JPH0352316A - 圧電共振子 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、厚み縦振動の２倍波を用いたエネルギー閉じ
込め型の３端子（二重モード）圧電共振子に関する． ［背景技術］ 第４図に示すものは、厚み縦振動（以下、ＴＥモードと
記す）を用いた従来のエネルギー閉じ込め型の３端子（
二重モード）圧電フィルターである．この圧電フィルタ
ーにあっては、厚み方向に分極した圧電基板５１の表主
面に入力電極５３と出力電極５４を近接させて配置し、
裏主面に入力及び出力電極５３．５４と対向させてアー
ス電極５２を形成してあり、ＴＥモード基本波を用いる
構造となっている．なお、第４図の矢印は、分極方向を
示している． ［発明が解決しようとする課題コ しかしながら、ＴＥモード基本波を用いた圧電フィルタ
ーの場合には、エネルギー閉じ込めを実現するためには
、圧電基板用材料としてボアソン比が１７３以上のもの
を用いる必要があった．つまり、ＴＥモード基本波の場
合には、第５図（ａ）（ｂ）に示すように、圧電基板用
材料のボアソン比によって分散曲線が変化する．第５図
（ａ）はく実効〉ボアソン比が１／３以上の場合のＴＥ
モード基本波の分散曲線、第５図（ｂ）はく実効）ボア
ソン比が１／３以下の場合のＴＥモード基本波の分散曲
線であり、それぞれ縦軸は周波数ｆ、横軸は波数？（右
半分はｋの実数領域、左半分はｋの虚数領域〉である．
また、それぞれ実線ハは入出力電極やアース電極を設け
られていない無電極部における分散曲線、破線二は表面
に電極を形成された電極部における分散曲線であり、電
極部では圧電反作用や電極の質量負荷効果のために分散
曲線が低周波数側ヘシフトし、電極部における基本波の
遮断周波数ｆｌＯが無電極部における基本波の遮断周波
数ｆｉｔよりも低下している（ｆｒ＋　＜　ｆ＋ｏ）　
．第５図（ａ）に示すように、ボアソン比が１７３以上
の場合には、３Ｉ！断周波数ｆｌ．１よりも高い周波数
で電極部における波数ｋが実数となり、遮断周波数ｆｌ
ｏよりも低い周波数では無電極部における波数ｋが虚数
となるので、ｒ■■＜ｆ＜ｆ１ｏの範囲の周波数ｆにお
いては、電極部で振動の伝搬モードが存在するが、無電
極部では振動が伝わらず減衰し、振動エネルギーの電極
部近傍における閉じ込めが実現する。

これに対し、ボアソン比が１／３以下の場合には、第５
図（ｂ）に示すように、遮断周波数ｆｌｌよ？も低い周
波数で電極部における波数ｋが実数となり、遮断周波数
ｆｌｏよりも高い周波数では無電極部における波数ｋが
虚数となり、しかも　ｆ１■〈ｆｌｏであるので、この
場合には電極部で波数が実数となり、無電極部で波数が
虚数となる周波数領域は存在せず、振動エネルギーの閉
じ込めは不可能である． したがって、ＴＥモード基本波を用いた圧電フィルター
においては、エネルギー閉じ込めを実現するためには、
ＰＺＴ系圧電セラミックスのように（実効）ボアソン比
が１／３以上の圧電材料を用いる必要があり、圧電基板
として使用可能な材料が限られていた。このため、温度
特性の良好な圧電材料、Ｑの高い材料、低損失材料、減
衰量の大きな材料など圧電基板用材料として好ましいも
のがあっても、ボアソン比が１７３以下の場合には使用
できず、十分な特性のフィルター等を得難かった。

また、第４図のような構造の圧電フィルターの使用周波
数を大きくするには、素子厚みを薄くすればよいが、高
周波域で使用できるようにすると、素子厚みが薄くなり
過ぎ、製造工程における加工や取り扱いが困難になると
いう問題があった．このため、使用周波数に限界があっ
た．さらに、第４図のような３端子圧電フィルターにあ
っては、入力電極と出力電極とが接近しているので、入
出力間のストレー容量が大きくなり、このストレー容量
を通して入出力間での信号の漏れが生じ易くなり、阻止
帯域における減衰量Ａが小さいという欠点があった。ま
た、ストレー容量を小さくするために、入出力電極間の
距離を大きくする方法は、フィルター特性に影響が生じ
るので、有効でなかった。

しかして、本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところはＴＥモード２倍
波の振動を利用可能な構造を備えたエネルギー閉じ込め
型の３端子圧電共振子を提供し、それによって上記従来
例の欠点を解消することにある。

［課題を解決するための手段］ このため、本発明の圧電共振子は、厚み縦振動モードを
利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子であって、
圧電基板の厚み方向中央層にアース電極を形成し、この
アース電極の一部に対向させて圧電基板の一方主面に入
力電極を形或し、前記アース電極の他部に対向させると
共に前記入力電極と対向しないようにして圧電基板の他
方主面に出力電極を形成したことを特徴としている．［
作用］ 本発明にあっては、圧電基板の両主面に互いに対向しな
いようにして入力電極と出力電極とを設け、入出力電極
間において圧電基板の中央層にアース電極を形成したの
で、入力電極とアース電極の距離および出力電極とアー
ス電極の距離が素子厚みの１７２となり、３端子圧電共
振子においてＴＥモード２倍波の振動を励振することが
できるようになった． ＴＥモード基本波の場合には、エネルギー閉じ込めを実
現する条件として、ボアソン比が１／３以上の圧電材料
を用いる必要があったが、ＴＥモードの２倍波振動を利
用すれば、このような制限を受けない。したがって、ポ
アソン比が１／３以下であるために従来使用することの
できなかった圧電基板用材料も使用可能になり、従来よ
り広い範囲の圧電材料の中から圧電基板用材料を選択で
きるようになる。このため、これまで用いられている材
料よりも例えばＱが高く、温度特性のよい圧電基板用材
料を用いることができ、より温度特性が良好で、低損失
かつ減衰量の大きな３端子圧電共振子を製造できるよう
になる。

また、２倍波モードを用いれば、素子厚みを薄くするこ
となく使用周波数を２倍にできるので、基板強度が増し
、高周波用の３端子圧電共振子の製造や加工等が容易に
なる。

さらに、本発明にあっては．入力電極と出力電極とを圧
電基板の両面に分離して設け、しがち入出力電極間にア
ース電極を配置して入出力電極間を電気的にシールドし
ているので、入出力間のストレー容量を小さくでき、阻
止帯域における減衰量の大きな３端子圧電共振子を得る
ことができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する． 第１図は、本発明の一実施例の圧電共振子を示している
．圧電性セラミックスの焼成品である圧電基板１は、全
体にわたって厚み方向に分極処理を施されており（分極
方向を矢印Ｐで示す）、電極へ信号を印加することによ
り厚み縦振動を励振されるようになっている．圧電基板
１の内部の厚み方向中央層には、アース電極２が形成さ
れており、圧電基板１の表主面にはアース電極２の片側
半面と対向させて入力電極３が設けられ、裏主面にはア
ース電極２の他方半面と対向させて出力電８ｉｉ４が設
けられている。この圧電共振子はエネルギー閉じ込め型
共振子であるので、アース電ｆ！２及び入出力ＩＥｍ３
．４は、圧電基板１の主面よりも小さな面積を有し、圧
電基板１の端縁にまで至らないように設けられている（
第２図参照〉。また、アースｔ５２と対向している入出
力電極３，？は、互いに同じ電極面積を有し、重複しな
いよう位置をずらせて対称的に配置されているので、対
称モードと反対称モードの振動が励振される二重モード
共振子となっている．さらに、圧電基板１の素子厚みの
中央層にアース電極２を形成してあるので、基本波の１
／２の波長を有する２倍波振動を励振する． このようなＴＥモードの２倍波に対する分散曲線の概略
を第３図に示す。縦軸は周波数ｆ、横軸は波数ｋ（横軸
の右半分は実数領域、左半分は虚数領域〉であり、実線
イは圧電共振子の電極の設けられている領域での分散曲
線、破線口は電極の設けられていない領域での分散曲線
である，ＴＥモード２倍波では、ＴＥモード基本波と異
なり、ボアソン比が１／３以下の場合も　１／３以上の
場合も同様に第３図のような分散曲線で表される。した
がって、ＴＥモード２倍波の場合には、電極部における
２ｍ波の３１断周波数ｆ２■と無ｔ極部における２倍波
の遮断周波数ｆ２０の間の周波数ｆ（ｆｚｚ＜　ｆ　＜
　ｆｚｏ　）では、電極部において波数ｋが実数となり
、無電極部において波数ｋが虚数となり、ボアソン比の
値に拘らず振動エネルギーの閉じ込めが実現される．よ
って、従来用いることのできなかったボアソン比が１７
３以下の圧電材料（例えば、ＰｂＴｉ０３，　ＬｉＴａ
０３，　ＬｉＮｂ０３，　Ｌｉ２Ｂ４０７等）を用いる
ことができるようになり、多くの材料の中から用途に適
したものを選択することができ、例えばＱの高い材料や
温度特性の良好な材料を用いることができるようになり
、圧電共振子の温度特性の向上を図ることができる．ま
た、より低損失の圧電共振子や、減衰量Ａの一層大きな
圧電共振子を製作することができる。

さらに、入出力電極３．４は圧電基板１の両主面に離し
て配置されており、しかも中間のアース電極２によって
電気的にシールドされているので、入出力間のストレー
容量を小さくでき、入力信号の出力側への漏れを少なく
して阻止帯域における減衰量を大きくすることができ、
フィルターとして用いた場合などの特性を良好にするこ
とができる． しかも、２倍波を用いれば、素子厚みが同じであれば２
倍の共振周波数を持つ圧電共振子を製作でき、また同じ
共振周波数であれば素子厚みを２倍にできるので、高周
波用の圧電共振子を容易に実現できると共に、その製造
工程においても加工中の割れや欠けなどが生じに＜＜、
またグリーンシ一トの取り扱いも容易になるなど、製造
を容易に行える． 第２図には、上記圧電共振子の製造方法の一例を示して
ある．まず、通常のドクターブレード法等によって成形
された圧電セラミックスの２枚のグリーンシ一ト５，６
のうち、一方のグリーンシ一ト５の上面に電極〜ペース
ト７を印刷して入力ｔｆｉ３となるｔ極パターン３ａを
形成し、他方のグリーンシ一ト６の上面にアース電ｆ！
２となる電極パターン２ａを形成すると共にグリーンシ
一ト６の下面に出力電極４となる電極パターン４ａ（第
２図では、グリーンシ一ト６の下面を表す破線の枠内に
投影して示してある．〉を形成する．この後、各電極パ
ターン３ａ，２ａ，４ａの位置を合わせてグリーンシ一
ト５，６を第２図の状態のまま積層し、圧着させ、焼戒
し、さらに分極処理を施して素子厚み方向に全体を分極
させ、圧電共振子を製作する． なお、上記の圧電共振子はエレメント状態のものであり
、電子部品として用いられる場合には、両面に保護基板
を貼り合わせて両端に外部電極を形成したチップ型部品
としたり、リード端子を取り付けて外装樹脂により外装
されたりするものである。また、第１図では、入出力電
極やアース電極に外部結線を施したように表してあるが
、外部電極との接続をとるための引き出し電極やリード
端子を半田付けするための電極部は、圧電基板の表面に
入出力電極等と一体に形成されるのが、一般的である．
さらに、上記実施例では、電極パターンは、電極ペース
トの印刷によって形成したが、スパッタリングや真空蒸
着等の方法で形成してもよい． ［発明の効果］ 本発明によれば、ＴＥモード２倍波を用いたエネルギー
閉じ込め型の３端子圧電共振子を製作することができる
ようになった。このため、圧電基板用材料としてボアソ
ン比が１／３以下のものを用いることができ、より多く
の材料の中から用途に適したものを選択でき、３端子圧
電共振子の温度特性の向上、低損失化、減衰量の増大等
を図ることができる．また、３端子圧電共振子の限界周
波数を大きくでき、高周波用共振子の製造を容易にでき
る。しかも、本発明によれば、アース電極に入力電極と
出力電極との間のシールド作用を持たせることができ、
入出力間のストレー容量を小さくして３端子圧電共振子
の阻止帯域における減衰量を大きくすることができ、優
れた特性の圧電共振子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同上
の製造過程を示す斜視図、第３図は同上の電極部及び無
電極部の分散曲線を示す概略図、第４図は従来例の断面
図、第５図（ａ）（ｂ）は同上の圧電共振子のボアソン
比が１７３よりも大きい場合と小さい場合のそれぞれの
分散曲線を示す概略図、第６図は同上の圧電フィルター
のフィルター特性を示す図である． １・・・圧電基板 ２・・・アース電極 ３・・・入力電極 ４・・・出力電極 Ｐ・・・分極方向を表すベクトル 第 ２ 図 ３０ 第 ３ 図 周濃鉄 ｆ 第４ 図 周Ｂ数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）厚み縦振動モードを利用したエネルギー閉じ込め
   型の圧電共振子であって、 圧電基板の厚み方向中央層にアース電極を形成し、この
   アース電極の一部に対向させて圧電基板の一方主面に入
   力電極を形成し、前記アース電極の他部に対向させると
   共に前記入力電極と対向しないようにして圧電基板の他
   方主面に出力電極を形成したことを特徴とする圧電共振
   子。