JP3266031B2

JP3266031B2 - 圧電共振子およびそれを用いた電子部品

Info

Publication number: JP3266031B2
Application number: JP02010297A
Authority: JP
Inventors: 波俊彦宇; 上二郎井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-01-16
Publication date: 2002-03-18
Anticipated expiration: 2017-01-16
Also published as: CN1167369A; JPH104330A; NO971559D0; US6144141A; NO971559L; CN1078772C

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は圧電共振子および
それを用いた電子部品に関し、特にたとえば、圧電体の
機械的共振を利用した圧電共振子、およびそれを用いた
発振子，ディスクリミネータ，フィルタなどの電子部品
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４０は従来の圧電共振子の一例を示す
斜視図である。圧電共振子１は、たとえば平面視長方形
の板状の圧電体基板２を含む。圧電体基板２は、厚み方
向に分極される。圧電体基板２の両面には、電極３が形
成される。この電極３間に信号を入力することにより、
圧電体基板２の厚み方向に電界が印加され、圧電体基板
２は長さ方向に振動する。また、図４１に示すように、
平面視正方形の板状の圧電体基板２の両面に電極３を形
成した圧電共振子１がある。この圧電共振子１において
も、圧電体基板２は厚み方向に分極されている。この圧
電共振子１では、電極３間に信号を入力することによ
り、圧電体基板２の厚み方向に電界が印加され、圧電体
基板２が拡がり振動する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図４０に示す圧電共振
子は、圧電体基板が平面視長方形の板状であるため、強
度的な制約からあまり厚みを薄くすることができない。
そのため、電極間距離を小さくできず、端子間容量を大
きくすることができない。これは、外部回路とのインピ
ーダンス整合をとる場合に、極めて不都合である。ま
た、複数の圧電共振子を直列および並列に交互に接続
し、ラダー型フィルタを形成する場合、減衰量を大きく
するためには直列共振子と並列共振子の容量比を大きく
する必要がある。しかしながら、上述のように形状的な
限界があり、大きい減衰量を得ることができない。

【０００４】さらに、このような圧電共振子において
は、長さモードの１次共振を利用しているが、構造的
に、３次，５次などの奇数倍の高次モードや、幅モード
のスプリアスも大きく発生してしまう。スプリアスを抑
制するために、研磨加工を施したり、質量を付加した
り、電極形状を変更するなどの対策が考えられるが、こ
れらは製造コストの上昇につながる。

【０００５】また、図４１に示す圧電共振子では、拡が
りの３倍波や厚みモードなどのスプリアスが大きく発生
する。さらに、この圧電共振子では、長さ振動を利用す
る圧電共振子に比べて、同じ共振周波数を得るためにサ
イズが大きくなり、小型化が困難である。また、複数の
圧電共振子を用いてラダー型フィルタを形成する場合、
直列共振子と並列共振子の容量比を大きくするために、
直列に接続される共振子の厚みを大きくするだけでな
く、圧電体基板の一部にのみ電極を形成して容量を小さ
くする手法が採用されている。この場合、部分電極にす
ることによって、容量だけでなく共振周波数と反共振周
波数との差ΔＦも低下してしまう。それに合わせて、並
列に接続される共振子についても、ΔＦを小さくしなけ
ればならず、結果的に圧電体基板の圧電性を有効に生か
せず、フィルタの通過帯域幅を大きくできないという問
題がある。

【０００６】さらに、これらの圧電共振子は、電界方
向，分極方向と振動方向とが異なる圧電横効果を利用し
ている。この圧電横効果を利用した圧電共振子の電気機
械結合係数は、電界方向，分極方向および振動方向が一
致した圧電縦効果を利用した圧電共振子に比べて低い。
そのため、圧電横効果を利用した圧電共振子では、共振
周波数と反共振周波数との差ΔＦが比較的小さい。この
ことは、圧電共振子を発振子やフィルタとして使用した
ときに、帯域幅が小さいという欠点につながる。そのた
め、圧電共振子やそれを用いた電子部品において、特性
の設計自由度が小さい。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、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ΔＦが大きく、ΔＦや容量値
などを調整することができる圧電共振子およびそれを用
いた電子部品を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、長手方向を
有する略四角柱状の基体と、基体の長手方向と直交する
ように基体内に配置される複数の平面状の電極と、電極
を接続するために基体の長手方向の側面に形成され、基
体の長手方向に伸びる１対の外部電極とを備え、基体は
複数の圧電体層と複数の電極とが交互に積層された構造
を有し、複数の圧電体層は電極の両側で基体の長手方向
に沿って互いに逆向きに分極され、隣合う電極がそれぞ
れ別の外部電極に接続され、電極によって、個々の圧電
体層に、１対の外部電極を介して基体の長手方向に交流
電界を印加して、個々の圧電体層に圧電縦効果による伸
縮の駆動力を発生させ、基体の長手方向の全長に対して
基体の中心部をノードとする長さ振動モードの基本振動
を励振させることを特徴とする、圧電共振子である。こ
の圧電共振子において、たとえば電極は基体の長手方向
に直交する断面の全面に形成され、電極の露出部が１つ
おきに絶縁膜で覆われ、残りの露出部によって接続部が
形成され、接続部に１対の外部電極を形成することによ
って隣合う電極がそれぞれ別の外部電極に接続される。
また、たとえば電極の一部が基体の側面に露出しないよ
うに形成され、電極の露出部分を１対の外部電極に接続
することによって隣合う電極がそれぞれ別の外部電極に
接続される。さらに、基体には、分極されていない圧電
体層か、あるいは電界が印加されない圧電体層の少なく
ともいずれかである圧電的に不活性となる不活性部が形
成されてもよい。この不活性部は圧電的に活性となる活
性部の両端に形成され、活性部の長さの比率が前記基体
の長さの５０％以上であることが好ましい。さらに、基
体の長手方向のほぼ中央部に配置される取付部材と、取
付部材を介して配置される支持部材とが備えられてもよ
い。また、この発明は、上述の圧電共振子を用いた電子
部品であって、支持部材を、表面にパターン電極が形成
された絶縁基板で構成し、絶縁基板上に取付部材を介し
て前記基体を取り付けるとともに、絶縁基板上に基体を
覆うようにキャップを配置したことを特徴とする、電子
部品である。さらに、この発明は、上述の圧電共振子を
用いた電子部品であって、支持部材を、表面にパターン
電極が形成された絶縁基板で構成し、絶縁基板上に、ラ
ダー型フィルタを構成するように複数の基体を取付部材
を介して取り付けるとともに、絶縁基板上に基体を覆う
ようにキャップを配置したことを特徴とする、電子部品
である。

【０００９】この圧電共振子では、基体が圧電体層と電
極との積層構造で形成されているため、基体に電界を印
加するための電極の数や間隔および大きさなどを調整す
ることにより、容量値を調整することができる。さら
に、圧電体層の分極方向と電界方向と振動方向とが一致
するようにすれば、圧電縦効果を利用した圧電共振子と
なる。そのため、振動方向が分極方向や電界方向と異な
る圧電横効果を利用した圧電共振子に比べて、電気機械
結合係数が大きくなり、共振周波数と反共振周波数との
差ΔＦが大きくなる。また、圧電縦効果を利用すること
により、幅モードや厚みモードなどのような基本振動と
異なるモードの振動が発生しにくい。また、不活性部を
形成することにより、不活性部をトリミングしたり質量
を付加することによって、ΔＦや共振周波数を調整する
ことができる。

【００１０】この圧電共振子を用いて、発振子，ディス
クリミネータ，フィルタなどの電子部品を作製する場
合、パターン電極を形成した絶縁体基板上に圧電共振子
を取り付け、さらにキャップで覆うことによって、チッ
プ型の電子部品とすることができる。

【００１１】

【発明の効果】この発明によれば、圧電共振子の容量値
を調整することができるため、圧電共振子を回路基板な
どに組み込んで用いるときに、外部回路とのインピーダ
ンス整合をとりやすい。また、圧電縦効果を利用した圧
電共振子とすれば、従来の圧電共振子に比べて、共振周
波数と反共振周波数との差ΔＦが大きいため、広帯域の
共振子を得ることができる。さらに、この圧電共振子で
は、基本振動と異なるモードの振動が発生しにくく、ス
プリアスが小さくなる。また、不活性部を調整すること
により、ΔＦを調整することができるため、圧電共振子
の帯域幅を調整することができる。

【００１２】さらに、この圧電共振子を用いて電子部品
を作製する場合、チップ型の電子部品とすることができ
るので、回路基板などに実装することが簡単である。こ
のような電子部品においても、圧電共振子の容量値を調
整することによって、外部回路とのインピーダンスマッ
チングをとることが容易である。さらに、複数の圧電共
振子を直列および並列に交互に接続してラダー型フィル
タを形成する場合、直列接続される圧電共振子と並列接
続される圧電共振子の容量比を調整することにより、減
衰量を調整することができる。

【００１３】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発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の圧電共振子の一
例を示す斜視図であり、図２はその図解図である。圧電
共振子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内および基体１２の長手方向の両端面には、複
数の電極１４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。基体１２
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。

【００１５】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。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。

【００１６】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、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、電極
２２には絶縁膜１８で被覆されていない電極１４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。この圧電共振子１
０では、外部電極２０，２２が入出力電極として使用さ
れる。このとき、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。

【００１７】この圧電共振子１０を作製するには、図３
に示すように、まず圧電セラミックのグリーンシート３
０が準備される。グリーンシート３０の一方面上には、
たとえば銀，パラジウム，有機バインダなどを含む導電
ペーストが塗布され、導電ペースト層３２が形成され
る。導電ペースト層３２は、グリーンシート３０の一端
側を除いて全面に形成される。このグリーンシート３０
が、複数枚積層される。このとき、導電ペースト層３２
の形成されていない端部が交互に逆方向に配置されるよ
うに、グリーンシート３０が積層される。さらに、積層
体の対向する側面に導電ペーストが塗布されたのち焼成
することにより、図４に示すような積層ブロック３４が
形成される。

【００１８】積層ブロック３４内および両端面には、複
数の電極３６が形成される。これらの電極３６は、交互
に積層ブロック３４の対向部に露出している。そして、
積層ブロック３４の対向部には、電極３６が１つおきに
接続された外部電極３８，４０が形成される。これらの
外部電極３８，４０に直流電圧を印加することによっ
て、積層ブロック３４に分極処理が施される。このと
き、積層ブロック３４内部においては、隣合う電極３６
間に直流高電界が印加されるが、その向きは交互に逆方
向となる。そのため、積層ブロック３４は、図４の矢印
に示すように、電極３６の両側で互いに逆方向に分極さ
れる。

【００１９】共振子の反共振周波数は、積層ブロック３
４の厚みで決まるので、これが所定の厚みに平面研磨さ
れる。次に、図５に点線で示すように、積層ブロック３
４が、ダイサーなどで複数の電極３６に直交するように
切断される。それによって、図６に示すように、板状ブ
ロック４２が形成される。そして、図７に示すように、
板状ブロック４２の両面に、樹脂絶縁材４４が塗布され
る。板状ブロック４２の一方面側においては、樹脂絶縁
材４４は、１つおきの電極３６に塗布される。また、板
状ブロック４２の他方面側においては、一方面側で樹脂
絶縁材４４が塗布されていない電極３６に、樹脂絶縁材
４４が塗布される。この板状ブロック４２に外部電極４
８が形成されたのち、電極３６に直交するように切断さ
れ、図１に示す圧電共振子１０が形成される。

【００２０】この圧電共振子１０では、外部電極２０，
２２に信号を与えることにより、基体１２の互いに逆向
きに分極した圧電体層に、互いに逆向きの電圧が印加さ
れるため、圧電体層は全体として同じ向きに伸縮しよう
とする。つまり、外部電極２０，２２に接続された電極
１４によって、個々の圧電体層に基体１２の長手方向の
交流電界を印加し、個々の圧電体層に伸縮の駆動力を発
生させることによって、圧電共振子１０全体としては、
基体１２の中心部をノードとした長さ振動モードの基本
振動が励振される。

【００２１】この圧電共振子１０では、複数の圧電体層
と電極とが交互に積層された構造であるため、これらの
積層数や電極面積および電極間距離などを調整すること
により、圧電共振子１０の容量値を調整することができ
る。そのため、圧電共振子１０を回路基板などに組み込
んで用いるときに、外部回路とのインピーダンス調整を
とりやすい。

【００２２】また、図１に示す圧電共振子１０では、基
体１２の分極方向，信号による電界方向および基体１２
の振動方向が一致している。つまり、この圧電共振子１
０は、圧電縦効果を利用した共振子となる。このような
圧電縦効果を利用した圧電共振子１０は、分極方向，電
界方向と振動方向とが異なる圧電横効果を利用した圧電
共振子に比べて、電気機械結合係数が大きい。そのた
め、この圧電共振子１０では、従来の圧電共振子に比べ
て、共振周波数と反共振周波数との差ΔＦが大きい。し
たがって、この圧電共振子１０では、帯域幅の大きい特
性を得ることができる。

【００２３】圧電縦効果と圧電横効果の違いを測定する
ために、図８，図９および図１０に示す圧電共振子を作
製した。図８に示す圧電共振子は、４．０ｍｍ×１．０
ｍｍ×０．３８ｍｍの圧電体基板の厚み方向の両面に電
極を形成したものである。圧電体基板は、厚み方向に分
極されており、電極に信号を与えることによって、長さ
振動が励振される。図９に示す圧電共振子は、図８に示
す圧電共振子と同じ寸法で、圧電体基板の長手方向の両
面に電極を形成したものである。圧電体基板は、長手方
向に分極されており、電極に信号を与えることによっ
て、長さ振動が励振される。また、図１０に示す圧電共
振子は、４．７ｍｍ×４．７ｍｍ×０．３８ｍｍの圧電
体基板の厚み方向の両面に電極を形成したものである。
圧電体基板は厚み方向に分極されており、電極に信号を
与えることによって、拡がり振動が励振される。つま
り、図８および図１０に示す圧電共振子が圧電横効果を
利用しており、図９に示す圧電共振子が圧電縦効果を利
用している。

【００２４】これらの圧電共振子について、共振周波数
Ｆｒと電気機械結合係数Ｋを測定し、その結果を表１，
表２および表３に示した。表１は図８に示す圧電共振子
の測定結果であり、表２は図９に示す圧電共振子の測定
結果であり、表３は図１０に示す圧電共振子の測定結果
である。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】これらの測定結果からわかるように、圧電
縦効果を利用した圧電共振子のほうが、圧電横効果を利
用した圧電共振子より電気機械結合係数Ｋが大きく、し
たがって共振周波数と反共振周波数の差ΔＦが大きい。
また、圧電縦効果を利用した圧電共振子で最も大きいス
プリアスについては、長さの３倍波で電気機械結合係数
Ｋが１２．２％である。しかも、基本振動と異なる幅モ
ードにおける電気機械結合係数Ｋは４．０％と小さい。
それに対して、圧電横効果を利用した長さ振動の圧電共
振子では、幅モードにおける電気機械結合係数Ｋが２
５．２％と大きく、圧電横効果を利用した拡がり振動の
圧電共振子では、厚みモードにおける電気機械結合係数
Ｋが２３．３％と大きい。したがって、圧電縦効果を利
用した圧電共振子は、圧電横効果を利用した圧電共振子
に比べて、スプリアスが小さいことがわかる。

【００２９】なお、基体１２に形成された電極１４を外
部電極２０，２２とを接続するためには、図１１に示す
ように、電極１４を交互に基体１２の対向する側面に引
き出してもよい。そして、基体１２の対向する側面に、
外部電極２０，２２を形成すればよい。この圧電共振子
１０では、電極１４が１つおきに露出しているため、基
体１２の側面に外部電極２０，２２を形成するだけで、
電極１４が１つおきに外部電極２０，２２に接続され
る。したがって、基体１２の側面に絶縁膜を形成する必
要がない。この圧電共振子１０では、基体１２の断面に
おいて、全面に電極１４が形成されていない。したがっ
て、隣接する電極１４の対向面積は、全面電極に比べて
小さい。そのため、この対向面積によって、圧電共振子
１０の容量やΔＦを変えることができる。

【００３０】また、この圧電共振子１０では、図１２に
示すように、基体１２に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形成することができる。この
場合、たとえば、基体１２の両端面には電極１４が形成
されず、基体１２の両端側の電極１４のいくつかが、連
続して絶縁膜１６，１８で被覆される。この実施例で
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。
そして、絶縁膜１６，１８の形成された基体１２の側面
に、外部電極２０，２２が形成される。それによって、
内部の電極１４と外部電極２０，２２が接続される。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。

【００３１】したがって、基体１２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１
４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１２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。

【００３２】この圧電共振子１０では、基体１２の両端
側に不活性部２６が形成されていることにより、この不
活性部２６を調整することにより、共振周波数を調整し
たり、共振周波数と反共振周波数の差ΔＦを調整するこ
とができる。つまり、基体１２の長手方向の端面を研磨
したり、質量を付加したりして、圧電共振子１０の共振
周波数および／または反共振周波数を調整することがで
きる。

【００３３】さらに、この圧電共振子１０では、先にも
述べたように、たとえば基体１２の層数を調整すること
により、共振子の容量を調整することができる。つま
り、基体１２は、圧電体層と電極１４とが交互に積み重
ねられた構造であり、電気的には並列に接続された構造
である。基体１２の全長が同じで層数のみを変えた場
合、１層の厚みは層数に反比例するので、次のような関
係が成り立つ。共振子の容量∝（活性部の層数／１層の厚み）∝（活性
部の層数）² つまり、共振子の容量は、基体１２の活性部の層数の２
乗に比例する。したがって、圧電共振子１０の基体１２
の活性部の層数を調整することにより、容量を調整する
ことができ、容量の設計自由度が大きい。そのため、圧
電共振子１０を回路基板などに組み込んで用いるとき、
外部回路とのインピーダンス整合をとることが容易であ
る。

【００３４】実施例として、圧電セラミックのグリーン
シート３０の片面に銀，パラジウム，有機バインダなど
を含む導電ペーストを塗布した後に交互に積層し、約１
２００℃の温度で一体的に焼成して、２０ｍｍ×３０ｍ
ｍ×３．９ｍｍの積層ブロック３４を形成した。そし
て、スパッタリングによって外部電極３８，４０を形成
し、隣合う電極３６間に直流高電界を印加することによ
って、隣合う圧電体層の分極の向きが互いに逆向きとな
るように分極処理を施した。積層ブロック３４の厚みを
調整したのち切断して、１．５ｍｍ×３０ｍｍ×３．８
ｍｍの板状ブロック４２を形成した。次に、板状ブロッ
ク４２の側面に露出した電極３６を１つおきに樹脂絶縁
材４４で被覆し、その上にスパッタリングによって銀の
電極を形成した。これをダイサーで切断して、１．５ｍ
ｍ×１．５ｍｍ×３．８ｍｍの圧電共振子１０を形成し
た。

【００３５】この圧電共振子１０では、基体１２の内部
に１９枚の電極１４を形成し、これらの電極１４を０．
１９ｍｍのほぼ等しい間隔に配置した。そして、基体１
２の両端側の３つの圧電体層に電界が印加されないよう
に、絶縁膜１６，１８を形成した。したがって、基体１
２の中央の１４枚の圧電体層が活性部２４となり、両端
側の各３層の圧電体層が不活性部２６となる。この圧電
共振子１０の容量は８３０ｐＦで、図１３に示す周波数
特性が得られた。比較例として、拡がり振動を行う圧電
共振子の周波数特性が、図１４に示される。図１３およ
び図１４からわかるように、この発明の圧電共振子１０
は、拡がり振動の圧電共振子に比べて、スプリアスが非
常に少ない。

【００３６】また、活性部２４や不活性部２６は、その
形成位置によって、共振周波数と反共振周波数の差ΔＦ
が変化する。たとえば、図１５に示すように、不活性部
２６を基体１２の両端部および中央部に形成することが
できる。圧電共振子１０の中央部から端部までの長さを
ａ、中央部から活性部２４の重心までの長さをｂ、活性
部２４の長さをｃ、基体１２の幅および厚みをそれぞれ
Ｗ，Ｔとしたとき、活性部２４の形成位置が変わること
によって、容量ＣｆおよびΔＦがどのように変化するか
を有限要素法で計算した。ここでは、ａ＝１．８９ｍ
ｍ、Ｗ＝Ｔ＝０．８ｍｍ、ｃ＝０．８６ｍｍとして、ｂ
／ａを変化させ、ΔＦと反共振周波数Ｆａとの比ΔＦ／
Ｆａおよび容量Ｃｆを図１６に示した。図１６から、活
性部２４の位置にかかわらず、容量Ｃｆは変化しないこ
とがわかる。それに対して、活性部２４が基体１２の両
端に近づくほど、ΔＦが低下することがわかる。

【００３７】また、この圧電共振子１０では、活性部２
４と不活性部２６の割合を変えることによって、ΔＦを
変化させることができる。たとえば、図１２に示す圧電
共振子１０について、活性部２４の長さの基体１２の長
さに対する割合、つまり活性部比率を変えて、共振周波
数Ｆｒ，反共振周波数Ｆａ，ΔＦおよびその変化率を測
定し、その結果を表４および図１７に示した。

【００３８】

【表４】

【００３９】図１７は、活性部比率が１００％のとき、
すなわち不活性部が存在しないときのΔＦを１００％と
し、活性部比率とΔＦの変化率との関係を示している。
図１７からわかるように、活性部比率が６５〜８５％の
ときΔＦが大きく、特に、活性部比率が７５％のときに
最大となっている。その値は、活性部比率が１００％、
すなわち不活性部がない場合に比べて、約１０％も大き
い。また、活性部比率が５０％のとき、活性部比率が１
００％のときとΔＦは同じである。したがって、ΔＦの
大きい圧電共振子を得ることを目的とするとき、活性部
比率を５０％以上にすればよい。

【００４０】また、この圧電共振子１０において、２０
層の圧電体層の中で１４層が活性部２４となっている場
合、その容量は８３０ｐＦであった。それに対して、同
じ材料および外形寸法で、活性部比率を１００％とし、
圧電体層の数を１層にした場合、すなわち基体１２の両
端面に電極を形成した場合、その容量は３．０ｐＦであ
った。さらに、２０層の圧電体層の全てを活性部２４と
した場合、その容量は１１８５．７ｐＦとなった。この
ように、圧電共振子１０を構成する基体１２の活性部２
４の圧電体層の層数を変えることによって、最大約４０
０倍の範囲で容量を変化させることができる。したがっ
て、圧電共振子１０の積層構造を変えることによって、
広い範囲で容量を選択することができ、その設計自由度
が大きくなっている。

【００４１】なお、基体１２内部の電極１４と外部電極
２０，２２とを接続するためには、図１８に示すよう
に、電極１４が１つおきに露出するように、窓部５０を
形成した絶縁膜１６，１８を形成してもよい。そして、
絶縁膜１６，１８上に外部電極２０，２２を形成すれ
ば、電極１４が交互に２つの外部電極２０，２２に接続
される。また、図１９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上に、２列の外
部電極２０，２２が形成される。これらの圧電共振子１
０についても、上述の圧電共振子と同様の効果を得るこ
とができる。さらに、図２０に示すように、内部の電極
１４が基体１２の側面に交互に露出するようにした圧電
共振子１０についても、活性部２４と不活性部２６とを
形成することができる。

【００４２】また、図２０に示すような内部の電極１４
が交互に露出している圧電共振子１０では、隣接する電
極１４の対向面積を調整することにより、容量やΔＦを
調整することができる。たとえば、図２１に示すよう
に、基体１２の全長３．７４ｍｍ、活性部２４の長さ
３．６ｍｍ、両端の不活性部２６の長さ０．０７ｍｍ、
基体１２の幅０．８ｍｍ、基体１２の厚み１．０ｍｍ
で、０．１８ｍｍの圧電体層を２０層としたとき、電極
１４の端部と基体１２の厚み方向の側面との間のギャッ
プＧを変えて、反共振周波数Ｆａ、容量ＣｆおよびΔＦ
を有限要素法により算出した。そして、その結果を表５
および図２２に示した。これらの表５および図２２から
わかるように、ギャップＧが大きくなるにつれて、すな
わち電極１４の対向面積が小さくなるにつれて、Ｃｆお
よびΔＦが小さくなる。

【００４３】

【表５】

【００４４】このような圧電共振子１０の変形例とし
て、図２３に示すように、圧電体層の同じ側において、
異なる端部に引き出した電極１４を形成してもよい。こ
れらの２種類の圧電体層を積層することにより、図２４
に示すように、基体１２の１つの側面において、電極１
４が２列に露出する。したがって、電極１４が露出した
部分に外部電極２０，２２を形成することにより、電極
１４が１つおきに外部電極２０，２２に接続される。

【００４５】たとえば、図２や図１２に示すような基体
１２の断面の全面に電極１４を形成した圧電共振子１０
では、基体１２の断面の全面に電界が印加されるので、
共振子の電気機械結合係数が高く、したがってΔＦが大
きい。また、圧電共振子１０の容量値も大きい。さら
に、圧電共振子１０の製造時において、積層ブロックを
切断するときに、あらかじめ積層ブロック断面のほぼ全
面に電極が形成されているため、切断位置がずれても、
共振子断面の全面に電極が形成されている。したがっ
て、積層ブロックの切断位置を精密に決める必要がな
い。さらに、同じ圧電セラミックの積層ブロックからで
も、切断方法を変えることによって、得られる共振子の
断面形状や面積が変わり、容量が変わる。また、どの電
極端部に絶縁膜を形成するかによって、さまざまな容量
値およびΔＦを有する共振子を得ることができる。この
ように、同じ積層ブロックから多くの品種の圧電共振子
を得ることができる。

【００４６】それに対して、たとえば図１１や図２０に
示すような電極１４の端部と基体１２の側面との間にギ
ャップを有する圧電共振子では、積層ブロックを切断す
るときに、ギャップが形成されるように位置決めをした
上で切断する必要がある。しかしながら、このような圧
電共振子１０では、基体１２の側面に絶縁膜を形成する
必要がなく、製造の工数を少なくすることができる。

【００４７】不活性部２６としては、図２５に示すよう
に、基体１２の端部側に電極１４を形成しないことによ
って、電界が印加されないようにしてもよい。この場
合、基体１２の端部側においては、分極されていてもよ
いし、分極されていなくてもよい。また、図２６に示す
ように、基体１２の端部側のみ分極しないようにしても
よい。この場合、電極１４間に電界が印加されても、分
極していない部分は圧電的に不活性となる。つまり、圧
電体層が分極され、かつ電界が印加されたときにのみ、
圧電的に活性になるのであり、それ以外は圧電的に不活
性となる。この構成では、容量が不活性部に形成される
ことになり、容量を大きくすることが可能となる。さら
に、図２７に示すように、基体１２の端面に、周波数調
整用や外部回路との接続のための引き出しなどの目的
で、小さい電極５２を形成してもよい。

【００４８】この圧電共振子１０を用いて、発振子やデ
ィスクリミネータなどの電子部品が作製される。図２８
は、電子部品６０の一例を示す斜視図である。電子部品
６０は、絶縁体基板６２を含む。絶縁体基板６２の対向
する端部には、それぞれ２つずつ凹部６４が形成され
る。絶縁体基板６２の一方面上には、図２９に示すよう
に、２つのパターン電極６６，６８が形成される。一方
のパターン電極６６は、対向する凹部６４間に形成さ
れ、その一端側から絶縁体基板６２の中央部に向かっ
て、Ｌ字状に延びるように形成される。また、他方のパ
ターン電極６８は、別の対向する凹部６４間に形成さ
れ、その他端側から絶縁体基板６２の中央部に向かっ
て、直線状に延びるように形成される。これらのパター
ン電極６６，６８は、絶縁体基板６２の端部から他方面
に向かって、回り込むように形成される。

【００４９】絶縁体基板６２の中央部におけるパターン
電極６６の端部には、導電接着剤などによって突起７０
が形成される。そして、図３０に示すように、突起７０
上に、上述の圧電共振子１０が取り付けられる。このと
き、基体１２の中央部が突起７０上に配置され、たとえ
ば圧電共振子１０の外部電極２２が突起７０に接合され
る。そして、他方の外部電極２０が、導電ワイヤ７２な
どによって、パターン電極６８に接続される。このと
き、導電ワイヤ７２は、圧電共振子１０の外部電極２０
の中央部に接続される。なお、突起７０は、圧電共振子
１０側に設けられてもよい。この場合、圧電共振子１０
に設けられた突起７０が、導電接着剤などによって、パ
ターン電極６６に取り付けられる。

【００５０】さらに、絶縁体基板６２上に、金属キャッ
プ７４がかぶせられる。このとき、金属キャップ７４と
パターン電極６６，６８とが導通しないように、絶縁体
基板６２およびパターン電極６６，６８上に絶縁性樹脂
が塗布される。そして、金属キャップ７４がかぶせられ
ることによって、電子部品６０が作製される。この電子
部品６０では、絶縁体基板６２の端部から裏面に回り込
むように形成されたパターン電極６６，６８が、外部回
路と接続するための入出力端子として用いられる。

【００５１】この電子部品６０では、突起７０が形成さ
れ、この突起７０に圧電共振子１０の中央部が固定され
ているため、圧電共振子１０の端部が絶縁体基板６２か
ら離れた状態で配置され、振動が阻害されない。また、
圧電共振子１０のノード点である中央部が突起７０に固
定されるとともに、導電ワイヤ７２が接続されるため、
励振される長さ振動が弱められない。

【００５２】また、この電子部品６０は、ＩＣなどとと
もに回路基板などに実装され、発振子やディスクリミネ
ータとして用いられる。このような構造の電子部品６０
では、金属キャップ７４で密封・保護されているため、
リフロー半田などによる取り付けが可能なチップ部品と
して使用することができる。

【００５３】この電子部品６０を発振子として使用する
場合、上述の圧電共振子１０が用いられているので、ス
プリアスが小さく抑えられ、スプリアスによる異常発振
を防止することができる。また、圧電共振子１０の容量
値を自由に設定できるため、外部回路とのインピーダン
ス整合をとることが容易である。特に、電圧制御発振器
用の発振子として使用する場合、共振子のΔＦが大きい
ので、従来にはない広い周波数可変範囲を得ることがで
きる。

【００５４】また、この電子部品６０をディスクリミネ
ータとして用いる場合、共振子のΔＦが大きいという特
徴は、ピークセパレーションが広いという特徴につなが
る。さらに、共振子の容量設計範囲が広いため、外部回
路とのインピーダンス整合をとることが容易である。

【００５５】なお、絶縁体基板６２に圧電共振子１０を
取り付ける方法として、図３１および図３２に示すよう
に、パターン電極６６，６８の両方に導電性接着剤など
の導電材料で形成した突起７０を形成し、圧電共振子１
０の外部電極２０，２２を２つの突起７０に接続しても
よい。また、図３３および図３４に示すように、絶縁体
基板６２上に絶縁性接着剤などの絶縁材料で突起７０を
形成し、導電ワイヤ７２などを用いて、圧電共振子１０
の外部電極２０，２２とパターン電極６６，６８とを接
続してもよい。

【００５６】また、複数の圧電共振子１０を用いて、ラ
ダーフィルタを作製することができる。この電子部品６
０では、図３５および図３６に示すように、絶縁体基板
６２上に、３つのパターン電極７６，７８，８０が形成
される。それぞれの両側のパターン電極７６，８０に
は、導電性接着剤などで突起８２，８６が形成される。
また、中央のパターン電極７８には、導電性接着剤など
で２つの突起８４，８８が形成される。

【００５７】これらの突起８２，８４，８６，８８に、
それぞれ圧電共振子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの
一方の外部電極２２が取り付けられる。さらに、圧電共
振子１０ａ，１０ｂ，１０ｃの外部電極２０が、導電ワ
イヤ７２で接続される。また、圧電共振子１０ｄの外部
電極２０が、導電ワイヤ７２でパターン電極８０に接続
される。そして、絶縁体基板６２上に、金属キャップ７
４がかぶせられる。

【００５８】この電子部品６０は、図３７に示すよう
な、梯子型の回路を有するラダーフィルタとして用いら
れる。このとき、２つの圧電共振子１０ａ，１０ｃは直
列共振子として用いられ、別の２つの圧電共振子１０
ｂ，１０ｄは並列共振子として用いられる。このような
ラダーフィルタでは、並列の圧電共振子１０ｂ，１０ｄ
の容量が、直列の圧電共振子１０ａ，１０ｃの容量より
も格段に大きくなるように設計されている。

【００５９】ラダーフィルタの減衰量は、直列共振子と
並列共振子の容量比に左右される。この電子部品６０で
は、圧電共振子１０ａ〜１０ｄの積層数を変えることに
よって、容量を調整することができる。したがって、圧
電共振子１０ａ〜１０ｄの容量を調整することにより、
従来の圧電横効果を利用した圧電共振子を用いた場合に
比べて、少ない共振子数でより大きい減衰量をもったラ
ダーフィルタを実現することができる。また、圧電共振
子１０ａ〜１０ｄのΔＦが従来の圧電共振子より大きい
ため、通過帯域幅も従来の圧電共振子を用いたものより
広いものを実現することができる。

【００６０】さらに、図３８に示すように、圧電共振子
１０を用いて、２端子型の発振子やディスクリミネータ
などの電子部品６０を作製することもできる。このよう
な２端子型の電子部品６０を作製するには、導電材料で
形成された２つの端子９０が準備される。これらの端子
９０は、フープ材９２から延びるように形成されてい
る。実際には、それぞれのフープ材９２には、複数の端
子９０が並んで形成されている。端子９０の中間部には
折曲げ部９４が形成され、さらに端子９０の端部にはＨ
字状の支持部材９６が形成される。支持部材９６は湾曲
するように形成され、その中央部に突起状の取付部材９
８が形成される。そして、２つの取付部材９８が、互い
に対向するように配置される。

【００６１】これらの取付部材９８間に、圧電共振子１
０が保持される。このとき、取付部材９８は、圧電共振
子１０の長手方向の中央部において、外部電極２０，２
２に当接される。端子９０に折曲げ部９４が形成されて
いることにより弾性が与えられ、圧電共振子１０は端子
９０によって弾性保持される。そして、圧電共振子１０
を覆うようにして、一方の開口部を有するケース１００
が被せられる。ケース１００の開口部は紙などで塞が
れ、さらにその上から樹脂封止される。そののち、端子
９０がフープ材９２から切り離され、電子部品６０が形
成される。このように、電子部品６０としては、チップ
状以外の形状とすることができる。

【００６２】このように、この発明の圧電共振子１０で
は、基体１２を積層構造とすることにより、容量値を自
由に設計することができ、外部回路とのインピーダンス
整合をとることが容易である。また、圧電縦効果を利用
した圧電共振子とすることにより、圧電横効果を利用し
た従来の圧電共振子に比べて、ΔＦが大きくなり、広帯
域の共振子を得ることができる。さらに、スプリアスの
小さい圧電共振子を得ることができる。また、活性部と
不活性部の大きさや位置を調整することにより、ΔＦを
調整することができる。さらに、この発明の電子部品６
０は、単純な構造であるため、安価に製造することがで
きる。しかも、上述のような圧電共振子１０の特性をも
つ電子部品を得ることができる。

【００６３】この発明の圧電共振子１０では、従来の圧
電共振子に比べて、設計できるパラメータが多く、それ
によって実現できる特性の範囲が著しく広がる。これら
のパラメータとΔＦ／Ｆａとの関係および容量Ｃｆとの
関係が、図３９に示される。図３９からわかるように、
これらのパラメータを使って、圧電共振子１０の特性の
設計範囲を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の圧電共振子の一例を示す斜視図であ
る。

【図２】図１に示す圧電共振子の構造を示す図解図であ
る。

【図３】図１に示す圧電共振子を作製するためにセラミ
ックグリーンシートを積層する状態を示す斜視図であ
る。

【図４】図３に示すセラミックグリーンシートからつく
られた積層ブロックを示す図解図である。

【図５】図４に示す積層ブロックの切断部分を示す図解
図である。

【図６】図５に示す積層ブロックを切断した板状ブロッ
クを示す図解図である。

【図７】図６に示す板状ブロックに樹脂絶縁材および外
部電極を付与した状態を示す図解図である。

【図８】比較例としての圧電横効果を利用した長さ振動
をする圧電共振子を示す斜視図である。

【図９】圧電縦効果を利用した長さ振動をする圧電共振
子を示す斜視図である。

【図１０】比較例としての圧電横効果を利用した拡がり
振動をする圧電共振子を示す斜視図である。

【図１１】この発明の圧電共振子の他の例を示す図解図
である。

【図１２】この発明の圧電共振子のさらに他の例を示す
図解図である。

【図１３】この発明の圧電共振子の周波数とインピーダ
ンスとの関係を示すグラフである。

【図１４】従来の圧電共振子の周波数とインピーダンス
との関係を示すグラフである。

【図１５】基体の活性部と不活性部の分布を変えた圧電
共振子の例を示す図解図である。

【図１６】活性部の分布と容量およびΔＦ／Ｆａとの関
係を示すグラフである。

【図１７】活性部比率とΔＦとの関係を示すグラフであ
る。

【図１８】この発明の圧電共振子の変形例を示す図解図
である。

【図１９】この発明の圧電共振子の他の変形例を示す図
解図である。

【図２０】この発明の圧電共振子の別の例を示す図解図
である。

【図２１】圧電共振子の内部の電極と基体側面との間の
ギャップを示す図解図である。

【図２２】内部の電極と基体側面との間のギャップおよ
び容量，ΔＦの関係を示すグラフである。

【図２３】図２０に示す圧電共振子の変形例の圧電体層
を示す平面図である。

【図２４】図２３に示す圧電体層を有する圧電共振子を
示す図解図である。

【図２５】圧電共振子の不活性部の変形例を示す図解図
である。

【図２６】圧電共振子の不活性部の他の変形例を示す図
解図である。

【図２７】基体の端部に電極を形成した例を示す図解図
である。

【図２８】上述の圧電共振子を用いた電子部品の一例を
示す斜視図である。

【図２９】図２８に示す電子部品に用いられる絶縁体基
板の例を示す斜視図である。

【図３０】図２８に示す電子部品の分解斜視図である。

【図３１】絶縁体基板に対する圧電共振子の取り付け方
法の他の例を示す図解図である。

【図３２】図３１に示す圧電共振子の取り付け方法を示
す側面図である。

【図３３】絶縁体基板に対する圧電共振子の取り付け方
法のさらに他の例を示す図解図である。

【図３４】図３３に示す圧電共振子の取り付け方法を示
す側面図である。

【図３５】この発明の圧電共振子を用いたラダーフィル
タの分解斜視図である。

【図３６】図３５に示すラダーフィルタの絶縁体基板と
圧電共振子とを示す斜視図である。

【図３７】図３５に示すラダーフィルタの等価回路図で
ある。

【図３８】２端子型の電子部品の一例を示す分解斜視図
である。

【図３９】Ｃｆ，ΔＦ／Ｆａとパラメータとの関係を示
す図である。

【図４０】従来の圧電横効果を利用した圧電共振子の例
を示す図解図である。

【図４１】従来の圧電横効果を利用した圧電共振子の他
の例を示す図解図である。

【符号の説明】

１０圧電共振子１２基体１４電極１６絶縁膜１８絶縁膜２０外部電極２２外部電極２４活性部２６不活性部６０電子部品６２絶縁体基板６４凹部６６パターン電極６８パターン電極７０突起７２導電ワイヤ７４金属キャップ７６パターン電極７８パターン電極８０パターン電極８２突起８４突起８６突起８８突起９０端子９２フープ材９４折曲げ部９６支持部材９８取付部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−72211（ＪＰ，Ａ) 特開平８−172227（ＪＰ，Ａ) 特開平４−111483（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−108729（ＪＰ，Ａ) 特開平８−8677（ＪＰ，Ａ) 特公平５−35607（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭63−24324（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭62−61170（ＪＰ，Ｂ１) 実公平３−23705（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/00 - 9/215 H03H 9/54 - 9/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向を有する略四角柱状の基体、前記基体の長手方向と直交するように前記基体内に配置
される複数の平面状の電極、および前記電極を接続する
ために前記基体の長手方向の側面に形成され、前記基体
の長手方向に伸びる１対の外部電極を備え、前記基体は複数の圧電体層と複数の前記電極とが交互に
積層された構造を有し、前記複数の圧電体層は前記電極の両側で前記基体の長手
方向に沿って互いに逆向きに分極され、隣合う前記電極
がそれぞれ別の前記外部電極に接続され、前記電極によって、個々の前記圧電体層に、前記１対の
外部電極を介して前記基体の長手方向に交流電界を印加
して、個々の前記圧電体層に圧電縦効果による伸縮の駆
動力を発生させ、前記基体の長手方向の全長に対して前記基体の中心部を
ノードとする長さ振動モードの基本振動を励振させるこ
とを特徴とする、圧電共振子。
【請求項２】前記電極は前記基体の長手方向に直交す
る断面の全面に形成され、前記電極の露出部が１つおき
に絶縁膜で覆われ、残りの露出部によって接続部が形成
され、前記接続部に前記１対の外部電極を形成すること
によって隣合う前記電極がそれぞれ別の前記外部電極に
接続された、請求項１に記載の圧電共振子。
【請求項３】前記電極の一部が前記基体の側面に露出
しないように形成され、前記電極の露出部分を前記１対
の外部電極に接続することによって隣合う前記電極がそ
れぞれ別の前記外部電極に接続された、請求項１に記載
の圧電共振子。
【請求項４】前記基体には、分極されていない圧電体
層か、あるいは電界が印加されない圧電体層の少なくと
もいずれかである圧電的に不活性となる不活性部を有す
る、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧電共
振子。
【請求項５】前記不活性部は圧電的に活性となる活性
部の両端に形成され、前記活性部の長さの比率が前記基
体の長さの５０％以上である、請求項４に記載の圧電共
振子。
【請求項６】前記基体の長手方向のほぼ中央部に配置
される取付部材と、前記取付部材を介して配置される支
持部材とをさらに備える、請求項１ないし請求項５のい
ずれかに記載の圧電共振子。
【請求項７】請求項６に記載の圧電共振子を用いた電
子部品であって、前記支持部材を、表面にパターン電極が形成された絶縁
基板で構成し、前記絶縁基板上に取付部材を介して前記基体を取り付け
るとともに、前記絶縁基板上に前記基体を覆うようにキャップを配置
したことを特徴とする、電子部品。
【請求項８】請求項７に記載の圧電共振子を用いた電
子部品であって、前記支持部材を、表面にパターン電極が形成された絶縁
基板で構成し、前記絶縁基板上に、ラダー型フィルタを構成するように
複数の前記基体を取付部材を介して取り付けるととも
に、前記絶縁基板上に基体を覆うようにキャップを配置した
ことを特徴とする、電子部品。