(57)【要約】【課題】圧電体を用いて異なる周波数帯域の弾性表面波を発生させることが可能な励振装置及び励振方法を提供する。【解決手段】外部電源１１に接続された入力部１２と、外部電源１１から入力部１２に電気信号が与えられて弾性表面波が生じる圧電体１３とを備える励振装置１０において、入力部１２は対となる第１、第２の電極１４、１５を有し、第１の電極１４は、一端が圧電体１３に点接触し、電気信号が与えられる線状の導電片である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源に接続された入力部と、前記外部電源から前記入力部に電気信号が与えられて弾性表面波が生じる圧電体とを備える励振装置において、
前記入力部は対となる第１、第２の電極を有し、
前記第１の電極は、一端が前記圧電体に点接触し、前記電気信号が与えられる線状の導電片であることを特徴とする励振装置。
【請求項２】
請求項１記載の励振装置において、前記第１の電極は移動可能に設けられていることを特徴とする励振装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の励振装置において、前記第１の電極は同軸ケーブルＡの内部導体であることを特徴とする励振装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の励振装置において、前記第２の電極は、前記圧電体に面接触して固定されていることを特徴とする励振装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の励振装置において、前記弾性表面波を電気信号として出力する出力部を更に備え、前記出力部は、前記圧電体に内部導体の一端が点接触する同軸ケーブルＢを有することを特徴とする励振装置。
【請求項６】
対となる第１、第２の電極を有する入力部に、外部電源から電気信号を与えて圧電体に弾性表面波を生じさせる励振方法において、
前記第１の電極は、一端が前記圧電体に点接触する線状の導電片であり、
前記第１、第２の電極間の距離を変えて前記弾性表面波の周波数帯域を調整することを特徴とする励振方法。
【請求項７】
請求項６記載の励振方法において、前記第１の電極は同軸ケーブルＡの内部導体であることを特徴とする励振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体に弾性表面波を発生させる励振装置及び励振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波デバイス（以下、「ＳＡＷデバイス」とも言う）は、外部から櫛状電極に電気信号が与えられることによって弾性表面波を生じさせるものであり、各種試料のセンシングや物性測定等に利用されている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１３３７５９号公報
【特許文献２】特開２００７−８５９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来、ＳＡＷデバイスで励振される弾性表面波の周波数帯域は、櫛状電極の構造を基に決定されることから、１つのＳＡＷデバイスで周波数帯域が異なる弾性表面波を発生させることはできなかった。そのため、周波数帯域が異なる弾性表面波を要するセンシング等を行うには、複数のＳＡＷデバイスが必要であるという課題があった。
ここで、試料を解析する方法として、核磁気共鳴測定法が存在する。核磁気共鳴測定法は、原子のスピン方向が磁場によって調整された試料に対し、特定の周波数帯域の電磁波を与え、与えられた電磁波のエネルギー値と検出される電磁波のエネルギー値の差異から試料の含有原子を解析する方法である。原子に吸収される電磁波の周波数は、原子の種類によって固有であるため、周波数帯域が異なる波を１つの装置で発生させる技術は、将来的に核磁気共鳴測定法への適用が期待できる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、圧電体を用いて異なる周波数帯域の弾性表面波を発生させることが可能な励振装置及び励振方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的に沿う第１の発明に係る励振装置は、外部電源に接続された入力部と、前記外部電源から前記入力部に電気信号が与えられて弾性表面波が生じる圧電体とを備える励振装置において、前記入力部は対となる第１、第２の電極を有し、前記第１の電極は、一端が前記圧電体に点接触し、前記電気信号が与えられる線状の導電片である。
【０００６】
第１の発明に係る励振装置において、前記第１の電極は移動可能に設けられているのが好ましい。
【０００７】
第１の発明に係る励振装置において、前記第１の電極は同軸ケーブルＡの内部導体であるのが好ましい。
【０００８】
第１の発明に係る励振装置において、前記第２の電極は、前記圧電体に面接触して固定されているのが好ましい。
【０００９】
第１の発明に係る励振装置において、前記弾性表面波を電気信号として出力する出力部を更に備え、前記出力部は、前記圧電体に内部導体の一端が点接触する同軸ケーブルＢを有するのが好ましい。
【００１０】
前記目的に沿う第２の発明に係る励振方法は、対となる第１、第２の電極を有する入力部に、外部電源から電気信号を与えて圧電体に弾性表面波を生じさせる励振方法において、前記第１の電極は、一端が前記圧電体に点接触する線状の導電片であり、前記第１、第２の電極間の距離を変えて前記弾性表面波の周波数帯域を調整する。
【００１１】
第２の発明に係る励振方法において、前記第１の電極は同軸ケーブルＡの内部導体であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
第１、第２の発明に係る励振装置及び励振方法は、第１の電極が、一端が圧電体に点接触し、電気信号が与えられる線状の導電片であるので、圧電体を用いて異なる周波数帯域の弾性表面波を発生させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る励振装置の説明図である。
【図２】同励振装置で生じる弾性表面波及び電波の説明図である。
【図３】周波数帯域が異なる弾性表面波が生じる要因を示す説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る励振装置の説明図である。
【図５】オシロスコープで計測した電圧値を時間ドメインで表わしたグラフである。
【図６】電気信号の信号強度を周波数ドメインで表わしたグラフである。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、同軸ケーブルの長さを変えて計測した電気信号の信号強度を周波数ドメインで表わしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る励振装置１０は、外部電源１１に接続された入力部１２と、外部電源１１から入力部１２に電気信号が与えられて弾性表面波Ｓ、Ｓ’が生じる圧電体１３とを備える装置であって、入力部１２は対となる電極１４、１５（第１、第２の電極）を有している。
【００１５】
圧電体１３は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、矩形の板状であり、電圧の印加によって歪が生じる圧電材料によって形成されている。圧電材料は特に限定されず、例えば圧電材料としてニオブ酸リチウムや水晶を採用することができる。
本実施の形態において、電極１４は、ボール螺子部材１７（主としてボール螺子及びナットからなる部材）に装着された同軸ケーブル１６（同軸ケーブルＡ）の内部導体（線状の導体片の一例）であり、一端が圧電体１３の表面に点接触し、他端が外部電源１１に接続されている。本実施の形態では、同軸ケーブル１６の外部導体がアース接続され、外部電源１１から電極１４に直流パルス信号が与えられる。
【００１６】
同軸ケーブル１６は、図示しない支持部材によって固定されたボール螺子部材１７に装着されて、圧電体１３に対し垂直に保たれ、電極１４の一端が圧電体１３の表面の幅方向中心に点接触している。
ボール螺子部材１７は、図示しないモータから駆動力を与えられて作動し、同軸ケーブル１６を圧電体１３の長手方向に移動させる。電極１４は、ボール螺子部材１７の作動によって、一端が圧電体１３表面に接触した状態で移動する。
【００１７】
圧電体１３の表面には、圧電体１３の長手方向の一端部及び他端部に電極１５、１８がそれぞれ固定されている。電極１５、１８は、共に圧電体１３に面接触した導電性を有する矩形の板状物であり、それぞれ長手方向が圧電体１３の幅方向に沿っており、アース接続されている。
電極１４の一端は、電極１５、１８の間で圧電体１３の表面に接触しており、電極１４の圧電体１３への接触位置から電極１５までの距離は同軸ケーブル１６の移動によって変わる。
【００１８】
外部電源１１から電極１４に直流パルス信号が与えられると、図２に示すように、圧電体１３には、圧電体１３の圧電効果によって周波数帯域が異なる複数の弾性表面波Ｓ、Ｓ’が発生し、同軸ケーブル１６から空中に電波Ｒが放射されることが実験的検証によって確認されている。実際には、図２に示す２つの弾性表面波Ｓ、Ｓ’に加え、弾性表面波Ｓ、Ｓ’とは周波数帯域が異なる弾性表面波も発生する。
周波数帯域が異なる弾性表面波Ｓ、Ｓ’が発生するのは、図３に示すように、電極１４が圧電体１３に点接触している位置から電極１５の長手方向の異なる位置までの距離（例えば、ＬとＬ’）が異なるためと考えられる。
【００１９】
また、同軸ケーブル１６の移動に伴い、電極１４が圧電体１３に点接触している位置から電極１５までの距離を変えることによって、弾性表面波Ｓ、Ｓ’の周波数帯域が変わることが確認されている。従って、対となる電極１４、１５を有する入力部１２に外部電源１１から電気信号を与えて圧電体１３に弾性表面波Ｓ、Ｓ’を生じさせる励振方法は、電極１４、１５間の距離を変えて弾性表面波Ｓ、Ｓ’の周波数帯域を調整する（変える）ことができる。
そして、同軸ケーブル１６の長さ（電極１４の長さ）を変えることで、電波Ｒの周波数帯域の値を調整できることを確認している。
【００２０】
また、励振装置１０は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、弾性表面波Ｓ、Ｓ’及び電波Ｒを電気信号として出力する出力部２３を有している。出力部２３は、内部導体１９の一端が圧電体１３の表面に点接触した同軸ケーブル２０（同軸ケーブルＢ）と電極１８を備えている。同軸ケーブル２０は、図示しないモータから駆動力を与えられて作動するボール螺子部材２１（主としてボール螺子及びナットからなる部材）に装着されて、圧電体１３に対し垂直に保たれている。ボール螺子部材２１は、作動することによって、同軸ケーブル２０を圧電体１３の長手方向に移動させる。
【００２１】
内部導体１９の圧電体１３への接触位置は、同軸ケーブル２０の移動に伴って変わる。内部導体１９の圧電体１３に点接触する位置が移動する領域は、電極１４の圧電体１３に点接触する位置が移動する領域より、電極１８の近くに位置する。
内部導体１９の他端は、電気信号を検出可能な電気信号検出器２２に接続され、同軸ケーブル２０の外部導体はアース接続されている。内部導体１９の圧電体１３への接触位置を変えることによって、電気信号検出器２２が弾性表面波Ｓ、Ｓ’及び電波Ｒを安定的に検出できるように調整することができる。
【００２２】
ここで、周波数帯域が異なる複数の弾性表面波を発生させるためには、第２の電極が板状である必要はない。以下、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して、第２の電極が板状ではない本発明の第２の実施の形態に係る励振装置３０について説明する。なお、励振装置１０と同様の構成については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
励振装置３０は、図４（Ａ）に示すように、第２の電極が、同軸ケーブル３１の内部導体３２（線状の導電片の一例）であり、内部導体３２の一端は圧電体１３の表面の長手方向一端部に点接触している。本実施の形態では、外部電源１１に接続された入力部３３が電極１４及び内部導体３２を有して構成されている。
【００２３】
励振装置３０は同軸ケーブル３４を備えており、同軸ケーブル３４は、内部導体３５の一端が圧電体１３の表面の長手方向他端部に点接触している。本実施の形態では、弾性表面波を電気信号として出力する出力部３６が、内部導体１９、３５を有して構成されている。
同軸ケーブル３１、３４はそれぞれ、図示しない支持部材によって支持されて圧電体１３に対し垂直に配置され、外部導体がアース接続されている。なお、図４（Ｂ）では、同軸ケーブル１６、２０の外部導体のアース接続が省略されている。
【００２４】
励振装置３０において、外部電源１１から電極１４に直流パルス信号が与えられると、圧電体１３には周波数帯域が異なる複数の弾性表面波が発生し、同軸ケーブル１６から電波が空中に放射される。
ここで、圧電体１３に周波数帯域が異なる複数の弾性表面波が発生するのは以下の理由によるものと考えられる。即ち、電極１４に直流パルス信号が与えられると、圧電体１３には、図４（Ｂ）に矢印で方向を示した電界が生じる。
【００２５】
電界の方向に沿った複数の仮想経路が設けられていると仮定して、圧電体１３表面には、電極１４が圧電体１３に点接触する位置と内部導体３２が圧電体１３に点接触する位置とをつなぐ長さが異なる複数の仮想経路が存在する。そして、弾性表面波の周波数帯域は仮想経路の長さに影響を受けることから、長さが異なる複数の仮想経路によって周波数帯域の異なる弾性表面波が発生すると考えられる。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実験について説明する。
実験では、第１の実施の形態に係る励振装置１０を用いた。電極１４が圧電体１３に点接触した位置から電極１５までの距離は０．３ｍｍであり、周波数が９ｋＨｚの直流パルス信号を電極１４に与え、電気信号検出器２２として採用したオシロスコープで内部導体１９から出力される電気信号の電圧を計測した。電圧の計測値を時間ドメインで表わしたものを図５に示す。
【００２７】
そして、電圧値を時間ドメインで表わしたデータを、フーリエ変換によって、電気信号の信号強度を周波数ドメインで表わすデータに変換したものを図６に示す。図６には、周波数帯域が異なる箇所に信号強度のピークが確認できる。各信号強度のピークはそれぞれ、該当の周波数帯域の波（弾性表面波及び電波の一方又は双方）の存在を意味する。
次に、信号強度の複数のピークがそれぞれ弾性表面波によるものか、同軸ケーブル１６から放射された電波によるものかを確認すべく、励振装置１０から圧電体１３及び電極１５、１８を取り除き、内部導体１９に弾性表面波が伝わらず、内部導体１９に同軸ケーブル１６から放射された電波が伝わる状態にして、オシロスコープで電圧を計測した。該当の計測は、同軸ケーブル１６、２０の長さを変えた以下の条件で行った。
【００２８】
条件１：同軸ケーブル１６が２．８３ｍ、同軸ケーブル２０が１．１３ｍ
条件２：同軸ケーブル１６が１．３３ｍ、同軸ケーブル２０が１．１３ｍ
条件３：同軸ケーブル１６が１．３３ｍ、同軸ケーブル２０が１．８３ｍ
そして、条件１、２、３の計測結果を基に、電気信号の信号強度を周波数ドメインで表わしたデータを導出した。条件１、２、３の計測結果から導出したデータを図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）にそれぞれ示す。
【００２９】
図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）より、弾性表面波が内部導体１９に伝わらない環境下では、同軸ケーブル１６、２０の長さによらず、図６、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、信号強度のピークがＷ１の範囲に見られず、Ｗ２の範囲に見られた。従って、Ｗ１の範囲の信号強度のピークは圧電体１３に生じた弾性表面波に対応するものであり、Ｗ２の範囲の信号強度のピークは同軸ケーブル１６から放射された電波に対応するものと言える。Ｗ１の範囲には、図６に示すように、複数の信号強度のピークが存在することから、圧電体１３に周波数帯域が異なる弾性表面波が生じていたことが確認できた。
また、図７（Ａ）に見られる信号強度のピークと図７（Ｂ）、（Ｃ）に見られる信号強度のピークとが相違することから、同軸ケーブル１６の長さを変えることで同軸ケーブル１６から放射される電波の周波数帯域を調整できることが確認できた。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、圧電体は電圧の印加によって弾性表面波が生じるものであればよく、矩形の板状である必要はない。
また、外部電源から入力部に与えられる電気信号は交流信号であってもよい。
そして、第１の電極は同軸ケーブルの内部導体である必要は必ずしもない。
更に、第１の電極は移動可能に設けられている必要はなく、圧電体に固定されていてもよい。そして、第１の電極が移動可能に設ける場合、ボール螺子部材以外の部材を用いて、第１の電極を移動させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０：励振装置、１１：外部電源、１２：入力部、１３：圧電体、１４、１５：電極、１６：同軸ケーブル、１７：ボール螺子部材、１８：電極、１９：内部導体、２０：同軸ケーブル、２１：ボール螺子部材、２２：電気信号検出器、２３：出力部、３０：励振装置、３１：同軸ケーブル、３２：内部導体、３３：入力部、３４：同軸ケーブル、３５：内部導体、３６：出力部、Ｒ：電波、Ｓ、Ｓ’：弾性表面波
【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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