JP2001177371A - 圧電共振装置および共振周波数の調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンデンサ部に悪影響を及ぼさず、かつ容易
に幅広い容量調整が可能な圧電共振装置および共振周波
数の調整方法を提供する。 【解決手段】 圧電体基板２ａと圧電体基板２ａの両主
面に形成された振動電極２ｂとを備えた圧電共振部２
と、誘電体基板３ａと誘電体基板３ａの両主面に形成さ
れ、かつそのうち少なくとも一方の主面の一端から他端
に向かって複数個形成された容量電極３ｂとを備えたコ
ンデンサ部３と、振動電極２ｂと容量電極３ｂとを接続
して、圧電共振部２とコンデンサ部３とを電気的に接続
する接続電極４とからなり、圧電共振部２と、コンデン
サ部３とを積層して一体化する。また圧電共振装置１に
おいて、接続電極４と複数の容量電極３ｂとの接続数を
変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電共振子とコンデ
ンサとを組み合わせた圧電共振装置、および共振周波数
の調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図１１のように、圧電体基板
１０２ａの両主面に振動電極１０２ｂを形成し、この振
動電極１０２ｂに電圧を印加することにより振動を行う
圧電共振子１０２と、誘電体基板１０３ａ上に容量電極
１０３ｂを形成したコンデンサ１０３とを積層したもの
を外部電極１０４で電気的に接続した圧電共振装置１０
０がある。

【０００３】この圧電共振装置１００において、その共
振周波数の調整は、圧電体基板１０２ａの厚みを変えた
り、外部電極１０４と外部電極１０４との間のコンデン
サ１０３の容量を調整したりして行っていた。

【０００４】しかしながら、この圧電共振装置１００で
は、外部電極１０４を形成した後に圧電体基板１０２ａ
の厚みを調整することができなかった。また、この圧電
共振装置１００においては、コンデンサ１０３の容量を
調整しても容量の調整幅が狭く実用的でないという問題
点があった。

【０００５】そこで、より幅広い領域での容量調整を行
うことを可能とした圧電共振装置が特開平６−３２６５
４７号公報に開示されている。この圧電共振装置は、図
１２のように、両面に振動電極２０２ｂが形成された圧
電体基板２０２ａで構成された圧電共振子２０２と、こ
の圧電共振子２０２の振動部分に凹部を設けた保護基板
２０５と、両面に容量電極２０３ｂが形成された誘電体
基板２０３ａで構成されるコンデンサ２０３とを一体化
し、この側面に外部電極２０４を形成したものである。

【０００６】この圧電共振部品２００においては、誘電
体基板２０３ａの上面に形成された容量電極２０３ｂを
レーザー等でトリミングし、誘電体基板２０３ａ両面の
容量電極２０３ｂの重なり部分を変化させ、コンデンサ
の容量を変化させることによって、これまでより幅広い
領域での容量調整を行い、共振周波数の調整がなされて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電共振装置は共振周波数の調整において、誘電体基板
上に形成された容量電極を直接研磨したり、レーザー等
でトリミングするために、誘電体基板の一部を傷つけ、
コンデンサ部にクラックの発生や絶縁抵抗値の低下等の
悪影響を及ぼすという問題点があった。

【０００８】本発明の目的は、コンデンサ部に悪影響を
及ぼさず、かつ容易に幅広い容量調整が可能な圧電共振
装置および共振周波数の調整方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような問
題点に鑑みてなされたものである。第１の発明の圧電共
振装置は、圧電体基板と前記圧電体基板の両主面に形成
された振動電極とを備えた圧電共振部と、誘電体基板と
前記誘電体基板の両主面に形成され、かつそのうち少な
くとも一方の主面の一端から多端に向かって複数個形成
された容量電極とを備えたコンデンサ部と、前記振動電
極と前記容量電極とを接続して、前記圧電共振部と前記
コンデンサ部とを電気的に接続する接続電極とからな
り、前記圧電共振部と、前記コンデンサ部とを積層して
一体化したことを特徴とする。

【００１０】このような構成にすることにより、容量電
極を加工することなく容量調整を行うことができる。す
なわち、容量電極が複数個形成されているので、そのう
ちそれぞれの容量電極に対して接続の有無を調整するこ
とによって、コンデンサ部の容量電極の面積を決定で
き、容量調整が可能となる。

【００１１】また、第２の発明の共振周波数の調整方法
は、請求項１に記載の圧電共振装置において、前記接続
電極と前記複数の容量電極との接続数を変化させること
を特徴とする。

【００１２】このような共振周波数の調整方法にするこ
とによって、容易にかつコンデンサ部に悪影響を及ぼす
ことなくコンデンサ部の容量を調整することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の圧電共振装置は、振動電
極と圧電体基板とからなる圧電共振部と、容量電極と誘
電体基板とからなるコンデンサ部と、圧電共振部とコン
デンサ部とを接続する接続電極とで構成されている。

【００１４】上記圧電共振部は、エネルギー閉じ込め型
の圧電共振子であり、圧電体基板の振動箇所には空洞部
が設けられている。この空洞部は別途設けられた保護キ
ャップによって形成してもよいし、凹部を有するセラミ
ックシートを積層して形成してもよい。

【００１５】圧電共振部のうち上記圧電体基板は、チタ
ン酸鉛系セラミック、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミッ
ク、三成分系セラミック等を材質とする角板状である
が、所望の圧電特性が得られるのであればその材質は特
に限定はしない。

【００１６】圧電共振部のうち上記振動電極は、圧電体
基板の振動箇所の両面にそれぞれ設けられた励振電極
と、上記接続電極と上記励振電極とを接続する引出電極
とからなる。引出電極はそれぞれの励振電極から互いに
異なる接続電極へ接続されている。

【００１７】また、コンデンサ部のうち誘電体基板は、
チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸
鉛、酸化チタン、チタン酸カルシウム、酸化アルミニウ
ム等を材質とする角板状であるが、所望の誘電特性、温
度特性が得られるのであればその材質は特に限定はしな
い。

【００１８】コンデンサ部のうち容量電極は、誘電体基
板の両面上をそれぞれ対向するように形成されており、
その少なくとも一方が略平行に複数の帯状となるように
形成されている。対向している容量電極はそれぞれ対向
する接続電極に接続されている。また、容量電極の数は
特に限定しないが、容量電極の数が多くなればなるほど
より細かな共振周波数の調整が可能となるため、多い方
が好ましい。

【００１９】接続電極は、銀、パラジウム、ニッケル等
の材質からなり、圧電共振部の振動電極とコンデンサ部
の容量電極とを接続している。接続電極は容量電極との
接続数によってコンデンサ部の容量を変動させ、共振周
波数の調整を行うが、その調整方法は特に限定するもの
ではない。具体的には、接続電極の切削、レーザー等に
よるトリミング、容量電極との間に絶縁膜を介在させる
等の手段が挙げられる。また、容量電極は誘電体基板の
両主面に形成され、このうち少なくとも一方の主面には
複数個形成されている。すなわち、容量電極は両主面と
も複数個設けなくてもよく、例えば、下面のみ複数個に
してもよいし、上面のみ複数個にしてもよい。

【００２０】また、圧電共振部とコンデンサ部とは互い
に接着や共焼成等によって、接合されている。それぞれ
のサイズは特に規定しないが、互いの接続や実装の容易
性から主面は同形状であることが好ましい。また、圧電
共振部とコンデンサ部とは、接着剤によって積層、固定
してもよいし、圧電共振部に設けられる保護基板を介し
て一体焼結によって固定してもよい。なお、圧電共振部
とコンデンサ部とを一体焼成する場合には、クラック等
の発生を防止するために、熱膨張係数が同じもの、すな
わち同じ組成のものを用いることが好ましいが、コンデ
ンサ部の容量温度特性と圧電共振部の共振周波数温度特
性とのバランスをとるために異なる組成のものを用いて
も構わない。また、本発明の圧電共振装置は、圧電共振
部とコンデンサ部とを直列に接続してもよいし、並列に
接続してもよい。 （実施例１）以下、実施例１について説明する。なお、
図１は本発明に用いられる圧電共振部の概略斜視図、図
２は本発明に用いられるコンデンサ部の概略斜視図、図
３は実施例１の圧電共振装置の概略断面図、図４は実施
例１の圧電共振装置のインピーダンス特性を示すグラフ
である。まず、圧電共振部に用いられる圧電体基板は、
Ｐｂ（Ｔｉ_0.48Ｚｒ_0.52）Ｏ₃＋１wt％ＭｎＯ₂の組成式
で表される圧電セラミックを使用し、これを通常のセラ
ミック作製プロセスで作製し、２０×２０×０．２mmの
圧電セラミック板とした。次に、この圧電セラミック板
の両主面に銀電極を蒸着し、５０〜１００℃の絶縁オイ
ル中で２〜５ｋＶ／mmの高電界を１０分間印加して分極
処理を行った。さらに、圧電セラミック板に蒸着された
銀電極を所定形状にエッチングし、５×５mmのサイズに
切断して図１に示すような圧電共振部を得た。図１のよ
うに、圧電共振部２は、圧電体基板２ａと、圧電体基板
２ａ中央の振動箇所に形成された直径１mmの略円形の励
振電極２ｂ₁と、この励振電極２ｂ₁に接続した引出電極
２ｂ₂とからなる振動電極２ｂとで構成されている。な
お、引出電極２ｂ₂は圧電体基板２ａの表裏で互いに反
対方向に導出されている。

【００２１】一方、コンデンサ部に用いられる誘電体基
板は、上記圧電セラミックを分極せずにそのまま流用し
た。上記と同様にして５×５×０．２mmの図２に示すよ
うな誘電体基板を得た。図２のように、コンデンサ部３
は、誘電体基板３ａと、誘電体基板３ａの両主面に形成
された複数の帯状の容量電極３ｂとから構成されてい
る。なお、容量電極３ｂは、誘電体基板３ａの表裏で互
いに反対方向に導出されている。

【００２２】次に、図３のように、コンデンサ部３の上
にエポキシ樹脂７を用いて圧電共振部２を互いに接しな
いように接着した。その後、圧電共振部２の上にエポキ
シ樹脂５を用いて下面に凹部を有する保護キャップ５を
エポキシ樹脂７で接着した。さらに、圧電共振部２の振
動電極２ｂとコンデンサ部３の容量電極３ｂとを接続電
極４とで並列に接続した。なお、接続電極は銀を蒸着す
ることによって形成されている。最後に、コンデンサ部
３の容量が３０pFとなるように接続電極３ｂの一部をト
リミングし、圧電共振装置１とした。

【００２３】次に、圧電共振装置１のインピーダンス特
性と、圧電共振部単独のインピーダンス特性を測定し
た。その結果を図４に示す。図４のように、圧電共振部
とコンデンサ部とを組み合わせた圧電共振装置のインピ
ーダンス特性は、圧電共振部単独のインピーダンス特性
に比べて反共振周波数が低下する。

【００２４】さらに、圧電共振装置１の接続電極４をト
リミングし、コンデンサ部３の容量電極３ｂとの接続数
を変えてコンデンサ部３の容量を変動させ、されぞれの
反共振周波数を測定した。その結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１のように、接続電極をトリミングして
容量電極との接続数を変えることによってコンデンサ部
の容量を変化させ、反共振周波数を調整できることがわ
かる。 （実施例２）実施例２の圧電共振装置について説明す
る。図５は実施例２における積層体の分解斜視図、図６
は実施例２の圧電共振装置の概略断面図、図７は実施例
２の圧電共振装置における変形例の概略断面図である。

【００２７】実施例１と同様の組成の圧電セラミック材
料を用意し、通常のプロセスでセラミックグリーンシー
トを作製した。このセラミックグリーンシートに銀から
なる振動電極、容量電極をそれぞれ印刷した。また、圧
電共振部の振動部分を打ち抜いた開口セラミックグリー
ンシートを用意した。

【００２８】次に、図５のように、上から通常のセラミ
ックグリーンシート２８ａ、開口セラミックグリーンシ
ート２５ａ、振動電極２２ｂ付セラミックグリーンシー
ト２８、開口セラミックグリーンシート２５ａ、容量電
極２３ｂ付セラミックグリーンシート２８を順次積層
し、０．１ton／cm²以上の圧力で圧着して積層体２９ａ
とした。この積層体２９ａを大気中１２００℃で焼成
し、積層焼結体とした。さらに、積層焼結体の振動電極
の引出部に分極用電極を形成し、実施例１と同様にして
分極を行った。この後、分極用電極を取り、積層焼結体
の側面全面に接続電極を形成した。最後に、コンデンサ
部の容量が３０pFとなるように接続電極の一部をトリミ
ングし、図６に示すような圧電共振装置とした。図６の
ように、実施例２の圧電共振装置１１は、圧電体基板１
２ａと振動電極１２ｂとからなる圧電共振部１２と、圧
電共振部１２の上下に積層された保護セラミック層１７
と、保護セラミック層１７を介し、圧電共振部１２の下
に設けられた誘電体基板１３ａと容量電極１３ｂとから
なるコンデンサ部１３と、保護セラミック層１７の上に
積層された外装セラミック層１５とからなる積層焼結体
１９と、振動電極１２ｂと容量電極１３ｂとが導出され
た積層焼結体１９の側面に設けられた接続電極１４とか
らなる。

【００２９】また、図７のように、コンデンサ部１２の
それぞれの容量電極１３ｂの上下に外装セラミック層１
５を設けてもよい。

【００３０】なお、実施例２の圧電共振装置のインピー
ダンス特性は、実施例１とほぼ同様であった。 （実施例３）実施例３の圧電共振装置について説明す
る。図８は実施例３の圧電共振装置の概略断面図、図９
は実施例３の圧電共振装置における変形例を示す概略断
面図、図１０は実施例３の圧電共振装置のインピーダン
ス特性を示すグラフである。

【００３１】図８のように、実施例３の圧電共振装置１
１ａは、圧電共振部１２とコンデンサ部１３とを直列に
接続している。なお、振動電極１２ｂと容量電極１３ｂ
との直列接続には、電極材料を塗布してもよいし、導電
性接着剤を用いてもよい。また、これ以外の構成につい
ては実施例２と同様であるため、同じ符号を付して説明
を省略する。

【００３２】また、図９のように、振動電極１２ｂと容
量電極１３ｂとの直列接続部分を圧電共振装置の側面に
持ってきてもよい。なお、図９では、接続電極１４との
導通を避けるため、振動電極１２ｂと容量電極１３ｂと
の直列接続部分と接続電極１４との間に絶縁膜１８を形
成している。

【００３３】さらに、圧電共振装置１１ａのインピーダ
ンス特性と、圧電共振部単独のインピーダンス特性を測
定した。その結果を図１０に示す。図１０のように、圧
電共振部とコンデンサ部とを組み合わせた圧電共振装置
のインピーダンス特性は、圧電共振部単独のインピーダ
ンス特性に比べて共振周波数が上昇する。

【００３４】

【発明の効果】本発明の圧電共振装置は、圧電体基板
と、圧電体基板の両主面に形成された振動電極とを備え
た圧電共振部と、誘電体基板と誘電体基板の両主面に形
成され、かつ少なくとも一方の主面に複数個形成された
容量電極とを備えたコンデンサ部と、振動電極と容量電
極とを接続して、圧電共振部とコンデンサ部とを電気的
に接続する接続電極とからなり、圧電共振部と、前記コ
ンデンサ部とを積層して一体化した構成になっている。

【００３５】このような構成にすることによって、容量
電極を加工することなく容量調整を行うことができる。

【００３６】また、本発明の共振周波数の調整方法は、
上記圧電共振装置において、接続電極と複数の容量電極
との接続数を変化させているので、容易にかつコンデン
サ部に悪影響を及ぼすことなくコンデンサ部の容量を調
整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられる圧電共振部の概略斜視図。

【図２】本発明に用いられるコンデンサ部の概略斜視
図。

【図３】実施例１の圧電共振装置の概略断面図。

【図４】実施例１の圧電共振装置のインピーダンス特性
を示すグラフ。

【図５】実施例２における積層体の分解斜視図。

【図６】実施例２の圧電共振装置の概略断面図。

【図７】実施例２の圧電共振装置における変形例の概略
断面図。

【図８】実施例３の圧電共振装置の概略断面図。

【図９】実施例３の圧電共振装置における変形例を示す
概略断面図。

【図１０】実施例３の圧電共振装置のインピーダンス特
性を示すグラフ。

【図１１】従来の圧電共振装置の概略断面図。

【図１２】従来の他の圧電共振装置の概略断面図。

【符号の説明】 １、１１、１１ａ 圧電共振装置 ２、１２ 圧電共振部 ２ａ、１２ａ 圧電体基板 ２ｂ、１２ｂ 振動電極 ３、１３ コンデンサ部 ３ａ、１３ａ 誘電体基板 ３ｂ、１３ｂ 容量電極 ４、１４ 接続電極 ５ 保護キャップ ７ エポキシ樹脂 １５ 外装セラミック層 １７ 保護セラミック層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体基板と前記圧電体基板の両主面に
   形成された振動電極とを備えた圧電共振部と、 誘電体基板と前記誘電体基板の両主面に形成され、かつ
   そのうち少なくとも一方の主面の一端から他端に向かっ
   て複数個形成された容量電極とを備えたコンデンサ部
   と、 前記振動電極と前記容量電極とを接続して、前記圧電共
   振部と前記コンデンサ部とを電気的に接続する接続電極
   とからなり、 前記圧電共振部と、前記コンデンサ部とを積層して一体
   化したことを特徴とする圧電共振装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の圧電共振装置におい
   て、前記接続電極と前記複数の容量電極との接続数を変
   化させることを特徴とする共振周波数の調整方法。