JPS6070814A - 圧電素子 - 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】 発明の分野 この発明は、共振子、フィルタ、ティスフ１ノミネータ
、遅延素子などを含む圧電素子に関するもので、特に、
厚み方−向に重なり合う電極が３以上の層をなしτ形成
され、当該電極の層の間にイれぞれ圧電セラミック層が
介在する状態で焼成されて得られた焼結体をもって構成
した圧電素子に関するものである。

先行技術の説明 第１図は、この発明の興味ある先行技術となる圧電素子
の一例としての共振子の概略的断面図である。ここに示
す共振子には、厚み方向に重なり合う電極′１〜６か層
をなして形成されており、各電極１〜６の層の間には、
それぞれ圧電セラミ・ツク層７〜１１が介在している。

各圧電セラミック層７〜１１は、それぞれ、第１図に矢
印で示すように、同じ厚み方向に分極処理されている。

各電極１〜６は、１層おきに、外部端子１２．１３のい
ずれかに接続される。すなわち、電極１，３゜５は外部
端子１２に接続され、電極２，４．６は外部端子１３に
接続される。

上述の外部端子１２．１３間に電界がかけられ、たとえ
ば、外部端子１２にプラス電位が、外部端子１３にマイ
ナス電位が与えられたとすれば、電極を介して隣り合う
各圧電セラミック層には、厚み方向に一方が縮むとき他
方が伸びるといった互いに逆向きの振動変位が生じる。

このことは、丸で囲んだ双方向の矢印で表わされており
、この双方向の矢印が互いに内方に向くときは縮むこと
を示し、互いに外方に向くときは伸びることを示してい
る。

上述のような厚み方向の振動の共振周波数は、圧電セラ
ミック層７〜１１の厚み（各電極１〜６間の距離）に反
比例するため、高い周波数で使用する場合、各圧電セラ
ミック層７〜１１の厚みが薄くされ、しかも、複数個の
電極が厚み方向に重なり合って形成された積厨型では、
１ｉ７Ｉ電容鮒が大幅に上行し、そのため、インピーダ
ンスが極めて小さくなる。

それゆえに、このような共振子と外部回路とのインピー
ダンス整合が困難となる場合があり、高い周波数で使用
する場合であっても、容量な小さくでき、したがってイ
ンピーダンスを比較的高くすることかできることが望ま
れる。

発明の目的 この発明は、容置を低下させ、それによってインピーダ
ンスを高くすることができる圧Ｎ素子の特に電極構造を
提供することである。

発明の概要 この発明の圧電素子は、厚み方向に重なり合う電極が３
以上の層をなして形成され、当該電極の層の間にそれぞ
れ圧電セラミック層が介在する状態で焼成されて得られ
た焼結体と、前記電極のいずれかと電気的に接続されて
電極間に形成される静電容量成分を導出する外部端子と
を備えるものである。ここにおいて、外部端子に接続さ
れる電極が延びる裔に１ｑ置する電極は、複数部分に分
割された分割電極どされ、当部分割電極のうち互いに隣
り合う第１および第２の電極は、これらと圧電セラミッ
ク層を介して哨り合う第３の電極と、少なくとも各一部
にＪ３いて対向し、それによって、第１の７１極、Ｉ］
Ｅ電セラミｔ／り１、第３のＩＬ圧電セラミック賓、お
よび第２の電極の順次接続によって直列接続された静電
容量成分が構成される。そして、圧電セラミック層は、
厚み方向に分極処理されており、しかも、第１の電極と
第３の電極との間に位置づる部分と、第２の電極と第３
の電極との間に位置する部分とは、互いに逆方向に分極
処理されている。

発明の効果 このＲ朗によれば、外部端子に接続される電極が延びる
層に位置フる電極（ま分割電極とされ、外部端子間には
直列接続された静電容量成分が構成されることになるの
で、直列に複数個のコンデン１）を接続したのと同様、
容量が小さくなり、したがってインピーダンスを高くす
ることができる。そして、このようなインピーダンスの
コントロール、すなわち容量のコントロールは、直列接
続される静電容品形成部分の数、ブなわち電極を分割す
る数等によって容易に行なうことができ、したがって、
外部回路とのインピータンス整合が容易になる。

また、電極と圧電セラミック層とが積層されたものを焼
成して得られた焼結体をもって圧電素子が構成されるの
で、小型トシかもチップ化が可能になる。

実施例の説明 第２図は、この発明の一実ＩＭ例となる共振子の概略を
示す断面図である。第２図において、厚み方向に重なり
合う電極１４ａ〜１９ａ、１４ｂ〜１９ｂが、３以上の
層たどえば６つの層をなし−（形成されている。これら
電極の髄の間にｌ、Ｌ、そｉＬぞれ、圧電セラミック層
２０・〜２４が介在している。各圧電セラミック層２０
〜２４け、特に電極１５ａ−１８ａ、１５ｂ　〜１８ｂ
を挾んだ状態で焼成されて得られた焼結体をもって構成
される。

圧電セラミック層を構成する材料としては、たとえば、
ヂタン酸ジルコン酸鉛系、ヂタン酸鉛系、チタン前バリ
ウム系などの単成分系や多成分系、あるいはこれらの添
加物系がある。また、電極は、焼成前における圧電セラ
ミック層を構成するセラミックグリーンシート上に適当
な金属ペーストを印刷塗布して形成されるもので、その
ような電極用金属ペースト材料としては、たとえば、パ
ラジウム、銀−パラジウム合金あるいはその他の高融点
金属や合金が用いられる。なお、最も外側に泣ｆｉする
電極１４ａ、１４ｂ、１９ａ、１９ｂに、上述したパラ
ジウム、銀−パラジウム合金を用いたとすれば、空気中
で高温にさらされた場合、開化されやすく、抵抗が土性
する現象が見られる。

したがって、図示しないが、電１１１４ａ、１４１１お
よび１９ａ、１］＋をさらに覆うようにセラミック層を
形成してから焼成を行なうか、焼成接に、たとえば銀ペ
ーストを用いて電極＋４ａ、１４ｂおよび１９ａ、１９
ｂ（ｉ−焼付けによって形成するのが好ましいう このように電極には、外部端子２５．２６が、それぞれ
、１層ごとに接続される。すなわち、電極１４ａ　、１
６ａ　、１８ａには外部端子２５力Ｉ接続され、電ｇｉ
１５ａ、１７ｆｌ　、１９８にＣま外部端子２６が接続
される。

この発明では、外部端子に接続される電極が延びる層に
位置する電極は、複数部分に分割された分割電極とされ
るという特徴を含１ｖで０る。この実施例では、外部端
子に接続さｈる電極（よ、電（東１４ａ〜１９ａであり
、これらの電極が延びる層に位置する電極といえば、す
べての電極が含まれることになり、したがって、すへて
の電極が複数部分に分割された分割Ｎ＃Ａであるという
ことになる。たとえば、電極１４ａと電極１４ｂとが、
複数部分に分割された分割電極である。

また、この発明では、上述した分割電極のうち互いに隣
り合う第１および第２の電極は、これらと圧電セラミッ
ク層を介して隣り合う第３の電極と、少なくとも各一部
において対向していると（１う特徴を含んでいる。この
ことを、実施例に関連して説明すれば、互いに隣り合う
第１および第２の電極１よ、たどえげ電極１４ａおよび
電極１’４　ｂであり、これらとｆｆ：電セラミック層
２０を介して隣り合う第３のｒ８極は、Ｉｔ！１５ｂと
いうことになる。これら第１、第２および第３の電極は
、相対的に決まるものであり、電極１５ａおよび１５ｂ
がそれぞれ第１第３よび第２の電極とすれば、第３の電
極ｌひ上述した電極１４ｂとなり、同時に電極１６ｂも
圧電セラミック慝２１を介して電極１５ａ、１５ｂと、
少なくとも各一部において対向しているので、第３の電
極であるといえる。

上述した構成によって、この発明で（沫、第１の電極、
圧電セラミック層、第３の電極、圧電セラミック層、お
よび第２の電極の順次接続（＝よって直列接続された静
電容量形成部分が構成される。

実施例における特定の箇所を例にとって、上述した構成
との対応関係を述べると、電極１４ａ　（第１の電極）
、圧電セラミック層２０．雷ｔ！Ｉｉｌ　５ｂ（第３の
電極）、圧電セラミック層２０、および電析１４ｂ　（
第２の電極）が順次接続されＣ１直列接続された静電容
量形成部分が４６成さ（１−Ｃいることになる。なお、
この実施例で（Ｊ、さらに、第３の電極となった電極１
４ｂに続けて、（’ｌ雷セラミック層２０および電８１
５ａが接続された状態となっている。

さらに、この発明では、圧電廿ラミック層は、厚み方向
に分極処理されており、しかも、第１の電極と第３の電
極との間に位置する部分と、第２のＮ極と第３の電極と
の間に位置する部分と（沫、互いに逆方向に分極処理さ
れていることを特徴として含んでいる。このことを、実
施例に関連して説明すると、各圧電セラミック層２０〜
２４は、矢印で示すように、まず厚み方向に分極処理さ
れている。ぞして、たとえばｌｆ小セラミック層２０に
注目すれば、電１’１４３　（第１の°不導）と電極１
５ｂ　（第３の電＆）との間に位置する部分と、電極１
／ｌ１ｌ（第２の電極）と電ｇｉ１５ｂ（第３３の電極
）との間に位置する部分とは、矢印の方向が逆になって
おり、互いに逆方向に分極岨埋されている。

外部端子２５．２６に、電界が加えられ、たとえば第２
図に示すように、外部端子２５にプラス電位が与えられ
、外部端子２６にマイナス電位が与えられるとすれば、
圧電セラミック！２０．２２．２４では、すべての部分
において、縮みを示し、正賞セラミック層２１．２３に
おいては、すべての部分にＪ３いて、伸びを示す。すな
わち、成るＮ極の層を介して隣り合う圧電セラミック層
には、互いに逆向ぎの揚動変位が現われる。したがって
、第１図に示した従来の共振子と同様の振動モードが得
られる。そして、外部端子２５．２６間には、それぞれ
たとえば３個の直列容量が形成されるので、容量が低下
し、インピーダンスは上昇する。

第３図では、共振子の周波数−インピーダンス特性が示
されている。第３図において、曲線Ａは、この発明の実
施例による特性を示し、従来のものを示す曲線Ｂより、
インピーダンスが上昇していることがわかる。

第４図および第５図は、それそ゛れ、この発明の他の実
施例を示し、前述した実施例と化べて、直列接続される
容量の数が異なっている。なお、第４図および第５図に
おいては、２層の電極とその間に介在する１個の圧電セ
ラミック層とが代表として示されている。

第４図では、１つの層を構成する２個の電極２７ａ、２
７ｂと他の層を構成する１個の電極２８と、これらの間
に介在づ゛る圧電セラミック層２９とが図示され−てい
る。外部端子３０．３１は、それぞれ、胃ｔ！ｊ２７ａ
、２７ｂに接続され又いる。

圧電セラミック層２９内に示した矢印は分極の方向を示
している。この実施例でシｊ、外部端子３０゜３１に接
続される電極は、電極２７ａ、２７ｂということになり
、これらが分割電極である。したがって、電極２７ａか
第１の電６！にあたり、電極２７ｂが第２の電極にあた
り、電極２８が斯３　Ｑ）電極にあたる。なお、外部端
子が接続されない電極２８は、分割電極て］よない。

第５図では、４個の直列接続された容」が構成されてい
る。この実施例においては、３個の電極３２ａ　、３２
ｂ　、３２０によって一方の層が構成され、２個の電極
３３ａ　、３３ｂによって他方の層が４に成され、これ
ら層の間に圧電セラミック層３４か介在している。圧電
セラミック肱３４内に示した矢印は、圧電方向を示して
いる。電極３２ａには外部端子３５が接続され、電極３
２０には外部端子３６が接＠ぎれる。このように外部端
子３５．３６が接続された電極が延びる層に位置づ？；
ｒ　’Ｉｎ　Ｎ　Ｇ；ｔ、Ｎｌｒｍ３２ａ　、　３２ｂ
　、　３２ｃ　トイウｃＪ：うに、分割Ｎ極とされてい
る。この実施例では、外部端子に接続されない電極３３
ａ　、３３ｂについても、分割電極とされている。しか
しながら、これは、特許請求の範囲の記載と矛盾づ−る
ものではない。なぜならば、外部端子に接続されない電
極は、分割電極ではないという条件は、特許請求の範囲
には含んでいないからである。

第４図および第５図に示した実施例から類推できるよう
に、この発明では、直列接続される容量の数は任意であ
り、それは所望するインピーダンス値との関連で選べば
よい。

次に、たとえば第２図に示したＪコうな共振子の実際の
製造における分極方法および外部端子形成方法について
説明する。

第２図に示したように、各圧電セラミック層２０〜２４
は、部分的に分極方向が異ならされている。したがって
、焼結された後、単科に厚み方向に直流？に電界をかけ
るだ【プでは、そのような分極状態を得ることはできな
い。そのため、次に述べるような方法が考えられる。

第１に、Ｍ６図に示すように、各圧電セラミック層ごと
に分極処理を行なう方法である。たとえば、圧電セラミ
ック層２１を分極処ＶＩ！する祝金、電極１６ａにプラ
ス電位を与え、電極１５ａにマイナス電位を与えれば、
電界は、電極１６ａ、１５ｂ　、　１６ｂ　、　１５ａ
と順番に加わり、互いに逆向きとされた分極方向を得る
ことができる。

次に考えられる方法としては、第７図に示すように、１
個の圧電セラミック層を介して２個の電極に共通的に対
向する電極にスリットを形成しておき、まず分離された
状態としておくことである。

第７図に示された範囲内では、電極１４ｂおよび１５ｂ
に、それぞれスリット３７が形成されている。そして、
スリット３７の両側近傍には、圧電セラミック層２０．
２１の端縁にまで延びる引出し部３８ａ　、３８ｂが形
成される。なお、後で説明する外部端子との接続を可能
にするため、電極１４ａ、１５ａは、それぞれ、圧電セ
ラミック層２０．２１の短い方の端縁にまで延びて形成
されている。このような構成は、その他の電極について
も採用されている。

第８図では、第７図に示したような電極が積７層された
場合の配置関係が示されている。第８図から明らかなよ
うに、互いに分離された３組の電極群が厚み方向に積層
されていることがわかる。したがって、各電極群につい
て、第８図に示したような電位を加えれば、それぞれ矢
印で示す方向に、各圧電セラミック層２０〜２４が分極
処理されることになる。

第９図には、第８図に示す電極群をもって分極した後の
焼結体３９の外観が斜視図で示されている。そして、第
１０図には、同じ焼結体３９が同じ角度から斜視図で概
略的に示されている。

焼結体３９の表面には、＠１０図に示づように、２１Ｉ
ｌｌｌの接ＲＲ［４０ａ　、４０ｈおＪ−ひ前述した外
部端子２５．２６が形成される。第９図と第１０図とを
同時に参照すれば明らかなように、接続電極４０ａは引
出し部３８ａを接続し、接続電極４０ｂは引出し部３８
ｂを接続する。このようにして、スリン１−３７によっ
て分離された電極１４ｂ〜１９ｂは、分極後において電
気的接続された状態に戻される。そして、外部端子２５
．２６が形成されたとき、第２図に示すような電気的接
続状態が達成される。

この発明は、以上述べた共振子のほか、フィルタやディ
スクリミネータや；！延、ｆ４７’などにも適用するこ
とができる。

第１１図および第１２図は、それぞれ、この発明がフィ
ルタに適用された例を示している。

第１１図において、第２図に示したような電極をもって
構成した２個の電極群４１．４２が示されており、それ
らは、横に並んで配置されている。

外部端子４３．４４が入力側となるとき、外部端子４５
．４６は出力側となる。このような構成において、入力
側の外部端子４３．４４に電界が与えられると、電極群
４１において振動が視われ、これが電極群４２に伝達さ
れ、外部端子４５．４６に出力として取出される。

第１２図では、２個の電極群４７．４８が厚み方向に重
ね合わされて配置されたフィルタが示されている。この
実施例では、たとえば電極群４７を入力側として、振動
させたとき、そこで生じる厚み振動が直接もう一方゛の
ｆｆｉ極群４８に伝達されるので、効率の良いフィルタ
が得られる。

なお、上述しｌζフィルタと同様の構成をとりながら、
各電極群間の距離を調整することによって遅延素子とし
ても利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の先行技術としての共振子のｍ積構造
を概略的に示す断面図である。第２図はこの発明の一実
施例としての共振子の電極構造を概略的に示す断面図で
ある。第３図はこの発明による共振子（Ａ　＞と先行技
術の共振子（Ｂ）との周波数−インピーダンス特性を比
較するグラフである。第４図および第５図は、この発明
の池の実施例としての共振子における直列接続される容
示の数を異ならせた例を示している。第６図は、この発
明に、ｊζる圧電素子の分極方法の第１の例を示す。第
７図ないし第１０図１よ、この発明による圧電素子の分
極方法の第２の例を示すとともに、実際に共振子を得る
ための工程を順次示す。第１１図および第１２図は、こ
の発明のざら←二他の実、に例としてのフィルタの構成
を示す。 図において、１４ａ　〜１９ａ　、　１４１）〜１９ｂ
　。 ２７ａ　、２７ｂ　、２８．３２ａ　、　３２ｂ　、３
２ｃ　。 ３３ａ　、　３３ｔｌ　Ｌｔｔｆｆｉ、２０〜２４，２
９．３．ｉは圧電セラミック層、２５，２６．３０．３
１３５．３６．１１３〜４６は外部端子、４１．４２゜
４７．４８は電極群である。 篤３図 局液ｔ（ＫＨｚ） 范４０ ｊＪＮ　ｊｊｂ 第６図 葛８図 ／４．ｈ 第９図 蔦１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 厚み方向に宙なり合う電極が３以上の旧をなして形成さ
   れ、当該電４ジの層の間にそれぞれ圧電セラミック昧が
   介在する状態で焼成されて得られた焼結体と、前記電極
   のいずれかと電気的に接続されて電極間に形成される静
   電容聞成分を導出する外部端子とを備える、圧電素子で
   あって、前記外部端子に接続される電極が延びる層に位
   置する電極は、複数部分に分割され１；分割電極とされ
   、当該分割電極のうち互いに隣り合う第１および第２の
   ４他は、これらと前記圧電セラミック層を介して隣り合
   う第３の電極と、少なくとも各一部において対向し、そ
   れによって、第１の電極、圧電セラミック層、第３の電
   極、圧電セラミック層、および第２の電極の順次接続に
   よって直列接続された静電容量形成部分が構成され、か
   つ、前記圧電セラミック層は、厚み方向に分極処理され
   ており、しかも、前記第１の電極と前記第３の電極との
   藺に位置する部分と、前記第２の電極と前記第３の電極
   との間に位置−する部盆とＩよ、互いに逆方向に分極処
   理されている、圧電素子。