JPH1117488A

JPH1117488A - 圧電振動部品

Info

Publication number: JPH1117488A
Application number: JP9167791A
Authority: JP
Inventors: Morikazu Tajima; 盛一田島; Shuichi Kiriyama; 崇一桐山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】共振周波数の精度の高い圧電振動部品を提供
する。【解決手段】圧電基板１と、付着物２１、２２とを含
む。圧電基板１は、振動部１１、１２を有する付着物２
１、２２は、振動部１１、１２の面上に付加され、外縁
によって囲まれる面内に複数の凹部２１０、２２０を有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動部品に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動部品は、例えば、フィルタ、共
振子または発振子として、従来より各種の電子機器に広
く用いられている。圧電振動部品は、共振特性を利用し
て所望の特性を得ているので、共振周波数の精度が高い
ことが基本的な要求事項となる。

【０００３】圧電振動部品の共振周波数を調整し、所望
の共振特性を得るための方法としては、次の３つの方法
がよく知られている。第１の方法は、圧電基板の厚みを
研磨して調整する方法である。第２の方法は、振動電極
の厚みを調整する方法である。第３の方法は、振動部上
に塗布する樹脂の量により調整する方法である。

【０００４】しかしながら、第１の方法は、共振周波数
を調整するのに必要な精度で研磨することが困難であ
り、さらに、共振周波数にばらつきが生じる。第２の方
法は、時間や手間がかかり、再現性も良くない。また、
第３の方法では、振動部上に塗布する樹脂の量を細かく
調整することが困難である。

【０００５】第３の方法を改良したものとして、例え
ば、特開昭５６−１６０１２１号公報を挙げることがで
きる。前記公報に開示された方法は、予め質量物を付加
した圧電共振板の共振周波数を測定し、設定周波数に対
する上記共振周波数のずれ度合いに応じて制御されたレ
ーザ光を、上記圧電共振板に付加した質量物に照射して
質量物を適当量除去することにより、その共振周波数を
上記設定周波数に調整しようとする方法である。

【０００６】しかし、前記公報は、質量物をどのように
処理すべきか、さらに、どのような種類のレーザ光を用
いるべきかについては言及していない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高い
精度に調整された共振周波数を持つ圧電振動部品を提供
することである。

【０００８】本発明のもう一つの課題は、前記圧電振動
部品を得るのに工程が簡単で、バラツキのない、量産性
に富み、安価な製造方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題解決のた
め、圧電振動部品は、圧電基板と、付着物とを含む。前
記圧電基板は、少なくとも一つの振動部を有している。
前記付着物は、前記振動部の面上に付加され、外縁によ
って囲まれる面内に複数の凹部を有する。

【００１０】上述のように、付着物が振動部の面上に付
加されているから、付着物の質量に応じた荷重が振動部
に加わり、振動部の共振周波数が付着物の質量、荷重に
応じた値に設定される。

【００１１】付着物は、外縁によって囲まれる面内に複
数の凹部を有するから、共振周波数が、凹部の個数、凹
部の体積、凹部相互間の間隔及び凹部のパターン等に応
じた高精度の値に設定される。

【００１２】凹部は、振動部に対する付着物による荷重
を、振動部の面において、均等に分散させるように形成
する。荷重の均等分散は、共振周波数の高精度化に寄与
する。

【００１３】本発明に係る圧電振動部品を得るに当たっ
ては、圧電振動部品の共振周波数を調整するステップに
おいて、付着物の表面に、波長が３５０〜２０００ｎｍ
の範囲にあるレーザ光を照射し、レーザ光の照射によ
り、付着物を研削し、凹部を設ける。これにより、付着
物の質量が凹部の個数、凹部の体積、凹部相互間の間隔
及び凹部のパターン等に応じて削減され、付着物から振
動部への荷重が調整され。

【００１４】凹部は、レーザ光の照射によって形成され
るものであるから、その本数、大きさまたはパターン等
は高精度に設定できる。このため、共振周波数を高精度
の値に設定することができる。

【００１５】凹部の形成に当たっては、波長が３５０〜
２０００ｎｍの範囲にあるレーザ光を照射する。かかる
波長のレーザ光を用いると、圧電特性の劣化を生じるこ
となく、付着物に凹部を形成することができる。

【００１６】付着物は、樹脂からなることが望ましい。
樹脂でなる付着物であると、レーザ光の照射によって、
必要な凹部を容易に形成することができる。特に好まし
くは、樹脂は、カーボンフィラーを０．１〜９０wt%含
有する。カーボンフィラーを０．１〜９０wt%含有する
樹脂は、カーボンフィラーの含有量によってレーザ光の
吸収量が調整されるので、間接的に、必要なレーザ光の
強度を調整することができる。

【００１７】レーザ光としては、固体ＹＡＧレーザ光が
適している。特に、固体ＹＡＧレーザ光の基本波(波長
１．０６μｍ)、第２高調波(波長５３０ｎｍ)または第
３高調波(波長３５３ｎｍ)が最適である。

【００１８】本発明の他の目的、構成及び効果について
は、実施例である添付図面を参照し、以下に詳しく説明
する。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る圧電振動部品
の平面図、図２は図１の２−２線に沿った圧電振動部品
の断面図である。図はセラミックフィルタの例を示して
いるが、発振子や共振子などであってもよい。

【００２０】図示するように、本発明に係る圧電振動部
品は、セラミックでなる圧電基板１と、付着物２１、２
２とを含む。実施例において、圧電基板１は、２つの振
動部１１、１２を有している。付着物２１は、振動部１
１の面上に付加され、かつ、外縁によって囲まれた面内
に複数の凹部２１０を有する。図示された凹部２１０は
溝状に形成されている。付着部２１は溝状の凹部２１０
によって、複数の分割片２１１〜２１６に分割されてい
る。

【００２１】付着物２２も、振動部１２の面上に付加さ
れ、外縁によって囲まれた面内に複数の凹部２２０を有
する。図示された凹部２２０は溝状に形成されている。
付着部２１は溝状の凹部２２０によって、複数の分割片
２２１〜２２６に分割される。

【００２２】分割片２１１〜２１６、２２１〜２２６の
高さは１０〜２０μｍ程度に設定する。溝状凹部２１
０、２２０の幅は例えば３０μｍ程度に設定する。凹部
２１０、２２０及び分割片２１１〜２１６、２２１〜２
２６の形状は、図示された直線状に限らず、曲線、斜
線、破線等、任意のパターンをとることができる。凹部
２１０、２２０は、付着物２１、２２を貫通する穴、ま
たは、深さが付着物２１、２２の厚みよりも小さい非貫
通の穴であってもよい。

【００２３】上述のように、付着物２１、２２が振動部
１１、１２の面上に付加されているから、付着物２１、
２２の質量に応じた荷重が振動部１１、１２に加わり、
振動部１１、１２の共振周波数が付着物２１、２２の質
量、荷重に応じた値に設定される。

【００２４】振動部１１の上の付着物２１は、外縁によ
って囲まれた面内に複数の凹部２１０を有するから、共
振周波数が、凹部２１０の個数、凹部２１０の体積、凹
部相互間の間隔及び凹部２１０のパターン等に応じた高
精度の値に設定される。実施例の場合、付着物２１が、
複数の凹部２１０によって複数の分割片２１１〜２１６
に分けられているから、振動部１１の共振周波数は、分
割片２１１〜２１６の個数、分割片２１１〜２１６の相
互間の凹部２１０の本数及び分割片２１１〜２１６の個
々の質量及びパターン等に応じた高精度の値に設定され
る。

【００２５】振動部１２の上の付着物２２も、複数の分
割片２２１〜２２６に分かれているから、振動部１２の
共振周波数も、分割片２２１〜２２６の個数、凹部２２
０の本数及び分割片２２１〜２２６の個々の質量及びパ
ターン等に応じた高精度の値に設定される。

【００２６】付着物２１、２２は、凹部２１０、２２０
によって分けられた分割片２１１〜２１６、２２１〜２
２６によるパターンが、例えば、縞状パターンを形成す
るように付着される。縞状パターンの場合、振動部１
１、１２に対する分割片２１１〜２１６、２２１〜２２
６による荷重を、振動部１１、１２の面において、均等
に分散させることができる。荷重の均等分散は、共振周
波数の高精度化に寄与する。但し、縞状パターンのほ
か、格子状または島状のパターン等、他のパターンであ
ってもよい。

【００２７】図３は図１及び図２に示された圧電振動部
品において付着物を付加する前の平面図、図４は図３に
示した圧電振動部品の底面図である。圧電基板１は、周
知の圧電セラミック材料で板状に構成されている。振動
部１１は、分割電極１１１、１１２と共通電極１１３を
含む。分割電極１１１及び分割電極１１２は、相互間に
ギャップＧ１を有して、圧電基板１の表面に形成されて
いる。共通電極１１３は分割電極１１１、１１２と対向
する位置において、圧電基板１の裏面に配置されてい
る。

【００２８】振動部１２は、分割電極１２１、１２２と
共通電極１２３を含む。分割電極１２１及び分割電極１
２２は、相互間にギャップＧ２を有して、圧電基板１の
表面に形成されている。共通電極１２３は分割電極１２
１、１２２と対向する位置において、圧電基板１の裏面
に配置されている。

【００２９】振動電極１１に属する分割電極１１１は入
出力端子電極１３に接続され、分割電極１１２は、リー
ド電極１４１、コンデンサ電極１５及びリード電極１４
２を介して、振動電極１２に属する分割電極１２２に接
続されている。振動電極１２に属する分割電極１２１は
リード電極１４３を介して、入出力端子電極１６に接続
されている。

【００３０】圧電基板１の裏面側に配置された共通電極
１１３、１２３は、リード電極１４４、１４５により端
子電極１７に接続されている。圧電基板１の裏面側に
は、更に、コンデンサ電極１８が設けられている。この
コンデンサ電極１８は、表面に設けられたコンデンサ電
極１５と対向しており、リード電極１４６により、端子
電極１７に接続されている。端子電極１７は、圧電基板
１の厚さ方向に貫通するスルーホール導体（図示しな
い）等により、表面側に設けられた共通端子電極１９に
導通されている。

【００３１】図示はされていないけれども、付着物２
１、２２は、表面側に設けられた分割電極(１１１、１
１２)、(１２１、１２２)と共に、または単独で、裏面
側に設けられた共通電極１１３、１２３に付加してもよ
い。

【００３２】付着物２１、２２は、樹脂で構成し、塗布
等の手段によって、振動部１１、１２に付着させる。樹
脂であると、共振周波数調整に適切な荷重が得られると
共に、圧電基板１に対する充分な付着力が得られる。樹
脂はカーボンフィラーを０．１〜９０wt%含有すること
がある。樹脂とは比重の異なるカーボンフィラーの含有
量を、上述した範囲で選択することにより、付着物２
１、２２の質量を調整し、それに応じて振動部１１、１
２の共振周波数を微細に調整することができる。カーボ
ンフィラーの含有量が０．１wt%未満の領域では、カー
ボンフィラーの添加効果が得られない。カーボンフィラ
ーの含有量が９０wt%を越えると、カーボンフィラー含
有樹脂を、振動部１１、１２に均質に塗布することが困
難になる。

【００３３】図５は図３及び図４に示した圧電振動部品
の電気的シンボル図である。分割電極１１１、１１２及
び共通電極１１３によって構成された振動部１１と、分
割電極１２１、１２２及び共通電極１２３によって構成
された振動部１２とを、縦続的に接続すると共に、両者
の接続点に、コンデンサ電極１５及びコンデンサ電極１
８によるコンデンサＣの一端を接続し、コンデンサＣの
他端を共通端子電極１９に接続した回路構成となる。振
動部１１の分割電極１１１は入出力端子電極１３に接続
され、振動部１２の分割電極１２１は入出力端子電極１
６に接続される。

【００３４】図６は本発明に係る圧電振動部品の別の実
施例を示す平面図である。図において、図１〜図５と同
一の構成部分については、同一の参照符号を付してあ
る。この実施例の特徴は、付着物２１、２２に貫通もし
くは非貫通の穴でなる凹部２１０、２２０を設けたこと
である。この実施例の場合も先に述べた実施例と同様の
作用効果を奏する。

【００３５】次に、本発明に係る圧電振動部品の製造方
法に含まれる共振周波数の調整ステップについて説明す
る。本実施例では、具体例として、選択中心周波数１
０．７MHzのセラミックフィルタにおいて、中心周波数
を調整する場合を例にとって説明する。

【００３６】図７は中心周波数調整に供される圧電振動
部品の平面図である。図において、図１〜図６と同一の
構成部分については、同一の参照符号を付してある。図
７に示すように、振動部１１、１２の表面に付着物２
１、２２を付着させる。付着物２１、２２は、樹脂から
なる。樹脂でなる付着物２１、２２であると、レーザ光
の照射によって、必要な凹部２１０、２２０を容易に形
成することができる。特に好ましくは、樹脂は、カーボ
ンフィラーを０．１〜９０wt%含有する。カーボンフィ
ラーを０．１〜９０wt%含有する樹脂は、カーボンフィ
ラーの含有量によってレーザ光の吸収量が調整されるの
で、間接的に、必要なレーザ光の強度を調整することが
できる。

【００３７】カーボンフィラーの含有量が０．１wt%未
満であると、レーザ光の吸収が不安定になる。カーボン
フィラーの含有量が９０wt%を越えると、カーボンフィ
ラー含有樹脂を、振動部１１、１２に均質に塗布するこ
とが困難になり、同一のレーザ光照射条件において、中
心周波数のシフト量が不安定になる。

【００３８】付着物２１、２２は、一辺が１．１ｍｍ
で、厚みが１０μｍの正方形状に塗布されている。但
し、このような正方形状に限らず、円形または他の角形
状であってもよいことは勿論である。

【００３９】図８は図７に示された圧電振動部品の中心
周波数調整方法を示す図である。図において、圧電振動
部品４の振動部１１、１２に付された付着物２１、２２
の表面に、波長が３５０〜２０００ｎｍの範囲にあるレ
ーザ光ＬＬを照射し、レーザ光ＬＬの照射により、付着
物２１、２２を研削し、溝状の凹部２１０、２２０をつ
ける。これにより、分割片２１１、２２１が得られ、付
着物２１、２２の質量が削減され、付着物２１、２２か
ら振動部１１、１２への荷重が調整される。この凹部形
成工程を繰り返して、必要な本数の凹部２１０、２２０
を形成することにより、中心周波数を目標値に調整す
る。中心周波数は、凹部２１０、２２０及び分割片の本
数、大きさまたはパターンによって定まる値に調整され
る。

【００４０】凹部２１０、２２０は、レーザ光の照射に
よって形成されるものであるから、本数、大きさまたは
パターン等は高精度に設定できる。このため、中心周波
数を高精度の値に設定することができる。

【００４１】凹部２１０、２２０は、波長が３５０〜２
０００ｎｍの範囲にあるレーザ光を照射することによっ
て形成する。かかる波長のレーザ光を用いると、圧電特
性の劣化を生じることなく、付着物２１、２２に凹部２
１０、２２０を形成することができる。

【００４２】レーザ光は、好ましくは固体ＹＡＧレーザ
光が用いられ、固体ＹＡＧレーザ光の基本波(波長１．
０６μｍ)、第２高調波(波長５３０ｎｍ)または第３高
調波(波長３５３ｎｍ)の何れかを用いる。第４高調波
(波長２６６ｎｍ)以上の次数を持つ高調波は、波長が紫
外線光領域になり、加工性が悪くなる。また、波長が２
０００ｎｍを越えるレーザ光では、樹脂がレーザ光によ
って燃焼してしまい、熱による圧電特性の劣化が起こ
る。

【００４３】凹部２１０、２２０の加工に際しては、加
工前に、圧電振動部品４の中心周波数を測定装置６で測
定し、測定された中心周波数と、目標中心周波数との差
を計算する。そして、凹部２１０、２２０の本数と中心
周波数のシフト量との換算式から、必要な凹部２１０、
２２０の本数を求める。

【００４４】図９は凹部本数と中心周波数シフト量(kH
z)との関係を示す図である。このデータは、固体ＹＡＧ
レーザの基本波を用いて、幅３３μｍ、長さ１ｍｍの溝
状の凹部２１０、２２０を形成する場合に適用される。
図示するように、中心周波数は、溝状凹部１本当たり、
約４kHzだけシフトする。この場合のシフトは、中心周
波数が高くなる方向、すなわち高周波側にシフトする。
従って、この実施例の場合、凹部２１０、２２０の本数
と中心周波数のシフト量との換算式は、次のようにな
る。凹部本数＝（目標中心周波数−測定中心周波数）kH
z／4kHzなお、本実施例で示したセラミックフィルタで
は、２箇所の振動部１１、１２のそれぞれの周波数特性
を同一にする必要があるから、２箇所の振動部１１、１
２のそれぞれに同じ凹部加工を施す必要がある。

【００４５】図８に示された実施例では、圧電振動部品
４の中心周波数を測定する測定装置６を備え、測定装置
６で得られた中心周波数のデータを、レーザ装置５に送
り、レーザ装置５により、目標中心周波数に対する測定
中心周波数のずれ度合いに応じて、凹部本数を計算す
る。そして、付着物２１、２２の寸法と凹部本数及び凹
部幅等とから、凹部の加工間隔を計算し、それに従っ
て、レーザ光ＬＬを付着物２１、２２に照射し、凹部２
１０、２２０を付ける。

【００４６】上述の実験例とその結果について説明す
る。実験では、複数枚の集合基板中の各素子に対し、固
体ＹＡＧレーザの基本波を用いて、付着物への凹部加工
を行なった。図１０は中心周波数の度数分布を示すグラ
フである。図示するように、圧電振動部品の中心周波数
は、調整の前に測定したところ、１０．５８〜１０．６
６MHzまでばらついていたが、調整後は、集合基板上の
圧電振動部品のほぼ全数ｎが、中心周波数１０．７MHz
に調整された。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。（ａ）共振周波数の精度の高い圧電振動部品を提供する
ことができる。（ｂ）本発明に係る圧電振動部品を得るのに工程が簡単
で、バラツキのない、量産性に富み、安価な製造方法を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧電振動部品の平面図である。

【図２】図１の２−２線に沿った圧電振動部品の拡大断
面図である。

【図３】図１及び図２に示した圧電振動部品において、
付着物の付加する前の状態を示す平面図である。

【図４】図３に示した圧電振動部品の底面図である。

【図５】図３及び図４に示した圧電振動部品の電気的シ
ンボル図である。

【図６】本発明に係る圧電振動部品の別の実施例を示す
平面図である。

【図７】中心周波数調整に供される圧電振動部品の平面
図である。

【図８】図７に示された圧電振動部品の中心周波数調整
方法を示す図である。

【図９】溝本数と中心周波数シフト量(kHz)との関係を
示す図である。

【図１０】図１０は中心周波数の度数分布を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１圧電基板１１、１２振動部２１、２２付着物２１０、２２０凹部２１１〜２１６分割片２２１〜２２６分割片

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電基板と、付着物とを含む圧電振動部
品であって、前記圧電基板は、少なくとも一つの振動部を有してお
り、前記付着物は、前記振動部の面上に付加され、外縁によ
って囲まれる面内に複数の凹部を有する圧電振動部品。
【請求項２】請求項１に記載された圧電振動部品であ
って、前記凹部は、溝または穴の何れかである圧電振動部品。
【請求項３】請求項１に記載された圧電振動部品であ
って、前記凹部は、前記付着物を貫通している圧電振動部品。
【請求項４】請求項１に記載された圧電振動部品であ
って、前記凹部は、深さが前記付着物の厚みよりも小さい圧電
振動部品。
【請求項５】請求項１に記載された圧電振動部品であ
って、前記付着物は、縞状、格子状または島状のパターンを有
する圧電振動部品。
【請求項６】請求項１に記載された圧電振動部品であ
って、前記付着物は、樹脂からなる圧電振動部品。
【請求項７】請求項６に記載された圧電振動部品であ
って、前記樹脂は、カーボンフィラーを０．１〜９０wt%含有
する圧電振動部品。
【請求項８】圧電振動部品の製造方法であって、前記圧電振動部品は、圧電基板と、付着物とを含んでお
り、前記圧電基板は、少なくとも一つの振動部を有してお
り、前記付着物は、前記振動部の面上に付加されており、前記振動部の共振周波数を調整するステップを含み、前記調整ステップにおいて、前記付着物の表面に、波長
が３５０〜２０００ｎｍの範囲にあるレーザ光を照射
し、前記レーザ光の照射により、前記付着物を研削して凹部
を生じさせる製造方法。
【請求項９】請求項８に記載された製造方法であっ
て、前記調整ステップにおいて、前記振動部の共振周波数を
測定し、前記目標共振周波数に対する測定共振周波数のずれ度合
いに応じて制御されたレーザ光を、前記付着物に照射す
る製造方法。
【請求項１０】請求項８に記載された製造方法であっ
て、前記レーザ光は、固体ＹＡＧレーザ光である製造方法。
【請求項１１】請求項１０に記載された製造方法であ
って、前記レーザ光は、基本波、第２高調波または第３高調波
の何れかである製造方法。
【請求項１２】請求項８に記載された製造方法であっ
て、前記付着物は、樹脂からなる製造方法。
【請求項１３】請求項１２に記載された製造方法であ
って、前記樹脂は、カーボンフィラーを０．１〜９０wt%含有
する製造方法。
【請求項１４】請求項８に記載された製造方法であっ
て、前記凹部による前記付着物の質量変化によって、共振周
波数を調整する製造方法。