圧電素板の波形測定装置
【課題】 圧電素板の局所的な振動測定を正確に測定することができ、その平行度，平坦度の測定精度をより向上させることのできる圧電素板の波形測定装置を提供する。
【解決手段】 測定器本体１に接続される対向電極２の両側の電極２１，２２のそれぞれを、互いに絶縁された複数の電極群２１ａ，・・，２２ａ・・に分割するとともに、これら各側の電極を、スイッチ群３を介して互いに対向するものどうしを一組として、その各組を選択的に測定器本体１に接続されるよう構成することで、選択された電極対の組に挟まれた局所的な領域での圧電素板の振動特性の測定を可能とする。
【解決手段】 測定器本体１に接続される対向電極２の両側の電極２１，２２のそれぞれを、互いに絶縁された複数の電極群２１ａ，・・，２２ａ・・に分割するとともに、これら各側の電極を、スイッチ群３を介して互いに対向するものどうしを一組として、その各組を選択的に測定器本体１に接続されるよう構成することで、選択された電極対の組に挟まれた局所的な領域での圧電素板の振動特性の測定を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子、水晶フィルタ、セラミック振動子、あるいはセラミックフィルタ等、圧電性基板に各種電極を形成してその圧電効果を利用するデバイスの製造プロセス等において、電極形成前の圧電性基板（以下、圧電素板と称する）の周波数応答波形を測定するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水晶振動子や水晶フィルタ等の圧電デバイスを製造するプロセスにおいては、一般に、まず圧電結晶を板状に切り出し、所要の外形寸法並びに厚さに研磨した後に、その圧電素板の周波数選別を行う。この周波数選別は、通常、ネットワークアナライザ等の測定器に接続された対向電極間に圧電素板を挿入し、その周波数応答特性を測定することによって行われる。そして、このような周波数選別を経た圧電素板に対して所要の電極を形成することによって、最終的なデバイスの歩留りを向上させている。
【０００３】ここで、近年の圧電デバイスの小型化の要求に伴う多電極化や、圧電素板の小型化並びに薄型化が進む中、周波数選別の精度が悪いと、電極膜形成後の周波数並びにインピーダンスのばらつきが大きくなる。このようなばらつきは、電極膜の最終蒸着によって調整されるが、このとき、圧電素板の周波数特性のばらつきが大きい場合には、調整量が多くなったり、インピーダンスの悪いものを調整した場合にはインピーダンス低下や定数のばらつき、スプリアスの増長等が発生し、規定の仕様に入らないデバイスが多発して歩留りを低下させる原因となる。
【０００４】また、圧電素板の薄型化とデバイスの仕様の高度化に伴い、圧電素板の平行度や平坦度が無視し得ない状況になっている。すなわち、圧電素板を用いた振動子やフィルタの振動特性や通過帯域特性は、圧電素板の平行度や平坦度に依存することが知られているが、圧電素板の薄型化に伴ってその平行度や平坦度の素子特性に及ぼす影響が大きくなり、上記した電極膜の最終蒸着による調整量が大きくなったり、調整不能となって歩留りを低下させる原因となっている。
【０００５】ところで、前記した圧電素板の周波数選別を行うための従来の装置は、対向電極が平行平板状のものであり、圧電素板全体としての周波数特性しか測定することはできず、圧電素板の平行度や平坦度の選別を行うことはできない。
【０００６】このような問題を解決するための対策として、特開平６−１４０８６０号が提案されている。この提案では、測定器本体に接続される対向電極として、一方側の電極を平板状のものとするとともに、他方側の電極を複数に分割し、その分割された電極のいずれか一つを選択的に測定器本体に接続可能とすることにより、圧電素板上の異なる領域における振動特性の測定を可能とし、これによって圧電素板の平行度の調査を可能としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の提案では、分割されている側の電極の一つを選択して振動特性を測定しても、それと反対側の電極を平板状としているが故に電界は比較的広い領域に分布し、得られる振動特性は選択された電極位置を中心とした領域のものとはなるものの、その領域は選択された電極面積に比して相当に広いものとなって、圧電素板の局所的な振動特性を表すものとは言いがたく、その結果として圧電素板の平行度や平坦度を正確に測定することはできない。そして、この従来の提案の電極構成によれば、分割電極の複数を選択して複数箇所の振動特性を同時に測定しようとする場合、各電極に対応する振動領域が広いが故に、その振動領域が相互に重複し、各領域の正確な振動特性を得ることはできない。
【０００８】また、対向電極の一方側を複数に分割してそのいずれかを選択的に測定器に接続可能とした従来の提案の電極構成によれば、振動特性の測定可能領域は分割電極の配設位置に対応した離散的な領域のみとなり、圧電素板の面積が変わった場合にはそれに応じた電極を用意する必要があるし、圧電素板上の任意の領域における振動特性を細密に測定することはできない。
【０００９】本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その主たる目的は、圧電素板の局所的な振動特性を正確に測定することができ、その平行度並びに平坦度の測定精度をより向上させることのできる圧電素板の波形測定装置を提供することにある。
【００１０】また、本発明の他の目的は、任意の面積を持つ圧電素板に対して、その任意の領域における局所的な振動特性を正確に測定することができ、圧電素板の任意方向への平行度や平坦度を正確に測定することのできる圧電素板の波形測定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するための構成を、好適な実施の一形態を現す図１を参照しつつ説明すると、本発明の圧電素板の波形測定装置は、ネットワークアナライザ等の測定器本体１に接続される対向電極２の、その両側の電極２１および２２のそれぞれが、互いに絶縁された複数の電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃおよび２２ａ，２２ｂ，２２ｃからなり、その各側の個々の電極は、スイッチ群３を介して互いに対向するものどうし（例えば２１ａと２２ａ，２１ｂと２２ｂ等）を一組として、その任意の組が選択的に測定器本体１に接続されるよう構成されていることをによって特徴づけられる（請求項１に記載の構成）。
【００１２】また、本発明では、上記の構成において、スイッチ群３により、互いに対向する電極どうしの少なくとも２組を、同時に測定器本体１に接続する構成を採用することができる。
【００１３】また、本発明においては、対向電極２を構成する両側の電極群のうち、少なくとも一方の電極群の個々の電極を、それぞれ他方の電極に対して独立的に接近離反させるギャップ調整機構４を設けることが好ましい（図７参照）。
【００１４】前記した目的を達成するための本発明の他の構成では、図８，図９に例示するように、ネットワークアナライザ等の測定器本体１に接続される対向電極２の、その両側の電極１２１，１２２のそれぞれが、マトリクス状に配列された多数の微小電極ｅ，ｅ，・・，ｅからなり、その各側の微小電極群のそれぞれは、スイッチ群３１，３２によって選択的に任意のものどうしを互いに導通させた状態で、測定器本体１の測定端子に接続可能な構成を採用している（請求項４に記載の構成）。
【００１５】以上の本発明の各構成において、振動特性の測定領域の正確さを追求することを目的として、図１１R>１に例示するように、測定すべき圧電素板Ｗを、対向電極２の対向方向（ｚ方向）に直交する平面（ｘ−ｙ平面）上で、対向電極２に対して位置決めするための位置決め機構６を設けることが望ましい。
【００１６】前記した目的を達成するための本発明の更に他の構成として、ネットワークアナライザ等の測定器本体１に接続される対向電極２の少なくともいずれか一方の電極面積が測定すべき圧電素板Ｗの面積より小さく、かつ、その対向電極２とその間に挿入された圧電素板Ｗとの、対向電極２の対向方向に直交する方向の平面上での相対的位置関係を変化させる移動機構を備え、その移動範囲内の任意の位置で周波数応答波形を測定可能とした構成を採用することができる（請求項６に記載の構成）。
【００１７】そしてこの場合、具体的には、図１２に例示するように、対向電極２の双方の電極２２１，２２２の電極面積を測定すべき圧電素板Ｗの面積より小さくし、移動機構８１，８２によって、圧電素板Ｗを対向電極２に対して、当該対向電極の対向方向に直交する方向の平面上で移動させるか、あるいは逆に双方の電極２２１，２２２を圧電素板Ｗに対して、同平面上で同時に移動させる構成を採用することができる。
【００１８】また、圧電素板Ｗと対向電極２との相対的位置関係を変化させる他の具体的構成として、図１３に例示するように、対向電極２の一方側の電極２２１を平板状とし、他方側の電極２２２の電極面積を、一方側の電極２２１の電極面積および測定すべき圧電素板Ｗの面積のいずれに対しても小さくし、移動機構８３により、一方側の電極２２１の電極面に沿って、他方側の電極２２２を圧電素板Ｗに対して移動させるか、あるいは圧電素板Ｗ側を移動させる構成を採用することができる。
【００１９】
【作用】請求項１に記載の構成においては、対向電極２の双方の電極２１，２２のそれぞれを複数の電極群に分割し、そのうち対向するものどうしの電極を一組とし、その各組を選択的に測定器本体１に接続可能としている。この構成によると、スイッチ群３によって選択された、互いに対向する比較的小面積の電極対の間で形成される電界に基づいて圧電素板Ｗが振動するため、圧電素板Ｗの局所的な領域での振動特性を測定することができ、圧電素板Ｗの正確な平行度並びに平坦度を求めることが可能となる。
【００２０】このことは、互いに対向する電極群の複数組を同時に測定器本体１に接続して、圧電素板Ｗの複数の局所的領域における周波数応答波形を同時に正確に測定することを可能とし、そのような接続を可能とする構成の採用（請求項２に記載の構成）により、周波数選別効率を向上させることができる。
【００２１】また、互いに対向する電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃと２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうちのいずれか一方の電極群を、他方の電極群に対して独立的に接近離反させるためのギャップ調整機構４を設けることにより、圧電素板Ｗの平行度等の測定結果に応じて各電極と圧電素板Ｗとのギャップを調整することが可能となり、より正確な平行度，平坦度の測定が可能となる。
【００２２】一方、対向電極２を双方の電極１２１，１２２の両側の電極１２１，１２２のそれぞれを、マトリクス状に配列された多数の微小電極ｅ1 ，ｅ，・・，ｅとし、それぞれの側の微小電極群を選択的に任意のものどうしを互いに導通させた状態で測定器本体１の測定端子に接続可能な構成を採用した請求項４に記載の構成では、各側の電極１２１，１２２の能動領域の形状・寸法（測定器本体１に接続されて能動かされる電極形状並びにその寸法）を、実質的に微小電極の集合として任意に選択することが可能となり、圧電素板Ｗの寸法や形状が変わっても、任意の領域における局所的な振動特性の測定が可能となる。
【００２３】また、請求項６に記載の構成では、対向電極２の少なくともいずれか一方側の電極面積を、測定すべき圧電素板Ｗの面積よりも小さくし、対向電極２と圧電素板Ｗとの相対的位置関係を変化させることにより、圧電素板Ｗの振動測定領域の選択を連続的なものとし、圧電素板Ｗの任意方向への平行度並びに平坦度の測定が可能となる。
【００２４】この場合、対向電極２の両側の電極２２１，２２２の電極面積の双方を圧電素板Ｗの面積よりも小さくして、その電極２２１，２２２を同時に、またはこれらに対して圧電素板Ｗ側を移動させることにより、圧電素板Ｗの任意の位置における局所的な領域での振動特性の測定が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図である。この例においてネットワークアナライザ等の測定器本体１は２チャンネルであり、２つのアウトプット端子と２つのインプット端子を備えている。
【００２６】対向電極２の上側電極２１および下側電極２２は、それぞれが絶縁体Ｉによって相互に絶縁された３つの電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、および、２２ａ，２２ｂ，２２ｃに分割されている。これらの上下の電極群は、２１ａと２２ａ、２１ｂと２２ｂ、および２１ｃと２２ｃとが、互いに対向配置されている。周波数応答特性を測定すべき圧電素板Ｗは、この上下の電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、および、２２ａ，２２ｂ，２２ｃの間に挿入される。
【００２７】上側の電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、スイッチ群３を介して測定器本体１の２つのインプット端子に、また、下側の電極群２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、同じくスイッチ群３を介して測定器本体の２つのアウトプット端子に接続されるようになっている。
【００２８】スイッチ群３は実際にはトランジスタ等を用いた半導体スイッチであり、上側の電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃと下側の電極群２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうち、互いに対向する上下の電極、例えば２１ａと２２ａ、を一組として、任意の二組を測定器本体１の二組のインプット−アウトプット端子に選択的に接続することができる。この選択は、例えばキーボード等の入力手段（図示せず）の操作によって行われる。
【００２９】以上の実施の形態によれば、圧電素板Ｗを対向電極２の間に挿入し、スイッチ群３によって電極２１ａと２２ａ、および２１ｃと２２ｃを選択的に測定器本体１に接続すれば、圧電素板Ｗにおける、電極２１ａと２２ａで挟まれた領域と、電極２１ｃと２２ｃで挟まれた領域との、２つの領域での周波数応答波形を同時に測定することができる。
【００３０】この実施の形態において特に注目すべき点は、上下の電極２１および２２の双方が比較的小さい電極面積を持ち、かつ、それぞれが互いに対向する電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃおよび２２ａ，２２ｂ，２２ｃに分割され、スイッチ群３によってその対向する組ごとに選択的に測定器本体１に接続される点であり、これにより、各組の電極対間に形成される電界の広がりが小さくなって、各組の電極対による振動特性測定対象領域が小さくなり、圧電素板Ｗ上での局所的な振動特性を把握することが可能となる。
【００３１】このような局所的な振動特性の把握は、後述する圧電素板Ｗの平行度並びに平坦度の測定（推定）精度を良好なものとし、圧電素板Ｗの選別精度を向上させると同時に、その測定結果に基づいて圧電素板Ｗの研磨工程やラップ工程へのフィードバックをも可能とする。
【００３２】そして、このような局所的な振動特性の測定が可能であるが故に、上記のように複数組の電極対による振動特性の同時測定を行っても、その各測定結果は相互に干渉することなく正確なものとなり、圧電素体Ｗの選別効率が向上する。
【００３３】ここで、図１の例では上下の電極をそれぞれ３個に分割したが、本発明は上下それぞれ２個以上任意の複数個に分割することができ、また、３組以上の電極対による同時測定も可能である。
【００３４】図２〜図６は、それぞれ、上下３組の電極対を同時にネットワークアナライザに接続して、各箇所における局所的な周波数応答波形を測定した例を示すグラフ（Ａ）と、その測定箇所の説明図（Ｂ）であり、これらの図を参照しつつ、各位置での局所的な周波数応答特性と圧電素板Ｗの平行度並びに平坦度との関係について述べる。なお、これらの測定結果における測定条件は、上下の各分割電極のそれぞれの直径を１．５ｍｍ、上側の各電極と圧電素板Ｗの表面とのギャップを２０μｍ（圧電素板Ｗが設計通りの厚さおよび形状であると想定してのギャップである）とした。
【００３５】図２の測定結果においては、主振動の周波数が３ポイントともほぼ同じ値であり、これによって平行度が良好であると判る。また、この測定結果では、主振動の振幅レベルが３ポイントとも６０ｄＢ以上あり、かつ、スプリアスＳＰ１の周波数および振動レベルがほぼ同一であることから、平面度が良好であることが判る。
【００３６】図３の測定結果においては、主振動の周波数が両端部分において互いに１７ｋＨｚほど差があり、これにより、平行度が不良であり、また、一端部のポイント■の主振動周波数が最も小さく、他端部のポイント■の主振動周波数が最も大きいことから、ポイント■においてより厚い略楔状であることが判る。
【００３７】図４の測定結果では、主振動の周波数差が６ｋＨｚほどあり、上記と図３の測定結果と同様に平行度不良があることが判るとともに、ＳＰ１の振幅レベルが位置によって大きく変わるため、平坦度不良であることが判る。
【００３８】また、図５の測定結果においては、主振動の周波数が中央のポイント■で最も低く、圧電素板Ｗは凸状の平行度不良であることが判る。更に、図６の測定結果では、主振動とＳＰ１の振幅レベルが逆転しているため、平坦度不良であることが判るとともに、各位置における主振動周波数の大小関係から、図３の測定結果と同様に全体として楔状の平行度不良が発生していることが判る。
【００３９】このように、各ポイントにおける局所的な周波数特性の把握により、圧電素板Ｗの平行度並びに平坦度を高い精度のもとに知ることが可能であり、選別精度が向上すると同時に、これらの形状の把握に基づいて、圧電素板Ｗの製造工程へのフィードバックが可能となる。
【００４０】ここで、図１の構成において、圧電素板Ｗの表面に対する上側の電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃのギャップは、周波数測定精度に影響を及ぼす。そこで、図７に斜視図で例示するすように、各電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃをそれぞれ独立的に、対向する電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（図７において図示せず）に対して接近離反させるギャップ調整機構４を設けることにより、周波数特性の測定精度をより一層正確なものとすることができる。
【００４１】この図７の例におけるギャップ調整機構４では、上側の各電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃをフレーム４０によって上下動自在に支承するとともに、これらの各電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃにそれぞれナット４１ａ，４１ｂ，４１ｃを固着し、その各ナット４１ａ，４１ｂ，４１ｃに対してそれぞれネジ軸４２ａ，４２ｂ，４２ｃをねじ込んだ構造としている。そして、各ネジ軸４２ａ，４２ｂ，４２ｃを個別にサーボモータ４３ａ，４３ｂ，４３ｃに接続して独立的に回転駆動し得るように構成している。このような構成により、例えばサーボモータ４３ａを駆動することによって該当の電極２１ａのみを上下動させることが可能となる。
【００４２】このようなギャップ調整機構４を備えることにより、例えば次のような使用が可能となる。まず各電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃの上下位置を全て一定にした状態で、圧電素板Ｗの各電極位置における局所的な振動特性を測定する。その測定結果として、例えば電極２１ａの位置において最も主振動周波数が高く、よってこの位置における圧電素板Ｗの厚みが最も薄いことを知ったとき、サーボモータ４３ａを駆動して電極２１ａを下降させ、圧電素板Ｗとのギャップを縮めたうえで、その位置における振動特性を測定する。これにより、その位置での振動特性をより正確に知ることが可能となり、このようなデータの蓄積により、ひいては平行度の不良の程度を定量的に把握することも可能となる。
【００４３】図８は本発明の他の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図で、図９はその上下の各電極１２１および１２２の電極面の正面図である。この例においては、対向電極２を構成する上下の電極１２１および１２２のそれぞれを、互いに絶縁された微小電極ｅ，ｅ，・・，ｅをマトリクス状に配列した構成とするとともに、その各電極１２１および１２２について、スイッチ群３１および３２によって、各微小電極ｅ，ｅ，・・，ｅの任意のものを選択的に導通させた状態で、それぞれ測定器本体１のインプット端子およびアウトプット端子に接続し得るように構成している。また、各スイッチ群３１および３２による微小電極の選択は、キーボード等の入力装置（図示せず）によって行うようになっている。
【００４４】この図８および図９に示した実施の形態では、上下の電極１２１および１２２の各微小電極ｅ，ｅ，・・，ｅのうち、圧電素板Ｗ上で振動特性を測定したい領域に対応する領域内のものを、スイッチ群３１および３２によって選択的に導通させ、測定器本体１に接続する。すなわち、図１０に例示するように、マトリクス状に配列された微小電極ｅ，ｅ，・・，ｅのうち、Ａで示す領域のものを選択して相互に導通させた状態で測定器本体１に接続すると、その領域Ａ内の微小電極群が実質的に１つの電極として機能し、このような微小電極の選択領域を、上下の電極１２１および１２２について互いに対向させることによって、圧電素板Ｗの領域Ａに対応する領域での振動特性を測定することができる。
【００４５】この図８，図９に示した実施の形態において特に注目すべき点は、スイッチ群３１，３２による微小電極群の選択的導通〜測定器本体１への接続領域を、微小電極群の配列ピッチを分解能として自由に選択することができ、もって対向電極２の実質的な面積並びに形状等を自由に変更させ得る点であり、これにより、振動特性の調査領域の自在性が得られるとともに、測定すべき圧電素板Ｗの形状・寸法が変わっても、それに応じて振動特性の測定領域を自由に変更することが可能となる。
【００４６】なお、この図８，図９に示した実施の形態においても、微小電極群を導通させて測定器本体１に接続する領域を、上下それぞれ複数箇所とすることにより、一つの圧電素板Ｗの複数領域における局所的な振動特性を同時に測定することができる。
【００４７】以上の各実施の形態において、対向電極２の上下の電極２１および２２、あるいは１２１および１２２と、測定すべき圧電素板Ｗとの水平方向への位置関係は、振動測定領域の設定の上で重要なファクターとなる。従って、対向電極２に対して圧電素板Ｗは常に一定の位置関係で配置された状態で、振動特性の測定に供される必要がある。
【００４８】そこで、図１１に例示するように、上記した各実施の形態における圧電素板Ｗの保持部に、その位置決め機構６を設けることが望ましい。この図１１の例では、対向電極（図示せず）の対向方向（鉛直方向）をｚ方向とし、それに直交する方向への平面（水平面）をｘ−ｙ平面としたとき、圧電素板Ｗの保持部に、ｘ−ｙ平面に沿って圧電素板Ｗの保持面６１ａを有し、かつ、その保持面６１ａでの圧電素板Ｗのｘ方向への基準となる当たり部６１ｂと同じくｙ方向への基準となる当たり部６１ｃを備えた保持部材６１を設けている。そして、その保持面６１ａには下側の分割電極２２またはマトリクス状電極１２２の各電極面を臨ませる。また、その保持部材６１には、各当たり部材６１ｂおよび６１ｃのそれぞれに向けてバネ６２，６３で付勢された押圧部材６４および６５を設け、また、その押圧部材６４および６５を適当なアクチュエータ（図示せず）によって後退（付勢方向とは逆向き）させる得るように構成している。この構成において、各押圧部材６４，６５を後退させた状態で、圧電素板Ｗを保持面６１ａ上に載せ、更にその状態で各押圧部材６４，６５をバネ６２，６３で付勢することにより、圧電素板Ｗの直交する二辺がそれぞれ当たり部材６１ｂおよび６１ｃに押しつけられ、ｘ−ｙ平面上で一定の位置に位置決めされ、対向電極に対して常に一定の位置関係で圧電素板Ｗがセットされる。
【００４９】次に、本発明の更に他の実施の形態について述べる。図１２はその全体のシステム構成を示す模式図である。この実施の形態においては、対向電極２を構成する上下の電極２２１および２２２をそれぞれ１個ずつとし、かつ、その電極面積を、測定すべき圧電素板Ｗの面積に比して小さくするとともに、これらを測定器本体１に接続している。
【００５０】また、下側の電極２２２の前後左右の周囲は絶縁体Ｉで覆って、これらの上面が全体として水平面Ｈを形成するように配置している。圧電素板Ｗは保持部材７によって保持された状態で、その水平面Ｈ上に載せられる。そして、その保持部材７を、水平面Ｈ上で互いに直交する方向（ｘおよびｙ方向）に移動させるための移動機構８１および８２を設けている。なお、各移動機構８１，８２のアクチュエータとしては、サーボモータないしはステップモータ等を使用することができる。また、移動機構８１および８２は、例えばＸ−Ｙテーブル等の規制の移動機構を採用することができる。この場合、Ｘ−Ｙテーブル上に保持部材７を載せるとともに、そのテーブルの上面部分で、かつ、保持部材７の搭載位置の下方の部分に凹所を形成し、その凹所内に下側の電極２２２をテーブルとは非接触の状態で保持する等の構造を採用することができる。
【００５１】この図１２の実施の形態では、移動機構８１および８２の駆動により、水平素板Ｗの対向電極２に対する水平面上での位置を自由に変化させることができ、その任意の停止位置で測定器本体１により圧電素板Ｗの周波数応答波形を測定することができる。
【００５２】この例においては、上下の電極２２１と２２２の電極面積が圧電素板Ｗの面積より小さいことから、圧電素板Ｗの所望領域が上下の電極２２１と２２２で挟まれるように移動機構８１，８２を駆動し、その状態で測定器本体１によって周波数応答波形を測定することにより、その領域での局所的な振動特性を測定することが可能となる。よってこの構成によれば、圧電素板Ｗ上での振動特性の測定領域の選択を、離散的なものではなく実質的に連続的に行うことが可能となり、局所的振動特性の測定領域を可及的に密にすることができる。
【００５３】ここで、以上の例では圧電素板Ｗを対向電極２に対して移動させたが、対向電極２の上下の電極２２１および２２２を同時に、圧電素板Ｗに対して水平面上で移動させても、上記と全く同等の作用効果を奏することができる。
【００５４】また、圧電素板Ｗと対向電極２の相対的位置関係を変化させる他の構成として、図１３に例示する構成を採用することができる。この図１３の構成では、対向電極２の下側の電極２２２を平板状の電極とし、その上に圧電素板Ｗを載せててこれら双方を装置フレーム等に固定する。また、上側電極２２１の電極面積を圧電素板Ｗの面積および下側の電極２２２の電極面積のいずれに対しても小さくしている。そして、下側の電極２２２および圧電素板Ｗに対して、上側の電極２２１を水平面上で互いに直交する方向（ｘおよびｙ方向）に移動させる移動機構８３を設けている。
【００５５】この図１３の構成においては、上側の電極２２１を自由に移動させ、その任意の停止位置で測定器本体１により圧電素板Ｗの周波数応答波形を測定する。従ってこの例では、上側の電極２２１の停止位置に対応する領域での圧電素板Ｗの振動特性を測定することができ、図１２に示した例に比して振動特性の測定対象領域は広くなってしまうものの、その測定領域の選択を実質的に連続的なものとすることができる点では、図１２の例と同等の作用効果を奏することができる。
【００５６】なお、以上の図１２に示した実施の形態における圧電素板Ｗの保持部材７、あるいは図１３に示した実施の形態において下側電極２２２に対して圧電素板Ｗを固定するための部材に関しても、圧電素板Ｗとこれらの部材との位置関係は正確に設定しておく必要があり、そのため、これらの部材に、前記した図１１に例示した位置調決め構６を適用することが望ましい。
【００５７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ネットワークアナライザ等の測定器本体に接続される対向電極の双方の電極について、それぞれ複数の電極群に分割し、その各電極群のうち、互いに対向するものを一組として、その各組を選択的に測定器本体に接続する構成を採用することにより、圧電素板の局所的な振動特性を個別に正確に測定することが可能となり、圧電素板の電極形成前の周波数選別精度および平行度および平坦度の選別精度を向上させることができる。また、対向電極の双方の電極を分割することによって、従来の提案に比して振動特性の測定対象領域をより局所化することが可能となったが故に、複数箇所における振動特性を同時に、かつ、個別に測定することが可能となり、上記の選別作業の能率を向上させることが可能となった。
【００５８】また、測定器本体に接続される対向電極の双方の電極を、それぞれ多数の微小電極をマトリクス状に配列した構造とし、その双方の微小電極群について、任意の複数を選択的に導通させた状態で測定器本体に接続する構成を採用することにより、上記の効果に加えて、圧電素板上での振動特性の測定領域の形状および寸法の選択の自由度が増大し、また、特性を測定すべき圧電素板の寸法が変わっても、微小電極群の選択によって対処できる。
【００５９】更に、測定器本体に接続される対向電極のうちの少なくとも一方の電極面積を、測定すべき圧電素板の面積よりも小さくするとともに、対向電極と圧電素板との相対的位置関係を変化させる移動機構を備えた構成を採用することにより、圧電素板上での振動特性の測定領域の位置選択を連続的なものとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図
【図２】本発明を適用して、上下３組の電極対を同時にネットワークアナライザに接続し、圧電素板の各箇所における局所的な周波数応答波形を測定した例を示すグラフ（Ａ）とその測定箇所の説明図（Ｂ）
【図３】同じく本発明を適用して、圧電素板の３箇所における局所的な周波数応答波形を測定した他の例を示すグラフ（Ａ）とその測定箇所の説明図（Ｂ）
【図４】同じく本発明を適用して、圧電素板の３箇所における局所的な周波数応答波形を測定した更に他の例を示すグラフ（Ａ）とその測定箇所の説明図（Ｂ）
【図５】同じく本発明を適用して、圧電素板の３箇所における局所的な周波数応答波形を測定した更にまた他の例を示すグラフ（Ａ）とその測定箇所の説明図（Ｂ）
【図６】同じく本発明を適用して、圧電素板の３箇所における局所的な周波数応答波形を測定したまた更に他の例を示すグラフ（Ａ）とその測定箇所の説明図（Ｂ）
【図７】本発明における分割された対向電極の各電極のギャップ調整機構の構成例を示す斜視図
【図８】本発明の他の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図
【図９】図８における上下の各電極１２１および１２２の電極面の正面図
【図１０】図８，図９に示した実施の形態におけるマトリクス状の微小電極ｅ1,1 ，ｅ1,2 ，・・ｅi,j ，・・ｅn,m の選択の仕方の説明図
【図１１】本発明の各実施の形態に適用可能な、圧電素板Ｗの位置決め機構の例を示す斜視図
【図１２】本発明の更に他の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図
【図１３】本発明の更にまた他の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図
【符号の説明】
１ 測定器本体
２ 対向電極
２１，１２１，２２１ 上側の電極
２２，１２２，２２２ 下側の電極
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 電極（分割電極）
３，３１，３２ スイッチ群
４ ギャップ調整機構
６ 位置決め機構
７ 保持部材
８１，８２，８３ 移動機構
ｅ，ｅ，・・，ｅ 微小電極
Ｗ 圧電素板
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子、水晶フィルタ、セラミック振動子、あるいはセラミックフィルタ等、圧電性基板に各種電極を形成してその圧電効果を利用するデバイスの製造プロセス等において、電極形成前の圧電性基板（以下、圧電素板と称する）の周波数応答波形を測定するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水晶振動子や水晶フィルタ等の圧電デバイスを製造するプロセスにおいては、一般に、まず圧電結晶を板状に切り出し、所要の外形寸法並びに厚さに研磨した後に、その圧電素板の周波数選別を行う。この周波数選別は、通常、ネットワークアナライザ等の測定器に接続された対向電極間に圧電素板を挿入し、その周波数応答特性を測定することによって行われる。そして、このような周波数選別を経た圧電素板に対して所要の電極を形成することによって、最終的なデバイスの歩留りを向上させている。
【０００３】ここで、近年の圧電デバイスの小型化の要求に伴う多電極化や、圧電素板の小型化並びに薄型化が進む中、周波数選別の精度が悪いと、電極膜形成後の周波数並びにインピーダンスのばらつきが大きくなる。このようなばらつきは、電極膜の最終蒸着によって調整されるが、このとき、圧電素板の周波数特性のばらつきが大きい場合には、調整量が多くなったり、インピーダンスの悪いものを調整した場合にはインピーダンス低下や定数のばらつき、スプリアスの増長等が発生し、規定の仕様に入らないデバイスが多発して歩留りを低下させる原因となる。
【０００４】また、圧電素板の薄型化とデバイスの仕様の高度化に伴い、圧電素板の平行度や平坦度が無視し得ない状況になっている。すなわち、圧電素板を用いた振動子やフィルタの振動特性や通過帯域特性は、圧電素板の平行度や平坦度に依存することが知られているが、圧電素板の薄型化に伴ってその平行度や平坦度の素子特性に及ぼす影響が大きくなり、上記した電極膜の最終蒸着による調整量が大きくなったり、調整不能となって歩留りを低下させる原因となっている。
【０００５】ところで、前記した圧電素板の周波数選別を行うための従来の装置は、対向電極が平行平板状のものであり、圧電素板全体としての周波数特性しか測定することはできず、圧電素板の平行度や平坦度の選別を行うことはできない。
【０００６】このような問題を解決するための対策として、特開平６−１４０８６０号が提案されている。この提案では、測定器本体に接続される対向電極として、一方側の電極を平板状のものとするとともに、他方側の電極を複数に分割し、その分割された電極のいずれか一つを選択的に測定器本体に接続可能とすることにより、圧電素板上の異なる領域における振動特性の測定を可能とし、これによって圧電素板の平行度の調査を可能としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の提案では、分割されている側の電極の一つを選択して振動特性を測定しても、それと反対側の電極を平板状としているが故に電界は比較的広い領域に分布し、得られる振動特性は選択された電極位置を中心とした領域のものとはなるものの、その領域は選択された電極面積に比して相当に広いものとなって、圧電素板の局所的な振動特性を表すものとは言いがたく、その結果として圧電素板の平行度や平坦度を正確に測定することはできない。そして、この従来の提案の電極構成によれば、分割電極の複数を選択して複数箇所の振動特性を同時に測定しようとする場合、各電極に対応する振動領域が広いが故に、その振動領域が相互に重複し、各領域の正確な振動特性を得ることはできない。
【０００８】また、対向電極の一方側を複数に分割してそのいずれかを選択的に測定器に接続可能とした従来の提案の電極構成によれば、振動特性の測定可能領域は分割電極の配設位置に対応した離散的な領域のみとなり、圧電素板の面積が変わった場合にはそれに応じた電極を用意する必要があるし、圧電素板上の任意の領域における振動特性を細密に測定することはできない。
【０００９】本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その主たる目的は、圧電素板の局所的な振動特性を正確に測定することができ、その平行度並びに平坦度の測定精度をより向上させることのできる圧電素板の波形測定装置を提供することにある。
【００１０】また、本発明の他の目的は、任意の面積を持つ圧電素板に対して、その任意の領域における局所的な振動特性を正確に測定することができ、圧電素板の任意方向への平行度や平坦度を正確に測定することのできる圧電素板の波形測定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するための構成を、好適な実施の一形態を現す図１を参照しつつ説明すると、本発明の圧電素板の波形測定装置は、ネットワークアナライザ等の測定器本体１に接続される対向電極２の、その両側の電極２１および２２のそれぞれが、互いに絶縁された複数の電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃおよび２２ａ，２２ｂ，２２ｃからなり、その各側の個々の電極は、スイッチ群３を介して互いに対向するものどうし（例えば２１ａと２２ａ，２１ｂと２２ｂ等）を一組として、その任意の組が選択的に測定器本体１に接続されるよう構成されていることをによって特徴づけられる（請求項１に記載の構成）。
【００１２】また、本発明では、上記の構成において、スイッチ群３により、互いに対向する電極どうしの少なくとも２組を、同時に測定器本体１に接続する構成を採用することができる。
【００１３】また、本発明においては、対向電極２を構成する両側の電極群のうち、少なくとも一方の電極群の個々の電極を、それぞれ他方の電極に対して独立的に接近離反させるギャップ調整機構４を設けることが好ましい（図７参照）。
【００１４】前記した目的を達成するための本発明の他の構成では、図８，図９に例示するように、ネットワークアナライザ等の測定器本体１に接続される対向電極２の、その両側の電極１２１，１２２のそれぞれが、マトリクス状に配列された多数の微小電極ｅ，ｅ，・・，ｅからなり、その各側の微小電極群のそれぞれは、スイッチ群３１，３２によって選択的に任意のものどうしを互いに導通させた状態で、測定器本体１の測定端子に接続可能な構成を採用している（請求項４に記載の構成）。
【００１５】以上の本発明の各構成において、振動特性の測定領域の正確さを追求することを目的として、図１１R>１に例示するように、測定すべき圧電素板Ｗを、対向電極２の対向方向（ｚ方向）に直交する平面（ｘ−ｙ平面）上で、対向電極２に対して位置決めするための位置決め機構６を設けることが望ましい。
【００１６】前記した目的を達成するための本発明の更に他の構成として、ネットワークアナライザ等の測定器本体１に接続される対向電極２の少なくともいずれか一方の電極面積が測定すべき圧電素板Ｗの面積より小さく、かつ、その対向電極２とその間に挿入された圧電素板Ｗとの、対向電極２の対向方向に直交する方向の平面上での相対的位置関係を変化させる移動機構を備え、その移動範囲内の任意の位置で周波数応答波形を測定可能とした構成を採用することができる（請求項６に記載の構成）。
【００１７】そしてこの場合、具体的には、図１２に例示するように、対向電極２の双方の電極２２１，２２２の電極面積を測定すべき圧電素板Ｗの面積より小さくし、移動機構８１，８２によって、圧電素板Ｗを対向電極２に対して、当該対向電極の対向方向に直交する方向の平面上で移動させるか、あるいは逆に双方の電極２２１，２２２を圧電素板Ｗに対して、同平面上で同時に移動させる構成を採用することができる。
【００１８】また、圧電素板Ｗと対向電極２との相対的位置関係を変化させる他の具体的構成として、図１３に例示するように、対向電極２の一方側の電極２２１を平板状とし、他方側の電極２２２の電極面積を、一方側の電極２２１の電極面積および測定すべき圧電素板Ｗの面積のいずれに対しても小さくし、移動機構８３により、一方側の電極２２１の電極面に沿って、他方側の電極２２２を圧電素板Ｗに対して移動させるか、あるいは圧電素板Ｗ側を移動させる構成を採用することができる。
【００１９】
【作用】請求項１に記載の構成においては、対向電極２の双方の電極２１，２２のそれぞれを複数の電極群に分割し、そのうち対向するものどうしの電極を一組とし、その各組を選択的に測定器本体１に接続可能としている。この構成によると、スイッチ群３によって選択された、互いに対向する比較的小面積の電極対の間で形成される電界に基づいて圧電素板Ｗが振動するため、圧電素板Ｗの局所的な領域での振動特性を測定することができ、圧電素板Ｗの正確な平行度並びに平坦度を求めることが可能となる。
【００２０】このことは、互いに対向する電極群の複数組を同時に測定器本体１に接続して、圧電素板Ｗの複数の局所的領域における周波数応答波形を同時に正確に測定することを可能とし、そのような接続を可能とする構成の採用（請求項２に記載の構成）により、周波数選別効率を向上させることができる。
【００２１】また、互いに対向する電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃと２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうちのいずれか一方の電極群を、他方の電極群に対して独立的に接近離反させるためのギャップ調整機構４を設けることにより、圧電素板Ｗの平行度等の測定結果に応じて各電極と圧電素板Ｗとのギャップを調整することが可能となり、より正確な平行度，平坦度の測定が可能となる。
【００２２】一方、対向電極２を双方の電極１２１，１２２の両側の電極１２１，１２２のそれぞれを、マトリクス状に配列された多数の微小電極ｅ1 ，ｅ，・・，ｅとし、それぞれの側の微小電極群を選択的に任意のものどうしを互いに導通させた状態で測定器本体１の測定端子に接続可能な構成を採用した請求項４に記載の構成では、各側の電極１２１，１２２の能動領域の形状・寸法（測定器本体１に接続されて能動かされる電極形状並びにその寸法）を、実質的に微小電極の集合として任意に選択することが可能となり、圧電素板Ｗの寸法や形状が変わっても、任意の領域における局所的な振動特性の測定が可能となる。
【００２３】また、請求項６に記載の構成では、対向電極２の少なくともいずれか一方側の電極面積を、測定すべき圧電素板Ｗの面積よりも小さくし、対向電極２と圧電素板Ｗとの相対的位置関係を変化させることにより、圧電素板Ｗの振動測定領域の選択を連続的なものとし、圧電素板Ｗの任意方向への平行度並びに平坦度の測定が可能となる。
【００２４】この場合、対向電極２の両側の電極２２１，２２２の電極面積の双方を圧電素板Ｗの面積よりも小さくして、その電極２２１，２２２を同時に、またはこれらに対して圧電素板Ｗ側を移動させることにより、圧電素板Ｗの任意の位置における局所的な領域での振動特性の測定が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図である。この例においてネットワークアナライザ等の測定器本体１は２チャンネルであり、２つのアウトプット端子と２つのインプット端子を備えている。
【００２６】対向電極２の上側電極２１および下側電極２２は、それぞれが絶縁体Ｉによって相互に絶縁された３つの電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、および、２２ａ，２２ｂ，２２ｃに分割されている。これらの上下の電極群は、２１ａと２２ａ、２１ｂと２２ｂ、および２１ｃと２２ｃとが、互いに対向配置されている。周波数応答特性を測定すべき圧電素板Ｗは、この上下の電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、および、２２ａ，２２ｂ，２２ｃの間に挿入される。
【００２７】上側の電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、スイッチ群３を介して測定器本体１の２つのインプット端子に、また、下側の電極群２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、同じくスイッチ群３を介して測定器本体の２つのアウトプット端子に接続されるようになっている。
【００２８】スイッチ群３は実際にはトランジスタ等を用いた半導体スイッチであり、上側の電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃと下側の電極群２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうち、互いに対向する上下の電極、例えば２１ａと２２ａ、を一組として、任意の二組を測定器本体１の二組のインプット−アウトプット端子に選択的に接続することができる。この選択は、例えばキーボード等の入力手段（図示せず）の操作によって行われる。
【００２９】以上の実施の形態によれば、圧電素板Ｗを対向電極２の間に挿入し、スイッチ群３によって電極２１ａと２２ａ、および２１ｃと２２ｃを選択的に測定器本体１に接続すれば、圧電素板Ｗにおける、電極２１ａと２２ａで挟まれた領域と、電極２１ｃと２２ｃで挟まれた領域との、２つの領域での周波数応答波形を同時に測定することができる。
【００３０】この実施の形態において特に注目すべき点は、上下の電極２１および２２の双方が比較的小さい電極面積を持ち、かつ、それぞれが互いに対向する電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃおよび２２ａ，２２ｂ，２２ｃに分割され、スイッチ群３によってその対向する組ごとに選択的に測定器本体１に接続される点であり、これにより、各組の電極対間に形成される電界の広がりが小さくなって、各組の電極対による振動特性測定対象領域が小さくなり、圧電素板Ｗ上での局所的な振動特性を把握することが可能となる。
【００３１】このような局所的な振動特性の把握は、後述する圧電素板Ｗの平行度並びに平坦度の測定（推定）精度を良好なものとし、圧電素板Ｗの選別精度を向上させると同時に、その測定結果に基づいて圧電素板Ｗの研磨工程やラップ工程へのフィードバックをも可能とする。
【００３２】そして、このような局所的な振動特性の測定が可能であるが故に、上記のように複数組の電極対による振動特性の同時測定を行っても、その各測定結果は相互に干渉することなく正確なものとなり、圧電素体Ｗの選別効率が向上する。
【００３３】ここで、図１の例では上下の電極をそれぞれ３個に分割したが、本発明は上下それぞれ２個以上任意の複数個に分割することができ、また、３組以上の電極対による同時測定も可能である。
【００３４】図２〜図６は、それぞれ、上下３組の電極対を同時にネットワークアナライザに接続して、各箇所における局所的な周波数応答波形を測定した例を示すグラフ（Ａ）と、その測定箇所の説明図（Ｂ）であり、これらの図を参照しつつ、各位置での局所的な周波数応答特性と圧電素板Ｗの平行度並びに平坦度との関係について述べる。なお、これらの測定結果における測定条件は、上下の各分割電極のそれぞれの直径を１．５ｍｍ、上側の各電極と圧電素板Ｗの表面とのギャップを２０μｍ（圧電素板Ｗが設計通りの厚さおよび形状であると想定してのギャップである）とした。
【００３５】図２の測定結果においては、主振動の周波数が３ポイントともほぼ同じ値であり、これによって平行度が良好であると判る。また、この測定結果では、主振動の振幅レベルが３ポイントとも６０ｄＢ以上あり、かつ、スプリアスＳＰ１の周波数および振動レベルがほぼ同一であることから、平面度が良好であることが判る。
【００３６】図３の測定結果においては、主振動の周波数が両端部分において互いに１７ｋＨｚほど差があり、これにより、平行度が不良であり、また、一端部のポイント
【００３７】図４の測定結果では、主振動の周波数差が６ｋＨｚほどあり、上記と図３の測定結果と同様に平行度不良があることが判るとともに、ＳＰ１の振幅レベルが位置によって大きく変わるため、平坦度不良であることが判る。
【００３８】また、図５の測定結果においては、主振動の周波数が中央のポイント
【００３９】このように、各ポイントにおける局所的な周波数特性の把握により、圧電素板Ｗの平行度並びに平坦度を高い精度のもとに知ることが可能であり、選別精度が向上すると同時に、これらの形状の把握に基づいて、圧電素板Ｗの製造工程へのフィードバックが可能となる。
【００４０】ここで、図１の構成において、圧電素板Ｗの表面に対する上側の電極群２１ａ，２１ｂ，２１ｃのギャップは、周波数測定精度に影響を及ぼす。そこで、図７に斜視図で例示するすように、各電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃをそれぞれ独立的に、対向する電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（図７において図示せず）に対して接近離反させるギャップ調整機構４を設けることにより、周波数特性の測定精度をより一層正確なものとすることができる。
【００４１】この図７の例におけるギャップ調整機構４では、上側の各電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃをフレーム４０によって上下動自在に支承するとともに、これらの各電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃにそれぞれナット４１ａ，４１ｂ，４１ｃを固着し、その各ナット４１ａ，４１ｂ，４１ｃに対してそれぞれネジ軸４２ａ，４２ｂ，４２ｃをねじ込んだ構造としている。そして、各ネジ軸４２ａ，４２ｂ，４２ｃを個別にサーボモータ４３ａ，４３ｂ，４３ｃに接続して独立的に回転駆動し得るように構成している。このような構成により、例えばサーボモータ４３ａを駆動することによって該当の電極２１ａのみを上下動させることが可能となる。
【００４２】このようなギャップ調整機構４を備えることにより、例えば次のような使用が可能となる。まず各電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃの上下位置を全て一定にした状態で、圧電素板Ｗの各電極位置における局所的な振動特性を測定する。その測定結果として、例えば電極２１ａの位置において最も主振動周波数が高く、よってこの位置における圧電素板Ｗの厚みが最も薄いことを知ったとき、サーボモータ４３ａを駆動して電極２１ａを下降させ、圧電素板Ｗとのギャップを縮めたうえで、その位置における振動特性を測定する。これにより、その位置での振動特性をより正確に知ることが可能となり、このようなデータの蓄積により、ひいては平行度の不良の程度を定量的に把握することも可能となる。
【００４３】図８は本発明の他の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図で、図９はその上下の各電極１２１および１２２の電極面の正面図である。この例においては、対向電極２を構成する上下の電極１２１および１２２のそれぞれを、互いに絶縁された微小電極ｅ，ｅ，・・，ｅをマトリクス状に配列した構成とするとともに、その各電極１２１および１２２について、スイッチ群３１および３２によって、各微小電極ｅ，ｅ，・・，ｅの任意のものを選択的に導通させた状態で、それぞれ測定器本体１のインプット端子およびアウトプット端子に接続し得るように構成している。また、各スイッチ群３１および３２による微小電極の選択は、キーボード等の入力装置（図示せず）によって行うようになっている。
【００４４】この図８および図９に示した実施の形態では、上下の電極１２１および１２２の各微小電極ｅ，ｅ，・・，ｅのうち、圧電素板Ｗ上で振動特性を測定したい領域に対応する領域内のものを、スイッチ群３１および３２によって選択的に導通させ、測定器本体１に接続する。すなわち、図１０に例示するように、マトリクス状に配列された微小電極ｅ，ｅ，・・，ｅのうち、Ａで示す領域のものを選択して相互に導通させた状態で測定器本体１に接続すると、その領域Ａ内の微小電極群が実質的に１つの電極として機能し、このような微小電極の選択領域を、上下の電極１２１および１２２について互いに対向させることによって、圧電素板Ｗの領域Ａに対応する領域での振動特性を測定することができる。
【００４５】この図８，図９に示した実施の形態において特に注目すべき点は、スイッチ群３１，３２による微小電極群の選択的導通〜測定器本体１への接続領域を、微小電極群の配列ピッチを分解能として自由に選択することができ、もって対向電極２の実質的な面積並びに形状等を自由に変更させ得る点であり、これにより、振動特性の調査領域の自在性が得られるとともに、測定すべき圧電素板Ｗの形状・寸法が変わっても、それに応じて振動特性の測定領域を自由に変更することが可能となる。
【００４６】なお、この図８，図９に示した実施の形態においても、微小電極群を導通させて測定器本体１に接続する領域を、上下それぞれ複数箇所とすることにより、一つの圧電素板Ｗの複数領域における局所的な振動特性を同時に測定することができる。
【００４７】以上の各実施の形態において、対向電極２の上下の電極２１および２２、あるいは１２１および１２２と、測定すべき圧電素板Ｗとの水平方向への位置関係は、振動測定領域の設定の上で重要なファクターとなる。従って、対向電極２に対して圧電素板Ｗは常に一定の位置関係で配置された状態で、振動特性の測定に供される必要がある。
【００４８】そこで、図１１に例示するように、上記した各実施の形態における圧電素板Ｗの保持部に、その位置決め機構６を設けることが望ましい。この図１１の例では、対向電極（図示せず）の対向方向（鉛直方向）をｚ方向とし、それに直交する方向への平面（水平面）をｘ−ｙ平面としたとき、圧電素板Ｗの保持部に、ｘ−ｙ平面に沿って圧電素板Ｗの保持面６１ａを有し、かつ、その保持面６１ａでの圧電素板Ｗのｘ方向への基準となる当たり部６１ｂと同じくｙ方向への基準となる当たり部６１ｃを備えた保持部材６１を設けている。そして、その保持面６１ａには下側の分割電極２２またはマトリクス状電極１２２の各電極面を臨ませる。また、その保持部材６１には、各当たり部材６１ｂおよび６１ｃのそれぞれに向けてバネ６２，６３で付勢された押圧部材６４および６５を設け、また、その押圧部材６４および６５を適当なアクチュエータ（図示せず）によって後退（付勢方向とは逆向き）させる得るように構成している。この構成において、各押圧部材６４，６５を後退させた状態で、圧電素板Ｗを保持面６１ａ上に載せ、更にその状態で各押圧部材６４，６５をバネ６２，６３で付勢することにより、圧電素板Ｗの直交する二辺がそれぞれ当たり部材６１ｂおよび６１ｃに押しつけられ、ｘ−ｙ平面上で一定の位置に位置決めされ、対向電極に対して常に一定の位置関係で圧電素板Ｗがセットされる。
【００４９】次に、本発明の更に他の実施の形態について述べる。図１２はその全体のシステム構成を示す模式図である。この実施の形態においては、対向電極２を構成する上下の電極２２１および２２２をそれぞれ１個ずつとし、かつ、その電極面積を、測定すべき圧電素板Ｗの面積に比して小さくするとともに、これらを測定器本体１に接続している。
【００５０】また、下側の電極２２２の前後左右の周囲は絶縁体Ｉで覆って、これらの上面が全体として水平面Ｈを形成するように配置している。圧電素板Ｗは保持部材７によって保持された状態で、その水平面Ｈ上に載せられる。そして、その保持部材７を、水平面Ｈ上で互いに直交する方向（ｘおよびｙ方向）に移動させるための移動機構８１および８２を設けている。なお、各移動機構８１，８２のアクチュエータとしては、サーボモータないしはステップモータ等を使用することができる。また、移動機構８１および８２は、例えばＸ−Ｙテーブル等の規制の移動機構を採用することができる。この場合、Ｘ−Ｙテーブル上に保持部材７を載せるとともに、そのテーブルの上面部分で、かつ、保持部材７の搭載位置の下方の部分に凹所を形成し、その凹所内に下側の電極２２２をテーブルとは非接触の状態で保持する等の構造を採用することができる。
【００５１】この図１２の実施の形態では、移動機構８１および８２の駆動により、水平素板Ｗの対向電極２に対する水平面上での位置を自由に変化させることができ、その任意の停止位置で測定器本体１により圧電素板Ｗの周波数応答波形を測定することができる。
【００５２】この例においては、上下の電極２２１と２２２の電極面積が圧電素板Ｗの面積より小さいことから、圧電素板Ｗの所望領域が上下の電極２２１と２２２で挟まれるように移動機構８１，８２を駆動し、その状態で測定器本体１によって周波数応答波形を測定することにより、その領域での局所的な振動特性を測定することが可能となる。よってこの構成によれば、圧電素板Ｗ上での振動特性の測定領域の選択を、離散的なものではなく実質的に連続的に行うことが可能となり、局所的振動特性の測定領域を可及的に密にすることができる。
【００５３】ここで、以上の例では圧電素板Ｗを対向電極２に対して移動させたが、対向電極２の上下の電極２２１および２２２を同時に、圧電素板Ｗに対して水平面上で移動させても、上記と全く同等の作用効果を奏することができる。
【００５４】また、圧電素板Ｗと対向電極２の相対的位置関係を変化させる他の構成として、図１３に例示する構成を採用することができる。この図１３の構成では、対向電極２の下側の電極２２２を平板状の電極とし、その上に圧電素板Ｗを載せててこれら双方を装置フレーム等に固定する。また、上側電極２２１の電極面積を圧電素板Ｗの面積および下側の電極２２２の電極面積のいずれに対しても小さくしている。そして、下側の電極２２２および圧電素板Ｗに対して、上側の電極２２１を水平面上で互いに直交する方向（ｘおよびｙ方向）に移動させる移動機構８３を設けている。
【００５５】この図１３の構成においては、上側の電極２２１を自由に移動させ、その任意の停止位置で測定器本体１により圧電素板Ｗの周波数応答波形を測定する。従ってこの例では、上側の電極２２１の停止位置に対応する領域での圧電素板Ｗの振動特性を測定することができ、図１２に示した例に比して振動特性の測定対象領域は広くなってしまうものの、その測定領域の選択を実質的に連続的なものとすることができる点では、図１２の例と同等の作用効果を奏することができる。
【００５６】なお、以上の図１２に示した実施の形態における圧電素板Ｗの保持部材７、あるいは図１３に示した実施の形態において下側電極２２２に対して圧電素板Ｗを固定するための部材に関しても、圧電素板Ｗとこれらの部材との位置関係は正確に設定しておく必要があり、そのため、これらの部材に、前記した図１１に例示した位置調決め構６を適用することが望ましい。
【００５７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ネットワークアナライザ等の測定器本体に接続される対向電極の双方の電極について、それぞれ複数の電極群に分割し、その各電極群のうち、互いに対向するものを一組として、その各組を選択的に測定器本体に接続する構成を採用することにより、圧電素板の局所的な振動特性を個別に正確に測定することが可能となり、圧電素板の電極形成前の周波数選別精度および平行度および平坦度の選別精度を向上させることができる。また、対向電極の双方の電極を分割することによって、従来の提案に比して振動特性の測定対象領域をより局所化することが可能となったが故に、複数箇所における振動特性を同時に、かつ、個別に測定することが可能となり、上記の選別作業の能率を向上させることが可能となった。
【００５８】また、測定器本体に接続される対向電極の双方の電極を、それぞれ多数の微小電極をマトリクス状に配列した構造とし、その双方の微小電極群について、任意の複数を選択的に導通させた状態で測定器本体に接続する構成を採用することにより、上記の効果に加えて、圧電素板上での振動特性の測定領域の形状および寸法の選択の自由度が増大し、また、特性を測定すべき圧電素板の寸法が変わっても、微小電極群の選択によって対処できる。
【００５９】更に、測定器本体に接続される対向電極のうちの少なくとも一方の電極面積を、測定すべき圧電素板の面積よりも小さくするとともに、対向電極と圧電素板との相対的位置関係を変化させる移動機構を備えた構成を採用することにより、圧電素板上での振動特性の測定領域の位置選択を連続的なものとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図
【図２】本発明を適用して、上下３組の電極対を同時にネットワークアナライザに接続し、圧電素板の各箇所における局所的な周波数応答波形を測定した例を示すグラフ（Ａ）とその測定箇所の説明図（Ｂ）
【図３】同じく本発明を適用して、圧電素板の３箇所における局所的な周波数応答波形を測定した他の例を示すグラフ（Ａ）とその測定箇所の説明図（Ｂ）
【図４】同じく本発明を適用して、圧電素板の３箇所における局所的な周波数応答波形を測定した更に他の例を示すグラフ（Ａ）とその測定箇所の説明図（Ｂ）
【図５】同じく本発明を適用して、圧電素板の３箇所における局所的な周波数応答波形を測定した更にまた他の例を示すグラフ（Ａ）とその測定箇所の説明図（Ｂ）
【図６】同じく本発明を適用して、圧電素板の３箇所における局所的な周波数応答波形を測定したまた更に他の例を示すグラフ（Ａ）とその測定箇所の説明図（Ｂ）
【図７】本発明における分割された対向電極の各電極のギャップ調整機構の構成例を示す斜視図
【図８】本発明の他の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図
【図９】図８における上下の各電極１２１および１２２の電極面の正面図
【図１０】図８，図９に示した実施の形態におけるマトリクス状の微小電極ｅ1,1 ，ｅ1,2 ，・・ｅi,j ，・・ｅn,m の選択の仕方の説明図
【図１１】本発明の各実施の形態に適用可能な、圧電素板Ｗの位置決め機構の例を示す斜視図
【図１２】本発明の更に他の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図
【図１３】本発明の更にまた他の実施の形態の全体のシステム構成を示す模式図
【符号の説明】
１ 測定器本体
２ 対向電極
２１，１２１，２２１ 上側の電極
２２，１２２，２２２ 下側の電極
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 電極（分割電極）
３，３１，３２ スイッチ群
４ ギャップ調整機構
６ 位置決め機構
７ 保持部材
８１，８２，８３ 移動機構
ｅ，ｅ，・・，ｅ 微小電極
Ｗ 圧電素板
【特許請求の範囲】
【請求項１】 所定の形状並びに寸法に仕上げられた状態の圧電素板の振動特性を求めるべく、測定器本体に接続された対向電極間に圧電素板を挿入して、その周波数応答波形を測定する装置において、対向電極の両側の電極のそれぞれが、互いに絶縁された複数の電極群からなり、その各側の個々の電極は、スイッチ群を介して互いに対向するものどうしを一組として、その任意の組が選択的に上記測定器本体に接続されるよう構成されていることを特徴とする圧電素板の波形測定装置。
【請求項２】 上記対向電極を構成する両側の電極群は、上記スイッチ群によって互いに対向する電極どうしの少なくとも２組が同時に上記測定器本体に接続され、測定器本体により圧電素板の少なくとも２箇所における周波数応答波形が同時に測定されることを特徴とする、請求項１に記載の圧電素板の波形測定装置。
【請求項３】 上記対向電極を構成する両側の電極群のうち、少なくとも一方の電極群の個々の電極を、それぞれ他方の電極に対して独立的に接近離反させるギャップ調整機構を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧電素板のと波形測定装置。
【請求項４】 所定の形状並びに寸法に仕上げられた状態の圧電素板の振動特性を求めるべく、測定器本体に接続された対向電極間に圧電素板を挿入して、その周波数応答波形を測定する装置において、対向電極の両側の電極のそれぞれが、互いに絶縁され、かつ、マトリクス状に配列された多数の微小電極からなり、その各側の微小電極群のそれぞれは、スイッチ群によって選択的に任意のものどうしを互いに導通させた状態で、上記測定器本体の測定端子に接続されるよう構成されていることを特徴とする圧電素板の波形測定装置。
【請求項５】 測定すべき圧電素板を、上記対向電極の対向方向に直交する平面上で、当該対向電極に対して位置決めするための位置決め機構を備えていることを特徴とする、請求項１，２，３，または４に記載の圧電素板の波形測定装置。
【請求項６】 所定の形状並びに寸法に仕上げられた状態の圧電素板の振動特性を求めるべく、測定器本体に接続された対向電極間に圧電素板を挿入して、その周波数応答波形を測定する装置において、対向電極の少なくともいずれか一方の電極面積が測定すべき圧電素板の面積より小さく、かつ、その対向電極とその間に挿入された圧電素板との、対向電極の対向方向に直交する方向の平面上での相対的位置関係を変化させる移動機構を備え、その移動範囲内の任意の位置で周波数応答波形を測定し得るよう構成されていることを特徴とする圧電素板の波形測定装置。
【請求項７】 請求項６に記載の圧電素板の波形測定装置であって、上記対向電極の双方の電極の電極面積が測定すべき圧電素板の面積より小さく、上記移動機構は、双方の電極を同時に圧電素板に対して移動させる機構、または圧電基板を対向電極に対して移動させる機構であることを特徴とする圧電素板の波形測定装置。
【請求項８】 請求項６に記載の圧電素板の波形測定装置であって、上記対向電極の一方側の電極が平板状であり、他方側の電極はその対向面の面積が一方側の電極の対向面および測定すべき圧電素板の面積のいずれに対しても小さく、上記移動機構は、対向電極の上記一方側の電極面に沿って、上記他方側の電極を移動させる機構であることを特徴とする圧電素板の波形測定装置。
【請求項１】 所定の形状並びに寸法に仕上げられた状態の圧電素板の振動特性を求めるべく、測定器本体に接続された対向電極間に圧電素板を挿入して、その周波数応答波形を測定する装置において、対向電極の両側の電極のそれぞれが、互いに絶縁された複数の電極群からなり、その各側の個々の電極は、スイッチ群を介して互いに対向するものどうしを一組として、その任意の組が選択的に上記測定器本体に接続されるよう構成されていることを特徴とする圧電素板の波形測定装置。
【請求項２】 上記対向電極を構成する両側の電極群は、上記スイッチ群によって互いに対向する電極どうしの少なくとも２組が同時に上記測定器本体に接続され、測定器本体により圧電素板の少なくとも２箇所における周波数応答波形が同時に測定されることを特徴とする、請求項１に記載の圧電素板の波形測定装置。
【請求項３】 上記対向電極を構成する両側の電極群のうち、少なくとも一方の電極群の個々の電極を、それぞれ他方の電極に対して独立的に接近離反させるギャップ調整機構を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧電素板のと波形測定装置。
【請求項４】 所定の形状並びに寸法に仕上げられた状態の圧電素板の振動特性を求めるべく、測定器本体に接続された対向電極間に圧電素板を挿入して、その周波数応答波形を測定する装置において、対向電極の両側の電極のそれぞれが、互いに絶縁され、かつ、マトリクス状に配列された多数の微小電極からなり、その各側の微小電極群のそれぞれは、スイッチ群によって選択的に任意のものどうしを互いに導通させた状態で、上記測定器本体の測定端子に接続されるよう構成されていることを特徴とする圧電素板の波形測定装置。
【請求項５】 測定すべき圧電素板を、上記対向電極の対向方向に直交する平面上で、当該対向電極に対して位置決めするための位置決め機構を備えていることを特徴とする、請求項１，２，３，または４に記載の圧電素板の波形測定装置。
【請求項６】 所定の形状並びに寸法に仕上げられた状態の圧電素板の振動特性を求めるべく、測定器本体に接続された対向電極間に圧電素板を挿入して、その周波数応答波形を測定する装置において、対向電極の少なくともいずれか一方の電極面積が測定すべき圧電素板の面積より小さく、かつ、その対向電極とその間に挿入された圧電素板との、対向電極の対向方向に直交する方向の平面上での相対的位置関係を変化させる移動機構を備え、その移動範囲内の任意の位置で周波数応答波形を測定し得るよう構成されていることを特徴とする圧電素板の波形測定装置。
【請求項７】 請求項６に記載の圧電素板の波形測定装置であって、上記対向電極の双方の電極の電極面積が測定すべき圧電素板の面積より小さく、上記移動機構は、双方の電極を同時に圧電素板に対して移動させる機構、または圧電基板を対向電極に対して移動させる機構であることを特徴とする圧電素板の波形測定装置。
【請求項８】 請求項６に記載の圧電素板の波形測定装置であって、上記対向電極の一方側の電極が平板状であり、他方側の電極はその対向面の面積が一方側の電極の対向面および測定すべき圧電素板の面積のいずれに対しても小さく、上記移動機構は、対向電極の上記一方側の電極面に沿って、上記他方側の電極を移動させる機構であることを特徴とする圧電素板の波形測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図５】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開平９−２１４２７０
【公開日】平成９年（１９９７）８月１５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−１７７３７
【出願日】平成８年（１９９６）２月２日
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【公開日】平成９年（１９９７）８月１５日
【国際特許分類】
【出願日】平成８年（１９９６）２月２日
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
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