JPH047908A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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の表土
面に入力電極５３と出力電極５４を近接させて配置し、
表土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］ しかしながら、ＴＢ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ポアソン比が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
材料のポアソン比によって分散曲線が変化する。第５図
（ａ）は（実効）ポアソン比が１７３以上の場合のＴＥ
モード基本波の分散曲線、第５図（ｂ）は（実効）ポア
ソン比が１７３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ｋ（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ｆ１１が無電極部における基本波の遮断周波
数ｆｌｏよりも低下している（ｆｔ＋＜ｆ＋。）。

第５図（ａ）に示すように、ポアソン比が１７３′以上
の場合には、遮断周波数ｆｌｌよりも寓い周波数で電極
部における波数ｋが実数となり、遮断周波数ｆＩｏ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、ｆ　ＩＩ＜　ｆ　＜　ｆ　、。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、ポアソン比が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よりも低い周
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ｆ　ｚ＜　ｆ　、。であるので、こ
の場合には電極部で波数が実数で、且つ無電極部で波数
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）ポアソン比
が１７３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
衰量の大ぎ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、ポアソン比が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。

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モモ−１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。

口課題を解決するための手段コ 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ほぼ中央にアース電極を形成し、こ
のアーク電極に対向させて圧電基板の一方主面に第一の
入力電極及び出力電極を形成し、前記アース電極に対向
させて圧電基板の他方主面に第二の入力電極及び出力電
極を形成し、前記第一及び第二の入力電極を互いに導通
させると共に前記第一及び第二の出力電極を互いに導通
させたことを特徴としている。

［作用］ 本発明にあっては、圧電基板の中央にアース電極を形成
し、圧電基板の両主面に第一の入出力電極と第二の入出
力電極をそれぞれ形成したので、第一の入出力電極とア
ース電極の距離および第二の入出力電極とアース電極の
距離がいずれも素子厚みの１７２となり、３端子圧電共
振子においてＴＥモモ−１倍波の振動を励振することか
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、ポアソン比が１／３以上の圧電材料
を用いる必要があったが、ＴＢ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１７３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
となく使用周波数な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、本発明の圧電共振子は、第一の入出力電極とア
ース電極からなる３端子圧電共振子と、第二の入出力電
極とアース電極からなる３端子圧電共振子とを並列に接
続したものと等価な構造となっており、共振子の帯域幅
を広くすることができる。

［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）、・１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と
対向させて入力電極３及び出力電極４が設けられ、表主
面にはアース電極２と対向させて入力電極５及び出力電
極θが設けられている。表主面の入力電極３及び出力電
極４は互いに一定距離離間させてあり、表主面の入力電
極Ｓ及び出力電極６も互いに一定距離離間させてあり、
表裏主面の入力電極３．５同士は互いに対向しており、
表裏主面の出力電極４，６も互いに対向している。さら
に、表裏主面の入力電極３，５同士は互いに導通させら
れていて外部用の入力端子に接続されている。同様に、
表裏主面の出力電極４，６同士は互いに導通させられて
いて外部用の出力端子に接続されている。

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、アース電極２及び各入出力電極３゜４．５．８は、
圧電基板ｌ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、各入出力電極３，４又は５，６は、互いに
同じ電極面積を有し、分離し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を形成しであるので、基
本波の１７２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ない領域での分散
曲線、破線口は電極の設けられている領域での分散曲線
である。ＴＥモモ−１倍波では、ＴＥモード基本波と異
なり、ポアソン比が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。しだが
って、ＴＥモモ−１倍波の場合には、電極部における２
倍波の遮断周波数ｆ２□と無電極部における２倍波の遮
断周波数ｆ２゜の間の周波数ｆ　Ｃｆ２□くｆ＜ｆａｏ
）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、ポ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
用いることのでとなかったポアソン比が１ノ３以下の圧
電材料（例えば、ＰｂＴｉＯｓ、　ＬｉＴａＯ５，Ｌｉ
ＮｂＯ５，ＬｉＪ４０を等）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
圧電材料や、阻止帯域における減衰量を大きくできるよ
うな圧電材料を選択することできる。

さらに、このような圧電共振子の構造によれば、共振子
の帯域幅が広がり、広帯域の２倍波共振子を製作するこ
とができた。これは、表主面の入出力電極３，４とアー
ス電極２によって形成された素子厚゛みが１／２の圧電
共振子と、裏主面の入出力電極５，６とアース電極２に
よって形成された素子厚みが１７２の圧電共振子とを並
列に接続したのと等価な構造となっているため等である
と考えられる。

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とると共に、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くく、
またグリーンシー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で
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枚のグリーンシート７．８
のうち、一方のグリーンシート７の上面に電極ペースト
８を印刷して入力電極３及び出力電極４となる電極パタ
ーン３ａ、４ａを形成し、他方のグリーンシート８の上
面にアース電極２となる電極パターン２ａを形成すると
共にグリーンシート８の下面に入力電極５及び出力電極
６となる電極パターン５ａ、８ａ　（第２図では、グリ
ーンシート８の下面を表す破線の枠内に投影して示しで
ある。）を形成する。この後、各電極パターン２ａ〜θ
ａの位置を合わせてグリーンシート７．８を第２図の状
態のまま積層し、圧着させ、焼成し、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であるが
、外部電極との接続をとるための引ぎ出し電極やリード
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、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。

また、本発明の圧電共振子は、上記実施例の他にも、適
宜設計変更が可能であり、図示しないが、アース電極の
上下で圧電基板の分極方向を逆向きにしても差し支えな
い。さらに、圧電基板の表裏で互いに入力電極と出力電
極とが対向するようにしてもよい。

［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ポアソ
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、２つの２倍波圧電共振子
を並列に接続したのと等価な構造を有しており、共振子
の帯域幅を広くすることができ、広帯域用の２倍波圧電
共振子を製作することができる。

【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ポアソン
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である。 １・・・圧電基板　　　　２・・・アース電極３．６・
・・入力電極 ４．６・・・出力電極 Ｐ・・・分極方向を表すベクトル 特許出願人　株式会社　村田製作所 第 図 届ｙＬ数 第 図 、ｇｌ濃数 第４ 図 図 （ｂ） １ｍ（Ｋ） Ｒｅ（Ｋ）

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ほぼ中央にアース電極を形成し、こ
   のアース電極に対向させて圧電基板の一方主面に第一の
   入力電極及び出力電極を形成し、前記アース電極に対向
   させて圧電基板の他方主面に第二の入力電極及び出力電
   極を形成し、前記第一及び第二の入力電極を互いに導通
   させると共に前記第一及び第二の出力電極を互いに導通
   させたことを特徴とする圧電共振子。