Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7634359B2 - Piezoelectric material measuring device and piezoelectric material measuring method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7634359B2 - Piezoelectric material measuring device and piezoelectric material measuring method - Google Patents

Piezoelectric material measuring device and piezoelectric material measuring method Download PDF

Info

Publication number
JP7634359B2
JP7634359B2 JP2020195352A JP2020195352A JP7634359B2 JP 7634359 B2 JP7634359 B2 JP 7634359B2 JP 2020195352 A JP2020195352 A JP 2020195352A JP 2020195352 A JP2020195352 A JP 2020195352A JP 7634359 B2 JP7634359 B2 JP 7634359B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measurement
measurement object
measured
voltage
piezoelectric material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020195352A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022083811A (en
Inventor
利夫 宮澤
和樹 平
Original Assignee
理想テクノロジーズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 理想テクノロジーズ株式会社 filed Critical 理想テクノロジーズ株式会社
Priority to JP2020195352A priority Critical patent/JP7634359B2/en
Publication of JP2022083811A publication Critical patent/JP2022083811A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7634359B2 publication Critical patent/JP7634359B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明の実施形態は、圧電材料の測定装置及び圧電材料の測定方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a piezoelectric material measurement device and a piezoelectric material measurement method.

せん断モード型圧電式のインクジェットヘッドが知られている。また、インクジェットヘッドの低電圧化や高性能化のために、大きな歪みが得られる圧電材料の採用が望まれている。圧電材料の圧電定数は、動作条件(電界、周波数)により異なる。そこで、圧電材料の採用に当たり、歪み量を求めるためには、インクジェットヘッドの動作条件で圧電定数を測定することが望ましい。しかし、インクジェットヘッドの動作条件である大電界(例えば、数百V/mm)、高周波数域(例えば、数百kHz)では測定値が大きくばらつく問題がある。 Shear mode piezoelectric inkjet heads are known. In addition, in order to reduce the voltage and improve the performance of inkjet heads, it is desirable to use piezoelectric materials that can produce large distortions. The piezoelectric constant of a piezoelectric material varies depending on the operating conditions (electric field, frequency). Therefore, when adopting a piezoelectric material, it is desirable to measure the piezoelectric constant under the operating conditions of the inkjet head in order to determine the amount of distortion. However, there is a problem in that the measured values vary greatly under the operating conditions of the inkjet head, which are the large electric field (e.g., several hundred V/mm) and high frequency range (e.g., several hundred kHz).

特開平4-152273号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-152273

本発明が解決しようとする課題は、測定値のばらつきを抑制できる圧電材料の測定装置及び圧電材料の測定方法を提供することである。 The problem that the present invention aims to solve is to provide a piezoelectric material measuring device and a piezoelectric material measuring method that can reduce the variability in the measured values.

一実施形態に係る圧電材料の測定装置は、電圧に応じてせん断変形する矩形板状の二枚の圧電材料を分極方向が平行、且つ、相反する方向で接合し、前記分極方向に沿った両主面に電極が形成される測定対象物の、前記分極方向の端面である測定面の変位速度から求められるせん断歪み振幅、及び、前記電極に印加される電圧から求められる電界振幅に基づいて圧電定数を測定する測定装置である。測定装置は、駆動源と、非接触式振動計と、電圧計と、を備える。駆動源は、前記測定対象物の前記両主面の前記電極に、前記測定対象物の圧電材料を用いる装置の駆動条件に基づいて設定される任意の電圧を出力する。非接触式振動計は、前記測定対象物の前記測定面にレーザ光を照射し、前記測定面の反射光をセンシングすることで、前記測定面の変位速度を計測する。電圧計は、前記駆動源に接続され、前記測定対象物に出力される前記電圧を計測する。 The piezoelectric material measuring device according to one embodiment is a measuring device that measures a piezoelectric constant based on a shear strain amplitude obtained from a displacement speed of a measurement surface, which is an end face in the polarization direction, of a measurement object having two rectangular plate-shaped piezoelectric materials that shear deform in response to a voltage, the polarization directions of which are parallel and opposite to each other, and an electric field amplitude obtained from a voltage applied to the electrodes. The measuring device includes a driving source, a non-contact vibrometer, and a voltmeter. The driving source outputs an arbitrary voltage to the electrodes on both main surfaces of the measurement object, the voltage being set based on a driving condition of a device that uses the piezoelectric material of the measurement object . The non-contact vibrometer irradiates the measurement surface of the measurement object with a laser beam and senses the reflected light from the measurement surface to measure the displacement speed of the measurement surface . The voltmeter is connected to the driving source and measures the voltage output to the measurement object.

実施形態に係る測定装置の構成を模式的に示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a measurement device according to an embodiment. 実施形態に係る測定装置で測定する測定対象物の構成を模式的に示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a measurement object to be measured by a measurement device according to an embodiment. 実施形態に係る測定装置の保持具の構成を模式的に示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a holder of the measuring device according to the embodiment. 実施形態に係る測定装置の処理装置の構成を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a processing device of the measurement device according to the embodiment; 実施形態に係る測定装置を用いた測定対象物の測定の一例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of measurement of a measurement object using the measurement device according to the embodiment. 実施形態に係る測定装置を用いた測定対象物の測定方法の一例を示す流れ図。4 is a flowchart showing an example of a method for measuring a measurement object using the measurement device according to the embodiment. 従来の測定方法により試験片を測定した結果であり、圧電定数と周波数の関係の一例を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the piezoelectric constant and the frequency, which is a result of measuring a test piece by a conventional measuring method. 従来の測定方法のFEM解析の結果を示す説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram showing the results of FEM analysis using a conventional measuring method. 実施形態に係る測定方法のFEM解析の結果であって、駆動周波数とせん断歪み振幅の関係を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the result of an FEM analysis of the measurement method according to the embodiment, illustrating the relationship between the drive frequency and the shear strain amplitude. 本実施形態の測定装置及び測定方法を用いて測定したソフト系-PZT、ハード系-PZTの測定結果の一例を示す説明図。4A to 4C are explanatory diagrams showing examples of measurement results of a soft-type PZT and a hard-type PZT measured using the measurement device and measurement method of the present embodiment. 図10で示した測定値について、近似直線に対する各測定点の偏差をプロットした説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram in which the deviation of each measurement point from an approximation line is plotted for the measurement values shown in FIG. 10 . 本実施形態の測定装置及び測定方法を用いて、繰り返し測定を行ったときの繰り返し測定精度を示す説明図。5A and 5B are explanatory diagrams showing the repeat measurement accuracy when measurements are repeatedly performed using the measurement device and measurement method of the present embodiment. 他の実施形態に係る測定装置の保持具の構成を模式的に示す説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a holder of a measuring device according to another embodiment.

以下、実施形態に係る圧電材料の測定装置1及び圧電材料の測定方法の例について、図面を参照して説明する。
図1は、実施形態に係る測定装置1の構成を模式的に示す説明図である。図2は、測定装置1で測定する測定対象物2の構成を模式的に示す斜視図である。図3は、測定装置1の保持具11の構成を模式的に示す説明図である。図4は、測定装置1の処理装置16の構成を示すブロック図である。図5は測定装置1を用いた測定対象物2の測定の一例を示す説明図であり、図6は、測定装置1を用いた測定対象物2の測定方法の一例を示す流れ図である。
Hereinafter, an example of a piezoelectric material measuring device 1 and a piezoelectric material measuring method according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
Fig. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a measuring device 1 according to an embodiment. Fig. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a measurement object 2 measured by the measuring device 1. Fig. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a holder 11 of the measuring device 1. Fig. 4 is a block diagram showing a configuration of a processing device 16 of the measuring device 1. Fig. 5 is an explanatory diagram showing an example of measurement of the measurement object 2 using the measuring device 1, and Fig. 6 is a flow chart showing an example of a method of measuring the measurement object 2 using the measuring device 1.

先ず、測定装置1により測定する測定対象物2について説明する。
図1に示すように、測定対象物2は、測定装置1により測定する測定対象物である。図2に示すように、測定対象物2は、例えば、電圧(電界)に応じてせん断変形する矩形板状に形成された二枚の圧電材料片4(圧電材料)と、各圧電材料片4の分極方向に沿った両主面に設けられた電極5と、を備える。測定対象物2は、分極方向に沿った両主面に電極5が設けられた矩形板状の二枚の圧電材料片4を、反平行分極となるように接合することで形成される。換言すると、測定対象物2は、二枚の圧電材料片4を、分極方向が平行、且つ、相反する方向で接合することで形成される。なお、図2において、圧電材料片4の分極方向を矢印で示す。
First, a measurement object 2 to be measured by the measurement device 1 will be described.
As shown in FIG. 1, the measurement object 2 is an object to be measured by the measurement device 1. As shown in FIG. 2, the measurement object 2 includes, for example, two piezoelectric material pieces 4 (piezoelectric material) formed in a rectangular plate shape that shears in response to a voltage (electric field), and electrodes 5 provided on both main surfaces along the polarization direction of each piezoelectric material piece 4. The measurement object 2 is formed by joining two rectangular plate-shaped piezoelectric material pieces 4 with electrodes 5 provided on both main surfaces along the polarization direction so that they are anti-parallel polarized. In other words, the measurement object 2 is formed by joining two piezoelectric material pieces 4 with their polarization directions parallel and opposite to each other. In FIG. 2, the polarization direction of the piezoelectric material piece 4 is indicated by an arrow.

測定対象物2に用いられる二枚の圧電材料片4は、同じ材料で形成される。また、二枚の圧電材料片4は、幅W、長さL及び厚さtが同じ寸法に設定される。電極5は、例えば、金により形成される。なお、電極5は、銀、ニッケル等の他の材料であってもよい。電極5は、好適な方法、例えば、蒸着、焼き付け、めっき、スパッタリング等の方法によって圧電材料片4の両主面に形成される。 The two piezoelectric material pieces 4 used in the measurement object 2 are made of the same material. Furthermore, the two piezoelectric material pieces 4 are set to have the same dimensions of width W, length L, and thickness t. The electrodes 5 are made of, for example, gold. However, the electrodes 5 may be made of other materials such as silver or nickel. The electrodes 5 are formed on both main surfaces of the piezoelectric material piece 4 by a suitable method, for example, deposition, baking, plating, sputtering, or other methods.

なお、本実施形態において、説明の便宜上、圧電材料片4の分極方向に沿った方向を長手方向とし、二枚の圧電材料片4の積層方向を厚み方向又は上下方向として以下説明する。また、本実施形態において、測定対象物2の一方の圧電材料片4及び該圧電材料片4の両主面に設けられた電極5を含む試験片を上部試験片6とし、他方の圧電材料片4及び該圧電材料片4の両主面に設けられた電極5を含む試験片を下部試験片7として、以下説明する。 For ease of explanation, in this embodiment, the direction along the polarization direction of the piezoelectric material piece 4 is defined as the longitudinal direction, and the stacking direction of the two piezoelectric material pieces 4 is defined as the thickness direction or the up-down direction. In addition, in this embodiment, the test piece including one of the piezoelectric material pieces 4 of the measurement object 2 and the electrodes 5 provided on both main surfaces of the piezoelectric material piece 4 is defined as the upper test piece 6, and the test piece including the other piezoelectric material piece 4 and the electrodes 5 provided on both main surfaces of the piezoelectric material piece 4 is defined as the lower test piece 7.

次に、測定対象物2を測定する測定装置1について説明する。
図1に示すように、測定装置1は、保持具11と、非接触式振動計12と、搬送装置13と、駆動源14と、電圧計15と、処理装置16と、を備える。測定装置1は、保持具11で保持した測定対象物2を駆動源で駆動し、駆動する測定対象物2の長手方向の一方の端面(測定面)の変位速度を上下方向の各位置において測定する。そして、測定装置1は、測定した変位速度を積分することで求めた変位振幅から各圧電材料片4の傾き振幅を求め、傾き振幅の平均値を圧電材料の歪み振幅として求める。
Next, the measuring device 1 for measuring the measuring object 2 will be described.
As shown in Fig. 1, the measuring device 1 includes a holder 11, a non-contact vibrometer 12, a transport device 13, a drive source 14, a voltmeter 15, and a processing device 16. The measuring device 1 drives the measuring object 2 held by the holder 11 with the drive source, and measures the displacement speed of one end face (measurement surface) in the longitudinal direction of the driven measuring object 2 at each position in the vertical direction. The measuring device 1 then obtains the tilt amplitude of each piezoelectric material piece 4 from the displacement amplitude obtained by integrating the measured displacement speed, and obtains the average value of the tilt amplitude as the strain amplitude of the piezoelectric material.

保持具11は、測定対象物2の長手方向の一方の端面を非接触式振動計12と正対する姿勢で測定対象物2を保持する。また、保持具11は、測定対象物2の両主面の電極5及び駆動源14を導通させる。具体例として保持具11は、測定対象物2の上部試験片6の下方の電極5及び下部試験片7の下方の電極5と当接する。 The holder 11 holds the object to be measured 2 in a position where one end face in the longitudinal direction of the object to be measured 2 faces the non-contact vibrometer 12. The holder 11 also provides electrical continuity between the electrodes 5 on both main surfaces of the object to be measured 2 and the driving source 14. As a specific example, the holder 11 abuts against the lower electrode 5 of the upper test piece 6 and the lower electrode 5 of the lower test piece 7 of the object to be measured 2.

例えば、図3に示すように、保持具11は、測定対象物2の両主面の電極5と当接して測定対象物2を保持する一対のコンタクトプローブピン111を備える。コンタクトプローブピン111は、高導電性の金属材料により形成される。一対のコンタクトプローブピン111は、駆動源14に接続される。 For example, as shown in FIG. 3, the holder 11 has a pair of contact probe pins 111 that abut against the electrodes 5 on both main surfaces of the object to be measured 2 to hold the object to be measured 2. The contact probe pins 111 are formed of a highly conductive metal material. The pair of contact probe pins 111 are connected to the driving source 14.

非接触式振動計12は、測定対象物2の測定面である長手方向の端面の変位を測定し、測定した変位値を出力する。例えば、非接触式振動計12は、測定対象物2の上部試験片6及び下部試験片7それぞれの測定面の変位速度を計測する。非接触式振動計12は、測定した変位速度を信号として出力する。非接触式振動計12は、例えば、レーザードップラー振動計である。 The non-contact vibrometer 12 measures the displacement of the longitudinal end face, which is the measurement surface of the measurement object 2, and outputs the measured displacement value. For example, the non-contact vibrometer 12 measures the displacement speed of the measurement surface of each of the upper test piece 6 and the lower test piece 7 of the measurement object 2. The non-contact vibrometer 12 outputs the measured displacement speed as a signal. The non-contact vibrometer 12 is, for example, a laser Doppler vibrometer.

このような非接触式振動計12は、例えば、図1に示すように、測定対象物2の測定面にレーザ光Lを照射し、測定面の反射光のセンシングによって、測定面の変位速度の測定を行う。非接触式振動計12は、測定した変位速度(振動速度)を、該振動速度に比例したアナログ電圧の振動速度信号として出力する。 For example, as shown in FIG. 1, such a non-contact vibrometer 12 irradiates the measurement surface of the measurement object 2 with laser light L and measures the displacement velocity of the measurement surface by sensing the reflected light from the measurement surface. The non-contact vibrometer 12 outputs the measured displacement velocity (vibration velocity) as a vibration velocity signal of an analog voltage proportional to the vibration velocity.

例えば、非接触式振動計12は、電圧計15及び処理装置16に接続される。非接触式振動計12は、振動速度信号を電圧計15に出力する。また、非接触式振動計12は、処理装置16の指令に基づいて測定対象物2の測定面の変位速度の測定を行う。 For example, the non-contact vibrometer 12 is connected to a voltmeter 15 and a processing device 16. The non-contact vibrometer 12 outputs a vibration velocity signal to the voltmeter 15. The non-contact vibrometer 12 also measures the displacement velocity of the measurement surface of the measurement object 2 based on a command from the processing device 16.

搬送装置13は、保持具11で保持された測定対象物2及び非接触式振動計12を上下方向に相対的に移動させる。例えば、搬送装置13は、少なくとも測定対象物2の端面の上下方向の距離を移動できる。搬送装置13は、例えば、モータ及びモータの駆動によって上下方向に沿って移動するステージを有する電動ステージである。搬送装置13は、例えば、処理装置16に接続され、保持具11で保持された測定対象物2を処理装置16の指令に基づいて上下方向に移動する。 The transport device 13 moves the measurement object 2 and the non-contact vibrometer 12 held by the holder 11 relatively in the vertical direction. For example, the transport device 13 can move at least the vertical distance of the end face of the measurement object 2. The transport device 13 is, for example, an electric stage having a motor and a stage that moves in the vertical direction by being driven by the motor. The transport device 13 is, for example, connected to a processing device 16, and moves the measurement object 2 held by the holder 11 in the vertical direction based on commands from the processing device 16.

駆動源14は、保持具11を介して測定対象物2に電圧(電界)を印加することで、測定対象物2を駆動する。駆動源14は、例えば、処理装置16に接続され、処理装置16の指令により、測定対象物2へ電圧を印加する。駆動源14は、例えば、波形発生器141と、アンプ142と、を備える。 The driving source 14 drives the measurement object 2 by applying a voltage (electric field) to the measurement object 2 via the holder 11. The driving source 14 is connected to, for example, a processing device 16, and applies a voltage to the measurement object 2 in response to a command from the processing device 16. The driving source 14 includes, for example, a waveform generator 141 and an amplifier 142.

波形発生器141は、任意の駆動電圧の電圧波形(駆動波形)を発生させる。アンプ142は、増幅器である。アンプ142は、波形発生器141で発生させた電圧波形を、測定対象物2の圧電材料を用いる装置の駆動条件に想定する電圧(電界)以上に増幅させる。 The waveform generator 141 generates a voltage waveform (drive waveform) of an arbitrary drive voltage. The amplifier 142 is an amplifier. The amplifier 142 amplifies the voltage waveform generated by the waveform generator 141 to a voltage (electric field) or higher assumed for the drive conditions of the device that uses the piezoelectric material of the measurement object 2.

ここで、本実施形態において、測定対象物2の圧電材料を用いる装置とは、例えば、インクジェットヘッドのアクチュエータである。なお、測定対象物2の圧電材料を用いる装置は、インクジェットヘッドのアクチュエータに限定されず、適宜設定可能である。 In this embodiment, the device using the piezoelectric material of the measurement object 2 is, for example, an actuator of an inkjet head. Note that the device using the piezoelectric material of the measurement object 2 is not limited to an actuator of an inkjet head, and can be set as appropriate.

本実施形態において、アンプ142は、例えば、2台用いられる。2台のアンプ142は、上部試験片6及び下部試験片7に逆極性の電圧波形を印加する。即ち、駆動源14は、2台のアンプ142を用いることで、アンプ142の電圧出力仕様に対して2倍の電位差を測定対象物2に印加できる。 In this embodiment, for example, two amplifiers 142 are used. The two amplifiers 142 apply voltage waveforms of opposite polarity to the upper test piece 6 and the lower test piece 7. In other words, by using two amplifiers 142, the driving source 14 can apply a potential difference to the measurement object 2 that is twice the voltage output specification of the amplifiers 142.

電圧計15は、測定対象物2の駆動電圧(電圧値)をモニタする。例えば、電圧計15は、測定対象物2の駆動電圧としての駆動波形信号を受信し、A/D変換を行う。また、電圧計15は、非接触式振動計12から出力される振動速度信号をモニタする。例えば、電圧計15は、非接触式振動計12から出力された振動速度信号を受信し、A/D変換を行う。また、電圧計15は、処理装置16からの命令に基づき、データを処理装置16に出力する。例えば、電圧計15は、処理装置16に接続され、A/D変換を行った駆動波形信号及び振動速度信号を処理装置16に出力する。 The voltmeter 15 monitors the drive voltage (voltage value) of the measurement object 2. For example, the voltmeter 15 receives a drive waveform signal as the drive voltage of the measurement object 2 and performs A/D conversion. The voltmeter 15 also monitors the vibration velocity signal output from the non-contact vibrometer 12. For example, the voltmeter 15 receives the vibration velocity signal output from the non-contact vibrometer 12 and performs A/D conversion. The voltmeter 15 also outputs data to the processing device 16 based on an instruction from the processing device 16. For example, the voltmeter 15 is connected to the processing device 16 and outputs the drive waveform signal and vibration velocity signal that have been A/D converted to the processing device 16.

このような、電圧計15は、例えば、デジタルオシロスコープである。電圧計15は、処理装置16にモニタした駆動波形信号及び振動速度信号等のデータを出力する。なお、電圧計15は、オシロスコープ等の計測器でなく、処理装置16に設けられた、測定対象物2の駆動電圧及び非接触式振動計12の出力信号をモニタできる処理回路であってもよい。 Such a voltmeter 15 is, for example, a digital oscilloscope. The voltmeter 15 outputs data such as the monitored drive waveform signal and vibration velocity signal to the processing device 16. Note that the voltmeter 15 does not have to be a measuring instrument such as an oscilloscope, and may be a processing circuit provided in the processing device 16 that can monitor the drive voltage of the measurement object 2 and the output signal of the non-contact vibrometer 12.

処理装置16は、測定装置1の各構成を制御する制御装置である。図4に示すように、処理装置16は、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット端末等の処理端末である。処理装置16は、例えば、通信部21と、入力部22と、インターフェース23と、表示部24と、メモリ25と、プロセッサ26と、を備える。 The processing device 16 is a control device that controls each component of the measurement device 1. As shown in FIG. 4, the processing device 16 is, for example, a processing terminal such as a personal computer or a tablet terminal. The processing device 16 includes, for example, a communication unit 21, an input unit 22, an interface 23, a display unit 24, a memory 25, and a processor 26.

通信部21は、プロセッサ26により制御され、有線通信技術又は無線通信技術を用いて、他の処理装置である外部端末と通信可能な任意の通信インターフェースである。通信部21は、例えば、通信モジュール又は通信基板等として実装されていてもよい。通信部21は、例えば、BLE規格(Bluetooth(登録商標) Low Energyの規格)、Wi-Fi(登録商標)、NFC等の無線通信技術、又はUSB等の有線通信技術を用いて、外部端末の通信部と接続できる。 The communication unit 21 is an arbitrary communication interface that is controlled by the processor 26 and can communicate with an external terminal, which is another processing device, using wired or wireless communication technology. The communication unit 21 may be implemented, for example, as a communication module or a communication board. The communication unit 21 can connect to the communication unit of the external terminal using, for example, wireless communication technology such as the BLE standard (Bluetooth (registered trademark) Low Energy standard), Wi-Fi (registered trademark), or NFC, or wired communication technology such as USB.

入力部22は、例えば、ボタンを含む操作パネル、タッチパネル、キーボード、マウス、等のユーザ入力を受け付ける装置を有する。インターフェース23は、非接触式振動計12、搬送装置13のモータ、駆動源14及び電圧計15と電気的に接続可能な端子又は回路である。 The input unit 22 has a device for accepting user input, such as an operation panel including buttons, a touch panel, a keyboard, a mouse, etc. The interface 23 is a terminal or circuit that can be electrically connected to the non-contact vibrometer 12, the motor of the conveying device 13, the drive source 14, and the voltmeter 15.

表示部24は、例えば、液晶ディスプレイ、または有機ELディスプレイなどの表示デバイスを有する。表示部24は、各種情報を表示する表示装置として機能する。また、表示部24は、表示デバイスに代えて、又は、表示デバイスに加えて、スピーカ、LED(Light Emitting Diode)点灯部等を有していても良い。 The display unit 24 has a display device such as a liquid crystal display or an organic EL display. The display unit 24 functions as a display device that displays various information. The display unit 24 may also have a speaker, an LED (Light Emitting Diode) lighting unit, etc. instead of or in addition to the display device.

メモリ25は、記憶媒体である。メモリ25は、データの読出及び書込が可能である。メモリ25は、プロセッサ26によって使用されるデータ、非接触式振動計12の制御、搬送装置13の制御、駆動源14の制御、電圧計15の制御、測定対象物2の測定等に用いる各種データやプログラム等を格納する。また、メモリ25は、処理装置16の他の構成や、外部機器等を制御する各種データやプログラム等を格納する。 The memory 25 is a storage medium. Data can be read from and written to the memory 25. The memory 25 stores data used by the processor 26, various data and programs used for controlling the non-contact vibrometer 12, the conveying device 13, the driving source 14, the voltmeter 15, and measuring the measurement object 2. The memory 25 also stores other components of the processing device 16 and various data and programs used for controlling external devices, etc.

メモリ25は、例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)(登録商標)、ROM(Read only memory)又はNAND型フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む。また、メモリ25は、フラッシュメモリを搭載したSSD(Solid State Drive)を含む。 The memory 25 includes, for example, a non-volatile memory such as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) (registered trademark), a ROM (Read only memory), or a NAND-type flash memory. The memory 25 also includes an SSD (Solid State Drive) equipped with a flash memory.

プロセッサ26は、CPU(Central Processing Unit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、DSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)、マイコン、又はその他の汎用または専用のプロセッサなどであってもよい。プロセッサ26は、例えば、通信部21の通信制御、表示部24の表示制御、測定対象物2の測定制御等の任意の処理を行う。また、例えば、プロセッサ26は、通信部21やインターフェース23を介して、非接触式振動計12、搬送装置13、駆動源14及び電圧計15や外部端末等に接続される。 The processor 26 may be a CPU (Central Processing Unit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), a DSP (Digital Signal Processor), a GPU (Graphics Processing Unit), a microcomputer, or any other general-purpose or dedicated processor. The processor 26 performs any process, such as communication control of the communication unit 21, display control of the display unit 24, and measurement control of the measurement object 2. In addition, the processor 26 is connected to the non-contact vibrometer 12, the transport device 13, the driving source 14, the voltmeter 15, an external terminal, etc., via the communication unit 21 and the interface 23.

プロセッサ26は、例えば、処理回路とメモリとを含む。プロセッサ26は、例えば、メモリとしての不揮発性のEEPROM領域や揮発性のDRAM領域等の記憶領域261を含む。また、プロセッサ26は、非接触式振動計12、搬送装置13及び駆動源14を制御して、駆動する測定対象物2の測定面の変位速度を測定する測定制御回路262、及び、非接触式振動計12で測定した変位速度及び電圧計15で測定した測定対象物2への印加電界から圧電定数d15を演算する演算回路263を有する。 The processor 26 includes, for example, a processing circuit and a memory. The processor 26 includes, for example, a storage area 261 such as a non-volatile EEPROM area or a volatile DRAM area as a memory. The processor 26 also includes a measurement control circuit 262 that controls the non-contact vibrometer 12, the conveying device 13, and the driving source 14 to measure the displacement speed of the measurement surface of the driven measurement object 2, and a calculation circuit 263 that calculates the piezoelectric constant d 15 from the displacement speed measured by the non-contact vibrometer 12 and the electric field applied to the measurement object 2 measured by the voltmeter 15.

即ち、プロセッサ26は、メモリ25又は記憶領域261に記憶されたプログラム等を実行することで、測定制御回路262及び演算回路263としての機能を発揮する。なお、プロセッサ26内の各部の機能分担は、便宜的なものであり、適宜、変更可能である。 That is, the processor 26 performs the functions of the measurement control circuit 262 and the arithmetic circuit 263 by executing the programs stored in the memory 25 or the storage area 261. Note that the division of functions among the various parts of the processor 26 is for convenience and can be changed as appropriate.

測定制御回路262は、測定対象物2を駆動し、測定対象物2の変位速度を測定するとともに、測定した変位速度及び測定対象物2に印加した印加電界を取得する処理を行う。 The measurement control circuit 262 drives the object to be measured 2, measures the displacement speed of the object to be measured 2, and performs processing to acquire the measured displacement speed and the electric field applied to the object to be measured 2.

具体例として、測定制御回路262は、入力部22に測定対象物2の測定開始の命令の入力があると、駆動源14を制御し、入力部22で設定された電圧波形である測定対象物2の駆動波形を測定対象物2へ出力する。また、測定制御回路262は、電圧計15を制御し、測定対象物2に印加した印加電圧(印加電界)を測定したデータである駆動波形信号を出力させる。また、測定制御回路262は、電圧計15から出力された駆動波形信号を取得すると、メモリ25に記憶する。 As a specific example, when a command to start measuring the object to be measured 2 is input to the input unit 22, the measurement control circuit 262 controls the drive source 14 to output the drive waveform of the object to be measured 2, which is the voltage waveform set by the input unit 22, to the object to be measured 2. The measurement control circuit 262 also controls the voltmeter 15 to output a drive waveform signal, which is data measuring the applied voltage (applied electric field) applied to the object to be measured 2. The measurement control circuit 262 also stores the drive waveform signal output from the voltmeter 15 in the memory 25 when it acquires it.

なお、測定対象物2の駆動波形は、圧電材料を用いる装置の駆動条件に基づいて任意に設定される。測定制御回路262は、駆動源14の波形発生器141及びアンプ142を制御して、駆動波形を出力する。 The drive waveform of the measurement object 2 is set arbitrarily based on the drive conditions of the device that uses the piezoelectric material. The measurement control circuit 262 controls the waveform generator 141 and amplifier 142 of the drive source 14 to output the drive waveform.

また、測定制御回路262は、搬送装置13を制御して、測定対象物2及び非接触式振動計12を測定方向に沿って相対的に移動させる。本実施形態においては、測定制御回路262は、搬送装置13を制御して保持具11を搬送し、測定対象物2を上下方向(Z方向)に移動させる。なお、測定対象物2の測定範囲とは、測定対象物2の測定面の上下方向の範囲である。また、本実施形態において、上下方向の複数箇所で測定対象物2の測定面を測定することから、測定対象物2の移動量は、予め設定され、メモリ25に記憶される。 The measurement control circuit 262 also controls the transport device 13 to move the measurement object 2 and the non-contact vibrometer 12 relative to each other along the measurement direction. In this embodiment, the measurement control circuit 262 controls the transport device 13 to transport the holder 11 and move the measurement object 2 in the vertical direction (Z direction). The measurement range of the measurement object 2 is the vertical range of the measurement surface of the measurement object 2. In this embodiment, the measurement surface of the measurement object 2 is measured at multiple points in the vertical direction, so the movement amount of the measurement object 2 is set in advance and stored in the memory 25.

具体例として、測定制御回路262は、上部試験片6の測定面、及び、下部試験片7の測定面の上下方向の測定箇所の各位置において、非接触式振動計12で変位速度を測定すべく、搬送装置13を制御して測定対象物2を上下方向へ移動させる。 As a specific example, the measurement control circuit 262 controls the conveying device 13 to move the measurement object 2 in the vertical direction so that the non-contact vibrometer 12 measures the displacement velocity at each of the vertical measurement points on the measurement surface of the upper test piece 6 and the measurement surface of the lower test piece 7.

なお、搬送装置13で上下方向に移動させた測定対象物2の位置の検出方法は、種々の方法を適用できる。例えば、測定対象物2の位置は、非接触式振動計12により照射するレーザ光Lによって、測定対象物2の上下方向の位置を検出してもよい。例えば、非接触式振動計12により測定対象物2を検出できない位置や測定対象物2の変位速度が計測できない位置に基づき、測定対象物2の上部試験片6及び下部試験片7の上下方向における端部等を推定してもよい。また、例えば、測定対象物2の位置は、図示しない測定対象物2の位置を検出するセンサを設けて、該センサで測定対象物2の上下方向の位置を検出してもよく、その他の方法によって測定対象物2の位置を検出してもよい。 The position of the measurement object 2 moved vertically by the conveying device 13 can be detected by various methods. For example, the position of the measurement object 2 in the vertical direction may be detected by the laser light L irradiated by the non-contact vibrometer 12. For example, the vertical ends of the upper test piece 6 and the lower test piece 7 of the measurement object 2 may be estimated based on the position where the measurement object 2 cannot be detected by the non-contact vibrometer 12 or the position where the displacement speed of the measurement object 2 cannot be measured. For example, the position of the measurement object 2 may be detected by providing a sensor (not shown) for detecting the position of the measurement object 2 in the vertical direction, or by other methods.

また、測定制御回路262は、非接触式振動計12を制御して、測定対象物2の測定面の変位を測定する。具体例として、測定制御回路262は、非接触式振動計12を制御して、測定対象物2の測定面にレーザ光Lを照射し、非接触式振動計12で変位速度を測定する。また、測定制御回路262は、非接触式振動計12を制御して、測定した変位速度を振動速度信号として出力させる。また、測定制御回路262は、非接触式振動計12から出力された振動速度信号を、メモリ25に記憶する。なお、測定制御回路262は、上部試験片6及び下部試験片7のそれぞれの上下方向における変位速度の測定開始位置から測定終了位置の間の各測定位置において、変位速度の測定を行い、振動速度信号を取得する。 The measurement control circuit 262 also controls the non-contact vibrometer 12 to measure the displacement of the measurement surface of the measurement object 2. As a specific example, the measurement control circuit 262 controls the non-contact vibrometer 12 to irradiate the measurement surface of the measurement object 2 with laser light L, and measures the displacement velocity with the non-contact vibrometer 12. The measurement control circuit 262 also controls the non-contact vibrometer 12 to output the measured displacement velocity as a vibration velocity signal. The measurement control circuit 262 also stores the vibration velocity signal output from the non-contact vibrometer 12 in the memory 25. The measurement control circuit 262 measures the displacement velocity at each measurement position between the measurement start position and measurement end position of the displacement velocity in the vertical direction of each of the upper test piece 6 and the lower test piece 7, and acquires the vibration velocity signal.

演算回路263は、測定した変位速度及び測定対象物2に印加した印加電界から、測定対象物2に用いている圧電材料の圧電定数を演算する処理を行う。 The calculation circuit 263 performs a process to calculate the piezoelectric constant of the piezoelectric material used in the measurement object 2 from the measured displacement speed and the electric field applied to the measurement object 2.

図5に二点鎖線で示すように、測定対象物2に電圧(電界)を印加すると、分極方向(長手方向)の端面が電界印加前の端面に対してθだけ傾斜する。この端面の傾きが、各試験片6、7のせん断歪みとなる。このため、演算回路263は、非接触式振動計12により、測定対象物2の上部試験片6及び下部試験片7の上下方向で複数の測定位置で変位速度を測定し、これら変位速度から上部試験片6及び下部試験片7に用いる圧電材料のせん断歪みを求める。 As shown by the two-dot chain line in FIG. 5, when a voltage (electric field) is applied to the measurement object 2, the end face in the polarization direction (longitudinal direction) is tilted by θ with respect to the end face before the electric field is applied. This tilt of the end face becomes the shear strain of each test piece 6, 7. For this reason, the calculation circuit 263 uses the non-contact vibrometer 12 to measure the displacement speed at multiple measurement positions in the vertical direction of the upper test piece 6 and the lower test piece 7 of the measurement object 2, and calculates the shear strain of the piezoelectric material used for the upper test piece 6 and the lower test piece 7 from these displacement speeds.

具体例として、演算回路263は、傾き振幅解析として、測定された変位速度(振動速度信号)を積分し、測定対象物2の上部試験片6及び下部試験片7の上下方向の各位置における変位振幅を求める。演算回路263は、求めた変位振幅から、上下方向に対する上部試験片6及び下部試験片7の変位振幅の傾きである傾き振幅を求める。 As a specific example, the arithmetic circuit 263 performs a tilt amplitude analysis by integrating the measured displacement velocity (vibration velocity signal) and determining the displacement amplitude at each position in the vertical direction of the upper test piece 6 and the lower test piece 7 of the measurement object 2. From the determined displacement amplitude, the arithmetic circuit 263 determines the tilt amplitude, which is the slope of the displacement amplitude of the upper test piece 6 and the lower test piece 7 relative to the vertical direction.

そして、演算回路263は、上部試験片6及び下部試験片7の傾き振幅の平均値を、測定対象物2(上部試験片6及び下部試験片7)に用いる圧電材料のせん断歪み振幅として求める。 Then, the calculation circuit 263 calculates the average value of the tilt amplitude of the upper test piece 6 and the lower test piece 7 as the shear strain amplitude of the piezoelectric material used in the measurement object 2 (upper test piece 6 and lower test piece 7).

また、演算回路263は、電圧振幅(電界振幅)の解析を行う。演算回路263は、駆動波形信号から上部試験片6に印加された印加電界の電界振幅を求める。 The arithmetic circuit 263 also analyzes the voltage amplitude (electric field amplitude). The arithmetic circuit 263 determines the electric field amplitude of the electric field applied to the upper test piece 6 from the drive waveform signal.

演算回路263は、求めたせん断歪み振幅、及び、電界振幅に基づいて、周波数に対する圧電定数d15を演算する。 The calculation circuit 263 calculates the piezoelectric constant d15 with respect to the frequency based on the obtained shear strain amplitude and electric field amplitude.

以下、圧電定数d15の演算方法の例を説明する。
圧電材料に応力Tと電界Eが加わった場合に発生する歪みSを求める式は、圧電基本式により数式(1)となる。
An example of a method for calculating the piezoelectric constant d15 will now be described.
The equation for calculating the strain S that occurs when a stress T and an electric field E are applied to a piezoelectric material is given by equation (1) based on the fundamental piezoelectric equation.

:弾性コンプライアンス(E=一定)
d:圧電歪係数
そして、せん断モードの場合における歪みSを求める式は、数式(2)となる。
S E : Elastic compliance (E = constant)
d: piezoelectric strain coefficient The equation for calculating the strain S5 in the case of shear mode is given by equation (2).

反平行分極の測定対象物2は、上部試験片6の上方の電極5及び下部試験片7の下方の電極5を拘束してもせん断方向の動きは阻害されないため、せん断応力Tは0であり、せん断歪みSは、数式(3)となる。 In the measurement object 2 having antiparallel polarization, the movement in the shear direction is not hindered even if the upper electrode 5 of the upper test piece 6 and the lower electrode 5 of the lower test piece 7 are restrained, so that the shear stress T5 is 0 and the shear strain S5 is given by the formula (3).

そして、せん断モードの圧電定数d15は、数式(4)で示される。 The shear mode piezoelectric constant d 15 is given by equation (4).

よって、この数式(4)にせん断歪み振幅及び電界振幅を代入することで、圧電定数d15が演算できる。 Therefore, by substituting the shear strain amplitude and the electric field amplitude into this equation (4), the piezoelectric constant d15 can be calculated.

この圧電定数d15の演算方法は、プログラムとしてメモリ25に記憶される。そして、プロセッサ26は、該プログラムを実行することで、演算回路263として圧電定数d15を演算する機能を発揮する。 The method of calculating the piezoelectric constant d15 is stored as a program in the memory 25. The processor 26 executes the program to thereby realize the function of the calculation circuit 263 for calculating the piezoelectric constant d15 .

次に、本実施形態の圧電材料の測定方法として、測定装置1を用いた測定対象物2の測定方法の例について、図6に示す流れ図を用いて説明する。なお、本実施形態の測定対象物2の測定方法においては、測定対象物2は、上部試験片6及び下部試験片7の順で測定する例を示す。 Next, as a method for measuring a piezoelectric material according to this embodiment, an example of a method for measuring a measurement object 2 using a measurement device 1 will be described with reference to the flow chart shown in FIG. 6. In the method for measuring a measurement object 2 according to this embodiment, an example is shown in which the measurement object 2 is measured in the order of the upper test piece 6 and the lower test piece 7.

測定対象物2の測定方法として、先ず、測定対象物2を作製する。例えば、同じ圧電材料で形成され、両主面に電極5を形成した二枚の試験片(上部試験片6及び下部試験片7)を、反平行分極となるように接合する。なお、二枚の試験片は、例えば、各試験片6、7の互いの電極同士の少なくとも一部の接触が保たれるように、熱可塑性ワックスで接合する。なお、ここで、熱可塑性ワックスの一例としては、例えば、株式会社フルウチ化学のエレクトロンワックス(登録商標)H7が挙げられるが、熱可塑性ワックスはこれに限定されず、適宜設定できる。 As a method for measuring the object to be measured 2, first, the object to be measured 2 is prepared. For example, two test pieces (upper test piece 6 and lower test piece 7) made of the same piezoelectric material and having electrodes 5 formed on both main surfaces are joined so as to have anti-parallel polarization. The two test pieces are joined with thermoplastic wax so that at least partial contact is maintained between the electrodes of each of the test pieces 6 and 7. An example of the thermoplastic wax is Electron Wax (registered trademark) H7 from Furuuchi Chemical Co., Ltd., but the thermoplastic wax is not limited to this and can be set as appropriate.

具体例として、90℃に加熱したPETフィルムに熱可塑性ワックスを薄く塗布した後、接合する試験片6、7の一方の試験片の対向する電極5の一面に加熱下で熱可塑性ワックスを転写する。そして、熱可塑性ワックスを転写した試験片を室温に戻したのち、対となる試験片を重ね合わせ、小型バイスで軽く押さえ、90℃程度で重ね合わせた試験片6、7を加熱し、その後、冷却する。これらの例によって、二枚の試験片6、7が接合された測定対象物2が作製される。 As a specific example, a thin layer of thermoplastic wax is applied to a PET film heated to 90°C, and then the thermoplastic wax is transferred under heat to one side of the opposing electrode 5 of one of the test pieces 6 and 7 to be joined. The test piece with the thermoplastic wax transferred to it is then returned to room temperature, and the pair of test pieces are then overlapped, lightly pressed with a small vice, and the overlapped test pieces 6 and 7 are heated to about 90°C, and then cooled. Using these examples, a measurement object 2 is produced in which two test pieces 6 and 7 are joined together.

なお、反平行分極である測定対象物2の寸法は、FEM解析にて共振抑制の効果が認められた寸法とするのが好ましい。特に、測定対象物2の厚さtは0.2mm以下とすることが好ましい。 The dimensions of the measurement object 2, which is antiparallel polarized, are preferably those that have been shown to have a resonance suppression effect in FEM analysis. In particular, it is preferable that the thickness t of the measurement object 2 be 0.2 mm or less.

なお、変位速度の測定をレーザードップラー振動計で行う場合には、測定面の反射光のセンシングは、測定対象物2の測定面の状態により測定精度が影響を受ける虞がある。例えば、測定対象物2の測定面のざらつきが大きい場合等には、測定面の反射光のセンシング不良が起きる場合がある。そこで、測定対象物2の作製において、レーザ光Lの十分な反射が得られるよう、測定対象物2の測定面の表面研磨を行うことが好ましい。例えば、レーザ光Lの十分な反射を得られる表面研磨の例としては、ラッピングフィルムシートによる精密研磨が挙げられる。一例として、測定面の表面研磨として、最終研磨を粒度0.3μmのラッピングフィルムシート(3M社製)で行ったところ、好適なレーザ光Lの反射が認められた。 When measuring the displacement velocity using a laser Doppler vibrometer, the sensing of the reflected light from the measurement surface may be affected by the condition of the measurement surface of the measurement object 2, and the measurement accuracy may be affected by this. For example, if the measurement surface of the measurement object 2 is highly rough, poor sensing of the reflected light from the measurement surface may occur. Therefore, in preparing the measurement object 2, it is preferable to perform surface polishing of the measurement surface of the measurement object 2 so as to obtain sufficient reflection of the laser light L. For example, precision polishing using a wrapping film sheet is an example of surface polishing that can obtain sufficient reflection of the laser light L. As an example, when the final polishing of the measurement surface was performed using a wrapping film sheet (manufactured by 3M) with a grain size of 0.3 μm, suitable reflection of the laser light L was observed.

次に、作製した測定対象物2を保持具11に保持させて、測定対象物2の両主面の電極5を駆動源14に接続する。次に、非接触式振動計12、搬送装置13、駆動源14、電圧計15、処理装置16等に電力を供給し、待機状態とする。 Next, the prepared measurement object 2 is held by the holder 11, and the electrodes 5 on both main surfaces of the measurement object 2 are connected to the driving source 14. Next, power is supplied to the non-contact vibrometer 12, the transport device 13, the driving source 14, the voltmeter 15, the processing device 16, etc., and they are put into a standby state.

プロセッサ26は、待機状態となると、入力部22に測定対象物2の測定開始命令の入力があるか否かを判定し(ACT1)、測定開始命令があるまで、入力の監視を行う(ACT1のNO)。測定者が入力部22を操作し、入力部22に測定対象物2の測定開始命令が入力される(ACT1のYES)と、プロセッサ26は、入力部22からの信号に基づき、測定を開始する。先ず、プロセッサ26は、搬送装置13を制御し、上部試験片6の測定開始位置に、測定対象物2を移動する(ACT2)。 When the processor 26 goes into standby mode, it determines whether or not a command to start measurement of the object to be measured 2 has been input to the input unit 22 (ACT 1), and monitors the input until a command to start measurement is received (NO in ACT 1). When the person measuring operates the input unit 22 and a command to start measurement of the object to be measured 2 is input to the input unit 22 (YES in ACT 1), the processor 26 starts measurement based on a signal from the input unit 22. First, the processor 26 controls the transport device 13 to move the object to be measured 2 to the measurement start position of the upper test piece 6 (ACT 2).

次に、プロセッサ26は、駆動源14を制御し、予め設定された駆動波形を測定対象物2に出力する(ACT3)。次に、プロセッサ26は、非接触式振動計12を制御し、変位速度の測定を行う(ACT4)。このとき、非接触式振動計12は、レーザ光Lを測定対象物2の上部試験片6の測定面の測定位置に照射し、反射した反射光を受光して、変位速度を検出する。また、非接触式振動計12は、検出した変位速度を振動速度信号として、電圧計15に出力する。 Next, the processor 26 controls the drive source 14 to output a preset drive waveform to the measurement object 2 (ACT 3). Next, the processor 26 controls the non-contact vibrometer 12 to measure the displacement velocity (ACT 4). At this time, the non-contact vibrometer 12 irradiates the laser light L onto the measurement position on the measurement surface of the upper test piece 6 of the measurement object 2, receives the reflected light, and detects the displacement velocity. The non-contact vibrometer 12 also outputs the detected displacement velocity to the voltmeter 15 as a vibration velocity signal.

プロセッサ26は、電圧計15に、駆動波形信号及び振動速度信号等のデータ出力の指令を行う。電圧計15は、プロセッサ26の指令により、駆動波形信号及び振動速度信号を出力する(ACT5)。具体的には、電圧計15は、駆動源14から測定対象物2に出力された駆動波形信号を受信するとともに、A/D変換を行う。また、電圧計15は、非接触式振動計12から出力された振動速度信号を受信し、A/D変換を行う。そして、電圧計15は、A/D変換した駆動波形信号及び振動速度信号を出力する。 The processor 26 commands the voltmeter 15 to output data such as the drive waveform signal and the vibration velocity signal. In response to the command from the processor 26, the voltmeter 15 outputs the drive waveform signal and the vibration velocity signal (ACT 5). Specifically, the voltmeter 15 receives the drive waveform signal output from the drive source 14 to the measurement object 2 and performs A/D conversion. The voltmeter 15 also receives the vibration velocity signal output from the non-contact vibrometer 12 and performs A/D conversion. The voltmeter 15 then outputs the A/D converted drive waveform signal and vibration velocity signal.

プロセッサ26は、電圧計15から出力された駆動波形信号及び振動速度信号をメモリ25に保存する(ACT6)。次に、プロセッサ26は、非接触式振動計12による上部試験片6の測定面の測定位置を変更すべく、搬送装置13を制御し、測定対象物2を、上下方向に沿って測定終了位置に向かって所定の距離だけ移動する(ACT7)。なお、測定対象物2の移動量は、例えば、予め設定される。即ち、上部試験片6の測定面を上下方向の複数位置で測定することから、例えば、予め入力され、メモリ25等に記憶された任意の測定位置、測定数又は測定対象物2の移動量に基づいて、プロセッサ26は、搬送装置13を制御して測定対象物2を移動する。 The processor 26 stores the drive waveform signal and vibration velocity signal output from the voltmeter 15 in the memory 25 (ACT 6). Next, the processor 26 controls the transport device 13 to change the measurement position of the measurement surface of the upper test piece 6 by the non-contact vibrometer 12, and moves the measurement object 2 a predetermined distance in the vertical direction toward the measurement end position (ACT 7). The movement amount of the measurement object 2 is, for example, set in advance. That is, since the measurement surface of the upper test piece 6 is measured at multiple positions in the vertical direction, the processor 26 controls the transport device 13 to move the measurement object 2 based on, for example, any measurement position, number of measurements, or movement amount of the measurement object 2 that is input in advance and stored in the memory 25, etc.

次に、プロセッサ26は、上部試験片6の測定位置が終了位置に移動したか否かを判定する(ACT8)。上部試験片6の測定位置が終了位置に移動していない場合(ACT8のNO)には、プロセッサ26は、移動後の測定位置において、非接触式振動計12を制御し、変位速度の測定を行い(ACT4)、上部試験片6の測定位置が終了位置に移動するまで、ACT4以降の工程を繰り返し行う。なお、例えば、ACT4において、変位速度の測定を行った後に、駆動源14が駆動波形の出力を停止する場合であって、上部試験片6の測定位置が終了位置に移動していない場合(ACT8のNO)に、プロセッサ26は、ACT3に戻り、以降の工程を繰り返す。 Next, the processor 26 determines whether the measurement position of the upper test piece 6 has moved to the end position (ACT 8). If the measurement position of the upper test piece 6 has not moved to the end position (ACT 8, NO), the processor 26 controls the non-contact vibrometer 12 at the measurement position after the movement to measure the displacement speed (ACT 4), and repeats the steps from ACT 4 onwards until the measurement position of the upper test piece 6 moves to the end position. Note that, for example, in ACT 4, if the drive source 14 stops outputting the drive waveform after measuring the displacement speed, and the measurement position of the upper test piece 6 has not moved to the end position (ACT 8, NO), the processor 26 returns to ACT 3 and repeats the steps thereafter.

上部試験片6の測定位置が終了位置に移動した場合(ACT8のYES)には、プロセッサ26は、上部試験片6の測定を終了し、そして、下部試験片7の測定を開始する。プロセッサ26は、搬送装置13を制御し、下部試験片7の測定開始位置に、測定対象物2を移動する(ACT9)。 If the measurement position of the upper test piece 6 has moved to the end position (YES in ACT 8), the processor 26 ends the measurement of the upper test piece 6 and starts the measurement of the lower test piece 7. The processor 26 controls the transport device 13 to move the measurement target 2 to the measurement start position of the lower test piece 7 (ACT 9).

次に、プロセッサ26は、駆動源14を制御し、予め設定された駆動波形を測定対象物2に出力する(ACT10)。次に、プロセッサ26は、非接触式振動計12を制御し、変位速度の測定を行う(ACT11)。このとき、非接触式振動計12は、レーザ光Lを測定対象物2の下部試験片7の測定面の測定位置に照射し、反射した反射光を受光して、変位速度を検出する。また、非接触式振動計12は、検出した変位速度を振動速度信号として、電圧計15に出力する。 Next, the processor 26 controls the drive source 14 to output a preset drive waveform to the measurement object 2 (ACT 10). Next, the processor 26 controls the non-contact vibrometer 12 to measure the displacement velocity (ACT 11). At this time, the non-contact vibrometer 12 irradiates the laser light L onto the measurement position on the measurement surface of the lower test piece 7 of the measurement object 2, receives the reflected light, and detects the displacement velocity. The non-contact vibrometer 12 also outputs the detected displacement velocity to the voltmeter 15 as a vibration velocity signal.

プロセッサ26は、電圧計15に、駆動波形信号及び振動速度信号等のデータ出力の指令を行う。電圧計15は、プロセッサ26の指令により、駆動波形信号及び振動速度信号を出力する(ACT12)。具体的には、電圧計15は、駆動源14から測定対象物2に出力された駆動波形信号を受信するとともに、A/D変換を行う。また、電圧計15は、非接触式振動計12から出力された振動速度信号を受信し、A/D変換を行う。そして、電圧計15は、A/D変換した駆動波形信号及び振動速度信号を出力する。 The processor 26 commands the voltmeter 15 to output data such as the drive waveform signal and the vibration velocity signal. In response to the command from the processor 26, the voltmeter 15 outputs the drive waveform signal and the vibration velocity signal (ACT12). Specifically, the voltmeter 15 receives the drive waveform signal output from the drive source 14 to the measurement object 2 and performs A/D conversion. The voltmeter 15 also receives the vibration velocity signal output from the non-contact vibrometer 12 and performs A/D conversion. The voltmeter 15 then outputs the A/D converted drive waveform signal and vibration velocity signal.

プロセッサ26は、電圧計15から出力された駆動波形信号及び振動速度信号をメモリ25に保存する(ACT13)。次に、プロセッサ26は、非接触式振動計12による下部試験片7の測定面の測定位置を変更すべく、搬送装置13を制御し、測定対象物2を、上下方向に沿って測定終了位置に向かって所定の距離だけ移動する(ACT14)。なお、測定対象物2の移動量は、例えば、予め設定される。即ち、下部試験片7の測定面を上下方向の複数位置で測定することから、例えば、予め入力され、メモリ25等に記憶された任意の測定位置、測定数又は測定対象物2の移動量に基づいて、プロセッサ26は、搬送装置13を制御して測定対象物2を移動する。ここで、下部試験片7の測定における、測定対象物2の移動量は、上部試験片6の測定における測定対象物2の移動量と同じに設定される。 The processor 26 stores the drive waveform signal and the vibration velocity signal output from the voltmeter 15 in the memory 25 (ACT 13). Next, the processor 26 controls the transport device 13 to change the measurement position of the measurement surface of the lower test piece 7 by the non-contact vibrometer 12, and moves the measurement object 2 a predetermined distance in the vertical direction toward the measurement end position (ACT 14). The movement amount of the measurement object 2 is, for example, set in advance. That is, since the measurement surface of the lower test piece 7 is measured at multiple positions in the vertical direction, the processor 26 controls the transport device 13 to move the measurement object 2 based on, for example, any measurement position, number of measurements, or movement amount of the measurement object 2 that is input in advance and stored in the memory 25, etc. Here, the movement amount of the measurement object 2 in the measurement of the lower test piece 7 is set to be the same as the movement amount of the measurement object 2 in the measurement of the upper test piece 6.

次に、プロセッサ26は、下部試験片7の測定位置が終了位置に移動したか否かを判定する(ACT15)。下部試験片7の測定位置が終了位置に移動していない場合(ACT15のNO)には、プロセッサ26は、移動後の測定位置において、非接触式振動計12を制御し、変位速度の測定を行い(ACT11)、下部試験片7の測定位置が終了位置に移動するまで、ACT11以降の工程を繰り返し行う。なお、例えば、ACT11において、変位速度の測定を行った後に、駆動源14が駆動波形の出力を停止する場合には、下部試験片7の測定位置が終了位置に移動していない場合(ACT15のNO)に、プロセッサ26は、ACT3に戻り、以降の工程を繰り返す。 Next, the processor 26 determines whether the measurement position of the lower test piece 7 has moved to the end position (ACT 15). If the measurement position of the lower test piece 7 has not moved to the end position (ACT 15, NO), the processor 26 controls the non-contact vibrometer 12 at the measurement position after the movement to measure the displacement speed (ACT 11), and repeats the steps from ACT 11 onwards until the measurement position of the lower test piece 7 moves to the end position. Note that, for example, in ACT 11, if the drive source 14 stops outputting the drive waveform after measuring the displacement speed, if the measurement position of the lower test piece 7 has not moved to the end position (ACT 15, NO), the processor 26 returns to ACT 3 and repeats the steps thereafter.

下部試験片7の測定位置が終了位置に移動した場合(ACT15のYES)には、プロセッサ26は、下部試験片7の測定を終了する。プロセッサ26は、上部試験片6の測定においてメモリ25に記憶した駆動波形信号及び振動速度信号から、傾き振幅解析及び電圧振幅(電界振幅)解析を行う(ACT16)。具体的には、プロセッサ26は、メモリ25に記憶した振動速度信号から上部試験片6の傾き振幅を求める。また、プロセッサ26は、メモリ25に記憶した駆動波形信号から上部試験片6に印加された印加電界の電界振幅を求める。 When the measurement position of the lower test piece 7 has moved to the end position (YES in ACT 15), the processor 26 ends the measurement of the lower test piece 7. The processor 26 performs a tilt amplitude analysis and a voltage amplitude (electric field amplitude) analysis from the drive waveform signal and the vibration velocity signal stored in the memory 25 in the measurement of the upper test piece 6 (ACT 16). Specifically, the processor 26 determines the tilt amplitude of the upper test piece 6 from the vibration velocity signal stored in the memory 25. The processor 26 also determines the electric field amplitude of the electric field applied to the upper test piece 6 from the drive waveform signal stored in the memory 25.

同様に、プロセッサ26は、上部試験片6の測定においてメモリ25に記憶した駆動波形信号及び振動速度信号から、傾き振幅解析及び電圧振幅(電界振幅)解析を行う(ACT17)。次に、プロセッサ26は、測定対象物2に用いた圧電材料のせん断歪み振幅解析を行う(ACT18)。具体的には、プロセッサ26は、上部試験片6の傾き振幅及び下部試験片7の傾き振幅の平均値をせん断歪み振幅として求める。 Similarly, the processor 26 performs a tilt amplitude analysis and a voltage amplitude (electric field amplitude) analysis from the drive waveform signal and the vibration velocity signal stored in the memory 25 in the measurement of the upper test piece 6 (ACT 17). Next, the processor 26 performs a shear strain amplitude analysis of the piezoelectric material used in the measurement object 2 (ACT 18). Specifically, the processor 26 determines the average value of the tilt amplitude of the upper test piece 6 and the tilt amplitude of the lower test piece 7 as the shear strain amplitude.

次に、プロセッサ26は、圧電定数d15を算出する(ACT19)。具体的には、プロセッサ26は、求めたせん断歪み振幅及び電界振幅を数式(4)に代入して、圧電定数d15を求める。このように、測定装置1を用いて、測定対象物2に用いられる圧電材料の圧電定数が測定される。 Next, the processor 26 calculates the piezoelectric constant d 15 (ACT 19). Specifically, the processor 26 substitutes the obtained shear strain amplitude and electric field amplitude into the formula (4) to obtain the piezoelectric constant d 15. In this manner, the piezoelectric constant of the piezoelectric material used in the measurement target 2 is measured using the measurement device 1.

このように構成された測定装置1及び測定方法によれば、反平行分極となるように二つの圧電材料で形成された試験片を接合した測定対象物2の測定面における各試験片6、7の傾き振幅を求め、この傾き振幅からせん断歪み振幅を求める。そして、せん断歪み振幅から試験片6、7の圧電材料の圧電定数を求める構成とした。よって、測定装置1及び測定方法によれば、圧電定数の測定値のばらつきを抑制できる。 The measurement device 1 and measurement method configured in this manner determine the tilt amplitude of each test piece 6, 7 on the measurement surface of the measurement object 2, which is made of two test pieces made of piezoelectric materials joined together so that they are anti-parallel polarized, and determine the shear strain amplitude from this tilt amplitude. The piezoelectric constant of the piezoelectric material of the test pieces 6, 7 is then determined from the shear strain amplitude. Therefore, the measurement device 1 and measurement method can suppress variation in the measured piezoelectric constant.

具体的に説明すると、例えば、圧電材料の使用を想定する製品、例えば、せん断モード型圧電式インクジェットヘッドの動作条件としては、大電界(数百V/mm)、高周波数域(数百kHz)が想定される。しかしながら、図7の圧電定数及び周波数の関係からも明らかなように、従来の一枚の圧電材料片の両主面に電極を設けた試験片の圧電定数を測定すると、100kHz~1MHzの周波数域において、顕著な圧電定数の値の振れ(ばらつき)が認められる。なお、図7は、幅W=1.43mm、長さL=4.8mm、板厚t=0.2mmの一枚の圧電材料片の両主面に電極を設けた試験片に300V/mmの印加電界を印加した測定結果の例である。また、従来の試験片及び条件とし、周波数が10kHz及び1MHzのそれぞれにおけるFEM解析の結果を図8に示す。図8に示すように、一枚の圧電材料片の両主面に電極を設けた従来の試験片は、10kHzでは理想的なせん断変形が生じるが、1MHzでは試験片が共振し、板厚方向に変形することが解る。 To be more specific, for example, the operating conditions of a product that is assumed to use piezoelectric materials, such as a shear mode type piezoelectric inkjet head, are assumed to be a large electric field (several hundred V/mm) and a high frequency range (several hundred kHz). However, as is clear from the relationship between the piezoelectric constant and frequency in Figure 7, when measuring the piezoelectric constant of a conventional test piece with electrodes on both main surfaces of a single piece of piezoelectric material, a significant fluctuation (variation) in the value of the piezoelectric constant is observed in the frequency range of 100 kHz to 1 MHz. Note that Figure 7 shows an example of the measurement results when an electric field of 300 V/mm is applied to a test piece with electrodes on both main surfaces of a single piece of piezoelectric material with a width W = 1.43 mm, length L = 4.8 mm, and thickness t = 0.2 mm. Figure 8 shows the results of FEM analysis using conventional test pieces and conditions at frequencies of 10 kHz and 1 MHz. As shown in Figure 8, a conventional test piece with electrodes on both main surfaces of a single piece of piezoelectric material produces ideal shear deformation at 10 kHz, but at 1 MHz the test piece resonates and deforms in the thickness direction.

しかしながら、本実施形態のように、反平行分極となるように二つの試験片6、7を接合した測定対象物2を用いると、図9に示すように、100kHzを超える周波数領域まで、せん断歪み振幅がフラットな特性となり、このため、圧電定数もフラットな特性となることが解る。なお、図9は、FEM解析による反平行分極の測定対象物2における試験片6、7の各厚さにおける駆動周波数とせん断歪み振幅の関係を示す図である。なお、図9のFEM解析は、印加電界5V/mm、試験片の幅W=1.5mm、長さL=5mmとし、反平行分極の測定対象物2に用いた試験片6、7の厚さtを0.05mm、0.1mm、0.2mmとする条件で求めた。 However, when the measurement object 2 in which two test pieces 6 and 7 are joined to have antiparallel polarization is used as in this embodiment, as shown in FIG. 9, the shear strain amplitude has flat characteristics up to a frequency range exceeding 100 kHz, and therefore the piezoelectric constant also has flat characteristics. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the drive frequency and the shear strain amplitude for each thickness of the test pieces 6 and 7 in the measurement object 2 with antiparallel polarization, as analyzed by FEM. The FEM analysis in FIG. 9 was performed under the conditions of an applied electric field of 5 V/mm, a test piece width W = 1.5 mm, a length L = 5 mm, and thicknesses t of the test pieces 6 and 7 used in the measurement object 2 with antiparallel polarization of 0.05 mm, 0.1 mm, and 0.2 mm.

図9の結果からも明らかなように、実施形態の測定装置1及び測定方法のように、反平行分極となるように二つの試験片6、7を接合した測定対象物2を測定することで、高周波数域においてもせん断歪み振幅の値の振れを抑制できることから、圧電定数の測定値のばらつきを抑制できる。よって、実施形態の測定装置1及び測定方法によれば、せん断モード型圧電式のインクジェットヘッド等の動作条件が大電界、且つ、高周波数域の装置に用いられる圧電材料の評価に有効である。 As is clear from the results in Figure 9, by measuring the measurement object 2 in which two test pieces 6, 7 are joined so as to have antiparallel polarization, as in the measurement device 1 and measurement method of the embodiment, it is possible to suppress fluctuations in the value of the shear strain amplitude even in the high frequency range, and therefore the variability in the measured value of the piezoelectric constant can be suppressed. Therefore, the measurement device 1 and measurement method of the embodiment are effective for evaluating piezoelectric materials used in devices such as shear mode type piezoelectric inkjet heads, which operate under large electric fields and in the high frequency range.

即ち、実施形態の測定装置1及び測定手法を適用することで、圧電材料のせん断歪みにおける電界及び周波数依存性を考慮しながら、装置の実駆動条件に適した圧電材料を選択することができる。 In other words, by applying the measurement device 1 and measurement method of the embodiment, it is possible to select a piezoelectric material suitable for the actual operating conditions of the device while taking into account the electric field and frequency dependence of the shear strain of the piezoelectric material.

また、測定装置1及び測定方法は、二枚の試験片6、7から求めたそれぞれの傾き振幅の平均値をせん断歪み振幅とする構成であることから、1つの試験片のせん断歪み振幅を求めるよりも、測定精度を向上することができる。 In addition, the measurement device 1 and the measurement method are configured to determine the shear strain amplitude as the average value of the slope amplitudes obtained from the two test pieces 6 and 7, which allows for improved measurement accuracy compared to obtaining the shear strain amplitude from a single test piece.

さらに、測定装置1及び測定方法において、反平行分極の測定対象物2の厚さを0.2mm以下とすることで、せん断歪み振幅の振れを抑制できる。具体的に説明すると、せん断歪み振幅が増加する原因として考えられるのが、せん断モードの共振である。ここで、共振周波数を求めるには、一般に周波数定数Nが利用でき、周波数定数Nは振動モード別に対応する方向の長さとその共振周波数との積で定義されることから、せん断モードの共振周波数fは、すべり振動の周波数定数Nと試験片厚tを用いて、数式(5)式となる。 Furthermore, in the measurement device 1 and the measurement method, the thickness of the antiparallel polarized measurement object 2 is set to 0.2 mm or less, thereby suppressing the fluctuation of the shear strain amplitude. To be more specific, the cause of the increase in the shear strain amplitude is thought to be the resonance of the shear mode. Here, the frequency constant N can generally be used to obtain the resonance frequency, and the frequency constant N is defined as the product of the length in the direction corresponding to each vibration mode and the resonance frequency thereof. Therefore, the resonance frequency f r of the shear mode is expressed by the formula (5) using the frequency constant N 5 of the shear vibration and the thickness t of the test piece.

従って、試験片を薄くすることで共振周波数を高周波数側へシフトさせる対策が有効である。これは、図9に示すように、測定対象物2の厚さtを0.2mm、0.1mm、0.05mmと薄くした場合のFEM解析結果で認められるように、400kHz程度以上でのせん断歪み振幅の増加が漸次減少し、共振抑制効果が確認できたことからも明らかである。このため、反平行分極の測定対象物2の厚さを0.2mm以下に設定することで、せん断歪み振幅の振れを防止することができる。 Therefore, it is effective to take measures to shift the resonance frequency to the higher frequency side by thinning the test piece. This is also evident from the fact that, as shown in Figure 9, the increase in shear strain amplitude at frequencies above 400 kHz gradually decreases, as can be seen from the FEM analysis results when the thickness t of the measurement object 2 is thinned to 0.2 mm, 0.1 mm, and 0.05 mm, and the resonance suppression effect can be confirmed. For this reason, by setting the thickness of the measurement object 2 with antiparallel polarization to 0.2 mm or less, it is possible to prevent fluctuations in the shear strain amplitude.

次に、本実施形態の測定装置1及び測定方法を用いて測定した測定結果を以下説明する。先ず、ソフト系-PZT、ハード系-PZTの測定例を図10に示す。ここで、一般的な圧電セラミックスは機械的品質係数Qmによってソフト系材料とハード系材料に大きく分けることができる。機械的品質係数Qmが100以下の比較的小さな圧電セラミックスはソフト系材料と、機械的品質係数Qmが1000以上の比較的大きな材料はハード系材料と分けることができる。図15で示すソフト系-PZT及びハード系-PZTから求めた圧電定数d15は、それぞれ720と582である。 Next, the measurement results measured using the measuring device 1 and measuring method of this embodiment will be described below. First, measurement examples of soft-type PZT and hard-type PZT are shown in FIG. 10. Here, general piezoelectric ceramics can be roughly divided into soft-type materials and hard-type materials according to the mechanical quality factor Qm. Piezoelectric ceramics with a relatively small mechanical quality factor Qm of 100 or less can be divided into soft-type materials, and relatively large materials with a mechanical quality factor Qm of 1000 or more can be divided into hard-type materials. The piezoelectric constants d15 obtained from the soft-type PZT and hard-type PZT shown in FIG. 15 are 720 and 582, respectively.

そして、ソフト系-PZT,ハード系-PZTいずれの結果も10kHz~1MHzの範囲では図10に示す様な圧電定数の大きな振れは認められず,非共振のせん断歪みが良好に測定できた。特にソフト系-PZTの圧電定数d15は、図10(ソフト系-PZT)で示すように、周波数の対数に対して直線的に減少する傾向を示した。また、図11に図10で示した測定値について、周波数を対数としたグラフ上で直線近似を行い、その近似直線に対する各測定点の偏差をプロットした図を示す。図11に示すように、10kHz~1MHzにおける偏差は±3%程度内であった。このことからも、本実施形態の測定装置1及び測定方法のように、反平行分極の測定対象物2による圧電定数d15の測定は,共振抑制効果があることが明らかとなった。 In both the results for soft-PZT and hard-PZT, no large fluctuations in the piezoelectric constant as shown in FIG. 10 were observed in the range of 10 kHz to 1 MHz, and non-resonant shear strain could be measured well. In particular, the piezoelectric constant d 15 of soft-PZT showed a tendency to decrease linearly with respect to the logarithm of the frequency, as shown in FIG. 10 (soft-PZT). In addition, FIG. 11 shows a graph in which the measured values shown in FIG. 10 were approximated linearly on a graph of the logarithm of the frequency, and the deviation of each measurement point from the approximated line was plotted. As shown in FIG. 11, the deviation in the range of 10 kHz to 1 MHz was within about ±3%. From this, it became clear that the measurement of the piezoelectric constant d 15 using the antiparallel polarized measurement object 2, as in the measurement device 1 and measurement method of this embodiment, has a resonance suppression effect.

また、本実施形態の測定装置1及び測定方法を用いて、繰り返し測定を行ったときの繰り返し測定精度を次の方法で求めた。圧電材料にソフト系-PZTを用い、電界300V/mm、周波数を833kHzと1MHzの2条件とした。測定対象物2の測定サンプル数を3とし、それぞれのサンプルについて、測定対象物2の保持具11からの脱着作業も測定手順に含め6回の測定を行った。6回の測定値のうち、最大値と最小値の差を平均値で割った値を繰り返し測定精度とした。ここで、繰り返し測定精度は低い値であるほど測定のバラツキが少なく、高い精度による測定が可能であると判定できる。図12に示すように、評価の結果、いずれのサンプル及び周波数においても、本測定手法の繰り返し測定精度は3%以下であった。このことからも、本実施形態の測定装置1及び測定方法は、測定精度が高いことが明らかである。 The repeatability measurement accuracy when repeatability measurements were performed using the measurement device 1 and the measurement method of this embodiment was obtained by the following method. Soft-type PZT was used as the piezoelectric material, and the electric field was set to 300 V/mm, and the frequency was set to two conditions: 833 kHz and 1 MHz. The number of measurement samples of the measurement object 2 was set to three, and six measurements were performed for each sample, including the measurement procedure of removing and attaching the measurement object 2 from the holder 11. The repeatability measurement accuracy was determined by dividing the difference between the maximum and minimum values of the six measured values by the average value. Here, the lower the repeatability measurement accuracy, the less the measurement variation, and it can be determined that measurement with high accuracy is possible. As shown in FIG. 12, the evaluation results showed that the repeatability measurement accuracy of this measurement method was 3% or less for all samples and frequencies. This also clearly shows that the measurement device 1 and the measurement method of this embodiment have high measurement accuracy.

上述したように、本実施形態の圧電材料の測定装置1及び測定方法によれば、反平行分極の測定対象物2を測定することで、測定値のばらつきを抑制できる。 As described above, according to the piezoelectric material measuring device 1 and measuring method of this embodiment, the measurement object 2 having antiparallel polarization is measured, thereby suppressing the variation in the measurement value.

なお、実施形態に係る測定装置1及び測定方法は、上述した例に限定されない。例えば、上述した例では、測定対象物2を保持する保持具11の例として、コンタクトプローブピン111により保持する例を説明したがこれに限定されない。例えば、図13に示す他の実施形態に係る測定装置1に示すように、保持具11は、一対の金属ブロック112と、一対の金属ブロック112の対向面にそれぞれ設けられた一対の導電性ゴム113と、を備える構成としてもよい。このような保持具11は、一対の金属ブロック112間の導電性ゴム113により測定対象物2を保持する。 The measuring device 1 and measuring method according to the embodiment are not limited to the above-mentioned examples. For example, in the above-mentioned examples, an example of the holder 11 for holding the measurement object 2 using the contact probe pins 111 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13, the holder 11 according to another embodiment may be configured to include a pair of metal blocks 112 and a pair of conductive rubbers 113 provided on the opposing surfaces of the pair of metal blocks 112. Such a holder 11 holds the measurement object 2 using the conductive rubbers 113 between the pair of metal blocks 112.

例えば、金属ブロック112は、数百Ωのアルミ材料で形成され、表面に数ミリΩの金メッキ層を有する。一対の金属ブロック112は、駆動源14に接続される。導電性ゴム113は、例えば、TPSPCRシリーズの材料で形成される。このような一対の金属ブロック112及び一対の導電性ゴム113を有する保持具11を用いることで、小サイズの測定対象物の取り付けが容易となる。また、一対の金属ブロック112の表面に金メッキを施すことで、安価で、且つ、電圧計15によるモニタの精度を向上できる。 For example, the metal block 112 is made of an aluminum material of several hundred Ω, and has a gold-plated layer of several milliΩ on the surface. The pair of metal blocks 112 is connected to the driving source 14. The conductive rubber 113 is made of, for example, a TPSPCR series material. By using a holder 11 having such a pair of metal blocks 112 and a pair of conductive rubbers 113, it becomes easy to attach a small-sized measurement object. In addition, by gold plating the surfaces of the pair of metal blocks 112, it is inexpensive and can improve the accuracy of monitoring by the voltmeter 15.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、測定値のばらつきを抑制できる圧電材料の測定装置及び圧電材料の測定方法を提供できる。 At least one of the embodiments described above can provide a piezoelectric material measuring device and a piezoelectric material measuring method that can reduce the variation in the measured values.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。
[1]電圧に応じてせん断変形する矩形板状の二枚の圧電材料を分極方向が平行、且つ、相反する方向で接合した測定対象物に任意の電圧を出力する駆動源と、
前記測定対象物の変位を計測する非接触式振動計と、
前記測定対象物に印加される電圧を計測する電圧計と、
を備える測定装置。
[2] 前記測定対象物を保持する保持具と、
前記非接触式振動計で前記測定対象物を計測する位置まで、前記保持具を搬送する搬送装置と、
前記非接触式振動計で計測した変位値及び前記電圧計で計測した電圧値を記憶する記憶媒体と、
前記測定対象物の一方の前記圧電材料を前記非接触式振動計で計測する位置まで前記測定対象物を搬送して前記電圧を前記測定対象物に出力させて計測した前記一方の圧電材料の前記変位値及び前記電圧値を前記記憶媒体に記憶し、前記測定対象物の他方の前記圧電材料を前記非接触式振動計で計測する位置まで前記測定対象物を搬送して前記電圧を前記測定対象物に出力させて計測した前記他方の圧電材料の前記変位値及び前記電圧値を前記記憶媒体に記憶する制御装置と、
を備える、[1]に記載の測定装置。
[3] 前記二枚の圧電材料の積層方向の複数箇所で前記測定対象物の変位速度を前記非接触式振動計で計測し、計測した前記測定対象物の変位速度を積分し、前記積層方向の複数箇所における前記測定対象物の変位振幅を求め、複数の前記変位振幅から前記積層方向に対する傾き振幅を求める、[1]又は[2]に記載の測定装置。
[4] 前記測定対象物の一方の前記圧電材料の前記傾き振幅、及び、前記測定対象物の他方の前記圧電材料の前記傾き振幅を平均して、前記測定対象物のせん断歪み振幅を求める、[3]に記載の測定装置。
[5] 電圧に応じてせん断変形する矩形板状の二枚の圧電材料を分極方向が平行、且つ、相反する方向で接合することと、
任意の電圧を出力する駆動源により、前記二枚の圧電材料を接合した測定対象物に電圧を出力することと、
前記測定対象物に前記電圧を出力しているときに、非接触式振動計により、前記測定対象物の変位を計測することと、
電圧計により前記測定対象物に印加される電圧を計測することと、
を備える圧電材料の測定方法。
Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
The following provides a description equivalent to the invention described in the original claims of this application.
[1] A driving source that outputs an arbitrary voltage to a measurement object in which two rectangular plate-shaped piezoelectric materials that undergo shear deformation in response to a voltage are joined together with their polarization directions parallel and opposite to each other;
a non-contact vibrometer that measures the displacement of the measurement object;
A voltmeter that measures a voltage applied to the measurement object;
A measuring device comprising:
[2] A holder for holding the object to be measured;
a conveying device that conveys the holder to a position where the measurement object is measured by the non-contact vibrometer;
a storage medium for storing the displacement value measured by the non-contact vibrometer and the voltage value measured by the voltmeter;
a control device that transports one of the piezoelectric materials of the measurement object to a position where the non-contact vibrometer measures the piezoelectric material of the measurement object, outputs the voltage to the measurement object, and stores the measured displacement value and voltage value of the one piezoelectric material in the storage medium, and transports the other piezoelectric material of the measurement object to a position where the non-contact vibrometer measures the piezoelectric material of the measurement object, outputs the voltage to the measurement object, and stores the measured displacement value and voltage value of the other piezoelectric material in the storage medium;
The measuring device according to [1], comprising:
[3] The measuring device described in [1] or [2], wherein the displacement velocity of the object to be measured is measured at multiple locations in the stacking direction of the two piezoelectric materials using the non-contact vibrometer, the measured displacement velocity of the object to be measured is integrated, a displacement amplitude of the object to be measured at multiple locations in the stacking direction is determined, and an inclination amplitude with respect to the stacking direction is determined from the multiple displacement amplitudes.
[4] The measuring device described in [3], wherein the tilt amplitude of one of the piezoelectric materials of the measurement object and the tilt amplitude of the other of the measurement object are averaged to determine the shear strain amplitude of the measurement object.
[5] Two rectangular plate-shaped piezoelectric materials that undergo shear deformation in response to voltage are joined together with their polarization directions parallel and opposite to each other;
outputting a voltage to the measurement object formed by bonding the two sheets of piezoelectric material by a drive source that outputs a given voltage;
measuring a displacement of the object to be measured by a non-contact vibrometer while the voltage is being output to the object to be measured;
Measuring a voltage applied to the measurement object with a voltmeter;
A method for measuring a piezoelectric material comprising:

1…測定装置、2…測定対象物、4…圧電材料片、5…電極、6…上部試験片、7…下部試験片、11…保持具、12…非接触式振動計、13…搬送装置、14…駆動源、15…電圧計、16…処理装置(制御装置)、21…通信部、22…入力部、23…インターフェース、24…表示部、25…メモリ、26…プロセッサ、111…コンタクトプローブピン、112…金属ブロック、113…導電性ゴム、141…波形発生器、142…アンプ、261…記憶領域、262…測定制御回路、263…演算回路。
1...measuring device, 2...measurement object, 4...piezoelectric material piece, 5...electrode, 6...upper test piece, 7...lower test piece, 11...holding device, 12...non-contact vibrometer, 13...conveying device, 14...driving source, 15...voltmeter, 16...processing device (control device), 21...communication unit, 22...input unit, 23...interface, 24...display unit, 25...memory, 26...processor, 111...contact probe pin, 112...metal block, 113...conductive rubber, 141...waveform generator, 142...amplifier, 261...memory area, 262...measurement control circuit, 263...arithmetic circuit.

Claims (5)

電圧に応じてせん断変形する矩形板状の二枚の圧電材料を分極方向が平行、且つ、相反する方向で接合し、前記分極方向に沿った両主面に電極が形成される測定対象物の、前記分極方向の端面である測定面の変位速度から求められるせん断歪み振幅、及び、前記電極に印加される電圧から求められる電界振幅に基づいて圧電定数を測定する測定装置であって、
前記測定対象物の前記両主面の前記電極に、前記測定対象物の圧電材料を用いる装置の駆動条件に基づいて設定される任意の電圧を出力する駆動源と、
前記測定対象物の前記測定面にレーザ光を照射し、前記測定面の反射光をセンシングすることで、前記測定面の変位速度を計測する非接触式振動計と、
前記駆動源に接続され、前記測定対象物に出力される前記電圧を計測する電圧計と、
を備える測定装置。
A measuring device for measuring a piezoelectric constant based on a shear strain amplitude calculated from a displacement speed of a measurement surface, which is an end surface in the polarization direction, of a measurement object in which two rectangular plate-shaped piezoelectric materials that undergo shear deformation in response to a voltage are joined together with their polarization directions parallel and opposite to each other, and electrodes are formed on both main surfaces along the polarization direction, and the shear strain amplitude is calculated from a displacement speed of a measurement surface, which is an end surface in the polarization direction, and an electric field amplitude is calculated from a voltage applied to the electrodes,
a drive source that outputs an arbitrary voltage to the electrodes on both main surfaces of the object to be measured, the voltage being set based on a drive condition of a device that uses a piezoelectric material of the object to be measured;
a non-contact vibrometer that measures a displacement speed of the measurement surface by irradiating the measurement surface of the measurement object with a laser light and sensing the reflected light from the measurement surface;
a voltmeter connected to the driving source and configured to measure the voltage output to the measurement object;
A measuring device comprising:
前記測定対象物の前記両主面の前記電極と当接し、前記測定対象物の前記測定面が前記非接触式振動計と正対する姿勢で、前記測定対象物を保持する保持具と、
前記非接触式振動計で前記測定対象物の前記測定面を計測する位置まで、前記保持具を搬送する搬送装置と、
前記非接触式振動計で計測した変位値及び前記電圧計で計測した電圧値を記憶する記憶媒体と、
前記測定対象物の一方の前記圧電材料を前記非接触式振動計で計測する位置まで前記測定対象物を搬送して前記電圧を前記測定対象物に出力させて計測した前記一方の圧電材料の前記変位値及び前記電圧値を前記記憶媒体に記憶し、前記測定対象物の他方の前記圧電材料を前記非接触式振動計で計測する位置まで前記測定対象物を搬送して前記電圧を前記測定対象物に出力させて計測した前記他方の圧電材料の前記変位値及び前記電圧値を前記記憶媒体に記憶する制御装置と、
を備える、請求項1に記載の測定装置。
a holder that holds the object to be measured in such a manner that the electrodes on both main surfaces of the object to be measured are in contact with the object to be measured and the measurement surface of the object to be measured faces the non-contact vibrometer;
a conveying device that conveys the holder to a position where the measurement surface of the measurement object is measured by the non-contact vibrometer;
a storage medium for storing the displacement value measured by the non-contact vibrometer and the voltage value measured by the voltmeter;
a control device that transports one of the piezoelectric materials of the measurement object to a position where the non-contact vibrometer measures the piezoelectric material of the measurement object, outputs the voltage to the measurement object, and stores the measured displacement value and voltage value of the one piezoelectric material in the storage medium, and transports the other piezoelectric material of the measurement object to a position where the non-contact vibrometer measures the piezoelectric material of the measurement object, outputs the voltage to the measurement object, and stores the measured displacement value and voltage value of the other piezoelectric material in the storage medium;
The measurement device of claim 1 , comprising:
前記二枚の圧電材料のそれぞれの積層方向の複数箇所で前記測定対象物の前記測定面の前記変位速度を前記非接触式振動計で計測し、計測した前記測定対象物の前記変位速度を積分し、前記積層方向の複数箇所における前記測定対象物の変位振幅を求め、複数の前記変位振幅から前記積層方向に対する傾き振幅を求める、請求項1又は請求項2に記載の測定装置。 The measurement device according to claim 1 or 2, which measures the displacement velocity of the measurement surface of the measurement object at multiple points in the stacking direction of each of the two piezoelectric materials with the non-contact vibrometer, integrates the measured displacement velocity of the measurement object, determines the displacement amplitude of the measurement object at multiple points in the stacking direction, and determines the tilt amplitude with respect to the stacking direction from the multiple displacement amplitudes. 前記測定対象物の一方の前記圧電材料の前記傾き振幅、及び、前記測定対象物の他方の前記圧電材料の前記傾き振幅を平均して、前記測定対象物の前記せん断歪み振幅を求める、請求項3に記載の測定装置。 The measurement apparatus according to claim 3 , wherein the tilt amplitude of the piezoelectric material of one of the measurement objects and the tilt amplitude of the piezoelectric material of the other measurement object are averaged to determine the shear strain amplitude of the measurement object. 電圧に応じてせん断変形する矩形板状の二枚の圧電材料を分極方向が平行、且つ、相反する方向で接合して、前記分極方向に沿った両主面に電極が形成される測定対象物を形成することと、
前記測定対象物の圧電材料を用いる装置の駆動条件に基づいて設定される任意の電圧を出力する駆動源により、前記測定対象物の前記両主面の前記電極に前記電圧を出力することと、
前記測定対象物に前記電圧を出力しているときに、非接触式振動計により、前記測定対象物の前記分極方向の端面である測定面にレーザ光を照射し、前記測定面の反射光をセンシングすることで、前記測定面の変位速度を計測することと、
前記駆動源に接続される電圧計により前記測定対象物に出力される前記電圧を計測することと、
前記測定面の変位速度から求められるせん断歪み振幅、及び、前記電極に印加される電圧から求められる電界振幅に基づいて圧電定数を測定することと、
を備える圧電材料の測定方法。
A measurement object is formed by joining two rectangular plate-shaped piezoelectric materials that undergo shear deformation in response to a voltage with their polarization directions parallel and opposite to each other, and forming electrodes on both main surfaces along the polarization direction;
outputting a voltage to the electrodes on both main surfaces of the object to be measured by a drive source that outputs an arbitrary voltage set based on a drive condition of a device that uses the piezoelectric material of the object to be measured;
While the voltage is being output to the measurement object, a non-contact vibrometer is used to irradiate a laser beam onto a measurement surface, which is an end surface of the measurement object in the polarization direction, and to measure a displacement speed of the measurement surface by sensing reflected light from the measurement surface;
measuring the voltage output to the measurement object by a voltmeter connected to the driving source;
measuring a piezoelectric constant based on a shear strain amplitude calculated from a displacement speed of the measurement surface and an electric field amplitude calculated from a voltage applied to the electrodes;
A method for measuring a piezoelectric material comprising:
JP2020195352A 2020-11-25 2020-11-25 Piezoelectric material measuring device and piezoelectric material measuring method Active JP7634359B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020195352A JP7634359B2 (en) 2020-11-25 2020-11-25 Piezoelectric material measuring device and piezoelectric material measuring method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020195352A JP7634359B2 (en) 2020-11-25 2020-11-25 Piezoelectric material measuring device and piezoelectric material measuring method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022083811A JP2022083811A (en) 2022-06-06
JP7634359B2 true JP7634359B2 (en) 2025-02-21

Family

ID=81855362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020195352A Active JP7634359B2 (en) 2020-11-25 2020-11-25 Piezoelectric material measuring device and piezoelectric material measuring method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7634359B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005158111A (en) 2003-11-21 2005-06-16 Fujitsu Ltd Acceleration sensor and disk device using the same
JP2013158242A (en) 2012-01-31 2013-08-15 Samsung Electronics Co Ltd Slip-stick piezoelectric actuator
JP2019051624A (en) 2017-09-13 2019-04-04 東芝テック株式会社 Inkjet head and inkjet printer
JP2019169612A (en) 2018-03-23 2019-10-03 国立大学法人東北大学 Piezoelectric thin film, piezoelectric element, and piezoelectric power generation device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04152273A (en) * 1990-10-16 1992-05-26 Brother Ind Ltd Light wave interference type piezoelectric constant measuring device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005158111A (en) 2003-11-21 2005-06-16 Fujitsu Ltd Acceleration sensor and disk device using the same
JP2013158242A (en) 2012-01-31 2013-08-15 Samsung Electronics Co Ltd Slip-stick piezoelectric actuator
JP2019051624A (en) 2017-09-13 2019-04-04 東芝テック株式会社 Inkjet head and inkjet printer
JP2019169612A (en) 2018-03-23 2019-10-03 国立大学法人東北大学 Piezoelectric thin film, piezoelectric element, and piezoelectric power generation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022083811A (en) 2022-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5862914B1 (en) Viscoelastic property measuring apparatus and viscoelastic property measuring method
JP4998907B2 (en) Thermocouple contact type surface roughness measuring method and workpiece surface condition detection device
US6289734B1 (en) In-situ non-destructive audiosonic identification system for visco-elastic materials
US9279739B2 (en) Virtual noncontact excitation
US7424827B2 (en) Inspecting method of elastic body, inspecting apparatus thereof, and dimension predicting program thereof
CN105181583A (en) Environment-controllable scratch test on-site testing device and control method thereof
JP7634359B2 (en) Piezoelectric material measuring device and piezoelectric material measuring method
CN113514352B (en) Micro-nano material and structural force thermal coupling high cycle fatigue test method and test device
US9354248B2 (en) Method for measuring vibration characteristic of cantilever
US10557832B2 (en) Portable acoustic apparatus for in-situ monitoring of a weld in a workpiece
CN223193027U (en) Test probe and test system
US9766267B2 (en) Actuator position calculation device, actuator position calculation method, and actuator position calculation program
JP3608499B2 (en) Material constant measuring device for piezoelectric substrate
RU167852U1 (en) DEVICE FOR MEASURING MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS
JP7592331B2 (en) WIRE BONDING APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING SAME - Patent application
JPH07325029A (en) Physical property of thin film evaluating apparatus
JP2007071553A (en) Thin film measuring method, thin film measuring apparatus, and contact sensor used therefor
JPH11108608A (en) Method and apparatus for measuring dielectric film thickness
JP2013210305A (en) Piezoelectric property measuring device and piezoelectric property measuring method
CN113176455B (en) A device and method for measuring piezoelectric performance parameters of ferroelectric crystals under strong electric field
CN118795240A (en) Test probes, systems, storage media and terminals for testing piezoelectric coefficients
Sharma et al. Damage Detection Using Refined Time Reversal Method of Lamb Waves Under Varying Temperatures
JP2002122471A (en) Method and apparatus for measuring material constant of piezoelectric substrate
JP2004077182A (en) Softness measuring method and softness measuring device
JPWO2007018186A1 (en) Microstructure inspection apparatus, inspection method, and inspection program

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20230104

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231024

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240522

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240611

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20240730

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240813

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241008

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241209

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250114

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250210

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7634359

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150