JPH0199310A - 電歪効果素子 - 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、厚みすべりまたは厚みねじり振動モード（電
気機械結合係数ｋ１５に対応する信号モード）あるいは
これらの結合した振動を利用した電歪効果素子の改良に
関す名。

［従来の技術］ スプリアスが少なく、優れた共振特性を持つ電歪効果素
子を得るため、従来、たとえば厚みすべり振動を利用し
た第４図に示すような素子が使用されている。　　　　
゛ 第４図において、電歪材料よりなる板状の素子本体１の
両生面上には、電極２，３が形成されている。素子本体
１は、図示の矢印方向に分極されている。そして、この
電歪効果素子は、画電極２゜３に電圧が印加されること
によって駆動される。

［発明が解決しようとする問題点］ 電歪効果素子では、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、素子本体
１の厚みを薄くすればよい。しかしながら、取扱い上２
００μｍ程度とするのが限界であり、それ以上薄くする
ことが困難であった。

一方、厚みすべりまたは厚みねじり振動モードでの音速
は２００Ｏｎ＋／ｓ程度と遅いため、電歪効果素子を最
も薄く成形しても、５ＭＨｚ程度の共振しか得られない
。このため、前記従来の電歪効果素子の高周波数域での
使用は限られていた。

一方、電歪効果素子の低インピーダンス化が強く望まれ
ている分野において、前記従来の圧電効果素子では、薄
肉化に限界があるため、大容量化を図るのが困難であり
十分な低インピーダンス素子を得ることができなかった
。

本発明の目的は、素子強度を維持しつつ、より高周波数
域で使用することができ、さらに使用目的によっては小
型かつ低インピーダンス化し得る電歪効果素子を提供す
ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る電歪効果素子は、自発分極の配向方向を主
面と垂直方向以外とした電歪材料よりなる板状の素子本
体、または自発分極を持たない電歪材料において主面と
垂直方向以外に軸配向させた板状の素子本体と、素子本
体に厚みすべり振動または厚みねじり振動あるいはこれ
らの結合した振動を励起し得るように設けられた電極と
を有する電歪効果素子である。そして、前記素子本体の
数が２以上で、かつ互いに接着または接合されているこ
とを特徴としている。

なお、板状の素子本体の分極方向または軸配向の方向が
互い違いであってもよく、また同一方向であってもよい
。また、電歪板はたとえば、セラミックス板、配向膜ま
たは単結晶板から形成されている。自発分極を持たない
電歪材料においても、厚みＶへり振動または厚みねじり
振動あるいはこれらの結合した振動で振動するものも利
用できる。

自発分極を持たない電歪材料としては、たとえば水晶の
ＡＴカット板、サファイヤ基板上にＺｎＯをバイアスを
かけながらエピタキシャル成長させ、基板をエツチング
や研摩で取除いてＺ軸を主面と垂直方向以外に軸配向さ
せたものとした配向膜などがある。

［作用］ 電極に電圧を印加すると、素子本体には厚みすべりまた
は厚みねじり振動あるいはこれらの結合した振動が生じ
て、電歪効果素子が駆動される。

このとき、素子本体が接着または接合された２枚以上の
電歪板から形成されているので、１枚の板状の素子本体
からなる同一厚さの従来の電歪効果素子に比べて、共振
周波数が高くなる。たとえば、素子本体がｎ層の分極板
からなる場合には、従来の電歪効果素子の共振周波数に
対してｎ倍の共振周波数特性を得ることができる。すな
わち、本発明に係る電歪効果素子を使用すれば、周波数
使用限界を格段に高くすることもできる。

さらに、電歪板の面内分極の方向が互いに同一方向の場
合には、同一厚さに設定された従来の電歪効果素子に比
べて、静電容量が大きくなって低インピーダンス化も可
能になる。たとえば、素子本体がｎ層の電歪板からなる
場合には、厚みが同じ場合従来の電歪効果素子に比べて
０２倍の静電容量を得ることができる。この場合には、
大きな静電容量をも得ることができることから、たとえ
ば、ラダーフィルタの並列共振子に用いることにより、
減衰量の大きな高性能フィルタが実現できるようになる
。

［実施例］ 本発明を実施するにあたり、２枚以上の面内分極された
電歪板を接着または接合してなる電歪素子は、各々の電
歪板の積重ね方や励振電極の取出し方によって、大きく
シリーズ接続タイプとパラレル接続タイプとに分けるこ
とができる。以下、その各々の場合の実施例について説
明する。

（実施例１） ２枚の電歪板を積重ねたシリーズ接続タイプを示す第１
図において、板状の素子本体１０は、１対の電歪板１１
．１２が互いに接着または接合されて形成されている。

素子本体１０の両生面上には、矩形状の電極１３．１４
が形成されており、その中央部が電歪板１１．１２を挾
んで対向するように配置されている。一方の電歪板１１
は、矢印で示すように第１図右方向に分極処理されてお
り、他方の電工板１２は矢印で示すように電歪板１１と
逆方向に分極処理されている。なお、電歪板１１．１２
は、電歪性を有するものであればよく、電歪セラミック
ス板、配向膜または単結晶板などから形成されている。

たとえば、電歪ｔａｌｌ、１２として電歪セラミックス
仮を使用した場合には、次のようにして電歪効果素子が
製造される。まず、２枚の電歪板１１．１２を用意し、
それぞれ分極処理を施す。次に、両型歪板１１．１２を
、たとえばエポキシ樹脂などを使用して互いに接着する
。その際、各電工板１１．１２の分極方向は互いに逆方
向となるようにしておく。得られた積層体を研磨によっ
て所定の厚みにする。この実施例では、たとえば素子厚
が０．２ｍｍとされる。さらに、得られた素子本体１０
の両生面に電極１３．１４を取付ける。

この場合、たとえば蒸着法による電極形成を採用するこ
とができる。また、電歪板１１．１２のデポールが生じ
ない限り、スパッタ法や印刷法を採用して、電極１３．
１４を形成することもできる。

なお、得られた電極１３．１４にさらにエツチングなど
を施し、エネルギ閉込めが確実に行なわれるよう無駄な
部分を取去ることが望ましい。

次に、この実施例の動作につき説明する。電極１３．１
４に電圧を印加すると、素子本体１０が駆動されて厚み
すべり振動を生じる。この場合には、厚みすべり振動モ
ードを使用しているので、電歪板１１．１２の素材にか
かわらず振動エネルギの閉込めが確実に行なわれる。

この電歪効果素子のインピーダンス−周波数特性を第２
図に示す。第２図において、実線Ａはこの実施例に係る
素子の特性、破線Ｂは従来の電歪効果素子の特性を示し
ている°。従来例で発生する基本波の共振周波数ｒ０に
対し、この実施例によれば、厚みすべりの２次の高調波
２１’Ｏが励振され、基本波は励振されない。すなわち
、この実施例では、従来の電歪効果素子に比べて２倍の
共振周波数を有し、周波数使用限界を高くすることがで
きるようになる。よって、この実施例を用いた場合、素
子全体としてとらえたときの２次高調波に相当する周波
数を利用して、より高周波域で使用し得る電歪効果素子
を実現し得ることがわかる。

（実施例２） ２枚の電歪板を積重ねてパラレル接続した場合の実施例
を次に説明する。

素子本体２０を構成する電歪板２１．２２の素材として
は第１図の実施例と同様である。素子本体２０の両生面
上には電極２３．２４が形成されている。両電極２３．
２４は素子厚み方向に対して同一位置に配置されており
、互いにリード線によって電気的に接続されている。一
方、両型歪板２１．２２間に介在する内部電極２５は、
その素子中央側部分が両電極２３．２４の素子中央側部
分に対して、素子厚み方向に対向する位置にまで延びて
形成されている。また、電極２５の他端は、素子本体２
０の側壁面に形成された電極２６に電気的に接続されて
いる。この場合の電歪板２１゜２２の分極方向は、第１
図の実施例と異なり、第３図に示すように同一方向であ
る。なお、電歪板２１．２２についても、前記実施例と
同様、電歪セラミックス板、配向膜または単結晶板など
を使用することができる。

次に、電歪セラミックス板を使用した場合のこの実施例
の製造方法を説明する。

予め分極処理された電歪板２１．２２を接着剤を用いて
、分極方向が互いに同一方向となるように接着する。次
に、得られた素子本体２０を研磨して、所定の厚み（た
とえば０．　２ｍｍ）とする。

さらに、電極２３，２４．２６を素子本体２０に取付け
れば第３図の電歪効果素子が得られる。

第３図の電歪効果素子を駆動する場合には、電極２３．
２４および電極２６に電圧を印加して行なう。この電圧
印加によって素子本体２０にはたとえば厚みすべり方向
の振動が生じる。この場合のインピーダンス−周波数特
性は第２図の１点鎖線Ｃのようになる。すなわち、パラ
レル接続タイブの電歪効果素子でも前記実施例１と同様
の効果が得られる。さらに、この実施例では、従来の同
一厚さの電歪効果素子に比べて容量が大きくなるため、
インピーダンスは低下する。したがって、このタイプの
電歪効果素子をたとえばラダーフィルタの並列共振子に
用いれば、減衰量の大きな高性能フィルタが実現できる
ようになる。

（別の実施例） 前記実施例では、２枚の電歪板を積重ねた実施例を示し
たが、３枚以上の電歪板を積重ねても本発明を同様に実
施することができる。これらの場合には、電歪板の積層
枚数口に応じて素子全体としてとらえたときのｎ次の高
調波に相当する波が励振され、より高周波域で使用し得
る電歪効果素子を実現することができる。しかも、パラ
レル接続タイプでは、電歪板の積層枚数の増加に応じて
静電容量が増加し、より低インピーダンスの電歪効果素
子を得ることができるようになる。

［発明の効果］ 本発明に係る電歪効果素子によれば、素子本体が、２枚
以上で、かつ互いに接着または接合されてなることから
、次のような効果を得ることができる。

（ａ）　　素子全体を薄くしなくても、素子全体として
とらえたときの高次の高調波に相当する波が励振される
ので、素子強度を維持しつつより高周波域で使用可能な
電歪効果素子を得ることができるようになる。

（ｂ）　　さらに、電歪板の面内分極の方向が互いに同
一方向である場合には、得られた電歪効果素子の静電容
量が大きくなり、低インピーダンスの電歪効果素子を得
ることもできるようになる。

したがって、たとえばラダーフィルタの並列共振子に得
られた電歪効果素子を用いれば、減衰量の大きな高性能
フィルタが実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の斜視図、第２図はイン
ピーダンス−周波数特性を示すグラフ、第３図は別の実
施例の斜視図、第４図は従来例の斜視図である。 １０．２０は素子本体、１１．　１２．　２１．　２２
は電歪板、１３，１４．２３．２４．２５は電極である
。 周彼数

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　自発分極の配向方向を主面と垂直方向以外とし
   た電歪材料よりなる板状の素子本体、または自発分極を
   持たない電歪材料において主面と垂直方向以外に軸配向
   させた板状の素子本体と、素子本体に厚みすべり振動ま
   たは厚みねじり振動あるいはこれらの結合した振動を励
   起し得るように設けられた電極とを有する電歪効果素子
   おいて、 前記素子本体の数が２以上で、かつ互いに接着または接
   合されていることを特徴とする電歪効果素子。
2. （２）　前記板状の素子本体の分極方向または軸配向の
   方向が互い違いである特許請求の範囲第１項記載の電歪
   効果素子。
3. （３）　前記板状の素子本体の分極方向または軸配向の
   方向が同一方向である特許請求の範囲第１項記載の電歪
   効果素子。
4. （４）　前記電歪板が、セラミックス板、配向膜または
   単結晶板からなる特許請求の範囲第１項記載の電歪効果
   素子。