JPWO2012153739A1 - Probe and measuring apparatus having the probe - Google Patents
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Abstract
振動子1は、保持部材3と最小の接触面積で接触し、保持部材3によって保持される。チップ2は、振動子1の一方端に接着される。保持部材3は、支持部材7によって支持され、磁石8は、支持部材7に接着される。アンテナ4〜6は、保持部材3の外周に巻かれる。樹脂部材9は、保持部材3、アンテナ4〜6、支持部材7および磁石8を覆う。そして、保持部材3、アンテナ4〜6、支持部材7、磁石8および支持部材9は、振動子1の一方端がケース11の開口部111から外部へ突出するように配置され、振動子1の長さ方向に一体的に移動可能である。天板12は、ケース11に接着される。磁石13は、磁石3と同じ極性を有し、ケース内14において天板12に接して配置される。The vibrator 1 is in contact with the holding member 3 with a minimum contact area and is held by the holding member 3. The chip 2 is bonded to one end of the vibrator 1. The holding member 3 is supported by the support member 7, and the magnet 8 is bonded to the support member 7. The antennas 4 to 6 are wound around the outer periphery of the holding member 3. The resin member 9 covers the holding member 3, the antennas 4 to 6, the support member 7, and the magnet 8. The holding member 3, the antennas 4 to 6, the support member 7, the magnet 8, and the support member 9 are arranged so that one end of the vibrator 1 protrudes from the opening 111 of the case 11 to the outside. It can move integrally in the length direction. The top plate 12 is bonded to the case 11. The magnet 13 has the same polarity as the magnet 3 and is disposed in contact with the top plate 12 in the case 14.
Description
この発明は、プローブおよびそれを備えた測定装置に関するものである。 The present invention relates to a probe and a measuring apparatus including the probe.
従来、振動子をバネによって天板に固定して試料の弾性定数を測定する弾性定数測定装置が知られている(特許文献1)。 Conventionally, an elastic constant measuring apparatus that measures an elastic constant of a sample by fixing a vibrator to a top plate with a spring is known (Patent Document 1).
この弾性定数測定装置においては、ボールベアリングが振動子の天板側と反対側の端部に固定されている。また、振動子を収納するケースの周囲には、ソレノイドコイルが巻かれており、ソレノイドコイルによって、振動子を振動させるための電場を振動子に印加する構造になっている。
しかし、従来の弾性定数測定装置においては、振動子がバネによって天板に固定されているために、振動子の安定した振動を確保することが困難であるという問題がある。 However, the conventional elastic constant measuring device has a problem that it is difficult to ensure stable vibration of the vibrator because the vibrator is fixed to the top plate by a spring.
また、従来の弾性定数測定装置においては、振動子が試料に接触するときのバイアス力を重力によって試料に印加する構成になっているので、重力の方向と異なる方向からバイアス力を試料に印加する場合には、弾性定数を正確に測定することが困難であるという問題がある。 In addition, since the conventional elastic constant measuring apparatus is configured to apply a bias force to the sample by gravity when the vibrator contacts the sample, the bias force is applied to the sample from a direction different from the direction of gravity. In some cases, it is difficult to accurately measure the elastic constant.
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、振動子の安定した振動を確保し、バイアス力を任意の方向から試料に印加して弾性定数を測定可能なプローブを提供することである。 Therefore, the present invention has been made to solve such problems, and its purpose is to ensure stable vibration of the vibrator and to measure the elastic constant by applying a bias force to the sample from any direction. Is to provide a simple probe.
また、この発明の別の目的は、振動子の安定した振動を確保し、バイアス力を任意の方向から試料に印加して弾性定数を測定可能なプローブを備えた測定装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a measuring apparatus provided with a probe capable of ensuring stable vibration of a vibrator and measuring an elastic constant by applying a bias force to a sample from an arbitrary direction. .
この発明の実施の形態によれば、プローブは、振動子と、チップと、保持具と、第1および第2の磁石と、第1から第3のアンテナとを備える。振動子は、棒状形状を有し、圧電体からなる。チップは、被測定物側における振動子の一方端に接着され、被測定物よりも硬度が大きい。保持具は、振動子の周方向において最小の接触面積で振動子と接触し、振動子の振動の節部に相当する振動子の一部分を保持する。第1の磁石は、振動子の他方端側に配置され、保持具を支持する支持部材に接着される。第2の磁石は、振動子の長さ方向において第1の磁石と所望の距離を隔てて配置され、第1の磁石と同じ極性を有する。第1のアンテナは、接地電位に接続される。第2のアンテナは、振動子の振動を励起するための励起電圧を第1のアンテナと協働して振動子に印加する。第3のアンテナは、励起電圧が振動子に印加されたことに起因して振動子に発生した電場を第1のアンテナと協働して電圧として受信する。そして、第1から第3のアンテナは、振動子の一部分の近傍に配置されており、チップは、振動子から被測定物へ向かう方向に突出した円弧状の形状を有する。 According to the embodiment of the present invention, the probe includes a vibrator, a chip, a holder, first and second magnets, and first to third antennas. The vibrator has a rod-like shape and is made of a piezoelectric body. The chip is bonded to one end of the vibrator on the measured object side and has a hardness higher than that of the measured object. The holder contacts the vibrator with a minimum contact area in the circumferential direction of the vibrator, and holds a part of the vibrator corresponding to a vibration node of the vibrator. The first magnet is disposed on the other end side of the vibrator and is bonded to a support member that supports the holder. The second magnet is disposed at a desired distance from the first magnet in the length direction of the vibrator, and has the same polarity as the first magnet. The first antenna is connected to the ground potential. The second antenna applies an excitation voltage for exciting the vibration of the vibrator to the vibrator in cooperation with the first antenna. The third antenna receives an electric field generated in the vibrator due to the excitation voltage being applied to the vibrator as a voltage in cooperation with the first antenna. The first to third antennas are arranged in the vicinity of a part of the vibrator, and the chip has an arc shape protruding in the direction from the vibrator toward the object to be measured.
また、この発明の実施の形態による測定装置は、プローブと、電圧源と、検出器とを備える。プローブは、請求項1に記載のプローブからなる。電圧源は、励起電圧を第2のアンテナへ出力する。検出器は、第3のアンテナによって受信された受信電圧に基づいて振動子の共振周波数を検出し、その検出した共振周波数に基づいて被測定物のヤング率を算出する。
The measuring apparatus according to the embodiment of the present invention includes a probe, a voltage source, and a detector. A probe consists of the probe of
更に、この発明の実施の形態による測定装置は、プローブと、電圧源と、検出器とを備える。プローブは、請求項1に記載のプローブからなる。電圧源は、励起電圧を第2のアンテナへ出力する。検出器は、第3のアンテナによって受信された受信電圧に基づいて振動子の共振周波数を有するピークの半値幅を検出し、または第3のアンテナによって受信された受信電圧に基づいて振動子が減衰するときの減衰定数を検出する。
Furthermore, the measuring apparatus according to the embodiment of the present invention includes a probe, a voltage source, and a detector. A probe consists of the probe of
更に、この発明の実施の形態による測定装置は、プローブと、電圧源と、判定器とを備える。プローブは、請求項1に記載のプローブからなる。電圧源は、振動子の共振周波数をn(nは2以上の整数)倍した周波数、または振動子の共振周波数を1/n倍した周波数を有する電圧を励起電圧として第2のアンテナへ出力する。判定器は、第3のアンテナによって受信された受信電圧に基づいて振動子の共振周波数が検出されたか否かを判定する。
Furthermore, the measuring apparatus according to the embodiment of the present invention includes a probe, a voltage source, and a determination device. A probe consists of the probe of
この発明の実施の形態によるプローブにおいては、振動子は、振動子の振動の節部に相当する位置において最小の接触面積で保持具によって保持される。また、振動子は、同じ極性を有する第1および第2の磁石が発生する斥力によって被測定物にバイアス力を印加する。その結果、振動子は、自由に振動するとともに、被測定物が鉛直方向に対して任意の角度を成すように配置されていても、被測定物に印加されるバイアス力は、一定になる。 In the probe according to the embodiment of the present invention, the vibrator is held by the holder with a minimum contact area at a position corresponding to the vibration node of the vibrator. The vibrator applies a bias force to the object to be measured by the repulsive force generated by the first and second magnets having the same polarity. As a result, the vibrator vibrates freely, and the bias force applied to the object to be measured is constant even if the object to be measured is arranged at an arbitrary angle with respect to the vertical direction.
従って、振動子の安定した振動を確保できるとともに、バイアス力を任意の方向から被測定物に印加して弾性定数を測定できる。 Accordingly, stable vibration of the vibrator can be secured, and the elastic constant can be measured by applying a bias force to the object to be measured from an arbitrary direction.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態によるプローブの構成を示す断面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態によるプローブ10は、振動子1と、チップ2と、保持部材3と、アンテナ4〜6と、支持部材7と、磁石8,13と、樹脂部材9と、ケース11,14と、天板12とを備える。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a probe according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
振動子1は、四角柱の形状を有し、例えば、ランガサイト(La3Ga5SiO14)の単結晶、または水晶からなる。即ち、振動子1は、圧電体からなる。そして、振動子1は、保持部材3によって保持され、その一方端がケース11の開口部111を介して外部へ突出し、その他方端側が支持部材7内の空間7Aに配置されている。この場合、振動子1の一方端は、例えば、ケース11の底面11Aから5mm程度、外部へ突出している。The
また、振動子1は、2.0mm×2.0mm×20.0mmのサイズを有する。更に、振動子1がランガサイトからなる場合、ランガサイトの[100]の方向が振動子1の長手方向になる。
The
チップ2は、例えば、タングステンカーバイトからなり、振動子1の一方端に接着剤によって接着される。そして、チップ2は、被測定物よりも硬度が大きい。
The
保持部材3は、略円形の平面形状を有し、後述する方法によって、振動子1の長さ方向において振動子1の略中央部を保持する。この振動子1の略中央部は、振動の基本モードの節が存在する位置である。従って、保持部材3は、振動子1の振動の節部に相当する振動子1の一部分を保持する。
The holding
アンテナ4は、一方端側が保持部材3の周囲に巻回されるとともに、樹脂部材9およびケース11,14を介して外部へ引き出され、他方端が接地電位に接続される。
The
アンテナ5は、一方端側が振動子1の長さ方向におけるアンテナ4の一方側に配置されるとともに保持部材3の周囲に巻回される。そして、アンテナ5は、樹脂部材9およびケース11,14を介して外部へ引き出される。
The
アンテナ6は、一方端側が振動子1の長さ方向におけるアンテナ4の他方側に配置されるとともに保持部材3の周囲に巻回される。そして、アンテナ6は、樹脂部材9およびケース11,14を介して外部へ引き出される。
The
なお、アンテナ4〜6の各々は、例えば、1mmの直径を有し、1回だけ保持部材3の周囲に巻回される。
Each of the
支持部材7は、中空の円柱形状を有し、磁石8に固定されるとともに保持部材3を支持する。磁石8は、支持部材7に接着される。
The
樹脂部材9は、例えば、アクリルからなり、保持部材3、支持部材7および磁石8とケース11との間に配置され、保持部材3、アンテナ4〜6、支持部材7および磁石8を覆う。そして、磁石8および樹脂部材9と天板12との間には、空間15が形成されており、振動子1、チップ2、保持部材3、アンテナ4〜6、支持部材7、磁石8および樹脂部材9は、振動子1の長さ方向に一体的に移動可能である。この場合、アンテナ4〜6のうち、空間15内に配置された部分は、実際には、螺旋状に形成されており、振動子1、チップ2、保持部材3、アンテナ4〜6、支持部材7、磁石8および樹脂部材9が振動子1の長さ方向に移動可能な構造になっている。
The
また、保持部材3の下側において、振動子1と樹脂部材9との間には、空間16が形成されており、空間16は、ケース11の開口部111に連通している。
Further, a
ケース11は、中空の円柱形状のテフロン(登録商標)からなり、開口部111を有する。そして、ケース11は、開口部111と反対側が天板12に固定される。
The
天板12は、例えば、アクリルからなり、ケース14内に固定される。磁石13は、磁石8と同じ極性を有する。そして、磁石13は、天板12に接してケース14内に固定される。
The
ケース14は、例えば、アクリルからなり、ケース11の一部、天板12および磁石13を覆う。
The
図2は、図1に示す磁石8側から見た振動子1、保持部材3およびアンテナ4〜6の平面図である。
FIG. 2 is a plan view of the
図2を参照して、保持部材3は、Oリング31と、固定具32とからなる。Oリング31は、例えば、ニトリルゴムからなる。ニトリルゴムは、アクリロニトリルと、1,3−ブタジエンとの共重合体である。
With reference to FIG. 2, the holding
振動子1は、略正方形の断面形状を有する。そして、Oリング31は、振動子1の正方形の4個の頂点に接するように振動子1の周囲に配置される。このように、Oリング31は、振動子1の長さ方向に直交する方向に振動子1を切断したときの振動子1の断面形状の周方向において最小の接触面積で振動子1に接触する。この場合、振動子1とOリング31とは、4個の頂点で点接触する場合もあれば、4隅で面接触する場合もある。そして、点接触するか面接触するかは、Oリング31の硬さに依存し、Oリング31が硬くなればなるほど、振動子1とOリング31とは、点接触し易く、Oリング31が柔らかくなればなるほど、振動子1とOリング31とは、面接触し易い。
The
固定具32は、ドーナツ状の平面形状を有し、例えば、アクリル樹脂からなる。そして、固定具32は、Oリング31の周囲に配置される。
The
アンテナ4〜6は、固定具32の周囲に1回だけ巻回されている。
The
図3は、図1に示す振動子1およびチップ2の拡大図である。図3を参照して、チップ2は、薄い球片の断面形状を有する。そして、チップ2は、例えば、1〜2mmの直径および約0.3mmの厚さを有する。
FIG. 3 is an enlarged view of the
図4は、図1に示す振動子1、チップ2、保持部材3、支持部材7、磁石8および樹脂部材9の斜視図である。なお、図4においては、アンテナ4〜6が省略されている。
4 is a perspective view of the
図4を参照して、振動子1は、保持部材3によって保持されており、保持部材3は、支持部材7によって磁石8と連結されている。樹脂部材9は、振動子1に接せず、保持部材3、支持部材7および磁石8に接して保持部材3、支持部材7および磁石8を覆うように略円柱形状に成形されている。そして、樹脂部材9は、チップ2側に底面9Aを有し、振動子1との間に空間16を有する。その結果、保持部材3、支持部材7、磁石8および樹脂部材9は、一体物を構成し、振動子1は、その一体物の保持部材3中のOリング31(図4では図示せず)のみによって保持されている。
With reference to FIG. 4, the
従って、振動子1、チップ2、保持部材3、支持部材7、磁石8および樹脂部材9は、振動子1の長さ方向に一体的に移動可能である。
Accordingly, the
図5から図8は、それぞれ、図1に示すプローブ10を製造する製造方法を示す第1から第4の工程図である。
5 to 8 are first to fourth process diagrams showing a manufacturing method for manufacturing the
図5を参照して、プローブ10の製造が開始されると、ランガサイトの単結晶の塊から四角柱の形状を有するランガサイトを切り出し、振動子1を作製する(工程(a))。この場合、長さ方向が[100]の方向になるようにランガサイトを切り出す。
Referring to FIG. 5, when the manufacture of the
そして、Oリング31を振動子1の略中央部に装着し(工程(b))、ドーナツ形状を有する固定具32をOリング31の周囲に装着する(工程(c))。
Then, the O-
その後、薄い球片(厚さ約0.3mm)のチップ2を作製し、その作製したチップ2を振動子1の一方端に接着剤によって接着する。また、振動子1の他方端側を中空の円柱形状からなる支持部材7の中へ入れ、保持部材3(Oリング31および固定具32)を接着剤によって支持部材7に接着する。更に、磁石8を接着剤によって支持部材7に接着する(工程(d))。このように、磁石8は、Oリング31を支持する支持部材7に接着される。
Thereafter, a thin sphere piece (thickness: about 0.3 mm)
引き続いて、アンテナ4〜6を固定具32の周囲に1回だけ巻回する(工程(e))。
Subsequently, the
図6を参照して、工程(e)の後、振動子1、チップ2、保持部材3、アンテナ4〜6の一部、支持部材7および磁石8を容器20の中に入れ(工程(f))、アクリルからなる樹脂を容器20内に充填する。そして、充填した樹脂を乾燥する。これによって、保持部材3、アンテナ4〜6の一部、支持部材7および磁石8に接して円柱形状に成形された樹脂部材9が作製される(工程(g))。
Referring to FIG. 6, after step (e),
その後、振動子1、チップ2、保持部材3、アンテナ4〜6、支持部材7、磁石8および樹脂部材9をケース11内に装着する(工程(h))。
Thereafter, the
図7を参照して、工程(h)の後、ケース11に穴を開け、その開けた穴にアンテナ4〜6を通してアンテナ4〜6をケース11外へ取り出す(工程(i))。
Referring to FIG. 7, after step (h), a hole is made in
そして、天板12を接着剤によってケース11に接着する(工程(j))。その後、射出形成によってケース14を作製する(工程(k))。ケース14は、凹部141,142を有する。凹部141は、略正方形の平面形状を有し、凹部142は、略円形の平面形状を有する。
And the
図8を参照して、工程(k)の後、磁石13をケース14の凹部141内に装着する(工程(l))。
Referring to FIG. 8, after step (k),
そして、ケース14に穴を開け、その開けた穴にアンテナ4〜6を通すとともに、ケース11の一部および天板12を凹部142内に入れ、ケース11の一部および天板12をケース14に装着する。これによって、プローブ10が完成する(工程(m))。
Then, a hole is made in the
図9は、図1に示すプローブ10の動作を説明するための概念図である。図9の(a)を参照して、磁石13は、磁石8と同じ極性を有するため、磁石8,13間には、斥力が作用する。そして、プローブ10は、被測定物30に接触していないので、樹脂部材9は、磁石8が磁石13から受ける斥力RFによってケース11の開口部111の方向へ押され、樹脂部材9の底面9Aは、ケース11に接触している。また、振動子1の一方端およびチップ2は、ケース11の外部へ出ている。
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining the operation of the
一方、プローブ10を被測定物30の上面30Aに接触させた場合、プローブ10に印加される重力Gと斥力RFとの合計の力Fallで被測定物30を押すことになる。但し、斥力RFは、重力Gよりも十分に大きいため、重力の影響は、殆ど、力Fallに関与しない。力Fallにより、振動子1、チップ2、保持部材3、アンテナ4〜6、支持部材7、磁石8および樹脂部材9は、被測定物30から力Fallと同じ大きさの力Frevを斥力RFと反対方向へ受ける。その結果、振動子1、チップ2、保持部材3、アンテナ4〜6、支持部材7、磁石8および樹脂部材9は、斥力RFと反対方向へδだけ移動する(図9の(b)参照)。この移動した距離δは、振動子1およびチップ2を押し込む押し込み量に相当する。
On the other hand, when the
図9においては、被測定物30が水平面内に配置されており、プローブ10を被測定物30の上面30Aに接触させた場合について示した。しかし、被測定物30が鉛直方向に対して任意の角度を有するように配置された場合においても、プローブ10は、ケース11の底面11Aが被測定物30に接触するまで斥力RFにより被測定物30の方向へ押される。重力Gは、斥力RFよりも十分に小さいため、この場合も、同じ力でチップ2を被測定物30へ押し込むことができる。このように、磁石13は、磁石8に作用する斥力RFが同じになる所望の距離だけ磁石8から離れた位置に配置されている。その結果、振動子1、チップ2、保持部材3、アンテナ4〜6、支持部材7、磁石8および樹脂部材9は、斥力RFと反対方向へδだけ移動する。
FIG. 9 shows the case where the device under
このように、この発明の実施の形態においては、振動子1がOリング31によって保持されているため、プローブ10が被測定物30に押し付けられても、振動子1は、被測定物30の面内方向へ移動することはなく、振動子1、チップ2、保持部材3、アンテナ4〜6、支持部材7、磁石8および樹脂部材9は、斥力RFと反対方向へδだけ移動する。従って、被測定物30が鉛直方向と任意の角度を成すように配置されていても、押し込み量を一定に保持できる。
As described above, in the embodiment of the present invention, since the
プローブ10を用いて被測定物30のヤング率を測定する方法について説明する。
A method for measuring the Young's modulus of the
振動子1は、上述したように、ランガサイトからなり、ランガサイトは、三方晶系の結晶構造を有し、独立な6個の弾性定数C11,C12,C13,C14,C33,C44、2つの圧電定数e11,e14、および2つの誘電率ε11,ε33を有する。As described above, the
ランガサイトの弾性定数C11,C12,C13,C14,C33,C44、圧電定数e11,e14、誘電率ε11,ε33および密度ρを表1に示す。Table 1 shows the elastic constants C 11 , C 12 , C 13 , C 14 , C 33 , C 44 , piezoelectric constants e 11 , e 14 , dielectric constants ε 11 , ε 33, and density ρ of Langasite.
なお、表1において、弾性定数C11,C12,C13,C14,C33,C44の単位は、[GPa]であり、圧電定数e11,e14の単位は、[C/m2]であり、誘電率ε11,ε33の単位は、[10−22F/m2]であり、密度ρの単位は、[kg/m2]である。In Table 1, the units of the elastic constants C 11 , C 12 , C 13 , C 14 , C 33 , C 44 are [GPa], and the units of the piezoelectric constants e 11 , e 14 are [C / m 2 ], the dielectric constants ε 11 and ε 33 are [10 −22 F / m 2 ], and the density ρ is [kg / m 2 ].
図10および図11は、それぞれ、振動子1の振動をモデル化するための第1および第2の概念図である。
10 and 11 are first and second conceptual diagrams for modeling the vibration of the
振動の減衰がないものと仮定し、振動子1は、縦振動と十分に仮定できる程の細長い構造からなると仮定する。
Assuming that there is no vibration attenuation, it is assumed that the
空間軸として、図10の(a)に示すように、振動子1の長手方向をZ軸とし、振動子1の長さをLとし、Z軸方向のヤング率をEとし、振動子1の断面積をAとし、振動子1の密度をρとし、位置Z=ZにおけるZ方向の変異をuz=u(z,t)とする。この場合、振動子1の振動の運動方程式は、次式によって表される。As the spatial axis, as shown in FIG. 10A, the longitudinal direction of the
そして、式(1)の一般解は、次式によって表される。 And the general solution of Formula (1) is represented by the following formula.
なお、式(2)において、ωは、振動子1の角振動数であり、kは、振動の波数であり、C1およびC2は、定数である。In equation (2), ω is the angular frequency of the
角振動数と波数とは、振動数fと音速vとを用いて次式によって表される。 The angular frequency and the wave number are expressed by the following equations using the frequency f and the sound velocity v.
式(3)において、ρは、振動子1の密度であり、Eは、振動子1のヤングの弾性率である。
In Expression (3), ρ is the density of the
次に、図10の(b)に示すように、振動子1が被測定物30に接触した状態を考える。ここで、バネ定数Kは、チップ2と被測定物30との間の接触剛性を表す。この場合、境界条件は、Z=0でσ(0)=0であり、一方、Z=Lでは、バネの復元力を考慮して、図11に示すように、振動子1の内部に発生する圧縮応力σとバネの弾性力とがつり合う。これによって、Z=Lでは、Aσ+Kuz=0が成立する。これらの条件から次式が導かれる。Next, let us consider a state in which the
以上を代入して計算すると、次式が得られる。 Substituting the above calculation results in the following equation.
なお、式(5)において、Koscは、振動子1の縦方向の静荷重におけるバネ定数に相当する。従って、式(5)の右辺は、振動子1の剛性と接触剛性との比を表し、プローブ10の感度を上昇させるためには、右辺の値を大きく、即ち、Kosc=EA/Lを小さくすればよい。そのために、振動子1の長手方向のヤング率Eが小さくなるように結晶方位を決定する。In Equation (5), K osc corresponds to the spring constant of the
ここで、接触剛性Kは、Hertzの接触理論(非特許文献1,2参照)により、次式によって表される。
Here, the contact stiffness K is expressed by the following equation according to Hertz's contact theory (see
式(6)において、Fは、バイアス力であり、Rは、チップ2の半径であり、E*は、有効ヤング率である。In Equation (6), F is the bias force, R is the radius of the
また、有効ヤング率E*は、次式によって表される。The effective Young's modulus E * is expressed by the following equation.
式(7)において、Espeは、被測定物30のヤング率であり、Etipは、チップ2のヤング率であり、νspeは、被測定物30のポアソン比であり、νtipは、チップ2のポアソン比である。In equation (7), E spe is the Young's modulus of the device under
従って、式(5)の左辺は、式(3)より共振周波数を含み、式(5)の右辺は、式(6),(7)より被測定物30のヤング率Espeを含む。よって、振動子1の共振周波数fを測定することによって、被測定物30のヤング率Espeを求めることができる。Therefore, the left side of the equation (5) includes the resonance frequency from the equation (3), and the right side of the equation (5) includes the Young's modulus E spe of the device under
即ち、バイアス力F、チップ2の半径、振動子1の長さL、波数k、被測定物30のポアソン比νspe、およびチップ2のポアソン比νtipは、既知であるので、共振周波数f=foscを後述する方法によって求めることによって、被測定物30のヤング率Espeを算出できる。That is, since the bias force F, the radius of the
図12は、この発明の実施の形態による弾性定数測定装置の構成図である。図12を参照して、この発明の実施の形態による弾性定数測定装置100は、プローブ10と、電圧源40と、検出器50とを備える。
FIG. 12 is a configuration diagram of an elastic constant measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, elastic
プローブ10については、上述したとおりである。電圧源40は、プローブ10のアンテナ5の他方端に接続される。また、電圧源40は、例えば、シンセサイザー(NF回路設計ブロック、WF1974)からなる。そして、電圧源40は、振動子1を振動させたい周波数成分f(約0.1MHz)を有する電圧Vvのバースト波(約10ms)をアンテナ5に送信するとともに、トリガー信号を検出器50へ出力する。この場合、電圧Vvは、例えば、最大値と最小値との差が50Vである電圧からなる。
The
検出器50は、アンテナ6の他方端に接続され、例えば、デジタイザー(National Instruments, NIUSB-5133)からなる。また、検出器50は、電圧源40からトリガー信号を受ける。そして、検出器50は、トリガー信号の立ち上がりから一定後(例えば、10μs)に、振動子1が振動したことに伴って発生した分極電場の受信信号をアンテナ6から受ける。その後、検出器50は、その受けた受信信号をフーリエ変換し、振動周波数fに対応する振幅Aを求める。
The
検出器50は、振動周波数fが変えられたときの振動周波数fと振幅Aとの関係に基づいて、振動子1の共振周波数foscを求め、共振周波数fosc、および式(3),(5)〜(7)を用いて被測定物30のヤング率Espeを算出する。The
フーリエ変換の詳細は、次のとおりである。検出器50のレコード長を2500(Sampling)とし、サンプルレートを2.0×105(Sampling/s)とする。そして、検出器50は、アンテナ6から受けた受信信号の波形と周波数fとに合わせて三角関数(cos(2πf・t),sin(2πf・t))のデジタルデータを作成し、その作成した三角関数を積算してフーリエ変換を行う。より具体的には、検出器50は、次の方法によってフーリエ変換を行う。Details of the Fourier transform are as follows. The record length of the
受信信号の波形をf(t)とすると、検出器50は、次式によって三角関数を積分する。
Assuming that the waveform of the received signal is f (t), the
実際には、積算の区間は、有限区間であり、受信信号は、デジタル信号であるので、検出器50は、次式によって三角関数を積分してI1とI2とを取得する。Actually, since the integration interval is a finite interval and the received signal is a digital signal, the
そして、検出器50は、次式によって振幅Aを求める。
And the
図13は、バースト波およびトリガー信号のタイミングチャートである。図13を参照して、バースト波BW1,BW2の各々は、例えば、1000サイクル数および10msの長さを有する。また、バースト波BW1,BW2の各々は、最大値と最小値との差が50Vであり、振動子1を振動させたい周波数f(=0.1MHz)を有する。更に、バースト波BW1とバースト波BW2との間隔dは、例えば、10msである。
FIG. 13 is a timing chart of the burst wave and the trigger signal. Referring to FIG. 13, each of burst waves BW1 and BW2 has, for example, the number of 1000 cycles and a length of 10 ms. Each of the burst waves BW1 and BW2 has a difference between the maximum value and the minimum value of 50V, and has a frequency f (= 0.1 MHz) at which the
トリガー信号TRGは、バースト波BW1の立上りであるタイミングt1でL(論理ロー)レベルになり、バースト波BW1の立下りであるタイミングt2でH(論理ハイ)レベルになり、バースト波BW2の立上りであるタイミングt3でLレベルになり、バースト波BW2の立下りであるタイミングt4でHレベルになる。そして、検出器50は、タイミングt2からタイミングt3までの間にアンテナ6から受信信号を受ける。従って、検出器50は、バースト波BW1が振動子1に印加されたタイミングt1から一定後のタイミングt2で受信信号をアンテナ6から受け始める。
The trigger signal TRG becomes L (logic low) level at timing t1 when the burst wave BW1 rises, and becomes H (logic high) level at timing t2 when the burst wave BW1 falls, and at the rise of the burst wave BW2. It becomes L level at a certain timing t3 and becomes H level at a timing t4 which is the falling edge of the burst wave BW2. The
図14は、ヤング率の測定方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下においては、プローブ10が被測定物30に押し付けられ、チップ2が被測定物30に接触していることを前提としてヤング率の測定方法を説明する。
FIG. 14 is a flowchart for explaining a method of measuring Young's modulus. In the following, a method for measuring the Young's modulus will be described on the assumption that the
図14を参照して、ヤング率の測定が開始されると、周波数の測定範囲、周波数を変える間隔、バースト波のマーク数、およびバースト波の間隔が電圧源40に設定される(ステップS1)。 Referring to FIG. 14, when measurement of Young's modulus is started, the frequency measurement range, the frequency changing interval, the number of burst wave marks, and the burst wave interval are set in voltage source 40 (step S1). .
そして、電圧源40は、周波数の測定範囲内において、振動子1を振動させたい周波数成分を決定し、その決定した周波数成分と、ステップS1において設定されたマーク数とを有する電圧Vvからなるバースト波を生成し、その生成したバースト波を、ステップS1において設定されたバースト波の間隔でアンテナ5へ送信する。また、電圧源40は、同時に、トリガー信号TRGを検出器50へ出力する(ステップS2)。
The
そうすると、アンテナ5は、アンテナ4と協働して電圧Vvを振動子1に印加し、振動電場が振動子1に発生する。その結果、その発生した振動電場によって圧電現象が振動子1に起こり、振動子1が振動する(ステップS3)。
Then, the
アンテナ6は、アンテナ4と協働して、振動子1の振動に伴って発生した分極電場を電圧として検出する(ステップS4)。
The
そして、検出器50は、アンテナ6から受信信号(=電圧)を受ける(ステップS5)。この場合、検出器50は、図13に示すタイミングt2からタイミングt3までの間で受信信号をアンテナ6から受ける。
The
その後、検出器50は、上述した方法によって、受信信号をフーリエ変換し、振動周波数fに対する振幅Aを求める(ステップS6)。
Thereafter, the
そうすると、電圧源40は、測定範囲内の全てで周波数fを変えたか否かを判定する(ステップS7)。
Then, the
ステップS7において、測定範囲内の全てで周波数fを変えていないと判定されたとき、電圧源40は、測定範囲内で周波数fを変更する(ステップS8)。この場合、電圧源40は、ステップS1において設定された、周波数を変える間隔を元の周波数に加算することによって周波数fを変更する。
When it is determined in step S7 that the frequency f has not been changed in all of the measurement range, the
その後、一連の動作は、ステップS2へ戻り、ステップS7において、測定範囲内の全てで周波数fを変えたと判定されるまで、上述したステップS2〜ステップS8が繰り返し実行される。 Thereafter, the series of operations returns to step S2, and step S2 to step S8 described above are repeatedly executed until it is determined in step S7 that the frequency f has been changed in all of the measurement range.
そして、ステップS7において、測定範囲内の全てで周波数fを変えたと判定されると、検出器50は、周波数fと振幅Aとの関係をプロットし、振幅Aが最大である周波数を共振周波数foscとして検出する(ステップS9)。
When it is determined in step S7 that the frequency f has been changed in all of the measurement range, the
その後、検出器50は、その検出した共振周波数foscおよび式(3),(5)〜(7)を用いて被測定物30のヤング率Espeを算出する(ステップS10)。これによって、ヤング率の測定が終了する。Thereafter, the
図15は、振幅と周波数との関係を示す図である。図15の(a),(b)において、縦軸は、振幅を表し、横軸は、周波数を表す。 FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between amplitude and frequency. 15A and 15B, the vertical axis represents amplitude, and the horizontal axis represents frequency.
また、曲線k1は、この発明の実施の形態によるプローブ10の振動子1にOリングを装着した場合における振幅と周波数との関係を示し、曲線k2は、特許文献1に開示された弾性定数測定装置の振動子にOリングを装着した場合における振幅と周波数との関係を示す。
A curve k1 shows the relationship between amplitude and frequency when the O-ring is attached to the
更に、曲線k3は、この発明の実施の形態によるプローブ10の振動子1にOリングを装着しない場合における振幅と周波数との関係を示し、曲線k4は、特許文献1に開示された弾性定数測定装置の振動子にOリングを装着しない場合における振幅と周波数との関係を示す。
Furthermore, the curve k3 shows the relationship between the amplitude and the frequency when the O-ring is not attached to the
図15を参照して、振動子1にOリングを装着した場合も、装着しない場合も、プローブ10の振動子1の振動は、1つの周波数においてピークを有する(曲線k1,k3参照)。これに対し、特許文献1に開示された振動子の振動は、複数の周波数においてピークを有する(曲線k2,k4参照)。特に、Oリングを装着した場合、特許文献1に開示された振動子の振動は、0.111(MHz)を中心として複数の周波数においてピークを有する(曲線k2参照)。
Referring to FIG. 15, the vibration of the
共振周波数の測定時における入力電圧、積分区間長およびバースト波の長さを表2に示す。また、共振周波数およびQ値を表3に示す。 Table 2 shows the input voltage, integration interval length, and burst wave length when measuring the resonance frequency. Table 3 shows the resonance frequency and the Q value.
本発明においては、入力電圧は、10V(最大値と最小値との差)であり、積分区間長が12.5msであり、バースト波の長さが10msである。一方、従来例(特許文献1)においては、入力電圧は、200V(最大値と最小値との差)であり、積分区間長が0.4msであり、バースト波の長さが0.2msである。 In the present invention, the input voltage is 10 V (difference between the maximum value and the minimum value), the integration interval length is 12.5 ms, and the burst wave length is 10 ms. On the other hand, in the conventional example (Patent Document 1), the input voltage is 200 V (difference between the maximum value and the minimum value), the integration interval length is 0.4 ms, and the burst wave length is 0.2 ms. is there.
このように、本発明では、積分区間長およびバースト波の長さを従来よりも大幅に長くし、入力電圧を大幅に小さくしている。 As described above, in the present invention, the length of the integration interval and the length of the burst wave are significantly longer than in the prior art, and the input voltage is significantly reduced.
また、表3に示すように、本発明において、Q値は、振動子1にOリングを装着しない場合、1855であり、Oリングを装着した場合、1587である。一方、従来例(特許文献1)において、Q値は、振動子にOリングを装着しない場合、496.5であり、Oリングを装着した場合、283.3である。
Further, as shown in Table 3, in the present invention, the Q value is 1855 when the O-ring is not attached to the
このように、従来例においては、バースト波の長さが0.2msと短いため、十分に共振状態を作ることができず、大きな電圧(〜200V)を使用しても信号強度は、大きくならない。 Thus, in the conventional example, since the length of the burst wave is as short as 0.2 ms, a sufficient resonance state cannot be created, and the signal intensity does not increase even when a large voltage (up to 200 V) is used. .
一方、本発明においては、振動子1が振動し易いので、バースト波の長さを10msと長くすることができるため、低い電圧(10V)でも、高いQ値を得ることができた。
On the other hand, in the present invention, since the
ランガサイトからなる振動子の振動を単純な棒の一次元縦振動であると想定して、プローブ10を用いて得られた共振周波数foscからヤング率を算出すると、113.51GPaであった。
The Young's modulus was calculated from the resonance frequency fosc obtained using the
ランガサイトの弾性定数から求めた[100]方向のヤング率は、114.03GPaであり、実測値(=113.51GPa)との差は、0.4%程度であり、十分に小さい。従って、上述したヤング率を求める方法は、ヤング率の測定に好適である。 The Young's modulus in the [100] direction obtained from the elastic constant of Langasite is 114.03 GPa, and the difference from the actually measured value (= 113.51 GPa) is about 0.4%, which is sufficiently small. Therefore, the above-described method for obtaining Young's modulus is suitable for measuring Young's modulus.
図16は、測定されたヤング率と、報告されているヤング率との関係を示す図である。 FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the measured Young's modulus and the reported Young's modulus.
図16において、縦軸は、上述した方法によって測定されたヤング率(=測定値)を表し、横軸は、報告されているヤング率(=報告値)を表す。また、チップ2の半径は、2mmであり、バイアス力Fは、0.455Nである。更に、振動子1を構成するランガサイトは、結晶のX軸方向が長手方向に一致し、サイズは、2mm×2mm×20mmである。
In FIG. 16, the vertical axis represents the Young's modulus (= measured value) measured by the method described above, and the horizontal axis represents the reported Young's modulus (= reported value). Further, the radius of the
図16を参照して、測定値は、報告値と良い一致を示す。また、図16に示す直線は、測定値が報告値と1対1に対応することを表す。 Referring to FIG. 16, the measured value shows a good agreement with the reported value. Moreover, the straight line shown in FIG. 16 represents that the measured value has a one-to-one correspondence with the reported value.
このように、この発明の実施の形態によるプローブ10を用いることによって、被測定物30のヤング率をフィッティングパラメータを一切用いずに被測定物30に触れるだけで正確に求めることができる。
As described above, by using the
上記においては、検出器50は、振動子1の共振周波数を検出し、その検出した共振周波数に基づいて被測定物30のヤング率を算出すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、検出器50は、振動子1の共振周波数を有するピークの半値幅FWHMを検出してもよい。この場合、検出器50は、図15の曲線k1,k3によって示されるピークの半値幅FWHMを検出する。
In the above description, it has been described that the
また、検出器50は、振動子1が減衰するときの減衰定数αを検出してもよい。図17は、振動子1の減衰特性を示す図である。検出器50は、図13に示すタイミングt2からタイミングt3までの間にアンテナ6から受信信号を受ける。タイミングt2からタイミングt3までの間、バースト波が振動子1に印加されていないため、振動子1の振動は、図17に示す振動曲線DCYのように減衰する。
The
そこで、検出器50は、振動曲線DCYを検出し、その検出した振動曲線DCYの包絡線EVLを検出する。包絡線EVLは、通常、e−αt(α:減衰定数、t:時間)に表される。Therefore, the
従って、検出器50は、包絡線EVLを検出すると、その検出した包絡線EVLをe−αtによってフィッティングし、減衰定数αを検出する。Therefore, when detecting the envelope EVL, the
図18は、被測定物30の具体例を示す断面図である。図18を参照して、被測定物30は、本体部301と、コーティング層302とを含む。コーティング層302は、本体部301の表面301Aを覆うように本体部301上に配置されている。そして、剥離部303,304が本体部301とコーティング層302との間に形成されている。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a specific example of the device under
このような被測定物30のコーティング層302の表面302Aにプローブ10のチップ2を接触させて振動子1の減衰定数αhを検出する。ここで、剥離部303,304が形成されていないときの振動子1の減衰定数をα0とすると、減衰定数αhは、減衰定数α0よりも大きくなる。その理由は、次のとおりである。The
プローブ10のチップ2をコーティング層302の表面302Aに接触させて振動子1を振動させた場合、振動子1の振動がコーティング層302に伝搬し、コーティング層302も振動するが、剥離部303,304は、コーティング層302の振動を吸収するので、コーティング層302の振動が減衰し易くなる。その結果、振動子1の振動も減衰し易くなり、被測定物30に剥離部303,304が形成されている場合の振動子1の減衰定数αhは、剥離部303,304が形成されていない場合の減衰定数α0よりも大きくなるからである。When the
従って、検出器50が上述した方法によって振動子1の減衰定数αを測定することによって、被測定物30に剥離部303,304(=欠陥)が形成されているか否かを検出できる。この場合、検出器50は、検出した減衰定数αが減衰定数α0よりも大きければ、剥離部303,304が形成されていることを検出し、検出した減衰定数αが減衰定数α0に略等しければ、剥離部303,304が形成されていないことを検出する。Therefore, it is possible to detect whether or not the peeling
また、剥離部303,304が形成されている場合の共振周波数を有するピークの半値幅FWHMhは、剥離部303,304が形成されていない場合の共振周波数を有するピークの半値幅FWHM0よりも大きくなる。その理由は、剥離部303,304が形成されている場合の振動子1の減衰定数αhが、剥離部303,304が形成されていない場合の減衰定数α0よりも大きくなる理由と同じである。Further, the peak half-value width FWHM h having the resonance frequency when the peeling
従って、検出器50が共振周波数を有するピークの半値幅FWHMを検出することによっても、被測定物30に剥離部303,304(=欠陥)が形成されているか否かを検出できる。この場合、剥離部303,304が形成されていない場合の半値幅をFWHM0とすると、検出器50は、検出した半値幅FWHMが半値幅FWHM0よりも大きければ、剥離部303,304が形成されていることを検出し、検出した半値幅FWHMが半値幅FWHM0に略等しければ、剥離部303,304が形成されていないことを検出する。Therefore, whether or not the peeling
このように、共振周波数を有するピークの半値幅FWHM、または振動子1の減衰定数αを検出することによって、被測定物30における欠陥の有無を検出できる。
Thus, the presence or absence of a defect in the
検出器50が複数種類の被測定物30の減衰定数αを検出する場合、減衰定数αの大小を比較することによって目的に適合する被測定物30を選択することができる。
When the
例えば、防振または防音を目的とする場合、減衰定数αがより大きい被測定物30を選択すればよい。また、携帯電話機の共振デバイスに用いる材料を選択する場合、減衰定数αがより小さい被測定物30を選択すればよい。
For example, when the purpose is to prevent vibration or sound, the device under
また、被測定物30が破断する場合、その破断の直前に減衰定数αが急激に大きくなるタイミングがあるので、被測定物30の減衰定数αの経時変化を測定し、減衰定数αが急激に大きくなれば、被測定物30が破断する虞があると判定し、その被測定物30を交換するようにしてもよい。例えば、飛行機では、翼と本体との境界に最も荷重が印加され、翼の付け根が最も破断し易いので、翼の付け根の部分における減衰定数αの経時変化をプローブ10を用いて測定し、減衰定数αが急激に大きくなれば、翼が破断すると判定し、翼を交換する。
In addition, when the device under
このように、プローブ10は、被測定物30のヤング率の計測のみならず、被測定物30の欠陥の検出、材料選択および非破壊検査等に使用可能である。
As described above, the
図19は、共振周波数を有するピークの半値幅を用いて欠陥を検出するときの動作を説明するためのフローチャートである。なお、図19においては、検出器50は、欠陥(剥離部303,304)が被測定物30に形成されていないときの共振周波数を有するピークの半値幅FWHM0を予め保持していることを前提として欠陥を検出する動作を説明する。FIG. 19 is a flowchart for explaining an operation when a defect is detected using a half width of a peak having a resonance frequency. In FIG. 19, the
図19に示すフローチャートは、図14に示すフローチャートのステップS10をステップS11〜ステップS14に代えたものであり、その他は、図14に示すフローチャートと同じである。 The flowchart shown in FIG. 19 is the same as the flowchart shown in FIG. 14 except that step S10 of the flowchart shown in FIG. 14 is replaced with steps S11 to S14.
図19を参照して、欠陥を検出する動作が開始されると、上述したステップS1〜ステップS9が順次実行される。そして、ステップS9の後、検出器50は、共振周波数foscを有するピークの半値幅FWHMを検出する(ステップS11)。
Referring to FIG. 19, when an operation for detecting a defect is started, the above-described steps S1 to S9 are sequentially executed. After step S9, the
その後、検出器50は、半値幅FWHMが半値幅FWHM0よりも大きいか否かを判定する(ステップS12)。Thereafter, the
ステップS12において、半値幅FWHMが半値幅FWHM0よりも大きいと判定されたとき、検出器50は、被測定物30に欠陥が形成されていることを検出する(ステップS13)。In Step S12, when it is determined that the half-value width FWHM is larger than the half-value width FWHM 0 , the
一方、ステップS12において、半値幅FWHMが半値幅FWHM0よりも大きくないと判定されたたとき(即ち、半値幅FWHMが半値幅FWHM0に略等しいと判定されたとき)、検出器50は、被測定物30に欠陥が形成されていないことを検出する(ステップS14)。On the other hand, when it is determined in step S12 that the half-value width FWHM is not larger than the half-value width FWHM 0 (that is, when the half-value width FWHM is determined to be substantially equal to the half-value width FWHM 0 ), the
そして、ステップS13またはステップS14の後、欠陥を検出する動作が終了する。 And the operation | movement which detects a defect is complete | finished after step S13 or step S14.
図20は、減衰定数を用いて欠陥を検出するときの動作を説明するためのフローチャートである。なお、図20においては、検出器50は、欠陥(剥離部303,304)が被測定物30に形成されていないときの減衰定数α0を予め保持していることを前提として欠陥を検出する動作を説明する。FIG. 20 is a flowchart for explaining an operation when a defect is detected using an attenuation constant. In FIG. 20, the
図20に示すフローチャートは、図14に示すフローチャートのステップS6〜ステップS10をステップS15〜ステップS19に代えたものであり、その他は、図14に示すフローチャートと同じである。 The flowchart shown in FIG. 20 is the same as the flowchart shown in FIG. 14 except that steps S6 to S10 in the flowchart shown in FIG. 14 are replaced with steps S15 to S19.
図20を参照して、欠陥を検出する動作が開始されると、上述したステップS1〜ステップS5が順次実行される。そして、ステップS5の後、検出器50は、アンテナ6から受けた受信信号(=減衰曲線DCY)の包絡線EVLを検出する(ステップS15)。
Referring to FIG. 20, when an operation for detecting a defect is started, the above-described steps S1 to S5 are sequentially executed. After step S5, the
その後、検出器50は、その検出した包絡線EVLをe−αtによってフィッティングし、減衰定数αを検出する(ステップS16)。Thereafter, the
そして、検出器50は、減衰定数αが減衰定数α0よりも大きいか否かを判定する(ステップS17)。Then, the
ステップS17において、減衰定数αが減衰定数α0よりも大きいと判定されたとき、検出器50は、被測定物30に欠陥が形成されていることを検出する(ステップS18)。In step S17, when the attenuation constant alpha is determined to be greater than the attenuation constant alpha 0, the
一方、ステップS17において、減衰定数αが減衰定数α0よりも大きくないと判定されたとき(即ち、減衰定数αが減衰定数α0に略等しいと判定されたとき)、検出器50は、被測定物30に欠陥が形成されていないことを検出する(ステップS19)。On the other hand, in step S17, when the attenuation constant alpha is not greater than the attenuation constant alpha 0 (i.e., when the attenuation constant alpha is determined to substantially equal to the attenuation constant alpha 0), the
そして、ステップS18またはステップS19の後、欠陥を検出する動作が終了する。 And the operation | movement which detects a defect is complete | finished after step S18 or step S19.
この発明の実施の形態においては、電圧源40は、共振周波数の半分の周波数を有するバースト波BWhを励起電圧としてアンテナ5に送信してもよい。この場合、バースト波BWhは、例えば、50kHzの周波数を有するsin波からなる。
In the embodiment of the present invention, the
図21は、被測定物30に欠陥が形成されている場合のバースト波BWhおよび欠陥の変位を示す概念図である。また、図22は、振幅と周波数との関係を示す図である。
FIG. 21 is a conceptual diagram showing the burst wave BWh and the displacement of the defect when a defect is formed in the device under
図21を参照して、電圧源40は、sin波からなるバースト波BWhをアンテナ5に送信する。この場合、バースト波BWhの成分SS1は、振動子1を被測定物30側へ移動させる成分であり、成分SS2は、振動子1を被測定物30側と反対側へ移動させる成分である。
Referring to FIG. 21,
プローブ10のチップ2を被測定物30に接触させた状態でバースト波BWhによって振動子1の振動を励起した場合、振動子1は、共振しないが、強制振動するので、その強制振動が被測定物30に伝搬される。そして、被測定物30の剥離部303,304は、成分SS1がアンテナ5に送信される周期では、変位せず、成分SS2がアンテナ5に送信される周期で変位する。従って、剥離部303,304は、周期的に変位し、チップ2と被測定物30との接触部から倍波(=共振周波数を有する波)が発生する。そうすると、その発生した倍波が振動子1に伝搬され、振動子1は、倍波で共振する。
When the vibration of the
その結果、検出器50は、アンテナ6によって受信された受信電圧に基づいて共振周波数foscを検出する(図22参照)。
As a result, the
剥離部303,304が被測定物30に形成されていない場合に、バースト波BWhによって振動子1の振動を励起しても、振動子1は、倍波で共振しないので、検出器50は、共振周波数foscを検出しない。
If the peeling
従って、検出器50は、共振周波数foscの半分の周波数を有するバースト波BWhによって振動子1の振動を励起した場合に、共振周波数foscを検出すれば、被測定物30に剥離部303,304が形成されていることを検出し、共振周波数foscを検出しなければ、被測定物30に剥離部303,304が形成されていないことを検出する。
Therefore, when the
なお、バースト波BWhの周波数は、共振周波数の半分の周波数に限らず、共振周波数の1/3倍の周波数、および共振周波数の1/4倍の周波数等であってもよく、一般的には、共振周波数の1/n(nは2以上の整数)倍の周波数であってもよい。この場合も、検出器50は、共振周波数foscを検出すれば、被測定物30に剥離部303,304が形成されていることを検出し、共振周波数foscを検出しなければ、被測定物30に剥離部303,304が形成されていないことを検出する。
Note that the frequency of the burst wave BWh is not limited to half the resonance frequency, and may be 1/3 times the resonance frequency, 1/4 times the resonance frequency, or the like. The frequency may be 1 / n (n is an integer of 2 or more) times the resonance frequency. Also in this case, if the
また、バースト波BWhの周波数は、共振周波数の2倍の周波数、および共振周波数の3倍の周波数等であってもよく、一般的には、共振周波数のn倍の周波数であってもよい。この場合、振動子1は、上述した機構によって、1/n倍波で共振する。従って、検出器50は、振動子1の振動が共振周波数のn倍の周波数を有するバースト波BWhによって励起された場合も、共振周波数foscを検出すれば、被測定物30に剥離部303,304が形成されていることを検出し、共振周波数foscを検出しなければ、被測定物30に剥離部303,304が形成されていないことを検出する。
Further, the frequency of the burst wave BWh may be a frequency that is twice the resonance frequency, a frequency that is three times the resonance frequency, or the like, and may generally be a frequency that is n times the resonance frequency. In this case, the
従って、この発明の実施の形態においては、倍波によって被測定物30に欠陥が形成されているか否かを検出する場合、電圧源40は、共振周波数のn倍の周波数を有するバースト波、または共振周波数の1/n倍の周波数を有するバースト波を励起電圧としてアンテナ5に送信し、検出器50は、共振周波数foscを検出すれば、被測定物30に剥離部303,304が形成されていることを検出し、共振周波数foscを検出しなければ、被測定物30に剥離部303,304が形成されていないことを検出する。
Therefore, in the embodiment of the present invention, when detecting whether or not a defect is formed in the device under
図23は、倍波を用いて欠陥を検出する動作を説明するためのフローチャートである。図23を参照して、欠陥を検出する動作が開始されると、検出器50は、図14に示すステップS1〜ステップS9に従って共振周波数foscを検出する(ステップS21)。
FIG. 23 is a flowchart for explaining an operation of detecting a defect using a harmonic wave. Referring to FIG. 23, when the operation for detecting a defect is started,
そして、電圧源40は、振動子1の共振周波数foscのn倍の周波数、または振動子1の共振周波数foscの1/n倍の周波数を有するバースト波BWhをアンテナ5に送信し、トリガー信号を検出器50へ出力する(ステップS22)。
The
その後、検出器50は、アンテナ6から受信信号を受け(ステップS23)、その受けた受信信号をフーリエ変換し、振動周波数に対応する振幅を求める(ステップS24)。
Thereafter, the
引き続いて、検出器50は、周波数fと振幅Aとの関係をプロットする(ステップS25)。
Subsequently, the
そして、検出器50は、共振周波数の位置にピークが有るか否かを判定する(ステップS26)。
Then, the
ステップS26において、共振周波数の位置にピークが有ると判定されたとき、検出器50は、被測定物30に欠陥が形成されていることを検出する(ステップS27)。
When it is determined in step S26 that there is a peak at the position of the resonance frequency, the
一方、ステップS26において、共振周波数の位置にピークが無いと判定されたとき、検出器50は、被測定物30に欠陥が形成されていないことを検出する(ステップS28)。
On the other hand, when it is determined in step S26 that there is no peak at the position of the resonance frequency, the
そして、ステップS27またはステップS28の後、欠陥を検出する動作が終了する。 And the operation | movement which detects a defect is complete | finished after step S27 or step S28.
図24は、この発明の実施の形態における他の振動子の断面図である。図24の(a)を参照して、この発明の実施の形態によるプローブ10は、振動子1に代えて振動子21を備え、保持部材3に代えて保持部材3Aを備えていてもよい。
FIG. 24 is a cross-sectional view of another vibrator according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 24A, the
振動子21は、円形の断面形状を有するランガサイトまたは水晶からなる。そして、振動子21は、例えば、3mmの直径を有し、振動子1と同じ長さを有する。また、振動子21は、ランガサイトからなる場合、結晶のX軸方向(=[100]の方向)が長手方向に一致する。
The
保持部材3Aは、保持具33と、固定具34とからなる。保持具33は、保持具331〜333からなり、保持具331〜333の各々は、例えば、ニトリルゴムからなる。そして、保持具331〜333は、振動子21の長さ方向の略中央部において、相互に120度の角度を成す方向から振動子21を保持する。この場合、保持具331〜333の各々は、振動子21と点接触して振動子21を保持する。固定具34は、固定具32と同じ材料からなり、ドーナツ形状を有する。そして、固定具34は、保持具33の周囲に配置され、保持具33に接着される。
The holding
なお、プローブ10が振動子21を備える場合、樹脂部材9は、固定具34の外周に接する。
When the
図24の(b)を参照して、この発明の実施の形態によるプローブ10は、振動子1に代えて振動子22を備え、保持部材3に代えて保持部材3Bを備えていてもよい。
Referring to FIG. 24B, the
振動子22は、正三角形の断面形状を有するランガサイトまたは水晶からなる。そして、正三角形の一辺の長さは、例えば、3mmであり、振動子22は、振動子1と同じ長さを有する。また、振動子22は、ランガサイトからなる場合、結晶のX軸方向(=[100]の方向)が長手方向に一致する。
The
保持部材3Bは、Oリング35と、固定具36とからなる。Oリング35は、例えば、ニトリルゴムからなり、振動子22の長さ方向の略中央部において、振動子22の三角形の3個の頂点に接し、振動子22を保持する。固定具36は、固定具32と同じ材料からなり、ドーナツ形状を有する。そして、固定具36は、Oリング35の周囲に配置され、Oリング35に接着される。
The holding
なお、プローブ10が振動子22を備える場合、樹脂部材9は、固定具36の外周に接する。
When the
このように、振動子21は、最小の接触面積で保持具33に接して保持具33によって保持され、振動子22は、最小の接触面積でOリング35に接してOリング35によって保持される。
In this way, the
プローブ10が振動子21または振動子22を備える場合、振動子21または振動子22は、3点によって保持されるので、振動子1よりも自由に振動する。その結果、振動子21または振動子22が共振するときのQ値が向上し、被測定物30のヤング率を更に正確に測定できる。
When the
プローブ10が振動子21または振動子22を備える場合も、プローブ10は、図5から図8に示す工程(a)〜工程(m)に従って製造される。そして、工程(c)において、保持具33が振動子21に装着されるとともに固定具34が保持具33に装着され、またはOリング35が振動子22に装着されるとともに固定具36がOリング35に装着される。また、工程(d)において、支持部材7が固定具34または固定具36に装着される。更に、工程(e)において、アンテナ4〜6が固定具34または固定具36の周囲に1回だけ巻回される。
Even when the
なお、プローブ10が振動子21または振動子22を備える場合も、共振周波数を有するピークの半値幅FWHMまたは減衰定数αを検出することによって被測定物30に欠陥が形成されているか否かを検出してもよい。
Even when the
また、プローブ10が振動子21または振動子22を備える場合も、共振周波数のn倍の周波数または共振周波数の1/n倍の周波数を有するバースト波BWhによって振動子21(または振動子22)の振動を励起し、共振周波数foscを検出するか否かによって被測定物30に欠陥が形成されているか否かを検出してもよい。
In addition, when the
振動子21,22を用いて上述した方法によって欠陥が被測定物30に形成されているか否かを判定した場合、振動子21,22は、振動子1よりも振動し易いので、欠陥が被測定物30に形成されているか否かを正確に判定できる。
When it is determined whether or not a defect is formed on the object to be measured 30 by the above-described method using the
図25は、アンテナ4〜6の他の装着方法を示す断面図である。図25を参照して、アンテナ4〜6は、Oリング31と固定具32との間に装着されてもよい。その結果、振動子1とアンテナ4〜6との距離が短くなり、振動子1は、アンテナ4〜6が固定具32の外周に装着される場合よりも、より強い電圧Vvをアンテナ5から受け、より振動し易くなる。また、アンテナ6は、振動子1が振動したことに伴って発生した分極電場を、より強い電圧として受信する。従って、被測定物30のヤング率を更に正確に測定できる。また、欠陥が被測定物30に形成されているか否かを更に正確に判定できる。
FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating another mounting method of the
なお、プローブ10が振動子21を備える場合、アンテナ4〜6は、保持具33と固定具34との間に装着されてもよく、プローブ10が振動子22を備える場合、アンテナ4〜6は、Oリング35と固定具36との間に装着されてもよい。その結果、振動子21または振動子22のより自由な振動を確保できるとともに、振動子21または振動子22が振動したことに伴って発生した分極電場を、より強い電圧として受信できるので、被測定物30のヤング率を更に正確に測定できる。また、欠陥が被測定物30に形成されているか否かを更に正確に判定できる。
When the
図26は、振動子1の保持方法を示す断面図である。図26の(a)を参照して、振動子1の振動の基本モードを用いて被測定物30のヤング率を測定する場合、Oリング31は、長さLを有する振動子1の長さ方向において、振動子1の一方端からL/2の位置(振動子1の振動の基本モードにおける節部に相当する位置)で振動子1に装着される。即ち、Oリング31は、振動子1の長さ方向において振動子1の略中央部に装着される。
FIG. 26 is a cross-sectional view illustrating a method for holding the
図26の(b)を参照して、振動子1の振動の二次モードを用いて被測定物30のヤング率を測定する場合、2つのOリング31A,31Bが振動子1に装着される。Oリング31A,31Bの各々は、二トリルゴムからなる。そして、Oリング31Aは、長さLを有する振動子1の長さ方向において、振動子1の一方端からL/4の位置(振動子1の振動の二次モードにおける節部に相当する位置)で振動子1に装着され、Oリング31Bは、振動子1の長さ方向において、振動子1の他方端からL/4の位置(振動子1の振動の二次モードにおける節部に相当する位置)で振動子1に装着される。
Referring to FIG. 26B, when measuring the Young's modulus of the
なお、振動子21または振動子22が用いられる場合も、振動子21または振動子22は、振動子21または振動子22の長さ方向において、略中央部、または端からL/4の位置で保持される。
Even when the
このように、この発明の実施の形態においては、振動子1,21,22の振動の基本モードおよび二次モードのいずれかを用いて被測定物30のヤング率が測定される。また、この発明の実施の形態においては、振動子1,21,22の振動の基本モードおよび二次モードのいずれかを用いて、上述した方法によって被測定物30に欠陥が形成されているか否かが検出される。
As described above, in the embodiment of the present invention, the Young's modulus of the
図27は、振動子1の別の保持方法を示す断面図である。図27の(a)を参照して、振動子1の一方端からL/2の位置において、振動子1の長さ方向に直交する平面形状(=正方形)の四隅に切欠部101を形成する。切欠部101は、円弧状の断面形状を有する。
FIG. 27 is a cross-sectional view showing another method for holding the
そして、振動子1をOリング31によって保持する場合、Oリング31が切欠部101に嵌合するようにOリング31を振動子1に装着する(図27の(b)参照)。
When the
振動子1をOリング31A,31Bによって支持する場合も、振動子1の一方端からL/4の位置、および振動子1の他方端からL/4の位置において振動子1の四隅に切欠部101を設け、Oリング31A,31Bが切欠部101に嵌合するようにOリング31A,31Bを振動子1に装着する。振動子22をOリングによって支持する場合も同様である。
When the
これによって、プローブ10を用いて被測定物30のヤング率を測定するとき、またはプローブ10を用いて欠陥を検出するときの振動子1,22の長さ方向への移動を正確に抑止できる。
Thereby, when the Young's modulus of the object to be measured 30 is measured using the
図28は、測定深さとチップの半径との関係を示す図である。図28において、縦軸は、測定深さを表し、横軸は、チップの半径を表す。測定深さは、チップ2を被測定物30に接触させてバースト波BW1,BW2(またはバースト波BWh)によって振動子1の振動を励起した場合に振動が伝搬される被測定物30の深さである。また、チップの半径は、球形のタングステンカーバイトを研磨して円弧状のチップを作製するときの元の球の半径である。
FIG. 28 is a diagram showing the relationship between the measurement depth and the radius of the tip. In FIG. 28, the vertical axis represents the measurement depth, and the horizontal axis represents the radius of the chip. The measurement depth is the depth of the measured
また、曲線k5は、被測定物30(=アクリル樹脂)に印加するバイアス力が0.5Nであるときの測定深さとチップの半径との関係を示し、曲線k6は、被測定物30(=銅)に印加するバイアス力が0.5Nであるときの測定深さとチップの半径との関係を示す。なお、曲線k5,k6によって示される測定深さとチップの半径との関係は、計算されたものである。 A curve k5 shows the relationship between the measurement depth and the tip radius when the bias force applied to the device under test 30 (= acrylic resin) is 0.5 N, and the curve k6 shows the device under test 30 (= The relationship between the measurement depth and the tip radius when the bias force applied to (copper) is 0.5 N is shown. Note that the relationship between the measurement depth indicated by the curves k5 and k6 and the radius of the tip is calculated.
図28を参照して、被測定物30に印加されるバイアス力が一定である場合、測定深さは、チップの半径が大きくなるとともに深くなる(曲線k5,k6参照)。
Referring to FIG. 28, when the bias force applied to device under
従って、プローブ10のチップ2を接触させる被測定物30の表面と反対側に被測定物30と異なる材質の物体が被測定物30に接触している場合、測定深さが被測定物30の厚み以下になるようにチップの半径を決定し、その決定した半径を有するチップ2を作製して振動子1の端面に接着する。
Therefore, when an object of a material different from the object to be measured 30 is in contact with the object to be measured 30 on the side opposite to the surface of the object to be measured 30 with which the
これによって、被測定物30に接触した物体の影響を排除して被測定物30自体のヤング率を計測できる。また、被測定物30に接触した物体の影響を排除して被測定物30自体の欠陥を検出できる。更に、被測定物30に接触した物体の影響を排除して被測定物30自体の振動の減衰を検出できる。
As a result, the Young's modulus of the device under
図28に示す測定深さとチップの半径との関係は、例示であっても、アクリル樹脂および銅以外の材料についても、同様に、測定深さは、チップの半径が大きくなるに従って深くなる。従って、各種の被測定物30について、測定深さとチップの半径との関係を予め計算しておけば、各被測定物30に応じて適切なチップの半径を決定できる。 Although the relationship between the measurement depth and the chip radius shown in FIG. 28 is just an example, the measurement depth of a material other than acrylic resin and copper also increases as the chip radius increases. Accordingly, if the relationship between the measurement depth and the tip radius is calculated in advance for various types of objects to be measured 30, an appropriate tip radius can be determined according to each object to be measured 30.
そして、この発明の実施の形態においては、チップの半径は、0.5mm〜10mmの範囲に設定され、0.5mm〜10mmの範囲から被測定物30に適切なチップの半径を決定してチップ2を作製する。 In the embodiment of the present invention, the tip radius is set in the range of 0.5 mm to 10 mm, and the tip radius appropriate for the object to be measured 30 is determined from the range of 0.5 mm to 10 mm. 2 is produced.
図29は、複数のチップを振動子に装着した例を示す断面図である。図29を参照して、チップ2A,2Bの各々は、上述したチップ2と同じ材料からなる。そして、チップ2Aの半径は、チップ2Bの半径よりも大きい。チップ2Aは、振動子1の一方端の端面に接着され、チップ2Bは、振動子1の他方端の端面に接着される。
FIG. 29 is a cross-sectional view showing an example in which a plurality of chips are mounted on a vibrator. Referring to FIG. 29, each of
チップ2A,2Bが接着された振動子1を用いる場合、チップ2Aを被測定物30に接触させて被測定物30のヤング率等を測定した後、チップ2Bが被測定物30に接触可能なように振動子1を保持部材3に保持し直し、チップ2Bを被測定物30に接触させて被測定物30のヤング率等を測定する。
When using the
これによって、同じ振動子1を用いて厚みが異なる2つの被測定物30のヤング率等を測定できる。また、同じ振動子1を用いて1つの被測定物30の深さ方向におけるヤング率の分布を測定できる。
Thus, the Young's modulus and the like of two objects to be measured 30 having different thicknesses can be measured using the
図30は、この発明の実施の形態による別のプローブの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態によるプローブは、図30に示すプローブ10Aであってもよい。
FIG. 30 is a cross-sectional view showing the configuration of another probe according to the embodiment of the present invention. The probe according to the embodiment of the present invention may be a
図30を参照して、プローブ10Aは、図1に示すプローブ10に針17を追加したものであり、その他は、プローブ10と同じである。
Referring to FIG. 30,
針17は、ケース11の底面11Aに固定される。針17は、ケース11の底面11A内において3個以上設けられる。少なくとも3個の針17が設けられていれば、プローブ10Aを被測定物30上に安定して配置できるからである。
The
針17の直径は、プローブ10Aを被測定物30上に配置した場合に、針17が被測定物30中に進入する直径に設定される。
The diameter of the
針17の長さは、被測定物30の表面が平面である場合、プローブ10Aのケース11の底面11Aが被測定物30に接触可能な長さに設定される。また、針17の長さは、被測定物30が球形状である場合、針17の先端が被測定物30中に進入する長さに設定される。
The length of the
このように、プローブ10Aを用いれば、チップ2が安定して被測定物30に接触し、被測定物30のヤング率等を正確に計測できる。
As described above, when the
なお、プローブ10Aについてのその他の説明は、プローブ10についての説明と同じである。
The other description of the
図31は、図1に示すプローブ10の応用例を示す概念図である。図31を参照して、パーソナルコンピュータのマウス60は、位置計測器70を内蔵する。そして、プローブ10は、マウス60内に装着される。
FIG. 31 is a conceptual diagram showing an application example of the
位置計測器70は、レーザマウスの原理によってマウス60の位置を計測し、その計測した位置をパーソナルコンピュータのCPU(Central Processing Unit)へ出力する。
The
プローブ10のアンテナ5は、電圧源40に接続されており、アンテナ6は、パーソナルコンピュータのCPUに接続されている。
The
マウス60は、被測定物30上に配置され、被測定物30の各位置へ移動される。そして、位置計測器70は、マウス60の位置を計測し、その計測した位置をパーソナルコンピュータのCPUへ出力する。また、プローブ10の振動子1は、電圧源40からアンテナ5を介して印加された電圧Vvによって振動し、アンテナ6は、振動子1が振動することに伴って発生した分極電場を電圧として受信し、その受信した電圧(受信信号)をパーソナルコンピュータのCPUへ出力する。
The
そうすると、パーソナルコンピュータのCPUは、アンテナ6から受けた受信信号に基づいて、上述した方法によって被測定物30のヤング率を算出し、その算出したヤング率を位置計測器70から受けたマウス60の位置に対応付けてメモリに記憶する。パーソナルコンピュータのCPUは、被測定物30の各位置におけるヤング率をマウス60の各位置に対応付けてメモリに記憶する。
Then, the CPU of the personal computer calculates the Young's modulus of the device under
従って、被測定物30のヤング率の分布を測定できる。
Accordingly, the Young's modulus distribution of the device under
なお、プローブ10がマウス60内に配置される場合も、上述した各種の方法によって被測定物30の欠陥を測定してもよく、上述した方法によって被測定物30の非破壊検査を行なってもよい。
Even when the
上述したように、振動子1,21,22は、振動子1,21,22の振動の節部に相当する位置において最小の接触面積でOリング31,35または保持具33によって保持される。また、振動子1,21,22は、同じ極性を有する磁石8,13が発生する斥力RFによって被測定物30にバイアス力を印加する。その結果、振動子1,21,22は、自由に振動するとともに、被測定物30が鉛直方向に対して任意の角度を成すように配置されていても、被測定物30に印加されるバイアス力は、一定になる。
As described above, the
従って、振動子1,21,22の安定した振動を確保できるとともに、バイアス力を任意の方向から被測定物30に印加して弾性定数を測定できる。
Therefore, stable vibrations of the
なお、この発明の実施の形態においては、Oリング31,35の各々は、「保持具」を構成する。また、この発明の実施の形態においては、磁石8は、「第1の磁石」を構成し、磁石13は、「第2の磁石」を構成する。更に、アンテナ4は、「第1のアンテナ」を構成し、アンテナ5は、「第2のアンテナ」を構成し、アンテナ6は、「第3のアンテナ」を構成する。更に、アンテナ6から受けた受信電圧に基づいて振動子1の共振周波数が検出されたか否かを判定する検出器50は、「判定器」を構成する。
In the embodiment of the present invention, each of the O-
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
この発明は、プローブおよびそれを備えた測定装置に適用される。 The present invention is applied to a probe and a measuring apparatus including the probe.
Claims (11)
被測定物側における前記振動子の一方端に接着され、前記被測定物よりも硬度が大きいチップと、
前記振動子の周方向において最小の接触面積で前記振動子と接触し、前記振動子の振動の節部に相当する前記振動子の一部分を保持する保持具と、
前記振動子の他方端側に配置され、前記保持具を支持する支持部材に接着された第1の磁石と、
前記振動子の長さ方向において前記第1の磁石と所望の距離を隔てて配置され、前記第1の磁石と同じ極性を有する第2の磁石と、
接地電位に接続された第1のアンテナと、
前記振動子の振動を励起するための励起電圧を前記第1のアンテナと協働して前記振動子に印加する第2のアンテナと、
前記励起電圧が振動子に印加されたことに起因して前記振動子に発生した電場を前記第1のアンテナと協働して電圧として受信する第3のアンテナとを備え、
前記第1から第3のアンテナは、前記振動子の一部分の近傍に配置されており、
前記チップは、前記振動子から前記被測定物へ向かう方向に突出した円弧状の形状を有する、プローブ。A vibrator having a rod-like shape and made of a piezoelectric body;
A chip bonded to one end of the vibrator on the measured object side and having a hardness higher than that of the measured object;
A holder that contacts the vibrator with a minimum contact area in the circumferential direction of the vibrator and holds a part of the vibrator corresponding to a vibration node of the vibrator;
A first magnet disposed on the other end side of the vibrator and bonded to a support member that supports the holder;
A second magnet disposed at a desired distance from the first magnet in the longitudinal direction of the vibrator, and having the same polarity as the first magnet;
A first antenna connected to ground potential;
A second antenna for applying an excitation voltage for exciting vibration of the vibrator to the vibrator in cooperation with the first antenna;
A third antenna that receives the electric field generated in the vibrator due to the excitation voltage being applied to the vibrator as a voltage in cooperation with the first antenna;
The first to third antennas are arranged in the vicinity of a part of the vibrator,
The probe has a circular arc shape protruding in a direction from the vibrator toward the object to be measured.
前記振動子、前記第1の磁石および前記保持具と前記ケースとの間に充填され、前記振動子、前記チップ、前記第1の磁石および前記保持具とともに前記振動子の長さ方向に移動可能である樹脂部材とを更に備え、
前記振動子の一方端および前記チップは、前記チップが前記被測定物に接触していないとき、前記ケースの開口部から外部へ突出しており、
前記振動子、前記チップ、前記第1の磁石、前記保持具および前記樹脂部材は、前記ケースの端部が前記被測定物に接触することに伴って、前記第1の磁石から前記第2の磁石の方向へ移動する、請求項1に記載のプローブ。A case for housing the vibrator, the chip, the first magnet, and the holder;
Filled between the vibrator, the first magnet and the holder and the case, and can be moved in the length direction of the vibrator together with the vibrator, the chip, the first magnet and the holder. And further comprising a resin member,
The one end of the vibrator and the chip protrude outward from the opening of the case when the chip is not in contact with the object to be measured.
The vibrator, the chip, the first magnet, the holder, and the resin member are moved from the first magnet to the second as the end of the case comes into contact with the object to be measured. The probe according to claim 1, which moves in the direction of the magnet.
前記振動子、前記第1の磁石および前記保持具と前記ケースとの間に充填され、前記振動子、前記チップ、前記第1の磁石および前記保持具とともに前記振動子の長さ方向に移動可能である樹脂部材とを更に備え、
前記振動子の一方端および前記チップは、前記チップが前記被測定物に接触していないとき、前記ケースの開口部から外部へ突出しており、
前記振動子、前記チップ、前記第1の磁石、前記保持具および前記樹脂部材は、前記ケースの端部が前記被測定物に接触することに伴って、前記第1の磁石から前記第2の磁石の方向へ移動する、請求項4に記載のプローブ。A case for housing the vibrator, the chip, the first magnet, and the holder;
Filled between the vibrator, the first magnet and the holder and the case, and can be moved in the length direction of the vibrator together with the vibrator, the chip, the first magnet and the holder. And further comprising a resin member,
The one end of the vibrator and the chip protrude outward from the opening of the case when the chip is not in contact with the object to be measured.
The vibrator, the chip, the first magnet, the holder, and the resin member are moved from the first magnet to the second as the end of the case comes into contact with the object to be measured. The probe according to claim 4, which moves in the direction of the magnet.
前記振動子、前記第1の磁石および前記保持具と前記ケースとの間に充填され、前記振動子、前記チップ、前記第1の磁石および前記保持具とともに前記振動子の長さ方向に移動可能である樹脂部材とを更に備え、
前記振動子の一方端および前記チップは、前記チップが前記被測定物に接触していないとき、前記ケースの開口部から外部へ突出しており、
前記振動子、前記チップ、前記第1の磁石、前記保持具および前記樹脂部材は、前記ケースの端部が前記被測定物に接触することに伴って、前記第1の磁石から前記第2の磁石の方向へ移動する、請求項3に記載のプローブ。A case for housing the vibrator, the chip, the first magnet, and the holder;
Filled between the vibrator, the first magnet and the holder and the case, and can be moved in the length direction of the vibrator together with the vibrator, the chip, the first magnet and the holder. And further comprising a resin member,
The one end of the vibrator and the chip protrude outward from the opening of the case when the chip is not in contact with the object to be measured.
The vibrator, the chip, the first magnet, the holder, and the resin member are moved from the first magnet to the second as the end of the case comes into contact with the object to be measured. The probe according to claim 3, which moves in the direction of the magnet.
前記振動子、前記第1の磁石および前記保持具と前記ケースとの間に充填され、前記振動子、前記チップ、前記第1の磁石および前記保持具とともに前記振動子の長さ方向に移動可能である樹脂部材とを更に備え、
前記振動子の一方端および前記チップは、前記チップが前記被測定物に接触していないとき、前記ケースの開口部から外部へ突出しており、
前記振動子、前記チップ、前記第1の磁石、前記保持具および前記樹脂部材は、前記ケースの端部が前記被測定物に接触することに伴って、前記第1の磁石から前記第2の磁石の方向へ移動する、請求項7に記載のプローブ。A case for housing the vibrator, the chip, the first magnet, and the holder;
Filled between the vibrator, the first magnet and the holder and the case, and can be moved in the length direction of the vibrator together with the vibrator, the chip, the first magnet and the holder. And further comprising a resin member,
The one end of the vibrator and the chip protrude outward from the opening of the case when the chip is not in contact with the object to be measured.
The vibrator, the chip, the first magnet, the holder, and the resin member are moved from the first magnet to the second as the end of the case comes into contact with the object to be measured. The probe according to claim 7, which moves in the direction of the magnet.
前記励起電圧を前記第2のアンテナへ出力する電圧源と、
前記第3のアンテナによって受信された受信電圧に基づいて前記振動子の共振周波数を検出し、その検出した共振周波数に基づいて前記被測定物のヤング率を算出する検出器とを備える測定装置。A probe according to claim 1;
A voltage source for outputting the excitation voltage to the second antenna;
And a detector that detects a resonance frequency of the vibrator based on the received voltage received by the third antenna and calculates a Young's modulus of the device to be measured based on the detected resonance frequency.
前記励起電圧を前記第2のアンテナへ出力する電圧源と、
前記第3のアンテナによって受信された受信電圧に基づいて前記振動子の共振周波数を有するピークの半値幅を検出し、または前記第3のアンテナによって受信された受信電圧に基づいて前記振動子が減衰するときの減衰定数を検出する検出器とを備える測定装置。A probe according to claim 1;
A voltage source for outputting the excitation voltage to the second antenna;
A half-width of a peak having a resonance frequency of the vibrator is detected based on a received voltage received by the third antenna, or the vibrator is attenuated based on a received voltage received by the third antenna. And a detector for detecting an attenuation constant when performing the measurement.
前記振動子の共振周波数をn(nは2以上の整数)倍した周波数、または前記振動子の共振周波数を1/n倍した周波数を有する電圧を前記励起電圧として前記第2のアンテナへ出力する電圧源と、
前記第3のアンテナによって受信された受信電圧に基づいて前記振動子の共振周波数が検出されたか否かを判定する判定器とを備える測定装置。A probe according to claim 1;
A voltage having a frequency obtained by multiplying the resonance frequency of the vibrator by n (n is an integer of 2 or more) or a frequency obtained by multiplying the resonance frequency of the vibrator by 1 / n is output as the excitation voltage to the second antenna. A voltage source;
And a determination device that determines whether or not a resonance frequency of the vibrator is detected based on a reception voltage received by the third antenna.
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