JPH0532927B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、セラミツクスの厚み方向に相互に
重なり合うように配置された複数個の内部電極を
備え、厚み方向に伝播するバルク波を利用した圧
電装置、たとえばセラミツク共振子またはセラミ
ツクフイルタなどの構造の改良に関する。

発明の背景 第１図は、未だ公知ではないが、本願発明をな
す契機となつたセラミツクフイルタの一例を示す
斜視図である。セラミツクフイルタ１は、セラミ
ツクス２と、セラミツクス２内で厚み方向に相互
に重なり合うように平行に配置された複数個まの
内部電極３ａ…３ｊ，４ａ…４ｊを有する。複数
個の内部電極３ａ…４ｊのうち、内部電極３ａ…
３ｊが一方の電極群を構成し、内部電極４ａ…４
ｊが他方の電極群を構成しており、各内部電極３
ａ…４ｊは、交互に図面上左右側面に引出されて
おり、電極群ごとに、外部電極１３ａ，１３ｂ，
１４ａ，１４ｂに接続されている。セラミツクス
２は、図示のように矢印Ｐ方向に分極処理されて
おり、したがつて外部電極１３ａ，１３ｂ（１４
ａ，１４ｂ）を入力側外部電極として電圧を印加
すれば、内部電極間の距離に応じたバルク波が励
振され、該バルク波は矢印Ａで示す実線のように
セラミツクス２の厚み方向に伝播し、他方の電極
群に伝わり、該バルク波の振動に基づき、他方の
外部電極１４ａ，１４ｂ（１３ａ，１３ｂ）より
出力が取出される。

第１図に示したようなセラミツクス内に複数個
の内部電極が平行に重なり合う構成を有する圧電
装置にあつては、多数のセラミツクシートおよび
内部電極となる電極パターンを積層した後焼結し
て作成されるため、極めて小型の圧電装置を構成
することができ、また内部電極の形成方法および
分極処理の方法を変更することにより、様々なイ
ンピーダンスの圧電装置を得ることができるとい
う、大きな利点を有する。

しかしながら、セラミツクス２と空気とは密度
差が極めて大きいため、第２図に略図的正面図で
示すようにバルク波Ａが伝播するだけでなく、セ
ラミツクス２の厚み方向端部２ａ，２ｂで極めて
容易に反射されやすく、したがつてトリプル・ト
ランジツト・エコー（T.T.E.）と呼ばれる反射
波Ｂもまた伝播する。それゆえに、目的周波数の
バルク波以外のバルク波の伝播により、振幅特性
が大きく影響され、設計通りの特性を得られない
という欠点があつた。

上述のような問題点は、第１図に示したような
セラミツクフイルタ１に限らず、同様にセラミツ
クス２内に多数の内部電極を厚み方向に平行に重
なり合うように配置した構造の共振子あるいは遅
延素子においても存在し、したがつて上記のよう
な不要バルク波の除去が要望されていた。また、
このほかに、厚みすべり振動を利用したフイル
タ、共振子、遅延線などについても、厚み方向に
バルク波が伝搬するため、このようなものについ
ても同様に不要バルク波の除去が要望されてい
た。

発明の目的 この発明の目的は、上記欠点を解消し、スプリ
アスとなる不要バルク波の除去を可能とし、設計
通りの特性が得られる、圧電装置を提供すること
にある。

発明の構成 この発明は、要約すれば、少なくとも一部が分
極されたセラミツクスと、該セラミツクス内で厚
み方向に平行に重なり合う複数個の内部電極とを
備え、該セラミツクス内で厚み方向に伝播するバ
ルク波を利用する圧電装置において、セラミツク
スの厚み方向端面の少なくとも一方に、利用バル
ク波以外のスプリアスを発生させるバルク波を除
去するためのバルク波除去手段が設けられている
ことを特徴とする、圧電装置である。

以下、この発明の実施例を図面を参照しつつ説
明することにより、この発明の特徴を明らかにす
る。

実施例の説明 第３図は、この発明の第１の実施例を説明する
ための部分切欠き断面図であり、第４図はセラミ
ツクスの厚み方向端面を示す底面図である。第３
図および第４図から明らかなように、この実施例
では、第１図に示したセラミツクフイルタ１のセ
ラミツクス２の厚み方向一方端面２ｂに、不要バ
ルク波除去手段として複数個の溝２１が形成され
ている。溝２１の底部２２は、図示のように端面
２ｂと平行にされており、かつ溝２１の深さｄ
は、バルク波の波長をλとしたとき、 2d＝（ｎ＋１／２）λ （但し、ｎ＝０、１、２…）の関係を満足するよ
うに溝２１が形成されている。したがつて、端面
２ｄで反射されたバルク波Ｃと、溝２１の底部２
２で反射されたバルク波Ｄとは、位相が半波長ず
れるため、お互いに打ち消し合うことになる。よ
つて、反射バルク波を効果的に除去し得ることが
わかる。

なお、第３図および第４図に示した実施例で
は、溝２１が図示のように形成されていたが、好
ましくは、複数個の溝２１の底部２２の総面積を
端面２ｂの残りの面積と等しくすることにより、
端面２ｂと溝２１の底部２２とにより反射される
各バルク波を等しくすることができ、したがつて
効果的に不要バルク波の除去を果たすことが可能
となる。もつとも、バルク波が厚み方向に伝播す
るのは内部電極が相互に重なり合つた部分のセラ
ミツクスのみであるから、内部電極が相互に重な
り合つた部分に相当する部分内にのみ溝２１を形
成してもよい。なお、溝２１の形状および分散の
させ方についても、図示のものに限らず、任意の
定め得ることを指摘しておく。

第５図は、この発明の第２の実施例を説明する
ための略図的正面図である。第５図から明らかな
ように、ここではバルク波除去手段として、セラ
ミツクス２の厚み方向一方端面２ｂが内部電極４
ｉ，４ｊ（想像線で示す）に平行でない平面に形
成されている。したがつて、バルク波Ｅは端面２
ｂで図示のように反射され、内部電極４ｉ，４ｊ
の存在しない方向に反射される。よつて、反射バ
ルク波によるスプリアスを効果的に低減し得るこ
とがわかる。

なお、第５図に示した実施例においてθで示す
角度すなわち端面２ｂの傾斜角度θと、反射係数
とには、第６図にグラフで示すような関係があ
る。したがつて、θ≧10°とすれば反射係数はθ
＝0°に比べて80％小さくなることがわかる。よつ
て、傾斜角度θは、10°以上であることが好まし
い。

なお、この発明の第２の実施例では、第５図に
示したように端面２ｂを単に傾斜させるだけでな
く、バルク波を内部電極の存在しない方向に反射
することさえ可能であれば、様々に端面２ｂを形
成し得る。たとえば、第７図に示すように端面２
ｂを円筒の側面のような曲面に形成してもよく、
あるいは球面のように処理してもよい。

第８図は、この発明の第３の実施例を説明する
ための略図的正面図である。第８図に示した実施
例では、不要バルク波除去手段として、セラミツ
クス２の厚み方向一方端面２ｂに無秩序に凹部３
１が形成されている。複数個の凹部３１の平均深
さｘは、バルク波の波長をλとしたとき、ｘ≧
λ／２程度に選ばれる。平均深さｘを、上記関係
を満たすように溝３１を形成することにより、端
面２ｂに直進してきたバルク波は、複数個の溝３
１により無秩序に反射され散乱することになる。
したがつて、内部電極方向に反射されるバルク波
を効果的に除去し得ることがわかる。

なお、溝３１は、セラミツクス２の焼結後に加
工してもよく、あるいは焼結前のセラミツクスグ
リーンシートの積層・圧着時に同時に形成しても
よい。

第９図は、この発明の第４の実施例を説明する
ための略図的正面図である。第９図に示した実施
例では、バルク波除去手段として、セラミツクス
２と同程度の音響インピーダンスを有する吸音層
４１がセラミツクス２の厚み方向一方端面２ｂに
付着されている。吸音層４１としては、PZT型
セラミツクス２の場合には、比重が約８であるた
め、PZT粉末や鉛などの比重の比較的大きな金
属粉末、または、たとえばPbO、Nb₂O₅などの酸
化物等を混入した吸音材を用いることにより、セ
ラミツクス２と同程度の音響インピーダンスとす
ることができる。この実施例では、セラミツクス
と同等の音響インピーダンスを有する吸音層４１
が、セラミツクス２の厚み方向一方端面２ｂに付
着されているため、厚み方向一方端面２ｂに向か
つて伝播してきたバルク波は吸音層４１により効
果的に吸収される。したがつて、不要バルク波の
発生を効果的に防止することができる。

なお、第９図に示した実施例において、吸音層
４１は図示のように厚み方向端面２ｂ全面にわた
り付着されずともよく、バルク波の伝播する可能
性のある部分にのみ付着してもよい。

この発明は、以上のように、４種類のバルク波
除去手段を含むものであるが、各実施例において
説明されたバルク波除去手段を適宜組合わせても
よく、それによつて、より効果的に反射バルク波
を除去することができる。一例として、第８図に
示した実施例と第９図に示した実施例とにおける
バルク波除去手段を組合わせた場合の具体的実験
例を説明する。

チタン酸鉛系セラミツクス２を用い、直径１mm
の複数の内部電極を該セラミツクス２内に電極間
間隔100μｍ、伝播距離200μｍ、電極対数4.5対と
なるように配置したセラミツクフイルタを作成
し、セラミツクス２の厚み方向一方端面２ｂに平
均深さｘがλ／２より大きな凹部を無秩序に形成
し、かつさらに吸音層４１を付着したところ、第
１０図に実線で示すような出力周波数特性を得る
ことができた。なお、比較のために、処理前の特
性を破線で第１０図に示す。両特性曲線の比較か
ら明らかなように、処理前のセラミツクフイルタ
では多数のスプリアスが発生しているのに対し、
この発明のセラミツクフイルタではほぼ設計通り
の特性曲線が得られていることがわかる。

発明の効果 以上のように、この発明によれば、少なくとも
一部が分極処理されたセラミツクスと、該セラミ
ツクス内で厚み方向に平行に重なり合う複数個の
内部電極とを備え、セラミツクス内で厚み方向に
伝播するバルク波を利用する圧電装置において、
セラミツクスの厚み方向端面の少なくとも一方
に、利用バルク波以外のスプリアスを発生させる
バルク波を除去するためのバルク波除去手段が設
けられているため、不要バルク波の影響を効果的
に解消することができ、したがつて説明通りの特
性を有する圧電装置を得ることができる。

この発明は、フイルタに限らず、共振子あるい
は遅延素子など様々な圧電装置に適用し得るもの
であることを指摘しておく。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明をなす契機となつたセラミ
ツクフイルタの一例を示す斜視図である。第２図
は、第１図に示したセラミツクフイルタの問題点
を説明するための略図的正面図である。第３図お
よび第４図は、この発明の第１の実施例を説明す
るための部分切欠き断面図および底面図を示す。
第５図は、この発明の第２の実施例を説明するた
めの部分切欠き正面図である。第６図は、第５図
に示した実施例における傾斜角度θと反射係数の
関係を示す図である。第７図は、第５図に示した
実施例の変形を示す略図的正面図である。第８図
は、この発明の第３の実施例を説明するための部
分切欠き正面図である。第９図は、この発明の第
４の実施例を説明するための部分切欠き正面図で
ある。第１０図は、第８図に示した実施例と第９
図に示した実施例とを組合わせた形式のセラミツ
クフイルタの特性を説明するための図である。 図において、２はセラミツクス、２ａ，２ｂは
セラミツクスの厚み方向端面、３ａ…３ｊ、４ａ
…４ｊは内部電極、２１はバルク波除去手段とし
ての溝、２２は溝の底部、３１はバルク波除去手
段としての凹部、４１はバルク波除去手段として
の吸音層を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも一部が分極処理されたセラミツク
   スと、該セラミツクス内で厚み方向に平行に重な
   り合う複数個の内部電極とを備え、前記セラミツ
   クス内で厚み方向に伝播するバルク波を利用する
   圧電装置において、 前記セラミツクスの厚み方向端面の少なくとも
   一方に、利用バルク波以外のスプリアスを発生さ
   せるバルク波を除去するためのバルク波除去手段
   が設けられていることを特徴とする、圧電装置。 ２ 前記バルク波除去手段は、前記セラミツクス
   の厚み方向端面に平行な底部を有する複数個の溝
   であり、該溝の深さｄは、2d＝（ｎ＋１／２）λ
   （但し、ｎは０または整数、λはバルク波の波長）
   を満たすように選ばれている、特許請求の範囲第
   １項記載の圧電装置。 ３ 前記複数個の溝の底部の総面積は、溝の形成
   された端面の残りの部分の総面積と等しくされて
   いる、特許請求の範囲第２項記載の圧電装置。 ４ 前記バルク波除去手段は、前記セラミツクス
   の厚み方向端面に形成された曲面または前記内部
   電極に平行でない平面である、特許請求の範囲第
   １項記載の圧電装置。 ５ 前記バルク波除去手段は、前記セラミツクス
   の厚み方向端面に無秩序に形成された複数個の凹
   部であり、該凹部の平均深さｘは、ｘ≧λ／２
   （λは、バルク波の波長）を満たすように選ばれ
   ている、特許請求の範囲第１項記載の圧電装置。 ６ 前記バルク波除去手段は、前記セラミツクス
   の厚み方向端面に付着された吸音層からなり、該
   吸音層はセラミツクスと同程度の音響インピーダ
   ンスを有するものである、特許請求の範囲第１項
   記載の圧電装置。