JPH0568889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ この発明は、セラミツクグリーンシートが相互
に厚み方向に重なり合うように内部電極を介して
積層され、一体に焼結されてなる焼結体を用いた
積層型圧電素子の構造の改良に関する。

［従来の技術］ 従来より、径方向振動すなわち拡がり振動を利
用する圧電素子として、第２図および第３図に斜
視図および断面図で示す平板型圧電素子１が用い
られてきている。ここでは、分極処理された圧電
セラミツクス２の上面および下面に電極３，４が
形成されており、電極３，４から電圧を印加する
ことにより所望の拡がり振動が取出され得る。と
ころで、この種の平板型圧電素子１では、共振周
波数の調整は、通常、端面すなわち外周面を研磨
することにより行なうことが可能である。

しかしながら、たとえばラダーフイルタの第２
共振子用として用いる場合のように、インピーダ
ンスを低くすることが要求される場合には、第２
図および第３図に示した圧電素子１は不十分なも
のであつた。

そこで、第５図に略図的断面図で示すような積
層型の圧電素子１１が近年開発されている。ここ
では、複数のセラミツク層１１ａ…１１ｃが、内
部電極１３ｂ，１３ｃを介して積層されて一体に
焼成されている。なお、電極１３ａ，１３ｄは、
内部電極１３ｂ，１３ｃと同時に、あるいは焼成
後に形成され得る。電極１３ａ…１３ｄは、外部
電極１５，１６により、それぞれ、１層おきに電
気的に接続されている。よつて、電極１５，１６
より電圧を印加し、第５図の矢印で示す方向に各
セラミツク層１１ａ…１１ｃを分極し、しかる後
外部電極１５，１６より電圧を印加することによ
り重なり合つた各セラミツク層１１ａ…１１ｃを
全体に伸縮させることが可能とされている。

第４図は、第５図に示したような積層型圧電素
子の具体的構造の一例を示す概略斜視図である。
なお、この具体例をラダー型フイルタの第２共振
子用として用いることは未だ公知ではないもので
あることを指摘しておく。ここでは、電極１３ａ
として、焼結体の端面まで延びる突出部２１と、
中央の主領域２２とからなるものが用いられてい
る。特に図示はしないが、より下側に配置される
各電極１３ｂ，１３ｃ，１３ｄについても、同様
の形状の電極が用いられており、したがつて突出
部が、１層おきに第４図の左右方向端面に引出さ
れている。このように１層おきに引出された各電
極１３ａ…１３ｄの突出部は、それぞれ、外部電
極１５，１６により電気的に接続されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述したような積層型の圧電素子にあつては、
従来の平板型圧電素子１に比べて、同一の大きさ
でインピーダンスを大きく低減することが可能で
ある。しかしながら、所望の共振周波数に振動さ
せるべく周波数調整を行なうに際しては、焼結体
の端面の研磨による方法を採用することはできな
い。すなわち、第４図および第５図に示したよう
な積層型圧電素子１１にあつては、外部電極１
５，１６が焼結体端面に形成されているため、端
面を研磨すると、該外部電極１５，１６が除去さ
れてしまい、共振子としての機能を果たし得ない
という欠点があつた。

それゆえに、この発明の目的は、容易にかつ確
実に周波数調整が可能な拡がり振動モードを利用
する積層型圧電素子を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、複数のセラミツクグリーンシート
が相互に厚み方向に重なり合うように内部電極を
介して積層され、一体に焼結されてなる焼結体を
用いた、拡がり振動モードを利用する積層型圧電
素子であつて、積層方向から見たときに、該焼結
体の外周部の少なくとも２以上の箇所に積層方向
に延びる切欠が形成されており、該切欠には接続
されるべき内部電極の端部のみが露出されてお
り、かつ接続されるべき内部電極同士を電気的に
接続するための導電部が形成されていて、焼結体
の外周部を研磨することにより周波数調整が可能
とされた圧電素子である。なお、「内部電極」な
る用語は、本明細書中の以下の記載においては、
セラミツク層に挾まれて形成されている電極のみ
ならず、焼結体の上下面に形成された電極をも含
むものと定義することにする。

内部電極の切欠に臨む端部は、該切欠の最大幅
とほぼ等しい幅で、該内部電極の中央の主領域か
ら外側に向つて突出形成されており、該内部電極
の中央の主領域は、突出形成された部分を除いて
は、切欠の奥行よりも中央側に寄せられて形成さ
れ得る。

また、この内部電極は、一層おきに同一の切欠
にその端部が露出されており、それによつて１層
おきに同一の導電部により電気的に相互に接続さ
れ得る。

［作用］ この発明によつては、接続されるべき内部電極
を電気的に接続する導電部が切欠内に形成されて
おり、したがつて該導電部の厚み分だけ該切欠の
形成された側の端面を研磨したとしても、各内部
電極間の電気的接続は確保され得る。

［実施例の説明］ 第１図は、この発明の一実施例の概略斜視図で
あり、第６図は第１図に示した実施例を得るのに
用いられる複数のセラミツクグリーンシートを示
す平面図である。

第６図に示すように、第１図に示す実施例を作
成するに際しては、３枚のセラミツクグリーンシ
ート３１ａ，３１ｂ，３１ｃを準備する。なお、
各セラミツクグリーンシート３１ａ…１３ｃの一
方面には内部電極となる電極パターン３２ａ…３
２ｃが、それぞれ、形成されている。また、セラ
ミツクグリーンシート３１ｃの他方面には、セラ
ミツクグリーンシート３１ｃの電極パターン３２
ｃ側から見たときに、第６図に示すような形状の
電極パターン３２ｄが形成されている（ここで
は、セラミツクグリーンシート３１ｃの上方から
見た電極パターン３２ｄの形状を示しているもの
であるため、セラミツクグリーンシート３１ｃは
想像線で描かれている。）。

ところで、各電極パターン３２ａ…３２ｄは、
それぞれ、セラミツクグリーンシート３１ａ…３
１ｃの一辺に延びる突出部３３ａ…３３ｄを有
し、該突出部３３ａ…３３ｄ以外の主領域部分３
４ａ…３４ｄは、セラミツクグリーンシート３１
ａ…３１ｃのいずれの辺にも至らないように中央
側に寄せられて形成されている。この寄せられた
距離については、後述する。

上述のように準備された各セラミツクグリーン
シート３１ａ…３１ｃを、第６図に示した状態の
まま積層し、同時に焼成することにより、内部電
極３２ｂ，３２ｃを介して積層された焼結体を得
ることができる。

次に、このようにして得られた焼結体の外周部
において積層方向に延びる１対の切欠が形成され
る。この切欠は、第６図に破線で示すように、各
電極パターン３２ａ…３２ｄの突出部３３ａ…３
３ｄが設けられている位置、ならびに各セラミツ
クグリーンシート３１ａ…３１ｃにおいて該突出
部が設けられている辺と反対側の辺に形成され
る。すなわち、２個の切欠は、焼結体の対向する
側面において、それぞれ、積層方向に延びて形成
されている。

ところで、この切欠の大きさは、たとえば第６
図のセラミツクグリーンシート３１ａ上に破線Ａ
で示すように、最大幅が電極パターン３２ａの突
出部３３ａの幅とほぼ等しくなるように形成され
ている。したがつて、焼結体に切欠が形成された
後には、該切欠に突出部３３ａの端部が露出する
ことになる。他方、該切欠の奥行長は、第６図の
セラミツクグリーンシート３１ａに記されている
他の破線Ｂで示すように、電極パターン３２ａの
主領域３４ａが中央側に寄せられた距離Ｘ（第６
図参照）よりも短く選ばれている。したがつて、
切欠が形成された後においても、各電極パターン
３２ａ…３２ｄの突出部３３ａ…３３ｄ以外の部
分すなわち主領域３４ａ…３４ｄは、いずれも切
欠には位置しないことになる。

上述のようにして切欠が形成された後、該切欠
に、第１図に示すように導電部３６，３７が形成
される。導電部３６，３７は、たとえば銀ペース
トを焼付けることにより形成され得る。このよう
にして得られた第１図に示す実施例の断面図を、
第７図に示す。第７図から明らかなように、各内
部電極３２ａ…３２ｄは、１層おきに導電部３
６，３７に電気的に接続されていることがわか
る。したがつて、導電部３６，３７より電圧が印
加して分極処理することにより、第７図に矢印で
示す方向に、各セラミツク層３１ａ…３１ｃを分
極処理することができ、また同様に導電部３６，
３７を通して電圧を印加すれば、第５図に示した
従来の積層型圧電素子と同様に拡がり振動を発生
する。

ところで、第１図に示した実施例の圧電素子３
１では、各内部電極３２ａ…３２ｄを接続する機
能を果たす導電部３６，３７は、切欠内に形成さ
れているので、該導電部３６，３７を切欠内で厚
く形成しておけはせ、該厚みの分だけ側面を研磨
したとしても、内部電極３２ａと内部電極３２
ｃ、ならびに内部電極３２ｂと内部電極３２ｄと
の電気的接続は確保され得る。すなわち、第７図
において明瞭に図解されているように、外部電極
となる導電部３６，３７の厚み分だけ端面を研磨
することが可能とされるている。よつて、第４図
および第５図に示した従来の積層型圧電素子と異
なり、端面研磨により容易に周波数の調整を行な
うことが可能であることがわかる。

なお、上述した実施例では、周波数調整を行な
うため、焼結体の端面（側面）を研磨しても、そ
の研磨は内部電極３２ａ…３２ｄにまで届かな
い。しかしながら、以下に述べる理由により、そ
のこととはほとんど無関係に、周波数調整を行な
うことができる。

一般に、圧電体板の共振周波数は、その板を伝
える波の音速（ｖ）と板の形状（辺の長さ）によ
つて決まる。すなわち、 共振周波数r＝ｖ／（２×辺の長さ） となり、共振周波数frは、圧電体板の辺の長さに
反比例する。したがつて、上述したように、焼結
体の端面（側面）を研磨することにより、圧電素
子の共振周波数を調整することができる。

なお、補足的に説明すると、焼結体において、
内部電極に挟まれている部分と挟まれていない部
分とでは、波の音速が異なる。すなわち、音速ｖ
は、 ｖ＝√１− ただし、ρは密度、ｓは弾性定数（コンプライ
アンス） で表わされる。ここで、内部電極に挟まれている
部分と挟まれていない部分とでは、弾性定数に差
があるが、最大でも10％くらいの差しかない。そ
して、音速は、これの平方根に反比例するため、
せいぜい５％程度の差しか生じない。確かに、音
速は、電極に挟まれた部分と挟まれていない部分
とのそれぞれの弾性定数の寄与によつてもたらさ
れる全体としての平衡弾性定数によつて決まるも
のであるが、第１図に示した圧電素子３１に備え
る焼結体は、その大部分が電極に挟まれた構造と
なつている。したがつて、焼結体全体の平均の弾
性定数および音速は、それぞれ、電極に挟まれた
部分の弾性定数および音速に近い値となり、電極
で挟まれていない部分が研磨により削り取られた
としても、焼結体全体の平均弾性定数はほとんど
変わらず、結果として、共振周波数は、焼結体の
寸法にのみほとんど依存することになる。

上述したことは、以下の実施例においても言え
ることである。

第８図は、この発明の第２の実施例を示す概略
斜視図であり、第９図は第８図に示した実施例の
圧電素子を得るのに用いる各電極パターンを示す
ための平面図である。

第８図および第９図から明らかなように、ここ
では各電極パターン４２ａ…４２ｄに、それぞ
れ、２個の突出部が形成されている。たとえば、
電極パターン４２ａは、セラミツクグリーンシー
ト４１ａの互いに直交する２辺に、それぞれ、突
出部４３ａ，５３ａが形成されている。同様に、
他の電極パターン４２ｂ…４２ｄにも、２個の突
出部４３ｂ，５３ｂ…４３ｄ，５３ｄが形成され
ている。なお、電極パターン４２ｄについては、
第６図に示した電極パターン３２ｄと同様に、セ
ラミツクグリーンシート４２ｃの上方から見た状
態を示すように描かれており、したがつてセラミ
ツクグリーンシート４１ｃを想像線で示してあ
る。

第９図に示した各セラミツクグリーンシート４
１ａ…４１ｃを、第１図に示した実施例の製作の
場合と同様に同時焼成することにより、焼結体を
得ることができる。ここでは、上記したように各
電極パターン４２ａ…４２ｄに、それぞれ２個の
突出部を設けたことに対応して、切欠が、焼結体
の４辺に形成される。この切欠の形成される位置
を、第９図において破線で示す。この切欠の深さ
および幅は、先に説明した第１図に示した実施例
の場合と同様に形成され得る。

焼結体の側面に上述のような切欠を形成した
後、導電部４６，４７，４８，４９を各切欠内に
形成する。このようにして、第８図に示す圧電素
子４１を得ることができる。ここでは、内部電極
４２ａと内部電極４２ｃとが導電部４６，４８に
より接続されており、他方内部電極４２ｂと内部
電極４２ｄが導電部４７，４９により接続されて
いる。したがつて、導電部４６，４８のいずれか
一方、ならびに導電部４７，４９のいずれか一方
より、電圧を印加して分極処理を行なうことがで
き、同様に駆動することが可能とされている。

また、周波数調整を行なうに際し、端面を研磨
する場合には、第８図に示した圧電素子４１の全
端面を均一に研磨しても、各端面間において質量
の差が生じないため、第１図に示した実施例に比
べてより理想的な拡がり振動を得ることが可能と
なる。

第１０図は、第８図に示した実施例の断面図を
示し、ここでも導電部４６，４７の厚み分だけ研
磨したとしても、各内部電極４２ａ４２ｃおよび
４２ｂ，４２ｄの電気的接続が確保され得ること
がわかる。なお、導電部４８，４９を通る面で切
断した場合であつても、同様の断面が現われるこ
とは言うまでもない。

上述のようにして得られた第１図及び第８図に
示した実施例の圧電素子における端面研磨量と、
共振周波数_rとの関係を第１１図に示す。第１１
図から明らかなように、いずれの実施例において
も、端面研磨量と共振周波数_rとの間にはほぼ直
線関係が成立することがわかる。

また、第１２図ないし第１５図に、それぞれ、
第２図に示した従来の平板型圧電素子、第４図に
示した従来の積層型圧電素子、第１図に示した実
施例ならびに第８図に示した実施例のインピーダ
ンス−周波数特性を示す。第１２図ないし第１５
図から明らかなように、第１２図の従来の平板型
圧電素子１に対して、積層型圧電素子（第４図、
第１図および第８図に示した例）では拡がり振動
のスプリアスとなる高調波を大幅に低減し得るこ
とがわかる。また、この発明の実施例である第１
図および第８図に示した圧電素子３１，４１によ
れば、3.5ないし4.0×10³ｋHz付近に現われる厚み
振動に基づくスプリアスも大幅に低減し得ること
がわかる。これは、第１図および第８図に示した
実施例の圧電素子３１，４１では、ノードカツト
により厚み振動に基づくスプリアスが抑圧される
ためと考えられる。

なお、上述した実施例では、いずれもセラミツ
ク層の積層数は３層であつたが、より多くの層数
の圧電素子にもこの発明が適用され得ることは言
うまでもない。また、切欠の形状についても、そ
の平面形状は円弧状に限らず、四角形等の適宜の
形状に構成し得ることは言うまでもない。

上記した実施例では、セラミツクグリーンシー
トを積重ねて積層体とし、これを焼成して焼結体
を得、この焼結体の外周部に積層方向に延びる切
欠を形成したが、この他予め切欠を形成したグリ
ーンシートをしの切欠位置を合わせて積重ね、該
積層体を焼成して積層方向に延びる切欠を有する
焼結体を得てもよい。

また、大きなセラミツクグリーンシートを用
い、このグリーンシートに予め上記切欠に対応す
る穴を形成し、このグリーンシートを積重ねて焼
成し、単一の圧電素子を得る段階で切断すると
き、上記穴を通る位置で切断し、積層方向に延び
る切欠が形成された状態の単一の圧電素子を複数
個得るようにしてもよい。

また、内部電極の形状についても上記実施例に
示したものに限らず、第１６図に平面図で示す内
部電極６２ａ，６２ｂのように、セラミツクグリ
ーンシート６１ａ，６１ｂよりわずかに内側に入
り込んだ大きさとしてもよい。すなわち、電極６
２ａにおいては、セラミツクグリーンシート６１
ａの切欠６３ａ，７３ａに対応して内部電極６２
ａにも切欠を設けておき、一方の切欠６３ａ側に
該切欠６３ａまで延びる電極突出部６４ａを設け
る。同様に、セラミツクグリーンシート６１ｂ上
の内部電極６２ｂについても、切欠６３ｂ，７３
ｂのうちの一方の切欠７３ｂに延びる突出部６４
ｂを形成する。このように内部電極６２ａ，６２
ｂは、セラミツクグリーンシート６１ａ，６１ｂ
の切欠６３ｂ…７３ｂの最も奥に位置する部分よ
りも外側にまで延びて形成されているため、先に
説明した実施例に比べて、内部電極６２ａ，６２
ｂの面積が大きくされており、したがつて圧電性
がより高められ得ることがわかる。

より好ましくは、第１７図に示すように、切欠
８３ａ，９３ａ，８３ｂ，９３ｂ近傍の部分を除
いては、セラミツクグリーンシートの端縁まで延
びる内部電極８２ａ，８２ｂを用いれば、電極面
積はより大きくされ、したがつてさらに一層圧電
性が高められ得る。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、積層方向か
ら見たときに焼結体の外周部の少なくとも２以上
の箇所に積層方向に延びる切欠が形成されてお
り、該切欠には接続されるべき内部電極の端部の
みが露出されており、かつ接続されるべき内部電
極同士を電気的に接続するための導電部が形成さ
れているので、側面の研磨により、容易かつ確実
に周波数の調整が可能な圧電素子を得ることがで
きる。

この発明の圧電素子は、たとえばセダー型フイ
ルタの第２共振子に好適であるが、その他発振子
もしくは共振子一般に利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、この発明の一実施例を示す概略斜視
図である。第２図は、従来の圧電素子の一例を示
す概略斜視図である。第３図は、第２図に示した
圧電素子の断面図である。第４図は、従来の圧電
素子の他の例を示す概略斜視図である。第５図
は、第４図に示した圧電素子の断面図である。第
６図は、第１図に示した実施例を作成するのに用
いる電極パターンを説明するための平面図であ
る。第７図は、第１図に示した実施例の断面図で
ある。第８図は、この発明の第２の実施例を示す
概略斜視図である。第９図は、第８図に示した実
施例を作成するのに用いられる電極パターンを説
明するための平面図である。第１０図は、第８図
に示した実施例の断面図である。第１１図は、こ
の発明の実施例における端面研磨量と共振周波数
との関係を示す図である。第１２図は、第１図に
示した従来の圧電素子のインピーダンス−周波数
特性を示す図である。第１３図は、第４図に示し
た従来の圧電素子のインピーダンス−周波数特性
を示す図である。第１４図は、第１図に示した実
施例のインピーダンス−周波数特性を示す図であ
る。第１５図は、第８図に示した実施例のインピ
ーダンス−周波数特性を示す図である。第１６図
は内部電極の形状の他の例を示す平面図である。
第１７図は内部電極の形状のさらに他の例を示す
平面図である。 図において、３１は圧電素子、３１ａ…３１ｃ
はセラミツク層、３２ａ…３２ｄは内部電極、３
３ａ…３３ｄは突出部、３４ａ…３４ｄは主領
域、３６，３７は導電部、４１は圧電素子、４１
ａ…４１ｃはセラミツク層、４２ａ…４２ｄは内
部電極、４３ａ…４３ｄ、５３ａ…５３ｄは突出
部、４４ａ…４４ｄは主領域、４６，４７，４
８，４９は導電部、６１ａ，６１ｂはセラミツク
グリーンシート、６２ａ，６２ｂは内部電極、６
３ａ，６３ｂ，７３ａ，７３ｂは切欠、６４ａ，
６４ｂは突出部、８２ａ，８２ｂは内部電極、８
３ａ，８３ｂ，９３ａ，９３ｂは切欠、８４ａ，
８４ｂは突出部を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数のセラミツクグリーンシートが相互に厚
   み方向に重なり合うように内部電極を介して積層
   され、一体に焼結されてなる焼結体を用いた、拡
   がり振動モードを利用する積層型圧電素子であつ
   て、 積層方向から見たときに、前記焼結体の外周部
   の少なくとも２以上の箇所に積層方向に延びる切
   欠が形成されており、該切欠には、接続されるべ
   き内部電極の端部のみが露出されており、かつ前
   記接続されるべき内部電極同士を電気的に接続す
   るための導電部が形成されている、前記焼結体の
   外周部を研磨することにより周波数調整可能な圧
   電素子。 ２ 前記内部電極の前記切欠に臨む端部は、前記
   切欠の最大幅とほぼ等しい幅で中央の主領域から
   外側に向つて突出形成されており、前記内部電極
   の中央の主領域は、前記突出形成された端部を除
   いては、前記切欠の奥行よりも中央側に寄せられ
   て形成されている、特許請求の範囲第１項記載の
   周波数調整可能な圧電素子。 ３ 前記内部電極は、前記切欠部分で該切欠に沿
   う形状に切欠かれており、かつ接続されるべき内
   部電極の該切欠部分には突出部が設けられてお
   り、それにより焼結体の切欠に内部電極が露出さ
   れている、特許請求の範囲第１項記載の周波数調
   整可能な圧電素子。 ４ 前記内部電極は、焼結体の切欠に沿う形状の
   切欠部分を除いては焼結体の端面まで延ばされて
   おり、前記電極突出部の露出幅は、焼結体の切欠
   の幅よりも狭く形成されている、特許請求の範囲
   第３項記載の周波数調整可能な圧電素子。 ５ 前記内部電極は、１層おきに同一の切欠にそ
   の端部が露出されており、それによつて前記導電
   部により相互に電気的に接続されている、特許請
   求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の
   周波数調整可能な圧電素子。