DE10236428A1

DE10236428A1 - Piezoelektrisches Bauelement, Abzweigfilter und Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Bauelements

Info

Publication number: DE10236428A1
Application number: DE2002136428
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Unami; Jiro Inoue
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2003-04-03
Also published as: JP2003069372A; CN1253950C; JP3729103B2; CN1404164A; US6903498B2; US20030042820A1

Abstract

Ein laminiertes piezoelektrisches Bauelement umfasst ein in einer Richtung längeres piezoelektrisches Element und mehrere sich orthogonal zur Längsrichtung erstreckende und so angeordnete Innenelektroden, dass sie einander jeweils über die piezoelektrischen Schichten gegenüberliegen. Die Biegeschwingung, in welcher das piezoelektrische Element orthogonal zur Längsrichtung desselben gebogen wird, wird unter Verwendung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts angeregt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Bauelement zur Verwendung in einem Resonatorfilter, Aktuator und dgl. sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben und insbesondere ein piezoelektrisches Bauelement, das zum Anregen einer Biegeschwingung in Längsrichtung unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts einsetzbar ist.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Es wurden verschiedene Arten von piezoelektrischen Bauelementen unter Ausnutzung eine piezoelektrischen Longitudinaleffekts und unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Transversaleffekts als piezoelektrische Resonatoren und piezoelektrische Aktuatoren vorgeschlagen. Wenn an einem piezoelektrischen Element ein elektrisches Feld in gleicher Richtung wie die Polarisationsrichtung angelegt wird, nutzt der piezoelektrische Longitudinaleffekt die Verschiebung des piezoelektrischen Elements aus, wobei das piezoelektrische Element in Längsrichtung, d. h. in Richtung des piezoelektrischen Elements, an welches das elektrische Feld angelegt wird, ausgedehnt und zusammengezogen wird. Der piezoelektrische Transversaleffekt nutzt die Verschiebung aus, bei welcher ein piezoelektrisches Element orthogonal zur Richtung ausgedehnt und zusammengezogen wird, in welcher ein elektrisches Feld angelegt wird, d. h. in der transversalen Richtung des piezoelektrischen Elements.

Als piezoelektrische Resonatoren, die in Bändern von mehreren hundert kHz einsetzbar sind, werden verbreitet Resonatoren verwendet, die eine radiale Schwingung unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Transversaleffekts oder eine Längsausdehnungs-/zusammenziehschwingung ausführen. Bei einem piezoelektrischen Resonator, welcher die Längsschwingung ausnutzt, wird die Verschiebung verwendet, welche erzeugt wird, wenn ein elektrisches Feld in der Dickenrichtung einer quadratischen piezoelektrischen Platte angelegt wird, so dass die piezoelektrische Platte in der Durchmesserrichtung ausgedehnt und zusammengezogen wird. Weiterhin bei einem piezoelektrischen Resonator unter Ausnutzung der Längenausdehnungs-/zusammenziehschwingung wird ein elektrisches Feld an einem nur in der Dickenrichtung polarisierten stangenförmigen piezoelektrischen Element in der Polarisierungsrichtung des piezoelektrischen Elements angelegt, und dadurch wird das piezoelektrische Element in der Längsrichtung ausgedehnt und zusammengezogen.

Die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsschrift Nr. 10-4330 offenbart einen laminierten piezoelektrischen Resonator, welcher dazu verwendet werden kann, die Längenausdehn-/zusammenziehschwingung unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts anzuregen. In diesem Fall werden in einem piezoelektrischen Element, welches in einer Richtung länger ist, mehrere Innenelektroden orthogonal zur Längsrichtung ausgebildet. Die in der Längsrichtung über die Innenelektrode angrenzenden piezoelektrischen Schichten werden in Längsrichtung 180° zueinander phasenverschoben polarisiert. Bei dem piezoelektrischen Resonator wird an den jeweiligen piezoelektrischen Elementen eine Spannung angelegt und dadurch wird das piezoelektrische Element in der Längsrichtung in Ausdehn-/Zusammenziehschwingung versetzt.

Nach dem piezoelektrischen Resonator, der so eingesetzt werden kann, dass er die längsgerichtete Ausdehn-/Zusammenziehschwingung unter Ausnutzung des oben beschriebenen piezoelektrischen Longitudinaleffekts anregen kann, kann die Bandbreite gegenüber einem piezoelektrischen Resonator des Stands der Technik unter Ausnutzung des piezoelektrischen Transversaleffekts vergrößert werden. Zudem weist der piezoelektrische Resonator unter Ausnutzung des Longitudinaleffekts einen Laminataufbau auf und kann daher so ausgebildet werden, dass er verschiedene elektrostatische Kapazitäten aufweist. Weiterhin kann der piezoelektrische Resonator unter Ausnutzung des piezoelektrischen Longitudinaleffekts verglichen mit dem piezoelektrischen Resonator unter Ausnutzung des piezoelektrischen Transversaleffekts verkleinert werden.

Die Größe des piezoelektrischen Resonators unter Ausnutzung des piezoelektrischen Longitudinaleffekts kann verglichen mit dem piezoelektrischen Resonator unter Ausnutzung des piezoelektrischen Transversaleffekts wie oben beschrieben verringert werden. Jedoch hängt die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Bauelements von dessen Länge ab. Somit muss zum Verwirklichen eines piezoelektrischen Bauelements mit einer gewünschten Resonanzfrequenz das Bauelement mit einer vorbestimmten Länge festgelegt werden. Demgemäss kann die Länge des Bauelements nicht weiter verringert werden. D. h. bei dem piezoelektrischen Resonator unter Ausnutzung der längsgerichteten Ausdehn-/Zusammenziehschwingung aufgrund des piezoelektrischen Longitudinaleffekts kann die Größe nicht weiter verringert werden.

ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Demgemäss besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik zu lösen und ein piezoelektrisches Bauelement zur Hand zu geben, bei dem die Länge einer Hälfte des Bereichs, der parallel zur Längsrichtung seines säulenförmigen Elements ist, geändert werden kann und die Länge noch weiter verringert werden kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben zur Hand zu geben.

Nach einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein piezoelektrisches Bauelement zur Hand gegeben, welches ein laminiertes piezoelektrisches Bauelement ist, das Folgendes umfasst: ein piezoelektrisches Element mit einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche, die an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnet sind, mit einer oberen Fläche und einer unteren Fläche, die sich jeweils zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche erstrecken, und einer ersten Seitenfläche und einer zweiten Seitenfläche; sowie mehrere sich orthogonal zur Längsrichtung in dem piezoelektrischen Element erstreckende Innenelektroden, die so angeordnet sind, dass sie einander über piezoelektrische Schichten in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements jeweils gegenüber liegen, wodurch das Bauelement so angesprochen werden kann, dass es die Biegeschwingung unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts anregt, bei welcher das piezoelektrische Element orthogonal zur Längsrichtung desselben gebogen wird.

Bei dem piezoelektrischen Bauelement nach der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird die Biegeschwingung orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements durch Verwenden eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts angeregt.

In dieser Patentbeschreibung versteht sich, dass das piezoelektrische Bauelement neben piezoelektrischen Resonatorbauelementen, wie einem piezoelektrischen Resonator, einem piezoelektrischen Filter usw., einen piezoelektrischen Aktuator oder dergleichen beinhaltet.

Wie vorstehend beschrieben wird das piezoelektrische Bauelement nach der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung so angesprochen, dass es die Biegeschwingung orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements unter Ausnutzung des piezoelektrischen Longitudinaleffekts anregt. Bei Verwendung des piezoelektrischen Bauelements als Resonanzbauelement kann somit die Bandbreite vergrößert werden. Zudem kann die elektrostatische Kapazität in einem breiten Bereich desselben verwirklicht werden und es kann auch die Länge des Bauelements noch weiter verringert werden. Bei Verwenden des piezoelektrischen Bauelements als piezoelektrischer Aktuator kann auch die Länge des Bauelements verringert werden.

Nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird ein piezoelektrisches Bauelement vorgesehen, welches ein bimorphes piezoelektrisches Bauelement ist, das Folgendes umfasst: ein piezoelektrisches Element mit einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche, die an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnet sind, mit einer oberen Fläche und einer unteren Fläche, die sich jeweils zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche erstrecken, und einer ersten Seitenfläche und einer zweiten Seitenfläche; sowie mehrere erste Innenelektroden und mehrere sich orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements erstreckende zweite Innenelektroden, die sich über piezoelektrische Schichten in der Längsrichtung jeweils überlappen und abwechselnd in der Längsrichtung angeordnet sind, wobei jede der ersten Innenelektroden eine erste Teilinnenelektrode und eine zweite Teilinnenelektrode aufweist, die orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements geteilt sind, wobei das piezoelektrische Element einen auf der Seite ersten Seitenfläche oder auf der Seite der oberen Fläche liegenden ersten piezoelektrischen Bereich und einen auf der Seite der zweiten Seitenfläche oder auf der Seite der unteren Fläche bezogen auf die Mitte der Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements liegenden Bereich aufweist, wobei die ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche so konfiguriert sind, dass die das Ausdehnen und Zusammenziehen anregenden Kräfte 180° zueinander phasenverschoben unter Ausnutzung des Longitudinaleffekts erzeugt werden, wodurch die Biegeschwingung, in welcher das gesamte in Längsrichtung verlaufende piezoelektrische Element orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements gebogen wird.

Vorzugsweise werden in Längsrichtung angrenzende piezoelektrische Schichten des piezoelektrischen Elements in der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements und in unterschiedlichen Polarisationsrichtungen polarisiert, der erste piezoelektrische Bereich und der zweite piezoelektrische Bereich werden in der gleichen Polarisationsrichtung in jeder der piezoelektrischen Schichten polarisiert und es werden an dem ersten piezoelektrischen Bereich und dem zweiten piezoelektrischen Bereich elektrische Felder in unterschiedlichen elektrischen Feldrichtungen angelegt.

Noch bevorzugter umfasst das Bauelement weiterhin erste und zweite Außenelektroden, die an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements so ausgebildet sind, dass sie mit den ersten und zweiten Teilinnenelektroden elektrisch verbunden sind.

Ferner werden auch die ersten und zweiten Außenelektroden bevorzugt an der oberen Fläche oder der unteren Fläche des piezoelektrischen Elements ausgebildet.

Noch bevorzugter umfasst das Bauelement weiterhin eine zwischen den ersten und zweiten Außenelektroden ausgebildete Nut.

Noch bevorzugter werden der erste piezoelektrische Bereich und der zweite piezoelektrische Bereich jeder piezoelektrischen Schicht in entgegengesetzten Polarisationsrichtungen in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements polarisiert und die entsprechenden piezoelektrischen Bereiche der piezoelektrischen Schichten des piezoelektrischen Elements, die in Längsrichtung desselben angrenzen, werden in den entgegengesetzten Polarisationsrichtungen polarisiert, wodurch an dem ersten piezoelektrischen Bereich und dem zweiten piezoelektrischen Bereich jeder piezoelektrischen Schicht elektrische Felder in der gleichen Richtung angelegt werden.

Vorzugsweise umfasst das Bauelement weiterhin eine an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements so ausgebildete erste Außenelektrode, dass sie mit den ersten Innenelektroden elektrisch verbunden ist, sowie eine an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements so ausgebildete zweite Innenelektrode, dass sie mit den zweiten Innenelektroden elektrisch verbunden ist.

Vorzugsweise weist jede der ersten und zweiten Innenelektroden eine erste Teilinnenelektrode, die in dem ersten piezoelektrischen Bereich angeordnet ist, und eine zweite Teilinnenelektrode, die in dem zweiten piezoelektrischen Bereich angeordnet ist, auf, wobei die ersten und zweiten Teilinnenelektroden mit einander elektrisch verbunden sind. Die elektrische Leitung der ersten und zweiten Teilinnenelektroden kann durch Verwendung einer an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements ausgebildeten Außenelektrode oder Außenrelaiselektrode verwirklicht werden.

Nach einer dritten erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird ein piezoelektrisches Bauelement vorgesehen, welches ein unimorphes piezoelektrisches Bauelement ist, das Folgendes aufweist: ein piezoelektrisches Element mit einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche, die an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnet sind, mit einer oberen Fläche und einer unteren Fläche, die sich jeweils zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche erstrecken, und einer ersten Seitenfläche und einer zweiten Seitenfläche; sowie mehrere erste Innenelektroden und mehrere orthogonal zur Längsrichtung in dem piezoelektrischen Element angeordnete zweite Innenelektroden, die so angeordnet sind, dass sie sich über piezoelektrische Schichten in der Längsrichtung jeweils überlappen, wobei diejenigen der piezoelektrischen Schichten, die in der Längsrichtung angrenzen, in entgegengesetzten Polarisationsrichtungen polarisiert werden, die erste Innenelektrode und die zweite Innenelektrode so ausgebildet sind, dass sie an der Seite der Seitenfläche, der Seite der oberen Fläche oder an der Seite der unteren Fläche ungleichmäßig verteilt sind, der piezoelektrische Bereich darin so konfigurierte erste und zweite Innenelektroden aufweist, dass er das Ausdehnen und Zusammenziehen anregende Kräfte in Längsrichtung unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts erzeugt, wodurch die Biegeschwingung, in welcher das gesamte in Längsrichtung verlaufende piezoelektrische Element orthogonal zur Längsrichtung desselben gebogen wird, angeregt wird.

Vorzugsweise werden das piezoelektrische Element und mehrere in dem piezoelektrischen Element ausgebildete Innenelektroden durch ein gemeinsames Keramikbrennverfahren erhalten. D. h. es werden vorzugsweise mehrere der Innenelektroden und das piezoelektrische Element gemeinsam gebrannt.

Vorzugsweise umfasst das Bauelement weiterhin eine inaktive Schicht, an welcher beim Anregen kein elektrisches Feld angelegt wird, die in mindestens einem Ende in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements angeordnet ist.

Vorzugsweise umfasst das Bauelement weiterhin einen in der Nähe eines Schwingungsknotens der Biegeschwingung des piezoelektrischen Elements angebrachten und an dem piezoelektrischen Element befestigten Halteteil.

Vorzugsweise ist der Halteteil ferner in der Nähe eines Schwingungsknotens in der durch den Schwingungsknoten des piezoelektrischen Elements gehenden Richtung und orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements angeordnet.

Ein erfindungsgemäßes piezoelektrisches Bauelement kann für unterschiedliche Arten von piezoelektrischen Resonatorteilen verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Abzweigfilter vorgesehen, welcher Folgendes umfasst: ein Substrat sowie mehrere der in einem der Ansprüche 1 bis 12 aufgezeigten piezoelektrischen Bauelemente, wobei mehrere der piezoelektrischen Bauelemente so elektrisch verbunden werden, dass eine abzweigungsartige Schaltungsanordnung gebildet wird.

Nach einer vierten erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Bauelements vorgesehen, welches folgende Schritte umfasst: Erzeugen eines laminierten piezoelektrischen Elements, welches eine erste Endfläche und eine zweite Endfläche, die an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnet sind, eine obere Fläche und eine untere Fläche, die sich jeweils zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche erstrecken, und eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche aufweist und sich orthogonal zur Längsrichtung erstreckende und darin eingebettete mehrere erste Innenelektroden und mehrere zweite Innenelektroden enthält, wobei jede erste Innenelektrode eine erste Teilinnenelektrode und eine zweite Teilinnenelektrode umfasst; Anlegen einer Gleichspannung über die erste und zweite Teilinnenelektrode und die zweite Innenelektrode des laminierten piezoelektrischen Elements, so dass diejenigen der piezoelektrischen Schichten, die in der Längsrichtung angrenzen, in den entgegengesetzten Polarisationsrichtungen über die Innenelektroden polarisiert werden und das Innere jeder piezoelektrischen Schicht in der gleichen Polarisationsrichtung polarisiert wird; Ausbilden einer mit der ersten Innenelektrode elektrisch verbundenen ersten Außenelektrode und einer mit der zweiten Innenelektrode elektrisch verbundenen zweiten Außenelektrode an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements.

Nach einer fünften erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Bauelements vorgesehen, welches folgende Schritte umfasst: Erzeugen eines laminierten piezoelektrischen Elements, welches eine erste Endfläche und eine zweite Endfläche, die an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnet sind, eine obere Fläche und eine untere Fläche, die sich jeweils zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche erstrecken, und eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche aufweist und mehrere erste Innenelektroden und mehrere zweite Innenelektroden enthält, die abwechselnd so angeordnet sind, dass sie einander über die piezoelektrischen Schichten in der Längsrichtung jeweils überlappen, wobei mindestens eine jeder ersten Innenelektrode und jeder zweiten Innenelektrode erste und zweite Teilinnenelektroden aufweist, die orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements geteilt sind; Polarisieren des laminierten piezoelektrischen Elements in solcher Weise, dass ein an der Seite der ersten Seitenfläche oder an der Seite der oberen Fläche liegender erster piezoelektrischer Bereich und ein an der Seite der zweiten Seitenfläche oder an der Seite der unteren Fläche liegender zweiter piezoelektrischer Bereich entgegengesetzte Polarisationsrichtungen in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements aufweisen und zudem diejenigen der piezoelektrischen Bereiche, die in der Längsrichtung angrenzen, die entgegengesetzten Polarisationsrichtungen in der Längsrichtung aufweisen; sowie Bilden einer mit der ersten Innenelektrode elektrisch verbundenen ersten Außenelektrode und einer mit der zweiten Innenelektrode elektrisch verbundenen zweiten Außenelektrode an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements.

Vorzugswiese umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Ausbildens einer Außenrelaiselektrode für das elektrische Verbinden der ersten und zweiten Teilinnenelektroden mit einander an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Bauelements nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung;

Fig. 2A ist eine transversale Querschnittansicht des Teils des piezoelektrischen Bauelements der ersten Ausführung, in welchem eine erste Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 2B ist eine transversale Querschnittansicht des Teils des piezoelektrischen Bauelements, in welchem eine zweite Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht, welche das Prinzip des piezoelektrischen Bauelements der ersten Ausführung veranschaulicht;

Fig. 4A ist eine transversale Querschnittansicht des Teils einer Abwandlung der ersten Ausführung, in welchem eine erste Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 4B ist eine transversale Querschnittansicht des Teils der Abwandlung, in welchem eine zweite Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 5A ist eine transversale Querschnittansicht des Teils einer weiteren Abwandlung der ersten Ausführung, in welchem eine erste Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 5B ist eine transversale Querschnittansicht des Teils der Abwandlung, in welchem eine zweite Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 6 ist eine explodierte perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Bauelements der ersten Ausführung, welche den Aufbau desselben für das Montieren auf einem Substrat zeigt;

Fig. 7A ist eine Seitenansicht des in Fig. 6 gezeigten, mit Halteteilen versehenen piezoelektrischen Bauelements;

Fig. 7B ist eine Bodenansicht des in Fig. 6 gezeigten piezoelektrischen Bauelements;

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, welche die Außenmaße des piezoelektrischen Bauelements der ersten Ausführung und einen Spalt G zwischen den ersten und zweiten piezoelektrischen Bereichen desselben veranschaulicht;

Fig. 9 ist eine Kurve, welche eine Beziehung zwischen dem Verhältnis G/W, wobei G ein Spalt in dem piezoelektrischen Bauelement von Fig. 8 und W eine Breite des piezoelektrischen Bauelements ist, und einer spezifischen Bandbreite df/dr zeigt;

Fig. 10 ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche eine Beziehung zwischen den an beiden Enden des piezoelektrischen Bauelements von Fig. 1 vorgesehenen inaktiven Schichten und der Größe des piezoelektrischen Bauelements zeigt;

Fig. 11 ist eine Kurve, welche eine Beziehung zwischen dem Verhältnis der aktiven Schicht, d. h. dem Erregerbereich ausschließlich der inaktiven Schichten an beiden Enden des piezoelektrischen Elements des piezoelektrischen Bauelements von Fig. 10 zeigt;

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Erscheinungsbild eines piezoelektrischen Bauelements nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt;

Fig. 13A ist eine transversale Querschnittansicht des Teils des piezoelektrischen Elements der zweiten Ausführung, in welchem eine erste Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 13B ist eine transversale Querschnittansicht des Teils des piezoelektrischen Elements der zweiten Ausführung, in welchem eine zweite Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 14 ist eine Bodenansicht eines piezoelektrischen Bauelements der zweiten Ausführung;

Fig. 15 ist eine schematische Draufsicht, welche das Prinzip des piezoelektrischen Bauelements der zweiten Ausführung veranschaulicht;

Fig. 16A ist eine transversale Querschnittansicht des Teils einer Abwandlung des piezoelektrischen Bauelements der zweiten Ausführung, in welchem eine erste Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 16B ist eine transversale Querschnittansicht des Teils der Abwandlung des piezoelektrischen Elements der zweiten Ausführung, in welchem eine zweite Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 17A ist eine transversale Querschnittansicht des Teils einer weiteren Abwandlung des piezoelektrischen Elements der zweiten Ausführung, in welchem eine erste Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 17B ist eine transversale Querschnittansicht des Teils der Abwandlung des piezoelektrischen Elements der zweiten Ausführung, in welchem eine zweite Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Erscheinungsbild eines piezoelektrischen Bauelements nach einer dritten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt;

Fig. 19 ist eine transversale Querschnittansicht einer in der dritten Ausführung verwendeten ersten Innenelektrode zeigt;

Fig. 20A ist eine transversale Querschnittansicht des Teils einer Abwandlung des piezoelektrischen Bauelements der dritten Ausführung, in welchem eine erste Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 20B ist eine transversale Querschnittansicht des Teils der Abwandlung des piezoelektrischen Elements der zweiten Ausführung, in welchem eine zweite Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 21A ist eine transversale Querschnittansicht des Teils einer weiteren Abwandlung des piezoelektrischen Bauelements der dritten Ausführung, in welchem eine erste Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 21B ist eine transversale Querschnittansicht des Teils der Abwandlung des piezoelektrischen Elements der dritten Ausführung, in welchem eine zweite Innenelektrode ausgebildet ist;

Fig. 22 zeigt eine Schaltungsanordnung eines Abzweigfilters.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Im Folgenden geht die vorliegende Erfindung aus der Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungen unter Bezug auf die Zeichnungen hervor.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Bauelements nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung. Ein piezoelektrisches Bauelement 1 ist ein bimorpher piezoelektrischer Resonator, welcher dazu eingesetzt werden kann, einen Biegeschwingungsmodus anzuregen, in welchem das Bauelement 1 orthogonal zur Längsrichtung desselben unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts gebogen wird.

Das piezoelektrische Bauelement 1 enthält ein piezoelektrisches Element 2. Für das piezoelektrische Element 2 wird eine geeignete piezoelektrische Keramik, beispielsweise Bleititanatzirkonat-Keramik, verwendet. Das piezoelektrische Element 2 ist in einer Richtung länger, d. h. weist eine im Wesentlichen parallelepipede Form auf. Somit sind die ersten und zweiten Endflächen 2a und 2b an beiden der Enden in der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 angeordnet, wobei sie sich orthogonal zu der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 erstrecken. Ferner weist das piezoelektrische Element 2 eine obere Fläche 2c, eine untere Fläche 2d, eine erste Seitenfläche 2e und eine zweite Seitenfläche 2f auf.

An der oberen Fläche 2c ist eine Nut 2g so ausgebildet, dass sie in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 verläuft. Die Nut 2g ist in dem mittleren Teil in Breitenrichtung der oberen Fläche 2c so ausgebildet, dass sie in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 verläuft.

Ein Teil des piezoelektrischen Bauelements 1, welcher unter der Nut 2g liegt, bildet einen mittleren inaktiven Bereich 2h, wie später unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben wird. Erste und zweite piezoelektrische Bereiche 2i und 2j sind an beiden Seiten des mittleren inaktiven Bereichs ausgebildet. Der erste piezoelektrische Bereich 2i ist ein Teil des piezoelektrischen Bauelements, der zwischen dem mittleren inaktiven Bereich 2h und der ersten Seitenfläche 2e liegt. Der zweite piezoelektrische Bereich 2j ist ein Teil des piezoelektrischen Bauelements 1 zwischen dem mittleren inaktiven Bereich 2h und der zweiten Seitenfläche 2f.

Das piezoelektrische Bauelement 1 dieser Ausführung ist ein bimorphes piezoelektrisches Schwingungsbauelement, bei welchem um 180° phasenverschobene Ausdehn-/Zusammenzieh-Erregerkräfte in den ersten und zweiten piezoelektrischen Bereichen 2i und 2j erzeugt werden und wodurch die Biegeschwingung angeregt wird, wobei das gesamte in der Längsrichtung verlaufende piezoelektrische Element 2 orthogonal zur Längsrichtung desselben gebogen wird.

In dem piezoelektrischen Element 2 sind mehrere erste Innenelektroden 3 und mehrere zweite Innenelektroden 4 ausgebildet, die sich orthogonal zur Längsrichtung des Elements 2 erstrecken, wie in Fig. 1 gezeigt wird.

Die ersten und zweiten Innenelektroden 3 und 4 sind abwechselnd in Längsrichtung angeordnet. Jede der ersten Innenelektroden 3 umfasst eine erste Teilinnenelektrode 3a und eine zweite Teilinnenelektrode 3b, wie in Fig. 2A gezeigt. D. h. die erste Innenelektrode 3 ist in die erste und zweite Teilinnenelektrode 3a und 3b bezogen auf die Mitte in Breitenrichtung eines orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 vorgenommenen Querschnitts unterteilt. Zwischen den ersten und zweiten Teilinnenelektroden 3a und 3b ist ein Spalt ausgebildet.

Die erste Teilinnenelektrode 3a ist so ausgebildet, dass sie sich zur oberen Fläche 2c, der ersten Seitenfläche 2e und der unteren Fläche 2d des piezoelektrischen Elements 2 erstreckt. Die zweite Teilelektrode 3b ist so ausgebildet, dass sie sich zur oberen Fläche 2c, der zweiten Seitenfläche 2f und der unteren Fläche 2d erstreckt.

Jede zweite Innenelektrode 4 ist dagegen so ausgebildet, dass sie sich von der ersten Seitenfläche 2e zur zweiten Seitenfläche 2f erstreckt, wie in Fig. 2B gezeigt. Die zweite Innenelektrode 4 weist eine Einkerbung 4a auf, welche in Breitenrichtung des Elements 2 in der Mitte ausgebildet ist und sich nach unten öffnet. Ferner ist die zweite Innenelektrode 4 so ausgebildet, dass sie sich nicht zur oberen Fläche 2e erstreckt. Die zweite Innenelektrode 4 ist so ausgebildet, dass sie sich zu den ersten und zweiten Seitenflächen 2e und 2f und zur unteren Fläche 2d erstreckt.

Die ersten Innenelektroden 3 und die zweiten Innenelektroden 4 überlappen einander jeweils über piezoelektrische Schichten in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2.

In dieser Ausführung ist die Breite des Spalts 3c so festgelegt, dass sie im Wesentlichen gleich der Breite der Einkerbung 4c ist. Daher überlappen die ersten und zweiten Teilinnenelektroden 3a und 3b die zweite Innenelektrode 4 über die piezoelektrische Schicht. Weiterhin bildet der Teil des piezoelektrischen Elements 2, in welchem die Spalte 3d und die Einkerbungen 45 einander überlappen, den oben beschriebenen mittleren inaktiven Bereich. Es sollte beachtet werden, dass die Einkerbung 4a nicht unbedingt ausgebildet werden muss.

Die zwischen den ersten und zweiten Innenelektroden 3 und 4 ausgebildeten piezoelektrischen Schichten sind jeweils polarisiert. Die in der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 angrenzenden piezoelektrischen Schichten sind in den entgegengesetzten Polarisationsrichtungen polarisiert, wie in der schematischen Draufsicht in Fig. 3 gezeigt. Die piezoelektrischen Schichten 2m und 2n sind zum Beispiel an beiden Seiten der zweiten Innenelektrode 4 in dem in der Draufsicht von Fig. 3 schematisch gezeigten Aufbau angeordnet. Die piezoelektrische Schicht 2m ist in einer Polarisationsrichtung P polarisiert. Die piezoelektrische Schicht 2m ist in der durch -P bezeichneten Polarisationsrichtung polarisiert.

Bezüglich der piezoelektrischen Schicht 2m als Beispiel sind sowohl der erste piezoelektrische Bereich 2i als auch der zweite piezoelektrische Bereich in der piezoelektrischen Schicht 2m in der durch den Pfeil P angezeigten Polarisationsrichtung polarisiert, nämlich in der gleichen Polarisationsrichtung in der piezoelektrischen Schicht 2m.

Die in Längsrichtung der zwischen den ersten Innenelektroden 3 und den zweiten Innenelektroden 4 sandwichartig geschichteten piezoelektrischen Schichten angrenzenden Bereiche sind in den entgegengesetzten Polarisationsrichtungen polarisiert.

Es werden zum Beispiel die folgenden Herstellverfahren eingesetzt, damit der oben beschriebene Polarisationsaufbau für das piezoelektrische Element 2 ermöglicht wird. Insbesondere wird zuerst eine ungesinterte Keramikplatte als ein eine piezoelektrische Keramik, beispielsweise Bleititanatzirkonat-Keramik, enthaltender Träger erzeugt. Als Nächstes werden mehrere der ersten Innenelektroden 3 auf die ungesinterte Keramikplatte als Träger aufgedruckt. Mehrere der zweiten Innenelektroden 4 werden auf eine andere ungesinterte Keramikplatte als Träger aufgedruckt. Somit werden erste und zweite ungesinterte Keramikplatten als Träger laminiert. Ferner werden eine geeignete Anzahl der nichtbedruckten ungesinterten Keramikplatten als Träger auf die äußersten Seiten in Laminierrichtung laminiert.

Das wie oben beschrieben erhaltene Laminat als Träger wird so in Dickenrichtung geschnitten, dass die den einzelnen piezoelektrischen Bauelementen entsprechenden Laminate erhalten werden. Jedes der erhaltenen Laminate wird gebrannt, um ein einstückig gebranntes piezoelektrisches Laminat-Element zu erzeugen.

Dann wird der Teil jeder Innenelektrode 3, der an der unteren Fläche des laminierten piezoelektrischen Laminat-Elements freiliegt, mit Isolierpaste oder dergleichen überzogen. In diesem Zustand werden Elektroden für die Polarisation an den oberen und unteren Flächen des piezoelektrischen Elements jeweils ausgebildet. Die zwischen den Innenelektroden 3 und 4 sandwichartig geschichteten Schichten des piezoelektrischen Elements werden durch Anlegen einer Gleichspannung über den an den oberen und unteren Flächen ausgebildeten Polarisationselektroden polarisiert. Dann wird die oben beschriebene Nut 2g in der oberen Fläche des piezoelektrischen Elements 2 ausgebildet. Die Polarisationselektrode wird von der unteren Fläche des piezoelektrischen Elements 2 entfernt. Dadurch wird das piezoelektrische Bauelement 1 erhalten. Zum Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen der an der unteren Fläche des piezoelektrischen Elements 2 ausgebildeten Polarisationselektrode und der ersten Innenelektrode 3 wird die oben beschriebene Isolierpaste nicht unbedingt verwendet. D. h. die Teilinnenelektroden 3a und 3b werden so ausgebildet, dass zwischen der unteren Fläche 2d und den Teilinnenelektroden 3a und 3b Spalte ausgebildet sind, wodurch das untere Ende der Innenelektrode 3 sich nicht zur unteren Fläche 2d erstreckt.

Durch die Bildung der Nut 2g wird die an der oberen Fläche ausgebildete Polarisationselektrode geteilt. Dadurch werden die ersten und zweiten Außenelektroden 6 und 7 gebildet, wie in Fig. 1 gezeigt wird.

Ferner werden bezüglich der Polarisation nur die Teile des piezoelektrischen Elements 2, die jeweils zwischen den Innenelektroden 3 und 4 sandwichartig geschichtet sind, polarisiert und die Teile des piezoelektrischen Elements 2, die an der äußeren Seite in Längsrichtung der sandwichartig geschichteten Teile desselben liegen, werden nicht polarisiert.

Die Elektrodenmaterialien für die Innenelektroden 3 und 4 und die Außenelektroden 6 und 7 unterliegen keiner besonderen Beschränkung. Die Innenelektroden 3 und 4 können zum Beispiel durch Drucken einer elektrisch leitenden Paste, beispielsweise einer Ag-Paste oder ähnliches, und deren Wärmebehandeln während des Ausführens des Brennens gebildet werden. Die Außenelektroden 6 und 7 können durch Dünnschichtausbildungsverfahren, beispielsweise Galvanisieren, Sputtern oder dergleichen, ausgebildet werden.

Wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, werden mehrere der piezoelektrischen Schichten, die jeweils zwischen den Innenelektroden 3 und 4 sandwichartig geschichtet sind, in Längsrichtung ausgebildet. Die ersten und zweiten inaktiven Schichten 9 und 10 werden an beiden Enden in Längsrichtung des Teils des piezoelektrischen Elements ausgebildet, in welchem sich die ersten und zweiten Innenelektroden 3 und 4 überlappen. Die ersten und zweiten inaktiven Schichten 9 und 10 sind nicht zwischen den ersten und zweiten Innenelektroden 3 und 4 sandwichartig geschichtet, wie in dem oben beschriebenen Herstellverfahren der Fall. Dadurch sind die inaktiven Schichten 9 und 10 nicht Teile des piezoelektrischen Elements, die positiv angeregt werden, wenn das Element zum Schwingen gebracht wird. Ferner wird, wie oben beschrieben, der inaktive mittlere Teil 2h, in welchem sich die ersten und zweiten Innenelektroden 3 und 4 nicht überlappen, in der Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements 2 in dem mittleren Teil ausgebildet.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des piezoelektrischen Bauelements 1 beschrieben. Zum Anregen wird eine Wechselspannung über den ersten und zweiten Außenelektroden 6 und 7 angelegt. Dadurch werden elektrische Felder mit umgekehrter Polarität an den in Längsrichtung angrenzenden piezoelektrischen Schichten, zum Beispiel an den piezoelektrischen Schichten 2m und 2n angelegt, wie durch die Pfeile F und -F angezeigt. Die piezoelektrischen Schichten 2m und 2n werden in den entgegengesetzten Polarisationsrichtungen in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 polarisiert. Somit findet das Ausdehnen und Zusammenziehen der jeweiligen piezoelektrischen Schichten in dem piezoelektrischen Bereich 2i bezüglich der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 in gleicher Richtung statt.

Unter Bezug auf den zweiten piezoelektrischen Bereich 2j werden, wie in den piezoelektrischen Schichten 2m und 2n typisch ersichtlich ist, elektrische Felder mit umgekehrten Polaritäten an den piezoelektrischen Schichten 2m und 2n angelegt, die in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 angrenzen.

Demgemäss werden die ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche 2i und 2j zueinander um 180° phasenverschoben zum Schwingen gebracht.

Dadurch dehnen sich die ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche 2i und 2j zueinander um 180° phasenverschoben in Längsrichtung aus und ziehen sich zusammen. Daher wird das piezoelektrische Element 2 als Ganzes zum Schwingen gebracht, wobei es wiederholt die durch die gestrichelte Linie A angezeigte Haltung und dann die Haltung, die gegenüber der durch die Strichlinie A angezeigten Haltung in die entgegengesetzte Richtung gebogen ist, einnimmt. D. h. das piezoelektrische Element 2 wird in dem Biegeschwingungsmodus zum Schwingen gebracht, in welchem das Element 2 orthogonal zur Längsrichtung desselben gebogen ist.

Die an beiden Seiten in der Breitenrichtung des mittleren inaktiven Bereichs 2h in dem piezoelektrischen Bauelement 1 angeordneten ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche 2i und 2j werden mit anderen Worten um 180° zueinander phasenverschoben zum Schwingen gebracht. D. h. es wird ein bimorphes piezoelektrisches Schwingungsbauelement gebildet. Wie vorstehend beschrieben kann das piezoelektrische Bauelement 1 so angesprochen werden, dass es den Biegeschwingungsmodus aufgrund seines piezoelektrischen Longitudinaleffekts, in welchem das Bauelement 1 orthogonal zur Längsrichtung desselben gebogen ist, anregt.

Der oben beschriebene mittlere inaktive Bereich 2h ist nicht zwingend. Zum Erzeugen der Polarisationsstrukturen in dem ersten Erregerbereich 2i und dem zweiten Erregerbereich 2j ist es jedoch erforderlich, Spalte in den ersten Innenelektroden 3 auszubilden, wie bei dem oben beschriebenen Herstellverfahren hervorgeht. Dadurch wird der mittlere inaktive Bereich 2h gebildet. Es ist wünschenswert, den mittleren inaktiven Bereich 2h vorzusehen, da in den entgegengesetzten Richtungen in den Grenzflächen zwischen den ersten und zweiten piezoelektrischen Bereichen 2i und 2j erzeugte Spannungen absorbiert werden können.

Die Größe des mittleren inaktiven Bereichs 2h in Breitenrichtung kann entsprechend gewählt werden, vorausgesetzt, dass die oben beschriebene spannungsabbauende Wirkung verwirklicht werden kann.

Weiterhin enthält das piezoelektrische Bauelement 1 in seiner Längsrichtung an beiden Enden die inaktiven Schichten 9 und 10. Die inaktiven Schichten 9 und 10 sind nicht polarisiert und es werden bei Einsatz des Bauelements 1 keine elektrischen Felder daran angelegt. Dadurch sind die inaktiven Schichten 9 und 10 piezoelektrisch inaktiv.

Die oben beschriebenen inaktiven Schichten 9 und 10 sind nicht zwingend. Es ist jedoch bevorzugt, die inaktiven Schichten 9 und 10 an beiden Enden des Bauelements 1 anzubringen. Wie in Fig. 3 schematisch gezeigt wird, wird zum Beispiel bei Einsatz des Bauelements 1 der erste piezoelektrische Bereich 2i zusammengezogen, während der zweite piezoelektrische Bereich 2j ausgedehnt wird, und dann wird der Bereich 2i ausgedehnt, während der Bereich 2j zusammengezogen wird. Diese Bewegung wird wiederholt. Wenn die oben beschriebenen Schwingungshaltungen verwirklicht werden, haben in diesem Fall der mittlere Teil in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 und die Teile an beiden Enden in Längsrichtung desselben unterschiedliche Spannungen. D. h. wenn die Enden des piezoelektrischen Elements 2 aufgrund des piezoelektrischen Longitudinaleffekts nicht positiv erregt werden, können die durch die gestrichelte Linie A gezeigte Schwingungshaltung und die umgekehrte Haltung ohne Halten verwirklicht werden. Somit ist das Vorsehen der inaktiven Schichten 9 und 10 bevorzugt.

Die Größe der inaktiven Schichten 9 und 10 in Längsrichtung wird später unter Bezug auf die Versuchsbeispiele beschrieben.

Bei dem piezoelektrischen Bauelement 1 dieser Ausführung wird die orthogonal zur Längsrichtung des Bauelements 1 ausgeführte Biegeschwingung verwendet. Dadurch kann das piezoelektrische Bauelement 1 gegenüber einem piezoelektrischen Resonator unter Verwendung der radialen Schwingung oder längs ausdehnenden/zusammenziehenden Schwingung des Stands der Technik verkleinert werden. Bei der radialen Schwingung hängt die Resonanzfrequenz vom Durchmesser einer piezoelektrischen Platte ab und bei der sich längs ausdehnenden/zusammenziehenden Schwingung hängt die Resonanzfrequenz von der Länge eines piezoelektrischen Elements ab. Bei dem piezoelektrischen Bauelement 1 dieser Ausführung ist die Resonanzfrequenz proportional zum Verhältnis der (Breite des piezoelektrischen Elements) zur (Länge desselben). Daher können die Maße in der Breiten- und Längsrichtung des Bauelements 1 verringert werden, wobei das Verhältnis bei einem konstanten Wert gehalten wird. D. h. in dem Fall, da ein piezoelektrischer Resonator mit einer gewünschten Frequenz erzeugt wird, kann die Größe des piezoelektrischen Resonators verglichen mit einem piezoelektrischen Resonator des Stands der Technik stärker verringert werden. Es wurde von den Erfindern dieser Patentanmeldung experimentell bestätigt, dass zum Beispiel zum Erhalten einer Resonanzfrequenz von 450 kHz mit dem piezoelektrischen Bauelement 1 dieser Ausführung die Länge des piezoelektrischen Elements 2 1,8 mm betragen muss und seine Breite 0,5 mm betragen muss, während zum Erhalten einer Resonanzfrequenz von 450 kHz bei einem piezoelektrischen Resonator des Stands der Technik unter Ausnutzung der Ausdehn-/Zusammenziehschwingung, der aus dem gleichen Material wie das piezoelektrische Bauelement 1 dieser Ausführung gefertigt ist, die Länge des piezoelektrischen Elements 2 4,0 mm betragen muss.

Bei dieser Ausführung ist ersichtlich, dass der piezoelektrische Resonator verkleinert werden kann.

Weiterhin weist das piezoelektrische Bauelement 1 dieser Ausführung, welches den piezoelektrischen Longitudinaleffekt ausnützt, eine größere Bandbreite als ein piezoelektrischer Resonator des Stands der Technik unter Ausnutzung eines piezoelektrischen transversalen Effekts auf. Ein bimorpher piezoelektrischer Resonator unter Ausnutzung des piezoelektrischen transversalen Effekts kann ebenfalls verkleinert werden. In dieser Ausführung ist der Polarisationsaufbau so ausgelegt, dass der piezoelektrische Longitudinaleffekt ausgenützt werden kann. Demgemäss kann die Größe des piezoelektrischen Bauelements 1 nicht nur verringert, sondern auch die Bandbreite mühelos vergrößert werden.

Das piezoelektrische Bauelement 1 dieser Ausführung weist einen Laminataufbau auf, bei welchem mehrere der Innenelektroden 3 und 4 und der piezoelektrischen Schichten miteinander laminiert sind. Die Konstruktionsflexibilität für die elektrostatische Kapazität ist hoch.

Weiterhin kann die Schwingung in dem Biegemodus, in welchem das piezoelektrische Bauelement 1 orthogonal zur Längsrichtung gebogen ist, aufgrund des Vorhandenseins der inaktiven Schichten 9 und 10 gleichmäßig angeregt werden. Dadurch kann die Bandbreite weiter vergrößert werden.

Bei dem piezoelektrischen Bauelement 1 werden ferner die ersten und zweiten Außenelektroden 6 und 7 an der oberen Fläche 2c des piezoelektrischen Elements 2 ausgebildet. Demgemäss kann das piezoelektrische Bauelement 1 praktischerweise an einem Schaltungssubstrat oder dergleichen durch Verwenden der oberen Fläche 2c des piezoelektrischen Elements 2 angebracht werden. D. h. das piezoelektrische Bauelement 1 kann mühelos an einem Schaltungssubstrat, einem Gehäusesubstrat oder dergleichen angebracht werden, z. B. durch ein Bondsystem mit der Montageseite nach unten.

Des weiteren ist das piezoelektrische Bauelement 1 ein bimorphes piezoelektrisches Bauelement unter Ausnutzung der ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche 2i und 2j. Dadurch kann die Bandbreite des piezoelektrischen Bauelements 1 verglichen mit einem unimorphen piezoelektrischen Bauelement vergrößert werden.

Zudem werden die zweiten Innenelektroden 4 so ausgebildet, dass sie sich nicht zur oberen Fläche 2c des piezoelektrischen Elements 2 erstrecken. Daher ist es nicht erforderlich, die äußere Fläche des piezoelektrischen Elements 2 zur Isolierung der Innenelektroden 4 gegenüber den Außenelektroden 6 und 7, die nicht in Kontakt mit den Innenelektroden 4 geraten dürfen, einem Isolierprozess zu unterwerfen.

Bei dem piezoelektrischen Bauelement 1 dieser Ausführung sind die erste Teilinnenelektrode 3a und die zweite Teilinnenelektrode 3b, welche die erste Innenelektrode 3 bilden, bezüglich der Mitte in Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements 2 geteilt und sind so ausgebildet, dass sie sich jeweils zur oberen Fläche 2c, der unteren Fläche 2d und den ersten und zweiten Seitenflächen 2e und 2f erstrecken. Wie in einer in Fig. 4A gezeigten Abwandlung ersichtlich wird, kann die erste Innenelektrode 13 so ausgebildet werden, dass sie in zwei obere und untere Teile geteilt ist, d. h. erste und zweite Teilinnenelektroden 13a und 13b. In diesem Fall wird die erste Teilinnenelektrode 13a so ausgebildet, dass sie sich zur zweiten Seitenfläche 2f erstreckt, während die zweite Teilinnenelektrode 13b so ausgebildet ist, dass sie sich zu der zweiten Seitenfläche 2e erstreckt. Die ersten und zweiten Außenelektroden 6 und 7 sind jeweils an den Seitenfläche 2f und 2e ausgebildet. In diesem Fall ist, wie in Fig. 4B gezeigt, eine zweite Innenelektrode 14 als gemeinsame Innenelektrode so ausgebildet, dass sie sich nicht zu den Seitenflächen 2e und 2f des piezoelektrischen Elements 2 erstreckt. Die zweite Innenelektrode 14 ist so ausgebildet, dass sie sich zu der oberen Fläche 2c und der unteren Fläche 2d erstreckt. Zur Polarisation können Gleichstromfelder über den an den ersten und zweiten Seitenflächen ausgebildeten Außenelektroden 6 und 7 und der Innenelektrode 14 angelegt werden.

Bei Verwendung des in Fig. 4A und 4B gezeigten Elektrodenaufbaus werden demgemäss die ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche in den oberen und unteren Teilen des piezoelektrischen Elements 2 ausgebildet und ein inaktiver Zwischenbereich wird in der mittleren Position in der Höhenrichtung des piezoelektrischen Elements 2 angeordnet.

Fig. 5A und 5B sind jeweils Querschnittansichten einer weiteren Abwandlung des piezoelektrischen Bauelements der ersten Ausführung. In diesem Fall umfasst eine erste Innenelektrode 23 erste und zweite Teilinnenelektroden 23a und 23b. Die ersten und zweiten Teilinnenelektroden 23a und 23b sind so ausgebildet, dass sie sich jeweils zu der oberen Fläche 2c, der unteren Fläche 2d und den ersten und zweiten Seitenfläche 2e und 2f erstrecken. Ein Spalt 23c ist zwischen den ersten und zweiten Teilinnenelektroden 23a und 23b ausgebildet.

Eine zweite Elektrode 24 ist dagegen als gemeinsame Innenelektrode so ausgebildet, dass sie sich zu den oberen und unteren Flächen des piezoelektrischen Elements 2 erstreckt, aber nicht zu den ersten und zweiten Seitenflächen 2e und 2f erstreckt, wie in Fig. 5B gezeigt. Die ersten und zweiten Außenelektroden 6 und 7 sind jeweils an den Seitenflächen 2e und 2f des piezoelektrischen Elements 2 ausgebildet.

Um die ersten und zweiten Außenelektroden 6 und 7 von der zweiten Innenelektrode 24 elektrisch zu isolieren, werden Isolierschichten 25 und 26 an den Seitenflächen 2e und 2f ausgebildet. Die Isolierschichten 25 und 26 haben eine sich vertikal an den Seitenflächen 2e und 2f des piezoelektrischen Elements 2 erstreckende Riemenform.

Unter Bezug auf die geteilten Formen der ersten und zweiten Teilinnenelektroden der ersten Innenelektrode können die ersten und zweiten Teilinnenelektroden bezüglich der vertikalen oder Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements 2 geteilt werden, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt.

Nachstehend wird nun ein piezoelektrischer Resonatorteil unter Verwendung des oben beschriebenen piezoelektrischen Bauelements 1 unter Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Bei einem in Fig. 6 gezeigten piezoelektrischen Resonatorteil 31 ist das piezoelektrische Bauelement 1 der ersten Ausführung umgedreht und an einem Gehäusesubstrat 32 befestigt. Mit den ersten und zweiten Außenelektroden 6 und 7 (siehe Fig. 1) elektrisch zu verbindende Verbindungselektroden 33 und 34 sind bei einem vorbestimmten Abstand an dem Gehäusesubstrat 32 angeordnet.

In Fig. 7A und 7B gezeigte Halteteile 35 bis 38 sind dagegen an der oberen Fläche 2c des piezoelektrischen Schwingers 2 ausgebildet. Die Halteteile 35 bis 38 mit im Wesentlichen T-förmigen Querschnitten sind in Längsrichtung des piezoelektrischen Schwingers 2 jeweils parallel zu einander angeordnet und bestehen aus einem elektrisch leitenden Harz, das einen Ag-Füllstoff enthält. Die Halteteile 35 und 37 sind an der ersten Außenelektrode 6 angebracht und gebondet, während die Halteteile 36 und 38 mit der zweiten Außenelektrode 7 verbunden und gebondet sind.

Für die Montierung werden die Halteteile 35 und 37 an die Verbindungselektrode 33 mittels eines elektrisch leitenden Bondmaterials, beispielsweise Lot oder dergleichen, gebondet, während die Halteteile 36 und 38 mittels eines elektrisch leitenden Bondmaterials, beispielsweise Lot oder dergleichen, an die Verbindungselektrode 34 gebondet werden.

D. h. das piezoelektrische Bauelement 1 kann mühelos an das Substrat 32 durch Bonden mit der Montageseite nach unten montiert werden.

Die Halteteile 35 bis 38 dienen als Bondelemente zum Bonden des piezoelektrischen Bauelements 1 mit der Montageseite nach unten. D. h. die Halteteile 35 bis 38 verwirklichen beide Funktionen, d. h. die elektrische Verbindung und das mechanische Befestigen des piezoelektrischen Bauelements 1 an dem Gehäusesubstrat 32.

Es ist erforderlich, die Halteteile 35 bis 38 so zu befestigen, dass die Schwingung des piezoelektrischen Bauelements 1 nicht beeinträchtigt wird, wenn das piezoelektrische Bauelement 1 erregt wird. Demgemäss sind in dieser Ausführung die Halteteile 35 bis 38 im Wesentlichen in den Schwingungsknoten angeordnet, die erzeugt werden, wenn die Biegeschwingung angeregt wird, in welcher das piezoelektrische Element 2 orthogonal zur Längsrichtung desselben gebogen wird. Die Schwingungsknoten der Biegeschwingung, in welcher das piezoelektrische Element 2 orthogonal zur Längsrichtung desselben gebogen wird, befinden sich an zwei Positionen des piezoelektrischen Elements 2, die bei einem vorbestimmten Abstand in Längsrichtung in Ebenen liegen, die in Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements 2 durch die Mitte gehen und parallel zur Längsrichtung desselben liegen. Der Abstand der zwei Schwingungsknoten, d. h. des ersten und zweiten Schwingungsknotens, beträgt 0,54 L, wobei L das Maß des piezoelektrischen Elements in Längsrichtung ist.

Demgemäss sind in dieser Ausführung die Halteteile 35 und 36 nahe einem der Schwingungsknoten angeordnet, und die Halteteile 37 und 38 sind nahe dem anderen Schwingungsknoten angeordnet. Die Halteteile 35 bis 38, welche die elektrische Verbindungsfunktion übernehmen, sind jedoch nicht an den Schwingungsknoten angeordnet, sondern in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 in den gleichen Positionen wie die Schwingungsknoten und in der Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements 2 von den Schwingungsknoten etwas nach außen verschoben. D. h. die Halteteile 35 und 36 sind an beiden Seiten in der Breitenrichtung des ersten Schwingungsknoten angeordnet. Die Halteteile 36 und 38 sind an beiden Seiten in der Breitenrichtung des zweiten Schwingungsknoten angeordnet.

Selbst wenn die Halteteile 35 bis 38 nicht exakt an den Schwingungsknoten angeordnet sind, sondern in Breitenrichtung in etwas von den Schwingungsknoten verschobenen Positionen, wie dies vorstehend beschrieben wird, kann das piezoelektrische Bauelement 1 an dem Substrat 32 gehalten werden, wobei es den Längsbiegemodus nicht wesentlich beeinträchtigt, wie in dieser Ausführung ersichtlich ist.

Ferner können Halteelemente allein zum mechanischen Halten des piezoelektrischen Bauelements 1 an dem Gehäusesubstrat 32 an Stelle der Halteteile 35 bis 38 verwendet werden. In diesem Fall können die Halteelemente an den Schwingungsknoten befestigt werden und dadurch kann eine durch die mechanische Halterung verursachte Beeinträchtigung der Längsbiegeschwingung weiter verringert werden. In diesem Fall sind aber zum elektrischen Verbinden der ersten und zweiten Außenelektroden 6 und 7 mit den Verbindungselektroden 33 und 34 auf dem Substrat 32 andere elektrische Verbindungselemente erforderlich. Wie vorstehend beschrieben wird der mittlere inaktive Bereich 2h in dem piezoelektrischen Bauelement 1 dieser Ausführung ausgebildet. Die Bandbreite kann durch Steuern der Größe in Breitenrichtung des mittleren inaktiven Bereichs 2h geändert werden. Dies wird unter Bezug auf ein Versuchsbeispiel beschrieben.

Fig. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Bauelements 1. In diesem Fall werden zum besseren Verständnis die Außenelektroden weggelassen und die inaktiven Schichten an beiden Enden des piezoelektrischen Elements 2 schematisch dargestellt.

Es wurde das aus Bleititanatzirkonat bestehende piezoelektrische Element 2 mit einer Länge von 2,0 mm, einer Breite von 0,52 mm und einer Dicke von 0,42 mm hergestellt. Bei dem piezoelektrischen Element 2 wurden achtzehn piezoelektrische Schichten mit jeweils einer Dicke von 0,1 mm, die zwischen ersten und zweiten Innenelektroden sandwichartig geschichtet wurden, ausgebildet. Das piezoelektrische Bauelement 1 der ersten Ausführung wurde mit Hilfe des oben beschriebenen piezoelektrischen Elements 2 ausgebildet. Es wurden verschiedene Arten von piezoelektrischen Elementen 2 erzeugt, wobei die Breite des mittleren inaktiven Bereichs 2h in dem Bereich von 2 mm bis 0,9 mm geändert wurde, und es wurden die Bandbreiten gemessen. Fig. 9 zeigt die Ergebnisse. In Fig. 9 ist das Verhältnis G/W der Breite G des mittleren inaktiven Bereichs 2h zur Größe W in der Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements 2 als Abszisse aufgetragen. Die spezifische Bandbreite df/fr ist als Ordinate aufgetragen, bei welcher df die Differenz zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz und fr die Resonanzfrequenz darstellt. Wie in Fig. 9 gezeigt, kann die spezifische Bandbreite durch Festlegen des Verhältnisses G/W der Breite G des mittleren inaktiven Bereichs 2h zur Größe W in der Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements 2, so dass es in dem Bereich von 0,38 bis 0,57 liegt, effektiv vergrößert werden. Demgemäss wird die Breite des mittleren inaktiven Bereichs 2h vorzugsweise innerhalb des oben beschriebenen bestimmten Bereichs festgelegt.

Wie vorstehend beschrieben kann die Bandbreite durch Vorsehen der inaktiven Schichten 9 und 10 an beiden Enden des piezoelektrischen Elements 2 vergrößert werden. Dies wird unter Bezug auf ein Versuchsbeispiel beschrieben.

Analog zu dem oben beschriebenen Experiment wurde ein piezoelektrisches Element 2 mit einer Länge von 2,0 mm, einer Breite von 0,52 mm und einer Dicke von 0,42 mm hergestellt, wie in Fig. 10 schematisch dargestellt. Mehrere piezoelektrische Schichten mit jeweils einer Dicke von 0,1 mm wurden in dem piezoelektrischen Elements 2 ausgebildet. Die Anzahl der piezoelektrischen Schichten wurde in dem Bereich von 2 bis 20 geändert. Dadurch wurden die Größen in Längsrichtung der inaktiven Schichten 9 und 10 geändert. Auf diese Weise wurden unterschiedliche Arten von piezoelektrischen Bauelementen 1 ausgebildet. Es wurde die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Größe der aktiven Schicht in Längsrichtung und der spezifischen Bandbreite df/fr untersucht. Fig. 11 zeigt die Ergebnisse.

Das Verhältnis (%) der Größe X in der Längsrichtung der aktiven Schicht wird in Fig. 11 als Abszisse aufgetragen. Das Verhältnis wird als Verhältnis der Größe in Längsrichtung des Teils des piezoelektrischen Elements 2 aufgezeigt, in welchem mehrere der piezoelektrischen Schichten vorgesehen sind, beruhend auf der Größe in der Längsrichtung des piezoelektrischen Bauelements 1, d. h. 2,0 mm. Daher bedeutet eine Zunahme des Verhältnisses, dass die Größe der inaktiven Schichten 9 und 10 in Längsrichtung kürzer wird.

Wie in Fig. 11 ersichtlich, wird die spezifische Bandbreite größer, d. h. sie wird 0,2 oder höher in dem Bereich des Verhältnisses x von 50% bis 80%. Es kann mit anderen Worten gefolgert werden, dass das Verhältnis der Größe der inaktiven Schichten 9 und 10 in Längsrichtung wünschenswerterweise in dem Bereich von (100-50)/2 bis (100-80)/2(%) festgelegt wird. Demgemäss kann die Bandbreite durch Festlegen der Größen der inaktiven Schichten 9 und 10 in Längsrichtung jeweils in dem Bereich von 0,1 L bis 0,25 L effektiv vergrößert werden.

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Bauelements nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung.

Ein piezoelektrisches Bauelement 41 enthält ein piezoelektrisches Element 42 mit einer im Wesentlichen parallelepipeden Form wie in der ersten Ausführung. Das piezoelektrische Element 42 weist an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnete erste und zweite Endflächen 42a und 42b, eine obere Fläche 42c und eine untere Fläche 42d bezüglich der ersten und zweiten Endflächen sowie erste und zweite Endflächen 42e und 42f auf. In dieser Ausführung ist eine Nut 42g in der Mitte in Breitenrichtung der oberen Fläche 42c ausgebildet, die sich in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 42 erstreckt.

Das piezoelektrische Element 42 besteht aus einer geeigneten piezoelektrischen Keramik, wie zum Beispiel Bleititanatzirkonat-Keramik oder dergleichen.

Erste und zweiten Innenelektroden 43 und 44 sind so ausgebildet, dass sie sich orthogonal zur Längsrichtung erstrecken und einander über die jeweiligen piezoelektrischen Schichten in Längsrichtung überlappen. Die ersten und zweiten Innenelektroden 43 und 44 sind in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 42 abwechselnd angeordnet.

Fig. 13A ist eine Querschnittansicht des Teils des piezoelektrischen Elements 42, in welchem eine erste Innenelektrode 43 ausgebildet ist. Die erste Innenelektrode 43 umfasst eine erste Teilinnenelektrode 43a und eine zweite Teilinnenelektrode 43b. Die ersten und zweiten Teilinnenelektroden 43a und 43b sind durch einen Spalt 43c von einander getrennt in Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements 42 angeordnet.

Fig. 13B ist eine Querschnittansicht des Teils des piezoelektrischen Elements 42, in welchem eine zweite Innenelektrode 44 ausgebildet ist. Die zweite Innenelektrode umfasst erste und zweite Teilinnenelektroden 44a und 44b ähnlich der ersten Innenelektrode 43. Die ersten und zweiten Teilinnenelektroden 44a und 44b sind so angeordnet, dass sie mittels eines Spalts 44c von einander getrennt sind.

Die erste Teilinnenelektrode 43a der ersten Innenelektrode 43 und die erste Teilinnenelektrode 44a der zweiten Innenelektrode 44 überlappen einander über die piezoelektrische Schicht. Analog überlappen sich die Teilinnenelektrode 43b und die Teilinnenelektrode 44b über die piezoelektrische Schicht.

Die erste Teilinnenelektrode 43a der ersten Innenelektrode 43 ist so ausgebildet, dass sie sich zur oberen Fläche des piezoelektrischen Elements 42 erstreckt. Die zweite Teilinnenelektrode 43b ist so ausgebildet, dass sie sich nicht zur oberen Fläche erstreckt.

In der zweiten Innenelektrode 44 dagegen ist die zweite Teilinnenelektrode 44b so ausgebildet, dass sie sich zur oberen Fläche des piezoelektrischen Elements 42 erstreckt. Die erste Teilinnenelektrode 44a ist so ausgebildet, dass sie sich nicht zur oberen Fläche 42c erstreckt.

Demgemäss liegt, wie in Fig. 12 ersichtlich, die erste Teilinnenelektrode 43a der ersten Innenelektrode 43 an der oberen Fläche 42c an der Seite der ersten Seitenfläche 42e der Nut 42g frei. Ferner liegt die zweite Teilinnenelektrode 44b der zweiten Innenelektrode 44 an der oberen Fläche 42c des piezoelektrischen Elements 42 an der Seite der zweiten Seitenfläche 42f der Nut 42g frei.

Eine erste Außenelektrode 46 ist an der oberen Fläche 42c des piezoelektrischen Elements 42 an der Seite der ersten Seitenfläche 42e der Nut 42g ausgebildet. Eine zweite Außenelektrode 47 ist an der Seite der zweiten Seitenfläche 42f desselben ausgebildet.

An der unteren Fläche des piezoelektrischen Elements 42 sind, wie in Fig. 14 gezeigt, mehrere Relaiselektroden 48 ausgebildet. Die Relaiselektroden 48 sind vorgesehen, um die ersten und zweiten Teilinnenelektroden 43a und 43b der ersten Innenelektrode 43 mit einander elektrisch zu verbunden und ferner die ersten und zweiten Teilinnenelektroden 44a und 44b der zweiten Innenelektrode 44 mit einander zu verbinden.

Demgemäss ist die erste Außenelektrode 46 mit der ersten Teilinnenelektrode 43a der ersten Innenelektrode 43 elektrisch verbunden und ist ferner mittels der Relaiselektrode 48 mit der zweiten Teilinnenelektrode 43b elektrisch verbunden. Analog ist die zweiten Außenelektrode 47 mit dem oberen Ende der zweiten Innenelektrode 44b der zweiten Innenelektrode 44 elektrisch verbunden und ferner mittels der Relaiselektrode 48 mit der ersten Teilinnenelektrode 44a elektrisch verbunden.

Wie in der Draufsicht von Fig. 15 schematisch gezeigt, sind die zwischen den ersten und zweiten Innenelektroden 43 bzw. 44 sandwichartig geschichteten piezoelektrischen Schichten in der Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 42 polarisiert. Wie in den Pfeilen P und -P von Fig. 15 gezeigt, sind in der zwischen einer ersten Innenelektrode 43 und einer zweiten Innenelektrode 44 sandwichartig vorgesehenen piezoelektrischen Schicht der erste piezoelektrische Bereich 42i an der Seite der ersten Seitenfläche 42e und der zweite piezoelektrische Bereich 42j an der Seite der zweiten Seitenfläche 42f in entgegengesetzte Polarisationsrichtungen polarisiert. Der zwischen den ersten Teilinnenelektroden 43a und 44a sandwichartig vorgesehene piezoelektrische Bereich und der zwischen den zweiten Teilinnenelektroden 43b und 44b sandwichartig vorgesehene piezoelektrische Bereich sind mit anderen Worten in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 42 in entgegengesetzten Polarisationsrichtungen polarisiert.

Zudem sind die entsprechenden piezoelektrischen Bereiche der in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 42 angrenzenden piezoelektrischen Schichten in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 42 in entgegengesetzten Polarisationsrichtungen polarisiert. D. h. die ersten piezoelektrischen Bereiche an beiden Seiten in Längsrichtung einer Teilinnenelektrode 43a sind in der entgegengesetzten Polarisationsrichtung in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 42 polarisiert. Analog sind auch die zweiten piezoelektrischen Bereiche an beiden Seiten in Längsrichtung einer Teilinnenelektrode 43b in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 42 in entgegengesetzten Polarisationsrichtungen polarisiert.

Der oben beschriebene Polarisationsaufbau des piezoelektrischen Elements 42 kann durch die folgende Polarisation erhalten werden.

D. h. zuerst wird das rechteckige parallelepipede piezoelektrische Element mit den darin ausgebildeten oben beschriebenen ersten und zweiten Innenelektroden 43 und 44 erzeugt. Dann wird eine erste Polarisationselektrode an der gesamten oberen Fläche des piezoelektrischen Elements 42 ausgebildet. Die erste Polarisationselektrode ist mit den ersten Teilinnenelektroden 43a und den zweiten Innenelektroden 44b der ersten und zweiten Innenelektroden 43 und 44 jeweils elektrisch verbunden.

Eine zweite Polarisationselektrode wird dagegen so ausgebildet, dass sie mit den zweiten Teilinnenelektroden 43b der ersten Innenelektroden 43 und den ersten Teilinnenelektroden 44a der zweiten Innenelektroden 44 jeweils verbunden ist.

Zwischen den ersten und zweiten Polarisationselektroden wird ein elektrisches Feld angelegt und dadurch wird der oben beschriebene Polarisationsaufbau erhalten.

Dann wird die zweite Polarisationselektrode entfernt und die oben beschriebenen Relaiselektroden 48 werden an der unteren Fläche des piezoelektrischen Elements 42 ausgebildet. Ferner wird die Nut 42g in der oberen Fläche des piezoelektrischen Elements 42 so ausgebildet, dass sie die Mitte der ersten Polarisationselektrode teilt.

Auf diese Weise kann das piezoelektrische Bauelement 41 erhalten werden.

Zum Anregen des piezoelektrischen Bauelements 41 wird eine Wechselspannung über den ersten und zweiten Außenelektroden 46 und 47 angelegt. In diesem Fall werden elektrische Felder an den piezoelektrischen Bereichen der jeweiligen piezoelektrischen Schichten angelegt, wie durch die Pfeile E und -E in Fig. 15 gezeigt. D. h. in der zwischen einer ersten Innenelektrode 43 und einer zweiten Innenelektrode 44 sandwichartig vorgesehenen piezoelektrischen Schicht werden elektrische Felder mit den gleichen Polaritäten in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 42 sowohl an dem ersten als auch an dem zweiten piezoelektrischen Bereich angelegt. Elektrische Felder mit in Längsrichtung umgekehrten Polaritäten werden jedoch an piezoelektrischen Schichten angelegt, die in Längsrichtung an einander grenzen.

Demgemäss bildet das piezoelektrische Bauelement 41 ein bimorphes Schwingungsbauelement. Das Bauelement 41 wird in Schwingung versetzt, wobei die durch die in Fig. 15 gezeigte gestrichelte Linie A angezeigte Schwingungshaltung und dann die umgekehrte Schwingungshaltung eingenommen wird. D. h. die Längsbiegeschwingung wird unter Ausnutzung des piezoelektrischen Longitudinaleffekts angeregt.

Das piezoelektrische Bauelement der zweiten Ausführung setzt die längsgerichtete Biegeschwingung ein. Bei Ausbildung eines piezoelektrischen Resonators kann somit die Größe des Resonators verglichen mit einem piezoelektrischen Resonator unter Verwendung einer radialen Schwingung und einer Längsausdehn-/zusammenziehschwingung des Stands der Technik weiter verringert werden. D. h. im Fall der Längsbiegeschwingung ist die Resonanzfrequenz proportional zur Breite des Bauelements/der Länge des Bauelements, wie vorstehend beschrieben wurde. Daher kann der piezoelektrische Resonator verkleinert werden. Nach dieser Ausführung kann ein piezoelektrischer Resonator mit einer Resonanzfrequenz von 450 kHz durch Verwendung des piezoelektrischen Elements 2 mit einer Länge von 1,8 mm und einer Breite von 0,5 mm ausgebildet werden. Wie vorstehend beschrieben muss bei einem piezoelektrischen Resonator unter Ausnutzung der Längsausdehn-/zusammenziehschwingung ein aus dem gleichen piezoelektrischen Material hergestelltes piezoelektrisches Element eine Länge von 4,0 mm aufweisen, um eine Resonanzfrequenz von 450 kHz zu erzielen.

Weiterhin kann bei dem piezoelektrischen Bauelement 41, welches den piezoelektrischen Longitudinaleffekt ausnützt, die Bandbreite gegenüber einem piezoelektrischen Bauelement unter Ausnutzung des piezoelektrischen transversalen Effekts vergrößert werden. Weiterhin ist der piezoelektrische Resonator ein laminierter piezoelektrischer Resonator, bei dem die Innenelektroden 43 und 44 sowie die piezoelektrischen Schichten jeweils mit einander laminiert sind. Somit ist das piezoelektrische Bauelement 41 insofern vorteilhaft, dass die Konstruktionsflexibilität für die elektrostatische Kapazität verbessert werden kann.

Ferner sind in dieser Ausführung die inaktiven Schichten 48 und 49 (siehe Fig. 15) ebenfalls an beiden Enden in Längsrichtung des Teils des piezoelektrischen Elements angeordnet, in welchem die ersten und zweiten Innenelektroden 43 und 44 sowie die piezoelektrischen Schichten mit einander laminiert sind. Demgemäss kann die Bandbreite aufgrund des Vorhandenseins der inaktiven Schichten 48 und 49 analog zur ersten Ausführung vergrößert werden.

Weiterhin werden bei dem piezoelektrischen Bauelement 41 der zweiten Ausführung die ersten und zweiten Außenelektroden 45 und 46 an der oberen Fläche des piezoelektrischen Elements 42 ausgebildet. Daher kann das piezoelektrische Bauelement 41 an einem Substrat durch ein Bondsystem mit der Montagefläche nach unten analog zum piezoelektrischen Bauelement 1 der ersten Ausführung montiert werden.

Das Schwingungsbauelement der zweiten Ausführung ist ebenfalls ein bimorphes Bauelement, bei dem die ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche zueinander 180° phasenverschoben erregt werden. Somit kann die Bandbreite verglichen mit einem unimorphen piezoelektrischen Bauelement vergrößert werden.

Das piezoelektrische Bauelement 41 dieser Ausführung kann an einem Substrat befestigt werden, ohne dass die Biegeschwingung orthogonal zur Längsrichtung durch das Vorsehen von Halteteilen nahe den Schwingungsknoten beeinträchtigt wird, analog zu dem piezoelektrischen Bauelement 1 der ersten Ausführung.

Zum Anregen der Biegeschwingung orthogonal zur Längsrichtung bei dem bimorphen Schwingungsbauelement müssen die sich in die Längsrichtung erstreckenden ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche 180° zueinander phasenverschoben erregt werden. Die Richtung der Ausdehn-/Zusammenziehspannung des piezoelektrischen Elements wird durch das Verhältnis zwischen der Polarisationsrichtung und der Richtung eines angelegten elektrischen Felds bestimmt. In dieser Ausführung sind die Polarisationsrichtungen der ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche zwischen den ersten und zweiten Innenelektroden 43 und 44 einander entgegengesetzt. Somit ist das piezoelektrische Bauelement 41 dieser Ausführung so aufgebaut, dass bei Anlegen von elektrischen Feldern mit der gleichen Energieübertragungsleitungsrichtung an den ersten und zweiten piezoelektrischen Bereichen einer piezoelektrischen Schicht die ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche zueinander 180° phasenverschoben erregt werden. Demgemäss sind alle ersten piezoelektrischen Bereiche und alle zweiten piezoelektrischen Bereiche der jeweiligen piezoelektrischen Schichten parallel mit einander verbunden. Daher kann die Kapazität des piezoelektrischen Bauelements wesentlich verbessert werden. Die zum Verwirklichen einer geforderten Kapazität erforderliche Anzahl an Elektroden kann mit anderen Worten verringert werden und dadurch können die Herstellungskosten gesenkt werden.

Fig. 16A und 16B zeigen Abwandlungen des piezoelektrischen Bauelements der zweiten Ausführung.

Bei dem piezoelektrischen Bauelement 41 sind die ersten und zweiten Außenelektroden 46 und 47 an der oberen Fläche des piezoelektrischen Elements 42 ausgebildet. D. h. die Außenelektroden 46 und 47 sind an einer Seite des piezoelektrischen Elements 42 ausgebildet, während sie mittels eines vorbestimmten Spalts von einander getrennt sind. Wie in den Abwandlungen von Fig. 16 gezeigt, können die ersten und zweiten Außenelektroden auf unterschiedlichen Flächen ausgebildet werden. Fig. 16A ist eine transversale Querschnittansicht, die den Teil des piezoelektrischen Elements zeigt, in dem eine Innenelektrode 34A als Abwandlung der ersten Innenelektrode 43 ausgebildet ist. Fig. 16B ist eine transversale Querschnittansicht, welche den Teil des piezoelektrischen Elements zeigt, in welchem eine Innenelektrode 44A als Abwandlung der zweiten Innenelektrode ausgebildet ist.

In den Abwandlungen enthält eine erste Innenelektrode 43A die ersten Teilinnenelektroden 43a und 43b und eine zweite Innenelektrode 44A enthält die ersten und zweiten Innenelektroden 44a und 44b, wie in der zweiten Ausführung. Die ersten und zweiten Teilinnenelektroden 43a, 43b, 44a und 44b sind jedoch so ausgebildet, dass sie sich jeweils zu der oberen Fläche 42c und der unteren Fläche 42d des piezoelektrischen Elements 42 erstrecken. Der Teil des piezoelektrischen Elements 42, in welchem die ersten Teilinnenelektroden 43a und 44a einander gegenüberliegen, bildet den ersten piezoelektrischen Bereich. Die zweiten Teilinnenelektroden 43b und 44b sind dagegen so ausgebildet, dass sie sich zur Seitenfläche 42f erstrecken. Der Teil des piezoelektrischen Elements 42, durch welchen die zweiten Teilinnenelektroden 43b und 44b einander überlappen, bildet den zweiten piezoelektrischen Bereich.

Die ersten und zweiten Außenelektroden 46 und 47 sind dagegen separat an der ersten Seitenfläche 42e und der zweiten Seitenfläche 42f des piezoelektrischen Elements 42 ausgebildet.

Die zweite Teilinnenelektrode 43b ist von der zweiten Außenelektrode 47 mittels einer Isolierschicht 49 getrennt, so dass sie nicht mit der zweiten Außenelektrode 47 elektrisch verbunden ist. Ferner ist die erste Teilinnenelektrode 44a der zweiten Innenelektrode 44A von der ersten Außenelektrode 46 mittels einer Isolierschicht 50 isoliert.

Wie vorstehend beschrieben, sind zum elektrischen Trennen der ersten Außenelektrode 46 von der ersten Teilinnenelektrode 44a der zweiten Innelektrode 44 und weiterhin der zweiten Außenelektrode 47 von der zweiten Teilinnenelektrode 43b der ersten Innenelektrode 43 jeweils die Isolierschichten 49 und 50 vorgesehen.

Dadurch kann das piezoelektrische Bauelement 41 durch Anlegen einer Wechselspannung über den Außenelektroden 46 und 47 angesprochen werden, analog zu dem piezoelektrischen Bauelement 41 der zweiten Ausführung.

Zum Ausbilden der Isolierschichten 49 und 50 kann elektrisch isolierende Paste so an den Seitenflächen des piezoelektrischen Elements 42 aufgebracht werden, dass sie sich in vertikaler Richtung erstreckt. Danach werden die ersten und zweiten Außenelektroden 46 und 47 ausgebildet.

Fig. 17A und 17B sind transversale Querschnittansichten, welche eine weitere Abwandlung des piezoelektrischen Bauelements 41 der zweiten Ausführung zeigen. Fig. 17A ist eine transversale Querschnittansicht des Teils des piezoelektrischen Elements 42, in welchem eine erste Innenelektrode 43B ausgebildet ist. Fig. 17B ist eine transversale Querschnittansicht des Teils des piezoelektrischen Bauelements 42, in welchem die zweite Innenelektrode 44B ausgebildet ist.

In dieser Abwandlung ist jede der ersten und zweiten Innenelektroden 43B und 44B so ausgebildet, dass sie jeweils in obere und untere Teile unterteilt ist. Zum Beispiel umfasst die erste Innenelektrode 43B die erste Teilinnenelektrode 43a und die zweite Teilinnenelektrode 43b. Die erste Teilinnenelektrode 43a und die zweite Teilinnenelektrode 43b sind mittels eines in der transversalen Richtung ausgebildeten Spalts von einander getrennt.

Weiterhin erstrecken sich die ersten und zweiten Teilinnenelektroden 43a und 43b der ersten Innenelektrode 43B jeweils zur ersten Seitenfläche 32e, nicht zur zweiten Seitenfläche 42f.

Die ersten und zweiten Teilinnenelektroden 44a und 44b der zweiten Innenelektrode 44B erstrecken sich dagegen zur zweiten Seitenfläche 42f, nicht zur ersten Seitenfläche 42e.

Demgemäss kann das piezoelektrische Bauelement 41 durch Bilden der ersten und zweiten Außenelektroden 46 und 47 an den ersten und zweiten Seitenflächen 42e und 42f angesprochen werden.

Der Polarisationsaufbau in dem piezoelektrischen Element 42 der in Fig. 17 gezeigten Abwandlung ist der gleiche wie in der zweiten Ausführung, es sind lediglich die ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche in der transversalen Richtung des piezoelektrischen Elements unterteilt.

Demgemäss kann das piezoelektrische Element 42 so angeregt werden, dass es die Biegeschwingung ausführt, in welcher das Element 42 durch Anlegen einer Wechselspannung durch die ersten und zweiten Außenelektroden 46 und 47 so in Schwingung versetzt wird, dass es in der vertikalen Richtung orthogonal zur Längsrichtung durchgebogen wird.

In der zweiten Abwandlung ist die erste Teilinnenelektrode 43a mit der zweiten Teilinnenelektrode 43b über die erste Außenelektrode 46 elektrisch verbunden und die erste Innenelektrode 44a mit der zweiten Teilinnenelektrode 44b über die zweiten Außenelektrode 47 elektrisch verbunden. Daher sind die Relaiselektroden 48 für das piezoelektrische Bauelement 41 dieser Ausführung unnötig.

Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Bauelements nach einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Ein piezoelektrisches Bauelement 51 der dritten Ausführung ist ein unimorphes piezoelektrisches Schwingungsbauelement.

Das piezoelektrische Bauelement 51 enthält ein piezoelektrisches Element 52 mit einer im Wesentlichen parallelepipeden Form. Das piezoelektrische Element 52 kann aus einer geeigneten piezoelektrischen Keramik, beispielsweise Bleititanatzirkonat-Keramik oder dergleichen, gefertigt sein.

Das piezoelektrische Element 52 weist erste und zweite Endflächen 52a und 52b, eine obere Fläche 52c, eine untere Fläche 52d und erste und zweite Seitenflächen 52e und 52f auf.

Bei dem piezoelektrischen Element 52 sind sich orthogonal zur Längsrichtung des Elements 52 erstreckende erste und zweite Innenelektroden 53 und 54 abwechselnd in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements 52 angeordnet, so dass sie einander über piezoelektrische Schichten jeweils überlappen. Fig. 19 ist eine transversale Querschnittansicht, welche den Teil des piezoelektrischen Elements 52 zeigt, in welchem eine erste Innenelektrode 53 ausgebildet ist. Die zweite Innenelektrode 54 ist ähnlich wie die erste Innenelektrode 53 ausgebildet. Die oberen Kanten der Innenelektroden 53 und 54 liegen an einer oberen Fläche 52c des piezoelektrischen Elements 52 und an den oberen Teilen von der Mitte in Längsrichtung der ersten und zweiten Seitenflächen 52e und 52f frei. D. h. die Innenelektroden 53 und 54 sind so ausgebildet, dass sie die oberen Hälfte des transversalen Querschnitts des piezoelektrischen Elements 52 einnehmen.

Demgemäss nimmt der piezoelektrische Bereich, in welchem die Innenelektroden 53 und 54 mit einander laminiert sind, den oberen Teil des piezoelektrischen Elements 52 ein. In dem unteren Teil des piezoelektrischen Elements 52 sind keine Innenelektroden ausgebildet.

Die ersten und zweiten Innenelektroden sind mit anderen Worten in dem oberen Teil des piezoelektrischen Elements ungleichmäßig verteilt.

Die zwischen den ersten und zweiten Innenelektroden 53 und 54 sandwichartig vorgesehene piezoelektrische Schicht ist in Längsrichtung polarisiert. Die in Längsrichtung angrenzenden piezoelektrischen Schichten sind in den entgegengesetzten Polarisationsrichtungen in Längsrichtung polarisiert.

An den Seitenflächen 52e und 52f des piezoelektrischen Elements 52 sind dagegen mehrere Isolierschichten 55 und 56 ausgebildet. Mehrere der Isolierschichten 55 sind so ausgebildet, dass sie die Teile der zweiten Innenelektroden 54 abdecken, die an der Seitenfläche 52e frei liegen. Mehrere der Isolierschichten 56 sind dagegen so ausgebildet, dass sie die Teile der ersten Innenelektroden 53 abdecken, die an der Seitenfläche 52f frei liegen.

An den ersten und zweiten Seitenflächen 52e und 52f sind jeweils erste und zweite Außenelektroden 57 und 58 ausgebildet. Die erste Außenelektrode 57 ist mit der ersten Innenelektrode 53 elektrisch verbunden. Die zweite Außenelektrode 58 ist mit den zweiten Innenelektroden 54 elektrisch verbunden. D. h. die ersten und zweiten Außenelektroden 57 und 58 werden nach Bilden der oben beschriebenen Isolierschichten 55 und 56 ausgebildet.

Demgemäss wird durch Anlegen einer Wechselspannung über den ersten und zweiten Außenelektroden 57 und 58 durch Verwendung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts eine Ausdehn-/Zusammenzieh-Erregerkraft in der Schwingung in Längsrichtung erzeugt. In diesem Fall wirkt der in dem unteren Teil des piezoelektrischen Elements 52 liegende piezoelektrische Bereich als Hemmschicht für den piezoelektrischen Bereich in dem oberen Teil des piezoelektrischen Elements 52. Somit hat die Mitte des piezoelektrischen Bauelements 51 eine Schwingungshaltung. D. h. das Bauelement 51 wird so in Schwingung versetzt, das es nach oben und unten durchgebogen wird. Insbesondere wird die Biegeschwingung, in welcher das gesamte in der Längsrichtung befindliche piezoelektrische Bauelement 52 in Biegeschwingung orthogonal zur Längsrichtung versetzt wird, angeregt.

Wie oben beschrieben kann bei dem erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauelement das unimorphe piezoelektrische Schwingungsbauelement, welches den an der Seite der oberen Fläche 52c ungleichmäßig verteilten piezoelektrischen Bereich als Erregerbereich in dem piezoelektrischen Element 52, das in einer Richtung länger ist, enthält, ausgebildet werden.

In dieser Ausführung fungiert der Bereich in der oberen Hälfte des piezoelektrischen Elements 52 als Erregerbereich. Ein unimorphes piezoelektrisches Bauelement, in welchem die obere Hälfte des piezoelektrischen Elements 52 als Erregerbereich fungiert, kann dagegen durch Vorsehen von ersten und zweiten Innenelektroden 53A und 54A gebildet werden, wie in Fig. 20A und 20B gezeigt.

Die in Fig. 20A und 20B gezeigten ersten und zweiten Innenelektroden 53A und 54A, welche in der unteren Hälfte eines transversalen Querschnitts des piezoelektrischen Elements 52 liegen, überlappen einander über die piezoelektrische Schicht.

Die Innenelektroden 53 und 54 liegen an den oberen Seiten der Seitenflächen 52e und 52f frei und sind mit den ersten und zweiten Außenelektroden 57 und 58 verbunden. Weiterhin ist eine Nut 52g in der oberen Fläche 52c des piezoelektrischen Elements 52 so ausgebildet, dass sie analog zur ersten Ausführung in der Mitte und in Längsrichtung der oberen Fläche 52c verläuft. Die ersten und zweiten Außenelektroden 57 und 58 sind an beiden Seiten der Nut 52g ausgebildet. In diesem Fall wird eine Wechselspannung über den ersten und zweiten Außenelektroden 57 und 58 angelegt und dadurch kann das piezoelektrische Bauelement als unimorphes Schwingungsbauelement analog zu dem piezoelektrischen Bauelement 51 erregt werden.

Bei Ausbildung des unimorphen Schwingungsbauelements ist der Erregerbereich nicht auf den Bereich der oberen Hälfte oder der unteren Hälfte des in einer Richtung längeren piezoelektrischen Elements beschränkt.

Das unimorphe Schwingungsbauelement kann zum Beispiel durch Bilden eines Erregerbereichs, durch welchen die erste Innenelektrode und die zweite Innenelektrode einander so überlappen, dass der Erregerbereich an der Seite der Seitenfläche 52f ungleichmäßig verteilt ist, vorgesehen werden. Die in Fig. 21A gezeigte erste Innenelektrode 53B und die in Fig. 21 B gezeigte zweite Innenelektrode 54B überlappen einander derart in einem transversalen Querschnitt des piezoelektrischen Elements 52, so dass der Erregerbereich an der Seite der zweiten Seitenfläche 52f desselben ungleichmäßig verteilt ist. Da der Erregerbereich an der Seite der Seitenfläche 52f ungleichmäßig verteilt ausgebildet ist, wird dadurch der Bereich in der rechten Hälfte des piezoelektrischen Bauelements 52 in einem Längsausdehn-/zusammenziehschwingungsmodus unter Ausnutzung des piezoelektrischen Longitudinaleffekts angeregt. Somit bildet das piezoelektrische Bauelement analog zum piezoelektrischen Bauelement 61 der dritten Ausführung ein unimorphes Schwingungsbauelement, in welchem die rechte Hälfte des piezoelektrischen Elements 52 in dem Längsausdehn-/zusammenziehschwingungsmodus unter Ausnutzung des piezoelektrischen Longitudinaleffekts angeregt wird.

In diesem Fall wird die erste Innenelektrode 53B zur ersten Seitenfläche 52e herausgeführt, während die zweite Innenelektrode 54B zu der zweiten Seitenfläche 52f herausgeführt wird. Demgemäss werden die ersten und zweiten Außenelektroden 57 und 58 jeweils an den Seitenflächen 52e und 52f ausgebildet.

Bei Bilden des unimorphen piezoelektrischen Bauelements 51 kann wie vorstehend beschrieben der Erregerbereich so ausgebildet werden, dass er an der Seite der oberen Fläche, der Seite der unteren Fläche oder an einer der Seiten der ersten und zweiten Seitenflächen ungleichmäßig verteilt ist.

In den ersten, zweiten und dritten Ausführungen werden die piezoelektrischen Resonatoren beispielhaft erläutert. Das erfindungsgemäße piezoelektrische Bauelement kann bei einem piezoelektrischen Verschiebungsbauelement wie einem Aktuator oder dergleichen verwendet werden.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Bauelements als piezoelektrischer Resonator werden mehrere der piezoelektrischen Resonatoren elektrisch verbunden, um eine abzweigartige Schaltungsanordnung zu bilden. Somit kann ein Abzweigfilter ausgebildet werden. D. h. mehrere der piezoelektrischen Resonatoren können so verbunden werden, dass sie eine abzweigartige Schaltungsanordnung enthalten, wie dies in dem Schaltbild von Fig. 22 gezeigt wird, wodurch ein Abzweigfilter gebildet wird. In diesem Fall müssen sich die elektrostatischen Kapazitäten von Längsresonatoren S2, S2 und S3 von denen der Parallelresonatoren P1 und P2 unterscheiden. Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten piezoelektrischen Bauelement ist die Konstruktionsflexibilität für die elektrostatische Kapazität sehr hoch. Dadurch können mühelos bedarfsgerechte Parallelresonatoren und Längsresonatoren ausgebildet werden.

Bei dem piezoelektrischen Bauelement, welches ein laminiertes piezoelektrisches Bauelement nach der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist, wird die Schwingung, in welcher der piezoelektrische Element orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements gebogen wird, durch Ausnutzung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts angeregt. Bei Verwendung des piezoelektrischen Bauelements als piezoelektrischer Resonator kann somit die Bandbreite vergrößert werden. Da die Resonanzfrequenz nicht von der Länge der Länge des piezoelektrischen Elements abhängt, kann das piezoelektrische Bauelement weiterhin verkleinert werden. D. h. es kann ein piezoelektrischer Resonator mit einer großen Bandbreite und einer kleiner Größe zur Hand gegeben werden. Weiterhin weist das piezoelektrische Bauelement einen Laminataufbau auf. Daher kann mühelos ein piezoelektrischer Resonator mit einer hohen Konstruktionsflexibilität bezüglich der elektrostatischen Kapazität und einem gewünschten elektrostatischen kapazitativen Widerstand vorgesehen werden.

Bei dem piezoelektrischen Bauelement nach der zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der erste piezoelektrische Bereich, der an der Seite der ersten Seitenfläche oder an der Seite der oberen Fläche bezogen auf die Mitte der Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements liegt, so konfiguriert, dass eine Ausdehn-/Zusammenzieh-Erregerkraft unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts zu einander 180° phasenverschoben erzeugt wird, wodurch die Biegeschwingung, in welcher das gesamte in Längsrichtung befindliche piezoelektrische Element orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements gebogen wird, angeregt wird. Wenn das piezoelektrische Bauelement als piezoelektrischer Resonator verwendet wird, kann somit analog zur ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Bandbreite vergrößert werden und die Verkleinerung des Bauelements verwirklicht werden. Zudem ist die Konstruktionsflexibilität bezüglich der elektrostatischen Kapazität hoch und die Bandbreite kann verglichen mit einem unimorphen Schwingungsbauelement noch stärker vergrößert werden.

Bei dem piezoelektrischen Bauelement nach der zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden die ersten und zweiten Außenelektroden an der äußere Fläche des piezoelektrischen Elements so ausgebildet, dass sie mit den ersten und zweiten Teilinnenelektroden elektrisch verbunden sind. Dadurch kann das piezoelektrische Bauelement mühelos durch Anlegen einer Erregerspannung über die an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements ausgebildete erste und zweiten Außenelektrode zum Ansprechen des Bauelements erregt werden. Insbesondere bei Ausbilden der ersten und zweiten Außenelektroden an der oberen Fläche oder der unteren Fläche kann das piezoelektrische Bauelement mühelos an einem Substrat oder dergleichen montiert werden. Dadurch können die Herstellkosten des piezoelektrischen Bauelements verringert werden.

Bei Ausbildung der Nut zwischen den ersten und zweiten Außenelektroden kann zuverlässig ein Kurzschluss der ersten und zweiten Außenelektroden verhindert werden. Die ersten und zweiten Außenelektroden können durch Ausbilden der Nut nach Bilden der Außenelektroden an der gesamten Fläche mühelos getrennt und ausgebildet werden.

Bei dem piezoelektrischen Bauelement nach der zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind der erste piezoelektrische Bereich und der zweite piezoelektrische Bereich in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements in entgegengesetzten Polarisationsrichtungen polarisiert. Bei Polarisierung der entsprechenden piezoelektrischen Bereiche der in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements angrenzenden piezoelektrischen Schichten in entgegengesetzten Polarisationsrichtungen kann das piezoelektrische Bauelement durch Anlegen von elektrischen Feldern in der gleichen Feldrichtung an dem ersten und zweiten piezoelektrischen Bereich jeder piezoelektrischen Schicht als bimorphes Schwingungsbauelement verwendet werden. Somit sind die ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche jeder piezoelektrischen Schicht parallel mit einander verbunden und die Kapazität des piezoelektrischen Bauelements kann mühelos erhöht werden. Die Anzahl der zum Erhalten einer großen Kapazität des piezoelektrischen Bauelements erforderlichen Innenelektroden kann verringert werden.

Bei dem piezoelektrischen Bauelement nach der dritten erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden die erste Innenelektrode und die zweite Innenelektrode so ausgebildet, dass sie an der Seite der Seitenfläche, an der Seite der oberen Fläche oder an der Seite der unteren Fläche ungleichmäßig verteilt sind und dadurch wird in dem piezoelektrischen Bereich mit den ersten und zweiten Innenelektroden eine Ausdehn-/zusammenziehschwingung in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements unter Verwendung des piezoelektrischen Longitudinaleffekts angeregt. Demgemäss wirkt der piezoelektrische Bereich als Erregerbereich und der andere Bereich als Hemmbereich. Dadurch kann ein unimorphes piezoelektrisches Bauelement ausgebildet werden.

Mit diesem unimorphen piezoelektrischen Bauelement wird die Schwingung, in welcher das gesamte piezoelektrische Bauelement in Längsrichtung orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements gebogen wird, unter Ausnutzung des piezoelektrischen Longitudinaleffekts angeregt. Somit kann die Bandbreite vergrößert und die Größe des piezoelektrischen Bauelements verkleinert werden. Weiterhin weist das piezoelektrische Bauelement einen unimorphen Aufbau auf, bei welchem eine Erregerkraft nur in einem Teilbereich des piezoelektrischen Elements erzeugt wird. Somit kann die Bandbreite verringert werden.

Claims

1. Piezoelektrisches Bauelement, welches ein laminiertes piezoelektrisches Bauelement ist, welches Folgendes umfasst:
ein piezoelektrisches Element mit einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche, die an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnet sind, einer oberen Fläche und einer unteren Fläche, die sich jeweils zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche erstrecken, und einer ersten Seitenfläche und einer zweiten Seitenfläche; sowie
mehrere Innenelektroden, die sich orthogonal zur Längsrichtung in dem piezoelektrischen Element erstrecken und so angeordnet sind, dass sie einander in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements über piezoelektrische Schichten jeweils gegenüber liegen,
wodurch das Bauelement so angesprochen werden kann, dass es eine Biegeschwingung unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts anregt, bei welchem das piezoelektrische Element orthogonal zur Längsrichtung desselben gebogen wird.

2. Piezoelektrisches Bauelement, welches ein bimorphes piezoelektrisches Bauelement ist, welches Folgendes umfasst:
ein piezoelektrisches Element mit einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche, die an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnet sind, einer oberen Fläche und einer unteren Fläche, die sich jeweils zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche erstrecken, und einer ersten Seitenfläche und einer zweiten Seitenfläche; sowie
mehrere der ersten Innenelektroden und mehrere der zweiten Innenelektroden, die orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements angeordnet sind, wobei sie sich jeweils über die piezoelektrischen Schichten in Längsrichtung überlappen und abwechselnd in Längsrichtung angeordnet sind,
wobei jede der ersten Innenelektroden eine erste Teilinnenelektrode und eine zweite Teilinnenelektrode aufweist, die orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements geteilt sind,
wobei das piezoelektrische Element einen ersten piezoelektrischen Bereich, der an der Seite der ersten Seitenfläche oder an der Seite der oberen Fläche liegt, und einen zweiten piezoelektrischen Bereich, der an der Seite der zweiten Seitenfläche oder an der Seite der unteren Fläche bezüglich der Mitte der Breitenrichtung des piezoelektrischen Elements liegt, aufweist, wobei die ersten und zweiten piezoelektrischen Bereiche so konfiguriert sind, dass Ausdehn-/Zusammenzieh-Erregerkräfte zu einander 180° phasenverschoben unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts erzeugt werden, wodurch die Biegeschwingung, in welcher das gesamte piezoelektrische Element in Längsrichtung orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements gebogen ist, angeregt wird.

3. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen in Längsrichtung angrenzenden piezoelektrischen Schichten in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements und in unterschiedlichen Polarisationsrichtungen polarisiert werden und der erste piezoelektrische Bereich und der zweite piezoelektrische Bereich in jeder der piezoelektrischen Schichten in gleicher Polarisationsrichtung polarisiert werden, wodurch an dem ersten piezoelektrischen Bereich und dem zweiten piezoelektrischen Bereich in den unterschiedlichen elektrischen Feldrichtungen elektrische Felder angelegt werden können.

4. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement weiterhin erste und zweite Außenelektroden umfasst, welche an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements so ausgebildet sind, dass sie mit den ersten und zweiten Teilinnenelektroden elektrisch verbunden sind.

5. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Außenelektroden an der oberen Fläche oder an der unteren Fläche des piezoelektrischen Elements ausgebildet sind.

6. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement weiterhin eine zwischen den ersten und zweiten Außenelektroden ausgebildete Nut umfasst.

7. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste piezoelektrische Bereich und der zweite piezoelektrische Bereich in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements in entgegengesetzten Richtungen polarisiert werden und die entsprechenden piezoelektrischen Bereiche der piezoelektrischen Schichten, die in Längsrichtung angrenzen, in Längsrichtung in entgegengesetzten Polarisationsrichtungen polarisiert werden, wodurch an dem ersten piezoelektrischen Bereich und dem zweiten piezoelektrischen Bereich jeder piezoelektrischen Schichte elektrische Felder in der gleichen Richtung angelegt werden.

8. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement weiterhin eine an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements so ausgebildete erste Außenelektrode, dass sie mit den ersten Innenelektroden elektrisch verbunden ist, und eine an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements so ausgebildete zweite Außenelektrode, dass sie mit den zweiten Innenelektroden elektrisch verbunden ist, umfasst.

9. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten oder zweiten Innenelektroden jeweils eine in dem ersten piezoelektrischen Bereich angeordnete erste Teilinnenelektrode und eine in dem zweiten piezoelektrischen Bereich angeordnete zweite Teilinnenelektrode aufweisen, wobei die ersten und zweiten Teilelektroden mit einander elektrisch verbunden sind.

10. Piezoelektrisches Bauelement, welches ein unimorphes piezoelektrisches Bauelement ist, welches Folgendes umfasst:
ein piezoelektrisches Element mit einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche, die an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnet sind, einer oberen Fläche und einer unteren Fläche, die sich jeweils zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche erstrecken, und einer ersten Seitenfläche und einer zweiten Seitenfläche; sowie
mehrere der ersten Innenelektroden und mehrere der zweiten Innenelektroden, die orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements angeordnet sind, wobei sie so angeordnet sind, dass sie sich jeweils über piezoelektrische Schichten in Längsrichtung überlappen,
wobei die in Längsrichtung angrenzenden piezoelektrischen Schichten in entgegengesetzten Richtungen polarisiert werden, die erste Innenelektrode und die zweite Innenelektrode so ausgebildet sind, dass sie an der Seite der Seitenfläche, an der Seite der oberen Fläche oder an der Seite der unteren Fläche ungleichmäßig verteilt sind, wobei der piezoelektrische Bereich mit den darin ausgebildeten ersten und zweiten Innenelektroden so konfiguriert ist, dass in Längsrichtung unter Ausnutzung eines piezoelektrischen Longitudinaleffekts Ausdehn-/Zusammenzieh-Erregerkräfte erzeugt werden, wodurch die Biegeschwingung, in welcher das gesamte piezoelektrische Element in Längsrichtung orthogonal zur Längsrichtung desselben gebogen wird, angeregt wird.

11. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine inaktive Schicht, an welcher beim Erregen kein elektrisches Feld angelegt wird, in mindestens einem Ende in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements angeordnet ist.

12. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement weiterhin einen in der Nähe eines Schwingungsknotens der Biegeschwingung des piezoelektrischen Elements angeordneten und an dem piezoelektrischen Element befestigten Halteteil umfasst.

13. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteteile nahe des Schwingungsknotens in der Richtung angeordnet sind, welche durch den Schwingungsknoten des piezoelektrischen Elements geht und orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements ist.

14. Abzweigfilter, welcher Folgendes umfasst:
ein Substrat sowie
mehrere der in Anspruch 1 aufgezeigten piezoelektrischen Bauelemente und
mehrere piezoelektrische Bauelemente, die so elektrisch verbunden sind, dass sie eine abzweigartige Schaltungsanordnung bilden.

15. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Bauelements, welches folgende Schritte umfasst:
Erzeugen eines laminierten piezoelektrischen Elements, welches eine erste Endfläche und eine zweite Endfläche, die an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnet sind, eine obere Fläche und eine untere Fläche, die sich jeweils zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche erstrecken, und eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche aufweist und mehrere erste Innenelektroden und mehrere zweite Innenelektroden enthält, die sich orthogonal zur Längsrichtung erstrecken und darin eingebettet sind, aufweist, wobei jede erste Innenelektrode eine erste Teilinnenelektrode und eine zweite Teilinnenelektrode umfasst;
Anlegen einer Gleichspannung über der ersten und zweiten Teilinnenelektrode und der zweiten Innenelektrode des laminierten piezoelektrischen Elements, so dass in Längsrichtung angrenzende piezoelektrische Schichten über die Innenelektroden in den entgegengesetzten Richtungen polarisiert werden, und das Innere jeder piezoelektrischen Schicht in der gleichen Richtung polarisiert wird; und
Ausbilden einer mit der ersten Innenelektrode elektrisch verbundenen ersten Außenelektrode und einer mit der zweiten Innenelektrode elektrisch verbundenen zweiten Außenelektrode an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements.

16. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Bauelements, welches folgende Schritte umfasst:
Erzeugen eines laminierten piezoelektrischen Elements, welches eine erste Endfläche und eine zweite Endfläche, die an beiden Enden in Längsrichtung desselben angeordnet sind, eine obere Fläche und eine untere Fläche, die sich jeweils zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche erstrecken, und eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche aufweist und mehrere erste Innenelektroden und mehrere zweite Innenelektroden enthält, die abwechselnd so angeordnet sind, dass sie einander über die piezoelektrischen Schichten in Längsrichtung jeweils überlappen, wobei mindestens eine jeder ersten Innenelektrode und jeder zweiten Innenelektrode erste und zweite Teilinnenelektroden aufweist, die orthogonal zur Längsrichtung des piezoelektrischen Elements geteilt sind;
Polarisieren des laminierten piezoelektrischen Elements in solcher Weise, dass ein an der Seite der ersten Seitenfläche oder an der Seite der oberen Fläche liegender erster piezoelektrischer Bereich und ein an der Seite der zweiten Seitenfläche oder an der Seite der unteren Fläche liegender zweiter piezoelektrischer Bereich entgegengesetzte Polarisationsrichtungen in Längsrichtung des piezoelektrischen Elements aufweisen und weiterhin in Längsrichtung angrenzende piezoelektrische Bereiche entgegengesetzte Polarisationsrichtungen in Längsrichtung aufweisen; und
Ausbilden einer mit der ersten Innenelektrode elektrisch verbundenen ersten Außenelektrode und einer mit der zweiten Innenelektrode elektrisch verbundenen zweiten Außenelektrode an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements.

17. Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Bauelements nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin den Schritt des Bildens einer Außenrelaiselektrode für das elektrische Verbinden der ersten und zweiten Teilinnenelektroden mit einander an der äußeren Fläche des piezoelektrischen Elements umfasst.