JP3094717B2 - 圧電共振部品 - Google Patents

圧電共振部品

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JP3094717B2
JP3094717B2 JP05021044A JP2104493A JP3094717B2 JP 3094717 B2 JP3094717 B2 JP 3094717B2 JP 05021044 A JP05021044 A JP 05021044A JP 2104493 A JP2104493 A JP 2104493A JP 3094717 B2 JP3094717 B2 JP 3094717B2
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二郎 井上
弘明 開田
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    • H03H9/54Filters comprising resonators of piezo-electric or electrostrictive material
    • H03H9/56Monolithic crystal filters
    • H03H9/562Monolithic crystal filters comprising a ceramic piezoelectric layer

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電共振子や圧電フィ
ルタ等に用いられるエネルギー閉じ込め型の圧電共振部
品に関し、特に、厚みすべり振動や幅すべり振動等のす
べり振動モードを用いたエネルギー閉じ込め型の圧電共
振部品に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の厚みすべり振動モードを
利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振子の一例を示す
斜視図である。圧電共振子1は、細長い矩形の圧電基板
2の両主面に励振電極3,4を形成した構造を有する。
圧電基板2は矢印P方向に分極処理されている。励振電
極3,4は、圧電基板2の中央領域で圧電基板2を間に
介して対向するように形成されており、この励振電極
3,4が対向する部分によって振動が励起される。ま
た、励振電極3,4は、それぞれ、圧電基板2の異なる
端部に至るように形成されており、それによって、圧電
基板2の両端で圧電共振子1を外部と電気的に接続した
り、機械的に保持したりすることが可能とされている。
【0003】上記エネルギー閉じ込め型の圧電共振子1
では、励起された振動は、励振電極3,4が対向してい
る部分、すなわち振動部に閉じ込められ、圧電基板2の
両端付近では振動が十分に減衰される。従って、圧電基
板2の両端において機械的に保持した場合であっても、
共振特性の劣化が生じ難い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】圧電共振子1は、通
常、マザーの圧電基板の両主面にマザーの励振電極を形
成した後、マザーの圧電基板を厚み方向に切断すること
により量産されている。量産性を高めるために、マザー
の圧電基板から製造し得る圧電共振子1の個数を増大さ
せるには、圧電基板2の長さLを小さくすることが望ま
れる。また、他の電子部品と同様に、圧電共振子1にお
いても小型化が求められているため、該要求に応じるた
めにも圧電基板2の長さLを短くすることが求められて
いる。
【0005】しかしながら、圧電基板2の長さLを短く
すると、圧電基板2の両端付近における振動の減衰が不
十分となる。従って、圧電基板2の両端を機械的に保持
した場合、共振特性が劣化するという問題が生じてい
る。特に、圧電共振子1では、圧電基板2の厚みにより
共振周波数が決定されるが、厚みを厚くしてより低周波
域のものを得ようとした場合、それに伴って圧電基板2
の長さLも長くしなければならなかったが、このような
場合、圧電基板2の長さLを短くすると、十分な共振特
性を有する圧電共振子を構成することは非常に困難であ
った。
【0006】本発明の目的は、すべり振動モードのエネ
ルギーをより効果的に振動部に閉じ込めることができ、
従って圧電基板の長さをより短くし得るすべり振動モー
ドを利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振部品を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、分極処理され
た圧電基板と、前記圧電基板を間に介して対向するよう
に又は圧電基板の1の面上において対向するように形成
された複数の励振電極とを備え、該複数の励振電極の対
向している部分により構成された少なくとも1つの振動
部を有するすべり振動モードを利用したエネルギー閉じ
込め型圧電共振子において、前記振動部と、圧電基板端
部との間の少なくとも1つの圧電基板部分に動吸振現象
により伝搬してきた振動を抑制させる動吸振部が構成さ
れていることを特徴とする、圧電共振部品である。
【0008】また、上記動吸振部は、種々の方法で構成
されるが、例えば、請求項2に記載のように、圧電基板
2に2本の溝を加工することにより形成された該溝間の
圧電基板部分によって構成してもよい
【0009】
【作用】本発明の圧電共振部品は、動吸振現象を利用す
ることにより、エネルギー閉じ込め効率を高めたことに
特徴を有するものである。動吸振現象の詳細は、例え
ば、谷口修著「振動工学」第113頁〜第116頁(コ
ロナ社発行)に記載されているが、簡単にいえば、振動
が防止されるべき主振動体に、副振動体を連結し、該副
振動体の固有振動数を適当に選ぶことにより、主振動体
の振動が抑制される現象であるということができる。
【0010】本発明の圧電共振部品では、振動部と圧電
基板の端部との間に上記動吸振現象を利用した動吸振部
が構成されている。この動吸振部は、振動部と動吸振部
との間の圧電基板部分すなわち振動部から漏洩してきた
振動によって振動する部分の振動を、動吸振現象により
抑制するために設けられている。
【0011】上記のように、動吸振部が圧電基板端部と
振動部との間に設けられているため、振動部から漏洩し
てきた振動は、該動吸振部により抑制されることにな
り、圧電基板端部への振動の伝達を効果的に防止するこ
とができる。
【0012】
【発明の効果】本発明の圧電共振部品では、振動部と圧
電基板端部との間の少なくとも1つの部分に動吸振部が
設けられており、該動吸振部が動吸振部と振動部との間
の圧電基板部分に漏洩してきた振動を効果的に抑制する
ため、動吸振部と圧電基板端部との間の距離を短くする
ことができる。従って、動吸振部までの部分に振動エネ
ルギーを確実に閉じ込め得るため、圧電基板の長さを短
くしたとしても、共振特性の劣化が生じ難い。よって、
従来のすべり振動モードを利用した圧電共振部品に比べ
てより小型の圧電共振部品を共振特性を劣化させること
なく提供することが可能となる。
【0013】
【実施例の説明】以下、本発明の実施例を説明すること
により本発明を明らかにする。図1は、本発明の第1の
実施例に係る厚みすべり振動を利用したエネルギー閉じ
込め型圧電共振子を示す斜視図である。
【0014】圧電共振子11は平面形状が、細長い矩形
の圧電基板12を用いて構成されている。圧電基板12
は、例えば圧電セラミックスなどの圧電材料よりなり、
矢印P方向すなわち長さ方向に分極処理されている。
【0015】圧電基板12の上面には励振電極13が一
方端面12aから中央領域に至るように形成されてい
る。他方、図1の下方に投影して示すように、圧電基板
12の下面には、励振電極14が他方端面12bから中
央領域に至るように形成されている。励振電極13,1
4は、圧電基板12の長さ方向中央領域において、圧電
基板12を介して表裏対向するように配置されている。
従って、励振電極13,14間に交流電圧を印加するこ
とにより、励振電極13,14が対向している圧電基板
部分において厚みすべり振動が励起される。よって、励
振電極13,14が対向している圧電基板部分が振動部
を構成している。
【0016】圧電基板12の上面においては、幅方向に
延びる溝15a,15bが上記振動部と端面12bとの
間に形成されている。同様に、圧電基板12の下面にお
いても、幅方向に延びる溝16a,16bが振動電極1
4と端面12との間の領域に形成されている。
【0017】本実施例の圧電共振子11では、上記溝1
5a,15b,16a,16bが形成されることによ
り、溝15a、15b間及び溝16a、16b間に、そ
れぞれ、動吸振部17,18が形成されている。動吸振
部17,18は、振動部から漏洩してきた振動を受けて
振動し、動吸振現象によりその振動を抑制するものであ
る。従って、好ましくは、動吸振部17,18の共振周
波数は、振動部から伝搬してきた振動の共振周波数と等
しいように、上記動吸振部17,18の形状が定められ
る。
【0018】本実施例の圧電共振子11では、振動部に
おいて閉じ込められなかった分の振動、すなわち振動部
から圧電基板の端面12a,12b方向に漏洩する振動
が、上記動吸振部17,18により十分に減衰される。
従って、動吸振部17,18が形成されている領域間に
振動エネルギーが確実に閉じ込められることになる。よ
って、圧電基板12の長さを短くしたとしても、動吸振
部17,18よりも外側の圧電基板部分には振動が殆ど
伝達されないので、共振特性の劣化を生じさせることな
く、圧電基板12の長さ方向両端近傍を機械的に保持す
ることができる。
【0019】上記動吸振部17,18を設けたことによ
り圧電基板の端部が振動され難いことを、有限要素法を
用いて解析した振動姿態によって説明する。図3(a)
及び(b)は、従来の圧電共振子1(図2参照)におけ
る振動姿態を有限要素法に基づいて解析することにより
得られた図である。図3(a)に示すように、従来の圧
電共振子1では、振動が圧電基板2の端部まで伝わり、
圧電基板2の端部が大きく変位していることがわかる。
他方、図3(b)に示すように、圧電共振子1において
圧電基板2の長さを厚みに対してかなり長くした場合に
は、圧電基板2の端部近傍における変位はかなり小さく
なる。しかしながら、このように圧電基板を長くする
と、圧電共振子1の寸法が大きくならざるを得ない。
【0020】これに対して、第1の実施例の圧電共振子
11では、図4に示すように、動吸振部17,18の作
用により、動吸振部17,18の外側の圧電基板部分が
殆ど変位しないことがわかる。従って、従来例に比べ
て、長さの短い圧電共振子を、共振特性を劣化させるこ
となく製作することができる。
【0021】なお、上記動吸振部17,18は、従来の
圧電共振子1の製造方法とさほど変わらない工程を経て
形成することができる。例えば、図5に示すように、マ
ザーの圧電基板12Aに、両主面にマザーの励振電極1
3A,14Aを形成したものを従来法と同様に用意す
る。しかる後、このマザーの圧電基板12Aの両主面
に、溝15A,15B及び16A,16Bを形成すれ
ば、この圧電基板12Aを図示の一点鎖線Aに沿って切
断することにより、図1に示す圧電共振子11を容易に
得ることができる。すなわち、マザーの圧電基板12A
に、溝15A〜16Bを形成する工程が加わるだけであ
る。
【0022】また、図5では、両主面に励振電極となる
部分にのみマザーの電極13A,14Aが形成されてい
たが、圧電基板12の両主面の全面に電極を形成した後
に、上記溝15A〜16Bを形成すれば、励振電極とな
るマザー電極だけでなく、最終的に外部と電気的に接続
するための端子電極を動吸振部17,18よりも外側の
圧電基板主面部分に同時に形成することができる。
【0023】第1の実施例では、動吸振部17,18
が、それぞれ、圧電基板12において、振動部の両側に
形成されていたが、図6(a)に示すように、圧電基板
12の上面側においてのみ動吸振部17を形成し、下面
側には動吸振部を形成せずともよい。このように、動吸
振部は、振動部の一方側においてのみ形成されていても
よく、この場合であっても、従来の圧電共振子1に比べ
て振動エネルギーをより効果的に閉じ込めることができ
る。しかも、図6(a)に示すように、片面側にのみ動
吸振部17を形成した構造では、圧電基板12への溝加
工が片面側においてのみ行われればよいため、加工工程
を第1の実施例の圧電共振子の場合に比べて簡略化する
ことができる。
【0024】また、図6(b)に示すように、圧電基板
12の上面において、端面12a側に近い位置に、溝1
5c,15dを所定距離を隔てて平行に形成し、それに
よって動吸振部17Aをさらに形成してもよい。この場
合には、圧電基板12の上面側において、前述した動吸
振部17に加えて、さらに動吸振部17Aが形成される
ため、図6(a)に示した圧電共振子よりも、より一層
振動エネルギーを振動部に確実に閉じ込めることができ
る。
【0025】さらに、図6(c)に示すように、圧電基
板12の上面側及び下面側のいずれにおいても、溝15
a,15b,15c,15d及び溝16a,16b,1
6c,16dを形成することにより、それぞれ、複数の
動吸振部17,17A及び動吸振部18,18Aを形成
してもよい。
【0026】図6(b)及び(c)から明らかなよう
に、本発明における動吸振部は、励振電極等の電極が形
成されている部分に設けられていてもよい。もっとも、
電極が形成される部分に動吸振部を設けた場合には、図
示のように溝内にも電極膜を確実に形成する必要があ
る。
【0027】また、図6(c)では、上面側の動吸振部
17と、下面側の動吸振部18Aとが圧電基板12を介
して表裏対向する位置に形成されていたが、動吸振部1
7,18Aは、圧電基板12の長さ方向において異なる
位置に形成されていてもよい。同様に、動吸振部17A
と動吸振部18についても、圧電基板12の長さ方向に
おいて異なる位置に形成されていてもよい。
【0028】図7は、本発明の第2の実施例にかかる圧
電共振部品として、厚みすべり振動モードを利用した2
重モード圧電フィルタを示す斜視図である。このエネル
ギー閉じ込め型2重モード圧電フィルタ21は、細長い
矩形の圧電基板22を用いて構成されている。圧電基板
22は、例えば圧電セラミックス等の圧電材料よりな
り、かつ矢印P方向に分極処理されている。圧電基板2
2の上面には、励振電極23a,23bが所定幅のスリ
ットを介して対向するように形成されている。同様に、
励振電極24a,24bが圧電基板22の上面におい
て、励振電極23a,23bとは離れた部分において、
かつ間に所定幅のスリットを介して対向するように形成
されている。
【0029】他方、圧電基板22の下面には、励振電極
23a,23bと表裏対向するように励振電極25が、
励振電極24a,24bと表裏対向するように励振電極
26が形成されている。
【0030】圧電基板22の上面側においては、端部に
設けられた端子電極27aと、励振電極23bとが接続
導電部により電気的に接続されており、励振電極24b
と端子電極27bとが接続導電部により電気的に接続さ
れている。また、励振電極23bと励振電極24aとが
接続導電部により互いに電気的に接続されており、同様
に、圧電基板22の下面においては、励振電極25,2
6が接続導電部により互いに電気的に接続されている。
【0031】本実施例では、励振電極23a,23b,
25が形成されている部分において第1の共振部が、励
振電極24a,24b,26が構成されている部分にお
いて第2の共振部が構成され、端子電極27a,27b
間が入出力端とされ、励振電極25,26が基準電位に
接続された3端子型の2重モード圧電フィルタが構成さ
れている。
【0032】また、本実施例では、圧電基板22の下面
において、幅方向に延びる溝28a〜28dが形成され
ており、それによって動吸振部29,30が、それぞ
れ、第1,第2の共振部と、圧電基板22の端部との間
に構成されている。
【0033】動吸振部29,30は、共振部から伝搬し
てきた振動を十分に減衰させるようにその大きさが定め
られている。従って、本実施例においても、動吸振部2
9,30の作用により、圧電基板22の端部への振動の
漏洩をほぼ確実に防止し得る。よって、第1の実施例と
同様に、圧電基板22の長さを、共振特性を劣化させる
ことなく、短くすることができる。
【0034】図8は、本発明の第3の実施例にかかる圧
電共振子を示す斜視図である。圧電共振子31は、幅す
べり振動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。矩形の細長い圧電基板32は、矢印P方
向、すなわち長さ方向に分極処理されている。圧電基板
32の上面には、端面32a,32bから、それぞれ一
方の、側縁に沿うように励振電極33,34が形成され
ている。励振電極33,34は、圧電基板32の上面に
おいて中央領域において対向するように形成されてお
り、励振電極33,34が対向している領域の圧電基板
部分が振動部を構成している。また、励振電極33,3
4の外方端、すなわち端面32a,32bに至る部分に
は、比較的広い面積を有する端子電極35,36が形成
されている。
【0035】本実施例においては、励振電極33,34
間に交流電圧を印加することにより幅すべり振動モード
の振動エネルギーが振動部に閉じ込められ、該閉じ込め
られた振動エネルギーに基づく共振特性をとり出すこと
ができる。
【0036】本実施例においても、振動部と圧電基板3
2の端部との間に動吸振部が形成されている。すなわ
ち、圧電基板32の側面から内側に向かって溝41a〜
41dを図示のように形成することにより、動吸振部4
2,43が形成されている。動吸振部42,43は、振
動部から圧電基板32の端部に向かって伝達してくる振
動を動吸振現象によって減衰させるために設けられてい
るため、そのような振動を減衰させるのに十分な寸法を
有するように形成されている。
【0037】第3の実施例においても、動吸振部42,
43の作用により、圧電基板32の端部への振動の伝達
が防止されるため、圧電基板32の長さを短くしても、
共振特性の劣化が生じ難い。
【0038】上述してきた実施例では、図6(c)に示
した圧電共振子を除いては、振動部と圧電基板の1の端
面との間に各一個の動吸振部が構成されていたが、動吸
振部は、振動部と圧電基板の1の端面との間に複数形成
されていてもよく、その場合、動吸振部は図6(c)に
示したように圧電基板の上面及び下面にわけて形成され
ていてもよく、あるいは圧電基板の上面または下面に複
数形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る圧電共振子を示す
斜視図。
【図2】従来のエネルギー閉じ込め型圧電共振子を示す
斜視図。
【図3】(a)及び(b)は、それぞれ、従来の厚みす
べり振動モードを利用した圧電共振子の振動姿態を有限
要素法に解析することにより得られた図。
【図4】第1の実施例の圧電共振子の振動姿態を有限要
素法で解析することにより表した図。
【図5】マザーの圧電基板から第1の実施例の圧電共振
子を製造する工程を説明するための斜視図。
【図6】(a)〜(c)は、それぞれ、第1の実施例の
圧電共振子の変形例を説明するための各斜視図。
【図7】本発明の第2の実施例としての2重モード圧電
フィルタを示す斜視図。
【図8】本発明の第3の実施例としての幅すべり振動モ
ードを利用した圧電共振子を示す斜視図。
【符号の説明】
11…圧電共振子 12…圧電基板 13,14…励振電極 15a,15b,16a,16b…溝 17,18…動吸振部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−282911(JP,A) 特開 平3−108809(JP,A) 実開 平2−100335(JP,U) 実開 昭60−174325(JP,U) 実開 昭60−172425(JP,U) 実開 昭59−108330(JP,U) 実開 昭53−25425(JP,U) 実公 昭59−12811(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/00 - 9/76 H03H 3/00 - 3/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分極処理された圧電基板と、 前記圧電基板を間に介して対向するように又は圧電基板
    の1の面上において対向するように形成された複数の励
    振電極とを備え、該複数の励振電極の対向している部分
    により構成された少なくとも1つの振動部を有するすべ
    り振動モードを利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振
    部品において、 前記振動部と、圧電基板端部との間の少なくとも1つの
    圧電基板部分に動吸振現象により伝搬してきた振動を抑
    制させる動吸振部が構成されていることを特徴とする、
    圧電共振部品。
  2. 【請求項2】 前記動吸振部が、圧電基板に2本の溝を
    加工することにより該溝間に形成された圧電基板部分で
    ある、請求項1に記載の圧電共振部品。
JP05021044A 1993-02-09 1993-02-09 圧電共振部品 Expired - Lifetime JP3094717B2 (ja)

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US08/191,266 US5422532A (en) 1993-02-09 1994-02-03 Piezoelectric resonance component
DE4403949A DE4403949C2 (de) 1993-02-09 1994-02-08 Piezoelektrische Resonanzkomponente vom Energiefalle-Typ

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JP05021044A JP3094717B2 (ja) 1993-02-09 1993-02-09 圧電共振部品

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