JIS R 1699-2:2016 ファインセラミックス―高負荷環境下での圧電材料の特性―第２部：電気的過渡応答法による高振動レベル下での測定方法

                                                                                 R 1699-2 : 2016

pdf 目 次

ページ

•  1 適用範囲・・・・[1]
•  2 引用規格・・・・[1]
•  3 用語及び定義・・・・[1]
•  4 測定原理・・・・[1]
•  5 測定装置・・・・[3]
•  6 試料の調製・・・・[4]
•  6.1 試料の形状・・・・[4]
•  6.2 試料の密度測定・・・・[4]
•  6.3 主要定数の測定・・・・[4]
•  7 測定手順・・・・[4]
•  8 解析手順・・・・[5]
•  9 計算方法及び測定結果の表し方・・・・[6]
•  9.1 特性値の算出手順・・・・[6]
•  9.2 測定結果の表し方・・・・[8]
•  10 測定結果の報告・・・・[8]

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R 1699-2 : 2016

まえがき

  この規格は,工業標準化法に基づき,日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本
工業規格である。
  この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。
  この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願又は実用新案権に抵触する可能性があることに注意
を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許権,出願公開後の特許出願及び実
用新案権に関わる確認について,責任はもたない。
  JIS R 1699の規格群には,次に示す部編成がある。
    JIS R 1699-1 第1部 : 共振・反共振法による高温環境条件下での測定方法
    JIS R 1699-2 第2部 : 電気的過渡応答法による高振動レベル下での測定方法

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                                       日本工業規格(日本産業規格)                             JIS
                                                                           R 1699-2 : 2016

ファインセラミックス−高負荷環境下での圧電材料の特性−第2部 : 電気的過渡応答法による高振動レベル下での測定方法

Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) -Characteristic of piezoelectric properties under high load conditions-Part 2: Electrical transient response method under high vibration levels

1 適用範囲

  この規格は,電気的過渡応答法による高振動レベル下でのファインセラミックス圧電材料の測定方法に
ついて規定する。

2 引用規格

  次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。この引用
規格は,その最新版(追補を含む。)を適用する。
    JIS R 1600 ファインセラミックス関連用語

3 用語及び定義

  この規格で用いる主な用語及び定義は,JIS R 1600によるほか,次による。
3.1
電気的過渡応答法
  本手法はファインセラミックス圧電材料に共振周波数近傍の電圧を印加し,振動が励起されるまで,短
時間だけ行う駆動で大振幅状態を実現した後,電気端子短絡下での振動速度と電流の減衰波形を用いて,
任意の振動レベル下での特性を評価する方法。
    注記 外部電界及び温度の影響を極力排除することが可能なため,これらの要因を排除した振動応力
          負荷環境下での特性を測定,評価することができる。
3.2
バースト駆動
  振動を励起するため,短時間だけ駆動すること。

4 測定原理

  ファインセラミックス圧電材料に共振周波数近傍の駆動電圧eを短時間だけ印加し,大振幅振動領域ま

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R 1699-2 : 2016
で励振した後,駆動電圧を0,すなわち,電気端子短絡状態(e=0)にする(図1を参照)。
          図1−ファインセラミックス圧電材料のバースト電圧駆動時の振動速度及び電流波形
  このバースト駆動終了後の電気端子短絡状態(e=0)での振動速度v及び電流iの減衰波形は,式(1)及
び式(2)に従って機械的共振周波数で減衰することとなる(図1を参照)。
                        v  V0   vt  sin 2πfrvt
                                              v  (1)
                      ここに,          v :  振動速度(m/s)
                                       V0 :  振動速度の振幅(m/s)
                                       βv :  振動速度の減衰定数(s-1)
                                        t :  時間(s)
                                       frv :  振動速度の共振周波数(Hz)
                                       v :  振動速度の初期位相(rad)
                        i  I0  it sin 2πfrit
                                            i   (2)
                      ここに,          i :  電流(A)
                                       I0 :  電流の振幅(A)
                                       βi :  電流の減衰定数(s-1)
                                       fri :  電流の共振周波数(Hz)
                                       i :  電流の初期位相(rad)
  βvとβi及びfrvとfriはおよそ同じ値になると考えられるが,機械的振動レベルに関する測定解析であるこ
とを考慮し,減衰定数はβvを,共振周波数はfrv を採用する。また,大振幅領域では非線形現象などによ
って他の周波数成分が発生する場合がある。このため,電気端子短絡状態での振動速度及び電流の減衰波
形から基本周波数成分だけを抽出し,任意の時刻の振動速度の振幅V1,電流の振幅I1,共振周波数frv1,減

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                                                                                 R 1699-2 : 2016
衰定数βv1を測定・算出し,これらの値を用いて任意の振動速度時における必要定数を算出する。電圧を
短時間だけ印加した後,0 Vとするため,電気端子短絡後は素子に加わる電界を0とみなせることに加え,
短時間だけの駆動により,損失による温度変化がほとんどない条件下での測定が可能となり,外部電界及
び温度の影響を排除した振動応力負荷環境下での圧電特性が評価できる。

5 測定装置

  測定装置は,次による。
  なお,測定する際は校正した測定装置を使用し,測定装置構成の概要を図2に示す。
                                    図2−測定装置構成の概要
a) 発振器 ファインセラミックス圧電材料の1次(基本)共振周波数以上の正弦波を出力することがで
    き,その駆動時間を設定(バースト駆動)することが可能なもの。
b) 電力増幅器 ファインセラミックス圧電材料の1次(基本)共振周波数の2倍以上の正弦波を電力増
    幅することができ,4象限出力可能なもの。出力電圧及び電流の最大振幅が,それぞれ200 V以上,1
    A以上で,出力インピーダンスが0.5 Ω以下のものが望ましい。
c) レーザドップラ振動速度計 ファインセラミックス圧電材料の1次(基本)共振周波数以上の5倍程
    度までの周波数領域が測定でき,0.01 m/sから2 m/s程度の範囲の振動速度が測定できるもの。
d) 電流プローブ ファインセラミックス圧電材料の1次(基本)共振周波数の5倍程度までの周波数領
    域が測定でき,1 mAから1 A程度の範囲の電流が測定できるもの。
e) デジタルストレージオシロスコープ ファインセラミックス圧電材料の1次(基本)共振周波数の10
    倍以上のサンプリング周波数で波形を記録でき,波形データを数値データとして出力できるもの。1
    秒以上の波形データを記録でき,縦軸分解能に優れていることが望ましい。
f)  Zステージ(試料保持用ジグ) 直径が1 mm以下の電極ピン一対を先端とし,これによってファイ
    ンセラミックス圧電材料の上下電極面とそれぞれ1点で接触した状態で挟み保持できるもの。
      注記 Zステージを備え,上部のピンが上下に移動できる機構を付けると,ファインセラミックス
            圧電材料を容易に取り付けることができる。下側の電極ピン内に熱電対を附属すると,ファ

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