JP6396227B2 - 圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法に関する。

下記特許文献１には、圧電体試料の圧電特性を測定する測定装置及び測定方法が開示されている。この測定装置及び測定方法では、圧電体試料としてポリ乳酸フィルムが使用され、圧電体試料の対向する２つの面に電極膜が形成されている。この圧電体試料を自立させた状態において電極膜間に電圧が印加されると共に、圧電体試料の面方向の変位が光学式測位法で計測される。圧電体試料に印加された電圧と圧電体試料の面方向の変位とに基づいて、圧電特性、例えば圧電定数が算出されている。

特開２０１２−１６３５０２号公報

上記測定装置及び測定方法では、圧電体試料の２つの面に各々電極膜を形成してから圧電特性が測定されているので、圧電体試料の作製に労力が必要となる。また、圧電体試料の２つの面に形成された電極膜により圧電体試料の伸びが阻害されることがあるので、圧電体試料の面方向の変位に誤差が生じ易い。このため、圧電体試料の圧電特性を簡単に測定し、かつ圧電特性の測定精度を向上させるためには、改善の余地があった。

本発明は上記事実を考慮し、圧電部材の圧電特性を簡単に測定することができ、かつ圧電特性の測定精度を向上させることができる圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法を得ることが目的である。

本発明の第１実施態様に係る圧電特性測定装置は、圧電部材に応力を付与する応力付与ユニットと、応力付与ユニットによる応力が付与された圧電部材の応力変動を検出する応力変動検出ユニットと、応力変動による圧電部材の表面電位の変化を非接触で検出する表面電位検出ユニットと、応力変動と表面電位の変化とに基づいて圧電部材の圧電定数を算出する圧電定数算出ユニットと、を備えている。

第１実施態様に係る圧電特性測定装置では、応力付与ユニットにより圧電部材に応力が付与され、応力変動検出ユニットにより圧電部材の応力変動が検出される。一方、表面電位検出ユニットにより応力変動による圧電部材の表面電位の変化が検出される。圧電定数算出ユニットでは、圧電部材の応力変動と表面電位の変化とに基づいて、圧電部材の圧電特性としての圧電定数が算出される。

ここで、表面電位検出ユニットは、圧電部材の表面電位の変化を非接触で検出する構成とされている。このため、圧電部材の対向する２つの面に電極が形成される必要がない。つまり、圧電部材の１つの面に電極が形成されるか、圧電部材の２つの面の双方に電極が形成されなくても、圧電部材の圧電特性を簡単に測定することができる。加えて、圧電部材の１つの面に電極が形成されるか、２つの面の双方に電極が形成されないので、圧電部材の伸縮の阻害が抑制され、圧電部材の応力変動に与える影響を減少させることができる。

本発明の第２実施態様に係る圧電特性測定装置では、第１実施態様に係る圧電特性測定装置において、表面電位検出ユニットは、圧電部材の対向する表面の各々の表面電位の変化を非接触で検出する。

第２実施態様に係る圧電特性測定装置によれば、表面電位検出ユニットが圧電部材の対向する表面の各々の表面電位の変化を非接触で検出する構成とされている。このため、圧電特性を更に簡単に測定することができると共に、圧電部材の応力変動に与える影響を更に減少させることができる。

本発明の第３実施態様に係る圧電特性測定装置では、第１実施態様又は第２実施態様に係る圧電特性測定装置において、表面電位検出ユニットにより圧電部材の表面電位の変化が検出される領域を覆い、静電気を遮蔽する遮蔽部が設けられている。

第３実施態様に係る圧電特性測定装置によれば、遮蔽部により、圧電部材の表面電位の変化を検出する領域が覆われ、静電気が遮蔽されているので、表面電位検出ユニットによる圧電部材の表面電位の検出精度を更に向上させることができる。

本発明の第４実施態様に係る圧電特性測定装置では、第１実施態様又は第３実施態様に係る圧電特性測定装置において、表面電位検出ユニットは、表面電位の変化が非接触で検出される圧電部材の表面と対向する裏面に装着可能とされ、応力の付与方向をスリット幅とするスリットが設けられると共に、固定電位が供給される電極を備えている。

第４実施態様に係る圧電特性測定装置によれば、表面電位検出ユニットは、圧電部材の表面を非接触で検出すると共に、圧電部材の表面と対向する裏面に固定電位が供給される電極を備えているので、圧電部材の表面電位の検出精度を向上させることができる。ここで、応力の付与方向をスリット幅とするスリットが電極に設けられている。このため、圧電部材に付与された応力に応じて電極のスリット幅を変化させることができるので、圧電部材の応力変動に与える影響を減少させることができる。

本発明の第５実施態様に係る圧電特性測定装置では、第１実施態様〜第４実施態様のいずれか１つに係る圧電特性測定装置において、圧電定数算出ユニットは、圧電部材の圧電定数ｄ_１４を算出する。

第５実施態様に係る圧電特性測定装置によれば、圧電特性として圧電定数ｄ_１４を算出することができる。

本発明の第６実施態様に係る圧電特性測定装置では、第５実施態様に係る圧電特性測定装置の圧電定数算出ユニットは、真空の誘電率をε_０とし、圧電部材の比誘電率をε_Ｓとし、表面電位が検出されかつ応力の付与方向と直交する方向における圧電部材の表面の幅をＷとし、表面電位の変化による電位変動をΔＶとし、応力変動による力変動をΔＦとし、補正係数をｋ１として、圧電定数ｄ_１４を下記式により算出する。

第６実施態様に係る圧電特性測定装置によれば、応力変動検出ユニットにより圧電部材の力変動ΔＦが検出され、表面電位検出ユニットにより圧電部材の電位変動ΔＶが検出される。圧電定数算出ユニットでは、圧電部材の応力変動ΔＦ及び電位変動ΔＶが検出されると、上記式から圧電定数ｄ_１４を簡単に算出することができる。

本発明の第７実施態様に係る圧電特性測定装置では、第６実施態様に係る圧電特性測定装置において、補正係数ｋ１は、１．５以上２．５以下に設定されている。

第７実施態様に係る圧電特性測定装置によれば、補正係数ｋ１が適宜設定されることにより、圧電定数算出ユニットで算出された圧電定数ｄ_１４を参考例に係る測定方法で測定された圧電定数の実測値に対応させることができる。

本発明の第８実施態様に係る圧電特性測定方法は、圧電部材に応力を付与し、圧電部材の応力変動を検出し、応力変動による圧電部材の表面電位の変化を非接触で検出し、応力変動と表面電位の変化とに基づいて圧電部材の圧電定数を算出する。

第８実施態様に係る圧電特性測定方法では、圧電部材に応力が付与されると圧電部材に応力変動が生じるので、この応力変動が検出される。一方、圧電部材に応力変動が生じると表面電位に変化が生じるので、この表面電位の変化が検出される。圧電部材の応力変動と表面電位の変化とに基づいて圧電部材の圧電定数が算出される。

ここで、圧電部材の表面電位の変化が非接触で検出される。このため、圧電部材の対向する２つの面に電極が形成される必要がない。つまり、圧電部材の１つの面に電極が形成されるか、圧電部材の２つの面の双方に電極が形成されなくても、圧電特性を簡単に測定することができる。加えて、圧電部材の１つの面に電極が形成されるか、２つの面の双方に電極が形成されないので、圧電部材の応力変動に与える影響を減少させることができる。

本発明の第９実施態様に係る圧電特性測定方法では、第８実施態様に係る圧電特性測定方法において、表面電位の変化の検出は、圧電部材の対向する表面の各々の表面電位の変化が非接触で検出されることである。

第９実施態様に係る圧電特性測定方法によれば、圧電部材の対向する表面の各々の表面電位の変化が非接触で検出されるので、圧電特性を更に簡単に測定することができると共に、圧電部材の応力変動に与える影響を更に減少させることができる。

本発明の第１０実施態様に係る圧電特性測定方法では、第８実施態様又は第９実施態様に係る圧電特性測定方法において、表面電位の変化の検出は、圧電部材の表面電位の変化が検出される領域を覆い、静電気を遮蔽して表面電位の変化が検出されることである。

第１０実施態様に係る圧電特性測定方法によれば、圧電部材の表面電位の変化が検出される領域を覆い、静電気を遮蔽して表面電位の変化が検出されるので、圧電部材の表面電位の検出精度を更に向上させることができる。

本発明の第１１実施態様に係る圧電特性測定方法では、第８実施態様又は第１０実施態様に係る圧電特性測定方法において、表面電位の変化の検出は、表面電位が非接触で検出される圧電部材の表面と対向する裏面に、応力の付与方向をスリット幅とするスリットが設けられると共に、固定電位が供給される電極を装着して表面電位の変化が検出されることである。

第１１実施態様に係る圧電特性測定方法によれば、圧電部材の表面が非接触で検出されると共に、圧電部材の表面と対向する裏面に固定電位が供給される電極を備えているので、圧電部材の表面電位の検出精度を向上させることができる。ここで、応力の付与方向をスリット幅とするスリットが電極に設けられている。このため、圧電部材に付与された応力に応じて電極のスリット幅を変化させることができるので、圧電部材の応力変動に与える影響を減少させることができる。

本発明は、圧電部材の圧電特性を簡単に測定することができ、かつ圧電特性の測定精度を向上させることができる圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法を得ることができるという特有の効果を有する。

本発明の第１実施の形態に係る圧電特性測定装置のシステム構成図である。 （Ａ）は図１に示される圧電特性測定装置の表面電位検出ユニット及び圧電部材の斜視図、（Ｂ）は圧電部材の斜視図である。 （Ａ）は第１実施の形態に係る圧電特性測定方法を説明するための圧電部材の応力付与前の斜視図、（Ｂ）は圧電部材の応力付与後の斜視図である。 第１実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法により測定された圧電特性と参考例１に係る測定方法により測定された圧電特性との相関関係を示すグラフである。 本発明の第２実施の形態に係る圧電特性測定装置のシステム構成図である。 第２実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法により測定された圧電特性と参考例２に係る測定方法により測定された圧電特性との相関関係を示すグラフである。 本発明の第３実施の形態に係る圧電特性測定装置のシステム構成図である。 第３実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法により測定された圧電特性と参考例２に係る測定方法により測定された圧電特性との相関関係を示すグラフである。 図６に示される第２実施態様に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法により測定された圧電特性と、図８に示される第３実施態様に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法により測定された圧電特性との相関関係を示すグラフである。 本発明の第４実施の形態に係る圧電特性測定装置のシステム構成図である。 本発明の第５実施の形態に係る圧電特性測定装置のシステム構成図である。

［第１実施の形態］
以下、図１〜図４を用いて、本発明の第１実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法を説明する。なお、第１実施の形態は、図１〜図４を用いて説明した態様に限定されない。

（圧電特性測定装置の構成）
図１に示されるように、第１実施の形態に係る圧電特性測定装置１０は、圧電部材１２の圧電特性として、圧電定数ｄ_１４を測定する構成とされている。圧電部材１２として、ここでは高分子圧電材料、詳しく説明すると、長尺フィルム状とされたヘリカルキラル高分子であるポリ乳酸フィルムが使用される。具体的なポリ乳酸フィルムの製作方法は後述する。圧電特性測定装置１０は、応力付与ユニット２０と、応力変動検出ユニット３０と、表面電位検出ユニット３２と、圧電定数算出ユニット３４と、制御ユニット３６とを備えている。これらの応力付与ユニット２０等は共通バス４０を通して相互に接続されている。

応力付与ユニット２０は、第１把持部２２と、第２把持部２４と、応力付与駆動部２６とを備えている。第１把持部２２は、下方向へ開口を有する断面凹形状の把持部本体２２Ａと、把持部本体２２Ａの凹形内壁に対向して設けられた一対の部材固定部２２Ｂとを備えている。第１把持部２２は、圧電部材１２の例えば長尺方向の上方側の一端部１２Ｃの表面１２Ａとこの表面１２Ａと対向する裏面１２Ｂとを一対の部材固定部２２Ｂで挟込み、この一端部１２Ｃを把持する構成とされている。圧電部材１２の表面１２Ａと部材固定部２２Ｂとの間、裏面１２Ｂと部材固定部２２Ｂとの間には、各々、フィルム状又は板状の間隙材２２Ｃが介在されている。間隙材２２Ｃとしては、例えば少なくとも絶縁性を有するシリコンゴムシートが使用されている。

第２把持部２４は、第１把持部２２の下方向に、第１把持部２２と離間しかつ対向して配置されている。第２把持部２４は、圧電部材１２の例えば長尺方向の下方側の他端部１２Ｄの表面１２Ａと裏面１２Ｂとを一対の部材固定部２４Ｂで挟込み、この他端部１２Ｄを把持する構成とされている。圧電部材１２の表面１２Ａと部材固定部２４Ｂとの間、裏面１２Ｂと部材固定部２４Ｂとの間には、各々、間隙材２２Ｃと同様な間隙材２４Ｃが介在されている。

応力付与駆動部２６は、第１把持部２２及び第２把持部２４の少なくとも一方に接続され（本実施の形態では第２把持部２４に接続され）、一方を上下方向へ駆動して圧電部材１２に応力を付与する構成とされている。応力付与駆動部２６はここでは第２把持部２４を下方向へ移動させる構成とされており、圧電部材１２に引張応力が付与される。

応力変動検出ユニット３０は、付与された応力により圧電部材１２に生じた力変動ΔＦを検出する構成とされている。ここでは、圧電部材１２に引張応力が付与される構成とされており、この引張応力により圧電部材１２に生じた応力の付与方向の延びが応力変動ΔＦとして検出される。詳しく説明すると、応力変動検出ユニット３０では、圧電部材１２にフォースゲージ、ロードセル等のセンサが設けられている。このセンサは、起歪体としての圧力部材１２に機械的に直列に結合される歪ゲージを備えている。圧電部材１２に引張応力が付与されると、歪ゲージに抵抗変化が生じ、この抵抗変化を電気信号として検出することにより、力変動ΔＦが検出される。

表面電位検出ユニット３２は、図１及び図２（Ａ）に示されるように、プローブ３２Ａと、プローブ３２Ａに接続された表面電位検出部３２Ｂとを備えている。プローブ３２Ａは、第１把持部２２と第２把持部２４との間の上下方向中間部において、圧電部材１２の表面１２Ａに対向して配置されている。プローブ３２Ａには、図示を省略したセンサ電極、音叉及びプリアンプを備えている。センサ電極は被測定面としての表面１２Ａとの間に静電容量を発生させる。この静電容量は音叉により変化させられ、これによりセンサ電極に表面１２Ａの表面電位を交流変調した信号が誘起される。この信号はプリアンプ及び表面電位検出部３２Ｂ内の図示を省略した増幅器により増幅され、増幅された信号は同期検波を経て出力される。表面電位検出部３２Ｂは、増幅器の他に、図示を省略した同期検波器、積分器、高電圧発生器、上記音叉を駆動する発振器等を備えている。すなわち、プローブ３２Ａでは、表面１２Ａに対して非接触により表面電位の変化を測定することができる。表面電位検出部３２Ｂから出力された信号（表面電位の変化による電位変動ΔＶ）は圧電定数算出ユニット３４へ出力される。

本実施の形態では、図１に示されるように、プローブ３２Ａが配置された表面１２Ａと対向する裏面１２Ｂに固定電位１６が供給される電極１４が装着されている。この電極１４は、図２（Ｂ）に示されるように、裏面１２Ｂと平行な面形状を例えば矩形状とした薄膜電極で形成されている。電極１４には、応力Ｆの付与方向である上下方向をスリット幅Ｗｓとし、裏面１２Ｂに沿って交差する水平方向をスリット長Ｌｓとするスリット１４Ａが上下方向に一定間隔で複数本配列されている。スリット長Ｌｓは圧電部材１２の裏面１２Ｂの水平方向の幅よりも長く設定されており、電極１４及びスリット１４Ａは圧電部材１２から外側へ突出される構成とされている。スリット１４Ａのスリット幅Ｗｓは、圧電部材１２の力Ｆの付与方向への伸縮に追従して、拡大、縮小する構成とされている。同様の作用を備えていれば、スリット１４Ａの配列本数、配列パターン、形状等は限定されない。例えば、スリット１４Ａの配列本数は１本とされてもよい。また、スリット１４Ａの配列パターンは上下方向へ向かって水平方向へ互い違いに配置された千鳥配列とされてもよい。また、スリット１４Ａのスリット形状は、長方形、長円形、楕円形等のいずれの形状とされてもよい。固定電位１６はここでは接地電位（アース）とされている。

圧電定数算出ユニット３４は、図１に示されるように、共通バス４０を通して応力変動検出ユニット３０及び表面電位検出ユニット３２に接続されている。圧電定数算出ユニット３４では、応力変動検出ユニット３０から出力される圧電部材１２の力変動ΔＦ及び表面電位検出ユニット３２の表面電位検出部３２Ｂから出力される圧電部材１２の電位変動ΔＶが入力される。力変動ΔＦ及び電位変動ΔＶに基づいて、圧電定数算出ユニット３４は、圧電部材１２の圧電特性としての圧電定数ｄ_１４を算出する構成とされている。本実施の形態における圧電定数ｄ_１４の測定方法（算出方法）は後述する。

制御ユニット３６は共通バス４０に接続された応力付与ユニット２０等の各ユニットの動作制御を司る。制御ユニット３６としては、例えば動作制御に必要な情報を入力するキーボード等の入力部と、圧電定数算出ユニット３４から出力された圧電特性を図や数値で表示するモニタ等の出力部とを少なくとも備えたパーソナルコンピュータが使用される。また、本実施の形態に係る圧電特性測定装置１０では、圧電特性を用紙に印刷するプリンタ等の出力装置が必要に応じて共通バス４０に接続されてもよい。

（圧電特性測定方法）
次に、本実施の形態に係る圧電特性測定装置１０を用いた圧電特性測定方法について説明する。まず、本実施の形態に係る圧電特性測定方法では、圧電部材１２として高分子圧電材料により作製された高分子圧電フィルムが準備される。ここでは、高分子圧電フィルムとして、ヘリカルキラル高分子であるポリ乳酸（ＰＬＡ）フィルムが使用された。

ポリ乳酸フィルムは以下の製法で作製された。ポリ乳酸（ネイチャーワークス社製の４０３２Ｄ（商品名））が乾燥工程を経てポリ乳酸フィルムの原料が作製された。この原料は、押出成形機ホッパーに入れて、２２０℃〜２３０℃で加熱しながらＴダイから押出された。押出された原料を５０℃のキャストロールに０．３分間接触させて、厚さ１５０μｍの予備結晶化フィルムが作製された。予備結晶化フィルムは７０℃で加熱しながらロールツーロールにより延伸速度３ｍ／分で延伸された。この予備結晶化フィルムが３．５倍まで延伸方向へ一軸延伸されると、一軸延伸フィルムが作製された。一軸延伸フィルムの厚さは例えば４７．２μｍであった。一軸延伸フィルムは、１４５℃に加熱したロール上でロールツーロールにより１５秒間アニール処理され、その後急冷が行われた。この一連の作製工程を経てポリ乳酸フィルムが作製された。

上記製法で作製されたポリ乳酸フィルムを用いて、図３（Ａ）に示される長尺状の圧電部材１２が製作された。ここで、圧電部材１２は、力Ｆが付与される長手方向（上下方向）の実効的な長さＬを例えば７０ｍｍとし、短手方向（水平方向）の幅Ｗを例えば１０ｍｍとし、厚さＴを例えば５０μｍとして作製された。圧電部材１２の長手方向の一端部１２Ｃ及び他端部１２Ｄは応力付与ユニット２０の第１把持部２２及び第２把持部２４により把持されるので、この把持に必要とされる分、圧電部材１２の実際の長さは長く設定された。

ここで、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、圧電部材１２に力Ｆが付与されると、圧電部材１２の表面１２Ａの表面電位に変化が生じる。このときの圧電部材１２の表面電荷密度Ｑ／（Ｗ・Ｌ）は、引張応力Ｆ／（Ｗ・Ｔ）及び圧電定数ｄ_３１との関係で、次式＜１＞により表される。

Ｑは圧電部材１２の表面１２Ａに発生する電荷量［Ｃ］
Ｗは圧電部材１２の幅［ｍｍ］
Ｌは圧電部材１２の長さ［ｍｍ］
Ｔは圧電部材１２の厚さ［ｍｍ］
Ｆは圧電部材１２に付与される引張力［Ｎ］

上記電荷量Ｑは、圧電部材１２の表面１２Ａ及び裏面１２Ｂを対向電極とした静電容量Ｃ［Ｆ］及び対向電極間の電圧Ｖ［Ｖ］を用いて、次式＜２＞により表される。

また、静電容量Ｃは、真空の誘電率をε_０とし、圧電部材１２の比誘電率をε_Ｓとし、圧電部材１２の幅をＷとし、長さをＬとし、厚さをＴとして、次式＜３＞により表される。

誘電率ε_０は８．８５４×１０^−１２、ポリ乳酸の比誘電率ε_Ｓは２．７である。

上記式＜１＞、式＜２＞及び式＜３＞から、引張力Ｆの付与（応力変動）による力変動ΔＦ、対向電極間の電位変動ΔＶが生じた圧電部材１２の圧電定数ｄ_３１は、次式＜４＞により表される。

ここで、一般的に知られている「ｄ_３１＝２×ｄ_１４」の関係式より、圧電定数ｄ_１４は、次式＜５＞により表される。

すなわち、圧電特性測定装置１０では、応力変動検出ユニット３０により力変動ΔＦが検出されると共に、表面電位検出ユニット３２により電位変動ΔＶが検出されると、圧電部材１２の圧電定数ｄ_１４を算出することができる。

（圧電特性の測定結果）
図４では、本実施の形態に係る圧電特性測定方法（圧電特性測定装置１０）を用いて測定された圧電定数ｄ_１４［ｐＣ／Ｎ］と参考例１に係る測定方法（応力電荷法）で測定された圧電定数ｄ_１４［ｐＣ／Ｎ］との相関関係が示されている。圧電部材１２としては、実効的な長さＬが１００ｍｍ、幅Ｗが５０ｍｍ、厚さＴが５０μｍのポリ乳酸フィルムが使用された。延伸方向に対する採取角度を変えて圧電定数ｄ_１４を変動させた複数のポリ乳酸フィルムが作製された。同一のポリ乳酸フィルムにおいて参考例１に係る測定方法による圧電定数ｄ_１４の測定結果及び本実施の形態に係る圧電特性測定方法による圧電定数ｄ_１４の測定結果の測定値ｍ_１〜ｍ_５がプロットされた。

参考例１に係る測定方法では、ポリ乳酸フィルムの表面及び裏面の両面に表面電位の変化を測定する図示を省略した一対の電極が形成された。この一対の電極として、蒸着法を用いて成膜されたアルミニウム（Ａｌ）薄膜電極が使用された。参考例１に係る測定方法では、引張応力が付与されたポリ乳酸フィルムの表面電位の変化を一対の電極により検出し、この検出結果に基づいてポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４が算出された。

一方、本実施の形態に係る圧電特性測定方法では、図１及び図２（Ａ）に示されるように、ポリ乳酸フィルムの表面（圧電部材１２の表面１２Ａ）の表面電位の変化が、表面電位検出ユニット３２により非接触で検出された。ポリ乳酸フィルムの裏面（圧電部材１２の裏面１２Ｂ）には、図２（Ｂ）に示されるように、スリット１４Ａを有する電極１４が装着された。電極１４は銅（Ｃｕ）薄膜により形成され、電極１４は固定電位１６としての接地電位に接続された。本実施の形態に係る圧電特性測定方法では、プローブ３２Ａによる表面電位の変化の検出結果が表面電位検出部３２Ｂを通して圧電定数算出ユニット３４へ出力される。圧電定数算出ユニット３４では、表面電位検出ユニット３２から出力された検出結果としての電位変動ΔＶと、応力変動検出ユニット３０から出力された検出結果としての力変動ΔＦとに基づいてポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４が算出された。

次に、図４に示されるように、プロットされた複数の測定値ｍ_１〜ｍ_５との距離が最小となる近似直線ａ_１を引くことができる。近似直線ａ_１から一次多項式の傾きが算出された。ここでの傾きは１．５以上１．７以下であった。この傾きを補正係数ｋ１として上記式＜５＞に加えると、圧電部材１２の圧電定数ｄ_１４は、次式＜６＞により表される。

ここで、補正係数ｋ１の算出手順について、詳しく説明する。まず最初に、被測定フィルムとして、種々の圧電定数ｄ_３１或いは圧電定数ｄ_３３を有する複数のポリ乳酸フィルムがサンプルとして準備される。無電極法を用いて、複数のポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ１が測定される。

次に、複数のポリ乳酸フィルムの表裏に電極材料がコーティングされる。ここで、電極材料は、コーティング前後のポリ乳酸フィルムの縦弾性率の変化率が１％未満になる条件下において形成される。また、電極材料のコーティング前のポリ乳酸フィルムの厚さは、フィルムそのものの厚さとして測定される。電極材料のコーティング後のポリ乳酸フィルムの厚さは、フィルムの厚さに電極材料の厚さを加えて測定される。また、電極材料又はコーティング条件は以下の通りである。
（１）コーティング時の熱履歴がポリ乳酸フィルムの熱変形温度以下である。
（２）ポリ乳酸フィルムの溶解や膨潤が生じない。
（３）電極材料の縦弾性率は、引張試験機により、弾性変形範囲内において繰返し応力印加時のＳＳカーブの傾きにより導出される。

次に、応力電荷法を用いて、電極材料がコーティングされたポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ２を測定する。そして、無電極法を用いて測定された圧電定数ｄ１及び応力電荷法を用いて測定された圧電定数ｄ２が散布図にプロットされる。この散布図に基づいて、最小二乗法による相関直線の傾きを算出することにより、補正係数ｋ１が算出される。

本実施の形態に係る圧電特性測定方法では、上記式＜６＞を用いてポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４が算出される。この算出された圧電定数ｄ_１４は、参考例１に係る測定方法により測定されたポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４と対応させることができる。

（第１実施の形態の作用及び効果）
第１実施の形態に係る圧電特性測定装置１０及び圧電特性測定方法では、図１に示される応力付与ユニット２０により圧電部材１２に応力が付与され、応力変動検出ユニット３２により圧電部材１２の力変動ΔＦが検出される。一方、表面電位検出ユニット３２により力変動ΔＦによる圧電部材１２の表面電位の変化が電位変動ΔＶとして検出される。圧電定数算出ユニット３４では、検出された圧電部材１２の応力変動ΔＦと表面電位の変化である電位変動ΔＶとに基づいて、圧電部材１２の圧電特性としての圧電定数ｄ_１４が算出される。

ここで、表面電位検出ユニット３２は、図１及び図２（Ａ）に示されるように、圧電部材１２の表面電位の変化が非接触で検出される構成とされている。詳しく説明すると、表面電位検出ユニット３２はプローブ３２Ａと表面電位検出部３２Ｂとを備え、プローブ３２Ａにより非接触で表面電位の変化が検出される。このため、圧電部材１２の表面１２Ａ及び裏面１２Ｂの両面には電極１４が形成される必要がなく、圧電部材１２の裏面１２Ｂ（片面）だけに電極１４が形成されるので、圧電部材１２の圧電特性を簡単に測定することができる。加えて、圧電部材１２の裏面１２Ｂだけに電極１４が形成されるので、圧電部材１２の伸縮を阻害することが減少されて、圧電部材１２の力変動ΔＦに与える影響を減少させることができる。

従って、本実施の形態に係る圧電特性測定装置１０及び圧電特性測定方法によれば、圧電部材１２の圧電特性を簡単に測定することができ、かつ圧電特性の測定精度を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る圧電特性測定装置１０及び圧電特性測定方法では、表面電位検出ユニット３２は、図１及び図２（Ｂ）に示されるように、圧電部材１２の表面１２Ａを非接触で検出すると共に、圧電部材１２の裏面１２Ｂに固定電位１６が供給される電極１４を備えている。電極１４が装着されることにより、圧電部材１２の表面電位の検出精度を向上させることができる。ここで、電極１４に力Ｆの付与方向をスリット幅Ｗｓとするスリット１４Ａが設けられ、かつスリット１４Ａは圧電部材１２の幅方向外側に突出して設けられている。このため、圧電部材１２に付与された力Ｆに応じて電極１４のスリット幅Ｗｓを変化させることができるので、圧電部材１２の応力変動ΔＦに与える影響を減少させることができる。

更に、本実施の形態に係る圧電特性測定装置１０及び圧電特性測定方法では、式＜５＞又は式＜６＞から圧電部材１２の圧電特性として圧電定数ｄ_１４を算出することができる。

また、本実施の形態に係る圧電特性測定装置１０及び圧電特性測定方法では、図１に示される応力変動検出ユニット３０により圧電部材１２の力変動ΔＦが検出され、表面電位検出ユニット３２により圧電部材１２の電位変動ΔＶが検出される。圧電定数算出ユニット３４では、圧電部材１２の力変動ΔＦ及び電位変動ΔＶが検出されると、上記式＜５＞又は式＜６＞から圧電定数ｄ_１４を簡単に算出することができる。

更に、本実施の形態に係る圧電特性測定装置１０及び圧電特性測定方法では、補正係数ｋ１が適宜設定される。ここでは、補正係数ｋ１が１．５以上１．７以下であった。これにより、圧電定数算出ユニット３４で算出された圧電定数ｄ_１４を参考例１に係る測定方法で測定された圧電定数ｄ_１４の実測値に対応させることができる。
［第２実施の形態］
図５及び図６を用いて、本発明の第２実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法を説明する。なお、本実施の形態並びにそれ以降の実施の形態の説明において、第１実施の形態に係る圧電特性測定装置１０の構成と同様の構成には同一符号を付し、その説明は重複するので省略する。

（圧電特性測定装置の構成）
第１実施の形態に係る圧電特性測定装置１０に対して、図５に示されるように、第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０では、応力付与ユニット２０及び表面電位検出ユニット３２の構成に違いがある。この応力付与ユニット２０及び表面電位検出ユニット３２以外の構成では、第１実施の形態に係る圧電特性測定装置１０と第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０とは基本的に同一である。

詳しく説明すると、応力付与ユニット２０は、第１把持部２２に第１取付部材２２Ｄを介して圧電部材１２の一端部１２Ｃが把持されると共に、第２把持部２４に第２取付部材２４Ｄを介して圧電部材１２の他端部１２Ｄが把持される構成とされている。第１取付部材２２Ｄの下方向の一端側には、下方向に開口された凹部を有し、この凹部内に圧電部材１２の一端部１２Ｃを挟持する部材固定部２２Ｄ１が設けられている。第１取付部材２２Ｄの上方向の他端側は、板状とされており、第１把持部２２の部材固定部２２Ｂに挟込まれる被部材固定部２２Ｄ２とされている。部材固定部２２Ｂと被部材固定部２２Ｄ２との間には間隙材２２Ｃが介在されている。また、図示を省略したが、圧電部材１２の一端部１２Ｃと部材固定部２２Ｄ１との間には間隙材２２Ｃと同様の間隙材が介在されることが好ましい。

一方、第２取付部材２４Ｄの上方向の一端側には、上方向に開口された凹部を有し、この凹部内に圧電部材１２の他端部１２Ｄを挟持する部材固定部２４Ｄ１が設けられている。第２取付部材２４Ｄの下方向の他端側は、板厚方向へ突設されており、第２把持部２４の把持部本体２４Ａに断面凸状の空間として形成された部材固定部２４Ｅに嵌合される被部材固定部２４Ｄ２とされている。図示を省略したが、圧電部材１２の他端部１２Ｄと部材固定部２４Ｄ１との間には間隙材２４Ｃ（図１参照）と同様な間隙材が介在されることが好ましい。

図示を省略したが、応力付与ユニット２０には第１実施の形態における応力付与駆動部２６と同様の応力付与駆動部２６が設けられている。また、応力付与ユニット２０による応力変動は応力変動検出ユニット３０により検出される構成とされている（図１参照）。

表面電位検出ユニット３２は、第１実施の形態における表面電位検出ユニット３２と同様のプローブ３２Ａ及び表面電位検出部３２Ｂと、更にプローブ３２Ｃ及び表面電位検出部３２Ｄと、ノイズ除去部３２Ｅとを備えている。プローブ３２Ａでは圧電部材１２の表面１２Ａの表面電位の変化が非接触で検出されると共に、この検出結果は表面電位検出部３２Ｂに出力される。一方、プローブ３２Ｃは圧電部材１２の裏面１２Ｂの表面電位の変化を非接触で検出する構成とされている。プローブ３２Ｃは表面電位検出部３２Ｄに接続されており、プローブ３２Ｃの検出結果は表面電位検出部３２Ｄに出力される。圧電部材１２の表面１２Ａ側に配置されるプローブ３２Ａに対して、プローブ３２Ｃは例えば上下方向にずれた位置において裏面１２Ｂ側に配置されている。表面電位検出ユニット３２では、プローブ３２Ａ、プローブ３２Ｃのそれぞれの表面電位と圧電部材１２の表面電位との偏差をゼロとするフィードバック制御がなされている。このため、プローブ３２Ａとプローブ３２Ｃとが対向配置され、互いに近づき過ぎると、プローブ３２Ａ、プローブ３２Ｃのそれぞれ変動する表面電位が圧電部材１２の表面電位と干渉する。つまり、圧電部材１２の表面電位が安定しないので、圧電部材１２の表面電位を安定かつ正確に測定することが難しい。本実施の形態では、プローブ３２Ａ及びプローブ３２Ｃは、上下方向へ約２０ｍｍずらして配置されている。なお、ずらし方向は水平方向であっても、又は斜め方向であっても構わない。

表面電位検出部３２Ｂ及び表面電位検出部３２Ｄの出力はノイズ除去部３２Ｅを通して圧電定数算出ユニット３４に出力される。ノイズ除去部３２Ｅでは、表面電位検出部３２Ｂから出力される電位変動＋ΔＶ／２と表面電位検出部３２Ｄから出力される電位変動−ΔＶ／２との同相ノイズが除去され、電位変動ΔＶが出力される。ノイズ除去部３２Ｅは例えばコンパレータにより構成されている。

更に、本実施の形態に係る圧電特性測定装置５０では、圧電部材１２の表面電位の変化が検出される領域を少なくとも覆う遮蔽部５２が設けられている。遮蔽部５２は、圧電部材１２の表面１２Ａ側を覆い、表面１２Ａ側が開口された有底箱状の第１遮蔽部５２Ａと、裏面１２Ｂ側を覆い、裏面１２Ｂ側が開口された有底箱状の第２遮蔽部５２Ｂとを備えている。第１遮蔽部５２Ａは、例えば金属板を加工して作製されており、第１遮蔽部５２Ａの外側からの静電気を遮蔽する構成とされている。第１遮蔽部５２Ａは、上下方向の中央部にプローブ３２Ａを取付ける取付部材としても使用されている。第２遮蔽部５２Ｂは、第１遮蔽部５２Ａと同様の材料により作製されており、第２遮蔽部５２Ｂの外側からの静電気を遮蔽する構成とされている。第１遮蔽部５２Ａと同様に、第２遮蔽部５２Ｂはプローブ３２Ｃを取付ける取付部材としても使用されている。なお、第１遮蔽部５２Ａ及び第２遮蔽部５２Ｂとしては、金属材料に限定されるものではなく、樹脂材料や樹脂材料と金属材料との複合材料により作製してもよい。

（圧電特性の測定結果）
本実施の形態に係る圧電特性測定装置５０では、第１実施の形態に係る圧電特性測定装置１０を用いた圧電特性測定方法と同様の圧電特性測定方法を用いて、圧電部材１２の圧電特性としての圧電定数ｄ_１４が測定された。

図６では、本実施の形態に係る圧電特性測定方法（圧電特性測定装置５０）を用いて測定された圧電定数ｄ_１４［ｐＣ／Ｎ］と参考例２に係る測定方法（応力電荷法）で測定された圧電定数ｄ_１４［ｐＣ／Ｎ］との相関関係が示されている。圧電部材１２としては、第１実施の形態と同様のポリ乳酸フィルムが使用された。延伸方向に対する採取角度を変えて圧電定数ｄ_１４を変動させた複数のポリ乳酸フィルムが作製された。同一ポリ乳酸フィルムにおいて参考例２に係る測定方法による圧電定数ｄ_１４の測定結果及び本実施の形態に係る圧電特性測定方法による圧電定数ｄ_１４の測定結果の測定値ｍ_２１〜ｍ_２８がプロットされた。

参考例２に係る測定方法では、ポリ乳酸フィルムの表面及び裏面の両面に表面電位の変化を測定する図示を省略した一対の電極が形成された。この一対の電極として、導電性ポリマー電極が使用された。詳しく説明すると、導電性ポリマーとしては、ポリチオフェン系導電性ポリマー（ナガセケムテックス社製 デナトロン（商標））が使用され、この導電性ポリマーを、コロナ処理されたフィルム両面にディップコートした後、常温で乾燥させて一対の電極が作製された。参考例２に係る測定方法では、引張応力が付与されたポリ乳酸フィルムの表面電位の変化を一対の電極により検出し、この検出結果に基づいてポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４が算出された。

一方、本実施の形態に係る圧電特性測定方法では、図５に示されるように、ポリ乳酸フィルムの表面（圧電部材１２の表面１２Ａ）の表面電位の変化が、表面電位検出ユニット３２のプローブ３２Ａにより非接触で検出された。また、ポリ乳酸フィルムの裏面（圧電部材１２の裏面１２Ｂ）の表面電位の変化が、表面電位検出ユニット３２のプローブ３２Ｃにより非接触で検出された。表面電位の変化の検出に際して、ポリ乳酸フィルムの表面が遮蔽部５２の第１遮蔽部５２Ａにより覆われると共に裏面が第２遮蔽部５２Ｂにより覆われ、検出の領域が静電気から遮蔽された。本実施の形態に係る圧電特性測定方法では、プローブ３２Ａの検出結果が表面電位検出部３２Ｂを通してノイズ除去部３２Ｅへ、プローブ３２Ｃの検出結果が表面電位検出部３２Ｄを通してノイズ除去部３２Ｅへそれぞれ出力され、同相ノイズが除去された検出結果がノイズ除去部３２Ｅから圧電定数算出ユニット３４へ出力される。圧電定数算出ユニット３４では、ノイズ除去部３２Ｅから出力された検出結果としての電位変動ΔＶと、図示を省略した応力変動検出ユニット３０（図１参照）から出力された検出結果としての力変動ΔＦとに基づいてポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４が算出された。

ここで、図６に示されるように、プロットされた複数の測定値ｍ_２１〜ｍ_２８との距離が最小となる近似直線ａ_２を引くことができる。この近似直線ａ_２から一次多項式の傾きが算出された。ここでの傾きは１．９以上２．１以下であった。この傾きを補正係数ｋ１として上記式＜５＞に加えると、圧電部材１２の圧電定数ｄ_１４は、上記式＜６＞により表される。すなわち、本実施の形態に係る圧電特性測定方法では、上記式＜６＞を用いてポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４を算出することにより、この算出された圧電定数ｄ_１４は、参考例１に係る測定方法により測定されたポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４と対応させることができる。

（第２実施の形態の作用及び効果）
第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０及び圧電特性測定方法では、図５に示される応力付与ユニット２０により圧電部材１２に応力が付与され、応力変動検出ユニット３０（図１参照）により圧電部材１２の力変動ΔＦが検出される。一方、表面電位検出ユニット３２により力変動ΔＦによる圧電部材１２の表面電位の変化が電位変動ΔＶとして検出される。圧電定数算出ユニット３４では、検出された圧電部材１２の応力変動ΔＦと表面電位の変化である電位変動ΔＶとに基づいて、圧電部材１２の圧電特性としての圧電定数ｄ_１４が算出される。

ここで、表面電位検出ユニット３２は、図５に示されるように、圧電部材１２の表面電位の変化が非接触で検出される構成とされている。詳しく説明すると、表面電位検出ユニット３２はプローブ３２Ａ及びプローブ３２Ｃと表面電位検出部３２Ｂ及び表面電位検出部３２Ｄとを備え、プローブ３２Ａ及びプローブ３２Ｃにより非接触で表面電位の変化が検出される。このため、圧電部材１２の表面１２Ａ及び裏面１２Ｂの両面には電極（図１及び図２（Ｂ）に示される電極１４）が形成されないので、圧電部材１２の圧電特性をより一層簡単に測定することができる。加えて、圧電部材１２の両面に電極が形成されないので、圧電部材１２の力変動ΔＦに与える影響をより一層減少させることができる。

従って、本実施の形態に係る圧電特性測定装置５０及び圧電特性測定方法によれば、圧電部材１２の圧電特性をより一層簡単に測定することができ、かつ圧電特性の測定精度をより一層向上させることができる。

また、本実施の形態に係る圧電特性測定装置５０及び圧電特性測定方法では、図５に示される遮蔽部５２により、圧電部材１２の表面電位の変化が検出される領域が覆われ、静電気が遮蔽されている。このため、表面電位検出ユニット３２による圧電部材１２の表面電位の検出精度を更に向上させることができる。

更に、本実施の形態に係る圧電特性測定装置５０及び圧電特性測定方法では、式＜５＞又は式＜６＞から圧電部材１２の圧電特性として圧電定数ｄ_１４を算出することができる。

また、本実施の形態に係る圧電特性測定装置５０及び圧電特性測定方法では、応力変動検出ユニット３０（図１参照）により圧電部材１２の力変動ΔＦが検出され、図５に示される表面電位検出ユニット３２により圧電部材１２の電位変動ΔＶが検出される。圧電定数算出ユニット３４では、圧電部材１２の力変動ΔＦ及び電位変動ΔＶが検出されると、上記式＜５＞又は式＜６＞から圧電部材１２の圧電定数ｄ_１４を簡単に算出することができる。

更に、本実施の形態に係る圧電特性測定装置５０及び圧電特性測定方法では、補正係数ｋ１が適宜設定される。ここでは、補正係数ｋ１が１．９以上２．１以下に設定される。これにより、圧電定数算出ユニット３４で算出された圧電定数ｄ_１４を参考例２に係る測定方法で測定された圧電定数ｄ_１４の実測値に対応させることができる。
［第３実施の形態］
図７及び図８を用いて、本発明の第３実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法を説明する。本実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法は、第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０及び圧電特性測定方法の変形例である。

（圧電特性測定装置の構成）
第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０に対して、図７に示されるように、第３実施の形態に係る圧電特性測定装置６０では、表面電位検出ユニット３２の構成に違いがある。この表面電位検出ユニット３２以外の構成では、第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０と第３実施の形態に係る圧電特性測定装置６０とは基本的に同一である。

詳しく説明すると、表面電位検出ユニット３２は、第１実施の形態及び第２実施の形態における表面電位検出ユニット３２と同様のプローブ３２Ａ及び表面電位検出部３２Ｂを備えている。プローブ３２Ａは、圧電部材１２の表面１２Ａの表面電位の変化が非接触で検出される構成とされ、表面１２Ａ側を覆う遮蔽部５２の第１遮蔽部５２Ａに取付けられている。プローブ３２Ａの検出結果は表面電位検出部３２Ｂに出力される。

一方、圧電部材１２の裏面１２Ｂ側には、第２実施の形態における第２遮蔽部５２Ｂと同様の第２遮蔽部５２Ｂが設けられているが、図５に示されるプローブ３２Ｃ及び表面電位検出部３２Ｄは設けられていない。すなわち、本実施の形態に係る圧電特性測定装置６０では、圧電部材１２の表面１２Ａの片面での表面電位の変化が非接触で検出される構成とされている。第２遮蔽部５２Ｂは固定電位１６に接続されている。なお、第１遮蔽部５２Ａにも固定電位１６が接続されてもよい。

（圧電特性の測定結果）
本実施の形態に係る圧電特性測定装置６０では、第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０を用いた圧電特性測定方法と同様の圧電特性測定方法を用いて、圧電部材１２の圧電特性としての圧電定数ｄ_１４が測定された。

図８では、本実施の形態に係る圧電特性測定方法（圧電特性測定装置６０）を用いて測定された圧電定数ｄ_１４［ｐＣ／Ｎ］と参考例２に係る測定方法（応力電荷法）で測定された圧電定数ｄ_１４［ｐＣ／Ｎ］との相関関係が示されている。圧電部材１２としては、第２実施の形態と同様のポリ乳酸フィルムが使用された。延伸方向に対する採取角度を変えて圧電定数ｄ_１４を変動させた複数のポリ乳酸フィルムが作製された。同一ポリ乳酸フィルムにおいて参考例２に係る測定方法による圧電定数ｄ_１４の測定結果及び本実施の形態に係る圧電特性測定方法による圧電定数ｄ_１４の測定結果の測定値ｍ_３１〜ｍ_３７がプロットされた。

第２実施の形態で説明した参考例２に係る測定方法と同様の測定方法により、ポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４が算出された。

一方、本実施の形態に係る圧電特性測定方法では、図７に示されるように、ポリ乳酸フィルムの表面（圧電部材１２の表面１２Ａ）の表面電位の変化が、表面電位検出ユニット３２のプローブ３２Ａにより非接触で検出された。表面電位の変化の検出に際して、ポリ乳酸フィルムの表面が遮蔽部５２の第１遮蔽部５２Ａにより覆われ、検出の領域が静電気から遮蔽された。また、ポリ乳酸フィルムの裏面（圧電部材１２の裏面１２Ｂ）が第２遮蔽部５２Ｂにより覆われると共に、第２遮蔽部５２Ｂは固定電位１６に接続された。本実施の形態に係る圧電特性測定方法では、プローブ３２Ａの検出結果が表面電位検出部３２Ｂを通して圧電定数算出ユニット３４へ出力される。圧電定数算出ユニット３４では、表面電位検出ユニット３２から出力された電位変動ΔＶと、図示を省略した応力変動検出ユニット３０（図１参照）から出力された検出結果としての力変動ΔＦとに基づいてポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４が算出された。

ここで、図８に示されるように、プロットされた複数の測定値ｍ_３１〜ｍ_３７との距離が最小となる近似直線ａ_３を引くことができる。この近似直線ａ_３から一次多項式の傾きが算出された。ここでの傾きは２．３以上２．５以下であった。この傾きを補正係数ｋ１として上記式＜５＞に加えると、圧電部材１２の圧電定数ｄ_１４は、上記式＜６＞により表される。すなわち、本実施の形態に係る圧電特性測定方法では、上記式＜６＞を用いてポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４を算出することにより、この算出された圧電定数ｄ_１４は、参考例２に係る測定方法により測定されたポリ乳酸フィルムの圧電定数ｄ_１４と対応させることができる。

また、図９に示されるように、本実施の形態における圧電特性の測定結果と前述の第２実施の形態における圧電特性の測定結果とを比較した。本実施の形態に係る圧電特性測定方法は、第２実施の形態に係る圧電特性測定方法に対して補正係数ｋ１が若干高くなるものの、第２実施の形態に係る圧電特性測定方法と同様に参考例２に係る測定方法で測定された圧電定数ｄ_１４の実測値に対応させることができる。ここで、第１実施の形態における補正係数ｋ１は１．５以上１．７以下、第２実施の形態における補正係数ｋ１は１．９以上２．１以下、そして本実施の形態における補正係数ｋ１は２．３以上２．５以下である。このため、複数の実施の形態を通じて、補正係数ｋ１は１．５以上２．５以下の範囲内とされることが好ましい。

（第３実施の形態の作用及び効果）
第３実施の形態に係る圧電特性測定装置６０及び圧電特性測定方法では、図７に示される応力付与ユニット２０により圧電部材１２に応力が付与され、応力変動検出ユニット３０（図１参照）により圧電部材１２の力変動ΔＦが検出される。一方、表面電位検出ユニット３２により力変動ΔＦによる圧電部材１２の表面電位の変化が電位変動ΔＶとして検出される。圧電定数算出ユニット３４では、検出された圧電部材１２の応力変動ΔＶと表面電位の変化である電位変動ΔＶとに基づいて、圧電部材１２の圧電特性としての圧電定数ｄ_１４が算出される。

ここで、表面電位検出ユニット３２は、図７に示されるように、圧電部材１２の表面電位の変化が非接触で検出される構成とされている。詳しく説明すると、表面電位検出ユニット３２はプローブ３２Ａと表面電位検出部３２Ｂとを備え、プローブ３２Ａにより圧電部材１２の表面１２Ａの表面電位の変化が非接触で検出される。このため、圧電部材１２の表面１２Ａ及び裏面１２Ｂの両面には電極（図１及び図２（Ｂ）に示される電極１４）が形成されないので、圧電部材１２の圧電特性を簡単に測定することができる。加えて、圧電部材１２の両面に電極が形成されていないので、圧電部材１２の力変動ΔＦに与える影響を減少させることができる。

従って、本実施の形態に係る圧電特性測定装置６０及び圧電特性測定方法によれば、圧電部材１２の圧電特性をより一層簡単に測定することができ、かつ圧電特性の測定精度をより一層向上させることができる。

また、本実施の形態に係る圧電特性測定装置６０及び圧電特性測定方法では、図７に示される遮蔽部５２により、圧電部材１２の表面電位の変化が検出される領域が覆われ、静電気が遮蔽されている。このため、表面電位検出ユニット３２による圧電部材１２の表面電位の検出精度を更に向上させることができる。

更に、本実施の形態に係る圧電特性測定装置６０及び圧電特性測定方法では、図７に示されるように、遮蔽部５２の第２遮蔽部５２Ｂが固定電位１６に接続されているので、圧電部材１２の表面電位の検出精度を向上することができる。

また、本実施の形態に係る圧電特性測定装置６０及び圧電特性測定方法では、式＜５＞又は式＜６＞から圧電部材１２の圧電特性として圧電定数ｄ_１４を算出することができる。

更に、本実施の形態に係る圧電特性測定装置６０及び圧電特性測定方法では、応力変動検出ユニット３０（図１参照）により圧電部材１２の力変動ΔＦが検出され、図７に示される表面電位検出ユニット３２により圧電部材１２の電位変動ΔＶが検出される。圧電定数算出ユニット３４では、圧電部材１２の力変動ΔＦ及び電位変動ΔＶが検出されると、上記式＜５＞又は式＜６＞から圧電部材１２の圧電定数ｄ_１４を簡単に算出することができる。

また、本実施の形態に係る圧電特性測定装置６０及び圧電特性測定方法では、補正係数ｋ１が適宜設定される。ここでは、補正係数ｋ１が２．３以上２．５以下に設定される。これにより、圧電定数算出ユニット３４で算出された圧電定数ｄ_１４を参考例２に係る測定方法で測定された圧電定数ｄ_１４の実測値に対応させることができる。
［第４実施の形態］
図１０を用いて、本発明の第４実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法を説明する。本実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法は、第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０及び圧電特性測定方法の変形例である。

（圧電特性測定装置の構成）
第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０に対して、図１０に示されるように、第４実施の形態に係る圧電特性測定装置７０では、遮蔽部５２の構成に違いがある。この遮蔽部５２以外の構成では、第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０と第４実施の形態に係る圧電特性測定装置７０とは基本的に同一である。

詳しく説明すると、図５に示される遮蔽部５２は第１遮蔽部５２Ａと第２遮蔽部５２Ｂとで構成されていたが、本実施の形態における遮蔽部５２は圧電部材１２の表面１２Ａ側及び裏面１２Ｂ側の全体を覆う中空箱状とされている。遮蔽部５２は、外部からの静電気を遮蔽すると共に、表面電位検出ユニット３２のプローブ３２Ａ及びプローブ３２Ｃの取付けにも使用されている。

そして、遮蔽部５２には内部の静電気を取除く除電ユニット（イオナイザ）７２が接続されている。除電ユニット７２はリレー７４を介してＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）７６に接続されており、ＰＬＣ７６により除電ユニット７２の動作が制御される。なお、ＰＬＣ７６は共通バス４０を通して制御ユニット３６に接続されており、制御ユニット３６によりＰＬＣ７６の動作が制御される。

また、本実施の形態では、応力付与ユニット２０として引張試験機が利用されている。引張試験機が応力付与ユニット２０として利用されることにより、本実施の形態に係る圧電特性測定装置７０が簡単に構築することができ、この圧電特性測定装置７０を用いて圧電部材１２の圧電特性を簡単に測定することができる。

（第４実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る圧電特性測定装置７０及び圧電特性測定方法では、前述の第２実施の形態に係る圧電特性測定装置５０及び圧電特性測定方法により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施の形態に係る圧電特性測定装置７０及び圧電特性測定方法では、除電ユニット７２が設けられているので、圧電部材１２の表面電位の変化が検出される際に静電気の影響を減少させることができる。従って、圧電部材１２の圧電特性の測定精度をより一層向上させることができる。
［第５実施の形態］
図１１を用いて、本発明の第５実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法を説明する。本実施の形態に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法は、第３実施の形態に係る圧電特性測定装置６０及び圧電特性測定方法と第４実施の形態に係る圧電特性測定装置７０及び圧電特性測定方法とを組合わせた変形例である。

（圧電特性測定装置の構成）
第３実施の形態に係る圧電特性測定装置６０に対して、図１１に示されるように、第５実施の形態に係る圧電特性測定装置８０では、遮蔽部５２の構成に違いがある。この遮蔽部５２以外の構成では、第３実施の形態に係る圧電特性測定装置６０と第５実施の形態に係る圧電特性測定装置８０とは基本的に同一である。

詳しく説明すると、本実施の形態に係る圧電特性測定装置８０は、第４実施の形態に係る圧電特性測定装置７０の遮蔽部５２と同様の中空箱状の遮蔽部５２が設けられている。遮蔽部５２は、外部からの静電気を遮蔽すると共に、表面電位検出ユニット３２のプローブ３２Ａの取付けにも使用されている。そして、遮蔽部５２には除電ユニット７２が接続されている。除電ユニット７２はリレー７４を介してＰＬＣ７６に接続されている。

（第５実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る圧電特性測定装置８０及び圧電特性測定方法では、前述の第３実施の形態に係る圧電特性測定装置６０及び圧電特性測定方法により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施の形態に係る圧電特性測定装置８０及び圧電特性測定方法では、除電ユニット７２が設けられているので、圧電部材１２の表面電位の変化が検出される際に静電気の影響を減少させることができる。従って、圧電部材１２の圧電特性の測定精度をより一層向上させることができる。

［上記実施の形態の補足説明］
本発明は、上記複数の実施の形態に限定されものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、圧電材料としてポリ乳酸が使用されているが、本発明では、圧電材料がポリ乳酸に限定されない。例えば、圧電材料には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰＶＤＦ（ポリ弗化ビニリデン）、ＮＩＬＯＮ（ナイロン）、Ｐｏｌｙｕｒｅａ（ポリ尿素）、Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡｃ）（シアン化ビニリデン酢酸ビニル共重合体）、ＰＬＡ”Ｃｅｌｌｕａｒ ＰＰ ｅｌｅｃｔｒｅｔ”（ポリ乳酸”多孔性ポリプロピレンエレクレット”）等が使用可能である。

また、本発明は、フィルム状の圧電部材に限定されない。例えば、板状、ブロック状、丸棒状、角棒状等の形状を有する圧電部材の圧電特性を測定する際にも、本発明に係る圧電特性測定装置及び圧電特性測定方法が使用可能である。

更に、上記実施の形態では、圧電部材に付与される応力が引張応力とされていたが、本発明は、例えば圧電部材に圧縮応力、曲げ応力、剪断応力等を付与して圧電特性を測定してもよい。

１０、５０、６０、７０、８０ 圧電特性測定装置
１２ 圧電部材
１２Ａ 表面
１２Ｂ 裏面
１４ 電極
１４Ａ スリット
１６ 固定電位
２０ 応力付与ユニット
２２ 第１把持部
２４ 第２把持部
２６ 応力付与駆動部
３０ 応力変動検出ユニット
３２ 表面電位検出ユニット
３２Ａ、３２Ｃ プローブ
３２Ｂ、３２Ｄ 表面電位検出部
３４ 圧電定数算出ユニット
３６ 制御ユニット
５２ 遮蔽部
５２Ａ 第１遮蔽部
５２Ｂ 第２遮蔽部
７２ 除電ユニット

Claims (11)

1. 圧電部材に応力を付与する応力付与ユニットと、
   当該応力付与ユニットによる応力が付与された前記圧電部材の応力変動を検出する応力変動検出ユニットと、
   前記応力変動による前記圧電部材の表面電位の変化を非接触で検出する表面電位検出ユニットと、
   前記応力変動と前記表面電位の変化とに基づいて前記圧電部材の圧電定数を算出する圧電定数算出ユニットと、
   を備えた圧電特性測定装置。
2. 前記表面電位検出ユニットは、前記圧電部材の対向する表面の各々の表面電位の変化を非接触で検出する請求項１に記載の圧電特性測定装置。
3. 前記表面電位検出ユニットにより前記圧電部材の表面電位の変化が検出される領域を覆い、静電気を遮蔽する遮蔽部が設けられている請求項１又は請求項２に記載の圧電特性測定装置。
4. 前記表面電位検出ユニットは、表面電位の変化が非接触で検出される前記圧電部材の表面と対向する裏面に装着可能とされ、前記応力の付与方向をスリット幅とするスリットが設けられると共に、固定電位が供給される電極を備えている請求項１又は請求項３に記載の圧電特性測定装置。
5. 前記圧電定数算出ユニットは、前記圧電部材の圧電定数ｄ_１４を算出する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の圧電特性測定装置。
6. 前記圧電定数算出ユニットは、真空の誘電率をε_０とし、前記圧電部材の比誘電率をε_Ｓとし、前記表面電位の変化が検出されかつ応力の付与方向と直交する方向における前記圧電部材の表面の幅をＷとし、前記表面電位の変化による電位変動をΔＶとし、前記応力変動による力変動をΔＦとし、補正係数をｋ１として、前記圧電定数ｄ_１４を下記式により算出する請求項５に記載の圧電特性測定装置。
   
7. 前記補正係数ｋ１は、１．５以上２．５以下に設定されている請求項６に記載の圧電特性測定装置。
8. 圧電部材に応力を付与し、
   当該圧電部材の応力変動を検出し、
   当該応力変動による前記圧電部材の表面電位の変化を非接触で検出し、
   前記応力変動と前記表面電位の変化とに基づいて前記圧電部材の圧電定数を算出する圧電特性測定方法。
9. 前記表面電位の変化の検出は、前記圧電部材の対向する表面の各々の表面電位の変化が非接触で検出されることである請求項８に記載の圧電特性測定方法。
10. 前記表面電位の変化の検出は、前記圧電部材の表面電位が検出される領域を覆い、静電気を遮蔽して前記表面電位の変化が検出されることである請求項８又は請求項９に記載の圧電特性測定方法。
11. 前記表面電位の変化の検出は、前記表面電位の変化が非接触で検出される前記圧電部材の表面と対向する裏面に、応力の付与方向をスリット幅とするスリットが設けられると共に、固定電位が供給される電極を装着して前記表面電位の変化が検出されることである請求項８又は請求項１０に記載の圧電特性測定方法。