CN1424819A - 压电滑动共振子、复合压电滑动共振子以及压电共振零件 - Google Patents

压电滑动共振子、复合压电滑动共振子以及压电共振零件 Download PDF

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CN1424819A CN02154826.9A CN02154826A CN1424819A CN 1424819 A CN1424819 A CN 1424819A CN 02154826 A CN02154826 A CN 02154826A CN 1424819 A CN1424819 A CN 1424819A
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Abstract

本发明公开了一种压电滑动共振子(101)，它具有激励滑动振动模式的棱柱状的压电体(102)，其对置的矩形剪切变形面(102a)具有使机电耦合系数k位于极大值附近的纵横比。而且，该压电滑动共振子(101)当剪切变形面(102a)的纵向尺寸为D，其横向尺寸为Le时的纵横比Le/D由Le/D＝{α·(S44 E/S33 E)1/2+β}±0.3(但是，S44 E和S33 E为弹性柔量，α＝0.27·n+0.45，β＝1.09·n+0.31，n为正整数)来表示。能使比频带增大，并且能实现小型化的复合材振动装置。

Description

压电滑动共振子、复合压电滑动共振子以及压电共振零件
技术领域
本发明涉及压电滑动共振子和复合压电滑动共振子，具体地说，涉及作为复合压电滑动共振子的振动构件来使用的压电滑动共振子和一面将该压电滑动共振子作为振动构件一面采用非能量封闭型结构的复合压电滑动共振子。
另外，本发明还涉及复合压电滑动共振子和压电共振零件，涉及采用了由反射层和保持构件的界面反射由振动构件传播到反射层的振动的结构的复合压电滑动共振子，和利用该复合压电滑动共振子而构成的压电共振零件。
背景技术
在作为压电振子和带通滤波器(B.P.F)等使用的压电共振子中，有在特开平5-243889号公报和特开平7-147527号公报中公开。即，特开平5-243889号公报中描述的厚度滑动压电共振子其特征在于：在由LiTaO3构成的压电衬底的两主面上形成了激励电极，因为抑制了共振频率附近产生的不需要的脉动，所以能在适当的范围内限制激励电极彼此相对互相重叠的长度和压电衬底的厚度的关系。
另一方面，特开平7-147527号公报中描述的压电共振子其特征在于：具有矩形面的压电体的长边一侧的两主面上相对形成了共振电极，用与泊松比的关系限制其长边和短边各自的长度比。而且，如果是具有这种结构的压电共振子，就能通过采用特定的长度比来提高共振部的能量封闭效率，确保能实现其小型化这一优点。
但是，特开平5-243889号公报中描述的是通常的被称作能量封闭型的压电滑动共振子，当采用这样的能量封闭型的结构时，很难构成比频带(通带宽度/中心频率)大的厚度滑动共振子。另外，通常的能量封闭是指对于激励电极彼此的重叠部分附近，振动能量局部集中的振动现象，但是在具有所述结构的压电滑动共振子中，从振动部分到无振动部分的区域即构成振动衰减区域需要很大的面积，所以不适合小型化。
对此，特开平7-147527号公报中描述的压电共振子也是能量封闭型的，因为大幅度提高了能量封闭效率，所以与通常的能量封闭型相比，能实现其小型化。但是，即使是采用这种结构的压电共振子，实际上也无法增大比频带。
发明内容
鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的在于：提供能增大比频带的压电滑动共振子和以该压电滑动共振子为振动构件并且能实现小型化的复合压电滑动共振子。须指出的是，这里的复合压电滑动共振子采用了非能量封闭型的结构。
另外，本发明的目的还在于：提供不但能实现不对振动特性产生不良影响的小型化，而且频率变化小、稳定，并且，比频带大、稳定的复合压电滑动共振子，和利用该复合压电滑动共振子而构成的压电共振零件。
本发明1的压电滑动共振子其特征在于：具有激励滑动振动模式的棱柱状的压电体，其矩形的剪切变形面具有使机电耦合系数k变为极大值附近的纵横比。
本发明2的压电滑动共振子是根据本发明1所述的压电滑动共振子，其特征在于：当所述剪切变形面的纵向尺寸为D，其横向尺寸为Le时的纵横比Le/D由
Le/D＝{α·(S44 E/S33 E)1/2+β}±0.3
(但是，S44 E和S33 E为弹性柔量，α＝0.27·n+0.45，β＝1.09·n+0.31，n为正整数)表示。
本发明3的压电滑动共振子是根据本发明1或2所述的压电滑动共振子，其特征在于：在与所述剪切变形面正交，并且与所述压电体的剪切方向平行的两主面上形成了激励电极；这些对置的激励电极彼此重叠的长度和所述剪切变形面的横向尺寸Le的比L/Le由0.86≤L/Le≤1表示。
本发明4的压电滑动共振子是根据本发明1或2所述的压电滑动共振子，其特征在于：对置的所述剪切变形面彼此的间隔W和所述剪切变形面的纵向尺寸D的比W/D由以下的表达式中的任意一个表示：
(1)W/D≤1.2
(2)1.3≤W/D≤1.5
(3)1.7≤W/D≤2.0
(4)2.2≤W/D≤2.5
(5)2.6≤W/D≤3.0。
本发明5的复合压电滑动共振子以本发明1或2所述的压电滑动共振子为振动构件，其特征在于：具有：声阻抗为Z1的振动构件；具有比第一声阻抗值Z1低的第二声阻抗值Z2，并且连接了所述振动构件的反射层；具有比第二声阻抗值Z2高的第三声阻抗值Z3，并且连接了所述反射层的保持构件；在所述反射层和所述保持构件的界面，反射从所述振动构件向所述反射层传播来的振动。
本发明6的复合压电滑动共振子包括：由具有第一声阻抗值Z1的材料构成，并且分别形成在激励滑动模式的压电体的对置的主面上的振动构件；由具有比第一声阻抗值Z1低的第二声阻抗值Z2的材料构成，并且分别连接了振动构件的两侧的反射层；由具有比第二声阻抗值Z2低的第三声阻抗值Z3的材料构成，并且连接在与反射层的连接了振动构件的一侧相反的一侧上的保持构件。
即，该复合压电滑动共振子采用了在反射层和保持构件的界面，反射从振动构件向反射层传播来的振动的结构，其特征在于：当振动构件单独振动时的振动的波长为λ时，从振动构件和反射层的界面到该反射层和保持构件的界面的距离Lr在n·λ/4±λ/8(n为奇数)的范围内，另外，当从振动构件和一侧的反射层的界面到该反射层和保持构件的界面的距离为Lr1，并且从振动构件和另一侧的反射层的界面到该反射层和保持构件的界面的距离为Lr2时，这些距离Lr1、Lr2的差|Lr1-Lr2|的范围由以下关系表示：
0.01≤|Lr1-Lr2|/(Lr1+Lr2)≤0.3。
本发明7的复合压电滑动共振子是根据本发明6所述的复合压电滑动共振子，具有：振动构件、反射层、保持构件，在反射层和保持构件的界面，反射从振动构件向反射层传播来的振动；当振动构件单独振动时的振动的波长为λ时，从反射层和保持构件的界面到该保持构件自身的外端面的距离h在n·λ/4±λ/8(n为奇数)的范围内。而且，其特征在于：从一侧的所述反射层和一侧的所述保持构件的界面到该保持构件自身的外端面的距离为h1，并且从另一侧的所述反射层和另一侧的所述保持构件的界面到该保持构件自身的外端面的距离为h2，这些距离h1、h2的差|h1-h2|的范围由以下关系表示：
0.01≤|h1-h2|/(h1+h2)。
本发明8的复合压电滑动共振子是根据本发明6或7所述的复合压电滑动共振子，其特征在于：当所述保持构件具有与所述振动构件几乎相同的厚度T，并且，所述反射层和所述保持构件的界面到该保持构件的外端面的距离为h时，h/T的范围由以下的关系表示：
(1)0.1×α＜h/T＜0.3×α
(2)(0.5+1.6×n)×α＜h/T＜(0.8+1.6×n)×α
(3)(1.1+1.6×n)×α＜h/T＜(1.6+1.6×n)×α
(但是，音速比α是保持构件的音速Cs除以振动构件的Cr得到的值(α＝Cs/Cr)，n为正整数)。
本发明9的复合压电滑动共振子是本发明6或7所述的复合压电滑动共振子，其特征在于：在保持构件上形成有电容。
本发明10的压电共振零件是利用本发明6或7所述的复合压电滑动共振子而构成的，其特征在于：在内置有电容的衬底上搭载复合压电滑动共振子，并且用接合在衬底上的外装构件包围、密封了该复合压电滑动共振子。
附图说明
下面简要说明附图。
图1是简要表示实施例1的压电滑动共振子的结构的立体图。
图2是表示剪切滑动面的纵横比Le/D和机电耦合系数k的关系的说明图。
图3是表示剪切滑动面的纵横比Le/D和弹性柔量S44 E和S33 E的关系说明图。
图4是简要表示压电滑动共振子的结构的侧视图。
图5是表示对置的激励电极彼此重叠的长度L和剪切变形面的横向尺寸Le的比L/Le以及频率变位dFosc/Fosc的关系的说明图。
图6是表示对置的剪切变形面彼此的间隔W和剪切变形面的纵向尺寸D的比W/D以及机电耦合系数k的关系的说明图。
图7是简要表示实施例2的复合压电滑动共振子的结构的立体图。
图8是简要表示其变形例的立体图。
图9是表示实施例3的复合压电滑动共振子的整体构造的立体图。
图10是其侧视图。
图11是表示基于复合压电滑动共振子具有的反射层的长度差的比|Lr1-Lr2|/|Lr1+Lr2|和共振频率的变化率dFr/Fr的关系的说明图。
图12是表示基于反射层的长度差的比|Lr1-Lr2|/|Lr1+Lr2|和寄生振荡的百分比带宽变化率的关系的说明图。
图13是表示基于复合压电滑动共振子具有的保持构件的长度和厚度的比h/T和机电耦合系数k的关系的说明图。
图14是表示音速比α为α＝Cs/Cr＝√2时的比h/T和机电耦合系数k的关系的说明图。
图15是表示音速比α为α＝Cs/Cr＝1/√2时的比h/T和机电耦合系数k的关系的说明图。
图16是表示基于保持构件的长度差的比|h1-h2|/|h1+h2|和寄生振荡的百分比带宽变化率的关系的说明图。
图17是表示实施例4的复合压电滑动共振子的整体构造的立体图。
图18是其等价电路图。
图19是表示变形例的复合压电滑动共振子的整体构造的立体图。
图20是其等价电路图。
图21是简要表示实施例5的压电共振零件整体构造的分解立体图。
下面简要说明附图符号。
101-压电滑动共振子；102-压电体；102a-剪切变形面；103、104-激励电极；111、112-复合压电滑动共振子；113-振动构件；114、115-反射层；116、117-保持构件；118、119-激励电极；D-剪切变形面102a的纵向尺寸；Le-剪切变形面102a的横向尺寸；W-压电体102的宽度尺寸(剪切变形面102a彼此的间隔)；L-激励电极103、104彼此重叠的长度；1-复合压电滑动共振子；3-振动构件；3-激励电极；5-激励电极；6-反射层；7-反射层；8-保持构件；9-保持构件；11-复合压电滑动共振子；14-电容；15-电容；21-复合压电滑动共振子；22-电容；31-压电共振零件；32-复合压电滑动共振子；33-电容器衬底(内置了电容器的衬底)；Z1-第一声阻抗值；Z2-第二声阻抗值；Z3-第三声阻抗值；Lr1-反射层6的长度(振动构件3和一侧的反射层6的界面到反射层6和保持构件8的界面的距离)；Lr2-反射层7的长度(振动构件3和另一侧的反射层7的界面到反射层7和保持构件9的界面的距离)；h1-保持构件8的长度(从一侧的反射层6和一侧的保持构件8的界面到该保持构件8自身的外端面的距离)；h2-保持构件9的长度(从另一侧的反射层7和另一侧的保持构件9的界面到该保持构件9自身的外端面的距离)；T-保持构件8、9的厚度。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施例。
(实施例1)
图1是简要表示本实施例的压电滑动共振子的结构的立体图，图2是表示剪切变形面的纵横比Le/D和机电耦合系数k的关系的说明图，图3是表示纵横比Le/D和弹性柔量S44 E和S33 E的关系说明图。而且，图4是简要表示压电滑动共振子的结构的侧视图，图5是表示对置的激励电极彼此重叠的长度L和剪切变形面的横向尺寸Le的比L/Le以及频率变位dFosc/Fosc的关系的说明图，图6是表示对置的剪切变形面彼此的间隔W和剪切变形面的纵向尺寸D的比W/D以及机电耦合系数k的关系的说明图。
图1中的符号101是压电滑动共振子，该压电滑动共振子101具有使用LiTaO3和LiNbO3等陶瓷材料制造的棱柱状的压电体102。而且，在该压电体102中，其宽度尺寸设定为W，并且矩形的侧面即剪切变形面102a的分别设定为D、Le。另外，该压电体102沿着轴心方向(长度方向)被极化处理，图1中的矢量P表示了极化方向。
在此时的压电体的主面即与所述剪切变形面102a分别正交，并且与压电体102的剪切方向平行的两主面上形成了激励电极103、104。在此，通过这些彼此对置的激励电极103、104外加了交流电压，则压电体102以厚度滑动共振模式振动，作为压电滑动共振子101起作用。
但是，本发明的发明者们着眼于压电体102的剪切变形面102a纵横比Le/D，研究了压电滑动共振子101的机电耦合系数k，发现了剪切变形面102a的纵横比Le/D和机电耦合系数k之间存在图2所示的关系。而且，从图2所示的研究结果可知，振动波数n为n＝1～4的任意一个，与剪切变形面102a的纵横比Le/D的变化对应，压电滑动共振子101的机电耦合系数k周期地变化，与某一特定的纵横比Le/D对应，机电耦合系数k表现了极大值。
须指出的是，在图2中，付记了表示利用有限要素法解析的压电滑动共振子101的各振动波数n的变位分布的模式纵剖视图。
即当振动波数n为n＝1时，纵横比在Le/D＝2.6附近，取得了机电耦合系数k的极大值即k＝38％。在此，如果预先设定压电体102的剪切变形面102a的纵横比Le/D，使机电耦合系数k在极大值附近，并且采用在压电滑动共振子101中利用机电耦合系数k的极大值附近的结构，就能增大该压电滑动共振子101的比频带。而且，当压电滑动共振子101的比频带大使，能降低产品质量的偏移，能实现共振特性的提高。
另外，着眼于压电体102的材料常数，研究了机电耦合系数k表现了极大值的剪切变形面102a的纵横比Le/D，发现了图3所示的关系。即振动波数n为n＝1时的纵横比Le/D为Le/D＝0.72·(S44 E/S33 E)1/2+1.41，振动波数n为n＝2时，纵横比Le/D变为Le/D＝1.00·(S44 E/S33 E)1/2+2.48，并且，振动波数n为n＝3时的纵横比Le/D为Le/D＝1.26·(S44 E/S33 E)1/2+3.59。须指出的是，在此的S44 E和S33 E是按照压电体102的材料决定的弹性柔量。
而且，根据对这些关系的解析，可知：机电耦合系数k变为极大值的剪切变形面102a的纵横比Le/D由α·(S44 E/S33 E)1/2+β表示。但是，α＝0.27·n+0.45，β＝1.09·n+0.31，并且n为正整数。由实验可知，关于这些剪切变形面102a的纵横比Le/D，还允许±0.3的公差，所以机电耦合系数k变为极大值的剪切变形面102a的纵横比Le/D的一般式为Le/D＝{α·(S44 E/S33 E)1/2+β}±0.3。
即与弹性柔量S44 E、S33 E以及振动波数n对应，决定了机电耦合系数k变为极大值的剪切变形面102a的纵横比Le/D。在此，如果对压电体102适用这样决定的剪切变形面102a的纵横比Le/D，就能在压电滑动共振子101中容易地利用机电耦合系数k的极大值附近，作为结果，能增大压电滑动共振子101具有的比频带。
如图4所示，着眼于分别形成在压电体102的两主面上，并且彼此对置的激励电极103、104彼此的重叠长度L，研究了与它们的重叠长度L和剪切变形面的横向尺寸Le的比L/Le的变化对应的频率变位dFosc/Fosc的变化，发现了图5所示的关系。而且，根据图5所示的研究结果可知：如果激励电极103、104彼此的重叠长度L和剪切变形面的横向尺寸Le的比L/Le在0.86以上，1以下的范围内，即0.86≤L/Le≤1的范围内，频率变位dFosc/Fosc几乎不变化。
因此，只要一侧(图中的上侧)的激励电极103以及另一侧(图中的下侧)的激励电极104相对重叠的长度L和剪切变形面的横向尺寸Le的比L/Le在0.86以上，1以下的范围内，则即使激励电极103、104彼此的重叠长度有变化，压电滑动共振子101的频率变化也很小。即当持续维持了这样的关系时，能抑制压电滑动共振子101的频率变化。
另外，本发明的发明者们着眼于压电滑动共振子101具备的压电体102的宽度尺寸W即对置的剪切变形面102a彼此的间隔W和剪切变形面102a的纵向尺寸D的比W/D，研究了机电耦合系数k，发现了图6所示的关系。即根据图6所示的研究结果可知：对置的剪切变形面102a彼此的间隔W和剪切变形面102a的纵向尺寸D的比W/D只要满足以下关系中的任意一个：W/D≤1.2、1.3≤W/D≤1.5、1.7≤W/D≤2.0、2.2≤W/D≤2.5、2.6≤W/D≤3.0，则压电滑动共振子101具有的机电耦合系数k变大。
(实施例2)
图7是简要表示实施例2的复合压电滑动共振子的结构的立体图，图8是简要表示其变形例的立体图。须指出的是，图7中的符号111表示实施例2中的复合压电滑动共振子，图8中的符号112表示了变形例的复合压电滑动共振子。
实施例2中的复合压电滑动共振子111是以实施例1中说明的压电滑动共振子101作为振动构件113而构成的，并且具有棱柱状的振动构件113、分别连接了沿着其轴心方向(长度方向)的两个断面的反射层114、115、分别连接了这些反射层114、115的外端面的保持构件116、117。而起，在此的振动构件113具有的压电体102例如由具有3.4×107Kg(m2·s)左右的第一声阻抗值Z1的陶瓷材料制作，沿着其轴心方向被极化。
另外，连接了该振动构件113的反射层114、115分别由具有比振动构件113具有的第一声阻抗值Z1低的第二声阻抗值Z2例如1.87×106Kg(m2·s)左右的第二声阻抗值Z2的环氧树脂制作。此时的保持构件116、117分别由例如具有3.4×107Kg(m2·s)左右的第三声阻抗值Z3即比第二声阻抗值Z2高的第三声阻抗值Z3的陶瓷材料制造。
另外，在沿着振动构件13的轴心方向的两端，分别通过反射层114、115连接了保持构件116、117而形成的复合压电滑动共振子111的两个主面上即与压电体102的剪切变形面102a正交，并且与压电体102的剪切方向平行的两个主面上，分别形成了激励电极118、119。而且，此时的一侧(图中的上侧)激励电极118对于构成复合压电滑动共振子111的振动构件113、连接了其长度方向的一侧(图中的右侧)的反射层114以及保持构件116的上侧主面上，一体形成。
另外，另一侧(图中的下侧)激励电极119对于振动构件113、连接了其长度方向的另一侧(图中的左侧)的反射层115以及保持构件117的下侧主面上，一体形成。须指出的是，在图7中，激励电极118、119没有必要一直形成到保持构件116、117的外端面上，当然可以只在主面上形成。
在这样构成的复合压电滑动共振子111中，如果通过夹着振动构件113具有的压电体102彼此对置的激励电极118、119外加交流电压，振动构件113的压电体102以厚度滑动振动模式振动。而且，该振动构件113产生的振动向反射层114、115传播，向反射层114、115传播传播的振动由反射层114、115和保持构件116、117的界面分别反射。因此，抑制了此时的向保持构件116、117传播的振动，因为在保持构件116、117不产生伴随着振动的变位，所以利用这些保持构件116、117，能可靠地址成复合压电滑动共振子111。
但是，本实施例2的复合压电滑动共振子111在振动构件113的两个端面分别连接反射层114、115，并且在这些反射层114、115上分别连接了保持构件116、117。但是，并不仅仅局限于这样的结构，也可以是图8所示的复合压电滑动共振子112，即只在振动构件113的一侧(图中的右侧)的端面上连接反射层114，再在反射层114的外端面上连接了保持构件116。须指出的是，在图8中，对于与图7相同的零件、部分，采用了相同的符号，省略了在在此的说明。
即在该变形例的复合压电滑动共振子112中，振动构件113具有声阻抗值Z1，并且反射层114具有比第一声阻抗值Z1低的第二声阻抗值Z2，保持构件116具有比第二声阻抗值Z2高的第三声阻抗值Z3。因此，在复合压电滑动共振子112中，在振动构件113产生的振动由反射层114和保持构件116的界面反射，抑制了对保持构件116的振动的传播。
(实施例3)
图9是表示实施例3的复合压电滑动共振子的整体构造的立体图，图10是其侧视图。而且，图11是表示基于复合压电滑动共振子具有的反射层的长度差的比|Lr1-Lr2|/|Lr1+Lr2|和共振频率的变化率dFr/Fr的关系的说明图，图12是表示基于反射层的长度差的比|Lr1-Lr2|/|Lr1+Lr2|和寄生振荡的百分比带宽变化率的关系的说明图，图13是表示基于复合压电滑动共振子具有的保持构件的长度和厚度的比h/T和机电耦合系数k的关系的说明图。
另外，图14是表示音速比α为α＝Cs/Cr＝√2时的比h/T和机电耦合系数k的关系的说明图，图15是表示音速比α为α＝Cs/Cr＝1/√2时的比h/T和机电耦合系数k的关系的说明图，图16是表示基于保持构件的长度差的比|h1-h2|/|h1+h2|和寄生振荡的百分比带宽变化率的关系的说明图。须指出的是，图9和图10中的符号1表示了复合压电滑动共振子。
复合压电滑动共振子1具有：由具有第一声阻抗值Z1的材料例如具有3.4×107Kg(m2·s)左右的声阻抗值Z1的钛酸铅类陶瓷形成的棱柱状的压电体2构成的振动构件3。而且，在使极化方向P与轴心方向(长度方向)一致而进行了极化处理的压电体2的彼此对置的主面上，分别形成了激励电极4、5。
即在此的振动构件3分别在激励滑动模式的压电体2的主面上形成了激励电极4、5，如果在夹着压电体2彼此对置的激励电极4、5之间外加了交流电压，则振动构件3以厚度滑动模式振动。须指出的是，振动构件3的长度(距离)由Le表示，其厚度由T表示。
另外，在沿着振动构件3的轴心方向的两侧端面上，分别连接了具有比该振动构件3具有的第一声阻值Z1低的第二声阻值Z2例如1.87×106Kg(m2·s)左右的声阻抗值Z2的环氧树脂等材料构成的反射层6、7。而且，此时的反射层6、7的长度(距离)彼此不同，反射层6的长度由Lr1表示，反射层7的长度由Lr2表示。
即在此，从振动构件3和一侧的反射层6的界面到一侧的反射层6和保持构件8(后面描述)的界面的距离为Lr1，比从振动构件3和另一侧的反射层7的界面到另一侧7的反射层和保持构件9(后面描述)的界面的距离为Lr2。须指出的是，当然，也可以Lr1＝Lr2。
但是，当振动构件3单独振动时的振动的波长为λ时，反射层6以及反射层7的各自的长度即从振动构件3和反射层6、7的界面到反射层6、7和它们各自连接的保持构件8、9的界面的距离Lr在n·λ/4±λ/8(n为奇数)的范围内，最好设定在λ/4的附近。须指出的是，由振动构件3产生的振动的波长λ由λ＝1/f×√(E/ρ)表示，f为振动构件3产生的振动的频率，E为保持构件8、9的杨式模量，ρ为保持构件8、9的密度。
在这些反射层6、7的外侧端面即与连接了振动构件3的一侧相反一侧的端面上，连接了由具有比比第二声阻抗值Z2高的第三声阻抗值Z3例如3.4×107Kg(m2·s)左右的声阻抗值Z3的陶瓷材料构成的保持构件8、9。须指出的是，这些保持构件8、9与反射层6、7相同，具有与振动构件3几乎相同的厚度T。
而且，此时的保持构件8的长度即从反射层6和保持构件8的界面到保持构件8自身的外端面的距离由h1表示。另外，与反射层7连接的保持构件9的长度即从反射层7和保持构件9的界面到保持构件9自身的外端面的距离用h2表示。须指出的是，当然，也可以h1＝h2。
在该复合压电滑动共振子1中，因为反射层6、7具有的第二声阻抗值Z2比振动构件3具有的第一声阻抗值Z1以及保持构件8、9具有具有的第三声阻抗值Z3的任意一个都低，所以从振动构件3向反射层6、7传播而来的振动由反射层6、7和保持构件8、9的界面分别反射。因此，对振动构件3的振动特性不会造成任何不良影响，通过保持构件8、9，能机械地址成复合压电滑动共振子1。
另外，如果是这样的结构，就没必要象以往那样，在压电振动部的外侧设置具有比较大的面积的振动衰减部。因此，不会象能量封闭型那样，发生其长度尺寸变长，变大型化，与能量封闭型的压电滑动共振子相比，能实现小型化。
但是，本发明的发明者们着眼于分别连接了振动构件3的两侧端面的反射层6、7，研究了基于这些反射层6、7的长度Lr1、Lr2的差的比|Lr1-Lr2|/|Lr1+Lr2|与共振频率的变化率dFr/Fr(％)的关系，发现了其具有图11所示的关系。即在此的研究课题是调查图10所示的复合压电滑动共振子1具有的左右一对的反射层6、7的长度Lr1、Lr2的差对共振频率Fr产生的影响。
根据图11所示的研究结果，可知：基于连接了振动构件3的两侧端面的反射层6、7各自的长度Lr1、Lr2的差的比|Lr1-Lr2|的范围只要符合用|Lr1-Lr2|/|Lr1+Lr2|≤0.3表示的关系，共振频率的变化率dFr/Fr就几乎为0％，共振频率Fr几乎不变化。但是，在本实施例的复合压电滑动共振子1中，在振动构件3单独的振动以外，反射层6、7以及保持构件8、9成为一体而共振的振动模式存在于振动构件3的共振频率的约2倍的位置，但是这是不要的谐振，为了减弱这样的谐振，最好使反射层6、7各自的长度彼此不同。
而且，此时，如果基于反射层6、7的长度Lr1、Lr2的差的比|Lr1-Lr2|的范围为0.01≤|Lr1-Lr2|/|Lr1+Lr2|，则如图12所示，反射层6、7的长度Lr1、Lr2的差越大，越成为所希望的伴随着反射层6、7以及保持构件8、9的共振而产生的寄生振荡的百分比带宽变化率下降的状态。当采用了具有所述表达式表示的关系的结构时，复合压电滑动共振子1的频率变化变小，变稳定了。
另外，着眼于复合压电滑动共振子1具有的保持构件8、9即分别连接了反射层6、7并且厚度为T的保持构件8、9，研究了在限制这些保持构件8、9的端部的基础上，使长度h(＝h1＝h2)变化时的比h/T和机电耦合系数k(％)的关系，得到了图13所示的研究结果。须指出的是，在在此，振动构件3的材料的音速为Cr，保持构件8、9的材料的音速为Cs，保持构件8、9的音速Cs除以振动构件3的音速Cr得到的音速比α为α＝Cs/Cr＝1。
而且，根据此时的研究结果，可知：如图13所示，即使让保持构件8、9的长度h变化，机电耦合系数k表现极大值的三个范围即从A到C的范围也彼此并列存在。即在图13中的A范围中，0.1＜h/T＜0.3；在范围B中，(0.5+1.6×n)＜h/T＜(0.8+1.6×n)；在范围C中，(1.1+1.6×n)＜h/T＜(1.6+1.6×n)。
须指出的是，在此的n表示振动的波数，用正整数表示。另外，进行这些研究时，h1＝h2，但是，即使在保持构件8、9各自的长度h1、h2不等式(h1≠h2)，只要h1、h2分别在所述的三个范围内，就能得到同样的结果。
本发明的发明者们通过研究得知，机电耦合系数k表现极大值的比h/T的范围与音速α成比例。即当音速比α为α＝Cs/Cr＝√2时，得到图14所示的研究结果，另外，当α＝Cs/Cr＝1/√2时，得到图15所示的研究结果。
在此，如果整理机电耦合系数k表现极大值的比h/T的范围，则一般化为：
A范围：0.1×α＜h/T＜0.3×α
B范围：(0.5+1.6×n)×α＜h/T＜(0.8+1.6×n)×α
C范围：(1.1+1.6×n)×α＜h/T＜(1.6+1.6×n)×α因此，如果预先设定复合压电滑动共振子1具有的保持构件8、9的比h/T，使机电耦合系数k在极大值附近，则该复合压电滑动共振子1具有的比频带增大，变得稳定。而且，当复合压电滑动共振子1的比频带大时，能降低产品质量的偏移，能实现滤波特性的提高。
但是，在本实施例中，复合压电滑动共振子1具有振动构件3、连接在其两侧的反射层6、7、分别连接了反射层6、7的保持构件8、9，当振动构件3单独振动时的振动的波长为λ时，从振动构件3和反射层6、7的界面到反射层6、7和各保持构件8、9的界面的距离Lr在n·λ/4±λ/8(n为奇数)的范围内。另外，此时，当从振动构件3和一侧的反射层6的界面到反射层6和保持构件8的界面的距离为Lr1，并且从振动构件3和另一侧的反射层7的界面到反射层7和保持构件9的界面的距离为Lr2时，这些距离Lr1、Lr2的差|Lr1-Lr2|的范围由以下关系表示：0.01≤|Lr1-Lr2|/|Lr1+Lr2|≤0.3。
但是，并不局限于本实施例的结构，也能采用具有如下结构的复合压电滑动共振子1。即与本实施例的复合压电滑动共振子1同样，振动构件3和反射层6、7和保持构件8、9一体连接，但是，当振动构件3单独振动时的振动的波长为λ时，从反射层6、7和保持构件8、9的界面到保持构件8、9自身的外端面的距离h设定在n·λ/4±λ/8(n为奇数)的范围内，最好为λ/4的附近。
而且，在该复合压电滑动共振子1中，当从一侧的反射层6和一侧的保持构件8的界面到保持构件8自身的外端面的长度即距离为h1，并且从另一侧的反射层7和另一侧的保持构件9的界面到保持构件9自身的外端面的距离为h2时，这些距离h1、h2的差|h1-h2|的范围具有由0.01≤|h1-h2|/|h1+h2|表示的关系，只要是这样的结构，与本实施例同样，共振频率Fr几乎不变化。
须指出的是，即使是这样的复合压电滑动共振子1，因为反射层6、7以及保持构件8、9成为一体而共振的振动模式存在于振动构件3的共振频率的约2倍的位置，所以为了减弱这样不要的谐振，最好使保持构件8、9各自的长度彼此不同。而且，如果把基于保持构件8、9的长度h1、h2的差的比|h1-h2|的范围设定在0.01≤|h1-h2|/|h1+h2|，则如图16所示，保持构件8、9的长度h1、h2的差越大，越成为所希望的伴随着反射层6、7以及保持构件8、9的共振而产生的寄生振荡的百分比带宽变化率下降的状态。
(实施例4)
图17是表示实施例4的复合压电滑动共振子的整体构造的立体图，图18是其等价电路图，图19是表示变形例的复合压电滑动共振子的整体构造的立体图，图20是其等价电路图。须指出的是，图17和图18所示的符号11表示复合压电滑动共振子11，图19和图20中的符号21也表示了复合压电滑动共振子。另外，在图17～图20中，对于与图9～图16彼此相同的构件以及部分，采用了相同的符号，省略了在此的详细说明。
实施例4的复合压电滑动共振子11包括：由具有第一声阻抗值Z1的材料例如具有3.4×107Kg(m2·s)左右的声阻抗值Z1的钛酸铅类陶瓷形成的棱柱状的压电体2；分别连接了其轴心方向(长度方向)的两侧端面的左右一对的反射层6、7；连接了这些反射层6、7的各自的外侧端面的左右一对的保持构件8、9。而且，在使极化方向P与轴心方向一致而进行了极化处理的压电体2的彼此对置的主面上，分别形成了激励电极4、5，形成在压电体2的上侧主面上的激励电极4延伸到连接了压电体2的右侧端面的反射层7以及保持构件9各自的上侧主面上。
另外，形成在压电体2的下侧主面上的激励电极5延伸到连接了压电体2的左侧端面的反射层6以及保持构件8各自的下侧主面上。对于保持构件8的上侧主面上和保持构件9的下侧主面上，分别形成了端子电极12、13。因此，此时的一侧端子电极12隔着保持构件8与激励电极5相对，在激励电极5和端子电极12夹着的保持构件8内形成了虚拟电容14。
另外，另一侧的端子电极13也通过保持构件9与激励电极4相对，所以在由保持构件9和激励电极4夹着的保持构件9内形成了虚拟电容15。即实施例4的复合压电滑动共振子11中，在通过反射层6、7连接在压电体2的两侧端面上的保持构件8、9的内部，分别形成了虚拟电容14、15，确保了图18的等价电路图所表示的结构即在振动构件3中内置了振荡电路所必要的负载电容14、15的电路结构。结果，能实现零件数量的削减。
须指出的是，复合压电滑动共振子11中的压电体2在其对置的主面形成了激励电极4、5，所以作为实施例3的振动构件3起作用。因此，如果在激励电极4、5间外加了交流电压，则振动构件3以厚度滑动振动模式振动，因为反射层6、7具有的第二声阻抗值Z2比振动构件3具有的第一声阻抗值Z1以及保持构件8、9具有的第三声阻抗值Z3低，所以从振动构件3向反射层6、7传播而来的振动在反射层6、7和保持构件8、9的界面被反射。
但是，在复合压电滑动共振子11中，形成在压电体2的上侧主面上的激励电极4延伸到反射层7以及保持构件9各自的上侧主面上，形成在压电体2的下侧主面上的激励电极5延伸到反射层6以及保持构件8各自的下侧主面上，而且，对于保持构件8的上侧主面上和保持构件9的下侧主面上，分别形成了端子电极12、13。但是，如图19用作为变形例表示的复合压电滑动共振子21所示，不形成端子电极12、13，形成在压电体2的上侧主面上的激励电极4延伸到反射层6、7以及保持构件8的上侧主面上，并且形成在压电体2的下侧主面上的激励电极5延伸到反射层6和保持构件8的下侧主面上。
当采用这样的结构时，因为激励电极4隔着保持构件8与激励电极5相对，所以在由激励电极4、5夹着的保持构件8的内部形成了虚拟电容22。因此，变形例的复合压电滑动共振子21是图20的等价电路图所示的结构即内置了与振动构件3并联的电容22的电路结构。结果，伴随着电容22的调整，能使振动构件3的比频带变化，能控制振荡频率。
(实施例5)
图21是简要表示实施例5的压电共振零件的整体构造的分解立体图，图21中的符号31表示了压电共振零件。即本实施例的压电共振零件31是利用实施例5或实施例4所述的复合压电滑动共振子1、11、21的任意一个而形成的。
在此的复合压电滑动共振子32的结构为：复合压电滑动共振子1(11或12)具有的压电体2的上侧主面上形成的激励电极4从反射层6以及保持构件8的上侧主面上延伸到外侧端面，并且形成在压电体2的下侧主面上的激励电极5延伸到反射层7和保持构件9的下侧主面上。
而且，复合压电滑动共振子32搭载在内置了电容的介质衬底即所谓的电容器衬底33上，激励电极4、5分别通过焊锡接合了电容器衬底33上形成的输入输出电极34、35。须指出的是，图21中的符号37表示了电容器衬底33上形成的接地电极。
另外，搭载在该电容器衬底33上的复合压电滑动共振子32通过把包围它而配置的外装构件的盖38即用铝和不锈钢等导电性材料制造的盖38由绝缘层粘接材料接合在电容器衬底33上，而被密封起来。因此，复合压电滑动共振子32被盖38电磁屏蔽。须指出的是，此时，密封了复合压电滑动共振子32的盖38当然具有不阻碍振动的内容积。
发明的效果
如上所述，在本发明1的压电滑动共振子中，剪切变形面的纵横比Le/D设定为使机电耦合系数k成为极大值附近。因此，能在压电滑动共振子中利用机电耦合系数k的极大值附近，能增大压电滑动共振子的比频带。结果，降低了产品质量的偏移，并且能实现共振特性的提高。
在本发明2的压电滑动共振子中，剪切变形面的纵横比Le/D由Le/D＝{α·(S44 E/S33 E)1/2+β}±0.3(但是，S44 E和S33 E为弹性柔量，α＝0.27·n+0.45，β＝1.09·n+0.31，n为正整数)表示。当在压电体中适用基于这样的关系的纵横比Le/D时，能容易地在压电滑动共振子中利用机电耦合系数k的极大值附近，作为结果，能增大压电滑动共振子的比频带。
在本发明3的压电滑动共振子中，形成在压电体的主面上的彼此对置的激励电极彼此重叠的长度L和剪切变形面的横向尺寸Le的比L/Le由0.86≤L/Le≤1表示。而且，只要具有这样的关系，即使激励电极彼此重叠的长度L变化，频率变位dFosc/Fosc也几乎不变化，所以能抑制压电滑动共振子的频率变化。
在本发明4的压电滑动共振子中，剪切变形面彼此的间隔W和剪切变形面的纵向尺寸D的比W/D由以下的表达式中的任意一个表示：W/D≤1.2、1.3≤W/D≤1.5、1.7≤W/D≤2.0、2.2≤W/D≤2.5、2.6≤W/D≤3.0。如果是这样的关系，因为压电滑动共振子具有的机电耦合系数k增大，所以能使压电滑动共振子的比频带更大。
本发明5的复合压电滑动共振子在由压电滑动共振子构成的振动构件上连接反射层，并且，在该反射层上连接了保持构件，反射层具有的声阻抗值Z2比振动构件以及保持构件具有的声阻抗值Z1、Z3低。因此，从振动构件向反射层传播而来的振动由反射层和保持构件的界面反射。
即如果是这样构成的复合压电滑动共振子，对振动构件的振动特性就不会产生影响，通过利用保持构件，能支撑复合压电滑动共振子。因此，与能量封闭型的相比，不但其比频带增大，而且能实现小型化。
如果是本发明6的复合压电滑动共振子，因为反射层具有的第二声阻抗值Z2比振动构件3具有的第一声阻抗值Z1以及保持构件具有的第三声阻抗值Z3的任意一个都小，所以从振动构件向反射层传播而来的振动由反射层和保持构件的界面分别反射。因此，对振动构件的振动特性不会造成任何不良影响，能通过保持构件机械地支撑复合压电滑动共振子，能使它的全体结构小型化。
另外，在本发明6中，当振动构件单独振动时的振动的波长为λ时，从振动构件和反射层的界面到该反射层和保持构件的界面的距离Lr在n·λ/4±λ/8(n为奇数)的范围内，另外，当从振动构件和一侧的反射层的界面到该反射层和保持构件的界面的距离为Lr1，并且从振动构件和另一侧的反射层的界面到该反射层和保持构件的界面的距离为Lr2时，这些距离Lr1、Lr2的差|Lr1-Lr2|的范围由以下关系表示：0.01≤|Lr1-Lr2|/|Lr1+Lr2|≤0.3。如果是这样的结构，因为共振频率几乎不变化，所以复合压电滑动共振子的频率变化小，变得稳定。
在本发明7的复合压电滑动共振子中，当振动构件单独振动时的振动的波长为λ时，从反射层和保持构件的界面到该保持构件自身的外端面的距离h在n·λ/4±λ/8(n为奇数)的范围内，另外，从一侧的反射层和一侧的保持构件的界面到该保持构件自身的外端面的距离为h1，并且从另一侧的反射层和另一侧的保持构件的界面到该保持构件自身的外端面的距离为h2，这些距离h1、h2的差|h1-h2|的范围由以下关系表示：0.01≤|h1-h2|/|h1+h2|。如果是这样的结构，共振频率几乎不变化，复合压电滑动共振子的频率变化小，变得稳定。
在本发明8的复合压电滑动共振子中，当保持构件具有与振动构件几乎相同的厚度T，并且反射层和保持构件的界面到该保持构件的外端面的距离为h时，h/T的范围由以下的关系表示：
(1)0.1×α＜h/T＜0.3×α
(2)(0.5+1.6×n)×α＜h/T＜(0.8+1.6×n)×α
(3)(1.1+1.6×n)×α＜h/T＜(1.6+1.6×n)×α
(但是，音速比α是保持构件的音速Cs除以振动构件的Cr得到的值(α＝Cs/Cr)，n为正整数)。在此，如果预先设定复合压电滑动共振子具有的保持构件的比h/T，使机电耦合系数k变为极大值附近，则该复合压电滑动共振子比频带增大。结果，能降低复合压电滑动共振子的产品质量的偏移，能实现滤波特性的提高。
在本发明8的复合压电滑动共振子中，在该保持构件中形成有电容。因此，该复合压电滑动共振子具有在振动构件中内置了振荡电路所必要的负载电容的电路结构，其结果是确保了能实现零件数量削减的效果。
本发明10的压电共振零件其特征在于：在内置有电容的衬底上，搭载复合压电滑动共振子，并且，用接合在衬底上的外装构件包围、密封了该复合压电滑动共振子。即，如果是这样的结构，则能极容易地制作很难产生与复合压电滑动共振子的电连接不良的具有电容器衬底压电共振零件，通过电容器衬底的输入输出电极，确保高效地进行向印刷电路板等的安装。

Claims (10)

1.一种压电滑动共振子，其特征在于：
具有激励滑动振动模式的棱柱状的压电体，其矩形的剪切变形面具有使机电耦合系数k位于极大值附近的纵横比。
2.根据权利要求1所述的压电滑动共振子，其特征在于：
当所述剪切变形面的纵向尺寸为D，其横向尺寸为Le时的纵横比Le/D由
Le/D＝{α·(S44 E/S33 E)1/2+β}±0.3来表示；式中，S44 E和S33 E为弹性柔量；α＝0.27·n+0.45；β＝1.09·n+0.31；n为正整数。
3.根据权利要求1或2所述的压电滑动共振子，其特征在于：
在与所述剪切变形面正交，并且与所述压电体的剪切方向平行的两主面上形成有激励电极；这些对置的激励电极彼此互相重叠的长度L和所述剪切变形面的横向尺寸Le的比L/Le由
0.86≤L/Le≤1来表示。
4.根据权利要求1或2所述的压电滑动共振子，其特征在于：
相互对置的所述剪切变形面彼此的间隔W和所述剪切变形面的纵向尺寸D的比W/D由
(1)W/D≤1.2
(2)1.3≤W/D≤1.5
(3)1.7≤W/D≤2.0
(4)2.2≤W/D≤2.5
(5)2.6≤W/D≤3.0。中的任意一个来表示：
5.一种复合压电滑动共振子，以权利要求1或2所述的压电滑动共振子为振动构件，其特征在于：包括：
声阻抗为Z1的振动构件；
具有比第一声阻抗值Z1还低的第二声阻抗值Z2，并连接了所述振动构件的反射层；
具有比第二声阻抗值Z2还高的第三声阻抗值Z3，并连接了所述反射层的保持构件；
在所述反射层和所述保持构件的界面上反射从所述振动构件向所述反射层传播来的振动。
6.一种复合压电滑动共振子，包括：由具有第一声阻抗值Z1的材料构成，并且在激励滑动模式的压电体的互相对置的主面上分别形成有激励电极的振动构件；由具有比所述第一声阻抗值Z1还低的第二声阻抗值Z2的材料构成，并且分别连接了所述振动构件的两侧的反射层；由具有比所述第二声阻抗值Z2还高的第三声阻抗值Z3的材料构成，并且连接在与所述反射层的连接了振动构件的一侧相反的一侧上的保持构件；在所述反射层和所述保持构件的界面上，反射从所述振动构件向所述反射层传播来的振动；其特征在于：
当所述振动构件单独振动时的振动的波长为λ时，从所述振动构件和所述反射层的界面到该反射层和所述保持构件的界面的距离Lr在n·λ/4±λ/8的范围内，其中n为奇数；另外，当从所述振动构件和一侧的所述反射层的界面到该反射层和所述保持构件的界面的距离为Lr1，并且从所述振动构件和另一侧的所述反射层的界面到该反射层和所述保持构件的界面的距离为Lr2时，这些距离Lr1、Lr2的差|Lr1-Lr2|的范围由
0.01≤|Lr1-Lr2|/(Lr1+Lr2)≤0.3来表示。
7.根据权利要求6所述的复合压电滑动共振子，包括：由具有第一声阻抗值Z1的材料构成，并且在激励滑动模式的压电体的互相对置的主面上分别形成有激励电极的振动构件；由具有比所述第一声阻抗值Z1还低的第二声阻抗值Z2的材料构成，并且分别连接了所述振动构件的两侧的反射层；由具有比所述第二声阻抗值Z2还高的第三声阻抗值Z3的材料构成，并且连接在与所述反射层的连接了振动构件的一侧相反的一侧上的保持构件；在所述反射层和所述保持构件的界面上，反射从所述振动构件向所述反射层传播来的振动，其特征在于：
当所述振动构件单独振动时的振动的波长为λ时，从所述反射层和所述保持构件的界面到该保持构件自身的外端面的距离h在n·λ/4±λ/8的范围内，其中n为奇数；另外，从一侧的所述反射层和一侧的所述保持构件的界面到该保持构件自身的外端面的距离为h1，并且从另一侧的所述反射层和另一侧的所述保持构件的界面到该保持构件自身的外端面的距离为h2时，这些距离h1、h2的差|h1-h2|的范围由
0.01≤|h1-h2|/(h1+h2)。来表示。
8.根据权利要求6或7所述的复合压电滑动共振子，其特征在于：
当所述保持构件具有与所述振动构件几乎相同的厚度T，并且从所述反射层和所述保持构件的界面到该保持构件的外端面的距离为h时，h/T的范围由
(1)0.1×α＜h/T＜0.3×α
(2)(0.5+1.6×n)×α＜h/T＜(0.8+1.6×n)×α
(3)(1.1+1.6×n)×α＜h/T＜(1.6+1.6×n)×α来表示；但是，音速比α是保持构件的音速Cs除以振动构件的Cr得到的值α＝Cs/Cr，n为正整数。
9.根据权利要求6或7所述的复合压电滑动共振子，其特征在于：在保持构件上形成有电容。
10.一种压电共振零件，利用权利要求6或7所述的复合压电滑动共振子而构成，其特征在于：
在内置有电容的衬底上搭载复合压电滑动共振子，并且用接合在所述衬底上的外装构件来包围、密封了该复合压电滑动共振子。
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