JPH07105686B2 - 圧電共振装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、厚み縦振動モードの高調波を利用したエネル
ギ閉込め型の圧電共振装置の製造方法に関し、特に、共
振周波数の調整が容易でありかつ特性のばらつきの少な
い圧電共振装置を得る方法に関する。

〔従来の技術〕

従来より、PZT系圧電セラミックスを用いた厚み縦振動
モードを利用したエネルギ閉込め型の圧電共振装置が知
られている。この種のエネルギ閉込め型の圧電共振装置
は、圧電セラミック板の両面に該圧電セラミック板より
小さな面積の電極を形成することにより構成されてい
る。しかしながら、より高周波域で使用することが困難
であり、また実効ポアソン比が1/3未満の材料を用いた
場合には、厚み縦振動の周波数低下型のエネルギ閉込め
ができなかった。

そこで、特願昭62−235948号には、上記のような問題を
解消するものとして、３以上のエネルギ閉込め用電極を
用いて圧電セラミック層を複数層に分割することによ
り、実効ポアソン比が1/3未満の圧電材料を用いた場合
でも厚み縦振動のエネルギを周波数低下型で閉込めるこ
とが可能であり、かつより高周波域で使用し得る構造が
開示されている。この圧電共振装置の製造方法を、第２
図及び第３図を参照して説明する。

第２図に示すように、圧電材料よりなる２枚のセラミッ
クグリーンシート1,2を用意する。セラミックグリーン
シート1,2の上面には、電極ペースト３が塗布されてい
る。電極ペースト３は、エネルギ閉込め用電極を形成す
るための電極ペースト部3aと、外部との接続のための接
続導電部を構成する電極ペースト部3bとを有する。同様
に、セラミックグリーンシート２の上面にも、電極ペー
スト４が、内部電極を形成するための電極ペースト部4a
と、接続導電部を構成する電極ペースト部4bとを有する
ように塗布されている。さらに、セラミックグリーンシ
ート２の下面には、電極ペースト５が、エネルギ閉込め
用電極を構成するための電極ペースト部5aと、接続導電
部を構成するための電極ペースト部5bとを有するように
塗布されている。

上記の電極ペースト３〜５のうち、エネルギ閉込め用電
極を形成するために、電極ペースト部3a,4a,5aは、厚み
方向において重なり合うように配置されている。

セラミックグリーンシート1,2を図示のように重ね合わ
せ、厚み方向に圧着した後、焼成することによりセラミ
ックグリーンシートを焼成すると共に、電極ペースト３
〜５を焼付ける。

第３図に示すように、得られた焼結体６において、焼結
体６の外表面に形成されたエネルギ閉込め用電極13a,15
aと内部電極14aとの間に電圧を印加することにより、図
示の矢印で示す方向に焼結体６を分極処理する。

上記のようにして得られた圧電共振装置では、複数の電
極13a,14a,15aが圧電セラミック層を介して厚み方向に
重なり合うように配置されているので、厚み縦振動の高
調波を閉込めて利用することができ、従って、それまで
の圧電共振装置に比べて、より高周波域で使用すること
が可能とされている。

ところで、上記の製造方法により圧電共振装置を得た場
合、セラミックグリーンシート1,2の厚みのばらつき
や、焼成後の圧電セラミック層のばらつき等の種々の要
因により、初期周波数がかなりの割合でばらついてい
た。そこで、電極13a,15aの表面に電極材料等を付与す
ることにより質量負荷を行い、それによって周波数調整
が行われている。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕

しかしながら、上記のように質量負荷を付与することに
よる周波数調整は、振動をダンピングするものであるた
め特性の劣化を招く。のみならず、共振周波数を低下さ
せる方向にしか調整することがてきない。しかも、周波
数調整前の初期の共振周波数のばらつきは数％にも達す
るので、質量負荷による周波数調整だけでは、量産され
た多数の圧電共振装置の特性を揃えることは非常に困難
であった。

本発明の目的は、量産時の特性のばらつきを効果的に低
減し得る、積層型の圧電共振装置の製造方法を提供する
ことにある。

〔技術的課題を解決するための手段〕

本発明は、少なくとも１の内部電極を有し、かつ厚み縦
振動モードの高調波を利用したエネルギ閉込め型の積層
型圧電共振装置の製造方法を提供するものであり、下記
の各工程を備えることを特徴とする。

先ず、複数の圧電材料よりなるセラミックグリーンシー
トを用意する。複数枚のセラミックグリーンシートのう
ち、内部電極が形成されることが予定されている少なく
とも１のセラミックグリーンシート上に、内部電極を構
成するための電極ペーストを印刷する。次に、複数枚の
セラミックグリーンシートを積層し、厚み方向に圧着し
た後に焼成することにより焼結体を得る。さらに、セラ
ミック層の厚みを調整するために、焼結体の厚みを減ら
すように加工する。しかる後、焼結体の外表面にエネル
ギ閉込め用電極を形成する。

〔作用〕

従来法では、焼結体の外表面に形成される電極を内部電
極と同時に形成していたため、質量負荷によってのみし
か周波数調整ができなかったことを考慮し、本発明では
外表面に形成されるエネルギ閉込め用電極をあえて別工
程にて形成することとし、それに先立って焼結体を加工
することにより厚みを調整して周波数調整を行う。焼結
体を加工して圧電セラミック層の厚みを調整して周波数
調整を行うものであるため、共振周波数を大きく調整す
ることができ、しかも共振周波数を高める方向に調整す
ることが可能である。

〔実施例の説明〕

以下、第２図に示したのと同様の構造の圧電共振装置の
製造に適用した本発明の一実施例の製造方法を、第１図
の工程図を参照しつつ説明する。

まず、ドクターブレード法等の種々の成形方法により、
圧電材料よりなるセラミックグリーンシートを成形す
る。次に、セラミックグリーンシートをパンチングし、
第４図（ａ）に示す所定の大きさのセラミックグリーン
シート21を２枚用意する。

次に、第４図（ｂ）に示すように、２枚のセラミックグ
リーンシート21のうち１のセラミックグリーンシート21
a（内部電極用ペーストが印刷されないセラミックグリ
ーンシートと区別するために異なる参照番号を付す
る。）上に、内部電極を形成するためのPtを主体とする
電極ペースと22を塗布する。電極ペースト22は、エネル
ギ閉込め用電極を形成する電極ペースト部22aと接続導
電部を構成する電極ペースト部22bとを有するように塗
布される。

次に、上記セラミックグリーンシート21を、セラミック
グリーンシート21a上に重ね合わせて積層し、厚み方向
に圧着することにより、積層体を得、該積層体を焼成す
ることにより第５図に示す焼結体24を得る。

焼結体24中には、上記電極ベース部22aに基づく内部電
極32aが形成されている。なお、セラミックグリーンシ
ート21,21aが焼成されることにより、内部電極32aの上
下に圧電セラミック層31,31aが形成されている。

次に、焼結体24の上面及び下面の少なくとも一方をラッ
プ盤を用いて研磨し、標準品と等しい厚みを有するよう
にセラミック層31,31aの厚みを低減する。この研磨によ
り周波数特性が調整される。

次に、第６図に示すように、焼結体24の上面及び下面に
全面電極33,34を蒸着、スパッタ、めっき、CVDあるいは
電極ペースト焼付け等の任意の方法により形成する。

しかる後、全面電極33,34及び内部電極32aを利用して焼
結体24を分極処理する。分極は、まず全面電極34に＋の
電位を、全面電極33に−の電位を印加することにより焼
結体24の全体を矢印Ａで示す方向に分極処理し、次に内
部電極32aに＋の電位を、全面電極33,34に−の電位を印
加することにより、内部電極32aの両側の圧電セラミッ
ク層31,31aを互いに逆向きの矢印で示す方向に分極処理
する。

次に、全面電極33,34上にレジストを印刷し、しかる後
エッチングすることにより、焼結体24の上面及び下面に
エネルギ閉込め用電極33a及び接続導電部33bを形成する
（第７図（ａ）参照）。第７図（ａ）では、上面側のエ
ネルギ閉込め用電極33a及び接続導電部33bのみが図示さ
れているが、下面側にも同様にエネルギ閉込め用電極34
a（第７図（ｂ）参照）及び接続導電部が形成される。

以上のようにして、積層型のエネルギ閉込め型圧電共振
装置を得ることができる。本実施例では、焼結体24を得
た段階で、全面電極33,34の形成に先立ち、セラミック
層31,31aの厚みが、標準品の対応部分の厚みと等しくな
るように，焼結体24が研磨され、それによって周波数調
整が行われる。よって、セラミックグリーンシート21,2
1aの厚みのばらつきや焼成時のばらつき等に起因する初
期共振周波数のばらつきを大きく低減することができ
る。しかも、厚みを低減するように周波数調整を行うも
のであるため、共振周波数が高められる方向に周波数調
整を行うことができる。

なお、第７図（ｂ）に示す圧電共振装置を得た後に、必
要に応じて質量負荷を行うことによってさらに周波数調
整を行ってもよい。この場合には、質量負荷により、共
振周波数を低める方向に再度共振周波数を微調整するこ
とができる。もっとも、質量負荷を付与する場合には、
振動がダンピングされるため、特性の劣化が生じる。従
って、上記した焼結体の研磨のみによって共振周波数を
調整することが好ましい。

また、焼結体24の表面を加工する方法としては、上記の
ようなラップ盤を用いる方法に限らず、他の任意の方法
を用いることができる。例えば、平面研磨盤を用いて研
磨してもよく、あるいは化学エッチングのような化学的
処理により厚みを低減してもよい。

さらに、上記実施例では、圧電材料よりなるセラミック
母シートを形成した後にパンチングして所定の大きさの
セラミックグリーンシート21,21aを用意し、個々の圧電
共振装置を製造していたが、母グリーンシートをそのま
ま用いて複数の圧電共振装置を一体的に形成し、所望の
工程段階で、例えばエネルギ閉込め用電極33a,34aを形
成するためのエッチング終了後に単位共振装置を構成す
るように切断してもよい。

また、内部電極を形成するための電極ペーストについて
も、Ptを主体とするものの他、Ag、Ag−Pd、Pd等の任意
の電極材料を主体とするものを適宜用いることができ
る。

また、１の内部電極32aを有する圧電共振装置の製造方
法についての実施例につき説明したが、２以上の内部電
極を有する積層型の圧電共振装置の製造方法一般に本発
明を適用することができることを指摘しておく。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では、焼結体の外表面のエネルギ
閉込め用電極の形成に先立ち、焼結体の厚みを低減する
ようにして周波数調整が行われる。従って、初期共振周
波数のばらつきを大きく低減することができる。本願発
明者の実験によれば0.5％以下程度にまで、共振周波数
のばらつきを低減することが可能であった。よって、量
産時の歩留を飛躍的に高めることが可能となる。

また、質量負荷を付与する方法ではダンピングによる特
性の劣化が見られたが、本発明ではこのような振動のダ
ンピングも生じないため、良好な共振特性の圧電共振装
置を安定に得ることが可能となる。のみならず、焼結体
の表面を加工することにより厚みを低減するので、表面
の平滑化に伴って素子毎の電気機械結合係数ktや機械的
品質係数Qmt等のばらつきも低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程図、第２図は積層型の
圧電共振装置の従来法を説明するための分解斜視図、第
３図は第２図の工程により得た圧電共振装置の第２図の
III−III線に沿う部分に相当する断面図、第４図（ａ）
は用意されたセラミックグリーンシートの斜視図、第４
図（ｂ）は内部電極を形成するための電極ペーストを印
刷した状態を示す斜視図、第５図は得られた焼結体の第
４図（ｂ）のＶ−Ｖ線に沿う部分に相当する部分の断面
図、第６図は分極処理された焼結体を示す断面図、第７
図（ａ）及び（ｂ）は得られた圧電共振装置の斜視図及
び第７図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図において、21,21aはセラミックグリーンシート、22a
は内部電極を形成するための電極ペースト部、24は焼結
体、31,31aはセラミック層、32aは内部電極、33a,34aは
外表面に形成されたエネルギ閉込め用電極を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−74709（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−123116（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−40491（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１の内部電極を有し、かつ厚み
   縦振動モードの高調波を利用したエネルギ閉込め型の圧
   電共振装置の製造方法であって、 複数枚の圧電材料よりなるセラミックグリーンシートを
   用意する工程と、 少なくとも１のセラミックグリーンシート上に、内部電
   極を構成するために電極ペーストを印刷する工程と、 前記複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、厚み
   方向に圧着した後焼成することにより焼結体を得る工程
   と、 セラミック層の厚みを調整するために、前記焼結体の厚
   みを減らすように加工する工程と、 前記焼結体の外表面にエネルギ閉込め用電極を形成する
   工程とを備えることを特徴とする圧電共振装置の製造方
   法。