JPH09275325A

JPH09275325A - 圧電共振子およびそれを用いた電子部品

Info

Publication number: JPH09275325A
Application number: JP8110475A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Unami; 波俊彦宇; Jiro Inoue; 上二郎井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 1997-10-21
Anticipated expiration: 2016-04-05
Also published as: CN1085908C; EP0800269A3; JP3271517B2; DE69726636T2; EP0800269A2; NO971560L; NO971560D0; US5925970A; DE69726636D1; CN1167368A; EP0800269B1

Abstract

(57)【要約】【課題】スプリアスが小さく、共振周波数と反共振周
波数との差ΔＦが大きく、ΔＦや容量値などを調整する
ことができ、特性の設計自由度の大きい圧電共振子およ
びそれを用いた電子部品を得る。【解決手段】圧電共振子１０は、たとえば圧電体層と
電極１４とを積層した基体１２を含む。基体１２は、電
極１４の両側で異なる向きに分極する。基体１２の対向
側面において、１つおきに電極１４を絶縁膜１６，１８
で被覆する。それぞれの絶縁膜１６，１８は、異なる電
極１４を被覆するように形成する。基体１４の対向側面
に外部電極２０，２２を形成し、電極１４に接続する。
基体１２の両端側において、連続した複数の電極１４を
絶縁膜１６，１８で被覆し、基体１２に電界が印加され
ないようにして不活性部２６を形成する。基体１２の中
央部は、電界が印加されるので、活性部２４となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は圧電共振子および
それを用いた電子部品に関し、特にたとえば、圧電体の
機械的共振を利用した圧電共振子、およびそれを用いた
発振子，ディスクリミネータ，フィルタなどの電子部品
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３９は従来の圧電共振子の一例を示す
斜視図である。圧電共振子１は、たとえば平面視長方形
の板状の圧電体基板２を含む。圧電体基板２は、厚み方
向に分極される。圧電体基板２の両面には、電極３が形
成される。この電極３間に信号を入力することにより、
圧電体基板２の厚み方向に電界が印加され、圧電体基板
２は長さ方向に振動する。また、図４０に示すように、
平面視正方形の板状の圧電体基板２の両面に電極３を形
成した圧電共振子１がある。この圧電共振子１において
も、圧電体基板２は厚み方向に分極されている。この圧
電共振子１では、電極３間に信号を入力することによ
り、圧電体基板２の厚み方向に電界が印加され、圧電体
基板２が拡がり振動する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの圧電共振子
は、電界方向，分極方向と振動方向とが異なる圧電横効
果を利用している。この圧電横効果を利用した圧電共振
子の電気機械結合係数は、電界方向，分極方向および振
動方向が一致した圧電縦効果を利用した圧電共振子に比
べて低い。そのため、圧電横効果を利用した圧電共振子
では、共振周波数と反共振周波数との差ΔＦが比較的小
さい。このことは、圧電共振子を発振子やフィルタとし
て使用したときに、帯域幅が小さいという欠点につなが
る。そのため、圧電共振子やそれを用いた電子部品にお
いて、特性の設計自由度が小さい。

【０００４】また、図３９に示す圧電共振子において
は、長さモードの１次共振を利用しているが、構造的
に、３次，５次などの奇数倍の高次モードや、幅モード
のスプリアスも大きく発生してしまう。スプリアスを抑
制するために、研磨加工を施したり、質量を付加した
り、電極形状を変更するなどの対策が考えられるが、こ
れらは製造コストの上昇につながる。

【０００５】さらに、圧電体基板が平面視長方形の板状
であるため、強度的な制約からあまり厚みを薄くするこ
とができない。そのため、電極間距離を小さくできず、
端子間容量を大きくすることができない。これは、外部
回路とのインピーダンス整合をとる場合に、極めて不都
合である。また、複数の圧電共振子を直列および並列に
交互に接続し、ラダー型フィルタを形成する場合、減衰
量を大きくするためには直列共振子と並列共振子の容量
比を大きくする必要がある。しかしながら、上述のよう
に形状的な限界があり、大きい減衰量を得ることができ
ない。

【０００６】また、図４０に示す圧電共振子では、拡が
りの３倍波や厚みモードなどのスプリアスが大きく発生
する。さらに、この圧電共振子では、長さ振動を利用す
る圧電共振子に比べて、同じ共振周波数を得るためにサ
イズが大きくなり、小型化が困難である。また、複数の
圧電共振子を用いてラダー型フィルタを形成する場合、
直列共振子と並列共振子の容量比を大きくするために、
直列に接続される共振子の厚みを大きくするだけでな
く、圧電体基板の一部にのみ電極を形成して容量を小さ
くする手法が採用されている。この場合、部分電極にす
ることによって、容量だけでなく共振周波数と反共振周
波数との差ΔＦも低下してしまう。それに合わせて、並
列に接続される共振子についても、ΔＦを小さくしなけ
ればならず、結果的に圧電体基板の圧電性を有効に生か
せず、フィルタの通過帯域幅を大きくできないという問
題がある。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、ス
プリアスが小さく、共振周波数と反共振周波数との差Δ
Ｆが大きく、ΔＦや容量値などを調整することができ、
特性の設計自由度の大きい圧電共振子およびそれを用い
た電子部品を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、長手方向を
有する基体と、基体の一部を構成する活性部と、基体の
長手方向と直交するように活性部内に配置される少なく
とも１対の電極と、活性部とともに基体を構成する不活
性部とを含み、活性部は圧電体で構成され、基体の長手
方向に分極されるとともに、基体の長手方向に電界を加
えて、基体に長さ振動モードの基本振動を励振し、不活
性部は、分極されていない構成か、あるいは電界が印加
されない構成の少なくともいずれかであることを特徴と
する、圧電共振子である。この圧電共振子において、不
活性部は活性部の両端に形成され、活性部の長さの比率
が前記基体の長さの５０％以上であることが好ましい。
さらに、この圧電共振子において、支持部材と、基体の
長手方向のほぼ中央部と支持部材との間に配置される取
付部材とが含まれてもよい。また、この発明は、上述の
圧電共振子を用いた電子部品であって、支持部材を、表
面にパターン電極の形成された絶縁基板で構成し、絶縁
基板上に取付部材を介して前記基体を取り付けるととも
に、絶縁基板上に基体を覆うようにキャップを配置した
ことを特徴とする、電子部品である。さらに、この発明
は、上述の圧電共振子を用いた電子部品であって、支持
部材を、表面にパターン電極の形成された絶縁基板で構
成し、絶縁基板上に、直列および並列にラダー型に接続
される複数の基体を取付部材を介して取り付けるととも
に、絶縁基板上に基体を覆うようにキャップを配置した
ことを特徴とする、電子部品である。

【０００９】この圧電共振子では、活性部の分極方向と
電界方向と振動方向とが一致し、圧電縦効果を利用して
いる。そのため、振動方向が分極方向や電界方向と異な
る圧電横効果を利用した圧電共振子に比べて、電気機械
結合係数が大きくなり、共振周波数と反共振周波数との
差ΔＦが大きくなる。また、圧電縦効果を利用すること
により、幅モードや厚みモードなどのような基本振動と
異なるモードの振動が発生しにくい。さらに、活性部に
電界を印加するための電極の数や間隔および大きさなど
を調整することにより、容量値を調整することができ
る。また、不活性部を形成することにより、不活性部を
トリミングしたり質量を付加することによって、ΔＦを
調整することができる。

【００１０】この圧電共振子を用いて、発振子，ディス
クリミネータ，フィルタなどの電子部品を作製する場
合、パターン電極を形成した絶縁体基板上に圧電共振子
を取り付け、さらにキャップで覆うことによって、チッ
プ型の電子部品とすることができる。

【００１１】

【発明の効果】この発明によれば、従来の圧電共振子に
比べて、共振周波数と反共振周波数との差ΔＦが大きい
ため、広帯域の共振子を得ることができる。また、不活
性部を調整することにより、ΔＦを調整することができ
るため、圧電共振子の帯域幅を調整することができる。
さらに、この圧電共振子では、基本振動と異なるモード
の振動が発生しにくく、スプリアスが小さくなる。ま
た、圧電共振子の容量値を調整することができるため、
圧電共振子を回路基板などに実装するときに、外部回路
とのインピーダンス整合をとりやすい。

【００１２】さらに、この圧電共振子を用いて電子部品
を作製する場合、チップ型の電子部品とすることができ
るので、回路基板などに実装することが簡単である。こ
のような電子部品においても、圧電共振子の容量値を調
整することによって、外部回路とのインピーダンスマッ
チングをとることが容易である。さらに、複数の圧電共
振子を直列および並列に交互に接続してラダー型フィル
タを形成する場合、直列接続される圧電共振子と並列接
続される圧電共振子の容量比を調整することにより、減
衰量を調整することができる。

【００１３】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の圧電共振子の一
例を示す斜視図であり、図２はその図解図である。圧電
共振子１０は、たとえば直方体状の基体１２を含む。基
体１２は、たとえば圧電セラミック材料で形成される。
基体１２内には、複数の電極１４が形成される。電極１
４は、その面が基体１２の長手方向に直交するように形
成される。基体１２は、図２の矢印で示すように、１つ
の電極１４の両側において、互いに逆向きとなるように
基体１２の長手方向に分極される。

【００１５】基体１２の対向する側面には、それぞれ複
数の絶縁膜１６，１８が形成される。基体１２の一方の
側面においては、電極１４の露出部が、１つおきに絶縁
膜１６で被覆される。また、基体１２の他方の側面にお
いては、一方の側面で絶縁膜１６に被覆されていない電
極１４の露出部が、１つおきに絶縁膜１８で被覆され
る。ただし、基体１２の両端側の電極１４のいくつか
は、連続して絶縁膜１６，１８で被覆される。この実施
例では、基体１２の両端側から連続して３つの電極１４
が、絶縁膜１６で被覆される。また、基体１２の両端側
から連続して２つの電極１４が、絶縁膜１８で被覆され
る。これらの絶縁膜１６，１８が形成された基体１２の
２つの側面が、後述の外部電極との接続部となる。

【００１６】さらに、これらの接続部、すなわち基体１
２の絶縁膜１６，１８が形成された側面には、外部電極
２０，２２が形成される。したがって、電極２０には絶
縁膜１６で被覆されていない電極１４が接続され、電極
２２には絶縁膜１８で被覆されていない電極１４が接続
される。つまり、電極１４の隣合うものが、それぞれ電
極２０および電極２２に接続される。ただし、基体１２
の両端側においては、電極１４のいくつかが外部電極２
０，２２に接続されない。

【００１７】この圧電共振子１０では、外部電極２０，
２２が入出力電極として使用される。このとき、基体１
２の中央部では、隣合う電極１４間に電界が印加される
ため、基体１２は圧電的に活性となる。しかしながら、
基体１２の両端部においては、電極１４が絶縁されてい
るため、隣合う電極１４間に電界が印加されず、圧電的
に不活性となる。したがって、図２に斜線で示すよう
に、基体１２の中央部に入力信号に対する活性部２４が
形成される。また、基体１２の両端部に入力信号に対す
る不活性部２６が形成される。

【００１８】この圧電共振子１０を作製するには、図３
に示すように、まず圧電セラミックのグリーンシート３
０が準備される。グリーンシート３０の一方面上には、
たとえば銀，パラジウム，有機バインダなどを含む導電
ペーストが塗布され、導電ペースト層３２が形成され
る。導電ペースト層３２は、グリーンシート３０の一端
側を除いて全面に形成される。このグリーンシート３０
が、複数枚積層される。このとき、導電ペースト層３２
の形成されていない端部が交互に逆方向に配置されるよ
うに、グリーンシート３０が積層される。さらに、積層
体の対向する側面に導電ペーストが塗布されたのち焼成
することにより、図４に示すような積層ブロック３４が
形成される。

【００１９】積層ブロック３４内には、複数の内部電極
３６が形成される。これらの内部電極３６は、交互に積
層ブロック３４の対向部に露出している。そして、積層
ブロック３４の対向部には、内部電極３６が１つおきに
接続された外部電極３８，４０が形成される。これらの
外部電極３８，４０に直流電圧を印加することによっ
て、積層ブロック３４に分極処理が施される。このと
き、積層ブロック３４内部においては、隣合う内部電極
３６間に直流高電界が印加されるが、その向きは交互に
逆方向となる。そのため、積層ブロック３４は、図４の
矢印に示すように、内部電極３６の両側で互いに逆方向
に分極される。

【００２０】共振子の反共振周波数は、積層ブロック３
４の厚みで決まるので、これが所定の厚みに平面研磨さ
れる。次に、図５に点線で示すように、積層ブロック３
４が、ダイサーなどで複数の内部電極３６に直交するよ
うに切断される。それによって、図６に示すように、板
状ブロック４２が形成される。そして、図７に示すよう
に、板状ブロック４２の両面に、樹脂絶縁材４４が塗布
される。板状ブロック４２の一方面側においては、樹脂
絶縁材４４は、１つおきの内部電極３６に塗布される。
また、板状ブロック４２の他方面側においては、一方面
側で樹脂絶縁材４４が塗布されていない内部電極３６
に、樹脂絶縁材４４が塗布される。さらに、板状ブロッ
ク４２の両端側では、いくつかの内部電極３６にまとめ
て樹脂絶縁材４４が塗布される。この板状ブロック４２
に外部電極４８が形成されたのち、内部電極３６に直交
するように切断され、図１に示す圧電共振子１０が形成
される。

【００２１】この圧電共振子１０では、外部電極２０，
２２に信号を与えることにより、活性部２４の互いに逆
向きに分極した圧電体層に、互いに逆向きの電圧が印加
されるため、圧電体層は全体として同じ向きに伸縮しよ
うとする。そのため、圧電共振子１０全体としては、基
体１２の中心部をノードとした長さ振動の基本モードが
励振される。

【００２２】この圧電共振子１０では、活性部２４の分
極方向，信号による電界方向および活性部２４の振動方
向が一致する。つまり、この圧電共振子１０は、圧電縦
効果を利用した共振子となる。このような圧電縦効果を
利用した圧電共振子１０は、分極方向，電界方向と振動
方向とが異なる圧電横効果を利用した圧電共振子に比べ
て、電気機械結合係数が大きい。そのため、この圧電共
振子１０では、従来の圧電共振子に比べて、共振周波数
と反共振周波数との差ΔＦが大きい。したがって、この
圧電共振子１０では、帯域幅の大きい特性を得ることが
できる。

【００２３】圧電縦効果と圧電横効果の違いを測定する
ために、図８，図９および図１０に示す圧電共振子を作
製した。図８に示す圧電共振子は、４．０ｍｍ×１．０
ｍｍ×０．３８ｍｍの圧電体基板の厚み方向の両面に電
極を形成したものである。圧電体基板は、厚み方向に分
極されており、電極に信号を与えることによって、長さ
振動が励振される。図９に示す圧電共振子は、図８に示
す圧電共振子と同じ寸法で、圧電体基板の長手方向の両
面に電極を形成したものである。圧電体基板は、長手方
向に分極されており、電極に信号を与えることによっ
て、長さ振動が励振される。また、図１０に示す圧電共
振子は、４．７ｍｍ×４．７ｍｍ×０．３８ｍｍの圧電
体基板の厚み方向の両面に電極を形成したものである。
圧電体基板は厚み方向に分極されており、電極に信号を
与えることによって、拡がり振動が励振される。つま
り、図８および図１０に示す圧電共振子が圧電横効果を
利用しており、図９に示す圧電共振子が圧電縦効果を利
用している。

【００２４】これらの圧電共振子について、共振周波数
Ｆｒと電気機械結合係数Ｋを測定し、その結果を表１，
表２および表３に示した。表１は図８に示す圧電共振子
の測定結果であり、表２は図９に示す圧電共振子の測定
結果であり、表３は図１０に示す圧電共振子の測定結果
である。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】これらの測定結果からわかるように、圧電
縦効果を利用した圧電共振子のほうが、圧電横効果を利
用した圧電共振子より電気機械結合係数Ｋが大きく、し
たがって共振周波数と反共振周波数の差ΔＦが大きい。
また、圧電縦効果を利用した圧電共振子で最も大きいス
プリアスについては、長さの３倍波で電気機械結合係数
Ｋが１２．２％である。しかも、基本振動と異なる幅モ
ードにおける電気機械結合係数Ｋは４．０％と小さい。
それに対して、圧電横効果を利用した長さ振動の圧電共
振子では、幅モードにおける電気機械結合係数Ｋが２
５．２％と大きく、圧電横効果を利用した拡がり振動の
圧電共振子では、厚みモードにおける電気機械結合係数
Ｋが２３．３％と大きい。したがって、圧電縦効果を利
用した圧電共振子は、圧電横効果を利用した圧電共振子
に比べて、スプリアスが小さいことがわかる。

【００２９】また、この圧電共振子１０では、基体１２
の両端側に不活性部２６が形成されていることにより、
この不活性部２６を調整することにより、共振周波数を
調整したり、共振周波数と反共振周波数の差ΔＦを調整
することができる。つまり、基体１２の長手方向の端面
を研磨したり、質量を付加したりして、圧電共振子１０
の帯域幅を調整することができる。

【００３０】さらに、この圧電共振子１０では、たとえ
ば活性部２４の層数を調整することにより、共振子の容
量を調整することができる。つまり、活性部２４は、圧
電体層と電極１４とが交互に積み重ねられた構造であ
り、電気的には並列に接続された構造である。活性部２
４の総厚みが同じで層数のみを変えた場合、１層の厚み
は層数に反比例するので、次のような関係が成り立つ。共振子の容量∝（活性部の層数／１層の厚み）∝（活性
部の層数）² つまり、共振子の容量は、活性部２４の層数の２乗に比
例する。したがって、圧電共振子１０の活性部２４の層
数を調整することにより、容量を調整することができ、
容量の設計自由度が大きい。そのため、圧電共振子１０
を回路基板などに実装するとき、外部回路とのインピー
ダンス整合をとることが容易である。

【００３１】実施例として、圧電セラミックのグリーン
シート３０の片面に銀，パラジウム，有機バインダなど
を含む導電ペーストを塗布した後に交互に積層し、約１
２００℃の温度で一体的に焼成して、２０ｍｍ×３０ｍ
ｍ×３．９ｍｍの積層ブロック３４を形成した。そし
て、スパッタリングによって外部電極３８，４０を形成
し、隣合う内部電極３６間に直流高電界を印加すること
によって、隣合う圧電体層の分極の向きが互いに逆向き
となるように分極処理を施した。積層ブロック３４の厚
みを調整したのち切断して、１．５ｍｍ×３０ｍｍ×
３．８ｍｍの板状ブロック４２を形成した。次に、板状
ブロック４２の側面に露出した電極３６を１つおきに樹
脂絶縁材４４で被覆し、その上にスパッタリングによっ
て銀の電極を形成した。これをダイサーで切断して、
１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×３．８ｍｍの圧電共振子１０
を形成した。

【００３２】この圧電共振子１０では、基体１２の内部
に１９枚の電極１４を形成し、これらの電極１４を０．
１９ｍｍのほぼ等しい間隔に配置した。そして、基体１
２の両端側の３つの圧電体層に電界が印加されないよう
に、絶縁膜１６，１８を形成した。したがって、基体１
２の中央の１４枚の圧電体層が活性部２４となり、両端
側の各３層の圧電体層が不活性部２６となる。この圧電
共振子１０の容量は８３０ｐＦで、図１１に示す周波数
特性が得られた。比較例として、拡がり振動を行う圧電
共振子の周波数特性が、図１２に示される。図１１およ
び図１２からわかるように、この発明の圧電共振子１０
は、拡がり振動の圧電共振子に比べて、スプリアスが非
常に少ない。

【００３３】また、活性部２４や不活性部２６は、その
形成位置によって、共振周波数と反共振周波数の差ΔＦ
が変化する。たとえば、図１３に示すように、不活性部
２６を基体１２の両端部および中央部に形成することが
できる。圧電共振子１０の中央部から端部までの長さを
ａ、中央部から活性部２４の重心までの長さをｂ、活性
部２４の長さをｃ、基体１２の幅および厚みをそれぞれ
Ｗ，Ｔとしたとき、活性部２４の形成位置が変わること
によって、容量ＣｆおよびΔＦがどのように変化するか
を有限要素法で計算した。ここでは、ａ＝１．８９ｍ
ｍ、Ｗ＝Ｔ＝０．８ｍｍ、ｃ＝０．８６ｍｍとして、ｂ
／ａを変化させ、ΔＦと反共振周波数Ｆａとの比ΔＦ／
Ｆａおよび容量Ｃｆを図１４に示した。図１４から、活
性部２４の位置にかかわらず、容量Ｃｆは変化しないこ
とがわかる。それに対して、活性部２４が基体１２の両
端に近づくほど、ΔＦが低下することがわかる。

【００３４】また、この圧電共振子１０では、活性部２
４と不活性部２６の割合を変えることによって、ΔＦを
変化させることができる。たとえば、図１および図２に
示す圧電共振子１０について、活性部２４の長さの基体
１２の長さに対する割合、つまり活性部比率を変えて、
共振周波数Ｆｒ，反共振周波数Ｆａ，ΔＦおよびその変
化率を測定し、その結果を表４および図１５に示した。

【００３５】

【表４】

【００３６】図１５は、活性部比率が１００％のとき、
すなわち不活性部が存在しないときのΔＦを１００％と
し、活性部比率とΔＦの変化率との関係を示している。
図１５からわかるように、活性部比率が６５〜８５％の
ときΔＦが大きく、特に、活性部比率が７５％のときに
最大となっている。その値は、活性部比率が１００％、
すなわち不活性部がない場合に比べて、約１０％も大き
い。また、活性部比率が５０％のとき、活性部比率が１
００％のときとΔＦは同じである。したがって、ΔＦの
大きい圧電共振子を得ることを目的とするとき、活性部
比率を５０％以上にすればよい。

【００３７】また、この圧電共振子１０において、２０
層の圧電体層の中で１４層が活性部２４となっている場
合、その容量は８３０ｐＦであった。それに対して、同
じ材料および外形寸法で、活性部比率を１００％とし、
圧電体層の数を１層にした場合、すなわち基体１２の両
端面に電極を形成した場合、その容量は３．０ｐＦであ
った。さらに、２０層の圧電体層の全てを活性部２４と
した場合、その容量は１１８５．７ｐＦとなった。この
ように、圧電共振子１０の層数を変えることによって、
最大約４００倍の範囲で容量を変化させることができ
る。したがって、圧電共振子１０の積層構造を変えるこ
とによって、広い範囲で容量を選択することができ、そ
の設計自由度が大きくなっている。

【００３８】なお、基体１２内部の電極１４と外部電極
２０，２２とを接続するためには、図１６に示すよう
に、電極１４が１つおきに露出するように、窓部５０を
形成した絶縁膜１６，１８を形成してもよい。そして、
絶縁膜１６，１８上に外部電極２０，２２を形成すれ
ば、電極１４が交互に２つの外部電極２０，２２に接続
される。また、図１７に示すように、基体１２の１つの
側面に、２つの外部電極２０，２２を形成してもよい。
この場合、基体１２の１つの側面において、２列に絶縁
膜１６，１８が形成されることにより、２列の接続部が
形成される。これらの２列の絶縁膜１６，１８は、それ
ぞれ１つおきの電極１４上に形成される。このとき、２
列の絶縁膜１６，１８は、互いに異なる電極１４上に形
成される。そして、これらの絶縁膜１６上に、２列の外
部電極２０，２２が形成される。これらの圧電共振子１
０についても、上述の圧電共振子と同様の効果を得るこ
とができる。

【００３９】また、図１８に示すように、内部の電極１
４を交互に基体１２の対向する側面に引き出してもよ
い。そして、基体１２の対向する側面に、外部電極２
０，２２を形成すればよい。この圧電共振子１０では、
内部に形成される電極１４が１つおきに露出しているた
め、基体１２の側面に外部電極２０，２２を形成するだ
けで、内部の電極１４が１つおきに外部電極２０，２２
に接続される。したがって、基体１２の側面に絶縁膜を
形成する必要がない。

【００４０】この圧電共振子１０では、基体１２の断面
において、全面に電極１４が形成されていない。したが
って、隣接する電極１４の対向面積は、全面電極に比べ
て小さい。そのため、この対向面積によって、圧電共振
子１０の容量やΔＦを変えることができる。たとえば、
図１９に示すように、基体１２の全長３．７４ｍｍ、活
性部２４の長さ３．６ｍｍ、両端の不活性部２６の長さ
０．０７ｍｍ、基体１２の幅０．８ｍｍ、基体１２の厚
み１．０ｍｍで、０．１８ｍｍの圧電体層を２０層とし
たとき、電極１４の端部と基体１２の厚み方向の側面と
の間のギャップＧを変えて、反共振周波数Ｆａ、容量Ｃ
ｆおよびΔＦを有限要素法により算出した。そして、そ
の結果を表５および図２０に示した。これらの表５およ
び図２０からわかるように、ギャップＧが大きくなるに
つれて、すなわち電極１４の対向面積が小さくなるにつ
れて、ＣｆおよびΔＦが小さくなる。

【００４１】

【表５】

【００４２】このような圧電共振子１０の変形例とし
て、図２１に示すように、圧電体層の同じ側において、
異なる端部に引き出した電極１４を形成してもよい。こ
れらの２種類の圧電体層を積層することにより、図２２
に示すように、基体１２の１つの側面において、電極１
４が２列に露出する。したがって、電極１４が露出した
部分に外部電極２０，２２を形成することにより、電極
１４が１つおきに外部電極２０，２２に接続される。

【００４３】たとえば、図２に示すような基体１２の断
面の全面に電極１４を形成した圧電共振子１０では、基
体１２の断面の全面に電界が印加されるので、共振子の
電気機械結合係数が高く、したがってΔＦが大きい。ま
た、圧電共振子１０の容量値も大きい。さらに、圧電共
振子１０の製造時において、積層ブロックを切断すると
きに、あらかじめ積層ブロック断面のほぼ全面に電極が
形成されているため、切断位置がずれても、共振子断面
の全面に電極が形成されている。したがって、積層ブロ
ックの切断位置を精密に決める必要がない。さらに、同
じ圧電セラミックの積層ブロックからでも、切断方法を
変えることによって、得られる共振子の断面形状や面積
が変わり、容量が変わる。また、どの電極端部に絶縁膜
を形成するかによって、さまざまな容量値およびΔＦを
有する共振子を得ることができる。このように、同じ積
層ブロックから多くの品種の圧電共振子を得ることがで
きる。

【００４４】それに対して、たとえば図１８に示すよう
な内部の電極端部と基体の側面との間にギャップを有す
る圧電共振子では、積層ブロックを切断するときに、電
極が形成されていない部分を切断する必要がある。しか
しながら、このような圧電共振子１０では、基体１２の
側面に絶縁膜を形成する必要がなく、製造の工数を少な
くすることができる。

【００４５】不活性部２６としては、図２３に示すよう
に、基体１２の端部側に電極１４を形成しないことによ
って、電界が印加されないようにしてもよい。この場
合、基体１２の端部側においては、分極されていてもよ
いし、分極されていなくてもよい。また、図２４に示す
ように、基体１２の端部側のみ分極しないようにしても
よい。この場合、電極１４間に電界が印加されても、分
極していない部分は圧電的に不活性となる。つまり、圧
電体層が分極され、かつ電界が印加されたときにのみ、
圧電的に活性になるのであり、それ以外は圧電的に不活
性となる。この構成では、容量が不活性部に形成される
ことになり、容量を大きくすることが可能となる。さら
に、図２５に示すように、基体１２の端面に、周波数調
整用や外部回路との接続のための引き出しなどの目的
で、小さい電極５２を形成してもよい。

【００４６】この圧電共振子１０を用いて、発振子やデ
ィスクリミネータなどの電子部品が作製される。図２６
は、電子部品６０の一例を示す斜視図である。電子部品
６０は、絶縁体基板６２を含む。絶縁体基板６２の対向
する端部には、それぞれ２つずつ凹部６４が形成され
る。絶縁体基板６２の一方面上には、図２７に示すよう
に、２つのパターン電極６６，６８が形成される。一方
のパターン電極６６は、対向する凹部６４間に形成さ
れ、その一端側から絶縁体基板６２の中央部に向かっ
て、Ｌ字状に延びるように形成される。また、他方のパ
ターン電極６８は、別の対向する凹部６４間に形成さ
れ、その他端側から絶縁体基板６２の中央部に向かっ
て、直線状に延びるように形成される。これらのパター
ン電極６６，６８は、絶縁体基板６２の端部から他方面
に向かって、回り込むように形成される。

【００４７】絶縁体基板６２の中央部におけるパターン
電極６６の端部には、導電接着剤などによって突起７０
が形成される。そして、図２８に示すように、突起７０
上に、上述の圧電共振子１０が取り付けられる。このと
き、基体１２の中央部が突起７０上に配置され、たとえ
ば圧電共振子１０の外部電極２２が突起７０に接合され
る。そして、他方の外部電極２０が、導電ワイヤ７２な
どによって、パターン電極６８に接続される。このと
き、導電ワイヤ７２は、圧電共振子１０の外部電極２０
の中央部に接続される。

【００４８】さらに、絶縁体基板６２上に、金属キャッ
プ７４がかぶせられる。このとき、金属キャップ７４と
パターン電極６６，６８とが導通しないように、絶縁基
板６２およびパターン電極６６，６８上に絶縁性樹脂が
塗布される。そして、金属キャップ７４がかぶせられる
ことによって、電子部品６０が作製される。この電子部
品６０では、絶縁体基板６２の端部から裏面に回り込む
ように形成されたパターン電極６６，６８が、外部回路
と接続するための入出力端子として用いられる。

【００４９】この電子部品６０では、突起７０が形成さ
れ、この突起７０に圧電共振子１０の中央部が固定され
ているため、圧電共振子１０の端部が絶縁体基板６２か
ら離れた状態で配置され、振動が阻害されない。また、
圧電共振子１０のノード点である中央部が突起７０に固
定されるとともに、導電ワイヤ７２が接続されるため、
励振される長さ振動が弱められない。

【００５０】また、この電子部品６０は、ＩＣなどとと
もに回路基板などに実装され、発振子やディスクリミネ
ータとして用いられる。このような構造の電子部品６０
では、金属キャップ７４で密封・保護されているため、
リフロー半田などによる取り付けが可能なチップ部品と
して使用することができる。

【００５１】この電子部品６０を発振子として使用する
場合、上述の圧電共振子１０が用いられているので、ス
プリアスが小さく抑えられ、スプリアスによる異常発振
を防止することができる。また、圧電共振子１０の容量
値を自由に設定できるため、外部回路とのインピーダン
ス整合をとることが容易である。特に、電圧制御発振器
用の発振子として使用する場合、共振子のΔＦが大きい
ので、従来にはない広い周波数可変範囲を得ることがで
きる。

【００５２】また、この電子部品６０をディスクリミネ
ータとして用いる場合、共振子のΔＦが大きいという特
徴は、ピークセパレーションが広いという特徴につなが
る。さらに、共振子の容量設計範囲が広いため、外部回
路とのインピーダンス整合をとることが容易である。

【００５３】なお、絶縁体基板６２に圧電共振子１０を
取り付ける方法として、図２９および図３０に示すよう
に、パターン電極６６，６８の両方に導電性接着剤など
の導電材料で形成した突起７０を形成し、圧電共振子１
０の外部電極２０，２２を２つの突起７０に接続しても
よい。また、図３１および図３２に示すように、絶縁体
基板６２上に絶縁性接着剤などの絶縁材料で突起７０を
形成し、導電ワイヤ７２などを用いて、圧電共振子１０
の外部電極２０，２２とパターン電極６６，６８とを接
続してもよい。

【００５４】また、複数の圧電共振子１０を用いて、ラ
ダーフィルタを作製することができる。この電子部品６
０では、図３３および図３４に示すように、絶縁体基板
６２上に、３つのパターン電極７６，７８，８０が形成
される。それぞれの両側のパターン電極７６，８０に
は、導電性接着剤などで突起８２，８６が形成される。
また、中央のパターン電極７８には、導電性接着剤など
で２つの突起８４，８８が形成される。

【００５５】これらの突起８２，８４，８６，８８に、
それぞれ圧電共振子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの
一方の外部電極２２が取り付けられる。さらに、圧電共
振子１０ａ，１０ｂ，１０ｃの外部電極２０が、導電ワ
イヤ７２で接続される。また、圧電共振子１０ｄの外部
電極２０が、導電ワイヤ７２でパターン電極８０に接続
される。そして、絶縁体基板６２上に、金属キャップ７
４がかぶせられる。

【００５６】この電子部品６０は、図３５に示すよう
な、梯子型の回路を有するラダーフィルタとして用いら
れる。このとき、２つの圧電共振子１０ａ，１０ｃは直
列共振子として用いられ、別の２つの圧電共振子１０
ｂ，１０ｄは並列共振子として用いられる。このような
ラダーフィルタでは、並列の圧電共振子１０ｂ，１０ｄ
の容量が、直列の圧電共振子１０ａ，１０ｃの容量より
も格段に大きくなるように設計されている。

【００５７】ラダーフィルタの減衰量は、直列共振子と
並列共振子の容量比に左右される。この電子部品６０で
は、圧電共振子１０ａ〜１０ｄの積層数を変えることに
よって、容量を調整することができる。したがって、圧
電共振子１０ａ〜１０ｄの容量を調整することにより、
従来の圧電横効果を利用した圧電共振子を用いた場合に
比べて、少ない共振子数でより大きい減衰量をもったラ
ダーフィルタを実現することができる。また、圧電共振
子１０ａ〜１０ｄのΔＦが従来の圧電共振子より大きい
ため、通過帯域幅も従来の圧電共振子を用いたものより
広いものを実現することができる。

【００５８】このような電子部品６０において、圧電共
振子１０の基体１２の内部に２つの電極１４を形成した
例が、図３６に示される。ここでは、不活性部２６の長
さが、基体１２の長さの２５％（片側１２．５％）であ
る例を示している。この電子部品６０では、内部の電極
１４から基体１２の側面中央部に向かって、外部電極２
０，２２が形成されている。このように、内部の電極１
４の数や形成状態によって、外部電極２０，２２の形状
などを調整することができる。

【００５９】さらに、図３７に示すように、圧電共振子
１０を用いて、セラミック共振子やセラミックディスク
リミネータなどの２端子型の電子部品６０を作製するこ
ともできる。このような２端子型の電子部品６０を作製
するには、導電材料で形成された２つの端子９０が準備
される。これらの端子９０は、フープ材９２から延びる
ように形成されている。実際には、それぞれのフープ材
９２には、複数の端子９０が並んで形成されている。端
子９０の中間部には折曲げ部９４が形成され、さらに端
子９０の端部にはＨ字状の支持部材９６が形成される。
支持部材９６は湾曲するように形成され、その中央部に
突起状の取付部材９８が形成される。そして、２つの取
付部材９８が、互いに対向するように配置される。

【００６０】これらの取付部材９８間に、圧電共振子１
０が保持される。このとき、取付部材９８は、圧電共振
子１０の長手方向の中央部において、外部電極２０，２
２に当接される。端子９０に折曲げ部９４が形成されて
いることにより弾性が与えられ、圧電共振子１０は端子
９０によって弾性保持される。そして、圧電共振子１０
を覆うようにして、一方に開口部を有するケース１００
が被せられる。ケース１００の開口部は紙などで塞が
れ、さらにその上から樹脂封止される。そののち、端子
９０がフープ材９２から切り離され、電子部品６０が形
成される。このように、電子部品６０としては、チップ
状以外の形状とすることができる。

【００６１】このように、この発明の圧電共振子１０で
は、圧電縦効果を利用しているため、圧電横効果を利用
した従来の圧電共振子に比べて、ΔＦが大きくなり、広
帯域の共振子を得ることができる。さらに、スプリアス
の小さい圧電共振子を得ることができる。また、基体１
２を積層構造とすることにより、容量値を自由に設計す
ることができ、外部回路とのインピーダンス整合をとる
ことが容易である。さらに、活性部と不活性部の大きさ
や位置を調整することにより、ΔＦを調整することがで
きる。また、この発明の電子部品６０は、単純な構造で
あるため、安価に製造することができる。しかも、上述
のような圧電共振子１０の特性をもつ電子部品を得るこ
とができる。

【００６２】この発明の圧電共振子１０では、従来の圧
電共振子に比べて、設計できるパラメータが多く、それ
によって実現できる特性の範囲が著しく広がる。これら
のパラメータとΔＦ／Ｆａとの関係および容量Ｃｆとの
関係が、図３８に示される。図３８からわかるように、
これらのパラメータを使って、圧電共振子１０の特性の
設計範囲を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の圧電共振子の一例を示す斜視図であ
る。

【図２】図１に示す圧電共振子の構造を示す図解図であ
る。

【図３】図１に示す圧電共振子を作製するためにセラミ
ックグリーンシートを積層する状態を示す斜視図であ
る。

【図４】図３に示すセラミックグリーンシートからつく
られた積層ブロックを示す図解図である。

【図５】図４に示す積層ブロックの切断部分を示す図解
図である。

【図６】図５に示す積層ブロックを切断した板状ブロッ
クを示す図解図である。

【図７】図６に示す板状ブロックに樹脂絶縁材および外
部電極を付与した状態を示す図解図である。

【図８】比較例としての圧電横効果を利用した長さ振動
をする圧電共振子を示す斜視図である。

【図９】圧電縦効果を利用した長さ振動をする圧電共振
子を示す斜視図である。

【図１０】比較例としての圧電横効果を利用した拡がり
振動をする圧電共振子を示す斜視図である。

【図１１】この発明の圧電共振子の周波数とインピーダ
ンスとの関係を示すグラフである。

【図１２】従来の圧電共振子の周波数とインピーダンス
との関係を示すグラフである。

【図１３】基体の活性部と不活性部の分布を変えた圧電
共振子の例を示す図解図である。

【図１４】活性部の分布と容量およびΔＦ／Ｆａとの関
係を示すグラフである。

【図１５】活性部比率とΔＦとの関係を示すグラフであ
る。

【図１６】この発明の圧電共振子の変形例を示す図解図
である。

【図１７】この発明の圧電共振子の他の変形例を示す図
解図である。

【図１８】この発明の圧電共振子の他の例を示す図解図
である。

【図１９】図１８に示す圧電共振子の内部の電極と基体
側面との間のギャップを示す図解図である。

【図２０】内部の電極と基体側面との間のギャップおよ
び容量，ΔＦの関係を示すグラフである。

【図２１】図１８に示す圧電共振子の変形例の圧電体層
を示す平面図である。

【図２２】図２１に示す圧電体層を有する圧電共振子を
示す図解図である。

【図２３】圧電共振子の不活性部の変形例を示す図解図
である。

【図２４】圧電共振子の不活性部の他の変形例を示す図
解図である。

【図２５】基体の端部に電極を形成した例を示す図解図
である。

【図２６】上述の圧電共振子を用いた電子部品の一例を
示す斜視図である。

【図２７】図２６に示す電子部品に用いられる絶縁体基
板の例を示す斜視図である。

【図２８】図２６に示す電子部品の分解斜視図である。

【図２９】絶縁体基板に対する圧電共振子の取り付け方
法の他の例を示す図解図である。

【図３０】図２９に示す圧電共振子の取り付け方法を示
す側面図である。

【図３１】絶縁体基板に対する圧電共振子の取り付け方
法のさらに他の例を示す図解図である。

【図３２】図３１に示す圧電共振子の取り付け方法を示
す側面図である。

【図３３】この発明の圧電共振子を用いたラダーフィル
タの分解斜視図である。

【図３４】図３３に示すラダーフィルタの絶縁体基板と
圧電共振子とを示す斜視図である。

【図３５】図３３に示すラダーフィルタの等価回路図で
ある。

【図３６】異なる形状の外部電極を有する圧電共振子を
絶縁体基板に取り付けた例を示す図解図である。

【図３７】２端子型の電子部品の一例を示す分解斜視図
である。

【図３８】Ｃｆ，ΔＦ／Ｆａとパラメータとの関係を示
す図である。

【図３９】従来の圧電横効果を利用した圧電共振子の例
を示す図解図である。

【図４０】従来の圧電横効果を利用した圧電共振子の他
の例を示す図解図である。

【符号の説明】

１０圧電共振子１２基体１４電極１６絶縁膜１８絶縁膜２０外部電極２２外部電極２４活性部２６不活性部６０電子部品６２絶縁体基板６４凹部６６パターン電極６８パターン電極７０突起７２導電ワイヤ７４金属キャップ７６パターン電極７８パターン電極８０パターン電極８２突起８４突起８６突起８８突起９０端子９２フープ材９４折曲げ部９６支持部材９８取付部材

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年５月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１４】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向を有する基体、前記基体の一部を構成する活性部、前記基体の長手方向と直交するように前記活性部内に配
置される少なくとも１対の電極、および前記活性部とと
もに前記基体を構成する不活性部を含み、前記活性部は圧電体で構成され、前記基体の長手方向に
分極されるとともに、前記基体の長手方向に電界を加え
て、前記基体に長さ振動モードの基本振動を励振し、前記不活性部は、分極されていない構成か、あるいは電
界が印加されない構成の少なくともいずれかであること
を特徴とする、圧電共振子。
【請求項２】前記不活性部は前記活性部の両端に形成
され、前記活性部の長さの比率が前記基体の長さの５０
％以上である、請求項１に記載の圧電共振子。
【請求項３】さらに、支持部材と、前記基体の長手方
向のほぼ中央部と前記支持部材との間に配置される取付
部材とを含む、請求項１または請求項２に記載の圧電共
振子。
【請求項４】請求項３に記載の圧電共振子を用いた電
子部品であって、前記支持部材を、表面にパターン電極の形成された絶縁
基板で構成し、前記絶縁基板上に取付部材を介して前記基体を取り付け
るとともに、前記絶縁基板上に前記基体を覆うようにキャップを配置
したことを特徴とする、電子部品。
【請求項５】請求項３に記載の圧電共振子を用いた電
子部品であって、前記支持部材を、表面にパターン電極の形成された絶縁
基板で構成し、前記絶縁基板上に、直列および並列にラダー型に接続さ
れる複数の前記基体を取付部材を介して取り付けるとと
もに、前記絶縁基板上に前記基体を覆うようにキャップを配置
したことを特徴とする、電子部品。