JPH01176110A - 電歪共振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電歪共振装置、特に、厚み縦振動モ−ドを利
用したエネルギ閉込め型電歪共振装置に関する。

［従来の技術およびその問題点］ 従来より、ＰＺＴ系圧電セラミックスを用いた厚み縦振
動モードを利用したエネルギ閉込め型の電歪共振装置が
知られている。この種のエネルギ閉込め型の電歪共振装
置は、圧電セラミックス板の両面に該圧電セラミックス
より小さな面積の電極を形成することにより構成されて
いる。また、圧電セラミックスとしては、ＰＺＴ系のよ
うに実効ポアソン比が１／３以上の材料が用いられてい
る。これは、実効ポアソン比が１７３未満の材料を用い
た場合には、厚み縦振動の周波数低下型エネルギ閉込め
ができなかったからである。

上述の電歪共振装置において、より高周波域で使用し得
るものが望まれている。より高周波域で振動させるには
、圧電セラミックス板の厚みを薄くすればよい。しかし
ながら、取扱い上２００μｍ程度とするのが限界であり
、それ以上薄くすることは困難であった。よって、現実
には、厚み縦基本振動の使用周波数範囲は１０ＭＨｚ以
下であった。

他方、厚み縦振動の３次高調波を利用すれば、高周波域
で使用することが可能であると考え９れる。しかしなが
ら、３次高調波は、基本振動に比べて応答レベルがかな
り小さく、したがって該３次高調波の利用は特定の分野
に限られていた。

さらに、従来の厚み縦振動モードを利用した電歪共振装
置では、上述したように実効ポアソン比が１／３以上の
材料を用いなければ周波数低下型で振動エネルギを閉込
めることができなかった。

よって、材料選択の範囲も限られていた。

そこで、本願発明者達は、より高周波域で使用すること
ができ、より広範な電歪材料を用いることが可能で、か
つ良好なエネルギ閉込めが可能な構造を備えた電歪共振
装置を得るため種々検討を行なった。その結果、電歪材
料よりなる板状の本体と、この本体の厚み方向において
電歪材料層を介して互いに重なり合うように配置された
３以上の電極とを備える、積層型の電歪共振装置を構成
することを考えた。そして、その場合に、前記電極に、
振動エネルギを閉込めるための振動電極と、該振動電極
と電歪材料よりなる本体の側端縁とを結ぶ接続導電部と
を設けることとした（特願昭６２−１６０６６５号）。

そうすれば、より高周波域で使用し得るエネルギ閉込め
型の電歪共振装置を実現できた。

この積層型の電歪共振装置では、３以上の電極が電歪材
料を介して厚み方向において互いに重なり合うように配
置されているので、全体の厚みが同じである場合には、
従来の単板型の電歪共振装置に比べて（ｎ−１）倍［ｎ
は電極の数を示す］の周波数域に厚み縦振動の最初の応
答が現われる。

よって、より高周波域で使用することができるようにな
る。また、３以上の電極を用いて電歪材料層を複数層に
分割した構造であるため、電歪材料層を伝わる定常波を
存在させる制約条件が従来の単板型の電歪共振装置と異
なる。したがって、従来の単板型のものでは振動エネル
ギを閉込めることが不可能であった、実効ポアソン比が
１／３未満の電歪材料を用いた場合でも、厚み縦振動の
エネルギを閉込めることが可能となった。

しかし、その構成では、十分に良好なエネルギ閉込めが
できず、共振波形に重畳したスプリアスを十分に低減す
ることかできなかった。このため、たとえば、フィルタ
として利用する場合には帯域内リップルの問題が残され
、また発振子として利用する場合にはＱｍが低下するな
どの問題が残された。

本発明の目的は、より良好にエネルギ閉込めが可能でし
かも高いＱｍを得ることができ、スプリアスレベルをよ
り効果的に低減し得る電歪共振装置を提供することにあ
る。

［間順点を解決するための手段］ 本発明に係る電歪共振装置は、厚み縦振動モードの高調
波を利用したエネルギ閉込め型の電歪共振装置である。

そして、この電歪共振装置は、電歪材料よりなる板状の
本体と、前記本体の厚み方向において電歪材料層を介し
て配置された、振動エネルギを閉込めるための電極とを
備えている。

そして、前記電極に挾まれる部分の電歪材料層は分極さ
れている。また、前記電極に挾まれない部分の電歪材料
層は、その少なくとも一部が分極されている。

なお、たとえば、前記電極の数は３以上である。

そして、前記電極に挾まれる電歪材料層は、分極方向が
厚み方向に互い違いであってもよく、また分極方向が厚
み方向に同一方向であってもよい。

さらに、好ましくは、前記電極と電歪材料よりなる本体
の側端縁とを結ぶ接続導電部をさらに備え、前記接続導
電部のうち、少なくとも駆動時に互いに反対の電位とな
る接続導電部が、厚み方向において互いに重なり合わな
いように形成されている。

そして、好ましくは、前記電歪材料は、厚み縦基本振動
の周波数低下型エネルギ閉込めが不可能な実効ポアソン
比を有するものから構成されている。

また、前記電極の数は奇数であり、利用する高調波が偶
数次モードであってもよい。

［作用および発明の効果］ 本発明に係る電歪共振装置によれば、電極に挾まれた部
分の電歪材料層が分極されているだけでなく、電極に挾
まれない部分の電歪材料層も、その少なくとも一部が分
極されている。この結果、エネルギの閉込めがより良好
になり、共振波形にスプリアスが重畳しにくくなるばか
りでなく、高いＱｍを得ることができるようになる。

たとえば、フィルタとして電歪共振装置を使用する場合
には、帯域内においてリップが発生しにくくなる。また
、発振子として電歪共振装置を利用する場合には、高い
Ｑｍを得ることができることから、高性能の発振子を実
現することが可能となる。

［実施例コ 第１図は、本発明の一実施例に係る電歪共振装置を、理
解の便宜上焼成前の状態に展開して示した斜視図である
。また、第２図は第１図の■−■断面図であり、第３図
は第１図の■−■断面図である。第３図において、矢印
は分極方向を示すために便宜上に描かれている。

第１図において、電歪共振装置は、２枚のセラミックシ
ート１，２を有している。セラミックシート１の上面に
は、エネルギを閉込めるため、円形の領域に電極３が形
成されている。また、電極３からセラミックシート１の
一方端縁に延びるように、接続導電部４が形成されてい
る。セラミックシート２の上面にも、電歪共振装置の内
部電極となる電極５が形成されている。また、電極５と
セラミックシート２の一方端縁との間には、接続導電部
６が形成されている。さらに、セラミックシート２の下
面には、第１図にセラミックシート２を透視して示すよ
うに、電極７が形成されている。この電極７が、エネル
ギを閉込めるための電極の他方側を形成するものである
。この電極７とセラミックシート２の他方端縁との間に
は接続導電部８が形成されている。

第２図に示すように、上下両端に形成された接続導電部
４，８のセラミックシート１．２端縁側端部には、共通
のリード線９が接続されるようになっている。また、厚
み方向中央に配置された接続導電部６のセラミックシー
ト１．２端縁側端部には、別のリード線１０が接続され
るようになっている。なお、第２図に示されている２点
鎖線Ａに囲まれた領域は、電極３．５．７の対向領域を
示している。

第２図および第３図に示すように、セラミックシート１
およびセラミックシート２は、焼成されることによって
互いに一体に連続した状態となっている。また、第３図
に示すように、セラミックシート１，２は、矢印の方向
に分極されている。

すなわち、この場合には、各電極３．　５．　７間に挾
まれるセラミックシート１．２は、分極方向が厚み方向
に同一となっている。また、各電極３゜５．７に挾まれ
ない部分においても、同一方向に分極処理が施されてい
る。

駆動に際しては、リード線９に＋または−のいずれか一
方の電圧を、リード線１０に他方の電圧を印加すればよ
い。

ところで、上述した電歪共振装置では、電極３゜５．７
は、電歪共振装置の厚み方向に互いに重なり合うように
配置されている。よって、従来の同じ厚みの単板型電歪
共振装置に比べて、より高周波域で使用することができ
る。なぜならば、電極３．５間あるいは電極５，７間の
距離がλ／２となる厚み縦振動モードが生じるからであ
る。

さらに、第３図から明らかなように、電極３゜５．７間
に挾まれる電歪材料層も、そうでない電歪材料層も分極
処理が施されている。このため、エネルギ閉込めのため
に電極が形成されている部分の周波数低下量が大きくな
り、エネルギ閉込めが良好になる。

第４図は、この実施例における共振周波数特性を示して
いる。

次に、比較例を得るために、第１０図に示すような電歪
共振装置を用意する。第１０図は第２図または第３図に
相当する図である。第１０図において、１対のセラミッ
クシート２１．２２について、セラミックシート２１の
上面には電極２３および接続導電部２４が形成されてい
る。また、セラミックシート２２の上面にも電極２５お
よび接続導電部２６が形成されている。さらに、セラミ
ックシート２２の下面には、電極２７および接続導電部
２８が形成されている。また、電歪材料層のエネルギ閉
込め用電極２３，２５．２７に挾まれる部分のみが分極
されている。この結果、第１０図に示す電歪共振装置を
駆動した場合には、きれいな共振周波数特性は得られず
、第１１図に示すように、大きなスプリアスが現われ、
山谷比も極端に小さくなる。なお、Ｑｍは３２０、山谷
比は５３ｄＢであった。これに対して、本発明に係る電
歪共振装置によれば、第４図で示すように、そのような
スプリアスはほとんど生じないことがわかる。なお、Ｑ
ｍは１３２０、山谷比は７２ｄＢであった。

次に、第１図ないし第３図に示す電歪共振装置の製造方
法を説明する。

まず、２枚のセラミックグリーンシートを用意する。そ
して、下側のセラミックグリーンシートの−Ｌ面に、電
極５および接続導電部６を形成するための電極ペースト
を塗布する。次に、両セラミックグリーンシートを積層
し圧着する。圧着して得られた成形体を焼成することに
より、第５Ａ図に示すような焼成体を得る。次に、その
焼成体の上下両端面に銀を蒸着させることにより全面に
外部電極３ａ、７ａを形成する。次に、外部電極３ａと
外部電極７ａとの間に電圧を印加し、電歪共振装置全体
を第５Ｃ図に示すように分極する。次に、外部電極３ａ
、７ａの表面にレジストインクを印刷し、パターニング
を行ない、エツチングによって外部電極３ａ、７ａから
第５Ｄ図に示すように電極３および電極７を形成する。

これによって、第１図ないし第３図に示すような電歪共
振装置が得られる。

［別の実施例］ （ａ）　　本発明を実施するにあたり、第６図に示すよ
うな構成とすることもできる。

第６図において、接続導電部４はセラミックシート１の
一端縁側に延びている。接続導電部６は、セラミックシ
ート２の端縁のうち、接続導電部４が延びている側の端
縁と直交する端縁に延びている。また、接続導電部８は
、接続導電部４が延びている端縁と平行かつ、接続導電
部６が延びている端縁と直交する端縁側に延びている。

このように構成することによっても、接続導電部４．６
．８が、厚み方向に互いに重ならないようにすることが
できる。

（ｂ）　　本発明に係る電歪共振装置を製造する場合に
、第７図に示すような製造工程によって製造することも
可能である。

まず、２枚のセラミックグリーンシートを用い、両セラ
ミックグリーンシート間に電極５を形成するための電極
ペーストを塗布し、全体を積層し圧管した後、得られた
成形体を焼成する。これによって、第７Ａ図に示すよう
な焼成体が得られる。

次に、電極３および電極７を、銀を焼付けることによっ
て形成し、第７Ｂ図の状態とする。次に、電歪共振装置
の上端面および下端面全体に、導電ペースト３ｂ、７ｂ
を塗布する。そして、両導電ペースト３ｂ、７ｂを電極
として電歪共振装置全体を分極させ、第７Ｃ図に示す状
態とする。そして、溶剤によって導電ペースト３ｂ、７
ｂを除去すれば、第７Ｄ図に示すような電歪共振装置が
得られる。

なお、第７Ｂ図の状態にある成形体を得るに際し、焼成
する前に予め電極３および電極７用の導電ペーストも塗
布しておき、全体を一体焼成することによって得ること
も可能である。

（ｃ）　　第８図に示すように、電極３．　５．　７に
挾まれる電歪材料層の分極方向を厚み方向に互い違いと
することによっても、本発明に係る電歪共振装置を得る
ことが可能である。

第８図に示す電歪共振装置を駆動する場合には、電極う
には直接電圧を印加せず、電極３．７に、＋および−の
電圧をそれぞれ印加すればよい。

第８図に示す構造を有する電歪共振装置を製造する場合
には、第５Ｄ図あるいは第７Ｄ図の構成を得た後、さら
に、電極５および電極７間に逆向きの電圧を印加して、
反対方向に分極させる。これによって、第８図に示す構
成を有する電歪共振装置が得られる。

（ｄ）　　第９Ａ図ないし第９Ｎ図は、それぞれ別の実
施例を示している。

第９Ａ図では、電極３，５．７に挾まれた部分の電歪材
料層の分極程度よりも、電極３．　５．　７に挾まれな
い部分の電歪材料層の分極程度が小さく設定されている
。第９Ｂ図は、電極３．　５．　７に挾まれる電歪材料
層の分極方向を互い違いにした場合において、第９Ａ図
と同様の構成を採用した場合を示している。

第９Ｃ図は、電極３．　５．　７に挾まれない部分の電
歪材料層のうち、電歪共振装置の周縁部に相当する部分
には、分極処理が施されていない場合を示している。第
９Ｄ図は、電極３．　５．　７に挾まれる電歪材料層の
分極方向が互い違いの場合において、第９Ｃ図と同様の
構成を採用した場合を示している。

第９Ｅ図は、電極３，５．７に挾まれない部分の電歪材
料層において、電極３．　５．　７に近い部分と電歪共
振装置の周縁部分との間で分極方向が逆になっている場
合を示している。第９Ｆ図は、電極３．　５．　７に挾
まれる電歪材料層の分極方向が互い違いの場合において
、第９Ｅ図と同様の構成を採用した場合を示している。

第９Ｇ図は、電極３．　５．　７に挾まれない部分の電
歪材料層において、その分極方向が電歪共振装置の厚み
方向と直角な方向である場合を示している。第９Ｈ図は
、電極３．　５．７に挾まれる電歪材料層の分極方向が
互い違いである場合において、第９Ｇ図と同様の構成を
採用した場合を示している。

第９１図では、内部電極の数を２以上とし、かつ電極数
を奇数とした場合の実施例を示している。

第９Ｊ図では、電極に挾まれる電歪材料層の分極方向が
厚み方向に互い違いとなっている場合において、内部電
極の数を２以上とし、かつ全電極数を奇数とした場合を
示している。

第９に図では、内部電極の数を２以上とし、かつ全電極
数を偶数とした場合の実施例を示している。第９Ｌ図で
は、電極に挾まれる電歪材料層の分極方向が厚み方向に
互い違いとなっている場合において、内部電極を２以上
としかつ全電極数を偶数とした場合の実施例を示してい
る。

第９Ｍ図は、上下両端の電極３０を外部電極とせず、表
層に近い位置に配置した内部電極とした場合を示してい
る。また、第９Ｍ図の実施例では、電極３０と表層との
間は、分極処理が施されていない。第９Ｎ図では、第９
Ｍ図と同様の構成において、電極３０と表層との間に配
置された電歪材料層においても分極処理が施されている
場合を示している。

前記各実施例においても、本発明に係る効果を同様に奏
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る電歪共振装置を便宜
上展開して示した斜視図である。第２図は、第１図の■
−■断面図である。第３図は、第１図の■−■断面図で
ある。第４図は、第１図の実施例の共振周波数特性を示
すグラフである。第５八図ないし第５Ｄ図は、第１図の
実施例に係る電歪共振装置を製造する工程を示す縦断面
図である。第６図は、別の実施例の第１図に相当する図
である。第７Ａ図ないし第７Ｄ図は、別の製造方法を示
す縦断面図である。第８図は、さらに別の実施例の第３
図に相当する図である。第９Ａ図ないし第９Ｎ図は、そ
れぞれ別の実施例の縦断面図である。第１０図は、比較
例の第２図に相当する図である。第１１図は第１０図の
比較例の共振周波数特性を示すグラフである。 １．２はセラミックシート、３，５．７は電極、４．６
．８は接続導電部である。 第Ｌ１．図 第１１図 ｊ問汲収→ 踪　　　　　　　　　凋

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）厚み縦振動モードの高調波を利用したエネルギ閉
   込め型の電歪共振装置であって、電歪材料よりなる板状
   の本体と、 前記本体の厚み方向において、電歪材料層を介して配置
   された、振動エネルギを閉込めるための電極とを備え、 前記電極に挾まれる部分の電歪材料層は分極されており
   、 前記電極に挾まれない部分の電歪材料層は、その少なく
   とも一部が分極されている、 電歪共振装置。
2. （２）前記電極の数は３以上であり、 前記電極に挾まれる電歪材料層は、分極方向が厚み方向
   に互い違いである、特許請求の範囲第１項記載の電歪共
   振装置。
3. （３）前記電極の数は３以上であり、 前記電極に挾まれる電歪材料層は分極方向が厚み方向に
   同一方向である、特許請求の範囲第１項記載の電歪共振
   装置。
4. （４）前記電極と電歪材料よりなる本体の側端縁とを結
   ぶ接続導電部をさらに備え、 前記接続導電部のうち、少なくとも駆動時に互いに反対
   の電位となる接続導電部が、厚み方向において互いに重
   なり合わないように形成されている、特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の電歪共振装置。
5. （５）前記電歪材料は、厚み縦基本振動の周波数低下型
   エネルギ閉込めが不可能な実効ポアソン比を有するもの
   からなる、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   かに記載の電歪共振装置。
6. （６）前記電極の数は奇数であり、利用する高調波は偶
   数モードである、特許請求の範囲第１項ないし第５項の
   いずれかに記載の電歪共振装置。