CN1170324C

CN1170324C - 压电振动装置

Info

Publication number: CN1170324C
Application number: CNB981155057A
Authority: CN
Inventors: ��Ұ�信; 日野武俊; 二口智明; 前田伊克
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: JPH1141057A; CN1211105A; US6087758A

Abstract

本发明揭示一种压电振动装置，这种压电振动装置能够抑制谐振部分之间的干扰，得到满意的谐振特性，而且其中的部件具有足够的机械强度。在这种压电振动装置中，多个谐振部分设置在压电基片上，并且这样地设置缝隙，使所述缝隙从压电基片的一侧延伸到压电基片中，以抑制谐振部分之间的干扰，如果缝隙的长度为a，谐振部分沿第一和第二谐振电极的相向方向的间隙宽度为g，从间隙的中心到压电基片和缝隙的侧边中最近侧的距离为L₁，压电基片沿一个方向的外部尺寸为L，则当L₁-g/2＝b的情况下，满足b＜a≤(3/4)L。

Description

压电振动装置

技术领域

本发明涉及一种压电振动装置，这种压电振动装置被用作例如带通滤波器，本发明尤其涉及一种压电振动装置中的改进，这种压电振动装置包括多个设置在压电基片上的谐振部分，并在其中设置有缝隙，用于抑制谐振部分之间的干扰。

背景技术

迄今已知道包含多个设置在压电基片上的谐振部分的能量陷获型(energytrapping type)压电滤波器。在这种类型的压电滤波器中，由于多个谐振部分被设置在同一个压电基片上，故已经提出一种具有如此结构的压电振动装置，即在压电基片中设置缝隙，以抑制谐振部分之间的干扰。例如，在第58-135128号日本未审查的实用新型公报中，揭示了这样一种压电振动装置，在矩形压电基片上设置两个谐振部分，在谐振部分之间设置一个从压电基片的一侧向中心延伸的缝隙。

另外，在第1-59326号日本未审查的实用新型公报中，揭示了这样一种压电振动装置，即在压电基片上设置多个振动部分，并在振动部分之间设置缝隙，以抑制振动部分之间的干扰，其中，在缝隙的槽口附近的两个肩状部分上设置引线安装电极。通过这样地结合一个引线端，使之在两个肩状部分上的引线安装电极上延伸，抑制了谐振部分之间的干扰，并且因为设置了缝隙而抑制了压电基片的变形和机械强度的减小。

但是，在由于在压电基片中设置了缝隙而抑制谐振部分之间的干扰的传统的压电振动装置中，仍旧存在一个问题，即使谐振特性是满足的，但因为缝隙的缘故，机械强度不够，在处理中压电基片有时会破裂或断裂。

发明内容

本发明的目的是提供一种压电振动装置，这种装置具有满意的谐振特性和足够的机械强度，由此避免在处理中发生破裂或断裂，其中在压电基片上设置多个谐振部分，并设置一个用于抑制谐振部分之间的干扰的缝隙。

本发明提供了一种压电振动装置，这种压电振动装置包括：具有上主表面和下主表面的压电基片；至少两个谐振部分，所述谐振部分包括设置在压电基片的上主表面上相隔一间隙的第一和第二谐振电极，以及设置在压电基片的下主表面上并通过压电基片和第一和第二谐振电极相对的公共电极；设置在所述谐振部分之间的缝隙，所述缝隙从所述压电基片的一侧向中心延伸；其中所述第一和第二谐振电极之间的所述间隙沿与所述缝隙的延伸方向垂直的方向延伸；及满足L₁-g/2＝b和b＜a≤(3/4)L，其中，a是所述缝隙的长度，g是第一和第二谐振电极之间沿它们相向的方向的缝宽，L₁是从所述间隙的中心到其上设置有所述缝隙的压电基片所述一侧和与所述一侧相向的另一侧的距离中较短的距离，而L是压电基片沿所述缝隙的延伸方向的外部尺寸。通过上述结构，可抑制谐振部分之间的干扰，并可得到足够的机械强度，而不使谐振特性恶化。

附图概述

当结合附图阅读下面的详细描述时，本发明的上述和其它的目的、方面和新的特点将更显然。

图1是本发明一个实施例的压电振动装置的平面图。

图2是本发明一个实施例的压电振动装置的仰视图。

图3(a)是一个概略平面图，描述本发明实施例的压电振动装置的抗挠强度的测量方法。

图3(b)是一个正视略图，描述了本发明实施例的压电振动装置的抗挠强度的测量方法。

图4是在低于中心频率300kHz的失谐点处缝隙长度和衰减量之间的关系的示图。

图5是在高于中心频率300kHz的失谐点处缝隙长度和衰减之间的关系的示图。

图6是在低于中心频率350kHz的失谐点处缝隙长度和衰减量之间的关系的示图。

图7是在高于中心频率350kHz的失谐点处缝隙长度和衰减量之间的关系的曲线图。

图8是缝隙长度比和压电基片的抗挠强度比之间的关系的示图。

图9是缝隙长度和假信号响应抑制效应之间关系的示图。

本发明的较佳实施方式

图1和2分别是本发明一个实施例的压电振动装置的平面图和仰视图。

该压电振动装置1是一个压电滤波器，具有两个用厚度拉伸振动的能量陷获型谐振部分。压电振动装置1是通过使用近似为矩形的压电基片2而构成的。压电基片2可以由诸如钛酸盐-锆酸盐-铅型陶瓷之类的压电陶瓷，或诸如石英晶体之类的压电单晶制成。当使用压电陶瓷时，压电基片2在至少将后述的第一和第二谐振部分处沿厚度方向被极化处理。

为了形成第一谐振部分，第一和第二谐振电极3和4相隔间隙5相对地放置在压电基片2的上主表面上。如图2所示，在压电基片2的下主表面上，这样地设置一个公共电极6，它通过压电基片2而和第一和第二谐振电极相对。

同时，为了在离开设置第一谐振部分处有一段预定的距离的地方形成第二谐振部分，第一和第二谐振电极7和8这样地设置在压电基片2的上主表面上，它们相隔间隙相向。公共电极10设置在压电基片2的下主表面上，从而它通过压电基片而和第一和第二谐振电极7和8相对。

为了抑制第一和第二谐振部分之间的干扰，缝隙11以这样的方式设置，即从压电基片2的一侧2a向中心延伸。

第一谐振电极3通过一连接导电部分12a，连接到设置在和压电基片2的2a侧相向的2b侧附近的输入电极13。另一方面，第二谐振电极8通过连接导电部分12b，电气地连接到设置在压电基片2的上主表面上靠近2b侧的输出电极14。

第一谐振部分的第二谐振电极4和第二谐振部分的第一谐振电极7通过设置在压电基片2的上主表面上的连接导电部分12c而相互连接。

另一方面，在压电基片2的下主表面上，公共电极6和10分别通过连接导电部分12d和12e连接到接地电极15。接地电极15设置在压电基片2的下主表面上的2b侧附近。

本实施例的压电振动装置的一个特点是满足式L₁-g/2＝b和b＜a≤(3/4)L，其中a是缝隙的长度，g是第一和第二谐振电极之间沿它们的相向的方向的隙宽，L₁是从间隙中心到压电基片的侧边和缝隙的侧边中最近的一侧的距离，而L是压电基片沿第一方向的外部尺寸。

上述结构能够抑制第一和第二谐振部分之间的干扰，并保证压电振动装置1的足够的机械强度。这一点将根据具体的实验例子进行描述。

在压电振动装置1中，上述外部尺寸为L＝3.5mm，从间隙的中心O到压电基片2的2a和2b侧的距离中的较短的距离，即从间隙的中心到其上设置有压电基片2的缝隙的2a侧和与2a侧相向的2b侧中较短的一侧的距离表示为L₁。在其中设置有第一谐振部分的压电基片的2c侧和缝隙11之间的压电基片部分中，从间隙的中心O到缝隙11的11a侧的距离和从间隙的中心O到在缝隙的相向两侧上大致沿平行于缝隙的方向延伸的2c侧或2d侧距离中较短的距离表示为L₂，较长的距离表示为L₃，L＝3.5mm，L₁＝L₂＝1.3mm，而L₂+L₃＝2.5mm。在这些条件下，通过以各种方式变化缝隙11的长度，生产出中心频率为10.7MHz的压电滤波器。

随着缝隙长度的变化，测出离开中心频率300kHz或350kHz频率处的衰减量。结果显示在图4到7中。

图4示出缝隙长度和比中心频率低300kHz频率处的衰减量之间的关系。图5示出缝隙长度和比中心频率高300kHz频率处衰减量之间的关系。图6示出缝隙长度和比中心频率低350kHz频率处的衰减量之间的关系。图7示出缝隙的长度和比中心频率高350kHz频率处的衰减量之间的关系。

如从图4到7可以清楚地看到的，基于在中心频率f_o”300kHz和f_o”350kHz的每一个失谐点处的衰减特性，通过使缝隙11的长度大于a＝b，即通过使缝隙的长度比L₁-g/2更深，可以保证足够的衰减特性，并且可保证必需的滤波器特性，特别用于FM无线电的传统的带通滤波器。

另外，满足上述条件的压电振动装置中，从装置强度考虑，以各种方式改变压电振动装置1的压电基片2缝隙11的深度，测出抗挠强度。图8示出抗挠强度比和缝隙长度比之间的关系。缝隙长度比指缝隙长度与压电基片的外部尺寸的比(％)。抗挠强度比是最小值与未设置缝隙时的值的比(％)，其中最小值是这样的，即，如图3(a)和3(b)中所概略地示出的，压电基片2的下主表面由靠近压电振动装置1的压电基片2的2c和2d侧的支点14和15支撑，从上施加一个外力F到缝隙11的最里面的部分11b和压电基片2的2b侧之间的基片部分的中心，并测出当压电基片2损坏时，外力F的最小值。

图8中的实线指压电基片2的2a和2b侧之间的尺寸，即，沿第一方向的外部尺寸L为2mm时的结果，点划线指L为3mm时的结果，虚线指L为4mm时的结果，两点划线指L为5mm时的结果。

如从图8中清楚看到的，在压电基片2的外部尺寸L接近于2到5mm的情况下，当缝隙11的长度超过外部尺寸L的75％时，抗挠强度急剧恶化。由此，可以看出不论L的值是多少，缝隙11的长度应小于或等于(3/4)L。

所以，图4到图7以及图8的结果显示，为了通过抑制谐振部分之间的干扰而保证失谐点处的衰减量及得到足够的装置强度，缝隙11的长度a应大于b并小于或等于(3/4)L。

另外，在构造具有上述中心频率的压电滤波器的情况下，当压电基片2沿第一方向的外部尺寸L小于2.0mm时，即使缝隙11的长度变化，已经确认装置强度也会有类似的劣化。由此，当构造具有上述中心频率的压电振动装置1时，压电基片2沿第一方向的外部尺寸L应最好大于或者等于2.0mm。

另外，本发明的申请人以各种的方式改变了缝隙11的长度，并且通过实验验证发生假信号响应的方式。结果示于图9中，该图显示缝隙11的长度和假信号响应抑制效果之间的关系。在这种情况下，假信号响应抑制效果(dB)指500kHz到1MHz的频率范围中的最小衰减量；这个值越大，则假信号响应减小得越多。

从图9清楚地看出，当缝隙11的长度超过b/4时，假信号响应抑制效果随着缝隙长度的增加变大。另外，FM无线电接收机的带通滤波器所需的假信号抑制效果通常认为应大于或等于40dB。由此，图9示出，在上述应用中的压电滤波器中，如果缝隙11的长度大于或等于b，可在稳定电平中得到大于或等于40dB的假信号响应抑制效果。

另外，对于压电基片2的尺寸而言，在尺寸L₂和L₃之间的差小于2.0mm，尺寸L₂小于0.8mm，或尺寸L₃小于0.8mm的情况下，由于设置了缝隙11不能充分地保证能量陷获所需的谐振部分和振动区域而且特性将劣化。由此，尺寸L₂最好应大于或等于0.8mm。类似地，L₂+L₃应最好大于或等于2.0mm，而且尺寸L₃应最好大于或等于0.8mm。

在不背离本发明的精神和范围的情况下，可构造出本发明的许多不同的实施例。应该理解本发明不限于说明书中所述的具体实施例。相反，本发明覆盖了包括在如下面的权利要求中所述的本发明的精神和范围中的各种修改和等效的安排。下面的权利要求的范围相应于最宽范围的解释，使得可以包括所有所述的修改、等效结构和功能。

Claims

1.一种压电振动装置，其特征在于包括：

具有上主表面和下主表面的压电基片；

至少两个谐振部分，所述谐振部分包括设置在所述压电基片的所述上主表面上、相隔一间隙的第一和第二谐振电极，以及设置在所述压电基片的所述下主表面上并通过所述压电基片与所述第一和第二谐振电极相对的公共电极；

设置在所述谐振部分之间的缝隙，所述缝隙从所述压电基片的一侧向中心延伸；

其中所述第一和第二谐振电极之间的所述间隙沿与所述缝隙的延伸方向垂直的方向延伸；以及

满足L₁-g/2＝b和b＜a≤(3/4)L，其中，a是所述缝隙的长度，g是第一和第二谐振电极之间沿它们相向的方向的缝宽，L₁是从所述间隙的中心到其上设置有所述缝隙的压电基片所述一侧和与所述一侧相向的另一侧的距离中较短的距离，而L是压电基片沿所述缝隙的延伸方向的外部尺寸。