JP2000315932A - 積層型圧電共振子とその特性調整方法およびそれを用いたラダー型フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層型圧電共振子の外形寸法や、基体を作製
するためのマザー基板の設計変更を行うことなく、所望
の容量を得ることができる積層型圧電共振子およびその
特性調整方法を得る。 【解決手段】 積層型圧電共振子１０は、圧電体層１４
と内部電極１６とを積層した基体１２を含む。圧電体層
１４と内部電極１６との積層面は、基体１２の長手方向
に対して直交しないように角度をもって形成される。内
部電極１６を交互に絶縁体１８，２０で被覆し、外部電
極２２，２４を形成することにより、隣接する内部電極
１６を外部電極２２，２４に交互に接続する。このよう
な基体１２を得るために、圧電体層と内部電極とを積層
したマザー基板を、積層面に直交しないように角度をも
って切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は積層型圧電共振子
に関し、特にたとえば、圧電体層と内部電極とを積層し
た基体を有する長さ振動モードで振動する積層型圧電共
振子とその特性調整方法およびそれを用いたラダー型フ
ィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の積層型圧電共振子は、た
とえば特開平１０−４３３０号に記載されている。図１
０は、従来の積層型圧電共振子の一例を示す図解図であ
る。積層型圧電共振子１は、直方体状の基体２を含む。
基体２は、複数の圧電体層３と複数の内部電極４とを積
層することによって形成される。これらの圧電体層３お
よび内部電極４の積層面は、基体２の長手方向に直交す
るように配置される。基体２の一方面側において、内部
電極４の露出部が、１つおきに絶縁体５ａで被覆され
る。また、基体２の他方面側において、絶縁体５ａで被
覆されていない内部電極４の露出部が、１つおきに絶縁
体５ｂで被覆される。さらに、基体２の一方面および他
方面には外部電極６ａ，６ｂが形成される。基体２の両
面には、絶縁体５ａ，５ｂが形成されているため、外部
電極６ａ，６ｂには、隣接する内部電極４が交互に接続
される。この積層型圧電共振子１では、図１０の矢印で
示すように、隣接する圧電体層３が、基体２の長手方向
に向かって、互いに逆向きとなるように分極される。

【０００３】このような積層型圧電共振子１を製造する
には、図１１に示すように、複数の圧電体層３と内部電
極４とを積層した大きいマザー基板７が形成される。そ
して、図１１の点線で示すように、マザー基板７が、圧
電体層３と内部電極４との積層面に直交する向きに切断
される。このように、マザー基板７を切断することによ
り、基体２が形成される。さらに、基体２の対向面に絶
縁体５ａ，５ｂが形成され、外部電極用材料を塗布した
のち焼き付けることにより、積層型圧電共振子１が形成
される。

【０００４】このような積層型圧電共振子１では、外部
電極６ａ，６ｂを入出力端子として信号を入力すること
により、隣接する内部電極４間に互いに逆向きの電界が
与えられる。隣接する圧電体層３は互いに逆向きに分極
されているため、与えられた電界によって、基体２が全
体として長さ振動モードで振動し、圧電共振子として使
用することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】複数の積層型圧電共振
子を直列および並列にラダー型に接続することにより、
ラダー型フィルタが形成される。このようなラダー型フ
ィルタでは、直列用の積層型圧電共振子と並列用の積層
型圧電共振子との容量比を調整することによって減衰量
を調整することができる。そのため、ラダー型フィルタ
においては、所望の特性を得るために、並列用の積層型
圧電共振子の容量が直列用の積層型圧電共振子の容量よ
り大きくなるように設計されている。したがって、ラダ
ー型フィルタの特性を調整するためには、積層型圧電共
振子の容量を調整する必要がある。このような場合に、
たとえば積層する内部電極の数や内部電極間の距離、あ
るいは圧電体層自体の誘電率を変えるなどの方法によ
り、積層型圧電共振子の容量が調整される。

【０００６】このような調整を行うには、基体を作製す
るためのマザー基板の設計変更が必要となる場合があ
る。しかも、積層型圧電共振子の容量の調整を行う場合
においても、製品構造上の制約により、積層型圧電共振
子の外形寸法を変更できない場合がある。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、マ
ザー基板の設計変更や外形寸法の変更を行うことなく、
所望の容量を得ることができる積層型圧電共振子および
その特性調整方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の圧電
体層と複数の内部電極とを長手方向に積層した基体と、
内部電極に接続される２つの外部電極とを含み、圧電体
層および内部電極の積層面が基体の長手方向に対して直
交しないように積層された、積層型圧電共振子である。
また、この発明は、複数の圧電共振子を直列および並列
となるようにラダー型に接続したラダー型フィルタであ
って、少なくとも並列用の圧電共振子として上述の積層
型圧電共振子が用いられる、ラダー型フィルタである。
さらに、この発明は、複数の圧電体層と複数の内部電極
とを長手方向に積層した基体と、内部電極に接続される
２つの外部電極を含む積層型圧電共振子の特性調整方法
であって、圧電体層および内部電極の積層面が基体の長
手方向に対して直交しないようにその角度を調整する工
程を含む、積層型圧電共振子の特性調整方法である。こ
の場合、圧電体層と内部電極とを積層したマザー基板を
その積層面に対して直交しない角度で切断することによ
り基体を形成することにより、基体の長手方向と積層面
との角度を調整することができる。

【０００９】圧電体層と内部電極との積層面が基体の長
手方向に直交しないようにすることにより、基体に対す
る積層面の角度によって内部電極の対向面積を変えるこ
とができる。それにより、積層型圧電共振子の容量を変
えることができる。基体に対する積層面の角度の変更
は、圧電体層と内部電極とを積層したマザー基板の切断
角度を変えることにより行うことができ、マザー基板の
設計変更などを必要としない。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の積層型圧電共振
子の一例を示す図解図である。積層型圧電共振子１０
は、たとえば直方体状の基体１２を含む。基体１２は、
複数の圧電体層１４および複数の内部電極１６を積層す
ることによって形成される。圧電体層１４および内部電
極１６の積層面は、基体１２の長手方向に対して直交し
ないように角度をもって配置される。隣接する圧電体層
１４は、図１の矢印に示すように、基体１２の長手方向
に向かって互いに逆向きとなるように分極される。

【００１２】基体１２の一方側面においては、内部電極
１６の露出部が、１つおきに絶縁体１８で被覆される。
また、基体１２の他方側面においては、基体１２の一方
側面において絶縁体１８で被覆されていない内部電極１
６の露出部が絶縁体２０で被覆される。さらに、基体１
２の絶縁体１８，２０形成面において、それぞれ外部電
極２２，２４が形成される。したがって、外部電極２
２，２４には、隣接する内部電極１６が交互に接続され
る。

【００１３】このような積層型圧電共振子１０を製造す
るには、図２に示すように、圧電体層１４と内部電極１
６とを積層した大きいマザー基板３０が準備される。マ
ザー基板３０を作製するには、たとえば圧電体層となる
セラミックグリーンシートと電極材料とを積層し、焼成
することによってセラミックの層と内部電極１６とが形
成される。そして、隣接するセラミック層が互いに逆向
きとなるように分極させることにより、圧電体層１４が
形成される。このようにして得られたマザー基板３０
が、図２の点線で示すように、マルチワイヤーソウなど
によって、積層面と直交しないように角度をもって切断
される。さらに、図３に示すように、得られた切断片の
端部を切り落とすことによって、基体１２が形成され
る。そして、基体１２の対向側面に絶縁体１８，２０を
形成し、さらに外部電極２２，２４を形成することによ
り、積層型圧電共振子１０が作製される。

【００１４】このような積層型圧電共振子１０では、外
部電極２２，２４を入出力端子して信号を入力すること
により、隣接する内部電極１６間に電界が与えられる。
このとき、隣接する内部電極１６が交互に外部電極２
２，２４に接続されているため、隣接する圧電体層１４
には逆向きの電界が与えられる。そして、隣接する圧電
体層１４は、互いに逆向きに分極されているため、信号
が入力されることによって、基体１２全体として長さ振
動モードで振動する。

【００１５】この積層型圧電共振子１０では、基体１２
の長手方向と積層面との角度θによって、内部電極１６
の対向面積が変わり、それに伴って積層型圧電共振子１
０の容量も変わる。この角度θと積層型圧電共振子１０
の容量との関係を図４に示す。図４では、角度θが９０
°のときの容量を基準として、角度θと容量比との関係
を示してある。図４からわかるように、角度θが大きく
なるにしたがって、積層型圧電共振子１０の容量が大き
くなっている。

【００１６】なお、積層型圧電共振子１０としては、図
５に示すように、基体１２の１つの側面に２つの外部電
極２２，２４を形成することもできる。このような積層
型圧電共振子１０では、基体１２の１つの側面の幅方向
の中央部において、基体１２の長手方向に延びる溝２６
が形成される。溝２６の一方側においては、内部電極１
６の露出部が１つおきに絶縁体１８で被覆される。ま
た、溝２６の他方側においては、一方側で絶縁体１８で
被覆されていない内部電極１６の露出部が絶縁体２０で
被覆される。そして、溝２６の両側に、外部電極２２，
２４が形成される。このような積層型圧電共振子１０に
おいても、図１に示す積層型圧電共振子と同様に、外部
電極２２，２４に信号を入力することにより、長さ振動
モードで振動させることができる。

【００１７】このような積層型圧電共振子１０を用い
て、図６に示すように、ラダー型フィルタを形成するこ
とができる。ラダー型フィルタ４０は、絶縁体基板４２
を含む。絶縁体基板４２上には、４つのパターン電極４
４，４６，４８，５０が形成される。パターン電極４
４，４６，４８は、絶縁体基板４２の一端側に引き出さ
れ、パターン電極５０は絶縁体基板４２の他端側におい
て、絶縁体基板４２の端部に沿って延びるように形成さ
れる。

【００１８】さらに、パターン電極４４，４６，４８と
パターン電極５０との間において、間隔を隔てて配置さ
れる５つのランド５２，５４，５６，５８，６０が形成
される。１番目のランド５２はパターン電極４４に接続
され、２番目および５番目のランド５４，６０はパター
ン電極５０に接続され、３番目のランド５６はパターン
電極４６に接続され、４番目のランド５８はパターン電
極４８に接続される。

【００１９】これらのランド５２〜６０上に、４つの積
層型圧電共振子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが取り
付けられる。そして、図７に示すように、積層型圧電共
振子１０ａ〜１０ｄが、直列および並列となるようにラ
ダー型に接続されている。この場合、積層型圧電共振子
１０ａ〜１０ｄの外部電極２２，２４の中央部に導電部
材６２が形成され、この導電部材６２がランド５２〜６
０に接続される。このように、積層型圧電共振子１０ａ
〜１０ｄを絶縁体基板４２から浮かせることによって、
積層型圧電共振子１０ａ〜１０ｄの振動のための空間を
確保することができる。さらに、絶縁体基板４２上に
は、積層型圧電共振子１０ａ〜１０ｄを覆うようにし
て、金属製のキャップ６４が被せられる。なお、キャッ
プ６４によってパターン電極４４〜５０が短絡しないよ
うに、絶縁体基板４２上のキャップ６４が接触する部分
に、絶縁膜が形成される。

【００２０】このようなラダー型フィルタ４０では、直
列用の積層型圧電共振子１０ａ，１０ｄと並列用の積層
型圧電共振子１０ｂ，１０ｃとの容量比を調整すること
によって減衰量を調整することができる。そのため、ラ
ダー型フィルタ４０においては、所望の特性を得るため
に、並列用の積層型圧電共振子１０ｂ，１０ｃの容量が
直列用の積層型圧電共振子１０ａ，１０ｄの容量より大
きくなるように設計されている。このようなラダー型フ
ィルタ４０において、たとえば並列用の積層型圧電共振
子１０ｂ，１０ｃの容量を調整することにより容量比が
調整されるが、これらの積層型圧電共振子１０ｂ，１０
ｃの基体１２の長手方向と積層面との間の角度θが調整
される。

【００２１】ラダー型フィルタ４０では、図８に示すよ
うな減衰特性を有するが、並列用の積層型圧電共振子１
０ｂ，１０ｃの容量を調整することによって減衰量を調
整することができる。並列用の積層型圧電共振子１０
ｂ，１０ｃにおいて、基体１２の長手方向と積層面との
角度θを変化させて、ラダー型フィルタ４０の減衰量を
測定し、その結果を図９に示した。図９からわかるよう
に、並列用の積層型圧電共振子１０ｂ，１０ｃの角度θ
を９０°から小さくするにしたがってその容量が大きく
なり、直列用の積層型圧電共振子１０ａ，１０ｄとの容
量比が大きくなって、減衰量が大きくなっていることが
確認された。

【００２２】このように、この発明の積層型圧電共振子
１０では、基体１２の長手方向と積層面との角度θを変
えることにより、簡単に容量の調整を行うことができ、
ラダー型フィルタの減衰量の調整などに役立てることが
できる。しかも、容量の調整を行うために、基体１２を
形成するためのマザー基板３０の設計を変更することな
く、その切断角度を変えるだけで容量の調整ができる。
もちろん、この発明の積層型圧電共振子１０をラダー型
フィルタ４０に用いる場合、並列用の積層型圧電共振子
１０ｂ，１０ｃだけでなく、直列用の積層型圧電共振子
１０ａ，１０ｄにも用いることができる。さらに、この
発明の積層型圧電共振子１０は、１つの積層型圧電共振
子のみを用いる発振子やディスクリミネータなどにも適
用可能である。

【００２３】

【発明の効果】この発明によれば、基体の長手方向と積
層面との間の角度を調整することにより、積層型圧電共
振子の容量を調整することができる。しかも、このよう
な調整は、マザー基板の切断角度を変えるだけでよく、
マザー基板の設計を変更する必要がない。したがって、
容量を調整した積層型圧電共振子を使用することによ
り、ラダー型フィルタの減衰量を調整することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の積層型圧電共振子の一例を示す図解
図である。

【図２】図１に示す積層型圧電共振子の基体を形成する
ためのマザー基板とその切断方向を示す図解図である。

【図３】図２に示すマザー基板から切りだした基体を示
す図解図である。

【図４】基体の長手方向と積層面との間の角度を変化さ
せたときの容量変化を示すグラフである。

【図５】この発明の積層型圧電共振子の他の例を示す図
解図である。

【図６】図５に示す積層型圧電共振子を用いたラダー型
フィルタを示す分解斜視図である。

【図７】図６に示すラダー型フィルタの回路図である。

【図８】図６に示すラダー型フィルタの減衰特性を示す
グラフである。

【図９】図６に示すラダー型フィルタに用いられる並列
用の積層型圧電共振子において、基体の長手方向と積層
面との間の角度を変化させたときの減衰量の変化を示す
グラフである。

【図１０】従来の積層型圧電共振子の一例を示す図解図
である。

【図１１】図１０に示す従来の積層型圧電共振子の基体
を形成するためのマザー基板とその切断方向を示す図解
図である。

【符号の説明】

１０ 積層型圧電共振子 １２ 基体 １４ 圧電体層 １６ 内部電極 １８，２０ 絶縁体 ２２，２４ 外部電極 ３０ マザー基板

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年１月２８日（２０００．１．２
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の積層型圧電共振
子の一例を示す図解図である。積層型圧電共振子１０
は、たとえば直方体状の基体１２を含む。基体１２は、
複数の圧電体層１４および複数の内部電極１６を積層す
ることによって形成される。圧電体層１４および内部電
極１６の積層面は、基体１２の長手方向に対して直交し
ないように角度をもって配置される。隣接する圧電体層
１４は、図１の矢印に示すように、内部電極１６に対し
て直交する方向に向かって互いに逆向きとなるように分
極される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の圧電体層と複数の内部電極とを長
   手方向に積層した基体、および前記内部電極に接続され
   る２つの外部電極を含み、 前記圧電体層および前記内部電極の積層面が前記基体の
   長手方向に対して直交しないように積層された、積層型
   圧電共振子。
2. 【請求項２】 複数の圧電共振子を直列および並列とな
   るようにラダー型に接続したラダー型フィルタであっ
   て、 少なくとも並列用の圧電共振子として請求項１に記載の
   積層型圧電共振子が用いられる、ラダー型フィルタ。
3. 【請求項３】 複数の圧電体層と複数の内部電極とを長
   手方向に積層した基体、および前記内部電極に接続され
   る２つの外部電極を含む積層型圧電共振子の特性調整方
   法であって、 前記圧電体層および前記内部電極の積層面が前記基体の
   長手方向に対して直交しないようにその角度を調整する
   工程を含む、積層型圧電共振子の特性調整方法。
4. 【請求項４】 圧電体層と内部電極とを積層したマザー
   基板をその積層面に対して直交しない角度で切断するこ
   とにより前記基体が形成される、請求項３に記載の積層
   型圧電共振子の特性調整方法。