JP2001144576A - 圧電共振子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚み縦振動の基本波を十分にかつ高精度にダ
ンピングでき、３倍波に基づく共振特性を有効に利用で
き、製造容易である圧電共振子を得る。 【解決手段】 圧電基板２の両主面に第１，第２の励振
電極３，６が形成されており、第１，第２の励振電極
３，６に、それぞれ、引出し電極４，７及び端子電極
５，８が形成されており、端子電極５，８が、励振電極
３，６の外周縁から法線距離で１．２ｄ〜２ｄの領域の
１０％以上の面積部分に至るように形成されている、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、厚み縦振動モード
の３倍波を利用した圧電共振子に関し、より詳細には、
スプリアスとなる基本波を抑制しつつ３倍波に基づく共
振特性を有効に利用し得る圧電共振子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エネルギー閉込め型の圧電共振子
が、圧電発振子などに広く用いられている。特開平６−
１１２７５６号公報には、より高周波数領域で使用し得
るものとして、厚み縦振動の３次高調波を利用した圧電
共振子が開示されている。

【０００３】図１０に示すように、この先行技術に記載
の圧電共振子５１では、圧電セラミックスよりなる圧電
基板５２の上面中央に励振電極５３が形成されている。
圧電基板５２の下面中央には、励振電極５３と表裏対向
するように励振電極（図示されず）が形成されている。
両主面に形成された励振電極５３により、エネルギー閉
込め型の厚み縦振動モードの３次高調波を利用した圧電
共振部が構成されている。

【０００４】圧電板５２の上面においては、励振電極５
３に引出し電極５４が接続されており、引出し電極５４
の外側端に端子電極５５が接続されている。圧電基板５
２の下面においても、同様に励振電極に、引出し電極及
び端子電極が接続されている。もっとも、下面において
形成されている端子電極は、上面に形成されている端子
電極５５とは圧電基板５２の反対側端部に配置されてい
る。

【０００５】また、圧電共振子５１では、樹脂よりなる
ダンピング材５６が塗布されている。ダンピング材５６
は、圧電共振子５１を駆動した場合の厚み縦振動の基本
波の励振領域と、３次高調波の励振領域との間の領域よ
りも外側に配置されている。すなわち、厚み縦振動モー
ドを利用した圧電共振子５１において、基本波の励振領
域は３次高調波の励振領域よりも外側に位置している。
従って、両励振領域の間の領域よりも外側にダンピング
材５６を塗布することにより、基本波のみをダンピング
し、３次高調波をあまりダンピングせずに、３次高調波
を利用することが可能とされている。

【０００６】この場合、ダンピング層５６の塗布されて
いない円形の開口部５６ａの内径は、利用する３次高調
波の波長の６〜１２倍とされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電共
振子５１では、ダンピング材５６の塗布精度が十分でな
く、従って、基本波を十分にダンピングすることはでき
なかった。

【０００８】また、ダンピング材５６は、励振電極５３
を取り囲むように配置されているので、圧電共振子５１
は、ダンピング材５６の開口部５６ａの内径よりも大き
な寸法を有するように構成しなければならなかった。従
って、圧電共振子５１の小型化が困難であった。

【０００９】加えて、ダンピング材５６が、励振電極５
３の周囲を取り囲むように形成されているので、圧電基
板５２に熱衝撃や外力が加わった場合などにおいて、圧
電基板５２にクラックが発生するおそれがあった。

【００１０】本発明の目的は、容易にかつ高精度に厚み
縦モードの基本波を十分にダンピングすることができ、
３次高調波に基づく共振特性を有効に利用することがで
き、小型化を図り得る、エネルギー閉込め型の圧電共振
子を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電共振子
は、圧電基板と、前記圧電基板の両主面に部分的に形成
されており、かつ圧電基板を介して表裏対向された第
１，第２の励振電極と、第１，第２の励振電極にそれぞ
れ電気的に接続されており、圧電基板の第１または第２
の主面に形成された引出し電極と、前記引出し電極の励
振電極が接続されている側とは反対側の端部に形成され
ており、かつ外部と電気的に接続を行うための第１，第
２の端子電極とを備え、前記励振電極の径をｄとしたと
きに、前記端子電極が、励振電極の外縁から法線距離で
１．２ｄ〜２ｄの円環状の領域の１０％以上の面積に至
るように形成されていることを特徴とする。

【００１２】本発明の他の特定の局面では、前記端子電
極の基本波の励振領域と３倍波の励振領域との間の領域
の１０％以上を占めるように至っている部分の少なくと
も一部に半田が付与されている。

【００１３】本発明のより特定の局面では、前記端子電
極の上面の全面に半田が付与されている。本発明に係る
圧電共振子は、前記第１，第２の端子電極に半田付けに
より接合された第１，第２のリード端子をさらに備える
構造とすることができる。

【００１４】もっとも、本発明に係る圧電共振子は、チ
ップ型圧電共振部品として構成されてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
に係る圧電共振子の非限定的な実施例を説明することに
より、本発明を明らかにする。

【００１６】図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の
実施例に係る圧電共振子を示す略図的斜視図及び平面図
である。圧電共振子１は、矩形の圧電基板２を有する。
圧電基板２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミッ
クスのような圧電セラミックス、あるいは水晶などの圧
電単結晶を用いて構成されている。圧電基板２が圧電セ
ラミックスで構成されている場合、厚み方向に分極処理
されている。

【００１７】圧電基板２の上面２ａの中央には、円形の
第１の励振電極３が形成されている。第１の励振電極３
に、引出し電極４が連ねられており、引出し電極４の外
側端に端子電極５が連ねられている。

【００１８】また、圧電基板２の下面においては、第１
の励振電極３と圧電基板２を介して表裏対向するように
第２の励振電極６が形成されている。第２の励振電極６
に第２の引出し電極７が連ねられており、第２の引出し
電極７の外側端に第２の端子電極８が連ねられている。

【００１９】端子電極５は、圧電基板２の上面２ａにお
いて、圧電基板２の端面２ｄと上面２ａとのなす端縁に
沿うように形成されている。また、端子電極５は、側面
２ｅ側において、端面２ｃ側に向かって延ばされた電極
延長部５ａを有する。この電極延長部５ａは、図１
（ｂ）に示す仮想円Ａの外側に位置するように構成され
ている。

【００２０】仮想円Ａは、励振電極３の外周縁から法線
距離で１．２ｄの位置に配置されている。本実施例の特
徴は、上記端子電極５，６が、励振電極３，６の外周縁
から法線距離で１．２ｄ〜２ｄの範囲の領域の１０％以
上の面積を占めるように電極延長部５ａ，８ａが形成さ
れていることにある。

【００２１】次に、具体的な実験例に基づき、上記電極
延長部５ａ，８ａが形成されていることにより、基本波
の応答に基づくスプリアスを抑制し得ることを説明す
る。圧電基板２として、ＰＺＴ系セラミックスからな
り、２．３５×３．７０×厚み０．４８ｍｍの矩形の圧
電基板を用意した。該圧電基板２の両主面中央に、直径
が１．４ｍｍの励振電極３，６を形成した。また、端子
電極５として、図１（ｂ）における距離Ｌ、すなわち引
出し電極４の外側端から、端面２ｄまでの距離Ｌを０．
４ｍｍとした。また、仮想円Ａの半径と、励振電極３の
半径との差Ｂを種々変更し、様々な圧電共振子を作製
し、位相−周波数特性を測定した。この位相−周波数特
性上に表れた、基本波の応答及び３倍波の応答を図２に
示す。

【００２２】図２において、横軸は、上記仮想円Ａの半
径と、励振電極３の半径との差Ｂを示し、縦軸は基本波
及び３倍波の応答の大きさ（位相値の相対値）を示す。
なお、この相対値は、図２において（なし）と表現され
ている従来の圧電共振子、すなわち電極延長部５ａ，８
ａが設けられていない圧電共振子の場合の基本波及び３
倍波の位相値をそれぞれ１とし、該位相値に対する各圧
電共振子における基本波及び３倍波の位相値の相対的な
割合を示す。

【００２３】図２から明らかなように、寸法Ｂが０．３
〜０．５ｍｍの範囲では、３倍波の応答は、電極延長部
５ａ，８ａが設けられていない従来の圧電共振子と同等
であるが、３倍波が効果的にダンピングされていること
がわかる。また、寸法Ｂが０．２ｍｍの場合には、基本
波が効果的にダンピングされるものの、３倍波の応答も
ダンピングされることがわかる。

【００２４】従って、寸法Ｂを０．３〜０．５ｍｍ、言
い換えれば励振電極３，６の直径をｄとしたときに、
１．２ｄ〜２ｄの領域に電極延長部５ａ，８ａを形成す
れば、基本波を十分にダンピングして３倍波を有効に利
用し得ることがわかる。

【００２５】また、励振電極３，６の外周縁から法線距
離で１．２ｄ〜２ｄの領域のうち、どの程度の面積を占
めるように電極延長部５ａ，８ａを形成すれば効果があ
るか否かを、上記実験例と同様にして評価した。すなわ
ち、上記実験例で用意した圧電共振子において、寸法Ｂ
が０．３〜０．５ｍｍの領域中の電極延長部５ａ，８ａ
の占める面積割合を種々変化させ、位相−周波数特性を
測定した。位相−周波数特性に表れた、基本波の応答及
び３倍波の応答を図３に示す。

【００２６】図３において、横軸は、上記寸法Ｂが１．
２ｄ〜２ｄの領域における電極延長部の面積割合（％）
を示し、縦軸は図２と同様に、基本波及び３倍波の応答
の大きさ（位相値の相対値）を示す。なお、この相対値
は、図３において、電極延長部面積割合が０％の場合の
基本波及び３倍波の位相値をそれぞれ１とし、該位相値
に対する各圧電共振子における基本波及び３倍波の相対
的な割合を示す。

【００２７】図３から明らかなように、上記励振電極
３，６の外周縁から法線距離で１．２ｄ〜２ｄの領域の
うち、１０％未満の面積を占める程度に電極延長部５
ａ，８ａを形成した場合には、基本波のダンピングが十
分でないことがわかる。

【００２８】従って、励振電極３，６の直径をｄとした
とき、励振電極３，６の外周縁から法線距離で１．２ｄ
〜２ｄの間の領域の１０％以上の面積を占めるように端
子電極５，６を形成すれば、基本波をダンピングしつ
つ、３倍波を有効に利用し得ることがわかる。

【００２９】なお、第１の実施例では、電極延長部５
ａ，８ａは、仮想円Ａの外周縁に連なるようにかつ仮想
円Ａの外側に形成されていたが、電極延長部の形状につ
いては、特に限定されない。例えば、図４に示すよう
に、上記法線距離が１．２ｄの位置にある仮想円Ｃと、
上記法線距離が２ｄである仮想円Ａの間の領域の１０％
以上の面積を占めるように、ランダムな凹凸形状とされ
た電極延長部５ｂを形成してもよい。

【００３０】また、図５に示すように、圧電基板２の側
面２ｅに至る直線部５ｃが形成されるように電極延長部
５ａを変形してもよい。この場合、圧電基板２の下面２
ｂにおける端子電極８についても、同様な直線部８ｃが
形成されていてもよく、直線部８ｂ，８ｃが、側面２ｆ
側において対向されていてもよい。

【００３１】図６は、本発明の第２の実施例に係る圧電
共振子を説明するための平面図である。第２の実施例の
圧電共振子１１は、端子電極５が、図５に示した変形例
の圧電共振子と同様に構成されているが、端子電極５上
に半田層１２が形成されている点において異なる。

【００３２】半田層１２は、端子電極５上において、上
記法線距離が１．２ｄ〜２ｄの間の領域の１０％以上を
占めるように至っている部分、すなわち電極延長部５ａ
の一部に形成されている。この場合、半田層１２が形成
されていることにより、基本波がより効果的にダンピン
グされる。

【００３３】その他の点については、第１の実施例と同
様であるため、同一の部分については、同一の参照番号
を付することにより、第１の実施例について行った説明
を援用することとする。

【００３４】なお、上記半田層１２は、電極延長部５ａ
の全領域に形成されていてもよく、さらには端子電極５
の全領域に至るように形成されていてもよい。なお、下
面の端子電極８上においても、同様に半田層が形成され
る。

【００３５】図７〜図９は、第２の実施例に係る圧電共
振子の変形例を示す各平面図である。図７に示す圧電共
振子１３では、端子電極５が、圧電基板２の端面２ｄの
全幅には至らないように形成されている。また、端子電
極５の内側に、電極延長部５ａが形成されており、該電
極延長部５ａ上に半田層１２が形成されている。

【００３６】図８に示す圧電共振子１４では、端子電極
５が、引出し電極４の両側において、電極延長部５ａが
形成されており、かつ複数の半田層１２が端子電極５の
電極延長部５ａ上において分散配置されている。このよ
うに、半田層を設ける場合、複数の半田層が分散配置さ
れていてもよい。

【００３７】図９に示す圧電共振子１５では、端子電極
５は、圧電基板２の一方の側面２ｆには至らないように
形成されており、かつ端子電極５の上面の全面に半田層
１２が形成されている。

【００３８】図７〜図９から明らかなように、本発明に
係る圧電共振子において、端子電極５，８の形状につい
ては、基本波の励振領域と、３倍波の励振領域との間の
領域の１０％以上の面積に至るように形成されている限
り、適宜変形することができ、かつ第２の実施例のよう
に半田層を形成する場合、半田層の形成部分についても
適宜変形し得ることがわかる。

【００３９】また、本発明に係る圧電共振子は、端子電
極５，８に半田付けにより第１，第２のリード端子を接
合することにより、リード付きの圧電共振部品として構
成してもよく、あるいは圧電共振子１を適宜のパッケー
ジ構造内に収納してチップ型圧電共振部品としてもよ
い。

【００４０】

【発明の効果】本発明に係る圧電共振子では、第１，第
２の端子電極が、励振電極の外周縁から法線距離で１．
２ｄ〜２ｄの範囲の領域の１０％以上の面積部分に至る
ように形成されているので、基本波が十分にダンピング
され、かつ３倍波に基づく共振特性を有効に利用するこ
とができ、共振特性が良好な厚み縦振動モードの３倍波
を利用したエネルギー閉込め型の圧電共振子を提供する
ことができる。

【００４１】しかも、従来の圧電共振子では、基本波の
ダンピングに樹脂などからなるダンピング材を付与する
必要があったのに対し、本発明に係る圧電共振子では、
端子電極を上記領域の１０％以上の面積に至るように延
長するだけで基本波をダンピングし得るので、製造が容
易であり、かつ高精度に形成し得る。従って、基本波を
より効果的にダンピングすることができ、かつ小型化も
図り得る。

【００４２】端子電極の基本波の励振領域と３倍波の励
振領域との間の領域の１０％以上を占めるように至って
いる電極延長部の少なくとも一部に半田が付与されてい
る場合には、半田の質量付加作用により、基本波をより
効果的にダンピングすることができる。

【００４３】端子電極の上面の全面に半田が付与されて
いる場合には、基本波をより一層効果的にダンピングす
ることができると共に、該半田を利用してリード端子や
パッケージの接続電極等との電気的接続及び物理的接合
を容易に行うことができる。

【００４４】第１，第２の端子電極に第１，第２のリー
ド端子が半田付けにより接合されている場合には、本発
明に従って基本波が十分にダンピングされ、かつ３倍波
の共振特性を有効に利用し得るリード付きの圧電共振部
品を提供することができる。

【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
係る圧電共振子を示す斜視図及び平面図。

【図２】第１の実施例の圧電共振子において、励振電極
の半径と３倍波の励振領域の外周縁に相当する仮想円Ａ
の半径との差Ｂ寸法と、基本波及び３倍波の応答（位相
値）との関係を示す図。

【図３】励振電極の外周縁から法線距離で１．２ｄ〜２
ｄの領域中の電極延長部の面積割合と、基本波及び３倍
波の応答との関係を示す図。

【図４】第１の実施例の圧電共振子の変形例を示す平面
図。

【図５】第２の実施例の圧電共振子の変形例を示す平面
図。

【図６】本発明の第２の実施例に係る圧電共振子の平面
図。

【図７】第２の実施例の圧電共振子の変形例を示す平面
図。

【図８】第２の実施例の圧電共振子の他の変形例を示す
平面図。

【図９】第２の実施例の圧電共振子のさらに他の変形例
を示す平面図。

【図１０】従来のエネルギー閉込め型圧電共振子の一例
を示す平面図。

【符号の説明】

１…圧電共振子 ２…圧電基板 ２ａ…上面（主面） ２ｂ…下面（主面） ２ｃ，２ｄ…端面 ２ｅ，２ｆ…側面 ３…第１の励振電極 ４…第１の引出し電極 ５…第１の端子電極 ６…第２の励振電極 ７…第２の引出し電極 ８…第２の端子電極 ５ａ，８ａ…電極延長部 １１…圧電共振子 １２…半田層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板と、前記圧電基板の両主面に部
   分的に形成されており、かつ圧電基板を介して表裏対向
   された第１，第２の励振電極と、 第１，第２の励振電極にそれぞれ電気的に接続されてお
   り、圧電基板の第１または第２の主面に形成された引出
   し電極と、 前記引出し電極の励振電極が接続されている側とは反対
   側の端部に形成されており、かつ外部と電気的に接続を
   行うための第１，第２の端子電極とを備え、 前記励振電極の径をｄとしたときに、前記端子電極が、
   励振電極の外縁から法線距離で１．２ｄ〜２ｄの円環状
   の領域の１０％以上の面積に至るように形成されている
   ことを特徴とする、圧電共振子。
2. 【請求項２】 前記端子電極の基本波の励振領域と３倍
   波の励振領域との間の領域の１０％以上を占めるように
   至っている部分の少なくとも一部に半田が付与されてい
   る、請求項１に記載の圧電共振子。
3. 【請求項３】 前記端子電極の上面の全面に半田が付与
   されている、請求項２に記載の圧電共振子。
4. 【請求項４】 前記第１，第２の端子電極に半田付けに
   より接合された第１，第２のリード端子をさらに備え
   る、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電共振子。