(57)【要約】【課題】  多数の圧電体を並べて連続的に圧電特性を計測できる圧電特性評価方法を提供する。【解決手段】  外部の騒音をそのまま測定波の一部として圧電体が発する純音（電荷信号）とともに取込み、外部の騒音に相当するベースラインを算出し、このベースラインを測定波から引いて圧電体が発する純音（電荷信号）に相当する補正波とし、この補正波から圧電体の圧電率を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を圧電体に印加し、この印加によって圧電体が発する純音を外部雑音とともにマイクロホンで取込んで測定波として検出し、前記外部雑音を表すベースラインを算出し、前記測定波からベースラインを引いて補正波を算出し、この補正波をフーリエ変換して振幅を算出し、圧電体の圧電率を算出することを特徴とする圧電特性評価方法。
【請求項２】
圧電体と離間した位置にある振動体または圧電体に接触する振動体によって圧電体を振動させ、この振動と外部振動によって圧電体が発する電荷信号を電荷増幅器を介して測定波として検出し、前記外部振動を表すベースラインを算出し、測定波からベースラインを引いて補正波を算出し、この補正波をフーリエ変換して振幅を算出し、圧電体の圧電率を算出することを特徴とする圧電特性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子に正弦波電圧、正弦波振動或いは純音を印加し、これら正弦波電圧、正弦波振動或いは純音に同調した圧電素子が発する音圧、電荷或いは電圧を測定して圧電特性を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の特性を評価する方法としては、圧電共鳴法と強制振動法が一般的に行われている。
圧電共鳴法は図９（ａ）に示すように、圧電体試料の表面に形成した電極の中央に、針状電極を接続し、電気インピーダンス等の周波数スペクトルより共鳴を観測する方法である。
【０００３】
強制振動法は図９（ｂ）に示すように、圧電体試料の両端または両面を固定して、面内伸縮または厚み伸縮を与え、電荷量を計測する方法である。
【０００４】
強制振動法の一例として、特許文献１に提案される圧電特性測定方法は、圧電体試料の両端を固定し、この圧電体試料に応力を付与し、応力変動検出ユニットにより圧電体試料の応力変動を検出し、また表面電位検出ユニットにより前記応力変動による圧電体試料の表面電位変動を検出し、これら応力変動と表面電位変動に基づいて圧電定数を算出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１３８８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電共鳴法と強制振動法の何れにおいても、評価対象となる圧電素子を固定した状態で、電圧や振動を圧電素子に加えるため、特殊な固定装置を必要とし、且つ個々の圧電素子ごとに固定装置に着脱しなければならないため、そのために手間と時間がかかってしまう。
【０００７】
また従来の測定は、測定値にノイズが入らないように、防音・防振の部屋や防音・防振のための装置を必要とし、そのためにコストアップにつながっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、第１発明に係る圧電特性評価方法は、交流電圧を圧電体に印加し、この印加によって圧電体が発する純音を外部雑音とともにマイクロホンで取込んで測定波として検出し、前記外部雑音を表すベースラインを算出し、前記測定波からベースラインを引いて補正波を算出し、この補正波をフーリエ変換して振幅を算出し、圧電体の圧電率を算出するようにした。
【０００９】
また本願の第２発明は、圧電体と離間した位置にある振動体または圧電体に接触する振動体によって圧電体を振動させ、この振動と外部振動によって圧電体が発する電荷信号を電荷増幅器を介して測定波として検出し、前記外部振動を表すベースラインを算出し、測定波からベースラインを引いて補正波を算出し、この補正波をフーリエ変換して振幅を算出し、圧電体の圧電率を算出するようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る圧電特性評価方法によれば、外部の騒音をそのまま測定波の一部として圧電体が発する純音（電荷信号）とともに取込み、外部の騒音に相当するベースラインを算出し、このベースラインを測定波から引いて圧電体が発する純音（電荷信号）に相当する補正波とし、この補正波から圧電体の圧電率を算出するようにしたので、従来のような防音や防振のための特別な部屋や固定装置を必要としない。
【００１１】
また、個々の圧電体を固定する等の作業も大幅に簡略化でき、しかも検査作業に要する時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は第１発明に係る圧電特性評価方法の原理を説明した図、（ｂ）は第１発明に係る圧電特性評価方法の実施に用いる装置の構成例を説明した図。
【図２】第１発明のフローチャート。
【図３】解析の内容を詳細に説明したフローチャート。
【図４】（ａ）はベースラインを除去する前の測定波を示す図、（ｂ）はベースラインを除去した後の測定波を示す図。
【図５】（ａ）は第２発明に係る圧電特性評価方法の原理を説明した図、（ｂ）は第２発明に係る圧電特性評価方法の実施に用いる装置の構成例を説明した図。
【図６】第２発明のフローチャート。
【図７】（ａ）は第２発明の変形例に係る圧電特性評価方法の原理を説明した図、（ｂ）は第３発明に係る圧電特性評価方法の実施に用いる装置の構成例を説明した図。
【図８】第２発明の変形例のフローチャート。
【図９】（ａ）は従来の圧電特性評価方法としての圧電共鳴法を説明した図、（ｂ）は従来の圧電特性評価方法としての強制振動法を説明した図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
圧電特性の測定対象となる試料は、圧電体１の表面に面電極２が形成されている。圧電体としては、極性高分子、多孔質エレクトレット、圧電セラミックス、一軸配向キラル高分子があり、極性高分子、多孔質エレクトレットおよび圧電セラミックスについては、圧電率はポーリング処理により形成された残留分極量に依存し、一軸配向キラル高分子については、圧電率は延伸処理による分子鎖の配向度に依存する。
【００１４】
前記前記極性高分子には、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン・三フッ化エチレン共重合体、フッ化ビニリデン・四フッ化エチレン共重合体、奇数ナイロン、シアン化ビニリデン・酢酸ビニル共重合体などが挙げられ、多孔質エレクトレットにはポーラスポリプロピレンエレクトレット、ポーラステフロンエレクトレットなどが挙げられ、圧電セラミックスにはＰＺＴなどが挙げられ、前記一軸配向キラル高分子としては、ポリ乳酸、ポリγベンジルグルタメートなどが挙げられる。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、面電極２に針状電極３を介して発振器４から正弦波電圧を印加する。具体的な構成としては図１（ｂ）に示すように、ＡＤ/ＤＡコンバータ５のアナログ出力（ＡＯ）には電圧フォロワ６が接続され交流電源からの正弦波電圧を圧電体１に印加する。
【００１６】
正弦波電圧が印加された圧電体１は音（純音）を発する。この音をＡＤ/ＤＡコンバータ５のアナログ入力（ＡＩ）に接続されたマイクロホン（騒音計）７でキャッチし、マイクロホン７からの信号が処理される。尚、ＡＤ/ＤＡコンバータ５のデジタル入力（ＤＩ）およびデジタル出力（ＤＯ）には計測スイッチが接続され、またＡＤ/ＤＡコンバータ５の制御はパーソナルコンピュータ８で行う。
【００１７】
具体的な処理の流れは、図２に示すように、圧電体１に電圧を印加した後、計測スイッチ（ＤＩ、ＤＯ）をオンにすると計測可能状態となる。この状態からマイクロホン７のスイッチをオンにして圧電体１自身が発する音（純音）と周囲の騒音を一緒に拾う。（音圧計測）
【００１８】
次いで、マイクロホンで拾った音を解析する。解析は図３に示すように、先ず周波数、周期、平均回数、取込み点数などを予め指定しておく。この実施例の場合、周波数は８０００Ｈｚ、取込波数は１０波、１波当たりの取込点数は１００、平均回数は２０回とした。
【００１９】
上記の条件の元、データ（マイクロホンからの信号）を取り込む。次いで、ベースラインの次数を指定し、ベースラインを算出し、このベースラインを測定波から引いて補正波を算出する。
【００２０】
図４（ａ）が補正波を算出する前の測定波とベースラインを示し、（ｂ）が測定波からベースラインを引いた補正波を示す。
【００２１】
測定波からベースラインを引いて補正波を算出した場合に、当該算出を行った測定回数が予め設定した平均回数よりも小さい場合には、上記の工程を繰り返し、測定回数が設定した平均回数に到達したならば、結果（例えば２０回の平均値）を表示（保存）する。
【００２２】
図５は第２発明を示し、第２発明の原理は図５（ａ）に示すように、圧電体１を覆うようにアーチ型のカプラー１０を配置し、このカプラー１０内に配置した振動板１１を発振器１２に接続し、カプラー１０内に正弦波音圧を発生させる。
【００２３】
具体的には図５（ｂ）に示すように、ＡＤ/ＤＡコンバータ５のアナログ出力（ＡＯ）に接続された電圧フォロワ６を介して振動板１１に正弦波電圧を印加し、カプラー１０内に正弦波音圧を発生させる。
【００２４】
発生した正弦波音圧によって圧電体１は電荷信号を発する。この電荷信号は電荷増幅器１２を介してＡＤ/ＤＡコンバータ５のアナログ入力（ＡＩ）に入力され処理される。
【００２５】
尚、実際の装置としては、振動板１１を配置したカプラー１０を手で持って各圧電体に順次被せるようにして、１つのカプラーで多数の圧電体の圧電特性を測定する構成になっている。
【００２６】
具体的な処理の流れは、図６に示すように、カプラー１０内の振動板１１に電圧を印加した後、ＡＤ/ＤＡコンバータ５の計測スイッチ（ＤＩ、ＤＯ）をオンにすると計測可能状態となる。この状態でカプラー１０を計測対象の圧電体１に被せ、圧電体１からの電荷信号を計測する。
【００２７】
この計測値には外部の騒音や振動によるものも含まれているので、解析を行う。解析の方法は前記した内容と同じである。
【００２８】
図７（ａ）及び（ｂ）は図５に示した実施例が、振動板１１を用いたのに対し、この実施例では圧電体１に振動体１３を直接接触させるようにし、他の構成は図５に示した実施例と同じである。
【００２９】
具体的な処理の流れは、図８に示すように、振動体（加振器）１３を駆動し、ＡＤ/ＤＡコンバータ５の計測スイッチ（ＤＩ、ＤＯ）をオンにすると計測可能状態となる。この状態で振動体（加振器）１３を計測対象の圧電体１に接触させ、圧電体１からの電荷信号を計測する。この後の処理は前記と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係る圧電特性評価方法は、多数の圧電体を並べて連続的に圧電特性を計測する場合などに広く応用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１…圧電体、２…面電極、３…針状電極、４…発振器、５…ＡＤ/ＤＡコンバータ、６…電荷増幅器、７…マイクロホン、８…パーソナルコンピュータ、１０…カプラー、１１…引導板、１２…電荷増幅器、１３…振動体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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