JPH02171013A - 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系のような実
効ポアソン比が１７３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、５２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ｌの上面
には、エネルギ閉込め用電極並びに接続導電部を形成す
るために電極ペースト３．４を塗布する（以下、本明細
書においては、エネルギ閉込め用電極及び接続導電部と
なる電極ペースト部分に付与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の上面では、エネルギ閉込
め用極部分及び接続導電部となる部分に電極ペースト５
．６を、それぞれ塗布する。さらに、セラミックグリー
ンシート２の下面においても、電極となる部分及び接続
導電部となる部分に電極ペースト７．８を塗布する。

次に、セラミックグリーンシート１．２を積層し、一体
焼成後分極処理を施すことにより、第３図に示す圧電共
振装置を得る。

第３図の圧電共振装置では、焼結体１０中に、圧電セラ
ミック層１．　２　（元のセラミックグリーンシートと
同一参照番号を付与して説明する）を介して、エネルギ
閉込めのための電極３．５．１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３次高調波が
閉込められる。

すなわち、圧電セラミック層を介して３個の電極３，５
．７が重なり合うように配置されているので、従来の単
板型の圧電共振装置に比べてより高周波域に、厚み縦振
動の最初の応答が現れることとなる。よって、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
。のみならず、実効ポアソン比が１／３以上の組成の圧
電材′＃１を用いて厚み縦振動の３次高調波を閉込める
ことが可能であるため、さまざまな圧電材料を適宜選択
して用いることができ、かつ応答レベルについても厚み
縦振動の基本波と同等の電気的特性を有する圧電共振装
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しる。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される。

しかしながら、全面電極５ａ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
振されることになる。さらに、この浮遊容量により、反
共振周波数や反共振抵抗が低下し、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、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
。

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だめの手段〕 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
材料よりなる板状の本体と、この板状の本体の厚み方向
において圧電層を介して重なり合うように配置された少
なくとも３個のエネルギ閉込め用電極とを備えるものに
おいて、厚み方向において最も外側に位置する電極と残
余のエネルギ閉込め用電極との形状の関係が改良された
ものに関する。

すなわち、エネルギ閉込め用電極のうち、厚み方向にお
いて最も外側に位置するエネルギ閉込め用電極のうち少
なくとも一方が円形または多角形である場合に、該円形
または多角形の直径または一辺の長さが、残余のエネル
ギ閉込め用電極の直径または一辺の長さよりも長くされ
ていることを特徴とする。

〔作用〕

厚み方向において最も外側に位置するエネルギ閉込め用
電極のうち少なくとも一方の形状が円または多角形であ
り、内部に位置する円または多角形のエネルギ閉込め用
電極に比べて、その直径または一辺の長さが長くされて
いる。

従って、本体の内部のエネルギ閉込め用電極の直径また
は一辺の長さが相対的に長くされた外側のエネルギ閉込
め用電極に対する重なり合い精度の低下が生じ難い、す
なわち、最外層のエネルギ閉込め用電極に対する内部の
エネルギ閉込め用電極の形成位置の許容量が、外側のエ
ネルギ閉込め用電極を相対的に大きくすることにより高
められている。従って、重なり合うエネルギ閉込め用電
極間の位置ずれによる共振特性のばらつきを低減するこ
とができる。また、下記の実施例から明らかなように、
反共振−共振周波数間の帯域におけるスプリアスの発生
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の圧電材料よりなる第１．第２のセラミッ
クグリーンシート１１．１２を用意する。

第１のセラミックグリーンシート１１の上面には、エネ
ルギ閉込めのための電極となる部分及び接続導電部を構
成する部分に電極ペースト１３．１４を塗布する。

第２のセラミックグリーンシート１２の上面には長方形
状に電極ペースト１５を塗布する。この長方形状の電極
ペースト１５は、セラミックグリーンシート１１．１２
を重ね合わせた際に、電極ペース）１３と厚み方向に重
なり合う位置に塗布されている。

また、本実施例では、長方形状の電極ペースト１５の輻
Ｗに比べて、セラミックグリーンシート１１上のエネル
ギ閉込め用電極ペースト１３の径ａの方が長くされてい
る。従って、セラミックグリーンシート１１とセラミッ
クグリーンシート１２を重ね合わせるに際し、電極ペー
スト１３．１５の重ね合わセを容易に行うことができる
。

さらに、第２のセラミックグリーンシート１２の下面に
も、エネルギ閉込め用電極及び接続導電部１７を形成す
るために、電極ペースト１６，１７が塗布されている。

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に焼成し、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電極１５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、その結果、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
逆向きに分極処理される。

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、接続導電部１８より電極１
７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０本実施例の圧電共振装置においては
、第３図に示した構造例と同様に、厚み縦振動モードの
高調波が励振される。従って、従来の単板型の圧電共振
装置に比べて、より高周波域で使用し得る圧電共振装置
を実現することができる。

次に、上記実施例において、内部に配置されたエネルギ
閉込め用電極１５の幅Ｗを変化させた場合の具体的な実
験結果につき説明する。今、第１゜第２のセラミックグ
リーンシート１１．１２として、３×３■×厚み１．５
閤のものを用意し、各セラミックグリーンシート１１．
１２の上面あるいは下面に形成されるエネルギ閉込め用
電極１３゜１７の径を１．５鵬とした場合に、内部に配
置される長方形状のエネルギ閉込め用電極１５の幅Ｗを
１．２ｍとした圧電共振装置を製作した。また、比較の
ために、内部に配置されるエネルギ閉込め用電極の幅Ｗ
を１．　５ｍｍとし、その他の形状は上記実施例と同様
としたものを製作した。

上記実施例及び比較例の圧電共振装置の製作にあたり、
セラミックグリーンシート１１の上面のエネルギ閉込め
用電極１３の中心と、内部のエネルギ閉込め用電極１５
の中心とが、第１図のＸ方向、すなわち長方形状のエネ
ルギ閉込め用電極１５の延びる方向と直交する方向に、
距離ｌだけずらしたものを多数製作した。これらの実施
例及び比較例の圧電共振装置における電気機械結合係数
ｋｌと位置ずれｌｆとの関係を第７図に示す。

第７図から明らかなように、本実施例の圧電共振装置（
幅ｗ＝１．２ｍの場合）には、位置ずれ量ｌが０．１５
ｍを超えない限り電気機械結合係数の劣化の見られない
ことがわかる。これに対して、比較例の共振装置では、
位置ずれ量ｌが０を超える場合、すなわち僅かでも画電
極１３．１５間に位置ずれが生じている場合には、電気
機械結合係数ｋｔが劣化することがわかる。

さらに、上記実施例及び比較例の圧電共振層における共
振周波数−反共振周波数間の帯域におけるスプリアスレ
ベルを測定したところ、下記の第１表に示す結果が得ら
れた。

第　　１　　表 なお、上記第１表においては、スプリアスレベルを評価
するに際し、位相回転を採用した。第８図に示すように
、共振周波数ｒ、と反共振周波数ｆ１との間の周波数帯
域において、インピーダンス波形にスプリアス振動に基
づく乱れが生じ°ζいる場合、位相曲線（破線で示す）
上にもスパイク状の乱れが生じる。このスパイク状の乱
れの深さが位相回転と呼ばれているものである。すなわ
ち、位相回転は、スプリアスレベルの評価に対応ずＩＪ
るものである。

第１表から明らかなように、実施例の圧電共振装置では
、比較例の圧電共振装置に比べて、共振周波数−反共振
周波数間の周波数帯域におけるスプリアスレベルが効果
的に低減されることがわかる。

上述した実施例では、３個のエネルギ閉込め用電極が厚
み方向に重なり合うように形成゛されていたが、４以上
のエネルギ閉込め用電極が圧電層を介して重なり合うよ
うに配置された積層型圧電共振装置一般に本発明を適用
し得ることを指摘しておく。

また、エネルギ閉込め用電極の形状についても、図示例
のように最外層のエネルギ閉込め用電極を円形に、内部
のエネルギ閉込め用電極を多角形状に構成する必要は必
ずしもなく、目的及び用途に応じて、各エネルギ閉込め
用電極の形状を任意に変更することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、エネルギ閉込め用電極
のうち、最外層に位置する電極の少なくとも一方が、内
部に位置するエネルギ閉込め用電極よりも相対的に大き
く形成されているので、積層型の圧電共振装置における
エネルギ閉込め用電極間の重なり精度を効果的に高める
ことが可能となる。従って、内部電極の最外層に位置す
るエネルギ閉込め用電極に対する位置ずれに基づ゛く共
振特性のばらつき等を低減することが可能となり、量産
に際しての歩留を改善することができる。

のみならず、共振周波数−反共振周波数間の周波数帯域
内におけるスプリアスの発生も効果的に抑制することが
でき、例えば発振子に利用した場合の上記周波数帯域内
のスプリアスに基づく発振停止等の事故を防止すること
も可能とな゛す、高性能の圧電共振装置を提供すること
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の製造工程を説明するための
分解斜視図、第２図は本発明を成す契機となった圧電共
振装置を得る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た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−Ｖ線に沿う部分
に相当する断面図、第６図は第１図のＶｌ−Ｖｌ線に沿
う部分に相当する実施例の断面図、第７図は実施例及び
比較例における電気機械結合係数と電極間の位置ずれ量
２との関係を示す図、第８図はスプリアスと位相回転と
の関係を説明するための図である。 図において、■０は本体、１３，１５．１７はエネルギ
閉込め用電極を示す。 第３図 第２図 第７図 第ｇ図 敬 五（゛叡警！（、−） 平成　１年１２月 ７日

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
   体の厚み方向に圧電層を介して重なり合うように配置さ
   れた少なくとも３個のエネルギ閉込め用電極とを備え、 前記エネルギ閉込め用電極のうち厚み方向において最も
   外側に位置する電極のうち少なくとも一方が、円形また
   は多角形である場合に、該円形または多角形の直径また
   は一辺の長さが、残余のエネルギ閉込め用電極の形状が
   円形または多角形である場合に、該円形または多角形の
   直径または一辺の長さよりも長くされていることを特徴
   とする、圧電共振装置。