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JP2005057555A - Inspection method of piezoelectric diaphragm - Google Patents

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JP2005057555A
JP2005057555A JP2003287287A JP2003287287A JP2005057555A JP 2005057555 A JP2005057555 A JP 2005057555A JP 2003287287 A JP2003287287 A JP 2003287287A JP 2003287287 A JP2003287287 A JP 2003287287A JP 2005057555 A JP2005057555 A JP 2005057555A
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piezoelectric
impedance
diaphragm
crack
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Yuko Yokoi
雄行 横井
Kiyotaka Tajima
清高 田島
Manabu Sumida
学 炭田
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inspection method of a piezoelectric diaphragm, with which a piezoelectric diaphragm having a crack is clearly selected, and occurrence of the crack is prevented in the normal piezoelectric diaphragm. <P>SOLUTION: A plurality of piezoelectric ceramic layers 2 and 3 are laminated by providing an inner electrode 4 in between so as to form a laminated body. Outer electrodes 5 and 6 are arranged on main faces on a front surface and a rear face of the laminated body, and a prescribed frequency signal is applied between the outer electrode and the inner electrode. Thus, a range from a use frequency of the piezoelectric board 1 to a high frequency range where a response of resonance and antiresonance is not present is swept at least once by applying a rated voltage in the piezoelectric diaphragm 1 where the laminated body is bent and vibrated. Impedance in the high frequency range is measured and the crack in the piezoelectric diaphragm 1 is detected by a measured impedance value. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は圧電受話器や圧電サウンダなどの圧電音響部品に用いられる圧電振動板のクラックを検出する検査方法に関するものである。 The present invention relates to an inspection method for detecting cracks in a piezoelectric diaphragm used in piezoelectric acoustic parts such as a piezoelectric receiver and a piezoelectric sounder.

従来、圧電音響効果に優れた積層構造のバイモルフ型圧電振動板が知られている。図1はこのような圧電振動板の一例である。この振動板1は、2層以上の圧電セラミックス層2,3を内部電極4を間にして積層するとともに、その表裏主面に外部電極5,6を設けた積層体であって、外部電極5,6同士は側面電極7を介して導通している。内部電極4は側面電極7とは対向する側面に形成された側面電極8を介して表裏面の引出電極9へと引き出されている。2つの圧電セラミックス層2,3は図面に矢印で示すように同一方向に分極されている。振動板1の表裏面には、落下衝撃に対する強度を高めるために樹脂製の保護膜10,11がほぼ全面に形成されている。保護膜10の両端部には、外部電極5および引出電極9の一部が露出する切欠部10a,10bが形成され、この切欠部10a,10bから外部電極5および引出電極9の一部が露出している。切欠部10a,10bから露出した外部電極5および引出電極9に交流信号が印加されると、外部電極5,6と内部電極4との間に電界が印加されるので、積層体を全体として屈曲振動させることができる。厚み方向に順に配置されたセラミックス層2,3を相互に逆方向に振動させることで、ユニモルフ型に比べて大きな音圧を得ることができる。 Conventionally, a bimorph piezoelectric diaphragm having a laminated structure excellent in piezoelectric acoustic effect is known. FIG. 1 shows an example of such a piezoelectric diaphragm. The vibration plate 1 is a laminate in which two or more piezoelectric ceramic layers 2 and 3 are laminated with an internal electrode 4 interposed therebetween, and external electrodes 5 and 6 are provided on the front and back main surfaces thereof. , 6 are electrically connected to each other through the side electrode 7. The internal electrode 4 is led out to a lead electrode 9 on the front and back surfaces via a side electrode 8 formed on a side surface opposite to the side electrode 7. The two piezoelectric ceramic layers 2 and 3 are polarized in the same direction as indicated by arrows in the drawing. Resin protective films 10 and 11 are formed on almost the entire surface of the front and back surfaces of the diaphragm 1 in order to increase the strength against drop impact. At both ends of the protective film 10, notches 10 a and 10 b are formed in which a part of the external electrode 5 and the extraction electrode 9 are exposed, and a part of the external electrode 5 and the extraction electrode 9 are exposed from the notches 10 a and 10 b. doing. When an AC signal is applied to the external electrode 5 and the extraction electrode 9 exposed from the notches 10a and 10b, an electric field is applied between the external electrodes 5 and 6 and the internal electrode 4, so that the laminate is bent as a whole. Can be vibrated. A large sound pressure can be obtained as compared with the unimorph type by vibrating the ceramic layers 2 and 3 arranged in order in the thickness direction in opposite directions.

図2は上記圧電振動板1を用いた圧電音響部品Aの一例を示す。20はケース、30はカバーであり、ケース20に設けられた支持部21に圧電振動板1の両端部が支持され、シリコーンゴムなどの封止接着剤22によって圧電振動板1がケース20に対して接着されると同時に、全周が封止される。封止接着剤22で接着する前に、圧電振動板1の切欠部10a,10bから露出した外部電極5および引出電極9は、導電性接着剤23によってケース20に設けられた端子24,25と接続される。なお、導電性接着剤23の塗布位置の下にはウレタンゴムなどの弾性体26が塗布され、導電性接着剤23による硬化収縮応力が圧電振動板1に作用するのを抑制している。カバー30は接着剤31によってケース20の開口部に接着される。カバー30には放音孔32が形成され、振動板1によって発生した音はこの放音孔32から放出される。 FIG. 2 shows an example of a piezoelectric acoustic component A using the piezoelectric diaphragm 1. Reference numeral 20 denotes a case, and reference numeral 30 denotes a cover. Both ends of the piezoelectric diaphragm 1 are supported by a support portion 21 provided on the case 20, and the piezoelectric diaphragm 1 is attached to the case 20 by a sealing adhesive 22 such as silicone rubber. At the same time, the entire circumference is sealed. Before bonding with the sealing adhesive 22, the external electrode 5 and the extraction electrode 9 exposed from the notches 10 a and 10 b of the piezoelectric diaphragm 1 are connected to terminals 24 and 25 provided on the case 20 by the conductive adhesive 23. Connected. Note that an elastic body 26 such as urethane rubber is applied under the position where the conductive adhesive 23 is applied, so that curing shrinkage stress due to the conductive adhesive 23 is prevented from acting on the piezoelectric diaphragm 1. The cover 30 is bonded to the opening of the case 20 with an adhesive 31. A sound emitting hole 32 is formed in the cover 30, and sound generated by the diaphragm 1 is emitted from the sound emitting hole 32.

このように積層構造の圧電振動板は優れた特性を有するが、その反面、金属板に圧電セラミックスを貼り付けたユニモルフ構造の圧電振動板に比べて、機械的強度が低いという欠点がある。そのため、積層体を分極処理する際や、圧電振動板1をケース20の端子24,25に導電性接着剤23で電気接続を行う際などの製造過程において、圧電セラミックスにマイクロクラックが発生することがある。
マイクロクラックは圧電振動板としての性能を低下させるので、マイクロクラックの有無を検査する必要が生じる。従来では、目視による外観選別を実施していたが、目視による曖昧な判断ではクラックの有無を確実に選別できないこと、目視選別により作業時間が増加し、コスト上昇になること、などの問題があった。
As described above, the piezoelectric diaphragm having a laminated structure has excellent characteristics, but on the other hand, it has a disadvantage that its mechanical strength is lower than that of a piezoelectric diaphragm having a unimorph structure in which piezoelectric ceramics are bonded to a metal plate. For this reason, micro-cracks are generated in the piezoelectric ceramics during the manufacturing process such as when the laminate is polarized or when the piezoelectric diaphragm 1 is electrically connected to the terminals 24 and 25 of the case 20 with the conductive adhesive 23. There is.
Since microcracks degrade the performance as a piezoelectric diaphragm, it is necessary to inspect for the presence of microcracks. Conventionally, visual appearance selection has been carried out, but there are problems such as the fact that it is not possible to reliably determine the presence or absence of cracks by visual fuzzy judgment, the work time increases due to visual selection, and costs increase. It was.

特許文献1には、圧電素子のインピーダンスの周波数特性を測定し、その周波数特性を示す曲線パターンと、基準となる素子の曲線パターンとを比較し、両曲線パターンが異なる場合に圧電素子にマイクロクラックが存在すると判定する方法が開示されている。
この方法は圧電素子の電気的特性によりクラックを検出するので、外観選別に比べて確実性が増すという利点がある。ところが、この方法は、連続した周波数特性を測定した後でなければ基準パターンと比較できないので、1回の検査に時間がかかるという欠点がある。また、使用周波数近傍の信号を印加してそのインピーダンス特性を測定しているので、クラックが非常に小さい場合には、必ずしも欠陥として明確に認識できないという問題がある。
In Patent Document 1, the frequency characteristic of the impedance of a piezoelectric element is measured, a curve pattern indicating the frequency characteristic is compared with a curve pattern of a reference element, and if both curve patterns are different, a microcrack is formed in the piezoelectric element. Is disclosed.
Since this method detects cracks based on the electrical characteristics of the piezoelectric element, there is an advantage that the reliability is increased as compared with the appearance selection. However, this method has a drawback that it takes a long time for one inspection because it can be compared with the reference pattern only after continuous frequency characteristics are measured. Further, since the impedance characteristic is measured by applying a signal in the vicinity of the operating frequency, there is a problem that when the crack is very small, it cannot always be clearly recognized as a defect.

特許文献2には、圧電素子に対して低い周波数域から高い周波数域まで連続的にかつ複数回スイープ(周波数掃引)し、それによって圧電素子の欠陥を検出する方法が提案されている。
しかし、この方法はクラックのある圧電素子を破壊させて除去する方法であり、印加電圧が高いために、正常な圧電素子に対するダメージを無視できない。特に、積層構造の圧電振動板の場合、その機械的強度が低いので、高い電圧を印加しながらスイープを行うと、正常な圧電振動板でもクラックが発生する可能性がある。
特開平6−3305号公報 特開2003−88137号公報
Patent Document 2 proposes a method of detecting a defect of a piezoelectric element by sweeping a piezoelectric element continuously and multiple times (frequency sweep) from a low frequency range to a high frequency range.
However, this method is a method of destroying and removing a cracked piezoelectric element, and since the applied voltage is high, damage to a normal piezoelectric element cannot be ignored. In particular, in the case of a piezoelectric diaphragm having a laminated structure, its mechanical strength is low. Therefore, if sweeping is performed while applying a high voltage, cracks may occur even in a normal piezoelectric diaphragm.
JP-A-6-3305 JP 2003-88137 A

そこで、本発明の目的は、クラックのある圧電振動板を明確に選別できると同時に、正常な圧電振動板にクラックを発生させることのない圧電振動板の検査方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for inspecting a piezoelectric diaphragm that can clearly select a piezoelectric diaphragm having cracks and does not cause cracks in a normal piezoelectric diaphragm.

上記目的は、請求項1に記載の発明によって達成される。
すなわち、請求項1に係る発明は、複数の圧電セラミックス層を内部電極を間にして積層して積層体を形成し、この積層体の表裏主面に外部電極を設け、上記外部電極と内部電極との間に所定の周波数信号を印加することにより、上記積層体を屈曲振動させるようにした圧電振動板において、上記圧電振動板の使用周波数域から共振,反共振のレスポンスがない高周波数域まで定格電圧をかけて少なくとも1回スイープし、上記高周波数域におけるインピーダンスを測定し、上記測定したインピーダンス値によって圧電振動板のクラックを検出することを特徴とする圧電振動板の検査方法を提供する。
The object is achieved by the invention described in claim 1.
That is, the invention according to claim 1 forms a laminate by laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers with an internal electrode interposed therebetween, and external electrodes are provided on the front and back main surfaces of the laminate. In the piezoelectric diaphragm in which the laminated body is flexibly vibrated by applying a predetermined frequency signal between and the above, from the use frequency range of the piezoelectric diaphragm to a high frequency range where there is no response of resonance or anti-resonance A method for inspecting a piezoelectric diaphragm, comprising: sweeping at least once by applying a rated voltage, measuring impedance in the high frequency range, and detecting cracks in the piezoelectric diaphragm based on the measured impedance value.

図3は圧電振動板の等価回路である。図において、Rd1,Rd2は導電性接着剤23と振動板1との間の抵抗であり、C1,R1およびC2,R2は振動板1の内部の等価回路を構成する容量および内部抵抗である。Rinは入力側電極(例えば外部電極5)の抵抗、Routは出力側電極(例えば引出電極9)の抵抗である。振動板1にクラックが発生することで、入力側電極または出力側電極に部分的に断線(×印で示す)が生じる。
本発明では、圧電振動板に対して使用周波数域から高周波数域まで少なくとも1回のスイープを経験させ、振動板を共振周波数で大きく変位させてクラックを成長させる。振動板1の等価回路に含まれる容量成分C1,C2のインピーダンスは周波数の上昇に伴って低下するため、振動板1としてのインピーダンスは低下する。しかし、スイープによってクラックが成長すると、入力側電極または出力側電極に断線部分が生じるので、直列抵抗Rin,Routが増加する。そのため、周波数が上昇しても全体のインピーダンスは低下しなくなる。したがって、高周波数域のインピーダンス値を測定すれば、クラックの発生を簡単に検出することができる。
FIG. 3 is an equivalent circuit of the piezoelectric diaphragm. In the figure, Rd1 and Rd2 are resistances between the conductive adhesive 23 and the diaphragm 1, and C1, R1 and C2, R2 are capacitances and internal resistances constituting an equivalent circuit inside the diaphragm 1. Rin is the resistance of the input side electrode (for example, the external electrode 5), and Rout is the resistance of the output side electrode (for example, the extraction electrode 9). When the vibration plate 1 is cracked, the input-side electrode or the output-side electrode is partially disconnected (indicated by x).
In the present invention, at least one sweep is experienced from the use frequency range to the high frequency range for the piezoelectric diaphragm, and the diaphragm is greatly displaced at the resonance frequency to grow a crack. Since the impedances of the capacitance components C1 and C2 included in the equivalent circuit of the diaphragm 1 are reduced as the frequency is increased, the impedance as the diaphragm 1 is reduced. However, when cracks grow due to the sweep, a disconnection portion is generated in the input side electrode or the output side electrode, so that the series resistances Rin and Rout increase. Therefore, the overall impedance does not decrease even if the frequency increases. Therefore, the occurrence of a crack can be easily detected by measuring the impedance value in the high frequency range.

図4は、クラックのない圧電振動板(良品)のインピーダンスの周波数特性と、クラックのある圧電振動板(不良品)のインピーダンスの周波数特性とを示す。
図から明らかなように、使用周波数域である10kHz付近まではインピーダンスに差はないが、それより高周波数になるに従い、良品のインピーダンスは低下し続けるのに対し、不良品のインピーダンスは低下が鈍くなっている。図4の例では、不良品は100kHzを越えると、80Ω付近でほぼ一定となっている。したがって、共振および反共振のレスポンスのない高周波数域(例えば1MHz)で比較すると、良品と不良品のインピーダンス値は明確に異なることがわかる。
FIG. 4 shows the frequency characteristics of impedance of a piezoelectric diaphragm (non-defective product) without cracks and the frequency characteristics of impedance of a piezoelectric diaphragm (cracked product) having cracks.
As is apparent from the figure, there is no difference in impedance up to around 10 kHz, which is the operating frequency range, but as the frequency becomes higher than that, the impedance of non-defective products continues to decrease, whereas the impedance of defective products decreases slowly. It has become. In the example of FIG. 4, the defective product is almost constant at around 80Ω when the frequency exceeds 100 kHz. Therefore, it can be seen that the impedance values of the non-defective product and the defective product are clearly different when compared in a high frequency range (for example, 1 MHz) having no response of resonance and antiresonance.

本発明は、インピーダンスの周波数特性を示す曲線パターンと、基準となる曲線パターンとを比較する必要はなく、高周波数域における一点のインピーダンス値を測定するだけでよく、測定に時間を必要としない。
また、スイープに際して定格電圧(例えば1Vrms)を維持しながら印加すればよく、高い電圧を印加する必要がない。そのため、正常な振動板にクラックを発生させる恐れがない。
なお、本発明のスイープは、常温環境で実施するのがよい。高温下でスイープを実施してもよいが、圧電振動板に必要以上のストレスを与えることは、クラックの発生を助長するので、望ましくないからである。
一般に、圧電音響部品における使用周波数域とは数kHzである。このような圧電振動板の場合、共振・反共振のレスポンスがなくなる高周波数域としては1MHz〜10MHzである。
According to the present invention, it is not necessary to compare the curve pattern indicating the frequency characteristic of the impedance with the reference curve pattern, it is only necessary to measure the impedance value at one point in the high frequency range, and the measurement does not require time.
Further, it is sufficient to apply a voltage while maintaining a rated voltage (for example, 1 Vrms) during the sweep, and it is not necessary to apply a high voltage. Therefore, there is no fear of generating cracks in a normal diaphragm.
The sweep of the present invention is preferably performed in a room temperature environment. Although sweeping may be performed at a high temperature, it is not desirable to apply more stress than necessary to the piezoelectric diaphragm because it promotes the generation of cracks.
Generally, the operating frequency range in a piezoelectric acoustic component is several kHz. In the case of such a piezoelectric diaphragm, the high frequency region in which the response of resonance / antiresonance disappears is 1 MHz to 10 MHz.

請求項2のように、スイープを複数回繰り返し、測定したインピーダンス値の変動の大きさによって圧電振動板のクラックを検出してもよい。
比較的大きなクラックであれば、1回のスイープでインピーダンス値が基準値より大きくなるので、クラックを容易に判別できる。しかし、非常に微小なクラックの場合、1回のスイープだけでは異常を判別できないことがある。その場合には、スイープを複数回繰り返し、測定したインピーダンス値の変動の大きさによって異常を判別する。すなわち、測定したインピーダンス値の変動が大きい場合には、入力側電極または出力側電極に発生した断線部分が導通・離間を繰り返したことを意味するので、不良品として選別すればよい。
According to another aspect of the present invention, the sweep may be repeated a plurality of times, and a crack in the piezoelectric diaphragm may be detected based on the magnitude of the measured impedance value fluctuation.
If the crack is relatively large, the impedance value becomes larger than the reference value in one sweep, so that the crack can be easily identified. However, in the case of very small cracks, it may not be possible to determine an abnormality with only one sweep. In that case, the sweep is repeated a plurality of times, and the abnormality is determined based on the magnitude of the fluctuation of the measured impedance value. That is, if the measured impedance value varies greatly, it means that the disconnected portion generated in the input side electrode or the output side electrode repeats conduction / separation, and therefore, it may be selected as a defective product.

請求項3のように、表裏主面の外部電極は、抵抗率が30μΩ・cm以上の金属材料で形成されているものがよい。
圧電振動板の外部電極としては、Ni−Cu合金やAgなどがあるが、Agのような良導電体の場合、小さなクラックに起因する電極の部分的な断線があっても、抵抗値として殆ど現れないので、判別が困難なことがある。
これに対し、抵抗率が30μΩ・cm以上の比較的抵抗値の大きな電極の場合には、小さなクラックに起因する電極の部分的な断線であっても、抵抗値が大きく変化するので、断線を明確に判別できる。
上記のように抵抗率が30μΩ・cm以上の材料としては、Ni−Cu合金やNi−Cr合金などがある。Ni−Cu合金およびNi−Cr合金はマイグレーションを防止できるので好適である。
As in claim 3, the external electrodes on the front and back main surfaces are preferably made of a metal material having a resistivity of 30 μΩ · cm or more.
The external electrodes of the piezoelectric diaphragm include Ni-Cu alloy and Ag. However, in the case of a good conductor such as Ag, even if there is a partial disconnection of the electrode due to a small crack, the resistance value is almost Since it does not appear, it may be difficult to distinguish.
On the other hand, in the case of an electrode having a relatively large resistance value with a resistivity of 30 μΩ · cm or more, even if the electrode is partially broken due to a small crack, the resistance value changes greatly. Clearly distinguishable.
As described above, the material having a resistivity of 30 μΩ · cm or more includes a Ni—Cu alloy and a Ni—Cr alloy. Ni—Cu alloys and Ni—Cr alloys are preferable because migration can be prevented.

請求項1に記載の発明によれば、圧電振動板に対して使用周波数域から高周波数域まで少なくとも1回のスイープを経験させ、振動板を共振周波数で大きく変位させてクラックを成長させるようにしたので、正常な圧電振動板に比べてクラックのある振動板のインピーダンスは周波数が上昇しても低下しなくなる。したがって、高周波数域のインピーダンス値を測定すれば、クラックの発生を簡単に検出することができる。
また、本発明ではインピーダンスの周波数特性を基準パターンと比較する必要はなく、高周波数域における一点のインピーダンス値を測定するだけでよいので、測定時間を短縮できる。しかも、スイープに際して定格電圧を印加すればよいので、必要以上に高い電圧を印加する必要がなく、正常な振動板にクラックを発生させる恐れがない。
According to the first aspect of the present invention, the piezoelectric diaphragm is caused to undergo at least one sweep from the use frequency range to the high frequency range, and the vibration plate is greatly displaced at the resonance frequency so as to grow a crack. Therefore, the impedance of the diaphragm having cracks does not decrease even when the frequency is increased as compared with a normal piezoelectric diaphragm. Therefore, the occurrence of a crack can be easily detected by measuring the impedance value in the high frequency range.
In the present invention, it is not necessary to compare the frequency characteristics of the impedance with the reference pattern, and it is only necessary to measure the impedance value at one point in the high frequency range, so that the measurement time can be shortened. In addition, since it is sufficient to apply a rated voltage during sweeping, it is not necessary to apply a voltage higher than necessary, and there is no possibility of causing cracks in a normal diaphragm.

以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to examples.

図5は、本発明にかかる圧電振動板の検査方法を実施するための検査装置の第1実施例を示す。
この検査装置は、対象物Aのインピーダンスを測定するインピーダンスアナライザ40と、その測定値によって圧電振動板1の良否を判定するコントローラ50とで構成されている。ここで、対象物Aとは、圧電振動板1およびケース20とカバー30とを含む図2に示す完成状態の圧電音響部品である。
インピーダンスアナライザ40は、周知のように低周波数から高周波数までスイープ(周波数掃引)しながら圧電振動板1のインピーダンスを測定するものである。ここでは、圧電振動板1の使用周波数域(例えば100Hz)から共振,反共振のレスポンスがない高周波数域(例えば1MHz)まで定格電圧をかけてスイープを行う。そして、高周波数域におけるインピーダンスを測定し、その測定値をコントローラ50に送る。コントローラ50は、予め正常な(クラックのない)圧電振動板1から求めた高周波数域におけるインピーダンス値あるいはその値に許容値を加えた基準値と、測定値とを比較し、クラックの有無を判定する。
さらに、コントローラ50は、1回のスイープによる測定値の比較だけでなく、複数回(ここでは3回)のスイープを繰り返し、その高周波数域におけるインピーダンス値の変動の大きさからも、クラックの有無を判定している。
FIG. 5 shows a first embodiment of an inspection apparatus for carrying out the method for inspecting a piezoelectric diaphragm according to the present invention.
This inspection apparatus includes an impedance analyzer 40 that measures the impedance of the object A, and a controller 50 that determines the quality of the piezoelectric diaphragm 1 based on the measured value. Here, the object A is a piezoelectric acoustic component in a completed state shown in FIG. 2 including the piezoelectric diaphragm 1, the case 20, and the cover 30.
As is well known, the impedance analyzer 40 measures the impedance of the piezoelectric diaphragm 1 while sweeping (frequency sweeping) from a low frequency to a high frequency. Here, sweeping is performed by applying a rated voltage from the use frequency range (for example, 100 Hz) of the piezoelectric diaphragm 1 to a high frequency range (for example, 1 MHz) where there is no response of resonance and anti-resonance. Then, the impedance in the high frequency range is measured, and the measured value is sent to the controller 50. The controller 50 determines the presence or absence of cracks by comparing the measured value with the impedance value in the high frequency range obtained from the normal (non-cracked) piezoelectric diaphragm 1 or a reference value obtained by adding an allowable value to the impedance value. To do.
Furthermore, the controller 50 not only compares the measured values by one sweep, but also repeats sweeps a plurality of times (here, three times), and the presence or absence of cracks is also determined from the magnitude of the fluctuation of the impedance value in the high frequency range. Is judged.

上記のように完成品状態の圧電音響部品Aに対してスイープを実施すれば、圧電振動板単体では発見できない不良、すなわちケース20への組み込みに伴う圧電振動板1のクラック発生をも発見することができる。例えば、圧電振動板1をケース20に導電性接着剤23で電気的に接続する際、導電性接着剤23の硬化収縮応力により圧電振動板1にクラックが発生することがある。特に、表裏面に保護膜10,11(図1参照)を形成した圧電振動板1の場合、その切欠部10a,10bから露出する電極部分は何ら補強されていないので、切欠部10a,10bの周縁部でクラックが発生しやすい。このようなクラックを、完成品状態の圧電音響部品Aに対してスイープを実施することで検出できる。 If sweeping is performed on the piezoelectric acoustic component A in the finished product state as described above, a defect that cannot be found by the piezoelectric diaphragm alone, that is, the occurrence of cracks in the piezoelectric diaphragm 1 due to incorporation into the case 20 is also found. Can do. For example, when the piezoelectric diaphragm 1 is electrically connected to the case 20 with the conductive adhesive 23, cracks may occur in the piezoelectric diaphragm 1 due to the curing shrinkage stress of the conductive adhesive 23. In particular, in the case of the piezoelectric diaphragm 1 in which the protective films 10 and 11 (see FIG. 1) are formed on the front and back surfaces, the electrode portions exposed from the notches 10a and 10b are not reinforced at all. Cracks are likely to occur at the periphery. Such a crack can be detected by performing a sweep on the piezoelectric acoustic component A in a finished product state.

図6は上記検査装置を用いて実施する検査方法の一例のフローチャート図である。
まず検査がスタートすると、まず使用周波数域から共振,反共振のレスポンスがない高周波数域まで定格電圧をかけてスイープを実施する(ステップS1)。具体的には、100Hz付近から1MHz付近まで周波数掃引を行う。そして、高周波数域(1MHz付近)におけるインピーダンスを測定する(ステップS2)。次に、測定したインピーダンス値を基準値と比較する(ステップS3)。この基準値としては、クラックのない正常な圧電振動板に対してスイープを実施した時のインピーダンス値を基準として決定される。もし、ステップS3で測定インピーダンス値が基準値より高いと判定された場合には、クラックが発生していると判定する(ステップS4)。一方、ステップS3でインピーダンス値が基準値より低いと判定された場合には、続いてスイープ回数がn回(例えば3回)以上実施されたかどうかを判定し(ステップS5)、n回未満であれば、ステップS1〜S3を繰り返す。n回以上であれば、次にステップS2で測定されたインピーダンス値のばらつきを検出する(ステップS6)。例えば、1回目〜n回目の各インピーダンス値の最大値と最小値との差を求める。次に、インピーダンス値のばらつきを設定値と比較し(ステップS7)、もしばらつきが設定値以上であれば、クラックが発生していると判定し(ステップS4)、設定値未満であれば、クラックのない良品であると判定する(ステップS8)。
上記のように、1回のスイープによるインピーダンス値の比較だけでなく、複数回のスイープによるインピーダンス値のばらつきをも考慮してクラックの有無を判定した場合には、クラックがない良品と判定された製品は、信頼性の高い製品ということになる。
FIG. 6 is a flowchart of an example of an inspection method performed using the inspection apparatus.
First, when the inspection is started, a sweep is performed by applying a rated voltage from the use frequency range to a high frequency range where there is no resonance or anti-resonance response (step S1). Specifically, frequency sweep is performed from about 100 Hz to about 1 MHz. Then, the impedance in the high frequency region (near 1 MHz) is measured (step S2). Next, the measured impedance value is compared with a reference value (step S3). This reference value is determined based on the impedance value when sweeping is performed on a normal piezoelectric diaphragm without cracks. If it is determined in step S3 that the measured impedance value is higher than the reference value, it is determined that a crack has occurred (step S4). On the other hand, if it is determined in step S3 that the impedance value is lower than the reference value, it is subsequently determined whether or not the number of sweeps has been performed n times (for example, 3 times) or more (step S5). Steps S1 to S3 are repeated. If n times or more, then the variation of the impedance value measured in step S2 is detected (step S6). For example, the difference between the maximum value and the minimum value of each impedance value for the first to nth times is obtained. Next, the impedance value variation is compared with the set value (step S7). If the variation is equal to or greater than the set value, it is determined that a crack has occurred (step S4). It is determined that it is a non-defective product (step S8).
As described above, when the presence / absence of cracks was determined not only by comparing impedance values by one sweep but also by taking into account variations in impedance values by multiple sweeps, it was determined to be a good product without cracks. The product is a highly reliable product.

なお、図6では1回のスイープによるインピーダンス値の比較だけでなく、複数回のスイープによるインピーダンス値のばらつきをも考慮してクラック発生の有無を判定した例について説明したが、図6の破線で示す制御、つまり複数回のスイープによるクラック検出は、必要に応じて実施すればよい。つまり、測定インピーダンスと基準値とを比較するだけでクラック検出を行ってもよい。 In addition, although FIG. 6 demonstrated the example which determined the presence or absence of a crack in consideration of not only the comparison of the impedance value by one sweep but also the variation of the impedance value by a plurality of sweeps, the broken line in FIG. The control shown, i.e., crack detection by multiple sweeps, may be performed as necessary. That is, crack detection may be performed by simply comparing the measured impedance with the reference value.

図7はスイープによるインピーダンス値の分布図である。図7の(a)はクラックがない良品のインピーダンス分布を示し、(b)はクラックが発生した製品のインピーダンス分布を示す。良品の検査個数は100個、クラック発生品の検査個数は53個であり、インピーダンス値は1MHzにおける値である。
図7から明らかなように、良品の場合にはインピーダンス値は15Ω以下であるのに対し、クラック品は30Ω以上である。したがって、この製品の場合には、良否を判定するインピーダンス基準値として20〜25Ω付近に設定するのがよい。
FIG. 7 is a distribution diagram of impedance values by sweeping. (A) of FIG. 7 shows the impedance distribution of the good product which does not have a crack, (b) shows the impedance distribution of the product in which the crack generate | occur | produced. The number of inspected non-defective products is 100, the number of inspected cracked products is 53, and the impedance value is a value at 1 MHz.
As is apparent from FIG. 7, the impedance value is 15Ω or less for the non-defective product, whereas it is 30Ω or more for the cracked product. Therefore, in the case of this product, the impedance reference value for determining pass / fail is preferably set in the vicinity of 20 to 25Ω.

図8は3回のスイープによるインピーダンス値のばらつきを比較した図である。図8の(a)はクラックがない良品のインピーダンス変動の分布を示し、(b)はクラックが発生した製品のインピーダンス変動の分布を示す。良品の検査個数は100個、クラック発生品の検査個数は53個であり、インピーダンス値は1MHzにおける値である。
図8から明らかなように、良品の場合にはインピーダンス値の変動幅は4Ω以下であるのに対し、クラック品の場合には8Ω以上であることがわかる。したがって、良否を判定するインピーダンス変動幅の基準値としては6Ω付近に設定するのがよい。
FIG. 8 is a graph comparing impedance value variations due to three sweeps. (A) of FIG. 8 shows the distribution of impedance fluctuation of a non-defective product having no crack, and (b) shows the distribution of impedance fluctuation of a product in which a crack has occurred. The number of inspected non-defective products is 100, the number of inspected cracked products is 53, and the impedance value is a value at 1 MHz.
As can be seen from FIG. 8, the fluctuation range of the impedance value is 4Ω or less in the case of the non-defective product, whereas it is 8Ω or more in the case of the cracked product. Therefore, the reference value of the impedance fluctuation range for determining pass / fail is preferably set around 6Ω.

本発明が対象とする圧電振動板は、図1に示すように2層構造に限らず、中間層を持つ3層構造であってもよいし、4層以上であってもよい。
また、積層体の表裏面に保護膜を形成したが、この保護膜は必要に応じて省略してもよい。
さらに、圧電振動板を導電性接着剤を用いてケースの端子に接続した例を示したが、はんだやリード線を用いて接続することも可能である。
本発明の検査方法は、少なくとも圧電振動板の使用周波数域から共振,反共振のレスポンスがない高周波数域までスイープすることが必要であるが、上記実施例では使用周波数域(例えば数kHz〜数百kHz)より低い領域(例えば100Hz)からスイープを開始している。その理由は、より広い周波数域で圧電振動板を振動させることにより、微小なクラックの成長を促し、検出感度を高めるためである。
本発明の検査方法は、上記実施例のように完成品状態の圧電音響部品Aに対して実施する場合に限らず、圧電振動板1単体の状態で実施してもよいことは勿論である。
The piezoelectric diaphragm targeted by the present invention is not limited to the two-layer structure as shown in FIG. 1, but may be a three-layer structure having an intermediate layer or four or more layers.
Moreover, although the protective film was formed in the front and back of a laminated body, you may abbreviate | omit this protective film as needed.
Furthermore, although the example which connected the piezoelectric diaphragm to the terminal of the case using the conductive adhesive was shown, it is also possible to connect using a solder or a lead wire.
In the inspection method of the present invention, it is necessary to sweep from at least the usage frequency range of the piezoelectric diaphragm to a high frequency range where there is no resonance or anti-resonance response. Sweep is started from a lower region (for example, 100 Hz). The reason is that the piezoelectric diaphragm is vibrated in a wider frequency range, thereby promoting the growth of minute cracks and increasing the detection sensitivity.
Of course, the inspection method of the present invention is not limited to the case of the piezoelectric acoustic component A in a finished product state as in the above-described embodiment, but may be performed in the state of the piezoelectric diaphragm 1 alone.

本発明にかかる圧電振動板の一例の斜視図である。It is a perspective view of an example of a piezoelectric diaphragm concerning the present invention. 図1に示した圧電振動板を用いた圧電音響部品の一例の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of an example of the piezoelectric acoustic component using the piezoelectric diaphragm shown in FIG. 圧電振動板の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of a piezoelectric diaphragm. クラックのない圧電振動板とクラックのある圧電振動板のインピーダンスの周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure of the impedance of a piezoelectric diaphragm without a crack and a piezoelectric diaphragm with a crack. 本発明にかかる検査装置の一例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an example of the test | inspection apparatus concerning this invention. 検査装置を用いて実施する検査方法の一例のフローチャート図である。It is a flowchart figure of an example of the inspection method implemented using an inspection apparatus. 良品とクラック品とのスイープによるインピーダンス値の分布図である。It is a distribution map of the impedance value by the sweep of a good product and a crack product. 良品とクラック品との複数回スイープによるインピーダンス値のばらつきを比較した図である。It is the figure which compared the dispersion | variation in the impedance value by a multiple times sweep with a good product and a crack product.

符号の説明Explanation of symbols

A 圧電音響部品
1 圧電振動板
2,3 圧電セラミックス層
4 内部電極
5,6 外部電極
A Piezoelectric acoustic component 1 Piezoelectric diaphragm 2, 3 Piezoelectric ceramic layer 4 Internal electrode 5, 6 External electrode

Claims (3)

複数の圧電セラミックス層を内部電極を間にして積層して積層体を形成し、この積層体の表裏主面に外部電極を設け、上記外部電極と内部電極との間に所定の周波数信号を印加することにより、上記積層体を屈曲振動させるようにした圧電振動板において、
上記圧電振動板の使用周波数域から共振,反共振のレスポンスがない高周波数域まで定格電圧をかけて少なくとも1回スイープし、上記高周波数域におけるインピーダンスを測定し、上記測定したインピーダンス値によって圧電振動板のクラックを検出することを特徴とする圧電振動板の検査方法。
A plurality of piezoelectric ceramic layers are laminated with internal electrodes in between to form a laminate, external electrodes are provided on the front and back main surfaces of this laminate, and a predetermined frequency signal is applied between the external electrodes and the internal electrodes. In the piezoelectric diaphragm configured to flexurally vibrate the laminate,
Sweep at least once by applying the rated voltage from the frequency range of use of the piezoelectric diaphragm to the high frequency range where there is no resonance or anti-resonance response, measure the impedance in the high frequency range, and measure the piezoelectric vibration based on the measured impedance value. A method for inspecting a piezoelectric diaphragm, comprising detecting a crack in the plate.
上記スイープを複数回繰り返し、測定したインピーダンス値の変動の大きさによって圧電振動板のクラックを検出することを特徴とする請求項1に記載の圧電振動板の検査方法。 2. The method for inspecting a piezoelectric diaphragm according to claim 1, wherein the sweep is repeated a plurality of times, and cracks of the piezoelectric diaphragm are detected based on the magnitude of the fluctuation of the measured impedance value. 上記表裏主面の外部電極は、抵抗率が30μΩ・cm以上の金属材料で形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電振動板の検査方法。 3. The method for inspecting a piezoelectric diaphragm according to claim 1, wherein the external electrodes on the front and back main surfaces are made of a metal material having a resistivity of 30 [mu] [Omega] .cm or more.
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