JP2000295068A

JP2000295068A - 圧電共振子

Info

Publication number: JP2000295068A
Application number: JP11102954A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 隆山本; Yasushi Funaki; 裕史舟木
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【目的】強度を低下させることなく、また圧電板に用
いる圧電材料を変えることなく、端子間容量だけを大き
くすることができる圧電共振子を提供する。【解決手段】厚み方向に分極した複数の圧電板１２と
複数の電極膜１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとを交互
に積層して積層体を形成する。電極膜１３ａ、１３ｂ、
１３ｃ、１３ｄは、１層毎に反対方向へ片寄っている。
積層体の両端面の中央に位置する節点に端面電極１４
ａ、１４ｂを形成し、一方の端面電極１４ａにより電極
膜１３ａ及び１３ｃを電気的に接続し、他方の端面電極
１４ｂにより電極膜１３ｄ及び１３ｂを電気的に接続す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電共振子に関し、
特に、拡がり振動を利用した圧電共振子に関する。

【０００２】

【従来の技術】拡がり振動を利用した従来の圧電共振子
１の構造を図１に示す。この圧電共振子１は、厚みＴと
なるように圧電板２を研磨し、その圧電板２の両主面に
電極膜３ａ、３ｂを形成し、分極処理によって圧電板２
をその厚み方向に分極させたものである。圧電共振子１
の厚みをＴ、辺長をＬ１、Ｌ２とするとき、この圧電共
振子１の端子間容量（電極間容量）Ｃfは、次の(1)式で
与えられる。Ｃf ＝（ε₀・ε_S・Ｌ１・Ｌ２）／Ｔ …(1) 但し、ε₀ ：真空中の誘電率、 ε_S ：圧電板の比誘
電率

【０００３】また、この拡がり振動の圧電共振子１の共
振周波数ｆrは、Ｌ１≒Ｌ２の条件下では、次の(2)式で
与えられる。ただし、Ｖは圧電板２中を伝搬する波動の
速度で、約２,０００ｍ／secである。よって、(2)式に
よれば、所望の共振周波数ｆrが決定すれば、圧電共振
子１の辺長Ｌ１＝Ｌ２が決まる。ｆr ＝Ｖ／Ｌ１ …(2)

【０００４】従って、所定の共振周波数ｆrの下で、圧
電共振子１の端子間容量Ｃfを大きくしようとすれば、
前記(1)式に従って、比誘電率ε_Sの大きな圧電材料を選
定するか、あるいは圧電板２の厚みＴを薄くしなければ
ならない。

【０００５】しかし、圧電板２として用いる圧電材料の
比誘電率を大きくすると、他の圧電定数（圧電品質係数
Ｑｍ、電気機械変換係数ｋ等）も変化するので、他の圧
電定数を変えることなく端子間容量Ｃfだけを大きくす
ることはできない。一方、圧電板２の厚みＴを薄くし過
ぎると、落下時等の外部衝撃に対して圧電共振子１が割
れ易くなるため、圧電板１２の厚みを薄くする方法では
限界があった。経験的には、Ｌ１≒Ｌ２≒４.５ｍｍ
（ｆr＝４５０ｋＨｚ）の場合で、強度限界時の厚みＴ
は約３００μｍである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の技術的
問題点を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、強度を低下させることなく、また圧電
板に用いる圧電材料を変えることなく、端子間容量だけ
を大きくすることができる圧電共振子を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段とその作用】請求項１に記
載の圧電共振子は、拡がり振動を利用した圧電共振子で
あって、複数の圧電板と複数の電極膜とを交互に積層し
て一体化し、前記電極膜の一部を互いに導通させ、残る
電極膜を互いに導通させたことを特徴としている。

【０００８】請求項１に記載の圧電共振子にあっては、
１枚の圧電板とその両面の電極膜によって拡がり振動す
る１素子が構成され、当該素子を複数積層した構造を有
しているから、圧電板の寸法や圧電材料を変えることな
く、端子間容量を大きくすることができる。

【０００９】また、請求項１に記載の圧電共振子にあっ
ては、複数の圧電板を積層一体化した構造を有している
ので、圧電板の厚みを薄くすることによって端子間容量
を大きくしても圧電板が割れにくい。従って、各圧電板
を薄くすることにより、圧電共振子の強度を低下させる
ことなく、圧電共振子の端子間容量をより大きくするこ
とができる。

【００１０】請求項２に記載の圧電共振子は、請求項１
に記載した圧電共振子において、圧電板と電極膜とを積
層一体化した積層体の外周面における節点位置に複数の
端面電極を設け、前記電極膜の一部を一部の端面電極に
よって互いに導通させ、前記残る電極膜を別な一部の端
面電極によって互いに導通させたことを特徴としてい
る。

【００１１】請求項２に記載の圧電共振子は、積層体の
外周面における節点位置に端面電極を設けているから、
端面電極によって圧電板の拡がり振動を阻害する恐れが
少ない。

【００１２】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図２は本発明
の一実施形態による拡がり振動を利用した圧電共振子１
１を示す斜視図、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）はその平面
図、側面図及び正面図である。この圧電共振子１１にあ
っては、圧電セラミックからなる奇数枚の圧電板１２と
偶数層の電極膜１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとを交
互に積層して積層体が形成されている。各圧電板１２
は、同じ辺の長さＬ１、Ｌ２で同じ厚みｔを有してお
り、いずれも厚み方向に分極処理を施されており、拡が
り振動モードの圧電振動を発生するようになっている。
図３（ｂ）では、矢印で示す各圧電板１２の分極方向は
交互に反対向きとなっているが、すべて同じ方向に分極
していてもよい。積層された電極膜のうち、外側の２層
の電極膜は表面電極１３ａ、１３ｄとなっており、圧電
板１２間に挟まれた電極膜は内部電極１３ｂ、１３ｃと
なっている。表面電極１３ａ、１３ｄ及び内部電極１３
ｂ、１３ｃは、１層毎に反対方向へ偏位させて配置され
ている。すなわち、表面電極１３ａ及び１層おきの内部
電極１３ｃは、積層体の一方端面に達しているが、他方
端面との間は離間しており、他の表面電極１３ｄ及び１
層おきの内部電極１３ｂは積層体の他方端面に達してい
るが、一方端面との間は離間している。

【００１３】積層体の両端面の中央に位置する節点（拡
がり振動のノード）には端面電極１４ａ、１４ｂが形成
されており、一方の端面電極１４ａにより一方の表面電
極１３ａと内部電極１３ｃが電気的に接続され、他方の
端面電極１４ｂにより他方の表面電極１３ｄと内部電極
１３ｂが電気的に接続されている。このように積層体の
節点に端面電極１４ａ、１４ｂを設けることにより、圧
電共振子１１の励振時に圧電板１２に発生する拡がり振
動が抑制されにくくなる。

【００１４】このような積層構造の圧電共振子１１は、
圧電板１２の積層枚数がｎ枚であるとすると、図１のよ
うな単板の圧電共振子１１をｎ個並列に接続したものと
等価であるから、この圧電共振子１１の端子間容量Ｃf
はつぎの(3)式で表わされる。Ｃf ＝ｎ（ε₀・ε_S・Ｗ１・Ｗ２）／ｔ …(3) 但し、ｔは圧電板１２の厚み、Ｗ１（≦Ｌ１）及びＷ２
（≦Ｌ２）は電極膜の重なりあっている領域の辺長、ε
₀は真空中の誘電率、ε_Sは圧電板１２の比誘電率であ
る。

【００１５】いま、図１に示したような単板構造の圧電
共振子１と図２に示したような積層構造の圧電共振子１
１を考え、両圧電共振子１、１１の外形サイズ（Ｌ１、
Ｌ２）と圧電材料（すなわち、比誘電率ε_S）が等しい
とする。また、電極膜は、圧電板１２のほぼ全面に形成
されていて、Ｌ２≒Ｗ２、Ｌ１＝Ｗ１であるとする。両
圧電共振子１、１１の厚みが等しいから、圧電共振子１
の厚みＴと圧電共振子１１の厚みｔの間には、Ｔ＝ｎｔ
の関係がある。従って、(1)式と(3)式とを比較すると、
ｎ枚の圧電板１２を積層した圧電共振子１１では、単板
構造の圧電共振子１に比較してｎ²倍の端子間容量Ｃfを
得ることができる。例えば、３枚の圧電板１２を積層し
た圧電共振子１１では、同じサイズの単板構造の圧電共
振子１と比較して９倍の端子間容量Ｃfを得ることがで
きる。従って、本発明の圧電共振子１１によれば、圧電
共振子１１の共振周波数や他の圧電特性を変化させるこ
となく大きな端子間容量Ｃfを得ることができる。さら
に、圧電板１２を１／ｎの薄さにしても積層一体化され
るので、圧電板１２が割れにくくなる。

【００１６】なお、表面電極１３ａ、１３ｄは、図４に
示す圧電共振子１５のように圧電板１２の主面全体に形
成してあってもよい。その場合には、図４に示すよう
に、積層体の端面に形成した端面電極１４ａは、端面に
おいて表面電極１３ｄと接触しないよう、積層体の一方
表面よりも引っ込めておき、端面電極１４ｂは、端面に
おいて表面電極１３ａと接触しないよう、積層体の他方
表面よりも引っ込めておく必要がある。

【００１７】（第２の実施形態）第１の実施形態では、
奇数枚の圧電板と複数枚の電極膜によって積層体を形成
していたが、偶数枚の圧電板と奇数枚の圧電膜によって
積層体を形成してもよい。図５に示す圧電共振子１６
は、後者の実施形態であり、積層体の一方端面に形成さ
れた端面電極１８ａによって表面電極１７ａ、１７ｃど
うしを接続している。また、この実施形態では、一方の
端子電極１８ａを端面全面に設け、他方の端子電極１８
ｂを節点の位置にだけ設けているが、両方の端子電極１
８ａ、１８ｂを端面全面に設けてもよく、両方の端子電
極１８ａ、１８ｂを節点の位置にだけ設けてもよい。

【００１８】また、図６に示す圧電共振子１９のよう
に、表面電極１７ａ、１７ｃの幅Ｗ１を圧電板１２の幅
Ｌ１よりも狭くして部分電極としてもよい。これは圧電
板１２が奇数枚の場合でもよく、偶数枚の場合でもよ
く、いずれにせよ圧電共振子１９の端子間容量Ｃfは、
上記(3)式で表わされる。このように表面電極１７ａ、
１７ｃの幅Ｗ１を圧電板１２の幅Ｌ１よりも小さくすれ
ば、表面電極１７ａ、１７ｃの幅Ｗ１によって端子間容
量Ｃfの値を自由に調整することができる。

【００１９】

【発明の効果】請求項１に記載の圧電共振子によれば、
拡がり振動する素子を複数積層した構造を有しているか
ら、圧電板の寸法や圧電材料を変えることなく、端子間
容量を大きくすることができる。また、複数の圧電板を
積層一体化した構造を有しているので、圧電共振子の強
度を低下させることなく、圧電板の厚みを薄くして端子
間容量を大きくすることができる。よって、本発明の圧
電共振子によれば、圧電共振子を大きくしたり、圧電特
性を変化させたりすることなく、大きな端子間容量を得
ることができる。

【００２０】請求項２に記載の圧電共振子によれば、積
層体の外周面における節点位置に端面電極を設けている
から、電極膜どうしを導通させるための端面電極によっ
て圧電板の拡がり振動を阻害する恐れが少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は従来の拡がり振動を利用した
圧電共振子の構造を示す平面図及び側面図である。

【図２】本発明の一実施形態による圧電共振子を示す斜
視図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図２の圧電共振子の
平面図、側面図及び正面図である。

【図４】別な構造の圧電共振子を示す斜視図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明の別な実施形態による
圧電共振子を示す斜視図である。

【図６】別な構造の圧電共振子を示す斜視図である。

【符号の説明】

１２圧電板１３ａ、１３ｄ、１７ａ、１７ｃ表面電極（電極膜）１３ｂ、１３ｃ、１７ｂ内部電極（電極膜）１４ａ、１４ｂ、１８ａ、１８ｂ端面電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】拡がり振動を利用した圧電共振子であっ
て、複数の圧電板と複数の電極膜とを交互に積層して一体化
し、前記電極膜の一部を互いに導通させ、残る電極膜を
互いに導通させたことを特徴とする圧電共振子。
【請求項２】圧電板と電極膜とを積層一体化した積層
体の外周面における節点位置に複数の端面電極を設け、
前記電極膜の一部を一部の端面電極によって互いに導通
させ、前記残る電極膜を別な一部の端面電極によって互
いに導通させたことを特徴とする、請求項１に記載の圧
電共振子。