JPH0374850B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、圧電セラミクス中に、相互に逆方
向に変位する部分を表面と平行な方向にかつ交互
に連続するように配置することにより、セラミク
ス層の表面と平行な方向にバルク波を発生させる
構造を有する、圧電装置に関する。

従来技術の説明 圧電共振子、圧電フイルタおよび遅延線などの
圧電装置であつては、数ＭHz以上の高い周波数領
域で使用するために、厚み縦振動が利用されてい
る。従来、高い周波数領域での振動を得るため
に、圧電セラミクス内に複数の相互に重なり合う
電極を配置した構造が提案されている。相互に重
なり合う電極方向に振動を発生させるものであ
る。しかしながら、各電極を並列接続するものに
あつては、より高い周波数の振動を得るために電
極間隔を小さくし、圧電セラミクス層を薄くする
とインピーダンスが指数関数的に低下し、他の回
路とのインピーダンス整合が困難になるという問
題があつた。また、従来より提案されている種々
の高周波用圧電装置では、振動の中心周波数を変
更あるいは調整した場合には、重なり合つた電極
間のセラミクス層の厚みを変更しなければならな
いことなど極めて煩雑な作業を実施しなければな
らなかつた。したがつて、中心周波数の変更に伴
ない、圧電装置の厚みまで変更せざるを得ない場
合もあり、小形化が難しいという問題があつた。

発明の目的および構成 それゆえに、この発明の目的は、振動の中心周
波数を簡単に変更することができ、かつ高次モー
ドの振動を利用する場合であつてもインピーダン
ス低下の小さな圧電装置を提供することにある。

この発明は、要約すれば、複数の電極からなる
電極群が両面に形成されており、かつ全体が同一
方向に分極されたセラミクス層を備え、このよう
なセラミクス層は複数個積層され、積層されたセ
ラミクス層間では電極群は該電極群を挟むセラミ
クス層で共用されており、かつ隣接するセラミク
ス層が相互に逆方向に分極処理され、各電極群の
電極は、セラミクス層の表面上で所定距離を隔て
て分散配置されており、かつ一方の電極群の電極
は方の電極群の２個の電極に重なるように配置さ
れており、一方の電極群の一方端部に位置する電
極と、他方の電極群の他方端部に位置する電極と
が外部に引出されている、圧電装置である。すな
わち、この発明の圧電装置は、圧電セラミクス中
に、相互に逆方向に変位する部分を表面と平行に
かつ交互に連続するように形成することにより、
圧電セラミクスの表面と平行な方向に伝播するバ
ルク波を発生させるものである。

実施例の説明 第１図は、この発明の一実施例の原理を説明す
るための略図的側面図である。ここでは、４層の
セラミツクス層１，２，３，４が積層されてい
る。各セラミクス層１，２，３，４の両面には、
複数の電極１１ａ…１１ｄ，１２ａ…１２ｄ，１
３ａ…１３ｄ，１４ａ…１４ｄ，１５ａ…１５ｄ
からなる電極群１１，１２，１３，１４，１５が
形成されている。セラミクス層で挟まれる位置に
ある電極群１２，１３，１４は、それぞれの電極
群を挟むセラミクス層で共用される。したがつ
て、各セラミツクス層１，２，３，４から見れ
ば、その両面にそれぞれ電極群が形成されている
ことになる。また、各セラミツクス層１，２，
３，４、第１図に矢印で示すように隣接するもの
の間で相互に逆方向に分極されている。

各セラミツクス層１，２，３，４における両面
の電極群の位置関係は同様であるため、図面上最
も上側に位置するセラミクス層１を取出して説明
する。セラミクス層１の両面には電極群１１，１
２が形成されている。電極群１１，１２の電極１
１ａ…１１ｄ，１２ａ…１２ｄは、セラミクス層
１の面上で所定距離を隔てて分散配置されてい
る。さらに、第１図か明らかなように、一方の電
極群１１の電極１１ａ…１１ｄと、他方の電極群
１２の電極１２ａ…１２ｄは、相互にずらされた
状態で配置されている。言い換えれば、電極群１
１の電極１１ａ…１１ｄの１個は、電極群１２の
２個の電極に重なるように配置されている。

今、第１図に示すように、一方の電極群１１の
一方端部に位置する電極１１ａと、他方の電極群
１２の他方端部に位置する電極１２ｄを外部に引
出し、図示のように電圧を印加する。この電圧の
印加により、セラミクス層１は、第１図に「の」
および「ち」で示すように伸びおよび縮むことに
なる。電流は、電極１２ｄから、電極１１ｄ，１
２ｃ，１１ｃ，１２ｂ，１１ｂ，１２ａを経て、
電極１１ａに流れるからである。したがつて、セ
ラミクス層１では、図面上横方向に相互に逆方向
に変位する部分が交互に設けられていることにな
る。このような変位に基づき、第１図においてセ
ラミクス層１の上方に示すような振動が発生され
る。なお、第１図に示すように電極１３ａ，１５
ａを電極１１ａと共通に引出し、他方電極１４ｄ
を電極１２ａと共通に引出し電圧を印加すれば、
セラミクス層２，３，４も同様に振動することが
理解されるであろう。すなわち、上述のように各
電極群１２…１５が配置されているため、セラミ
クス層の積層数を増加させても、積層されたセラ
ミツクス層１，２，３，４の厚み方向に関し対応
する部分は同一方向に変位する。したがつて、セ
ラミクス層の積層数にかかわらず、セラミクス層
の表面と平行な方向にバルク波が制することがわ
かる。

なお、この発明では発生するバルク波な周波数
は、セラミクス層１，２，３，４の厚みあるいは
積層数で決定されるものでなない。振動は、上述
のように各セラミツクス層１，２，３，４中に相
互に逆方向に変位する部分がセラミクス層の表面
と平行な方向に交互に設けられているために発生
するものである。したがつて、バルク波の波長
は、第１図に示した破線Ｘ−Ｘ間の距離で決まる
ことになる。すなわちバルク波の波長をλとすれ
ば、λ／２が破線Ｘ−Ｘ間の距離と一致する。そ
れゆえに、この破線Ｘ−Ｘ間の距離を変更するこ
とにより、発生するバルク波の波長を極めて容易
に変更することができる。また、上述のように各
セラミクス層１，２，３，４の厚みおよび積層数
は発生するバルク波の波長に影響するものではな
い。しかしながら、各電極群１１，１２，１３，
１４，１５の重なり合つている各電極は容量を発
生するので、セラミクス層の積層数を増加させれ
ば全体の容量は小さくなり、インピーダンスが増
加することになる。それゆえに、この発明では、
積層数を変化させることにより、インピーダンス
の調整も行ない得ることが理解されるであろう。

次に、第１図に示した実施例の具体的構造につ
き説明する。第１図に示した実施例を得るには、
まず第２図および第３図に示すようなセラミクス
層１，２を準備する。第２図から明らかなよう
に、セラミクス層１の上面には複数の電極１１ａ
…１１ｄが形成されている。この電極１１ａ…１
１ｄが、上述した電極群１１を構成することにな
る。電極１１ａ…１１ｄの一部は、セラミクス層
１の一方の長辺１ａに引出されている。同様に、
セラミクス層２の上面にも電極１２ａ…１２ｄが
形成されている。電極１２ａ…１２ｄは上述した
電極群１２を構成するものである。電極１２ａ…
１２ｄもまたセラミクス層２の一方の長辺２ｂに
引出されている。

第１図から明らかなように、電極群１３および
１５は、電極群１１と同一に、また電極群１４は
電極群１２と同一に構成されている。したがつ
て、第２図および第３図に示したセラミクス層
１，２を交互に５層重ねることにより第１図に示
したような構造を得ることができる。これの第４
図に斜視図で示す。

次に、第４図から明らかなように、積層された
構造体の長辺側側面に分極用電極２１ａ，２１ｂ
を形成する。分極用電極２１ａ，２１ｂはそれぞ
れ、各電極群１１…１５を構成する電極がセラミ
クス層１，２の長辺側に引出された部分に形成さ
れる。分極用電極２１ａと２１ｂとの間に電圧を
印加すれば、各セラミクス層を第１図に矢印で示
したように分極方向に分極させることができる。

次に、分極用電極２１ａ，２１ｂを切断あるい
は研磨により削除し、第４図に示した構造体の短
辺側側面２２，２３に外部電極２４，２５を形成
する。電極パターンは第２図および第３図に示し
たように構成されているため、外部電極２４は、
電極群１１，１３，１５の端部の電極１１ａ，１
３ａ，１５ａと接続され、他方外部電極２５は電
極群１２，１４の端部に位置する電極１２ｄ，１
４ｄに接続される。したがつて外部電極２４，２
５により電圧を印加すれば、第１図に「の」およ
び「ち」で示すような変位が得られる。

以上のようにして、この発明の一実施例として
の圧電共振子を得ることができる。上述したよう
に、この共振子で発生される振動の波長は、第１
図の破線Ｘ−Ｘ間の距離により変わるため、この
実施例を製造するのに用いた第２図および第３図
に示したセラミクス層１，２上の電極パターンを
変えることにより、波長に極めて簡単に変えるこ
とが可能となる。

上述のようにして得られた圧電共振子の特性を
第７図に示す。第７図から明らかなように、イン
ピーダンスの高い共振子が実現されている。

上述した実施例は、圧電共振子についてのもの
であつたが、この発明はこれに限られるものでは
ない。すなわち、たとえば第６図に示すように積
層セラミクス層３１の両端部分に電極群１１，１
２，１３，１４，１５を形成すれば、一方を入力
側、他方を出力側としてフイルタを構成すること
もできる。このとき、発生される振動はセラミク
スの表面に平行に伝播するため、振動の方向が変
換されることがなく、したがつて高能率のフイル
タとすることもできる。さらに、入力側および出
力側の電極群間の距離を増大させることにより、
遅延線として用いることも可能である。

発明の効果 以上のように、この発明によれば、複数の電極
からなる電極群が両面に形成されており、かつ全
体が同一方向に分極されたセラミクス層を備え、
前記セラミクス層は複数個積層され、前記積層さ
れたセラミクス層間では電極群は該電極群を挟む
セラミクス層で共用されており、かつ隣接するセ
ラミクス層が相互に逆方向に分極処理され、前記
各電極群の電極は、セラミクス層の表面上で所定
距離を隔てて分散配置されており、かつ一方の電
極群の電極は他方の電極群の２個の電極に重なる
ように配置されており、一方の電極群の一方端部
に位置する電極と、他方の電極群の他方端部に位
置する電極とが外部に引出されている構造を有す
るため、相互に逆方向に変位する部分がセラミク
ス層の表面に平行に交互に配列されることにな
り、したがつてセラミクス層の表面に平行な方向
に伝播する振動を発生し得る圧電装置を得ること
ができる。よつて、発生する振動の中心周波数を
電極構造の変更により、極めて容易に変更あるい
は調整することができ、かつセラミクス層の積層
数を増大させることによりインピーダンスを高く
することも容易になし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の原理を説明す
るための略図的側面図である。第２図および第３
図は、第１図に示した実施例を構成するためのセ
ラミクス層および電極群を構成する電極パターン
を示す平面図である。第４図は、第２図および第
３図に示したシートを用いて形成した積層構造体
を示す略図的斜視図である。第５図は、第４図に
示した構造体に外部電極を取付けて得られたこの
発明の一実施例を示す斜視図である。第６図は、
この発明の他の実施例としての圧電フイルタを示
す略図的側面図である。第７図は、第１図ないし
第５図を参照して説明した実施例のインピーダン
ス周波数特性を示す図である。 １，２，３，４……セラミツクス層、１１，１
２，１３，１４，１５……電極群、１１ａ…１１
ｄ、１２ａ…１２ｄ、１３ａ…１３ｄ、１４ａ…
１４ｄ、１５ａ…１５ｄ……電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の電極からなる電極群が両面に形成され
   ており、かつ全体が同一方向に分極されたセラミ
   クス層を備え、 前記セラミクス層は複数個積層され、前記積層
   されたセラミクス層間では電極群は該電極群を挟
   むセラミクス層で共用されており、かつ隣接する
   セラミクス層が相互に逆方向に分極処理され、 前記各電極群の電極は、セラミクス層の表面上
   で所定間隔を隔てて分散配置されており、かつ一
   方の電極群の電極は他方の電極群の２個の電極に
   重なるように配置されており、 一方の電極群の一方端部に位置する電極と、他
   方の電極群の他方端部に位置する電極とが外部に
   引き出されている、圧電装置。