JP2000114902A - 圧電素子の周波数調整方法および圧電素子を用いた通信機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気的特性を劣化させることなく、圧電素子
の周波数を調整することができる圧電素子の周波数調整
方法を得る。 【解決手段】 圧電素子１０は、長手方向に振動する基
体１２と、基体１２の対向面に形成された外部電極２
０，２２とを含む。基体１２は、活性部２４と、不活性
部２６とで構成される。不活性部２６にレーザビームを
照射し、不活性部２６の一部を除去することにより、圧
電素子１０の周波数を調整する。不活性部２６は、基体
１２の両端部に形成してもよく、基体１２の中央部に形
成してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は圧電素子の周波数
調整方法および圧電素子を用いた通信機器に関し、特に
たとえば、長さ振動をする圧電共振子などの圧電素子の
周波数調整方法と、周波数調整をした圧電素子を用いた
通信機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の圧電素子の周波数調整
方法の一例を示す斜視図である。周波数調整される圧電
素子１としては、たとえば、圧電体基板２と、圧電体基
板２の両面に形成された電極３とからなる圧電共振子な
どがある。圧電体基板２は、図１１の矢印に示すよう
に、厚み方向に分極され、その両面の電極３間に電界を
加えることにより、長さ振動が励振される。この圧電素
子１の周波数調整を行うために、たとえば、レーザビー
ムを用いて圧電素子１の長手方向の端部が除去される。
それにより、圧電素子１の端部の質量が変化し、圧電素
子の周波数が調整される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな圧電素子の調整方法では、レーザビームによる加工
部の近傍が加熱され、その部分において分極消失が発生
し、圧電素子の電気的特性の劣化を引き起こす。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、電
気的特性を劣化させることなく、圧電素子の周波数を調
整することができる圧電素子の周波数調整方法を提供す
ることである。また、この発明の他の目的は、このよう
な圧電素子を用いることにより、優れた特性を有する通
信機器を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、長手方向を
有する基体を含む圧電素子の周波数調整方法であって、
基体は、圧電的に活性な活性部と、圧電的に不活性な不
活性部とを含み、不活性部をレーザビームで除去するこ
とにより周波数を調整する、圧電素子の周波数調整方法
である。また、この発明は、長手方向を有する基体を含
む圧電素子の周波数調整方法であって、基体に樹脂材を
付着し、樹脂材をレーザービームで除去することにより
周波数を調整する、圧電素子の周波数調整方法である。
基体に樹脂材を付着させる圧電素子の周波数調整方法に
おいて、基体は、圧電的に活性な活性部と、圧電的に不
活性な不活性部とを含むものとすることができる。これ
らの圧電素子の周波数調整方法において、活性部は、圧
電体で構成されるとともに、基体の長手方向と直交する
ように活性部内に配置される少なくとも１対の電極を含
み、基体の長手方向に電界を加えて、基体に長さ振動を
励振するものとすることができる。また、不活性部は、
基体内において分極されていない構成か、あるいは電界
が印加されない構成の少なくともいずれかであることを
特徴とする。さらに、活性部は、複数の圧電体と電極と
を長手方向に積層した積層体を含むものとすることがで
きる。また、この発明は、検波器を有する通信機器であ
って、上述の周波数調整方法で調整された圧電素子が検
波器に用いられた、通信機器である。さらに、この発明
は、バンドパスフィルタを有する通信機器であって、上
述の周波数調整方法で調整された複数の圧電素子を用い
たラダーフィルタがバンドパスフィルタに用いられた、
通信機器である。

【０００６】圧電素子の端部にある不活性部をレーザビ
ームで部分的に除去することにより、除去した部分の質
量が変化して周波数を調整することができる。また、圧
電素子の中央部にある不活性部をレーザビームで部分的
に除去することにより、中央部の剛性が変化して周波数
を調整することができる。ここで、基体に振動を生じさ
せない不活性部をレーザビームで部分的に除去したと
き、その周囲の不活性部に熱による影響があったとして
も、活性部の圧電体に熱による影響が伝わらないため、
圧電素子の電気的特性に影響を与えることがない。この
ような不活性部の例として、基体内において分極されて
いない部分や、分極されていても電界が印加されない部
分としたものがあり、これらの部分にレーザビームによ
る熱の影響があっても、電気的特性には関係しない。ま
た、基体に樹脂材を付着させておき、この樹脂材をレー
ザビームで除去することによっても周波数調整を行うこ
とができ、しかも電気的特性に熱による影響を与えな
い。このような圧電素子としては、圧電体と電極とを長
手方向に積層した活性部に電界を加えて長さ振動モード
の基本振動を励振する圧電共振子などがある。このよう
な調整方法で周波数を調整した圧電素子を通信機器の検
波器やバンドパスフィルタに用いることにより、優れた
検波特性を有する通信機器を得ることができる。

【０００７】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の周波数調整方法
に用いられる圧電素子の一例を示す斜視図であり、図２
はその図解図である。圧電素子１０は、たとえば直方体
状の基体１２を含む。基体１２は、たとえば圧電セラミ
ック材料で形成される。基体１２内には、複数の電極１
４が形成される。電極１４は、その面が基体１２の長手
方向に直交するように形成される。したがって、基体１
２は、複数の電極１４と圧電体とが長手方向に積層され
た構造を有する。圧電体は、図２の矢印で示すように、
１つの電極１４の両側において、互いに逆向きとなるよ
うに基体１２の長手方向に分極される。

【０００９】基体１２の対向する側面には、それぞれ複
数の絶縁膜１６，１８が形成される。基体１２の一方の
側面においては、電極１４の露出部が、１つおきに絶縁
膜１６で被覆される。また、基体１２の他方の側面にお
いては、一方の側面で絶縁膜１６に被覆されていない電
極１４の露出部が、１つおきに絶縁膜１８で被覆され
る。ただし、基体１２の両端側の電極１４のいくつか
は、連続して絶縁膜１６，１８で被覆される。この圧電
素子１０では、基体１２の両端側から連続して３つの電
極１４が、絶縁膜１６で被覆される。また、基体１２の
両端側から連続して２つの電極１４が、絶縁膜１８で被
覆される。これらの絶縁膜１６，１８が形成された基体
１２の２つの側面が、後述の外部電極との接続部とな
る。

【００１０】さらに、これらの接続部、すなわち基体１
２の絶縁膜１６，１８が形成された側面には、外部電極
２０，２２が形成される。したがって、外部電極２０に
は絶縁膜１６で被覆されていない電極１４が接続され、
外部電極２２には絶縁膜１８で被覆されていない電極１
４が接続される。つまり、電極１４の隣合うものが、そ
れぞれ電極２０および電極２２に接続される。ただし、
基体１２の両端側においては、電極１４のいくつかが外
部電極２０，２２に接続されない。

【００１１】この圧電素子１０では、外部電極２０，２
２が入出力端電極として使用される。このとき、基体１
２の中央部では、隣合う電極１４間に電界が印加される
ため、基体１２は圧電的に活性となる。しかしながら、
基体１２の両端部においては、電極１４が絶縁されてい
るため、隣合う電極１４間に電界が印加されず、圧電的
に不活性となる。したがって、図２に斜線で示すよう
に、基体１２の中央部に入力信号に対する活性部２４が
形成される。また、基体１２の両端部に入力信号に対す
る不活性部２６が形成される。

【００１２】この圧電素子１０では、外部電極２０，２
２に信号を与えることにより、活性部２４の互いに逆向
きに分極した圧電体に、互いに逆向きの電圧が印加され
るため、圧電体は全体として同じ向きに伸縮しようとす
る。そのため、圧電素子１０全体としては、基体１２の
長手方向の中心部をノードとした長さ振動の基本モード
が励振される。この圧電素子１０では、活性部２４の分
極方向，信号による電界方向および振動方向が一致す
る。つまり、この圧電素子１０は、圧電縦効果を利用し
た共振子となる。

【００１３】この圧電素子１０の周波数調整を行うため
に、図３に示すように、基体１２の両端部の不活性部２
６にレーザビームが照射される。それによって、不活性
部２６が部分的に除去され、基体１２の端部の質量が減
少し、圧電素子１０の周波数を上げることができる。こ
のとき、不活性部２６の除去部分の形状としては、図３
に示すように、基体１２の端面からレーザビームを照射
して不活性部２６の端面に溝状に加工することができ
る。また、基体１２の上面から不活性部２６の端部にレ
ーザビームを照射し、段状に加工してもよい。

【００１４】このような調整方法では、基体１２の不活
性部２６を部分的に除去するため、レーザビームによる
熱によって不活性部２６の分極が消去されても、圧電素
子１０の電気的特性に影響はない。なお、不活性部２６
部分は、分極されていて電界が加わらない構造のほか、
分極されていない構造であってもよい。この場合、レー
ザビームを照射して不活性部２６を部分的に除去して
も、その近傍は分極されていないため、分極の消滅とい
うことがなく、圧電素子１０の電気的特性に影響を与え
ることはない。

【００１５】また、不活性部２６は、基体１２の端部に
形成されるだけでなく、図４に示すように、基体１２の
中央部に形成されてもよい。この場合、不活性部２６に
レーザビームを照射して、不活性部２６を部分的に除去
することにより、基体１２の中央部の剛性が小さくな
り、圧電素子１０の周波数を下げることができる。この
場合においても、上述した理由により、不活性部２６を
部分的に除去するときに、レーザビームによる熱が圧電
素子１０の電気的特性に影響を及ぼさない。

【００１６】さらに、図５に示すように、基体１２の一
方面上に樹脂材３０を付着させた基体１２を用いた圧電
素子１０において、レーザビームによって樹脂材３０を
部分的に除去してもよい。このような圧電素子１０を作
製するには、たとえば、基体１２に樹脂材３０を付着さ
せてもよいし、個々の基体１２を形成するためのマザー
基板上に樹脂材３０を塗布、硬化させておき、このマザ
ー基板を切断して、樹脂材３０の付着した基体１２とし
てもよい。このような圧電素子１０では、レーザビーム
の照射により、融点の低い樹脂材３０部分が選択的に除
去される。したがって、基体１２の両端部の樹脂材３０
を除去することにより、周波数を下げることができる。
また、図６に示すように、基体１２の中央部の樹脂材３
０を除去することにより、圧電素子１０の周波数を上げ
ることができる。

【００１７】このように、樹脂材３０を付着させた基体
１２を用いた圧電素子１０では、樹脂材３０部分のみが
選択的に除去されるため、基体１２部分にレーザによる
熱的影響を及ぼすことがない。そのため、基体１２の全
体が活性部２４であって、不活性部がない構成であって
も、レーザによる熱的影響で、活性部２４の分極が消去
されることはなく、圧電素子１０の電気的特性にも影響
を及ぼすことはない。特に、ＹＡＧレーザの第３高調波
などの波長の短いレーザビームを用いれば、熱プロセス
によって樹脂材３０を除去するのではなく、樹脂材３０
の２重結合や３重結合などを切って加工する光化学プロ
セスによって樹脂材３０を切断することができるため、
圧電素子１０の電気的特性の劣化をさらに抑制すること
ができる。このように、この発明の周波数調整方法を用
いれば、圧電素子１０の電気的特性を劣化させることな
く、周波数を調整することができる。

【００１８】なお、圧電素子１０としては、図７に示す
ように、基体１２の１つの側面に２つの外部電極２０，
２２を形成してもよい。この場合、基体１２の１つの側
面において、２列に絶縁膜１６，１８が形成されること
により、２列の接続部が形成される。これらの２列の絶
縁膜１６，１８は、それぞれ１つおきの電極１４上に形
成される。このとき、２列の絶縁膜１６，１８は、互い
に異なる電極１４上に形成される。そして、これらの絶
縁膜１６，１８の形成された部分に、２列の外部電極２
０，２２が形成される。このような圧電素子１０につい
ても、基体１２の端部または中央部に不活性部２６を形
成し、この不活性部２６にレーザビームを照射して、不
活性部２６を部分的に除去し、周波数を調整することが
できる。また、基体１２の外部電極２０，２２の形成さ
れていない側面に、樹脂材３０を形成することにより、
樹脂材３０をレーザビームで部分的に除去することがで
きる。そして、この樹脂材３０をレーザビームで部分的
に除去することにより、圧電素子１０の周波数を調整す
ることができる。

【００１９】このようにして周波数調整された圧電素子
１０は、たとえば発振子やディスクリミネータなどとし
て使用することができる。また、図８に示すように、複
数の圧電素子１０を用いて、ラダーフィルタ１１を形成
することができる。このようなラダーフィルタ１１で
は、基板５０上に４つの圧電素子１０ａ，１０ｂ，１０
ｃ，１０ｄが取り付けられている。なお、ここで用いら
れる圧電素子１０ａ〜１０ｄは、図１の実施例に示した
構造のものであるが、図７の実施例に示す構造のもので
あっても同様の構成とすることができる。

【００２０】この圧電素子１０では、基板５０上に、４
つのパターン電極６０，６２，６４，６６が形成され
る。これらのパターン電極６０〜６６には、間隔を隔て
て一列に配置される５つのランドが形成される。この場
合、基板５０の一端から１番目のランドＬ１はパターン
電極６０に形成され、２番目のランドＬ２および５番目
のランドＬ５はパターン電極６２に形成され、３番目の
ランドＬ３はパターン電極６４に形成され、４番目のラ
ンドＬ４はパターン電極６６に形成される。そして、導
電接着剤によって、圧電素子１０ａ〜１０ｄと、１番目
〜５番目のランドＬ１〜Ｌ５とが接続される。このラダ
ーフィルタ１１では、図９に示す梯子型の回路が得られ
るようにパターン電極６０〜６６が形成されている。そ
して、基板５０上に、金属キャップ（図示せず）がかぶ
せられる。このようなラダーフィルタ１１においても、
不活性部２６をレーザビームで除去することにより、電
気的特性を劣化させることなく圧電素子１０ａ〜１０ｄ
の周波数調整を行うことができ、優れた特性を有するも
のとすることができる。

【００２１】図１０はこの発明にかかるダブルスーパー
ヘテロダイン受信機の一例を示すブロック図である。図
１０に示すダブルスーパーヘテロダイン受信機１００は
アンテナ１０２を含む。アンテナ１０２は入力回路１０
４の入力端に接続される。入力回路１０４は、アンテナ
１０２と後述の高周波増幅器１０６とのインピーダンス
整合を行い、希望波を選択する同調回路あるいはバンド
パスフィルタが用いられる。入力回路１０４の出力端
は、高周波増幅器１０６の入力端に接続される。高周波
増幅器１０６は、微弱な電波を低雑音増幅し感度を向上
させ、また、イメージ周波数選択度を改善するためのも
のである。高周波増幅器１０６の出力端は、第１の周波
数混合器１０８の入力端に接続される。第１の周波数混
合器１０８は、希望波と第１の局部発振波とを混合して
和または差の第１の中間周波をつくるためのものであ
る。第１の周波数混合器１０８の別の入力端には、第１
の局部発振器１１０の出力端が接続される。第１の局部
発振器１１０は、第１の中間周波をつくるための第１の
局部発振波を発振するためのものである。第１の周波数
混合器１０８の出力端は、第１のバンドパスフィルタ１
１２の入力端に接続される。第１のバンドパスフィルタ
１１２は、第１の中間周波を通過するためのものであ
る。第１のバンドパスフィルタ１１２の出力端は、第２
の周波数混合器１１４の入力端に接続される。第２の周
波数混合器１１４は、第１の中間周波と第２の局部発振
波とを混合して和または差の第２の中間周波をつくるた
めのものである。第２の周波数混合器１１４の別の入力
端には、第２の局部発振器１１６の出力端が接続され
る。第２の局部発振器１１６は、第２の中間周波をつく
るための第２の局部発振波を発振するためのものであ
る。第２の周波数混合器１１４の出力端は、第２のバン
ドパスフィルタ１１８の入力端に接続される。第２のバ
ンドパスフィルタ１１８は、第２の中間周波を通過する
ためのものである。第２のバンドパスフィルタ１１８の
出力端は、中間周波増幅器１２０の入力端に接続され
る。中間周波増幅器１２０は、第２の中間周波を増幅す
るためのものである。中間周波増幅器１２０の出力端
は、検波器１２２の入力端に接続される。検波器１２２
は、第２の中間周波から信号波を得るためのものであ
る。検波器１２２の出力端は、低周波増幅器１２４の入
力端に接続される。低周波増幅器１２４は、スピーカを
駆動できるレベルまで信号波を増幅するためのものであ
る。低周波増幅器１２４の出力端は、スピーカ１２６に
接続される。

【００２２】そして、この発明では、そのダブルスーパ
ーヘテロダイン受信機１００において、検波器１２２に
上述の調整方法で周波数調整をした圧電素子１０が用い
られてもよく、また、第１のバンドパスフィルタ１１２
および第２のバンドパスフィルタ１１８の少なくとも一
方、または双方に上述のラダーフィルタ１１が用いられ
てもよい。

【００２３】また、この発明では、シングルスーパーヘ
テロダイン受信機において、検波器に上述の圧電共振子
が用いられてもよく、また、バンドパスフィルタに上述
のラダーフィルタが用いられてもよい。

【００２４】この発明の周波数調整方法で調整した圧電
素子１０は、所望の周波数特性を得ることができるとと
もに電気的特性の劣化がなく、このような圧電素子１０
を受信機に用いることにより、優れた特性を有する通信
機器を得ることができる。

【００２５】なお、この発明の周波数調整方法は、上述
のような圧電体と電極とを積層した基体１２を用いた圧
電素子１０のみでなく、図１１に示すような、１枚の圧
電体基板の両面に電極を形成した圧電素子にも適用可能
である。このような圧電素子においても、基体（圧電体
基板）の端部または中央部に不活性部を形成しておき、
この不活性部をレーザビームで除去することにより、電
気的特性を変えることなく、周波数調整を行うことがで
きる。また、基体に樹脂材を付着させ、この樹脂材部分
をレーザビームで除去することによっても、周波数を調
整することが可能である。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、基体の不活性部をレ
ーザビームで除去することにより、電気的特性に影響を
与えることなく所望の周波数特性を有する圧電素子を得
ることができる。また、基体に付着させた樹脂材をレー
ザビームで除去することもできる。その結果、加工条件
を広くすることができ、効率的な加工が可能となる。さ
らには、周波数調整のための加工が容易であり、バリな
どの発生も少ない。また、この発明の周波数調整方法で
調整した圧電素子を通信機器に用いることにより、優れ
た特性を有する通信機器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の周波数調整方法に用いられる圧電素
子の一例を示す斜視図である。

【図２】図１に示す圧電素子の構造を示す図解図であ
る。

【図３】図１に示す圧電素子の端部に形成された不活性
部をレーザビームで除去する状態を示す図解図である。

【図４】図１に示す圧電素子の中央部に形成された不活
性部をレーザビームで除去する状態を示す図解図であ
る。

【図５】基体に樹脂材を付着させた圧電素子の端部をレ
ーザビームで除去する状態を示す図解図である。

【図６】基体に樹脂材を付着させた圧電素子の中央部を
レーザビームで除去する状態を示す図解図である。

【図７】この発明の周波数調整方法に用いられる圧電素
子の他の例を示す図解図である。

【図８】この発明の周波数調整方法で調整した圧電素子
を用いたラダーフィルタの一例を示す図解図である。

【図９】図８に示すフィルタの回路図である。

【図１０】この発明にかかるダブルスーパーヘテロダイ
ン受信機の一例を示すブロック図である。

【図１１】従来の圧電素子の周波数調整方法を示す図解
図である。

【符号の説明】

１０ 圧電素子 １１ ラダーフィルタ １２ 基体 １４ 電極 １６，１８ 絶縁膜 ２０，２２ 外部電極 ２４ 活性部 ２６ 不活性部 ３０ 樹脂材 ５０ 基板 ６０，６２，６４，６６ パターン電極 １００ ダブルスーパーヘテロダイン受信機 １０２ アンテナ １０４ 入力回路 １０６ 高周波増幅器 １０８ 第１の周波数混合器 １１０ 第１の局部発振器 １１２ 第１のバンドパスフィルタ １１４ 第２の周波数混合器 １１６ 第２の局部発振器 １１８ 第２のバンドパスフィルタ １２０ 中間周波増幅器 １２２ 検波器 １２４ 低周波増幅器 １２６ スピーカ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手方向を有する基体を含む圧電素子の
   周波数調整方法であって、 前記基体は、圧電的に活性な活性部と、圧電的に不活性
   な不活性部とを含み、 前記不活性部をレーザビームで除去することにより周波
   数を調整する、圧電素子の周波数調整方法。
2. 【請求項２】 長手方向を有する基体を含む圧電素子の
   周波数調整方法であって、 前記基体に樹脂材を付着し、 前記樹脂材をレーザービームで除去することにより周波
   数を調整する、圧電素子の周波数調整方法。
3. 【請求項３】 前記基体は、圧電的に活性な活性部と、
   圧電的に不活性な不活性部とを含む、請求項２に記載の
   圧電素子の周波数調整方法。
4. 【請求項４】 前記活性部は、圧電体で構成されるとと
   もに、基体の長手方向と直交するように活性部内に配置
   される少なくとも１対の電極を含み、前記基体の長手方
   向に電界を加えて、前記基体に長さ振動を励振するもの
   であることを特徴とする、請求項１または請求項３に記
   載の圧電素子の周波数調整方法。
5. 【請求項５】 前記不活性部は、前記基体内において分
   極されていない構成か、あるいは電界が印加されない構
   成の少なくともいずれかであることを特徴とする、請求
   項１または請求項３に記載の圧電素子の周波数調整方
   法。
6. 【請求項６】 前記活性部は、複数の圧電体と電極とを
   長手方向に積層した積層体を含むことを特徴とする、請
   求項４に記載の圧電素子の周波数調整方法。
7. 【請求項７】 検波器を有する通信機器であって、請求
   項１ないし請求項６のいずれかに記載の周波数調整方法
   で調整された圧電素子が前記検波器に用いられた、通信
   機器。
8. 【請求項８】 バンドパスフィルタを有する通信機器で
   あって、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の周
   波数調整方法で調整された複数の圧電素子を用いたラダ
   ーフィルタが前記バンドパスフィルタに用いられた、通
   信機器。