JPS6074709A - 圧電装置 - 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】 １ＬＬＬ この発ｌ］は、圧ｆｌｈ買、特に厚み＠振動を利用した
圧ｗｉ装誼に関する。

入玉ＪＵＬ久以ｌ− 圧電共振子、圧電フィルタおよび遅延轢などの圧電ｔＩ
Ｉｖｌにあっては、数Ｍｌ−１２以上の＾い周波数領域
で使用するためには、厚みｆｆｌ振動が利用されている
。しかしながら、厚み縦振動を利用する場合には、スプ
リアスとなる１次共振を抑圧することが！！請される。

そこで、第１図に略図的に示すような圧電共振子を構成
することが考えられる。

第１図に示した圧電共振子１は、圧電セラミクス２と、
圧電セラミクス２内に配置された１１極群３とからなる
。電極群３は、複数の相互に重なり合う゛ように配置さ
れた電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄから構成されており、
各電極間に位置するセラミクス層は、矢印Ｐで示すよう
にすべて同一方向に分極されている。電極３ａ　、３ｂ
　、３ｃ　、３ｄのうち、電極３ａ　、３ｃが共通に引
出されており、他方１１１１ｉ３ｂ　、　３ｄが共通に
引出されている。このような構造の圧電共振子１では、
複数の電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが分極されたセラミ
クス開を挾んで配置されているため、セラミクス層の厚
みに対応した厚み振動が励振される。しかしながら、各
電極３８・・・３ｄが並列に接続されているため、？１
ｆｌｌ数が増加するにつれてインピーダンスが指数関数
的に低下するという問題がある。したがって、より周波
般の高い振動を１９ようとすれば、−（ンビーダンスが
極めて小さくなり、他の回路とのインピーダンス整合が
困閑になるという問題がある。またインピーダンス（Ｚ
）は次式で表わされるように、周波数が高くなると一層
低インピーダンスになる。

Ｚ−１／ω（！　−１／２πｒａ ここで、ω：角周波数、Ｃ：圧電共振子全体の容量、ｆ
：周波数 他方、特開昭５８−８５６１４＠は、高周波領域で使用
し臂る圧電フィルタを開示している。第２図に、この圧
電フィルタを略図的１Ｅｉｔ図で示す。

ここでは、圧電セラミクス４内に２個の電極群５゜６が
配置されている。電極群５は、入力側電極群を構成し、
電極群６は出力側電極群を構成している。各電ｔｌｉ肝
５，６は、複数の相互に重なり合うように配Ｉ！された
ＩＩ　槓５　ａ・・・５ｄ　、　６ａ・・・６ｄからな
り、各Ｎ横開のセラミクス層は矢印で示すように相互に
逆方向に分極されている。各電極群５゜６では、圧電セ
ラミクス表面に近い両件側に位置する２枚の電ｅ１５ａ
　、　５ｄ　、　６ａ　、　６ｄ　ニ、入力および出力
端子がそれぞれ接続されている。このようなＷ４造を有
するため、１次共振に基づくスプリアス振動を効果的に
抑圧し得る圧電フィルタが達成されている。しかしなが
ら、第２図に示した従来の圧電フィルタでは、振動が入
力側電極群５から出力側電極群６へ伝わる場合、変位方
向が２度にわたり変換されるため、効率が極めて低いと
いう欠点があった。また、横方向への変位すなわち横効
果に伴い、不要なＷｃ勅スプリアスが出力波形に発生ず
るという欠点もあった。

１１Ｌ１証 それゆえに、この発明の目的は、上述の欠点を解消し、
１次共振に基づくスプリアスあるいはその他の不要な振
動スプリアスを効果的に抑圧することができ、かつ高次
モードの振動を利用する場合であってもインピーダンス
低下の小さい、圧電装置を提供することにある。

１吐ｍ この発明は、要約すれば、相互に重なり合うように配置
された複数の電極からなる電極ｉＹと、電極群の各？！
！極間に配置された複数のセラミクス層とを備え、隣接
する各セラミクス層が相互に逆方向に分極されており、
かつ電極群の判例ｆｆｌ’ｌに位置する電極が外部に引
出されＣいる、圧電装置である。

この発明の（の他の特黴ＩＪ、、図面を参照して行なう
以下の実施例の説明により明らかどなろう。

１１１Ｌ糺乱 第３図け、この発明の第１の実施例としての■電共振子
を構成するのに用いる圧電セラミクスを示すｔ’＋７！
ｇ図である。圧電セラミクス１１は、多数のセラミック
グリーンシートに内部Ｗ１極用ペーストを塗布し、焼結
すること１＝より得られる。圧電セラミクス材料として
は、たとえばチタン義ジルコン酸鉛系、チタン酸鉛系、
チタン酸バリウム系などの単成分系や多成分系あるいは
これらに添加物を加えた系のものが用いられる。また内
部ｗ１極用ペーストとしては、たとえばパラジウム、銀
−パラジウム合金あるいはその他の高融点金属や合金が
用いられ得る。この実施例では圧電セラミクス材料とし
て、Ｐｂｏ、５ｒＬａａ４　Ｔｉ　Ｏｓ　＋０．５重量
％Ｍｎ　０２系の組成のものを用いｌ；。セラミックグ
リーンシートを得るには、上記した組成物の仮燐粉末に
バインダを加えて混合した慢、ドクターブレード法を用
いてシート状とした。得られたセラミックグリーンシー
トに内部ｍ極用としてパラジウムペーストを印刷塗布し
た後圧着し、１２００℃、２ＦＩ＃閾の条件でＩＩ８桔
して、圧電セラミック１１を得た。なお、内部電極は、
複数の相互に重なり合うように配置された電極１２ａ・
・・１２ｅからなり、交互に圧電セラミクス１１の左右
側面に露出されている。次に、分極用電極１３．１４を
、内部電極１２ａ・・・１２ｅが露出している圧電セラ
ミクス１１の左右側面に形成し、電圧を印加して分極処
理を施した。第３図の矢印から明らかなように、６覆＠
１２Ｂ・・・１２ｅ間に存在するセラミクス層は、ｗ４
接する層が互いに逆方向に分極される。

次に、分極用電極１３．１／Ｉを削除し、第４図に斜視
図で示すように、ｒＥＷ１セラミクス１１の上面および
下面に電極１５．１（３を形成する。このように１）で
、この発明の第１の実施例としての圧電共振子１７が讐
られる。、第４図から明らかなように、圧電共振子１７
では、相互に重なり合うように配置されたｌ！数の［１
１２ａ・・・１２ｅおよび１５＋１６が電ｔｉ群を構成
しており、各ｍ極間に配置されたセラミクス層が相互に
逆方向に分極されている。そして、両端に位置する電極
１５．１６が外部に引出された栴造となっている。した
がって、電極１５．１６より電圧を印加すれば、圧電共
振子１７は励振される。ところで、圧ｆｆｉ共摂子１７
では、複数の電極１２＋・・・１２１３間の各セラミク
ス層１１ａ・・・１１ｄが相互に逆方向に分極されてい
るため、厚み方向に隣り合うＷ１棟間同士で互いに逆方
向のｆｆ％動変位が生じ、セラミクス層の厚みに対応し
た特定のＷＩＩ９！だけが励振され得る。

したがって、スプリアスとなる他の振動を効果的に抑圧
することができる。しかも、第１図に示したような従来
の共振子１と異なり入出力電極のすべてが並列に接続さ
れているものではないため。

インピーダンスの低下もない。すなわらより高次モード
の共振を目的として、電極を増大させた橢造であっても
、インピーダンスは低下することはなく、外部回路との
インピーダンス整合を容易にとることができる。

第４図に示した実施例の圧電共振子１１のインピーダン
ス−周波数特性を第７図に示す。第７図から明らかなよ
うに、スプリアスの；よとんど発生していない振動モー
ドが実現されていることがわかる。

第５図は、この発明の第２の実施例としての圧電フィル
タに用いる圧電セラミクスを示す斜視図である。ここで
は、圧電セラミクス２１内に複数のＷＩＮ２２ａ−２２
ｅ　、２３ａ−＝２３ａが内部電極として形成されてい
る。このようなｕ４造の圧電セラミクス２１は、第３図
に示した圧電セラミクス１１と同様にして１造され竹る
。次に、内部電極２２　ａ・・・２２ｅ、２３ａ・・・
２３ｅが形成された圧電セラミクス２１の左右側面に分
極用電極２４゜２５を形成し、分極処理を施す。分極処
理により、第５図に示すように、８電ｌ１ｉ２２ａ・・
・２２ｅ、２３ａ・・・２３０間のセラミクス層は、隣
接する各層が相互に逆方向に分極される。次、圧電セラ
ミクス２１の上面および下面にｆｆｆｆ１２６．２７を
形成づる。電極２６．２７もまた。そＢぞれ、内部に形
成された？！数の電極２２ａ・・・２２ｅ、２３Ｂ・・
・２３ｅと平行に重なり合っている。したがって、電極
２６と電極２２ａないし２２Ｑが一方の電極群を８９成
しており、電４ｈ　２３　ａないし２３ｅおよび電極２
７が他方の電極群を構成していることになる。次に、分
極処理に用いた分極用電Ｌ＠　２５　＋２６を切ｒｐＪ
あるいは研磨などにより削除し、Ｎ極２２８および電極
２３ａを外部に引出すための外部電極２８．２９を圧電
セラミクス２′１の一方側面に形成する。このようにし
て、第６図に示す実第６図に示す実施例では、上方に配
置される電極群では、両件側に配置される電ｔＩ！２６
．２２ｅが外部に接続され、同様に下方に配置された′
Ｒ電極群１ｖ極２３ａｔ３よびｔｆＩ極２７が外部へ接
続される。、２詞の？！電極群いずれを入力側Ｗ１電極
として用いることも可能であるが、いま、上方のｆ！！
極肝を入力側電極群とすると、電＠２６および電ｔｌｌ
ｉ　２２ｅより電圧が印加される。これにより上方の電
１ｉ１ｉ鼾で厚み根方向の振動が励振され、この振動は
圧電セラミクス２１内を伝播し、下方の電極群に伝えら
れ、出力が電極２７およびｆｆｌ！２３ａから取出され
る。したがって、第２図に示した従来のセラミックフィ
ルタのような変位方向の変換が行なわれないため、＾能
率のセラミックフィルタを実現し１ｑることが理解され
る。同様に、横効果に伴う不要振動が発生しないため、
スプリアスレベルも極めて低いことがわかる。さらに、
各電極群を構成する複数のＮ極２６，２２８・・・２２
ｅ、２７．２３ａ・・・２３ｅのうち、それぞれの電極
群の２７のみが外部へ引出されるものであるため、第１
図に示した従来の共振子のごとく各電極が並列に接１ｊ
されるものでもない。したがって電極数を増加さ辺、よ
り高次の振動モードを利用する塙合であ−でも、インピ
ーダンスの急激なれ下を避けることができ、外部Ｉｌ器
とのインピーダンス整合の問題も生じない。また、振動
け、圧電セラミクス２１に設けられた各電＃１軒のそれ
ぞれにおいて、電極２６．２２ａ〜２２ｅおよび電極２
３ａ〜２３６．２７が相互に重なり合っている部分を中
心としたバルク内に閉じ込められる。したがって圧電セ
ラミクス１１の側面を固定することができ、チップ部品
とすることが容易であるという利点も右斐る。

第６図に示した実施例の圧電フィルタの減衰量−周波数
特性を第８図に示す。なお、入力側電極群および出ノＪ
側電極群における電極対数ｎは、２ｎ＋１−１０ より、ｎ−４，５である。

さらに、第６図に示した実ｗｌ＆ｆＮでは、セラミクス
材料を変更することなく、通過周波数帯域を変えること
もできる。すなわち、圧電セラミクス２１を形成する際
のグリーンシー１−の厚みを変えることにより、各電極
間距饋を変えることができ、それによって通過し得る音
波の周１！数を可変することが可能である。

なお、第６図に示した実施例では、入力側および出力＃
！１電極群閤に他の内ｍｕｍが形成されていなかったが
、これに代えて各ｔＷ極群内に１以上の内部電極が形成
されていてもよい。第９図はこのような圧電フィルタの
例を示１斜視図である。図中、３０が電極群間に形成さ
れた内部Ｗ１極である。

したがって、多数の内部電極が平行に重なり合うように
配置された圧電セラミクスを準備し、そのうちの一部を
利用して２１１１の電極群を構成してもよい。すなわち
内部ｔｓｒｍにより仕切られた複数のセラミクス層を含
む２枚の電極を外部と接続することにより電極群を構成
することができる。また、第９図に、示した内部電Ｉ！
ｓ３０を接地すれば、ストレー容−を減少させる構成と
することができる。

また、第６因に示した実施例において上方および下方に
形成された電ＩＩ群間の距離を増大させることにより、
遅延時間を長くすることも極めて容易であり、したがっ
て遅延素子として利用し冑ることも可能である。

さらに、励振されたバルク波の端面（たとえばｗ１６図
ではｆｔｆｌ１２６，２７が形成されている而）での反
射を抑制プるために、端面を各ｍ槓詳から離れた位置に
設定したり、波長の長さあるいは各電極群におけるｔｙ
ｔｍ間距離と同程頃あるいはそれ以上の凹凸をこの端面
に形成するか、または端面を各電極群に対して斜め方向
にするか、さらには端面にダンピング材を形成すること
によって、スプリアスを少なくすることができる。

１１悲１１ 以上のように、この発明によれば、相互に糟なり合うよ
うに配置された複数の電極からなる？！！桶ｌＩＹと、
この電極群の電ｌ！ｊｌＩＩに配置された複数のセラミ
クス層とを備え、隣接する各セラミクス層は相互に逆方
向に分極されており、かつ両端の電極が外部に引出され
ているｆＲｙｌｌを有するため、インピーダンスを低下
させることなく高周波の振動を利用することができ、か
つ不要な他の振動を効果的に抑圧し得る圧電＠胃を得る
ことができる。したがって、共振子にあっては、インピ
ーダンス整合の問題を生じることなく高い周波数の振動
を得ることができる。またフィルタあるいは遅延線に応
用した塙合には、高能率でありかつ低スプリアスレベル
のフィルタおよび遅延線とすることができる。

【図面の簡単な説明】

１１１図は、従来のセラミック共振子の一例を示す略図
的正面図である。第２図は、従来のセラミックフィルタ
の略図的正面図である。第３図は、この発明の一実施例
に用いられる圧電セラミクスを示す斜視図である。第４
図は、第３図に示した圧電セラミクスを用いて構成した
この発明の一実施例の共振子を示す斜視図である。第５
図は、この発明の他の実施例に用いられる圧電セラミク
スを示す斜視図である。第６図は、第５図に示した圧電
セラミクスを用いて構成したこの発明の他の実施例とし
ての圧電フィルタを示す斜視図である。 第７図は、第５図に示した実施例の共振子のインピーダ
ンス−周波数特性を示す図である。第８図は、第６図（
示した実施例の圧電フィルタの減衰量−周波数特性を示
す図である。第９図は、圧電フィルタとしての他の実施
例を示す斜視図である。 １１−・・圧電セラミクス、１２ａ　、　１２ｂ　、　
１２Ｃ，１２ｄ、１２ｅ、１５．１６・・・電極、２１
　・・・圧電セラミクス、２２ａ　、２２ｂ　、２２０
．２２ｄｌ　２２８．２３ａｌ　２３ｂｌ　２３Ｃ，２
３ｄ。 ２３ｅ　、２６．２７・・・ＷｌｅＡ。 特許出願人　株式会社村田製作所 第７図 第２図 第３図 一ピ、 １２ｄ 第 第７図 周裟叙（閂Ｈｘ） １０　１テ ■オ数（ＭＨに）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　相互に重なり合うように配置された複数の電極
   からなる電極群と、 前記複数の電極間に配置された複数のセラミクス層とを
   備え、 隣接する前記各セラミクス層は相互に逆方向に分極され
   ており、かつ前記電極群のＦ’［に位置する電極が外部
   に引出されている、几電装ｆｆ。
2. （２）　前記電極群は、セラミクス層の厚み方向に重な
   り合うように設けられた、入力側電極群および出力１ｌ
   ＩＩＮ極群とを備えることを特徴とする特許請求の範囲
   １１１１１項記載の圧？！装置。