JP2003133891A

JP2003133891A - 積層圧電振動子

Info

Publication number: JP2003133891A
Application number: JP2001328912A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kobayashi; 修小林; Kozo Kusaka; 孝三草加; Hiroyuki Mibana; 浩之巳鼻
Original assignee: Tayca Corp
Current assignee: Tayca Corp
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】同一の圧電材料で同一の厚みであっても、従
来の圧電振動子の基本波の共振周波数より高いところに
共振周波数が存在し、かつ波形の大きい共振インピーダ
ンス特性を有する積層圧電振動子を提供する。【解決手段】分極された圧電体が接合層を介して２層
積層された積層体と、上記積層体の上面に設けられた上
面電極と、上記積層体の下面に設けられ且つ上記上面電
極とは独立した下面電極とを有し、接合層を介して隣り
合う２層の圧電体の分極方向を互いに逆向きになるよう
にして、積層圧電振動子を構成するか、または分極され
た圧電体が接合層を介して３層積層された積層体と、上
記積層体の上面に設けられた上面電極と、上記積層体の
下面に設けられ且つ上記上面電極とは独立した下面電極
とを有し、接合層を介して隣り合う２層の圧電体の分極
方向を互いに逆向きになるようにして、積層圧電振動子
を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層圧電振動子に
関し、さらに詳しくは、積層圧電振動子の厚み方向の共
振（縦振動の共振）を利用する高周波共振器、レゾネー
ター、送受波器などに好適に用いられる積層圧電振動子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電振動子は、図４に示すよう
に、基本的には使用周波数に相当する厚みに調整した１
層の圧電体１の上面および下面にそれぞれ上面電極４お
よび下面電極５を配設した構造になっていた。

【０００３】この圧電体が１層の圧電振動子（以下、
「単層構造の圧電振動子」という）の縦振動の共振周波
数は、圧電体材料特有の周波数定数とその厚みによって
決まり、下記の関係式が成り立つ。

【０００４】ｆｒ＝Ｎｔ／Ｔｆｒ：基本波の共振周波数（ｋＨｚ）Ｎｔ：周波数定数（ｋＨｚ・ｍｍ）Ｔ：圧電体の厚み（ｍｍ）

【０００５】従って、この圧電振動子を用いて、より高
い共振周波数を得たい場合には、圧電体の厚みをより薄
くする必要がある。従来の圧電振動子は、その総厚みに
相当する周波数で縦振動の共振インピーダンス特性を示
し、通常、基本波（１倍波：１／２波長）のところが利
用されている。

【０００６】基本波より３倍高い周波数に共振インピー
ダンス特性を持つ３倍波（３／２波長）、基本波より５
倍高い周波数に共振インピーダンス特性を持つ５倍波
（５／２波長）、基本波よりｍ倍（ただし、ｍは７以上
の奇数）高い周波数に共振インピーダンス特性を持つｍ
倍波（ｍ／２波長）も存在するものの、３倍波、５倍
波、ｍ倍波と高周波になるほど波形が小さくなる（その
結果、共振周波数と反共振周波数の差や共振インピーダ
ンスと反共振インピーダンスの差が小さくなる）ため、
電気機械結合係数ｋt が小さくなり、圧電振動子として
の機能が低下するという問題があった。

【０００７】そして、上記の関係およびその特性は、圧
電体を積層した従来の積層圧電振動子についても同様で
あり、上記関係式で言えば、圧電体の厚みＴが積層圧電
振動子の総厚みに相当する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような圧電振動
子を用いるにあたり、より高い共振周波数を利用しよう
とする場合には、同一圧電材料で同一厚みであっても、
より高いところに基本波の共振周波数を持つ圧電振動子
が望まれるが、従来の圧電振動子にはそのようなものが
なかったため、従来の圧電振動子で、より高い周波数を
利用しようとすると、波形の小さい３倍波、５倍波の共
振周波数を利用しなければならず、その結果、電気機械
結合係数が小さくなるという問題があった。

【０００９】本発明は、上記のような従来技術における
問題点を解決し、同一の圧電材料で同一の厚みであって
も、従来の圧電振動子の基本波の共振周波数より高いと
ころに共振周波数が存在し、かつ波形の大きい共振イン
ピーダンス特性を有する積層圧電振動子を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、下記の３つの態様の
積層圧電振動子からなるものである。

【００１１】本発明の第１の態様の積層圧電振動子は、
分極された圧電体が接合層を介して２層積層された積層
体と、上記積層体の上面に設けられた上面電極と、上記
積層体の下面に設けられ且つ上記上面電極とは独立した
下面電極とを有する積層圧電振動子であって、接合層を
介して隣り合う２層の圧電体の分極方向が互いに逆向き
になっていることを特徴とする積層圧電振動子である。

【００１２】そして、この第１の態様の積層圧電振動子
では、その上面電極と下面電極との間に電圧をかけたと
きに、接合層と介して隣り合う２層の圧電体のうちの一
方の圧電体が伸び、他方の圧電体が縮む動作をする。こ
の一方の圧電体が伸び、他方の圧電体が縮む動作は、同
時に生じる。そして、本発明の積層圧電振動子において
は、この一方の圧電体が伸び、他方の圧電体が縮む動作
は、この第１の態様のもののみならず、以下に説明する
第２の態様のもの、第３の態様のもののいずれにおいて
も、同時に生じる。

【００１３】本発明の第２の態様の積層圧電振動子は、
分極された圧電体が接合層を介して３層積層された積層
体と、上記積層体の上面に設けられた上面電極と、上記
積層体の下面に設けられ且つ上記上面電極とは独立した
下面電極とを有する積層圧電振動子であって、接合層を
介して隣り合う２層の圧電体の分極方向が互いに逆向き
になっていることを特徴とする積層圧電振動子である。

【００１４】そして、この第２の態様の積層圧電振動子
でも、その上面電極と下面電極との間に電圧を印加しと
きに、接合層を介して隣り合う２層の圧電体のうちの一
方の圧電体が伸び、他方の圧電体が縮む動作をする。

【００１５】本発明の第３の態様の積層圧電振動子は、
分極された圧電体が接合層を介してｎ（ただし、ｎは４
以上の整数）積層された積層体と、上記積層体の上面に
設けられた上面電極と、上記積層体の下面に設けられ且
つ上記上面電極とは独立した下面電極とを有する積層圧
電振動子であって、接合層を介して隣り合う２層の圧電
体の分極方向が互いに逆向きになっていることを特徴と
する積層圧電振動子である。

【００１６】そして、この第３の態様の積層圧電振動子
でも、その上面電極と下面電極との間に電圧を印加した
ときに、接合層を介して隣り合う２層の圧電体のうちの
一方の圧電体が伸び、他方の圧電体が縮む動作をする。

【００１７】本発明の積層圧電振動子は、上記のように
構成されていることにより、圧電体が第１の態様のよう
に２層積層されている場合、その基本波の共振周波数
は、同一圧電材料で同一厚みの従来の圧電振動子の基本
波の共振周波数に比べて、２倍高い周波数に存在し、圧
電体が第２の態様のように３層積層されている場合、そ
の基本波の共振周波数は、同一圧電材料で同一厚みの従
来の圧電振動子の基本波の共振周波数に比べて、３倍高
い周波数に存在し、圧電体が第３の態様のようにｎ層積
層されている場合、その基本波の共振周波数は、同一圧
電材料で同一厚みの従来の圧電振動子の基本波の共振周
波数に比べて、ｎ倍高い周波数に存在し、かつそれらの
波形はいずれの場合も従来の圧電振動子の基本波と同様
に大きいものとなる。

【００１８】本発明の積層圧電振動子がなぜ上記のよう
な特性を有するようになるのかは、現在のところ必ずし
も明確ではないが、以下のように推測される。

【００１９】まず、図４に示すように圧電体１が１層の
単層構造の圧電振動子の場合、当然ながら、印加する電
圧極性は、分極処理を行った方向に対して同一方向か逆
方向かのどちらかとなり、印加する電圧に対して伸びる
か縮むかのどちらかの動作をする。従って、単層構造の
圧電振動子の厚み方向の振動の基本波は１倍波（１／２
波長）の共振周波数となる。

【００２０】また、図５〜図６に示すような従来構成の
積層圧電振動子の場合は、印加する電圧極性に対して、
圧電体１１の分極方向はすべて同じ方向になるため、積
層圧電振動子における各圧電体は、すべて印加される電
圧に対して伸びるかまたは縮むかのどちらかの動作をす
る。従って、従来構成の積層圧電振動子の厚み振動の基
本波についても、単層構造の圧電振動子と同様に、総厚
みに相当する１倍波（１／２波長）になる。

【００２１】これに対して、本発明の積層圧電振動子
は、例えば、図３に示すように、分極された圧電体１が
接合層２を介してｎ層積層された積層体３と、上記積層
体３の上面に設けられた上面電極４と、上記積層体３の
下面に設けられ且つ上記上面電極４とは独立した下面電
極５とを有していて、接合層２を介して隣り合う圧電体
１の分極方向が互いに逆方向になっているので、上記上
面電極４と下面電極５との間に電圧を印加すると、接合
層２を介して隣り合う２層の圧電体１のうちの一方の圧
電体１が伸び、他方の圧電体１が縮む動作をする。すな
わち、積層された圧電体１が１層ごとに交互に伸縮を示
すことになる。

【００２２】その結果、本発明の積層圧電振動子では、
接合層で仕切られた各圧電体のそれぞれの厚みに相当す
る基本波（１／２波長）の振動が強調されて、総和のｎ
倍波の共振周波数特性を示すものと考えられる。従っ
て、本発明の積層圧電振動子の基本波の共振周波数は、
従来の圧電振動子の基本波の共振周波数に比べて、同一
圧電材料で同一厚みであっても、ｎ倍高い周波数に存在
し、その共振波形は従来の圧電振動子の基本波の共振波
形と同様に大きくなるものと考えられる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１に本発明の第１の態様の積層
圧電振動子を模式的に示し、図２に本発明の第２の態様
の積層圧電振動子を模式的に示し、図３に本発明の第３
の態様の積層圧電振動子を模式的に示す。

【００２４】まず、図１に示す本発明の第１の態様の積
層圧電振動子について説明すると、この図１に示す積層
圧電振動子は、圧電体を２層積層した構造の２層積層型
の積層圧電振動子であって、分極された圧電体１が接合
層２を介して２層積層された積層体３と、上記積層体３
の上面に設けられた上面電極４と、上記積層体３の下面
に設けられ且つ上記上面電極４とは独立した下面電極５
とを有し、接合層２を介して隣り合う２層の圧電体１の
分極方向が互いに逆向きになっている。なお、この図１
では、上面電極４や下面電極５などの電極を形成した部
分の境界線は電極の種類にかかわらず太線で示し、圧電
体１の電極が形成されていない部分の稜線は細線で示し
ている。そして、電極が形成されている面にはドットを
付し、圧電体１の分極方向は圧電体１中に太い矢印で示
している。この太線、細線、ドット、太い矢印などによ
る図示の内容は積層構造、単層構造のいかんにかかわら
ず、圧電振動子を示す他の図でも同様である。なお、接
合層２についても太線で図示しているが、接合層を示す
太線の場合には参照符号の２が付されているので、電極
を形成した部分の境界線を示す太線とは識別することが
できる。また、上面電極４と下面電極５は、両者が接触
しなければ、積層体３の側面に一部はみ出て形成されて
いてもよい。

【００２５】この図１に示す本発明の２層積層型の積層
圧電振動子では、その上面電極４と下面電極５との間に
電圧をかけたときに、接合層２を介して隣り合う２層の
圧電体１のうちの一方の圧電体１が伸び、他方の圧電体
１が縮む動作をする。

【００２６】従って、この図１に示す本発明の２層積層
型の積層圧電振動子では、その基本波の共振周波数は、
同一圧電材料で同一厚みの従来の２層積層型の積層圧電
振動子の基本波の共振周波数より２倍高く、共振波形の
大きさは上記従来の２層積層型の積層圧電振動子と同様
に大きい。

【００２７】つぎに、図２に示す本発明の第２の態様の
積層圧電振動子について説明する。この図２に示す積層
圧電振動子は、圧電体を３層積層した３層積層型の積層
圧電振動子であって、分極された圧電体が接合層を介し
て３層積層された積層体と、上記積層体の上面に設けら
れた上面電極と、上記積層体の下面に設けられ且つ上記
上面電極とは独立した下面電極とを有し、接合層を介し
て隣り合う２層の圧電体の分極方向が互いに逆向きにな
っている。

【００２８】この図２に示す本発明の３層積層型の積層
圧電振動子では、その上面電極４と下面電極５との間に
電圧をかけたときに、接合層２を介して隣り合う２層の
圧電体１のうちの一方の圧電体１が伸び、他方の圧電体
１が縮む動作をする。

【００２９】従って、この図２に示す本発明の３層積層
型の積層圧電振動子では、その基本波の共振周波数は、
同一圧電材料で同一厚みの従来品（従来の３層積層型の
積層圧電振動子）の基本波の共振周波数より３倍高く、
共振波形の大きさは上記従来の３層積層型の積層圧電振
動子と同様に大きい。

【００３０】つぎに、図３に示す本発明の第３の態様の
積層圧電振動子について説明する。この図３に示す本発
明の第３の態様の積層圧電振動子は、圧電体をｎ（ただ
し、ｎは４以上の整数）層積層したｎ層積層型の積層圧
電振動子であって、この図３にｎ層積層型の積層圧電振
動子も、基本的には前記の２層積層型や３層積層型の積
層圧電振動子と同様であって、分極された圧電体１が接
合層２を介してｎ層積層された積層体３と、上記積層体
３の上面に設けられた上面電極４と、上記積層体３の下
面に設けられ且つ上記上面電極４とは独立した下面電極
５とを有し、接合層２を介して隣り合う２層の圧電体１
の分極方向が互いに逆向きになっている。

【００３１】この図３に示す本発明のｎ層積層型の積層
圧電振動子でも、その上面電極４と下面電極５との間に
電圧をかけると、接合層２を介して隣り合う２層の圧電
体１のうちの一方の圧電体１が伸び、他方の圧電体１が
縮む動作をする。

【００３２】従って、この図３に示す本発明のｎ層積層
型の積層圧電振動子では、その基本波の共振周波数は、
従来品（従来のｎ層積層型の積層圧電振動子）に比べ
て、同一圧電材料で同一厚みであっても、ｎ倍高い周波
数になり、その共振波形は従来のｎ層積層型の積層圧電
振動子の基本波の共振波形と同様に大きい。

【００３３】なお、図２や図３では、接合層２が積層体
３の側面まで露出した構造を例示しているが、図１のよ
うに、接合層２が部分的に積層体３の側面にまで露出し
ていなくても、上記特性にはほとんど影響しない。

【００３４】また、図示した積層圧電振動子は、いずれ
も四角形状のものであるが、本発明の積層圧電振動子の
形状は、平面体であればよく、例えば、円盤状、六角
形、多角形、台形など、他の形状であってもよい。

【００３５】本発明において、圧電体としては、例え
ば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、チタン酸バリ
ウム（ＢＴ）系、チタン酸鉛（ＰＴ）系、チタン酸ビス
マス（ＢＩＴ）系などの圧電セラミックスや、ニオブ酸
亜鉛酸チタン酸鉛（ＰＺＮＴ）系やニオブ酸マグネシウ
ム酸チタン酸鉛（ＰＭＮＴ）系などの圧電単結晶や有機
系圧電材料などで構成したものが用いられる。

【００３６】上面電極や下面電極などの電極は、例え
ば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃ
ｕ、Ａｌなどの導電性を有する金属を用いて形成され
る。電極の形成にあたっては、使用する金属を圧電体の
種類、電極形成方法、圧電体の積層方法などによって使
い分ければよい。

【００３７】電極の形成方法は、常法でよく、焼付法、
スパッタ法、メッキ法などを採用することができる。電
極の形成時に熱を極端にかけることができない有機系材
料で構成した圧電体や圧電単結晶を用いて作製した圧電
体などに対しては、熱があまりかからないスパッタ法や
メッキ法などを採用するのが好ましい。

【００３８】接合層は、例えば、エポキシ樹脂、アクリ
ル樹脂などの有機結合材などを用いて構成される。ま
た、上記した電極に使用される金属、あるいはそれらの
混合物であっても、各圧電体の有する特性に影響を生じ
なければ接合層の構成材料として適用することができ
る。

【００３９】これら接合層の構成材料は、圧電振動子の
積層方法などに応じて使い分ければよく、各圧電体が物
理的に強固に接合するように使い分けられる。

【００４０】本発明の積層圧電振動子を作製するための
積層方法としては、それぞれの圧電体ごとに所定の電極
を形成した後、樹脂接着、金属加熱溶着接合などによ
り、複数の圧電体を接合し、圧電体が上記材料からなる
接合層を介して積層されるようにすればよい。また、圧
電体がセラミックスの場合は、圧電セラミックス粉体の
グリーンシート上に電極形成用金属をスクリーン印刷法
などにより印刷し、それらを積層し一体化のためのプレ
ス成形をした後、一体焼成し、その焼成後、分極処理し
て作製した従来構造の積層圧電振動子を、内部電極が外
部電極に接している部分をカットすることによっても本
発明の積層圧電振動子を得ることができる。

【００４１】

【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。

【００４２】実施例１以下に示すようにして３層積層型の積層圧電振動子を作
製した。まず、チタン酸ジルコン酸鉛系粉体とバインダ
ー、可塑剤、溶剤、分散剤を混合し、押出成形機にて押
出成形して、厚み０．２５ｍｍのグリーンシートを得
た。このグリーンシートを所定の大きさにカットした
後、脱脂し、１２００℃で２時間焼成して、ＰＺＴ系セ
ラミックス焼成体を得た。上記セラミックス焼成体の表
面を両面研磨機にて２０００＃の砥粒でラップしたの
ち、ダイシングマシーンにて所定のサイズに切断して、
厚さ０．１９８ｍｍのセラミックスを得た。

【００４３】得られたセラミックスの上面および下面
に、Ｃｕの無電解メッキにてＣｕ層を形成し、その表面
にＮｉの無電解メッキにてＮｉ層を形成し、さらにその
表面にＡｕの無電解メッキにてＡｕ層を形成した。その
後、ダイシングマシーンを用いて上記圧電体の周囲を切
断除去して、上面および下面の電極面積が１０ｍｍ×３
０ｍｍで、Ｃｕ層およびＮｉ層の厚みがそれぞれ０．４
μｍであって、Ａｕ層の厚みが０．２μｍであり、全体
のサイズが１０ｍｍ×３０ｍｍ×０．２０ｍｍ（厚み）
の電極付きセラミックスを得た。

【００４４】上記のようにして得られた電極付きセラミ
ックスの電極間に直流電圧３００Ｖｄｃをシリコンオイ
ル中１００℃にて印加して、分極処理を行って、圧電体
を得た。

【００４５】上記分極処理によって得られた圧電体を常
温硬化のエポキシ系の接着材を用いて３層積層して接合
することにより、図２に示す構造の３層積層型の積層圧
電振動子を作製した。

【００４６】ここで図２に基づき、この実施例１の３層
積層型の積層圧電振動子について説明すると、この実施
例１の積層圧電振動子は、分極処理された圧電体１が接
合層２を介して３層積層された積層体３と、上記積層体
３の上面に設けられた上面電極４と、上記積層体４の下
面に設けられ且つ上記上面電極４とは独立した下面電極
５とを有し、接合層２を介して隣り合う２層の圧電体１
は分極方向が互いに逆向きになっている。

【００４７】そして、この実施例１の積層圧電振動子に
おける上面電極および下面電極の有効電極面積は１０ｍ
ｍ×３０ｍｍであって、あらかじめ分極処理しておいた
圧電体の厚みはいずれも０．２０ｍｍで、総厚みは０．
６０ｍｍである。

【００４８】この実施例１の３層積層型の積層圧電振動
子について、ＨＰ（ヒューレットパッカード）社製のイ
ンピーダンスアナライザー４１９２Ａを用い、上記積層
圧電振動子の上面電極４と下面電極５との間で、周波数
−インピーダンス特性を測定した。その測定により得ら
れた基本波の厚み方向の共振周波数（ｆｒ）と反共振周
波数（ｆａ）および共振インピーダンス（Ｚｒ）と反共
振インピーダンス（Ｚａ）を後記の表１に示す。

【００４９】また、上記（ｆｒ）と（ｆａ）から、厚み
方向のｋ定数（ｋｔ）を、日本電子材料工業会の「圧電
セラミックス振動子の試験方法」に準じて、算出した。
その結果についても表１に示す。

【００５０】実施例２以下に示すようにして２層積層型の積層圧電振動子を作
製した。なお、この実施例２では、積層圧電振動子の作
製にあたり、圧電体に形成したＡｇＰｄ層は、最初「内
部電極層」として扱い、分極処理後は「接合層」として
の役割を果たさせるようにした。

【００５１】まず、チタン酸ジルコン酸鉛系粉体とバイ
ンダー、可塑剤、溶剤、および分散剤を混合・混練し、
押出成形機にて押出成形して、厚さ０．２５ｍｍのグリ
ーンシートを得た。このグリーンシートにＡｇＰｄ混合
ペーストを所定の形状でスクリーン印刷した後、ＡｇＰ
ｄペーストを印刷したグリーンシートとＡｇＰｄペース
トを印刷していないグリーンシートとを金型内で積層
し、加熱圧着して、中間に内部電極層としてＡｇＰｄ層
が１層入った成形体を得た。

【００５２】この成形体を脱脂したのち、１２００℃で
２時間焼成した。得られたセラミックス焼成体をダイシ
ングマシーンにて、一方の面には内部電極層が露出する
ようにしながら、他方の面には内部電極層がない箇所で
切断し、２層の圧電体の間に面積１０ｍｍ×３１ｍｍの
内部電極層が配置したサイズ１０ｍｍ×３２ｍｍ×０．
４０ｍｍ（厚み）の積層体を得た。

【００５３】この積層体の上面および下面に外部電極と
しての上面電極および下面電極形成用のＡｇペーストを
所定のパターン形状にスクリーン印刷し、ＡｇＰｄ層が
露出した側面とその対向する側面にＡｇペーストをディ
ップすることにより塗布し、乾燥した後、７００℃で焼
き付けて、上面電極および下面電極を形成した。この上
面電極および下面電極の有効電極面積はそれぞれ１０ｍ
ｍ×３０ｍｍであった。

【００５４】つぎに、上記電極付きのセラミックス積層
体をシリコンオイル中１００℃で上記電極間に３００Ｖ
ｄｃの直流電圧を１０分間印加して、分極処理を行っ
た。このようにして得られた積層体は、内部電極が並列
に連結した従来構造の２層積層圧電振動子に相当し、こ
の積層体では２層の圧電体の分極方向が互いに逆向きに
なるように配置されている。

【００５５】つぎに、上記のように分極処理を行った上
記積層体について、Ａｇペーストをディップして形成さ
れた余分な電極部分を下記に示すようにして取り除い
た。すなわち、ＡｇＰｄ層が露出した側面にディップし
た側の電極は、圧電体側面に平行に１ｍｍ分切断し、対
向する内部電極が露出していない側面の電極は研磨によ
り削り落とした。得られた積層圧電振動子は、図１に示
す構造の２層積層型の積層圧電振動子であって、その上
面電極および下面電極の電極面積は１０ｍｍ×３０ｍｍ
で、各圧電体の厚みはいずれも０．２ｍｍであり、積層
圧電振動子の総厚みは０．４０ｍｍであった。この積層
圧電振動子では、当初内部電極層としての役割を持たせ
たＡｇＰｄ層が接合層としての役割を果たし、そのＡｇ
Ｐｄ層からなる接合層を介して２層の圧電体が積層され
た状態になっている。

【００５６】ここで図１に基づき、この実施例２の２層
積層型の積層圧電振動子について説明すると、この実施
例２の積層圧電振動子は、分極処理された圧電体１が接
合層２を介して２層積層された積層体３と、上記積層体
３の上面に設けられた上面電極４と、上記積層体４の下
面に設けられ且つ上記上面電極４とは独立した下面電極
５とを有し、接合層２を介して隣り合う２層の圧電体１
は分極方向が互いに逆向きになっている。

【００５７】この実施例２の積層型の積層圧電振動子に
ついて、実施例１の場合と同様に周波数−インピーダン
ス特性を測定した。得られた基本波の厚み方向の共振周
波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）および共振インピ
ーダンス（Ｚｒ）と反共振インピーダンス（Ｚａ）を厚
み方向のｋ定数（ｋｔ）とともに後記の表２に示す。

【００５８】実施例３この実施例３では、前記実施例２と同様の操作を経て、
３層積層型の積層圧電振動子を作製した。まず、実施例
２と同様のチタン酸ジルコン酸鉛系粉体を用い、実施例
２と同様の手順でグリーンシートを作製した。得られた
グリーンシート上にＡｇＰｄ混合ペーストを所定の形状
でスクリーン印刷し、以後、実施例２と同様の操作を行
って、圧電体が内部電極を介して３層積層された従来構
造の３層積層型のセラミックス積層体を作製した。

【００５９】この３層積層型のセラミックス積層体で
は、電極面積が１０ｍｍ×３１ｍｍの内部電極を２層有
しており、その全体サイズは１０ｍｍ×３２ｍｍ×０．
６０であった。この３層積層型のセラミックス積層体に
ついて、実施例２と同様の手順で上面電極および下面電
極を形成し、分極処理することにより、有効電極面積が
１０ｍｍ×３０ｍｍの上面電極および下面電極を有し、
圧電体１層当たりの厚みが０．２ｍｍである従来構造の
３層積層型の積層圧電振動子を得た。

【００６０】そして、上記従来構造の３層積層型の積層
圧電振動子の両側面の電極部分を研磨して削り落とすこ
とにより、本発明の３層積層型の積層圧電振動子を得
た。

【００６１】上記のように得られた実施例３の３層積層
型の積層圧電振動子について、実施例１の場合と同様に
周波数−インピーダンス特性を測定した。その結果を表
１に示す。

【００６２】比較例１実施例１と同様のチタン酸ジルコン酸鉛系粉体を用い、
実施例１と同様の手順で厚みが０．６０ｍｍのグリーン
シートを作製し、以後、実施例１と同様に焼成して、厚
みが０．６０ｍｍの単層構造のＰＺＴ系セラミックス焼
成体を得た。得られた焼成体に対し、上面および下面に
実施例１と同様の方法で電極を形成した後、印加電圧を
９００Ｖｄｃに設定して、実施例１と同様に分極処理を
行い、図４に示すような単層構造の圧電振動子を得た。
この比較例１の圧電振動子の上面電極および下面電極の
電極面積は１０ｍｍ×３０ｍｍであり、総厚は実施例１
や実施例３の３層積層型の積層圧電振動子と同様に０．
６０ｍｍであった。

【００６３】このようにして得られた比較例１の圧電振
動子について実施例１の場合と同様に周波数−インピー
ダンス特性を測定した。その結果を表１に示す。

【００６４】比較例２厚みを０．４ｍｍとした以外は、比較例１と同様に単層
構造の圧電振動子を作製した。得られた比較例２の圧電
振動子について、実施例１の場合と同様に周波数−イン
ピーダンス特性を測定した。その結果を表２に示す。

【００６５】比較例３上記実施例３の３層積層型の積層圧電振動子の製造工程
中において、シリコンオイル中で分極処理を行った後、
外部電極を削ったり切断したりする前の状態のもの（従
来の３層積層型の積層圧電振動子に相当するもの）を比
較例３の３層積層型の積層圧電振動子とした。

【００６６】この比較例３の３層積層型の積層圧電振動
子は、図６に示す構造をしており、３層の圧電体１１が
２層の内部電極１２と交互に積層されて積層体１３が構
成され、その積層体１３の外面には、２層の内部電極１
２のうち積層圧電振動子の上面から数えて１層目の内部
電極１２と連結した一方の外部電極１４と、２層の内部
電極１２のうち積層圧電振動子の上面から数えて２層目
の内部電極１２と連結した他方の外部電極１５とが形成
されている。

【００６７】そして、この比較例３の３層積層型の積層
圧電振動子について、その一方の外部電極１４と他方の
外部電極１５との間で、実施例１と同様に周波数−イン
ピーダンス特性を３倍波まで測定した。その結果を表１
に示す。

【００６８】比較例４上記実施例２の２層積層型の積層圧電振動子の製造工程
中において、シリコンオイル中で分極処理を行った後、
外部電極を削ったり切断したりする前の状態のもの（従
来の２層積層型の積層圧電振動子に相当するもの）を比
較例４の２層積層型の積層圧電振動子とした。

【００６９】この比較例４の２層積層型の積層圧電振動
子は、図５に示す構造をしており、２層の圧電体１１が
１層の内部電極１２と交互に積層されてて積層体１３が
構成され、その積層体１３の外面には内部電極１２と連
結した一方の外部電極１４と、内部電極１２と連結して
いない他方の外部電極１５とが形成されている。

【００７０】そして、この比較例４の積層圧電振動子に
ついて、比較例３と同様に周波数−インピーダンス特性
を３倍波まで測定した。その結果を表２に示す。

【００７１】上記実施例１〜３および比較例１〜４の圧
電振動子の周波数−インピーダンスの測定結果を、総厚
が０．６０ｍｍのもの（すなわち、実施例１の３層積層
型の積層圧電振動子、実施例３の３層積層型の積層圧電
振動子、比較例１の単層構造の圧電振動子および比較例
３の３層積層型の積層圧電振動子）については表１に示
し、総厚が０．４０ｍｍのもの（実施例２の２層積層型
の積層圧電振動子、比較例２の単層構造の圧電振動子お
よび比較例４の２層積層型の積層圧電振動子）について
は表２に示す。

【００７２】

【表１】

【００７３】表１に示すように、実施例１の３層積層型
の積層圧電振動子や実施例３の３層積層型の積層圧電振
動子は、比較例１の単層構造の圧電振動子や従来構成の
比較例３の３層積層型の積層圧電振動子に比べて、同一
圧電材料で同一厚みであるにもかかわらず、約３倍高い
共振周波数（ｆｒ）を有し、かつその波形の大きさは比
較例１の単層構造の圧電振動子の１倍波レベルの大きさ
を有していることから、高周波の縦振動の共振を利用す
る圧電振動子として非常に有用であることがわかる。

【００７４】

【表２】

【００７５】表２に示すように、実施例２の２層積層型
の積層圧電振動子は、比較例２の単層構造の圧電振動子
や従来構成の比較例４の２層積層型の積層圧電振動子に
比べて、同一圧電材料で同一厚みであるにもかかわら
ず、約２倍高い共振周波数を有し、かつその波形の大き
さは比較例２の単層構造の圧電振動子の１倍波レベルの
大きさを有していることから、高周波の縦振動の共振を
利用する圧電振動子として非常に有用であることがわか
る。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の積層圧電
振動子は、従来の圧電振動子に比較して、同一圧電材料
で同一厚みであっても、積層数倍高い共振周波数を有
し、かつその波形の大きさは従来の同一圧電材料で同一
厚みの単層構造の圧電振動子の基本波と同様に大きかっ
た。従って、本発明の積層圧電振動子は、高周波の縦振
動の共振を利用する積層圧電振動子として非常に有用で
あることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の２層積層型の積層圧電振動子を模式的
に示す図である。

【図２】本発明の３層積層型の積層圧電振動子を模式的
に示す図である。

【図３】本発明のｎ層積層型の積層圧電振動子を模式的
に示す図である。

【図４】従来の単層構造の圧電振動子を模式的に示す図
である。

【図５】従来の２層積層型の積層圧電振動子を模式的に
示す図である。

【図６】従来の３層積層型の積層圧電振動子を模式的に
示す図である。

【符号の説明】

１圧電体２接合層３積層体４上部電極５下部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者巳鼻浩之大阪市大正区船町１丁目３番47号テイカ株式会社内Ｆターム(参考） 5J108 BB04 CC01 CC13 JJ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分極された圧電体が接合層を介して２層
積層された積層体と、上記積層体の上面に設けられた上
面電極と、上記積層体の下面に設けられ且つ上記上面電
極とは独立した下面電極とを有する積層圧電振動子であ
って、接合層を介して隣り合う２層の圧電体の分極方向
が互いに逆向きになっていることを特徴とする積層圧電
振動子。
【請求項２】分極された圧電体が接合層を介して３層
積層された積層体と、上記積層体の上面に設けられた上
面電極と、上記積層体の下面に設けられ且つ上記上面電
極とは独立した下面電極とを有する積層圧電振動子であ
って、接合層を介して隣り合う２層の圧電体の分極方向
が互いに逆向きになっていることを特徴とする積層圧電
振動子。
【請求項３】分極された圧電体が接合層を介してｎ
（ただし、ｎは４以上の整数）層積層された積層体と、
上記積層体の上面に設けられた上面電極と、上記積層体
の下面に設けられ且つ上記上面電極とは独立した下面電
極とを有する積層圧電振動子であって、接合層を介して
隣り合う２層の圧電体の分極方向が互いに逆向きになっ
ていることを特徴とする積層圧電振動子。