JPS63244919A - 電歪効果装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば圧電共振装置のような電歪効果装置
、特にセラミック焼結体において複数の電極が所定距離
を隔てて相互に！ｆｉなり合うように配置された構造を
備える電歪効果装置の改良に関する。

［従来の技術］ 第１３図は、従来の電歪効果装置の一例としての圧電共
振装置を示す。圧電共振装置１は、板状セラミック焼結
体２と、該セラミック焼結体２の両生面に形成された電
極３．４ならびにセラミツり焼結体２内に配置された電
極５．６とを備える。

各電極３〜６は、所定距離を隔てて相互に重なり合うよ
うに配置されている。また、各電極３〜６間に存在する
セラミック層部分は、図示の矢印の方向に、それぞれ、
分極処理されている。

電極３と電極６とはセラミック焼結体２内に形成された
スルーホール７（位置のみを略図的に示ず）により相互
に電気的に接続されており、他方、電極４とｆ＠電極と
はスルーホール８により電気的に接続されている。

このスルーボール７．８は、板状セラミック焼結体２の
中央部分に配置されている。これは、振動のノード点と
なる中心近傍にスルーホール７゜８を配置することが好
ましいと考えられているからである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、第１３図に示した圧電共振装置１では、
十分大きな電気機械結合係数を得ることは困難であった
。

よって、この発明の目的は、より電気機械結合係数の大
きな、すなわち、より変換効率に優れた電歪効果装置を
提供することにある。

Ｅ問題点を解決するための手段］ この発明の電歪効果装置は、円板状または角板状のセラ
ミック焼結体と、このセラミック焼結体内または焼結体
の主面に形成されており、かつ所定距離を隔てて相互に
！ｎなり合うように配置されており、焼結体内に形成さ
れたスルーボールにより電気的に接続された第１および
第２の組の電極とを備える。この電極間に存在するセラ
ミック焼結体部分は所定の方向に分極されている。スル
ーホールは、セラミック焼結体の主面の中心を中心とす
る円でありて、円板状のセラミック焼結体ではその半径
の１／１０の半径の円、角板状のセラミック焼結体にあ
ってはその短辺の長さの１／２０の半径の円よりも外側
の（ａ域に形成されていることを特徴とする。

［作用］ 本願発明者達は、後述する実施例から明らかなように、
上述したような積層型の圧電共振装置においては、スル
ーホールをセラミック焼結体の中央部分よりもむしろ外
側に配置した方が、より大きな電気機械結合係数を有す
る電歪効果装置の得られることを見出した。この発明は
、このような知見に基づくものであり、該セラミック焼
結体主面の中心を中心とする円であって、円板状のセラ
ミック焼結体ではその半径の１／１０の半径の円、角板
状のセラミック焼結体にあってはその短辺の長さの１／
２０の半径の円よりも外側の領域にスルーホールを配ｆ
ｆ１１Ｊることにより、電気機械結合係数が高められて
いる。

［実施例の説明］ 第１図は、この発明の一実施例の電歪効果装置としての
圧電共振装置を得るのに用いられるセラミックグリーン
シートおよび電極パターンを示ず斜視図である。図示の
ように、３枚のセラミックグリーンシート１１．１２．
１３を用意する。セラミックグリーンシート１１には貫
通孔１１ａを形成しておぎ、かつ上面の全面にわたり電
極ペースト２１を塗布する。この電極ペースト２１は、
貫通孔１１ａの内壁にも塗布される（後述する貫通孔１
２ａ〜１３ｂも同様に内壁に電極ペーストが塗布される
。）。貫通孔１１ａは、後述するスルーホールを形成す
るために設けられているものである。なお、この貫通孔
１１ａは、セラミックグリーンシート１１の中心を中心
とする円であって、該セラミックグリーンシート１１の
短辺の長さの１／２０の半径を有する円よりも外側の領
域に形成されている。

セラミックグリーンシート１２には、予め貫通孔１２ａ
、１２ｂが形成されている。貫通孔１２ａは、セラミッ
クグリーンシート１１〜１３を重ね合わせたときに貫通
孔１１ａと重なり合う位置に形成されている。他方、貫
通孔１２ｂもセラミックグリーンシート１２の中心を中
心とする円であって、セラミックグリーンシート１２の
短辺の１／２０の半径を有する円よりも外側の領域に形
成されている。また、セラミックグリーンシート１２の
上面には、電極ペースト２２が塗布されている。この電
極ペースト２２は、貫通孔１２ａと電気的に接続されな
いように貫通孔１２ａの周囲を切欠かれた形状に塗布さ
れている。

セラミックグリーンシート１３には、貫通孔１３ｂが予
め形成されている。該貫通孔１３ｂは上記貫通孔１２ｂ
と重なり合う位置に形成されている。セラミックグリー
ンシート１３では、上面および下面に、それぞれ、電極
ペースト２３．２４が塗布されてｊ３す、このうち電極
ペースト２３は貫通孔１３ｂと電気的に接続しないよう
に貫通孔１３ｂの周囲を避けて形成されている。

なお、電極ペースト２４の塗布形状を明確にするために
、第１図ではセラミックグリーンシート１３を想像線で
示し、電極ペースト２４は上方から見た状態に図示しで
ある。

上記した各セラミックグリーンシート１１〜１３を第１
図の状態のまま積層し、圧着した後一体焼成する。

以上のようにして、第２図に示す圧電共振装置３０を得
ることができる。ここでは、セラミック焼結体３１の両
主面に電極２１．２４が、該セラミック焼結体３１内に
電極２２．２３が形成されており、各電極２１〜２４は
セラミック焼結体３１の一部を介して相互に重なり合う
ように配置されている。

また、電極２１と電極２３とはスルーホール２７により
、電極２２と電極２４とはスルーホール２８により相互
に電気的に接続されている。スルーホール２７は、第１
図に示した貫通孔１１ａおよび貫通孔１２ａにより、ス
ルーホール２８は、貫通孔１２ｂおよび１３ｂにより構
成されている。

さらに、電極２１．２４から所定の電圧を印加すること
により、各電極２１〜２４間のセラミックス部分を分極
処理することができる。第２図では、この分極方向の一
例を矢印で示す。

したがって電極２１．２４から交流電圧を印加すること
により各電極２３〜２６間に存在するセラミック焼結体
部分を振動させることができる。

ところで、圧電共振装ｖ！Ｉ３０では、スルーホール２
７．２８は、セラミック焼結体３１の主面の中心を中心
とする円であって、主面の短辺の長さの１／２０の半径
の円よりも外側の領域に形成されている。このように、
スルーホール２７．２８をセラミック焼結体３１の中央
部分よりもむしろ外側に配置することにより、より大き
な電気機械結合係数を得ることができる。この理由を、
次に説明する。

本願発明者達は、第３図に略図的平面図で示すように、
セラミック焼結体３１の短辺に平行な一点鎖線△に沿っ
て上述のスルーホール２７．２８を配置した複数種の圧
電共振装置１３０を作製した。

このようにして作製した複数種の圧電共振装置について
拡がり振動モードの電気機械結合係数ｋを測定した。測
定結果を、第４図の実線Ｂで示す。

なお、第４図において横軸は、スルーホールの相対的な
位置尺度を承りものであり、第３図の下方に示したスケ
ールに対応するものである。

第４図から明らかなように、スルーホールの位置が、中
心から外側に移動するにつれて、電気機械結合係数Ｋが
大きくなることがわかる。特に、第４図の相対的尺度が
０．１の円すなわちセラミック焼結体３１の短辺の長さ
の１／２０の半径を有する円よりも外側に配置した場合
に、電気機械結合係数ｋが飛躍的に高くなることがわか
る。よって、この発明では、角板状の圧電共振装置では
、スルーボールは短辺の長さの１／２０の半径の円より
も外側の領域に配置されることが好ましいことがわかる
。したがって、第５図に一点鎖線で示ずように、より広
帯域のフィルタを得ることができる（第５図において、
一点ａｍで示す特性は、スルーホール１を第４図の相対
的尺度ｒ０．２の場合の特性を示し、実線は第４図に示
した従来の圧電几Ｓ装置を用いた場合の特性を示す）。

次に、角板状のセラミック焼結体においてスルーホール
を対角線方向に配置した場合の実施例につき説明する。

第６図は、第１図に相当する図であり、各セラミックグ
リーンシートおよびその上に形成される電極パターンを
説明するための斜視図である。第６図において、第１図
と対応する部分は同一の参照番号を付することによりそ
の説明を省略する。第６図から明らかなように、この実
流側では、対角線方向の比較的外側の領域に貫通孔１１
ａ、１２ａおよび１２ｂ、１３ｂが形成されている。こ
の各貫通孔１１ａ〜１３ｔｌで形成されるスルーホール
は、第１図および第２図に示した実施例と同様に、セラ
ミック焼結体の主面の短辺の長さの１／２０の半径で描
かれる円よりも外側に配置される。

第６図に示したセラミックグリーンシートおよび電極を
用いて構成した圧電共振装置におけるスルーホール位置
と電気機械結合係数の関係を第４図に実線Ｃで示す。な
お、この対角線方向にスルーホールが配置された実施例
では、第７図に示す一点鎖線りに沿ってスルーホール位
置を移動させた複数種の圧電共振装置を製作して電気機
械結合係数ｋを測定したものである。

第４図から明らかなように、対角線方向にスルーホール
を配置した場合であっても、セラミック焼結体の短辺の
長さの１／２０の半径で描かれる円よりも外側にスルー
ホールを配置することにより大きな電気機械結合係数に
の得られることがわかる。また、第４図のスルーホール
位置の相対的尺度が０．２である場合のフィルタ特性を
、第５図に破線で示す。第５図から明らかなように、ス
ルーホールを中央部分に配置した従来例に比べて、より
一層広帯域型のフィルタの得られることがわかる。

ところで、スプリアス撮動を抑制するためには、第１図
実施例の方が第６図実施例よりも好ましい。

すなわち、第１図実施例と第６図実施例において、スル
ーホール位置をそれぞれ、中心線上および対角線上で移
動させた場合の輪郭撮動に基づくスプリアス撮動の電気
機械結合係数Ｋを示す第８図から明らかなように、スプ
リアス振動の大きさは第１図実施例のようにスルーホー
ル位置を角板状セラミック焼結体の短辺と平行な中心線
上に配置した方が少ないことが確められた。このことは
、（れぞれ、スルーホール位置の相対的尺度が０．２で
ある場合の第１図実施例および第６図実施例の圧電共振
装置を用いたフィルタの減ｌａ革−周波数特性を示す第
９図により裏付けられる。よって、スプリアスを抑制す
るためには、第１図実施例のようにスルーホール位置を
角板状セラミック焼結体の短辺と平行な中心線に沿って
配置することが好ましい。

なお、第１図および第６図実施例では、１対のスルーホ
ールが形成されていたが、第１０図に示すように、貫通
孔４１ａ〜４３ｂの形成されたセラミックグリーンシー
ト４１〜４３を用いて複数対のスルーホールを有する圧
電共振装置を構成した場合であっても、ｎ８ｉにスルー
ホール位置をセラミック焼結体の主面短辺の長さの１／
２ｏの半径で描かれる円よりも外側の領域に配置するこ
とにより大きな電気機械結合係数を得ることができる。

ざらに、第１１図に示ずように、スルーホールを構成す
る貫通孔５１ａ〜５２ｂを、セラミックグリーンシート
６１〜６３上の単一の電極欠落部に隣り合わせて形成し
てもよい。

さらに、セラミック焼結体についても、角板状のものに
限らず、円板状のものを用いてもよい。

円板状のセラミック焼結体を用いる場合には、スルーホ
ールの位置は、円板状セラミック焼結体の主面中心を中
心とする円であって、その半径の１／１０の半径で描か
れる円よりも外側の領域に配置すればよい。このように
配置することにより、第１２図から明らかなように、同
様に大きな電気機械結合係数を有する圧電共振装置を実
現することができる。なお、第１２図において、横軸は
、スルーホール位置の相対的な尺度を示すものであり、
円板状セラミック焼結体の半径（Ｒ，）に対して中心か
らスルーホール位置までの距１１ｍ（Ｒ，）との比率（
Ｒ２／Ｒ＋）を示すものである。

［発明の効果］ この発明では、積層型の電歪効果装置において、セラミ
ック焼結体内に形成されたスルーボールが、セラミック
焼結体の主面中心を中心とする円であって、円板状のセ
ラミック焼結体ではその半径の１／１０の半径の円、角
板状セラミック焼結体にあってはその短辺の長さの１／
２０の半径の円よりも外側の領域に形成されている。し
たがって、従来の中央部分にスルーホールが形成された
電歪効果素子に比べて、はるかに大きな電気機械結合係
数を有するように構成することができる。よって、たと
えば圧電フィルタとして用いる場合には、より選択特性
を広帯域化することができる。

また、角板状のセラミック焼結体を用いる場合には、ス
ルーホールを主面の外周辺のいずれかに平行な中心線上
またはその近傍に位置させることにより、スプリアス振
動の小さな電歪効果素子とすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に用いるセラミックグリ
ーンシートおよびその上に形成される電極パターンを示
す斜視図であり、第２図は第１図の各セラミックグリー
ンシートを用いて構成されたこの発明の一実施例の断面
図である。第３図は、第１図実施例におけるスルーホー
ル位置の相対的尺度を説明するための略図的平面図であ
る。第４図は、第１図および第６図実施例における電気
機械結合係数とスルーホール位置との関係を示す図であ
る。第５図は、第１図実施例および第６図実施例と従来
の圧電フィルタの減ｖＩ屋−周波数特性を示す図である
。第６図は、この発明の第２の実施例に用いるセラミッ
クグリーンシートおよびその上に形成される電極パター
ンを示す斜視図である。第７図は第６図実施例における
スルーホール位置の相対的尺度を説明するための略図的
平面図である。第８図は、第１図実施例および第６図実
施例における輪郭撮動に基づくスプリアスとスルーホー
ル位置との関係を示す図である。第９図は、第１図実施
例および第６図実施例における減衰型−周波数特性を示
す図である。第１０図はこの発明の第３の実施例を説明
するための斜視図、第１１図はこの発明の第４の実施例
を説明するための斜視図である。第１２図は、円板状の
セラミック焼結体を用いた場合の電気機械結合係数とス
ルーボール位置との関係を示す図である。第１３図は、
従来の′Ｉ！を歪効果装置としての圧電共撮装置を示す
断面図である。 図において、２１〜２４は電極、２７．２８はスルーホ
ール、３０は電歪効果５Ａａとしての圧電共撮装置、３
１はセラミック焼結体を示す。 −０，ら　　　　Ｏ＋Ｑ、５ 第４図 又ルー人−１し粒裏 Ａ　東マ（ｄ８） 又ルー土−ル征１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）円板状または角板状のセラミック焼結体と、 前記セラミック焼結体内または該焼結体の主面に形成さ
   れており、かつ所定距離を隔てて相互に重なり合うよう
   に配置されており、前記焼結体内に形成されたスルーホ
   ールにより相互に電気的に接続された第１および第２の
   組の電極とを備え、前記電極間に存在するセラミック焼
   結体部分が所定の方向に分極されており、 前記スルーホールは、セラミック焼結体の主面の中心を
   中心とする円であつて、円板状のセラミック焼結体では
   主面の半径の１／１０の半径の円、角板状のセラミック
   焼結体にあってはその短辺の長さの１／２０の半径の円
   よりも外側の領域に形成されていることを特徴とする、
   電歪効果装置。
2. （２）前記セラミック焼結体は角板状であり、前記スル
   ーホールは該セラミック焼結体の主面の対角線上または
   その近傍に配置されている、特許請求の範囲第１項記載
   の電歪効果装置。
3. （３）前記セラミック焼結体は角板状であり、前記スル
   ーホールは、該セラミック焼結体の主面の外周辺のいず
   れかに平行な中心線上またはその近傍に配置されている
   、特許請求の範囲第１項記載の電歪効果装置。