JPH02171012A - 圧電共振装置 - 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、厚み縦振動モードの高調波を利用したエネル
ギ閉込め型の圧電共振装置に関し、特にエネルギ閉込め
のための電極構造が改良されたものに関する。

〔従来の技術〕

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圧電振動子が知
られている。この種のエネルギ閉込め型の圧電振動子は
、圧電セラミック板の両面に、該圧電セラミック板より
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以上の材料を用いていた。これは
、実効ポアソン比が１／３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。

他方、より高周波域で使用し得る圧電共振装置が要求さ
れている。そこで、厚み縦振動の２次高調波を利用する
ことにより高周波域で使用可能とした構造が、本願発明
者により提案されている（特願昭６２−２３５９２０号
）。

この未だ公知ではない先行技術の構造を、第２図及び第
３図を参照して説明する。第２図に示すように、２枚の
ＰＺＴ系圧電材料よりなるセラミックグリーンシート１
．２を用意する。セラミックグリーンシート１の上面に
は、エネルギ閉込め型の電極となる部分３及び接続導電
部となる部分４に電極ペーストを塗布する（以下、本明
細書においては、電極となる電極ペーストが塗布された
部分及び接続導電部となる部分に付した参照番号と同一
参照番号を、完成後の電極及び接続導電部にも付与する
こととする）。

セラミックグリーンシート２の上面にも、電極ペースト
を電極部分５及び接続導電部となる部分６に塗布する。

さらに、セラミックグリーンシート２の下面にも、電極
ペーストを塗布し、電極となる部分７及び接続導電部と
なる部分８を形成する。

次に、セラミックグリーンシート１及び２を積層し、一
体焼成することにより、第３図に示す圧電共振装置を得
る。

第３図を参照して、焼結体１０中では、圧電セラミック
［１，２（セラミックグリーンシートと同一参照番号を
付する）を介して、エネルギ閉込めのための電極３．５
及び５，７が重なり合っている。この重なり合っている
領域Ａに厚み縦振動の２次高調波が閉込められる。

すなわち、圧電材料層１あるいは２の厚みに対応して共
振周波数が決まるので、従来の単板型の圧電共振装置に
比べてより高い周波数に、厚み縦振動の最初の応答が現
れることになる。よって、この構造によれば、より高周
波域で使用可能な圧電共振装置を実現することができる
。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕第３図の圧電共
振装置を製造するに際しては、電極３．５．７が正確に
重なり合うように形成されなければならない、すなわち
、電極３，５．７間に位置ずれが生じた場合には、共振
特性に大きなばらつきが生じる。しかしながら、このよ
うな電極間の位置ずれを防止することは難しく、従って
量産された圧電共振装置の特性を測定し、その特性によ
って選別するという煩雑な作業が強いられる。

他方、上記の特性のばらつきを解消するために、第４図
に示すような構造を採用することも考えられる。ここで
は、セラミックグリーンシート２の上面に全面電極５ａ
を形成することにより、上下の電極３．７との間の位置
ずれによる影響が防止れる。

しかしながら、全面電ｔｉ５ａと、上下の接続導電部４
．８との間で生じる浮遊容量により、共振周波数−反共
振周波数の間の周波数領域においてスプリアスモードが
励振されることになり、発振子等に応用した場合、発振
停止等の不良が生じる原因となっていた。さらに、この
浮遊容量により容量が大きくなるため、反共振周波数が
低下し、共振周波数−反共振周波数間の周波数領域の狭
域化が生じ、フィルタ等に応用した場合、設計通りの通
過帯域が得られないという問題があった。

よって、本発明の目的は、厚み縦振動の高調波に重畳す
るスプリアス振動を効果的に抑制することができ、かつ
エネルギ閉込めのための電極の位置ずれによる特性のば
らつきが効果的に低減される構造を備えた圧電共振装置
を提供することにある。

〔技術的課題を解決するための手段〕

本発明は、厚み縦振動モードの高調波を利用したエネル
ギ閉込め型圧電共振装置であって、分極処理された圧電
材料よりなる本体と、この本体の厚み方向において圧電
材料層を介して重なり合うように配置された３以上の電
極とを備えるものにおいて、少なくともｌの電極が、そ
の上下に配置されたエネルギ閉込めのための電極を含む
領域に形成されており、かつ相互に電気的に接続されて
いない複数の線状の電極部により構成されていることを
特徴とするものである。

〔作用〕

少なくともｌの電極が、その上下に配置されたエネルギ
閉込めのための電極を含む領域に形成された複数の線状
電極部により構成されているので、上下の電極形成位置
が若干ずれたとしても、複数の線状電極部の構成されて
いる領域内に包含されている限り、特性のばらつきは生
じ難い。

しかも、複数の線状電極部は相互に電気的に接続されて
いないので、上下に位置する接続導電部と各線状電極部
との間に形成される容量は、電極間において直列に挿入
されることになる。従って、圧電共振装置の全体の容量
が効果的に小さくされる。よって、接続導電部と電極と
の間の浮遊容量に基づくスプリアスの発生を効果的に抑
制することができる。

〔実施例の説明〕

まず、第１図を参照しつつ、本発明の一実施例の圧電共
振装置の製造工程を説明する。

２枚のＰＺＴ等の圧電材料よりなるセラミックグリーン
シート１１．１２を用意する。一方のセラミックグリー
ンシート１１の上面では、エネルギ閉込めのための電極
となる部分１３及び接続導電部を構成する部分１４に電
極ペーストを塗布する。

他方、セラミックグリーンシート１２の上面にには、セ
ラミックグリーンシート１１．１２を重ね合わせた際に
電ｆｆ１１３が厚み方向において包含される領域に複数
の線状電極１５ａ−１５ｊを形成するために、線状に電
極ペーストを塗布する。

さらに、セラミックグリーンシート１２の下面には、エ
ネルギ閉込めのための電極となる部分１７及び接続導電
部を形成する部分１８に′ｉｔ極ペ極大−スト布する。

セラミックグリーンシート１１．１２を図示の状態のま
ま重ね合わせ、厚み方向に圧着した後焼成し、所定の分
極処理（後述）を施すことにより、第５図及び第６図に
示す圧電共振装置を得ることができる。

分極処理は、焼結体の端面に露出している帯状１を極１
５ａ〜１５ｊ側に十の電位を、上下の電極１３．１７に
−の電位を与えることにより行う。

結果、図示の矢印の方向に、すなわち２層の圧電セラミ
ック層が厚み方向において互いに逆回きに分極処理され
る。

分極処理後、複数の線状型Ｐｉ　１５　ａ〜１５ｊを相
互に電気的に接続しない状態とし、すなわち端面の分極
処理にあたり連結していた場合には、端面を研磨するこ
と等により、相互の電気的接続を解く。

駆動に際しては、接続導電部１４より、電極１３に＋ま
たは−の何れか一方の電位を、電極１７に接続されてい
る接続導電部１８に他方の電位を周期的に印加すること
により、共振させることができる。この構造においても
、第３図の例と同様に、厚み縦振動モードの２次高調波
が大きく励振されるため、該２次高調波を利用すること
ができ、従ってより高周波域で使用し得る圧電共振装置
を得ることができる。

第５図及び第６図に示した実施例のインピーダンス−周
波数特性を第７図に実線で示す、比較のために、同一材
料を用いて同一の大きさに形成した第４図の構造例にお
けるインピーダンス−周波数特性を第７図に破線で示す
。

第７図から明らかなように、第４図の構造例では、反共
振周波数−周波数領域においてスプリアスモードに基づ
く波形分割が生じているのに対し、本実施例ではこのよ
うな波形分割が生じていす、従ってスプリアスモードの
発生が効果的に抑制されていることがわかる。

のみならず、共振−反共振周波数間の周波数帯域幅につ
いても、本実施例においては拡げられることがわかる。

これは、第４図の構造例では内部電極５ａと上下の接続
導電部との間に浮遊容量が発生し、該浮遊容量によりス
プリアスモードが励振されること、並びに該浮遊容量が
重なり合っている電極間の容量に並列に加わるため、電
極間の総容量が太き（なるためである。

これに対して、本実施例では、内部電極が線状の電極部
１５ａ−１５ｊで構成されているので、上下の接続導電
部１４．１８との間に浮遊容量が生じるが、この浮遊容
量は各線状電極部１５ａ〜１５ｊにおいて個別に形成さ
れており、かつ電極間においては直列に挿入されること
になる。従って、接続導電部１４．１８との間の容量の
寄与が小さくなるため、スプリアスレベルが低減され、
かつ共振−反共振周波数間の周波数帯域幅が拡げられて
いることによると考えられる。

さらに、上記製造工程の説明からも明らかなように、本
実施例では、複数の線状電極部１５ａ〜１５ｊは、上下
に重なり合う電極１３．１７を含む領域に形成されてい
る。従って、線状電極部１５ａ−１５ｊに対して、電極
１３．１７を形成する位置が若干ずれたとしても、線状
電極部１５ａ〜１５ｊの形成されている領域内に含まれ
ている限り特性のばらつきは生じ難い、よって、第２図
に示した構造例のような特性のばらつきが生じないため
、特性に応じて煩雑な選別作業を行う必要もない。

第８図及び第９図を参照して、本発明のより好ましい実
施例を説明する。第８図に示すように、焼結体２０の内
部に複数の線状電極２５が形成されている。ここまでは
、第５図の構造と同様である。異なるのは、分極に先立
って、焼結体２０の上面及び下面に全面電極２３ａ、２
７ａを形成し、その状態で分権処理を行うことにある。

すなわち、全面電極２３ａ、２７ａに−の電位を与え、
各線状電極部２５に十の電位を印加することにより図示
の矢印で示すように、焼結体２０内の広い範囲に渡り分
極処理することができる。

しかる後、全面電極２３ａ、２５ａをエツチングし、エ
ネルギ閉込めのための電極及び接続導電部を形成する。

すなわち、第９図（ａ）に示すように、焼結体２０の上
面においては、円形の電極２３および接続導電部２４を
形成する。下面側においても、同様に電極部及び接続導
電部を形成する。

このようにして得られた実施例を第９図（ｂ）に示す、
第９図（ｂ）から明らかなように、本実施例では、上面
及び下面に形成された電極２３゜２７間の焼結体中、す
なわち矢印Ｂで示す領域にエネルギが閉込められている
が、その周囲の領域においても焼結体が分極処理されて
いる。よって、より完全なエネルギ閉込めが可能とされ
ている。

なお、第８図の焼結体では全面電極２３ａ、２７ａを形
成する際しては、セラミックグリーンシートの状態で全
面に電極ペーストを塗布してもよく、あるいは焼結体２
０を得た後に全面に電極ペーストを印刷・焼付けること
によってもよい、また、この実施例においても、駆動に
先立って、線状電極部２５間の電気的な接続は解いてお
く必要があることは言うまでもない。

上述してきた実施例では、３層の電極のうち、中央に位
置する電極が線状の電極部１５ａ〜１５ｊ、２５で構成
されていたが、本発明は、４以上の電極が重なり合うよ
うに配置された圧電共振装置でも適用することができる
。その場合においても、少なくとも１の電極を、複数の
線状電極部により構成されておりさえすれば、本発明と
同様の効果を奏することができる。すなわち、線状電極
部により構成されている電極の上下に位置するエネルギ
閉込めのための電極形成位置の許容量を高めることがで
き、かつその部分におけるスプリアス振動を効果的に抑
制することができるのである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では、エネルギ閉込めのための１
の電極が、相互に電気的に接続されていない複数の線状
電極部によって構成されているので、該線状電極部に圧
電セラミック層を介して重なり合う電極の形成位置の許
容度が大きくされている。従って、特性のばらつきの少
ない圧電共振装置を得ることができるので、特性に応じ
た煩雑な選別作業を解消することができる。

のみならず、上下に重なり合うように配置さ軌た接続導
電部上の間の浮遊容量が、各線状電極部ごとに、電極間
において直列に挿入される形態となるため、スプリアス
振動を効果的に抑制することができ、かつ全体としての
浮遊容量が小さ（なるため、反共振抵抗の低下を防止す
ることができ、共振−反共振周波数間の周波数帯域幅の
狭帯化を防止することができ、従って、安定な共振特性
の圧電共振装置を実現することが可能となり、例えば発
振子に応用した場合には、発振停止等の事故の生じ難い
信※■性に優れた発振回路を構成することが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を製造する工程を説明するた
めの斜視図、第２図は本発明を成す契機となった圧電共
振装置を得ろ工程を説明するための分解斜視図、第３図
は第２図の工程を経て得られる圧電共振装置の断面図、
第４図は従来の圧電共振装置の他の例を説明するための
断面図、第５図は第１図の工程で得られた実施例の圧電
共振装置の断面図であり、第１図のＶ−■線に沿う部分
に相当する断面図であり、第６図は第１図のＶｌ−■線
に沿う部分に相当する実施例の断面図であり、第７図は
実施例及び比較例のインピーダンス−周波数特性を示す
図、第８図は本発明の他の実施例における分極処理を説
明するための断面図、第９図（ａ）、（ｂ）は、本発明
の他の実施例の平面図及び断面図である。 図において、１０は本体、１３．１７は電極、１５ａ〜
１５ｈは線状電極部、２３．２７は電極、２５ａ〜２５
ｈは線状電極部を示す。 第２１４ 第７図 ｔｏＭＨｘ 圃淑数 （ｔ’ｌＨＸ’）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   の圧電共振装置であって、 分極処理された圧電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圧電材料層を介して重なり合うよ
   うに配置された少なくとも３個の電極とを備え、 少なくとも１の前記電極が、その上下に配置された電極
   を含む領域に形成されており、かつ相互に電気的に接続
   されていない複数の線状電極部により構成されているこ
   とを特徴とする圧電共振装置。