CN1106593A - 压电谐振器 - Google Patents

Abstract

在压电陶瓷板(12)的上下表面形成第一和第二 凹槽(15、16)，该板沿平行其主表面方向P极化。在 两凹槽间形成谐振部分，使在所述上下表面上的第一 和第二谐振电极(13、14)相对并穿过陶瓷板。在该 厚度剪切模式的能量捕捉型压电谐振器中，谐振部分 有一对矩形侧表面，并形成所述两凹槽，以使比值 b/a处在偏离下述值的±10％范围内：b/a＝n (0.3σ+1.48)，其中b和a表示压电体矩形侧表面长 短边长度，σ为谐振部分材料泊松比，n为一整数。

Description

本发明涉及一种采用剪切模式的能量捕捉型压电谐振器。特别是它涉及到一种具有某种结构的压电谐振器，利用这种结构可以有效地捕捉存在于谐振部份的振动能量。

图1的投影图示出了一种惯用的采用剪切模式的能量捕捉型压电谐振器1，该压电谐振器1具有一个矩形的压电陶瓷板2，该压电陶瓷板2从一个端表面2a沿箭头P方向到另一个端表面2b被极化。在所述压电陶瓷板2的上表面2c和下表面2d上分别形成了谐振电极3和4。

所述的谐振电极3和4分别从所述端表面2b和2a向中心部份延伸。所述谐振电极3和4在所述压电陶瓷板2的中心区域彼此相对互相重叠。

当在所述谐振电极3和4两端施加一个交流电压时，与所述谐振电极3和4彼此相互重叠的所述压电谐振器的某个区域，即谐振部份被以剪切模式激活。在这种情况下，在与所述谐振电极3和4彼此相互重叠的所述谐振部份内的振动能量被捕获并几乎不向所述的端表面2a和2b泄露。

换句话说，所述的压电谐振器1是一个采用剪切模式的能量捕捉型压电谐振器。因此，利用机械手段将所述的压电谐振器1固定在所述端表面2a和2b附近的构件或电路板上将是可能的。

在这样一种能量捕捉型压电谐振器1中，必须在谐振部份内有效地捕获振动能量。否则，由于在所述压电谐振器1被机械地保持在所述端表面2a和2b附近时所述的振动被抑制，就不能获得所希望的谐振特性。

在所述的压电谐振器1中，必须增加所述元件长度L，以有效地捕捉振动能量。另一方面，所述压电谐振器1的谐振频率取决于所述谐振部份的厚度，即所述元件的厚度t。例如当所述压电谐振器1的谐振频率为4MHZ时，它的厚度大约为0.3mm，而当它的谐振频率为2MHZ时，共厚度t为0.6mm。

但是，为了可靠地捕捉在所述谐振部份中的振动能量，必须使所述元件长度L与其厚度t成正比增加。例如，其谐振频率为4MHz、厚度t为0.3mm的一个压电谐振器的长度L必须在5mm左右，而谐振频率为2MHE、厚度t为0.6mm的一个压电谐振器的长度L必须在10mm左右，才能够可靠地捕捉在所述谐振部份内的振动能量。

因此，在所述采用剪切模式的能量捕捉型压电谐振器1中不可避免地要增加所述元件的长度L。

本发明的一个目的就是要提供一种采用剪切模式的能量捕捉型压电谐振器，该压电谐振器能够有效地改进对存在于所述谐振部份中的振动能量的捕捉能力，从而减少其整个尺寸。

根据本发明的广义范围，所提供的是一种采用剪切模式的能量捕捉型压电谐振器，这种谐振器可以实现上述目的。所发明的采用剪切模式的能量捕捉型压电谐振器包括一个压电体，该压电体具有一对彼此相对并具有一个长边和一个短边的矩形表面，并且在某个方向上被极化，另外，该压电体还具有第一和第二谐振电极，该两个电极被形成于所述压电体的一个外表面上。所述的第一和第二谐振电极彼此间以予定间隔配置在所述压电体的外表面上，以用于在与所述压电体极化方向相垂直的方向上施加一个电压。

根据本发明的所述压电谐振器的特征在于若b和a表示所述压电体矩形表面长边和短边的长度，而σ表示形成所述压电体材料的泊松（Poisson）比，那么，比值b/a将设置在偏离以下值±10%的范围之内，

b/a＝n（0.3+1.48）    …（1）

其中，n表示一个整数。

在根据本发明的压电谐振器中，一个交流电压在垂直于所述极化方向上被加于所述第一和第二谐振电极两端。因此，所述的压电谐振器被以剪切模式激化。另外，由于上述比值b/a被设置在偏离满足等式（1）的值±10%范围之内，所以在所述压电谐振器之内的剪切模式振动被有效地捕捉。就象下面将要结合实施例进一步详细描述的那样，本发明人通过实验确认通过将所述的比值b/a设置在上述特定范围之内，可以有效地捕捉剪切模式振动。

根据本发明，可以在前述压电谐振器的压电体内对剪切模式振动进行有效的捕捉。因此，没有必要为了衰减支撑结构中的振动而去制造一个具有本发明压电谐振器的构件，从而使得所述支撑结构得以简化。根据本发明的压电谐振器，就可以提供一种小型的采用剪切模式的压电谐振构件。

根据本发明一个特定范围，在所述的压电体上连接有一个支撑部份。在这种情况下，由于在所述的压电体内已经有效地捕捉了剪切模式振动，就可以使所述支撑部份的尺寸得以减小、结构得以简化。这些支撑部份最好能连接到所述压电体的两个边上，从而能够进一步稳定地支撑所述的压电体，更好的一种方法是把一个保持部份连接到与所述压电体两个边相连接的所述支撑部份上。当所述的保持部份是依据具有某一级表面的构件加以配置时，就可以利用所述的保持部份很容易并很稳定地将所述压电谐振器固定到其它构件上。

根据本发明更加特定的一个范围，提供了一种能量捕捉型压电谐振器，它具有以板状形式构成为一个整体的一个压电体、支撑部份和由板型构件所形成的保持部份、在这种情形下，通过对一个单一的压电衬底进行机械加工可以形成所述的压电体、支撑部份和保持部份，由此可以很容易地提供一个采用剪切模式的板型压电谐振器。

在前述的通过对一个单一的压电衬底进行机械加工以形成所述压电体、支撑部份和保持部份的结构之中，最好在所述的压电衬底内形成第一和和二凹槽，用以通过位于所述第一和第二凹槽之间的一个压电衬底部位形成所述的压电体。在这种情况下，通过对所述第一和第二凹槽的处理，就可以限定所述压电体的尺寸。

根据本发明另一个特定范围，各个外壳衬底延伸到由上述单一压电衬底所形成的所述压电谐振器的上面和下面部位。在这种情况下，在每一个外壳衬底上或者是在至少一个位于所述外壳衬底和所述压底谐振器之间的部位处都提供有一个谐振腔形成装置，以便限定一个空间，以用于允许所述谐振器振动部位的振动。通过使用使所述外壳衬底在所述压电谐振动器上下部位进行延伸而获得的结构，就可以很容易地获得一种芯片型压电谐振构件。另外，由于具有一个由所述谐振腔装置所形成并用于允许所述压电谐振器振动部分进行振动的谐振腔，所以，也很容易提供一种具有稳定特性的能量捕捉芯片型谐振构件。

第一和第二间隔板最好能够连接到所述压电衬底的两个边上，以便限定一个空间，用以允许所述压电谐振器振动部份的振动。在被提供有所述第一和第二间隔板的这种结构中，在可靠隔离所述部位的同时，可以限定一个空间，用以允许所述压电谐振器边部位上的振动。因此，就可以提供一种芯片型压电谐振构件，而这种构件具有良好的隔离性能。

最好利用与用于形成所述压电谐振器的压电衬底相同的构件来整体形成所述的第一和第二间隔板。在这种情况下，在所述压电衬底和所述第一和第二间隔板之间不提供接合部位，由此，可以进一步改善所述芯片型压电谐振构件的隔离性能。因此，就可能提供一种能够很好适应周围环境诸如抗潮湿的芯片型压电谐振构件。

根据本发明，不局限于板型形状而可以是以任意形状所形成的上述压电体必须包含一对具有长边和短边并且相对配置的矩形表面，以满足前述等式（1）的要求。所述的压电体最好由一个矩形板状压电衬底构成，它被提供有一对主表面和与所述主表面相互连接的4个侧表面。

当所述的压电体是由前述矩形压电板构成时，可以以分散形式在所述压电板的两个主表面上、在彼此相距予定距离处的所述压电板的一个主表面上、或者是在所述压电板两个相对的侧表面上提供一对谐振电极。换句话说，所述的这对谐振电极可以被适当地形成于所述压电体的外部侧面之上，直到该对谐振电极能够激活剪切模式振动为止，并且使这对谐振电极置位，从而使得这对谐振电极的形成不受特别限制并且可以以各种方式加以修正，这从下面对实施例的描述可以得到清楚的理解。

当在本发明的压电谐振器中使用在所述压电板两个主表面上提供有所述谐振电极的结构时，就可以提供一种压电谐振构件，通过配置一对弹簧端子为该压电谐振构件提供了引线;这对弹簧端子用于弹性地保持于两个表面上所形成的所述一对谐振电极，该对谐振电极用于在壳体中放置所述的压电谐振器和所述弹簧端子。

根据本发明，比值b/a在偏离满足等式（1）的值±10%的范围之内进行选择，借此可以有效地捕捉在所述压电体之内的剪切模式振动。因此，就可以减小在所述压电体外部设置的构件和部件的尺寸。这样，就可以提供一种压电谐振器，这种谐振器可以进一步减小其尺寸并且相对于通常的采用剪切模式的压电谐振器而言具有良好的谐振性能。

当结合附图对本发明作进一步详细描述以后，本发明的前述和其它目的，特性，范围以及优点将会变得更加明显。

图1示出了采用厚度剪切模式的通常压电谐振器;

图2A和2B显示出了根据本发明第一实施例的压电谐振器的侧视图和一个透视图;

图3A和3B是示出了根据本发明第一实施例的压电谐振器的一种改型的侧视图和一个透视图;

图4A和4B是一个用于表示在b/a＝1的情况下其剪切模式的示意性侧视图和一个用于表示振动器各部份位置的模型图;

图5是一个典型的侧视图，用于表示在b/a＝0.3+1.48的情况下，所述压电振动器的位移分布;

图6是一个典型的侧视图，用于表示根据图5所示产生的振动在侧表面上的位移向量分布;

图7是一个典型的侧视图，用于表示在把支撑构件连接到图6所示之压电振荡器的情况下，沿X方向的位移分布;

图8示出了在比值b/a和泊松比σ之间的关系;

图9示出了具有泊松比为0.31、比值b/a为1.57并且使用有限元方法所分析的一个压电振荡器的位移分布;

图10示出了通过在图9所示压电振荡器外侧面上穿过所述第一和第二凹槽提供所述的保持部份所形成的一个压电阻振器的位移分布;

图11示出了在所述比值b/a和相关位移量之间的关系;

图12是一个侧视图;它示出了根据本发明第二实施例的一个压电谐振器;

图13A和13B是两个透视图，它们分别示出了根本本发明第三实施例的一个压电谐振器以及它的改进型;

图14是一个分解透视图，用以表示利用本发明谐振器所构成的一个芯片型谐振构件;

图15是一个透视图，用于表示一个芯片型压电谐振构件;

图16是一个透视图，用以表示一个由整体构件形成的谐振板;

图17是一个平面视图，用以表示图16所示的谐振板;

图18是一个透视图，用以表示根据本发明第四实施例的一个压电谐振器;

图19是一个透视图，用以表示用于本发明压电谐振器的一个典型的板形构件;

图20是一个透视图，用以表示用于本发明压电谐振器的一个典型的压电衬底;

图21是一个示意性平面视图，用于表示以剪切模式所激活的振动的节点;

图22是一个透视图，用以表示根据本发明第五实施例的一个压电谐振器;

图23是一个剖面图，用以表示图22所示与所述弹簧端子的弹性触点部位相接触的所述压电谐振器;

图24是一个透视图，用以示出利用一对弹簧端子来弹性保持所述压电谐振器的方法;

图25是一个剖面图，它示出了被提供有引线的压电谐振构件，所述的引线是通过利用一对弹簧端子来保持本发明压电谐振器并将其存贮于一个壳体内的方式构成的;

图26是一个典型的透视图，用以表示根据本发明第六实施例的一个压电谐振器，该压电谐振器使用一对弹簧端子加以支撑。

下面将参考附图对本发明的非特定实施例加以描述，以理解本发明。

图2A是2B是一个示出了依据本发明第一实施例的能量捕捉型压电谐振器11的侧视图和透视图。

所述压电谐振器11是由一个矩形压电陶瓷板12形成的，该矩形压电陶瓷板是以如下方式被极化的，即极化衰减是在平行于它的主平面方向，即沿箭头P的方向进行调节的。

在所述压电陶瓷板12的一个上表面12a上，形成第一谐振电极13，该第一谐振电极13从第一端表面12c朝向第二端表面12d延伸，但并不到达所述的第二端表面12d。在所述压电陶瓷板12的一个下表面12b上，类似地形成一个第2谐振电极14，该第2谐振电极从所述的第二端表面12d朝向所述的第一端表面12c延伸，但并不到达所述的第一端表面12c。

另外，在所述压电陶瓷板12的上下表面12a和12b内分别形成了交叉方向延伸的第一和第二凹槽15和16。在位于所述第一和第二凹槽15和16之间的所述压电陶瓷板12的一部份内，所述的第一和第二谐振电极13和14彼此相互垂直重叠穿过所述的压电陶瓷板12，借此形成了一个谐振部份，即本发明的压电体部份。换句话说，由于在所述第一和第二谐振电极13和14的前端部位上分别形成了所述第一和第二凹槽15和16，所以所述的谐振部份就被限定在所述第一和第二凹槽15和16之间。

假设a表示所述压电陶瓷板12的谐振部份沿其厚度的长度，即垂直正交于所述压电陶瓷板12的端表面12c和12d彼此相互连接方向（第一方向）的所述谐振部份的长度，同时表示沿所述第一和第二凹槽15和16深度方向（第二方向）的所述压电陶瓷板12的谐振部份的长度，b表示沿如图2A所示之第一方向的谐振部份的长度，而σ表示构成所述压电陶瓷12的材料的泊松比，那么，比值b/a被设置为偏离下述值的±10%范围之内：b/a＝n（0.3σ+1.48），上述式中的n等于一个整数。换句话说，构成本发明压电体的前述谐振部份具有一个矩形表面，该矩形表面被提供有一个分别具有长边b和短边a的侧表面。如此构成凹槽15和16，以使所述比值b/a落在前述特定范围之内，借此以规定所述谐振部份的尺寸。

在如图2A和2B所示的压电谐振器11中，在所述压电陶瓷板12的上下表面12a和12b上的第一凹槽15和第二端表面12d之间以及在所述第2凹槽16和第一端表面12c之间不构成任何电板。而如图3A图3B所示，在所述压电陶瓷体12的上下表面12a和12b上的第一凹槽15和第二端表面12d之间以及在所述第二凹槽16和第一端表面12c之间的区域上可以形成电极13a和14a。根据这种结构，通过在所述压电陶瓷板12的主表面整个上方提供电极之后再形成所述的第一和第二凹槽15和16，可以规定所述的第一和第二谐振电极13和14以及电极13a和14a，这样，就可以利用较少的步骤形成所述的压电谐振器11。

根据这个实施例，通过形成所述的凹槽15和16，可以有效地捕捉在谐振部分中剪切模式的振动能量，从而使得比值b/a处于前述特定范围之内。下面将结合图4A-11来描述之所以能够如此的理由。

如图4A的侧立面视图所示，假设在所述压电体21的两个主表面上形成谐振电极22和23，其比值b/a为1，并且沿箭头P的方向，即平行于其上下表面的方向被极化。当在所述的谐振电极22和23的两端施加一个交流电压时，所述的压电体21以外形剪切模式在以虚线A所示的振动状态和与其水平对称的另一状态之间进行振动。

图4B示出了所述压电体21各个部份在一个X-Y座标系统中的位置。在这种情况下，一个角部份A显示了X和Y两个方向上的最大位移。所述压电体21的中心点O用作振动节点。另一方面，在所述压电体所述表面中间垂直位置内的O₁和O₂点处识别所述位移。

这样，可以理解，由于也在所述点O₁和O₂对所述的位移进行识别，所以当通过把所述的压电板连接到所述压电体21两个侧表面的外部侧面从而形成一个外形剪切模式的压电谐振动时，振动能量捕捉效率是不够的。

另一方面，图5示出了当所述比值b/a被设置为以下值b/a＝0.3σ+1.48时所获得的位移分布。换句话说，在图5中以示意性侧视图所示出的压电体31在虚线B所示振动状态和与其水平时称的另一个状态之间进行振动。在这种情况下，如图6所示，在短边上的位移向量仅仅具有X方向的分量。另外，在所述压电体31的侧表面31a和31b内，所述位移的方向在上半部和下半部之间被颠倒过来。

本发明人已经研究了上述事实，并且认为通过将所述的支撑构件32和33连接到分别位于中间垂直位置内点O₁和O₂以外较下和较上部位处的前述压电体31的侧表面31a和31b上，可以避免所述X方向的位移转向支撑构件32和33，这一点为图7所示。

因此，本发明人通过使用各种压电材料对所述的比值b/a进行了改变，以测试利用将所述的这种支撑构件32和33连接到压电体31上所获得的结构位移状态。其结果是，在所使用材料泊松比σ和所述比值b/a之间遵循图8所示的关系。根据图8所示结果，可以证实，通过选择所述压电体31的厚度a和振动部份的长度b，可以减少向所述支撑构件32和33的位移传送，即可以有效地捕捉在所述压电体31部位内的振动能量，所以，比值b/a被如下设置：

b/a＝n（0.3σ+1.48）    …（1）

出了所述结果。

通过图11可以理解，当所述的值n0.9至1.1范围之内时，所述的相对位移不大于10%。应当认识到，当所述的相对位移不大于10%时，在压电谐振器中基本上不会产生什么问题。因此，当所述比值b/a在偏离满足等式（1）的值±10%的范围以内时，就可以有效地捕捉在所述谐振部份中的振动能量。

如上所述，应该认识到，通过将在所述谐振部份中第一和第二谐振电极之间的距离与沿极化方向的所述谐振部份的长度c之间的关系设定为在偏离等式（1）所示的值±10%的范围之内就可以有效地改善在采用剪切振动模式的压电谐振器中的能量捕捉效率。

因此，在根据图2A和2B所示本发明第一实施例的压电谐振器11中，所述第一和第二凹槽是以如下方形形成的，即所述压电陶瓷12谐振部份中的厚度a与所述谐振部分沿板化方向的长度b之比b/a处在由等式（1）所示值的10%范围之内，借此，以改进能量捕捉效率。

图12是一个侧视图，它和示出了第一实施例的图2A一起示出了依据本发明第二实施例的压电谐振器41。

在依据本发明第二实施例的压电谐振器41中，在所述压电陶瓷板42的上、下表面42a和42b还构成了第三和第四凹槽47和48，所述的压电陶瓷板42是沿箭头P，即外部第一和第二凹槽45和46的方向极化的，借此，以分别限定动态振动缓冲部份49和50。利用公知的动态振动缓冲现象，所述的动态振动缓冲部分49通过泄露振动而产生共振动，以抵削所述的泄露振动。因此可以选择所述动态振动缓冲部份49和50的尺寸，以使得能够利用这样一种动态

其中，n表示一个整数。

当所述的支撑构件32和33被以如图7所示之模式在除中间垂直部位处点O₁和O₂以外的向下和向上位置处连接到所述压电体31的侧表面31a和31b上时，所述的中间垂直位置没有受到特别的限制。换句话说，在前述实施例中形成于所述压电陶瓷板12上的凹15和16就可以不必是所述压电陶瓷板12厚度的一半。

为上所述，可以证实，通过对所述压电体31谐振部份尺寸的选择以满足等式（1），可以有效地避免来自前述压电体31的振动向所述支撑构件32和33传送。根据这个结果，可以使用其泊松比σ为0.31的压电材料去制造所述比值b/a为1.57的压电振动器31。这种压电振动器31必须利用有限元方法进行位移分布的测试，以获得图9所示的结果。

另外，图10示出了一种经过有限元方法测试的压电谐振器36的位移分布结果，该压电谐振器36是通过一体形成具有相同深度的支撑部份34和35以作为穿过所述支撑部份32A和33B的压电振荡器31。

通过图10可以很清楚地理解，在这种压电谐振器36中，在所述压电振荡器31内剪切模式的振动能量几乎不会向所述支撑构件32A和32B泄露。换句话说，可以理解，通过选择满足等式（1）的比值b/a，可以形成一个采用剪切模式并具有很高能量捕捉效率的压电谐振器。

因此，在某一泊松比值σ的情况下，可以使上述等式（1）中的n值在0.85和1.1之间变化，从而如图10所示测量具有最小位移点Q与具有最大位移点P的位移量的比值、即相对位移（%）。图11示

振动缓冲现象来抵削所述的振动。

除了构成第三和第四凹槽47和48以用于限定所述动态振动缓冲部份49和50以外，依据本发明第二实施例的压电谐振器41类似于第一实施例的压电谐振器，因此，所有其它部份都以相应的参考号标注，以避免累赘描述。

在依据第二实施例的压电谐振器41中，其谐振部份中的尺寸比值b/a在偏离等式（1）所示值±10%的范围之内，由此可以有效地捕捉所述谐振部份中的振动能量。另外，由于所述的动态振动缓冲现象，利用所述的动态振动缓冲部份49和50可以抵消轻微的泄露振动。当所述的压电谐振器41被机械地保持在位于所述第三和第四凹槽47对外部的保持部份51和52之中时，其谐振特性几乎没有降低。因此，与所述第一实施例相比较，就可以进一步改进能量捕捉效率，借此就可以提供进一步小型化的压电谐振器。

当已经参照采用厚度剪切模式的压电谐振器对所述第一和第二实施例中的每一个进行了描述时，本发明也可以应用于诸如宽度剪切模式等其它剪切模式的压电谐振器。

图13A示出了依据本发明第三实施例、采用宽度剪切模式的压电谐振器61。参看图13A，所述的压电谐振器61是由一个矩形瓷板62构成的，它被沿箭头P的方向，即垂直于其上表面62a的方向极化。

沿着所述压电陶瓷板62的两个边缘形成了一对谐振电极63和64。所述的谐振电极63和64与所述极化方向平行延伸，并在所述压电陶瓷板62上表面62a的中心区域上的规定距离处彼此相对。

第一和第二凹槽65和66分别形成于所述谐振电极63和64的前端处，借此，以限定保持在所述第一和第二凹槽65和66之间的谐振部份。这个谐振部份，即形成本发明所述压电体的部份具有矩形上、下表面。假设a和b分别表示所述谐振部份上表面短边方向（第二方向）的长度和沿所述谐振部份长边方向（第一方向）、即极化方向P的长度，那么，类似于所述第一实施例，就可以通过将所述比值b/a设置在偏离等式（1）所示值±10%范围之内而有效地捕捉在所述谐振部份内的振动能量。

另外，如图13B所示，所述的极化方向P可以垂直正发于所述压电陶瓷板62的长度方向，即第二方向。在这种情况下，所述的谐振电极63和64与所述压电陶瓷板62的短边并行延伸，从而使得电场沿着所述压电陶瓷板62的长度方向加到所述谐振部份上。还是在图13B所示的这种结构中，被限定在所述第一和第二凹槽65和66之间的所述谐振部份上表面的形状被进行选择，以使得所述的比值b/a被设置在偏离等式（1）所示值±10%范围之内。因此，就可能有效地捕捉在所述谐振部份中的剪切模式振动能量。

根据本发明的压电谐振器，所述振动能量被如上所述有效地加以捕捉，借此，可以通过在所述第一和第二凹槽外部机械地保持所述各个部份很容易地构成一个芯片型电子构件。下面参照附图14和15来描述这样一种芯片型谐振构件70的例子。

在所述芯片型谐振构件70中，所述第一和二壳衬底74和75分别穿过共振腔形成构件72和73被用一种绝缘胶粘接到谐振板71的上、下部位上。

所述的谐振板71是利用采用宽度剪切模式的一个压电谐振器76构成的。它包含一个矩形压电陶瓷板77和于其中所形成的第一和第二凹槽78和89。一个谐振部份，即依据本发明的一个压电体被限定在所述第一和第二凹槽78和79之间，所述的压电陶瓷板77沿箭头P方向被极化。

另一方面，在所述压电陶瓷板77的侧表面上形成了第一和第二谐振电极。图14示出了所述的第二谐振电极80，该电极被形成并在所述的第二凹槽79和一个端表面77a之间延伸。所述的第一谐振电极（未示出）形成于所述第一凹槽78和一个端表面之间，该端表面与所述端表面77a相对。因此，当一个交流电压被施加到所述第一和第二谐振电极两端时，所述的谐振部份以一种剪切振动模式产生谐振。

还是根据这个实施例，还可以对所述谐振部份的尺寸进行选择，以使得比值b/a被置于前述特定范围之内，其前提条件是假设a和b分别表示在垂直正交于所述压电陶瓷板77的两个端表面彼此相互连接方向（第一方向）的方向（第二方向）内，沿所述第一和第二凹槽深度的态度和沿所述谐振部份第一方向的长度。这样，就可以有效地捕捉在所述谐振部份内的振动能量。另一方面，第一和第二间隔板81和82被固定到保持部份上，它们被利用一种绝缘胶粘着在所述第一和第二凹槽78和79的外部，借此以限定谐振板71。

所述谐振腔形成构件72和73分别具有一个矩形开口72a和73a。这些开口72a和73a适于形成一种谐振，以允许所述压电谐振器76谐振部份的振动。这些谐振腔形成构件72和73可以利用诸如呈矩形框架形状的板状粘接剂或合成树脂膜等适当材料加以制造。

所述壳衬底74和75可以使用诸如矾土等绝缘陶瓷或其它适当的绝缘材料加以制造。

当在本实施例中使用呈矩形框架形状的谐振腔形成构件72和73时，所述的矩形谐振腔还可以分别形成在所述壳衬底74和76的上、下表面内，借此以形成一个谐振腔，从而允许所述压电谐振器76谐振部份的振动。或者，所述的绝缘粘接剂被以薄矩形框架的形式分别加到所述壳衬底74和75的上、下表面上，借此以形成一个谐振腔，从而允许所述压电部份的振动。

如图15所示，通过在把前述各构件堆叠起来所获得的叠层板上提供外部电极83和84，可以形成一个芯片型谐振构件70。所述的外部电极83和84可以利用诸如蒸发、电镀或溅射等适当方法加以形成。

如从图15所示芯片型压电谐振构件70所能清楚理解的那样，它不仅可以减少本发明压电谐振器的尺寸，而且可以有效地改进在所述谐振部份中的振动能量捕捉效率，借此，可以提供一个具有良好机械强度的芯片型谐振构件，该构件被精确地胶合到在所述第一和第二凹槽78和79外部的所述压电谐振器76某个部位内的其它构件上。这样，就有可能提供一种芯片形谐振构件，该构件具有良好的谐振特性和可靠性。

具有14所示的谐振板71中，利用一种胶合剂将所述的第一和第二间隔板81和82粘接到所述压电谐振器76的两侧。这样，如从图19可以清楚理解的那样，存在有一个粘合部位A。若在所述粘合部位A的粘接不够充分，那么，水气等就可能通过这个粘合部分A进入内部，从而使诸如防潮等特性变坏。因此，所述的谐振板91最好是由一个整体构件形成，为图16和17所示。在这个谐振板91中，其结构类似于图14所示之压电谐振器76的压电谐振器96是与所述第一和第二间隔板81和82整体构成的。换句话说，所述的矩形压电陶瓷板被机械加工成具有开孔91a和91b，此后再形成各种电极以限定所述的谐振板91。这样，由于不存在前述粘合部位A（见图14），就可以进一步有效地改进所述芯片型压电谐振构件的防潮性能。除了所述的压电谐振器96和第一以及第二间隔板81和82彼此相互整体构成以及谐振电极80和80A被形成于所述压电谐振器96内压电陶瓷板上表面以外，所述谐振板91在结构上类似于所述谐振板71，因此，与谐振板71相同的部分将以相同的参考号标注，以减少冗余的叙述。

图18是一个透视图，它示出了依据本发明第四实施例的一个压电谐振器101。图18所示之压电谐振器101是图13B所示之压电谐振器61的一种改进型，其构成仅在下述一点上不同于所述后者，即在所述压电陶瓷板62的下表面上形成了一个谐振电极64。在其它方面，所述的压电谐振器101在结构上类似于所述的压电谐振器61。通过压电谐振器101可以很清楚地理解，可以在一对形成谐振部份、即依据本发明的压电体的短形表面上分别提供本发明的压电谐振器的一对谐振电极。

当在上述每一个实施例中，通过机加工制造一个压电陶瓷板，使得所述谐振部份，即压电体、支撑部分和保持部分构成一个整体时，所述的压电体，支撑部份和保持部份可以独立构件的形式交替形成，这样的一个例子将借助图19加以描述。

在图19所示的板型构件111中，L型板构件113和114被利用一种绝缘胶连接到具有相对上下表面的一个压电体112的侧部。所述的板型构件113和114可以利用诸如绝缘陶瓷板，合成树脂板、金属板或半导体板等适当的材料加以制造另外，所述的板型构件113和114具有支撑部份113a和114a，它们被连接到所述的压电体112，还具有保持部份113b和114b，它们被用于将所述的板型构件111机械地固定到其它部位上。

另外，如图20所示，可以使用具有相同宽度的支撑部份和保持部份的压电衬底115。由压电陶瓷所制造的所述压电衬底115具有一个压电体部份115a，它具有用于在其中心形成一对矩形表面的上、下表面，而具有较窄宽度的支撑部份115b和115c分别形成于所述压电体部位115a的两侧。所述支撑部份115b和115c长度增加，从而使靠近其端点的部位也可以用作保持部份。

当在上述每一个实施例中参照与支撑部份和保持部份相连接的一个压电体对本发明的压电谐振器进行描述时，对于本发明的压电谐振器而言，所述的支撑部份和保持部份并不是必不可少的。换句话说，本发明的压电谐振器可以利用一个压电体构成，该压电体的比值b/a在偏离上述等式（1）的值的±10%范围内进行选择。下面将参照图21-25来描述这样的例子。

当在一个压电体121内的剪切模式振动被激活时，该压电体121被提供有一对相对的短形表面，该对矩形表面具有长度为b和a的长、短边121a和121b，且其比值b/a被设置在偏离满足等式（1）的值±10%范围以内，这时就会在由虚线X所示的振动状态和相反的振动状态之间引起振动，如图21所示。在这种情况下，在所述短边121b的中心处和在所述压电体121每个矩形表面的中心B处都会出现振动节点，如图21符号A、B和C所示。

因此，可以理解，通过在每个矩形表面的所述中心B上承载一个压电谐振器，就可以构成一个具有良好谐振特性的压电谐振构件，这样的一个例子示于图22。

在图22所示的压电谐振器131中，使用了具有矩形上、下表面132a和132b的压电陶瓷板132。在所述的上、下表面132a和132b中，假定b和a分别表示所述长短边的长度，而σ表示构成所述压电陶瓷板132的材料的泊松比，那么，比值b/a将被设置在偏离满足上述等式（1）的值±10%的范围以内。

分别在所述上、下表面132a和132b的中心部位上形成了第一和第二谐振电极133和134。所述第一和第二谐振电极133和134彼此相对地穿过所述压电陶瓷板132。

所述的压电陶瓷板132被沿平行于上表面132a的方向极化。因此，当在所述的第一和第二谐振电极133和134两端施加一个交变电压时，所述的压电谐振器132被以剪切换式激活。进一步，由于按照前述的方式对所述比值b/a进行选择，从而使得在所述压电谐振器131中的剪切模式振动能够被有效地捕捉。

参看图22，分别在所述压电陶瓷板132的上、下表面132a和132b上沿其单个边缘形成了终端电极135和136。所述的终端电极135和136分别以电连接方式连接到所述第一和第二谐振电极133和134。所述终电极135和136被用于以外界进行电连接。

另外，在所述压电陶瓷板132短边的中心处分别形成了槽口137和138。以用于调节谐振频率。换句话说，通过在形成所述的压电谐振器之后在所述谐振电极133和134两端施加一个交变电压以用于测量所述的谐振频率，并且在这种状态下以适当的尺寸提供所述的槽口137和138，就可以很容易地对所述的谐振频率进行实时调节。因此，就可以很容易提供一种具有所需谐振特性的压电谐振器131。

当所述的压电谐振器131被提供有所述的终端电极135和136时，不一定非要使用所述的终端电极135和136与外界进行连接。换句话说，由于可以通过使所述弹簧端子与在所述中心上提供的第一和第二谐振电极133和134相互接触，从而使所述压电谐振器131与外界进行电连接，所以，终端电极135和136可以不必提供。下面，将结合附图23-25对这样一个例子进行描述。

如图23所示，在这个例子中，后述弹簧端子141和142与一个压电谐振器1331的谐振电极133和134相互接触。

图24示出了所述弹簧端子141和142的具体例子。这些弹簧端子141和142分别具有半球形凸出的弹性触点部份141a和142a。这些弹性触点部份141a和142a示于图23。如从图23可以清楚理解的那样，所述的弹簧端子141和142在所述的弹簧触点部份141a和142a分别与所述压电谐振器131的所述谐振电极133和134进行电连接。另外，所述的弹簧端子141和142具有对应于从壳体143引出的部位的端子引线部份141b和142b，用以接纳所述的压电谐振器131。如图25所示，通过利用弹簧端子141和142将所述压电谐振器131以弹性状态保持于所述壳体143中并使用密封树脂144加以密封，就可以构成一个具有引线端子的压电谐振构件145。

利用与所述弹簧端子的接触，参照图21-25所描述的所述压电谐振器131被置于所述的节点处，这些节点位于所述压电板132两个侧面132a和132b的中心处。

另外，利用弹簧端子，可以使本发明的压电谐振器被支撑于如图21所示的A和C点处。在本发明压电谐振器的振动模式中，在如图21所示的A点和C点处，即在与具有其b/a比值置于前述特定范围之内的矩形表面相连接的短边表面中心处也存在有振动节点。因此，如图26所示，弹簧端子232和233也可以与所述压电谐振器231两个侧表面的中心进行接触，以用于利用所述弹簧端子232和233来支撑所述的压电谐振器231。

在如图26所示的压电谐振器231中，利用满足上述特定范围的b/a比值的矩形表面构成了一对相对表面231a和231b。另外，在沿短边a的整个侧表面上构成了谐振电极234和235。并且，构成所述压电谐振器231的压电体236是沿箭头P的方向极化的。

虽然已对本发明进行了详细的描述和展示，但应当清楚的理解，这些描述和展示仅仅是用作说明和示例，而不是用作限制，本发明的精神和范围仅受所附权利要求的限制。

Claims (16)

1、一种采用剪切模式的压电谐振器，包括

一个压电体，它被提供有一对相对的矩形表面，该矩形表面具有长边和短边，并沿某个方向被极化，和

第一和第二谐振电极，该两个电极被安置于所述压电体的外表面，并彼此相距预定距离，它们被用于在垂直于所述极化方向的方向上施加一个电压；

一个比值b/a，该比值被设置在偏离下述值±10%的范围以内：

b/a=n(0.36+1.48)

其中，b和a分别表示所述压电体所述矩形表面的长边和短边，σ表示构成所述压电体的材料的泊松比，n表示一个整数。

2、根据权利要求1所述的压电谐振器，还包括一个连接到所述压电体的支撑部份。

3、根据权利要求2所述的压电谐振器，其中所述的支撑部份被连接到所述压电体的每一侧面。

4、根据权利要求3所述的压电谐振器，还包括一个连接到每一个所述支撑部份的保持部份。

5、根据权利要求4所述的压电谐振器，其中所述的压电体、所述的支撑部份和所述的保持部份由板形构件构成。

6、根据权利要求5所述的压电谐振器，其中所述的压电体、所述的支撑部份和所述的保持部份是通过对一个单一的压电衬底进行机械加工而整体构成的。

7、根据权利要求6所述的压电谐振器，其中所述第一和第二凹槽形成于所述的压电衬底内，所述压电衬底的一部份位于所述第一和第二凹槽之间，用以限定所述的压电体。

8、根据权利要求6所述的压电谐振器，还包括：

胶接到所述压电谐振器上、下部位的壳衬底，用于保持由所述单一压电衬底构成的所述压电谐振器，和

谐振腔形成装置，该装置被提供于所述的壳衬底上或所述壳衬底和所述压电谐振器之间，用于限定空间，以允许所述压电谐振器振动部份的振动。

9、根据权利要求8所述的压电谐振器，还包括连接到所述压电衬底两个边的第一和第二间隔板，用以限定允许所述压电谐板器所述振动部份振动的空间。

10、根据权利要求9所述的压电谐振器，其中所述的压电衬底和所述第一和第二间隔板是利用同一构件整体形成的。

11、根据权利要求1所述的压电谐振器，其中所述的压电体是由一个压电板构成的，所述的一对矩形表面是由所述压电体的两个主表面限定的。

12、根据权利要求11所述的压电谐振器，其中所述的压电板具有4个与所述两个主表面彼此相互连接的侧表面。

13、根据权利要求12所述的压电谐振器，其中所述的一对谐振电极以所需之方式形成于所述压电板的所述两个主表面上。

14、根据权利要求12所述的压电谐振器，其中，所述的一对谐振电极彼此以规定的距离形成于所述压电板的一个所述主表面上。

15、根据权利要求12所述的压电谐振器，其中所述的谐振电极形成于所述压电板的相对的一对所述侧表面上。

16、根据权利要求13所述的压电谐振器，还包括：

一对弹簧端子，用于弹性地保持在所述压电谐振器的所述两个主表面上所提供的所述一对谐电极，和

一个壳体，用于放置所述的压电谐振器和所述的弹簧端子。

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