JP2000183684A - 厚み縦圧電共振子及び圧電共振部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚み縦振動モードの３倍波を利用した厚み縦
圧電共振子であって、小型化を進めることができ、不要
スプリアスを効果的に抑圧し得る、良好な共振特性を有
する厚み縦圧電共振子を得る。 【解決手段】 ストリップ型の矩形板状の圧電体２と、
圧電体２の両面に形成されており、圧電体２を介して表
裏対向された第１，第２の励振電極３，４とを備え、第
１，第２の励振電極３，４と反対側の電位に接続される
端子電極７，５との間の圧電体２の長さ方向に沿う間隔
をＧｏ、圧電体２の厚みをＴ、Ｄ＝Ｔ／３としたとき
に、Ｇｏ／Ｄ≧２．０とされている、厚み縦圧電共振子
１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の共振子や発
振子等に用いられる圧電共振子及び圧電共振部品に関
し、より詳細には、厚み縦振動モードの高調波を利用し
た厚み縦圧電共振子及び圧電共振部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電共振子は、圧電発振子や圧電フィル
タなどの種々の圧電共振部品に用いられており、この種
の圧電共振子としては、使用周波数に応じて種々の圧電
振動モードを利用したものが知られている。

【０００３】特開平１−１１７４０９号公報には、厚み
縦振動モードの２倍波を利用したエネルギー閉じ込め型
圧電共振子が開示されている。この圧電共振子を、図７
及び図８を参照して説明する。

【０００４】上記圧電共振子は、図７に分解斜視図で示
すように、圧電材料よりなるセラミックグリーンシート
５１，５２を積層し、一体焼成することにより得られて
いる。セラミックグリーンシート５１上には、中央に円
形の励振電極５３が形成されており、該励振電極５３
は、引き出し電極５４によりセラミックグリーンシート
５１の端縁に引き出されている。また、セラミックグリ
ーンシート５２の上面には、中央に円形の励振電極５５
が形成されており、励振電極５５は引き出し電極５６に
よりセラミックグリーンシート５２の端縁に引き出され
ている。また、セラミックグリーンシート５２の下面に
は、下方に投影して示すように、励振電極５７が形成さ
れており、励振電極５７は引き出し電極５８によりセラ
ミックグリーンシート５２の端縁に引き出されている。

【０００５】上記セラミックグリーンシート５１，５２
を積層し、厚み方向に加圧した後焼成することにより、
焼結体を得、該焼結体を分極処理することにより、図８
に示す圧電共振子６０が得られる。

【０００６】圧電共振子６０では、圧電体層６１，６２
が図示の矢印方向に、すなわち焼結体が厚み方向に一様
に分極処理されている。駆動に際しては、励振電極５
３，５７を共通接続し、励振電極５３，５７と、励振電
極５５との間で交流電圧を印加することにより、圧電共
振子６０を共振させることができる。この場合、振動エ
ネルギーは、励振電極５３，５５，５７が重なり合って
いる領域、すなわち共振部Ａに閉じ込められる。

【０００７】従来の厚み縦振動モードの高調波を利用し
た圧電共振子６０は、上記のようにエネルギー閉じ込め
型圧電共振子として構成されており、従って、共振部Ａ
の周囲に振動を減衰させるための振動減衰部を必要とし
ていた。すなわち、共振部の面積に比べて大きな振動減
衰部を必要としていた。従って、圧電共振子６０では小
型化を進めることが困難であった。

【０００８】他方、特開平２−２３５４２２号公報に
は、共振部の周囲に余分な圧電基板部分をあまり必要と
しない、ストリップ型の圧電セラミックスを用いたエネ
ルギー閉じ込め型圧電共振子が開示されている。

【０００９】ここでは、図９に示すように、細長い圧電
基板７１の上面に励振電極７２ａが、下面に励振電極７
２ｂが形成されている。励振電極７２ａ，７２ｂは、そ
れぞれ、圧電基板７１の一対の長辺に至るように、すな
わち全幅に至るように形成されており、かつ圧電基板７
１の長さ方向中央において表裏対向されて共振部を構成
している。また、これらの励振電極７２ａ，７２ｂは、
それぞれ、圧電基板７１の長さ方向端部７１ａ，７１ｂ
に至るように延ばされている。

【００１０】圧電共振子７０では、厚み縦振動モードを
励振した場合、圧電基板７１の幅Ｗと厚みＴの寸法関係
に起因する不要振動が発生する。そこで、特開平２−２
３５４２２号公報では、基本波を利用する場合には、共
振周波数１６ＭＨｚにおいてＷ／Ｔ＝５．３３付近とす
ればよいこと、３倍波を利用する場合には、共振周波数
約１６ＭＨｚにおいてＷ／Ｔ＝２．８７付近とすれば、
共振周波数−反共振周波数間における不要スプリアスを
低減し得るとされている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した通り、厚み縦
振動モードの２倍波を利用した特開平１−１１７４０９
号公報に開示されているエネルギー閉じ込め型圧電共振
子では、共振部の周囲に大きな振動減衰部を構成する必
要があるため、小型化が困難であるという問題があっ
た。

【００１２】また、特開平２−２３５４２２号公報に開
示されているエネルギー閉じ込め型圧電共振子では、共
振部の側方に振動減衰部を必要としないため、小型化を
果たし得るものの、実際に厚み縦振動モードの高調波を
利用しようとした場合には、共振周波数−反共振周波数
間のスプリアス以外に、様々な不要スプリアスが現れ、
有効な共振特性を得られないという問題があった。

【００１３】また、特開平２−２３５４２２号公報に開
示されている圧電共振子では、その電気的容量が比較的
小さく、回路基板の浮遊容量などの影響を受けやすかっ
た。よって、本発明の目的は、厚み縦振動モードの高調
波を利用した厚み縦圧電共振子であって、小型化を進め
ることができ、かつ電気的容量が大きく、回路基板の浮
遊容量などの影響を受け難く、所望でない不要スプリア
スの発生を効果的に抑制し得る良好な共振特性を有する
厚み縦圧電共振子及び圧電共振部品を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、共振部の両側
に振動減衰部を有し、厚み縦振動の３倍波を利用したエ
ネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子であって、矩形板
状の圧電体と、前記圧電体の両面に形成されており、圧
電体を介して対向された第１，第２の励振電極と、共振
部の両側の振動減衰部を結ぶ方向を第１の方向としたと
きに、圧電体の第１の方向を両端に形成されており、第
１または第２の励振電極に電気的に接続されている第
１，第２の端子電極とを備え、前記第１，第２の励振電
極が厚み方向に重なり合っている部分により共振部が構
成されており、第１の方向と直交する方向において、圧
電体の端部または端部近傍まで第１，第２の励振電極が
至るように第１，第２の励振電極が形成されており、第
１，第２の励振電極と、該励振電極とは反対側の電位に
接続される端子電極との間の第１の方向に沿う間隔をＧ
ｏ、圧電体の厚みをＴ、Ｄ＝Ｔ／３としたときに、Ｇｏ
／Ｄ≧２．０とされていることを特徴とする。

【００１５】本発明に係る厚み縦圧電共振子では、好ま
しくは圧電体として細長いストリップ状圧電体が用いら
れる。また、本発明に係る圧電共振部品は、第１，第２
のケース材と、振動を妨げない空隙を確保した状態で第
１のケース材に取り付けられた請求項１または２に記載
の厚み縦圧電共振子とを備え、第１のケース材に取り付
けられた厚み縦圧電共振子を囲繞するように、第２のケ
ース材が第１のケース材に固定されていることを特徴と
する。

【００１６】本発明の圧電共振部品では、好ましくは、
第１のケース材として、誘電体基板と、誘電体基板に形
成された複数のコンデンサ電極とを有するコンデンサ基
板が用いられ、厚み縦圧電共振子がコンデンサ基板に構
成されているコンデンサと電気的に接続されている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
具体的な実施例を挙げることにより、本発明を明らかに
する。

【００１８】（第１の実施例）図１（ａ）及び（ｂ）
は、本発明の第１の実施例に係る厚み縦圧電共振子を示
す斜視図及び縦断面図である。

【００１９】厚み縦圧電共振子１は、細長いストリップ
状の圧電体２を用いて構成されている。圧電体２は、チ
タン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスで構
成されている。

【００２０】圧電体２は、矢印Ｐで示すように、厚み方
向に一様に分極処理されている。他方、圧電体２の上面
には、第１の励振電極３が形成されており、下面には第
２の励振電極４が形成されている。励振電極３は、圧電
体２の一方端面２ａ側から圧電体２の上面において他方
端面２ｂ側に向かって、但し端面２ｂには至らないよう
に延ばされている。励振電極４は、圧電体２の下面にお
いて、端面２ｂ側から端面２ａ側に向かって、但し端面
２ａには至らないように延ばされている。

【００２１】従って、圧電体２の長さ方向中央部分にお
いて、励振電極３と励振電極４とが圧電体２を介して表
裏対向されている。なお、励振電極３は、圧電体２の端
面２ａから下面に至る端子電極５に接続されている。

【００２２】駆動に際しては、第１，第２の励振電極
３，４間に交流電圧を印加することにより、厚み縦振動
モードの３倍波が強く励振され、該３倍波を利用した圧
電共振子として動作させることができる。

【００２３】なお、本実施例では、第１，第２の励振電
極３，４が圧電体２の長さ方向中央部分において圧電体
層を介して重なり合うように形成されている。従って、
第１，第２の励振電極３，４が重なり合っている部分に
おいて、エネルギー閉じ込め型の共振部が構成され、こ
の共振部が振動した場合のエネルギーは、共振部と端面
２ａ，２ｂとの間の圧電体部分で減衰される。

【００２４】言い換えれば、上記共振部を中心として考
えると、圧電体２の長さ方向（第１の方向）のみにおい
て振動減衰部が両側に設けられており、第１，第２の励
振電極は、長さ方向と直交する方向において、圧電板の
端部、すなわち長手方向に延びる端縁に至るように形成
されている。

【００２５】この場合、第１，第２の励振電極３，４
は、共振部においてのみ、圧電体２の全幅に至るように
形成されておればよく、共振部外では、同じ幅に形成さ
れている必要は必ずしもない。例えば、励振電極３を例
にとると、共振部においてのみ、励振電極３は圧電体２
の全幅に至るように形成されておればよく、励振電極３
の共振部より端面２ａ側の部分は、単に励振電極を端子
電極５に電気的に接続する部分であるため、細い幅で形
成されていてもよい。

【００２６】本実施例の厚み縦圧電共振子１の特徴は、
第１，第２の励振電極３，４と、該励振電極３，４とは
反対側の電位に接続される端子電極７，５との間の第１
の方向に沿う間隔をＧｏとしたときに、Ｇｏ／Ｄが２．
０以上とされていることにある。なお、Ｄは、圧電体２
の厚みをＴとしたときに、Ｄ＝Ｔ／３で表される。

【００２７】本実施例の厚み縦圧電共振子１では、Ｇｏ
／Ｄが２．０以上とされていることにより、不要スプリ
アスを効果的に抑圧することができ、良好な共振特性が
得られる。これを、以下において説明する。

【００２８】本願発明者は、厚み縦圧電共振子１の共振
部の振動を妨げない空間を隔てて、端子電極５，７をケ
ース基板などに接合し、厚み縦圧電共振子１を保持した
場合、場合によっては、共振周波数と反共振周波数との
間の周波数領域に大きなスプリアスが発生することを見
出した。

【００２９】すなわち、図３に位相−周波数特性を示す
ように、共振周波数と反共振周波数との間の周波数域に
おいて、矢印Ｂで示す大きなスプリアスが見られること
があった。また、厚み縦圧電共振子の各寸法を種々異な
らせた場合、上記スプリアスＢが余り発生しないことも
あった。すなわち、図２に位相−周波数特性で示すよう
に、共振周波数と反共振周波数との間の周波数領域にお
いてスプリアスの見られないこともあった。

【００３０】そこで、図２及び図３に示す各特性が得ら
れる相違点について、種々検討した結果、第１，第２の
励振電極３，４と、励振電極３，４とは反対側の電位に
接続される端子電極７との間の第１の方向に沿う間隔Ｇ
ｏを、特定の値とすれば、図２に示すように、スプリア
スを効果的に抑圧することを見出し、本発明をなすに至
った。

【００３１】すなわち、上記間隔Ｇｏが小さ過ぎると、
励振電極３，４と端子電極７との間に生じる電界による
電歪効果のために、別の振動が発生し、共振周波数と反
共振周波数との間の周波数領域に大きなスプリアスが現
れる。そこで、上記比Ｇｏ／Ｄを種々異ならせ、種々の
厚み縦圧電共振子を作成し、共振周波数と反共振周波数
との間に上記スプリアスがどの程度発生するかを調べ
た。結果を図４に示す。

【００３２】図４の横軸は、比Ｇｏ／Ｄを示し、縦軸
は、共振周波数と反共振周波数との間に現れるスプリア
スＢにおける位相値を示す。すなわち、図３に矢印Ｂで
示すスプリアスが現れている部分における最低位相値を
示す。

【００３３】なお、圧電体２としては、２．０×０．４
×厚み０．４５ｍｍのものを用いた。すなわち、Ｔ＝
０．４５ｍｍであり、Ｄ＝０．４５／３＝０．１５ｍｍ
である。また、上記Ｄを０．１５ｍｍと一定とし、Ｇｏ
を種々異ならせ、種々の厚み縦圧電共振子を得た。

【００３４】図４から明らかなように、Ｇｏ／Ｄが２．
０未満の場合には、共振周波数と反共振周波数との間に
現れるスプリアスＢの最低位相値が急激に小さくなり、
従ってスプリアスＢの大きさが急激に大きくなることが
わかる。逆に、Ｇｏ／Ｄが２．０以上の場合には、共振
周波数と反共振周波数との間に現れるスプリアスはさほ
ど大きくならないことがわかる。よって、共振周波数と
反共振周波数との間に現れる上記スプリアスを抑圧する
には、比Ｇｏ／Ｄを２．０以上とすればよいことがわか
る。

【００３５】なお、Ｇｏ／Ｄの上限値については、上記
スプリアスＢを抑圧する上では、特に限定されないが、
厚み縦圧電共振子１の小型化を図る上では、２０以下と
することが望ましい。

【００３６】なお、図２に示した位相−周波数特性は、
Ｇｏ／Ｄ＝２．０の場合の特性であり、図３に示した特
性は、Ｇｏ／Ｄ＝１．５の場合の特性に相当する。すな
わち、図２及び図３から明らかなように、Ｇｏ／Ｄを
２．０以上とすることにより、共振周波数と反共振周波
数との間に現れる不要スプリアスを効果的に抑圧するこ
とができ、良好な共振特性の得られることがわかる。

【００３７】（第２の実施例）図５は、本発明に係るチ
ップ型圧電共振部品の実施例を説明するための分解斜視
図である。本実施例のチップ型圧電共振部品では、図１
に示した厚み縦圧電共振子１が、第１のケース材として
のコンデンサ基板１１上に、導電性接着剤１２，１３を
介して接合されている。コンデンサ基板１１は、誘電体
セラミックスなどの誘電体材料よりなる矩形の誘電体基
板１１ａと、誘電体基板１１ａの外表面に形成された複
数の電極１１ｂ〜１１ｄとを有する。コンデンサ基板１
１では、電極１１ｂ，１１ｄと１１ｃとの間でそれぞれ
コンデンサが構成されている。

【００３８】また、厚み縦圧電共振子１は、振動を妨げ
ないための空間を隔ててコンデンサ基板１１に接合され
ている。この接合は、導電性接着剤１２，１３により、
端子電極５，７をそれぞれ、電極１１ｂ，１１ｄに接合
することにより行われている。

【００３９】従って、この圧電共振部品では、図６に示
すように、電極１１ｂ〜１１ｄ間に、共振子と２個のコ
ンデンサとを有する回路が構成されている。よって、単
一の部品で負荷容量内蔵型圧電発振子を構成し得る。

【００４０】また、厚み縦圧電共振子１を囲繞するよう
に、コンデンサ基板１１に、第２のケース材としてのキ
ャップ１４が絶縁性接着剤を用いて接合される。なお、
本発明に係る圧電共振部品では、第１，第２のケース材
については、上記コンデンサ基板１１及びキャップ１４
を用いたものに限定されない。すなわち、第１のケース
材として、上方に開口が開いた容器本体を用意し、上記
容器本体内に厚み縦圧電共振子１を収納し、容器本体を
閉成する第２のケース材としての蓋材を第１のケース材
に接合してもよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明に係る厚み縦圧電共振子では、矩
形板状の圧電体と、圧電体の両面に形成された第１，第
２の励振電極とを備え、厚み縦振動モードの３倍波を利
用するが、上記比Ｇｏ／Ｄが２．０以上とされているの
で、共振周波数と反共振周波数との間に表れる不要スプ
リアスを効果的に抑制することができる。よって、共振
特性が良好であり、厚み縦振動の３倍波を利用したエネ
ルギー閉じ込め型の厚み縦圧電共振子を提供することが
できる。

【００４２】加えて、共振部の第１の方向に沿う両側に
のみ振動減衰部が設けられており、第１の方向と直交す
る方向においては、振動減衰部が設けられていないた
め、第１の方向と直交する方向における厚み縦圧電共振
子の寸法を小さくすることができ、従って、小型の厚み
縦圧電共振子を提供することが可能となる。

【００４３】本発明に係る厚み縦圧電共振子において、
圧電体として細長いストリップ状圧電体を用いた場合に
は、幅方向寸法を小さくすることができ、より小型の厚
み縦圧電共振子を提供することができる。

【００４４】第２の発明に係る圧電共振部品では、第
１，第２のケース材によりケースが構成され、本発明に
係る厚み縦圧電共振子が振動を妨げないための空隙を確
保した状態で第１のケース材に接合されており、かつ第
２のケース材が第１のケース材に接合された厚み縦圧電
共振子を囲繞するように第１のケース材に固定されてい
る。従って、プリント回路基板などに表面実装可能な電
子部品としての圧電共振部品を構成することができる。

【００４５】加えて、第１のケース材がコンデンサ基板
により構成されており、厚み縦圧電共振子がコンデンサ
基板により構成されているコンデンサに電気的に接続さ
れている場合には、共振子とコンデンサとを電気的に接
続してなる圧電発振子を単一の部品で構成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例に
係る厚み縦圧電共振子を説明するための斜視図及び縦断
面図。

【図２】第１の実施例に係る厚み縦圧電共振子における
位相値−周波数特性を示す。

【図３】比Ｇｏ／Ｄ＝１．５の場合の位相値−周波数特
性を示す。

【図４】比Ｇｏ／Ｄを種々異ならせた場合のスプリアス
部分における最低位相値の変化を示す。

【図５】本発明の第２の実施例としての圧電共振部品を
説明するための分解斜視図。

【図６】図５に示した圧電共振部品の回路構成を示す
図。

【図７】従来の厚み縦圧電共振子の一例を説明するため
の分解斜視図。

【図８】図７に示した厚み縦圧電共振子の断面図。

【図９】従来の厚み縦圧電共振子の他の例を説明するた
めの斜視図。

【符号の説明】

１…厚み縦圧電共振子 ２…圧電体 ３，４…第１，第２の励振電極 ５…端子電極 ５ａ…内方突出部 ６…内部電極 ７…端子電極 １１…コンデンサ基板 １１ａ…誘電体基板 １１ｂ〜１１ｄ…電極 １２，１３…導電性接着剤 １４…第２のケース材としてのキャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J108 AA01 BB04 CC04 CC12 DD01 DD06 DD07 DD08 EE03 EE04 EE07 EE18 FF04 GG03 GG08 GG16 JJ02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振部の両側に振動減衰部を有し、厚み
   縦振動の３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型厚み縦
   圧電共振子であって、 矩形板状の圧電体と、 前記圧電体の両面に形成されており、圧電体を介して対
   向された第１，第２の励振電極と、 共振部の両側の振動減衰部を結ぶ方向を第１の方向とし
   たときに、圧電体の第１の方向の両端に形成されてお
   り、第１または第２の励振電極に電気的に接続されてい
   る第１，第２の端子電極とを備え、 前記第１，第２の励振電極が厚み方向に重なり合ってい
   る部分により共振部が構成されており、第１の方向と直
   交する方向において、圧電体の端部または端部近傍まで
   第１，第２の励振電極が至るように第１，第２の励振電
   極が形成されており、 第１，第２の励振電極と、該励振電極とは反対側の電位
   に接続される端子電極との間の第１の方向に沿う間隔を
   Ｇｏ、圧電体の厚みをＴ、Ｄ＝Ｔ／３としたときに、Ｇ
   ｏ／Ｄ≧２．０とされていることを特徴とする、厚み縦
   圧電共振子。
2. 【請求項２】 前記圧電体が細長いストリップ状圧電体
   により構成されている、請求項１に記載の厚み縦圧電共
   振子。
3. 【請求項３】 第１，第２のケース材と、 振動を妨げない空隙を確保した状態で第１のケース材に
   取り付けられた請求項１または２に記載の厚み縦圧電共
   振子とを備え、 第１のケース材に取り付けられた厚み縦圧電共振子を囲
   繞するように、第２のケース材が第１のケース材に固定
   されていることを特徴とする、圧電共振部品。
4. 【請求項４】 第１のケース材が誘電体基板と、誘電体
   基板の外表面に形成された複数のコンデンサ電極とを備
   えるコンデンサ基板であり、 前記厚み縦圧電共振子がコンデンサ基板に構成されたコ
   ンデンサと電気的に接続されている、請求項３に記載の
   圧電共振部品。