JP2547059B2 - 共振尖鋭度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、セラミック試料等の共振尖鋭度を検査する
ための共振尖鋭度測定装置に関する。

＜従来技術＞ セラミックは、その共振尖鋭度（機械的Ｑ値）によ
り、ダンパ材など種々の適応の可能性が選別され得る。

ところで、この材料試験の従来手段は、試験片に、抵
抗歪み計を貼り付けてから、これを適宜に支持し、ハン
マー等で衝撃を与えて、その歪み計からの出力レベルを
検知することにより施していた。このため試験準備が面
倒で、しかも衝撃源が手作業による原始的なものであっ
て、簡便性がなかった。

本発明は、この共振尖鋭度の測定を容易簡便に施し得
る共振尖鋭度測定装置の提供を目的とするものである。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明の第一の手段は、湾曲板のすくなくとも一面に
電歪素子層を配設してなる電歪振動板の、その一端又は
両端を基台上に支持し、さらに該電歪振動板の湾動面に
試料部材を取付け、試料保持部材上に、該保持部材とで
試験片を三位置支持する試料押圧端を備えるとともに、
基台と、据付面との間に弾性支持材を配設したことを特
徴とするものである。

また、本発明の第二の手段は、基台上に保持した電歪
積層体の上面に、試料保持部材を取り付け、試料保持部
材上に、該保持部材とで試験片を三位置支持する試験押
圧端を備えた加圧力検知装置を配設するとともに、基台
と、据付面との間に弾性支持材を配設したとを特徴とす
るものである。

すなわち、所定周波数の交番電圧の印加により、該周
波数に対応して駆動する電歪駆動体として、前者の手段
は電歪振動板を用い、後者の手段は電歪積層体を用い
て、該電歪駆動体により、試料片に加圧力を付与するよ
うにしたものである。

＜作用＞ 交流電源から電歪駆動体に電圧印加されると、その保
持部材が、該印加電圧周波数に対応して昇降し、試験片
は保持部材と加圧力検知装置に備えられた試料押圧端に
より三位置支持されているから、湾曲歪が与えられる。

ところで試験片を含む弾性支持材上の各部材は、据え
付け面から分離して一体的に共振系を構成する。そし
て、該共振系の固有共振周波数に等しい電圧が、交流電
源から電歪駆動体に印加されると試験片に最大振幅を生
じ、加圧力検知装置から大きな加圧力が検出される。

この共振周波数は、該共振系の一部を構成する試験片
の固有共振周波数と密接な関係を有する。そこで、交流
電源の印加周波数を遂次的に変化させ、前記加圧力と、
印加電圧の周波数との関係を見ると、その曲線は、当該
試験片の印加周波数と、振幅との関係に相似している。
このため、加圧力検知装置からの出力と、印加周波数と
の関係を見ることにより、当該試験片と共振尖鋭度を検
知することが可能となる。

＜実施例＞ 第１〜３図について電歪駆動体として、電歪振動板２
を用いた本発明の第一手段の実施例を説明する。

１は据付面11に対して軟質ゴム，スポンジ，金属バネ
等の弾性支持材10を介して半浮動状に支持される基台で
ある。そしてこの基台１には衝撃源となるバイモルフ構
造の電歪振動板２がその両辺縁で、両角部を、該基台１
に固定したピボット軸受，ボルト等の支持具5,5により
支持されている。尚、電歪振動板２の端縁と、支持具5,
5間の板ばねを介装し、該電歪振動板を基台１に対して
間接的に支持する様にしても良い。

前記電歪振動板２は、第３図に示すように、矩形状の
湾曲板３の上下面に表裏に電極を備えた電歪素子層4a,4
bが配設されてなるものであり、湾曲板３の両辺縁にお
いて、支持具5,5間には重錘6,6が螺子７により脱着可能
に保持されている。

前記電歪素子層4a,4bは逆方向に分極し、その外側電
極を交流電源15に接続し、かつ前記内側電極を湾曲板３
を介してアース接続して、その電圧印加により、一方が
伸張すると、他方が収縮するように配線する。

前記電歪振動板２の中腹の湾動面上には、第1,2図に
示すように、上部に幅方向に位置する二箇所の支持端8,
8を備えた試料保持部材９が設けられる。

前記電歪振動板２の上方には、昇降体14に支持された
ロードセル等の加圧力検知装置12が配設され、該加圧力
検知装置12の下端には、試料保持部材９の支持端8,8の
間に位置して試料片ｐの上面に当接する試料押圧端13が
設けられている。

前記構成の作動について説明する。

試験片ｐを前記試料保持部材９の支持端8,8上に乗載
し、昇降体14を適正位置まで下降して、該支持端8,8間
で試験片ｐ上に押圧端13を当接し、三位置支持する。こ
の時、昇降体14が適正位置よりも僅かに降下し過ぎた場
合には、基台１の下面に配した弾性支持材10が圧縮し、
電歪振動板2,基台１が下方に変位するので試験片ｐは折
損することなく、常に一定の押圧力で保持される。

次に、電歪素子層4a,4bに交流電源15からパルス波，
正弦波，三角波などの交流波を有する所定周波数の交番
電圧を印加する。

これにより、電歪素子層4a,4bに歪を生じ、両端を支
持具5,5により保持された電歪振動板２は、該支持具5,5
間で湾曲振動する。そしてこと振動に伴う支持端8,8の
昇降移動によって、試験片ｐは、その両側を下方から押
付けられ、押圧端13を中心として湾曲歪を周期的に付与
される。この振動にあって、前記湾曲板３の両端には重
錘6,6が保持されているため、その慣性力により、前記
振巾が大きなものとなる。

ここで、試験片ｐを含む弾性支持材10上の各部材は、
弾性支持材10によって、据え付け面11から独立し、一体
的に共振系を構成する。そして、該共振系の固有共振周
波数に等しい電圧が、交流電源15から電歪素子層4a,4b
に印加されると試験片ｐに最大振幅を生じ、交流電源15
から加圧力検知装置12から大きな出力が検出される。

この共振周波数は、該共振系の一部を構成する試験片
ｐの固有共振周波数と密接な関係を有する。そこで、交
流電源の印加周波数を遂次的に変化させ、前記加圧力
と、印加電圧の周波数との関係を見ると、その曲線は、
当該試験片ｐの印加周波数と、振幅との関係に相似して
いることが分かる。このため、前記加圧力と、印加周波
数との関係を見ることにより、当該試験片ｐの共振尖鋭
度を検知することが可能となる。

第６図は、各試験片ｐへの被各圧力と、印加電力の周
波数との関係を示すものであって、ジルコニア（Zr
O₂），アルミナ（Al₂O₃）が機械的Ｑ値（共振尖鋭度）
が低く、炭化圭_８（SiC），窒化圭素（Si₃N₄）が高いこ
とが知得され、実際の共振尖鋭度とほぼ等しい。したが
って、かかる構成により、各試験片ｐの共振尖鋭度を検
知することが可能であることが解る。

前記実施例にあって、試験保持部材９に試験片ｐに一
点（または一縁）で接触する支持端を設け、加圧力検知
装置12の下端に二点（または二縁）で接触する押圧端を
設けるようにしても良い。

第4,5図は、第一手段の第二実施例を示す。

この構成にあっては、湾曲板３の上下面に電歪素子層
4a,4bが配設されてなる上記と同様の電歪振動板２が用
いられ、その一片縁のみをボルト等の支持具20によって
片持状に支持している。また湾曲板３の他辺には、重錘
21が固定されている。

また前記電歪振動板２の中腹の湾動面上には、第一実
施例と同様に、上部に幅方向に位置する二箇所の支持端
8,8を備えた試料保持部材９が設けられ、その上方に
は、押圧端13を下面に備える加圧力検知装置12が配設さ
れる。

さらに、基台１と据付面11との間には、軟質ゴム，ス
ポンジ，金属バネ等の弾性支持材10が配設され、基台１
は据付面11に対して半浮動状に支持される。

前記構成にあって、試験片ｐを支持端8,8上に乗載し
て、該支持端8,8間の上面を押圧端13に当接するように
してから、電歪素子層4a,4bの表裏面電極に交番電圧を
印加すると、電歪素子層4a,4bに歪を生じ、電歪振動板
２は、その他片を重錘６の慣性力によって保持されて、
湾曲振動を生ずる。

そして試験片ｐは、支持端8,8の両側に押圧され、該
押圧端13を支点として、印加周波数に対応した湾曲歪振
動を生じ、加圧力を受けることとなる。

第７図は、電歪駆動体として、電歪積層体22を用いた
第二手段の実施例を示す。

ここで基台21は据付面11に対して軟質ゴム，スポン
ジ，金属バネ等の弾性支持材20を介して半浮動状に支持
され、この基台21にはその中央部に試料ｗに動荷重を付
与するための電歪積層体22が立設されている。また基台
21上には電歪積層体22を囲撓する筒台24が保持される。
前記電歪積層体22は、多数の圧電素子板23を電気的並列
状にして積層し、その上端に最大変位を生ずるようにし
た公知構成からなるものである。

前記電歪積層体22の上端の駆動端には、試料保持部材
25が配設される。該試料保持部材25は、筒台24上に立設
した連継杆27にその周囲を挿通し、かつ該連継杆27の鍔
部28と、筒台24上面間に配設した皿ばね29で下方付勢さ
れて、その下面中心に垂設した足部26の下端を電歪積層
体22に弾接している。

この皿ばね29の介装により、試料保持部材25は、電歪
積層体22の変位に追従することができるとともに、寸法
誤差による足部26との当接面の不整一等によって試料保
持部材25が電歪積層体22に対して微傾斜していても、こ
れを吸収して、無理のない動荷重を試験片ｐに付与でき
るようになっている。

さらに前記試験保持部材25上には二条の支持端30,30
が突成され、後記するように試験片ｐの下面を保持する
ようにしている。

前記基台21の上方には、昇降体31に支持された加圧力
検知装置32が取付けられ、その下端には、支持端30,30
間の中央に位置させて試験片ｐの上面中央に当接する押
圧端33が配設されている。

前記構成にあって、支持端30,30上に試験片ｐを乗載
し、昇降体31を下降して、その試験片ｐの中心に押圧端
33を当接してから、電歪積層体22を交流電源35からパル
ス波，正弦波，三角波などの交流波を有する所定周波数
の交番電圧を印加する。これにより、試験片ｐの上面中
央は押圧端33により支持されるとともに、電歪積層体22
は前記した交流波の駆動電圧に基いて皿ばね29に抗して
伸縮を生じ、該試験片ｐの周囲は支持端30,30により周
期的に押圧され、湾曲歪を生じ、加圧力を受ける。そし
て、印加周波数を随時変化させて、その試験片ｐの受け
る被加圧力と、印加周波数との関係を調べる。そしてこ
れにより、当該試験片ｐの共振尖鋭度が検知される。

前記実施例に換えて、第８図に示すように、電歪積層
体22の駆動面に支持端30,30を備えた台板40を直接固定
するようにしてもよい。

＜発明の効果＞ 本発明は、上述のように、所定周波数の交番電圧の印
加により、該周波数に対応して駆動する電歪駆動体の、
その駆動面に、試料保持部材を取付け、該保持部材を試
料押圧端とで試験片を三位置支持し、セラミック等の試
験片ｐを電歪駆動体22により動荷重を与えるようにし、
試験片の受ける被加圧力と、印加周波数との関係を見る
ことにより、当該試験片の共振尖鋭度の検知し得るよう
にしたものであるから、該特性をきわめて容易、簡便に
知得し得る優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の第一手段の一実施例を示し、第１
図は一部切欠正面図、第２図は一部切欠側面図、第３図
は電歪振動板２の斜視図、第4,5図は第二実施例を示
し、第４図は一部切欠正面図、第５図は試料保持部材９
等の縦断側面図、第６図は材料の異なる各試験片ｐの被
加圧力と、印加電圧周波数との関係を示すグラフ、第７
図は本発明の第二手段の一実施例の縦断側面図、また第
８図は変形例の要部の側面図である。 1;基台、2;電歪振動板、3;支持具、4;湾曲板、4a,4b;電
歪素子層、6;重錘、7;試験保持部材、8,8;支持端、10;
弾性支持材、12;加圧力検知装置、15;交流電源、20;弾
性支持材、22;電歪積層体、30,30;支持端、32;加圧力検
知装置、33;押圧端、35;交流電源、p;試験片

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湾曲板のすくなくとも一面に電歪素子層を
   配設してなる電歪振動板の、その一端又は両端を基台上
   に支持し、さらに該電歪振動板の湾動面に試料保持部材
   を取付け、試料保持部材上に、該保持部材とで試験片を
   三位置支持する試料押圧端を備えた加圧力検知装置を配
   設するとともに、基台と、据付面との間に弾性支持材を
   配設したことを特徴とする共振尖鋭度測定装置。
2. 【請求項２】基台上に保持した電歪積層体の上面に、試
   料保持部材を取り付け、試料保持部材上に、該保持部材
   とで試験片を三位置支持する試料押圧端を備えた加圧力
   検知装置を配設するとともに、基台と、据付面との間に
   弾性支持材を配設したことを特徴とする共振尖鋭度測定
   装置。