專利名稱：用于檢測壓電元件中裂紋的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于檢測根據(jù)施加到其上的電壓變形的壓電元件中的裂紋的方法和設備。
背景技術：
小型精密信息裝置發(fā)展迅速，為了與這樣的裝置一起使用，對能夠進行非常小距離的定位控制的微致動器的需要隨之增加。例如，用于校準焦點和傾斜角的光學系統(tǒng)、用于控制噴墨頭的噴墨打印機和用于控制磁頭的磁盤驅動器非常需要所述微致動器。磁盤驅動器通過增加每英寸的磁道數(shù)量(TPI)，即通過使磁盤上每一個磁道的寬度變窄來提高存儲容量。因此，大容量磁盤驅動器需要能夠在微小范圍內橫越磁道精確定位磁頭的致動器。為了滿足該需要，日本未審查專利申請公開No. 2002-184140提出了一種采用雙致動器系統(tǒng)的頭懸架。雙致動器系統(tǒng)除了驅動頭懸架附接到其上的托架的通常的音圈馬達之外，還使用壓電致動器。壓電致動器包括壓電元件，并且布置在基板和頭懸架的承載梁之間。除了通過音圈馬達移動頭懸架的磁頭之外，采用雙致動器系統(tǒng)的頭懸架通過壓電元件沿擺動方向(頭懸架的寬度方向)移動磁頭，所述壓電元件響應于施加到其上的電壓而變形，由此將磁頭精確地定位在磁盤驅動器中的磁盤上。要求磁盤驅動器小且薄，并且因此要求壓電元件薄。薄壓電元件由于制造或將其裝配到頭懸架過程中施加到其上的外力很容易產生微裂紋。具有微裂紋的壓電元件降低長期可靠性，并且因此必須作為次品被扔掉。但是通過使用立體顯微鏡進行外部觀察很難發(fā)現(xiàn)微裂紋。而且，壓電元件的表面鍍有金，用于形成電極，因此從外表很難發(fā)現(xiàn)裂紋。通過測量壓電元件的電特性也發(fā)現(xiàn)不了微裂紋。當裝配在頭懸架中時，通過測量其電容來測試和評估壓電元件。但是，微裂紋沒有造成壓電元件的電容變化。為了解決該問題，日本未經審查的專利申請公開No. H06-003305和 No. 2002-367306公開了檢查壓電元件的阻抗頻率圖或相位頻率圖或測試壓電元件光透射率的技術。但是這些相關技術不能容易地檢測壓電元件中的微裂紋，或者這些相關技術實際上很難實現(xiàn)。即，實際上，這些相關技術不能確定地找到壓電元件中的裂紋，包括微裂紋。結果，大多數(shù)相關技術專注于防止裂紋在壓電元件中形成。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于確定地檢測壓電元件中的一個或多個裂紋的方法和設備。
為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的一個方面提供一種檢測介于一對電極之間并且根據(jù)通過所述一對電極施加到其上的電壓的變形的壓電元件中的一個或多個裂紋的方法。所述方法包括以下步驟將至少在所述壓電元件的諧振頻率下的電壓通過所述對電極施加到所述壓電元件上；在所施加的電壓下測量所述對電極之間的介電損耗角正切；和根據(jù)所述測得的介電損耗角正切檢測是否所述壓電元件中存在裂紋。所述壓電元件在諧振頻率下的電壓作用下的介電損耗角正切根據(jù)是否壓電元件具有裂紋顯著不同。因此，根據(jù)在諧振頻率下的電壓測得的介電損耗角正切，本發(fā)明的該方面確定地并且容易地檢測是否所述壓電元件具有裂紋。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于檢測壓電元件中的裂紋的設備和壓電元件布置其中的頭懸架的示意性視圖；圖2是示出圖1的壓電元件的立體視圖；圖3是沿圖2的III-III線的剖視圖；圖4是大體上示出圖1的裂紋檢測設備的框圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的檢測壓電元件中裂紋的方法的流程圖；圖6是示出所測的壓電元件的介電損耗角正切和閾值之間關系的曲線；圖7A和7B是示出關于包括諧振頻率的頻率的壓電元件阻抗特性圖和介電損耗角正切特性圖的曲線，其中，圖7A沒有裂紋，圖7B具有裂紋；圖8是示出關于包括諧振頻率的頻率的沒有裂紋的壓電元件介電損耗角正切特性的曲線；圖9是示出關于包括諧振頻率的頻率的具有裂紋的壓電元件介電損耗角正切-頻率特性的曲線；圖10是示出關于包括諧振頻率的頻率的具有微裂紋的壓電元件介電損耗角正切-頻率特性的曲線；圖11是列出圖8的介電損耗角正切的峰值的表格；圖12是列出圖9的介電損耗角正切的峰值的表格；圖13是列出圖10的介電損耗角正切的峰值的表格；和圖14是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于檢測壓電元件中的裂紋的設備的示意性視圖。
具體實施例方式將參照

本發(fā)明的實施例。每一個實施例通過電極在壓電元件的諧振頻率下施加電壓，壓電元件介于電極之間，在所施加的電壓下測量電極之間的介電損耗角正切， 并且根據(jù)測得的介電損耗角正切，檢測是否壓電元件具有一個或多個裂紋(后文簡單地稱為“裂紋”)。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于檢測壓電元件中的裂紋的設備和頭懸架3的示意性視圖。圖1中，裂紋檢測設備1檢測是否裝配在頭懸架3中的壓電元件5具有裂紋。首先說明壓電元件5和頭懸架3的示例。頭懸架3具有作為從動部件的承載梁7、作為底座部件的基板9和壓電致動器11。承載梁7將載荷施加到頭13上，頭13布置在承載梁7的前端。承載梁7由例如彈性不銹鋼薄板等彈性金屬薄板制成，并且厚度在例如約30到150 μ m范圍內。承載梁7 具有作為布線構件的撓性構件15。撓性構件15包括由例如彈性薄不銹鋼(SST)軋制鋼板制成的導電薄板17、形成在所述導電薄板上的絕緣層和形成在絕緣層上的布線圖19。布線圖19包括信號傳輸線和電源線。布線圖19的第一端具有接線端子21，其第二端具有接線端子23。撓性構件15的前端支撐頭13的滑塊25。滑塊25在所述布線圖19的第一端電連接到接線端子21。承載梁7的基端由基板9支撐?；?由例如不銹鋼薄板等金屬薄板制成，并且厚度在約150到200 μ m范圍內?；?9具有圓形凸臺27。通過凸臺27，基板9安裝到由音圈馬達(未示出)旋轉的托架(未示出)。具有壓電元件5的壓電致動器11布置在在基板9和承載梁7之間。當壓電元件5根據(jù)或響應于施加到其上的電壓變形時，包括壓電元件5的壓電致動器11沿擺動方向(承載梁7的寬度方向)將承載梁7驅動非常小的距離。壓電元件5由例如PZT(鋯鈦酸鉛)等的壓電陶瓷制成，并且具有基本上矩形形狀。壓電元件5的厚度在例如約70到200μπι范圍內。壓電元件5使用不導電粘合劑安裝到形成在承載梁7和基板9之間的孔四中。圖2是示出壓電元件5的立體視圖，并且圖3是沿圖2的線III-III的剖視圖。圖2和3中，壓電元件5包括壓電體四和31，其彼此分開，沿壓電致動器11的寬度方向(左右方向)并排布置，并且沿180度方向不同地極化。附帶地，壓電致動器11和承載梁7為頭懸架3的部件，并且因此壓電致動器11和承載梁7的寬度方向或橫向對應于頭懸架3的寬度方向或橫向。壓電元件5的第一和第二表面33和35分別設置有電極37 和39。壓電元件5介于電極37和39之間。電極37和39每一個由例如金(Au)板等導電金屬板制成，所述金屬板通過氣相沉積、濺涂、電鍍、金屬印膏或類似方式制成。在壓電元件5的第一表面33上的電極37包括分別形成在壓電體四和31上的電極部件41和43。電極部件41和43通過例如銀膏等的導電樹脂接地到承載梁7。電極部件41和43通過間隙45彼此分隔。電極部件43具有與間隙45連續(xù)的凹部47。凹部47用于通過其形狀區(qū)分壓電元件5上的電極37的極性。壓電元件5的第二表面35上的電極39用作關于電極3701，43)的共用電極。如圖1中所示，電極39通過例如接合線電連接到撓性構件15的布線圖19。上面確定的頭懸架3和壓電元件5的尺寸、結構等是用于說明根據(jù)本發(fā)明實施例的檢測壓電元件5的裂紋的方法的示例?？刹捎妙^懸架3和壓電元件5的其他尺寸、結構等來實現(xiàn)本發(fā)明的方法。圖4是大體示出圖1的裂紋檢測設備1的框圖。圖1和4中，裂紋檢測設備1包括測量單元49和作為檢測單元的處理單元51。測量單元49是例如LCR計，并且包括顯示器53、控制面板55、測量電纜57和59等。測量單元49通過測量電纜57和59連接到撓性構件15的布線圖19第二端處的接線端子23。測量單元49包括作為電壓提供單元的測量電源61和測量部分63。測量電源61通過測量電纜57和59將設置頻率的測量電壓施加到壓電元件5的電極37和39。測量電壓例如為500mV，其頻率在例如IOOHz到2MHz范圍內以5kHz的間隔變化。因此，測量電源61能夠通過所述對電極37和39至少在壓電元件5的諧振頻率下將電壓施加到壓電元件5。測量部分63根據(jù)測量電壓施加到壓電元件5時通過的電流，測量電極37和39之間的介電損耗角正切tan δ。測量部分63能夠測量在壓電元件5的諧振頻率下電極37和 39之間的介電損耗角正切。測得的介電損耗角正切發(fā)送到處理單元51。處理單元51是例如個人電腦等的信息處理單元，并且包括判定部分69和存儲部分71。判定部分69包括例如CPU，并且通過執(zhí)行存儲在存儲部分71中的程序開始。判定部分69將來自測量單元49的測得的介電損耗角正切和存儲在存儲裝置71 中的閾值T相比較。如果測得的介電損耗角正切低于閾值T，則判定部分69斷定壓電元件 5具有裂紋。由判定部分69作出的斷定結果顯示在處理單元51的監(jiān)視器73上。閾值T設置在在沒有裂紋的壓電元件樣品上在諧振頻率下測得的介電損耗角正切(峰值)和在具有裂紋的壓電元件樣品上在諧振頻率下測得的介電損耗角正切(峰值) 之間。根據(jù)第一實施例，閾值T為10。圖5是示出根據(jù)第一實施例的在壓電元件中檢測裂紋的方法的流程圖。該方法使用圖1和4的裂紋檢測設備1，并且如果具有裂紋，則根據(jù)通過在壓電元件5的諧振頻率下的電壓測量的壓電元件5的介電損耗角正切檢測壓電元件5中的裂紋。 根據(jù)所述方法測試的壓電元件5沿縱向長度具有約Imm的尺寸，沿寬度方向具有約1.2mm 的尺寸，沿厚度方向具有約0. Imm的尺寸，并且在隨壓電致動器11附接到頭懸架3的狀態(tài)下具有約1. 4MHz的諧振頻率。為了檢測壓電元件5中的裂紋，將具有壓電元件5的頭懸架3設置在操作臺(未示出)上的預定位置處，裂紋檢測設備1的測量電纜57和59連接到撓性構件15的布線圖 19第二端處的接線端子23。在該狀態(tài)下，進行圖5的流程圖的步驟。在作為電壓提供步驟的步驟Sl中，測量單元49的測量電源61向壓電元件5施加在壓電元件5的諧振頻率下的測量電壓。根據(jù)該實施例，測量電壓為500mV，并且其頻率為1. 4MHz。優(yōu)選測量電壓通過在壓電元件5的諧振頻率附近范圍內逐步改變(掃描)電壓的頻率來施加，以對付由于產生容差造成的壓電元件5的諧振頻率中的變化。在作為測量步驟的步驟S2中，測量單元49的測量部分63根據(jù)由測量電壓產生的電流測量介電損耗角正切。將所測得的介電損耗角正切發(fā)送到處理單元51。在作為裂紋檢測步驟的步驟S3中，處理單元51將測得的介電損耗角正切與閾值 T相比較。根據(jù)該實施例，閾值T為10，因此，處理單元51查看是否測得的介電損耗角正切小于10，S卩，是否測得的介電損耗角正切為一位數(shù)字或兩位數(shù)字。圖6是以壓電元件的介電損耗角正切-頻率曲線示出的測得的壓電元件的介電損耗角正切和閾值之間關系的曲線。圖6中，縱坐標代表介電損耗角正切，橫坐標代表頻率。
在沒有裂紋的壓電元件5的諧振頻率下的電壓作用下，介電損耗角正切遠高于閾值10，如圖6中部分75標示的。如果壓電元件5具有裂紋，則其介電損耗角正切遠低于閾值10。后面將說明該詳細內容。如果在諧振頻率下的電壓作用下，介電損耗角正切是一位數(shù)，即小于10，則處理單元51在步驟S4中斷定壓電元件5具有裂紋。如果在諧振頻率下的電壓作用下，介電損耗角正切是兩位數(shù)，即，高于10，則處理單元51在步驟S5中斷定壓電元件5沒有裂紋。當測量電壓的頻率逐步改變時，在頻率范圍內測得的介電損耗角正切的峰值用作壓電元件5的諧振頻率下的介電損耗角正切。以該方式，根據(jù)該實施例的裂紋檢測方法能夠容易地并且確切地根據(jù)壓電元件5 的諧振頻率下的介電損耗角正切檢測壓電元件5中的裂紋。將說明根據(jù)介電損耗角正切在壓電元件中檢測裂紋的原理。圖7A和7B是以其阻抗-介電損耗角正切-頻率曲線示出壓電元件的關于包括諧振頻率的頻率的阻抗特性圖(阻抗-頻率特性圖)和介電損耗角正切特性圖(介質損耗角-頻率特性圖)的曲線圖，其中，圖7A沒有裂紋，圖7B具有裂紋。在圖7A和7B中，左側縱坐標代表阻抗(ZO)，右側縱坐標代表介電損耗角正切(D)，橫坐標代表頻率。圖7A和7B的數(shù)據(jù)通過向壓電元件樣品在約IOOHz到2MHz范圍內在以約5kHz的間隔逐步改變的頻率下施加約500mV的測量電壓獲得的。在每一個頻率下，測量每一個樣品的阻抗和介電損耗角正切，以繪制圖7A和7B的曲線。根據(jù)本實施例的裂紋檢測設備1 的測量單元49用于測量。圖7A中，沒有裂紋的壓電元件通常關于低于諧振頻率的頻率下的電壓相位顯示出-90度的電流相位，并且關于諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間的頻率下的電壓相位(反相區(qū))顯示出+90度的電流相位。之后，其在超過并聯(lián)諧振頻率的頻率下返回到-90度。與低于諧振頻率的區(qū)域和高于并聯(lián)諧振頻率的區(qū)域相比較，介電損耗角正切曲線在反相區(qū)中顯示了大峰值。另一方面，圖7B的具有裂紋的壓電元件在介電損耗角正切曲線中沒有顯示大的峰值，但是其顯示了類似于沒有裂紋的壓電元件的反相區(qū)。以這種方式在反相區(qū)中建立這樣的概念介電損耗角正切越高，壓電元件的質量越好。這與通常的概念完全相反，通常的概念認為介電損耗角正切越低，壓電元件的質量越好。應可理解，壓電元件的介電損耗角正切具有大峰值或不具有峰值取決于壓電元件是否具有裂紋?；谠撛?，根據(jù)本發(fā)明的裂紋檢測方法和設備在壓電元件的反相區(qū)中，在壓電元件的諧振頻率下的電壓作用下測量指定壓電元件的介電損耗角正切，并且根據(jù)測得的介電損耗角正切檢測是否壓電元件具有裂紋。將說明根據(jù)該實施例設置用于介電損耗角正切的閾值T。圖8到10是示出壓電元件樣品的關于包括諧振頻率的頻率的介電損耗角正切特性圖或曲線(介電損耗角正切-頻率特性圖)，其中圖8是沒有裂紋的壓電元件樣品，圖9 是具有裂紋(可從外觀清楚地辨認)的壓電元件樣品，圖10是具有微裂紋(從外觀不可辨認或幾乎不可辨認)的壓電元件樣品。圖8到10的數(shù)據(jù)以與圖7A和7B的數(shù)據(jù)類似的方式收集。圖8到10中，縱坐標代表介電損耗角正切，橫坐標代表頻率。圖8到10的壓電元件樣品與用于裂紋檢測方法的那些壓電元件樣品相同。圖11到13是列出圖8到10的介電損耗角正切的峰值的表格。圖13中，標記有 “Ns”的壓電元件樣品具有從外觀不可辨認的微裂紋，標記有“NB”的壓電元件樣品具有從外觀很難辨認的微裂紋。圖8和11中，沒有裂紋的壓電元件每一個在1. 4MHz諧振頻率下的介電損耗角正切具有大于10介電損耗角正切的峰值(峰圖形的頂點)。在其他頻率下，沒有裂紋的壓電元件每一個顯示出5或更低的介電損耗角正切。另一方面，圖9、10、12和13每一個中示出的具有裂紋的壓電元件在諧振頻率下不具有大的峰值(峰圖形的頂點)，并且在所有頻率下，每一個顯示出低于5的介電損耗角正切。也就是說，具有裂紋的壓電元件在諧振頻率下在介電損耗角正切中沒有顯示出大峰值，與裂紋的尺寸無關，并且在所有頻率下，介質損耗角正切值低于5。因此，可令人滿意地將諧振頻率下的介電損耗角正切閾值T設置為10。通過該閾值，能夠檢測是否指定的壓電元件具有裂紋。也就是說，如果指定壓電元件的使用諧振頻率下的電壓測得的介電損耗角正切低于閾值T，則斷定壓電元件具有微裂紋。這樣的微裂紋通常很難檢測，因為這樣的微裂紋僅造成落在生產容差內的電容差異。閾值T可設置在在沒有裂紋的壓電元件上諧振頻率下測得的介電損耗角正切的峰值和在具有裂紋的壓電元件上諧振頻率下測得的介電損耗角正切的峰值之間。也就是說，閾值T可設置為小于10的值，并且可隨機計算。將總結第一實施例的效果。根據(jù)本實施例的裂紋檢測方法檢測介于所述對電極37和39之間并且根據(jù)通過電極37和39施加到其的電壓變形的壓電元件5中的裂紋。所述方法包括以下步驟至少在壓電元件5的諧振頻率下通過電極37和39向壓電元件5施加電壓(電壓施加步驟)，測量電極37和39之間的介電損耗角正切(測量步驟)，和根據(jù)測得的介電損耗角正切，檢測是否壓電元件5具有裂紋(裂紋檢測步驟)。在諧振頻率下測得的壓電元件5的介電損耗角正切根據(jù)是否壓電元件5具有裂紋具有大峰值或沒有峰值。因此，如果壓電元件存在裂紋，則根據(jù)本實施例的裂紋檢測方法可容易地并且確定地根據(jù)諧振頻率下的電壓作用下測得的介電損耗角正切來檢測壓電元件5 中的裂紋。根據(jù)所述實施例的裂紋檢測方法斷定，如果在裂紋檢測步驟中，在諧振頻率下的電壓作用下測得的介電損耗角正切低于閾值T，則壓電元件5具有裂紋。也就是說，僅通過測量指定壓電元件的諧振頻率下的介電損耗角正切，所述方法能夠容易地并且確定地檢測是否該壓電元件具有裂紋。根據(jù)該實施例，用于介電損耗角正切的閾值T設置在在不具有裂紋的壓電元件樣品上在諧振頻率下測得的介電損耗角正切峰值和在具有裂紋的壓電元件樣品上在諧振頻率下測得的介電損耗角正切峰值之間。因此，本實施例能夠容易地并且確定地檢測是否給定的壓電元件具有裂紋。根據(jù)本實施例，用于介電損耗角正切的閾值T設置到10。僅通過查看給定的壓電元件在其諧振頻率下測得的介電損耗角正切是否是一位數(shù)或兩位數(shù)，本實施例就能夠簡單地、容易地并且確定地檢測是否壓電元件具有裂紋。根據(jù)本實施例，壓電元件5的諧振頻率為裝配在頭懸架3的壓電致動器11中的壓電元件5的諧振頻率。因此，本實施例能夠容易地并且確定地檢測是否壓電致動器11中的壓電元件5具有裂紋。根據(jù)本實施例，電壓通過撓性構件15施加到壓電元件5，并且因此，本實施例能夠容易地并且確定地檢測是否布置在頭懸架3中的壓電元件5具有裂紋。根據(jù)本實施例的裂紋檢測設備1包括測量電源61，其將至少壓電元件5的諧振頻率的電壓施加到壓電元件5 ；測量部分63，其測量在所施加的電壓下所述對電極37和39之間的介電損耗角正切；和處理單元51 (檢測單元)，其根據(jù)測得的介電損耗角正切檢測壓電元件5中是否存在裂紋。裂紋檢測設備1容易地并且確定地執(zhí)行裂紋檢測方法(圖5)，以檢測是否壓電元件5具有裂紋。處理單元51包括存儲部分71，其存儲閾值T，以與介電損耗角正切峰值比較；和判定部分69，如果壓電元件5的介電損耗角正切峰值低于閾值T，則其斷定壓電元件5具有裂紋。通過使用閾值T，如果存在裂紋，則裂紋檢測設備1能夠容易地并且確定地檢測壓電元件5中的裂紋。將參照圖14說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于在壓電元件中檢測裂紋的設備。 將以用于檢測裂紋的設備的功能來說明根據(jù)第二實施例的檢測裂紋的方法。圖14是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于在壓電元件中檢測裂紋的設備的示意性視圖。根據(jù)圖14中所示的第二實施例的裂紋檢測設備IA基本上與圖1和4中示出的裂紋檢測設備1相同，并且因此，與設備1的那些部件相對應的設備IA的部件以相同的附圖標記加“A”標示，以省略其重復說明。根據(jù)第二實施例的裂紋檢測設備IA通過直接比較壓電元件的介電損耗角正切圖與參考介電損耗角正切圖，代替比較壓電元件的介電損耗角正切和閾值T，來檢測是否指定的壓電元件具有裂紋。根據(jù)第二實施例，裂紋檢測設備IA具有測量單元49A，其包括測量電源61A。測量電源61A通過在IOOHz到2MHz范圍內以^Hz的間隔改變測量電壓的頻率來將例如500mV 的測量電壓施加到測試壓電元件。測量單元49A中的測量部分63A在每一個頻率下測量測試壓電元件的介電損耗角正切，并且將測得的介電損耗角正切發(fā)送到處理單元51A的判定部分69A。也就是說，測量電源61A在電壓施加步驟中，在包括壓電元件的諧振頻率的頻率下將測量電壓施加到壓電元件，并且測量部分63A在測量步驟中在每一個頻率下連續(xù)地測量壓電元件的介電損耗角正切。在裂紋檢測步驟中，處理單元5IA的判定部分69A產生介電損耗角正切特性圖，其類似于根據(jù)圖8到10中所示的根據(jù)在變化頻率下測得的介電損耗角正切的介電損耗角正切特性圖，并且將所述圖與存儲在處理單元51A的存儲部分71A中存儲的參考介電損耗角正切圖R相比較。參考介電損耗角正切圖R提前由不具有裂紋的壓電元件樣品上測得的介電損耗角正切制作。參考圖R可以例如為圖6中所示的部分75。如果產生的介電損耗角正切圖不與參考圖R—致，S卩，如果產生的圖不包括峰圖形，則判定部分69A斷定所測的壓電元件具有裂紋。當斷定所測的壓電元件沒有裂紋時，所測的壓電元件的介電損耗角正切圖不總是要求完全與參考圖R—致。例如，當確定是否所測的壓電元件具有裂紋時，可提取所測的壓電元件的介電損耗角正切圖的特征點，并且與參考圖R的那些特征點相比較?；蛘撸呻S機計算參考圖R的允許范圍，并且如果所測壓電元件的介電損耗角正切圖落在所述允許范圍內，則斷定所測的壓電元件的介電損耗角正切圖與參考圖R—致。參考圖R可從具有裂紋的壓電元件制作。在該情況下，參考圖R可以是例如圖6 的部分77。在該情況下，如果所測的壓電元件的介電損耗角正切圖與參考圖R—致，則斷定所測的壓電元件具有裂紋。在該情況下，如上面所述，所測的壓電元件的介電損耗角正切圖不總是要求與參考圖R完全一致。所測的壓電元件的介電損耗角正切圖和參考圖R不需要制作整個頻率范圍。其可制作在出現(xiàn)峰值圖形處的壓電元件諧振頻率附近的有限頻率范圍。第二實施例提供與第一實施例相同的效果。另外，第二實施例通過直接比較壓電元件的介電損耗角正切圖與參考介電損耗角正切圖R，容易地并且確定地檢測是否指定壓電元件具有裂紋。這是因為根據(jù)是否壓電元件具有裂紋，壓電元件的介電損耗角正切圖包括大峰值或不具有峰值。根據(jù)第一和第二實施例，壓電元件5包括一對壓電體四和31。本發(fā)明也可適用于包括一個壓電體的壓電元件。在該情況下，電極37和39中的每一個可以是一個板。根據(jù)所述實施例，所述裂紋檢測方法和設備檢測設置在頭懸架3上的壓電致動器 11的壓電元件5中的裂紋。本發(fā)明也可適用于檢測任何其他壓電致動器的壓電元件中的裂紋。根據(jù)所述實施例，所述裂紋檢測設備使用測量單元49的測量電源61，S卩LCR計，來將電壓施加到壓電元件5。施加到壓電元件5的電壓可從確保測量穩(wěn)定性的例如探測裝置等任何其他裝置提供。根據(jù)所述實施例，壓電元件5的示例具有約1. 4MHz的諧振頻率。所述諧振頻率可根據(jù)壓電元件5和頭懸架3的尺寸、結構等改變。如果諧振頻率改變，則可改變測量電壓的頻率變化范圍。根據(jù)所述實施例，測量電壓的頻率變化間隔為約5kHz，并且測量電壓為約500mV。 所述間隔和測量電壓可根據(jù)裂紋檢測的要求精度等改變。
權利要求
1.一種用于檢測壓電元件中的一個或多個裂紋的方法，所述壓電元件介于一對電極之間并且根據(jù)通過所述一對電極施加到其上的電壓而變形，所述方法包括以下步驟將至少在所述壓電元件的諧振頻率下的電壓通過所述一對電極施加到所述壓電元件上；測量在所施加的電壓下所述一對電極之間的介電損耗角正切；和根據(jù)所述測得的介電損耗角正切檢測是否所述壓電元件中存在裂紋。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，如果所測得的介電損耗角正切低于閾值，則所述裂紋檢測步驟確定所述壓電元件中存在裂紋。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所述閾值設置在在沒有裂紋的壓電元件樣品上在諧振頻率下測得的介電損耗角正切峰值和在具有裂紋的壓電元件樣品上在諧振頻率下測得的介電損耗角正切峰值之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，所述閾值為10。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述電壓施加步驟通過在包括諧振頻率的頻帶中改變所述電壓的頻率來進行，所述測量步驟連續(xù)地測量在所述頻帶中的介電損耗角正切，并且所述裂紋檢測步驟通過根據(jù)所述測得的介電損耗角正切形成介電損耗角正切圖，將所述介電損耗角正切圖與參考圖相比較，和查看是否所述介電損耗角正切圖具有峰值圖形來進行。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述壓電元件形成壓電致動器，所述壓電致動器設置在基部部件和從動部件之間，并且根據(jù)所述壓電元件的變形，相對于所述基部部件驅動所述從動部件，并且所述諧振頻率為所述壓電致動器中的壓電元件的諧振頻率。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述從動部件為頭懸架的承載梁，所述壓電元件的所述一對電極中的一個連接到所述頭懸架的布線構件，并且所述電壓通過所述布線構件施加到所述壓電元件。
8.一種用于檢測壓電元件中的一個或多個裂紋的設備，所述壓電元件介于一對電極之間并且根據(jù)通過所述一對電極施加到其上的電壓而變形，所述設備包括電壓施加單元，其將在至少所述壓電元件的諧振頻率下的電壓通過所述一對電極施加到所述壓電元件上；測量單元，其測量在所述施加的電壓下所述一對電極之間的介電損耗角正切；和檢測單元，其根據(jù)所測得的介電損耗角正切檢測所述壓電元件中是否存在裂紋。
9.根據(jù)權利要求8所述的設備，其中，所述檢測單元包括存儲部分，其存儲用于介電損耗角正切的閾值；和判定部分，如果所測得的介電損耗角正切低于所述閾值，則其確定所述壓電元件中存在裂紋。
10.根據(jù)權利要求9所述的設備，其中，所述閾值設置在不具有裂紋的壓電元件樣品上在諧振頻率下測量的介電損耗角正切峰值和在具有裂紋的壓電元件樣品上在諧振頻率下測量的介電損耗角正切峰值之間。
11.根據(jù)權利要求9所述的設備，其中，所述閾值為10。
12.根據(jù)權利要求8所述的設備，其中，所述電壓施加單元通過在包括諧振頻率的頻帶中改變電壓的頻率來施加電壓，所述測量單元連續(xù)地測量在所述頻帶中的介電損耗角正切，并且所述檢測單元包括存儲部分，其存儲根據(jù)所述壓電元件樣品的介電損耗角正切制作的參考圖；和判定部分，其根據(jù)測得的介電損耗角正切形成介電損耗角正切圖，比較所述介電損耗角正切圖與所述參考圖，并且查看是否所述介電損耗角正切圖具有峰圖形，由此確定所述壓電元件中是否存在裂紋。
全文摘要
用于檢測壓電元件中裂紋的方法和設備。一種在介于一對電極之間并且根據(jù)通過所述一對電極施加到其上的電壓變形的壓電元件中檢測一個或多個裂紋的方法。所述方法包括以下步驟至少在所述壓電元件的諧振頻率下將電壓通過所述一對電極施加到所述壓電元件；測量在所施加的電壓下所述一對電極之間的介電損耗角正切；和根據(jù)所述測得的介電損耗角正切檢測是否所述壓電元件中存在裂紋。所述壓電元件的介電損耗角正切在諧振頻率下根據(jù)所述壓電元件是否具有裂紋而具有大峰值或沒有峰值。因此，所述方法根據(jù)在諧振頻率下測得的所述壓電元件的介電損耗角正切容易地并且確定地檢測是否所述壓電元件具有裂紋。
文檔編號G01N27/20GK102565133SQ201110406518
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2010年12月9日
發(fā)明者古田英次郎, 荒井肇 申請人:日本發(fā)條株式會社