(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を固定するとともに被測定物の固定部を振動させる積層圧電素子を有する固定振動手段と、
上記固定振動手段で振動されている被測定物にレーザ光を照射し、ドップラー効果を用いて被測定物の振動を検出する振動検出手段と、
信号発生手段で周波数に対して一定な駆動電圧を供給して被測定物を所定の周波数で振動させ、
上記振動検出手段からの検出結果を用いて、被測定物のヤング率及び損失係数を演算する演算手段と
を備えることを特徴とする材料物性測定装置。
【請求項２】
上記固定振動手段は、短冊状に成形された被測定物の長軸方向における片端を固定して振動させること
を特徴とする請求項１記載の材料物性測定装置。
【請求項３】
上記振動検出手段は、被測定物の固定されてない片端の短軸方向における略中心位置にレーザ光を照射して被測定物の振動を検出すること
を特徴とする請求項２記載の材料物性測定装置。
【請求項４】
上記固定振動手段は、短冊状に成形された被測定物の長軸方向における両端を固定して振動させること
を特徴とする請求項１記載の材料物性測定装置。
【請求項５】
上記振動検出手段は、被測定物の長軸方向及び短軸方向における中心位置にレーザ光を照射して被測定物の振動を検出すること
を特徴とする請求項４記載の材料物性測定装置。
【請求項６】
上記固定振動手段が被測定物を所定の周波数で振動させる駆動信号を生成する信号発生手段を備え、
上記固定振動手段は、上記信号発生手段で上記所定の周波数の２乗に反比例された駆動電圧が供給されることで被測定物を振動させること
を特徴とする請求項１記載の材料物性測定装置。
【請求項７】
上記演算手段は、上記振動検出手段からの検出結果を周波数の２乗で除算処理して、被測定物のヤング率及び損失係数を演算すること
を特徴とする請求項１記載の材料物性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種材料の動的ヤング率、損失係数を測定する材料物性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、被測定材料のヤング率、損失係数を求めるときには、機械的共振法と称される手法を用いていた。この機械的共振法とは、短冊状に成形された被測定材料片を強制的に加振してヤング率、損失係数を求める。すなわち、この機械的共振法とは、強制的に加振して、振動特性を検出することで、被測定材料片の共振周波数及び尖鋭度を求め、被測定材料片の寸法、質量密度等から損失係数を求める手法である。
【０００３】
この機械的共振法によれば、被測定材料片のヤング率Ｅ、損失係数ηは下記の式１、式２にしたがって求められる。
Ｅ＝48π2ρＬ4ｆｎ2／Ｔ2λｎ4       （１）
η＝（△ｆｎ）／ｆｎ                （２）
ここで、ｎは共振モードの次数、ρは被測定材料片の密度［ｋｇ／ｍ3］、Ｌは振動の有効長［ｍ］、ｆｎはｎ次の共振周波数［Ｈｚ］、Ｔは被測定材料片の厚さ［ｍ］である。λｎは定数でありｎ＝１，２，３・・・に対して1.875,4.694,7.855・・・という値を示す。△ｆｎはｎ次の振動モードにおける半値幅である。
【０００４】
この機械的共振法で用いる被測定材料片１００としては、図１５に示すように試験材料１０１のみからなるものや、図１６に示すように試験材料１０１と基板１０２とからなる２層構造のものを用いる。これは、ヤング率が低いものや、損失係数の大きいものを測定するためである。この図１６に示した被測定材料片１００は、試験材料１０１を基板１０２上に接着することで作成される。そして、この機械的共振法では、試験材料１０１と基板１０２とからなる被測定材料片１００のヤング率、損失係数を測定し、これらの値から試験材料１０１のヤング率、損失係数を求める。ここで、基板１０２としては、損失係数が非常に小さく略々０と見なせる材料を用いているが、基板１０２の損失係数を考慮すると、試験材料１０１のヤング率、損失係数は下記の式３、式４にしたがって求められる。
0003785785.tif 000002
ここで、E1,E2は試験材料１０１，基板１０２のヤング率である。T1，T2は試験材料１０１，基板１０２の厚さであり、MはE1/E2で表現され、TはT1/T2で表現される。fnc,fn2はそれぞれ試験材料１０１、基板１０２のｎ次の共振周波数であり、αは(fnc/fn2)2(1+DT),βは4+6T+4T2で表現される。また、D=σ1/σ2であり、σ1,σ2は試験材料１０１、基板１０２の密度である。η1、η2、ηcは試験材料１０１、基板１０２、被測定材料片１００の損失係数である。
【０００５】
この機械的共振法により試験材料１０１のヤング率、損失係数を求めるときには、図１７に示すような電磁式材料物性測定装置１１０が使用される。このような電磁式材料物性測定装置１１０で被測定材料片１００のヤング率、損失係数を求めるときには、短冊状に成形した被測定材料片１００の一方の端部をクランプ部１１１に固定し、他方の端部を電磁加振器１１２を用いて図１７中のＡ方向に加振する。このとき、電磁式振動検出器１１３を用いて被測定材料片１００の振動を検出し、ＦＦＴ（fast fourier transform）又は周波数アナライザを用いて動的ヤング率、損失係数を算出する。ここで、加振器１１２の加振周波数は約１０ｋＨｚ以下である。なお、この図１７に示した電磁式材料物性測定装置１１０では、被測定材料片１００が磁性体であることを要する。
【０００６】
一方、被測定材料片１００が非磁性材料であるときには、図１８に示すような電磁式材料物性測定装置１２０を用いてヤング率、損失係数を求める。この図１８に示した電磁式材料物性測定装置１２０は、上述した図１７の電磁式材料物性測定装置１１０と略同一の構成となっており、異なる点は、被測定材料片１００が非磁性体であることから、電磁式振動検出部１１３及び電磁式加振器１１２を機能させるために被測定材料片１００に磁性材料片１２１を接着している点である。
【０００７】
また、被測定材料片１００が非磁性体である場合の他のヤング率、損失係数の測定方法としては、図１９に示すように、静電ピックアップを用いた材料物性測定装置１３０を用いる方法がある。この材料物性測定装置１３０では、被測定材料片１００の一方の端部を電磁式加振器１３１に固定し、他方の端部の上方に配された静電ピックアップ１３２で振動を検出する。このとき、静電ピックアップ１３２は、放出する静電気を検出することで被測定材料片１００との距離を検出して、被測定材料片１００の振動特性を検出する。また、静電ピックアップ１３２は、被測定材料片１００の幅方向における全面に相当する大きさを有して被測定材料片１００の上方に配設される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の図１７に示した電磁式材料物性測定装置１１０では、加振法、検出法として電磁式を採用しているので、非磁性材料の加振、振動検出が不可能であり、従って非磁性材料の測定はできない。
【０００９】
また、上述の図１７及び図１８に示した電磁式材料物性測定装置１１０，１２０では、装置の構成上、薄い材料や、柔らかい材料の加振は非常に困難である。さらに、図１８に示した電磁式材料物性測定装置１２０では、被測定材料片１００の一部に磁性体を接着して測定を行う必要があり、測定精度を劣化させてしまう。
【００１０】
また、上述の図１９に示した材料物性測定装置１３０では、被測定材料片１００を振動させて振動特性を測定すると、図２０に示すようにノイズＡを生じてしまう。すなわち、この材料物性測定装置１３０では、静電ピックアップ１３２が被測定材料片１００の短軸方向における全面に相当する大きさを有して被測定材料片１００の上方に配設されているので、例えば測定に必要な曲げ振動以外に、ねじれ振動も検出してしまう。その結果、この材料物性測定装置１３０では、振動特性の測定精度を向上させることが困難という問題がある。
【００１１】
さらに、上述したいずれの測定装置１１０，１２０，１３０においても、加振器が約１０ｋＨｚ程度までしか被測定材料片１００を加振させることができず、それ以上高周波における振動特性の測定が行えない、という不都合がある。
【００１２】
そこで、本発明は、上述したような実情に鑑みて提案されたものであり、周波数が１０ｋＨｚ以上における振動特性の測定を可能とするとともに、振動特性の検出精度を向上させた材料物性測定装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する本発明に係る材料物性測定装置は、被測定物を固定するとともに被測定物の固定部を振動させる積層圧電素子を有する固定振動手段と、固定振動手段で振動されている被測定物にレーザ光を照射し、ドップラー効果を用いて被測定物の振動を検出する振動検出手段と、信号発生手段で周波数に対して一定な駆動電圧を供給して被測定物を所定の周波数で振動させ、振動検出手段からの検出結果を用いて、被測定物のヤング率及び損失係数を演算する演算手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
このような材料物性測定装置は、圧電素子を用いた固定振動手段で固定された被測定物を振動させるとともに、振動検出手段で被測定物の振動を検出し、この振動検出手段で検出された結果を用いて被測定物のヤング率及び損失係数を演算する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施の形態に係る材料物性測定装置１を示す図である。この材料物性測定装置１は、被測定材料片２を備えた積層圧電アクチュエータ３と、積層圧電アクチュエータ３に駆動電圧を供給する駆動信号発生部４と、レーザードップラー振動計５と、これら各部を制御する制御部６とを備える。
【００１７】
積層圧電アクチュエータ３は、クランプ用治具７とクランプ用ねじ８とからなるクランプ部９を備える。この積層圧電アクチュエータ３は、このクランプ部９で短冊状に成形された被測定材料片２の長軸方向における一方の端部（固定端）２ａを固定している。この積層圧電アクチュエータ３の被測定材料片２の固定端２ａは、被測定材料片２の振動特性を測定するときの測定周波数より高くなるようになされている。
【００１８】
積層圧電アクチュエータ３は、積層圧電素子を備えており、この積層圧電素子に駆動信号発生部４からの駆動電圧が供給される。この積層圧電アクチュエータ３は、駆動信号発生部４からの駆動電圧に応じて積層圧電素子が伸縮され、被測定材料片２の他方の端部（自由端）２ｂを約数Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度の周波数ｆで振動させる。この積層圧電アクチュエータ３は、駆動電圧に応じて一定の振動方向Ａにのみ被測定材料片２を振動させる。
【００１９】
なお、本実施の形態においては、被測定材料片２の端部のうち、積層圧電アクチュエータ３により固定されている端部を「固定端２ａ」と称し、積層圧電アクチュエータ３により振動される端部を「自由端２ｂ」と称する。
【００２０】
この積層圧電アクチュエータ３で振動される被測定材料片２は、１次共振周波数で振動されているときには図２（ａ）で示すように変形して振動され、２次共振周波数で振動されているときには図２（ｂ）で示すように変形して振動され、３次共振周波数で振動されているときには図２（ｃ）で示すように変形して振動される。この被測定材料片２は、このように共振周波数に応じて振動時の形状が変形されることで、自由端２ｂの振動速度が変化することとなる。
【００２１】
積層圧電アクチュエータ３は、図１に示すように、固定ブロック１０と接続されている。この固定ブロック１０は、質量密度、損失係数ともに大きいもので構成されている。
【００２２】
駆動信号発生部４は、制御部６からの制御信号に応じて積層圧電アクチュエータ３を駆動させるための駆動電圧を発生する。この駆動信号発生部４は、被測定材料片２に対する積層圧電アクチュエータ３の加振力を一定とするために、制御部６からの一定の電圧を示す制御信号に対して被測定材料片２を振動させる周波数ｆの２乗を除算処理することで駆動電圧を生成して積層圧電アクチュエータ３に供給する。
【００２３】
レーザードップラー振動計５は、図３に示すように、レーザ光を出射する光源１１と、光源１１から出射されたレーザ光を被測定材料片２に導くとともに被測定材料片２からの戻り光を検出する光学系１２，１３と、所定の周波数で光源１１からのレーザ光を変調する変調器１４と、被測定材料片２からの戻り光及び変調器１４で変調されたレーザ光が入射されるフォトダイオード１５とから構成されている。
【００２４】
レーザードップラー振動計５は、光源１１からのレーザ光を短冊状に成形された被測定材料片２の自由端２ｂの短軸方向Ｂにおける中央位置Ｃに照射する。そして、このレーザードップラー振動計５は、被測定材料片２からの戻り光を検出することで、被測定材料片２の振動状態を検出する。
【００２５】
すなわち、レーザードップラー振動計５は、制御部６からの制御信号に応じて光源１１から周波数ｆ0のレーザ光を出射し、光学系１２，１３で積層圧電アクチュエータ３に固定されている被測定材料片２に照射する。そして、このレーザードップラー振動計５では被測定材料片２からの戻り光をフォトダイオード１５で検出する。ここで、被測定材料片２からの戻り光は、被測定材料片２の振動速度に比例した周波数変化をうけ、周波数がｆDだけ変化し、ｆ0＋ｆDで示される周波数となる。
【００２６】
一方、光源１１から出射されたレーザ光は、変調器１４に入射される。この変調器１４は、本実施の形態では例えば約８０ＭＨｚの変調処理を施す。この変調器１４に入射されたレーザ光は、変調されることで周波数がｆ0＋８０ＭＨｚとされる。この変調されたレーザ光は、フォトダイオード１５で検出される。
【００２７】
フォトダイオード１５は、これら変調器１４からのレーザ光と、被測定材料片２からの戻り光とを検出することで、被測定材料片２の振動速度に比例した振動周波数の変化（８０＋ｆD）を検出する。ここで、ｆDは、振動速度に比例し、以下の式で表現される。
ｆD＝２ｖ（ｔ）／λ
ここで、ｖは被測定材料片２の単位時間ｔにおける速度を示し、λはレーザ光の波長を示している。そして、このレーザードップラー振動計５は、被測定材料片２の振動周波数に対応する振動速度を検出結果として制御部６に供給する。
【００２８】
このようなレーザードップラー振動計５で検出した被測定材料片２の振動は、図４に示すように、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚの範囲内において、ノイズを検出するようなことなく被測定材料片２の振動を検出することがわかる。
【００２９】
制御部６は、レーザードップラー振動計５からの検出結果に応じて図５に示すような振動周波数［Ｈｚ］−ゲイン［ｄＢ］特性を検出する。この制御部６は、図５のゲインの各ピークにおける振動周波数の値を被測定材料片２の共振周波数として検出するとともに、各共振周波数における尖鋭度を検出する。ここで、共振周波数は、低周波数側のピークから順次１次共振周波数，２次共振周波数，３次共振周波数，・・・ｎ次共振周波数と検出する。制御部６は、振動周波数−ゲイン特性から検出した各共振周波数ｆｎを用いて、下記式１でヤング率Ｅを演算し、下記式２で損失係数ηを演算する。
Ｅ＝48π2ρＬ4ｆｎ2／Ｔ2λｎ4       （１）
η＝（△ｆｎ）／ｆｎ                （２）
ここで、ｎは共振モードの次数、ρは被測定材料片２の密度［ｋｇ／ｍ3］、Ｌは振動の有効長［ｍ］、ｆｎはｎ次の共振周波数、Ｔは被測定材料片２の厚さ［ｍ］である。λｎは定数でありｎ＝１，２，３・・・に対して1.875,4.694,7.855・・・という値を示す。△ｆｎはｎ次の振動モードにおける半値幅である。
【００３０】
なお、図５における振動周波数−ゲイン特性における被測定材料片２は短冊状に成形されたアルミニウムであり、長軸方向の長さが約５３ｍｍ、厚さが約０．４９ｍｍ、短軸方向の長さが約５ｍｍ、質量密度が約２６００kg/m3である。
【００３１】
この図５によれば、１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚまでの被測定材料片２の振動が精度良く検出されていることがわかる。
【００３２】
また、図６に検出した振動に基づいて式１で算出したヤング率Ｅの周波数特性を示し、図７に検出した振動に基づいて式２で算出した損失係数ηの周波数特性を示す。この図６及び図７によれば、１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚまでのヤング率、損失係数の周波数特性が線形となっているので、精度良く測定されていることがわかる。
【００３３】
このように構成された材料物性測定装置１で被測定材料片２のヤング率、損失係数を求めるときには、先ず、駆動信号発生部４において制御部６からの制御信号に応じて積層圧電アクチュエータ３を駆動させるための駆動電圧を発生させて、この駆動電圧を積層圧電アクチュエータ３に供給する。
【００３４】
次に、積層圧電アクチュエータ３では、駆動信号発生部４からの駆動信号に応じて積層圧電素子を駆動させ、被測定材料片２の自由端２ｂを振動させる。このとき、制御部６は、被測定材料片２を振動させるような制御信号を生成して、被測定材料片２の振動周波数を制御する。
【００３５】
次に、制御部６は、レーザードップラー振動計５を駆動させるような制御信号を生成出力し、レーザードップラー振動計５で被測定材料片２の振動状態を検出させる。このとき、レーザードップラー振動計５では、被測定材料片２からの戻り光を検出することで、被測定材料片２の振動速度に応じた検出結果を生成して制御部６に供給する。
【００３６】
次に、制御部６では、レーザードップラー振動計５からの検出結果に応じて上述の式１でヤング率を演算し、式２で損失係数を演算する。なお、制御部６は、図示しないメモリを備えており、被測定材料片２に応じた密度ρ［ｋｇ／ｍ3］、振動の有効長Ｌ［ｍ］、被測定材料片の厚さＴ［ｍ］等のパラメータを格納しておき、ヤング率及び損失係数の演算時に適宜読み出して演算を行う。
【００３７】
このように構成された材料物性測定装置１は、被測定材料片２を振動させるのに積層圧電アクチュエータ３を用いているので、数Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度の広い周波数帯域においてヤング率及び損失係数の測定を行うことができる。また、この材料物性測定装置１は、被測定材料片２の振動を検出するのにレーザードップラー振動計５を用いているので、数Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度の広い周波数帯域においてヤング率及び損失係数の測定を精度良く行うことができる。
【００３８】
また、この材料物性測定装置１は、レーザードップラー振動計５で被測定材料片２の振動を検出するときに、自由端２ｂの短軸方向Ｂにおける中心位置Ｃにレーザ光を照射させているので、被測定材料片２にねじり振動が生じてもねじりを検出するようなことがなく、精度良く被測定材料片２の振動を検出することができる。
【００３９】
つぎに、第２の実施の形態に係る材料物性測定装置３０について説明する。なお、以下の第２の実施の形態に係る材料物性測定装置３０説明においては、上述の第１の実施の形態に係る材料物性測定装置１と同一の部分は同一の符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００４０】
この材料物性測定装置３０は、図８に示すように、積層圧電アクチュエータ３１と、駆動信号発生部４と、レーザードップラー振動計５と、制御部３５とから構成されている。
【００４１】
積層圧電アクチュエータ３１は、積層圧電素子を備えており、この積層圧電素子に駆動信号発生部４から駆動電圧が供給される。この積層圧電アクチュエータ３１は、駆動信号発生部４からの駆動電圧に応じて積層圧電素子が伸縮され、被測定材料片２を振動させる。
【００４２】
この積層圧電アクチュエータ３１は、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えばステンレス等のヤング率が高く損失係数の小さいクランプ用治具３２とクランプ用ねじ３３とからなるクランプ部３４を備える。この積層圧電アクチュエータ３１は、このクランプ部３４で被測定材料片２の両端部を固定している。このクランプ部３４は、共振周波数が被測定材料片２の振動特性を測定する測定周波数より高くなるようになされている。
【００４３】
この積層圧電アクチュエータ３１で振動される被測定材料片２は、図１０に示すように、１次共振周波数で振動されているときには図１０（ａ）に示すように変形して振動され、３次，５次，７次共振周波数で振動されているときにはそれぞれ図１０（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように変形して振動される。この被測定材料片２は、このように共振周波数に応じて振動時の形状が変形されることで、検出位置における振動速度が変化されることとなる。
【００４４】
なお、この材料物性測定装置３０において、積層圧電アクチュエータ３で両端を固定して被測定材料片２の振動特性を検出する場合には、奇数次の共振周波数のみが検出され、偶数次の共振周波数は検出されない。
【００４５】
レーザードップラー振動計５は、上述の第１の実施の形態に係るものと同様の構成を有するが、光源１１から出射されたレーザ光を図９（ｂ）に示す被測定材料片２の中心位置Ｄに照射する点で異なる。
【００４６】
このような材料物性測定装置３０では、積層圧電アクチュエータ３で被測定材料片２の両端を固定し、積層圧電アクチュエータ３で被測定材料片２の中心位置Ｄにレーザ光を照射するので、図１０に示すように、各共振周波数時の被測定材料片２の中心位置Ｄが常に正弦波形状における腹の部分となる。
【００４７】
制御部３５は、駆動信号発生部４に積層圧電アクチュエータ３を駆動させるような制御信号を生成出力するとともに、レーザードップラー振動計５からの被測定材料片２の振動周波数に対応する振動速度を検出結果として入力される。
【００４８】
この制御部３５は、供給された検出結果から被測定材料片２の共振周波数及び共振周波数における尖鋭度を求める。制御部６は、レーザードップラー振動計５からの検出結果から検出した共振周波数ｆｎを用いて、下記式５でヤング率Ｅを演算し、下記式６で損失係数ηを演算する。
Ｅ＝48π2ρＬ4ｆｎ2／Ｔ2λｎ4 (n=1,3,5,・・・)       （５）
η＝（△ｆｎ）／ｆｎ        （６）
ここで、ｎは共振モードの次数、ρは被測定材料片の密度［ｋｇ／ｍ3］、Ｌは振動の有効長［ｍ］、ｆｎはｎ次の共振周波数、Ｔは被測定材料片の厚さ［ｍ］である。λｎは定数でありｎ＝１，３，５・・・に対して4.73,10.996,17.279,・・・という値を示す。△ｆｎはｎ次の振動モードにおける半値幅である。
【００４９】
つぎに、この材料物性測定装置３０で被測定材料片２としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用いたときのヤング率、損失係数の周波数特性を図１１及び図１２に示す。図１１は検出した振動に基づいて式５で算出したヤング率Ｅの周波数特性を示し、図１２は検出した振動に基づいて式６で算出した損失係数ηの周波数特性を示す。この図１１及び図１２によれば、約１Ｈｚ〜約２０ｋＨｚまでのヤング率、損失係数の周波数特性が線形となっており、精度良く測定されていることがわかる。なお、上述の図１１及び図１２に示した測定におけるＰＥＴの寸法としては、厚さが約０．１０ｍｍ、短軸方向における長さが約５ｍｍである。
【００５０】
また、材料物性測定装置３０で被測定材料片２として主にスピーカ装置等のエッジ材として使用されるＳＢＲ（スチレン-ブタジエン-ラバー）を用いたときのヤング率、損失係数の周波数特性を図１３及び図１４に示す。図１３は検出した振動に基づいて式３で算出したヤング率Ｅの周波数特性を示し、図１４は検出した振動に基づいて式４で算出した損失係数ηの周波数特性を示す。この図１３及び図１４によれば、約２００Ｈｚ〜約１０ｋＨｚまでのヤング率、損失係数の周波数特性が線形となっており、精度良く測定されていることがわかる。なお、上述の図１３から図１４に示した測定におけるＳＢＲの寸法としては、厚さが約０．４０ｍｍ、短軸方向における長さが約５ｍｍである。
【００５１】
したがって、このような材料物性測定装置３０によれば、積層圧電アクチュエータ３により被測定材料片２の両端を固定して振動させ、レーザードップラー振動計５により被測定材料片２の中心位置Ｄにレーザ光を照射させて被測定材料片２の振動を検出しているので、上述のＰＥＴやＳＢＲのように柔らかい材料であっても振動を検出することができ、高い精度でヤング率、損失係数を求めることができる。
【００５２】
また、この材料物性測定装置３０では、被測定材料片２の中心位置Ｄにレーザ光を照射して被測定材料片２の振動を検出しているので、被測定材料片２にねじれ振動が生じても、ねじれによるノイズを検出するようなことがない。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る材料物性測定装置は、被測定物を固定するとともに被測定物の固定部を振動させる積層圧電素子を有する固定振動手段と、固定振動手段で振動されている被測定物にレーザ光を照射し、ドップラー効果を用いて被測定物の振動を検出する振動検出手段とを備え、信号発生手段で周波数に対して一定な駆動電圧を供給して被測定物を所定の周波数で振動させるので、数Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度まで被測定物を振動させることができ、さらに振動させた被測定物の振動を精度良く検出することができ、被測定物のヤング率及び損失係数を求めることができる。
【００５４】
また、この材料物性測定装置によれば、例えば短冊状に成形された被測定物の両端を固定振動手段により固定して振動させ、振動検出手段で振動を検出することで、非常に柔らかい材料であっても精度良く振動を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る材料物性測定装置の一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る材料物性測定装置で被測定材料片を振動させたときの各共振周波数における形状を示す図である。
【図３】レーザードップラー振動計の構成を示すブロック図である。
【図４】レーザードップラー振動計により検出した振動周波数−ゲイン特性を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る材料物性測定装置で検出した振動周波数−ゲイン特性を示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係る材料物性測定装置で求めたヤング率の周波数特性を示す図である。
【図７】第１の実施の形態に係る材料物性測定装置で求めた損失係数の周波数特性を示す図である。
【図８】第２の実施の形態に係る材料物性測定装置の一例を示す図である。
【図９】クランプ部で被測定材料片の両端を固定する一例を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る材料物性測定装置で被測定材料片を振動させたときの各共振周波数におけるの形状を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る材料物性測定装置で求めたＰＥＴのヤング率の周波数特性を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る材料物性測定装置で求めたＰＥＴの損失係数の周波数特性を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る材料物性測定装置で求めたＳＢＲのヤング率の周波数特性を示す図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る材料物性測定装置で求めたＳＢＲの損失係数の周波数特性を示す図である。
【図１５】単層構造の被測定材料片の一例を示す図である。
【図１６】２層構造の被測定材料片の一例を示す図である。
【図１７】被測定材料片が磁性体であるときの従来の電磁式材料物性測定装置を示す図である。
【図１８】被測定材料片が非磁性体であるときの従来の電磁式材料物性測定装置を示す図である。
【図１９】静電ピックアップを用いた従来の材料物性測定装置を示す図である。
【図２０】図１９に示した従来の材料物性測定装置で検出した振動周波数−ゲイン特性を示す図である。
【符号の説明】
１，３０  材料物性測定装置、２  被測定材料片、３，３１  積層圧電アクチュエータ、４  駆動信号発生部、５  レーザードップラー振動計、６，３５  制御部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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