JPH0567939A

JPH0567939A - 圧電共振子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0567939A
Application number: JP22791991A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Hase; 喜代司長谷; Toshihiko Kikko; 敏彦橘高; Toshiaki Kachi; 敏晃加地
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1991-09-09
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】拡がり振動モードよりも低周波数域に共振点
を有する頂点が振動する振動モードを利用した圧電共振
子であって、拡がり振動モードに基づくスプリアス振動
が発生し難い小型の圧電共振子を得る。【構成】平面形状が正方形の圧電板Ａにおいて、該正
方形の中心点近傍領域に圧電板の少なくとも一方主面か
ら圧電性を低下させる成分が拡散されており、該正方形
の２本の対角線６ａ，６ｂに区切られた４つの領域７〜
１０の分極方向が、隣接する領域間で厚み方向に逆方向
となるように分極処理が施されており、上記圧電板Ａの
両主面の全面に一対の共振電極１５，１６が形成されて
いる圧電共振子１７。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面形状が正方形の圧
電板を用い、かつ拡がり振動モードよりも低周波の振動
モードを利用した圧電共振子及びその製造方法に関し、
例えば、ＫＨｚ帯の発振子やフィルターを構成するのに
適した圧電共振子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＫＨｚ帯の共振子としては、平面形状が
正方形の圧電板の拡がり振動モードを利用したものが多
用されている。このような拡がり振動モードを利用した
圧電共振子は、平面形状が正方形の圧電板の両主面に共
振電極を形成した構造を有する。拡がり振動モードの共
振周波数は圧電板の外径寸法で決定される。そのため、
例えば、共振周波数が４５５ＫＨｚの共振子を構成した
場合、圧電板の寸法は、４．５ｍｍ×４．５ｍｍ程度と
かなり大きなものにならざるを得なかった。近年、他の
電子部品と同様に、圧電共振子においても素子の小型化
が強く求められているが、上記のように拡がり振動モー
ドを利用した圧電共振子では、共振周波数が外径寸法で
決定されるため、素子の小型化に十分対応できないとい
う問題があった。

【０００３】また、拡がり振動モードを利用した圧電共
振子では、共振周波数よりもすぐ上の周波数域に輪郭振
動がかなりの強度で発生し、該輪郭振動に基づく不要ス
プリアス振動が無視できないという問題もあった。そこ
で、本願発明者は、先に、平面形状が正方形の圧電板を
用い、かつ拡がり振動モードよりも低周波の振動モード
を利用した圧電共振子を提案した（特願平３−１６９６
８８号）。このいまだ公知ではない圧電共振子におい
て、利用される振動モードを、図２を参照して説明す
る。図２に模式的平面図で示すように、この圧電共振子
では、一点鎖線Ａで示す平面形状が正方形の圧電板の頂
点１〜４が、図示の矢印方向に振動する振動モードを利
用する。この場合、振動は、図示の実線で示した状態
と、各頂点１〜４が一点鎖線で示されている元の位置を
挟んで反対側の相当の位置にある状態とを繰り返すよう
に発生する。頂点１〜４が図示の矢印方向に振動する振
動モードは、拡がり振動モードより低周波数域で振動を
発生させる。

【０００４】図２のように圧電板を振動させる場合の発
生電荷分布を図３に示す。図３から明らかなように、上
記振動を励起する場合、正方形５を２本の対角線で区切
ることにより構成された４つの領域において、隣接する
領域が逆極性となるように電荷集中が生じる。そこで、
上記先行技術の圧電共振子では、図４に示すように、平
面形状が正方形の圧電板Ａを、２本の対角線６ａ，６ｂ
で区切ることにより構成された第１〜第４の領域７〜１
０を、図示の矢印で略図的に示すように、隣合う領域の
分極方向が厚み方向において逆方向となるように分極処
理されている。そして、上記のように第１〜第４の領域
７〜１０を分極処理した後に、圧電板Ａの両主面の全面
に共振電極を形成することにより、圧電共振素子が構成
されている。

【０００５】上記のように構成された先行技術の圧電共
振子のインピーダンス−周波数特性を図５に実線Ｑで示
す。比較のために、図５に、従来の拡がり振動モードを
利用した圧電共振子のインピーダンス−周波数特性を破
線Ｒで示す。この先行技術の圧電共振子及び拡がり振動
モードを利用した圧電共振子のインピーダンス−周波数
特性を比較すれば明らかなように、上記先行技術の圧電
共振子では、より低周波域で振動する圧電共振子が得ら
れ、従ってより小型の圧電共振子を構成し得ることがわ
かる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図５の実線
Ｑで示すインピーダンス−周波数特性から明らかなよう
に、上記した先行技術の圧電共振子では、拡がり振動に
起因すると思われるスプリアス振動（矢印Ｓで示す部分
の振動）が発生することがあった。そこで、さらに検討
を加えたところ、このような拡がり振動モードに基づく
スプリアス振動は、圧電板の４つの領域を完全に対称に
分極できなかった場合に発生することがわかった。すな
わち、図４に示したように第１〜第４の領域７〜１０に
おいて、確実に隣接する領域が互いに逆方向に分極され
るように、圧電板Ａが正確に対称に分極されておれば、
上記のような拡がり振動モードに基づくスプリアス振動
はほとんど発生しないことがわかった。しかしながら、
圧電板Ａを、上述したように完全に対称に分極処理する
ことは現実には非常に困難であった。

【０００７】本発明の目的は、拡がり振動モードを利用
した圧電共振子よりもより小型であり、かつ不要スプリ
アス振動の影響を受け難い、圧電共振子及びその製造方
法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の圧電共
振子は、平面形状が正方形であり、該正方形の２本の対
角線で区切られた４つの領域において、隣合う領域間で
分極方向が逆方向となるように厚み方向に分極処理され
ており、かつ前記正方形の中心点近傍の領域において、
圧電性を低下させる成分が熱拡散されている圧電板と、
前記圧電板の両主面の全面に形成された一対の共振電極
とを備えることを特徴とする。

【０００９】また、請求項２に記載の圧電共振子の製造
方法は、上記請求項１に記載の圧電共振子を製造するた
めの方法であって、平面形状が正方形の圧電板の中心点
近傍の領域において、圧電板の少なくとも一方主面から
圧電性を低下させる成分を熱拡散させる工程と、前記圧
電板の正方形の２本の対角線で区切られた４つの領域に
おいて、隣合う領域間で分極方向が逆方向となるように
圧電板を厚み方向に分極処理する工程と、前記圧電板の
両主面に一対の共振電極を形成する工程とを備えること
を特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１，２に記載の各発明により得られる圧
電共振子では、上記のように圧電板の中心点近傍の領域
において、圧電性を低下させる成分が熱拡散されてい
る。このように、圧電性を低下させる成分が圧電板の中
心点近傍の領域において圧電板の少なくとも一方主面か
ら熱拡散されて含有されていることにより、本発明の圧
電共振子では、該圧電板の中心点近傍領域の圧電性が低
下されている。他方、拡がり振動モードで振動される場
合、圧電板に発生する電荷分布は、圧電板の中心点近傍
領域において最も強く集中する。従って、本発明では、
この正方形の中心点近傍領域において圧電性を低下させ
る成分を熱拡散させることにより、頂点が移動する振動
を弱めることなく、拡がり振動モードの励振が抑制さ
れ、それによってスプリアス振動が効果的に抑制され
る。

【００１１】

【実施例の説明】先ず、本発明の圧電共振子において拡
がり振動モードが抑制される理由を説明する。前述した
頂点が移動する振動モードでは、前記図３の電荷分布か
ら明らかなように、正方形の中心点近傍の領域では電荷
はほとんど発生していない。他方、拡がり振動モードの
場合に圧電板に発生する電荷分布は、図６に示すとおり
となる。すなわち、正方形の中心点近傍領域において電
荷が最も強く集中する。したがって、この正方形の中心
点近傍において振動を抑制すれば、前述した頂点が移動
する振動を弱めることなく、拡がり振動モードの励振を
効果的に抑制し得ることがわかる。

【００１２】よって、本発明の圧電共振子では、上記の
ように圧電性を低下させる成分を正方形の圧電板の該正
方形の中心点近傍領域に熱拡散させて該中心点近傍の領
域の圧電性を低下させることにより拡がり振動モードの
励振が抑制されている。なお、上記圧電性を低下させる
成分としては、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｂ
ａ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｓｂ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔｈ又はＵ等があげられる。
通常は、上記元素の酸化物が用いられる。例えば、上記
元素の酸化物をワニス等と混練することによりペースト
状とし、圧電板の両主面又は一方主面に塗布し、加熱す
ることにより、前記元素が圧電板内に熱拡散される。

【００１３】以下、本発明の一実施例にかかる圧電共振
子の製造方法を説明する。先ず、正方形の圧電板とし
て、例えばＰｂ（Ｔｉ_0.48Ｚｒ_0.52）Ｏ₃に対してＭｎ
Ｏ₂を０．２重量％の割合で含むセラミックスからなる
圧電板を用意する。この圧電板の両主面に、図７（ａ）
に示すように、Ｃｒ₂Ｏ₃を含有するペースト１１，１
２を塗布し、１０００〜１２００℃の温度に１〜２時間
保持することにより、図７（ｂ）に示すように、Ｃｒを
圧電板Ａの前記正方形の中心点近傍領域に拡散させる。
次に、図８に示すように、上記のようにＣｒが正方形の
中心点近傍領域に拡散された圧電板Ａの両主面の全面に
分極用電極１３，１４を形成し、分極用電極１３，１４
から直流電圧を印加することにより圧電板Ａを矢印Ｐ₁
方向に分極する。しかる後、前記正方形の２本の対角線
６ａ，６ｂで区切られた領域の内、第１，第３の領域
７，９に設けられていた分極用電極１３，１４を除去
し、第２，第４の領域８，１０に残存している分極用電
極に図示のように最初の分極処理時とは逆方向に直流電
圧を印加し、第２，第４の領域８，１０を矢印Ｐ₂方向
に分極処理する。このようにして、第１，第３の領域
７，９が矢印Ｐ₁方向に、第２，第４の領域８，１０が
矢印Ｐ₂方向に分極処理された圧電板Ａを得る。この場
合、正方形の中心点近傍領域Ｕには、上記のようにＣｒ
が熱拡散されているため、中心点近傍領域は上記分極処
理によってほとんど分極されない。

【００１４】次に、圧電板Ａの両主面の全面に蒸着等の
適宜の方法により一対の共振電極１５，１６を形成す
る。このようにして、図１に示す圧電共振子１７が得ら
れる。圧電共振子１７では、圧電板Ａの両主面の全面に
共振電極１５，１６が形成されている。また、圧電板Ａ
の前記正方形の中心点６ｃ近傍の領域（一点鎖線Ｕで示
す領域）では圧電板Ａは分極処理されていない。従っ
て、共振電極１５，１６から交流電圧を印加して圧電共
振子１７を駆動した場合、拡がり振動モードの励振を抑
制し、前述した頂点が移動する振動モードのみを効果的
に励振することができる。なお、上記製造法において、
共振電極１５，１６の形成に先立って、第２，第４の領
域上に残っていた分極用電極をエッチング等により除去
してから、共振電極１５，１６を形成してもよい。

【００１５】次に、具体的な実験例につき説明する。１
５ｍｍ×１５ｍｍ×厚み５ｍｍの平面形状が正方形のＰ
ｂ（Ｔｉ_0.48Ｚｒ_0. ₅₂）Ｏ₃に対してＭｎＯ₂を０．２
重量％の割合で含むセラミックスよりなる圧電磁器板の
両主面の中心点近傍領域に、ワニスを加えることにより
ペースト状としたＣｒ₂Ｏ₃を０．２ｍｇ／ｍｍ²の割
合に塗布し、１０００〜１２００℃の温度で１〜２時間
保持し、Ｃｒを熱拡散させた。次に、上記圧電磁器板の
両主面の全面に銀電極を形成し、２〜３ｋＶ／ｍｍ、６
０〜１００℃及び３０分〜１時間の条件で分極処理を行
った。さらに、上記圧電磁器板の正方形の２本の対角線
で区切られた４つの領域のうち、隣合わない一対の領域
の銀電極を裏表ともエッチングにより除去した。次に、
残った銀電極部分を上記と同じ条件で、ただし電圧印加
方向は逆方向として分極処理を行った。

【００１６】最後に、前記のように分極処理された圧電
磁器板の両主面の全面にＡｇを蒸着することにより一対
の共振電極を形成し、圧電共振子を得た。上記のように
して得られた圧電共振子のインピーダンス−周波数特性
を図９に実線Ｖで示す。比較のために拡がり振動モード
を利用した従来の圧電共振子のインピーダンス−周波数
特性を破線Ｒで示す。図９から明らかなように、上記の
ようにして得られた圧電共振子では、拡がり振動モード
よりも低周波域に共振点を有し、かつ拡がり振動モード
に基づくスプリアスがほとんど発生していないことがわ
かる。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明の圧電共振子及び
圧電共振子の製造方法によれば、圧電板の少なくとも一
方主面の中心点近傍の領域に圧電性を低下させる成分が
熱拡散されているため、拡がり振動モードに基づくスプ
リアス振動が効果的に抑制される。すなわち、上記圧電
性を低下させる成分を熱拡散させることにより、圧電板
の中心点近傍の領域の圧電性が低下されているため、正
方形の２本の対角線で区切られた領域間の分極状態の対
称性が多少損なわれて分極されていたとしても、拡がり
振動モードの励振を効果的に抑制することができる。よ
って、拡がり振動モードを利用した圧電共振子よりも低
周波域に共振点を有し、しかも拡がり振動モードに基づ
くスプリアス振動の発生が生じ難い圧電共振子を容易に
得ることが可能となり、不良品率を大幅に低下すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の圧電共振子を示す斜視図。

【図２】本発明を成す契機となった公知ではない先行技
術の振動モードを説明するための模式的平面図。

【図３】図２に示した振動モードで圧電板を励振させた
場合の電荷分布を説明するための模式的平面図。

【図４】図３に示した振動モード励振するための圧電板
の分極方向を説明するための模式的平面図。

【図５】公知でない先行技術の圧電共振子及び従来の拡
がり振動モードを利用した圧電共振子のインピーダンス
−周波数特性を示す図。

【図６】拡がり振動モードを励振させた場合の圧電板に
発生する電荷分布を説明するための模式的平面図。

【図７】（ａ）はＣｒ₂Ｏ₃ペーストを圧電板に塗布し
た状態を示す断面図、（ｂ）はＣｒを熱拡散させた状態
を示す断面図。

【図８】実施例における圧電板の分極方法を説明するた
めの斜視図。

【図９】実施例の圧電共振子及び従来の拡がり振動モー
ドを利用した圧電共振子のインピーダンス−周波数特性
を示す図。

【符号の説明】

Ａ…圧電板６ａ，６ｂ…対角線６ｃ…中心点７〜１０…圧電板の主面の２本対角線で区切られた各領
域１５，１６…共振電極１７…圧電共振子Ｕ…圧電性を低下させる成分が拡散されている領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面形状が正方形であり、該正方形の２
本の対角線で区切られた４つの領域において、隣合う領
域間で分極方向が逆方向となるように厚み方向に分極処
理されており、かつ前記正方形の中心点近傍の領域にお
いて、圧電性を低下させる成分が熱拡散されている圧電
板と、前記圧電板の両主面の全面に形成された一対の共振電極
とを備えることを特徴とする、圧電共振子。
【請求項２】平面形状が正方形の圧電板の中心点近傍
の領域において、該圧電板の少なくとも一方主面から圧
電性を低下させる成分を熱拡散させる工程と、前記圧電板の正方形の２本の対角線で区切られた４つの
領域において、隣合う領域間で分極方向が逆方向となる
ように厚み方向に分極処理する工程と、前記圧電板の両主面の全面に一対の共振電極を形成する
工程とを備えることを特徴とする、圧電共振子の製造方
法。