CN1301084A - 压电谐振器 - Google Patents
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Abstract
一种小型且易生产的压电谐振器,能有效地减弱不需要的振动并且利用需要的振动,包括在压电基片的两个主要表面上提供的激励电极;第一和第二导出电极分别电连接到该激励电极的第一和第二终端电极。终端电极中的至少一个包括扩展到镜像区域的电极扩展部分,在该区域中第一和第二激励电极扩展到压电基片侧边缘中的至少一个。
Description
本发明涉及一种能量收集器型压电谐振器，更特别地涉及一种压电谐振器，它能有效地利用基于所需振动的谐振特性，同时抑制不期望的能够产生伪反应的振动。
通常，能量收集器型压电谐振器已经广泛地使用于压电振动器和其他装置。在这种压电谐振器中，由于伪反应不是由所需的振动模式的振动产生的，所以有必要抑制这种不必要的振动的产生。
传统装置试图抑止不必要的振动。例如，日本未审实用新型公开号No.4-119123公开了一种能量收集器型压电谐振器，它包括在压电基片末端的孤立元件上提供的阻尼材料，毗连于一个谐振部分。
并且，日本未检验实用新型公开号No.3-79528公开了一种如图13所示的组合了压电振动器的负载电容器。压电振动器51包括压电谐振器52和提供负载电容器的电容器53。压电谐振器52由矩形板状压电基片54构成。在压电基片54的两个主表面的中央部分，激励电极55通过压电基片54彼此相对排放。这种包括在其上下表面通过基片彼此相对排放的激励电极55的零件就构成了能量收集器型谐振部分。阻尼电极56位于上述的谐振部分的压电基片54一个表面54a的附近区域。通过在阻尼电极56提供焊合，不必要的振动被减弱。
在能量收集器型谐振器中，谐振部分和阻尼材料之间的关系很重要。就是说，如果阻尼材料的位置不合适，则所需的主振动被减弱，或者不必要振动的减弱没有实现。
在日本未检查实用新型公开号No.4-119123公开的常规技术中，阻尼材料只被安置在压电基片的谐振部分指定距离外的压电基片的末端部分，但是很难精确地确定该阻尼材料的位置。因此，这种常规的压电谐振器是很难生产的，所经历的失败是由于没对正阻尼材料。并且，安置在孤立元件上的阻尼材料会产生另一个问题，即当安装阻尼材料或在其后的加工处理过程中，压电基片上经常会产生裂纹。另外，精确安置阻尼材料的困难性致使压电谐振器的尺寸也很难减小。
在日本未检查实用新型公开号No.3-79528中公开的压电振荡器中，在压电基片54上提供的阻尼电极56是非常小的。因此，在阻尼电极56上施焊是很困难的。为了精确地施焊，有必要扩大阻尼电极56的电极区域，这也就使压电谐振器52的尺寸减少变得困难。
为了克服上述的问题，本发明的最佳实施例提供了一种小得多的并容易生产的能量收集器型压电谐振器，它能有效地减弱不必要的振动并利用所需的振动，并且使外部电连接变得容易。
根据本发明最佳实施例的压电谐振器，包括压电基片；分别在压电基片的第一和第二主表面部分地提供第一和第二激励电极，它们经过位于上下表面的第一和第二激励电极彼此相对，并分别电连接到第一和第二激励电极的第一和第二导出电极，它们分别在压电基片的第一和第二主表面上提供；在第一和第二导出电极各自的末端部分提供的用于与外部建立外部连接的第一和第二终端电极各自的第一和第二激励电极连接端与未端部分相对；第一和第二终端电极中至少一个具有扩展至一个虚引区域的电极扩展部分，在该区域中第一和第二激励电极扩展到压电基片的侧边缘中的至少一个。
最好是，从外部激励电极外围边缘到电极扩展部分的内部边缘的平均法线距离至少是大约1.2d,d是激励电极的直径。
更可取的是，在电极扩展部分提供焊合。在这种情况下，在终端电极整个上表面提供焊合。
根据本发明最佳实施例的压电谐振器，其更可取之处还包括通过焊接使第一和第二导线端子焊合到各自的第一和第二终端电极，从而提供一个具有导线的压电谐振器。
本发明的其它功能、元件、步骤、特征以及优点将通过参考附图的最佳实施例的详细描述而变得更清楚。
图1是一个平面图，显示了根据本发明的第一最佳实施例的压电谐振器；
图2A和2B为示意图，显示了本发明第一最佳实施例的压电谐振器的共振特征图以及一个比较的例子；
图3是一个平面图，显示根据本发明第一最佳实施例的压电谐振器的一个改型例子；
图4是一个平面图，显示根据本发明的第一最佳实施例的压电谐振器的另一个改型例子；
图5是一个平面图，显示根据本发明的第一最佳实施例的压电谐振器的又一个改型例子；
图6是一个平面图，显示根据本发明的第一最佳实施例的压电谐振器的一个进一步改型例子的；
图7是一个平面图，显示根据本发明的第一最佳实施例的压电谐振器的另一个改型例子；
图8是一个示意图，显示从外部激励电极的外围边缘到电极扩展部分的内部边缘的法线距离C和所需的振动的共振电阻之间的关系；
图9是一个平面图，显示根据本发明第二最佳实施例的压电谐振器；
图10是一个平面图，显示根据本发明第二最佳实施例的压电谐振器的一个改变的例子；
图11是一个示意性透视图，显示利用根据本发明第一个实施例的压电谐振器的一个具有导线的压电共振部件；图12是一个纵向截面图，显示在图11所示的具有导线的压电共振部件；图13是一个示意性透视图，解释一个常规压电谐振器例子。
在图1中，显示了一种根据本发明的第一最佳实施例的能量收集器型压电谐振器。压电谐振器1是一个利用厚度垂直振动三次谐波的压电谐振器，并且具有大体上是矩形板状的压电基片2。压电基片2最好是由如铅-钛酸盐-锆酸盐的陶器之类的压电陶瓷或者比如石英之类的压电单晶体构造而成的。在本最佳实施例中，压电基片2是由压电陶瓷构造的，并且在厚度方向上偏振。
在压电基片2a上表面的大约中央部分，提供一个大体为圆状的激励电极3。导出电极4连接到激励电极3。终端电极5连接到导出电极4的外部的末端部分。终端电极5在压电基片2的上表面2a上被提供并且沿着由末端表面2c和上表面限定的边缘扩展，覆盖了压电基片2的整个宽度。跨过压电基片2侧表面2d和2e的方向被限定为宽度方向。
此外，终端电极5不仅配置为覆盖压电基片2的整个宽度，而且也在长度方向上扩展到末端表面2b一侧。就是说，在跨过末端表面2b和2c的方向上，沿着由侧表面2d和上表面2a形成的边缘。
向末端表面2b侧扩展的该部分在下文中称为“电极扩展部分5a”。
当激励电极3向侧表面2d方向扩展时，电极扩展部分5a被设置为扩展至镜像区域(该区域在图中用A显示)。
同样在压电基片2的下表面，经过压电基片2在激励电极3对面放置另一激励电极。导出电极6连接到下表面上提供的激励电极上。终端电极7连接到导出电极6外部的末端部分。终端电极7最好是和终端电极5按照相同的方式构成。终端电极7沿着由下表面和压电基片2末端表面2b限定的边缘的长度提供。终端电极7同样包括电极扩展部分7a，它沿着由下表面和压电基片2的侧表面2a限定的边缘扩展，被设置为扩展至上述镜像区域A。
本最佳实施例的压电谐振器1的最佳实施例的新颖功能就是电极扩展部分5a和7a被扩展至镜像区域A。
换言之，如此设置了电极扩展部分5a，从而使终端电极5的电极扩展部分5a的末端和与提供终端电极5一侧相对的侧表面2b之间的距离X小于激励电极3的末端部分和末端表面2b之间的距离Y，末端部分毗连着终端电极5。
在本最佳实施例中，由于电极扩展部分5a被设置扩展至镜像区域A，不必要的振动被有效地减弱了。这在下面对应的具体实验性例子中将被描述。
如压电基片2，压电基片要由含铂陶器构成并且尺寸大约为2.35mm(宽度)*3.6mm(长度)*0.47mm(厚度)。在压电基片2的两个主表面上，一个直径d大约为1.4mm的激励电极3，如图1所示的导出电极4和6以及终端电极5和7被提供。在这种情况下，各个终端电极5和7的电极扩展部分5a和7a的尺寸规格大约为0.15mm(宽度)*0.9mm(长度)，它们被如此设置设置，以使每一个电极扩展部分5a和7a的一个部分扩展至镜像区域A。
作为比较，一个压电谐振器是与前述的压电谐振器以相同的方式构造的，不过该压电谐振器没有配备上述的电极扩展部分。
上述最佳实施例的阻抗频率特征和比较的例子被测定。这些结果如图2A和2B所示。在图2A中，实线代表本发明最佳实施例的压电谐振器的阻抗-频率特征，虚线代表其相位-频率特征，每个都作为本发明的最佳实施例。图2B展现相比较的例子的压电谐振器的阻抗-频率特征(实线)和相位-频率特征(虚线)。正如能从图2A和2B看到的，电极扩展部分5a和7a独特的排放对于出现在比较例子中的压电谐振器的宽度伪反应产生了非常有效的抑制作用。
在当前最佳实施例的压电谐振器中，如上所述，通过设置电极扩展部分5a和7a作为终端电极，不必要的振动被减弱。在这种情况下，正如在终端电极5和7中一样，以相同的方式，电极扩展部分5a和7a作为终端电极5和7的一部分被分别地提供，因此，不需要额外的方法来提供阻尼材料。此外，电极材料可以用屏幕打印、光刻、或者其它合适的方法在压电基片上高精度的提供。这使得电极扩展部分5a和7a被精确地提供，从而使减弱不必要的振动得到保证。
同时，在本最佳实施例中，通过使用三次谐波的厚度垂直振动模式，宽度伪反应得到了抑制，但是根据本发明在压电谐振器中使用的震动方式，并没有特别地局限于此模式。另一种震动方式比如厚度滑行的模式也可以被利用。同时，不仅三次谐波，其它的谐波也可以被使用，甚至基本波也可以被使用。
在第一最佳实施例的压电谐振器1中，尽管电极扩展部分5a和7a被提供，但是电极扩展部分可以单独位于至少一个主表面上。同样，如图3到7所示，终端电极5和7的形状可以广泛地变化。
在图3所示的压电谐振器8中，终端电极7没有装备电极扩展部分。另一方面，在终端电极5中，电极扩展部分5a沿着侧表面2d被提供，正如第一最佳实施例的压电谐振器1的情况一样。另外，第二电极扩展部分5b沿着由侧表面2e和上表面2a形成的边缘被提供。第二电极扩展部分5b被同样设置以符合前述的尺寸条件：Y＞X。
在如图4所示的压电谐振器9中，为终端电极5提供了电极扩展部分5a和5c，为终端电极7提供了电极扩展部分7b和7c。电极扩展部分5c最好是与电极扩展部分5a以相同的方式设置，并沿着侧表面2e和上表面2a限定的边缘提供。电极扩展部分7b被设置成通过压电基片2，从而其最末端与电极扩展部分5a重叠。电极扩展部分7c最好是按照与电极扩展部分5c相同的方式提供。
在如图5所示的压电谐振器10中，终端电极7没有装备电极扩展部分。在终端电极5中，电极扩展部分5d被提供。这里，终端电极5没有设置为向由侧表面2d和上表面2a限定的边缘扩展。就是说，在终端电极5和由侧表面2d和上表面2a形成的边缘之间有一个侧间隙2g。电极扩展部分5d被设置以限定侧间隙2g，即，电极扩展部分5d与侧表面2d有间隔。
在如图6所示的压电谐振器11中，为终端电极5提供了电极扩展部分5e。
电极扩展部分5e沿着由侧表面2e和上表面2a限定的边缘扩展，电极扩展部分5e的内部边缘成弧状。
在如图7所示的压电谐振器12中，电极5f和5g被提供。电极扩展部分5f沿着由侧表面2d和上表面2a限定的边缘扩展，电极扩展部分5f的内部边缘形成了一个环绕着激励电极3的弧形。电极扩展部分5g沿着由侧表面2e和上表面2a限定的边缘扩展，电极扩展部分5g的内部边缘呈不规则的形状。
如图3到7所示，只要满足上述的尺寸条件：Y＞X，电极扩展部分的形状可以适当地改变。
接下来，将要描述的是在根据第一最佳实施例的压电谐振器中。当从激励电极3的外部边缘到电极扩展部分内部边缘的法线距离不小于大约1.2d时，其中d是激励电极的直径，则有可能有效地利用设定的三次谐波并有效地抑制宽度伪反应。
对于如图6所示的压电谐振器11，激励电极和导出电极最好是以与上述的实验范例相同的方式提供，使用与上述的实验范例相同的压电基片。然而，终端电极7没有电极扩展部分。终端电极5提供有电极扩展部分5e。在这种情况下，通过改变从激励电极3的外部外围边缘到电极扩展部分5e的内部边缘5el的法线距离C，可以制造出不同的压电谐振器。对于压电谐振器，其厚度方向垂直震动方式的三次谐波的共振阻抗是已测定的。
在图8中，上述法线间距和三次谐波的共振阻抗之间的关系被显示出来。在图8中，标明”没有电极扩展部分”的压电谐振器的共振阻抗表示压电谐振器的三次谐波共振阻抗没有任何电极扩展部分。这里，没有任何电极扩展部分的压电谐振器的三次谐波共振阻抗值大约为1，其它的压电谐振器的共振阻抗值由相应的值显示。
图8说明，当法线距离C至少大约为0.3mm时，也就是说，相当于至少大约为1.2d时，三次谐波没有被减弱，正如没有提供电极扩展部分时一样。从而，通过把从激励电极的外部外围边缘到电极扩展部分内部边缘的法线距离设置为大约1.2d，不必要的振动被减弱而不必减弱所需的振动。
在图9中，显示了根据本发明的第二最佳实施例的压电谐振器。在压电谐振器21中，在终端电极5的电极扩展部分5h上提供了焊接层22。终端电极7没有提供电极扩展部分。压电谐振器21最好按照与第一最佳实施例的压电谐振器1相同的方式构造，除非压电谐振器21提供有焊接层22并且它的终端电极7没有提供电极扩展部分。
在第二最佳实施例中，因为在电极扩展部分5h上提供了焊接层22，焊剂附加质量的作用使得不必要的振动能被更有效地减弱。
在图10中，显示了一个根据第二最佳实施例的压电谐振器21的改变实例在这里，在终端电极5的电极扩展部分5h的整个区域上提供有焊接层23，并且焊接层23不仅提供于电极扩展部分5h上，而且提供到终端电极5本身。从而，焊接层23不一定仅被安放在电极扩展部分的某一部分，而且焊接层23可以安放在整个电极扩展部分的表面，更进一步地可以扩展安放至终端电极。而且，虽然没有在图中特别地显示，焊接层可以安放在终端电极的整个表面。在图11中，图示了一个根据本发明最佳实施例的具有导线的压电共振元件的实例。
压电共振元件31最好是包括如图1所示的第一最佳实施例的压电谐振器1以及电容器32。导线电极33和34被连到压电谐振器1的终端电极5和没有在图中显示的终端电极的一侧。
电容器32包括位于电介质基片32a一端的电容器电极32b。在没有在图中显示的另外一端，提供有一对电容器电极，并与电容器电极32b重叠。这对电容器电极分别连接到导线端子33和34。而且，导线端子35连接到电容器电极32b。
这里，除了导出部分的由导线端子33到35组成的部分被涂上一层树脂包，如图中双点划线D所示。
因此，如图11所示，含导线的压电共振元件31能被作为组合有压电谐振器的负载电容器使用。
另外，根据本发明的不同的最佳实施例的压电谐振器可以通过结合适当的包装材料，应用到芯片型压电共振部件中。
如上所述，在根据本发明的最佳实施例的压电谐振器中，第一和第二终端电极中的至少一个提供有上述电极扩展部分，因此不必要的振动而不是所需的振动方式被有效地抑制，并且基于所需振动的谐振特性被有效地利用。另外，因为电极扩展部分与根据一种电极形成方法形成的终端电极以相同的方法形成，电极扩展部分被精确地形成。而且，因为电极扩展部分没有使用如树脂之类的阻尼材料，不仅形成它的准确度极高，而且解压电谐振器的厚度并没有增加。这使压电谐振器的尺寸得以更进一步的减少。
更进一步，因为电极材料和电极扩展部分使用的材料相同，当电极扩展部分形成时以及在其后的加工过程中不会产生裂缝。
这就使压电谐振器的生产变得更容易，而且造价更低。
正如可以从上述的实验的例子看到的那样，如果从激励电极的外部外围边缘到电极扩展部分内部边缘的平均法线距离是至少大约1.2d,d是激励电极的直径，所需的振动的不必要的减弱就被可靠地抑制，并且所需的振动的谐振特性被有效地发挥。
如果在电极扩展部分进行焊接，焊剂增加的质量甚至可以更有效地减弱不必要的振动。特别地，如果在终端电极的整个上表面进行焊接，不仅不必要的振动可以有效地减弱，而且外部的电连接可以容易且可靠地执行。
根据本发明，如果第一和第二导线端子也被分别焊接到各自的第一和第二终端电极，则有可能有效地抑制不必要的振动，并且提供一个能够有效地利用所需振动的谐振特性的含导线的压电共振元件。
应该理解，上面的描述仅仅是本发明的示例性解说。在不偏离本发明前提下，由该技术领域中的专业人员可以做出不同的选择和修改。本发明包含在后附的权利要求范围之内的所有这种选择、修改和变化。
Claims (20)
1．一种压电谐振器，包括：
具有第一和第二主表面的压电基片；
在所述压电基片的所述第一和第二主表面上部分地分别提供第一和第二激励电极，所述第一和第二激励电极彼此相对，压电基片位于它们之间；
第一和第二导出电极分别电连接到所述第一和第二激励电极，所述第一和第二导出电极分别提供在所述压电基片的第一和第二主表面上；以及
第一和第二终端电极被设置以实现外部连接，所述第一和第二终端电极分别地提供在所述第一和第二导出电极的末端部分，所述末端部分相对于所述各个第一和第二激励电极连接处的末端部分；
其中所述第一和第二终端电极中的至少一个包括扩展至镜像区域的电极扩展部分，在这个区域所述的第一和第二激励电极扩展到所述压电基片侧边缘中的至少一个。
2．根据权利要求1中的压电谐振器，其中，从所述激励电极的外部外围边缘到所述电极扩展部分的内部边缘的平均法线距离至少是大约1.2d,d是所述激励电极的直径。
3．根据权利要求1中的压电谐振器，其中，焊接层被提供在所述电极扩展部分。
4．根据权利要求3中的压电谐振器，其中，所述焊接层也设置在所述第一和第二终端电极的整个上表面上。
5．根据权利要求1中的压电谐振器，其中，更进一步包括连接到所述各个第一和第二终端电极的第一和第二导线端子。
6．根据权利要求3中的压电谐振器，其中，所述焊接层也设置在所述第一和第二终端电极的某一个部分上。
7．根据权利要求1中的压电谐振器，其中，所述电极扩展部分与所述压电基片的侧边缘中的至少一个之间有距离。
8．根据权利要求1中的压电谐振器，其中，所述电极扩展部分是沿着所述压电基片的侧边缘中的至少一个的侧边放置的。
9．根据权利要求1中的压电谐振器，其中，所述第一和第二终端中的至少一个包括另一个扩展至镜像区域的电极扩展部分，在这个区域所述第一和第二激励电极扩展到所述压电基片的侧边缘的至少一个。
10．根据权利要求1中的压电谐振器，其中，所述电极扩展部分包括围绕着激励电极的弧形边缘。
11．根据权利要求9中的压电谐振器，其中，所述另一电极扩展部分包括内部为不规则形状的边缘。
12．一种压电谐振器，包括：
具有第一和第二主表面的压电基片；
在所述压电基片的所述第一和第二主表面上部分地分别提供第一和第二激励电极，所述第一和第二激励电极彼此相对，压电基片在它们之间。
第一和第二导出电极分别电连接到所述第一和第二激励电极，所述第一和第二导出电极分别提供在所述压电基片的第一和第二主表面上；以及
第一和第二终端电极连接到所述第一和第二导出电极；
其中，所述第一和第二终端电极中的至少一个包括扩展到所述第一和第二终端电极的电极扩展部分。
13．根据权利要求1中的压电谐振器，其中，从所述激励电极的外部外围边缘到所述电极扩展部分的内部边缘的平均法线距离至少是大约12.2d,d是所述激励电极的直径。
14．根据权利要求12中的压电谐振器，其中，焊接层设置在所述电极扩展部分。
15．根据权利要求14中的压电谐振器，其中，所述焊接层也设置在所述第一和第二终端电极的整个上表面上。
16．根据权利要求12中的压电谐振器，其中，进一步包括连接到所述各自第一和第二终端电极的第一和第二导线端子。
17．根据权利要求14中的压电谐振器，其中，所述焊接层也设置在所述第一和第二终端电极的某一个部分上。
18．根据权利要求12中的压电谐振器，其中，所述电极扩展部分与压电基片的一个侧边缘之间有距离。
19．根据权利要求12中的压电谐振器，其中，所述电极扩展部分是沿着压电基片的一个侧边缘放置的。
20．根据权利要求12中的压电谐振器，其中，所述第一和第二终端中的至少一个包括另一个扩展到所述第一和第二终端电极的电极扩展部分。
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