JP3171291B2 - 圧電部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚みすべりモードの圧
電素子及びこの圧電素子を用いた圧電部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】発振子や共振子等に利用される圧電部品
を構成する圧電素子として、種々の圧電素子が提案され
ている。このうち、厚みすべりモードを利用した圧電素
子は、例えば実開昭６０ー１３４３２２号公報、実開平
５ー３１３４３号公報、特開平３ー１２６３１１号公報
等で知られている。これらの公知文献に記載された圧電
素子において、圧電素体は厚み、幅及び長さを有する平
板状になっていて、厚みが幅よりも小さくなっており、
一対の振動電極は幅と長さとによって構成される２つの
主面にそれぞれ設けられている。圧電素体は、幅が厚み
の３〜４倍程度、長さが厚みの１５倍程度のディメンシ
ョンを有する。

【０００３】この圧電素子を用いて圧電部品を構成する
場合、振動電極のある厚み方向の搭載面側が支持基板の
支持面と平行となるように配置する（特開平３ー１２６
３１１号公報）か、または、振動電極のある厚み方向の
搭載面側が支持基板の支持面に対して垂直となるように
配置する（実開平５ー３１３４３号公報及び実開昭６０
ー１３４３２２号公報）構造を採用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】厚みすべりモードの圧
電素子は、共振周波数を定める一つの要素として、圧電
素体の厚みが含まれており、厚みが小さくなると、共振
周波数が高くなり、厚みが大きくなると共振周波数が低
下する。従来の圧電素子は、上述したように、幅が厚み
の３〜４倍程度、長さが厚みの１５倍程度のディメンシ
ョンを有するから、従来のディメンション比を保ったま
まで、共振周波数を低下させるため、厚みを増大させる
とすると、厚みの増分に対して、幅が３〜４倍、長さが
１５倍程度も大きくなる。この種の圧電素子は、これを
組込んで得られる圧電部品としての最終寸法が制限され
ている。具体的には圧電部品の最終寸法は、製品高さが
１．６ｍｍ程度に押えられている。表面実装タイプであ
るＱＦＰタイプ圧電部品では、１．５ｍｍ以下の製品高
さも要求されている。従来の圧電素子では、共振周波数
を低くしたとき、この製品寸法の要求を満たし得ないこ
とがある。具体例を挙げると、従来の圧電素子を用いた
場合に実現可能な最小製品高さは、共振周波数３ＭＨｚ
では１．５７ｍｍ、共振周波数２．５ＭＨｚでは１．６
７ｍｍ、共振周波数２ＭＨｚでは１．８０ｍｍ、共振周
波数１．８ＭＨｚでは１．８８ｍｍであり、実際的な要
求に応えることができない。

【０００５】実開平５ー３１３４３号公報及び実開昭６
０ー１３４３２２号公報は、振動電極のある厚み方向の
搭載面側が支持基板の支持面に対して垂直となるように
配置する構造を開示しているけれども、共振周波数が低
くなったときの上記問題点を解決する手段は開示してい
ない。

【０００６】本発明の課題は、厚み、幅及び長さの新規
なディメンション関係及び新規な振動電極の配置を有す
る圧電素子及び圧電部品を提供することである。

【０００７】本発明のもう一つの課題は、共振周波数を
低下させた場合に、高さを低くして薄型化を達成し得る
圧電素子及び圧電部品を提供することである。

【０００８】本発明の更にもう一つの課題は、自動組立
時に、方向性を判別し、自動組立時の誤配置を回避し得
る圧電素子及び圧電部品を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題解決のた
め、本発明に係る圧電素子は、一つの圧電素体と、少な
くとも一対の振動電極とを含んでおり、前記圧電素体
は、厚みｔ、幅ｗ及び長さＬを有する平板状であって、
厚みｔが幅ｗよりも大きくなっており、前記一対の振動
電極は、前記幅ｗと長さＬとによって構成される２つの
面にそれぞれ設けられている。

【００１０】前記幅ｗ及び前記厚みｔは、好ましくは、
（ｗ／ｔ）値が０．８以下であるように選定される。

【００１１】次に、本発明に係る圧電部品は、少なくと
も一つの圧電素子と、一つ支持基板とを含んでおり、前
記圧電素子は前述した本発明に係る圧電素子で構成さ
れ、前記支持基板の搭載面上に搭載される。

【００１２】好ましい例では、前記圧電素子は、前記厚
みｔと前記長さＬとによって構成される面の一つが前記
支持基板と対面するように配置される。

【００１３】別の好ましい例では、前記支持基板は、少
なくとも２つの導電部を有し、前記導電部が前記圧電素
子の長さに対応した間隔を隔てて前記支持基板の前記搭
載面上に備えられ、その表面にギャップ形成部材を有し
ており、前記圧電素子は、前記ギャップ形成部材の上に
載せられ、前記電極が前記導電部に導電性接着剤または
半田によって接続されている。

【００１４】更に好ましくは、前記導電性接着剤または
半田は、前記ギャップ形成部材の表面からの高さｄが、
前記圧電素子の幅ｗに関し、（ｄ／ｗ）≧０．０５を満
たす。

【００１５】一般的構成として、キャップを有し、キャ
ップが圧電素子を覆い支持基板の搭載面上に接着されて
いる。

【００１６】前記キャップは、好ましくは、前記支持基
板の前記搭載面と接着される接着面が第１の面と前記第
２の面とを含んでおり、前記第１の面は前記支持基板の
前記搭載面とほぼ平行状態で対面する面であり、前記第
２の面は前記第１の面に連なり前記第１の面から傾斜す
る面である。

【００１７】更に好ましくは、前記第２の面は、前記第
１の面の延長とのなす角θが１０度乃至６０度である。

【００１８】更に好ましくは、前記第２の面の投影幅ｔ
１と、前記接着面の投影幅ｔ２とが（ｔ１／ｔ２）≧
０．３を満たす。

【００１９】

【作用】圧電素体は、厚みｔ、幅ｗ及び長さＬを有する
平板状であって、厚みｔが幅ｗよりも大きくなってお
り、一対の振動電極は、幅ｗと長さＬとによって構成さ
れる２つの面（以下ｗーＬ面と称する）にそれぞれ設け
られている。前述した従来技術の場合、厚みｔが幅ｗよ
りも小さくなっていたので、本願発明の上記ディメンシ
ョンと振動電極の配置は、従来のそれと全く異なってい
る。

【００２０】上記構成の圧電素子は、圧電素体の厚みｔ
が幅ｗよりも大きくなっていること、即ち、ｔ≠ｗであ
るから、自動組立時に、厚みｔと幅ｗの違いから、方向
性を判別することが可能である。このため、自動組立時
の誤配置を回避することができる。

【００２１】圧電部品を構成するに当り、厚みｔと長さ
Ｌとによって構成される面（以下ｔーＬ面と称する）の
一つが支持基板と対面するように配置することが可能で
あり、これによって、厚みｔよりも小さな幅ｗを、製品
高さ方向にとり、製品高さを小さくすることができる。

【００２２】共振周波数を低い値に設定するため、厚み
ｔを増大させた場合でも、それが製品高さに影響を与え
ない。このため、共振周波数を低下させた場合に、高さ
を低くして薄型化を達成し得る。

【００２３】幅ｗ及び厚みｔについて、（ｗ／ｔ）値が
０．８以下であるように選定された好ましい例では、圧
電部品として用いた場合に、振動電極と外部導体との導
通不良率を１０％以下に押えることができる。また、
（ｗ／ｔ）値が０．８以下であると、自動組立時に厚み
ｔと幅ｗの違いを明確に判別することが可能である。こ
のため、自動組立時の誤配置を、より一層確実に回避す
ることができる。

【００２４】本発明に係る圧電部品は、上述した圧電素
子と、支持基板とを含み、圧電素子が支持基板の搭載面
上に搭載される。これにより、幅及び長さの新規なディ
メンション関係及び新規な振動電極の配置を有する圧電
素子を有する圧電部品が得られる。また、同時に、共振
周波数を低下させた場合に、高さを低くして薄型化を達
成し得る。

【００２５】圧電素子の配置に当り、厚みｔと長さＬと
によって構成されるｔーＬ面の一つが支持基板と対面す
るように配置した場合は、前述したように、厚みｔより
も小さな幅ｗを、製品高さ方向にとり、製品高さを小さ
くすることができる。共振周波数を低い値に設定するた
め、厚みｔを増大させた場合でも、それが製品高さに、
影響を与えない。このため、共振周波数を低下させた場
合に、高さを低くして薄型化を達成し得る。

【００２６】支持基板が少なくとも２つの導電部を有
し、導電部が圧電素子の長さに対応した間隔を隔てて支
持基板の搭載面上に備えられており、圧電素子に備えら
れた電極が導電部に導電性接着剤または半田によって接
続されている構造の場合は、支持基板を圧電素子の支持
及び電極取出用として活用できる。

【００２７】支持基板が導電部の表面にギャップ形成部
材を有しており、圧電素子がギャップ形成部材の上に載
せられ、電極が導電部に導電性接着剤または半田によっ
て接続されているいる場合は、圧電素子はギャップ形成
部材の厚み分だけ、導電部から浮き上がる。これによ
り、圧電素子が支持基板の搭載面に接触することによる
振動障害を生じることがなくなる。

【００２８】前述した導電性接着剤または半田は、好ま
しくは、導電部に設けられたギャップ形成部材の表面か
らの高さｄが、圧電素子の幅ｗに関し、（ｄ／ｗ）≧
０．０５を満たすように付着させる。これにより、導通
不良率が１％以下に低下する。

【００２９】一般的構成として、キャップを有し、キャ
ップが圧電素子を覆い支持基板の搭載面上に接着されて
いる場合、キャップによって、圧電素子を保護し、信頼
性を向上させることができる。

【００３０】キャップの構造として、支持基板の搭載面
と接着される接着面が第１の面と第２の面とを含んでお
り、第１の面は支持基板の搭載面とほぼ平行状態で対面
する面であり、第２の面は第１の面に連なり第１の面か
ら傾斜する面である場合、第１の面を支持基板の搭載面
に密着して接着すると共に、第２の面と支持基板との間
に傾斜に起因する大きな接着剤充填領域を形成し、キャ
ップを支持基板に確実に接着し、キャップによって覆わ
れている圧電素子の収納領域に対し、完全な気密性を与
えることができる。

【００３１】第２の面と、第１の面の延長とのなす角θ
が１０度乃至６０度である場合、気密不良率の発生が著
しく低くなる。具体的には、気密不良率を２％以内に押
えることができる。

【００３２】第２の面の投影幅ｔ１と、接着面の投影幅
ｔ２とが（ｔ１／ｔ２）≧０．３を満たす好ましい例で
は、気密不良率の発生が一層抑制される。

【００３３】

【実施例】図１は本発明に係る圧電素子の外観斜視図で
ある。本発明に係る圧電素子は、一つの圧電素体１と、
少なくとも一対の振動電極２１、２２とを含んでいる。
圧電素体１は、厚みｔ、幅ｗ及び長さＬを有する平板状
であって、厚みｔが幅ｗよりも大きくなっており、一対
の振動電極２１、２２は、幅ｗと長さＬとによって構成
される２つのｗーＬ面１０１、１０２にそれぞれ設けら
れている。幅ｗ及び厚みｔは、好ましくは、（ｗ／ｔ）
値が０．８以下であるように選定する。

【００３４】前述した従来技術の場合、厚みｔが幅ｗよ
りも小さくなっていたので、本願発明の上記ディメンシ
ョン関係及び振動電極２１、２２の配置は、従来のそれ
と全く異なる新規な構造である。

【００３５】また、圧電素体の厚みｔが幅ｗよりも大き
くなっていること、即ち、ｔ≠ｗであることから、自動
組立時に方向性を判別することが可能である。このた
め、自動組立時の誤配置を回避することができる。特
に、（ｗ／ｔ）値が０．８以下となる好ましい例では、
自動組立時に厚みｔと幅ｗの違いを明確に判別すること
が可能である。このため、自動組立時の誤配置を、より
一層確実に回避することができる。

【００３６】また、後で詳説するように、圧電部品を構
成するに当り、厚みｔと長さＬとによって構成されるｔ
ーＬ面１０３、１０４の一つが支持基板と対面するよう
に配置することが可能であり、これによって、厚みｔよ
りも小さな幅ｗを、製品高さ方向にとり、製品高さを小
さくすることができる。共振周波数を低い値に設定する
ため、厚みｔを増大させた場合でも、それが製品高さ
に、影響を与えない。このため、共振周波数を低下させ
た場合に、高さを低くして薄型化を達成し得る。

【００３７】一般的な構成として、少なくとも２つのダ
ミー電極２３、２４を含み、ダミー電極２３、２４のそ
れぞれはが一対の振動電極２１、２２との間にギャップ
ｇ１、ｇ２を有して、振動電極２１、２２のあるｗーＬ
面１０１、１０２のそれ７ぞれに設けられている。

【００３８】図２は本発明に係る圧電部品の圧電素子と
支持基板との組合せ構造を示す斜視図、図３はより完全
な圧電部品の構造を示す斜視図である。本発明に係る圧
電部品は、圧電素子Ａと、支持基板３とを含んでいる。
圧電素子Ａは図１に図示されたものと同じであり、支持
基板３の搭載面上に搭載される。これにより、厚みｔ、
幅ｗ及び長さＬについて、新規なディメンション関係を
有し、かつ、新規な振動電極配置の圧電素子Ａを有する
圧電部品が得られる。また、共振周波数を低下させた場
合に、高さを低くして薄型化を達成し得る。

【００３９】圧電素子Ａの配置に当り、厚みｔと長さＬ
とによって構成されるｔーＬ面１０３が支持基板３と対
面するように配置されている。このような構造である
と、前述したように、厚みｔよりも小さな幅ｗを、製品
高さ方向にとり、製品高さを小さくすることができる。
共振周波数を低い値に設定するため、厚みｔを増大させ
た場合でも、それが製品高さに、影響を与えない。この
ため、共振周波数を低下させた場合に、高さを低くして
薄型化を達成し得る。具体例を下に示す。

【００４０】 共振周波数 ｔ ｗ 最小製品高さ （ＭＨｚ） （ｍｍ） （ｍｍ） （ｍｍ） 4 0.3 〜0.35 0.2〜0.3 1.4 3 0.4 〜0.47 0.2〜0.3 1.4 2.5 0.48〜0.56 0.2〜0.3 1.4 2 0.6 〜0.70 0.2〜0.3 1.4 1.8 0.67〜0.78 0.2〜0.3 1.4 支持基板３は少なくとも２つの導電部４１、４２を有す
る。導電部４１、４２は圧電素子Ａの長さに対応した間
隔を隔てて支持基板３の搭載面上に備えられている。圧
電素子Ａに備えられた電極（振動電極２１、２２または
ダミー電極２３、２４）は導電部４１、４２に導電性接
着剤または半田６１、６２によって接続されている。こ
の構造により、支持基板３を圧電素子Ａの支持及び電極
取出用として活用できる。

【００４１】図示の導電部構造は、支持基板３の表面を
横切るように、導電部４１、４２を間隔を隔てて設ける
と共に、この導電部４１、４２の上に薄いギャップ形成
部材５１、５２を付着させた構造となっている。圧電素
子Ａはギャップ形成部材５１、５２の上に配置され、振
動電極２１、２２及びダミー電極２３、２４が導電性接
着剤または半田６１、６２によってギャップ形成部材５
１、５２に接合されている。振動電極２１、２２のみ
で、圧電素子Ａを支持基板３に接合した場合には、圧電
素子Ａにねじれ応力が発生する。本発明において、圧電
素子Ａは、振動電極２１、２２及びダミー電極２３、２
４を備え、厚みｔの両側で支持基板３に接合されるの
で、圧電素子Ａにねじれ応力が発生することがない。

【００４２】圧電素子Ａはギャップ形成部材５１、５２
の厚み分だけ、導電部４１、４２から浮き上がる。これ
により、圧電素子Ａが支持基板３の搭載面に接触するこ
とがないので、接触による振動障害を生じることがな
い。ギャップ形成部材５１、５２は、導電性を有するこ
とが望ましいが、基本的には上述した作用を確保するこ
とができればよいから、必ずしも導電性を有する必要は
ない。ギャップ形成部材５１、５２が導電性を有しない
場合、ギャップ形成部材５１、５２を越えて、振動電極
２１、２２と導電部４１、４２とが電気的に導通するよ
うに、導電性接着剤または半田６１、６２を付着させる
必要がある。

【００４３】ここで、幅ｗ及び厚みｔを、（ｗ／ｔ）が
０．８以下であるように選定された好ましい例では、上
述の方向識別機能を確保すると共に、振動電極２１、２
２と外部導体との導通不良率を１０％以下に押えること
ができる。図４は（ｗ／ｔ）と導通不良率との関係を示
す実測データである。図４から明らかなように、（ｗ／
ｔ）が０．８以下になると、導通不良率が１０％以下と
著しく小さくなる。

【００４４】図５は図３に示した圧電部品の拡大図であ
る。図５を参照して説明するに、前述した導電性接着剤
または半田６１、６２は、好ましくは、導電部４１、４
２の表面に設けられたギャップ形成部材５１、５２の表
面からの高さｄが、圧電素子Ａの幅ｗに関し、（ｄ／
ｗ）≧０．０５を満たすように付着させる。これによ
り、導通不良率が１％以下に低下する。図６は（ｄ／
ｗ）と導通不良率との関係についての実測データをグラ
フ化して示す図である。図６に示すように、（ｄ／ｗ）
≧０．０５を満たす範囲で、導通不良率が１％以下に低
下する。

【００４５】図３に示すように、一般的構成として、キ
ャップ７を有し、キャップ７が圧電素子Ａを覆い支持基
板３の搭載面上に接着されている。このような構造であ
ると、キャップ７によって圧電素子Ａを保護し、信頼性
を向上させることができる。図７はキャップ７と支持基
板３との結合構造を拡大して示す図である。図示するよ
うに、キャップ７は、支持基板３の搭載面と接着される
接着面が第１の面７１と第２の面７２とを含んでいる。
第１の面７１は支持基板３の搭載面とほぼ平行状態で対
面する面であり、第２の面７２は第１の面７１に連なり
第１の面７１から傾斜する面である。このような構造で
あると、第１の面７１を支持基板３の搭載面に密着して
接着すると共に、第２の面７２と支持基板３との間に傾
斜に起因する大きな接着剤８の充填領域を形成し、キャ
ップ７を支持基板３に確実に接着し、キャップ７によっ
て覆われている圧電素子Ａの収納領域７３に対し、完全
な気密性を与えることができる。

【００４６】第２の面７２と、第１の面７１の延長との
なす角θは、１０度乃至６０度の範囲に選定することが
望ましい。この角度範囲では、気密不良率の発生が著し
く低くなる。具体的には、気密不良率を２％以内に押え
ることができる。図８は角度θと気密不良率との関係を
グラフ化して示す図である。図示するように、第２の面
７２と、第１の面７１の延長とのなす角θを、１０度乃
至６０度の範囲に選定することにより、気密不良率を２
％以内に押えることができる。

【００４７】更に、第２の面７１の投影幅ｔ１と、接着
面の投影幅ｔ２とが（ｔ１／ｔ２）≧０．３を満たすよ
うに設定することが好ましい。この範囲では、気密不良
率の発生が一層抑制される。図９は（ｔ１／ｔ２）と気
密不良率との関係をグラフ化して示す図である。第２の
面７２と、第１の面７１の延長とのなす角θは３０度に
選定してある。図９から明らかなように、（ｔ１／ｔ
２）≧０．３を満たす範囲では、気密不良率は１．５％
以内に低下する。

【００４８】図示は省略するが、一つの支持基板に複数
の圧電素子を配列した圧電部品を実現することも可能で
ある。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果が得られる。 （ａ）厚み、幅及び長さの新規なディメンション関係及
び新規な振動電極の配置を有する圧電素子及び圧電部品
を提供することができる。 （ｂ）共振周波数を低下させた場合に、高さを低くして
薄型化を達成し得る圧電素子及び圧電部品を提供するこ
とができる。 （ｃ）自動組立時に、方向性を判別し、自動組立時の誤
配置を回避し得る圧電素子及び圧電部品を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧電素子の外観斜視図である。

【図２】本発明に係る圧電部品の圧電素子と支持基板と
の組合せ構造を示す斜視図である。

【図３】本発明に係るより完全な圧電部品の構造を示す
斜視図である。

【図４】（ｗ／ｔ）と導通不良率との関係を示す実測デ
ータである。

【図５】図３に示した圧電部品の拡大図である。

【図６】（ｄ／ｗ）と導通不良率との関係についての実
測データをグラフ化して示す図である。

【図７】キャップと支持基板との結合構造を拡大して示
す図である。

【図８】角度θと気密不良率との関係をグラフ化して示
す図である。

【図９】（ｔ１／ｔ２）と気密不良率との関係をグラフ
化して示す図である。

【符号の説明】

１ 圧電素体 ２１、２２ 振動電極 ｗ 幅 ｔ 厚み ３ 支持基板 ４１、４２ 導電部 ５１、５２ ギャップ形成部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 匂坂 康則 東京都中央区日本橋１丁目13番１号 テ ィーディーケイ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−55859（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−189130（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−18120（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−130120（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの圧電素子と、一つの支
   持基板とを含む圧電部品であって、 前記圧電素子は、一つの圧電素体と、少なくとも一対の
   振動電極と、少なくとも一対のダミー電極とを含んでお
   り、 前記圧電素体は、厚みｔ、幅ｗ及び長さＬを有する平板
   状であって、厚みｔが幅ｗよりも大きくなっており、 前記一対の振動電極は、前記幅ｗと長さＬとによって構
   成される前記圧電素体の２つの面にそれぞれ設けられて
   おり、 前記ダミー電極のそれぞれは、前記一対の振動電極との
   間にギャップを有して、前記振動電極のある前記面のそ
   れぞれに設けられており、 前記支持基板は、少なくとも２つの導電部を有し、 前記導電部は、前記圧電素子の長さＬに対応した間隔を
   隔てて、前記支持基板の搭載面上に備えられ、その表面
   に、薄いギャップ形成部材を有しており、 前記圧電素子は、前記厚みｔと前記長さＬとによって構
   成される面の一つが前記支持基板の前記搭載面と対面す
   る関係で、前記ギャップ形成部材の上に直接に載せら
   れ、前記振動電極及び前記ダミー電極が導電性接着剤ま
   たは半田によって、前記厚みｔの両側で前記支持基板に
   接合されている圧電部品。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された圧電部品であっ
   て、前記圧電素子の前記幅ｗ及び前記厚みｔは（ｗ／
   ｔ）が０．８以下である圧電部品。
3. 【請求項３】 請求項１または２の何れかに記載された
   圧電部品であって、前記導電性接着剤または半田は、前
   記ギャップ形成部材の表面からの高さｄが、前記圧電素
   子の幅ｗに関し、（ｄ／ｗ）≧０．０５を満たす圧電部
   品。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れかに記載された圧
   電部品であって、 更に、キャップを有し、前記キャップは前記圧電素子を
   覆い前記支持基板の前記搭載面上に接着され、前記支持
   基板の前記搭載面と接着される接着面が第１の面と前記
   第２の面とを含んでおり、前記第１の面は前記支持基板
   の前記搭載面とほぼ平行状態で対面する面であり、前記
   第２の面は前記第１の面に連なり前記第１の面から傾斜
   する面である圧電部品。
5. 【請求項５】 請求項４に記載された圧電部品であっ
   て、前記第２の面は、前記第１の面の延長とのなす角θ
   が１０度乃至６０度である圧電部品。
6. 【請求項６】 請求項５に記載された圧電部品であっ
   て、前記第２の面の投影幅ｔ１と、前記接着面の投影幅
   ｔ２とが（ｔ１／ｔ２）≧０．３を満たす圧電部品。