JP2002207019A - Method for inspecting piezoelectric ceramic element - Google Patents

Method for inspecting piezoelectric ceramic element

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JP2002207019A
JP2002207019A JP2001002165A JP2001002165A JP2002207019A JP 2002207019 A JP2002207019 A JP 2002207019A JP 2001002165 A JP2001002165 A JP 2001002165A JP 2001002165 A JP2001002165 A JP 2001002165A JP 2002207019 A JP2002207019 A JP 2002207019A
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piezoelectric ceramic
ceramic element
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Masato Ikuta
正人 生田
Toshishige Tabata
利成 田端
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for inspecting a piezoelectric ceramic element, capable of detecting the internal flaw in the piezoelectric ceramic element, which can not be detected by the temperature rise due to heating from the outside, in a non-destructive manner. SOLUTION: A high frequency measuring signal having a level higher than the rated level of the piezoelectric ceramic element is applied to the piezoelectric ceramic element and at least one of the phase characteristics and impedance characteristics of the piezoelectric ceramic element accompanied by the application of the high frequency measuring signal is measured. This measured value is compared with characteristics becoming a standard and the presence of the flaw in the piezoelectric ceramic element is detected from the comparing result. The piezoelectric ceramic element is strongly excited by the application of the high frequency measuring signal and generates heat itself by dielectric heating and the internal flaw of the piezoelectric ceramic element can be certainly detected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は発振子やフィルタな
どの圧電セラミック素子の品質に影響を与えるマイクロ
クラックなどの内部欠陥を非破壊で検査する方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for non-destructively inspecting internal defects such as micro cracks which affect the quality of piezoelectric ceramic elements such as oscillators and filters.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、圧電セラミック素子の内部欠陥を
非破壊で検査する方法として、特開平6−3305号公
報に記載のように、圧電セラミック素子のインピーダン
ス特性及び/又は位相特性を測定し、この特性を示す曲
線パターンを基準となる曲線パターンと比較し、両曲線
パターンが異なる場合に、この圧電セラミック素子にマ
イクロクラックが存在すると判定する検査法が知られて
いる。このような検査方法では、自動判定が可能となる
ので、短時間で大量に良否判定できるとともに、目視に
よる判定ではないので、検査精度が高いという利点があ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for non-destructively inspecting internal defects of a piezoelectric ceramic element, as described in JP-A-6-3305, impedance characteristics and / or phase characteristics of a piezoelectric ceramic element are measured. There is known an inspection method in which a curve pattern showing this characteristic is compared with a reference curve pattern, and when the two curve patterns are different, it is determined that a micro crack exists in the piezoelectric ceramic element. In such an inspection method, the automatic determination is possible, so that the quality can be determined in a large amount in a short time, and the inspection accuracy is high because the determination is not made by visual inspection.

【0003】上記の検査方法では常温下で電気的特性を
測定し、基準となる特性と比較している。しかしなが
ら、常温下では良/不良による特性の違いが少ないか、
あるいは無い場合が多く、これだけでは内在するマイク
ロクラック等の内部欠陥を完全に検出できない。
In the above inspection method, electrical characteristics are measured at room temperature and compared with reference characteristics. However, at room temperature, there is little difference in characteristics between good and bad,
Or, in many cases, there are no such cases, and this alone cannot completely detect an internal defect such as an internal micro crack.

【0004】図1は、セラミック発振子(発振周波数:
25MHz)を発振回路に接続し、発振させた状態で、
発振子のみを200℃以上の温度雰囲気に入れ、その時
の発振電圧の挙動を測定した結果を示す。これら発振子
は常温では特性に差のないものである。図1から分かる
ように、温度上昇とともに発振電圧は僅かずつ低下して
いくが、150℃以下で発振電圧が0V近くまで低下
し、発振が停止するもの(NG)と、200℃以上にな
っても発振が停止しないもの(G)とに別れる。
FIG. 1 shows a ceramic oscillator (oscillation frequency:
25MHz) to the oscillation circuit and oscillate,
The results of measuring the behavior of the oscillating voltage at that time when only the oscillator is placed in an atmosphere of 200 ° C. or higher are shown. These oscillators have no difference in characteristics at room temperature. As can be seen from FIG. 1, the oscillating voltage gradually decreases as the temperature rises. However, the oscillating voltage decreases to near 0 V at 150 ° C. or less, and the oscillation stops (NG). And (G) where oscillation does not stop.

【0005】これらの発振子を開封し、内部の素子を顕
微鏡で観察したところ、低い温度で発振が停止した素子
NGにはマイクロクラックが生じていることが確かめら
れた。このことから、常温で正常に発振し、正常な特性
を有するものの中にもマイクロクラックが内在するもの
があり、加熱したときの特性を測定することにより、こ
のような内部欠陥を検出できることが判明した。
[0005] When these oscillators were opened and the internal elements were observed with a microscope, it was confirmed that microcracks had occurred in the element NG whose oscillation stopped at a low temperature. From this, it was found that some of the devices that normally oscillate at room temperature and have normal characteristics have microcracks inside, and by measuring the characteristics when heated, such internal defects can be detected. did.

【0006】上記のような知見に基づき、本発明者らは
常温では検出することができない内部欠陥を、非破壊で
確実に検出することができる圧電セラミック素子の検査
方法を提案した(特願2000−369009号)。こ
の検査方法では、圧電セラミック素子を加熱昇温し、加
熱昇温した状態で圧電セラミック素子の位相特性または
インピーダンス特性を測定し、これら位相特性またはイ
ンピーダンス特性を基準となる特性と比較することで、
内部欠陥の有無を検出している。加熱昇温時の温度とし
ては、圧電セラミック素子を昇温後に常温に戻したとき
に昇温前とほぼ同じ圧電特性に戻る最高温度付近の温度
とするのが望ましい。
[0006] Based on the above findings, the present inventors have proposed a method for inspecting a piezoelectric ceramic element which can reliably and nondestructively detect an internal defect that cannot be detected at room temperature (Japanese Patent Application No. 2000-213). -36909). In this inspection method, the temperature of the piezoelectric ceramic element is increased by heating, the phase characteristic or the impedance characteristic of the piezoelectric ceramic element is measured in a state where the temperature is increased, and the phase characteristic or the impedance characteristic is compared with a reference characteristic.
The presence or absence of internal defects is detected. The temperature at the time of heating and raising the temperature is desirably a temperature near the maximum temperature at which the piezoelectric characteristics return to almost the same piezoelectric characteristics as before the temperature rise when the temperature of the piezoelectric ceramic element is returned to room temperature after the temperature is raised.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、本発明者
は、種々の圧電セラミック素子について実験した結果、
圧電セラミック素子の品種によっては、加熱状態で測定
した時には位相特性やインピーダンス特性の異常が現れ
ないが、高レベルの高周波信号を印加すると異常が現れ
るものがあることを発見した。これら異常な特性の圧電
セラミック素子を顕微鏡で観察すると、やはりマイクロ
クラックが存在することが判明した。
However, the present inventors have conducted experiments on various piezoelectric ceramic elements,
It was discovered that, depending on the type of piezoelectric ceramic element, abnormalities in phase characteristics and impedance characteristics did not appear when measured in a heated state, but abnormalities appeared when a high-level high-frequency signal was applied. Observation of the piezoelectric ceramic element having these abnormal characteristics with a microscope revealed that microcracks were also present.

【0008】図2は圧電セラミック素子を外部から加熱
し、その昇温中における位相特性(f 0 付近の最大位相
角)を2種類の製品(G,NG)について測定したもの
である。図3は図2と同様の製品(G,NG)につい
て、高周波信号のレベル(印加電圧)を変化させた時の
位相特性(f0 付近の最大位相角)を測定したものであ
る。なお、両製品ともに、雰囲気温度が20℃と−20
℃とで測定した。図2から明らかなように、加熱状態で
は製品Gも製品NGも位相特性には殆ど違いがない。し
かしながら、高レベルの測定信号を印加すると、図3の
ように両製品G,NGには顕著な位相特性の差が現れて
いる。両製品G,NGについて開封調査を行ったとこ
ろ、製品Gにはマイクロクラックが存在しながったが、
製品NGにはマイクロクラックが存在した。
FIG. 2 shows an external heating of the piezoelectric ceramic element.
And the phase characteristic (f 0 Maximum phase near
Angle) for two types of products (G, NG)
It is. FIG. 3 shows products (G, NG) similar to FIG.
To change the level of the high-frequency signal (applied voltage)
Phase characteristics (f0 Near the maximum phase angle).
You. The ambient temperature of both products was 20 ° C and -20 ° C.
° C. As is clear from FIG.
There is almost no difference in the phase characteristics between the product G and the product NG. I
However, when a high level measurement signal is applied, FIG.
As can be seen, a remarkable difference in phase characteristics appears between the two products G and NG.
I have. Open inspection of both products G and NG
Of course, there was no microcrack in product G,
The product NG had microcracks.

【0009】そこで、本発明の目的は、外部からの加熱
昇温では検出できない圧電セラミック素子の内部欠陥を
非破壊で検出することができる圧電セラミック素子の検
査方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for inspecting a piezoelectric ceramic element which can non-destructively detect internal defects of the piezoelectric ceramic element which cannot be detected by external heating and heating.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明は、圧電セラミック素子にそ
の定格レベルより高いレベルの高周波測定信号を印加す
る工程と、上記高周波信号の印加に伴う圧電セラミック
素子の位相特性およびインピーダンス特性の少なくとも
一方を測定する工程と、測定された位相特性およびイン
ピーダンス特性の少なくとも一方を基準となる特性と比
較する工程と、上記比較結果から圧電セラミック素子の
内部欠陥の有無を検出する工程と、を有する圧電セラミ
ック素子の検査方法を提供する。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 comprises a step of applying a high-frequency measurement signal having a level higher than a rated level to a piezoelectric ceramic element, and a step of applying the high-frequency signal. A step of measuring at least one of the phase characteristic and the impedance characteristic of the piezoelectric ceramic element, a step of comparing at least one of the measured phase characteristic and the impedance characteristic with a reference characteristic, and Detecting a presence or absence of an internal defect.

【0011】まず圧電セラミック素子に定格レベルより
高いパワーレベルの高周波測定信号を印加する。このよ
うな高レベルの高周波信号を印加すると、圧電セラミッ
ク素子が通常レベル信号の印加時に比べて強く励振され
るとともに、誘電加熱により自己発熱する。その影響に
より、マイクロクラック等の内部欠陥によって、通常レ
ベルの信号印加時や外部からの加熱昇温時には現れない
大きな変化が現れるようになる(図3参照)。そこで、
測定した位相特性およびインピーダンス特性の少なくと
も一方を基準となる特性と比較する。基準となる特性
は、例えば良品である(内部欠陥のない)圧電セラミッ
ク素子に高レベルの高周波測定信号を印加した時の位相
特性またはインピーダンス特性から求めればよい。上記
のように比較した結果、基準特性と一定範囲以上異なる
場合には、圧電セラミック素子に内部欠陥があると判定
する。なお、本発明では、マイクロクラックだけでな
く、電極の位置ずれや、電極に異物が付着している場合
も判定可能である。
First, a high-frequency measurement signal having a power level higher than the rated level is applied to the piezoelectric ceramic element. When such a high-level high-frequency signal is applied, the piezoelectric ceramic element is excited more strongly than when a normal-level signal is applied, and self-heats due to dielectric heating. Due to the influence, internal defects such as micro cracks cause a large change which does not appear when a signal of a normal level is applied or when the temperature is increased by heating from the outside (see FIG. 3). Therefore,
At least one of the measured phase characteristic and impedance characteristic is compared with a reference characteristic. The reference characteristic may be obtained, for example, from a phase characteristic or an impedance characteristic when a high-level high-frequency measurement signal is applied to a non-defective (no internal defect) piezoelectric ceramic element. As a result of the above comparison, if the reference characteristic differs from the reference characteristic by a certain range or more, it is determined that the piezoelectric ceramic element has an internal defect. In the present invention, it is possible to determine not only the microcracks but also the displacement of the electrodes and the case where foreign matter is attached to the electrodes.

【0012】高周波測定信号としては、その印加後、圧
電セラミック素子の圧電特性が印加前とほぼ同じ圧電特
性に戻る最高レベル付近の信号とするのが望ましい。圧
電特性が戻る範囲でできるだけ高いレベルの信号を印加
することで、通常レベルでは検出できない内部欠陥を確
実に検出できるからである。なお、測定信号のパワーレ
ベルを高くし過ぎると、圧電セラミック素子自体の圧電
特性が非可逆的に変化してしまうため、好ましくない。
The high-frequency measurement signal is preferably a signal near the highest level at which the piezoelectric characteristics of the piezoelectric ceramic element return to almost the same piezoelectric characteristics as before the application after the application. By applying a signal of a level as high as possible within a range in which the piezoelectric characteristics return, internal defects that cannot be detected at a normal level can be reliably detected. If the power level of the measurement signal is too high, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric ceramic element itself change irreversibly, which is not preferable.

【0013】上記最高レベル付近の信号とは、具体的に
は、高周波測定信号によって圧電セラミック素子が誘電
加熱されるので、その熱によって圧電特性がディポール
しない最高温度付近となるレベルの信号とすればよい。
図4は誘電加熱により素子を加熱した場合の温度上昇カ
ーブ(計算値)を示す。各カーブは測定信号のパワーレ
ベルを30dBm〜40dBmへ段階的に変えたもので
ある。図から明らかなように、いずれの場合も印加から
400msec程度経過すれば、最高温度付近まで上昇
していることがわかる。このように、誘電加熱により素
子を加熱した場合、数百msec程度で目標とする温度
まで昇温できるので、昇温時間を非常に短縮でき、内部
欠陥の検出時間も短縮できる。また、瞬間的で局部的な
加熱であるから、高周波信号の印加後に、素子の温度が
元に戻る時間が早いという利点がある。
Specifically, the signal near the highest level is a signal having a level near the highest temperature at which the piezoelectric characteristics do not depole because the piezoelectric ceramic element is dielectrically heated by the high frequency measurement signal. Good.
FIG. 4 shows a temperature rise curve (calculated value) when the element is heated by dielectric heating. Each curve is obtained by gradually changing the power level of the measurement signal from 30 dBm to 40 dBm. As is clear from the figures, in all cases, the temperature has increased to near the maximum temperature after about 400 msec has elapsed from the application. As described above, when the element is heated by the dielectric heating, the temperature can be raised to the target temperature in about several hundred msec, so that the time of the temperature rise can be greatly reduced, and the time for detecting the internal defect can also be reduced. In addition, since the heating is instantaneous and local, there is an advantage that the time required for the temperature of the element to return to its original state after application of the high-frequency signal is short.

【0014】測定すべき位相特性としては、請求項3の
ように最大位相角θmax を用いることができる。通常レ
ベルの測定信号では図5の実線P1 で示すような位相特
性を有するが、高レベルの測定信号になると破線P2
示すように位相が低下し、内部欠陥のある素子ほど低下
度が大きい。請求項3はこの位相の低下を利用して内部
欠陥を判定している。
As the phase characteristic to be measured, the maximum phase angle θmax can be used. While the normal level measurement signal having a phase characteristic as shown by a solid line P 1 in FIG. 5, at the high level measurement signal of the phase is lowered as indicated by the dashed line P 2, reduction of more elements with internal defect large. Claim 3 uses the decrease in phase to determine an internal defect.

【0015】また、測定すべきインピーダンス特性とし
ては、請求項4のように、反共振インピーダンス値Za
と共振インピーダンス値Zrとの差Za−Zrを用いる
ことができる。インピーダンス特性は、通常レベルの測
定信号では図5の実線I1 で示すような特性を有する
が、高レベルの測定信号を印加すると破線I2 で示すよ
うに反共振点および共振点が共に高周波側へ移行し、か
つインピーダンス値の差Za−Zrが小さくなる。請求
項4ではこの特性を用いて内部欠陥を判定している。Z
a−Zr以外にも、Za,Zrそのものの値や、反共振
点における周波数変化率(dZa/df)、共振点にお
ける周波数変化率(dZr/df)、発振周波数fosc
、反共振周波数fa、共振周波数frの値を用いても
よい。なお、測定すべき位相特性,インピーダンス特性
はこれに限るものではない。
Further, the impedance characteristic to be measured includes an anti-resonance impedance value Za
And the resonance impedance value Zr can be used. Impedance characteristics, although the normal level measurement signal having a characteristic as shown by the solid line I 1 in FIG. 5, the anti-resonance point and the resonance point as indicated by the broken line I 2 upon application of a high-level measurement signal are both high frequency side And the impedance value difference Za-Zr becomes smaller. In claim 4, an internal defect is determined using this characteristic. Z
Other than a-Zr, the values of Za and Zr themselves, the frequency change rate at the anti-resonance point (dZa / df), the frequency change rate at the resonance point (dZr / df), and the oscillation frequency fosc
, Anti-resonance frequency fa and resonance frequency fr may be used. The phase characteristics and impedance characteristics to be measured are not limited to these.

【0016】圧電セラミック素子に高レベルの高周波信
号を印加し、印加時における位相特性やインピーダンス
特性を測定することで、通常レベルの信号印加では検出
できなかった不良を検出可能となるが、圧電セラミック
素子によっては、高レベルの信号印加の時間経過に伴っ
て位相あるいはインピーダンスが一旦基準値範囲から離
れ、内部欠陥が判明した後、基準値範囲に復帰してしま
うものもある。このような圧電セラミック素子も不良品
である。
By applying a high-level high-frequency signal to the piezoelectric ceramic element and measuring the phase characteristics and impedance characteristics at the time of application, it is possible to detect a defect that could not be detected by applying a normal-level signal. With some elements, the phase or impedance temporarily deviates from the reference value range with the passage of time of application of a high-level signal, and returns to the reference value range after an internal defect is found. Such a piezoelectric ceramic element is also a defective product.

【0017】図6は圧電セラミック素子に高レベルの高
周波信号を印加した時の経過時間と最大位相角θmax と
の関係を示す。図6から明らかなように、良品Gでは時
間が経過しても位相角は殆ど変化しない。NG1では約
150msecで位相角が低下して不良が判明し、その
後、正常な特性に復帰する。NG2では300msec
以前では正常であるが、300msec以後に不良が判
明する。なお、不良品NG1,NG2によって欠陥の現
れ方が異なるのは、マイクロクラックの発生部位の違い
によるものであると考えられる。
FIG. 6 shows the relationship between the elapsed time when a high-level high-frequency signal is applied to the piezoelectric ceramic element and the maximum phase angle θmax. As is clear from FIG. 6, in the non-defective product G, the phase angle hardly changes over time. In NG1, the phase angle is reduced in about 150 msec and a defect is found, and thereafter, the characteristics are restored to normal. 300 msec for NG2
Previously, it was normal, but after 300 msec, a defect was found. It is considered that the appearance of the defect differs depending on the defective products NG1 and NG2 due to the difference in the location of the microcrack.

【0018】このように、ある一定の時刻でのみ検査し
ていたのでは、基準特性に復帰してしまうような圧電セ
ラミック素子の不良を検出できない。そこで、請求項5
では、圧電セラミック素子の位相特性およびインピーダ
ンス特性の少なくとも一方を、定格レベルより高いレベ
ルの高周波信号の印加後の複数の経過時間で測定するも
のである。高レベルの高周波信号を印加すると、図4に
示すように、その経過時間に応じて素子の内部温度が上
昇するので、複数の経過時間で測定すれば、ある時間で
のみ欠陥を判定できるような圧電セラミック素子でも、
内部欠陥を確実に検出できる。
As described above, if the inspection is performed only at a certain time, it is not possible to detect a defect of the piezoelectric ceramic element that returns to the reference characteristic. Therefore, claim 5
In this method, at least one of a phase characteristic and an impedance characteristic of a piezoelectric ceramic element is measured at a plurality of elapsed times after application of a high-frequency signal having a level higher than a rated level. When a high-level high-frequency signal is applied, as shown in FIG. 4, the internal temperature of the element rises according to the elapsed time. Therefore, if a plurality of elapsed times are measured, a defect can be determined only at a certain time. Even with piezoelectric ceramic elements,
Internal defects can be reliably detected.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図7は本発明にかかる検査方法を
実施するための検査装置の一例を示す。ここでは、圧電
セラミック素子としてセラミック発振子2を用いた。1
は被測定用のセラミック発振子2の電気的特性を周波数
の関数として測定、解析するネットワークアナライザで
ある。内蔵した正弦波掃引発振器から高周波測定信号を
出力端1aから出力し、測定端子3a,3bを介してセ
ラミック発振子2に印加することにより、セラミック発
振子2の位相特性やインピーダンス特性などを測定す
る。図7では1チャンネル分のみが図示されているが、
複数のチャンネルにすることも可能である。
FIG. 7 shows an example of an inspection apparatus for performing an inspection method according to the present invention. Here, the ceramic oscillator 2 was used as the piezoelectric ceramic element. 1
Is a network analyzer for measuring and analyzing the electrical characteristics of the ceramic oscillator 2 to be measured as a function of frequency. A high-frequency measurement signal is output from the built-in sine-wave sweep oscillator from the output terminal 1a and applied to the ceramic oscillator 2 via the measurement terminals 3a and 3b, thereby measuring the phase characteristics and impedance characteristics of the ceramic oscillator 2. . Although FIG. 7 shows only one channel,
It is also possible to have multiple channels.

【0020】ネットワークアナライザ1の出力端1aと
測定端子3aとの間には、印加電力を増幅するRFパワ
ーアンプ4が接続され、増幅された電力が測定端子3a
を介してセラミック発振子2に印加される。具体的に
は、通常インピーダンス特性を測定する場合の信号レベ
ルは0dBm程度が用いられるが、本発明ではパワーア
ンプ4の出力レベルを20〜40dBmになるように設
定する。セラミック発振子2を流れた信号は、測定端子
3bから減衰器5へ送られ、減衰器5で元の電力まで減
衰され、ネットワークアナライザ1の入力端1bへ入力
される。
An RF power amplifier 4 for amplifying applied power is connected between the output terminal 1a of the network analyzer 1 and the measurement terminal 3a, and the amplified power is supplied to the measurement terminal 3a.
Is applied to the ceramic oscillator 2. Specifically, a signal level of about 0 dBm is usually used when measuring the impedance characteristic, but in the present invention, the output level of the power amplifier 4 is set to be 20 to 40 dBm. The signal flowing through the ceramic oscillator 2 is sent from the measurement terminal 3b to the attenuator 5, attenuated to the original power by the attenuator 5, and input to the input terminal 1b of the network analyzer 1.

【0021】ネットワークアナライザ1は、1個のセラ
ミック発振子2当たり数百msの間高レベルの高周波測
定信号を印加し、その状態でインピーダンス特性および
位相特性を測定する。位相特性は、周知のように電流と
電圧の位相差(位相角)の各測定値の平均によって得ら
れた値から、位相差(位相角)の周波数特性を表したも
のである。この位相特性から、例えば発振周波数fosc
付近の最大位相角θmaxを測定する。この最大位相角θm
ax が基準値以上であれば良品、基準値より小さければ
内部欠陥のある不良品と選別する。
The network analyzer 1 applies a high-level high-frequency measurement signal for several hundred ms per ceramic oscillator 2 and measures impedance characteristics and phase characteristics in that state. The phase characteristic expresses the frequency characteristic of the phase difference (phase angle) from the value obtained by averaging the measured values of the phase difference (phase angle) between the current and the voltage, as is well known. From this phase characteristic, for example, the oscillation frequency fosc
The nearby maximum phase angle θmax is measured. This maximum phase angle θm
If ax is equal to or more than the reference value, it is selected as a good product, and if it is smaller than the reference value, it is selected as a defective product having an internal defect.

【0022】図8は、図1に示す素子に、34dBmの
測定信号を加えた時のfosc 付近の最大位相角θmax
と、図1で示される発振停止温度との関係を示す図であ
る。図8を参照すると、34dBmの測定信号を加えた
場合、位相角の基準値を40°〜50°に設定すれば、
良品Gと不良品NGとを明確に判別できることがわか
る。
FIG. 8 shows a maximum phase angle θmax near fosc when a measurement signal of 34 dBm is applied to the device shown in FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the oscillation stop temperature shown in FIG. 1 and FIG. Referring to FIG. 8, when a measurement signal of 34 dBm is added, if the reference value of the phase angle is set to 40 ° to 50 °,
It can be seen that the good product G and the defective product NG can be clearly distinguished.

【0023】図6でも説明したように、内部欠陥のある
圧電セラミック素子の中には、高周波測定信号の印加に
伴って位相あるいはインピーダンスが基準値範囲から離
れた後、基準値範囲に復帰してしまうものもある。この
ような圧電セラミック素子を検査する方法の一例を図9
に示す。図9において、測定を開始すると、圧電セラミ
ック素子に第1回目の定格レベルより高い高周波測定信
号をT0 秒間だけ印加する(ステップS1)。ここで使
用される圧電セラミック素子の定格レベルはVpp(ピー
クtoピーク)=15V(AC)であるので、実効値で
表すと定格レベル=5.3Vrms となる。この定格レベ
ルより高いレベルの信号を印加する。これにより、圧電
セラミック素子は強く励振されるとともに、誘電加熱に
より自己発熱を起こす。そこで、T0 秒後に最大位相角
θと基準値θsとを比較する(ステップS2)。比較に
より、θ<θsであれば、不良品であると判定する(ス
テップS3)。ステップS2において、θ≧θsであれ
ば、圧電セラミック素子に第2回目の高周波測定信号を
0 秒間だけ印加する(ステップS4)。これにより、
圧電セラミック素子は再び励振されるとともに、さらに
発熱するので、T0 秒後に最大位相角θと基準値θsと
を比較する(ステップS5)。θ<θsであれば、不良
品であると判定する(ステップS6)。以後、同様のス
テップを繰り返す。最後に、圧電セラミック素子に第n
回目の高周波測定信号をT0 秒間だけ印加する(ステッ
プS7)。この時点で圧電セラミック素子は最高温度付
近まで加熱されるので、T0 秒後に最大位相角θと基準
値θsとを比較する(ステップS8)。ここで、θ<θ
sであれば不良品であると判定し(ステップS9)、θ
≧θsであれば良品であると判定する(ステップS1
0)。なお、第1回〜第n回の高周波信号の印加の間に
は休止期間を設けず、連続的に印加するものである。
As described with reference to FIG. 6, some of the piezoelectric ceramic elements having an internal defect return to the reference value range after the phase or impedance has deviated from the reference value range with the application of the high-frequency measurement signal. Some things get lost. FIG. 9 shows an example of a method for inspecting such a piezoelectric ceramic element.
Shown in 9, when the measurement is started, the first time a high frequency measurement signal than the rated level of applied only T 0 seconds piezoelectric ceramic element (step S1). Since the rated level of the piezoelectric ceramic element used here is Vpp (peak to peak) = 15 V (AC), the rated level is 5.3 Vrms in terms of an effective value. A signal having a level higher than the rated level is applied. As a result, the piezoelectric ceramic element is strongly excited and generates self-heating by dielectric heating. Then, after T 0 seconds, the maximum phase angle θ is compared with the reference value θs (step S2). By comparison, if θ <θs, it is determined that the product is defective (step S3). In step S2, if theta ≧ [theta] s, the second round of the high-frequency measurement signal is applied only T 0 seconds piezoelectric ceramic element (step S4). This allows
Since the piezoelectric ceramic element is excited again and further generates heat, the maximum phase angle θ is compared with the reference value θs after T 0 seconds (step S5). If θ <θs, it is determined that the product is defective (step S6). Thereafter, similar steps are repeated. Finally, the n-th piezoelectric ceramic element
The times th high-frequency measuring signal is applied only T 0 seconds (step S7). At this point, since the piezoelectric ceramic element is heated to near the maximum temperature, the maximum phase angle θ is compared with the reference value θs after T 0 seconds (step S8). Where θ <θ
If s, it is determined that the product is defective (step S9), and θ
If ≧ θs, it is determined that the product is good (step S1).
0). Note that a pause period is not provided between the first to nth application of the high-frequency signal, and the high-frequency signal is applied continuously.

【0024】図9では、第1回から第n回まで高周波信
号の印加時間(検査時間)T0 を一定としたが、印加時
間T0 を任意に変更してもよい。特に、不良が顕著に現
れない時間帯では印加時間T0 を長くし、不良が顕著に
なる時間帯では印加時間T0 を短くしてもよい。また、
検査時間T0 を短くすれば、ほぼ連続的に検査したこと
と同等となり、圧電セラミック素子の位相角がどの温度
で基準値から外れても、確実に見つけ出すことが可能で
ある。
In FIG. 9, the application time (inspection time) T 0 of the high-frequency signal is fixed from the first time to the n-th time, but the application time T 0 may be arbitrarily changed. In particular, the application time T 0 may be lengthened in a time zone in which the defect does not appear remarkably, and the application time T 0 may be shortened in a time zone in which the defect becomes remarkable. Also,
If the inspection time T 0 is shortened, it becomes almost the same as that of the inspection, and it is possible to reliably detect the phase angle of the piezoelectric ceramic element regardless of the temperature at any temperature.

【0025】本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。上記実施例では、最大位相角θmax を基準値θs
と比較することで内部欠陥を判別したが、インピーダン
ス値Za,Zrを用いて内部欠陥を判別してもよいし、
位相角とインピーダンス値の双方を用いて判別してもよ
い。本発明の圧電セラミック素子としては、セラミック
発振子に限らず、セラミックフィルタ、ディスクリミネ
ータ、トラップなど如何なる圧電セラミック素子であっ
てもよい。また、厚み縦振動,厚みすべり振動,面積振
動などの振動モードの違いに関係なく、内部欠陥を検出
可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, the maximum phase angle θmax is set to the reference value θs
Although the internal defect was determined by comparing with, the internal defect may be determined using the impedance values Za and Zr,
The determination may be made using both the phase angle and the impedance value. The piezoelectric ceramic element of the present invention is not limited to a ceramic oscillator, but may be any piezoelectric ceramic element such as a ceramic filter, a discriminator, and a trap. Further, the internal defect can be detected irrespective of a difference in a vibration mode such as a thickness longitudinal vibration, a thickness shear vibration, and an area vibration.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項1
に記載の発明によれば、圧電セラミック素子に定格レベ
ルより高いレベルの高周波信号を印加し、その位相特性
およびインピーダンス特性の少なくとも一方を測定し、
測定値を基準となる特性と比較することで内部欠陥を判
別するようにしたので、通常レベルの信号印加では検出
できない内部欠陥や、外部からの加熱昇温では検出でき
ない内部欠陥を非破壊で確実に検出することができる。
また、高周波信号の印加により圧電セラミック素子を強
く励振させるとともに、誘電加熱により自己発熱させる
ことができるので、短時間で圧電セラミック素子の内部
欠陥を検出することが可能となる。
As is apparent from the above description, claim 1
According to the invention described in the above, a high-frequency signal of a level higher than the rated level is applied to the piezoelectric ceramic element, and at least one of the phase characteristic and the impedance characteristic is measured.
Internal defects are determined by comparing the measured values with the reference characteristics, so that non-destructive internal defects that cannot be detected with normal level signal application or internal defects that cannot be detected with external heating and heating. Can be detected.
In addition, since the piezoelectric ceramic element can be strongly excited by application of a high-frequency signal and self-heated by dielectric heating, internal defects of the piezoelectric ceramic element can be detected in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】内部欠陥のある発振子とない発振子の昇温時の
発振電圧の変化図である。
FIG. 1 is a diagram showing a change in oscillation voltage when a temperature of a resonator having an internal defect and a resonator having no internal defect are raised.

【図2】内部欠陥のある素子とない素子とを外部から加
熱昇温した時の位相特性図である。
FIG. 2 is a phase characteristic diagram when an element having an internal defect and an element having no internal defect are heated and heated from the outside.

【図3】図2に示す素子に対し高周波信号の印加電圧を
変化させた時の位相特性図である。
FIG. 3 is a phase characteristic diagram when an applied voltage of a high-frequency signal is changed with respect to the element shown in FIG. 2;

【図4】高周波信号の印加時間と素子の温度との時間変
化図である。
FIG. 4 is a time change diagram of an application time of a high-frequency signal and a temperature of an element.

【図5】セラミック発振子のインピーダンス特性および
位相特性図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating impedance characteristics and phase characteristics of a ceramic oscillator.

【図6】高レベル信号印加時における内部欠陥のある素
子と無い素子の最大位相角の変化図である。
FIG. 6 is a change diagram of the maximum phase angle of an element having an internal defect and an element having no internal defect when a high-level signal is applied.

【図7】本発明の検査方法を実施する装置の一例の構成
図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of an example of an apparatus for performing the inspection method of the present invention.

【図8】内部欠陥のある素子と無い素子の発振停止温度
と高レベル信号印加時の最大位相角の相関関係図であ
る。
FIG. 8 is a correlation diagram between the oscillation stop temperature of an element having an internal defect and an element having no internal defect and the maximum phase angle when a high-level signal is applied.

【図9】複数回の検査による良否判別方法を示すフロー
チャート図である。
FIG. 9 is a flowchart illustrating a pass / fail determination method based on a plurality of inspections.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ネットワークアナライザ 2 セラミック発振子(圧電セラミック素子) 4 RFパワーアンプ 5 減衰器 Reference Signs List 1 network analyzer 2 ceramic oscillator (piezoceramic element) 4 RF power amplifier 5 attenuator

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電セラミック素子にその定格レベルより
高いレベルの高周波測定信号を印加する工程と、上記高
周波測定信号の印加に伴う圧電セラミック素子の位相特
性およびインピーダンス特性の少なくとも一方を測定す
る工程と、測定された位相特性およびインピーダンス特
性の少なくとも一方を基準となる特性と比較する工程
と、上記比較結果から圧電セラミック素子の内部欠陥の
有無を検出する工程と、を有する圧電セラミック素子の
検査方法。
A step of applying a high-frequency measurement signal having a level higher than a rated level to the piezoelectric ceramic element; and a step of measuring at least one of a phase characteristic and an impedance characteristic of the piezoelectric ceramic element accompanying the application of the high-frequency measurement signal. A method for comparing at least one of the measured phase characteristic and impedance characteristic with a reference characteristic; and detecting the presence or absence of an internal defect of the piezoelectric ceramic element from the comparison result.
【請求項2】上記高周波測定信号は、その印加後、圧電
セラミック素子の圧電特性が印加前とほぼ同じ圧電特性
に戻る最高レベル付近の信号であることを特徴とする請
求項1に記載の圧電セラミック素子の検査方法。
2. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the high-frequency measurement signal is a signal near a maximum level at which the piezoelectric characteristics of the piezoelectric ceramic element return to almost the same piezoelectric characteristics as before the application after the application. Inspection method for ceramic elements.
【請求項3】上記測定される位相特性は最大位相角θma
x であることを特徴とする請求項1または2に記載の圧
電セラミック素子の検査方法。
3. The measured phase characteristic is a maximum phase angle θma.
3. The method for testing a piezoelectric ceramic element according to claim 1, wherein x is x.
【請求項4】上記測定されるインピーダンス特性は反共
振インピーダンス値Zaと共振インピーダンス値Zrと
の差Za−Zrであることを特徴とする請求項1または
2に記載の圧電セラミック素子の検査方法。
4. The method according to claim 1, wherein the measured impedance characteristic is a difference Za-Zr between the anti-resonance impedance value Za and the resonance impedance value Zr.
【請求項5】上記圧電セラミック素子の位相特性および
インピーダンス特性の少なくとも一方を、定格レベルよ
り高いレベルの高周波測定信号の印加後の複数の経過時
間で測定することを特徴とする請求項1ないし4のいず
れかに記載の圧電セラミック素子の検査方法。
5. The method according to claim 1, wherein at least one of a phase characteristic and an impedance characteristic of said piezoelectric ceramic element is measured at a plurality of elapsed times after application of a high-frequency measurement signal having a level higher than a rated level. The method for inspecting a piezoelectric ceramic element according to any one of the above.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006109501A1 (en) * 2005-03-18 2006-10-19 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric element inspection method, inspection device, and polarization processing method
RU2529671C2 (en) * 2008-10-14 2014-09-27 Роберт Бош Гмбх Sensor device and method to control operation of sensor device
JP2019536018A (en) * 2016-11-01 2019-12-12 日本テキサス・インスツルメンツ合同会社 Ultrasonic lens cleaning system with impedance monitoring to detect defects or degradation

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61108956A (en) * 1984-10-31 1986-05-27 エヌ・ベー・フイリツプス・フルーイランペンフアブリケン Nondestructive inspection method of multilayer ceramic condenser
JPH02231577A (en) * 1989-03-03 1990-09-13 Fujitsu Ltd Reliability evaluating device for circuit component
JPH063305A (en) * 1992-06-23 1994-01-11 Mitsubishi Kasei Corp Method for non-destructively inspecting piezo-electric element for micro-crack
JPH0837125A (en) * 1994-07-22 1996-02-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method for screening monolithic ceramic capacitor
JPH09218173A (en) * 1996-02-09 1997-08-19 Taiyo Yuden Co Ltd Method for inspecting internal defect of object having electrostrictive phenomenon
JPH10293107A (en) * 1997-02-19 1998-11-04 Tokin Corp Internal defect inspection method for multilayer ceramic capacitor
JP2001284197A (en) * 2000-03-30 2001-10-12 Murata Mfg Co Ltd Screening method of laminated ceramic electronic component
JP3551918B2 (en) * 1999-12-24 2004-08-11 株式会社村田製作所 Inspection method for piezoelectric ceramic element

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61108956A (en) * 1984-10-31 1986-05-27 エヌ・ベー・フイリツプス・フルーイランペンフアブリケン Nondestructive inspection method of multilayer ceramic condenser
JPH02231577A (en) * 1989-03-03 1990-09-13 Fujitsu Ltd Reliability evaluating device for circuit component
JPH063305A (en) * 1992-06-23 1994-01-11 Mitsubishi Kasei Corp Method for non-destructively inspecting piezo-electric element for micro-crack
JPH0837125A (en) * 1994-07-22 1996-02-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method for screening monolithic ceramic capacitor
JPH09218173A (en) * 1996-02-09 1997-08-19 Taiyo Yuden Co Ltd Method for inspecting internal defect of object having electrostrictive phenomenon
JPH10293107A (en) * 1997-02-19 1998-11-04 Tokin Corp Internal defect inspection method for multilayer ceramic capacitor
JP3551918B2 (en) * 1999-12-24 2004-08-11 株式会社村田製作所 Inspection method for piezoelectric ceramic element
JP2001284197A (en) * 2000-03-30 2001-10-12 Murata Mfg Co Ltd Screening method of laminated ceramic electronic component

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006109501A1 (en) * 2005-03-18 2006-10-19 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric element inspection method, inspection device, and polarization processing method
US7525324B2 (en) 2005-03-18 2009-04-28 Ngk Insulators, Ltd. Inspection method, inspection apparatus, and polarization method for piezoelectric element
JP4845879B2 (en) * 2005-03-18 2011-12-28 日本碍子株式会社 Piezoelectric element inspection method, inspection apparatus, and polarization treatment method
RU2529671C2 (en) * 2008-10-14 2014-09-27 Роберт Бош Гмбх Sensor device and method to control operation of sensor device
JP2019536018A (en) * 2016-11-01 2019-12-12 日本テキサス・インスツルメンツ合同会社 Ultrasonic lens cleaning system with impedance monitoring to detect defects or degradation
JP7265106B2 (en) 2016-11-01 2023-04-26 テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド Ultrasonic lens cleaning system with impedance monitoring to detect defects or deterioration

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