JPH07105685B2 - 圧電共振装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エネルギ閉込め型の圧電共振装置の製造方法
に関し、特に、厚み縦振動の高調波を利用した圧電共振
装置において内部電極を形成する方法が改良されたもの
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共振装置が知
られている。この種のエネルギ閉込め型の圧電共振装置
は、圧電セラミック板の両面に該圧電セラミック板より
小さい面積の電極を形成することにより構成されてい
る。この従来の圧電共振装置では、より高周波域で使用
することが困難であり、また実効ポアソン比が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の
エネルギ閉込めができなかった。

そこで、特願昭62−235948号には、上記のような問題を
解消するものとして、３以上のエネルギ閉込め用電極を
用いて圧電セラミックスを複数層に分割することによ
り、実効ポアソン比が1/3未満の圧電材料を用いた場合
でも厚み縦振動のエネルギを周波数低下型で閉込めるこ
とが可能であり、かつ厚み縦振動の高調波を利用するこ
とにより、より高周波域で使用し得る構造が開示されて
いる。この圧電共振装置の製造方法を第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、圧電材料よりなる２枚のセラミッ
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、電極ペースト３が塗布されてい
る。この電極ペースト３は、エネルギ閉込め用電極を形
成する領域3aと、外部との接続のための接続導電部を構
成する領域3bとに塗布されている。同様に、セラミック
グリーンシート２の上面には、電極ペースト４が塗布さ
れており、この電極ペースト４も、エネルギ閉込め用電
極となる領域4aと接続導電部を構成する領域4bとに塗布
されている。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５が同様に塗布されており、エネルギ
閉込め用電極となる領域5aと、接続導電部となる領域5b
に付与されている。

上記の電極ペースト３〜５のうち、エネルギ閉込め用電
極を形成する領域3a,4a,5aに塗布されている部分は、相
互に厚み方向において相互に重なり合うように配置され
ている。

セラミックグリーンシート1,2を図示のように重ね合わ
せ、厚み方向に圧着した後に焼成することにより焼結体
を得る。

第３図に示すように、得られた焼結体６において、焼結
体６の外表面に形成されているネエルギ閉込め用電極13
a,15aと内部に形成されているエネルギ閉込め用電極14
との間に電圧を印加することにより、図示の矢印で示す
方向に焼結体６を分極処理する。

上記のようにして得られた圧電共振装置では、エネルギ
閉込め用電極13a,14a,15aが圧電セラミック層を介して
厚み方向に重なり合うように配置されているので、厚み
縦振動の２次高調波を閉込めて利用することができ、従
って、それまでの圧電共振装置に比べてより高周波域で
使用することが可能とされている。のみならず、実効ポ
アソン比が1/3未満であるチタン酸鉛系の圧電セラミッ
クスのように、厚み縦振動の基本波のエネルギを閉じ込
めることが不可能であった材料を用いた場合でも、周波
数低下型でエネルギ閉込めが可能とされている。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕

第２図及び第３図を参照して説明した製造方法では、電
極ペースト３〜５を印刷するに当たり、エネルギ閉込め
用電極を形成する領域3a,4a,5aには正確に印刷し、かつ
相互に正確に重なり合うように積層しなければならな
い。さもないと、積層・焼結した後に、エネルギ閉込め
用電極13a〜15aが正確に重なり合わず、所望の電気的特
性を発揮させることができないからである。すなわち、
エネルギ閉込め用電極13a〜15aの形成位置がずれた場合
には、電気機械結合係数が低下したり、あるいは反共振
周波数におけるインピーダンス値の共振周波数における
インピーダンス値に対する比が低下したりすることがあ
る。

しかしながら、第２図に示したような方法では、電極ペ
ースト３〜５を正確に印刷したり、領域3a,4a,4aを正確
に重なり合うように積層することは非常に困難である。
よって、多数の圧電共振装置を作成した場合には、電極
ペーストの位置ずれによる特性のばらつきが生じること
を避けることは不可能であった。従って、多数の圧電共
振装置を製造した後に、その電気的特性を測定し選別し
なければならず、歩留を上げることも不可能であった。

本発明の目的は、エネルギ閉込め用電極同士の位置ずれ
を効果的に防止することを可能とする、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
の製造方法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、前述したような厚み縦振動モード高調波を利
用したエネルギ閉込め型の圧電共振装置の製造方法であ
って、下記の各工程を備えることを特徴とするものであ
る。

すなわち、本発明は、圧電材料よりなる第１のセラミッ
クグリーンシート上に帯状に電極ペーストを印刷する工
程と、少なくとも１の上記第１のセラミックグリーンシ
ートと電極ペーストの塗布されていない少なくとも１の
第２のセラミックグリーンシートとを、帯状電極ペース
ト部が内部に位置するように積層し、圧着し、それによ
って積層体を得る工程と、この積層体を焼成して焼結体
を得る工程と、焼結体の上面及び下面に電極を付与する
工程と、帯状の電極ペースト部により構成された帯状の
内部電極と、上下面の電極との間に電圧を印加して焼結
体を分極処理する工程と、上下面に形成された電極をエ
ッチングして、帯状の内部電極と厚み方向に重なり合う
複数のエネルギ閉込め用電極とする工程とを備えること
を特徴とする。

〔作用〕

本発明では、焼結体の上下面に形成されるエネルギ閉込
め用電極は、帯状の内部電極に対して厚み方向に重なり
合うように、エッチングすることにより形成される。従
って、帯状の内部電極の延びる方向に、エネルギ閉込め
用電極の形成位置が若干ずれたとしても、帯状の内部電
極に対する上下面のエネルギ閉込め用電極の重なり合い
精度が低下することがない。

すなわち、本発明は、内部に形成される電極を帯状とす
ることにより、上下面に形成されるエネルギ閉込め用電
極の形成に際して要求される重ね合わせ精度を緩和し、
それによって特性にばらつきのない圧電共振装置を得る
ことを可能とするものである。

〔実施例の説明〕

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施例の製造方法
を説明する。

第１図に示すように、ドクターブレード法等により、第
1,第２のセラミックグリーンシート21,22を形成する。
第２のセラミックグリーンシート22の上面には、Ag−P
d、Pt等を主体とする電極ペーストを帯状に印刷する。
この帯状電極ペースト部23a〜23eが内部に位置するよう
に、第２のセラミックグリーンシート21を図示のように
積層し、厚み方向に圧着して積層体を得、この積層体を
焼成することにより焼結体を得る。

なお、帯状電極ペースト部23a〜23eを印刷するに際し、
第２のセラミックグリーンシートの端部で各電極ペース
ト部23a〜23eを相互に連結する結合部（第１図に一点鎖
線23pで示す領域）を形成してもよい。

次に、第４図に示すように、焼結体24の上面及び下面に
ほぼ全面に渡る電極25,26を形成する。電極25,26の形成
は導電性ペーストの焼付け、スパッタリング、真空蒸着
等のいずれの方法でもよい。同様に、帯状の内部電極23
a〜23e（上記の電極ペースト部と同一参照番号を付す
る）が露出している端面部分に分極用電極27を印刷し、
焼付ける。

第４図では、上下面の電極25,26は、分極用電極27との
導通を避けるために、焼結体24の上面及び下面の全面に
は形成されていない。もっとも、分極用電極27との導通
を避け得るのであれば、電極25,26は上面及び下面の全
面に形成してもよい。

次に、第４図に示すように、上面及び下面の電極25,26
と、分極用電極27との間に電圧を印加することにより焼
結体24を分極処理する。分極処理された状態を第５図に
示す。第５図から明らかなように、焼結体24は、帯状の
内部電極23a〜23eの両側で厚み方向に互いに異なる方向
に分極されている。

次に、上面及び下面の電極25,26をエッチングする。こ
のエッチングは、第６図に平面図で示すように、上面に
複数のエネルギ閉込め用電極28a及び接続用導電部28bを
形成するように行う。下面側についても破線で示すよう
に、同様の形状のエネルギ閉込め用電極及び接続導電部
29bを形成する。従って、このエッチングにより、帯状
の内部電極23a〜23eに対して圧電セラミック層を介して
重なり合うように複数組のエネルギ閉込め用電極が配置
された構成が得られる。

上記エッチングに際しての位置決めは、焼結体端面に露
出している内部電極23a〜23eを基準にして行い得る。よ
って、エネルギ閉込め用電極28aを容易にかつ正確に帯
状内部電極に重ね合わせることができる。

しかる後、第６図に示した焼結体24を、１組の上下面の
エネルギ閉込め用電極28a,29a毎に、１の圧電共振装置
を得るように切断する。それにより第７図に平面図で示
すような圧電共振装置30を得ることができる。この圧電
共振装置30では、帯状の内部電極23aに対して、厚み方
向に重なり合うように焼結体24aの上下面にエネルギ閉
込め用電極28a（下面側は図示されず。）が形成されて
おり、かつ各エネルギ閉込め用電極28aに電気的に接続
されており、かつ焼結体24aの対向する端縁に引出され
ている接続導電部28b,29bが形成されている。

上記実施例の製造方法では、圧電セラミック層を介して
帯状の内部電極23a〜23eに対して厚み方向に重なり合う
ように、エッチングにより上下のエネルギ閉込め用電極
28aが形成される。従って、上記エッチングに際して
は、第６図のＡ方向すなわち帯状の内部電極23a〜23eの
延びる方向において若干形成位置がずれたとしても、内
部電極に対する重なり合い精度が低下することがない。
よって、積層型の圧電共振装置を得るに当たり、内部電
極と外表面に形成されたエネルギ閉込め用電極との重な
り合い精度を飛躍的に高め得ることがわかる 上記実施例では、帯状の内部電極を形成するに当たり、
セラミックグリーンシート21上に均一な幅の電極ペース
ト部23a〜23eを形成したが、「帯状電極」は、幅に比べ
て長さの長い電極であれば上記の形状には限定されな
い。例えば、第８図（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すよう
に、上下面にエネルギ閉込め用電極の形状に併せて、部
分的に、すなわち上下のエネルギ閉込め用電極の重なり
合う位置に、幅の広い部分31,32,33を帯状の電極ペース
ト部の長さ方向に沿って配列させるような形状としても
よい。

第８図（ａ）〜（ｃ）の形状の帯状の電極ペースト部を
構成した場合においても、幅の広い部分31〜33の長さ
を、上下面に形成されるエネルギ閉込め用電極に比べて
大きくしていけば、上記実施例と同様の効果を得ること
ができる。すなわち、帯状電極の長手方向における位置
合わせは、幅の広い部分31〜33の長さを長くしておくこ
とにより容易とされ、かつ上下面のエネルギ閉込め用電
極との重なり合い精度を高めることが可能である。

また、上記実施例では、多数の圧電共振装置を得るため
に、大きなセラミックグリーンシート上に複数本の帯状
の電極ペースト部を形成したが、１の圧電共振装置の大
きさに相当するセラミックグリーンシート上に一本の帯
状電極ペースト部を印刷したものを用い、１の圧電共振
装置を製造する場合にも本発明を適用することができ
る。

さらに、第１のセラミックグリーンシート及び第２のセ
ラミックグリーンシートは、それぞれ、２以上積層され
ていてもよく、従って帯状の外部電極が複数積層され
た、電極層数が４以上の圧電共振装置の製造にも、本発
明を適用し得る。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では帯状の内部電極を形成してお
き、この帯状の内部電極に対して厚み方向に重なり合う
ように、上下面のエネルギ閉込め用電極をエッチングに
より形成するものであるため、内部電極と焼結体の上面
及び下面のエネルギ閉込め用電極との間の位置合わせが
容易であり、従って、これらの間の重なり合い精度を効
果的に高めることが可能となる。よって、電気機械結合
係数や（反共振周波数におけるインピーダンス値／共振
周波数におけるインピーダンス値）のような電気的な特
性の低下のない設計通りの特性を有する圧電共振装置を
容易に得ることが可能となり、また多数の圧電共振装置
を製造した場合の特性のばらつきも効果的に低減するこ
とができる。

のみならず、多数の圧電共振装置を一度に製造すること
が可能であり、その場合には分極処理を一度に行うこと
ができ、かつ上下面のエネルギ閉込め用電極と内部電極
との位置ずれによる特性のばらつきも、より効果的に低
減することが可能となる。さらに、上記実施例ではシリ
ーズ接続型について説明したが、パラレル接続型につい
ても適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例において第１及び第２のセラ
ミックグリーンシートを用意する工程を説明するための
分解斜視図、第２図は従来法を説明するための斜視図、
第３図は従来法により得られた圧電共振装置の断面図、
第４図は本発明の一実施例における分極処理工程を説明
するための斜視図、第５図は分極された焼結体を示す断
面図、第６図はエッチングにより形成されたエネルギ閉
込め用電極の形状を説明するための部分切欠平面図、第
７図は本発明の一実施例により得られた圧電共振装置と
平面図、第８図（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、帯状電極
ペースト部の他の例を説明するための平面図である。 図において、21は第１のセラミックグリーンシート、22
は第２のセラミックグリーンシート、23a〜23eは帯状の
電極ペースト部、24は焼結体、25,26は電極、28aはエネ
ルギ閉込め用電極を示す。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−74709（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−58708（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−133715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−139112（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電材料よりなる第１のセラミッグリーン
   シート上に帯状に電極ペーストを印刷する工程と、 少なくとも１の前記第１のセラミックグリーンシート
   と、電極ペーストの塗布されていない少なくとも１の第
   ２のセラミックグリーンシートとを、帯状電極ペースト
   部が内部に位置するように積層し、圧着し、積層体を得
   る工程と、 前記積層体を焼成して焼結体を得る工程と、 前記焼結体の上面及び下面に電極を付与する工程と、 前記帯状の電極ペースト部により構成された帯状の内部
   電極と、上下面の電極との間に電圧を印加して焼結体を
   分極処理する工程と、 上下面に形成された電極をエッチングして、前記帯状の
   内部電極と厚み方向に重なり合うエネルギ閉込め用電極
   とする工程とを備えることを特徴とする圧電共振装置の
   製造方法。