JP2003315294A - 圧電基板の材料定数測定装置 - Google Patents
圧電基板の材料定数測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電単結晶体の均一性評価を短時間のうちに
正確に実施するために、圧電単結晶体から切り出された
圧電基板の材料定数測定装置を提供する。 【解決手段】 圧電単結晶体から切り出した圧電基板Ｐ
の両側方に個々に配設された２つの周波数測定プローブ
１２，１３間に挟まれた任意箇所の厚み滑り振動の共振
周波数を測定する周波数測定部と、圧電基板Ｐの両側方
に個々に配設された２つのスピンドル２１ａ，２２ａを
圧電基板Ｐに当接させて両スピンドル２１ａ，２２ａ間
に挟まれた任意箇所の基板厚さを測定する厚さ測定部と
を備える材料定数測定装置について、圧電基板Ｐの同じ
側に配設された周波数測定プローブ１２とスピンドル２
１ａとを近接した配設し、同じく周波数測定プローブ１
３とスピンドル２２ａとを近接して配設する。
正確に実施するために、圧電単結晶体から切り出された
圧電基板の材料定数測定装置を提供する。 【解決手段】 圧電単結晶体から切り出した圧電基板Ｐ
の両側方に個々に配設された２つの周波数測定プローブ
１２，１３間に挟まれた任意箇所の厚み滑り振動の共振
周波数を測定する周波数測定部と、圧電基板Ｐの両側方
に個々に配設された２つのスピンドル２１ａ，２２ａを
圧電基板Ｐに当接させて両スピンドル２１ａ，２２ａ間
に挟まれた任意箇所の基板厚さを測定する厚さ測定部と
を備える材料定数測定装置について、圧電基板Ｐの同じ
側に配設された周波数測定プローブ１２とスピンドル２
１ａとを近接した配設し、同じく周波数測定プローブ１
３とスピンドル２２ａとを近接して配設する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電単結晶体から
切り出した圧電基板の材料定数を測定するための材料定
数測定装置に関する。
切り出した圧電基板の材料定数を測定するための材料定
数測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電単結晶体の材料定数、例えば密度や
音速等が結晶の組成と育成条件とに依存することは周知
である。そこで、圧電単結晶体の各所位から切り出した
基板（以下、圧電基板という）について材料定数を測定
し、結晶の均一性を評価する作業を行う必要がある。
音速等が結晶の組成と育成条件とに依存することは周知
である。そこで、圧電単結晶体の各所位から切り出した
基板（以下、圧電基板という）について材料定数を測定
し、結晶の均一性を評価する作業を行う必要がある。
【０００３】均一性評価の手法として、圧電単結晶体が
Li Ta O3等の強誘電体の場合は、当該結晶のキュリー温
度（強誘電相から常誘電相まで転換する際の温度）が組
成に強く依存する性質を利用して結晶の均一性を評価し
ている。
Li Ta O3等の強誘電体の場合は、当該結晶のキュリー温
度（強誘電相から常誘電相まで転換する際の温度）が組
成に強く依存する性質を利用して結晶の均一性を評価し
ている。
【０００４】これに対し圧電単結晶体がLa3 Ga5 SiO14
（ランガサイト）等の常誘電体の場合はキュリー温度を
もたない。そこで、圧電基板にＳＡＷデバイスを設け、
その中心周波数を測定することで結晶の均一性評価を行
っている。
（ランガサイト）等の常誘電体の場合はキュリー温度を
もたない。そこで、圧電基板にＳＡＷデバイスを設け、
その中心周波数を測定することで結晶の均一性評価を行
っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにして常誘
電体の圧電単結晶体の評価を行う場合には、中心周波数
の測定が圧電基板の表面状態、ＳＡＷデバイスの設計お
よび評価プロセスの再現性等に影響され易いため、測定
結果の信頼性が低い。また、評価プロセスの作業時問が
長く、作業効率が低いという問題がある。
電体の圧電単結晶体の評価を行う場合には、中心周波数
の測定が圧電基板の表面状態、ＳＡＷデバイスの設計お
よび評価プロセスの再現性等に影響され易いため、測定
結果の信頼性が低い。また、評価プロセスの作業時問が
長く、作業効率が低いという問題がある。
【０００６】さらに、この評価プロセスはＳＡＷデバイ
スを設置することで圧電基板に製品としての価値を失わ
せてしまうため、圧電基板の出荷検査には適用できない
ことも問題である。
スを設置することで圧電基板に製品としての価値を失わ
せてしまうため、圧電基板の出荷検査には適用できない
ことも問題である。
【０００７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、圧電単結晶体の均一性評価を短時間のうちに正
確に実施すべく、圧電基板の材料定数を測定するための
装置を提供することを目的としている。
であり、圧電単結晶体の均一性評価を短時間のうちに正
確に実施すべく、圧電基板の材料定数を測定するための
装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、次にような構成の圧電基板の材料定数
測定装置を採用する。すなわち、本発明に係る圧電基板
の材料定数測定装置は、圧電単結晶体から切り出した圧
電基板の両側方に個々に配設された２つの周波数測定プ
ローブを、前記圧電基板を挟んで互いに接近離間可能に
支持し、これら２つの周波数測定プローブを前記圧電基
板に当接させて両プローブ間に挟まれた任意箇所の厚み
滑り振動の共振周波数を測定する周波数測定部と、前記
圧電基板の両側方に個々に配設された２つの厚さ測定子
を前記圧電基板に当接させて両測定子間に挟まれた任意
箇所の基板厚さを測定する厚さ測定部とを備える圧電基
板の材料定数測定装置であって、前記圧電基板の同じ側
に配設された前記周波数測定プローブおよび前記厚さ測
定子が、近接して配設され、前記２つの周波数測定プロ
ーブによる前記共振周波数の測定と同時に、前記厚さ測
定子を使った基板厚さの測定が行われることを特徴とす
る。
めの手段として、次にような構成の圧電基板の材料定数
測定装置を採用する。すなわち、本発明に係る圧電基板
の材料定数測定装置は、圧電単結晶体から切り出した圧
電基板の両側方に個々に配設された２つの周波数測定プ
ローブを、前記圧電基板を挟んで互いに接近離間可能に
支持し、これら２つの周波数測定プローブを前記圧電基
板に当接させて両プローブ間に挟まれた任意箇所の厚み
滑り振動の共振周波数を測定する周波数測定部と、前記
圧電基板の両側方に個々に配設された２つの厚さ測定子
を前記圧電基板に当接させて両測定子間に挟まれた任意
箇所の基板厚さを測定する厚さ測定部とを備える圧電基
板の材料定数測定装置であって、前記圧電基板の同じ側
に配設された前記周波数測定プローブおよび前記厚さ測
定子が、近接して配設され、前記２つの周波数測定プロ
ーブによる前記共振周波数の測定と同時に、前記厚さ測
定子を使った基板厚さの測定が行われることを特徴とす
る。
【０００９】圧電基板についての厚み滑り振動の共振振
動数と材料定数との関係を次式に示す。 ｆ＝（Ｅ／ρ）1/2／（２ｔ）…（１） ｆ：共振周波数、ｔ：基板厚さ、ρ：結晶密度、Ｅ：結
晶方向により決まる弾性定数である。ここで、式（１）
を整理すると、 ｆ・ｔ＝（Ｅ／ρ）1/2／２…（２） となり、ｆとｔの値を求め、さらにその積を求めること
で式（２）の右辺に相当する材料定数が得られる。な
お、ｆ・ｔは圧電基板におけるバルク波音速とみなせ
る。
動数と材料定数との関係を次式に示す。 ｆ＝（Ｅ／ρ）1/2／（２ｔ）…（１） ｆ：共振周波数、ｔ：基板厚さ、ρ：結晶密度、Ｅ：結
晶方向により決まる弾性定数である。ここで、式（１）
を整理すると、 ｆ・ｔ＝（Ｅ／ρ）1/2／２…（２） となり、ｆとｔの値を求め、さらにその積を求めること
で式（２）の右辺に相当する材料定数が得られる。な
お、ｆ・ｔは圧電基板におけるバルク波音速とみなせ
る。
【００１０】この圧電基板の材料定数測定装置において
は、圧電単結晶体から切り出した圧電基板の任意の各所
について、周波数測定部によって厚み滑り振動の共振周
波数を測定するとともに、厚さ測定部によって基板厚さ
を測定し、測定結果を上記の式（２）に代入して各所の
材料定数（バルク波音速）を算出するのであるが、従来
のようなＳＡＷデバイスを設置する必要がないこと、周
波数測定プローブおよび厚さ測定子を一体として周波数
測定と厚さ測定とを同時に行うことにより、測定に要す
る時間が大幅に短縮される。また、ＳＡＷデバイスの設
置によって圧電基板を破壊することがないので、製品と
して出荷する圧電基板についても測定を実施することが
可能である。
は、圧電単結晶体から切り出した圧電基板の任意の各所
について、周波数測定部によって厚み滑り振動の共振周
波数を測定するとともに、厚さ測定部によって基板厚さ
を測定し、測定結果を上記の式（２）に代入して各所の
材料定数（バルク波音速）を算出するのであるが、従来
のようなＳＡＷデバイスを設置する必要がないこと、周
波数測定プローブおよび厚さ測定子を一体として周波数
測定と厚さ測定とを同時に行うことにより、測定に要す
る時間が大幅に短縮される。また、ＳＡＷデバイスの設
置によって圧電基板を破壊することがないので、製品と
して出荷する圧電基板についても測定を実施することが
可能である。
【００１１】本発明に係る圧電基板の材料定数測定装置
においては、前記周波数測定プローブの中心に、前記圧
電基板の厚さ方向に貫通する貫通孔を設け、該貫通孔に
前記厚さ測定子を挿通した構成とすることが望ましい。
においては、前記周波数測定プローブの中心に、前記圧
電基板の厚さ方向に貫通する貫通孔を設け、該貫通孔に
前記厚さ測定子を挿通した構成とすることが望ましい。
【００１２】本発明に係る圧電基板の材料定数測定装置
においては、前記周波数測定プローブが、前記圧電基板
の側面に接近離間可能に支持された基部と、該基部に対
し揺動自在に取り付けられたプローブ本体と、該プロー
ブ本体を前記基部の所定位置に回帰させる付勢部材とを
備える構成とすることが望ましい。
においては、前記周波数測定プローブが、前記圧電基板
の側面に接近離間可能に支持された基部と、該基部に対
し揺動自在に取り付けられたプローブ本体と、該プロー
ブ本体を前記基部の所定位置に回帰させる付勢部材とを
備える構成とすることが望ましい。
【００１３】本発明に係る圧電基板の材料定数測定装置
においては、前記プローブ本体の先端に設けられる測定
電極の周囲に、前記圧電基板に当接される環状の弾性体
を設けた構成とすることが望ましい。
においては、前記プローブ本体の先端に設けられる測定
電極の周囲に、前記圧電基板に当接される環状の弾性体
を設けた構成とすることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施形態を図１ない
し図３に示して説明する。図１は圧電基板の材料定数測
定装置の概賂構成を示す図である。図に示すように、圧
電基板Ｐの厚み滑り振動の共振周波数を測定する周波数
測定部１と、圧電基板Ｐの基板厚さを測定する厚さ測定
部２と、周波数測定部１および厚さ測定部２の各部の駆
動を制御する制御装置３とを備えている。周波数測定部
１は、圧電基板Ｐを支持する基板支持機構１１と、圧電
基板Ｐの上下両側方に個々に配設された２つの周波数測
定プローブ１２，１３と、これら対向配置された周波数
測定プローブ１２，１３を支持するプローブ支持機構１
４と、周波数測定プローブ１２，１３を駆動して圧電基
板Ｐのインピーダンス、および位相の周波数依存性を測
定するインピーダンス・アナライザ１５とを傭えてい
る。
し図３に示して説明する。図１は圧電基板の材料定数測
定装置の概賂構成を示す図である。図に示すように、圧
電基板Ｐの厚み滑り振動の共振周波数を測定する周波数
測定部１と、圧電基板Ｐの基板厚さを測定する厚さ測定
部２と、周波数測定部１および厚さ測定部２の各部の駆
動を制御する制御装置３とを備えている。周波数測定部
１は、圧電基板Ｐを支持する基板支持機構１１と、圧電
基板Ｐの上下両側方に個々に配設された２つの周波数測
定プローブ１２，１３と、これら対向配置された周波数
測定プローブ１２，１３を支持するプローブ支持機構１
４と、周波数測定プローブ１２，１３を駆動して圧電基
板Ｐのインピーダンス、および位相の周波数依存性を測
定するインピーダンス・アナライザ１５とを傭えてい
る。
【００１５】基板支持機構１１は、支持した圧電基板Ｐ
をその面方向に平行または直交する２方向（これらをＸ
方向、Ｙ方向とする）に移動可能に支持しており、本実
施形態においてはＸ−Ｙステージが用いられている。基
板支持機構１１は、圧電基板Ｐの任意の各箇所において
周波数測定プローブ１２，１３を対向配置させることが
可能である。
をその面方向に平行または直交する２方向（これらをＸ
方向、Ｙ方向とする）に移動可能に支持しており、本実
施形態においてはＸ−Ｙステージが用いられている。基
板支持機構１１は、圧電基板Ｐの任意の各箇所において
周波数測定プローブ１２，１３を対向配置させることが
可能である。
【００１６】プローブ支持機構１４は、基板支持機構１
１に支持された圧電基板Ｐの上面側に支柱１６から張り
出す上部ブーム１７と、同圧電基板Ｐの下面側に支柱１
６から張り出す下部ブーム１８と、上部ブーム１７の先
端に設けられて一方の周波数測定プローブ１２を圧電基
板Ｐの厚さ方向に移動させる昇降部１９と、下部ブーム
１８の先端に設けられて他方の周波数測定プローブ１３
を圧電基板Ｐの厚さ方向に移動させる昇降部２０とを備
えている。周波数測定プローブ１２，１３は、昇降部１
９，２０を相反する方向に同期して作動させることで、
圧電基板Ｐを挟んで基板面に垂直な方向（これをＺ方向
とする）に接近、離間可能に支持されている。
１に支持された圧電基板Ｐの上面側に支柱１６から張り
出す上部ブーム１７と、同圧電基板Ｐの下面側に支柱１
６から張り出す下部ブーム１８と、上部ブーム１７の先
端に設けられて一方の周波数測定プローブ１２を圧電基
板Ｐの厚さ方向に移動させる昇降部１９と、下部ブーム
１８の先端に設けられて他方の周波数測定プローブ１３
を圧電基板Ｐの厚さ方向に移動させる昇降部２０とを備
えている。周波数測定プローブ１２，１３は、昇降部１
９，２０を相反する方向に同期して作動させることで、
圧電基板Ｐを挟んで基板面に垂直な方向（これをＺ方向
とする）に接近、離間可能に支持されている。
【００１７】厚さ測定部２は、上部ブーム１７の先端に
設けられた上部変位計２１と、下部ブーム１８の先端に
設けられた下部変位計２２とを備えている。上部変位計
２１には、下方に支持された圧電基板Ｐに向けてＺ方向
に出没するスピンドル（厚さ測定子）２１ａが設けら
れ、下部変位計２２には、上方に支持された圧電基板Ｐ
に向けてＺ方向に出没するスピンドル（厚さ測定子）２
２ａが設けられている。上部変位計２１は、スピンドル
２１ａの突出長の差分によって距離を測定する構造を有
している。下部変位計２２も同様の構造である。
設けられた上部変位計２１と、下部ブーム１８の先端に
設けられた下部変位計２２とを備えている。上部変位計
２１には、下方に支持された圧電基板Ｐに向けてＺ方向
に出没するスピンドル（厚さ測定子）２１ａが設けら
れ、下部変位計２２には、上方に支持された圧電基板Ｐ
に向けてＺ方向に出没するスピンドル（厚さ測定子）２
２ａが設けられている。上部変位計２１は、スピンドル
２１ａの突出長の差分によって距離を測定する構造を有
している。下部変位計２２も同様の構造である。
【００１８】図２は周波数測定プローブ１２，１３、お
よび上下の変位計２１，２２とその周辺の構造を示す図
である。周波数測定プローブ１２は、昇降部１９によっ
て昇降する基部２３ａと、基部２３ａに対し揺動自在に
取り付けられたプローブ本体２４ａと、プローブ本体２
４ａの先端（下端）に取り付けられた測定電極１２ａ
と、プローブ本体２４ａに測定電極１２ａを取り囲むよ
うに配設された吸収リング２５ａとを備えている。
よび上下の変位計２１，２２とその周辺の構造を示す図
である。周波数測定プローブ１２は、昇降部１９によっ
て昇降する基部２３ａと、基部２３ａに対し揺動自在に
取り付けられたプローブ本体２４ａと、プローブ本体２
４ａの先端（下端）に取り付けられた測定電極１２ａ
と、プローブ本体２４ａに測定電極１２ａを取り囲むよ
うに配設された吸収リング２５ａとを備えている。
【００１９】基部２３ａにはＺ方向に円孔２６ａが貫通
形成され、円孔２６ａの上部開口には、円孔２６ａと中
心の軸線を一致させてすり鉢状の拡径部（被係合部）２
７ａが形成されている。プローブ本体２４ａの中央に
は、測定電極１２ａの反対側に突き出すように、円孔２
６ａよりも小径の円筒状部２８ａが設けられている。円
筒状部２８ａの先端（すなわちプローブ本体２４ａの上
端）には、円筒状部２８ａと中心の軸線を一致させて逆
円錐状の鍔部（係合部）２９ａが形成されている。
形成され、円孔２６ａの上部開口には、円孔２６ａと中
心の軸線を一致させてすり鉢状の拡径部（被係合部）２
７ａが形成されている。プローブ本体２４ａの中央に
は、測定電極１２ａの反対側に突き出すように、円孔２
６ａよりも小径の円筒状部２８ａが設けられている。円
筒状部２８ａの先端（すなわちプローブ本体２４ａの上
端）には、円筒状部２８ａと中心の軸線を一致させて逆
円錐状の鍔部（係合部）２９ａが形成されている。
【００２０】プローブ本体２４ａは、円筒状部２８ａを
円孔２６ａに通し、拡径部２７ａに鍔部２９ａがはめ合
わされるようにして基部２３ａに係わっている。拡径部
２７ａと鍔部２９ａとは最大径が等しくかつ斜面の傾斜
角が等しくされており、両者が正しく係合すると円孔２
６ａと円筒状部２８ａとが中心の軸線を一致させるよう
になっている。また、基部２３ａとプローブ本体２４ａ
との間には、プローブ本体２４ａを基部２３ａから下方
に離間させる方向に付勢するバネ体３０ａが介装されて
いる。
円孔２６ａに通し、拡径部２７ａに鍔部２９ａがはめ合
わされるようにして基部２３ａに係わっている。拡径部
２７ａと鍔部２９ａとは最大径が等しくかつ斜面の傾斜
角が等しくされており、両者が正しく係合すると円孔２
６ａと円筒状部２８ａとが中心の軸線を一致させるよう
になっている。また、基部２３ａとプローブ本体２４ａ
との間には、プローブ本体２４ａを基部２３ａから下方
に離間させる方向に付勢するバネ体３０ａが介装されて
いる。
【００２１】吸収リング２５ａはゴム等の弾性材料から
なり、プローブ本体２４ａに形成された円板状のフラン
ジ３１ａの下面に、測定電極１２ａを中心にして接着さ
れている。吸収リング２５ａは測定電極１２ａとともに
圧電基板Ｐの上面に接し、測定箇所を取り囲むように配
置される。
なり、プローブ本体２４ａに形成された円板状のフラン
ジ３１ａの下面に、測定電極１２ａを中心にして接着さ
れている。吸収リング２５ａは測定電極１２ａとともに
圧電基板Ｐの上面に接し、測定箇所を取り囲むように配
置される。
【００２２】円筒状部２８ａ内側の孔３２ａは、プロー
ブ本体２４ａ、さらには測定電極１２ａをも貫通して形
成されており、この孔３１ａには、上部変位計２１のス
ピンドル２１ａが挿通されている。スピンドル２１ａは
孔３２ａと比較して細く、プローブ本体２４ａが揺動し
てもスピンドル２２ａには接しないようになっている。
ブ本体２４ａ、さらには測定電極１２ａをも貫通して形
成されており、この孔３１ａには、上部変位計２１のス
ピンドル２１ａが挿通されている。スピンドル２１ａは
孔３２ａと比較して細く、プローブ本体２４ａが揺動し
てもスピンドル２２ａには接しないようになっている。
【００２３】周波数測定プローブ１３は、昇降部２０に
よって昇降する基部２３ｂと、基部２３ｂに対し揺動自
在に取り付けられたプローブ本体２４ｂと、プローブ本
体２４ｂの先端（上端）に取り付けられた測定電極１２
ｂと、プローブ本体２４ｂに測定電極１３ａを取り囲む
ように配設されたゴム製の吸収リング２５ｂとを備えて
いる。
よって昇降する基部２３ｂと、基部２３ｂに対し揺動自
在に取り付けられたプローブ本体２４ｂと、プローブ本
体２４ｂの先端（上端）に取り付けられた測定電極１２
ｂと、プローブ本体２４ｂに測定電極１３ａを取り囲む
ように配設されたゴム製の吸収リング２５ｂとを備えて
いる。
【００２４】基部２３ｂにはＺ方向に円孔２６ｂが貫通
形成され、円孔２６ｂの下部開口には、円孔２６ｂと中
心の軸線を一致させてすり鉢状の拡径部（被係合部）２
７ｂが形成されている。プローブ本体２４ｂの中央に
は、測定電極１２ｂの反対側に突き出すように、円孔２
６ｂよりも小径の円筒状部２８ｂが設けられている。円
筒状部２８ｂの先端（すなわちプローブ本体２４ａの下
端）には、円筒状部２８ｂと中心の軸線を一致させて逆
円錐状の鍔部（係合部）２９ｂが形成されている。
形成され、円孔２６ｂの下部開口には、円孔２６ｂと中
心の軸線を一致させてすり鉢状の拡径部（被係合部）２
７ｂが形成されている。プローブ本体２４ｂの中央に
は、測定電極１２ｂの反対側に突き出すように、円孔２
６ｂよりも小径の円筒状部２８ｂが設けられている。円
筒状部２８ｂの先端（すなわちプローブ本体２４ａの下
端）には、円筒状部２８ｂと中心の軸線を一致させて逆
円錐状の鍔部（係合部）２９ｂが形成されている。
【００２５】プローブ本体２４ｂは、円筒状部２８ｂを
円孔２６ｂに通し、拡径部２７ｂに鍔部２９ｂがはめ合
わされるようにして基部２３ｂに係わっている。拡径部
２７ｂと鍔部２９ｂとは最大径が等しくかつ斜面の傾斜
角が等しくされており、両者が正しく係合すると円孔２
６ｂと円筒状部２８ｂとが中心の軸線を一致させるよう
になっている。また、基部２３ｂとプローブ本体２４ｂ
との間には、プローブ本体２４ｂを基部２３ｂから上方
に離間させる方向に付勢するバネ体３０ｂが介装されて
いる。
円孔２６ｂに通し、拡径部２７ｂに鍔部２９ｂがはめ合
わされるようにして基部２３ｂに係わっている。拡径部
２７ｂと鍔部２９ｂとは最大径が等しくかつ斜面の傾斜
角が等しくされており、両者が正しく係合すると円孔２
６ｂと円筒状部２８ｂとが中心の軸線を一致させるよう
になっている。また、基部２３ｂとプローブ本体２４ｂ
との間には、プローブ本体２４ｂを基部２３ｂから上方
に離間させる方向に付勢するバネ体３０ｂが介装されて
いる。
【００２６】吸収リング２５ｂはゴム等の弾性材料から
なり、プローブ本体２４ｂに形成された円板状のフラン
ジ３１ｂの下面に、測定電極１２ａを中心にして接着さ
れている。吸収リング２５ｂは測定電極１３ａとともに
圧電基板Ｐの下面に接し、測定箇所を取り囲むように配
置される。
なり、プローブ本体２４ｂに形成された円板状のフラン
ジ３１ｂの下面に、測定電極１２ａを中心にして接着さ
れている。吸収リング２５ｂは測定電極１３ａとともに
圧電基板Ｐの下面に接し、測定箇所を取り囲むように配
置される。
【００２７】円筒状部２８ｂ内側の孔３２ｂは、プロー
ブ本体２４ｂ、さらには測定電極１２ｂをも貫通して形
成されており、この孔３１ｂには、下部変位計２２のス
ピンドル２２ａが挿通されている。スピンドル２２ａは
孔３２ｂと比較して細く、プローブ本体２３ｂが揺動し
てもスピンドル２２ａには接しないようになっている。
ブ本体２４ｂ、さらには測定電極１２ｂをも貫通して形
成されており、この孔３１ｂには、下部変位計２２のス
ピンドル２２ａが挿通されている。スピンドル２２ａは
孔３２ｂと比較して細く、プローブ本体２３ｂが揺動し
てもスピンドル２２ａには接しないようになっている。
【００２８】制御装置３、インピーダンス・アナライザ
１５は、これらすべてを統括、制御し、インピーダンス
・アナライザ１５からの情報をもとに材料定数を算出す
るコンピュータ３３に接続されている。
１５は、これらすべてを統括、制御し、インピーダンス
・アナライザ１５からの情報をもとに材料定数を算出す
るコンピュータ３３に接続されている。
【００２９】上記のように構成された材料定数測定装置
を使用して、圧電基板Ｐの材料定数を測定する手順につ
いて説明する。まず、圧電単結晶体から切り出した圧電
基板Ｐを基板支持機構１１にセットしてずれないように
固定する。この状態から基板支持機構１１を駆動する
と、圧電基板ＰがＸ／Ｙ方向に段階的に移動し、圧電基
板Ｐ上に設定された複数の測定箇所のひとつひとつに対
して周波数測定プローブ１２，１３が順を追って配置さ
れ、１箇所ごとにプロービングが行われる。
を使用して、圧電基板Ｐの材料定数を測定する手順につ
いて説明する。まず、圧電単結晶体から切り出した圧電
基板Ｐを基板支持機構１１にセットしてずれないように
固定する。この状態から基板支持機構１１を駆動する
と、圧電基板ＰがＸ／Ｙ方向に段階的に移動し、圧電基
板Ｐ上に設定された複数の測定箇所のひとつひとつに対
して周波数測定プローブ１２，１３が順を追って配置さ
れ、１箇所ごとにプロービングが行われる。
【００３０】ある測定箇所を挟んで圧電基板Ｐの両側方
に周波数測定プローブ１２，１３が配置されると、ま
ず、上部変位計２１がスピンドル２１ａを圧電基板Ｐに
当接させ、上部変位計２１から圧電基板Ｐの上面までの
距離を測定する。同時に、下部変位計２２がスピンドル
２２ａを圧電基板Ｐに当接させ、上部変位計２２から圧
電基板Ｐまでの距離を測定する。これらの測定データは
コンピュータ３３に入力され、事前に測定しておいた圧
電基板Ｐのない状態での上下の変位計２１，２２間の距
離から、上部変位計２１から圧電基板Ｐの上面までの距
離と下部変位計２２から圧電基板Ｐの下面までの距離と
の和を減算することで圧電基板Ｐの基板厚さが求められ
る。
に周波数測定プローブ１２，１３が配置されると、ま
ず、上部変位計２１がスピンドル２１ａを圧電基板Ｐに
当接させ、上部変位計２１から圧電基板Ｐの上面までの
距離を測定する。同時に、下部変位計２２がスピンドル
２２ａを圧電基板Ｐに当接させ、上部変位計２２から圧
電基板Ｐまでの距離を測定する。これらの測定データは
コンピュータ３３に入力され、事前に測定しておいた圧
電基板Ｐのない状態での上下の変位計２１，２２間の距
離から、上部変位計２１から圧電基板Ｐの上面までの距
離と下部変位計２２から圧電基板Ｐの下面までの距離と
の和を減算することで圧電基板Ｐの基板厚さが求められ
る。
【００３１】上下の変位計２１，２２がそれぞれのスピ
ンドル２１ａ，２２ａを圧電基板Ｐに当接させるのに僅
かに後れてプローブ支持機構１４が作動し、周波数測定
プローブ１２，１３がＺ方向（または−Ｚ方向）に移動
して圧電基板Ｐの上下両側面に同期して接近する。
ンドル２１ａ，２２ａを圧電基板Ｐに当接させるのに僅
かに後れてプローブ支持機構１４が作動し、周波数測定
プローブ１２，１３がＺ方向（または−Ｚ方向）に移動
して圧電基板Ｐの上下両側面に同期して接近する。
【００３２】周波数測定プローブ１２，１３の測定電極
１２ａ，１３ａがともに圧電基板Ｐに接し、バネ体３０
ａ，３０ｂがともに付勢力を発揮して測定電極１２ａ，
１３ａを圧電基板Ｐに押し付けるようになったら周波数
測定プローブ１２，１３が停止する（図３参照）。この
とき、プローブ本体２４ａ，２４ｂの鍔部２９ａ，２９
ｂは、基部２３ａ，２３ｂ側の拡径部２７ａ，２７ｂか
ら離間する。
１２ａ，１３ａがともに圧電基板Ｐに接し、バネ体３０
ａ，３０ｂがともに付勢力を発揮して測定電極１２ａ，
１３ａを圧電基板Ｐに押し付けるようになったら周波数
測定プローブ１２，１３が停止する（図３参照）。この
とき、プローブ本体２４ａ，２４ｂの鍔部２９ａ，２９
ｂは、基部２３ａ，２３ｂ側の拡径部２７ａ，２７ｂか
ら離間する。
【００３３】続いて、インピーダンス・アナライザ１５
から交流信号が発せられ、測定電極１２ａ，１３ａを介
して圧電基板Ｐが励振されるので、交流信号の周波数走
査を行って当該測定箇所におけるインピーダンスと位相
との周波数依存性を検出する。この測定データはコンピ
ュータ３３に入力され、周波数依存性を示す波形の解析
を行うことで共振周波数が求められる。
から交流信号が発せられ、測定電極１２ａ，１３ａを介
して圧電基板Ｐが励振されるので、交流信号の周波数走
査を行って当該測定箇所におけるインピーダンスと位相
との周波数依存性を検出する。この測定データはコンピ
ュータ３３に入力され、周波数依存性を示す波形の解析
を行うことで共振周波数が求められる。
【００３４】上記のようにして基板厚さおよび共振周波
数が求められたら、コンピュータ３３においてこれらの
情報を加工して圧電基板Ｐ上のある測定箇所の材料定数
が算出される。
数が求められたら、コンピュータ３３においてこれらの
情報を加工して圧電基板Ｐ上のある測定箇所の材料定数
が算出される。
【００３５】当該測定箇所での測定を終えたら、スピン
ドル２１ａ，２２ａが後退するとともに周波数測定プロ
ーブ１２，１３が後退してもとの位置に回帰する。測定
電極１２ａ，１３ａが圧電基板Ｐから離れると、バネ体
３０ａ，３０ｂの付勢力により鍔部２９ａ，２９ｂが拡
径部２７ａ，２７ｂに係合し、円孔２６ｂと円筒状部２
８ｂとが中心の軸線を一致させることでプローブ本体２
４ａ，２４ｂおよび測定電極１２ａ，１３ａが定位置に
回帰する。以降は上記の手順が繰り返され、圧電基板Ｐ
上に設定されたすべての測定箇所について材料定数が算
出されるので、これをもとに材料定数の評価を行う。
ドル２１ａ，２２ａが後退するとともに周波数測定プロ
ーブ１２，１３が後退してもとの位置に回帰する。測定
電極１２ａ，１３ａが圧電基板Ｐから離れると、バネ体
３０ａ，３０ｂの付勢力により鍔部２９ａ，２９ｂが拡
径部２７ａ，２７ｂに係合し、円孔２６ｂと円筒状部２
８ｂとが中心の軸線を一致させることでプローブ本体２
４ａ，２４ｂおよび測定電極１２ａ，１３ａが定位置に
回帰する。以降は上記の手順が繰り返され、圧電基板Ｐ
上に設定されたすべての測定箇所について材料定数が算
出されるので、これをもとに材料定数の評価を行う。
【００３６】上記のようにすれば、ＳＡＷデバイスを設
置する必要がないこと、周波数測定プローブ１２，１３
および厚さ測定子を一体として周波数測定と厚さ測定と
を同時に行うことにより、測定に要する時間が大幅に短
縮される。また、ＳＡＷデバイスの設置によって圧電基
板を破壊することがないので、製品として出荷する圧電
基板についても測定を実施することが可能である。
置する必要がないこと、周波数測定プローブ１２，１３
および厚さ測定子を一体として周波数測定と厚さ測定と
を同時に行うことにより、測定に要する時間が大幅に短
縮される。また、ＳＡＷデバイスの設置によって圧電基
板を破壊することがないので、製品として出荷する圧電
基板についても測定を実施することが可能である。
【００３７】周波数測定プローブ１２，１３の中央に厚
さ測定子としてのスピンドル２１ａ，２２ａを配設した
ことで、周波数の測定箇所と基板厚さの測定箇所とが正
に一致するので、誤差のない高精度の測定が可能にな
る。
さ測定子としてのスピンドル２１ａ，２２ａを配設した
ことで、周波数の測定箇所と基板厚さの測定箇所とが正
に一致するので、誤差のない高精度の測定が可能にな
る。
【００３８】周波数測定に際しては、測定電極１２ａ，
１３ａとともに吸収リング２５ａ，２５ｂが圧電基板Ｐ
に接して測定箇所を上下から取り囲み、測定箇所に発生
する余計な振動を吸収するので、より高精度に共振周波
数を特定することができる。圧電基板Ｐに交流信号を流
すと、基本および高次の厚み振動によって構成される主
振動とともに、主振動に近接した多数の副振動が励振さ
れる。副振動とは、弾性波が圧電基板Ｐ内の上下の境界
面で反射しながら横方向に伝播し、圧電基板Ｐの端面で
反射して定常波となったときに発生する振動である。こ
のような副振動本来必要な主振動の測定にとって好まし
くないノイズであるが、圧電基板Ｐに設定される測定箇
所によっては主振動よりも強い場合があり、主振動の測
定を阻害する大きな要因となっている。吸収リング２５
ａ，２５ｂは弾性波を吸収して主振動だけを残すので、
ノイズの少ない波形が得られて高精度な測定が可能とな
るのである。
１３ａとともに吸収リング２５ａ，２５ｂが圧電基板Ｐ
に接して測定箇所を上下から取り囲み、測定箇所に発生
する余計な振動を吸収するので、より高精度に共振周波
数を特定することができる。圧電基板Ｐに交流信号を流
すと、基本および高次の厚み振動によって構成される主
振動とともに、主振動に近接した多数の副振動が励振さ
れる。副振動とは、弾性波が圧電基板Ｐ内の上下の境界
面で反射しながら横方向に伝播し、圧電基板Ｐの端面で
反射して定常波となったときに発生する振動である。こ
のような副振動本来必要な主振動の測定にとって好まし
くないノイズであるが、圧電基板Ｐに設定される測定箇
所によっては主振動よりも強い場合があり、主振動の測
定を阻害する大きな要因となっている。吸収リング２５
ａ，２５ｂは弾性波を吸収して主振動だけを残すので、
ノイズの少ない波形が得られて高精度な測定が可能とな
るのである。
【００３９】バネ体３０ａ，３０ｂが付勢力を発揮して
測定電極１２ａ，１３ａを圧電基板Ｐに押し付けること
により、測定電極１２ａ，１３ａが圧電基板Ｐに接触す
る際の圧力が２つの周波数測定プローブ１２，１３間で
均一化されるので、測定条件が等しくなって高精度な測
定が可能になる。
測定電極１２ａ，１３ａを圧電基板Ｐに押し付けること
により、測定電極１２ａ，１３ａが圧電基板Ｐに接触す
る際の圧力が２つの周波数測定プローブ１２，１３間で
均一化されるので、測定条件が等しくなって高精度な測
定が可能になる。
【００４０】プローブ本体２４ａ，２４ｂを基部２３
ａ，２３ｂに対して揺動可能とし、測定電極１２ａ，１
３ａの測定面が少量傾く自由度が与えられることによ
り、圧電基板Ｐの表面形状のバラツキが吸収されて上記
と同じく２つの周波数測定プローブ１２，１３間で均一
化されるので、さらに高精度な測定が可能になる。
ａ，２３ｂに対して揺動可能とし、測定電極１２ａ，１
３ａの測定面が少量傾く自由度が与えられることによ
り、圧電基板Ｐの表面形状のバラツキが吸収されて上記
と同じく２つの周波数測定プローブ１２，１３間で均一
化されるので、さらに高精度な測定が可能になる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のようなＳＡＷデバイスを設置する必要がないこ
と、周波数測定プローブおよび厚さ測定子を一体として
周波数測定と厚さ測定とを同時に行うことにより、測定
に要する時間が大幅に短縮される。また、ＳＡＷデバイ
スの設置によって圧電基板を破壊することがないので、
製品として出荷する圧電基板についても測定を実施する
ことが可能である。
従来のようなＳＡＷデバイスを設置する必要がないこ
と、周波数測定プローブおよび厚さ測定子を一体として
周波数測定と厚さ測定とを同時に行うことにより、測定
に要する時間が大幅に短縮される。また、ＳＡＷデバイ
スの設置によって圧電基板を破壊することがないので、
製品として出荷する圧電基板についても測定を実施する
ことが可能である。
【図１】本発明に係る実施形態を示す図であって、材料
定数測定装置の全体図である。
定数測定装置の全体図である。
【図２】図１の材料定数測定装置の要部を示す図であっ
て、周波数測定プローブおよびスピンドルが圧電基板か
ら離間した状態を示す状態説明図である。
て、周波数測定プローブおよびスピンドルが圧電基板か
ら離間した状態を示す状態説明図である。
【図３】同じく図１の材料定数測定装置の要部を示す図
であって、周波数測定プローブおよびスピンドルが圧電
基板に接した状態を示す状態説明図である。
であって、周波数測定プローブおよびスピンドルが圧電
基板に接した状態を示す状態説明図である。
１ 周波数測定部
２ 厚さ測定部
１２，１３ 周波数測定プローブ
２１ 上部変位計
２２ 下部変位計
２１ａ，２２ａ スピンドル（厚さ測定子）
２７ａ，２７ｂ 拡径部（被係合部）
２９ａ，２９ｂ 鍔部（係合部）
３０ａ，３０ｂ バネ体
１２ａ，１３ａ 測定電極
２５ａ，２５ｂ 吸収リング
Ｐ 圧電基板
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３０ Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３０Ｋ
(72)発明者 宇田 聡
埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三
菱マテリアル株式会社セラミックス工場電
子デバイス開発センター内
Ｆターム(参考） 2G047 AB04 AC10 BA04 BC14 BC18
CA01 EA10 GA13 GF11
2G060 AA09 AA20 AE40 AF06 AF20
5D019 AA08
Claims (4)
- 【請求項１】 圧電単結晶体から切り出した圧電基板の
両側方に個々に配設された２つの周波数測定プローブ
を、前記圧電基板を挟んで互いに接近離間可能に支持
し、これら２つの周波数測定プローブを前記圧電基板に
当接させて両プローブ間に挟まれた任意箇所の厚み滑り
振動の共振周波数を測定する周波数測定部と、 前記圧電基板の両側方に個々に配設された２つの厚さ測
定子を前記圧電基板に当接させて両測定子間に挟まれた
任意箇所の基板厚さを測定する厚さ測定部とを備える圧
電基板の材料定数測定装置であって、 前記圧電基板の同じ側に配設された前記周波数測定プロ
ーブおよび前記厚さ測定子が、近接して配設され、 前記２つの周波数測定プローブによる前記共振周波数の
測定と同時に、前記厚さ測定子を使った基板厚さの測定
が行われることを特徴とする圧電基板の材料定数測定装
置。 - 【請求項２】 前記周波数測定プローブの中央に、前記
圧電基板の厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられ、該貫
通孔に前記厚さ測定子が挿通されていることを特徴とす
る請求項１記載の圧電基板の材料定数測定装置。 - 【請求項３】 前記周波数測定プローブが、前記圧電基
板の側面に接近離間可能に支持された基部と、該基部に
対し揺動自在に取り付けられたプローブ本体と、該プロ
ーブ本体を前記基部の所定位置に回帰させる付勢部材と
を備えることを特徴とする請求項１または２記載の圧電
基板の材料定数測定装置。 - 【請求項４】 前記プローブ本体の先端に設けられた測
定電極の周囲に、前記圧電基板に当接される環状の弾性
体が設けられていることを特徴とする請求項３記載の圧
電基板の材料定数測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002116556A JP3915582B2 (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 圧電基板の材料定数測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002116556A JP3915582B2 (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 圧電基板の材料定数測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003315294A true JP2003315294A (ja) | 2003-11-06 |
| JP3915582B2 JP3915582B2 (ja) | 2007-05-16 |
Family
ID=29534082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002116556A Expired - Fee Related JP3915582B2 (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 圧電基板の材料定数測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3915582B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005201816A (ja) * | 2004-01-16 | 2005-07-28 | Osaka Industrial Promotion Organization | 試料の弾性定数を測定する弾性定数測定装置及び測定方法 |
| CN110261480A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-09-20 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种快速测试压电材料声发射响应性能的系统及方法 |
-
2002
- 2002-04-18 JP JP2002116556A patent/JP3915582B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005201816A (ja) * | 2004-01-16 | 2005-07-28 | Osaka Industrial Promotion Organization | 試料の弾性定数を測定する弾性定数測定装置及び測定方法 |
| CN110261480A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-09-20 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种快速测试压电材料声发射响应性能的系统及方法 |
| CN110261480B (zh) * | 2019-07-16 | 2024-03-12 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种快速测试压电材料声发射响应性能的系统及方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3915582B2 (ja) | 2007-05-16 |
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