JP3941263B2 - 圧電素子の周波数調整方法および圧電素子を用いた通信機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は圧電素子の周波数調整方法および圧電素子を用いた通信機器に関し、特にたとえば、長さ振動をする圧電共振子などの圧電素子の周波数調整方法と、周波数調整をした圧電素子を用いた通信機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の圧電素子の周波数調整方法の一例を示す斜視図である。周波数調整される圧電素子１としては、たとえば、圧電体基板２と、圧電体基板２の両面に形成された電極３とからなる圧電共振子などがある。圧電体基板２は、図９の矢印に示すように、厚み方向に分極され、その両面の電極３間に電界を加えることにより、長さ振動が励振される。この圧電素子１の周波数調整を行うために、たとえば、レーザビームを用いて圧電素子１の長手方向の端部が除去される。それにより、圧電素子１の端部の質量が変化し、圧電素子の周波数が調整される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような圧電素子の調整方法では、レーザビームによる加工部の近傍が加熱され、その部分において分極消失が発生し、圧電素子の電気的特性の劣化を引き起こす。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、電気的特性を劣化させることなく、圧電素子の周波数を調整することができる圧電素子の周波数調整方法を提供することである。
また、この発明の他の目的は、このような圧電素子を用いることにより、優れた特性を有する通信機器を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、長手方向を有する基体を含む圧電素子の周波数調整方法であって、基体は、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含み、活性部は、複数の圧電体と電極とを長手方向に積層した積層体で構成されるとともに、基体の長手方向に電界を加えて、基体に長さ振動を励振するものであり、不活性部は、基体内において分極されていない構成か、あるいは電界が印加されない構成の少なくともいずれかであって、不活性部のみをレーザビームで除去することにより周波数を調整する、圧電素子の周波数調整方法である。
また、この発明は、検波器を有する通信機器であって、上述の周波数調整方法で調整された圧電素子が検波器に用いられた、通信機器である。
さらに、この発明は、バンドパスフィルタを有する通信機器であって、上述の周波数調整方法で調整された複数の圧電素子を用いたラダーフィルタがバンドパスフィルタに用いられた、通信機器である。
【０００６】
圧電素子の端部にある不活性部をレーザビームで部分的に除去することにより、除去した部分の質量が変化して周波数を調整することができる。また、圧電素子の中央部にある不活性部をレーザビームで部分的に除去することにより、中央部の剛性が変化して周波数を調整することができる。ここで、基体に振動を生じさせない不活性部をレーザビームで部分的に除去したとき、その周囲の不活性部に熱による影響があったとしても、活性部の圧電体に熱による影響が伝わらないため、圧電素子の電気的特性に影響を与えることがない。
このような不活性部の例として、基体内において分極されていない部分や、分極されていても電界が印加されない部分としたものがあり、これらの部分にレーザビームによる熱の影響があっても、電気的特性には関係しない。
このような圧電素子としては、圧電体と電極とを長手方向に積層した活性部に電界を加えて長さ振動モードの基本振動を励振する圧電共振子などがある。
このような調整方法で周波数を調整した圧電素子を通信機器の検波器やバンドパスフィルタに用いることにより、優れた検波特性を有する通信機器を得ることができる。
【０００７】
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実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の周波数調整方法に用いられる圧電素子の一例を示す斜視図であり、図２はその図解図である。圧電素子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。したがって、基体１２は、複数の電極１４と圧電体とが長手方向に積層された構造を有する。圧電体は、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。
【０００９】
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。ただし、基体１２の両端側の電極１４のいくつかは、連続して絶縁膜１６，１８で被覆される。この圧電素子１０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。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。
【００１０】
さらに、これらの接続部、すなわち基体１２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、外部電極２０には絶縁膜１６で被覆されていない電極１４が接続され、外部電極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。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。
【００１１】
この圧電素子１０では、外部電極２０，２２が入出力端電極として使用される。このとき、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１４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２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。
【００１２】
この圧電素子１０では、外部電極２０，２２に信号を与えることにより、活性部２４の互いに逆向きに分極した圧電体に、互いに逆向きの電圧が印加されるため、圧電体は全体として同じ向きに伸縮しようとする。そのため、圧電素子１０全体としては、基体１２の長手方向の中心部をノードとした長さ振動の基本モードが励振される。この圧電素子１０では、活性部２４の分極方向，信号による電界方向および振動方向が一致する。つまり、この圧電素子１０は、圧電縦効果を利用した共振子となる。
【００１３】
この圧電素子１０の周波数調整を行うために、図３に示すように、基体１２の両端部の不活性部２６にレーザビームが照射される。それによって、不活性部２６が部分的に除去され、基体１２の端部の質量が減少し、圧電素子１０の周波数を上げることができる。このとき、不活性部２６の除去部分の形状としては、図３に示すように、基体１２の端面からレーザビームを照射して不活性部２６の端面に溝状に加工することができる。また、基体１２の上面から不活性部２６の端部にレーザビームを照射し、段状に加工してもよい。
【００１４】
このような調整方法では、基体１２の不活性部２６を部分的に除去するため、レーザビームによる熱によって不活性部２６の分極が消去されても、圧電素子１０の電気的特性に影響はない。なお、不活性部２６部分は、分極されていて電界が加わらない構造のほか、分極されていない構造であってもよい。この場合、レーザビームを照射して不活性部２６を部分的に除去しても、その近傍は分極されていないため、分極の消滅ということがなく、圧電素子１０の電気的特性に影響を与えることはない。
【００１５】
また、不活性部２６は、基体１２の端部に形成されるだけでなく、図４に示すように、基体１２の中央部に形成されてもよい。この場合、不活性部２６にレーザビームを照射して、不活性部２６を部分的に除去することにより、基体１２の中央部の剛性が小さくなり、圧電素子１０の周波数を下げることができる。この場合においても、上述した理由により、不活性部２６を部分的に除去するときに、レーザビームによる熱が圧電素子１０の電気的特性に影響を及ぼさない。
【００１８】
なお、圧電素子１０としては、図５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１６，１８の形成された部分に、２列の外部電極２０，２２が形成される。このような圧電素子１０についても、基体１２の端部または中央部に不活性部２６を形成し、この不活性部２６にレーザビームを照射して、不活性部２６を部分的に除去し、周波数を調整することができる。
【００１９】
このようにして周波数調整された圧電素子１０は、たとえば発振子やディスクリミネータなどとして使用することができる。また、図６に示すように、複数の圧電素子１０を用いて、ラダーフィルタ１１を形成することができる。このようなラダーフィルタ１１では、基板５０上に４つの圧電素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが取り付けられている。なお、ここで用いられる圧電素子１０ａ〜１０ｄは、図１の実施例に示した構造のものであるが、図５の実施例に示す構造のものであっても同様の構成とすることができる。
【００２０】
この圧電素子１０では、基板５０上に、４つのパターン電極６０，６２，６４，６６が形成される。これらのパターン電極６０〜６６には、間隔を隔てて一列に配置される５つのランドが形成される。この場合、基板５０の一端から１番目のランドＬ１はパターン電極６０に形成され、２番目のランドＬ２および５番目のランドＬ５はパターン電極６２に形成され、３番目のランドＬ３はパターン電極６４に形成され、４番目のランドＬ４はパターン電極６６に形成される。そして、導電接着剤によって、圧電素子１０ａ〜１０ｄと、１番目〜５番目のランドＬ１〜Ｌ５とが接続される。このラダーフィルタ１１では、図７に示す梯子型の回路が得られるようにパターン電極６０〜６６が形成されている。そして、基板５０上に、金属キャップ（図示せず）がかぶせられる。このようなラダーフィルタ１１においても、不活性部２６をレーザビームで除去することにより、電気的特性を劣化させることなく圧電素子１０ａ〜１０ｄの周波数調整を行うことができ、優れた特性を有するものとすることができる。
【００２１】
図８はこの発明にかかるダブルスーパーヘテロダイン受信機の一例を示すブロック図である。図８に示すダブルスーパーヘテロダイン受信機１００はアンテナ１０２を含む。アンテナ１０２は入力回路１０４の入力端に接続される。入力回路１０４は、アンテナ１０２と後述の高周波増幅器１０６とのインピーダンス整合を行い、希望波を選択する同調回路あるいはバンドパスフィルタが用いられる。入力回路１０４の出力端は、高周波増幅器１０６の入力端に接続される。高周波増幅器１０６は、微弱な電波を低雑音増幅し感度を向上させ、また、イメージ周波数選択度を改善するためのものである。高周波増幅器１０６の出力端は、第１の周波数混合器１０８の入力端に接続される。第１の周波数混合器１０８は、希望波と第１の局部発振波とを混合して和または差の第１の中間周波をつくるためのものである。第１の周波数混合器１０８の別の入力端には、第１の局部発振器１１０の出力端が接続される。第１の局部発振器１１０は、第１の中間周波をつくるための第１の局部発振波を発振するためのものである。第１の周波数混合器１０８の出力端は、第１のバンドパスフィルタ１１２の入力端に接続される。第１のバンドパスフィルタ１１２は、第１の中間周波を通過するためのものである。第１のバンドパスフィルタ１１２の出力端は、第２の周波数混合器１１４の入力端に接続される。第２の周波数混合器１１４は、第１の中間周波と第２の局部発振波とを混合して和または差の第２の中間周波をつくるためのものである。第２の周波数混合器１１４の別の入力端には、第２の局部発振器１１６の出力端が接続される。第２の局部発振器１１６は、第２の中間周波をつくるための第２の局部発振波を発振するためのものである。第２の周波数混合器１１４の出力端は、第２のバンドパスフィルタ１１８の入力端に接続される。第２のバンドパスフィルタ１１８は、第２の中間周波を通過するためのものである。第２のバンドパスフィルタ１１８の出力端は、中間周波増幅器１２０の入力端に接続される。中間周波増幅器１２０は、第２の中間周波を増幅するためのものである。中間周波増幅器１２０の出力端は、検波器１２２の入力端に接続される。検波器１２２は、第２の中間周波から信号波を得るためのものである。検波器１２２の出力端は、低周波増幅器１２４の入力端に接続される。低周波増幅器１２４は、スピーカを駆動できるレベルまで信号波を増幅するためのものである。低周波増幅器１２４の出力端は、スピーカ１２６に接続される。
【００２２】
そして、この発明では、そのダブルスーパーヘテロダイン受信機１００において、検波器１２２に上述の調整方法で周波数調整をした圧電素子１０が用いられてもよく、また、第１のバンドパスフィルタ１１２および第２のバンドパスフィルタ１１８の少なくとも一方、または双方に上述のラダーフィルタ１１が用いられてもよい。
【００２３】
また、この発明では、シングルスーパーヘテロダイン受信機において、検波器に上述の圧電共振子が用いられてもよく、また、バンドパスフィルタに上述のラダーフィルタが用いられてもよい。
【００２４】
この発明の周波数調整方法で調整した圧電素子１０は、所望の周波数特性を得ることができるとともに電気的特性の劣化がなく、このような圧電素子１０を受信機に用いることにより、優れた特性を有する通信機器を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、基体の不活性部をレーザビームで除去することにより、電気的特性に影響を与えることなく所望の周波数特性を有する圧電素子を得ることができる。その結果、加工条件を広くすることができ、効率的な加工が可能となる。さらには、周波数調整のための加工が容易であり、バリなどの発生も少ない。また、この発明の周波数調整方法で調整した圧電素子を通信機器に用いることにより、優れた特性を有する通信機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の周波数調整方法に用いられる圧電素子の一例を示す斜視図である。
【図２】 図１に示す圧電素子の構造を示す図解図である。
【図３】 図１に示す圧電素子の端部に形成された不活性部をレーザビームで除去する状態を示す図解図である。
【図４】 図１に示す圧電素子の中央部に形成された不活性部をレーザビームで除去する状態を示す図解図である。
【図５】 この発明の周波数調整方法に用いられる圧電素子の他の例を示す図解図である。
【図６】 この発明の周波数調整方法で調整した圧電素子を用いたラダーフィルタの一例を示す図解図である。
【図７】 図６に示すフィルタの回路図である。
【図８】 この発明にかかるダブルスーパーヘテロダイン受信機の一例を示すブロック図である。
【図９】 従来の圧電素子の周波数調整方法を示す図解図である。
【符号の説明】
１０ 圧電素子
１１ ラダーフィルタ
１２ 基体
１４ 電極
１６，１８ 絶縁膜
２０，２２ 外部電極
２４ 活性部
２６ 不活性部
５０ 基板
６０，６２，６４，６６ パターン電極
１００ ダブルスーパーヘテロダイン受信機
１０２ アンテナ
１０４ 入力回路
１０６ 高周波増幅器
１０８ 第１の周波数混合器
１１０ 第１の局部発振器
１１２ 第１のバンドパスフィルタ
１１４ 第２の周波数混合器
１１６ 第２の局部発振器
１１８ 第２のバンドパスフィルタ
１２０ 中間周波増幅器
１２２ 検波器
１２４ 低周波増幅器
１２６ スピーカ

Claims (3)

1. 長手方向を有する基体を含む圧電素子の周波数調整方法であって、
   前記基体は、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含み、
   前記活性部は、複数の圧電体と電極とを長手方向に積層した積層体で構成されるとともに、前記基体の長手方向に電界を加えて、前記基体に長さ振動を励振するものであり、
   前記不活性部は、前記基体内において分極されていない構成か、あるいは電界が印加されない構成の少なくともいずれかであって、
   前記不活性部のみをレーザビームで除去することにより周波数を調整する、圧電素子の周波数調整方法。
2. 検波器を有する通信機器であって、請求項１に記載の周波数調整方法で調整された圧電素子が前記検波器に用いられた、通信機器。
3. バンドパスフィルタを有する通信機器であって、請求項１に記載の周波数調整方法で調整された複数の圧電素子を用いたラダーフィルタが前記バンドパスフィルタに用いられた、通信機器。

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