(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物である圧電体の圧電特性のうち、圧力を印加した際に発生する前記圧電体からの出力電圧を計測するための圧電特性計測システムであって、
前記圧電体が載置される載置面を有する載置測定部と、
前記圧電体に、前記載置面に垂直な一軸方向に沿った圧力を印加する圧力印加部と、
印加した前記圧力の情報および前記圧力に応じて発生する前記圧電体からの出力電圧の情報を取得する情報取得部と、
前記圧力の情報および前記出力電圧の情報を用いて、前記圧電体の圧電特性値を算出する算出部とを備えて構成されており、
前記載置測定部は、前記載置面を一方の主面とする一対の平行な主面を有する板状体と、該板状体の他方の主面に対向して前記一軸方向と直交する台座面を有する台座部材と、該台座部材の前記台座面に載置されて前記板状体の前記他方の主面との間に挟持された、前記他方の主面から受ける圧力に応じた台座出力電圧を発生する台座圧電体とを備え、
前記情報取得部では、印加した前記圧力に応じて発生する前記台座出力電圧の情報を取得し、
前記算出部では、前記台座出力電圧の情報と、前記圧電体からの前記出力電圧の情報とを用いて、測定対象物である前記圧電体の圧電特性を算出することを特徴とする圧電特性計測システム。
【請求項２】
前記載置計測部が一方端に固定された、中心軸が前記一軸方向に平行な筒状体と、該筒状体を支持する支持体とを備え、
前記圧力印加部は、
前記筒状体の内部に配置された、前記圧電体に印加する圧力を発生する圧力発生手段と、
前記筒状体の前記一方軸から前記載置面にかけて一部が突出した状態で前記中心軸に沿って配置された、前記圧力発生手段からの圧力を前記載置面に載置された前記圧電体に伝達するための圧力伝達手段とを有することを特徴とする請求項１記載の圧電特性計測システム。
【請求項３】
前記圧力伝達手段は、前記載置測定部の前記載置面に対向して前記圧電体に圧力を印加する一方端面と、該一方端面とは反対側の他方端面とを有しているとともに、前記一方端面および前記他方端面の双方が、前記中心軸と直交しており、
前記圧力発生手段は、発生した圧力を前記中心軸に沿って前記圧力伝達手段の前記他方端面に加えることで、前記圧力伝達手段を前記中心軸に沿って移動させることを特徴とする請求項２記載の圧電特性計測システム。
【請求項４】
前記筒状体は、内部に前記中心軸と直交する基準面を備えており、
前記圧力発生手段は、前記基準面と前記圧力伝達手段の前記他方端面との間に配置された、印加された電圧に応じて前記中心軸の方向に圧力を調整する圧電デバイスを有していることを特徴とする請求項３記載の圧電特性計測システム。
【請求項５】
前記中心軸に沿って前記基準面の位置を移動させる基準面可動手段を備えることを特徴とする請求項４記載の圧電特性計測システム。
【請求項６】
前記支持体は、天板に貫通孔が設けられた筺体を備えており、
前記筒状体が前記貫通孔に通されて支持され、前記載置測定部が前記筺体の内部に収容されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の圧電特定計測システム。
【請求項７】
前記載置計測部の前記台座面は、前記筒状体に対して固定されており、
前記筺体は、前記載置計測部の前記台座面とは反対の面側が前記筐体の内壁と非接触の状態で前記筒状体を支持することを特徴とする請求項６記載の圧電特定計測システム。
【請求項８】
測定対象物である対象圧電体の圧電特性のうち、圧力を印加した際に発生する前記圧電体からの出力電圧を計測するための圧電特性計測方法であって、
前記圧電体と印加された圧力に応じて電圧を発生する計測用圧電体とを一軸方向に沿って重ねて配置するステップと、
前記対象圧電体に対して、前記他計測用圧電体と反対の側から、前記一軸方向に沿った圧力を周期的に印加するステップと、
印加した前記圧力の情報および前記圧力に応じて発生する前記圧電体からの出力電圧の情報を取得するステップと、
前記圧力の情報および前記出力電圧の情報を用いて前記計測圧電体の圧電特性値を算出するステップと、を有し、
前記取得するステップでは、印加した前記圧力の情報として、前記一軸方向に沿った圧力に応じて発生する前記計測用圧電体からの出力電圧の情報を併せて取得することを特徴とする圧電特性計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電特性計測システムおよび圧電特性計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は加圧力に対して所定の関係の高さの電圧を発生する素子であり、圧力センサとして用いられる。なお、本明細書では、「加圧力」のことを単に「圧力」ということがある。これは本来の圧力（面積当りの力）とは異なる。圧電素子の特性は、一般的に圧電素子に印加した力（Ｎ）と、そのときに発生する電荷（ｐＣ）から計算した圧電定数（ｐＣ／Ｎ）によって特定される。加圧力によって圧力定数が一定でない場合は、関数全体を特性ということもある。いずれの場合も印加した力とその力によって発生する電荷は、それぞれ精密に測定する必要がある。
【０００３】
特許文献１は、精密に測定するため、あらかじめバネ係数が分かっているバネの付勢力と圧電素子に印加する力とをバランスさせ、そのバネの撓み量を可変コンデンサーの静電容量の変化によって精密に測定し、その測定値から印加した力を算出する方法を開示している、さらにその方法を用いて圧電体の特性を精密に測定する測定装置を開示している。この装置では、圧電素子への力の印加は手動操作でプローブを圧電素子に押し付けることによって行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３５５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車載用の圧電素子（圧力センサ）においては、静止状態における特性だけでなく、振動などの変動する力に対する特性も重要である。このため、車載用の圧電素子の特性としては、時系列に変動する力（動的荷重）に対する発生電圧の関係も重要になってくる。圧電素子に関し、このような動的荷重に対する発生電圧の関係を詳細に測定するには、発生電圧の時系列変動情報を正確に知るのみでなく、圧電素子に対して印加された動的荷重の時系列変動も、正確に知る必要がある。
例えば特許文献１の測定装置では、静電容量の変化の計測値からバネの撓み量を算出し、バネ定数に基いて、印加された圧力の大きさを算出している。かかる測定装置によって算出された圧力値は、バネ定数の変動にともなう誤差、静電容量変化の時間遅れ、バネの撓みの時間遅れなど、様々な時間遅れや誤差が重畳されている。このため、特許文献１に記載されているような測定装置では、印加された圧力の変化を、少ない時間遅れで高精度に測定することが難しかった。このように、従来の測定装置では、精度よく動的荷重を計測することが難しかった。また、圧電素子は周囲の温度が変動したときにどの程度影響するかという温度特性（評価）も求められる。しかし特許文献１の測定装置では温度特性を求めることができない。
【０００６】
本発明は従来の装置と同等か、それ以上の精度で圧電特性を求めることができ、さらに動的荷重に対しても圧電特性を精度よく求めることができる圧電特性計測システムおよび圧電特性計測方法を提供することを技術課題としている。さらに本発明は、温度特性の計測にも対応することができる圧電特性計測システムおよび圧電特性計測方法を提供することを技術課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、測定対象物である圧電体が発生する電圧と、その圧電体と重ねて配置した圧力検出用の台座圧電体から算出した印加圧力とに基づいて圧電特性を算出すれば、動的荷重に対しても圧電特性を精度よく測定することができるという新たな事実を見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
しかして本発明の圧電特性計測システムは、測定対象物である圧電体の圧電特性のうち、圧力を印加した際に発生する前記圧電体からの出力電圧を計測するための圧電特性計測システムであって、前記圧電体が載置される載置面を有する載置測定部と、前記圧電体に、前記載置面に垂直な一軸方向に沿った圧力を印加する圧力印加部と、印加した前記圧力の情報および前記圧力に応じて発生する前記圧電体からの出力電圧の情報を取得する情報取得部と、前記圧力の情報および前記出力電圧の情報を用いて、前記圧電体の圧電特性値を算出する算出部とを備えて構成されており、前記載置測定部は、前記載置面を一方の主面とする一対の平行な主面を有する板状体と、該板状体の他方の主面に対向して前記一軸方向と直交する台座面を有する台座部材と、該台座部材の前記台座面に載置されて前記板状体の前記他方の主面との間に挟持された、前記他方の主面から受ける圧力に応じた台座出力電圧を発生する台座圧電体とを備え、前記情報取得部では、印加した前記圧力に応じて発生する前記台座出力電圧の情報を取得し、前記算出部では、前記台座出力電圧の情報と、前記圧電体からの前記出力電圧の情報とを用いて、測定対象物である前記圧電体の圧電特性を算出することを特徴としている。
【０００９】
このような圧電特性計測システムにおいては、前記載置計測部が一方端に固定された、中心軸が前記一軸方向に平行な筒状体と、該筒状体を支持する支持体とを備え、前記圧力印加部は、前記筒状体の内部に配置された、前記圧電体に印加する圧力を発生する圧力発生手段と、前記筒状体の前記一方軸から前記載置面にかけて一部が突出した状態で前記中心軸に沿って配置された、前記圧力発生手段からの圧力を前記載置面に載置された前記圧電体に伝達するための圧力伝達手段とを有するものが好ましい。この場合は筒状体とその内部を移動する圧力伝達手段の相乗作用により、圧力発生手段が発生した圧力を圧電体に対して効率的に伝えることができる。
【００１０】
前記筒状体によってその内部を移動する圧力伝達手段に加わる圧力の反力（引っ張り力）を支持させる圧電特性計測システムにおいては、前記載置計測部の前記台座面は、前記筒状体に対して固定されており、前記支持体は、前記載置計測部の前記台座面とは反対の面側が非接触の状態で前記筒状体を支持するものが好ましい。それにより支持体からの影響をほとんど受けずに圧力を伝達することができ、支持体も圧力伝達手段の影響を受けにくい。
【００１１】
さらに前記筒状体によってその内部を移動する圧力伝達手段を備えた圧電特性計測システムにおいては、前記圧力伝達手段は、前記載置測定部の前記載置面に対向して前記圧電体に圧力を印加する一方端面と、該一方端面とは反対側の他方端面とを有しているとともに、前記一方端面および前記他方端面の双方が、前記中心軸と直交しており、前記圧力発生手段は、発生した圧力を前記中心軸に沿って前記圧力伝達手段の前記一方端面に加えることで、前記圧力伝達手段を前記中心軸に沿って移動させるものが好ましい。それにより圧力発生手段が発生した圧力が一層正確に圧電体に伝えることができる。
【００１２】
前記圧力伝達手段の一方端面と他方端面が中心軸と直交する圧電特性計測システムにおいては、前記筒状体は、内部に前記中心軸と直交する基準面を備えており、前記圧力発生手段は、前記基準面と前記圧力伝達手段の前記他方端面との間に配置された、印加された電圧に応じて前記中心軸の方向に圧力を調整する圧電デバイスを有しているものが好ましい。それにより圧電デバイスにより静止荷重の検出が容易になる。
【００１３】
そのような圧電特性計測システムにおいては、さらに前記中心軸に沿って前記基準面の位置を移動させる基準面可動手段を備えるものが好ましい。それにより静止荷重の大きさを正確に設定することができる。
【００１４】
前記支持体、筒状体および圧力伝達手段を備えた圧電特定計測システムにおいては、前記支持体は、天板に貫通孔が設けられた筺体を備えており、前記筒状体が前記貫通孔に通されて支持され、前記載置測定部が前記筺体の内部に収容されているものであってもよい。それにより筐体内に圧電体の使用環境を再現して測定することができる。
【００１５】
本発明の圧電特性計測方法は、測定対象物である対象圧電体の圧電特性のうち、圧力を印加した際に発生する前記圧電体からの出力電圧を計測するための圧電特性計測方法であって、前記圧電体と印加された圧力に応じて電圧を発生する計測用圧電体とを一軸方向に沿って重ねて配置するステップと、前記対象圧電体に対して、前記他計測用圧電体と反対の側から、前記一軸方向に沿った圧力を周期的に印加するステップと、印加した前記圧力の情報および前記圧力に応じて発生する前記圧電体からの出力電圧の情報を取得するステップと、前記圧力の情報および前記出力電圧の情報を用いて前記計測圧電体の圧電特性値を算出するステップとを有し、前記取得するステップでは、印加した前記圧力の情報として、前記一軸方向に沿った圧力に応じて発生する前記計測用圧電体からの出力電圧の情報を併せて取得することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の圧電特性計測システムおよび圧電特性計測方法は、測定対象物である圧電体が発生する電圧と、その圧電体と重ねて配置した圧力検出用の台座圧電体から算出した印加圧力とに基づいて圧電特性を算出するので、動的荷重に対しても圧電特性を精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧電特性計測システムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る圧電特性計測装置の断面図である。
【図３】図１の計測システムの測定対象物の一例を示す斜視図である。
【図４】図１の計測システムの集電ヘッドを示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明の計測装置に用いられる集電ヘッドの他の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る計測方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に示す圧電特性計測システム（以下、単に計測システムという）１は、測定対象物である圧電体Ｓの圧電特性のうち、圧力を印加した際に圧電体が発生する出力電圧を計測する計測装置１０と、印加した圧力と得られた出力電圧によって圧電特性を算出する算出部２とを備えている。計測装置１０は、図２に示すように、圧電体Ｓが設置される載置測定部１１と、圧電体Ｓに加えるべき圧力を発生するアクチュエータ（圧力発生手段）１２と、そのアクチュエータの下端に配置される断熱材３２と、アクチュエータ１２および断熱材１３を収容する第１筒状体１３と、前記載置計測部１１が下端に連結され、載置計測部１１とアクチュエータ１２を連結する第２筒状体１４と、それらの筒状体１３、１４を支持する筐体３３などの支持体と、印加した圧力の情報および圧力に応じて圧電体Ｓが発生した出力電圧の情報を取得する情報取得部３と、前記第２筒状体１４内に軸方向移動自在に収容され、アクチュエータ１２が発生した圧力を圧電体Ｓに伝達する圧力伝達手段１６を備えている。前記アクチュエータ１２と断熱材３２と圧力伝達手段１６は、全体として載置測定部１１に設置した圧電体Ｓに圧力を印加する圧力印加部を構成している。
【００１９】
圧電体Ｓはたとえば図３のような中央に貫通孔（あるいは有底の穴）Ｓａが形成された円柱状のものである。以下の説明では図１および図２の配置関係に基づいて「上」、「下」などと表現するが、本発明はこれらに限定されない。すなわち筒状体１３、１４は上下方向にするほか、水平や斜めに配置することもできる。また筒状体１３、１４を上下方向に配置した上で載置測定部１１をその上端に設けることもできる。
【００２０】
図２に示す筒状体１３、１４のうち、上側（載置測定部１１から遠い側）の第１筒状体１３は大径で、その内部には、積層圧電体を備えて構成されたアクチュエータ１２が配置されている。アクチュエータ１２は、印加された電圧に応じた量だけ、第１筒状体１３の軸方向に添って膨脹または収縮するように構成されている。アクチュエータは摺動抵抗を低減させるため、リニアガイドブッシュ１７を介して第１筒状体１３の内部に収容している。リニアガイドブッシュ１７とアクチュエータ１２とは、両者でいわゆるリニアボールベアリングあるいはボールスプラインを構成している。第１筒状体１３の下方（載置測定部１１に近い側）には、小径の第２筒状体１４が同心状に連結されている。
【００２１】
アクチュエータ１２は通常は自軸回りに回動できない。しかし回動自在に構成しても差し支えない。下側の第２筒状体１４の内部には、圧力伝達手段１６が軸方向摺動自在に収容されている。圧力伝達手段１６も回転自在にする必要はないが、そうであっても差し支えない。圧力伝達手段１６は、たとえばステンレススチールからなる加圧ロッドを採用しうる。加圧ロッドなどの圧力伝達手段１６の下端面１６ａは請求項４における「一方端面」であり、圧力伝達手段１６の上端面１５ａは「他方端面」である。
【００２２】
載置測定部１１は、略水平に配置される一対の板状体１９、２０と、それらを連結する縦板２１とから略コ字状に形成されている。縦板２１を左右一対で設けて全体を枠体にしてもよい。下側の板状体２０は、上下一対の互いに平行な主面２２、２３を有し、上側の主面（一方の主面）２２上には、ロードセルＬＣなどの荷重センサ（台座圧電体）を介して計測対象の圧電体Ｓを載置する台座部材２４が固定されている。台座部材２４はロードセルＬＣにプリロードを加えるため、下側の板状体２０の上面、すなわち上側の主面２２にボルトなどで強固に固定されている。台座部材２４の上面の中央は圧電体Ｓを載置する台座面、すなわち載置面２５である。載置面２５は筒状体１３、１４の中心軸Ｃの下方の延長上に配置されている。
【００２３】
載置測定部１１の上側の板状体１９は第２筒状体１４の下端に固定されている。それにより載置測定部１１は筒状体１３、１４によって吊り下げられた状態となっている。前述のロードセルＬＣは圧電体Ｓに印加される圧力を計測するセンサであり、たとえば水晶圧電式のものが使用される。このロードセルＬＣは、加圧力が変動するときの荷重、すなわちダイナミックロード（動的荷重）の測定のみに使用し、静止荷重であるプリロードは別のロードセルなどの計測器を用いるのが好ましい。静止荷重と動的荷重では測定のレンジが異なるためである。
【００２４】
第１筒状体１３の上端には蓋体２６が被せられ、ねじなどで固定されている。その蓋体２６に貫通形成した雌ねじに、プリロード印加ねじ（雄ねじ）２７が螺合されている。このプリロード印加ねじ２７は、手動で回転させて圧電体Ｓにプリロードを付与するためのものである。プリロード印加ねじ２７の下端面２８は筒状体１３、１４の中心軸Ｃと直交する基準面である（以下、基準面２８と表示する）。この基準面２８はプリロード印加ねじ２７の回転に応じて上下に移動する。プリロード印加ねじ２７は基準面可動手段である。基準面２８には、プリロードを検出するための第２ロードセルＬＣ２を介して前述のアクチュエータ１２が取り付けられている。第２ロードセルＬＣ２は、圧力を電気信号に変換するセンサであり、ロードセル以外に他の検出センサを用いることができる。アクチュエータ１２は外部から所定の波形で電力を付与すると、その波形に応じた加圧力を生ずるアクチュエータであり、電気信号を力に変換する圧電デバイスが用いられる。このようなアクチュエータ１２としては、ピエゾアクチュエータなど、高い周波数の変動に対しても正確に追従して圧力を発生できるものが好ましい。
【００２５】
アクチュエータ１２の下端面は、前述の断熱材３２の上端面に当接している。この断熱材３２の下端には、圧力伝達手段１６の上端が連結されている。この実施形態では支持体として恒温槽として用いる筐体３３を採用している。断熱材３２は筒状体１３、１４を筐体３３に取り付けたとき、筐体３３の熱がアクチュエータなどに伝わらないようにするものである。なお、圧力伝達手段１６を上下方向に向けて配置する場合は、断熱材３２と下側の筒状体の間に圧力伝達手段１６を上向きに付勢するバネを介在させ、圧力伝達手段１６の重量とバランスさせることもできる。圧力伝達手段１６の下端には、集電ヘッド３５が取り付けられている。集電ヘッド３５は、圧電体Ｓが発生した出力電圧を集めるもので、情報取得部３の中心デバイスである。
【００２６】
この集電ヘッド３５は、図４に拡大して示すように、円柱状の上ジグ３６と下ジグ３７の間にアルミナ製のボール３８を挟み、そのボール３８を介して荷重を圧電体Ｓに伝達すると共に、ローノイズケーブル（図１の符号５５）を介して圧電体Ｓが発生した電圧を検出器に導くものである。上ジグ３６および下ジグ３７の対向する面には、それぞれボール３８を支持する円錐状の凹部３６ａ、３７ａが形成されている。これにより圧電体Ｓの上下面の平行度のバラツキを吸収し、バラツキによる影響を排除できる。アルミナを用いるのは絶縁抵抗が高いためである。ジルコニアなどでは絶縁抵抗が低いため、出力にノイズが載る問題がある。圧電体Ｓの平行度あるいは圧電体を上下から挟む部材の平行度を高めるため、圧力伝達手段１５、１６の上端面および下端面はそれぞれ中心軸Ｃに対し、直交するように形成している。さらにボール３８の脱落を防止するため、凹部３６ａ、３７ａにはダンパ（衝撃吸収材）を兼ねる軟質樹脂３９、たとえばシリコーン系接着剤、シリコーン系シーラントを充填するのが好ましい。
【００２７】
図５は、集電ヘッドの異なる実施形態について説明する図である。図５に示す集電ヘッド６０は、図４の集電ヘッド３５とほぼ同様であるが、上ジグ６１は円板状を呈しており、その下面には円錐状の凹部が形成されていない。下ジグ６２は円柱状で上面の中央に円錐状の凹部６２ａが形成され、その凹部にアルミナ製のボール６３が載置されている。上下のジグ６１、６２の間には、ボール６３の脱落防止およびダンパのため、シリコーン系接着剤６４が環状に設けられている。シリコーン系接着剤６４の中心部は、硬化後に切り取るなどにより、ボール６３が触れない程度の空間６５を設けている。上ジグ６１の上面中央には、加圧ロッドなどの圧力伝達手段の下端を固定するため、ネジ軸６６が突設されている。ネジ軸６６には雄ねじが形成されている。
【００２８】
上記のように構成される計測装置１０は、たとえば下側の筒状体１４の上端に取り付けたフランジ部４０を筐体３３の天板４１に載置し、天板に設けた貫通孔４２に第２筒状体（下側）１４を挿入し、その筒状体１４の下端に載置測定部１１を取り付けることにより、筐体３３内の温度下における圧電体Ｓの圧電特性を計測することができる。筐体３３として、筐体内の温度を調節する温度調節機構を備えた恒温槽を採用する場合は、高温状態や低温状態での圧電特性を計測することができる。
【００２９】
つぎに図１に戻って、計測システム１を詳細に説明する。この計測システム１は、前述の計測装置１０と、その計測装置のピエゾアクチュエータ（アクチュエータ１２）に送る波形５１ａを作成するファンクションジェネレータ５１と、発生した波形を増幅してアクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）１２を作動させるピエゾドライバ（パワーアンプ）５２とを備えている。ファンクションジェネレータ５１とピエゾドライバ５２は、圧力発生手段制御部５３を構成する。符号５４はローノイズケーブルである。また、プリロード印加ねじ２７によって印加された圧力を検出するロードセルＬＣ２は計測した圧力を表示するモニターに接続されている。計測作業者は、このモニターに表示された表示値（ロードセルＬＣ２による計測値）を確認しながら、プリロード印加ねじ２７を回転させて、圧電体に所定の大きさの圧力（プリロード圧力）を印加する。
【００３０】
載置計測部１１の集電ヘッド３５には、ローノイズケーブル５５によって出力電荷用のチャージアンプ５６が連結され、データロガー５７を介してパーソナルコンピュータ（情報処理部）ＰＣに連結されている。また、圧電体Ｓに加える変動圧力（ダイナミックロード）を検出するロードセルＬＣの出力もロードセル用のチャージアンプ５８を介して前述のデータロガー５７に連結され、パーソナルコンピュータＰＣに伝えられる。また、両方のチャージアンプ５６、５７の出力はオシロスコープ５９などのモニターで確認できるようにしている。また、筐体３３の内部の温度を調整するヒータやクーラーなどの温度調整機構Ｈが設けられている。
【００３１】
つぎに図６を参照しながら、このような計測システム１により圧電体Ｓの圧電特性を計測する本発明の計測方法の実施形態を説明する。この計測方法では、まず計測の対象である圧電体Ｓと印加された圧力に応じて電圧を発生するロードセルＬＣ２（計測用圧電体）とを一軸方向に沿って重ねて配置する第１ステップＳ１を行う。ついで対象圧電体Ｓに対して、計測用圧電体と反対の側から、前記一軸方向に沿った圧力を周期的に印加する第２ステップＳ２を行う。
【００３２】
さらに印加した圧力の情報、および圧力に応じて発生する圧電体Ｓからの出力電圧の情報を取得するステップＳ３を行う。その取得する第３ステップＳ３では、印加した圧力の情報として、上記一軸方向に沿った圧力に応じて発生する、ロードセルＬＣからの出力電圧の情報を併せて取得する（第４ステップＳ４）。そして、印加した圧力の情報、および出力電圧の情報を用いて、圧電体Ｓの圧電特性値を算出する第５ステップＳ５を行う。ロードセルＬＣは、測定対象である圧電体Ｓの直下に配置され、一軸方向に沿って圧電体Ｓにかかる圧力が、直接印加される。このロードセルＬＣからの出力電圧は、圧電体Ｓにかかる圧力の大きさに精度よく対応し、出力電圧の変動は、圧電体Ｓにかかる圧力の変動に精度よく対応している。本実施形態のシステムでは、測定対象にかかる圧力の大きさおよび変動を、高い精度で測定することができるので、この測定値を用いて、測定対象である圧電体の動的荷重に対する特性を高精度に求めることができる。
【００３３】
前記第１ステップＳ１では、具体的には、集電ヘッド３５と台座部座２４の間に測定対象である圧電体Ｓを挟み、プリロード印加ねじ２７を回して所定のプリロードを付与する。プリロードはたとえば４〜６ｋＮもの高荷重である。ついでアクチュエータ１２によって所定の波形の圧力を発生させる（第２ステップＳ２）。それにより、圧力伝達手段１６がその圧力を圧電体Ｓに伝え、集電ヘッド３５から圧電体Ｓが発生する発生電圧を検出することができる（第３ステップＳ３）。
【００３４】
圧電体Ｓに印加する圧力は、ファンクションジェネレータ５１が発生する電圧およびピエゾドライバ５２が増幅して得られる電圧により、推定することができる。しかしロードセルＬＣで実際に検出した値を使用するほうが、精度が高い。なお、圧電体Ｓを挟圧するときの反力は載置測定部１１の縦板２１、上側の板状体１９および筒状体１４、１３が支持する。そのため、載置測定部１１や下側の筒状体１４を筐体３３に固定する必要がない。したがってフランジ体４０と筐体３３の天板４１の間に隙間をあけてもよく、また、フランジ防振ゴムや断熱材などの柔軟性を有するものを介在させることもできる。
【００３５】
前記実施形態ではアクチュエータ（圧力発生手段）の上端に対応する基準面を移動させる基準面可動手段を備え、その基準面からプリロードを付与する構造を採用するため、測定対象物に所望の値のプリロードをかけながら、所望の関数の動的荷重をかけて測定することができる。ただし動的荷重による圧電特性を測定するだけでよいのであれば、基準面可動手段やプリロード印加ねじは省略することができる。また前記実施形態では圧力発生手段としてピエゾアクチュエータを採用しているが、所定の関数で電気信号を圧力に変換できるアクチュエータであれば、他のアクチュエータも採用することができる。
以上、本発明の圧電特性計測システムおよび圧電特性計測方法について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００３６】
１  計測システム
２  算出部
３  情報取得部
１０  計測装置
Ｓ  圧電素子（圧電体）
１１  載置測定部
１２  圧力発生手段（ピエゾアクチュエータ）
１３  第１筒状体
１４  第２筒状体
１６  圧力伝達手段（加圧ロッド）
１６ａ  下端面
Ｓａ  貫通孔
１７  リニアガイドブッシュ
１９  上側の板状体
２０  下側の板状体
２１  縦板
２２、２３  主面
ＬＣ  ロードセル（台座圧電体）
２４  台座部材
２５  載置面
Ｃ  中心軸
２６  蓋体
２７  プリロード印加ねじ
２８  下端面
ＬＣ２  第２ロードセル
３２  断熱材
３３  筐体（恒温槽）
３５  集電ヘッド
３６  上ジグ
３７  下ジグ
３６ａ、３７ａ  凹部
３８  ボール
３９  ローノイズケーブル
４０  フランジ部
４１  天板
４２  貫通孔
５１  ファンクションジェネレータ
５１ａ  波形
５２  ピエゾドライバ
５３  圧力発生手段制御部
５４  ローノイズケーブル
５５  ローノイズケーブル
５６  チャージアンプ
５７  データロガー
Ｓ１  第１ステップ
Ｓ２  第２ステップ
Ｓ３  第３ステップ
Ｓ４  第４ステップ
Ｓ５  第５ステップ
６０  集電ヘッド
６１  上ジグ
６２  下ジグ
６２ａ  凹部
６３  ボール
６４  シリコーン系接着剤
６６  ネジ軸
６５  空間
【図１】
0005623868.tif 000002
【図２】
0005623868.tif 000003
【図３】
0005623868.tif 000004
【図４】
0005623868.tif 000005
【図５】
0005623868.tif 000006
【図６】
0005623868.tif 000007