JPS6165510A - エネルギー閉じ込め形振動子 - 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】 （発明の産業上の利用分野） 本発明は、チタン酸鉛系圧電磁器を用いた基本厚みたて
振動モードエネルギー閉じ込め形振動子に関し、フィル
タ、発振器、変調器等に利用される振動子に関するもの
である。

（従来技術及びその問題点） 最近、圧電磁器材料は急速に進歩し、発振子用及びフィ
ルタ用等の通信用高安定磁器材料が開発されているり高
安定圧電磁器材料は大別してジルコン・チタン酸鉛系と
チタン酸鉛系がある。チタン酸鉛系圧電磁器材料は、ジ
ルコン・チタン酸鉛系磁器に比べて本質的に周波数エー
ジング特性に優れており、また周波数温度安定度も水晶
と比肩しうるような材料も出現している。即ち、チタン
酸鉛系磁器は周波数安定度に関してジルコン・チタン酸
鉛系磁器よシ格段に誕れた材料であると言える。さらに
、チタン酸鉛系圧電磁器は比訪電率が２００前後とジル
コン・チタン酸鉛系圧電磁器に比べて弁筒に小さいため
、　１０　）、ｉＨｚ以上の高周波層振動子に適したも
のであることは周知の通りである。

一般に％１０　ＦｉｔＨｚ以上の高周波振動動子では、
厚み縦振動モードエネルギー閉じ込め形振動子が用いら
れる。従来から厚み縦振動モードエネルギー閉じ込め形
振動子は、ボアンン比が０．３３以上のジルコン・チタ
ン酸鉛系圧電磁器が用いられ、電極の質量効果と電極部
分の圧電反作用による周波数低下を利用した、所謂周波
数低下形エネルギー閉じ込めが行なわれている。しかし
、ジルコン・チタン酸鉛系圧電磁器を用いた場合には、
比誘電率が５００以上μあるために１周辺回路とのイン
ピーダンス整合の点から比帯域幅が１．５％以上の中、
広帯域フィルタに用途が限定されており、狭帯域フィル
タへの適用は困難である。

一方、チタン酸鉛系圧電振動子は、ジルコン・チタン酸
鉛系圧電磁器に比べて誘電率が小さく、本質的にエージ
ング特性が優れているという利点はあるものの、ボアン
ン比が０．３以下であるために、基本モードにおいて通
常の周波数低下形エネルギー閉じ込めは不可能であり１
周波数上昇型エネルギー閉じ込め法という特別な配慮が
必要となる。

周波数上昇形エネルギー閉じ込め法は原理的に確立され
たものである０このエネルギー閉じ込め法の詳細は清水
、山田、°圧電反作用の制御による周波数上昇形エネル
ギー閉じ込め”、電子通信学会論文誌、　Ｖｏｌ、Ｊ６
２−Ａ、　Ｎｏ−Ｌ　ｐｐ、８−１５（１９７９，１）
に記載されているが、これはエネルギー閉じ込め電極部
分の遮断周波数を周辺部分よシ高くし、前記エネルギー
閉じ込め電極部分に振動エネルギーを閉じ込めることに
よシ、良好な共振及び反共振応答を得ようとするもので
ある０従来の周波数上昇形エネルギー閉じ込め振動子の
一例として水田、中鴫、佐々木が１９７４年３月号の電
子通信学会論文誌、巻Ｊ　５７−Ａ、　Ｎｏ、　３゜第
１８５ページから１９１ページに記載の論文「圧電板の
たて波に関するエネルギー閉じ込めモード」で示した電
極部の板厚を部分的に薄くした振動子が知られている。

水田らの提案したエネルギー閉じ込め振動子を第１図に
示す。第１図の（イ）は断面図、仲）は平面図であシ、
図において１０はチタン酸鉛系圧電磁器板、１１はエネ
ルギー閉じ込め電極１２はエネルギー閉じ込めを達成す
るために圧電磁器板１０に設けられた凹部、ｔはエネル
ギー閉じ込め電極部分の板厚、ｔ′は磁器板の板厚、矢
印は分極方向を示すり第１図に示した振動子のエネルギ
ー閉じ込めの原理は、板厚と遮断周波数とは反比例の関
係にあることを利用して電極部分の板厚ｔｔ−・周辺部
分の板厚ｔ′よシ薄くして、電極部分の遮断周波数を周
辺部分に比べて高くすることによシ周波数上昇形エネル
ギー閉じ込めを達成しているわけである。しかしながら
良好なエネルギー閉じ込めを行うためには板厚に関して
ｔ’）ｔであればそれで良いわけではなく、ｔとｔｌと
は一定の比率（例えばｔ　＝０．８７　ｔ’）のときに
はじめて良好なエネルギー閉じ込めが達成されるわけで
ある口従って圧電磁器仮に設けられる凹部１２は極めて
精密に板厚を制御し、かつ平行平面でなければならない
わけであり、このような精密な加工は工業的観点から製
造困薙である０また、第１図の振動子は、電極１１が凹
部に形成されているため、平行平面研磨を行って磁器板
１０の厚みを制御することによって周波数調整が一見容
易にできそうなものであるが、研磨することによりて厚
さ比ｔ／ｌ’が大きくなシ、良好なエネルギー閉じ込め
を行うことのできる最適な厚さ比ｔ／ｌ’から逸脱して
しまうために、実際問題として周波数調整は困難である
。

（発明の目的） 本発明はチタン酸鉛光圧＠磁器を用いて、良好な周波数
上昇形エネルギー閉じ込め特性を有し、製造が容易でか
つ周波数調整が容易にできる厚みたて振動モード振動子
を得ることを目的とする〇（見切の構成・） 本発明はチタン酸鉛系圧電磁器板内部に相対向して配置
されるエネルギー閉じ込め電極と、該磁器板の内部又は
表面に該電極と前記磁器板の厚み方向に重な）合わ°な
いように相対向して配置される短絡電極とを備え、エネ
ルギー閉じ込め電極間の距離が短絡電極間の距離よシ小
さいことを特徴とするエネルギー閉じ込め形Ｉ５Ａ動子
とチタンｎ′コ鉛系圧電磁器粉末と有機バインダーとを
含む生シート全作製し、前記それぞれの生シートの表面
に所定の形状のエネルギー閉じ込め電極あるいは短絡電
極を導電ペーストで印刷し、然る後これらの生シートを
圧着し一体化させ、これを焼結することを特徴とするエ
ネルギー閉じ込め形振動子の製造　１方法である。

（措成の詳細な説明） 本発明はエネルギー閉じ込め電極部分の周波数低下量を
、周辺の短絡電極部分の周波数低下量より小さくするこ
とによって周波数上昇形エネルギー閉じ込め全完全に行
うものである。

以下図面に従って詳細に説明する。本発明に従うエネル
ギー閉じ込め形振動子の基本１造を第２図に示す。第２
図（イ）は断、面図、（ロ）は平面図であるり本発明の
エネルギー閉じ込め形振動子は厚み方向に一様に分極さ
れた圧電磁器板２０の内部に所定の間隔を保ち、相対向
する位置にエネルギー閉じ込め電極２１．２１’が形成
され、こｉｌ、からり−ド電極が磁器板側面まで伸びて
いる。このエネルギー閉じ込め電極と厚み方向に重なシ
合わないように相対向する短絡電極、２２．２２’が設
けられている。電極の短絡は振動子の側面に蒸着あるい
はメッキ、焼付は等の方法で電極２４．２４’ｉ設ける
ことによシ容易に行うことができる。また電気的な入出
力端子は側面に設けられたリード電極２３゜２３から取
出せば良い。

本発明の振動子が良好なコネルギー閉じ込めを達成する
ことができるのは以下の理由によるものである。圧電磁
器板に相対向する電極が全くない場合には、エネルギー
閉じ込めの遮断周波数は圧電磁器素板の機械的共振周波
数ｆ（電気的には反共振周波１ｊ１）にほぼ等しい。ま
た、圧電磁器板の表裏面に短絡電極のあるときは遮断周
波数は主として圧電性により電気機械結合係数ｋｔを介
してｆａより大幅に低下し、電気的な共振周波数ｆｒに
一致する口重発明のように圧電磁器素板部に電極が埋め
込まれている場合はｆａとｆ、の中間的な値となシ磁器
板の板厚に比べて磁器内部で相対向する電極の間隔が小
さいほど圧電性を介して周波数低下への寄与が小さくな
る０本発明による振動子では、エネルギー閉じ込めＫＷ
、２１．　２１’間の距離を短絡電極２２．２２’の間
隔より小さくして圧電性を介して低下する遮断周波数を
制御することで、エネルギー閉じ込め電極２１，２１′
部分の遮断周波数を周辺部分のＭ断周波数より高くして
いる。このため常に良好なエネルギー閉じ込めが達成さ
れるわけである口従って本発明の振動子では撮動子に直
列に付加する容量を何ら用いることなしに振動子単体で
良好人エネルギー閉じ込めを達成することができる口 また、本発明の振動子では、エネルギー閉じ込め電極表
面が磁器層で被われているので、磁器板を研磨し厚さを
制御することによシ周波数調整が可能である。以上述べ
た理由によシ本発明の振動子では磁器板を研磨して周波
数調整を行ったとしても何らエネルギー閉じ込めｔ−阻
害する要因はない。

次に本発明の振動子の製造方法について述べる。

本振動子は積層セラミックコンデンサの製造技術を用い
て製造することができるものであるが、第３図に本振動
子の積層構造を示す分解図を示す。

圧電磁器粉末と有機バインダーとを含む各生シート３０
上にそれぞれエネルギー閉じ込め電極２１゜２１１１短
絡電極２２．２２’を導電ペーストを用いスクリーン等
による印刷によシ形成するり第３図に示した電極が印刷
された生シート、電極の印刷されていない生シー）１−
厚さ方向に熱圧着により一体化し、電気炉で１２００℃
程度の温度で暁成する。その後厚み方向に一様に分極す
ることにより第２図に示し、′ｃような本発明の振動子
をＲ造することができる。製造過程において上下の電極
２１゜２１’、　　２２．　２２’の位置合わせは、公
知のセラミック多層基板技術を用いて閘度良く行うこと
ができる。本製造方法は一つのウェハー内に多くの第２
図に示しだような振動子チップを高精度で製造すること
ができ１産性に優れた方法であると言えるＯ 以上短絡電極が圧電磁器内部にあるエネルギー閉じ込め
振動子について言及してきたが、第４図に示すように平
行平面研磨の段階で短絡電極が表面に露出しても、本発
明の振動子はいささかも性能が阻害されることはない０
尚、厳密な周波数調整が必ずしも必要としない目的での
使用に対し、磁器板表面に露出した短絡電極をメッキ、
蒸着等の方法で形成することも可能である。

（実施例） 本発明の一実施例として、第２図に示した構造の高安定
チタン酸鉛系圧電磁器を用いた基本厚みたて振動モード
周波数上外形エネルギー閉じ込め形振動子についてのべ
るり圧電磁器はＰｂ　’＋９オ叡Ｓｈｏ、＋５（”ｏ、
Ｑａ＋　　（”’／、　　Ｓ”／３　　”０．０？”０
．６１Ｌ）０３チタン酸鉛系圧電磁器の密度は７．３８
　Ｘ　１０３Ｋｇ／ｍ３厚みたて結合係数ｋｔは０．４
７、比誘電率ξ３３／ε０は１９６である。エネルギー
閉じ込め電極２１゜２１′の間隔は２５μｍ、短絡電極
の間隔は９５μｍ磁器板の板厚は１２０μｍである。本
振動子の目的とする共振周波数は２１．４　ＭＨｚであ
り、分極済の磁器板２０を平行平面研磨することにょ）
周波数調整を行った。その結果、板厚１０３μｍのとき
丁度２１．４　ｋ［（ｚ　ｔ−得ることができた。この
ときの共振反共振周波数応答を第５図に示す０第５図か
ら良好なエネルギー閉じ込めが行なわれていることがわ
かる口 （発明の効果） 以上詳述した如く、本発明のエネルギー閉じ込め形振動
子は基本厚みたて振動モードにおいて良好なエネルギー
閉じ込めが可能で、しかも周波数調整が容易で量産性に
優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）、（ロ）は従来のエネルギー閉じ込め形振
動子の一例を示す図で（イ）は断面図、（ロ）は平面図
、第２図（イ）、仲）は本発明によるエネルギー閉じ込
め形振動子匂示す図で（イ）は断面図、（ロ）は平面図
、第３図は本発明による振動子の積層構造を示す図１、
第４図は本発明による振動子の実施例であって表面に短
絡電極が露出した状態を示す図、第５図は本発明による
振動子の周波数応答を示す図である０図において、１０
，２０はチタン酸鉛系圧電磁器板、１１はエネルギー閉
じ込め電極、１２は磁器板に設けられた凹部、ｔｔ　、
”は＆厚、２１゜２１′はエネルギー閉じ込め電極、２
２．２２’は短絡電極、２３．２３’はリード電極、２
４．２４’は磁器板側面に設けられた短絡電極、３０は
生シート、矢印は分極方向を示す。 オ　２　図 オ　３　図 ２２′ オ　４　図 介 ２２’　　　　２１　　　２２′ 第５図 区　・ 周波数　（ＭＨｚ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、チタン酸鉛系圧電磁器板内部に相対向して配置され
   るエネルギー閉じ込め電極と、該磁器板の内部又は表面
   に該電極と前記磁器板の厚み方向に重なり合わないよう
   に相対向して配置される短絡電極とを備え、エネルギー
   閉じ込め電極間の距離が短絡電極間の距離より小さいこ
   とを特徴とするエネルギー閉じ込め形振動子。 ２、チタン酸鉛系圧電磁器粉末と有機バインダーとを含
   む生シートを作製し、前記それぞれの生シートの表面に
   所定の形状のエネルギー閉じ込め電極あるいは短絡電極
   を導電ペーストで印刷し、然る後これらの生シートを圧
   着し一体化させ、これを焼結することを特徴とするエネ
   ルギー閉じ込め形振動子の製造方法。