JP3077523B2 - 圧電共振子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、すべりモードを利用し
たエネルギー閉じ込め型の圧電共振子に関し、特に、共
振部に振動エネルギーが効果的に閉じ込められる構造を
備えた圧電共振子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、従来のすべりモードを利用した
エネルギー閉じ込め型の圧電共振子を示す斜視図であ
る。圧電共振子１は、矩形板状の圧電セラミック板２を
有する。圧電セラミック板２は、一方端面２ａから他方
端面２ｂ側に向かって分極処理されている（分極方向を
矢印Ｐで示す。）。圧電セラミック板２の上面２ｃ上に
は共振電極３が、下面２ｄ上には共振電極４が形成され
ている。

【０００３】共振電極３は、端面２ｂ側から中央に向か
って延ばされている。共振電極４は、端面２ａから中央
に向かって延ばされている。共振電極３，４は、圧電セ
ラミック板２の中央領域において、圧電セラミック板２
を介して表裏対向するように重なり合わされている。

【０００４】圧電共振子１では、共振電極３，４から交
流電圧を印加することにより、共振電極３，４が重なり
合っている領域、すなわち共振部がすべりモードで励振
される。この場合、振動のエネルギーは、共振電極３，
４が重なり合っている共振部に閉じ込められ、端面２
ａ，２ｂ側にはあまり漏洩しない。

【０００５】すなわち、圧電共振子１は、すべりモード
を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子である。
従って、端面２ａ，２ｂ近傍において機械的に保持する
ことにより、ケース材や回路基板等に固定することがで
きる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】エネルギー閉じ込め型
の圧電共振子１では、振動のエネルギーは共振部に良好
に閉じ込められることが必要である。さもないと、端面
２ａ，２ｂ側の部分において機械的に保持した場合に振
動が阻害され、所望の共振特性を得ることができない。

【０００７】圧電共振子１において、振動エネルギーを
良好に閉じ込めるには、素子の長さＬを長くする必要が
ある。また、圧電共振子１の共振周波数は、共振部の厚
みすなわち素子の厚みｔに依存する。例えば、共振周波
数が４ＭＨｚの圧電共振子１を得ようとした場合、厚み
ｔは０．３ｍｍ程度となり、２ＭＨｚの圧電共振子１を
得ようとした場合には厚みｔは０．６ｍｍとなる。

【０００８】ところが、振動エネルギーを共振部に確実
に閉じ込めるには、厚みｔが大きくなるにつれ、素子の
長さＬを長くしなければならない。例えば、４ＭＨｚの
ときには、厚みｔは０．３ｍｍであるが、この場合共振
エネルギーを共振部に確実に閉じ込めるには、長さＬを
５ｍｍ程度としなければならず、また２ＭＨｚの場合に
は厚みｔは０．６ｍｍとなるが、この場合には長さＬを
１０ｍｍ程度まで長くしなければならなかった。

【０００９】その結果、すべりモードを利用したエネル
ギー閉じ込め型の圧電共振子１では、素子の長さ寸法Ｌ
が大きくならざるを得なかった。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、すべ
りモードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子
において、共振部における振動エネルギーの閉じ込め効
率を効果的に高めることができ、従って全体の寸法を小
型とし得る圧電共振子を提供することにある。

【００１１】本発明の広い局面によれば、上記目的を達
成し得るすべりモードを利用したエネルギー閉じ込め型
の圧電共振子が提供される。すなわち、このすべりモー
ドを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子は、長
辺と短辺とを有する一対の対向し合っている矩形の面を
有し、かつある方向に分極処理された圧電体と、上記圧
電体の外表面に形成された第１，第２の共振電極とを備
える。第１，第２の共振電極は、圧電体の外表面におい
て所定距離を隔てて配置されており、かつ上記圧電体の
分極方向に直交する方向に電圧を印加するために形成さ
れている。

【００１２】本発明の圧電共振子の特徴は、上記圧電体
の矩形面の長辺の長さをｂ、短辺の長さをａ、圧電体を
構成している材料のポアソン比をσとしたときに、比ｂ
／ａが、 ｂ／ａ＝ｎ（０．３σ＋１．４８） … （１） （但し、ｎは整数）を中心として±１０％の範囲内とさ
れていることにある。

【００１３】本発明の圧電共振子では、第１，第２の共
振電極から交流電圧が印加されることにより、分極方向
に直交する方向に該交流電圧が印加される。従って、圧
電共振子がすべりモードで励振される。しかも、上記比
ｂ／ａが、上述した式（１）を満たす値を中心として±
１０％の範囲内とされているため、すべりモードの振動
が圧電共振子に効果的に閉じ込められる。このような比
ｂ／ａを上記特定の範囲内とすることにより、すべりモ
ードの振動が効果的に閉じ込められることは、本願発明
者（単数）により実験的に確かめられたものであり、後
述の実施例において詳述する。

【００１４】本発明によれば、すべりモードの振動が上
記圧電共振子の圧電体において効果的に閉じ込められ
る。従って、本発明の圧電共振子を用いて部品を作製す
る際に、支持構造側において振動を減衰させる必要がな
いため、支持構造を簡略化することができる。従って、
本発明の圧電共振子では、すべりモードを利用した小型
の圧電共振部品を提供することができる。

【００１５】本発明の特定的な局面によれば、上記圧電
体に支持部が連結される。この場合、圧電体にすべりモ
ードの振動が効果的に閉じ込められるため、支持部の大
きさを小さくすることができ、かつ支持部の構造を簡略
化することができる。また、好ましくは、上記支持部
は、圧電体の両側に連結され、それによって圧電体をよ
り安定に支持することができる。また、より好ましく
は、圧電体の両側に連結された支持部に対し、保持部が
連結される。この保持部として、ある程度の面積を有す
る部材を用いることにより、保持部を利用して他の部材
に容易にかつ安定に固定することができる。

【００１６】また、本発明のより特定的な局面では、上
記圧電体、支持部（複数）及び保持部（複数）が板状の
部材により構成され、従って全体として板状の形状を有
するエネルギー閉じ込め型の圧電共振子が提供される。
この場合、圧電体、支持部（複数）及び保持部（複数）
を、一枚の圧電基板を機械加工することにより構成する
ことができ、従って、容易に板状のエネルギー閉じ込め
型のすべりモードを利用した圧電共振子を提供すること
ができる。

【００１７】また、上記一枚の圧電基板を機械加工する
ことにより、圧電体、支持部（複数）及び保持部（複
数）を構成する構造においては、好ましくは、圧電基板
に第１，第２の溝を形成し、第１，第２の溝間の圧電基
板部分により上記圧電体を構成してもよい。この場合に
は、第１，第２の溝を加工することにより、圧電体の寸
法を規定することができる。

【００１８】また、本発明の別の特定的な局面によれ
ば、上記１枚の圧電基板を用いて形成された圧電共振子
を挟持するように、該共振子の上下にケース基板（複
数）が貼り合わされる。この場合、共振子の振動する部
分の振動を妨げないための空間を確保するために、ケー
ス基板にまたはケース基板と共振子との間の少なくとも
一方に空洞形成手段が設けられる。このように、上下に
ケース基板を貼り合わせた構造を採用することにより、
チップ型の圧電共振部品を容易に提供することができ、
しかも、空洞形成手段により、圧電共振子の振動する部
分の振動を妨げないための空洞が形成されるため、特性
の安定なエネルギー閉じ込め型のチップ型共振部品を提
供し得る。

【００１９】好ましくは、上記圧電基板の両側に、圧電
共振子の振動する部分の振動を妨げないための空間を確
保するために、第１，第２のスペーサー板が連結され
る。第１，第２のスペーサー板をさらに設けた構造で
は、圧電共振子の側方においても、振動を妨げないため
の空間が確保され、かつ圧電共振子の側方が確実に封止
され得る。従って、密封性に優れたチップ型の圧電共振
部品を提供し得る。

【００２０】より好ましくは、上記第１，第２のスペー
サー板は、圧電共振子を構成するための上記圧電基板と
同一の部材により一体的に構成される。この場合には、
圧電基板と第１，第２のスペーサー板との接合部分が存
在しなくなるため、チップ型圧電共振部品の機密性をよ
り効果的に高めることができる。従って、耐湿性などの
環境特性に優れたチップ型圧電共振部品を提供すること
が可能となる。

【００２１】なお、本発明において上記圧電体は、板状
のものに限らず、種々の形状を有するように構成し得る
が、上記式（１）を満たすために、長辺と短辺とを有す
る一対の対向し合う矩形の面を有することが必要であ
る。好ましくは、上記圧電体は矩形板状の圧電板からな
り、その場合には、矩形の両主面と、該両主面を結ぶ４
つの側面を有する。

【００２２】また、一対の共振電極については、圧電体
を上記矩形板状の圧電板で構成した場合には、圧電板の
両主面に分散されて形成されてもよく、圧電板の一方主
面上において所定距離を隔てて形成されてもよく、ある
いは圧電板の対向し合っている一対の側面に形成されて
いてもよい。すなわち、一対の共振電極は、すべりモー
ドを励振し得る限り、圧電体の外表面に適宜形成される
ものであり、その形成位置は後述の実施例から明らかな
ように、種々変形し得るものであり、特に限定されるも
のではない。

【００２３】また、本発明の圧電共振子において、圧電
板の両主面に共振電極を形成した構造を採用した場合に
は、両主面の一対の共振電極を弾力挟持するように一対
のばね端子を配置し、圧電共振子及びばね端子をケース
に収納することにより、リード付きの圧電共振部品とし
て構成することも可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、上記式（１）を満たす
値を中心として±１０％の範囲内となるように比ｂ／ａ
が選択されているため、圧電体にすべりモードの振動が
効果的に閉じ込められる。従って、圧電体の外側に設け
られる部材や部分を小さくすることができる。よって、
従来のすべりモードを利用した圧電共振子に比べて、よ
り小型でありかつ共振特性に優れた圧電共振子を提供す
ることが可能となる。

【００２５】

【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ本発明の非限
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。

【００２６】図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施例に
係るエネルギー閉じ込め型の圧電共振子を示す側面図及
び斜視図である。圧電共振子１１は、矩形板状の圧電セ
ラミック板１２を用いて構成されている。圧電セラミッ
ク板１２は、その主面と平行な方向すなわち図示の矢印
Ｐ方向に分極軸が揃うように分極処理されている。

【００２７】圧電セラミック板１２の上面１２ａにおい
ては、一方端面１２ｃから他方端面１２ｄ側に向かっ
て、ただし他方端面１２ｄには至らないように第１の共
振電極１３が形成されている。同様に、圧電セラミック
板１２の下面１２ｂ上では、端面１２ｄ側から端面１２
ｃ側に向かって、ただし端面１２ｃには至らないように
第２の共振電極１４が形成されている。

【００２８】また、圧電セラミック板１２の上面１２ａ
には、幅方向に延びる第１の溝１５が、下面１２ｂ上に
も、幅方向に延びる第２の溝１６が形成されている。そ
して、第１の溝１５と第２の溝１６とで挟まれた圧電セ
ラミック板部分において、上下の第１，第２の共振電極
１３，１４が圧電セラミック板１２を介して重なり合っ
ており、それによって共振部すなわち本発明における圧
電体部分が構成されている。すなわち、第１，第２の共
振電極１３，１４の先端側に、それぞれ、第１，第２の
溝１５，１６が形成されて、第１，第２の溝間に共振部
が構成されている。

【００２９】本実施例の圧電共振子１１では、共振部に
おける圧電セラミック板１２の厚み方向の長さ、すなわ
ち圧電セラミック板１２の両端面を結ぶ方向（第１の方
向）に直交しかつ第１，第２の溝の深さ方向（第２の方
向）に沿う共振部の長さをａ、該共振部の第１の方向の
長さをｂ（図２Ａ参照）とし、圧電セラミック板１２を
構成している圧電材料のポアソン比をσとしたときに、
比ｂ／ａが、 ｂ／ａ＝ｎ（０．３σ＋１．４８） （但し、ｎは整数）を中心として±１０％の範囲内とさ
れている。言い換えれば、本発明の圧電体を構成してい
る上記共振部では、その側面が長辺の長さｂ及び短辺の
長さａである矩形面を有する。そして、比ｂ／ａが、上
記特定の範囲内となるように、上記溝１５，１６が形成
されており、それによって共振部の寸法が定められてい
る。

【００３０】なお、図２Ａ及び図２Ｂに示した圧電共振
子１１では、圧電セラミック板１２の両面１２ａ及び下
面１２ｂにおいて、それぞれ、第１の溝１５と端面１２
ｄとの間及び第２の溝１６と端面１２ｃとの間には電極
が形成されていなかった。しかしながら、図３Ａ及び図
３Ｂに示すように、圧電セラミック板１２の上面１２ａ
において、第１の溝１５と端面１２ｄとの間の領域に電
極１３ａを形成し、下面１２ｂ上において、第２の溝１
６と端面１２ｃとの間の領域に電極１４ａを形成しても
よい。この構造では、圧電セラミック板１２の両主面に
全面電極を形成した後、上記第１，第２の溝１５，１６
を形成することにより、第１，第２の共振電極１３，１
４及び電極１３ａ，１４ａを形成することができ、より
少ない工程で圧電共振子を構成することができる。

【００３１】比ｂ／ａが上記特定の範囲内となるように
溝１５，１６を形成することにより、本実施例では、す
べりモードによる共振部における振動エネルギーが該共
振部内に効果的に閉じ込められる。この理由を、図４〜
図１１を参照して説明する。

【００３２】いま、図４Ａに側面図で示すように、矢印
Ｐ方向すなわち上面及び下面と平行な方向に分極処理さ
れており、かつ比ｂ／ａ＝１である圧電体２１の両主面
に共振電極２２，２３を形成した構造を想定する。この
場合、共振電極２２，２３から交流電圧を印加すること
により、圧電体２１は輪かくすべりモードで振動する。
その結果、図示の破線Ａで示す振動姿態と、破線Ａで示
す振動姿態と左右対称である振動姿態との間で振動する
ことになる。

【００３３】上記振動体２１の各部分の位置を、図４Ｂ
にｘ−ｙ座標系で示す。この場合、振動に際してコーナ
ー部分Ａはｘ方向及びｙ方向の何れにおいてももっとも
大きな変位を示す。また、圧電体２１の中心である点Ｏ
は振動のノード点となる。他方、圧電体２１の側面の中
間高さ位置の点Ｏ₁ ，Ｏ₂ においても、変位がみられ
る。

【００３４】従って、点Ｏ₁ ，Ｏ₂ においても変位がみ
られることになるため、上記圧電体２１の両側面の外側
に、さらに圧電板を連ねた形状の輪かくすべりモードの
共振子を構成した場合、振動エネルギーの閉じ込め効率
は十分でないことがわかる。

【００３５】これに対して、比ｂ／ａを、 ｂ／ａ＝０．３σ＋１．４８ としたときには、変位分布は図５に示すとおりであるこ
とがわかった。すなわち、図５に略図的側面図で示す圧
電体３１は、破線Ｂで示す振動姿態と、該振動姿態と左
右対称である振動姿態との間で振動することになる。こ
の場合、短辺側の変位ベクトルは図６に示すようにｘ方
向の成分のみを有する。また、圧電体３１の側面３１
ａ，３１ｂでは、上半分の部分と、下半分の部分とで変
位方向が逆転する。

【００３６】本発明者は、上記の事実を検討した結果、
図７に示すように、上記圧電体３１の側面３１ａにおい
て、１／２の高さ位置の点Ｏ₁ 近辺から下方に支持体３
２を連結し、側面３１ｂ側において、１／２の高さ位置
の点Ｏ₂ 近辺から上方に支持体３３を連結すれば上記ｘ
方向における変位の支持体３２，３３への漏洩を防止す
ることができるのではないかと考えた。

【００３７】そこで、上記ｂ／ａを種々変更し、かつ種
々の圧電材料を用いて圧電体３１に支持体３２，３３を
連ねた構造の変位状態を調べた。その結果、使用する圧
電材料のポアソン比σと比ｂ／ａとの間に図８に示す関
係があることが確かめられた。図８の結果から、比ｂ／
ａを、 ｂ／ａ＝ｎ（０．３σ＋１．４８） … （１） （但し、ｎは整数） に設定するように圧電体３１の厚みａ及び振動部分の長
さｂを選択することにより、支持体３２，３３側への変
位の伝達を減少させることができ、言い換えれば、振動
体３１の部分に振動エネルギーを効果的に閉じ込められ
ることがわかった。

【００３８】なお、図７に示したモデルでは、圧電体３
１の側面３１ａにおいて、１／２の高さ位置の点Ｏ₁ 近
辺から下方に支持体３２を、側面３１ｂ側において、１
／２の高さ位置の点Ｏ₂ 近辺よりも上方に支持体３３を
連結したが、この場合の１／２の高さ位置は、特に限定
されるものではない。言い換えれば、前述した実施例に
おける圧電セラミック板１１に形成されている溝１５，
１６の深さは、必ずしも圧電セラミック板１２の厚みの
１／２以上であることは必要ではない。

【００３９】上記のようにして、式（１）を満たすよう
に圧電体の共振部分の寸法を選択することにより圧電振
動体３１から支持体３２，３３への振動の伝達を効果的
に防止し得ることが確かめられた。この結果に基づき、
有限要素法によりポアソン比σ＝０．３１の圧電材料を
用い、ｂ／ａ＝１．５７とした場合の圧電振動体３１の
変位分布を調べたところ、図９に示す結果が得られた。

【００４０】また、このような圧電振動体３１に、支持
部３２Ａ，３３Ｂを介して圧電振動体３１と等しい幅の
厚みを有する支持部３４，３５を一体的に構成した共振
子の変位分布を同じく有限要素法で調べたところ、図１
０に示す結果が得られた。

【００４１】図１０から明らかなように、この共振子３
６では、圧電振動体３１部分におけるすべりモードの振
動エネルギーが支持部３２Ａ，３３Ｂ側にはほとんど漏
洩していないことがわかる。すなわち、上記比ｂ／ａを
式（１）を満たすように選択することにより、エネルギ
ー閉じ込め効率の高いすべりモードを利用した共振子を
構成し得ることがわかる。

【００４２】次に、あるポアソン比σにおいて、上記式
（１）のｎを０．８５〜１．１まで変化させ、図１０に
示す変位量の最も大きな点Ｐの変位量に対する変位量の
最も小さな点Ｑにおける変位量の比、すなわち相対変位
（％）を測定した。結果を図１１に示す。

【００４３】図１１から明らかなように、ｎの値が０．
９〜１．１の範囲であれば、相対変位は１０％以下であ
ることがわかる。他方、相対変位が１０％以下の場合に
は、共振子を構成する場合に実質的に問題のないことが
わかっている。従って、式（１）を満たす値から±１０
％の範囲内であれば、共振部に振動エネルギーを効果的
に閉じ込めることができる。

【００４４】上記のように、すべり振動モードを利用し
た圧電共振子においては、共振部における第１，第２の
共振電極間の距離と分極方向に沿う共振部の長さｂとの
関係を式（１）で示す値から±１０％の範囲内とするこ
とにより、エネルギー閉じ込め効率を効果的に高め得る
ことがわかった。

【００４５】そこで、図２及び図３に示した実施例の圧
電共振子１１では、共振部の圧電セラミック板の厚みａ
と共振部の分極方向Ｐに沿う長さ寸法ｂが上記式（１）
で示す値から±１０％の範囲内とするように、上記第
１，第２の溝１５，１６が形成されており、それによっ
てエネルギー閉じ込め効率が高められている。

【００４６】図１２は、本発明の第２の実施例に係る圧
電共振子を示す側面図であり、第１の実施例について示
した図２に相当する図である。第２の実施例の圧電共振
子４１では、矢印Ｐ方向に分極処理された圧電セラミッ
ク板４２の上面４２ａにおいて、第１の溝４５の外側
に、さらに第３の溝４７が形成されており、他方圧電セ
ラミック板４２の下面４２ｂ側においても、第２の溝４
６の外側に第４の溝４８が形成されており、それによっ
て動吸振部４９，５０が構成されている。この動吸振部
４９，５０は、公知の動吸振現象により、漏洩してきた
振動によって共振し、漏洩してきた振動を打ち消すよう
に作用する。従って、動吸振部４９，５０の寸法は、こ
のような動吸振現象による振動の相殺を果たすような大
きさに選ばれている。

【００４７】第２の実施例の圧電共振子４１では、上記
第３，第４の溝４７，４８が形成されて動吸振部４９，
５０が構成されていることを除いては、第１の実施例と
同様であるため、その他の部分については相当の参照番
号を付することにより、その説明は省略する。

【００４８】第２の実施例の圧電共振子４１では、共振
部における寸法比ｂ／ａが式（１）で示す値から±１０
％の範囲内とされているため、共振部に振動エネルギー
が効果的に閉じ込められる。しかも、わずかに漏洩した
振動は、上記動吸振部４９，５０によって動吸振現象に
より相殺される。従って、第３，第４の溝４７，４８よ
りも外側の保持部５１，５２において圧電共振子４１を
機械的に保持した場合、共振特性の劣化がほとんど生じ
ない。よって、第１の実施例に比べて、より一層エネル
ギー閉じ込め効率を高めることかでき、より小型の圧電
共振子を提供することができる。

【００４９】上述してきた第１，第２の実施例では、厚
みすべりモードを利用した圧電共振子につき説明した
が、本発明の圧電共振子は、すべり振動モードであれば
幅すべりモードなどの他のすべりモードの圧電共振子に
も適用することができる。

【００５０】図１３Ａに示す第３の実施例に係る圧電共
振子６１は、幅すべりモードを利用した圧電共振子であ
る。図１３を参照して、圧電共振子６１は、矩形板状の
圧電セラミック板６２を用いて構成されている。圧電セ
ラミック板６２は、矢印Ｐ方向に分極処理されている。
すなわち、圧電セラミック板６２の上面６２ａと平行な
方向に分極処理されている。

【００５１】圧電セラミック板６２の両端縁に沿うよう
に、一対の共振電極６３，６４が形成されている。共振
電極６３，６４の延びる方向は、分極方向Ｐと平行であ
り、共振電極６３，６４は、圧電セラミック板６２の上
面６２ａ上において、中央領域において所定距離を隔て
て対向されている。

【００５２】また、共振電極６３の先端側には、第１の
溝６５が、第２の共振電極６４の先端側には第２の溝６
６が形成されており、それによって第１，第２の溝６
５，６６で挟まれた共振部が構成されている。この共振
部、すなわち本発明の圧電体を構成している部分は上面
及び下面が矩形の形状を有する。共振部の上面の短辺方
向（第２の方向）の長さをａ、共振部の長辺すなわち分
極方向Ｐに沿った方向（第１の方向）の長さをｂとした
ときに、比ｂ／ａを式（１）に示す値から±１０％以内
の範囲とすることにより、第１の実施例と同様に、共振
部に振動エネルギーを効果的に閉じ込めることができ
る。

【００５３】さらに、図１３Ｂに示すように、分極軸方
向Ｐは、圧電セラミック板６２の長手方向と直交する方
向（第２の方向）であってもよい。この場合において共
振電極６３，６４が、圧電セラミック板６２の短辺と平
行に延ばされており、それによって共振部に電界が加わ
る方向が圧電セラミック板６２の長手方向とされてい
る。図１３Ｂに示す構成においても、第１，第２の溝６
５，６６間の共振部の上面の形状が、上述した式（１）
に示す値から±１０％以内の範囲となるように、比ｂ／
ａが選択されている。従って、すべりモードの振動エネ
ルギーを共振部に効果的に閉じ込めることができる。

【００５４】本発明の圧電共振子では、上記のように振
動エネルギーが効果的に閉じ込められるため、第１，第
２の溝より外側の部分において機械的に保持することに
より容易にチップ型電子部品を構成することができる。
このようなチップ型共振部品の一例を図１４及び図１５
を参照して説明する。

【００５５】チップ型共振部品７０では、共振プレート
７１の上下に、空洞形成部材７２，７３を介して第１，
第２のケース基板７４，７５が絶縁性接着剤を用いて貼
り合わされている。

【００５６】共振プレート７１は、幅すべりモードを利
用した圧電共振子７６を用いて構成されている。圧電共
振子７６では、矩形板上の圧電セラミック板７７に、第
１，第２の溝７８，７９を形成した形状を有する。この
第１，第２の溝７８，７９間に共振部、すなわち本発明
の圧電体が構成されており、かつ圧電セラミック板７７
は図示の矢印Ｐ方向に分極処理されている。

【００５７】他方、圧電セラミック板７７の側面には、
第１，第２の共振電極が形成されている。図１４では第
２の共振電極８０が図示されているが、該第２の共振電
極８０は第２の溝７９と端面７７ａとの間に延びるよう
に形成されている。また、図１４では図示されていない
が、圧電セラミック板７７の他方側面では、第１の溝７
８と、端面７７ａとは反対側の端面との間に第１の共振
電極が形成されている。従って、第１，第２の共振電極
に交流電圧を印加することにより、共振部はすべり振動
モードで共振される。

【００５８】本実施例においても、共振部の大きさは、
圧電セラミック板７７の両端面を結ぶ方向（第１の方
向）と直交する方向であって、かつ第１，第２の溝の深
さ方向（第２の方向）の長さをａ、共振部の第１の方向
に沿う長さをｂとしたときに、上述した特定の範囲内に
選ばれている。従って、共振部内に振動エネルギーが効
果的に閉じ込められている。 他方、第１，第２の溝７
８，７９の外側の保持部において、両側から第１，第２
のスペーサー板８１，８２が絶縁性接着剤により固着さ
れて、共振プレート７１が構成されている。

【００５９】空洞形成部材７２，７３は、それぞれ、矩
形の開口７２ａ，７３ａを有する。開口７２ａ，７３ａ
は、圧電共振子７６の共振部の振動を妨げないような空
洞を形成するために設けられている。空洞形成部材７
２，７３としては、矩形枠状のシート状接着剤を用いた
り、あるいは矩形枠状の合成樹脂フィルム等の適宜の材
料からなるものを用いることができる。

【００６０】ケース基板７４，７５は、例えばアルミナ
などの絶縁性セラミックスやその他の適宜の絶縁材料で
構成することができる。なお、本実施例では、矩形枠状
の空洞形成部材７２，７３を用いたが、ケース基板７４
の下面及びケース基板７５の上面に、それぞれ矩形の凹
部を形成し、それによって圧電共振子７６の共振部の振
動を妨げないための空洞を形成してもよい。あるいは、
ケース基板７４の下面及びケース基板７５の上面に矩形
枠状に絶縁性接着剤を厚く塗布し、それによって共振部
の振動を妨げないための空洞を形成するようにしてもよ
い。

【００６１】上記各部材を積層して得られた積層体に、
図１５に示すように、外部電極８３，８４を形成するこ
とにより、チップ型共振部品７０が構成される。外部電
極８３，８４は、蒸着、メッキもしくはスパッタリング
等の適宜の方法により形成することができる。

【００６２】図１５に示したチップ型圧電共振部品７０
から明らかなように、本発明の圧電共振子を用いた場
合、圧電共振子の寸法を小型にし得るだけでなく、共振
部における振動エネルギーの閉じ込め効率を効果的に高
め得るため、圧電共振子７６の第１，第２の溝７８，７
９よりも外側の部分において他の部材と強固に接合され
た機械的強度に優れたチップ型共振部品を構成すること
ができる。従って、共振特性に優れ、かつ信頼性に優れ
たチップ型共振部品を提供することが可能となる。

【００６３】図１４に示した共振プレート７１では、圧
電共振子７６の両側に第１，第２のスペーサー板８１，
８２が接着剤を用いて接合されている。従って、図１４
から明らかなように接合部分Ａが存在する。この接合部
分Ａにおいて、接着が不十分な場合には、湿気等が接合
部分Ａから内部に侵入し、耐湿性などの特性が悪化する
おそれがある。従って、好ましくは、図１６及び図１７
に示す共振プレート９１のように、一体の部材で共振プ
レートを構成してもよい。共振プレート９１では、前述
した図１４に示した圧電共振子７６に似た構造の圧電共
振子９６と、第１，第２のスペーサー板８１，８２とが
一体化されている。すなわち、矩形板状の圧電セラミッ
ク板を機械加工することにより開口９１ａ，９１ｂを形
成し、しかる後種々の電極を形成することにより共振プ
レート９１が構成されている。従って、上記接合部分
（図１４参照）が存在しないため、チップ型圧電共振部
品の耐湿性をより効果的に高め得る。共振プレート９１
は、圧電共振子９６及び第１，第２のスペーサー板８
１，８２を一体化した点、並びに圧電共振子９６におい
て共振電極８０，８０Ａが圧電セラミック板の上面に形
成されている点を除いては、共振プレート７１と同様に
構成されているため、同一部分については、同一の参照
番号を付することによりその説明は省略する。

【００６４】図１８は、本発明のさらに他の実施例の圧
電共振子を示す斜視図である。図１８に示す圧電共振子
１０１は、図１３Ｂに示した圧電共振子６１の変形例で
ある。圧電共振子６１と異なる点は、一方の共振電極６
４が、圧電セラミック板６２の下面に形成されているこ
とにある。その他の点については、圧電共振子１０１
は、圧電共振子６１と同様に構成されている。圧電共振
子１０１から明らかなように、本発明の圧電共振子にお
ける一対の共振電極は、共振部、すなわち本発明におけ
る圧電体の一対の矩形面のうち一方の矩形面に、他方の
共振電極６４が他方の矩形面上に形成されていてもよ
い。

【００６５】また、上述してきた実施例では、共振部す
なわち圧電体と、支持部及び保持部が圧電セラミック板
を機械加工することにより一体的に形成されていたが、
圧電体、支持部及び保持部は別部材で構成されていても
よい。このような例を、図１９を参照して説明する。図
１９に示す板状部材１１１では、対向し合う矩形の上面
及び下面を有する圧電体１１２の側方に、Ｌ字状の板状
部材１１３，１１４が絶縁性接着剤を用いて連結されて
いる。板状部材１１３，１１４は、絶縁性セラミック
ス、合成樹脂、金属板、半導体板などの適宜の材料で構
成されることができる。また、板状部材１１３，１１４
は、それぞれ、圧電体１１２に連結される支持部１１３
ａ，１１４ａと、他の部分に機械的に固定するために用
いられる保持部１１３ｂ，１１４ｂとを有する。

【００６６】また、図２０に示すように、支持部と保持
部とが同じ幅で構成された圧電基板１１５を用いてもよ
い。圧電基板１１５は、圧電セラミックスよりなり、中
央に上面及び下面が一対の矩形面を構成する圧電体部分
１１５ａを有し、圧電体部分１１５ａの両側に、それぞ
れ、幅の細い支持部１１５ｂ，１１５ｃが形成されてい
る。ここでは、支持部１１５ｂ，１１５ｃの長さが延長
され、その端部近傍の部分が保持部としても機能する。

【００６７】上述してきた実施例では、本発明の圧電共
振子として、圧電体に支持部及び保持部が連結された構
造のものにつき説明してきたが、本発明の圧電共振子で
は、上記支持部及び保持部等は必須のものではない。す
なわち、上記式（１）を満たす値を中心として±１０％
の範囲内となるように比ｂ／ａが選択された圧電体を用
いて本発明の圧電共振子を構成することができ、このよ
うな例を、図２１〜図２５を参照して説明する。

【００６８】図２１に示すように、長さｂの長辺１２１
ａと、長さａの短辺１２１ｂを有する対向し合う一対の
矩形面を有する圧電体１２１において、比ｂ／ａを上述
した式（１）を満たす値を中心として±１０％の範囲内
としたとき、すべりモードが励振されると、破線Ｘで示
す振動姿態と、逆の振動姿態との間での振動が生じる。
この場合、振動のノード点は、図２１にＡ，Ｂ，Ｃで示
すように、短辺１２１ｂの中央と、圧電体１２１の矩形
面の中心Ｂに存在する。

【００６９】従って、矩形面の中心Ｂ上において圧電共
振子を支持すれば、共振特性に優れた圧電共振部品を構
成し得ることがわかる。このような例を、図２２に示
す。図２２に示す圧電共振子１３１では、矩形の上面１
３２ａ及び矩形の下面１３２ｂを有する圧電セラミック
板１３２が用いられる。上面１３２ａ及び下面１３２ｂ
では、長辺の長さをｂ、短辺の長さをａ、圧電セラミッ
ク板１３２の材料のポアソン比をσとしたときに、比ｂ
／ａが上述した式（１）を満たす値を中心として±１０
％の範囲内とされている。

【００７０】上面１３２ａの中央には、第１の共振電極
１３３が、下面１３２ｂの中央にも、第２の共振電極１
３４が形成されている。第１，第２の共振電極１３３，
１３４は、圧電セラミック板１３２を介して対向されて
いる。

【００７１】圧電セラミック板１３２は、上面１３２ａ
と平行な方向に分極処理されている。従って、第１，第
２の共振電極１３３，１３４から交流電圧を印加するこ
とにより、圧電共振子１３１はすべりモードで励振され
る。しかも、比ｂ／ａが上記のように選択されているた
め、すべりモードの振動が圧電共振子１３１内に効果的
に閉じ込められる。

【００７２】なお、図２２において、圧電セラミック板
１３２の上面及び下面おいては、一方端縁に沿うように
端子電極１３５，１３６が形成されている。端子電極１
３５，１３６は、それぞれ、第１，第２の共振電極１３
３，１３４に電気的に接続されている。端子電極１３
５，１３６は、外部と電気的に接続するために用いられ
る。

【００７３】また、圧電セラミック板１３２の短辺側中
央には、切欠１３７，１３８が形成されている。この切
欠１３７，１３８は、共振周波数を調整するために設け
られている。すなわち、圧電共振子１３１を作製したあ
とにおいて、第１，第２の共振電極１３３，１３４から
交流電圧を印加して共振周波数を測定し、その状態で、
切欠１３７，１３８を適宜の大きさに形成することによ
り、共振周波数をリアルタイムでかつ容易に調整するこ
とができる。よって、所望通りの共振特性を有する圧電
共振子１３１を容易に提供することができる。

【００７４】なお、圧電共振子１３１では、端子電極１
３５，１３６が設けられていたが、必ずしも端子電極１
３５，１３６は外部の接続に用いられる必要はない。言
い換えれば、端子電極１３５，１３６は形成されずとも
よい。これは、中央の第１，第２の共振電極１３３，１
３４にばね端子を接触させることにより、圧電共振子１
３１と外部との電気的接続を果たし得るからである。こ
のような例を、図２３〜図２５を参照して説明する。

【００７５】図２３に示すように、本実施例では、圧電
共振子１３１の共振電極１３３，１３４に、それぞれ、
ばね端子１４１，１４２が接触されている。上記ばね端
子１４１，１４２の具体的な例としては、図２４に示す
ばね端子１４１，１４２が挙げられる。すなわち、ばね
端子１４１，１４２は、半球状に突出した弾性接触部１
４１ａ，１４２ａを有する。この弾性接触部１４１ａ，
１４２ａが、図２３において示されている。また、図２
４から明らかなように、ばね端子１４１，１４２は、弾
性接触部１４１ａ，１４２ａにおいて圧電共振子１３１
の共振電極１３３，１３４に電気的に接続される。他
方、ばね端子１４１，１４２は、端子引出し部１４１
ｂ，１４２ｂを有する。端子引出し部１４１ｂ，１４２
ｂは、収納した際にケース外に引き出される部分に相当
する。すなわち、図２５に示すように、圧電共振子１３
１をばね端子１４１，１４２で弾力挟持した状態で、ケ
ース１４３に収納し、封止樹脂１４４により封止するこ
とにより、リード端子付きの圧電共振部品１４５を構成
することができる。

【００７６】図２１〜２５を参照して説明した圧電共振
子１３１では、圧電板１３２の両面１３２ａ，１３２ｂ
の中心に位置するノード点において、ばね端子を接触さ
せて圧電共振子１３１を支持していた。

【００７７】しかしながら、本発明の圧電共振子は、図
２１に示した点Ａ及びＣにおいてばね端子により支持し
てもよい。すなわち、本発明の圧電共振子の振動モード
では、図２１に示した点Ａ及びＣ、すなわちｂ／ａは上
記特定の範囲とされている矩形の面に連なる短辺側の側
面中央にも振動のノード点が存在する。従って、図２６
に示すように、圧電共振子２３１の両側面中央に、ばね
端子２３２，２３３を接触させ、該ばね端子２３２，２
３３により圧電共振子２３１を支持してもよい。

【００７８】なお、圧電共振子２３１では、対向し合う
一対の面２３１ａ，２３１ｂが上記特定の範囲の比ｂ／
ａを満たす矩形面である。また、共振電極２３４，２３
５は、短辺ａに沿う側面の全面に形成されている。ま
た、圧電共振子２３１では、矢印Ｐ方向に圧電体２３６
が分極処理されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の厚みすべり振動モードを利用した圧電共
振子を示す斜視図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、実施例の圧電共振子の側
面図及び斜視図。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施例の変形例の
圧電共振子の側面図及び斜視図。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ｂ／ａ＝１の
場合のすべりモードを説明するための略図的側面図及び
振動体の位置を示す模式図。

【図５】ｂ／ａ＝０．３σ＋１．４８の場合の圧電振動
体の変位分布を示す模式的側面図。

【図６】図５に示した振動が生じた場合の側面の変位ベ
クトル分布を示す模式的側面図。

【図７】図６に示した圧電振動体に支持体を連結した場
合のｘ方向の変位分布を示す模式的側面図。

【図８】ｂ／ａとポアソン比σとの関係を示す図。

【図９】ポアソン比σ＝０．３１、比ｂ／ａ＝１．５７
の場合の圧電振動体の有限要素法により解析された変位
分布を示す図。

【図１０】図９に示した圧電振動体の外側に第１，第２
の溝を介して保持部を設けた圧電共振子の変位分布を示
す図。

【図１１】比ｂ／ａと相対変位量との関係を示す図。

【図１２】第２の実施例の圧電共振子を示す側面図。

【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施例に係る圧
電共振子を示す斜視図及びその変形例を示す斜視図。

【図１４】本発明の圧電共振子を用いて構成されたチッ
プ型共振部品を説明するための分解斜視図。

【図１５】チップ型圧電共振部品を示す斜視図。

【図１６】一体の部材で構成された共振プレートを説明
するための斜視図。

【図１７】図１６に示した共振プレートの平面図。

【図１８】本発明の圧電共振子のさらに他の例を示す斜
視図。

【図１９】本発明の圧電共振子に用いられる板状部材の
一例を示す斜視図。

【図２０】本発明の圧電共振子に用いられる圧電基板の
例を示す斜視図。

【図２１】すべりモードを励振させた際の振動のノード
点の位置を説明するための略図的平面図。

【図２２】本発明のさらに他の実施例の圧電共振子を示
す斜視図。

【図２３】図２２に示した圧電共振子にばね端子の弾性
接触部を当接させた状態を説明するための断面図。

【図２４】圧電共振子を一対のばね端子で弾力挟持させ
る工程を説明するための斜視図。

【図２５】本発明の一実施例の圧電共振子を一対のばね
端子で挟持し、ケースで収納することにより構成された
リード付き圧電共振部品を示す断面図。

【図２６】本発明の圧電共振子の他の例を説明するため
の斜視図であり、一対のばね端子により圧電共振子を支
持した状態を示す模式的斜視図。

【符号の説明】

１１…圧電共振子 １２…圧電セラミック板 １３，１４…第１，第２の共振電極 １５，１６…第１，第２の溝 Ｐ…分極方向 ４１…圧電共振子 ４２…圧電セラミック板 ４３，４４…第１，第２の共振電極 ４５，４６…第１，第２の溝 ６１…圧電共振子 ６２…圧電セラミック板 ６３，６４…第１，第２の共振電極 ６５，６６…第１，第２の溝 ７６…圧電共振子 ７７…圧電セラミック板 ７８，７９…第１，第２の溝 ８０…共振電極

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長辺と短辺とを有する一対の対向し合っ
   ている矩形の面を有し、かつある方向に分極処理された
   圧電体と、 前記圧電体の外表面において所定距離を隔てて配置され
   ており、かつ前記分極方向に直交する方向に電圧を印加
   するための第１，第２の共振電極とを備え、 前記圧電体の前記矩形面の長辺の長さをｂ、短辺の長さ
   をａ、圧電体を構成している材料のポアソン比をσとし
   たときに、比ｂ／ａが、 ｂ／ａ＝ｎ（０．３σ＋１．４８） （但し、ｎは整数）を中心として±１０％以内の範囲と
   されている、すべりモードを利用した圧電共振子。
2. 【請求項２】 前記圧電体に連結された支持部をさらに
   備える、請求項１に記載の圧電共振子。
3. 【請求項３】 前記支持部が、前記圧電体の両側に連結
   されている、請求項２に記載の圧電共振子。
4. 【請求項４】 前記各支持部に連結された保持部をさら
   に備える、請求項３に記載の圧電共振子。
5. 【請求項５】 前記圧電体、支持部及び保持部が板状の
   部材よりなる、請求項４に記載の圧電共振子。
6. 【請求項６】 前記圧電体、支持部及び保持部が、一枚
   の圧電基板を機械加工することにより一体的に構成され
   ている、請求項５に記載の圧電共振子。
7. 【請求項７】 前記圧電基板に、第１，第２の溝が形成
   されており、該第１，第２の溝間の圧電基板部分が、前
   記圧電体を構成している、請求項６に記載の圧電共振
   子。
8. 【請求項８】 一枚の圧電基板を用いて形成された前記
   圧電共振子を挟持するように、該共振子の上下に貼り合
   わされたケース基板と、 前記共振子の振動する部分の振動を妨げないための空間
   を確保するために、前記ケース基板またはケース基板と
   共振子との間に設けられた空洞形成手段とを備える、請
   求項６に記載の圧電共振子。
9. 【請求項９】 前記圧電基板の両側に、圧電共振子の振
   動する部分の振動を妨げないための空間を確保するため
   に連結された第１，第２のスペーサー板をさらに備え
   る、請求項８に記載の圧電共振子。
10. 【請求項１０】 前記圧電基板と前記第１，第２のスペ
    ーサー板とが、同一の部材により一体的に構成されてい
    る、請求項９に記載の圧電共振子。
11. 【請求項１１】 前記圧電体が圧電板であり、前記一対
    の矩形面が、前記圧電 体の両主面である、請求項１に
    記載の圧電共振子。
12. 【請求項１２】 前記圧電板が、前記両主面を結ぶ４つ
    の側面を有する、請求項１１に記載の圧電共振子。
13. 【請求項１３】 前記一対の共振電極が、前記圧電板の
    両主面に分散されて形成されている、請求項１２に記載
    の圧電共振子。
14. 【請求項１４】 前記一対の共振電極が、前記圧電板の
    一方主面上において所定距離を隔てて形成されている、
    請求項１２に記載の圧電共振子。
15. 【請求項１５】 前記一対の共振電極が、前記圧電板の
    対向し合っている一対の側面に形成されている、請求項
    １２に記載の圧電共振子。
16. 【請求項１６】 前記圧電板の両主面の一対の共振電極
    を弾力挟持する一対のばね端子と、 前記圧電共振子及びばね端子を収納するケースとをさら
    に備える、請求項１３に記載のチップ型圧電共振子。