JP2002299998A - 圧電振動素子および圧電フィルタ - Google Patents
圧電振動素子および圧電フィルタInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板
の厚み方向を向いている厚み縦振動を主振動とする圧電
振動子において、主振動共振周波数と反共振周波数の間
に不要共振の無い安定した特性の圧電振動子を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 励振用電極長さＬｅと振動子厚みＨとの
比Ｌｅ／Ｈを４以上１３以下とすることを特徴とする圧
電振動子である。上記構造をとることで、インハーモニ
ック・オーバートーンがエネルギー閉じ込め条件を満足
しないため、主振動共振周波数と反共振周波数の間に不
要共振が無く安定した特性が得られるという効果を有す
る。
の厚み方向を向いている厚み縦振動を主振動とする圧電
振動子において、主振動共振周波数と反共振周波数の間
に不要共振の無い安定した特性の圧電振動子を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 励振用電極長さＬｅと振動子厚みＨとの
比Ｌｅ／Ｈを４以上１３以下とすることを特徴とする圧
電振動子である。上記構造をとることで、インハーモニ
ック・オーバートーンがエネルギー閉じ込め条件を満足
しないため、主振動共振周波数と反共振周波数の間に不
要共振が無く安定した特性が得られるという効果を有す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電材料に酸化亜鉛
を用いた圧電振動素子および圧電フィルタに関するもの
である。
を用いた圧電振動素子および圧電フィルタに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】固体中を伝わる波であるバルク波を用い
た圧電振動素子として、各種電子機器などのクロック源
として用いられる圧電振動子や、通信機器の周波数抽出
用などに用いられる圧電フィルタがある。これらの圧電
振動素子の使用される周波数域は近年高周波化してお
り、主振動として厚みすべり、厚み縦などの厚み振動が
用いられ、特に不要振動の抑圧や素子の保持が容易なエ
ネルギー閉じ込め現象を利用したものが多い。エネルギ
ー閉じ込め現象とは、ある特定の圧電材料で厚みすべり
振動や厚み縦振動などのある特定の振動モードを用いる
場合、圧電振動素子主面に部分的に励振用電極を形成す
ると振動エネルギーが励振用電極下のみに閉じ込められ
る現象を言い、Ｓｈｏｃｋｌｅｙ、尾上らにより詳細に
解析されている。
た圧電振動素子として、各種電子機器などのクロック源
として用いられる圧電振動子や、通信機器の周波数抽出
用などに用いられる圧電フィルタがある。これらの圧電
振動素子の使用される周波数域は近年高周波化してお
り、主振動として厚みすべり、厚み縦などの厚み振動が
用いられ、特に不要振動の抑圧や素子の保持が容易なエ
ネルギー閉じ込め現象を利用したものが多い。エネルギ
ー閉じ込め現象とは、ある特定の圧電材料で厚みすべり
振動や厚み縦振動などのある特定の振動モードを用いる
場合、圧電振動素子主面に部分的に励振用電極を形成す
ると振動エネルギーが励振用電極下のみに閉じ込められ
る現象を言い、Ｓｈｏｃｋｌｅｙ、尾上らにより詳細に
解析されている。
【０００３】以下にエネルギー閉じ込めについて、圧電
振動素子の断面図である図３を用いて説明する。図３に
示すように、励振用電極６のある部分における遮断周波
数をｆ0とし、無電極部における遮断周波数をｆ0’とす
ると、ｆ0’よりも大きい周波数では振動エネルギーは
自由に伝搬し励振用電極下においても定在波をつくらな
い。しかし、ｆ0よりも大きくｆ0’よりも小さい周波数
では、励振用電極６のある部分では振動エネルギーは自
由に伝搬するが無電極部では指数関数的に減衰するの
で、振動変位も圧電振動素子端部に向かうほど小さくな
り、結果として振動エネルギーは励振用電極付近に集中
することになる。
振動素子の断面図である図３を用いて説明する。図３に
示すように、励振用電極６のある部分における遮断周波
数をｆ0とし、無電極部における遮断周波数をｆ0’とす
ると、ｆ0’よりも大きい周波数では振動エネルギーは
自由に伝搬し励振用電極下においても定在波をつくらな
い。しかし、ｆ0よりも大きくｆ0’よりも小さい周波数
では、励振用電極６のある部分では振動エネルギーは自
由に伝搬するが無電極部では指数関数的に減衰するの
で、振動変位も圧電振動素子端部に向かうほど小さくな
り、結果として振動エネルギーは励振用電極付近に集中
することになる。
【０００４】エネルギー閉じ込め度合いの指標としてエ
ネルギー閉じ込め量ζなるものがある。ただしζは、Ｌ
ｅ／Ｈ×（（ｆ0’−ｆ0）／ｆ0’）1/2で計算される。
ただし、Ｌｅは励振用電極長さ、Ｈは振動子厚みであ
る。図４に例として、タンタル酸リチウムのＸ板を用い
た厚みすべり振動子の周波数スペクトラムを示す。図４
の横軸はエネルギー閉じ込め量ζで、縦軸は（ｆ−
ｆ0）／（ｆ0’−ｆ0）で計算される規格化周波数Ωで
ある。
ネルギー閉じ込め量ζなるものがある。ただしζは、Ｌ
ｅ／Ｈ×（（ｆ0’−ｆ0）／ｆ0’）1/2で計算される。
ただし、Ｌｅは励振用電極長さ、Ｈは振動子厚みであ
る。図４に例として、タンタル酸リチウムのＸ板を用い
た厚みすべり振動子の周波数スペクトラムを示す。図４
の横軸はエネルギー閉じ込め量ζで、縦軸は（ｆ−
ｆ0）／（ｆ0’−ｆ0）で計算される規格化周波数Ωで
ある。
【０００５】図４において、ｓ＿０，ｓ＿１，…，は対
称モード、ａ＿０，ａ＿１，…，は斜対称モードを表し
ており、それぞれのモードを示す線の近くには、各モー
ドの電荷分布図を示してある。図４の電荷分布図からわ
かるように、ａ＿０，ａ＿１，…，などの斜対称モード
は素子に対して励振用電極を対称に配置すれば電気的に
励振されないためｓ＿０，ｓ＿１，…，の対称モードだ
けが電気的に取り出せる。
称モード、ａ＿０，ａ＿１，…，は斜対称モードを表し
ており、それぞれのモードを示す線の近くには、各モー
ドの電荷分布図を示してある。図４の電荷分布図からわ
かるように、ａ＿０，ａ＿１，…，などの斜対称モード
は素子に対して励振用電極を対称に配置すれば電気的に
励振されないためｓ＿０，ｓ＿１，…，の対称モードだ
けが電気的に取り出せる。
【０００６】しかし圧電振動子の場合、主振動であるｓ
＿０以外の振動はインハーモニック・オーバートーンと
呼ばれる不要共振となるため、ｓ＿０モードのみがエネ
ルギー閉じ込め可能となる値にエネルギー閉じ込め量を
設定しなければならない。例えば特開昭５９−１８２６
１６号公報では、ｓ＿０モードのみがエネルギー閉じ込
め可能となるζは１．２より小さいとし、また周波数低
下量（ｆ0’−ｆ0）／ｆ0’は圧電材料にほぼ依存して
約０．１であるから、Ｌｅ／Ｈを３．８より小さくすれ
ばｓ＿０モードのみの単一モードを実現できるとしてい
る。
＿０以外の振動はインハーモニック・オーバートーンと
呼ばれる不要共振となるため、ｓ＿０モードのみがエネ
ルギー閉じ込め可能となる値にエネルギー閉じ込め量を
設定しなければならない。例えば特開昭５９−１８２６
１６号公報では、ｓ＿０モードのみがエネルギー閉じ込
め可能となるζは１．２より小さいとし、また周波数低
下量（ｆ0’−ｆ0）／ｆ0’は圧電材料にほぼ依存して
約０．１であるから、Ｌｅ／Ｈを３．８より小さくすれ
ばｓ＿０モードのみの単一モードを実現できるとしてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】圧電材料に酸化亜鉛を
用いた圧電振動素子においては、インハーモニック・オ
ーバートーンと呼ばれる不要共振を生じさせないための
電極設計値がこれまで知られていないという課題があっ
た。
用いた圧電振動素子においては、インハーモニック・オ
ーバートーンと呼ばれる不要共振を生じさせないための
電極設計値がこれまで知られていないという課題があっ
た。
【０００８】そこで本発明では、圧電材料に酸化亜鉛を
用いた圧電振動子において、励振用電極長さＬｅと振動
子厚みＨとの比Ｌｅ／Ｈを最適にとることで、インハー
モニック・オーバートーンと呼ばれる不要共振を生じさ
せない振動子を提供することを目的とする。
用いた圧電振動子において、励振用電極長さＬｅと振動
子厚みＨとの比Ｌｅ／Ｈを最適にとることで、インハー
モニック・オーバートーンと呼ばれる不要共振を生じさ
せない振動子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電
板の厚み方向を向いている厚み縦振動を主振動とする圧
電振動子において、励振用電極長さＬｅと振動子厚みＨ
との比Ｌｅ／Ｈを４以上１３以下とすることを特徴とす
る圧電振動子である。上記構造をとることで、主振動共
振周波数と反共振周波数の間に不要共振の無い安定した
特性が得られるという効果を有する。
に本発明は、圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電
板の厚み方向を向いている厚み縦振動を主振動とする圧
電振動子において、励振用電極長さＬｅと振動子厚みＨ
との比Ｌｅ／Ｈを４以上１３以下とすることを特徴とす
る圧電振動子である。上記構造をとることで、主振動共
振周波数と反共振周波数の間に不要共振の無い安定した
特性が得られるという効果を有する。
【００１０】好ましくは、前記圧電振動子は振動子厚み
Ｈが１６μｍ以下の場合に、励振用電極長さＬｅとＨと
の比Ｌｅ／Ｈを４以上１３以下とすることに代えて４以
上１００以下とすることを特徴とする圧電振動子であ
る。高周波においても主振動の共振インピーダンスが小
さく、かつ不要共振の無い安定した特性が得られるとい
う効果を有する。
Ｈが１６μｍ以下の場合に、励振用電極長さＬｅとＨと
の比Ｌｅ／Ｈを４以上１３以下とすることに代えて４以
上１００以下とすることを特徴とする圧電振動子であ
る。高周波においても主振動の共振インピーダンスが小
さく、かつ不要共振の無い安定した特性が得られるとい
う効果を有する。
【００１１】また、本発明にかかる圧電振動子は、圧電
材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を向
いている厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子にお
いて、励振用電極長さＬｅと振動子厚みＨとの比Ｌｅ／
Ｈを７以上２３以下とすることを特徴とする圧電振動子
である。上記構造をとることで、主振動共振周波数と反
共振周波数の間に不要共振の無い安定した特性が得られ
るという効果を有する。
材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を向
いている厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子にお
いて、励振用電極長さＬｅと振動子厚みＨとの比Ｌｅ／
Ｈを７以上２３以下とすることを特徴とする圧電振動子
である。上記構造をとることで、主振動共振周波数と反
共振周波数の間に不要共振の無い安定した特性が得られ
るという効果を有する。
【００１２】好ましくは、前記圧電振動子は振動子厚み
Ｈが１４μｍ以下の場合に、励振用電極長さＬｅとＨと
の比Ｌｅ／Ｈを７以上２３以下とすることに代えて７以
上１００以下とすることを特徴とする圧電振動子であ
る。高周波においても主振動の共振インピーダンスが小
さく、かつ不要共振の無い安定した特性が得られるとい
う効果を有する。
Ｈが１４μｍ以下の場合に、励振用電極長さＬｅとＨと
の比Ｌｅ／Ｈを７以上２３以下とすることに代えて７以
上１００以下とすることを特徴とする圧電振動子であ
る。高周波においても主振動の共振インピーダンスが小
さく、かつ不要共振の無い安定した特性が得られるとい
う効果を有する。
【００１３】また、本発明にかかる圧電振動素子は、電
気的に接続される少なくとも２個以上の圧電振動子が、
請求項１または３記載の圧電振動子である梯子型の圧電
フィルタである。個々の振動子が不要共振の無い安定し
た特性であるため、通過域にリップルの無い安定したフ
ィルタ特性が得られるという効果がある。
気的に接続される少なくとも２個以上の圧電振動子が、
請求項１または３記載の圧電振動子である梯子型の圧電
フィルタである。個々の振動子が不要共振の無い安定し
た特性であるため、通過域にリップルの無い安定したフ
ィルタ特性が得られるという効果がある。
【００１４】また、本発明にかかる圧電振動素子は、圧
電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を
向いている厚み縦振動を主振動とする圧電振動素子にお
いて、素子主面片側に一対の入力用電極と出力用電極、
もう一方の主面に接地用電極を設け、入力用電極長さＬ
ｉと素子厚みＨの比Ｌｉ／Ｈと出力用電極長さＬｏと素
子厚みＨの比Ｌｏ／Ｈをそれぞれ２以上５以下とするこ
とを特徴とする２重モードの圧電フィルタである。上記
構造をとることで、通過域にリップルの無い安定したフ
ィルタ特性が得られるという効果を有する。
電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を
向いている厚み縦振動を主振動とする圧電振動素子にお
いて、素子主面片側に一対の入力用電極と出力用電極、
もう一方の主面に接地用電極を設け、入力用電極長さＬ
ｉと素子厚みＨの比Ｌｉ／Ｈと出力用電極長さＬｏと素
子厚みＨの比Ｌｏ／Ｈをそれぞれ２以上５以下とするこ
とを特徴とする２重モードの圧電フィルタである。上記
構造をとることで、通過域にリップルの無い安定したフ
ィルタ特性が得られるという効果を有する。
【００１５】また、本発明にかかる圧電振動素子は、圧
電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を
向いている厚みすべり振動を主振動とする圧電振動素子
において、素子主面片側に一対の入力用電極と出力用電
極、もう一方の主面に接地用電極を設け、入力用電極長
さＬｉと素子厚みＨの比Ｌｉ／Ｈと出力用電極長さＬｏ
と素子厚みＨの比Ｌｏ／Ｈをそれぞれ３．５以上６．５
以下とすることを特徴とする２重モードの圧電フィルタ
である。上記構造をとることで、通過域にリップルの無
い安定したフィルタ特性が得られるという効果を有す
る。
電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を
向いている厚みすべり振動を主振動とする圧電振動素子
において、素子主面片側に一対の入力用電極と出力用電
極、もう一方の主面に接地用電極を設け、入力用電極長
さＬｉと素子厚みＨの比Ｌｉ／Ｈと出力用電極長さＬｏ
と素子厚みＨの比Ｌｏ／Ｈをそれぞれ３．５以上６．５
以下とすることを特徴とする２重モードの圧電フィルタ
である。上記構造をとることで、通過域にリップルの無
い安定したフィルタ特性が得られるという効果を有す
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み
方向を向いている厚み縦振動を主振動とする圧電振動子
において、励振用電極長さＬｅと振動子厚みＨとの比Ｌ
ｅ／Ｈを４以上１３以下とすることを特徴とする圧電振
動子であり、主振動共振周波数と反共振周波数の間に不
要共振が無いため安定した特性が得られるという作用を
有する。
は、圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み
方向を向いている厚み縦振動を主振動とする圧電振動子
において、励振用電極長さＬｅと振動子厚みＨとの比Ｌ
ｅ／Ｈを４以上１３以下とすることを特徴とする圧電振
動子であり、主振動共振周波数と反共振周波数の間に不
要共振が無いため安定した特性が得られるという作用を
有する。
【００１７】請求項２に記載の発明は、振動子厚みＨが
１６μｍ以下の場合に、励振用電極長さＬｅとＨとの比
Ｌｅ／Ｈを４以上１３以下とすることに代えて４以上１
００以下とすることを特徴とする請求項１記載の圧電振
動子であり、高周波においても主振動の共振インピーダ
ンスが小さく、かつ不要共振の無い安定した特性が得ら
れるという作用を有する。
１６μｍ以下の場合に、励振用電極長さＬｅとＨとの比
Ｌｅ／Ｈを４以上１３以下とすることに代えて４以上１
００以下とすることを特徴とする請求項１記載の圧電振
動子であり、高周波においても主振動の共振インピーダ
ンスが小さく、かつ不要共振の無い安定した特性が得ら
れるという作用を有する。
【００１８】請求項３に記載の発明は、圧電材料に酸化
亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を向いている厚
みすべり振動を主振動とする圧電振動子において、励振
用電極長さＬｅと振動子厚みＨとの比Ｌｅ／Ｈを７以上
２３以下とすることを特徴とする圧電振動子であり、主
振動共振周波数と反共振周波数の間に不要共振が無いた
め安定した特性が得られるという作用を有する。
亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を向いている厚
みすべり振動を主振動とする圧電振動子において、励振
用電極長さＬｅと振動子厚みＨとの比Ｌｅ／Ｈを７以上
２３以下とすることを特徴とする圧電振動子であり、主
振動共振周波数と反共振周波数の間に不要共振が無いた
め安定した特性が得られるという作用を有する。
【００１９】請求項４に記載の発明は、振動子厚みＨが
１４μｍ以下の場合に、励振用電極長さＬｅとＨとの比
Ｌｅ／Ｈを７以上２３以下とすることに代えて７以上１
００以下とすることを特徴とする請求項３記載の圧電振
動子であり、高周波においても主振動の共振インピーダ
ンスが小さく、かつ不要共振の無い安定した特性が得ら
れるという作用を有する。
１４μｍ以下の場合に、励振用電極長さＬｅとＨとの比
Ｌｅ／Ｈを７以上２３以下とすることに代えて７以上１
００以下とすることを特徴とする請求項３記載の圧電振
動子であり、高周波においても主振動の共振インピーダ
ンスが小さく、かつ不要共振の無い安定した特性が得ら
れるという作用を有する。
【００２０】請求項５に記載の発明は、電気的に接続さ
れる少なくとも２個以上の圧電振動子が、請求項１また
は３記載の圧電振動子のいずれかであることを特徴とす
る梯子型の圧電フィルタであり、個々の振動子が不要共
振の無い安定した特性であるため、通過域にリップルの
無い安定したフィルタ特性が得られるという作用を有す
る。
れる少なくとも２個以上の圧電振動子が、請求項１また
は３記載の圧電振動子のいずれかであることを特徴とす
る梯子型の圧電フィルタであり、個々の振動子が不要共
振の無い安定した特性であるため、通過域にリップルの
無い安定したフィルタ特性が得られるという作用を有す
る。
【００２１】請求項６に記載の発明は、請求項１記載の
圧電振動素子において、素子主面片側に一対の入力用電
極と出力用電極、もう一方の主面に接地用電極を設け、
入力用電極長さＬｉと素子厚みＨの比Ｌｉ／Ｈと出力用
電極長さＬｏと素子厚みＨの比Ｌｏ／Ｈをそれぞれ２以
上５以下とすることを特徴とする２重モードの圧電フィ
ルタであり、通過域にリップルの無い安定したフィルタ
特性が得られるという作用を有する。
圧電振動素子において、素子主面片側に一対の入力用電
極と出力用電極、もう一方の主面に接地用電極を設け、
入力用電極長さＬｉと素子厚みＨの比Ｌｉ／Ｈと出力用
電極長さＬｏと素子厚みＨの比Ｌｏ／Ｈをそれぞれ２以
上５以下とすることを特徴とする２重モードの圧電フィ
ルタであり、通過域にリップルの無い安定したフィルタ
特性が得られるという作用を有する。
【００２２】請求項７に記載の発明は、請求項３記載の
圧電振動素子において、素子主面片側に一対の入力用電
極と出力用電極、もう一方の主面に接地用電極を設け、
入力用電極長さＬｉと素子厚みＨの比Ｌｉ／Ｈと出力用
電極長さＬｏと素子厚みＨの比Ｌｏ／Ｈをそれぞれ３．
５以上６．５以下とすることを特徴とする２重モードの
圧電フィルタであり、通過域にリップルの無い安定した
フィルタ特性が得られるという作用を有する。
圧電振動素子において、素子主面片側に一対の入力用電
極と出力用電極、もう一方の主面に接地用電極を設け、
入力用電極長さＬｉと素子厚みＨの比Ｌｉ／Ｈと出力用
電極長さＬｏと素子厚みＨの比Ｌｏ／Ｈをそれぞれ３．
５以上６．５以下とすることを特徴とする２重モードの
圧電フィルタであり、通過域にリップルの無い安定した
フィルタ特性が得られるという作用を有する。
【００２３】以下、本発明の実施の形態について図１、
図２と図５〜図１９を用いて説明する。図１において、
１は振動素子部、２は振動素子部１の表面と裏面に相対
向して設けられた励振用電極、３は外部との接続用電
極、４は外部引き出し用電極である。
図２と図５〜図１９を用いて説明する。図１において、
１は振動素子部、２は振動素子部１の表面と裏面に相対
向して設けられた励振用電極、３は外部との接続用電
極、４は外部引き出し用電極である。
【００２４】励振用電極長さを大きくするとエネルギー
閉じ込め量が大きくなることでｓ＿１モードやｓ＿２モ
ードなどのインハーモニック・オーバートーンもエネル
ギー閉じ込め条件を満足するようになり、場合によって
は主振動共振周波数と反共振周波数の間に存在し不要共
振となり得る。エネルギー閉じ込め量ζは、励振用電極
長さをＬｅ、振動子厚みをＨ、励振用電極部における遮
断周波数をｆ0、無電極部における遮断周波数をｆ0’と
した時、Ｌｅ／Ｈ×（（ｆ0’−ｆ0）／ｆ0’）1/2で表
されるが、周波数低下量（ｆ0’−ｆ0）／ｆ0’は圧電
材料に依存してほぼ一定であるので、エネルギー閉じ込
め量としてはＬｅ／Ｈに着目すればよい。
閉じ込め量が大きくなることでｓ＿１モードやｓ＿２モ
ードなどのインハーモニック・オーバートーンもエネル
ギー閉じ込め条件を満足するようになり、場合によって
は主振動共振周波数と反共振周波数の間に存在し不要共
振となり得る。エネルギー閉じ込め量ζは、励振用電極
長さをＬｅ、振動子厚みをＨ、励振用電極部における遮
断周波数をｆ0、無電極部における遮断周波数をｆ0’と
した時、Ｌｅ／Ｈ×（（ｆ0’−ｆ0）／ｆ0’）1/2で表
されるが、周波数低下量（ｆ0’−ｆ0）／ｆ0’は圧電
材料に依存してほぼ一定であるので、エネルギー閉じ込
め量としてはＬｅ／Ｈに着目すればよい。
【００２５】そこで、圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方
向が圧電板の厚み方向を向いている厚み縦振動を主振動
とする圧電振動子の場合において、振動子厚みＨを一定
とし励振用電極長さＬｅを変化させた時の主振動やイン
ハーモニック・オーバートーンなどの各振動モードの挙
動を調べた結果である周波数スペクトラムを図５に示
す。ここで主振動として用いている厚み縦振動では、振
動子長手方向、幅方向とも等方性であるため励振用電極
形状は正方形としており励振用電極長さ、幅ともにＬｅ
であるが、主振動の振動分布が励振用電極中心に同心円
状に分布することを考えれば円形電極でもよく、その場
合電極直径が√２Ｌｅに相当する。
向が圧電板の厚み方向を向いている厚み縦振動を主振動
とする圧電振動子の場合において、振動子厚みＨを一定
とし励振用電極長さＬｅを変化させた時の主振動やイン
ハーモニック・オーバートーンなどの各振動モードの挙
動を調べた結果である周波数スペクトラムを図５に示
す。ここで主振動として用いている厚み縦振動では、振
動子長手方向、幅方向とも等方性であるため励振用電極
形状は正方形としており励振用電極長さ、幅ともにＬｅ
であるが、主振動の振動分布が励振用電極中心に同心円
状に分布することを考えれば円形電極でもよく、その場
合電極直径が√２Ｌｅに相当する。
【００２６】図５の横軸には励振用電極長さＬｅと振動
子厚みＨとの比Ｌｅ／Ｈを、縦軸には各振動モードの共
振周波数ｆと無電極部遮断周波数ｆ0’との比である規
格化周波数ｆ／ｆ0’をとっている。また図５には主振
動の反共振周波数も示してある。図５からわかるよう
に、Ｌｅ／Ｈが大きくなるほど各振動モードの共振周波
数は小さくなる。また、ｓ＿１モードはＬｅ／Ｈが１０
以下の場合、ｓ＿２モードはＬｅ／Ｈが１５以下の場合
にそれぞれエネルギー閉じ込め条件を満足しないために
信号として出力されない。
子厚みＨとの比Ｌｅ／Ｈを、縦軸には各振動モードの共
振周波数ｆと無電極部遮断周波数ｆ0’との比である規
格化周波数ｆ／ｆ0’をとっている。また図５には主振
動の反共振周波数も示してある。図５からわかるよう
に、Ｌｅ／Ｈが大きくなるほど各振動モードの共振周波
数は小さくなる。また、ｓ＿１モードはＬｅ／Ｈが１０
以下の場合、ｓ＿２モードはＬｅ／Ｈが１５以下の場合
にそれぞれエネルギー閉じ込め条件を満足しないために
信号として出力されない。
【００２７】しかし、ｓ＿１モードはＬｅ／Ｈが１３以
上の場合、ｓ＿２モードはＬｅ／Ｈが２１以上の場合に
それぞれ主振動の共振周波数と反共振周波数の間に位置
するようになり、発振子として使用する場合は発振周波
数のジャンプなど不安定動作の原因となることがある。
上の場合、ｓ＿２モードはＬｅ／Ｈが２１以上の場合に
それぞれ主振動の共振周波数と反共振周波数の間に位置
するようになり、発振子として使用する場合は発振周波
数のジャンプなど不安定動作の原因となることがある。
【００２８】よって、Ｌｅ／Ｈが１３以下の場合には主
振動共振周波数と反共振周波数の間に不要共振は無い
が、Ｌｅ／Ｈが小さすぎるとエネルギー閉じ込め量が不
足し電気エネルギーと機械エネルギーの変換効率を示す
電気機械結合係数の低下を招いてしまう。実験的にＬｅ
／Ｈが４以上であれば電気機械結合係数はさほど低下せ
ず、良好な特性を示すことがわかっている。
振動共振周波数と反共振周波数の間に不要共振は無い
が、Ｌｅ／Ｈが小さすぎるとエネルギー閉じ込め量が不
足し電気エネルギーと機械エネルギーの変換効率を示す
電気機械結合係数の低下を招いてしまう。実験的にＬｅ
／Ｈが４以上であれば電気機械結合係数はさほど低下せ
ず、良好な特性を示すことがわかっている。
【００２９】以上の結果、圧電材料に酸化亜鉛を用い分
極方向が圧電板の厚み方向を向いている厚み縦振動を主
振動とする圧電振動子において、Ｌｅ／Ｈを４以上１３
以下とすれば主振動共振周波数と反共振周波数の間に不
要共振の無い安定した特性が得られる。
極方向が圧電板の厚み方向を向いている厚み縦振動を主
振動とする圧電振動子において、Ｌｅ／Ｈを４以上１３
以下とすれば主振動共振周波数と反共振周波数の間に不
要共振の無い安定した特性が得られる。
【００３０】参考として図６に、Ｌｅ／Ｈが６の場合と
１８の場合の振動子のインピーダンス周波数特性を示
す。図６からわかるように、Ｌｅ／Ｈが６と４以上１３
以下の範囲内の場合主振動共振周波数と反共振周波数の
間に不要共振の無い良好な特性を示しているが、Ｌｅ／
Ｈが１８の場合主振動共振周波数と反共振周波数の間に
ｓ＿１モードと思われる不要共振が存在し特性を悪化さ
せている。
１８の場合の振動子のインピーダンス周波数特性を示
す。図６からわかるように、Ｌｅ／Ｈが６と４以上１３
以下の範囲内の場合主振動共振周波数と反共振周波数の
間に不要共振の無い良好な特性を示しているが、Ｌｅ／
Ｈが１８の場合主振動共振周波数と反共振周波数の間に
ｓ＿１モードと思われる不要共振が存在し特性を悪化さ
せている。
【００３１】さて、振動子の共振先鋭度を表す機械的品
質係数Ｑは、大きいほど発振子の場合周波数安定性が良
く、フィルタに用いる場合挿入損失が小さくなるという
利点がある。動作周波数が高くなるとＱは小さくなるこ
とが知られているが、振動モードによってもＱの低下の
度合いは異なる。一方、振動子やフィルタを高周波で動
作させる場合、低インピーダンス、高Ｑとするために励
振用電極面積は大きくすることが多い。動作周波数が低
い場合に励振用電極面積すなわち励振用電極長さを大き
くしすぎると、図５からわかるようにｓ＿１モードの共
振周波数が主振動共振周波数に近づくため、二つのモー
ドの共振インピーダンスにさほど差が無い時には、発振
周波数のジャンプなどを引き起こす恐れがある。
質係数Ｑは、大きいほど発振子の場合周波数安定性が良
く、フィルタに用いる場合挿入損失が小さくなるという
利点がある。動作周波数が高くなるとＱは小さくなるこ
とが知られているが、振動モードによってもＱの低下の
度合いは異なる。一方、振動子やフィルタを高周波で動
作させる場合、低インピーダンス、高Ｑとするために励
振用電極面積は大きくすることが多い。動作周波数が低
い場合に励振用電極面積すなわち励振用電極長さを大き
くしすぎると、図５からわかるようにｓ＿１モードの共
振周波数が主振動共振周波数に近づくため、二つのモー
ドの共振インピーダンスにさほど差が無い時には、発振
周波数のジャンプなどを引き起こす恐れがある。
【００３２】しかし、動作周波数が高い場合には、主振
動以上にインハーモニック・オーバートーンのＱが小さ
くなり共振先鋭度がなまるため、インハーモニック・オ
ーバートーンが不要共振としての悪影響を及ぼしにくく
なる。
動以上にインハーモニック・オーバートーンのＱが小さ
くなり共振先鋭度がなまるため、インハーモニック・オ
ーバートーンが不要共振としての悪影響を及ぼしにくく
なる。
【００３３】そこで図７に示すように、振動子のアドミ
タンス周波数特性において、主振動の共振と反共振のゲ
イン差をＧ１、ｓ＿１モードの共振と反共振のゲイン差
をＧ２、ｓ＿２モードの共振と反共振のゲイン差をＧ３
とし、圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚
み方向を向いている厚み縦振動を主振動とする圧電振動
子の各振動モードのゲイン差と主振動共振周波数との関
係を調べた結果を図８に示す。
タンス周波数特性において、主振動の共振と反共振のゲ
イン差をＧ１、ｓ＿１モードの共振と反共振のゲイン差
をＧ２、ｓ＿２モードの共振と反共振のゲイン差をＧ３
とし、圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚
み方向を向いている厚み縦振動を主振動とする圧電振動
子の各振動モードのゲイン差と主振動共振周波数との関
係を調べた結果を図８に示す。
【００３４】なお、図８ではＬｅ／Ｈを２２としてい
る。図８からわかるように、周波数が大きくなるにつれ
Ｑが低下し共振先鋭度がなまるため各振動モードのゲイ
ン差が小さくなっており、ゲイン差が小さくなる度合い
はｓ＿２モード、ｓ＿１モード、主振動の順に大きい。
不要共振として悪影響を及ぼさないためのインハーモニ
ック・オーバートーンのゲイン差を１ｄＢ以下とする
と、その時の主振動共振周波数は図８より２００ＭＨｚ
以上であればよいことがわかる。
る。図８からわかるように、周波数が大きくなるにつれ
Ｑが低下し共振先鋭度がなまるため各振動モードのゲイ
ン差が小さくなっており、ゲイン差が小さくなる度合い
はｓ＿２モード、ｓ＿１モード、主振動の順に大きい。
不要共振として悪影響を及ぼさないためのインハーモニ
ック・オーバートーンのゲイン差を１ｄＢ以下とする
と、その時の主振動共振周波数は図８より２００ＭＨｚ
以上であればよいことがわかる。
【００３５】主振動共振の周波数定数は約３１００Ｈｚ
・ｍであるので、主振動共振周波数が２００ＭＨｚ以上
であるためには、振動子厚みは１６μｍ以下であればよ
い。振動子厚みが１６μｍ以下であればインハーモニッ
ク・オーバートーンのゲイン差は小さいのでＬｅ／Ｈを
大きくしても不要共振の悪影響がほとんど無く、主振動
の共振インピーダンスも小さくできるが、むやみにＬｅ
／Ｈを大きくすると素子全体のサイズが大きくなり機械
的強度の低下やコスト高の要因にもなるので、Ｌｅ／Ｈ
の上限を１００とした。
・ｍであるので、主振動共振周波数が２００ＭＨｚ以上
であるためには、振動子厚みは１６μｍ以下であればよ
い。振動子厚みが１６μｍ以下であればインハーモニッ
ク・オーバートーンのゲイン差は小さいのでＬｅ／Ｈを
大きくしても不要共振の悪影響がほとんど無く、主振動
の共振インピーダンスも小さくできるが、むやみにＬｅ
／Ｈを大きくすると素子全体のサイズが大きくなり機械
的強度の低下やコスト高の要因にもなるので、Ｌｅ／Ｈ
の上限を１００とした。
【００３６】以上の結果、圧電材料に酸化亜鉛を用い分
極方向が圧電板の厚み方向を向いている厚み縦振動を主
振動とする圧電振動子において、振動子厚みＨが１６μ
ｍ以下の場合、Ｌｅ／Ｈを４以上１００以下とすれば主
振動共振インピーダンスが小さく、かつ主振動共振周波
数と反共振周波数の間に不要共振が無い安定した特性が
得られる。
極方向が圧電板の厚み方向を向いている厚み縦振動を主
振動とする圧電振動子において、振動子厚みＨが１６μ
ｍ以下の場合、Ｌｅ／Ｈを４以上１００以下とすれば主
振動共振インピーダンスが小さく、かつ主振動共振周波
数と反共振周波数の間に不要共振が無い安定した特性が
得られる。
【００３７】次に、分極方向が圧電板の長手方向を向い
ている厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子につい
て同様の説明をする。厚みすべり振動を主振動とする圧
電振動子の周波数スペクトラムを図９に示す。図９にお
けるＬｅは励振用電極の長手方向長さであり、長手方向
は厚みすべり振動の振動変位方向と一致している。
ている厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子につい
て同様の説明をする。厚みすべり振動を主振動とする圧
電振動子の周波数スペクトラムを図９に示す。図９にお
けるＬｅは励振用電極の長手方向長さであり、長手方向
は厚みすべり振動の振動変位方向と一致している。
【００３８】図９からわかるように、厚みすべり振動の
場合も厚み縦振動の場合と同様の傾向を示し、ｓ＿１モ
ードはＬｅ／Ｈが１３以下の場合エネルギー閉じ込め条
件を満足しないために信号として出力されず、ｓ＿２モ
ードはＬｅ／Ｈが２５以下の範囲では観察されない。ｓ
＿１モードはＬｅ／Ｈが２３以上の場合に主振動の共振
周波数と反共振周波数の間に位置するようになる。
場合も厚み縦振動の場合と同様の傾向を示し、ｓ＿１モ
ードはＬｅ／Ｈが１３以下の場合エネルギー閉じ込め条
件を満足しないために信号として出力されず、ｓ＿２モ
ードはＬｅ／Ｈが２５以下の範囲では観察されない。ｓ
＿１モードはＬｅ／Ｈが２３以上の場合に主振動の共振
周波数と反共振周波数の間に位置するようになる。
【００３９】よって、Ｌｅ／Ｈが２３以下の場合には主
振動共振周波数と反共振周波数の間に不要共振は無い。
Ｌｅ／Ｈの下限に関しては、電気機械結合係数が低下し
ないことを条件に７と設定した。
振動共振周波数と反共振周波数の間に不要共振は無い。
Ｌｅ／Ｈの下限に関しては、電気機械結合係数が低下し
ないことを条件に７と設定した。
【００４０】以上の結果、圧電材料に酸化亜鉛を用い分
極方向が圧電板の長手方向を向いている厚みすべり振動
を主振動とする圧電振動子において、Ｌｅ／Ｈを７以上
２３以下とすれば主振動共振周波数と反共振周波数の間
に不要共振の無い安定した特性が得られる。
極方向が圧電板の長手方向を向いている厚みすべり振動
を主振動とする圧電振動子において、Ｌｅ／Ｈを７以上
２３以下とすれば主振動共振周波数と反共振周波数の間
に不要共振の無い安定した特性が得られる。
【００４１】さて、厚みすべり振動を主振動に用いる場
合も厚み縦振動の場合と同様に、動作周波数が高くなる
とインハーモニック・オーバートーンのゲイン差が小さ
くなり不要共振としての悪影響を及ぼさなくなることが
期待できる。図１０に、主振動とインハーモニック・オ
ーバートーンの各振動モードのゲイン差と主振動共振周
波数との関係を示す。
合も厚み縦振動の場合と同様に、動作周波数が高くなる
とインハーモニック・オーバートーンのゲイン差が小さ
くなり不要共振としての悪影響を及ぼさなくなることが
期待できる。図１０に、主振動とインハーモニック・オ
ーバートーンの各振動モードのゲイン差と主振動共振周
波数との関係を示す。
【００４２】なお、図１０ではＬｅ／Ｈを３０としてい
る。図１０からわかるように、厚み縦振動を主振動とす
る場合と同様の傾向を示し、周波数が大きくなるにつれ
て各振動モードのゲイン差が小さくなっており、ゲイン
差が小さくなる度合いはｓ＿１モードの方が主振動より
大きい。不要共振として悪影響を及ぼさないためのイン
ハーモニック・オーバートーンのゲイン差を１ｄＢ以下
とすると、その時の主振動共振周波数は図１０より１０
０ＭＨｚ以上であればよいことがわかる。主振動共振の
周波数定数は約１４００Ｈｚ・ｍであるので、主振動共
振周波数が１００ＭＨｚ以上であるためには、振動子厚
みは１４μｍ以下であればよい。
る。図１０からわかるように、厚み縦振動を主振動とす
る場合と同様の傾向を示し、周波数が大きくなるにつれ
て各振動モードのゲイン差が小さくなっており、ゲイン
差が小さくなる度合いはｓ＿１モードの方が主振動より
大きい。不要共振として悪影響を及ぼさないためのイン
ハーモニック・オーバートーンのゲイン差を１ｄＢ以下
とすると、その時の主振動共振周波数は図１０より１０
０ＭＨｚ以上であればよいことがわかる。主振動共振の
周波数定数は約１４００Ｈｚ・ｍであるので、主振動共
振周波数が１００ＭＨｚ以上であるためには、振動子厚
みは１４μｍ以下であればよい。
【００４３】Ｌｅ／Ｈの上限に関しては、厚み縦振動を
主振動とする場合と同様の理由から１００とした。以上
の結果、圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の
長手方向を向いている厚みすべり振動を主振動とする圧
電振動子において、振動子厚みＨが１４μｍ以下の場
合、Ｌｅ／Ｈを７以上１００以下とすれば主振動共振イ
ンピーダンスが小さく、かつ主振動共振周波数と反共振
周波数の間に不要共振の無い安定した特性が得られる。
主振動とする場合と同様の理由から１００とした。以上
の結果、圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の
長手方向を向いている厚みすべり振動を主振動とする圧
電振動子において、振動子厚みＨが１４μｍ以下の場
合、Ｌｅ／Ｈを７以上１００以下とすれば主振動共振イ
ンピーダンスが小さく、かつ主振動共振周波数と反共振
周波数の間に不要共振の無い安定した特性が得られる。
【００４４】さて、振動子を複数個組み合わせること
で、特性の周波数帯域だけ信号を通過させることができ
る帯域通過フィルタをつくることができることが知られ
ている。一般に、振動子の共振周波数や反共振周波数を
フィルタ特性の極とし、共振周波数と反共振周波数の間
を通過域として用いる梯子型フィルタが用いられる場合
が多いが、この時振動子の特性として共振周波数と反共
振周波数の間に不要共振が存在すると、フィルタ特性と
して通過域にリップルが存在することになり特性を悪化
させることになる。しかし上記振動子を組み合わせた場
合、個々の振動子は不要共振の無い安定した特性である
ため、通過域にリップルの無い安定したフィルタ特性が
得られる。
で、特性の周波数帯域だけ信号を通過させることができ
る帯域通過フィルタをつくることができることが知られ
ている。一般に、振動子の共振周波数や反共振周波数を
フィルタ特性の極とし、共振周波数と反共振周波数の間
を通過域として用いる梯子型フィルタが用いられる場合
が多いが、この時振動子の特性として共振周波数と反共
振周波数の間に不要共振が存在すると、フィルタ特性と
して通過域にリップルが存在することになり特性を悪化
させることになる。しかし上記振動子を組み合わせた場
合、個々の振動子は不要共振の無い安定した特性である
ため、通過域にリップルの無い安定したフィルタ特性が
得られる。
【００４５】梯子型フィルタ以外のフィルタとして、一
枚の圧電板に複数の圧電振動子を配置しそれらの振動を
結合させることで帯域通過フィルタを作る多重モードフ
ィルタがある。このようなフィルタはＭＣＦ（モノリシ
ッククリスタルフィルタ）とも呼ばれ、ａ＿０モードや
ｓ＿１モードなどのインハーモニック・オーバートーン
を積極的に利用したものである。ここでは、ｓ＿０モー
ドとａ＿０モードの二つのモードを用いた２重モードフ
ィルタの場合を述べる。
枚の圧電板に複数の圧電振動子を配置しそれらの振動を
結合させることで帯域通過フィルタを作る多重モードフ
ィルタがある。このようなフィルタはＭＣＦ（モノリシ
ッククリスタルフィルタ）とも呼ばれ、ａ＿０モードや
ｓ＿１モードなどのインハーモニック・オーバートーン
を積極的に利用したものである。ここでは、ｓ＿０モー
ドとａ＿０モードの二つのモードを用いた２重モードフ
ィルタの場合を述べる。
【００４６】２重モードフィルタの構造は、図１１のよ
うに圧電板の主面片側に微小な間隔を空けて一対の入力
用電極と出力用電極を設け、もう一方の主面に接地用電
極を設けるもので、対称モードであるｓ＿０モードと斜
対称モードであるａ＿０モードを生じさせ、帯域通過フ
ィルタを実現するものである。なお、図１１にそれぞれ
のモードに対応する電荷分布図を示している。図１１に
おける接地用電極は一つしかないが、図１２のように入
力用電極と出力用電極にそれぞれ相対向して接地用電極
を設けても構わない。
うに圧電板の主面片側に微小な間隔を空けて一対の入力
用電極と出力用電極を設け、もう一方の主面に接地用電
極を設けるもので、対称モードであるｓ＿０モードと斜
対称モードであるａ＿０モードを生じさせ、帯域通過フ
ィルタを実現するものである。なお、図１１にそれぞれ
のモードに対応する電荷分布図を示している。図１１に
おける接地用電極は一つしかないが、図１２のように入
力用電極と出力用電極にそれぞれ相対向して接地用電極
を設けても構わない。
【００４７】電極設計に関しては、ｓ＿０モードとａ＿
０モード以外の振動モードは不要共振となるためそのよ
うな振動を電気的信号として取り出すことがないよう、
ｓ＿１モードよりも高次のモードが閉じ込め条件を満足
しないようにする必要がある。よって、入力用電極と出
力用電極の間の微小な間隔は入力用電極長さＬｉや出力
用電極長さＬｏに比べて無視できるほど小さいことを考
慮すれば、入力用電極長さＬｉと出力用電極長さＬｏの
和（Ｌｉ＋Ｌｏ）と素子厚みＨとの比（Ｌｉ＋Ｌｏ）／
Ｈの上限は、振動子の場合のｓ＿１モードが閉じ込め条
件を満足しない最大のＬｅ／Ｈに相当する。
０モード以外の振動モードは不要共振となるためそのよ
うな振動を電気的信号として取り出すことがないよう、
ｓ＿１モードよりも高次のモードが閉じ込め条件を満足
しないようにする必要がある。よって、入力用電極と出
力用電極の間の微小な間隔は入力用電極長さＬｉや出力
用電極長さＬｏに比べて無視できるほど小さいことを考
慮すれば、入力用電極長さＬｉと出力用電極長さＬｏの
和（Ｌｉ＋Ｌｏ）と素子厚みＨとの比（Ｌｉ＋Ｌｏ）／
Ｈの上限は、振動子の場合のｓ＿１モードが閉じ込め条
件を満足しない最大のＬｅ／Ｈに相当する。
【００４８】すなわち、厚み縦振動を主振動とする場合
は１０、厚みすべり振動を主振動とする場合は１３とな
る。また（Ｌｉ＋Ｌｏ）／Ｈの下限は、振動子の場合の
電気機械結合係数が低下しない最小のＬｅ／Ｈに相当
し、厚み縦振動を主振動とする場合は４、厚みすべり振
動を主振動とする場合は７となる。
は１０、厚みすべり振動を主振動とする場合は１３とな
る。また（Ｌｉ＋Ｌｏ）／Ｈの下限は、振動子の場合の
電気機械結合係数が低下しない最小のＬｅ／Ｈに相当
し、厚み縦振動を主振動とする場合は４、厚みすべり振
動を主振動とする場合は７となる。
【００４９】２重モードフィルタの場合、電気的な入出
力特性が対称となるよう入力用電極長さと出力用電極長
さは同じ長さにすることが多いことを考慮すれば、圧電
材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を向
いている厚み縦振動を主振動とする２重モードフィルタ
の場合、入力用電極長さＬｉと素子厚みＨとの比Ｌｉ／
Ｈと出力用電極長さＬｏと素子厚みＨとの比Ｌｏ／Ｈを
それぞれ２以上５以下とし、分極方向が圧電板の長手方
向を向いている厚みすべり振動を主振動とする２重モー
ドフィルタの場合、Ｌｉ／ＨとＬｏ／Ｈをそれぞれ、
３．５以上６．５以下とすれば、通過域にリップルの無
い安定したフィルタ特性が得られる。
力特性が対称となるよう入力用電極長さと出力用電極長
さは同じ長さにすることが多いことを考慮すれば、圧電
材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を向
いている厚み縦振動を主振動とする２重モードフィルタ
の場合、入力用電極長さＬｉと素子厚みＨとの比Ｌｉ／
Ｈと出力用電極長さＬｏと素子厚みＨとの比Ｌｏ／Ｈを
それぞれ２以上５以下とし、分極方向が圧電板の長手方
向を向いている厚みすべり振動を主振動とする２重モー
ドフィルタの場合、Ｌｉ／ＨとＬｏ／Ｈをそれぞれ、
３．５以上６．５以下とすれば、通過域にリップルの無
い安定したフィルタ特性が得られる。
【００５０】以下、本発明の具体的な実施の形態につい
て、図１３から図１９を用いて説明する。
て、図１３から図１９を用いて説明する。
【００５１】（実施の形態１）図１３は、圧電材料に酸
化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を向いている
厚み縦振動を主振動とする圧電振動子であり、１は振動
素子部、２は振動素子部１の表面と裏面に相対向して設
けられた励振用電極、３は外部との接続用電極、４は外
部引き出し用電極である。
化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を向いている
厚み縦振動を主振動とする圧電振動子であり、１は振動
素子部、２は振動素子部１の表面と裏面に相対向して設
けられた励振用電極、３は外部との接続用電極、４は外
部引き出し用電極である。
【００５２】振動子厚みＨは２００μｍであるため共振
周波数は約１５ＭＨｚである。励振用電極は一辺が２ｍ
ｍの正方形形状をしている。励振用電極長さと振動子厚
みとの比が４以上１３以下の範囲内であり、主振動共振
周波数と反共振周波数の間に不要共振が無いため安定し
た特性が得られる。
周波数は約１５ＭＨｚである。励振用電極は一辺が２ｍ
ｍの正方形形状をしている。励振用電極長さと振動子厚
みとの比が４以上１３以下の範囲内であり、主振動共振
周波数と反共振周波数の間に不要共振が無いため安定し
た特性が得られる。
【００５３】（実施の形態２）図１４は、圧電材料に酸
化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を向いている
厚み縦振動を主振動とする圧電振動子であり、１は振動
素子部、２は振動素子部１の表面と裏面に相対向して設
けられた励振用電極、３は外部との接続用電極、４は外
部引き出し用電極である。
化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を向いている
厚み縦振動を主振動とする圧電振動子であり、１は振動
素子部、２は振動素子部１の表面と裏面に相対向して設
けられた励振用電極、３は外部との接続用電極、４は外
部引き出し用電極である。
【００５４】振動子厚みＨは２μｍであるため共振周波
数は約１．５ＧＨｚである。励振用電極は直径６０μｍ
の円形電極である。動作周波数が高くインハーモニック
・オーバートーンの共振と反共振のゲイン差が小さいた
め、主振動共振周波数と反共振周波数の間の不要共振が
悪影響を及ぼさず、かつ主振動共振は低インピーダン
ス、高Ｑであるという良好な特性が得られる。
数は約１．５ＧＨｚである。励振用電極は直径６０μｍ
の円形電極である。動作周波数が高くインハーモニック
・オーバートーンの共振と反共振のゲイン差が小さいた
め、主振動共振周波数と反共振周波数の間の不要共振が
悪影響を及ぼさず、かつ主振動共振は低インピーダン
ス、高Ｑであるという良好な特性が得られる。
【００５５】（実施の形態３）図１５は、圧電材料に酸
化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を向いている
厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子であり、１は
振動素子部、２は振動素子部１の表面と裏面に相対向し
て設けられた励振用電極、３は外部との接続用電極、４
は外部引き出し用電極である。
化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を向いている
厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子であり、１は
振動素子部、２は振動素子部１の表面と裏面に相対向し
て設けられた励振用電極、３は外部との接続用電極、４
は外部引き出し用電極である。
【００５６】振動子厚みＨは２００μｍであるため共振
周波数は約７ＭＨｚである。励振用電極長さは３ｍｍで
ある。励振用電極長さと振動子厚みとの比が７以上２３
以下の範囲内であり、主振動共振周波数と反共振周波数
の間に不要共振が無いため安定した特性が得られる。
周波数は約７ＭＨｚである。励振用電極長さは３ｍｍで
ある。励振用電極長さと振動子厚みとの比が７以上２３
以下の範囲内であり、主振動共振周波数と反共振周波数
の間に不要共振が無いため安定した特性が得られる。
【００５７】（実施の形態４）図１６は、圧電材料に酸
化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を向いている
厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子であり、１は
振動素子部、２は振動素子部１の表面と裏面に相対向し
て設けられた励振用電極、３は外部との接続用電極、４
は外部引き出し用電極である。
化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を向いている
厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子であり、１は
振動素子部、２は振動素子部１の表面と裏面に相対向し
て設けられた励振用電極、３は外部との接続用電極、４
は外部引き出し用電極である。
【００５８】振動子厚みＨは２μｍであるため共振周波
数は約７００ＭＨｚである。励振用電極は長さ８０μｍ
であり、幅方向には振動子全幅にわたって形成されてい
る。動作周波数が高くインハーモニック・オーバートー
ンの共振と反共振のゲイン差が小さいため、主振動共振
周波数と反共振周波数の間の不要共振が悪影響を及ぼさ
ず、かつ主振動共振は低インピーダンス、高Ｑであると
いう良好な特性が得られる。
数は約７００ＭＨｚである。励振用電極は長さ８０μｍ
であり、幅方向には振動子全幅にわたって形成されてい
る。動作周波数が高くインハーモニック・オーバートー
ンの共振と反共振のゲイン差が小さいため、主振動共振
周波数と反共振周波数の間の不要共振が悪影響を及ぼさ
ず、かつ主振動共振は低インピーダンス、高Ｑであると
いう良好な特性が得られる。
【００５９】（実施の形態５）図１７は、圧電材料に酸
化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を向いている
厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子２個から構成
される梯子型フィルタであり、１１は圧電振動子、１２
は入力用外部端子、１３は出力用外部端子、１４は接地
用外部端子、１５は導電性樹脂、１６は実装基板であ
る。
化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を向いている
厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子２個から構成
される梯子型フィルタであり、１１は圧電振動子、１２
は入力用外部端子、１３は出力用外部端子、１４は接地
用外部端子、１５は導電性樹脂、１６は実装基板であ
る。
【００６０】フィルタに用いている振動子は２個とも、
振動子厚みＨが１００μｍ、励振用電極長さＬｅが１．
５ｍｍである。励振用電極長さと振動子厚みとの比が７
以上２３以下の範囲内であり、個々の振動子の主振動共
振周波数と反共振周波数の間に不要共振が無いため、通
過域にリップルの無い良好なフィルタ特性が得られる。
振動子厚みＨが１００μｍ、励振用電極長さＬｅが１．
５ｍｍである。励振用電極長さと振動子厚みとの比が７
以上２３以下の範囲内であり、個々の振動子の主振動共
振周波数と反共振周波数の間に不要共振が無いため、通
過域にリップルの無い良好なフィルタ特性が得られる。
【００６１】（実施の形態６）図１８は、酸化亜鉛を用
いた厚み縦振動を主振動とする２重モード圧電フィルタ
であり、７は振動素子部、８は入力用電極、９は出力用
電極、１０は接地用電極である。素子厚みＨは５０μｍ
であるためフィルタの中心周波数は約６２ＭＨｚであ
る。入力用電極長さＬｉと出力用電極長さＬｏはどちら
も２００μｍでＬｉ／Ｈ、Ｌｏ／Ｈともに４と２以上５
以下の範囲内であるため、通過域にリップルの無い良好
なフィルタ特性が得られる。
いた厚み縦振動を主振動とする２重モード圧電フィルタ
であり、７は振動素子部、８は入力用電極、９は出力用
電極、１０は接地用電極である。素子厚みＨは５０μｍ
であるためフィルタの中心周波数は約６２ＭＨｚであ
る。入力用電極長さＬｉと出力用電極長さＬｏはどちら
も２００μｍでＬｉ／Ｈ、Ｌｏ／Ｈともに４と２以上５
以下の範囲内であるため、通過域にリップルの無い良好
なフィルタ特性が得られる。
【００６２】（実施の形態７）図１９は、酸化亜鉛を用
いた厚みすべり振動を主振動とする２重モード圧電フィ
ルタであり、７は振動素子部、８は入力用電極、９は出
力用電極、１０は接地用電極である。素子厚みＨは４０
μｍであるためフィルタの中心周波数は約３５ＭＨｚで
ある。入力用電極長さＬｉと出力用電極長さＬｏはどち
らも２００μｍでＬｉ／Ｈ、Ｌｏ／Ｈともに５と３．５
以上６．５以下の範囲内であるため、通過域にリップル
の無い良好なフィルタ特性が得られる。
いた厚みすべり振動を主振動とする２重モード圧電フィ
ルタであり、７は振動素子部、８は入力用電極、９は出
力用電極、１０は接地用電極である。素子厚みＨは４０
μｍであるためフィルタの中心周波数は約３５ＭＨｚで
ある。入力用電極長さＬｉと出力用電極長さＬｏはどち
らも２００μｍでＬｉ／Ｈ、Ｌｏ／Ｈともに５と３．５
以上６．５以下の範囲内であるため、通過域にリップル
の無い良好なフィルタ特性が得られる。
【００６３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、圧電材料
に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を向いて
いる厚み縦振動を主振動とする圧電振動子においては、
励振用電極長さＬｅと振動子厚みＨとの比Ｌｅ／Ｈを４
以上１３以下とし、分極方向が圧電板の長手方向を向い
ている厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子におい
ては、Ｌｅ／Ｈを７以上２３以下とすることで、主振動
共振周波数と反共振周波数の間に不要共振が無いため安
定した特性となるという有利な効果が得られる。
に酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を向いて
いる厚み縦振動を主振動とする圧電振動子においては、
励振用電極長さＬｅと振動子厚みＨとの比Ｌｅ／Ｈを４
以上１３以下とし、分極方向が圧電板の長手方向を向い
ている厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子におい
ては、Ｌｅ／Ｈを７以上２３以下とすることで、主振動
共振周波数と反共振周波数の間に不要共振が無いため安
定した特性となるという有利な効果が得られる。
【図１】本発明の圧電振動子の一実施の形態を示す斜視
図
図
【図２】同振動子の断面図
【図３】エネルギー閉じ込め型圧電振動子を示す断面図
【図４】タンタル酸リチウムのＸ板を用いたエネルギー
閉じ込め型厚みすべり振動子の周波数スペクトラムを示
す図
閉じ込め型厚みすべり振動子の周波数スペクトラムを示
す図
【図５】酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の厚み方向を
向いている厚み縦振動を主振動とする圧電振動子の周波
数スペクトラムを示す図
向いている厚み縦振動を主振動とする圧電振動子の周波
数スペクトラムを示す図
【図６】振動子のインピーダンス周波数特性図
【図７】各振動モードのゲイン差を示す図
【図８】厚み縦振動を主振動とする圧電振動子の各振動
モードのゲイン差と主振動共振周波数との関係を示す図
モードのゲイン差と主振動共振周波数との関係を示す図
【図９】酸化亜鉛を用い分極方向が圧電板の長手方向を
向いている厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子の
周波数スペクトラムを示す図
向いている厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子の
周波数スペクトラムを示す図
【図１０】厚みすべり振動を主振動とする圧電振動子の
各振動モードのゲイン差と主振動共振周波数との関係を
示す図
各振動モードのゲイン差と主振動共振周波数との関係を
示す図
【図１１】２重モード圧電フィルタの断面図と電荷分布
図
図
【図１２】２重モード圧電フィルタの断面図
【図１３】本発明の圧電振動素子の一実施の形態を示す
斜視図
斜視図
【図１４】本発明の圧電振動素子の一実施の形態を示す
斜視図
斜視図
【図１５】本発明の圧電振動素子の一実施の形態を示す
斜視図
斜視図
【図１６】本発明の圧電振動素子の一実施の形態を示す
斜視図
斜視図
【図１７】本発明の圧電振動素子の一実施の形態を示す
斜視図
斜視図
【図１８】本発明の圧電振動素子の一実施の形態を示す
斜視図
斜視図
【図１９】本発明の圧電振動素子の一実施の形態を示す
斜視図
斜視図
１ 振動素子部 ２ 励振用電極 ３ 外部接続用電極 ４ 外部引き出し用電極 ５ 振動素子部 ６ 励振用電極 ７ 振動素子部 ８ 入力用電極 ９ 出力用電極 １０ 接地用電極 １１ 圧電振動子 １２ 入力用外部端子 １３ 出力用外部端子 １４ 接地用外部端子 １５ 導電性樹脂 １６ 実装基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ａ
Claims (7)
- 【請求項１】 圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧
電板の厚み方向を向いている厚み縦振動を主振動とする
圧電振動子において、励振用電極長さＬｅと振動子厚み
Ｈとの比Ｌｅ／Ｈを４以上１３以下とすることを特徴と
する圧電振動子。 - 【請求項２】 振動子厚みＨが１６μｍ以下の場合に、
励振用電極長さＬｅとＨとの比Ｌｅ／Ｈを４以上１３以
下とすることに代えて４以上１００以下とすることを特
徴とする請求項１記載の圧電振動子。 - 【請求項３】 圧電材料に酸化亜鉛を用い分極方向が圧
電板の長手方向を向いている厚みすべり振動を主振動と
する圧電振動子において、励振用電極長さＬｅと振動子
厚みＨとの比Ｌｅ／Ｈを７以上２３以下とすることを特
徴とする圧電振動子。 - 【請求項４】 振動子厚みＨが１４μｍ以下の場合に、
励振用電極長さＬｅとＨとの比Ｌｅ／Ｈを７以上２３以
下とすることに代えて７以上１００以下とすることを特
徴とする請求項３記載の圧電振動子。 - 【請求項５】 電気的に接続される少なくとも２個以上
の圧電振動子が、請求項１または３記載の圧電振動子で
あることを特徴とする梯子型の圧電フィルタ。 - 【請求項６】 請求項１記載の圧電振動素子において、
素子主面片側に一対の入力用電極と出力用電極、もう一
方の主面に接地用電極を設け、入力用電極長さＬｉと素
子厚みＨの比Ｌｉ／Ｈと出力用電極長さＬｏと素子厚み
Ｈの比Ｌｏ／Ｈをそれぞれ２以上５以下とすることを特
徴とする２重モードの圧電フィルタ。 - 【請求項７】 請求項３記載の圧電振動素子において、
素子主面片側に一対の入力用電極と出力用電極、もう一
方の主面に接地用電極を設け、入力用電極長さＬｉと素
子厚みＨの比Ｌｉ／Ｈと出力用電極長さＬｏと素子厚み
Ｈの比Ｌｏ／Ｈをそれぞれ３．５以上６．５以下とする
ことを特徴とする２重モードの圧電フィルタ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001103241A JP2002299998A (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | 圧電振動素子および圧電フィルタ |
| US10/473,761 US7129799B2 (en) | 2001-04-02 | 2002-03-29 | Piezoelectric vibration element and piezoelectric filter |
| EP02708725A EP1376864A4 (en) | 2001-04-02 | 2002-03-29 | PIEZOELECTRIC VIBRATION ELEMENT AND PIEZOELECTRIC FILTER |
| PCT/JP2002/003176 WO2002082646A1 (fr) | 2001-04-02 | 2002-03-29 | Element vibratoire piezoelectrique et filtre piezoelectrique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001103241A JP2002299998A (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | 圧電振動素子および圧電フィルタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002299998A true JP2002299998A (ja) | 2002-10-11 |
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ID=18956326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001103241A Pending JP2002299998A (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | 圧電振動素子および圧電フィルタ |
Country Status (4)
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|---|---|
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| EP (1) | EP1376864A4 (ja) |
| JP (1) | JP2002299998A (ja) |
| WO (1) | WO2002082646A1 (ja) |
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| JP2009094829A (ja) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電振動装置、発振回路及び電子装置 |
| JP2014154994A (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-25 | Seiko Epson Corp | 振動素子、振動子、電子デバイス、電子機器、及び移動体 |
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|---|---|---|---|---|
| US7466067B2 (en) * | 2004-11-01 | 2008-12-16 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator, method for producing piezoelectric actuator, liquid transporting apparatus, and method for producing liquid transporting apparatus |
| WO2007029280A1 (ja) * | 2005-03-28 | 2007-03-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 厚み縦圧電共振子 |
| KR101843190B1 (ko) | 2011-08-31 | 2018-03-28 | 삼성전기주식회사 | 세라믹 전자부품 및 이의 제조방법 |
| US9013242B2 (en) * | 2012-03-27 | 2015-04-21 | Seiko Epson Corporation | Resonator element, resonator, electronic device, electronic apparatus, and mobile object |
| TWI578585B (zh) * | 2012-03-27 | 2017-04-11 | 精工愛普生股份有限公司 | 振動元件、振動器、電子裝置、電子機器及移動體 |
| US9791503B1 (en) * | 2015-09-30 | 2017-10-17 | Integrated Device Technology, Inc. | Packaged oscillators with built-in self-test circuits that support resonator testing with reduced pin count |
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|---|---|---|---|---|
| JPS4932864Y1 (ja) * | 1969-07-10 | 1974-09-05 | ||
| NL6912167A (ja) * | 1969-08-09 | 1971-02-11 | ||
| JPS5145550B2 (ja) | 1972-07-25 | 1976-12-04 | ||
| JPS5593315A (en) | 1979-01-08 | 1980-07-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Broad band double mode filter |
| JPS58137317A (ja) * | 1982-02-09 | 1983-08-15 | Nec Corp | 圧電薄膜複合振動子 |
| JPS59182616A (ja) | 1983-03-31 | 1984-10-17 | Fujitsu Ltd | リチウムタンタレ−ト振動子 |
| KR920005610B1 (ko) * | 1985-04-11 | 1992-07-09 | 도오요오 쓰으신끼 가부시끼가이샤 | 오버톤 발진용 압전 공진자 |
| JPS62220012A (ja) | 1986-03-20 | 1987-09-28 | Fujitsu Ltd | 圧電振動素子 |
| JPH0637579A (ja) | 1991-12-18 | 1994-02-10 | Sumitomo Metal Ind Ltd | チップ型圧電部品 |
| JP2743701B2 (ja) * | 1992-03-30 | 1998-04-22 | 株式会社村田製作所 | 発振回路 |
| JPH08242026A (ja) | 1995-03-03 | 1996-09-17 | Fujitsu Ltd | 圧電振動子及びこれを具備する圧電振動子デバイス並びに該デバイスを具備する回路装置 |
| JPH098594A (ja) | 1995-06-23 | 1997-01-10 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振器 |
-
2001
- 2001-04-02 JP JP2001103241A patent/JP2002299998A/ja active Pending
-
2002
- 2002-03-29 WO PCT/JP2002/003176 patent/WO2002082646A1/ja active Application Filing
- 2002-03-29 US US10/473,761 patent/US7129799B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-03-29 EP EP02708725A patent/EP1376864A4/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009094829A (ja) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電振動装置、発振回路及び電子装置 |
| JP2014154994A (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-25 | Seiko Epson Corp | 振動素子、振動子、電子デバイス、電子機器、及び移動体 |
Also Published As
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| US20040155716A1 (en) | 2004-08-12 |
| US7129799B2 (en) | 2006-10-31 |
| WO2002082646A1 (fr) | 2002-10-17 |
| EP1376864A4 (en) | 2009-05-06 |
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