JP3301901B2

JP3301901B2 - 圧電共振子

Info

Publication number: JP3301901B2
Application number: JP28382695A
Authority: JP
Inventors: 敏史清原; 克彦鬼塚; 道明西村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: JPH09130197A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電性セラミック
スの共振現象を利用した電子部品、例えば、カーステレ
オ，コードレス電話，ページャ等の移動体通信で用いら
れるセラミックフィルター、セラミックレゾネータの圧
電共振子に関するものである。

【０００２】

【従来技術】圧電振動子には、電気的信号を入力し、機
械的な信号（変位）を出力することを目的としたバイモ
ルフ等の変位素子や、電気的信号を入力し、電気的信号
（インピーダンス特性）を出力することを目的とした圧
電共振子がある。

【０００３】圧電共振子を用いたフィルターとしては、
近年、映像信号や音声信号など通信情報量の大容量化
や、自動車電話，移動体通信などの通信端末の多様化に
伴い、高選択，低損失，高信頼性の特性を有する圧電共
振子の開発が望まれている。

【０００４】従来の圧電共振子は、図２に示すように、
圧電性基板１の上下面に、上面電極２および下面電極３
を形成して構成されており、帯域および保償減衰量を制
御する必要から、上面電極２の寸法を下面電極３の寸法
より小さくしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構造においては、上記したように、上面電極２の寸法が
下面電極３の寸法より小さいため、電界が、上面電極２
の外周部で斜め方向（図１のＡ方向）、即ち圧電性基板
１の厚み方向（図１のＢ方向）とは異なる方向に働き、
斜め方向の電界が圧電性基板１に働くことにより、圧電
性基板１に屈曲振動を生じ、その結果として、屈曲振動
モードのスプリアス（異常共振点）が多数出現するとい
う問題があった。これらスプリアスは、発振周波数の移
動等を誘発し、圧電共振子として正しく作動しないとい
う問題があった。

【０００６】即ち、拡がり振動子を例にとれば、上面電
極２および下面電極３に交流電界を加えることによっ
て、ある一定の周波数で拡がり振動を励振し、この周波
数でのインピーダンスのピークを発振子、またはフィル
ターとして利用している。このような圧電共振子では、
図３に示すように、利用する拡がり振動のピーク以外に
も多数のスプリアスＳと呼ばれる屈曲振動モードのピー
クが存在し、これらスプリアスが大きい場合、もしく
は、利用する拡がり振動のピーク（利用帯域）の近傍に
存在した場合、発振周波数がスプリアスの周波数に移動
していまい、圧電共振子として正しく作動しないという
問題があった。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、屈曲振動モードのスプリアス
の発生を抑制することができる圧電共振子を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決すべく鋭意検討した結果、分極方向が正反対の第
１圧電性基板と第２圧電性基板を用いて圧電共振子を形
成することにより、スプリアスの発生を抑制することが
できることを見出し、本発明に至った。

【０００９】即ち、本発明の圧電共振子は、同一厚みで
ある第１圧電性基板と第２圧電性基板とを、これらの第
１圧電性基板と第２圧電性基板の全面に形成された共用
電極を介して接合し、前記第１圧電性基板および前記第
２圧電性基板の表面に、前記共用電極と対向するように
該共用電極よりも小さい第１電極および第２電極をそれ
ぞれ形成するとともに、前記第１圧電性基板と前記第２
圧電性基板の分極方向を正反対とし、拡がり振動を利用
したものである。ここで第１電極および第２電極は同一
形状であることが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の圧電共振子は、図１に示
すように、第１圧電性基板１１と第２圧電性基板１３と
が共用電極１５を挟持し、基板本体１７が形成されてい
る。第１圧電性基板１１と第２圧電性基板１３とは、共
用電極１５を介して接合されている。

【００１１】第１圧電性基板１１と第２圧電性基板１３
は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ_XＴｉ
_1-X）Ｏ₃（以後、ＰＺＴという）から構成されてお
り、第１圧電性基板１１と第２圧電性基板１３とが同一
形状，同一厚みとされている。また、共用電極１５は、
例えば、Ａｇ−Ｐｄから構成されている。

【００１２】そして、基板本体１７の厚み方向の両端面
には、第１電極１９および第２電極２１がそれぞれ形成
され、第１圧電性基板１１と第２圧電性基板１３の分極
方向が正反対とされている。図１に、第１圧電性基板１
１の分極方向（Ｘ）および第２圧電性基板１３の分極方
向（Ｙ）を図示する。

【００１３】このような圧電共振子は、第１電極１９と
第２電極２１が同位相で共用電極１５が逆位相となるよ
うに交流電流を印加して用いられる。

【００１４】本発明の圧電共振子の製造方法を詳細に説
明する。本発明の圧電共振子は、例えば、所定の電気特
性が得られるように調合したＰＺＴ系セラミック原料を
湿式混合し、この混合物を脱水、乾燥した後、８００〜
１２００℃で１〜３時間仮焼し、当該仮焼物を再びボー
ルミルで粉砕する。

【００１５】その後、この粉砕物に有機バインダーを混
合し、ドクターブレード法、あるいは押し出し成形法等
で所定厚みの２枚のシート状圧電成形体を形成する。一
方の圧電成形体の片面に共用電極となるＡｇ−Ｐｄ等の
導電性ペーストを印刷し、この導電性ペーストの表面に
他方の圧電成形体を積層する。即ち、圧電成形体により
導電性ペーストを挟持するように積層し、積層成形体を
形成する。

【００１６】この積層成形体を、大気中において所定温
度で脱バインダーを行い、この後大気中で１２００〜１
３００℃の温度にて２〜６時間焼成し、第１圧電性基板
と第２圧電性基板が共用電極を介して接合した基板本体
を作製する。得られたＰＺＴ系セラミックからなる基板
本体の両端面に、銀とガラスを含んだ導電性ペーストを
印刷し、５００〜６００℃で焼き付け、第１圧電性基板
と第２圧電性基板の表面に、共用電極と対向するように
第１電極および第２電極を形成する。

【００１７】次に基板本体の両端面に形成された電極面
に１５０℃程度で硬化するポリマーを含んだＡｇペース
ト（導電性ポリマー）を印刷し、硬化後所定温度のシリ
コンオイル中で第１圧電性基板と第２圧電性基板に分極
方向が正反対（１８０°異なる）となるようにそれぞれ
３ＫＶ／ｍｍの電界を印加して分極処理を行い、その
後、導電性ポリマーを水洗して洗い落とすことにより、
本発明の圧電共振子を得る。

【００１８】尚、分極を安定化させるために、分極処理
後１５０〜２５０℃で１時間の熱エージングを行っても
良い。またエージング後の基板が所定のサイズになるよ
うに、ダイシングを行っても良い。

【００１９】

【作用】本発明の圧電共振子は、第１圧電性基板を挟持
する共用電極と第１電極に交流電界を印加することによ
り、第１圧電性基板はある共振周波数ｆ₀で屈曲振動を
励振しようとする。しかし、第２圧電性基板は、第１圧
電性基板と分極方向が１８０°逆であるため、第２圧電
性基板を挟持する共用電極と第２電極に交流電界を印加
すると、前記共振周波数ｆ₀では、第１圧電性基板と逆
位相で振動しようとする。その結果として、本来屈曲振
動が励振されるはずの周波数ｆ₀では、その振動が第１
圧電性基板と第２圧電性基板で打ち消され、屈曲モード
スプリアスを取り除くことができる。

【００２０】拡がり振動のピークについては、第１圧電
性基板と第２圧電性基板が同一の位相で拡がり振動をす
るために打ち消されることなく、良好に励振し、屈曲振
動モードスプリアスが殆ど存在しない良好なインピーダ
ンス特性が得られる。

【００２１】屈曲振動モードスプリアスの発生は、第１
圧電性基板と第２圧電性基板とを同一厚みとすることに
より、または、第１電極および第２電極を同一形状とす
ることによりさらに抑制することができる。

【００２２】

【実施例】ＰＺＴ系セラック原料を湿式混合し、次いで
この混合物を脱水、乾燥した後、１０００℃で３時間仮
焼し、当該仮焼物を再びボールミルで粉砕した。

【００２３】その後、この粉砕物に有機バインダーを混
合し、ドクターブレード法にて所定厚みのシート状成形
体を２枚作製した。得られた成形体を所定のサイズで打
ち抜き、一方の成形体の片面に共用電極となるＡｇ−Ｐ
ｄからなる導電性ペーストを印刷した。この導電性ペー
ストの上に他方のシート状成形体を積層し、成形体によ
り共用電極を挟持するようにして熱圧着を行い、積層成
形体を得た。この積層成形体を大気中で脱バインダーを
行い、その後大気中で１２５０℃の温度にて３時間焼成
し、第１圧電性基板と第２圧電性基板が共用電極を介し
て接合された基板本体を作製した。この基板本体の両端
面、即ち、共用電極と対向するように、縦２．０ｍｍ横
２．０ｍｍ、厚み０．０１ｍｍの銀とガラスを含有する
導電性ペーストを印刷し、６００℃で焼き付け、第１圧
電性基板の表面に第１電極、第２圧電性基板の表面に第
２電極を形成した。

【００２４】次に電極を形成した面に１５０℃程度で硬
化するポリマーを含んだＡｇペースト（導電性ポリマ
ー）を印刷、熱硬化後８０℃のシリコンオイル中で第１
圧電基板と第２圧電基板に分極方向が正反対となるよう
にそれぞれ３ＫＶ／ｍｍの電界を印加して分極処理を行
い、その後、導電性ポリマーを、水洗いして洗い落とし
た。この後、分極を安定化させるために２２０℃で１時
間の熱エージングを行い、その後、エージング後の圧電
共振子が、縦４．６ｍｍ、横４．６ｍｍ、厚み０．５ｍ
ｍのサイズになるようにダイシングを行い、図１に示す
ような本発明の圧電共振子を得た。

【００２５】尚、従来の圧電共振子、即ち、縦４．６ｍ
ｍ、横４．６ｍｍ、厚み０．５ｍｍのＰＺＴからなる圧
電基板を作製し、この圧電基板の上面に、縦２．０ｍｍ
横２．０ｍｍ、厚み０．０１ｍｍの銀とガラスからなる
上面電極を形成するとともに、下面に、縦４．６ｍｍ、
横４．６ｍｍ、厚み０．０１ｍｍの銀とガラスからなる
下面電極を形成した図２の圧電共振子を比較例とした。

【００２６】また、従来の圧電共振子では、上面電極、
下面電極間に交流を印加した状態で評価した。本発明に
よる圧電共振子では、第１電極と第２電極が同位相で共
用電極が逆位相となるように交流電流を印加し、圧電共
振子のインピーダンス特性の評価を、インピーダンスア
ナライザーを用いて１００ＫＨｚ〜１ＭＫＨｚで行い、
拡がり振動のメインピークおよびスプリアスの発生周波
数を記載した。その結果を表１に記載した。

【００２７】

【表１】

【００２８】この結果から明かなように、従来の圧電共
振子では、２１５ＫＨｚ、４０１ＫＨｚ、５０５ＫＨ
ｚ、６１０ＫＨｚ、７４０ＫＨｚ、８３０ＫＨｚ、９０
５ＫＨｚ、９１５ＫＨｚにスプリアスが出現している
が、本発明による圧電共振子では６１０ＫＨｚおよび９
１０ＫＨｚのみにスプリアスが出現しており、屈曲振動
モードのスプリアスの発生を抑制できることが判る。
尚、表１中における拡がり振動のメインピークの欄の括
弧内は帯域幅を示している。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、第１圧電
性基板と第２圧電性基板が同一の位相で拡がり振動をす
るために打ち消されることなく、良好に励振するととも
に、屈曲振動モードのスプリアスの発生を抑制し、良好
なインピーダンス特性を得ることができる。また、屈曲
振動モードのスプリアスの発生は、第１圧電性基板と第
２圧電性基板とを同一厚みとすることにより、または、
第１電極および第２電極を同一形状とすることによりさ
らに抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電共振子を示す斜視図である。

【図２】従来の圧電共振子を示す斜視図である。

【図３】従来の圧電共振子のインピーダンス特性を示す
グラフである。

【符号の説明】

１１・・・第１圧電性基板１３・・・第２圧電性基板１５・・・共用電極１７・・・基板本体１９・・・第１電極２１・・・第２電極

フロントページの続き (56)参考文献特開平７−206600（ＪＰ，Ａ) 特開平５−48377（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−12609（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−89706（ＪＰ，Ａ) (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】同一厚みである第１圧電性基板と第２圧電
性基板とを、これらの第１圧電性基板と第２圧電性基板
の全面に形成された共用電極を介して接合し、前記第１
圧電性基板および前記第２圧電性基板の表面に、前記共
用電極と対向するように該共用電極よりも小さい第１電
極および第２電極をそれぞれ形成するとともに、前記第
１圧電性基板と前記第２圧電性基板の分極方向を正反対
とし、拡がり振動を利用したことを特徴とする圧電共振
子。
【請求項２】第１電極および第２電極は同一形状である
ことを特徴とする請求項１記載の圧電共振子。