JPH04365213A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電共振子や圧電フィ
ルタとして用いられる圧電共振装置に関し、特に、厚み
縦振動モードの高調波を利用したエネルギー閉込め型の
圧電共振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】厚み縦振動モードを利用したエネルギー
閉込め型の圧電共振装置は、圧電発振子や圧電フィルタ
等に用いられている。この種の圧電共振子の一例を図７
に、圧電フィルタの一例を図８に示す。図７の圧電共振
子１では、圧電セラミックスよりなる矩形の圧電基板２
の上面に共振電極３ａが形成されている。また、圧電基
板２の下方に投影した状態で模式的に示すように、圧電
基板２の下面にも共振電極３ｂが形成されており、共振
電極３ｂは共振電極３ａと圧電基板２を介して対向する
位置に設けられている。なお、４ａ，４ｂは、端子電極
を示し、圧電共振子１を外部と電気的に接続するために
圧電基板２の端縁に沿って設けられている。

【０００３】他方、図８は、従来のエネルギー閉込め型
の圧電フィルタ５を示す。矩形の圧電基板６の上面に、
共振電極７ａ，７ｂが所定距離を隔てて形成されており
、圧電基板６の下面には、共振電極７ａ，７ｂと圧電基
板６を介して表裏対向する位置に共通電極８が形成され
ている。また、圧電基板６の上面には、第２の組の共振
電極９ａ，９ｂが所定距離を隔てて形成されており、圧
電基板６の下面に共通電極１０が共振電極９ａ，９ｂと
表裏対向するように形成されている。そして、共振電極
７ｂと共振電極９ｂとが圧電基板６の上面の中央に設け
られた矩形の電極１１ａに接続されており、該電極１１
ａと表裏対向するように圧電基板６の下面に電極１１ｂ
が形成されている。電極１１ｂは、共通電極８，１０に
電気的に接続されている。この構造の圧電フィルタでは
、共振電極７ａまたは共振電極９ａを入力側または出力
側電極として用い、共通電極８，１０及び電極１１ｂを
基準電位に接続することにより、エネルギー閉込め型の
圧電フィルタとして機能させることができる。

【０００４】ところで、上述した従来の圧電共振子１や
圧電フィルタ５では、上記のように圧電基板２，６を介
して共振電極を対向配置させることにより、厚み縦振動
モードの基本波が励振されるように構成されており、こ
の場合、厚み縦振動モードの基本波を閉込めるために、
圧電基板２，６は、実効ポアソン比σが１／３以上の圧
電セラミックスで構成されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】圧電共振子や圧電フィ
ルタにおいても、他の電子部品と同様に、より高周波域
で使用し得るものが求められている。ところで、数１０
ＭＨｚ以上といったかなり高い周波数域で使用する圧電
共振装置を構成しようとした場合、上記のようなエネル
ギー閉込め型の圧電共振装置では、圧電基板の厚みが非
常に薄くなるため、割れやすく、製造が非常に困難であ
るという問題があった。

【０００６】例えば、６０ＭＨｚの共振周波数を有する
圧電共振子を構成しようとした場合、厚み縦振動モード
の基本波を利用したものでは、圧電基板の厚みが３３μ
ｍ、２倍波を利用したものでは厚みが６６μｍ、３倍波
を利用したものでは９９μｍと、いずれも１００μｍ以
下の厚みの圧電基板を用いる必要があった。その結果、
取扱いに如何に注意を払ったとしても、製造工程におい
て圧電基板の割れ等がかなりの確率で発生しがちであっ
た。

【０００７】よって、本発明の目的は、製造工程におい
て圧電基板の割れが生じ難く、かつより高周波域で使用
し得るエネルギー閉込め型の圧電共振装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電体層を介
して重なり合う複数の共振電極を有するエネルギー閉込
め型の圧電共振装置であって、圧電体層が実効ポアソン
比σが１／３以上の圧電材料で構成されており、かつ厚
み縦振動モードの基本波の６倍波を利用したエネルギー
閉込め型の圧電共振装置である。

【０００９】

【作用及び発明の効果】従来、実効ポアソン比σが１／
３未満の圧電材料を用いないと、厚み縦振動モードの２
倍波のエネルギーを閉じ込めることができなかったが、
厚み縦振動モードの６倍波については、実効ポアソン比
σが１／３以上の圧電材料を用いて構成すれば、そのエ
ネルギーを閉込め得ることが本願発明者により見出され
た。本発明は、上記のような知見に基づいて成されたも
のであり、厚み縦振動モードの６倍波を利用するもので
あるため、同じ共振周波数を実現しようとした場合、厚
み縦振動モードの基本波を利用した圧電共振装置に比べ
て、６倍の厚みの圧電基板を用いて圧電共振装置を構成
することができる。従って、製造工程における圧電基板
の割れの発生を効果的に防止することができる。

【００１０】また、同じ厚みの圧電基板を用いた場合に
は、厚み縦振動モードの基本波を利用した圧電共振装置
に比べて６倍の共振周波数を有する圧電共振装置を得る
ことができる。従って、より一層高周波域で使用可能な
圧電共振装置を提供することが可能となる。

【００１１】

【実施例の説明】まず、図５及び図６を参照して本発明
の原理を説明する。図５は、実効ポアソン比σが１／３
以上の圧電材料を用いた場合の厚み縦振動の２倍波のエ
ネルギー分散曲線を示す。図５において実線が圧電基板
上に電極を形成していない部分の分散曲線を一点鎖線が
電極を形成した部分のエネルギー分散曲線を示す。図５
から明らかなように、無電極部及び電極部の２倍波遮断
周波数ｆ２０，ｆ２１間の周波数ｆにおいて（すなわち
ｆ２１＜ｆ＜ｆ２０において）、伝播定数Ｋが電極部で
実数、無電極部で虚数となっているため、２倍波のエネ
ルギー閉込めが不可能なことがわかる。

【００１２】他方、図６から明らかなように、厚み縦振
動モードの６倍波のエネルギー分散曲線では、無電極部
及び電極部の６倍波の波数が０となる周波数ｆ６０，ｆ
６１間の周波数ｆにおいて、電極部の伝播定数Ｋが実数
となり、無電極部の伝播定数Ｋが虚数となる周波数ｆが
存在するため、エネルギーが閉込められる。従って、実
効ポアソン比σが１／３以上の圧電材料を用いて圧電共
振装置を構成すれば、厚み縦振動モードの６倍波を閉込
め得ることが分かる。

【００１３】そして、厚み縦振動モードの６倍波を利用
した圧電共振装置では、当然のことながら、同じ共振周
波数を実現しようとした場合、基本波を利用した圧電共
振装置に比べて６倍の厚みの圧電基板を、２倍波を利用
したものに対して３倍の厚みの圧電基板を用いることが
できる。例えば、６０ＭＨｚの圧電共振装置を得ようと
した場合、前述したように基本波を利用した圧電共振装
置では３３μｍの厚みの圧電基板を、２倍波を利用した
ものでは６６μｍ、３倍波を利用したものでは９９μｍ
の厚みの圧電基板を用いなければならなかったのに対し
、本発明の厚み縦振動モードの６倍波を利用した圧電共
振装置では１９８μｍの厚みの圧電基板を用いることが
できる。

【００１４】また、同じ厚みの圧電基板を用いた場合に
は、従来の基本波や２倍波を用いた圧電共振装置に比べ
て、共振周波数を６倍あるいは３倍と、より一層高周波
域で使用し得る圧電共振装置を構成することができる。 本発明は、上記のように圧電材料として実効ポアソン比
σが１／３以上の材料を用いることにより、厚み縦振動
モードの基本波の６倍波を利用してエネルギー閉込め型
の圧電共振装置を構成したことに特徴を有するものであ
り、従って上記のように６倍波を閉込め得る構造である
限り、圧電共振装置の具体的な構造については特に限定
されるものでないが、以下、本発明が適用される圧電共
振装置の構造例を説明する。

【００１５】図１は、本発明が適用される圧電共振装置
の一例を示す分解斜視図である。この圧電共振装置は、
第１のセラミックグリーンシート１１及び第２のセラミ
ックグリーンシート１２を積層し、後述の電極と一体焼
成することにより構成されている。セラミックグリーン
シート１１の上面中央には、第１の共振電極１３ａが、
セラミックグリーンシート１２の上面には、共振電極１
３ａとセラミックグリーンシート１１を介して重なり合
う位置に内部共振電極１３ｂが、セラミックグリーンシ
ート１３の下面には下方に投影して示すように内部共振
電極１３ｂと重なり合う位置に共振電極１３ｃが形成さ
れている。なお、１４ａ，１４ｂは端子電極を示し、そ
れぞれ、共振電極１３ａ，１３ｃに接続されている。上
記セラミックグリーンシート１１，１２を積層し、一体
焼成することにより、セラミックグリーンシート１１，
１２に基づく圧電体層１１，１２（セラミックグリーン
シートが焼成されて構成される圧電体層は、以後同一の
参照番号を付して説明することとする）及び複数の共振
電極１３ａ〜１３ｃが設けられた圧電共振装置が得られ
る。

【００１６】上記のようにして得た圧電共振装置は、図
２に示すように、圧電体層１１，１２を厚み方向に互い
に逆方向に分極処理し、共振電極１３ａ〜１３ｃが重な
り合っていない周囲の領域を厚み方向に一様に分極処理
し、共振電極１３ａ，１３ｃ間に交流電界を印加するこ
とにより厚み縦振動モードの６倍波を利用したエネルギ
ー閉込め型の圧電共振装置として動作させることができ
る。あるいは、図３に示すように、圧電体層１１，１２
を同一方向に分極処理し、共振電極１３ａ，１３ｂを外
部であるいは圧電共振素子の外表面において共通接続し
、該共振電極１３ａ，１３ｃと、内部の共振電極１３ｃ
との間に交流電界を印加することにより、同じく厚み縦
振動モードの６倍波を利用したエネルギー閉込め型圧電
共振装置として動作させることができる。

【００１７】図４は、本発明が適用される圧電フィルタ
を示す分解斜視図である。ここでは、矢印Ｐで示すよう
に厚み方向に一様に分極処理された矩形の圧電基板２１
と、圧電基板２２とが積層されて用いられる。圧電基板
２１の中央には、一端縁から他方端縁に向かって延びる
スリット２１ａが形成されている。スリット２１ａは、
後述する２個の圧電共振子部分間を分離するために設け
られているものである。圧電基板２１の上面には、スリ
ット２１ａを間に介して隔てられた位置に共振電極２３
ａ，２３ｂが形成されている。圧電基板２２の上面には
、積層後に圧電基板２１を介して表裏対向する位置に共
振電極２４ａ，２４ｂが形成されている。また、圧電基
板２２の下面には、下方に投影して示すように、共振電
極２５ａ，２５ｂが形成されており、共振電極２５ａ，
２５ｂが共通電極２６に電気的に接続されている。

【００１８】図４に示した圧電フィルタでは、圧電基板
２１の上面に形成された共振電極２３ａ，２３ｂの一方
を入力側、他方を出力側の電極として利用し、圧電基板
２２の上面に形成された共振電極２４ａ，２４ｂを基準
電位に接続することにより、厚み縦振動モードの６倍波
を利用したエネルギー閉込め型の圧電フィルタとして動
作させることができる。すなわち、共振電極２３ａを入
力側電極として用いた場合、共振電極２３ａと共振電極
２４ａとの間に入力電位が与えられることにより共振電
極２３ａ，２４ａに挟まれた圧電基板部分が厚み縦振動
モードの６倍波で励振され、該振動に基づく電位が共振
電極２４ａと共通電極２５ａとの間に与えられ、ひいて
は、共通電極２５ｂと共振電極２４ｂとに与えられる。 そして、共振電極２４ｂ，２５ｂ間の圧電基板部分が該
電位に基づいて励振され、この振動に基づく電位が共振
電極２４ｂと共振電極２３ｂとの間で取り出され、それ
によって出力電位が出力側の共振電極２３ｂから取り出
される。

【００１９】なお、本発明は、上記のように実効ポアソ
ン比σが１／３以上の圧電材料を用い、厚み縦振動モー
ドの基本波の６倍波を利用したことに特徴を有するもの
であるため、図１〜図３に示した圧電共振子や図４に示
した圧電フィルタに限らず、６倍波を利用し得るエネル
ギー閉込め型の圧電共振装置一般に適用し得ることを指
摘しておく。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された圧電共振子の分解斜視図。

【図２】本発明が適用される圧電共振子の断面図。

【図３】本発明が適用される圧電共振子の他の例を示す
断面図。

【図４】本発明が適用される圧電フィルタを示す分解斜
視図。

【図５】実効ポアソン比σが１／３以上の圧電材料を用
いた場合の厚み縦振動モードの２倍波のエネルギー分散
曲線を示す図。

【図６】実効ポアソン比σが１／３以上の圧電材料を用
いた場合の厚み縦振動モードの６倍波のエネルギー分散
曲線を示す図。

【図７】従来の圧電共振子を説明するための斜視図。

【図８】従来の圧電フィルタの一例を説明するための斜
視図。

【符号の説明】

１１，１２…圧電体層 １３ａ〜１３ｃ…共振電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧電体層と、圧電体層を介して重なり
   合う複数の共振電極を有するエネルギー閉込め型の圧電
   共振装置であって、圧電体層が実効ポアソン比σが１／
   ３以上の圧電材料で構成されており、かつ厚み縦振動モ
   ードの基本波の６倍波を利用したエネルギー閉込め型の
   圧電共振装置。