JP2002232032A

JP2002232032A - 積層圧電体の分極方法

Info

Publication number: JP2002232032A
Application number: JP2001025160A
Authority: JP
Inventors: Mikio Nakajima; 幹雄中島
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-08-16
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: US20030062912A1; US6759792B2; JP3733861B2

Abstract

(57)【要約】【課題】積層圧電体の分極度分布を均一にし、収率の向
上を図る積層圧電体の分極方法を提供する。【解決手段】複数の圧電体層１ａ〜１ｄと複数の内部電
極２ａ〜２ｃとを交互に積層し、隣合う圧電体層１ｂ，
１ｃを厚み方向に互いに逆方向に分極する積層圧電体１
の分極方法において、積層圧電体１に対し厚み方向に一
方向の電界を印加し、厚み方向に一様に分極する一次分
極工程と、内部電極２ｂの両側の圧電体層１ｂ，１ｃに
逆向きの電界を印加し、内部電極２ｂの片側の圧電体層
１ｂの分極軸のみを反転させる二次分極工程とを備え
る。二次分極は、分極軸が反転した圧電体層１ｂにおけ
る二次分極後の残留分極度Ｐｒ₂ が一次分極後の残留分
極度Ｐｒ₁ を越えない範囲で行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば携帯電話の
フィルタなどに使用される積層圧電体の分極方法、特に
複数の圧電体層と複数の内部電極とを交互に積層し、隣
合う圧電体層を厚み方向に互いに逆方向に分極する積層
圧電体の分極方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特性の設計自由度が大きく、スプ
リアスが小さく、共振周波数と反共振周波数との差ｄｆ
を大きくできる長さモード圧電共振子が提供されている
（特開平１０−４３３０号公報）。図１はこの長さモー
ド圧電共振子１０の一例を示す。圧電共振子１０は、複
数の圧電体層１２と複数の内部電極１３とが交互に積層
された基体１１を持ち、内部電極１３の両側の圧電体層
１２が互いに逆向きに分極されている。基体１１の対向
面には、１つおきに内部電極１３を被覆する絶縁膜１
４，１５が形成され、さらにその上に外部電極１６，１
７が形成されている。そのため、外部電極１６，１７は
内部電極１３に対して１つおきに交互に接続される。こ
のような構造の圧電共振子１０の場合、圧電体層１２の
分極度が特性に大きく影響するので、各素子内での分極
度バラツキおよび素子間での分極度バラツキをできるだ
け小さくすることが求められる。

【０００３】この種の圧電共振子は、ブロック状の積層
圧電体を形成し、これを分極した後、細分することで製
作する。積層圧電体の分極処理は、図２に示す方法で行
なっている。１はブロック状の圧電セラミックスよりな
る積層圧電体であり、ここでは説明を簡単にするため４
層の圧電体層１ａ〜１ｄで構成されたものを示すが、実
際には多層に積層されたものである。圧電体層１ａ〜１
ｄの間には内部電極２ａ〜２ｃが設けられ、内部電極２
ａ〜２ｃは圧電体１の外側面に交互に引き出され、側面
電極３，４と接続されている。そして、側面電極３，４
間に直流電界を印加することにより、内部電極２ｂの両
側の圧電体層１ｂ，１ｃを矢印Ｐで示すように互いに逆
向きに分極し、所定の分極度を得ている。

【０００４】ところが、図２のような方法では、内部電
極２ａ〜２ｃの端部に電界が集中するため、分極度分布
が均一にならないという問題があった。図３は１つの圧
電体層における分極度分布の一例を示し、斜線は分極度
を表す。図から分かるように、圧電体１に対し厚み方向
に電界を印加すると、圧電体１の四隅部の分極度が著し
く高くなり（凹状分布）、均一な分極度分布が得られな
い。その結果、このような分極度分布が不均一な圧電体
層を積層したもの（ブロック）を短冊状に切り出し、さ
らに短冊をカットして素子として使用する場合、ブロッ
クの周辺部の圧電体は使用できなくなり、圧電体の使用
範囲（収率）が大きく制限されてしまうという問題があ
った。

【０００５】例えばラダー型フィルタに用いられる直列
共振子（ｆｒ＝４５０ｋＨｚ，ｄｆ＝５５ｋＨｚ）用の
積層圧電体を図２のような方法で分極すると、ブロック
内の分極度ｄｆのばらつきは約１０ｋＨｚにも及ぶ大き
な分布を示す。そのため、良品として使用できる素子は
ブロック中央付近から切り出された素子のみで、ブロッ
ク周辺の素子は殆ど分極不良となっていた。

【０００６】そこで、本願出願人は、積層圧電体の対向
する主面の外部電極に電界を印加して、積層圧電体の厚
み方向に一方向の分極（初期分極）を行った後、内部電
極を交互に外部に引き出す側面電極を形成し、側面電極
間に電界を印加して内部電極の片側の圧電体層の分極軸
のみを反転させ（分極反転）、所望の分極度を得る方法
を提案した（特願２０００−５２７４３号）。この方法
は、図４に示すように、初期分極の段階では周辺部と中
央部とでΔＰ₁ の分極度ばらつきがある場合でも、逆方
向の電界をかけて分極軸を反転させると、ΔＰ₂ まで分
極度ばらつきを小さくでき、初期分極時の分極度分布の
不均一が是正されるという知見に基づいている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、分極軸
が反転した圧電体層の飽和分極度Ｐmax を、初期分極時
の飽和分極度Ｐmax とほぼ等しくなるまで分極すると、
分極度ばらつきが小さくなったとは言え、分極反転させ
た圧電体層の分極度分布は反転前と同様に凹状になって
しまう。そのため、上記の方法で分極軸が逆向きの圧電
体層が交互に積層された積層圧電体を構成した場合、凹
状分布を持つ分極反転した圧電体層と凹状分布を持つ分
極反転しない圧電体層とが交互に積層されることにな
り、積層圧電体全体としてみると、必ずしも均一な分極
度分布が得られない可能性があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、積層圧電体全体
の分極度分布をできるだけ均一にし、収率の向上を図る
積層圧電体の分極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】上記目的は、請求項１ま
たは３に記載の発明により達成される。すなわち、請求
項１に記載の発明は、複数の圧電体層と複数の内部電極
とを交互に積層し、隣合う圧電体層を厚み方向に互いに
逆方向に分極する積層圧電体の分極方法において、上記
積層圧電体に対し厚み方向に一方向の電界を印加し、厚
み方向に一様に分極する一次分極工程と、上記内部電極
の両側の圧電体層に互いに逆向きの電界を印加し、内部
電極の片側の圧電体層の分極軸のみを反転させる二次分
極工程とを備え、上記二次分極は、分極軸が反転した圧
電体層における二次分極後の残留分極度Ｐｒ₂ が一次分
極後の残留分極度Ｐｒ₁ を越えない範囲で行われること
を特徴とする積層圧電体の分極方法を提供する。また、
請求項３に記載の発明は、複数の圧電体層と複数の内部
電極とを交互に積層し、隣合う圧電体層を厚み方向に互
いに逆方向に分極する積層圧電体の分極方法において、
上記内部電極の両側の圧電体層に互いに逆向きの電界を
印加し、内部電極の両側の圧電体層を互いに逆向きに分
極する一次分極工程と、上記内部電極の両側の圧電体層
に、一次分極工程における電界と反対方向の電界を互い
に逆向きに印加し、内部電極の両側の圧電体層の分極軸
を反転させる二次分極工程とを備え、上記二次分極は、
分極軸が反転した圧電体層における二次分極後の残留分
極度Ｐｒ₂ が一次分極後の残留分極度Ｐｒ₁ を越えない
範囲で行われることを特徴とする積層圧電体の分極方法
を提供する。

【００１０】請求項１では、積層圧電体に対し厚み方向
に一方向の電界を印加し、厚み方向に一様に分極する一
次分極を行う。次に、内部電極の両側の圧電体層に逆向
きの電界を印加し、内部電極の片側の圧電体層の分極軸
のみを反転させる二次分極を行う。図５は請求項１にか
かる分極方法の一例を示す。まず、積層圧電体１の表裏
面に表裏電極５，６を形成し、積層圧電体１に対し厚み
方向の直流電界を印加して厚み方向に一方向に分極（一
次分極）する。その後、内部電極２ａ〜２ｃを積層圧電
体１の外側面に交互に引き出し、側面電極３，４と接続
する。そして、側面電極３，４間に直流電界を印加する
ことにより、内部電極２ｂの両側の圧電体層１ｂ，１ｃ
に互いに逆向きの電界を印加し、内部電極２ｂの片側の
圧電体層１ｂの分極軸のみを反転させる（二次分極）。
なお、内部電極２ｂの他側の圧電体層１ｃは再分極され
るだけで、分極軸は反転しない。

【００１１】本発明者は、二次分極時の分極条件を変え
て種々実験を行ったところ、二次分極の進行度（残留分
極度）によって、分極軸が反転した圧電体層１ｂの分極
度分布が変化することを発見した。図６は二次分極の進
行に伴う２つの圧電体層１ｂ，１ｃにおける分極度分布
の変化の一例をモデル化して示したものである。矢印は
分極方向を示す。（ａ）は一次分極後の分極度分布であ
り、共に凹状分布を有する。（ｂ）〜（ｄ）は二次分極
の進行に伴う分極度分布の変化を示す。なお、Ｐｒ₁ は
一次分極による残留分極度、Ｐｒ₂ は二次分極による残
留分極度を示す。図６から明らかなように、圧電体層１
ｂの分極度分布は、分極軸が反転した当初は（ｂ），
（ｃ）のように凸状あるいはフラットな分布を示すが、
やがて（ｄ）のように凹状に変化する。なお、図６では
（ｂ），（ｃ）における圧電体層１ｂの分極度分布が凸
状の例を示すが、材料によってはほぼフラットな分布を
示すものもある。このように二次分極が進み過ぎると、
圧電体層１ｂの分極度分布は一次分極時と同様な凹状の
分布（ただし分極方向は逆）になってしまう。なお、再
分極された圧電体層１ｃの分極度分布は依然として凹状
のままである。したがって、（ｄ）のように逆分極が進
み過ぎた状態では、分極反転した圧電体層１ｂの分極度
分布と分極反転しない圧電体層１ｃの分極度分布とが共
に凹状となり、圧電体全体としてみると均一な分極度分
布にならない。

【００１２】そこで、請求項１では、分極軸が反転した
圧電体層１ｂの分極度分布が凸状あるいはフラットとな
る範囲で二次分極を停止するものである。つまり、二次
分極後の残留分極度Ｐｒ₂ が一次分極後の残留分極度Ｐ
ｒ₁ を越えない範囲で二次分極している。Ｐｒ₁ ≧Ｐｒ₂ このようにすれば、分極軸が反転した圧電体層１ｂの分
極度分布が凸状あるいはフラットで、分極軸が反転しな
い圧電体層１ｃの分極度分布が凹状であるから、両層の
総和として凸状の分極度分布と凹状の分極度分布とが相
殺し合うか、あるいは凹状分布の不均一度が相対的に低
減され、積層圧電体１全体としてみると、ほぼ均一な分
極度分布が得られる。その結果、圧電体の使用範囲が拡
がり、収率が向上する。なお、Ｐｒ₁ ＞Ｐｒ₂ の場合に
は、２つの層１ｂ，１ｃの分極度の大きさがアンバラン
スになるが、分極度分布がほぼ均一であれば、長さ振動
モード素子としての共振特性には悪影響がない。特に、
Ｐｒ₂ ≒Ｐｒ₁ とすれば、図６の（ｃ）のように２つの
層１ｂ，１ｃの分極度の大きさがほぼ等しく、均一な分
布の積層圧電体と等価になり、最も良好な特性となる。

【００１３】請求項２では、一次分極工程が、積層圧電
体の厚み方向に第１の方向の電界を印加する第１の工程
と、積層圧電体の厚み方向に第１の方向と逆方向の電界
を印加する第２の工程とを含み、第２の工程によって第
１の工程で形成された積層圧電体の分極軸を一様に反転
させることを特徴としている。すなわち、一次分極、つ
まり積層圧電体に対し厚み方向に一様に分極する工程を
１回だけ実施してもよいが、図４の初期分極と同様に、
分極度分布が凹状になり、中央部と端部との差ΔＰ₁ が
大きい。そこで、一次分極を複数回実施し、積層圧電体
全体にわたって分極軸を反転させれば、図４の分極反転
と同様に、中央部と端部との差ΔＰ₂ が小さくなり、分
極度分布の不均一を是正することができる。このように
一次分極における分極度分布の不均一を是正すること
で、二次分極後の圧電体層の分極度分布の不均一も是正
される。なお、第２の工程の回数は１回に限らず、複数
回実施してもよい。

【００１４】請求項３では、まず内部電極の両側の圧電
体層に互いに逆向きの電界を印加し、内部電極の両側の
圧電体層を互いに逆向きに分極する一次分極を行う。一
次分極の後、内部電極の両側の圧電体層に、上記電界と
反対方向の電界を互いに逆向きに印加し、内部電極の両
側の圧電体層の分極軸を反転させる二次分極を行う。つ
まり、内部電極の両側の圧電体層が最初の分極軸方向と
反転する。図７は請求項３にかかる分極方法の一例を示
す。まず、内部電極２ａ〜２ｃを積層圧電体１の外側面
に交互に引き出し、これら内部電極２ａ〜２ｃと導通す
る側面電極３，４を形成する。そして、側面電極３，４
間に直流電界を印加することにより、内部電極２ｂの両
側の圧電体層１ｂ，１ｃを互いに逆向きに分極する（一
次分極）。この分極工程は、従来（図２参照）における
分極工程と同じである。次に、側面電極３，４間に逆方
向の直流電界を印加し、内部電極２ｂの両側の圧電体層
１ｂ，１ｃの分極軸を同時に反転させる（二次分極）。
この場合も、分極軸が反転した圧電体層１ｂ，１ｃにお
ける二次分極後の残留分極度Ｐｒ₂ が一次分極後の残留
分極度Ｐｒ₁ を越えない範囲で、二次分極を行う。この
場合には、内部電極２ｂの両側の圧電体層１ｂ，１ｃの
分極軸が反転し、再分極層が存在しないので、２つの層
１ｂ，１ｃの分極条件が同じになり、分極度分布の均一
化を図るとともに、２つの層１ｂ，１ｃの分極度の大き
さを同じにできる。

【００１５】図８は図７に示す方法で２次分極を行った
場合の圧電体層１ｂ，１ｃにおける分極度分布の変化を
示す。矢印は分極方向を示す。（ａ）は一次分極後の分
極度分布であり、共に凹状分布を有する。（ｂ）〜
（ｄ）は二次分極の進行に伴う分極度分布の変化を示
す。二次分極によって分極軸が反転した後、２つの層１
ｂ，１ｃの分極度がほぼ等しく、その分極度分布が共に
フラットあるいはやや凸状の分布となり、両層１ｂ，１
ｃの分極度分布の不均一度が低減される。そして、残留
分極度Ｐｒ₂ を一次分極による残留分極度Ｐｒ₁とほぼ
一致するまで二次分極を行うと、（ｃ）のように２つの
層１ｂ，１ｃが共にフラットあるいはやや凸状の分布
で、かつ分極度も高くなり、理想的な分布となる。二次
分極がさらに進行すると、（ｄ）のように凹状の分布と
なる。したがって、Ｐｒ₁ ≧Ｐｒ₂ となるように二次分
極条件を設定することで、全体として均一な分極度分布
を持つ積層圧電体１を得ることができる。

【００１６】請求項４のように、一次分極工程をブロッ
ク状の積層圧電体に対して行ない、二次分極工程を短冊
状の積層圧電体に対して行うのが望ましい。すなわち、
生産性を高めるためには、一次分極および二次分極を共
にブロック状の積層圧電体に対して行なうのがよいが、
一次分極時における分極度分布の不均一は図３に示すよ
うに３次元的に現れるので、ブロック状態のまま二次分
極を行うと、分極度分布の不均一を解消しにくい。そこ
で、短冊状に切り出した後で二次分極を行なえば、各短
冊の分極度分布に応じて電界強度や時間を設定できるの
で、短冊間および短冊内の分極度バラツキを小さくする
ことが可能となる。

【００１７】請求項１の場合には、一次分極を行った積
層圧電体は、厚み方向に一様に分極されているので、長
さ振動が励振されない。そこで、拡がり振動モードの共
振周波数と反共振周波数との差ＤＦを求め、これを分極
度としている。一方、二次分極を行った積層圧電体は分
極方向が相反する層を有するので、長さ振動が励振さ
れ、この長さ振動モードの共振周波数と反共振周波数と
の差ｄｆを求めて分極度としている。このように振動モ
ードの異なる２種類の分極度をそのまま比較できないの
で、一次分極後の積層圧電体の拡がり振動のＤＦを電気
機械結合係数Ｋに換算して残留分極度Ｐｒ₁ とし、二次
分極後の積層圧電体の長さ振動のｄｆを電気機械結合係
数Ｋに換算して残留分極度Ｐｒ₂ とし、この残留分極度
Ｐｒ₁ ，Ｐｒ ₂ を比較することで、二次分極の範囲を決
定している。また、請求項３の場合には、一次分極を行
った積層圧電体の段階で、分極方向が相反する層を有す
るので、長さ振動が励振される。そのため、一次分極の
残留分極度Ｐｒ₁ も二次分極の残留分極度Ｐｒ₂ も共
に、長さ振動の共振周波数と反共振周波数との差ｄｆを
電気機械結合係数Ｋに換算した値から求めることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図９は所定のＰＺＴ系圧電セラミ
ックスについて、一次分極の残留分極度Ｐｒ₁＝５０ｋ
Ｈｚとした場合に、二次分極の印加電圧を変化させた時
の短冊での分極軸が反転する層（分極反転層と呼ぶ）の
分極度Ｐｒ₂ の変化を示し、図１０は図９のＡ〜Ｆの各
点における分極度分布を示している。なお、参考まで
に、図９には印加電圧を変化させた時の圧電体層（正分
極層と呼ぶ）の分極度の変化も図示してある。圧電体層
の厚みは０．５６ｍｍとした。

【００１９】図９，図１０から明らかなように、分極反
転層では二次分極の電圧上昇に伴って減極し、約９００
ｖで分極軸が反転し、それ以後は分極度が上昇する。分
極反転後、二次分極の電圧が約１０００ｖ付近になる
と、分極反転層の残留分極度Ｐｒ ₂ が約５０ｋＨｚとな
り、一次分極の残留分極度Ｐｒ₁ とほぼ等しくなる。二
次分極の電圧が９００ｖ〜約１０００ｖ付近になるまで
の間（Ｄ点，Ｅ点参照）、分極度分布がほぼフラットあ
るいはやや凸状であり、約１０００ｖ付近以上になると
（Ｆ点参照）、分極度分布が凹状になることがわかる。
よって、この場合の二次分極の電圧は、Ｐｒ₁ ≧Ｐｒ₂
の範囲、つまり９００ｖ〜１０００ｖの範囲とすればよ
い。

【００２０】なお、正分極層では５００ｖを越えるまで
は分極度が０のままであるが、それ以後、分極度が上昇
する。その間、短冊内での分極度分布は凹状のままで変
化しない。図９，図１０には、再分極を行った圧電体層
については図示していないが、再分極層の場合には、二
次分極における電界が一次分極における分極度を越える
まで変化せず、一次分極の分極度を越えて初めて、二次
分極における分極度が優勢となる。その間、正分極層と
同様に短冊内での分極度分布は凹状のままで変化しな
い。

【００２１】以下に、本発明に係る積層圧電体の分極方
法の実施例と比較例とを説明する。本実施例では、長さ
モード圧電共振子（ｄｆ＝５５ｋＨｚ）の材料としてＰ
ＺＴ系の積層圧電体を用いた。

【００２２】〔第１実施例〕図１１は第１実施例の長さ
モード圧電共振子の製造工程を示す。まず、圧電セラミ
ックスよりなるグリーンシートの片面に銀，パラジウ
ム，有機バインダなどを含む内部電極用の導電ペースト
を塗布し、これを交互に積層し、約１２００℃で一体的
に焼成して２０ｍｍ×３０ｍｍ×３．９ｍｍのブロック
状の積層圧電体１を形成した。そして、このブロック１
の表裏面に表裏電極５，６を形成し、恒温槽において表
裏電極５，６間に直流電界を印加し、一次分極を行った
（図１１の（ａ）参照）。一次分極の条件は、電界：
１．５ｋｖ／ｍｍ、分極時間：１０ｍｉｎ、保持温度：
７０℃で一定とした。その後、１５０℃×１ｈｒの条件
でエージング処理を行った。

【００２３】次に、一次分極後のブロック状積層圧電体
１の側面に、内部電極を交互に引き出すための側面電極
３，４を形成した。そして、この積層圧電体１をダイサ
ーを用いて、内部電極２ａ〜２ｃに対して垂直な方向に
１素子分の幅で短冊状に切り出した。切り出された短冊
１Ａに対し、側面電極３，４により直流電界を印加し、
二次分極を行った（図１１の（ｂ）参照）。この時、個
々の短冊１Ａの分極度を分極時間の制御により所定値に
揃えた。二次分極の条件は、電界：１．５ｋｖ／ｍｍ、
分極温度：７０℃で一定とした。分極時間を制御して、
所定の分極度（長さモード素子の分極度ｄｆ＝５５ｋＨ
ｚに対応した短冊の分極度）に調整した。その後、２５
０℃×１ｈｒの条件でエージング処理を行った。

【００２４】二次分極の範囲は、二次分極後の短冊１Ａ
の長さ振動モードの共振周波数と反共振周波数との差ｄ
ｆを電気機械結合係数Ｋに換算した値（残留分極度Ｐｒ
₂ ）が、一次分極後のブロック１の拡がり振動モードの
共振周波数と反共振周波数との差ＤＦを電気機械結合係
数Ｋに換算した値（残留分極度Ｐｒ₁ ）を越えない範囲
としている。すなわち、Ｐｒ₁ ≧Ｐｒ₂ 二次分極後の短冊１Ａに対し、側面に露出した電極を１
つおきに絶縁材で被覆し、その上に銀電極を形成した。
これをダイサーで切断して、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×
３．８ｍｍの長さモード圧電共振子１Ｂを得た（図１１
の（ｃ）参照）。この圧電共振子１Ｂの具体的構造は、
図１と同様であるから、ここでは説明を省略する。

【００２５】〔比較例〕第１実施例と同様な方法でブロ
ック状の積層圧電体を形成し、その側面に内部電極を交
互に引き出すための側面電極を形成し、恒温槽において
積層圧電体の側面電極に直流電界を印加し、分極を行っ
た（図２参照）。分極条件は、電界：１．５ｋｖ／ｍ
ｍ、保持温度：７０℃で一定とした。分極時間を制御し
て、所定の分極度ＤＦ＝２．０±０．２ｋＨｚに調整し
た。この場合の分極度ＤＦは、ブロックの拡がり振動モ
ードの共振周波数と反共振周波数との差から求めた。そ
の後、２５０℃×１ｈｒの条件でエージング処理を行
い、所定寸法にカットして長さモード圧電共振子を得
た。

【００２６】上記のようにして得られた２種類の素子の
インピーダンスの周波数特性を測定し、共振周波数と反
共振周波数との差として、ｄｆ＝５５ｋＨｚの値を得
た。表１，表２は、特性分類工程での第１実施例と比較
例の分極度ｄｆおよび共振周波数ｆｒのロット変動にお
ける比較を示す。σ_n-1 は標準偏差、ｒは最大値と最小
値との差である。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】表１，表２から明らかなように、ｄｆの標
準偏差σ_n-1 の平均値で比較すると、第１実施例では
０．９１ｋＨｚ、比較例では２．０４ｋＨｚであり、第
１実施例は比較例に比べて、分極度ｄｆのばらつきを約
１／２に改善できた。また、共振周波数ｆｒの標準偏差
σ_n-1 の平均値で比較すると、第１実施例では１．０１
ｋＨｚ、比較例では１．２８ｋＨｚであり、共振周波数
ｆｒで約３０％のばらつきを改善できた。

【００３０】〔第２実施例〕図１２は第２実施例の長さ
モード圧電共振子の製造工程を示す。この実施例では、
ブロック１の段階で一次分極を複数回実施し（図１２の
（ａ）および（ｂ）参照）、ブロック１全体に亘って分
極軸を反転させたものである。この場合には、図４の分
極反転と同様に、中央部と端部との差ΔＰ₂ が小さくな
るので、（ｃ）で短冊１Ａにカットした段階で、短冊１
Ａ間および短冊１Ａ内での分極度ばらつき（凹状分布）
が小さくなる。そのため、（ｃ）で二次分極を行うと、
二次分極後の再分極された圧電体層１ｃの凹状の分極度
分布が均一化される。なお、（ｂ）の工程の回数は１回
に限らず、複数回実施してもよい。

【００３１】表３は、第２実施例における分極度ｄｆお
よび共振周波数ｆｒのロット変動を示す。表３から明ら
かなように、分極度ｄｆの標準偏差σ_n-1 の平均値は
０．８５ｋＨｚ、共振周波数ｆｒの標準偏差σ_n-1 の平
均値は０．９６ｋＨｚであり、第１実施例に比べてさら
にばらつきを改善できた。

【００３２】

【表３】

【００３３】〔第３実施例〕図１３は第３実施例の長さ
モード圧電共振子の製造工程を示す。圧電セラミックス
よりなるグリーンシートの片面に銀，パラジウム，有機
バインダなどを含む内部電極用の導電ペーストを塗布
し、これを交互に積層し、約１２００℃で一体的に焼成
して２０ｍｍ×３０ｍｍ×３．９ｍｍのブロック状の積
層圧電体１を形成した。そして、積層圧電体１の側面に
内部電極を交互に引き出すための側面電極３，４を形成
し、恒温槽において側面電極間に直流電界を印加し、一
次分極を行った（図１３の（ａ）参照）。一次分極の条
件は、電界：１．５ｋｖ／ｍｍ、分極時間：１０ｍｉ
ｎ、保持温度：７０℃で一定とした。その後、１５０℃
×１ｈｒの条件でエージング処理を行った。

【００３４】次に、エージング後のブロック状積層圧電
体１をダイサーを用いて、内部電極に対して垂直な方向
に１素子分の幅で短冊状に切り出した。切り出された短
冊１Ａに対し、側面電極３，４により直流電界を印加
し、二次分極を行った（図１３の（ｂ）参照）。この
時、短冊１Ａへの電圧印加の方向は、一次分極と逆方向
に行った。個々の短冊１Ａの分極度を分極時間の制御に
より所定値に一定に揃えた。二次分極の条件は、電界：
１．５ｋｖ／ｍｍ、分極温度：７０℃で一定とした。分
極時間を制御して、所定の分極度（長さモード素子の分
極度ｄｆ＝５５ｋＨｚに対応した短冊の分極度）に調整
した。その後、２５０℃×１ｈｒの条件でエージング処
理を行った。

【００３５】ここでも、二次分極の範囲は、二次分極後
の短冊の長さ振動モードの共振周波数と反共振周波数と
の差ｄｆを電気機械結合係数Ｋに換算した残留分極度Ｐ
ｒ₂ が、一次分極後のブロックの長さ振動モードの共振
周波数と反共振周波数との差ＤＦを電気機械結合係数Ｋ
に換算した残留分極度Ｐｒ₁ を越えない範囲としてい
る。すなわち、Ｐｒ₁ ≧Ｐｒ₂ 二次分極後の短冊１Ａに対し、側面に露出した電極を１
つおきに絶縁材で被覆し、その上に銀電極を形成した。
これをダイサーで切断して、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×
３．８ｍｍの長さモード圧電共振子１Ｂを得た。この圧
電共振子１Ｂの構造も第１実施例の圧電共振子と同じで
ある。

【００３６】第３実施例における圧電共振子と、比較例
における圧電共振子について、そのインピーダンスの周
波数特性を測定し、共振周波数と反共振周波数との差と
してｄｆ＝５５ｋＨｚの値を得た。表４は、第３実施例
における分極度ｄｆおよび共振周波数ｆｒのロット変動
を示す。表４から明らかなように、分極度ｄｆの標準偏
差σ_n-1 の平均値は１．０３ｋＨｚ、共振周波数ｆｒの
標準偏差σ_n-1 の平均値は０．９２ｋＨｚであり、分極
度ｄｆのばらつきは第１実施例に比べてやや大きいが、
共振周波数ｆｒのばらつきは３つの実施例の中で最も小
さい。

【００３７】

【表４】

【００３８】本発明の分極方法は、上記実施例に限定さ
れるものではない。例えば、図１１〜図１３では、短冊
状の圧電体１Ａに対して１回だけ二次分極を行なった
が、二次分極を複数回繰り返してもよい。つまり、電界
方向を逆にして分極軸の反転を複数回繰り返してもよ
い。また、量産性および分極度分布を考慮して、ブロッ
ク状の積層圧電体に対して一次分極を行い、短冊状の積
層圧電体に対して二次分極を行うようにしたが、ブロッ
ク状の積層圧電体に対して一次分極および二次分極を行
ってもよいし、短冊状の積層圧電体に対して一次分極お
よび二次分極を行ってもよい。

【００３９】なお、第１実施例および第２実施例（図
５，６，１１，１２）において、二次分極後、分極軸が
反転した圧電体層の残留分極度を仮にＰｒ₂ として説明
した。これは理解しやすいようにモデル化したものであ
って、実際にはこれらの例では二次分極後の短冊全体
（再分極層および分極軸が反転した圧電体層を含む）を
長さ振動モードで励振させて、その残留分極度をＰｒ₂
とした。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
に記載の方法によれば、積層圧電体を厚み方向に一様に
分極する一次分極を行った後、内部電極の片側の圧電体
層の分極軸のみを反転させる二次分極を行う場合に、分
極軸が反転した圧電体層における二次分極後の残留分極
度Ｐｒ₂ が一次分極後の残留分極度Ｐｒ₁ を越えない範
囲で二次分極を行うようにしたので、分極軸が反転した
圧電体層の分極度分布が凸状あるいはフラットとなる範
囲で二次分極を停止させることができる。そのため、分
極軸が反転した圧電体層の分極度分布が凸状あるいはフ
ラットで、分極軸が反転しない圧電体層の分極度分布が
凹状であるから、積層圧電体全体としてみると、ほぼ均
一な分極度分布が得られる。その結果、積層圧電体を切
り出して使用するとき、その使用範囲が拡がり、収率が
向上する。

【００４１】また、請求項２に記載の方法によれば、内
部電極の両側の圧電体層を互いに逆向きに分極する一次
分極を行った後、内部電極の両側の圧電体層の分極軸を
反転させる二次分極を行う場合に、分極軸が反転した圧
電体層における二次分極後の残留分極度Ｐｒ₂ が一次分
極後の残留分極度Ｐｒ₁ を越えない範囲で二次分極を行
うようにしたので、反転分極しない圧電体層が残らず、
分極度分布を一層均一化できるとともに、隣合う圧電体
層の分極度がほぼ等しいので、良好な共振特性を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が対象とする圧電共振子の一例の斜視図
である。

【図２】従来の積層圧電体の分極方法を示す図である。

【図３】図２の方法で分極されたブロック状圧電体の分
極度分布を示す斜視図である。

【図４】初期分極時と分極反転時の分極度分布を示す図
である。

【図５】請求項１にかかる分極方法の一例を示す工程図
である。

【図６】図５に示す分極方法を行った時の隣合う二つの
圧電体層の分極度分布の変化を示す図である。

【図７】請求項３にかかる分極方法の一例を示す工程図
である。

【図８】図７に示す分極方法を行った時の隣合う二つの
圧電体層の分極度分布の変化を示す図である。

【図９】二次分極の印加電圧を変化させたとき、分極反
転層の分極度の変化を示す図である。

【図１０】図９のＡ〜Ｆの各点における分極度分布図で
ある。

【図１１】本発明の第１実施例における分極方法の一例
を示す工程図である。

【図１２】本発明の第２実施例における分極方法の一例
を示す工程図である。

【図１３】本発明の第３実施例における分極方法の一例
を示す工程図である。

【符号の説明】

１ブロック状積層圧電体１Ａ短冊状積層圧電体１Ｂ素子状積層圧電体１ａ〜１ｄ圧電体層２ａ〜２ｃ内部電極３，４側面電極５，６表裏面電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の圧電体層と複数の内部電極とを交互
に積層し、隣合う圧電体層を厚み方向に互いに逆方向に
分極する積層圧電体の分極方法において、上記積層圧電
体に対し厚み方向に一方向の電界を印加し、厚み方向に
一様に分極する一次分極工程と、上記内部電極の両側の
圧電体層に互いに逆向きの電界を印加し、内部電極の片
側の圧電体層の分極軸のみを反転させる二次分極工程と
を備え、上記二次分極は、分極軸が反転した圧電体層に
おける二次分極後の残留分極度Ｐｒ₂ が一次分極後の残
留分極度Ｐｒ₁ を越えない範囲で行われることを特徴と
する積層圧電体の分極方法。
【請求項２】上記一次分極工程は、上記積層圧電体の厚
み方向に第１の方向の電界を印加する第１の工程と、上
記積層圧電体の厚み方向に第１の方向と逆方向の電界を
印加する第２の工程とを含み、上記第２の工程によって
第１の工程で形成された積層圧電体の分極軸を一様に反
転させることを特徴とする請求項１に記載の積層圧電体
の分極方法。
【請求項３】複数の圧電体層と複数の内部電極とを交互
に積層し、隣合う圧電体層を厚み方向に互いに逆方向に
分極する積層圧電体の分極方法において、上記内部電極
の両側の圧電体層に互いに逆向きの電界を印加し、内部
電極の両側の圧電体層を互いに逆向きに分極する一次分
極工程と、上記内部電極の両側の圧電体層に、一次分極
工程における電界と反対方向の電界を互いに逆向きに印
加し、内部電極の両側の圧電体層の分極軸を反転させる
二次分極工程とを備え、上記二次分極は、分極軸が反転
した圧電体層における二次分極後の残留分極度Ｐｒ₂ が
一次分極後の残留分極度Ｐｒ₁ を越えない範囲で行われ
ることを特徴とする積層圧電体の分極方法。
【請求項４】上記一次分極はブロック状の積層圧電体に
対して行なわれ、二次分極はブロック状の積層圧電体を
内部電極に対して垂直な方向に１素子分の幅で切断して
なる短冊状の積層圧電体に対して行われることを特徴と
する請求項１ないし３のいずれかに記載の積層圧電体の
分極方法。