CN1322670C - 组合振动装置 - Google Patents

组合振动装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1322670C
CN1322670C CNB011450622A CN01145062A CN1322670C CN 1322670 C CN1322670 C CN 1322670C CN B011450622 A CNB011450622 A CN B011450622A CN 01145062 A CN01145062 A CN 01145062A CN 1322670 C CN1322670 C CN 1322670C
Authority
CN
China
Prior art keywords
reflector
vibrating member
vibration
strutting piece
symbol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
CNB011450622A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1359193A (zh
Inventor
西村俊雄
井上二郎
開田弘明
三谷彰宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2000359816A external-priority patent/JP3760760B2/ja
Priority claimed from JP2001350130A external-priority patent/JP3888136B2/ja
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of CN1359193A publication Critical patent/CN1359193A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1322670C publication Critical patent/CN1322670C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/0504—Holders; Supports for bulk acoustic wave devices
    • H03H9/0514—Holders; Supports for bulk acoustic wave devices consisting of mounting pads or bumps
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/178—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator of a laminated structure of multiple piezoelectric layers with inner electrodes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

一种组合振动装置包括：构成振动件的用有第1声学阻抗的材料制成的压电元件，连接到压电元件的各端面用有比第1声学阻抗小的第2声学阻抗的材料制成的第1和第2反射层，和连接到第1和第2反射层的外表面的用有比第2声学阻抗大的第3声学阻抗的材料制成的第1和第2支撑件。在反射层与支撑件之间的界面反射从振动件传播的振动。

Description

组合振动装置
发明背景
1.发明领域
本发明涉及组合振动装置，它支撑各种振动件，对振动件的振动特性影响很小。本发明更具体涉及组合振动装置，其中，压电元件，电致伸缩元件或其它用作振动件的合适元件。
2.相关技术描述
通常，压电振动元件已广泛用在谐振器，滤波器，和其它电子元件中。例如，压电揩振器用各种振动模式得到目标谐振频率。这些振动模式包括：厚度纵向振动，厚度剪切振动，长度振动，宽度振动，延伸振动，和其它已知的振动模式。
这种压电谐振器中，它的支撑结构随振动模式的类型而变。用厚度纵向振动和厚度剪切振动模式的能量收集压电谐振器可在它的两端机械支撑。图34示出用厚度剪切振动模式的能量收集压电谐振器的一个实例。压电谐振器201中，谐振电极203设在条形压电板202的顶表面上，谐振电极204设在其底表面上并与谐振电极203相对。谐振电极203和204相对于压电条202的长度方向的大致中心位置而彼此相对。它的相对部分确定能量收集压电振动段。结果，在压电振动段中收集振动。因此，能在压电谐振器201的两端机械支撑它而不会影响压电振动段的振动。
但是，能量收集压电谐振器201中，尽管振动能收集在压电振动段中，但必须在压电振动段的外边设置需要较大空间的振动衰减段。因此，例如要加长用厚度剪切振动模式的压电谐振条201的长度。
另一方面，用长度振动，宽度振动，延伸振动和变曲振动的压电谐振器中，不可能产生能量收集压电振动段。因此，为了防止对谐振特性的任何影响，用金属弹簧引出端，允许引出端与压电谐振器的振动节点接触。这种配置允许形成支撑结构。
日本未审查的专利特许公开NO.10-270979中提供了图35所示的体声波滤波器211。体声波滤波器211中，多层膜叠在基片212上。换句话说，压电层213设置成多层结构。压层213的顶面和底面上设置叠置电极214和215，以构成压电谐振器。此外，压电谐振器的底上设置硅膜，多晶硅膜或其它合适的材料膜，由此制成由顶层216，中间层217和底层218组成的多层结构的声学镜219，该情况下，中间层217的声学阻抗大于顶层216和底层218的声学阻抗。声学镜219阻止压电谐振器产生的振动传导到基片212去。
此外，结构相同的声学镜220叠置在压电谐振器的上部上。在声学镜220上设钝化保护膜221，钝化保护膜221用诸如环氧树脂，SiO2或其它合适的保护材料构成。
这种常规的能量收集压电谐振器中，必须在压电振动段外边上设振动衰减段。因此，尽管能用粘接剂机械支撑谐振器，但压电谐振器201的尺寸还是增大了。
而且，用长度振动模式和延伸振动模式的非能量收集压电谐振器不需要振动衰减段。但是，用粘接剂，焊料或其它固定材料固定和支撑谐振器时，会损坏压电谐振器的谐振特性。结果，由于需要用弹簧引出端支撑谐振器，所以支撑结构复杂并需要很多元件。
如上所述，日本特许公开10-270979中所公开的体声波滤波器中，多层膜叠置在基片212上，制成压电谐振器，声学镜219声学隔离压电谐振器与基片。因此，用基片212上有多层结构的声学镜219声学隔离和支撑压电谐振器。
但是，体声波滤波器211中，基片212上必须叠置很多层来形成确定底部声学镜219的多层结构，压电谐振器和压电滤波器，而且，也要在基片上叠置很多层来确定顶部声学镜220。此外，滤波器的顶部上必须设钝化保护膜221。结果，使滤波器结构复杂，由于用多层结构构成谐振器，因而限制了压电谐振器的振动模式。
如上所述，通常，当不损坏振动特性地支撑诸如压电谐振器的振动源时，谐振器的振动模式受到限制，元件尺寸增大，结构复杂。
发明概述
为克服上述缺点，本发明优选实施例提供一种组合振动装置，它用产生各种振动模式的振动件构成的较简单的结构支撑，对振动件的振动特性影响很小或没有影响。
按本发明第1优选实施例，组合振动装置包括作为振动发生源的振动件，振动件用有第1声学阻抗Z1的材料制成；连接到振动件的各边的第1和第2反射层，每层反射层用有第2声学阻抗Z2的材料制成，第2声学阻抗Z2小于第1声学阻抗Z1；和多个支撑件，每个支撑件用有第3声学阻抗Z3的材料制成，第3声学阻抗Z3大于第2声学阻抗Z2，支撑件连接到反射层的与连接到振动件的侧边相反的侧边上。该组合振动装置中，从振动件传播到反射层的振动在反射层与支撑件的界面处被反射。
按本发明的另一方案，组合振动装置包括作为振动发生源的振动件，振动件用有第1声学阻抗Z1的材料制成；接到振动件的侧边的反射层，反射层用有第2声学阻抗Z2的材料制成，第2声学阻抗Z2小于第1声学阻抗Z1；和用有第3声学阻抗Z3的材料制成的支撑件，第3声学阻抗Z3大于第2声学阻抗Z2，支撑件连接到反射层的与连接到振动件的侧边相反的侧边。本组合振动装置中，从振动件传播到反射层的振动在反射层与支撑件之间的界面被反射。
第2与第1声学阻抗之比Z2/Z1，最好应在约0.2或0.2以下约0.1或0.1以下更好。
此外，第2与第3声学阻抗之比Z2/Z3最好应在约0.2或0.2以下，约0.1或0.1以下更好。
而且，振动件最好用机电式耦合转换件构成。而且，机电式耦合转换件用压电元件或电致伸缩元件构成。
本发明的本优选实施例的组合振动装置最好也包括第3反射层，第2振动件，第4反射层和第3支撑件，这些组成部分按该顺序连接到第1和第2支撑件中至少一个的侧面，该侧面与连接到第1和第2反射层中至少一个的侧面相对。
按第2优选实施例，组合振动装置包括构成振动发生源的第1和第2振动件，每个振动件用有第1声学阻抗Z1的材料制成；第1至第3反射层，每个反射层用有第2声学阻抗Z2的材料制成，第2声学阻抗小于第1声学阻抗Z1；第1和第2支撑件，每个支撑件用有第3声学阻抗Z3的材料制成，第3声学阻抗Z3大于第2声学阻抗Z2。该组合振动装置中，顺序连接第1支撑件，第1反射层，第1振动件，第2反射层，第2振动件，第3反射层，和第2支撑件。第1和第2振动件产生的振动在第1反射层与第1支撑件之间的界面，第3反射层和第2支撑件间的界面，和在第2反射层与第1和第2振动件之间的界面反射。
此外，反射层也能用有不同声学阻抗的材料制成的多层膜叠置构成。
此外，用λ表示只用一个振动件产生的振动的波长时，从反射层与振动件之间的界面到反射层与支撑件之间的界面的距离最好应在n·λ/4±λ/8的范围内，式中n是奇数。
按本发明的优选实施例的组合振动装置中，当符号A表示振动件的振动位移方向时，符号B表示通过振动件的振动传播方向，符号C表示振动通过反射层的传播方向，方向A，B和C可按各种方式组合，例如，方向A，B，C可设置成大致相互平行的方向。或者，方向A大致平行于方向B，而方向B大致垂直于方向C。相反，方向A也可大致垂直于方向B，而方向B也可大致平行于方向C。或者，方向A也可大致垂直于方向B，方向B也可大致垂直于方向C。
按本发明第3优选实施例，组合振动装置包括构成振动发生源的振动件，振动件用有第1声学阻抗Z1的材料制成；连接到振动件的每一边的第1和第2反射层；每个反射层用有第2声学阻抗Z2的材料制成，第2声学阻抗Z2小于第1声学阻抗Z1；和多个用有第3声学阻抗的材料制成的支撑件，第3声学阻抗Z3大于第2声学阻抗Z2，支撑件连接到反射层的与连接到振动件的侧边相反的侧边上且符号S2表示连接到振动件的每个反射层的表面积时，该组合振动装置中，当符号S1表示连接到每个反射层的振动件的表面面积。S2/S1最好是约为1或1以下，从振动件传播到每个反射层的振动在反射层与支撑件之间的界面反射。
第2与第1声学阻抗之比Z2/Z1最好应在约0.2或0.2以下，约0.1或0.1以下更好。
而且，第2与第3声学阻抗之比Z2/Z3最好应在约0.2或0.2以下，约0.1或0.1以下更好。
此外，振动件最好用机电式耦合转换件构成。而且，机电式耦合转换件最好用压电元件或电致伸缩元件构成。
而且，组合振动装置最好还包括顺序连接到第1和第2支撑件中至少一个的侧面的第3反射层，第2振动件，第4反射层和第3支撑件，该侧面与连接到第1与第2反射层中至少一个的那面相对。
按本发明第4优选实施例，组合振动装置包括构成振动发生源的第1和第2振动件，每个振动件用有第1声学阻抗Z1的材料制成；第1至第3反射层，每个反射层用有第2声学阻抗Z2的材料制成，第2声学阻抗Z2小于第1声学阻抗Z1；用有第3声学阻抗的材料制成的第1和第2支撑件，第3声学阻抗大于第2声学阻抗。该组合振动装置中，顺序连接第1支撑件，第1反射层，第1振动件，第2反射层，第2振动件，第3反射层和第2支撑件。当符号S1表示连接到每个反射层的振动件的表面面积，符号S2表示连接到振动件的每个反射层的表面面积，S2/S1约为1或1以下，第1和2振动件产生的振动在第1反射层与第1支撑件之间的界面，在第3反射层和第2支撑件之间的界面，和在第2反射层与第1和第2振动件之间的界面被反射。
此外，反射层可以是用有不同声学阻抗的材料制成的多层膜叠置构成的。
用λ表示只用一个振动件产生的振动的波长时，从反射层与振动件之间的界面到反射层与支撑件之间的界面的距离最好在n·λ/4±λ/8，式中n是奇数。
按本发明第4优选实施例的组合振动装置中，当符号A表示振动件的振动位移方向时，符号B表示通过振动件的振动传播方向，符号C表示通过反射层的振动传播方向，方向A，B和C和按各种方式组合。例如，方向A，B和C设置成相互大致平行，或者，方向A大致平行于方向B，而方向B可大致垂直于方向C。相反，方向A可大致垂直方向B，而方向B大致平行于方向C，方向A大致垂直于方向B，方向B也可垂直于方向C。
通过以下参见附图对优选实施例的详细描述将会了解本发明的其它特征，元件，步骤，性能和优点。
附图简述
图1A和1B分别是作为按本发明第1优选实施例组合振动装置的压电谐振器的透视图和纵向剖视图；
图2是示意性展示用限定元件法分析得出的压电谐振器的位移分布的纵向剖视图；
图3展示安装在基片上的压电谐振器的透视图；
图4是展示谐振器安装在基片上之前获得的压电谐振器的谐振特性的曲线图；
图5是展示谐振器安装在基片上之后获得的压电谐振器的谐振特性的曲线图；
图6是按本发明的各种优选实施例的组合振动装置的总的示意图；
图7是按本发明第1优选实施例的压电谐振器中的声学阻抗比Z2/Z1与谐振频率的变化率之间的关系曲线图；
图8是压电谐振器中声学阻抗比Z2/Z1与相对频带宽度的变化率之间的关系曲线图；
图9是压电谐振器中声学阻抗比Z2/Z3与谐振频率的变化率之间的关系曲线图；
图10是压电谐振器中声学阻抗比Z2/Z3与相对频带宽度的变化率之间的关系曲线图；
图11是用有不同声学阻抗的反射层时，得到的压电谐振器的长度方向中的每个反射层的长度与谐振频率的变化率之间的关系曲线图；
图12是用有不同声学阻抗的反射层时，得到的相对频带宽度变化率与压电谐振器的长度方向中的每个反射层长度之间的关系曲线图；
图13是压电谐振器的每个反射层的厚度变化或压电谐振器的长度方向中的反射层的等效长度变化时得到的谐振频率变化率曲线图；
图14是压电谐振器的每层反射层的厚度变化或者长度方向中的反射层的等效长度变化时得到的相对频带宽度变化率的曲线图；
图15是连接到每个反射层的振动件的表面面积设定为S1，连接到振动件的每个反射层的表面面积设定为S2，或者与振动件接触的反射层的等效面积设定为S2时，改变面积比S2/S1所得到的谐振频率的变化率的曲线图；
图16A和16B分别是按本发明第2优选实施例的压电谐振器的透视图和局部切开的纵向剖视图；
图17是安装在基片上的按第2优选实施例的压电谐振器的透视图；
图18是按第2优选实施例的压电谐振器安装在基片上之前得到的谐振特性曲线图；
图19是按第2实施例的压电谐振器安装在基片上之后得到的谐振特性曲线图；
图20是作为本发明应用例的包括两个压电谐振器的滤波器的分解透视图；
图21是作为按本发明第3优选实施例的组合振动装置的用厚度剪切振动模式的压电谐振器的透视图；
图22是谐振器安装在安装基片上时的按本发明第3优选实施例的压电谐振器的透视图；
图23是当第3优选实施例的压电谐振器安装到基片时得到的谐振特性的曲线图；
图24是用厚度纵向振动模式作为按本发明的振动装置的该型例的压电谐振器的示意性剖视图；
图25是用厚度纵向振动模式作为按本发明优选实施例的振动装置的另一致型例的多层压电谐振器的剖视图；
图26A至26C是按本发明的优选实施例的用长度振动模式的压电谐振器的多个改型例的剖视图；
图27是用有限元件法分析得到的压电谐振器的位移分布图，该压电谐振器具有反射层大致垂直于压电元件的振动方向的结构，用长度振动模式传播压电元件的振动；
图28A和28B分别是压电谐振器的改型例的示意性剖视图，其中，反射层和支撑件连接到用厚度纵向振动模式的压电元件的每边；
图29是作为按本发明优选实施例的振动装置的另一改型例的的压电谐振器剖视图，包括用厚度扭转模式的压电元件作振动件；
图30是作为按本发明优选实施例的振动装置的另一改型例的表面声波谐振器的平面图；
图31A至31C是作为按本发明优选实施例的振动装置的另一改型例的用厚度剪切振动模式的压电谐振器的剖视图；
图32A至32C是按本发明的优选实施例的振动装置的改型例的示意性方框图；其中每个均有第1和第2振动件；
图33是按本发明优选实施例的振动装置的另一改型例的示意性方框图，它有第1和第2振动件；
图34是安装在基片上的常规能量收集压电谐振器的局部切开的示意性纵向剖视图；
图35是常规体声波滤波器的一个实例的纵向剖视图；
图36是按本发明的振动装置的一个实施例的透视图；
图37是展示用有限元法分析得到的图36所示振动装置的位移分布的示意性纵向剖视图；
图38是图36所示压电谐振器的阻抗频率特性和相位—频率特性曲线图；
图39是作为本发明的另一改型例的厚度纵向振动模式的压电谐振器的透视图；
图40A和40B是按本发明的振动装置的另一改型例的纵向剖视图；
图41A和41B是按本发明振动装置的又一改型例的正剖视图；
图42A和42B是按本发明振动装置的又一改型例的纵向剖视图；
图43A和43B是按本发明振动装置的进一步改型例的正剖视图；
图44A和44B是按本发明振动装置的进一步改型例的纵向剖视图；
图45A和45B是按本发明振动装置的进一步改型例的正剖视图。
优选实施例的详细描述
参见附图详细描述本发明的优选实施例。
图1A和1B分别是作为按本发明优选实施例的组合振动装置的压电谐振器的透视图和纵向剖视图。
压电谐振器1最好包括构成振动件的条形压电元件2，连接到压电元件2的每个长度端的反射层3和4，和连接到反射层3和4的外侧表面的支撑件5和6。
该优选实施例中，当符号S1代表连接到各反射层3和4的压电元件2的各端表面2a和2b的面积时，符号S2代表连接到压电元件2的各反射层3和4的面积，即与各反射层3和4接触的压电元件2的面积。面积比S2/S1最好约为1。换句话说，压电元件2的横截面形状最好与连接到压电元件2的与其横截面大致平行设置的反射层3和4的表面形状大致相同。
本发明的发明人，通过连接到反射层的振动件的端面面积的各种变化，和将要连接到反射层的振动件端面上的各反射件的面积的各种变化测量谐振频率的变化率，即用振动件和各反射件相互接触部分的面积S2的各种变化来测量谐振频率变化率。上述例中用的压电谐振器中，以各种尺寸改变连接到压电元件2的端面2a和2b的各反射层3和4的面积，以形成各种压电谐振器和测量谐振频率。结果示于图15中。
如图15所示，S2/S1为约为1或1以下时，谐振频率变化率约为0.4％或0.4％以下。相反，当比值S2/S1大于1时，谐振频率变化率明显增大。因此，S2/S1设在约为1或1以下能更有效地减少反射层3和4支撑的结构和支撑件5和6对振动件的振动特性的影响。
压电元件2最好用钛酸铅制造，它的声学阻抗Z1用式3.4×107kg/(m2·S)表示。压电元件2按箭头P指示的方向极化，即按它的长度方向极化。
压电元件2最好有条形构形，它的顶表面，底表面和侧表面对大致是矩形。换句话说，压电元件2的构形最好是类似于方条。压电元件2的相对端面2a和2b上设激励电极7和8。应用由激励电极7和8加的AC电压，其端面2a和2b按长度方向设置的压电元件2按长度模式振动。换句话说，压电元件2是用长度模式的压电谐振元件。压电谐振元件1的顶面上设引出端电极9和10，引出端电极9和10电连接到激励电极7和8。引出端电极9和10设置成从压电谐振器1的顶表面伸到支撑件5和6的外端面5a和6a，以构成压电谐振器1的端面。结果，压电谐振器1容易表面贴装到印刷电路板上，或用引出端电极9和10安装到其它合适的电子元件上。本优选实施例中，各反射层3和4最好用声学阻抗为1.87×106kg/(m2·S)的环氧树脂制造。各支撑件5和6最好用声学阻抗为3.4×107kg/(m2·S)的陶瓷制造。
通常，在用长度模式的压电谐振元件中，振动按它的长度方向传播，振动传播方向大致平行于极化方向P。因此，对振动基本上没影响，不可能用端面2a和2b支撑谐振元件。
但是，本优选实施例中，设有反射层3和4和支撑件5和6。因此，支撑压电谐振器1不会影响用长度模式的压电元件的振动特性。该原理将参见图2至5说明。以下的说明中，每个长度将叫做压电谐振器1的纵向长度。
这里，压电元件2的长度L1最好是0.98mm，谐振器的谐振频率F1约为2MHz，各反射层3和4的长度L2约为0.25mm，各支撑件5和6的长度约为0.4mm，图2示出用限定元件法分析得出的上述压电谐振器1的位移。
如图12所示，在支撑件5和6出现极小的位移。因此，支撑件5和6支撑压电谐振器1对压电元件2的谐振特性影响很小，或者，没有影响。其原因是，反射层3和4的声学阻抗Z2小于压电元件2的声学阻抗Z1和支撑件5和6的声学阻抗Z3。从压电元件传播的振动在反射件3和4与支撑件5和6之间的界面A和B反射，所以振动不会传播到支撑件5和6。
按压电谐振器1中产生的结果，本发明的发明人用不同材料制造压电谐振器1中包括的压电元件2，反射层3和4，和支撑件5和6，和制造不同大小的压电谐振器，经反复试验。与上述优选实施例相同，发现当第1和第2反射层3和4的声学阻抗Z2小于压电元件2的声学阻抗Z1和支撑件5和6的声学阻抗Z3时，从压电元件2传播到各支撑件5和6的振动基本上被抑制。其原因将参见图4和5，参见具体的实验例说明。
图4是按下述样品规范构成压电谐振器1时得到的阻抗—频率特性和相位—频率特性曲线图。该图中，实线是相位—频率特性曲线，虚线是阻抗—频率特性曲线。图4和5中的曲线的纵座标和横座标上的NE+On等于N×10n。例如1E+02等于1×102。
压电谐振器1
<1>压电谐振元件2是用声学阻抗Z1约为3.4×107kg/(m2·S)的钛酸铅制成的。它的长度是L1412mm，谐振频率是5.4MHz。
<2>反射层3和4用声学阻抗Z2约为1.87×106kg/(m2·S)的环氧树脂制成。它的长度L2是0.07mm。
<3>支撑件5和6用声学阻抗Z3约为3.4×107kg/(m2·S)的钛酸铅制成。它的长度L3是300mm。
此外，压电谐振器1的宽度约是250mm，厚度约是200mm。
之后，如图3所示，压电谐振器1用导电胶12粘接固定到基片11上。用导电胶12粘接时，通过用导电胶12把谐振器1固定到基片11上，在压电元件2的底表面与基片11的顶表面之间形成产生振动必须的空间。
而且，用导电胶12把引出端电极9和10粘接到基片11上的电极13和14上。但是，导电胶12不淀积在压电元件2和反射层3和4上。
图5是压电谐振器1安装到基片11上后的频率特性曲线图。同样，图5中虚线是阻抗—频率特性曲线，实线是相位—频率特性曲线。
比较图4与图5中的曲线，压电谐振器1的频率特性与它固定到基片11上后得到的谐振器的频率特性几乎相同。换句话说，即使支撑件5和6机械支撑压电谐振器1时，也不损坏压电元件2的谐振特性。
如图1至5所示，作为按本发明优选实施例的振动装置的压电谐振器1中，在界定振动件的压电元件2的各边上设置各反射层3和4，支撑件5和6连接到反射层3和4的外侧表面，用这种配置，能有效支撑压电谐振器1而不妨碍压电元件2的振动。图6是展示上述配置的总图。图6所示的按本发明的组合振动装置中，在界定振动源的振动件21的各边上连接反射层22和23，所以从振动件21传播振动。而且，支撑件24和25连接到反射层22和23的外侧表面。该情况下，如上所示，当反射层22和23的声学阻抗Z2小于振动件21的声学阻抗Z1和支撑件24和25的声学阻抗Z3时，与上述优选实施例相似，用支撑件24和25机械支撑有不同材料的组合件的振动装置20对振动件21的振动特性影响极小。
上述优选实施例中，压电元件2用作振动件。但是，本发明中，只要在振动件21的声学阻抗Z1，反射层22和23的声学阻抗Z2，和支撑件24和25的声学阻抗Z3之间附合上述的阻抗关系，如上述优选例一样，在反射层22和23与支撑件24和25之间的界面反射传播的振动。因此，振动件21不限于上述的压电元件。换句话说，可用除压电元件2以外的装置，如电致伸缩元件或其它合适类型的振动件作为振动件21。
此外，反射件22和23，和支撑件24才25用的材料也不限于上述材料。只要声学阻抗Z1至Z3保持上述的关系，可选用任何材料。
而且，本发明的发明人测量压电谐振器1的谐振频率和频带宽度随压电谐振器1的反射件的各种材料的变化率。图7和8表示出测量结果。这里，为测量谐振变化率(％)和相对频带宽度变化度(％)，用作压电元件2的材料的陶瓷类型，用作反射层3和4的材料的环氧树脂类型，标准化声学阻抗Z2的值，即Z2/Z1，是可变的。
如图7和8所示，当Z2/Z1约为约0.2或0.2以下时，最好Z2/Z1为约0.1或0.1以下，谐振频率变化率明显减小到0.2％以下。Z2/Z1为约0.1或0.1以下时，谐振频率变化率减小到约0.01％或0.01％以下。同样，关于相对频带宽度变化率，发现，Z2/Z1为约0.2或0.2以下时，相对频带宽度变化率为-15％，Z2/Z1为约0.1或0.1以下时，相对频带宽度变化率为约-8％或-8％以下。
因此，Z2/Z1最好应为约0.2或0.2以下，约0.1或0.1以下更好。
而且，发明人通过改变反射层3和4和支撑件5和6所用材料类型，来改变声学阻抗比Z2/Z3。之后，同样测量压电谐振器1的谐振频率和相对频带宽度的变化率(％)。图9和10展示出测量结果。
如图9和10所示，当Z2/Z1为约0.2或0.2以下时，频率变化率为约0.2％或0.2％以下，相对频带宽度变化率是约-7％或-7％以下。此外，Z2/Z1在约0.1或0.1以下时，谐振频率变化率为约0.05％或0.05％以下，相对频带宽度变化率为约-6％或-6％以下。结果声学阻抗Z2/Z3为约0.2或0.2以下，最好是约0.1或0.1以下。
此外，发明人测量了随种种声学阻抗比Z2/Z1的压电谐振器1的谐振频率和相对频带宽度变化率，图11和12表示出测量结果。用作反射层3和4的材料包括环氧树脂，陶瓷，和有其它声学阻抗的材料粉和这些材料的混合物，使混合物的声学阻抗Z2在1/128Z1的任选范围内变化。
图11和12中的横座标表示反射层3和4的纵向长度，即压电谐振器1的纵向长度。换句话说，各反射层3和4的纵向长度大致等于连接到作为振动件的压电元件2的各反射层表面连接方向的长度，和连接到各支撑件5和6的各反射层的表面连接方向的长度。即，通过各个反射层的振动传播方向的长度。
如图11和12所示，声学阻抗比Z2/Z1较小时，即在约1/32或1/32以下时，最好在约1/64或1/64以下时，即使反射层3和4的纵向长度，或者，同等地它的厚度从约λ/4稍有变化，谐振频率和相对频带宽度的变化率没有明显增大。因此，Z2/Z1约为1/32或1/32以下，最好是约1/64或1/64以下，对反射层3和4的纵向长度限制较小。
另一方面，如图11和12所示，不考虑Z2/Z1，当反射层3和4的长度是约λ/4时，压电谐振器1的谐振频率和相对频带宽度的变化率明显减小。
此外，改变反射层3和4的厚度，测量反射层3和4的厚度与谐振频率和相对频带宽度的变化率之间的关系。图13和14示出测量结果。如图11至14所示，反射层3和4的长度最好在n·λ/4±λ/8范围内，式中n是奇数，反射层3和4的长度最好是约λ/4。
换句话说，连接到各个反射层65和66的压电元件62的表面面积S1最好大致等于连接到压电元件62的各反射层65和66的表面面积S2。换句话说S2/S1最好约为1。
如图16A和16B分别是构成按本发明第2优选实施例的组合振动装置的压电谐振器的透视图和部局切开的纵向剖视图；
压电谐振器31有条形或方条形的压电元件32。压电元件32是用长度模式的六次谐波的压电元件。本优选实施例的压电谐振器31最好与第1优选例的压电谐振器1相同，只是用压电元件32代替压电元件2，压电元件32用的激励电极与第1优选实施例用的激励电极不同。
压电元件32最好用声学阻抗为2.6×107kg/(m2·S)的诸如钛锆酸铅的压电陶瓷制成。
为了用长度模式的六次谐波激励压电元件32，在压电元件32中设置按其横截面方向延伸的6个激励元件32a至32f。换句话说，按激励电极32a至32f中有5层压电层的方式，按压电元件32的横截面方向设置大致平行的激励电极32a至32f。此外，按压电元件32的长度方向均匀极化5层压电层。
要电连接到激励电极32a，32c和32e的压电谐振器31的顶表面上设引出端电极37。压电谐振器31的底表面上设电连接到激励电极32b，32d和32f的引出端电极38。
激励电极32b，32d和32f与引出端电极37电绝缘在激励电极32b、32d、32f的顶端设有绝缘材料39a至39c。同样，在激励电极32a，32c和32e的底端设绝缘材料39d至39f，使激励电极32a，32c和32e与引出端电极38电绝缘。
压电元件32的长度方向中的各端设声学阻抗比(Z2/Z1)为1/16的环氧树脂构成的反射层33和34。
此外，声学阻抗比(Z2/Z3)为1/16的诸如钛锆酸铅的压电陶瓷制成的支撑件35和36连接到反射层33和34的外侧表面。
设置延伸到压电谐振器31的各相对端面的各个引出端电极37和38。即，各个引出端37和38延伸到支撑件35和36的各个外端面35a和36a。
本优选实施例中，像上述优选实施例一样，反射件33和34和支撑件35和36的横截面形状最好与压电元件32的横截面形状最好相同。因此，压电谐振器31大致为方条形。
如第2优选实施例所述，压电振动元件32可以是用长度模式的谐波的压电元件。
图18示出压电谐振器31的阻抗—频率特性和相位—频率特性。而且，如图18，19所示的压电谐振器31用导电胶42和43粘接固定到基片41上后得到的阻抗—频率特性和相位—频率特性，图18和19中，实线是相位—频率特性，虚线是阻抗—频率特性。
对比图18和19中的特性曲线，第2优选实施例中，与第1优选实施例相似，作为单个单元的压电谐振器31安装在基片41上之前得到的特性与谐振器31安装到基片41上之后得到的特性几乎相同。
因此，第2优选实施例中，同样，甚至支撑件35和36机械支撑压电谐振器31时，对压电元件32的特性无明显影响。
或者，如图20所示的滤波器分解透视图，多个压电谐振器31用相互绝缘的胶51和52粘接在一起，以安装到基片53上。图20所示结构中，两个压电谐振器31粘在一起并电连接，以构成滤波器电路。用设在基片53上的导电图形54a至54d构成两个压电谐振器31之间的电连接。此外，金属帽55固定到基片53上。金属帽55用绝缘胶固定到基片53上，以闭合密封压电谐振器31。如图20所示，按本发明的振动装置不仅能用于压电谐振器，也可用于滤波器。
图21是按本发明第3优选实施例的压电谐振器的透视图。压电谐振器61最好包括用厚度剪切振动模式的压电元件62。第3优选实施例的压电元件62最好用压电陶瓷制成，其形状基本上是矩形板。压电元件62的顶表面上设置激励电极63，它的底表面上设激励电极64。压电元件62按长度方向极化。从激励电极63和64加AC电压，压电元件62按厚度剪切振动模式激励。
与用厚度剪切模式的常规能量收集压电谐振器201不同(见图34)，压电元件62包括设置成分别覆盖它的整个顶表面和底表面的激励电极63和64。因此，压电谐振器61不是能量收集压电谐振器。
像第1优选实施例一样，压电元件62的长度方向中的各侧边上，设反射层65和66和支撑件67和68。反射层65和66的厚度，即，压电元件62和各个支撑件67和68的连接方向的长度，约为λ/4，λ是传播的振动波长。此外，各激励电极63和64延伸到各个引出端电极69和70。引出端电极69和70延伸到压电谐振器62的端面，即延伸到支撑件67和68的外端面67a和68a。
第3优选实施例的压电谐振器61中，压电元件不是能量收集元件。但是，与第1优选实施例相似，设有反射层65和66和支撑件67和68。
具体地说，连接到各个反射层65和66的压电元件62的表面面积S1几乎等于连接到压电元件62的各个反射层65和66的表面面积S2。即S2/S1最好约为1。
此外，按与第1优选实施例相同的方式设定压电元件62的声学阻抗Z1，各反射层65和66的声学阻抗Z2，和各支撑件67和68的声学阻抗Z3。而且，通过压电元件62传播的振动在反射层65和66与支撑件67和68之间的界面反射。结果，像第1优选实施例一样，即使用支撑件67和68机械支撑压电元件62，对压电元件62的谐振特性也没明显影响。因此，甚至用厚度剪切模式时，本发明也不需要振动衰减段，因而能大大减小用厚度剪切模式的压电谐振器的尺寸。
换句话说，由于各反射层65和66的厚度(即谐振器61的纵向长度)只是约λ/4，所以不需要像常规能量收集压电谐振器201中所需的大的振动衰减段。而且，压电谐振器61的长度方向中的支撑件67和68的长度在适合设置反射界面的范围内明显减小。因此，压电谐振器61的长度明显短于常规压电谐振器201的长度。
用导电胶72和73把压电谐振器61固定到基片71上时，压电谐振器61的频率特性几乎不变。如图23所示。图23中虚线是阻抗—频率特性，实线是相位—频率特性。图23示出压电谐振器61安装在安装基片71上后得到的特性。由于压电谐振器61安装在基片上前后的特性几乎相同，所以不再说明。构成按本发明的振动装置的压电谐振器不限于第1至第3实施例中用的振动模式的谐振器。此外，本发明中，不限制构成振动件的压电元件用的振动模式。
图24是按本发明的振动装置的改型例的示意性剖视图。图24所示压电谐振器81包括用厚度纵向振动模式的压电元件82。压电元件82最好大致是矩形板。压电元件82的顶表面和底表面分别设有经压电元件82彼此相对的激励电极83和84。此外，压电元件82的顶表面和底表面上分别设有经过反射层85和86用于构成支撑件的陶瓷板87和88。而且，压电谐振器81的外表面上设置电连接到激励电极83和84的引出端电极89和90。
与压电元件82相似，用厚度纵向振动模式的压电元件也能用作本发明使用的振动件。而且，与压电谐振器81相似，可在压电元件82的顶上和底上叠置反射层83和84和支撑件87和88。
而且，与图25所示压电谐振器91相似，本发明也能用于用厚度纵向振动模式的多层压电谐振器。这里，除了激励电极93和94外，压电元件92包括设在其中的内电极95和96。用该配置制成用厚度纵向振动模式谐波的压电元件92。与压电谐振器81相似，压电元件92的顶上和底上叠置反射层83和84和支撑件87和88。
此外，按本发明优选实施例的振动装置中，当符号A表示振动件的振动位移方向时，符号B表示经振动件的振动传播方向，符号C表示经反射层的振动传播方向，可按需要状态改变方向A，B和C之间的组合。
例如，如图26A至26C所示的压电谐振器101至103，可设置为方向A大致平行于方向B，方向B大致垂直于方向C。如图26A至26C所示压电谐振器101至103最好是用长度振动模式和压电元件101a、101b和101c是按图中箭头所指方向极化的压电谐振器。而且，参考数字104a指示反射层，104b指示支撑件。
图26A至26C所示压电谐振器101至103中，压电元件101a至101c的底表面连接到反射层。底表面面积为S1时，反射层104a和104b连接到压电元件101a至101c，各反射层与各压电元件接触部分的表面面积S2最好小于S1。
此外，本发明中，反射层可设置成大致垂直于经振动件的振动传播方向。图27是用有限元法分析得到的谐振器的位移分布。图27中，用长度模式的声学阻抗约3.0×107kg/(cm2·S)的压电陶瓷制成的压电元件106作振动件，长度模式中长度是约0.98mm，谐振频率约2MHz。压电元件106的一个侧面上按垂直于经压电元件106的振动传播方向的方向设置反射层107和108。压电元件106的每个侧面面积约为0.294mm2。各反射层107和108的声学阻抗Z2约为1.87×106kg/(cm2·S)，厚度约是0.15mm。它的厚度等于从压电元件106与反射层107和108之间的界面到反射层107和108的相对边的距离。而且，各反射层107和108连接到压电元件106的部分的面积S2约是0.084mm2。用声学阻抗Z3约为3.0×107kg/(cm2·S)的诸如钛锆酸铅的压电陶瓷构成的各支撑件109和110连接到反射层107和108。
如图27所示，压电谐振器25中，类似地，振动不传播到支撑件109和110。
因此，按本发明优选实施例的振动装置中，可按大致垂直于经振动件的振动传播方向的方向连接反射层。用图26A至26C所示的上述压电谐振器101至103作为要实施的例子。
而且，如图28A和28B所示的压电谐振器111和112一样，按大致垂直于经过用厚度纵向振动模式的压电元件111a和112a的振动传播方向的方向设置反射层113和114，即，按大致平行于图中箭头所指的极化方向的方向设置反射层113和114。图28B中所示压电元件112a包括内电极，它是用厚度纵向振动模式的多层压电谐振元件。
图28A和28B中，各压电元件111a和112a的各个侧边上，按大致垂直于经压电元件111a和112a的振动传播方向，设置反射层113和114。此外，支撑件115和116连接到反射层113和114的端面，它与连接到压电元件111a和112a的反射层的端面相对。
此外，按本发明优选实施例的振动装置中，像图29所示压电谐振器117一样，振动件的振动位移方向可大致垂直于经振动件的振动传播方向，经振动件的振动传播方向也可大致平行于经反射层的振动传播方向。压电谐振器117包括压电元件117a。压电元件117a中，压电陶瓷件构成的各主表面上设各激励电极118和119，并按从图29图页的正面向其背面穿透的方向极化。因此，压电元件117a用厚度扭曲振动模式。反射层113和114和支撑件115和116连接到压电元件117a和外边。
如图26至29所示的图31A至31C所示，以下将说明按本发明优选实施例中，振动件的振动位移方向、经振动件的振动传播方向和经反射层的振动传播方向之间能按各种方式构成的相对位置。任何情况下，在满足上述规定条件的上述声学阻抗Z1，Z2和Z3的范围内，与第1优选实施例相似，支撑件机械支撑压电谐振器对压电元件的谐振特性无明显影响。
此外，本发明能用于其它类型的谐振器和用压电效应的滤波器，如表面声波器件。图30是构成本发明第4优选实施例的振动装置的表面声波谐振器的平面图。表面声波谐振器121中，在矩形板压电基片122上按规定间隔按表面声波传播方向设置第1和第2叉指式换能器(IDT)。第1和第2反射层125和126按表面声波传播方向连接到压电板122的外边，由陶瓷板构成的支撑件127和128连到反射层125和126的外边。本优选实施例中，按与第1优选实施例相同的方式设定压电板122的声学阻抗Z1，各反射层125和126的声学阻抗Z2，和支撑件127和128的声学阻抗Z3。而且，面积比S2/S1大致等于1，因此，在支撑件127和128与反射层125和126之间的界面反射表面声波，起到表面声波谐振器的作用。而且，由于不需要反射器，所以表面声波谐振器的尺寸能大大减小。
图31A至31C是压电谐振器131至133的示意性剖视图。这些谐振器中，振动件的振动位移方向A，经振动件的振动传播方向B和经反射层的振动传播的方向C大致相互垂直。
压电谐振器131包括用厚度剪切振动模式的压电元件134。按图中箭头所指方向极化的压电元件134包括激励电极135和136。振动位移方向A包括大致平行于激励电极和大致垂直于激励电极的两个分量。经压电元件134的振动传播方向B大致平行于激励电极135和136。相反，反射层137和138连接到压电元件134的底表面，经各反射层137和138的振动传播方向C大致垂直于经压电元件134的振动传播方向B。支撑件139a和139b连接到反射层137和138的表面，该表面与连接压电元件134的表面相对。
图31B中设有支撑件140。支撑件40的结构与组合成一个整体的支撑件139a和139b的结构相同。
如图所示，连接到反射层外侧表面的支撑件连接到第1和第2反射层。
图31C所示压电谐振器133使用压电元件141，压电元件141用厚度扭曲振动模式。其它部分中，谐振器结构的剩余部分最好与图31A所示压电谐振器1的结构相同。
如上所述，按本发明优选实施例的振动装置中，可用同各种振动模式的压电元件构成振动件。该压电元件的一个替换例，可用电致伸缩效应元件。此外，本发明中用的振动件不限于诸如压电元件和电致伸缩元件的机电式耦合转换元件。也可用产生各种振动的振动源。
此外，本发明的各种优选实施例中，振动件，反射层和支撑件之间的连接不限于上述实施例和改型例中所述的那些连接方式。例如，图32A至32C和图33所示，可制成有多个振动件的振动装置。
图32A中所示振动装置，第1和第2振动件151和152经反射层153互连。反射层154和155和支撑件156和157连接到第1和第2振动件151和152的外表面上。该情况下，反射层155和156等于本发明的第1和第2反射层，支撑件156和157等于本发明的第1和第2支撑件。此外，经反射层153相互连接的振动件151和152被认为是本发明优选实施例的振动装置中包括的振动件。而且，由于第1和第2振动件151和152经反射层153连接，在反射层153与第2振动件152之间的界面反射从第1振动件传播到反射层153的振动。相反，在反射层153与第1振动件151之间的界面反射从第2振动件152传播到反射层153的振动。
图32B所示振动装置中，第1和第2反射层162和163连接到振动件161的各边，支撑件164和165连接到第1和第2反射层162和163的外表面。换句话说，这些配置与第1优选实施例中的配置相同。但是，与第1优选实施例不同，本振动装置中，第3反射层166，第2振动件167，第4反射层168和第3支撑件按该顺序连接到第2支撑件165的外边。该情况下，在反射层166和168和支撑件165和169之间的界面反射第2振动件167产生的振动。换句话说，设置两个按第1优选实施例的振动装置，支撑件设成两个振动装置的多个支撑件之一，使两个振动装置组合。
而且，如图32C所示，反射层182和183和支撑件184和185连到振动件181的各边后，反射层186和187和支撑件188和189可再连接到各支撑件184和185的外边。
图33所示振动装置171中，与第1优选实施例相似，振动装置172和173经反射层174互连。
图36是作为按本发明另一实施例的组合振动装置的用厚度剪切振动模式的压电谐振器的透视图。
压电谐振器301包括作为振动件的用厚度剪切振动模式的压电元件302，连接到压电元件302一端的反射层303，连接到反射层303外边的支撑件304。
压电元件302有压电体302a。压电体302a是条形，并按长度方向极化。压电体302a的上下表面上设激励电极302b和302c。激励电极302b与302c之间加AC电压，压电元件302按厚度剪切模式谐振。
同时，形成引出电极302d和302e，它们还伸到反射层303和支撑件304的上下表面。
按本实施例，当压电元件302与反射层303连接的端表面302f的面积用S1表示时，反射层303与压电元件302连接的部分的面积用S2表示，值S2/S1最好约等于1。即，压电元件302的水平截面形状和连接压电元件302的反射层303的表面形状相同，反射层303平行于压电元件的水平截面。这里，压电元件302含钛酸铅陶瓷，它的声学阻抗Z1是3.4×107kg/(m2·S)。
另一方面，反射层303含环氧树脂，它的声学阻抗是1.87×106kg/(m2·S)。而且，支撑件304含陶瓷，它的声学阻抗是3.4×107kg/(m2·S)。
按本发明的压电谐振器301中，压电元件302的长度，即沿极化方向的尺寸设定为0.75mm。谐振频率设定为4.0MHz。反射层303的厚度，即沿压电元件302的长度方向的尺寸，设定为0.08mm。支撑件304的长度设定为0.04mm。用有限元法分析得到的位移分布结果示于图37中。从图37能清楚地看到，在支撑件304中不产生位移。因此，用支撑件304支撑压电谐振器301不影响压电元件302的谐振特性。即，如图1所示实施例一样，由于从压电元件302传播出的振动在反射层303反射，所以振动不传播到支撑件。
按本发明，只在振动件的一边设反射层和支撑件。
图38示出上述结构的压电谐振器的阻抗—频率特性和相位—频率特性。注意，图中实线是阻抗—频率特性，虚线是相位—频率特性。注意，图38中纵轴的1·E+0n的意思是1×10n，例如，1·E+02意思是1×102。
压电谐振器301中，设有用厚度剪切模式的压电元件302。但是，如图39所示，可设用厚度延伸模式的压电元件312。图39所示压电谐振器311中，用厚度延伸模式的压电元件312的下表面上设反射层313。反射层313的下表面上设支撑件314。
如图所示的结构中，只在振动件的一边设反射层和支撑件，与振动件两边都设反射层和支撑件的结构相比，能进一步减小装置的厚度。
图40至45所示的改型例中，像图36所示情况一样，只在振动件的一边设反射层和支撑件。
按图37A在用长度模式的压电元件322的长度方向的一个端面设反射层323和支撑件324。用这种方法，也可用长度模式的压电元件322构成该装置。
图40B示出用长度模式的叠层压电元件322。即，在压电元件332的长度方向的一端设反射层333和支撑件334。换句话说，图40B中所示压电谐振器331相当于图16所示压电谐振器31去掉反射层和支撑件的一边的结构。
图41B示出图39和41A所示压电谐振器的一个改型例，它是用厚度延伸模式的叠层压电谐振器。淀积多个激励电极342a至342d。它们之间叠置有陶瓷层。由此构成用厚度延伸模式的叠层压电元件332。
按图41A至41B，作振动部分的压电元件的振动位移方向，在压电元件中的振动传播方向和反射层中的振动传播方向相互平行。
之后，图42和43示出改型例，其中，振动部分中的振动位移方向和振动部分中的振动传播方向平行。但这两个方向可垂直于反射层中的振动传播方向。
图42A所示压电谐振器351中，设有用长度模式的压电元件352，在压电元件352的一边，反射层353连接到压电元件352的下表面，支撑件354连接到反射层353的下表面。本例中，即使压电元件352中的振动位移方向和振动传播方向垂直于反射层中的振动传播方向用反射层353反射振动能抑制支撑件354振动。
图42B所示压电谐振器中，设有用长度模式的叠层压电元件362。它的其它结构与压电谐振器351相同。
图43A所示压电谐振器371中，在用厚度延伸模式的压电谐振元件372的一边连接反射层373和支撑件374。该情况下，也能用反射层373反射从压电元件372传播的振动抑制传向支撑件374的振动。而且，如图43B所示，用厚度延伸模式的压电元件可以是有多个激励电极392a至392d的叠层压电元件392。
以下，图44所示改型实施例中，振动部分中的振动传播方向垂直于振动件的振动位移方向，振动件中的振动传播方向平行于反射层中的振动传播方向。
图44A所示压电谐振器401中，反射层403和支撑件404连接到用厚度剪切振动模式的压电元件402的一个长轴端。图44B所示压电谐振器411中，反射层413和支撑件414连接到用厚度扭曲模式的压电元件412的一个长轴端。
而且，振动件的振动位移方向可以垂直于振动件的振动传播方向。振动件中的振动传播方向垂直于反射层中的振动传播方向。图45A和45B分别示出这种情况的实例压电谐振器421和431。
压电谐振器421中，在用厚度剪切模式的压电元件422的下表面，反射层423连接到压电元件422的一个长轴端，支撑件424连接到反射层423的下表面。图45B所示压电谐振器431中，在压电元件432的下表面，在用厚度扭曲模式的压电谐振器431一端的附近叠置反射层433和支撑件434。
如图45A和45B所示，即使振动件的振动位移方向垂直于振动件中的振动传播方向，振动件中的振动传播方向垂直于反射层中的振动传播方向，像图36所示情况一样，因为有反射层，压电谐振器也能用支撑件机械支撑而不影响压电谐振器的谐振特性。
如上所述，按本发明优选实施例的组合振动装置，振动发生源的各边上连接第1和第2反射层。与振动件连接第1和第2反射层的边相反的振动件的侧边上连接第1和第2支撑件。此外，各反射层的声学阻抗Z2最好小于振动件的声学阻抗Z1和支撑件的声学阻抗Z3。因此，在反射层与支撑件之间的界面处反射从振动件传播到反射层的振动。结果，第1和第2支撑件机械支撑振动装置而对振动件的振动特性无明显影响。
本发明的各个优选实施例中，反射层和支撑件按上述方式连接到振动件。用该配置，在反射层与支撑件之间的界面反射传播到反射层的振动。因此，本发明中，对振动件的振动模式和振动装置的具体结构没有限制。例如，用压电振动件作振动件时，可用各种振动模式，如长度振动模式，弯曲振动模式，和延伸振动模式。而且，按本发明优选实施例的振动装置中，振动件能用常规能量收集压电振动件不能用的振动模式。所以，用简单结构而不用弹簧引出端支撑本发明各优选实施例的振动装置。
此外，尽管用厚度剪切模式的常规能量收集压电谐振器必须有振动衰减段，它要求较大的空间，而按本发明优选实施例的振动装置不需要这样的振动衰减段。因此，用振动模式时，本发明提供的压电谐振器，压电滤波器，和其它振动装置，它们比常规能量收集型压电振动件小得多。
而且，本发明中，声学阻抗比Z2/Z1为约0.2或0.2以下时，用支撑件支撑振动装置基本上不会影响振动件的振动特性。类似地，声学阻抗比Z2/Z3为约0.2或0.2以下时，支撑件机械支撑振动装置基本上不会影响振动件的振动特性。
与连接到第1和第2反射层的第1和第2支撑件的一边相对的第1和第2支撑件的一边上，顺序连接第3反射层，第2振动件，第4反射层和第3支撑件。用该配置，本发明提供用两个振动件的滤波器。而且，当顺序连接第1支撑件，第1反射层，第1振动件，第2反射层，第2振动件，第3反射层，和第2支撑件构成组合振动装置时，按本发明优选实施例，可用第1和第2支撑件机械支撑振动装置，基本上不影响第1和第2振动件的振动特性。因此，本发明提供用各种振动模式的小型压电滤波器和小型组合压电谐振装置。
本发明的各种优选实施例中，当从反射层与振动件之间的界面到反射层与支撑件之间的界面之间的距离范围是n·λ/4±λ/8时，式中λ是传播的振动波长，支撑件机械支撑振动装置时对振动件的振动特性基本上没影响。
按本发明优选实施例的振动装置中，第1和第2反射层连接到振动发生源的各边上。此外，第1和第2支撑件连接到第1和第2反射层的与连接振动件的边相反的边上。各反射层的声学阻抗Z2小于各振动件的声学阻抗Z1和各支撑件的声学阻抗Z3。面积比S2/S1约为1或1以下。结果，在反射层与支撑件之间的界面几乎无损坏地反射从振动件传播到反射层的振动。因此，用第1和第2支撑件机械支撑振动装置基本上不影响振动件的振动特性。
按本发明的另一方案，反射层的声学阻抗Z2小于振动件的声学阻抗Z1和支撑件的声学阻抗Z3。面积比S2/S1最好在约为1或1以下。结果，在反射层与支撑件之间的界面几乎无缺陷反射从振动件传播到反射层的振动。因此，用支撑件机械支撑振动装置基本上不影响振动件的振动特性。该情况下，反射层和支撑件只设在振动件的一边上，因此减小了振动装置的尺寸。
而且，本发明各优选实施例中，如上所述，反射层和支撑件连接到振动件，在反射层与支撑件之间的反射层反射传播到反射层的振动。因此，对振动件用的振动模式和振动装置的详细结构无限制。结果，例如，用压电振动件构成振动件时，可用各种振动模式，如长度振动模式，弯曲振动模式和延伸振动模式，以及其它合适的模式。而且，本发明优选实施例能用常规能量收集压电振动件不适用的振动模式，因此，能制成用简单结构而不用弹簧引出端支撑的组合振动装置。
此外，用厚度剪切模式的常规能量收集压电谐振器中，必须设有振动衰减段，它需要较大空间。相反，按本发明优选实施例的振动装置不需要这种振动衰减段，因此，用振动模式时，本发明提供的压电谐振器和压电滤波器明显小于常规的能量收集型压电振动装置。
声学阻抗比Z2/Z1为约0.2或0.2以下时，用支撑件支撑振动装置基本上不影响振动件的振动特性。类似地，声学阻抗比Z2/Z3是约0.2或0.2以下时，支撑件机械支撑振动装置基本上不影响振动件的振动特性。
与第1和第2支撑件连接第1和第2反射层的一边相反的第1和第2支撑件的一边上，顺序连接第3反射层，第2振动件，第4反射层和第3支撑件。用该配置，本发明提供包括两个振动件的滤波器。而且，顺序连接第1支撑件，第1反射层，第1振动件，第2反射层，第2振动件，第3反射层，和第2支撑件构成组合振动装置时，按本发明，用第1和第2支撑件机械支撑振动装置基本上不影响第1和第2振动件的振动特性。因此，本发明各优选实施例提供小型压电滤波器和用各种振动模式的小型组合压电谐振装置。
本发明各优选实施例中，当从反射层与振动件之间的界面到反射层与支撑件之间的界面之间的距离约是n·λ/4±λ/8的范围时，λ是传播的振动的波长，用支撑件机械支撑振动装置时，能大大减小对振动件的振动特性的影响。
从上述的本发明优选实施例看到，不脱离本发明精神和范围的情况下，本行业的技术人员还会做出各种改型和变化，本发明由以下权利要求限定。

Claims (38)

1.一种组合振动装置，包括：
振动件，它构成振动源，振动件用有声学阻抗Z1的材料制成；
连接到振动件各边的第1和第2反射层，第1和第2反射层用有比Z1小的第2声学阻抗Z2的材料制成；和
第1和第2支撑件，每个支撑件用有比Z2高的第3声学阻抗Z3的材料制成，第1和第2支撑件分别连接到第1和第2反射层的与连接振动件的一边相对的侧边上；
其中，在反射层与支撑件之间的界面反射从振动件传播到反射层的振动。
2.按权利要求1的组合振动装置，其中，第2声学阻抗Z2与第1声学阻抗Z1之比Z2/Z1是约0.2或0.2以下。
3.按权利要求1的组合振动装置，其中，第2与第3声学阻抗之比Z2/Z3是约0.2或0.2以下。
4.按权利要求1的组合振动装置，其中，振动件是机电式耦合转换件。
5.按权利要求4的组合振动装置，其中，振动件是机电式耦合转换件是压电元件。
6.按权利要求4的组合振动装置，其中，振动件是机电式耦合转换件是电致伸缩元件。
7.按权利要求1的组合振动装置，还包括：顺序连接到第1和第2支撑件中至少一个支撑件的与连接第1和第2反射层中至少一个反射层的边相对的一边上的第3反射层，第2振动件，第4反射层，和第3支撑件。
8.按权利要求1的组合振动装置，其中，反射层用有不同声学阻抗的材料构成的多层膜叠置而成。
9.按权利要求1的组合振动装置，其中，只用一个振动件产生的振动的波长用符号λ表示时，从反射层与振动件之间的界面到反射层与支撑件之间的界面之间的距离范围是n·λ/4±λ/8，式中n为奇数。
10.按权利要求1的组合振动装置，其中，符号A代表振动件的振动位移方向，符号B代表经振动件的振动传播方向，符号C代表经各反射层的振动传播方向，方向A，B和C相互大致平行。
11.按权利要求1的组合振动装置，其中，当符号A代表振动件的振动位移方向时，符号B代表经振动件的振动传播方向，符号C代表经各反射层的振动传播方向，方向A，B和C相互大致垂直。
12.按权利要求1的组合振动装置，其中，当符号A代表振动件的振动位移方向时，符号B代表经振动件的振动传播方向，符号C代表经各反射层的振动传播方向，方向A和B大致垂直，方向B和C大致平行。
13.按权利要求1的组合振动装置，其中，当符号A代表振动件的振动位移方向时，符号B代表经振动件的振动传播方向，符号C代表经各反射层的振动传播方向，方向A和B和大致平行，方向B和C也大致平行。
14.一种组合振动装置，包括：
构成振动发生源的第1和第2振动件，各振动件用有第1声学阻抗Z1的材料制成；
第1、第2和第3反射层，每个反射层用有第2声学阻抗Z2的材料制成，Z2小于Z1；
和第1和第2支撑件，每个支撑件用有第3声学阻抗Z3的材料制成，Z3大于Z2：
其中，顺序连接第1支撑件，第1反射层，第1振动件，第2反射层，第2振动件，第3反射层和第2支撑件，在第1反射层与第1支撑件之间的界面，或在第3反射层与第2支撑件之间的界面，和在第2反射层与第1或第2振动件之间的界面，反射第1和第2振动件产生的振动。
15.按权利要求14的组合振动装置，其中，反射层用有不同声学阻抗的材料制成的多层膜叠置而成。
16.按权利要求14的组合振动装置，其中，只用一个振动件产生的振动的波长用符号λ表示时，从反射层与振动件之间的界面到反射层与支撑件之间的界面之间的距离范围是n·λ/4±λ/8，式中n为奇数。
17.一种组合振动装置，包括
振动件，它构成振动发生源，振动件用有第1声学阻抗Z1材料制成；
连接到振动件各边的第1和第2反射层，每个反射层用有第2声学阻抗Z2的材料制成，Z2小于Z1；和
第1和第2支撑件，每个支撑件用有第3声学阻抗Z3的材料制成，Z3大于Z2，支撑件连接到反射层的与连接振动件的一边相对的一边；
其中，当符号S1表示连接到第1和第2反射层的振动件的表面面积时，符号S2代表连接到振动件的第1和第2反射层的面积，面积比S2/S1约是1或1以下，在反射层与支撑件之间的界面反射从振动件传播到反射层的振动。
18.按权利要求17的组合振动装置，其中，第2与第1声学阻抗之比Z2/Z1是约0.2或0.2以下。
19.按权利要求17的组合振动装置，其中，第2与第3声学阻抗之比Z2/Z3是约0.2或0.2以下。
20.按权利要求17的组合振动装置，其中，振动件是机电式耦合转换元件。
21.按权利要求20的组合振动装置，其中，机电式耦合转换元件是压电元件。
22.按权利要求20的组合振动装置，其中，机电式耦合元件是电致伸缩元件。
23.按权利要求17的组合振动装置，还包括：顺序连接到第1和第2支撑件中至少一个支撑件的与连接到第1和第2反射层中至少一个反射层的边相对的一边上的第3反射层，第2振动件，第4反射层和第3支撑件。
24.按权利要求17的组合振动装置，其中，反射层用有不同声学阻抗的材料制成的多层膜叠置而成。
25.按权利要求17的组合振动装置，其中，只由一个振动件产生的振动的波长用λ表示时，从反射层与振动件之间的界面到反射层与支撑件之间的界面之间的距离范围是n·λ/4±λ/8，式中n是奇数。
26.权利要求17的组合振动装置，其中，当符号A代表振动件的振动位移方向时，符号B代表经振动件的振动传播方向，符号C代表经各反射层的振动传播方向，方向A，B和C相互大致平行。
27.按权利要求17的组合振动装置，其中，当符号A代表振动件的振动位移方向时，符号B代表经振动件的振动传播方向，符号C代表经各反射层的振动传播方向，方向A和B和大致平行，方向B和C也大致平行。
28.按权利要求17的组合振动装置，其中，当符号A代表振动件的振动位移方向时，符号B代表经振动件的振动传播方向，符号C代表经各反射层的振动传播方向，方向A和B和大致平行，方向B和C也大致平行。
29.按权利要求17的组合振动装置，其中，当符号A代表振动件的振动位移方向时，符号B代表经振动件的振动传播方向，符号C代表经各反射层的振动传播方向，方向A和B和大致垂直，方向B和C也大致垂直。
30.一种组合振动装置，包括：
第1和第2振动件，构成振动发生源，各振动件用有第1声学阻抗Z1的材料制成；
第1、第2和第3反射层，每个反射层用有第2声学阻抗Z2的材料制成，Z2小于Z1；和
第1和第2支撑件，每个支撑件用有第3声学阻抗Z3的材料制成，Z3大于Z2；
其中，顺序连接第1支撑件，第1反射层，第1振动件，第2反射层，第2振动件，第3反射层和第2支撑件，而且，符号S1表示连接到各反射层的振动件的表面面积时，符号S2表示连接到振动件的各反射层的表面面积，面积比S2/S1约为1或1以下，和
在第1反射层与第1支撑件之间界面，或在第3反射层与第2支撑件之间的界面，和在第2反射层与第1或第2振动件之间的界面反射由第1和第2振动件产生的振动。
31.按权利要求30的组合振动装置，其中，反射层用有不同声学阻抗的材料制成的多层膜叠置而成。
32.按权利要求30的组合振动装置，其中，只用一个振动件产生的振动的波长用符号λ表示时，从反射层与振动件之间的界面到反射层与支撑件之间的界面之间的距离范围是n·λ/4±λ/8，式中n为奇数。
33.一种组合振动装置，包括
振动件，它构成振动发生源，振动件用有第1声学阻抗Z1的材料制成；
连接到振动件一边的反射层，反射层用有第2声学阻抗Z2的材料制成，Z2小于Z1；支撑件用有第3声学阻抗Z3的材料制成并连接到反射层的与连接振动件的一边相反的一边上，
其中，在反射层与支撑件之间的界面反射从振动件传播到反射层的振动。
34.按权利要求33的组合振动装置，其中，第2与第1声学阻抗之比Z2/Z1是约0.2或0.2以下。
35.按权利要求33的组合振动装置，其中，第2与第3声学阻抗之比Z2/Z3是约0.2或0.2以下。
36.按权利要求33的组合振动装置.其中，振动件是机电式耦合转换元件。
37.按权利要求33的组合振动装置，其中，反射层用有不同声学阻抗的材料制成的多层膜叠置而成。
38.按权利要求33的组合振动装置，其中，符号S1表示连接到反射层的振动件的表面面积时，符号S2表示连接到振动件的反射层的表面面积，面积比S2/S1约为1或1以下。
CNB011450622A 2000-11-27 2001-11-27 组合振动装置 Expired - Lifetime CN1322670C (zh)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000359816A JP3760760B2 (ja) 2000-11-27 2000-11-27 複合材料振動装置
JP2000359888 2000-11-27
JP359888/00 2000-11-27
JP359816/00 2000-11-27
JP2001350130A JP3888136B2 (ja) 2000-11-27 2001-11-15 複合材料振動装置
JP350130/01 2001-11-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1359193A CN1359193A (zh) 2002-07-17
CN1322670C true CN1322670C (zh) 2007-06-20

Family

ID=27345267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB011450622A Expired - Lifetime CN1322670C (zh) 2000-11-27 2001-11-27 组合振动装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6717335B2 (zh)
KR (1) KR100602907B1 (zh)
CN (1) CN1322670C (zh)
DE (1) DE10158110B4 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6967432B2 (en) * 2001-12-04 2005-11-22 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric shear resonator, composite piezoelectric shear resonator, and piezoelectric resonator component
US6774729B2 (en) * 2002-05-21 2004-08-10 Murata Manufacturing Co., Ltd. Composite-material vibrating device
DE10321701B4 (de) * 2002-05-24 2009-06-10 Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo Längsgekoppelte piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfiltervorrichtung, längsgekoppelter piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter und elektronische Komponente
TWI268179B (en) * 2005-04-12 2006-12-11 Ind Tech Res Inst Improved structure of atomizing nozzle the plate can be vibrated by the vibrator element to compress the fluid, so that the fluid is jet from the perforations in form of tiny particle
JP2007013509A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Sanyo Electric Co Ltd 音響センサおよびダイアフラム
WO2007091376A1 (ja) * 2006-02-08 2007-08-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. 圧電振動子

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1174452A (zh) * 1996-07-10 1998-02-25 松下电器产业株式会社 能量陷获压电器件及其制造方法
JPH10270979A (ja) * 1997-03-13 1998-10-09 Nokia Mobile Phones Ltd 保護音響ミラーを含む頂部を有するバルク型音波（ｂａｗ）フィルタ
US6091180A (en) * 1997-10-01 2000-07-18 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric resonator and electronic component using the same

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5945286B2 (ja) * 1977-09-05 1984-11-05 松下電器産業株式会社 弾性表面波先振器用素子
US4383194A (en) * 1979-05-01 1983-05-10 Toray Industries, Inc. Electro-acoustic transducer element
FR2551611B1 (fr) * 1983-08-31 1986-10-24 Labo Electronique Physique Nouvelle structure de transducteur ultrasonore et appareil d'examen de milieux par echographie ultrasonore comprenant une telle structure
US5422533A (en) * 1994-03-09 1995-06-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Piezoelectric resonator
JP3114526B2 (ja) * 1994-10-17 2000-12-04 株式会社村田製作所 チップ型圧電共振部品
JP2757835B2 (ja) * 1995-09-29 1998-05-25 日本電気株式会社 圧電トランス
US5821833A (en) * 1995-12-26 1998-10-13 Tfr Technologies, Inc. Stacked crystal filter device and method of making
US6087198A (en) * 1998-02-12 2000-07-11 Texas Instruments Incorporated Low cost packaging for thin-film resonators and thin-film resonator-based filters
JP3446677B2 (ja) * 1999-09-07 2003-09-16 株式会社村田製作所 圧電フィルタ装置
JP3838024B2 (ja) * 2000-11-27 2006-10-25 株式会社村田製作所 縦結合型マルチモード圧電フィルタ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1174452A (zh) * 1996-07-10 1998-02-25 松下电器产业株式会社 能量陷获压电器件及其制造方法
JPH10270979A (ja) * 1997-03-13 1998-10-09 Nokia Mobile Phones Ltd 保護音響ミラーを含む頂部を有するバルク型音波（ｂａｗ）フィルタ
US6091180A (en) * 1997-10-01 2000-07-18 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric resonator and electronic component using the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN1359193A (zh) 2002-07-17
DE10158110A1 (de) 2002-08-01
KR100602907B1 (ko) 2006-07-20
US20040012306A1 (en) 2004-01-22
US6717335B2 (en) 2004-04-06
DE10158110B4 (de) 2010-07-01
KR20020041314A (ko) 2002-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190068155A1 (en) Elastic wave device and method for producing the same
KR101242314B1 (ko) 압전 박막 공진 소자 및 이를 이용한 회로 부품
JP3969224B2 (ja) 圧電共振子及びそれを用いた圧電フィルタ・デュプレクサ・通信装置
US6437484B1 (en) Piezoelectric resonator
US20070267942A1 (en) Piezoelectric film resonator, radio-frequency filter using them, and radio-frequency module using them
KR20170030627A (ko) 탄성파 장치 및 그 제조 방법
JP3838024B2 (ja) 縦結合型マルチモード圧電フィルタ
CN1322670C (zh) 组合振动装置
JPH09107264A (ja) チャネル波局部閉じ込め型圧電振動子およびフィルタ
JP2005277454A (ja) 圧電共振器およびそれを備えた電子部品
US20200171541A1 (en) Microelectromechanical systems, devices, and methods for fabricating a microelectromechanical systems device, and methods for generating a plurality of frequencies
JP2000332570A (ja) 圧電共振子
JP3888136B2 (ja) 複合材料振動装置
JP4471725B2 (ja) 圧電共振素子、圧電共振子及びフィルタ並びに複合基板
US20030071540A1 (en) Surface acoustic wave device and communication device
JP3760760B2 (ja) 複合材料振動装置
JP2002368571A (ja) 圧電振動素子及びそれを用いたフィルタ
JP2022513810A (ja) 圧電材料および圧電デバイス
JP4593728B2 (ja) 圧電共振子
WO2022224972A1 (ja) 弾性波装置及び弾性波装置の製造方法
JP7456734B2 (ja) 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ
WO2022224973A1 (ja) 弾性波装置及び弾性波装置の製造方法
JP2005184758A (ja) 圧電共振素子、圧電共振子及びフィルタ並びに複合基板
JP3901013B2 (ja) 縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置及び電子部品
Nakamura Elastic wave energy‐trapping and its application to piezoelectric devices

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20070620

CX01 Expiry of patent term