(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電共振素子の不良を検出する方法であって、
前記圧電共振素子の利用しようとする振動モード以外の振動モードのインピーダンス特性及び／又は位相特性上に現れる共振による応答の大きさを測定し、該応答が所定の大きさより小さい場合に圧電共振素子をクラックが生じている不良品として判別する、圧電共振素子の不良検出方法。
【請求項２】
圧電共振素子の不良を検出する方法であって、
前記圧電共振素子が、矩形板状の圧電体と、前記圧電体の両主面において部分的に形成されており、かつ圧電体を介して対向された第１，第２の共振電極とを備え、該第１，第２の共振電極が対向している部分がエネルギー閉じ込め型の圧電振動部を構成しているエネルギー閉じ込め型圧電共振子であって、
前記圧電共振子の利用しようとする振動モード以外の振動モードのインピーダンス特性及び／又は位相特性上に現れる共振による応答の大きさを測定し、該応答が所定の値よりも小さい場合にクラックが生じている不良品と判別する、圧電共振素子の不良検出方法。
【請求項３】
前記エネルギー閉じ込め型圧電共振子が、厚み縦振動モードの基本波または３倍波を用いたエネルギー閉じ込め型厚み縦共振子である、請求項２に記載の圧電共振素子の不良検出方法。
【請求項４】
前記エネルギー閉じ込め型圧電共振子が、厚み滑り振動モードを利用したストリップ型圧電共振子である、請求項２に記載の圧電共振素子の不良検出方法。
【請求項５】
前記エネルギー閉じ込め型圧電共振子が、前記圧電体内において第１，第２の共振電極の少なくとも１つと圧電体層を介して対向するように配置された少なくとも１層の内部電極をさらに備え、厚み縦振動モードの高調波を利用したエネルギー閉じ込め型厚み縦共振子である、請求項２に記載の圧電共振素子の不良検出方法。
【請求項６】
圧電共振素子の不良を検出する方法であって、
前記圧電共振素子が、矩形板状の圧電体と、前記圧電体の一方主面において部分的に形成された第１の共振電極と、第１の共振電極と圧電体層を介して対向するように配置された少なくとも１層の内部電極とを備え、前記第１の共振電極と内部電極とが対向している部分がエネルギー閉じ込め型の圧電振動部を構成しているエネルギー閉じ込め型圧電共振子であって、
前記圧電共振子の利用しようとする振動モード以外の振動モードのインピーダンス特性及び／又は位相特性上に現れる共振による応答の大きさを測定し、該応答が所定の値よりも小さい場合にクラックが生じている不良品と判別する、圧電共振素子の不良検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電共振子、圧電発振子または圧電フィルタなどに用いられる圧電共振素子の不良検出方法に関し、より詳細には、圧電共振素子のクラックによる不良を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電共振部品の製造に際し、不良品を選別するために様々な方法が従来より用いられている。例えば、特開平５−２９８６２号公報には、図８に示す圧電共振部品５１の不良検出方法が開示されている。ここでは、エネルギー閉じ込め型の圧電共振子５２がカップ部を有する金属端子５３，５４に接合されている。また、圧電共振子５２の周囲が外装材５５により覆われている。
【０００３】
圧電共振部品５１の不良検出にあたっては、高温炉に圧電共振部品５１を入れ、例えば１７０℃程度の高温の熱風で圧電共振部品５１を加熱する。しかる後、加熱された状態の圧電共振部品５１の電気特性、例えばインピーダンス特性を測定する。これにより、常温（１０〜５０℃）での電気的特性では表われないクラック等による不具合が検出され、不良品及び良品の選別を高い信頼性を持って行うことができるとされている。
【０００４】
他方、特開平７−１７４８０２号公報には、積層セラミックコンデンサにおけるクラック検出方法が示されている。ここでは、積層セラミックコンデンサの常温時の共振特性を測定することにより、該共振特性の違いにより、クラックの有無が検出されると記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
圧電共振素子において、圧電体にクラックが生じている場合、落下衝撃などにより破壊し、短絡不良や導通不良が生じる恐れがある。しかしながら、圧電共振素子にクラックが生じていても、利用しようとする振動の特性を測定する、初期選別工程では微小なクラックの存在を検出し得ないことが多い。
【０００６】
特開平５−２９８６２号公報に記載の不良検出方法では、このような小さなクラックによる不良を検出することができる。しかしながら、熱を加える時間が必要であり、かつ熱を与えるための高温炉のような設備が必要となる。また、熱を加えることにより、製品が熱劣化する恐れがあった。
【０００７】
他方、特開平７−１７４８０２号公報に記載の積層セラミックコンデンサのクラック検出方法では、熱を加える必要がないため、簡単にクラックの有無を判別することができる。しかしながら、誘電体とは異なり、圧電体では、クラックが生じていても、利用しようとするメインの共振特性が劣化しないことがあり、単純に共振特性を測定するだけでは、クラックの有無を検出することができない。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、圧電共振素子の微小なクラックの有無を、熱を加えることなく、短時間でかつ高精度に検出することができ、付加的な設備や工程を必要としない不良検出方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のある広い局面によれば、圧電共振素子の不良を検出する方法であって、前記圧電共振素子の利用しようとする振動モード以外の振動モードのインピーダンス特性及び／又は位相特性上に現れる共振による応答の大きさを測定し、該応答が所定の大きさより小さい場合に圧電共振素子をクラックが生じている不良品として判別する、圧電共振素子の不良検出方法が提供される。
【００１０】
本発明の別の広い局面によれば、圧電共振素子の不良を検出する方法であって、前記圧電共振素子が、矩形板状の圧電体と、前記圧電体の両主面において部分的に形成されており、かつ圧電体を介して対向された第１，第２の共振電極とを備え、該第１，第２の共振電極が対向している部分がエネルギー閉じ込め型の圧電振動部を構成しているエネルギー閉じ込め型圧電共振子であって、前記圧電共振子の利用しようとする振動モード以外の振動モードのインピーダンス特性及び／又は位相特性上に現れる共振による応答の大きさを測定し、該応答が所定の値よりも小さい場合にクラックが生じている不良品と判別する、圧電共振素子の不良検出方法が提供される。
【００１１】
本発明が適用される圧電共振素子は特に限定されるわけではないが、例えば厚み縦振動モードの基本波または三倍波を用いたエネルギー閉じ込め型厚み縦共振子、厚み滑りモードを利用したスリップ型圧電共振子、圧電体内において第１，第２の共振電極と圧電体層を介して対向するように配置された少なくとも１層の内部電極を備え、厚み縦振動モードの高調波を利用したエネルギー閉じ込め型厚み縦共振子などが挙げられる。
【００１２】
また、本発明の他の広い局面によれば、圧電共振素子の不良を検出する方法であって、前記圧電共振素子が、矩形板状の圧電体と、前記圧電体の一方主面において部分的に形成された第１の共振電極と、第１の共振電極と圧電体層を介して対向するように配置された少なくとも１層の内部電極とを備え、前記第１の共振電極と内部電極とが対向している部分がエネルギー閉じ込め型の圧電振動部を構成しているエネルギー閉じ込め型圧電共振子であって、前記圧電共振子の利用しようとする振動モード以外の振動モードのインピーダンス特性及び／又は位相特性上に現れる共振による応答の大きさを測定し、該応答が所定の値よりも小さい場合にクラックが生じている不良品と判別する、圧電共振素子の不良検出方法が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１４】
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施例にかかる不良検出方法が適用される圧電共振素子を示す断面図及び斜視図である。
圧電共振素子１は、厚み縦振動モードの基本波を用いたエネルギー閉じ込め型の圧電共振素子である。圧電共振素子１は、矩形板状の圧電基板２を有する。圧電基板２は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックス、あるいは水晶などの圧電単結晶により構成されている。圧電基板２が圧電セラミックスからなる場合、厚み方向に分極されている。
【００１５】
圧電基板２の上面には、中央に部分的に第１の共振電極３が形成されている。共振電極３と圧電基板２を介して表裏対向するように、圧電基板２の下面にも第２の共振電極４が形成されている。共振電極３，４には、引き出し電極５，６が連ねられている。引き出し電極５，６は、それぞれ、圧電基板２の上面及び下面から端面２ａまたは２ｂに至るように形成されている。
【００１６】
本実施例の不良検出方法では、上記圧電共振素子１の共振電極３，４に交流電圧を印加し、周波数特性を測定する。この周波数特性の測定は、従来より行われている特性選別に際しての測定と同時に行われる。
【００１７】
もっとも、特性選別工程では、利用しようとする振動モード、すなわち圧電共振素子１の厚み縦振動モードの基本波が注目され、該基本波の応答が適正であるか否かを基準に良品及び不良品の選別が行われる。
【００１８】
これに対して、本実施例の不良検出方法では、圧電共振素子１の周波数特性を測定した際に、利用しようとする振動モードである厚み縦振動の基本波ではない他の振動モード、本実施例では長さ振動モードが評価され、該長さ振動モードの応答の大きさにより、圧電基板２においてクラックが生じているか否かが判別される。
【００１９】
図２は、圧電共振素子１においてクラックが生じていない場合の長さ振動モードの応答を示す図である。ここで、実線はインピーダンス特性を、破線は位相特性を示す。
【００２０】
他方、図３に示すように、圧電基板２に微小なクラックＸが生じている場合の長さ振動モードの特性を図４に示す。図４において、実線はインピーダンス特性を、破線は位相特性を示す。
【００２１】
図２と図４とを比較すれば明らかなように、クラックが生じている場合には、長さ振動モードの応答が小さくなる。特に、位相特性においてこの異常が顕著に表われていることがわかる。
【００２２】
図２及び図４の比較から明らかなように、厚み縦振動モードの基本波を利用した圧電共振素子１では、長さ振動モードの応答の大きさが、クラックの有無に大きく依存していることがわかる。
【００２３】
従って、あらかじめ、インピーダンス特性及び／または位相特性上における長さ振動モードの応答において、クラックの有無を選別するしきい値を設定しておけば、製造された圧電共振素子１の振動特性を特性選別工程において測定するに際し、長さ振動モードの応答を同時に測定し、それによってクラックの有無を容易に判別することができる。
【００２４】
本実施例の不良検出方法では、上記のように圧電共振素子１の特性選別工程において、利用しようとする振動モード以外の振動モードの応答を同時に測定するだけで、クラックの有無を判別することができる。従って、新たな設備や工程を必要とすることなく、クラックの有無を容易にかつ短時間で判別することができる。
【００２５】
上記のように、圧電共振素子１において、厚み縦振動モード以外の振動モードである長さ振動モードの応答の大きさがクラックの有無に依存するのは、クラックが生じていないと、長さ振動モードが阻害されず、クラックが生じていると長さ振動モードが阻害されるためである。従って、本実施例では、厚み縦振動モード以外の振動モードとして長さ振動モードを利用したが、長さ振動モード以外の他の振動モード、例えば屈曲モード、すべりモード、幅モードなどの振動モードを用いてもよく、クラックにより振動が阻害される様々な振動モードを用いて、クラックの有無を判別することができる。
【００２６】
なお、上記実施例では、圧電共振素子１として厚み縦振動モードの基本波を用いたエネルギー閉じ込め型圧電共振素子について適用したが、本発明にかかる不良検出方法は、圧電共振素子１に限定されず、様々な圧電共振素子に広く用いることができる。図５〜図７は、本発明が適用される圧電共振素子の他の例を説明するための各斜視図である。もっとも、本発明が適用される圧電共振素子はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
図５に示す圧電共振素子２１は、ストリップ型の厚み縦振動モードの基本波を利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振素子である。圧電共振素子２１は、細長い矩形板状、すなわちストリップ状の圧電体２２を有する。圧電体２２は、図示の矢印で示すように厚み方向に分極処理されている。また、圧電体２２の上面には、第１の共振電極２３が、下面には第２の共振電極２４が形成されている。共振電極２３，２４は、圧電体２２の長さ方向中央部において、圧電体２２を介して表裏対向されている。共振電極２３，２４が対向している部分がエネルギー閉じ込め型の圧電振動部を構成している。
【００２８】
共振電極２３，２４は、それぞれ、圧電体２２の一方端面２２ａ側及び他方端面２２ｂ側に引き出されている。さらに、共振電極２３，２４は、端面２２ａ，２２ｂ上に至るように形成されている。
【００２９】
共振電極２３，２４に交流電圧を印加することにより、厚み縦振動モードの基本波を用いたストリップ状のエネルギー閉じ込め型の圧電共振素子として動作する。
【００３０】
また、圧電共振素子２１では、圧電体２２の材料及び厚みを選択することにより、厚み縦振動の３倍波を利用することもできる。すなわち、圧電共振素子２１は、厚み縦振動モードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振素子として用いることもできる。
【００３１】
図６に示す圧電共振素子３１は、ストリップ状の厚み滑りモードを利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振素子である。ここでは、細長い矩形板状、すなわちストリップ状の圧電体３２が用いられている。圧電体３２は、矢印で示すように長さ方向に分極処理されている。圧電体３２の上面及び下面には、それぞれ、第１，第２の共振電極３３，３４が形成されている。共振電極３３，３４は、それぞれ、圧電体３２の一方端面３２ａ及び他方端面３２ｂ側に引き出されており、かつ端面３２ａ，３２ｂ上に至るように形成されている。
【００３２】
図７に示す圧電共振素子４１は、厚み縦振動の２倍波を利用したストリップ型のエネルギー閉じ込め型圧電共振素子である。ここでは、細長い矩形板状、すなわちストリップ状の圧電体４２が用いられている。圧電体４２の上面中央には、第１の共振電極４３が、下面中央には第２の共振電極４４が形成されている。共振電極４３，４４は、それぞれ、圧電体４２の一方端面４２ａ側に引き出されており、かつ端面４２ａ上において共通接続されている。
【００３３】
他方、圧電体４２内には、中間高さ位置に内部電極４５が形成されている。内部電極４５は、圧電体層を介して共振電極４３，４４と対向するように配置されている。内部電極４５は、端面４２ａとは反対側の端面４２ｂに引き出されている。端面４２ｂには、外部電極４６が形成されており、外部電極４６が内部電極４５に電気的に接続されている。
【００３４】
圧電体４２は厚み方向に一様に分極処理されている。従って、外部電極４６と、共振電極４３，４４との間に交流電圧を印加することにより、厚み縦振動モードの２倍波を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振素子として動作させることができる。なお、圧電共振素子４１に代えて、複数の内部電極を有する圧電体を用い、それによって厚み縦振動モードのより高い高調波を利用したエネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振素子を構成してもよい。
【００３５】
また、内部電極４５は、共振電極４３，４４の少なくとも一方と対向するように配置すればよく、必ずしも両方と対向する必要はない。さらに、共振電極４３，４４は少なくとも一方を形成すればよく、必ずしも両方を形成する必要はない。すなわち、第１の共振電極と、該第１の共振電極と圧電体層を介して対向するように配置された、少なくとも１層の内部電極とを有するエネルギー閉じ込め型の圧電共振子にも本発明を適用することができる。
【００３６】
なお、圧電共振素子２１〜４１において、圧電体２２〜４２を構成する材料については特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックス、あるいはタンタル酸リチウムや水晶などの圧電単結晶などを用いることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明にかかる不良検出方法では、圧電共振素子の利用しようとする振動モード以外の振動モードの応答の大きさが測定される。この利用しようとする振動モード以外の振動モードの応答の大きさがクラックの有無に依存する。従って、該利用しようとする振動モード以外の振動モードの応答の大きさにより、クラックが生じているか否かを容易に判別することができる。
【００３８】
上記利用しようとする振動モード以外の振動モードの応答の測定は、従来から行われている基本的な特性選別工程において利用しようとする振動モードの測定と同時に行うことができる。従って、本発明にかかる不良検出方法は、特別の工程及び設備を必要とすることなく、短時間でかつ容易に行われる。また、不良検出にあたり熱を加える必要がないため、圧電共振素子の熱劣化の恐れもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施例において不良が検出される圧電共振素子を説明するための正面断面図、及び斜視図。
【図２】クラックが生じていない場合のインピーダンス特性及び位相特性を示す図。
【図３】クラックが生じている圧電共振素子を示す正面断面図。
【図４】図３に示したクラックが生じている場合のインピーダンス特性及び位相特性を示す図。
【図５】本発明が適用される圧電共振素子の他の例を示す斜視図。
【図６】本発明が適用される圧電共振素子のさらに他の例を示す斜視図。
【図７】本発明が適用される圧電共振素子の他の例を示す斜視図。
【図８】従来の圧電共振素子の不良検出方法を説明するための圧電共振素子の平面断面図。
【符号の説明】
１…圧電共振素子
２…圧電基板
３，４…第１，第２の共振電極
５，６…引き出し電極
２１…圧電共振素子
２２…圧電体
２３，２４…第１，第２の共振電極
３１…圧電共振素子
３２…圧電体
３３，３４…第１，第２の共振電極
４１…圧電共振素子
４２…圧電体
４３…第１の共振電極
４４…第２の共振電極
４５…内部電極
【図１】
0004691782.tif 000002
【図２】
0004691782.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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