチュエータの一方の面を保持板に載置し、該保持板の前記変位素子の外周に設けられた貫通孔を減圧することによって、圧電アクチュエータにおける個々の変位素子の外周部を容易に拘束することができ、また、測定後の圧電アクチュエータの取り外しも容易である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、振動板上に複数の変位素子を具備する圧電アクチュエータの評価方法に関するものであり、図を用いて説明する。
【００２５】
本発明の圧電アクチュエータの測定装置は、図１（ａ）に示したように、圧電アクチュエータ１０１を保持するための保持手段１０２と、圧電アクチュエータ１０１を構成する変位素子の変位測定を行う変位測定手段１０３と、変位素子に電圧を印加するための電圧印加手段１０４とを具備する。
【００２６】
測定装置の構成を示す一例として、図２に示すように、圧電アクチュエータ１１１の保持手段として保持板１１２を介して減圧容器１１３に吸引して固定する。なお、減圧容器１１３は、真空ポンプ１１４で減圧されている。また、変位測定手段は、コンピュータ１１６により制御された復調器１１７と、これに接続されたレーザー変位計１１８と、個々の変位素子の電極部に正確に触針するためのＣＣＤカメラ１１９と、圧電定数測定器１２１とで構成される。
【００２７】
さらに、電圧印加手段１０３は、直流電源１２０と、圧電アクチュエータ１１１までの配線で構成される。
【００２８】
また、本発明の他の圧電アクチュエータの測定装置は、図１（ｂ）に示したように、圧電アクチュエータ１０１を保持するための保持手段１０５と、圧電アクチュエータ１０１を構成する変位素子に圧力を加える加圧手段１０５と、変位素子に発生した電圧又は圧電定数を測定するための電圧測定手段１０６とを具備する。
【００２９】
以下に、各手段について具体的に説明する。
【００３０】
本発明において評価対象となる圧電アクチュエータは、振動板上に複数の変位素子が設けられたものである。このような圧電アクチュエータの構造の一例を図３に示した。
【００３１】
圧電アクチュエータ２は、セラミック振動板３と、セラミック振動板３上に順次形成された内部電極５、圧電セラミック層４、及び複数の表面電極６とを具備し、変位素子７が表面電極６と内部電極５とで挟持された圧電セラミック層４とで構成され、セラミック振動板３上には複数の変位素子７が形成されている。
【００３２】
このような変位素子の大きさは、例えば縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの振動板の上に、２個以上、特に５０個以上、更には１００個以上、より好適には２００個以上集積されており、これらの変位特性とそのばらつきを精度良く、しかも簡便な方法によって評価することが必要となっている。
【００３３】
保持手段１０２は、圧電アクチュエータを拘束し、且つ該圧電アクチュエータに設けられた変位素子の変位を可能にするための手段であり、特に、複数の変位素子のうち、一部の変位素子の外周部を個々に拘束することができる手段を備えることが重要である。
【００３４】
また、圧電アクチュエータを保持するために、複数の貫通孔及び／又は溝を備えた保持板を用い、その上に圧電アクチュエータ載置した状態で保持するのが良い。このような保持板は、印刷ヘッドに用いる流路部材と類似の材質や類似の形状及び大きさを有していることが、印刷ヘッドとして使用する状態を再現することによって、より正確な評価を行う上で好ましい。
【００３５】
具体的な保持手段としては、クランプ等により機械的に固定することを例示できる。さらに、隣接点との干渉を抑制するように、個々の変位素子の外周部を固定することが重要である。全ての変位素子を測定しない場合であっても、測定する変位素子の外周部を固定させ、振動させることがより正確な評価のために必要であり、更に全ての変位素子を外周部で固定させることが好ましい。
【００３６】
例えば、変位素子の外周部に保持板の複数の貫通孔が配置するように、圧電アクチュエータを保持板に載置し、減圧して保持することができる。これは、いわゆる真空チャックであり、多数の変位素子をその外周部で同時に保持することが容易であり、その結果、隣接する変位素子との干渉を抑制でき、変位特性をより精度良く評価することが可能となる。
【００３７】
真空チャックとは、圧電アクチュエータの一方の主面を減圧にしてその際の吸引力によって圧電アクチュエータを保持するものである。例えば、図４（ａ）に示したように、減圧容器１２３の試料固定部１２４と真空ポンプに連結された排気管（図示せず）に接続された真空排気口１２５を通して減圧容器１２３の内部が減圧状態になる。
【００３８】
従って、保持板１２１、圧電アクチュエータ１２２を減圧容器１２３の試料固定部１２４の上に載置すると、保持板１２１に設けられた貫通孔１２８ａを介して圧電アクチュエータの一部が吸引され、その吸引力で圧電アクチュエータが保持される。
【００３９】
保持板１２１に設けられた貫通孔１２８ａは、表面電極１２６又は変位素子１２７よりも僅かに大きい程度の大きさにして変位素子１２７の外周部を固定するものであり、且つ変位素子１２７が自由に変位することができるようになっている。
【００４０】
また、図４（ｂ）に示したように、保持板１３１が、複数の貫通孔１３８ａや溝１３８ｂ、１３８ｃを具備し、溝１３８ｂよって変位素子が変位可能となる。また、貫通孔１３８ｃが一部の変位素子の周囲部に、貫通孔１３８ａを取り囲み、且つ互いに連結するように設けられ、貫通孔１３８ａと連結させて溝１３８ｃを減圧することによって変位素子の外周部を吸引して固定する。貫通孔１３８ａの数は任意に決定できるが、排気速度及び真空到達圧を考慮すれば、測定する変位素子１０個以下に１個、特に測定する変位素子２〜５個に１個の割合で貫通孔１３８ａを設ければよい。なお、図４（ｂ）では溝１３８ｂは溝１３８ｃに連結して減圧されているが、溝１３８ｂは大気圧のままで用いても良い。
【００４１】
さらに、図４（ｃ）に示したように、多孔質体からなる支持板１４１を用いることもできる。この多孔質体は、実質的に多数の貫通孔を有するものであり、圧電アクチュエータを当接部の全ての部位で吸引することができる。なお、変位素子が変位するために溝１４８ｂが設けられている。
【００４２】
なお、保持板は、貫通孔と溝との両方を持つ必要はなく、圧電アクチュエータの変位素子の変位が可能なように溝を備えた保持板を用いて、貫通孔を減圧する以外の方法で部分的な拘束を行なっても良い。
【００４３】
変位測定手段については、図２に示すように、圧電アクチュエータ１１１の保持手段として保持板１１２を介して減圧容器１１３に吸引して固定した状態で、レーザードップラー振動計とカルバノミラーの組み合わせによる非接触で変位測定可能なレーザードップラー変位計１１８で振動を計測し、コンピュータ１１６により制御された復調器１１７によってセンシングした振動の情報を速度信号として復調し、アナログ信号として出力することができる。
【００４４】
また、変位測定手段の別の方法として、圧電定数を測定してその値から変位分布の情報を得ることができる。具体的な測定手段としては、個々の変位素子の電極部に正確に触針・加圧するためにＣＣＤカメラ１１９を搭載し、測定する変位素子をパソコンでモニターして、機械的に変位した際に生じる表面電荷を計測して圧電定数測定器１２１と接続して圧電ｇ定数として出力することができる。
【００４５】
電圧印加手段１０３は、直流電源１２０を用いて圧電アクチュエータ１１１より配線された個別電極と共通電極（ＧＮＤ）との間に所望の入力電圧を印加する。
【００４６】
次に、圧電特性の評価方法について図を用いて説明する。
【００４７】
まず、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを固定する。固定には、機械的衝撃を避け、破壊を防止するとともに、変位素子が自由振動を行わせるために、位置が変位素子と合うようになっている複数の溝を備えた保持板を用いることが重要である。
【００４８】
例えば、圧電アクチュエータ２を、保持板１に形成された貫通孔や溝を介して真空チャックによって吸引し、個々の変位素子の外周部を拘束することができる。この時、少なくとも測定する変位素子は自由振動が可能でなければならず、隣接する変位素子の影響をも考慮すれば、少なくとも１／３以上、特に１／２以上、更には２／３以上の変位素子が外周部で拘束されていることが精密な測定を行う点で好ましい。
【００４９】
圧電アクチュエータは、振動板の上に変位素子が設けられていれば、どのような形状のものでも適応することができる。即ち、平板に多数の変位素子が一平面に分布し、各変位素子が個別に制御されていれば良い。例えば、図３に示したように、圧電アクチュエータ２は、振動板３の表面に、共通電極５、圧電セラミック層４、複数の表面電極６が順次形成されてなり、圧電セラミック層４を共通電極５と表面電極６とで挟持するように設けられた変位素子７が、振動板の表面に複数設けられている。
【００５０】
なお、保持手段としては真空チャック以外の方法であっても良い。
【００５１】
本発明によれば、このように固定した圧電アクチュエータの変位素子を、２種類の手法を用いて評価することができる。
【００５２】
第一の発明においては、変位素子に一定の電圧を印加して発生した変位量を直接測定する手法である。即ち、電圧を変位に変化させ、変位を測定する方法である。この方法の特徴は、変位量を直接測定することができ、特に複数の変位素子が圧電磁器表面に形成された圧電アクチュエータの変位ばらつきを簡単に測定することができる。
【００５３】
例えば、図５（ａ）に示したように、保持板１１に圧電アクチュエータ１２が固定されている。圧電アクチュエータ１２は、振動板１３の上に共通電極１５、圧電セラミック層１４、複数の個別電極１６が順次形成され、共通電極１５と個別電極１６とで挟持された部位の圧電セラミックス層１４で構成される変位素子１７が複数表面に形成されている。そして、各々の変位素子１７は、外部の電子制御回路に独立して接続されており、所望の変位素子１７に電圧を印加する。
【００５４】
電極１６と共通電極１５との間に電圧が印加されると、図５（ｂ）に示したように、電圧が印加された共通電極１５と個別電極１６に挟持された部位の圧電セラミック層１４が変形し、保持板１１に設けられた溝１８ｂの空間に向かって変位する。即ち、変位素子１７が振動する。
【００５５】
なお、図５においては、貫通孔１８ａに連結した溝１８ｃによって変位素子の外周部が拘束されている。
【００５６】
変位の測定には、レーザー変位計等の変位測定手段を用いて測定することによって、圧電アクチュエータの特性評価、特に変位量の面内分布を簡単に評価することができる。
【００５７】
また、多数の変位素子の変位特性を短時間で評価するために、前記変位素子の外周部を拘束した後に、複数の変位素子に順次電圧を印加すると同時に、レーザードップラー変位計により個々の変位素子の中心部をスキャンして次々に測定すると、多数の変位素子の特性評価時間を短縮できる。
【００５８】
第二の発明においては、変位素子に一定の変位を機械的に与え、発生した電圧変位量を測定する手法である。即ち、変位を電圧に変化させ、電圧を測定する方法である。
【００５９】
例えば、個別電極１６に機械的に圧力を印加して圧電逆効果により個別電極１６に発生した電圧又を測定し、ばらつきを評価しても良いが、個別電極１６に発生した電荷を計測し、圧電ｇ定数を評価しても良い。圧電ｄ３１定数と圧電ｇ定数は相関関係にあることを利用して変位のバラツキを算出することができる。
【００６０】
また、多数の変位素子の測定時間は、測定する変位素子を同時に機械的に変位させ、発生した電圧を同時に測定して短縮しても良いし、圧電ｇ定数測定の測定を順次又は同時に行って短時間で測定することも可能である。コンピュータによってデータを処理すれば、多数の変位素子についての変位特性評価を短時間で実施することが容易になる。
【００６１】
なお、機械的な圧力を加えるのは、具体的には個別電極６に均一に圧力が印加されるように触針ピンを用いても良いし、保持板側を真空、個別電極側を大気圧又は加圧状態にした時の圧力差を用いて、その圧力差で発生する電圧又は圧電ｇ定数を測定しても良い。
【００６２】
【実施例】
実施例１
まず、図３に示した圧電アクチュエータを作製した。即ち、ＰＺＴ系圧電セラミックスを用いた圧電アクチュエータを準備した。その形状は、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍで、その表面に２５０個の変位素子が設けられ、図３に示したものと同じ構造のものを用いた。
【００６３】
圧電アクチュエータの一方の面を、図５に示した保持板に載置し、該保持板の貫通孔を減圧にすることによって、圧電アクチュエータの個々の変位素子の外周を拘束した。
【００６４】
次いで、共通電極と個別電極の電極間に直流電圧２０Ｖを印加し、変位量をレーザードップラー変位計により変位素子の中心部を測定した。そして、複数の変位素子にレーザーをスキャンし、次々に変位素子の測定を行った。
【００６５】
全部で５０個の変位素子の変位測定を行った結果、平均変位量が７２ｎｍ、そのばらつきが±１５ｎｍであった。
【００６６】
次に、この圧電アクチュエータを、従来のように支持部材に接着剤を用いて接合し、レーザードップラー変位計を用いて変位量を測定したところ、平均変位量が７０ｎｍ、そのばらつきが±１２ｎｍであり、本発明の評価方法の値とほほ一致し、正確であることがわかった。
【００６７】
実施例２
実施例１で用いた圧電アクチュエータ基板を使用し、図４（ｃ）の保持板を用いた以外は実施例１と同様の方法で固定した。次いで、溝を焼く２０Ｐａの真空状態にするとともに、個別電極側を加圧した状態で圧電アクチュエータの多数の変位素子を同時に変位させ、圧電逆効果により変位素子で発生した電荷を順次圧電ｇ定数を測定した。
【００６８】
全部で１００個の変位素子の圧電ｇ３１定数測定を行った結果、平均が７２×１０−４Ｖｍ／Ｎ、そのばらつきが±１０×１０−４Ｖｍ／Ｎであった。
【００６９】
次に、この圧電アクチュエータを、従来のように支持部材に接着剤を用いて接合し、圧電ｇ３１定数を同様に測定した結果、平均が７０×１０−４Ｖｍ／Ｎ、ばらつきが１０×１０−４Ｖｍ／Ｎというバラツキであり、本発明の評価方法の値とほほ一致し、正確であることがわかった。
【００７０】
比較例
実施例１と同様にして、圧電アクチュエータに保持板を載置し、該保持板を減圧することなく、０〜２０Ｖの直流電圧を印加した結果、隣接素子の干渉を受けて変位測定を繰り返すたびに変位自身が変化し、変位量自身評価不可能であった。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の圧電アクチュエータの測定装置は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエタを、複数の前記変位素子が変位可能なように該変位素子の外周を拘束して保持する保持手段と、前記変位素子を機械的に変位させるための加圧手段と、前記変位素子に発生した電圧を測定する電圧測定手段とを具備することにより、支持部材に接合することなく、また、圧電体を切断することなく、簡便な方法によって、個々の変位素子の変位や圧電定数ｄ３１を精度よく測定することが可能となる。また、本発明の圧電アクチュエータの測定方法は、振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、測定装置に備えられている複数の溝を備えた保持板上に、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で個々に拘束し、しかる後に該変位素子に一定の電圧を印加して発生した変位量を測定することにより、製品に近い状態となってから圧電アクチュエータの不良の判別を行うまでの工数、不良発生時の支持部材の無駄を無くし、低コストでかつ正確に圧電アクチュエータを評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定装置を示すもので、（ａ）が第一の発明に関する構成図、（ｂ）が第二の発明に関する構成図である。
【図２】本発明の測定装置の一例を示す構成図である。
【図３】本発明の測定に用いる圧電アクチュエータの一部を示す概略断面である。
【図４】本発明の測定装置の保持手法の一例を示すもので、（ａ）が固定方法を示す斜視図、（ｂ）が保持板の斜視図、（ｃ）が他の保持板の斜視図である。
【図５】本発明の保持手法で保持された圧電アクチュエータの一例を示すもので、（ａ）が電圧印加前の断面図、（ｂ）が電圧印加後の断面図である。
【図６】従来の印刷ヘッドを示すもので、（ａ）が概略断面図、（ｂ）が平面図である。
【符号の説明】
２、１２、１２２・・・圧電アクチュエータ
３、１３・・・振動板
４、１４・・・圧電セラミック層
５、１５・・・共通電極
６、１６、１２６・・・個別電極
７、１７、１２７・・・変位素子
１１、１２１、１３１、１４１・・・保持板
１８ａ、１２８ａ、１３８ａ・・・貫通孔
１８ｂ、１４８ｂ・・・溝
１８ｃ、１３８ｃ・・・溝
１０１・・・圧電アクチュエータ
１０２・・・保持手段
１０３・・・変位測定手段
１０４・・・電圧印加手段
１０５・・・加圧手段
１０６・・・電圧測定手段
１２３・・・減圧容器
１２４・・・試料固定部
１２５・・・真空排気口
Claims (9)
- 振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、測定装置に備えられている複数の溝を備えた保持板上に、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して、前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で個々に拘束し、しかる後に該変位素子に一定の電圧を印加して発生した変位量を測定することを特徴とする圧電アクチュエータの評価方法。
- 前記複数の変位素子のうち、前記溝と位置が合わせられている一部の変位素子について、前記電圧の印加と変位量の測定を順次行うことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータの評価方法。
- 振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、測定装置に備えられている複数の溝を備えた保持板上に、前記溝と前記変位素子との位置が合うように載置して前記変位素子の外周部を前記溝の周囲で個々に拘束し、しかる後に該変位素子に一定の圧力を外部から加えて発生した電圧又は圧電定数を測定することを特徴とする圧電アクチュエータの評価方法。
- 前記複数の変位素子のうち、前記溝と位置が合わせられている一部の変位素子について、前記圧力の印加と電圧の測定又は圧電定数の測定を順次行うことを特徴とする請求項３記載の圧電アクチュエータの評価方法。
- 前記複数の変位素子のうち、前記溝と位置が合わせられている一部の変位素子を機械的に同時に変位させ、発生した電圧又は圧電定数を同時に測定することを特徴とする請求項３又は４記載の圧電アクチュエータの評価方法。
- 前記保持板として、前記溝と位置が合わせられる前記変位素子の外周部に対応する複数の貫通孔を備えたものを用いて、前記拘束が、前記複数の貫通孔を減圧することにより行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの評価方法。
- 振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、複数の前記変位素子が変位可能なように該変位素子の外周を拘束して保持する保持手段と、前記変位素子の変位を測定する変位測定手段と、前記変位素子に電圧を印加する電圧印加手段とを具備することを特徴とする圧電アクチュエータの測定装置。
- 振動板上に複数の変位素子が設けられた圧電アクチュエータを、複数の前記変位素子が変位可能なように該変位素子の外周を拘束して保持する保持手段と、前記変位素子を機械的に変位させるための加圧手段と、前記変位素子に発生した電圧を測定する電圧測定手段とを具備することを特徴とする圧電アクチュエータの測定装置。
- 前記保持手段に、真空チャックを用いたことを特徴とする請求項７又は８記載の圧電アクチュエータの測定装置。
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