DE19958892B4

DE19958892B4 - Piezoelektrischer Resonator mit Dickendehnungsvibration und Verwendung desselben

Info

Publication number: DE19958892B4
Application number: DE19958892A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Nagaokakyo Kaida; Toru Nagaokakyo Nagae
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: CN1257344A; JP2000183683A; US6198200B1; DE19958892A1; CN1118931C

Abstract

Piezoelektrischer Resonator mit Dickendehnungsvibration, der vibrationsdämpfende Bereiche auf beiden Seiten eines Resonanzbereichs aufweist und dazu angepaßt ist, in höheren Oberwellen N-ter Ordnung im Dickendehnungsvibrationsmodus zu vibrieren, der folgendes aufweist:
einen rechteckigen plattenförmigen piezoelektrischen Körper;
eine erste und eine zweite Anregungselektrode, die auf beiden Seiten des piezoelektrischen Körpers einander gegenüberliegend angeordnet sind;
wenigstens eine Innenelektrodenschicht, die innerhalb des piezoelektrischen Körpers angeordnet ist und wenigstens partiell der ersten und zweiten Anregungselektrode mit dazwischenliegenden piezoelektrischen Schichten gegenüberliegt;
wobei der Resonanzbereich aus einem Teil des Resonators besteht, wo sich die erste und zweite Anregungselektrode und die Innenelektrode in Dickenrichtung überlappen, wobei
sich die erste und zweite Anregungselektrode bis zu den oder in die Nähe der Seitenkanten des piezoelektrischen Körpers senkrecht zur ersten Richtung erstrecken und die erste Richtung so definiert ist, daß sie durch beide vibrationsdämpfende Bereiche, die auf beiden Seiten des Resonanzbereichs liegen, verläuft; und
die Anregungselektroden...

Description

Die Erfindung betrifft piezoelektrische Resonatoren, die als verschieden geartete Resonatoren, Oszillatoren oder dergleichen verwendbar sind, und insbesondere piezoelektrische Resonatoren mit Dickendehnungsvibration, die so arbeiten, daß sie höhere Oberwellen im Dickendehnungsvibrationsmodus verwenden. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der piezoelektrischen Resonatoren für piezoelektrische Resonanzvorrichtungen.
Piezoelektrische Resonatoren werden in einer Vielzahl von piezoelektrischen Resonanzvorrichtungen, wie piezoelektrischen Oszillatoren, piezoelektrischen Filtern usw., eingesetzt. Als piezoelektrische Resonatoren vom obigen Typ sind solche bekannt, die je nach verwendeter Frequenz verschiedene piezoelektrische Vibrationsmoden nutzen können.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 1-117409 offenbart einen piezoelektrischen Resonator vom energieeinfangenden Typ, der die zweite Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus verwendet. Dieser piezoelektrische Resonator wird mit Bezug auf die 19 und 20 beschrieben.

Der obige piezoelektrische Resonator wird dadurch gebildet, dass aus piezoelektrischem Material bestehende Keramikrohblätter 61 und 62 laminiert und im Ganzen gebrannt werden, wie in der perspektivischen Explosionsansicht von 19 dargestellt ist. Eine kreisrunde Anregungselektrode 63 wird in der Mitte auf dem Keramikrohblatt 61 gebildet. Die Anregungselektrode 63 erstreckt sich durch eine Ausgangselektrode 64 zu einer der Seitenkanten des Keramikrohblatts 61. Ferner ist eine kreisrunde Anregungselektrode 65 in der Mitte der Oberseite des Keramikrohblatts 62 gebildet. Die Anregungselektrode 65 erstreckt sich durch eine Ausgangselektrode 66 zu einer der Seitenkanten des Keramikrohblatts 62. Außerdem ist auf der Unterseite des Keramikrohblatts 62 eine Anregungselektrode gebildet und erstreckt sich durch die Ausgangselektrode 68 nach außen zu einer der Seitenkanten des Keramikrohblatts 62, wie in der nach unten gespiegelten Projektion gezeigt ist.

Die oben genannten Keramikrohblätter 61 und 62 werden laminiert, in Dickenrichtung gepresst und dann gebrannt. Das so erzeugte gesinterte Material wird polarisiert, wodurch, wie in 20 gezeigt ist, ein piezoelektrischer Resonator 70 hergestellt wird.

Beim piezoelektrischen Resonator 70 sind die piezoelektrischen Schichten 71 und 72, d.h. das gesinterte Material, einheitlich in Dickenrichtung polarisiert, nämlich in die Richtung, die von den Pfeilen in 20 angegeben ist.

Beim Betrieb kann der piezoelektrische Resonator 70 in Schwingung versetzt werden, indem die Anregungselektroden 63 und 67 miteinander verbunden werden, damit eine Wechselspannung zwischen den Anregungselektroden 63 und 67 und der Anregungselektrode 65 angelegt werden kann. In diesem Fall wird die Vibrationsenergie in einem Bereich festgehalten, in dem sich die Anregungselektroden 63, 65 und 67 überlappen, d.h. im Resonanzbereich A.

Der herkömmliche piezoelektrische Resonator, der mit höheren Oberwellen im Dickendehnungsvibrationsmodus arbeitet, ist, wie oben beschrieben, als energieeinfangender piezoelektrischer Resonator gebildet. Dementsprechend ist an der Peripherie des Resonanzbereichs A ein vibrationsdämpfender Bereich notwendig. Das heißt, man benötigt einen vibrationsdämpfenden Bereich, der größer ist als der Resonanzbereich A. Deshalb war es bislang schwierig, den piezoelektrischen Resonator 70 kleiner zu gestalten.

Andererseits offenbart die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2-235422 einen energieeinfangenden piezoelektrischen Resonator, der eine streifenförmige piezoelektrische Keramik enthält, bei dem an der Peripherie seines Resonanzbereichs kein großflächiger piezoelektrischer Substratbereich nötig ist.

Beim energieeinfangenden piezoelektrischen Resonator ist, wie in 21 gezeigt ist, eine Anregungselektrode 82a auf der Oberseite eines länglichen piezoelektrischen Substrats 81 und eine Anregungselektrode 82b auf dessen Unterseite gebildet. Beide Anregungselektroden 82a und 82b erstrecken sich zu den beiden langen Seiten des piezoelektrischen Substrats 81, d.h. sie erstrecken sich über dessen gesamte Breite. Ferner liegen sich die Rückseite der Anregungselektrode 82a und die Vorderseite der Anregungselektrode 82b in der Mitte des piezoelektrischen Substrats 81 in Längsrichtung gegenüber, wodurch der Resonanzbereich gebildet wird. Ferner erstrecken sich die Anregungselektroden 82a und 82b jeweils zu den Endbereichen 81a und 81b in Längsrichtung des piezoelektrischen Substrats 81.

Beim piezoelektrischen Resonator 80 werden, wenn der Dickendehnungsvibrationsmodus angeregt wird, aufgrund des Abmessungenverhältnisses zwischen der Breite W und der Dicke T des piezoelektrischen Substrats 81, unnötige Vibrationen erzeugt. In der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-235422 wird festgestellt, dass, wenn die Grundwelle genutzt wird, das Verhältnis W/T bei einer Resonanzfrequenz von 16 MHz bei etwa 5,33 liegen sollte, und dass, wenn die dritte Oberwelle genutzt wird, unnötige Störkomponenten zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz dadurch verringert werden können, dass das Verhältnis von W/T auf etwa 2,87 gesetzt wird, wenn die Resonanzfrequenz bei etwa 16 MHz liegt.

Wie oben beschrieben wurde, ist es bei dem in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-117409 offenbarten energieeinfangenden piezoelektrischen Resonator, der die zweite Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus verwendet, notwendig, auf der Peripherie seines Resonanzbereichs einen großen vibrationsdämpfenden Bereich vorzusehen. Dadurch ergibt sich das Problem, daß es schwierig ist, den energieeinfangenden piezoelektrischen Resonator zu verkleinern.

Außerdem ist es bei dem in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-235422 beschriebenen energieeinfangenden piezoelektrischen Resonator nicht notwendig, einen vibrationsdämpfenden Bereich auf der Seite des Resonanzbereichs vorzusehen, und deshalb ist eine Verkleinerung möglich. Wenn jedoch in der Praxis höhere Oberwellen im Dickendehnungsvibrationsmodus genutzt werden, treten zwischen Resonanz- und Anti-Resonanzfrequenz Störkomponenten auf. Entsprechend erhält man in einigen Fällen keine wirksamen Resonanzkennwerte.

Bei dem in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-235422 offenbarten piezoelektrischen Resonator ist die elektrische Kapazität relativ gering, so daß der piezoelektrische Resonator leicht von einer schwimmenden Kapazität beeinträchtigt wird, die von der Schaltungsplatte oder dergleichen erzeugt wird.

Ein piezoelektrischer Resonator mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ist aus EP 0 884 842 A2 bekannt. Patent Abstract of Japan zu JP 10-290139 A beschreibt einen piezoelektrischen Resonator mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 2.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verkleinerten piezoelektrischen Resonator mit trotzdem guten Betriebseigenschaften anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit einem piezoelektrischen Resonator mit einer Kombination der Merkmale des Oberbegriffes und des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 oder einem piezoelektrischen Resonator mit einer Kombination der Merkmale des Oberbegriffes und des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 2 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonators für eine piezoelektrische Resonanzvorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst. Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen gerichtet.

Die Erfindung stellt einen piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration und die Verwendung eines solchen Resonators für eine piezoelektrische Resonanzvorrichtung zur Verfügung, der zur Nutzung höherer Oberwellen im Dickendehnungsvibrationsmodus verwendet werden kann, klein dimensioniert ist, eine hohe elektrische Kapazität aufweist, kaum von einer von der Schaltungsplatte erzeugten schwimmenden Kapazität beeinträchtigt werden kann, die Erzeugung unerwünschter und unnötiger Störkomponenten wirksam unterdrückt und gute Resonanzkennwerte aufweist.

Die Erfindung stellt weiterhin einen piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration und eine Verwendung des Resonators für eine piezoelektrische Resonanzvorrichtung zur Verfügung, der zur Nutzung der dritten Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus verwendet werden kann, klein dimensioniert ist, die Erzeugung unerwünschter und unnötiger Störkomponenten wirksam unterdrückt und gute Resonanzkennwerte aufweist.

Der piezoelektrische Resonator mit Dickendehnungsvibration des Anspruches 1 weist einen rechteckigen plattenförmigen piezoelektrischen Körper, eine erste und zweite auf beiden Seiten des piezoelektrischen Körpers gebildete Anregungselektrode und eine Innenelektrodenschicht auf. Entsprechend kann, im Gegensatz zu einem herkömmlichen piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration, der keine Innenelektroden aufweist, bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform die elektrische Kapazität so weit erhöht werden, daß sie mit der der Innenelektrode übereinstimmt, und dadurch können zufällige Einflüsse, die durch eine schwimmende Kapazität, die von der Schaltungsplatte, an die der piezoelektrische Resonator angeschlossen ist, erzeugt wird, verringert werden.

Außerdem wird das Verhältnis L/D in einem Bereich von 9,0 bis 14,0 festgesetzt. Entsprechend kann die Verkleinerung verwirklicht werden, und auch die Störkomponenten, die zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz auftreten, können wirksam dadurch unterdrückt werden, daß die Seiten des piezoelektrischen Körpers, die senkrecht zur Vibrationsrichtung der die Dickendehnungsvibration ausführenden höheren Oberwellen stehen, an beiden Enden in der ersten Richtung des piezoelektrischen Körpers gehalten werden.

Entsprechend kann ein energieeinfangender piezoelektrischer Resonator mit Dickendehnungsvibration hergestellt werden, der höhere Oberwellen im Dickendehnungsvibrationsmodus nutzt und gute Resonanzkennwerte aufweist.

Ferner sind die vibrationsdämpfenden Bereiche auf beiden Seiten des Resonanzbereichs nur in der ersten Richtung vorgesehen. Das heißt, senkrecht zur ersten Richtung sind keine vibrationsdämpfenden Bereiche gebildet. Außerdem wird das Verhältnis L/D auf 14 oder weniger festgesetzt. Deshalb ist es möglich, den piezoelektrischen Resonator zu verkleinern.

Der piezoelektrische Resonator mit Dickendehnungsvibration des Anspruches 2 weist einen rechteckigen plattenförmigen piezoelektrischen Körper und die erste und zweite Anregungselektrode auf, die auf beiden Seiten des piezoelektrischen Körpers gebildet sind. Das Verhältnis L/D liegt im Bereich von 9,0 bis 14,0. Entsprechend kann, da das Verhältnis L/D bis 14 reicht und die vibrationsdämpfenden Bereiche auf beiden Seiten des Resonanzbereichs und dort nicht senkrecht zur ersten Richtung gebildet sind, ein sehr kleiner piezoelektrischer Resonator mit Dickendehnungsvibration hergestellt werden.

Außerdem können, da das Verhältnis L/D im Bereich von 9,0 bis 14,0 liegt, zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz auftretende Störkomponenten dadurch wirksam unterdrückt werden, daß die Seiten, die sich senkrecht zur ersten Richtung erstrecken, in der ersten Richtung des piezoelektrischen Körpers liegenden Endflächen ferngehalten werden. Dementsprechend können gute Resonanzeigenschaften erzielt werden.

Ferner erhält man einen klein dimensionierten piezoelektrischen Resonator mit guten Resonanzeigenschaften, der so eingesetzt werden kann, daß er die dritte Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus verwendet.

Bei jedem der oben beschriebenen piezoelektrischen Resonatoren mit Dickendehnungsvibration können piezoelektrische Körperschichten auf beiden Seiten, d.h. auf den Außenseiten in Dickenrichtung des piezoelektrischen Körpers gebildet sein. In diesem Fall weisen die erste und zweite Elektrode die Form einer inneren Anregungselektrode auf.

Gemäß der oben beschriebenen Anordnung arbeiten die erste und zweite Anregungselektrode als Innenelektrode. Außerdem können die erste und zweite Anregungselektrode durch die Technologie des Laminations-Keramik-Integrations-Brennens mit hoher Präzision hergestellt werden, wodurch die Genauigkeit der Resonanzkennwerte verbessert und die Produktionsleistung erhöht wird.

Bei jedem der oben beschriebenen piezoelektrischen Resonatoren mit Dickendehnungsvibration wird bevorzugt ein länglicher streifenförmiger Körper als piezoelektrischer Körper verwendet.

Die Breite jedes piezoelektrischen Resonators kann verringert werden, wenn ein länglicher streifenförmiger Körper als piezoelektrischer Körper verwendet wird. Der piezoelektrische Resonators mit Dickendehnungsvibration kann somit weiter verkleinert werden.

Bei der Verwendung gemäß Anspruch 5 enthält die piezoelektrische Resonanzvorrichtung einen der oben beschriebenen piezoelektrischen Resonatoren, der sich in dem vom ersten und zweiten Gehäuseglied gebildeten Gehäuse befindet. Außerdem ist der piezoelektrische Resonator mit Dickendehnungsvibration am ersten Gehäuseglied unter Einschaltung eines Raums verbunden, der zur Vermeidung von Störungen der Resonanz des Resonators dient. Daher kann eine piezoelektrische Resonanzvorrichtung hergestellt werden, die einen piezoelektrischen Resonator mit weniger unnötigen Störkomponenten und guten Resonanzeigenschaften enthält.

Bevorzugt weist das erste Gehäuseglied ein Kondensatorsubstrat mit einem dielektrischen Substrat und mehreren darauf angeordneten Elektroden auf, und der piezoelektrische Resonator ist elektrisch mit dem in dem Kondensatorsubstrat gebildeten Kondensator verbunden.

Gemäß der oben beschriebenen Anordnung kann ein piezoelektrischer Oszillator mit einem Kondensator hergestellt werden, der den piezoelektrischen Resonator in Kombination mit dem Kondensator enthält.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich, die sich auf die beiliegende Zeichnung bezieht.
Die 1A und 1B zeigen eine perspektivische Ansicht und einen Längsschnitt eines piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 veranschaulicht die Verschiebungsverteilung, wenn im piezoelektrischen Resonator die zweite Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus angeregt wird;
3 zeigt die Verschiebungsverteilung, die die Ursache für eine Störkomponente ist, die zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz beim piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration auftritt;
4 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Verhältnis L/D und der Intensität (Phasenwert) der zwischen der Resonanz- und Anti-Resonanzfrequenz beim piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration auftretenden Störkomponente;
Die 5A und 5B zeigen eine perspektivische Ansicht und einen Längsschnitt eines modifizierten Beispiels des piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration der ersten Ausführungsform;
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt einen Längsschnitt durch ein modifiziertes Beispiel des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration;
8 ist ein Längsschnitt, der ein weiteres modifiziertes Beispiel des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration zeigt;
Die 9A und 9B sind Längsschnitte, die jeweils ein weiteres modifiziertes Beispiel des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration zeigen;
10 ist ein Längsschnitt, der ein weiteres modifiziertes Beispiel des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration zeigt;
11 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die ein Beispiel einer piezoelektrischen Resonanzvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
12 zeigt eine Schaltungsanordnung mit der Konfiguration der in 11 dargestellten piezoelektrischen Resonanzvorrichtung;
Die 13A und 13B zeigen eine perspektivische Ansicht und einen Längsschnitt eines piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
14 veranschaulicht die Verschiebungsverteilung, wenn im piezoelektrischen Resonator der vierten Ausführungsform die dritte Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus angeregt wird;
15 zeigt die Verschiebungsverteilung, die die Ursache für eine Störkomponente ist, die zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz beim piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration der vierten Ausführungsform auftritt.
16 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Verhältnis L/D beim piezoelektrischen Resonator der vierten Ausführungsform und einer zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz auftretenden Störkomponente (die als Phasenwert ausgedrückt ist);
17 zeigt einen Querschnitt durch ein modifiziertes Beispiel des piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration der vierten Ausführungsform;
18 ist eine perspektivische Ansicht der piezoelektrischen Resonanzvorrichtung mit dem piezoelektrischen Resonator der vierten Ausführungsform;
19 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Beispiels eines piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration des Standes der Technik;
20 ist ein Querschnitt durch den in 19 gezeigten piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration; und
21 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen herkömmlichen piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration.
Die 1A und 1B zeigen eine perspektivische Ansicht und einen Längsschnitt eines energieeinfangenden piezoelektrischen Resonators mit Dickendehnungsvibration gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Der piezoelektrische Resonator 1 weist einen länglichen streifenförmigen piezoelektrischen Körper 2 auf. Der piezoelektrische Körper 2 besteht aus piezoelektrischer Keramik, wie einer Bleititanat-Keramik oder dergleichen, und ist gleichmäßig in Dickenrichtung polarisiert.
Auf der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 2 ist eine erste Anregungselektrode 3 und auf seiner Unterseite eine zweite Anregungselektrode 4 gebildet. Die Anregungselektroden 3 und 4 erstrecken sich jeweils auf der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Körpers 2 von seiner Endfläche 2a in Richtung zu seiner anderen Endfläche 2b hin.
Die Anregungselektroden 3 und 4 sind gemeinsam mit einer auf der Endfläche 2a des piezoelektrischen Körpers 2 gebildeten Anschlusselektrode 5 verbunden.
Ferner weist die Anschlusselektrode 5 einen nach innen ragenden Vorsprung 5a auf, der sich innen auf mittlerer Höhe des piezoelektrischen Körpers 2 zur Endfläche 2b hin erstreckt.
Auf mittlerer Höhe des piezoelektrischen Körpers 2 ist einen Innenelektrode 6 so gebildet, dass sie der nach innen ragenden Ausstülpung auf derselben Ebene gegenüberliegt. Die Innenelektrode 6 ist so gebildet, dass sie nach aussen zur Endfläche 2b des piezoelektrischen Körpers 2 führt und elektrisch mit einer auf der Endfläche 2b gebildeten Anschlusselektrode 7 verbunden ist.
Die Anschlusselektrode 7 erstreckt sich bis zur Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Körpers 2.
Beim piezoelektrischen Resonator dieser Ausführungsform bildet der Bereich, wo sich die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 und die Innenelektrode 6 in Dickenrichtung überlappen, einen Resonanzbereich. Ferner sind im piezoelektrischen Körper vibrationsdämpfende Bereiche auf beiden Seiten des Resonanzbereichs in Längsrichtung gebildet. Mit anderen Worten sind außerhalb des Resonanzbereichs die vibrationsdämpfenden Bereiche nur in Längsrichtung, d.h. nur in der ersten Richtung, vorgesehen. Die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 erstrecken sich senkrecht zur ersten, die Längsrichtung darstellende Richtung, d.h. in Breitenrichtung des piezoelektrischen Körpers 2, zu den Seitenkanten.
Die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 können aber auch so gebildet sein, dass sie sich nicht in Breitenrichtung bis zu den Seitenkanten des piezoelektrischen Körpers 2 sondern bis in ihre Nähe erstrecken. Das heißt, die Anregungselektroden 3 und 4 können so gebildet sein, dass sie die Seitenkanten in Breitenrichtung des piezoelektrischen Körpers 2 nicht erreichen, unter der Voraussetzung, dass auf der Außenseite des Resonanzbereichs in Breitenrichtung des piezoelektrischen Körpers keine vibrationsdämpfenden Bereiche gebildet sind.
Beim piezoelektrischen Resonator dieser Ausführungsform liegt das Verhältnis L/D im Bereich von 9,0 bis 14,0, wobei L die Länge des piezoelektrischen Körpers 2 in der ersten Richtung und T die Dicke des piezoelektrischen Körpers angibt und D = T/N ist. N gibt die Ordnung der genutzten höheren Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus an.
Beim Betrieb wird die zweite Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus durch das Anlegen einer Wechselspannung zwischen der ersten und zweiten Anregungselektrode 3 und 4 und der Innenelektrode 6 stark angeregt. Somit kann der piezoelektrische Resonator 1 die zweite Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus nutzen.
Die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 und die Innenelektrode 6 sind so gebildet, dass sie sich in Längsrichtung in der Mitte des piezoelektrischen Körpers mit den dazwischenliegenden von piezoelektrischen Körperschichten überlappen. Entsprechend wird ein energieeinfangender piezoelektrischer Resonator hergestellt, indem der Bereich des Resonators, in dem sich die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 und die Innenelektrode 6 überlappen, den Resonanzbereich bildet, und die auf beiden Seiten des Resonanzbereichs in Längsrichtung liegenden Bereiche des piezoelektrischen Körpers bilden die vibrationsdämpfenden Bereiche.
Die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 und die Innenelektrode 6 müssen sich nur im Resonanzbereich über die gesamte Breite des piezoelektrischen Körpers 2 erstrecken, und brauchen, mit Ausnahme des Resonanzbereichs, nicht die gesamte Breite des piezoelektrischen Körper 2 einzunehmen. Zum Beispiel muss sich die Anregungselektrode 3 nur im Resonanzbereich über die gesamte Breite des piezoelektrischen Körpers 2 erstrecken. Das heißt, der Abschnitt der Anregungselektrode 3, der sich vom Resonanzbereich zur der Endfläche 2a ersteckt, kann eine geringere Breite aufweisen, da dieser Abschnitt der Anregungselektrode 3 lediglich der elektrischen Verbindung der Anregungselektrode 3 mit der Anschlußelektrode 5 dient.
Beim piezoelektrischen Resonator dieser Ausführungsform sind die vibrationsdämpfenden Bereiche auf beiden Seiten des Resonanzbereichs nur in Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers 2 vorgesehen. In Breitenrichtung des piezoelektrischen Körpers 2 ist kein vibrationsdämpfender Bereich vorgesehen. Daher kann die Breite des piezoelektrischen Resonators 1 verringert werden. Das heißt, der piezoelektrische Resonator kann verkleinert werden.
Außerdem ist der Aufbau des piezoelektrischen Resonators dieser Ausführungsform so gestaltet, dass die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 und die Innenelektrode 6 mit den dazwischenliegenden piezoelektrischen Körperschichten laminiert sind. Entsprechend hat der piezoelektrischen Resonator dieser Ausführungsform eine höhere elektrische Kapazität als vergleichsweise der herkömmliche piezoelektrischen Resonator 80 (21), der keine Innenelektrode aufweist und der der von der Schaltungsplatte erzeugten schwimmende Kapazität ausgesetzt ist.
Ferner erstrecken sich die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 zu beiden Seitenkanten in Breitenrichtung des piezoelektrischen Körpers 2 und dabei wird die elektrische Kapazität erhöht und die Einflüsse einer auf dem Schaltungssubstrat erzeugten schwimmenden Kapazität können verhindert werden.
Ferner liegt beim piezoelektrischen Resonator 1 dieser Ausführungsform das Verhältnis L/D, wie oben beschrieben, im Bereich 9,0 bis 14,0. Entsprechend können unnötige Störkomponenten wirksam unterbunden werden. Das wird nunmehr unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben.
Die Erfinder stellten piezoelektrische Resonatoren 1 mit Dickendehnungsvibration in unterschiedlichen Abmessungen her. Man beobachtete, dass bei einem Verhältnis L/D von bis zu 14 zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz eine Störkomponente erzeugt wurde. Entsprechend nahm man zunächst an, dass das Verhältnis L/D größer als 14 sein muß, damit die Störkomponente zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz unterdrückt wird.
Dann wurde zum Zwecke einer weiteren Verkleinerung untersucht, ob die Störkomponente auch unterdrückt werden kann, wenn das Verhältnis L/D im Bereich bis 14 liegt.
Entsprechend wurde die Verteilung der Verschiebung (Auslenkung) der Vibratoren des piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration mit der Methode der finiten Elemente analysiert. 2 zeigt die Verschiebungsverteilung der Dickendehnungsvibration bei der zweiten Oberwelle. 3 zeigt die Verschiebungsverteilung, die die oben beschriebene Störkomponente verursacht. Wie man aus 3 ersieht, ist die Verschiebung an beiden Enden des piezoelektrischen Körpers 2 am stärksten.
Die Erfinder vermuteten, dass es möglich ist, gute Resonanzeigenschaften zu erhalten, ohne dass diese wesentlich vom seitlichen elektrischen Feld beeinflußt würden, wenn wenigstens eine der beiden Seiten senkrecht zur Dickendehnungsvibrationsrichtung jeder Endfläche in Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers 2 festgehalten und dort mit einer leitenden Paste oder dergleichen fixiert wird. Es wurden verschiedene Versuche durchgeführt. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass die Wirksamkeit der Störungsunterdrückung auf dem Verhältnis L/D beruht.
Insbesondere wurde der piezoelektrische Resonator 1 mit Dickendehnungsvibration mit verschiedenen Verhältnissen L/D hergestellt. Von den Ober- und Unterseiten jeder Endfläche in Längsrichtung, d.h. senkrecht zur Dickendehnungsvibrationsrichtung, wurden jeweils die Unterseiten wie oben beschrieben mit leitender Paste befestigt. Die Resonanzkennwerte wurden gemessen. Dann wurde die Abhängigkeit der Intensität der Störkomponente der Resonanzkennwerte vom Verhältnis L/D bestimmt. 4 zeigt die Ergebnisse.
Der in 4 als Ordinate angegebene Phasenwert ist der kleinste Phasenwert der zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz auftretenden Störkomponente. Die durchgezogene Linie B in 4 gibt die Werte an, die man erhält, wenn die Unterseiten der beiden Endflächen in der ersten Richtung des piezoelektrischen Resonators 1 in der oben beschriebenen Weise fixiert werden. Die durchgezogene Linie C gibt die Werte an, die man erhält, wenn der piezo elektrische Resonator 1 innerhalb der Endflächen fixiert wird.
Wie man in 4 sieht, verstärkt sich, wenn der piezoelektrische Resonator 1 an den Unterseiten der beiden Endflächen in seiner Längsrichtung festgehalten wird und das Verhältnis L/D kleiner als 9,0 ist, die Störkomponente deutlich im Bereich ab der Begrenzungslinie, bei der L/D = 9,0 ist. Entsprechend kann man, auch wenn das Verhältnis L/D bis zum Wert 14,0 reicht, gute Resonanzkennwerte erhalten, wenn der piezoelektrische Resonator 1, wie oben beschrieben, an den Ober- oder Unterseiten seiner beiden Endflächen der Längsrichtung festgehalten wird und das Verhältnis L/D auf 9,0 oder größer festgelegt wird.
Somit können beim piezoelektrischen Resonator 1, wenn das Verhältnis L/D von 9,0 bis zu 14,0 gesetzt wird, gute Resonanzkennwerte erzielt werden, wenn man das oben beschriebene Halteverfahren anwendet. Entsprechend kann eine weitere Verkleinerung des energieeinfangenden piezoelektrischen Resonators 1 mit Dickendehnungsvibration erreicht werden.
(Modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform)
Beim piezoelektrischen Resonator 1 mit Dickendehnungs vibration ist der nach innen, zur Innenelektrode 6 hin ragende Vorsprung 5a an der Anschlusselektrode 5 gebildet. Allerdings kann, wie in den 5A und 5B dargestellt ist, der nach innen ragende Vorsprung 5a der Anschlusselektrode auch weggelassen werden.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Resonators 11 mit Dickendehnungsvibration gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Beim piezoelektrischen Resonator 11 der zweiten Ausführungsform ist der piezoelektrische Körper einheitlich in Dickenrichtung polarisiert, und die Spannungen werden an die entsprechenden Schichten jeweils in entgegengesetzter Richtung angelegt. Das heißt, die beiden Schichten des piezoelektrischen Körpers sind parallel miteinander verbunden. Jedoch können gemäß der Erfindung mehrere piezoelektrische Körperschichten einen in Reihe verbundenen piezoelektrischen Resonator bilden, der abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen in der Dickenrichtung polarisiert ist.
Beim piezoelektrischen Resonator 11 gemäß der zweiten Ausführungsform handelt es sich um einen piezoelektrischen Reihenschaltungsresonator vom oben beschriebenen Typ.
Der in 6 gezeigte piezoelektrische Resonator 11 weist einen länglichen, rechteckigen, platten- und streifenförmigen piezoelektrischen Körper 12 auf. Eine erste Anregungselektrode 13 ist auf der Oberseite und eine zweite Anregungselektrode 14 auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers gebildet. Die Rückseite der ersten Anregungselektrode 13 und die Vorderseite der zweiten Anregungselektrode 14 liegen einander getrennt vom piezoelektrischen Körper 12 gegenüber. Ferner liegen sich die Anregungselektroden 13 und 14 im mittleren Bereich des piezoelektrischen Körpers 12 in Längsrichtung gegenüber. Dieser Bereich des Resonators, in dem sich die Anregungselektroden 13 und 14 gegenüberliegen, bildet den Resonanzbereich.
Bei dieser Ausführungsform sind die erste und zweite Anregungselektrode 13 und 14 so gestaltet, dass sie nach außen zu den Endflächen 12a und 12b des piezoelektrischen Körpers 12 gehen. Die erste und zweite Anregungselektrode 13 und 14 können auch so gestaltet sein, dass sie sich außerhalb des Resonanzbereichs nicht über die gesamte Breite des piezoelektrischen Körpers 12 erstrecken.
Somit erstrecken sich die Anregungselektroden 13 und 14 senkrecht zur ersten Richtung, d.h. der Längsrichtung, des piezoelektrischen Körpers 12 zu den beiden Seitenkanten. Anders ausgedrückt erstrecken sich die Anregungselektroden 13 und 14 über die gesamte Breite des piezoelektrischen Körpers 12.
Auf mittlere Höhe im Inneren des piezoelektrischen Körpers 12 ist eine Innenelektrode 16 gebildet. Die Innenelektrode 16 ist so vorgesehen, dass sie den piezoelektrischen Körper 12 polarisiert. Insbesondere wird für die Polarisierung an die Innenelektrode 16 eine relativ hohe und an die Anregungselektroden 13 und 14 eine relativ niedrige Spannung angelegt, so dass die piezoelektrischen Schichten 12c und 12d in einander entgegengesetzten Richtungen in Dickenrichtung polarisiert werden, wie durch die Pfeile in 6 angedeutet ist.
Zum Betrieb kann die zweite Oberwelle TE₂ im Dickendehnungsvibrationsmodus durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen der ersten und zweiten Anregungselektrode 13 und 14, d.h. ohne Einsatz der Innenelektrode 16, angeregt werden.
Ebenso sind beim piezoelektrischen Resonator 11 der zweiten Ausführungsform die vibrationsdämpfenden Bereiche nicht auf beiden Seiten des Resonanzbereichs in Breiten- sondern nur in Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers angelegt. Dadurch kann ein sehr klein dimensionierter piezoelektrischer Resonator hergestellt werden. Außerdem wird das Verhältnis L/D im Bereich 9,0 bis 14,0 festgelegt, und dadurch kann eine weitere Verkleinerung des piezoelektrischen Resonators 11 erreicht und unnötige Störkomponenten zwischen den Resonanz- und Anti-Resonanzfrequenzen können unterdrückt werden.
Der piezoelektrische Resonator 11 weist die Innenelektrode 16 auf, und die Anregungselektroden 13 und 14 erstrecken sich, wie bei der ersten Ausführungsform in Breitenrichtung des piezoelektrischen Körpers 12 zu dessen beiden Seitenflächen. Entsprechend kann die elektrische Kapazität erhöht werden. Der piezoelektrische Resonator 11 kann von den Einflüssen einer schwimmenden Kapazität auf der Seite des Schaltungssubstrats befreit werden.
(Modifiziertes Beispiel)
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform werden die piezoelektrischen Resonatoren 1 und 11 beschrieben, die beim Betrieb die zweite Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus verwenden. Der erfindungsgemäße piezoelektrische Resonator kann außer der zweiten Oberwelle auch höhere Oberwellen im Dickendehnungsvibrationsmodus ver wenden. Die 7 bis 9 sind Querschnittsansichten, die piezoelektrischen Resonatoren, die die anderen höheren Oberwellen verwenden, darstellen, und entsprechen der Ansicht der ersten Ausführungsform in 2.
7 zeigt einen parallel geschalteten piezoelektrischen Resonator 21, der mit der dritten Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus schwingt. Insbesondere sind zwei plattenförmige Innenelektroden 22 und 23 im Inneren des piezoelektrischen Körpers 2 angeordnet. Der piezoelektrische Resonator 21, der mit der dritten Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus betrieben wird, kann dadurch gebildet werden, dass zwei plattenförmige Innenelektroden 22 und 23 im piezoelektrischen Körper 2 angeordnet sind und der piezoelektrische Körper 2 einheitlich in Dickenrichtung polarisiert ist, wie durch den Pfeil angedeutet ist.
Der in 8 gezeigte piezoelektrische Resonator 24 ist ein parallel geschalteter piezoelektrischer Resonator, der mittels der vierten Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus betrieben wird. Beim piezoelektrischen Resonator 24 ist der piezoelektrische Körper 2 einheitlich in Dickenrichtung polarisiert. Drei plattenförmige Innenelektroden 25 bis 27 sind in gleichmäßigen Abständen in Dickenrichtung im piezoelektrischen Körper 2 angeordnet, und dadurch kann die vierte Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus wirksam angeregt werden.
9A ist eine Querschnittsansicht eines reihengeschalteten piezoelektrischen Resonators 28, der mit der dritten Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus betrieben wird. Bei diesem Resonator 28 sind zwei plattenförmige Innenelek troden 29 und 30 im Inneren des piezoelektrischen Körpers 12 so angeordnet, dass das Innere des piezoelektrischen Körpers 12 in drei piezoelektrische Körperschichten 12e bis 12g aufgeteilt ist. Mit diesen Innenelektroden 29 und 30 wird die Polarisierung so durchgeführt, dass benachbarte piezoelektrische Körperschichten im piezoelektrischen Körper einander entgegengesetzt in Dickenrichtung polarisiert werden. Entsprechend kann die dritte Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus durch Anlegen einer Wechselspannung an die erste und zweite Anregungselektrode 13 und 14 angeregt werden.
9B ist ebenfalls eine Querschnittsansicht eines reihengeschalteten piezoelektrischen Resonators 31, der mit der vierten Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus betrieben wird. Im piezoelektrischen Körper 12 sind drei plattenförmige Innenelektroden 32 bis 34 angeordnet. Der piezoelektrische Körper 12 wird durch diese Innenelektroden 32 bis 34 polarisiert, so dass, wie in 9B gezeigt ist, die benachbarten piezoelektrischen Schichten im piezoelektrischen Körper 12 entgegengesetzt zueinander in Dickenrichtung polarisiert werden.
Entsprechend kann der reihengeschaltete Resonator 31 mit Dickendehnungsvibration als piezoelektrischer Resonator eingesetzt werden, der durch Anlegen einer Wechselspannung an die erste und zweite Anregungselektrode 13 und 14 mit der vierten Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus schwingt.
In den jeweiligen piezoelektrischen Resonatoren, die in den 7 bis 10 dargestellt sind, sind vibrationsdämpfende Bereiche auf beiden Seiten des Resonanzbereichs in nur einer Richtung vorgesehen, und die erste und zweite Anregungselektrode erstrecken sich senkrecht zu dieser einen Richtung bis zu den zu oder bis in die Nähe der Seitenkanten des piezoelektrischen Körpers. Entsprechend kann ein piezoelektrischer Resonator mit Dickendehnungsvibration hergestellt werden, der eine äußerst geringe Dicke aufweist. Da alle diese piezoelektrischen Resonatoren wenigstens eine Innenelektrode aufweisen, kann die elektrische Kapazität erhöht werden, und der Resonator vor den Einflüssen einer von der Schaltungsplatte verursachten schwimmenden Kapazität geschützt werden.
Ferner können in den jeweiligen piezoelektrischen Resonatoren mit Dickendehnungsvibration, wie sie in den 7 bis 10 gezeigt sind, zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz auftretende Störkomponenten wie bei der ersten Ausführungsform wirksam unterdrückt werden, wenn das Verhältnis L/D im einem Bereich von 9,0 bis 14,0 festgelegt ist. Auf diese Weise können gute Resonanzkennwerte erzielt werden.
Ferner können im erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration piezoelektrische Körperschichten auf den Außenseiten der ersten und zweiten Anregungselektrode gebildet sein. In diesem Fall haben die erste und zweite Anregungselektrode jeweils die Form einer Innenelektrode. 10 ist eine Querschnittsansicht dieses Modifikationsbeispiels des piezoelektrischen Resonators 1, das der in 1B dargestellten ersten Ausführungsform entspricht.
Bei dem in 10 gezeigten piezoelektrischen Resonator 1A sind die piezoelektrischen Körperschichten 2A und 2B jeweils auf der ersten und zweiten Anregungselektrode 3 und 4 gebildet. Anders ausgedrückt, sind die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 wie eine Innenelektrode gestaltet, die, wie auch die Innenelektrode 6, in die piezoelektrische Keramik eingebettet ist. Anders gesehen, entspricht der piezoelektrische Resonator 1A dem piezoelektrischen Resonator 1 der ersten Ausführungsform. Entsprechend hat der piezoelektrische Resonator 1A dieselbe Betriebs-/Arbeitsweise wie der piezoelektrischen Resonator 1 der ersten Ausführungsform. In diesem Fall ist die Dicke T des piezoelektrischen Körpers als die Dicke der piezoelektrischen Körperschicht zwischen den Anregungselektroden 3 und 4 definiert.
Wenn die piezoelektrischen Körperschichten 2A und 2B zu dick sind, stören sie die Vibration des Resonanzbereichs. Deshalb sind die piezoelektrischen Körperschichten 2A und 2B bevorzugterweise dünn. Wenn die piezoelektrischen Körperschichten 2A und 2B dünn sind, wird die Vibrationswirkung manchmal verstärkt, ohne dass die Vibration des Resonanzbereichs gestört wird.
Beim piezoelektrischen Resonator 1A dieses Modifikationsbeispiels sind die Anregungselektroden 3 und 4 in Form einer Innenelektrode vorgesehen. Entsprechend kann ein piezoelektrischer Körper, in dem die erste und zweite Anregungselektrode 3 und 4 und die Innenelektrode 6 eingebettet sind, durch die bekannte Technologie des Laminations-Keramik-Integrations-Brennens problemlos hergestellt werden. Außerdem können die Anregungselektroden 3 und 4 bei Anwendung dieser Technologie mit leitender Paste aufgedruckt werden. Daher können die Anregungselektroden mit hoher Präzision gebildet und somit die Resonanzkennwerte verbessert werden.
Die dritte Ausführungsform befasst sich mit einer piezoelektrischen Resonanzvorrichtung, die einen erfindungsgemäßen piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration enthält.
Wie in 11 gezeigt ist, ist der piezoelektrische Resonator 1 der ersten Ausführungsform mit Schichten 42, 43 aus leitendem Klebstoff an einem Kondensatorsubstrat 41 befestigt, das ein erstes Gehäuseglied bildet.
Das Kondensatorsubstrat 41 wird von einem aus dielektrischem Material, wie dielektrischer Keramik oder dergleichen, bestehenden dielektrischen Substrat 41a gebildet. Auf der Außenseite des dielektrischen Substrats 41a liegen eine erste, zweite und dritte Elektrode 41b, 41c und 41d, die den Kondensator bilden. Die Elektroden 41b und 41d erstrecken sich auf der Oberseite und auch auf den Seitenflächen des dielektrischen Substrats 41a. Die Elektroden 41b und 41d sind durch die leitenden Klebstoffschichten 42 und 43 elektrisch mit dem piezoelektrischen Resonator 1 verbunden. In diesem Fall wird der piezoelektrische Resonator 1 durch die Schichten 42 und 43 des leitenden Klebstoffs so befestigt, dass zwischen dem piezoelektrischen Resonator 1 und der Oberseite des dielektrischen Substrats 41a ein vorbestimmter Raum bleibt, der eine Störung der Vibration verhindert.
Ferner verbinden die Schichten 42 und 43 des leitenden Klebstoffs die Unterseiten der Endflächen 2a und 2b des piezoelektrischen Körpers 2 über ihre gesamte Länge mit den Kondensatorelektroden 41b und 41d. Entsprechend können beim Betrieb des piezoelektrischen Resonators 1 zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz auftretende Störkomponenten wirksam unterdrückt werden.
Die Elektrode 41c ist geerdet. Entsprechend ist bei der piezoelektrischen Resonanzvorrichtung dieser Ausführungsform die in 12 gezeigte Schaltung zwischen den Elektroden 41b, 41c und 41d gebildet. Entsprechend kann ein piezoelektrischer Oszillator gebildet werden, der den piezoelektrischen Resonator und die beiden Kondensatoren in Kombination aufweist.
An der Oberseite des Kondensatorsubstrats 41 ist eine Kappe 44 als zweites Gehäuseglied befestigt. Die Kappe 44 wird mit einem isolierenden Klebstoff so am Kondensatorsubstrat 41 als erstes Gehäuseglied befestigt, dass der piezoelektrische Resonator bedeckt ist.
Das erste und zweite Gehäuseglied sind nicht auf das Kondensatorsubstrat 41 und die Kappe 44 begrenzt. Ein Teil, das eine Struktur aufweist, die zum Abdecken des piezoelektrischen Resonator 1 geeignet ist, kann ebenso verwendet werden.
Zum Beispiel kann die piezoelektrische Resonanzvorrichtung wie folgt gebildet sein. Als erstes Gehäuseglied wird ein rechteckiger quaderförmiger Behälter verwendet, der auf seiner Oberseite eine Öffnung aufweist, in der der piezo elektrische Resonator plaziert wird, und die Öffnung des Behälters wird mit einem flachen plattenförmigen Deckel als zweites Gehäuseglied abgedeckt.
Die 13A und 13B sind eine perspektivische Ansicht und ein Längsschnitt, die einen piezoelektrischen Resonator mit Dickendehnungsvibration gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
Der piezoelektrische Resonator 51 ist aus einem länglichen streifenförmigen piezoelektrischen Körper 52 gebildet. Der piezoelektrische Körper 52 besteht aus einer piezoelektrischen Keramik, wie Bleititanat-Keramik.
Der piezoelektrische Körper 52 ist einheitlich in Dickenrichtung polarisiert. Eine erste Anregungselektrode 53 liegt auf der Oberseite und eine zweite Anregungselektrode 54 auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 52.
Die Anregungselektrode 53 erstreckt sich auf der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 52 von seiner Endfläche 52a in Richtung zur anderen Endfläche 52b, erreicht sie aber nicht. Die Anregungselektrode 54 erstreckt sich auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 52 von seiner Endfläche 52b in Richtung zur anderen Endfläche 52a, erreicht sie aber nicht.
Somit liegen die Rückseite der Anregungselektrode 53 und die Vorderseite der Anregungselektrode 54 einander in der Mitte des piezoelektrischen Körpers in Längsrichtung gegenüber.
Die Anregungselektrode 53 ist mit der Anschlusselektrode 55 verbunden, die sich auf der Endfläche 52a und auch auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 52 erstreckt.
Beim Betrieb wird die dritte Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen der ersten und zweiten Anregungselektrode 53 und 54 stark angeregt. Auf diese Weise kann der piezoelektrische Resonator 51 so eingesetzt werden, dass er die dritte Oberwelle nutzt.
Bei dieser Ausführungsform überlappen sich die erste und zweite Anregungselektrode 53 und 54 in der Mitte des piezoelektrischen Körpers 52 in Längsrichtung mit der dazwischenliegenden piezoelektrischen Schicht. Entsprechend bildet der Bereich des Resonators, in dem sich die erste und zweite Anregungselektrode 53 und 54 überlappen, einen energieeinfangenden Resonanzbereich. Die Energie für die Vibration des Resonanzbereichs wird in den Bereichen des piezoelektrischen Körpers gedämpft, die zwischen dem Resonanzbereich und den Endflächen 52a und 52b liegen.
Mit anderen Worten sind auf beiden Seiten des Resonanzbereichs die vibrationsdämpfenden Bereiche nur in Längsrichtung (erste Richtung) des piezoelektrischen Körpers 52 vorgesehen. Die erste und zweite Anregungselektrode erstrecken sich senkrecht zur Längsrichtung bis zu den Seitenkanten der piezoelektrischen Platte, d.h. bis zu den Seitenkanten in Längsrichtung.
In diesem Fall müssen sich die erste und zweite Anregungselektrode 53 und 54 nur im Resonanzbereich über die gesamte Breite des piezoelektrischen Körpers 52 erstrecken. Außer im Resonanzbereich ist es nicht notwendig, dass die erste und zweite Anregungselektrode 53 und 54 dieselbe Breite wie der piezoelektrische Körper 52 aufweisen. Zum Beispiel muss sich die Anregungselektrode 53 nur im Resonanzbereich über die gesamte Breite des piezoelektrischen Körpers 52 erstrecken. Der Bereich der Anregungselektrode 53, der sich auf der Endflächenseite 52a des Resonanzbereichs befindet, kann schmäler sein, da er nur zur elektrischen Verbindung der Anregungselektrode mit der Anschlusselektrode 55 dient.
Beim piezoelektrischen Resonator 51 dieser Ausführungsform liegt das Verhältnis L/D im Bereich von 9,0 bis 14,0, wobei D = T/3 ist, T die Dicke des piezoelektrischen Körpers und L die Länge in seiner Längsrichtung (erste Richtung) angibt. Das heißt, da das Verhältnis L/D, in dem bestimmten Bereich festgelegt ist, können, wie bei der ersten Ausführungsform, unnötige Störkomponenten zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz wirksam unterdrückt werden. Das wird mit Bezug auf die 14 bis 16 beschrieben.
Durch die Methode der finiten Elemente wurde die Verschiebungsverteilung der zwischen der Resonanz- und der Anti-Resonanzfrequenz auftretenden Störvibration analysiert, die man erhält, wenn der piezoelektrische Resonator 51 mit der dritten Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus angeregt wird. Die 14 und 15 zeigen die Ergebnisse. Wie man in 15 sieht, vergrößert sich die Verschiebung (Auslenkung) an beiden Enden der Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers 52, wenn die Störvibration auftritt.
Die Erfinder vermuteten, dass die Störkomponente unterdrückt werden kann, wenn beide Enden der Längsrichtung des piezoelektrischen Körpers 52 festgehalten werden. Insbesondere gingen sie davon aus, dass die Störkomponente unterdrückt werden kann, wenn die beiden Seiten senkrecht zur Dickendehnungsvibrationsrichtung an den Endflächen 52a und 52b des piezoelektrischen Körpers 52, d.h. an der Ober- oder Unterseite der Endflächen 52a und 52b, festgehalten werden.
Der piezoelektrische Resonator 51, dessen Verhältnis L/D variiert wurde, wurde in der oben beschriebenen Weise gehalten und die Erzeugung der Störkomponente untersucht. In 16 sind die Ergebnisse dargestellt. In 16 ist die Intensität der zwischen den Resonanz- und Anti-Resonanzfrequenzen auftretenden Störkomponente als Ordinate eingezeichnet. Die eingezeichneten Werte sind die minimalen Phasenwerte der erzeugten Störkomponenten.
Die durchgezogene Linie E in 16 gibt die Ergebnisse an, die man erhält, wenn der piezoelektrische Resonator dieser Ausführungsform wie oben beschrieben fixiert wird. Die durchgezogene Linie F gibt die Ergebnisse an, die man erhält, wenn der piezoelektrische Resonator 51 nicht an den Endflächen 52a und 52b sondern an der Innenseite der unteren Seiten gehalten wird.
Wie man beim Vergleich der beiden durchgezogenen Linien E und F sieht, können, wenn der piezoelektrischen Resonator 51 dieser Ausführungsform an den Endflächen 52a und 52b an der Unterseite gehalten wird, Störkomponenten bei einem Verhältnis L/D von mindestens 9,0 wirksam unterdrückt werden.
Das heißt, die Verkleinerung und auch gute Resonanzkennwerte können dadurch erzielt werden, dass man das Verhältnis L/D im Bereich von 9,0 bis 14,0 festsetzt und den piezoelektrischen Resonator 51 an den beiden Seiten, nämlich an der Ober- oder Unterseite der Endflächen 52a und 52b, die senkrecht zur Dickendehnungsvibrationsrichtung liegen, haltert.
Beim piezoelektrischen Resonator 51 liegt das Verhältnis L/D im Bereich von 9,0 bis 14,0.
Außerdem können beim piezoelektrischen Resonator 51 dadurch, dass piezoelektrische Körperschichten jeweils auf der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Körpers 52 vorgesehen sind, die Anregungselektroden 53 und 54 die Form innerer Anregungselektroden annehmen. Dieses modifizierte Beispiel ist in 17 dargestellt.
Beim Modifikationsbeispiel von 17 sind die piezoelektrischen Körperschichten 52A und 52B auf beiden Seiten in Dickenrichtung des piezoelektrischen Körpers 52 gebildet und daher arbeiten die Anregungselektroden 53 und 54 als innere Anregungselektroden. In diesem Fall ist die Dicke T des piezoelektrischen Körpers als die Dicke der piezo elektrischen Schicht zwischen den Anregungselektroden 53 und 54 definiert.
Ferner kann sich der piezoelektrische Resonator 51 in einem vom ersten und zweiten Gehäuseteil gebildeten Behälter befinden und so, wie der piezoelektrische Resonator 1 der ersten Ausführungsform, eine piezoelektrische Resonanzvorrichtung bilden. Das heißt, wie in 18 dargestellt ist, kann die piezoelektrische Resonanzvorrichtung dadurch gebildet sein, daß man in der piezoelektrischen Resonanzvorrichtung anstelle des piezoelektrischen Resonators 1, wie er in 11 gezeigt ist, den piezoelektrischen Resonator 51 verwendet.

Claims

Piezoelektrischer Resonator mit Dickendehnungsvibration, der vibrationsdämpfende Bereiche auf beiden Seiten eines Resonanzbereichs aufweist und dazu angepaßt ist, in höheren Oberwellen N-ter Ordnung im Dickendehnungsvibrationsmodus zu vibrieren, der folgendes aufweist: einen rechteckigen plattenförmigen piezoelektrischen Körper; eine erste und eine zweite Anregungselektrode, die auf beiden Seiten des piezoelektrischen Körpers einander gegenüberliegend angeordnet sind; wenigstens eine Innenelektrodenschicht, die innerhalb des piezoelektrischen Körpers angeordnet ist und wenigstens partiell der ersten und zweiten Anregungselektrode mit dazwischenliegenden piezoelektrischen Schichten gegenüberliegt; wobei der Resonanzbereich aus einem Teil des Resonators besteht, wo sich die erste und zweite Anregungselektrode und die Innenelektrode in Dickenrichtung überlappen, wobei sich die erste und zweite Anregungselektrode bis zu den oder in die Nähe der Seitenkanten des piezoelektrischen Körpers senkrecht zur ersten Richtung erstrecken und die erste Richtung so definiert ist, daß sie durch beide vibrationsdämpfende Bereiche, die auf beiden Seiten des Resonanzbereichs liegen, verläuft; und die Anregungselektroden sich in der ersten Richtung des plattenförmigen piezoelektrischen Körpers bis zu einer seiner Endflächen erstrecken und über eine auf dieser Endfläche gebildeten Anschlußelektrode verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, daß – der piezoelektrische Körper (2} ein Verhältnis L/D im Bereich von 9,0 bis 14,0 aufweist, wobei L die Länge des piezoelektrischen Körpers (2) in der ersten Richtung und T seine Dicke angeben, und D = T/N ist, und – die Anschlußelektrode (5) einen nach innen weisenden Vorsprung (5a) aufweist, der sich in Richtung der der Anschlußelektrode (5) gegenüberliegenden Endfläche (2b} hin erstreckt.
Piezoelektrischer Resonator vom energieeinfangenden Typ, der in Dickendehnung vibriert, vibrationsdämpfende Bereiche auf beiden Seiten eines Resonanzbereichs aufweist und dazu angepaßt ist, in der dritten Oberwelle im Dickendehnungsvibrationsmodus zu vibrieren, wobei der Resonator aufweist: einen rechteckigen plattenförmigen piezoefektrischen Körper; eine erste und zweite Anregungselektrode, die auf beiden Seiten des piezoelektrischen Körpers einander gegenüberliegend angeordnet sind; wobei sich die erste und zweite Anregungselektrode bis zu den oder in die Nähe der Seitenkanten des piezoelektrischen Körpers senkrecht zur ersten Richtung erstrecken und die erste Richtung so definiert ist, daß sie durch beide vibrationsdämpfende Bereiche, die auf beiden Seiten des Resonanzbereichs liegen, verläuft; dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Körper (52) ein Verhältnis L/D im Bereich von 9,0 bis 14,0 aufweist, wobei L die Länge des piezoelektrischen Körpers (52) in der ersten Richtung und T seine Dicke angibt, und D = T/3 ist.
Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß piezoelektrische Körperschichten (2A, 2B, 52A, 52B) auf beiden Außenseiten des piezoelektrischen Körpers gebildet sind und somit die erste und zweite Anregungselektrode (3, 4, 53, 54) als innere Anregungselektroden arbeiten.
Piezoelektrischer Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Körper (2, 52) aus einem länglichen streifenförmigen Körper gebildet ist.
Verwendung eines piezoelektrischen Resonators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für eine piezoelektrische Resonanzvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Gehäuseglied, die ein Gehäuse bilden, wobei der piezoelektrische Resonator so mit dem ersten Gehäuseglied verbunden ist, daß ein Raum für die Verhinderung von Vibrationsstörungen geschaffen wird, und das zweite Gehäuseglied so am ersten Gehäuseglied befestigt ist, daß es den am ersten Gehäuseglied befestigten piezoelektrischen Resonator bedeckt.
Verwendung eines piezoelektrischen Resonators gemäß Anspruch 5, bei der als erstes Gehäuseglied ein Kondensatorsubstrat mit einem dielektrischen Substrat und mehreren darauf angeordneten Elektroden eingesetzt wird und der piezoelektrische Resonator elektrisch mit dem in dem Kondensatorsubstrat gebildeten Kondensator verbunden ist.