JPH11354852A - 圧電素子及び圧電アクチュエータの検査装置並びに圧電素子及び圧電アクチュエータの検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子に内在するヒビ等の欠陥を正確かつ
迅速に検出することのできる圧電素子及び圧電アクチュ
エータの検査装置並びに圧電素子及び圧電アクチュエー
タの検査方法を提供すること。 【解決手段】 圧電素子１４２ａ、１４２ｂ、１４０の
変位により生じる電流を検知する電流検知部２１０と、
この電流検知部の検知結果を表示する表示部２２０とを
有することを特徴とする圧電素子の検査装置２００。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧電素子、例え
ばバイモルフ型の圧電セラミック等の欠陥を検出するた
めの圧電素子の検査装置及び圧電素子を用いた圧電アク
チュエータの検査装置、並びに圧電素子の検査方法及び
圧電アクチュエータの検査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型化、ポータブル化
に伴い、小型軽量で、バッテリ駆動可能なアクチュエー
タが必要となっている。特に、精密工作機械、磁気ヘッ
ドや光ディスクのピックアップの位置制御等の分野で
は、微小変位を精密に制御できるアクチュエータが求め
られている。このようなアクチュエータは圧電素子、例
えばバイモルフ型圧電セラミックを利用している。この
バイモルフ型圧電セラミックは、例えば、図１７に示す
ような構成になっている。図１７に示すように、バイモ
ルフ型圧電セラミック１は、その一端が固定部材２に固
定されている。また、このバイモルフ型圧電セラミック
１は、その中心材１１を介して２枚の圧電セラミック１
２、１３が備えられている。この中心材１１は、剛性の
高い材料、例えばリン青銅等から成っており、圧電セラ
ミック１２、１３は、例えばチタン酸バリウム等のセラ
ミック材料を薄板状に成形したものである。

【０００３】これら圧電セラミック１２、１３の外側に
は電極１２ａ，１３ａがそれぞれメッキ等により形成さ
れ、それぞれ任意の向きに分極処理（図示せず）が施さ
れている。このような、圧電セラミック１２、１３に、
電圧が印加されると、圧電セラミック１３は伸長し、逆
に圧電セラミック１２は、縮小することになる。この圧
電セラミック１２、１３の変位により、圧電セラミック
１は、図のように曲がることになる。このように変位す
るバイモルフ型圧電セラミック１の一端に例えばビデオ
テープレコーダ（ＶＴＲ）の磁気ヘッド等を取り付ける
ことにより、磁気ヘッドのしゅう動動作を行う圧電アク
チュエータとなる。

【０００４】このように、動作するバイモルフ型圧電ア
クチュエータ１であるが、この圧電アクチュエータ１の
圧電セラミック１２、１３は、上述のように、薄板状に
成形される。そして、この圧電セラミック１２、１３の
厚みは、以下の式で表される。 電界（Ｅ）＝電圧（Ｖ）／ｄ（セラミックの厚み）・・・・・式（１） 式（１）から、同じ電圧（Ｖ）に対してセラミックの厚
み（ｄ）が薄い程、高い電界（Ｅ）が得られることにな
る。したがって、圧電セラミック１２、１３は、出来る
だけ薄い方が望ましいことになる。一方、圧電セラミッ
ク１２、１３の機械的強度や電気的絶縁性は、その厚み
が薄い程、低下することになる。このため、圧電セラミ
ック１２、１３の厚みは、歪み特性と機械的強度・絶縁
特性等を総合的に評価した上で決められることになり、
例えば０．１ｍｍ乃至１ｍｍ程度等となる。

【０００５】このように、薄板状に形成されている圧電
セラミック１２、１３は、他方で非常に脆く、その取扱
い等によって、ヒビ等の欠陥が生じ易いという特性も有
している。このため、圧電セラミック１２、１３に生じ
るヒビ等の欠陥を抑える努力がなされているが、未だ、
完全にその発生を抑えることができない。これがため、
圧電セラミック１２、１３に生じるヒビ等の欠陥を検出
することが極めて重要となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような、圧電セラ
ミック１２、１３に生じるヒビ等の欠陥は、金属顕微鏡
等の表面観察では検出することが非常に困難であるた
め、超音波探傷計による測定がある。また、圧電セラミ
ック１２、１３を所定の周波数で実際に駆動させたとき
に振動面から発生する音波を観察し、振動歪みを検出す
る方法等もある。しかし、この超音波探傷計によるヒビ
等の欠陥の観察は、ヒビ等の形状等を知る上では非常に
有効な観察手段であるが、一方で、観察に要する時間が
長くかかってしまうという問題がある。また、この超音
波探傷計によるヒビ等の欠陥の観察は、圧電セラミック
１２、１３を水等の液体中に入れる必要があり、実際の
製造工程で行うには適さないという問題もあった。ま
た、上記振動面から発生する音波を観察し、振動歪みを
検出する方法は、ヒビ等の有無を確認する方法としては
比較的有効な方法であるが、圧電セラミック１２、１３
以外の振動成分により疑似歪みが生じるおそれがあると
いう問題があった。さらに、この方法は、圧電セラミッ
ク１２、１３の振動面の前に他の部品がある場合、観察
が難しい等の問題もあった。

【０００７】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたものであり、圧電素子に内在するヒビ等の欠陥を
正確かつ迅速に検出することのできる圧電素子及び圧電
アクチュエータの検査装置並びに圧電素子及び圧電アク
チュエータの検査方法をを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、圧電素子の変位により生じる電流を検知する電
流検知部と、この電流検知部の検知結果を表示する表示
部とを有することを特徴とする圧電素子の検査装置によ
り達成される。

【０００９】上記構成によれば、圧電素子の変位により
圧電素子から発生する電流を検知し、その波形を表示部
する表示することで、その異常を観察することができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施の形
態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に
述べる実施の形態は、この発明の好適な具体例であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、こ
の発明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限
定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるも
のではない。

【００１１】図１は、本発明に係る検査装置及び検査方
法の検査対象となる圧電アクチュエータである、例えば
ダイナミック・トラッキングヘッド（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｔｒａｃｋｉｎｇ）装置用圧電アクチュエータを示す図
である。ダイナミック・トラッキングヘッド装置は、例
えば、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）の回転ドラムに
装着され、スロー再生や逆再生、又は静止画等の特殊再
生時にノイズの少ない高品質な画質を得るために用いら
れるものである。具体的には、ＶＴＲの可変速再生時に
磁気ヘッドがしゅう動してビデオテープの記録トラック
を追従するようになっている。このようなダイナミック
・トラッキングヘッド装置に適用される磁気ヘッドのし
ゅう動動作を行うアクチュエータとして、電気機械変換
素子である圧電素子でなるバイモルフ型圧電アクチュエ
ータが用いられている。

【００１２】図１において、ダイナミック・トラッキン
グヘッド装置用圧電アクチュエータ１００は、図示しな
い回転ドラムに対してネジ等により固定される回転ドラ
ム固定部材１１０を有している。この回転ドラム固定部
材１１０の上には、バイモルフ型圧電セラミック１４０
が設けられている。そして、このバイモルフ型圧電セラ
ミック１４０の一端部は、バイモルフ型圧電セラミック
固定部材１２０、１３０と上記回転ドラム固定部材１１
０とによって挟持され、ネジ１５０により固定されてい
る。なお、このネジ１５０により固定できない場合は、
さらに、この挟持面にエポキシ樹脂等の接着剤が塗布さ
れることになる。このように、バイモルフ型圧電セラミ
ック１４０は、いわゆる片持ち梁構造となっている。

【００１３】このバイモルフ型圧電セラミック１４０
は、伸縮しにくい材質の薄板からなる中間電極である中
心材１４１の両側に、それぞれ圧電素子である圧電セラ
ミック板１４２ａ，１４２ｂが貼り合わされている。こ
の圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂは、薄板状に成
形された、例えばチタン酸バリウムやジルコン酸鉛等の
セラミック材料により構成されており、その厚みは例え
ば０．１ｍｍ乃至１ｍｍ程度等である。中心材１４１
は、例えば剛性の高いリン青銅、カーボン繊維配合コン
ポジット材、或いは剛性の高いプラスチック材等の材料
が使用されている。上記圧電セラミック板１４２ａ，１
４２ｂには、図示するように、表面電極１４３ａ，１４
３ｂが、それぞれメッキ、蒸着、焼付け等により形成さ
れると共に、任意の向きに分極処理が施されている。

【００１４】このように、バイモルフ型圧電セラミック
１４０は、圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂと中間
材１４１との３層構造となっている。このバイモルフ型
圧電セラミック１４０の他端には、図１に示すように、
磁気ヘッド１７０を取り付けるヘッドベース１６０が、
瞬間接着剤等により固定されており、必要に応じて例え
ば紫外線硬化型樹脂等によって補強されている。そし
て、このヘッドベース１６０の先端部には所定数の磁気
ヘッド１７０が瞬間接着剤等によって固定されており、
必要に応じて例えば紫外線硬化型樹脂等によって補強さ
れている。また、このヘッドベース１６０には、バイモ
ルフ型圧電セラミック１４０と、略平行になるように薄
板１８０が瞬間接着剤等で固定されている。この薄板１
８０は、例えば剛性の高いリン青銅、カーボン繊維配合
コンポジット材、或いは剛性の高いプラスチック材等の
材料が使用される。この薄板１８０の一端部は、図１に
示すように、バイモルフ型圧電セラミック固定部材１２
０、１３０により挟持され、また固定もされている。

【００１５】以上のようにダイナミック・トラッキング
ヘッド装置用圧電アクチュエータ１００は構成され、以
下のように動作する。すなわち、このダイナミック・ト
ラッキングヘッド装置用圧電アクチュエータ１００に所
定の電圧を印加することにより、図２に示すように、バ
イモルフ型圧電セラミック１４０の圧電セラミック１４
２ａが伸長し、逆に圧電セラミック１４２ｂが縮小す
る。これによって、矢印Ａの方向にバイモルフ型圧電セ
ラミック１４０が変位することになる。このようにバイ
モルフ型圧電セラミック１４０が変位すると、このバイ
モルフ型圧電セラミック１４０の先端にヘッドベース１
６０を介して付いている磁気ヘッド１７０も矢印Ａ方向
に傾斜する。この際、この磁気ヘッド１７０の傾斜によ
り、磁気テープとの接触状態が悪化しないように、薄板
１８０は磁気ヘッド１７０の傾斜を抑制する働きをす
る。

【００１６】ところで、上記バイモルフ型圧電セラミッ
ク１４０は、図２に示すように変位することになるが、
これは、圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂの一方が
伸長し、他方が縮小するような方向に電界を加えること
で、可能となるものである。この電界の加え方は、圧電
セラミック板の分極方法によって異なるため、図３に、
その分極方法と電界の加え方の一例を示す。図３（１）
は、シリーズ分極の例であり、（２）はパラレル分極の
例である。図の左側で矢印で示す、分極方法が異なる圧
電セラミック板１４２ａ，１４２ｂは、右側に示す駆動
回路によって駆動されることになる。図３で示すような
駆動回路によって、所定の電圧が加わり、駆動されるの
であるが、この場合、圧電セラミック板１４２ａ，１４
２ｂ内の内部抵抗は非常に高く、例えば数１０Ω程度で
あるため、図４に示すＡの部分には、ほとんど電流が流
れないことになる。

【００１７】このように、通常のバイモルフ型圧電セラ
ミック１４０の変位によっては、その駆動回路の図４で
示すＡの部分には、ほとんど電流が流れないのが普通で
あり、この状態であれば、バイモルフ型圧電セラミック
１４０は、正常に動作していると考えられる。しかし、
図５に示すように、圧電セラミック板１４２ａ，１４２
ｂに欠陥である例えばヒビ等が有る場合は、以下のよう
になる。図に示すように、圧電セラミック板１４２ａ，
１４２ｂにヒビが有る場合は、バイモルフ型圧電セラミ
ック１４０の変位である、曲げ振動によってヒビが広が
ることになる。このヒビがある程度広がったとき、図の
右側で示すように、表面電極１４３ａが電気的に離れ、
図のａ部分とｂの部分の間の抵抗が無限大となる。この
とき、圧電セラミック板１４２ａのａに部分に対応する
部分には、電界が加わらなくなり、圧電セラミック板１
４２ａの変位が止まることになる。しかし、電界の向き
は時間とともに小さくなり、その後、逆方向の電界が加
わることになる。そして、一旦、無限大となったａ部分
とｂの部分の間の抵抗も、やがて電気的に導通を持ちは
じめ、圧電セラミック板１４２ａのａに部分に対応する
部分に変位が始まることになる。

【００１８】この関係を示したのが、図６である。図示
するように連続してバイモルフ型圧電セラミック１４０
の変位である曲げ状態が変化するような場合、すなわち
振動状態においては、圧電セラミック板１４２ａ，１４
２ｂがヒビを内在する場合、このヒビのある部分におけ
る電気的結合状態（導通）が不連続に変化することにな
る。このヒビのある部分における電気的結合状態（導
通）の不連続な変化が、バイモルフ型圧電セラミック１
４０の振動状態に影響を与え、圧電セラミック板１４２
ａ，１４２ｂの変位異常を引き起こすことになる。とこ
ろで、この圧電セラミック１４２ａ，１４２ｂは、上述
のように、与えられた電界によって任意の方向へ変位す
る性質と同時に、圧電セラミック１４２ａ，１４２ｂに
生じた変位である歪みによって電流を発生する性質も有
している。このため、図６に示すように、圧電セラミッ
ク板１４２ａ，１４２ｂに変位異常が生じているとき、
圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂは、印加電界に対
してことなる働きを行うことになる。すなわち、ヒビを
有する圧電セラミック１４２ａ，１４２ｂに所定の印加
電界（例えば正弦波形等）を加えた場合、ヒビを起因と
した電流が発生することになる。

【００１９】本発明の圧電アクチュエータの検査装置の
第１の実施の形態である、例えばダイナミック・トラッ
キングヘッド装置の圧電アクチュエータの検査装置は、
上述のヒビを起因とした電流を検知し、その結果を表示
部に表示するものであり、具体的には、図７に示す装置
である。図において、圧電アクチュエータの検査装置２
００は、電流検知部である電流プローブ２１０と表示部
であるオシロスコープ２２０とを有している。この電流
プローブ２１０は、バイモルフ型圧電セラミック１４０
を駆動する回路に接続されており、バイモルフ型圧電セ
ラミック１４０から発生する電流を電圧に変換するよう
になっている。すなわち、ヒビを有する圧電セラミック
板１４２ａ，１４２ｂには、上述のように、ヒビを起因
とする周期性をもった電流が発生し、この電流は、電流
プローブ２１０で検知され、図８に示すように処理され
る。先ず、図示するように、電流プローブ２１０で検知
された信号は、例えば全波整流部で全波整流された後、
交流／直流変換部（Ａ／Ｄ変換部）によって直流に変換
され、直流信号として、図７に示すオシロスコープ２２
０に入力される。そして、直流電圧の大小がオシロスコ
ープ２２０に表示されることにより、圧電セラミック１
４２ａ，１４２ｂにヒビが有るか否かを判別することに
なる。なお、上記電流プローブ２１０は、測定する電流
値により適宜定められ、例えば、ＣＴ−１、ＣＴ−２等
がある。

【００２０】以下、この圧電アクチュエータの検査装置
２００の動作等を検査方法と共に説明する。図７におい
て、スイッチＡをＯＮ状態にすると、バイモルフ型圧電
セラミック１４０に所定の電圧が加わり、圧電セラミッ
ク板１４２ａ，１４２ｂは、与えられた電界に応じた変
位である圧電歪みが発生し、圧電セラミック板１４２
ａ，１４２ｂの先端部に曲がりが発生し矢印Ｂ方向へ変
位することになる。このバイモルフ型圧電セラミック１
４０に与えられる電圧は、必要に応じて直流電圧若しく
は交流電圧が与えられる。そして、この電圧の大きさに
ついては、圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂの特性
によって適宜定められる。電流プローブ２１０は、バイ
モルフ型圧電セラミック１４０を駆動する回路の図にＣ
で示されている部分に設けられている。そして、この電
流プローブ２１０は、上述のように、オシロスコープ２
２０に接続されている。

【００２１】このような圧電アクチュエータの検査装置
２００を検査対象である、例えばダイナミック・トラッ
クングヘッド装置用圧電アクチュエータ１００に取り付
け、スイッチＡをＯＮ状態とすると、上述のように、バ
イモルフ型圧電セラミック１４０に所定の電圧が加わ
り、圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂは、矢印Ｂ方
向へ変位することになる。このとき、圧電セラミック板
１４２ａ，１４２ｂの内部抵抗が、信号源の内部抵抗に
対して充分大きければ、図のＣ部には電流が流れないこ
とになる。そして、そのためオシロスコープ２２０に
は、波形が表れないことになる。これは、上述の図４で
示す状態と同様であり、バイモルフ型圧電セラミック１
４０の圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂにはヒビ等
の欠陥が無く、正常であるとを示している。

【００２２】一方、バイモルフ型圧電セラミック１４０
の圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂにヒビ等の欠陥
があり、特定の周波数でバイモルフ型圧電セラミック１
４０が振動している場合は、上述の図６で示すように、
圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂのヒビは連続的に
変化し、ある状態でヒビを境に電気的結合状態（導通）
が切れることになる。この電気的結合状態（導通）が切
れた瞬間、上述の図５の右側に示されているように、圧
電セラミック板１４２ａのａに部分に対応する部分に
は、電界が加わらなくなり、圧電セラミック板１４２ａ
の変位が止まることになる。そして、印可電界も０の状
態に戻ろうとする。ところが、図６に示すように、この
印可電界が有るところまで戻ると、再び電気的に結合
し、電気的結合状態（導通）が復活するようになる。こ
の電気的結合状態（導通）が復活した時点で、圧電セラ
ミック板１４２ａ，１４２ｂには、その与えられた電界
に応じた変位である歪みが生じることになる。

【００２３】このような上記ヒビ部分の電気的結合状態
（導通）のＯＮ／ＯＦＦは、瞬時に起こり、これは駆動
周波数に対して比較的高い周波数成分となる。そして、
このような圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂに対し
て瞬間的に電界を加えたり、除去したりすると、その振
動特性により、圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂ
は、印可電界の変化に追従することができなくなり、図
９のような減衰振動を起こすようになる。図９に示す減
衰振動時に、圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂから
圧電効果により、電流が発生することになる。また、こ
のような減衰振動を生じない通常の駆動時においても、
圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂにヒビがある場
合、上述のとおり、ヒビ部分ので電気的結合状態（導
通）のＯＮ／ＯＦＦにより、圧電セラミック板１４２
ａ，１４２ｂから電流が発生することになる。このよう
に圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂから発生した電
流は、図７の電流プローブ２１０で検知され、図８に示
すように、オシロスコープ２２０に入力される。そし
て、この入力された結果が波形としてオシロスコープ２
２０に表示される。したがって、オシロスコープ２２０
に波形が表れれば、圧電セラミック板１４２ａ，１４２
ｂにヒビ等の欠陥が存在することがわかる。

【００２４】以上のように、本実施の形態にかかる圧電
アクチュエータの検査装置２００を用いれば、バイモル
フ型圧電セラミック１４０の駆動回路に電流プローブ２
１０を設け、バイモルフ型圧電セラミック１４０から発
生する電流によって、バイモルフ型圧電セラミック１４
０に内在するヒビの有無を判別することができる。ま
た、本実施の形態によれば、電気信号によるヒビの判別
が可能となる。さらに、バイモルフ型圧電セラミック１
４０自体に前処理を行なうことなく検査を行なうことが
可能となる。そして、バイモルフ型圧電セラミック１４
０の変位である圧電歪み電流のみが対象となるため、音
波検査のように外乱による測定精度劣化のおそれがな
い。

【００２５】また、本実施の形態に係る圧電アクチュエ
ータの検査装置２００を用いれば、バイモルフ型圧電セ
ラミック１４０に内在するヒビ等の欠陥を短時間で、か
つ安定して検出するすることができる。これにより、表
面観察等での検査のような不確実な検査を行なう必要が
無い。

【００２６】図１０は、第１の実施の形態の変形例を示
している。すなわち、第１の実施の形態では、電流プロ
ーブ２１０で検知された信号をオシロスコープ２２０に
波形として表し、その波形の有無により、圧電セラミッ
ク板１４２ａ，１４２ｂにヒビ等の欠陥が存在するか否
かを判別していた。しかし、本変形例では、コンピュー
タのディスプレイに電流プローブ２１０で検知された信
号を表示させるようにしたものである。したがって、第
１の実施の形態と構成が同様のものは、同じ番号を付し
て、その説明を省略する。図１０に示すように、電流プ
ローブ２１０で検出した検出信号を、交流／直流変換
（Ａ／Ｃ変換）し、直流信号の大小をコンピュータのデ
ィスプレイに表示させるようになっている。

【００２７】以下、第２の実施の形態にかかる圧電アク
チュエータの検査装置について説明する。本実施の形態
にかかる圧電アクチュエータの検査装置は、第１の実施
の形態と異なり、圧電素子である圧電セラミック板１２
４ａ，１２４ｂを一次共振点若しくはその近傍周波数で
振動させ、このときの圧電セラミック板１２４ａ，１２
４ｂの変位により生じる電流を電流プローブ２１０で検
出し、この電流の駆動周波数より高い周波数成分を抽出
し、高調波歪み成分の大小で、圧電セラミック板１２４
ａ，１２４ｂに内在するヒビ等の欠陥の有無を判定する
ものである。したがって、第１の実施の形態と同様の部
分は、同一の番号を付して、その説明を省略する。ダイ
ナミック・トラッキングヘッド装置用圧電アクチュエー
タ１００に加える駆動信号の周波数を変えると、バイモ
ルフ型圧電セラミック１４０は、図１１に示すような周
波数特性を有することがわかる。

【００２８】図示するように、バイモルフ型圧電セラミ
ック１４０に加える印可電圧が一定で，周波数を変化さ
せると、図７で示すバイモルフ型圧電セラミック１４０
の先端部の振幅Ｂ（図１１の先端部変位）は周波数の上
昇とともに大きくなり，図１１に示されているように、
周波数ｆ０で最大値となり，さらに周波数を上昇させて
いくと振幅は逆に減少する。このバイモルフ型圧電セラ
ミック１４０の先端部の振幅が最大値となる点が１次共
振点である。この１次共振点は、バイモルフ型圧電セラ
ミックの材質や厚み・長さ等の形状によって定まる。ま
た、図１１の周波数ｆ０と周波数ｆとのバイモルフ型圧
電セラミック１４０の振幅を比較すると、印可電圧が一
定であるにもかかわらず、大きく異なっている。すなわ
ち、１次共振点である周波数ｆ０よりも低い周波数ｆで
の振幅量Ｄと１次共振点での振幅量Ｄ０では、印可電圧
が等しいにもかかわらず振幅量Ｄ０は振幅量Ｄより大き
くなっているのである。これより、バイモルフ型圧電セ
ラミック１４０の１次共振点である周波数ｆ０において
は、バイモルフ型圧電セラミック１４０から圧電効果に
よる電流が発生しており、このときの電流波形をオシロ
スコープ２２０で観察すると図１３に示すような波形と
なる。

【００２９】このように、バイモルフ型圧電セラミック
１４０に内在するヒビ等の欠陥が存在しない場合でも、
バイモルフ型圧電セラミック１４０の振幅が１次共振点
又はその近傍に達したとき、電流プローブ２１０が電流
を検知し、オシロスコープ２２０に図１３のような波形
を示すことになる。ところで、一般的には、圧電セラミ
ック板１４２ａ、１４２ｂの変位である歪み量自体は周
波数ｆでもｆ０でも略等しいと考えられる。したがっ
て、周波数ｆ０でのバイモルフ型圧電セラミック１４０
は、歪み量以外に機械的な共振によって歪みが増幅さ
れ、振幅が大きくなっていると思われる。このことは、
図１３に示すように、周波数ｆ０でバイモルフ型圧電セ
ラミック１４０から生じる電流を観察すると、駆動波形
と略等しい波形となることからも明らかである。

【００３０】また、図１２は、機械的な共振によって歪
みが増幅され振幅が増大したバイモルフ型圧電セラミッ
ク１４０の変位である曲げ状態を示した図である。図示
するように、周波数ｆと異なり周波数ｆ０、すなわち１
次共振点におけるバイモルフ型圧電セラミック１４０の
固定部Ｃの変位である曲げ率は変化している。すなわ
ち、バイモルフ型圧電セラミック１４０の固定端部Ｃ付
近の変位である曲げ率が大きく、先端部の曲げ率が少な
くなる。これは、片持ち梁に対して先端集中荷重を与え
たときの曲げ状態に近く、固定端近傍に応力が集中する
からである。このように、バイモルフ型圧電セラミック
１４０の振幅を１次共振点又はその近傍にすることは、
バイモルフ型圧電セラミック１４０にとって過酷な動作
条件となるため、その内部にヒビ等の欠陥を有している
場合は、ヒビの発生を見つけやすくなる。すなわち、バ
イモルフ型圧電セラミック１４０の振幅の１次共振点又
はその近傍の周波数ｆ０で、バイモルフ型圧電セラミッ
ク１４０を駆動させた場合、その内部に微小なヒビ等を
有していたり、その材料強度が弱かったときは、このヒ
ビが成長して貫通ヒビとなる。この貫通ヒビは、第１の
実施の形態の図５及び図６で示すように、ヒビ部分での
電気的結合状態（導通）のＯＮ／ＯＦＦが発生する原因
となり、ヒビによる電流がバイモルフ型圧電セラミック
１４０から発生することになる。

【００３１】バイモルフ型圧電セラミック１４０に内在
するヒビ等の欠陥が存在しない場合は、上述のように、
バイモルフ型圧電セラミック１４０の振幅が１次共振点
又はその近傍に達したとき、オシロスコープ２２０に図
１３のような波形が表示される。しかし、この状態で、
バイモルフ型圧電セラミック１４０からヒビによる電流
が発生している場合は、その電流を電流プローブ２１０
が検知して、図１４に示すようにオシロスコープ２２０
の波形に歪みが生じることとなる。このように、本実施
の形態によれば、オシロスコープ２２０における波形に
歪みが生じるか否かによって定量的にバイモルフ型圧電
セラミック１４０の圧電セラミック板１４２ａ，１４２
ｂにヒビ等の欠陥が発生しているか否かを検査すること
ができる。また、ダイナミック・トラッキングヘッド装
置用圧電アクチュエータ１００の動作条件において、バ
イモルフ型圧電セラミック１４０の振幅の１次共振点又
はその近傍の強制振動モードでのヒビ等の有無の確認を
することが可能となる。したがって、高い耐久性を要求
されるダイナミック・トラッキングヘッド装置用圧電ア
クチュエータ１００その他のデバイス等の検査装置とし
て用いることができる。

【００３２】図１５及び図１６は、第１及び第２の実施
の形態の変形例を示している。すなわち、第１及び第２
の実施の形態では、電流プローブ２１０で検知された信
号をオシロスコープ２２０に波形として表し、その波形
の有無により、圧電セラミック板１４２ａ，１４２ｂに
ヒビ等の欠陥が存在するか否かを判別していた。しか
し、本変形例では、電気的処理を行うことにより、コン
ピュータのディスプレイに電流プローブ２１０で検知さ
れた信号を表示させるようにしたものである。したがっ
て、第１及び第２の実施の形態と構成が同様のものは、
同じ番号を付して、その説明を省略する。図１５は電流
プローブ２１０で検出される信号を信号処理する一例を
示すものである。すなわち、電流プローブ２１０で検出
した信号を、所定のフィルタ、例えばローパスフィルタ
（ＬＰ）やハイパスフィルタ（ＨＰ）等を通すことによ
り、必要な周波数帯の信号のみを抽出する。そして、こ
の抽出された信号を整流し、交流／直流変換（Ａ／Ｃ変
換）し、交流信号の大小によって判定できるようコンピ
ュータのディスプレイに表示するようになっている。

【００３３】この図１５に示す信号処理の例は、特に第
２の実施の形態において効果的である。すなわち、上述
のバイモルフ型圧電セラミック１４０の振幅の１次共振
点である周波数ｆ０若しくは周波数ｆ０近傍で、バイモ
ルフ型圧電セラミック１４０を駆動させたときのヒビ等
の検出が容易となる。バイモルフ型圧電セラミック１４
０を、周波数ｆ０若しくは周波数ｆ０近傍で駆動させた
場合、図１４に示すように，電流プローブ２１０で検出
される信号は、駆動周波数成分とヒビから発生する成分
とがあるため、これらを区別する必要がある。このヒビ
から発生する成分の信号は、駆動周波数成分の信号に対
して高次の周波数成分で有為差があるため、例えば駆動
周波数に対して２次乃至１０次の各高長波成分で，有為
差検定を行うと、危険率５％で２次、３次及び５次の各
高調波成分で有為差がある。したがって、ハイパスフィ
ルタ（ＨＰ）によって駆動周波数成分をカットすること
で、高次の周波数成分、すなわち、ヒビから発生する成
分の信号を抽出することができる。

【００３４】一方、ローパスフィルタ（ＬＰ）によっ
て，この高次の周波数成分のうち、６次以上高長波成分
をカットすることによって、ヒビから発生する成分の信
号にのっているノイズ等の影響を抑制することができ、
ヒビから発生する成分の信号を明確にコンピュータのデ
ィスプレイに表示することができる。ここで使用される
フィルタの選定については、使用するフィルタ特性（減
衰率等）によってカットオフ周波数を設定する必要があ
る。また、高長波成分であるヒビから発生する成分等の
大きさにより抽出する周波数成分を決定すべきであり、
２次、３次及び５次の各高長波成分の全てを抽出するこ
とが最適とはならない。このカットオフする周波数につ
いては例えば、以下のような設定範囲で任意に設定する
ことができる。 駆動周波数（Ｆ）の場合 ハイパスフィルタのカットオフ周波数 ＨＰ＞Ｆ ローパスフィルタのカットオフ周波数 ＬＰ＞ＨＰ

【００３５】図１６は電流プローブ２１０で検出される
信号を信号処理する他の例を示すものである。図１６の
信号処理の他の例が、図１５と異なるのは以下の通りで
ある。すなわち、電流プローブ２１０で検出した信号
は、所定のフィルタを通され、特定の周波数成分だけが
抽出された信号と、所定のフィルタを通さない信号との
分かれる。そして、それぞれの信号が、それぞれ整流及
び交流／直流変換（Ａ／Ｄ変換）される。このようにし
て得られた複数の信号は、信号比のブロックで信号比が
求めら、この信号比は駆動周波数に対する高長波歪み率
に相当するため、この率の大小をコンピュータのディス
プレイに表示し、上述のヒビから発生する成分に相当す
る信号の有無を判断することになる。図１６の信号処理
は、例えば条件設定ミス等によって、バイモルフ型圧電
セラミック１４０の駆動電圧自体が小さい場合等による
不良の流出を防止することができる。

【００３６】なお，上述の実施の形態では，バイモル型
圧電セラミック１４０を用いたが、その他の圧電体を用
いたアクチュエータ、振動体、センサー等のヒビ等の欠
陥の検査にも用いることができる。また、特に耐久性を
要するセラミックを用いたデバイスや機械的強度の弱い
セラミックを用いたデバイスに対しても適用でき、高精
度でヒビ等の欠陥を検査することができる。さらに、本
発明は広く分極され且つ電極面が形成された圧電セラミ
ック材料の電極表面に至るヒビ等の欠陥を検査するため
に用いることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
圧電素子に内在するヒビ等の欠陥を正確かつ迅速に検出
することのできる圧電素子及び圧電アクチュエータの検
査装置並びに圧電素子及び圧電アクチュエータの検査方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダイナミック・トラッキングヘッド装置用圧電
アクチュエータを示す図である。

【図２】バイモルフ型圧電セラミックの変位の状態を示
す図である。

【図３】圧電セラミック板の分極方法と駆動方法を示す
図である。

【図４】バイモルフ型圧電セラミックの駆動回路を示す
図である。

【図５】圧電セラミック板のヒビ等の欠陥の状態等を示
す図である。

【図６】バイモルフ型圧電セラミックの曲げ状態の変化
を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態であるダイナミック・トラ
ッキングヘッド装置用圧電アクチュエータの検査装置を
示す図である。

【図８】第１の実施の形態にかかる検査装置の信号処理
を示す図である。

【図９】バイモルフ型圧電セラミックの減衰振動を示す
図である。

【図１０】第１の実施の形態の変形例を示す図である。

【図１１】バイモルフ型圧電セラミックの周波数特性を
示す図である。

【図１２】機械的共振によって歪みが増幅され振幅が増
大したバイモルフ型圧電セラミックの曲げ状態を示す図
である。

【図１３】バイモルフ型圧電セラミックの振幅が１次共
振点又はその近傍に達したときのオシロスコープの波形
を示す図である。

【図１４】ヒビを内在しているバイモルフ型圧電セラミ
ックの振幅が１次共振点又はその近傍に達したときのオ
シロスコープの波形を示す図である。

【図１５】第１及び第２の実施の形態の変形例である電
流プローブで検出される信号を信号処理する一例を示す
図である。

【図１６】第１及び第２の実施の形態の変形例である電
流プローブで検出される信号を信号処理する他の例を示
す図である。

【図１７】従来のバイモルフ型圧電セラミックを示す図
である。

【符号の説明】

１００・・・ダイナミック・トラッキングヘッド装置用
圧電アクチュエータ、１１０・・・回転ドラム固定部
材、１２０、１３０・・・バイモルフ型圧電セラミック
固定部材、１４０・・・バイモルフ型圧電セラミック、
１４１・・・中心材、１４２ａ、１４２ｂ・・・圧電セ
ラミック板、１４３ａ、１４３ｂ・・・表面電極、１５
０・・・ネジ、１６０・・・ヘッドベース、１８０・・
・薄板、２００・・・圧電アクチュエータの検査装置、
２１０・・・電流プローブ、２２０・・・オシロスコー
プ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子の変位により生じる電流を検知
   する電流検知部と、 この電流検知部の検知結果を表示する表示部とを有する
   ことを特徴とする圧電素子の検査装置。
2. 【請求項２】 上記圧電素子の変位が、圧電素子の一次
   共振点若しくはその近傍周波数での変位であることを特
   徴とする請求項１に記載の圧電素子の検査装置。
3. 【請求項３】 圧電アクチュエータの圧電素子の変位に
   より生じる電流を検知する電流検知部と、 この電流検知部の検知結果を表示する表示部とを有する
   ことを特徴とする圧電アクチュエータの検査装置。
4. 【請求項４】 上記圧電素子の変位が、圧電素子の一次
   共振点若しくはその近傍周波数での変位であることを特
   徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータの検査装
   置。
5. 【請求項５】 圧電素子の変位により生じる電流を電流
   検知部で検知し、 この電流を電圧に変換して表示部に表示することによ
   り、圧電素子の欠陥を判別することを特徴とする圧電素
   子の検査方法。
6. 【請求項６】 上記圧電素子の変位が、圧電素子の一次
   共振点若しくはその近傍周波数での変位であることを特
   徴とする請求項５に記載の圧電素子の検査方法。
7. 【請求項７】 圧電アクチュエータの圧電素子の変位に
   より生じる電流を電流検知部で検知し、 この電流を電圧に変換して表示部に表示することによ
   り、圧電アクチュエータの欠陥を判別することを特徴と
   する圧電アクチュエータの検査方法。
8. 【請求項８】 上記圧電素子の変位が、圧電素子の一次
   共振点若しくはその近傍周波数での変位であることを特
   徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータの検査方
   法。