JP3485115B2 - エネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の共振子や発
振子等に用いられるエネルギー閉じ込め型圧電共振子に
関し、より詳細には、厚み縦振動モードの高調波を利用
したエネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電共振子は、圧電発振子や圧電フィル
タなどの種々の圧電共振部品に用いられており、この種
の圧電共振子としては、使用周波数に応じて種々の圧電
振動モードを利用したものが知られている。

【０００３】特開平１−１１７４０９号公報には、厚み
縦振動モードの２倍波を利用したエネルギー閉じ込め型
圧電共振子が開示されている。この圧電共振子を、図２
０及び図２１を参照して説明する。

【０００４】上記圧電共振子は、図２０に分解斜視図で
示すように、圧電材料よりなるセラミックグリーンシー
ト５１，５２を積層し、一体焼成することにより得られ
ている。セラミックグリーンシート５１上には、中央に
円形の励振電極５３が形成されており、該励振電極５３
は、引き出し電極５４によりセラミックグリーンシート
５１の端縁に引き出されている。また、セラミックグリ
ーンシート５２の上面には、中央に円形の励振電極５５
が形成されており、励振電極５５は引き出し電極５６に
よりセラミックグリーンシート５２の端縁に引き出され
ている。また、セラミックグリーンシート５２の下面に
は、下方に投影して示すように、励振電極５７が形成さ
れており、励振電極５７は引き出し電極５８によりセラ
ミックグリーンシート５２の端縁に引き出されている。

【０００５】上記セラミックグリーンシート５１，５２
を積層し、厚み方向に加圧した後焼成することにより、
焼結体を得、該焼結体を分極処理することにより、図２
１に示す圧電共振子６０が得られる。

【０００６】圧電共振子６０では、圧電体層６１，６２
が図示の矢印方向に、すなわち焼結体が厚み方向に一様
に分極処理されている。駆動に際しては、励振電極５
３，５７を共通接続し、励振電極５３，５７と、励振電
極５５との間に交流電圧を印加することにより、圧電共
振子６０を共振させることができる。この場合、振動エ
ネルギーは、励振電極５３，５５，５７が重なり合って
いる領域、すなわち共振部Ａに閉じ込められる。

【０００７】従来の厚み縦振動モードの高調波を利用し
た圧電共振子６０は、上記のようにエネルギー閉じ込め
型圧電共振子として構成されており、従って、共振部Ａ
の周囲に振動を減衰させるための振動減衰部を必要とし
ていた。すなわち、共振部の面積に比べて大きな振動減
衰部を必要としていた。従って、圧電共振子６０では小
型化を進めることが困難であった。

【０００８】他方、特開平２−２３５４２２号公報に
は、共振部の周囲に余分な圧電基板部分をあまり必要と
しない、ストリップ型の圧電セラミックスを用いたエネ
ルギー閉じ込め型圧電共振子が開示されている。

【０００９】ここでは、図２２に示すように、細長い圧
電基板７１の上面に励振電極７２ａが、下面に励振電極
７２ｂが形成されている。励振電極７２ａ，７２ｂは、
それぞれ、圧電基板７１の一対の長辺に至るように、す
なわち全幅に至るように形成されており、かつ圧電基板
７１の長さ方向中央において表裏対向されて共振部を構
成している。また、これらの励振電極７２ａ，７２ｂ
は、それぞれ、圧電基板７１の長さ方向端部７１ａ，７
１ｂに至るように延ばされている。

【００１０】圧電共振子７０では、厚み縦振動モードを
励振した場合、圧電基板７１の幅Ｗと厚みＴの寸法関係
に起因する不要振動が発生する。そこで、特開平２−２
３５４２２号公報では、基本波を利用する場合には、共
振周波数１６ＭＨｚにおいてＷ／Ｔ＝５．３３付近とす
れば、また、３倍波を利用する場合には、共振周波数約
１６ＭＨｚにおいてＷ／Ｔ＝２．８７付近とすれば、共
振周波数−反共振周波数間における不要スプリアスを低
減し得るとされている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した通り、厚み縦
振動モードの２倍波を利用した特開平１−１１７４０９
号公報に開示されているエネルギー閉じ込め型圧電共振
子では、共振部の周囲に大きな振動減衰部を構成する必
要があるため、小型化が困難であるという問題があっ
た。

【００１２】また、特開平２−２３５４２２号公報に開
示されているエネルギー閉じ込め型圧電共振子では、共
振部の側方に振動減衰部を必要としないため、小型化を
果たし得るものの、実際に厚み縦振動モードの高調波を
利用しようとした場合には、良好な共振特性が必ずしも
得られないという問題があった。また、共振周波数−反
共振周波数間に様々な不要スプリアスが現れ、有効な共
振特性を得られないことがあった。

【００１３】よって、本発明の目的は、厚み縦振動モー
ドの高調波を利用したエネルギー閉じ込め型厚み縦圧電
共振子であって、小型化を進めることができ、かつ良好
な共振特性を有するエネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共
振子を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、さらに、所望でない
不要スプリアスを効果的に抑圧し得るエネルギー閉じ込
め型厚み縦圧電共振子を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、共振部の両側に振動減衰部を有し、厚み縦振動モー
ドのｎ次の高調波を利用したエネルギー閉じ込め型厚み
縦圧電共振子であって、矩形板状の圧電体と、前記圧電
体の両面に形成されて圧電体を介して対向されており、
両側の振動減衰部を結ぶ方向を第１の方向としたとき
に、第１の方向と直交する方向において、圧電体の端部
または端部近傍まで至るように形成された第１，第２の
励振電極と、前記圧電体内に配置されており、圧電体層
を介して第１，第２の励振電極と少なくとも部分的に対
向された少なくとも１層の内部電極とを備え、前記圧電
体の第１の方向に沿う長さをＬ、厚みをｔとし、ｄ＝ｔ
／ｎとしたときに、比Ｌ／ｄは、１６±０．５、２１±
０．５、２３±０．５、２５±０．５または２７．５±
０．５とされていることを特徴とする。

【００１６】より好ましくは、請求項２に記載のよう
に、第１，第２の励振電極の重なり合っている部分の第
１の方向に沿う長さをＬとしたときに、比ｌ／ｄ≦６と
され、より好ましくは、請求項３に記載のように、比ｌ
／ｄが３〜６の範囲とされる。さらに好ましくは、比ｌ
／ｄは４．５〜５．５の範囲とされ、それによって比帯
域幅の拡大を図り得る。

【００１７】また、好ましくは、請求項４に記載のよう
に、上記圧電体は細長いストリップ型の圧電体により構
成される。

【００１８】そして、請求項５に記載の発明は、前記第
１または第２の励振電極が形成されている面に、圧電共
振子の振動を妨げないための空間を隔てて貼り合わされ
たコンデンサをさらに備えることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
非限定的な実施例につき説明する。（第１の実施例）図
１は、本発明の第１の実施例に係る厚み縦圧電共振子を
示す斜視図であり、図２はその断面図である。

【００２０】厚み縦圧電共振子１は、細長いストリップ
状の圧電体２を用いて構成されている。圧電体２は、チ
タン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスで構
成されている。

【００２１】圧電体２は、図示の矢印で示すように、厚
み方向に一様に分極処理されている。圧電体２の上面に
は、第１の励振電極３が形成されており、下面には第２
の励振電極４が形成されている。励振電極３，４は、圧
電体２の一方端面２ａ側から圧電体２の上面及び下面に
おいて他方端面２ｂ側に向かって延ばされている。

【００２２】他方、励振電極３，４は、圧電体２の端面
２ａに形成された接続電極５により共通接続されてい
る。また、圧電体２の中間高さ位置には、内部電極６が
形成されている。内部電極６は、圧電体２の端面２ｂに
引き出されており、端面２ｂに形成された端子電極７に
電気的に接続されている。

【００２３】駆動に際しては、第１，第２の励振電極
３，４と、内部電極６との間に交流電圧を印加すること
により、厚み縦振動モードの２倍波が強く励振される。
従って、厚み縦圧電共振子１は、２倍波を利用した圧電
共振子として動作させることができる。

【００２４】第１，第２の励振電極３，４と、内部電極
６とは、圧電体２の長さ方向中央部分において圧電体層
を介して重なり合うように形成されている。従って、第
１，第２の励振電極３，４と内部電極６とが重なり合っ
ている部分において、エネルギー閉じ込め型の共振部が
構成され、この共振部が振動した場合のエネルギーは、
共振部と端面２ａ，２ｂとの間の圧電体部分で減衰され
る。

【００２５】言い換えれば、上記共振部を中心として考
えると、圧電体２の長さ方向（第１の方向）のみに振動
減衰部が両側に設けられており、第１，第２の励振電極
は、長さ方向と直交する方向において、圧電板の端縁、
すなわち長手方向に延びる端縁に至るように形成されて
いる。

【００２６】この場合、第１，第２の励振電極３，４及
び内部電極６は、共振部においてのみ、圧電体２の全幅
に至るように形成されておればよく、共振部外では、同
じ幅に形成されている必要は必ずしもない。例えば、励
振電極３を例にとると、共振部においてのみ、励振電極
３は圧電体２の全幅に至るように形成されておればよ
く、励振電極３の共振部より端面２ａ側の部分は、単に
励振電極を接続電極５に電気的に接続する部分であるた
め、より細い幅で形成されていてもよい。

【００２７】本実施例の特徴は、圧電体の上記共振部の
両側の振動減衰部を結ぶ方向、すなわち圧電体２の長さ
方向を第１の方向としたときに、圧電体の第１の方向に
沿う長さをＬ、圧電体の厚みをｔとし、ｄ＝ｔ／ｎとし
たときに、Ｌ／ｄ≧１４とされていることにある。すな
わち、エネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子１では、
上記比Ｌ／ｄが１４以上とされており、それによって従
来のストリップ型厚み縦圧電共振子と異なり、良好な共
振特性を得ることができる。これを、図３〜図６を参照
して説明する。

【００２８】すなわち、本願発明者は、ストリップ型圧
電共振子における圧電体の長さ寸法が小さいと、圧電共
振子を機械的に保持した後にＱｍが低下することに鑑
み、圧電体の長さを種々の角度から検討したところ、上
記比Ｌ／ｄを特定の範囲に選択すれば、保持による影響
を余り受けず、良好な共振特性が得られることを見出
し、本発明を成すに至った。

【００２９】図４及び図５は、それぞれ、Ｌ／ｄ＝１０
及び１６とした場合の厚み縦振動の２倍波（ＴＥ２）で
振動している場合の有限要素法で解析された変位分布を
示す図である。

【００３０】なお、図４及び図５は、図３に示すよう
に、ストリップ型厚み縦圧電共振子１の縦断面の半分、
すなわち長さ方向に沿って厚み縦圧電共振子を厚み方向
に切断した面の半分の変位状態を模式的に示す図であ
る。

【００３１】図４に示す変位分布は、チタン酸鉛系圧電
セラミックスからなる圧電体の長さをＬ＝１．５ｍｍ、
ｄ＝０．１５、Ｌ／ｄ＝１０とした場合の変位分布を示
し、図５は、チタン酸鉛系圧電セラミックスからなる圧
電体を用い、Ｌ＝２．４ｍｍ、ｄ＝０．１５、Ｌ／ｄ＝
１６とした場合の変位分布を示す。

【００３２】図４と図５とを比較すれば明らかなよう
に、図４では、中央部分が上方に変位している場合、圧
電体の長さ方向端部も同じく上方に変位していることが
わかる。これに対して、図５に示す変位分布では、圧電
体２の中央部分が大きく上方に変位しているのに対し、
圧電体２の長さ方向端部がほとんど厚み方向に変位して
いないことがわかる。

【００３３】従って、図４及び図５を比較すると、比Ｌ
／ｄを１０から１６に変更することにより、厚み縦振動
モードの２倍波を励振させた場合、端部を機械的に保持
したとしても、保持部分がほとんど変位しないため、良
好な共振特性の得られることがわかる。

【００３４】そこで、図４及び図５の結果に基づき、種
々実験をしたところ、前述したとおり、比Ｌ／ｄを１４
以上となるように厚み縦圧電共振子１を構成すれば、保
持による影響をほとんど受けず、良好な共振特性の得ら
れることを見出した。

【００３５】そこで、圧電体１として、チタン酸鉛系圧
電セラミックスからなり、比Ｌ／ｄを種々変化させ、比
Ｌ／ｄによる共振特性の変化を調べた。結果を図６に示
す。図６は、比Ｌ／ｄが変化した場合の圧電体の長さ方
向端部の相対変位量の変化を示す。なお、相対変位量と
は、長さ方向中央における変位量に対する、長さ方向端
部の変位量の割合を示す。例えば、図４に示す変位分布
において、圧電体の長さ方向中央部が初期状態から上方
に変位した場合の変位量をＸ、長さ方向端部が初期状態
から上方に変位した量をａとした場合に、ａ／Ｘで表さ
れる。この場合、長さ方向端部が長さ方向中央とは逆方
向、すなわち下方に変位した場合には、相対変位量は負
の値となる。

【００３６】図６から明らかなように、比Ｌ／ｄを１４
以上とすることにより、相対変位量を±０．１以内とす
ることができ、良好な共振特性の得られることがわか
る。特に、Ｌ／ｄを１６±０．５、２１±０．５、２３
±０．５、２５±０．５、または２７．５±０．５の範
囲とすることにより相対変位量をほぼ０とすることがで
き、共振エネルギーを共振部により一層効果的に閉じ込
めることができ、良好な共振特性の得られることがわか
る。

【００３７】また、本願発明者は、厚み縦圧電共振子１
において、比Ｌ／ｄを上記特定の範囲とし、さらに、第
１，第２の励振電極の圧電体１の長さ方向に沿う重なり
寸法をｌとしたときに、比ｌ／ｄを６以下とすれば、よ
り一層良好な共振特性の得られることを見出した。

【００３８】すなわち、図２３に示した矢印Ｂで示す波
形分割の原因について種々検討したところ、上記波形分
割が、インハーモニック・オーバートーンと称されてい
るスプリアス振動に大きく影響されることを見出し、か
つ該インハーモニック・オーバートーンの影響は、比ｌ
／ｄを調整することより抑圧し得ることを見出した。

【００３９】図７及び図８は、それぞれ、厚み縦振動の
２倍波（ＴＥ２）及びインハーモニック・オーバートー
ン（Ｓ１モード）で振動している場合の有限要素法で解
析された変位分布を示す図である。なお、図７及び図８
は、図３に示すように、ストリップ型厚み縦圧電共振子
１の縦断面の半分、すなわち長さ方向に沿って厚み縦圧
電共振子を厚み方向に切断した面の半分の変位状態を模
式的に示す図である。

【００４０】図８から明らかなように、インハーモニッ
ク・オーバートーンでは、厚み縦圧電共振子の共振部に
おいて、圧電体が厚み方向に大きく変位していることが
わかる。従って、このようなインハーモニック・オーバ
ートーンが大きく発生すると、図７に示す厚み縦振動モ
ードの２倍波の振動に大きく影響することがわかる。

【００４１】そこで、本願発明者は、上記インハーモニ
ック・オーバートーンＳ１に起因するスプリアスを抑制
すべく種々実験したところ、前述した通り、第１，第２
の励振電極の圧電体１の長さ方向に沿う重なり寸法を
ｌ、圧電体２の厚みをｔとし、ｄ＝ｔ／ｎとすると、比
ｌ／ｄを６以下とすれば、インハーモニック・オーバー
トーンの応答を小さくすることができ、厚み縦振動モー
ドの２倍波ＴＥ２のみを大きく励振させ得ることを見出
した。

【００４２】図９及び図１０は、それぞれ、比ｌ／ｄ＝
５．０及び３．０とした場合の厚み縦圧電共振子１のイ
ンピーダンス−周波数特性を示す。図９から明らかなよ
うに、比ｌ／ｄ＝５．０の場合には、共振点Ｆｒと反共
振点Ｆａとの間の通過帯域近傍に大きなスプリアス振動
が発生しておらず、従って上記インハーモニック・オー
バートーンによるスプリアスを効果的に抑制し得ること
がわかる。

【００４３】また、図１０から明らかなように、比ｌ／
ｄ＝３．０の場合にも、図２３に示したような反共振点
近傍における波形分割が生じておらず、従ってインハー
モニック・オーバートーンによるスプリアスを抑制し得
ることがわかる。

【００４４】また、図９に示す特性と、図１０に示す特
性とを比較すれば、ｌ／ｄ＝５．０の場合に、ｌ／ｄ＝
３．０の場合よりもスプリアスの応答をより効果的に抑
制し得ることがわかる。

【００４５】そこで、圧電体１として、長さＬ＝３．０
ｍｍ、幅Ｗ＝０．５ｍｍ、厚みｔ＝０．３ｍｍのチタン
酸鉛系圧電セラミックスからなるものを用い、第１，第
２の励振電極の長さ方向に沿う重なり寸法ｌを種々変化
させ、比ｌ／ｄによる共振特性の変化を調べた。結果を
図１１及び図１２に示す。

【００４６】図１１は、比ｌ／ｄが変化した場合の周波
数定数Ｆ・ｄの変化を示す図である。ここで、周波数定
数Ｆ・ｄとは、共振点Ｆｒもしくは反共振点Ｆａの周波
数と、上記ｄとの積で表される値である。

【００４７】また、図１１において、▲は厚み縦振動モ
ードの２倍波（ＴＥ２）の共振点Ｆｒを、●は厚み縦振
動モードの２倍波（ＴＥ２）の反共振点Ｆａであり、△
はインハーモニック・オーバートーン（Ｓ１）の共振点
Ｆｒであり、○はインハーモニック・オーバートーン
（Ｓ１）の反共振点Ｆａの位置を示す。

【００４８】図１１から明らかなように、ｌ／ｄ＝６を
超えると、インハーモニック・オーバートーンＳ１の共
振点Ｆｒ及び反共振点Ｆａが厚み縦振動の２倍波ＴＥ２
の反共振点Ｆａ近傍に現れ、かつ比ｌ／ｄが８以上の場
合には、厚み縦振動の２倍波ＴＥ２の共振点Ｆｒと反共
振点Ｆａとの間の帯域内に発生することがわかる。これ
に対して、ｌ／ｄが６以下の場合には、インハーモニッ
ク・オーバートーンが現れないことがわかる。

【００４９】また、比ｌ／ｄが６以下の場合、インハー
モニック・オーバートーンの発生を抑圧し得るものの、
比ｌ／ｄが小さくなる程、厚み縦振動モードの２倍波Ｔ
Ｅ２における通過帯域、すなわち共振点Ｆｒと反共振点
Ｆａとの間の帯域幅が狭くなることがわかる。

【００５０】そこで、比ｌ／ｄを変化させた場合の比帯
域幅を有限要素法により確かめたところ、図１２に示す
結果が得られた。なお、比帯域幅とは、共振周波数Ｆ
ｒ、反共振周波数Ｆａとしたときに、（Ｆａ−Ｆｒ）×
１００／Ｆａ（％）で得られる値である。

【００５１】図１２から明らかなように、比ｌ／ｄを変
化させると比帯域幅が変化し、ｌ／ｄが３〜６の範囲で
は、比帯域幅が６％以上と大きくなり、特に、４．５〜
５．５の範囲で、比帯域幅が約７％と大きくなることが
わかる。

【００５２】よって、比ｌ／ｄを、好ましくは３〜６、
より好ましくは４．５〜５．５とすれば、インハーモニ
ック・オーバートーンによるスプリアスを抑圧し得るだ
けでなく、比帯域幅が大きな、良好な共振特性を有する
エネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子１とし得ること
がわかる。

【００５３】本実施例の厚み縦圧電共振子１では、上記
のように、Ｌ／ｄが１４以上とされているので、長さ方
向端部で機械的に保持したとしても良好な共振特性が得
られ、かつ比ｌ／ｄを６以下としているので、厚み縦振
動モードの２倍波ＴＥ２を利用したエネルギー閉じ込め
型圧電共振子を構成した場合、インハーモニック・オー
バートーンによる不要スプリアスを効果的に抑制するこ
とができる。

【００５４】（第２の実施例）第１の実施例に係る厚み
縦圧電共振子１では、圧電体２が厚み方向に一様に分極
処理されており、各層に加える印加電界が逆方向とされ
るパラレル接続タイプの圧電共振子を示したが、本発明
は、複数の圧電体層を厚み方向に交互に逆方向に分極処
理してなるシリーズ接続型の圧電共振子としてもよい。
このようなシリーズ型の厚み縦圧電共振子を、図１３に
示す。

【００５５】図１３に示す厚み縦圧電共振子１１は、細
長い矩形板状のストリップ型圧電体１２を用いて構成さ
れている。圧電体１２の上面には、第１の励振電極１３
が形成されており、下面には第２の励振電極１４が形成
されている。第１，第２の励振電極１３，１４は圧電体
１２を用いて表裏対向されている。また、第１，第２の
励振電極１３，１４は、圧電体１２の長さ方向中央部分
において対向しており、この第１，第２の励振電極１
３，１４が対向している部分がエネルギー閉じ込め型の
共振部とされている。

【００５６】本実施例においても、第１，第２の励振電
極１３，１４は、それぞれ、圧電体１２の端面１２ａま
たは端面１２ｂに引き出されているが、共振部以外の部
分は圧電体１２の全幅に至るように形成されておらずと
もよい。

【００５７】励振電極１３，１４についても、見方を変
えれば、圧電体１２の長さ方向（第１の方向）に振動減
衰部を有するエネルギー閉じ込め型の共振部を構成する
ために、該長さ方向と直交する方向において第１，第２
の励振電極１３，１４が圧電体１２の長さ方向端縁に至
るように形成されていることになる。

【００５８】圧電体１２の中間高さ位置には、内部電極
１６が形成されている。この内部電極１６は、圧電体１
２を分極処理するために設けられている。すなわち、分
極に際しては、内部電極１６に相対的に高い電圧を、励
振電極１３，１４には相対的に低い電圧を与えることに
より、圧電体層１２ｃ，１２ｄが図示の矢印で示すよう
に厚み方向に逆方向に分極処理される。

【００５９】駆動に際しては、第１，第２の励振電極１
３，１４間に交流電圧を印加することにより、すなわち
内部電極１６を用いることなく駆動することにより、厚
み縦振動モードの２倍波ＴＥ2 を励振させることができ
る。

【００６０】第２の実施例に係る厚み縦圧電共振子１１
においても、比Ｌ／ｄが１４以上とされているので、長
さ方向端部で保持したとしても、良好な共振特性が得ら
れる。また、さらに、比ｌ／ｄを６以下とすることによ
り、第１の実施例の厚み縦圧電共振子１と同様に、イン
ハーモニック・オーバートーンに基づく不要スプリアス
を効果的に抑制することができ、一層良好な共振特性を
得ることができる。

【００６１】（変形例）第１，第２の実施例は、何れも
厚み縦振動モードの２倍波を利用した圧電共振子１，１
１であるが、本発明に係る圧電共振子は、厚み縦振動モ
ードの２倍波以外の高調波を利用したものであってもよ
い。図１４〜図１７は、これらの他の高調波を利用した
圧電共振子を説明するための断面図であり、第１の実施
例について示した図２に相当する図である。

【００６２】図１４は、厚み縦振動モードの３倍波を利
用したパラレル接続型厚み縦圧電共振子２１を示す。す
なわち、圧電体２内に２枚の内部電極２２，２３を配置
し、矢印で示すように圧電体２を厚み方向に一様に分極
処理することにより、厚み縦振動モードの３倍波を利用
した圧電共振子２１を構成することができる。

【００６３】また、図１５に示す厚み縦圧電共振子２４
は、厚み縦振動モードの４倍波を利用したパラレル接続
型圧電共振子２４を示す断面図である。厚み縦圧電共振
子２４では、圧電体２が厚み方向に一様に分極処理され
ており、内部に３枚の内部電極２５〜２７が厚み方向に
等間隔を隔てて配置されており、それによって厚み縦振
動モードの４倍波が効果的に励振される。

【００６４】図１６は、厚み縦振動モードの３倍波を利
用したシリーズ接続型の厚み縦圧電共振子２８を示す断
面図である。厚み縦圧電共振子２８では、圧電体１２内
に２枚の内部電極２９，３０が配置されており、圧電体
１２内が３層の圧電体層１２ｅ〜１２ｇに分割されてお
り、これらの内部電極２９，３０を用いて分極処理する
ことにより、厚み方向において隣合う圧電体層が逆方向
となるように分極処理されている。従って、第１，第２
の励振電極１３，１４に交流電圧を印加することによ
り、厚み縦振動モードの３倍波を励振することができ
る。

【００６５】同様に、図１７は、厚み縦振動モードの４
倍波を利用したシリーズ接続型圧電共振子３１を示す断
面図である。ここでは、圧電体１２内に、３枚の内部電
極３２〜３４が配置されており、これらの内部電極３２
〜３４を用いて分極処理することにより、図示のように
隣接する圧電体層が相互に逆方向になるように厚み方向
に分極処理されている。

【００６６】従って、第１，第２の励振電極１３，１４
から交流電圧を印加することにより、厚み縦振動の４倍
波を利用した圧電共振子として動作させ得る。図１４〜
図１７に示した各厚み縦圧電共振子においても、Ｌ／ｄ
が１４以上とされているので、長さ方向端部で機械的に
保持したとしても良好な共振特性が得られ、さらに比ｌ
／ｄを６以下すれば、第１，第２の実施例の厚み縦圧電
共振子と同様に厚み縦振動の高調波を利用し、かつイン
ハーモニック・オーバートーンのレスポンスによる不要
スプリアスを効果的に抑制することが可能となる。

【００６７】（第３の実施例）図１８は、本発明の第３
の実施例に係る厚み縦圧電共振子を説明するための斜視
図であり、図１９はその等価回路を示す図である。図１
８に示す圧電共振子４１は、第１の実施例に係る厚み縦
圧電共振子１にコンデンサ４２を結合した構造を有す
る。すなわち、厚み縦圧電共振子１の下面に、導電性接
着剤４３，４４を介してコンデンサ４２が接合されてい
る。

【００６８】コンデンサ４２では、誘電体基板４２ａの
上面において、所定のギャップを隔てて容量電極４２
ｂ，４２ｃが形成されている。また、誘電体基板４２ａ
の下面には、容量電極４２ｂ，４２ｃと誘電体基板４２
ａを介して表裏対向するように共通電極４２ｄが形成さ
れている。

【００６９】他方、導電性接着剤４３は、上記容量電極
４２ｂと端子電極７とを接合しており、導電性接着剤４
４は、容量電極４２ｃと端子電極５とを接合している。
従って、圧電共振子４１は、図１９に示すように、共振
子に２個のコンデンサユニットを組み合わせた容量内蔵
型圧電発振子として用いることができるものである。

【００７０】よって、厚み縦圧電共振子１が厚み縦振動
の２倍波を利用した圧電共振子であって、Ｌ／ｄが１４
以上とされているので、長さ方向端部で機械的に保持し
たとしても良好な共振特性が得られ、かつインハーモニ
ック・オーバートーンに起因するスプリアスを効果的に
抑制することが可能とされているので、良好な周波数特
性を有する圧電発振子を提供することが可能となる。

【００７１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、矩形板
状の圧電体と、圧電体の両面に形成された第１，第２の
励振電極と、圧電体内に配置されており、第１，第２の
励振電極と少なくとも部分的に対向された少なくとも１
層の内部電極とを備えるエネルギー閉じ込め型厚み縦圧
電共振子において、比Ｌ／ｄが、１６±０．５、２１±
０．５、２３±０．５、２５±０．５または２７．５±
０．５の範囲されているため、長さ方向端部を機械的に
保持したとしても良好な共振特性を有することができ
る。すなわち、上記比Ｌ／ｄを上記範囲とすることによ
り、内部電極を有するエネルギー閉じ込め型の上記厚み
縦圧電共振子において、機械的保持部の影響を受けるこ
となく、良好な共振特性を得ることが可能となる。

【００７２】請求項２に記載の発明によれば、上記比ｌ
／ｄが６以下とされているためインハーモニック・オー
バートーンや利用する高調波以外の他の高調波に起因す
る不要スプリアスを効果的に抑制することができる。よ
って、共振特性の良好なエネルギー閉じ込め型厚み縦圧
電共振子を提供することができる。

【００７３】請求項３に記載の発明によれば、比ｌ／ｄ
が３〜６の範囲とされているので、インハーモニック・
オーバートーンによるスプリアスを抑制し得るだけでな
く、比帯域幅が広い、より共振特性の良好なエネルギー
閉じ込め型厚み縦圧電共振子を実現することができる。

【００７４】また、請求項４に記載のように、圧電体と
して、細長いストリップ型の圧電体を用いた場合には、
厚み縦圧電共振子の小型化を進めることができる。

【００７５】そして、請求項５に記載の発明によれば、
請求項１〜４の何れかに記載の厚み縦圧電共振子に、さ
らに共振子の振動を妨げないための空間を隔ててコンデ
ンサが貼り合わされているので、共振特性の良好な圧電
共振子を用いて、容量内蔵型の圧電発振子を提供するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る厚み縦圧電共振子
を示す斜視図。

【図２】第１の実施例に係る厚み縦圧電共振子の断面
図。

【図３】図４及び図５に示す変位分布が表されている部
分に相当する部分の圧電共振子の断面図。

【図４】Ｌ／ｄ＝１０とした場合の厚み縦振動の２倍波
で振動している場合の図１に示した厚み縦圧電共振子の
変位分布を示す図。

【図５】Ｌ／ｄ＝１６とした場合の厚み縦振動の２倍波
で振動している場合の図１に示した厚み縦圧電共振子の
変位分布を示す図。

【図６】比Ｌ／ｄが変化した場合の圧電体の長さ方向端
部の相対変位量の変化を示す図。

【図７】厚み縦振動モードの２倍波（ＴＥ２）で振動し
ている圧電体の有限要素法による解析された変位分布を
示す図。

【図８】インハーモニック・オーバートーン（Ｓ１）で
振動している圧電体の有限要素法による解析された変位
分布を示す図。

【図９】比ｌ／ｄ＝５．０の場合の有限要素法により解
析したインピーダンス−周波数特性を示す図。

【図１０】比ｌ／ｄ＝３．０の場合の有限要素法により
解析された図１に示した厚み縦圧電共振子のインピーダ
ンス−周波数特性を示す図。

【図１１】比ｌ／ｄと厚み縦振動の２倍波ＴＥ２及びイ
ンハーニック・オーバートーンＳ１の周波数定数との関
係を示す図。

【図１２】比ｌ／ｄと比帯域幅との関係を示す図。

【図１３】本発明の第２の実施例に係る厚み縦圧電共振
子を説明するための斜視図。

【図１４】本発明に係る厚み縦圧電共振子の第１の変形
例を示す断面図。

【図１５】本発明に係る厚み縦圧電共振子の第２の変形
例を示す断面図。

【図１６】本発明に係る厚み縦圧電共振子の第３の変形
例を示す断面図。

【図１７】本発明に係る厚み縦圧電共振子の第４の変形
例を示す断面図。

【図１８】本発明の第３の実施例に係る圧電共振子であ
って、コンデンサ内蔵型圧電共振子を示す斜視図。

【図１９】図１８に示した圧電共振子の回路構成を示す
図。

【図２０】従来の厚み縦圧電共振子の一例を説明するた
めの分解斜視図。

【図２１】図２０に示した厚み縦圧電共振子の断面図。

【図２２】従来の厚み縦圧電共振子の他の例を説明する
ための斜視図。

【図２３】従来の厚み縦圧電共振子のインピーダンス周
波数特性を示す図。

【符号の説明】

１…厚み縦圧電共振子 ２…圧電体 ３，４…第１，第２の励振電極 ６…内部電極 １１…厚み縦圧電共振子 １２…圧電体 １３，１４…第１，第２の励振電極 １６…内部電極 ２１…厚み縦圧電共振子 ２２，２３…内部電極 ２４…厚み縦圧電共振子 ２５〜２７…内部電極 ２８…厚み縦圧電共振子 ２９，３０…内部電極 ３１…厚み縦圧電共振子 ３２〜３４…内部電極 ４１…圧電共振子 ４２…コンデンサ ４５…厚み縦圧電共振子 ４６…圧電体 ４７，４８…第１，第２の励振電極 ５０…内部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/17 H03H 9/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振部の両側に振動減衰部を有し、厚み
   縦振動モードのｎ次の高調波を利用したエネルギー閉じ
   込め型厚み縦圧電共振子であって、矩形板状の圧電体
   と、前記圧電体の両面に形成されて圧電体を介して対向
   されており、両側の振動減衰部を結ぶ方向を第１の方向
   としたときに、第１の方向と直交する方向において、圧
   電体の端部または端部近傍まで至るように形成された第
   １，第２の励振電極と、前記圧電体内に配置されてお
   り、圧電体層を介して第１，第２の励振電極と少なくと
   も部分的に対向された少なくとも１層の内部電極とを備
   え、前記圧電体の第１の方向に沿う長さをＬ、厚みをｔ
   とし、ｄ＝ｔ／ｎとしたときに、比Ｌ／ｄが１６±０．
   ５、２１±０．５、２３±０．５、２５±０．５または
   ２７．５±０．５とされていることを特徴とする、エネ
   ルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子。
2. 【請求項２】 前記第１，第２の励振電極の重なり合っ
   ている部分の第１の方向に沿う長さをｌとしたときに、
   ｌ／ｄ≦６とされている、請求項１に記載のエネルギー
   閉じ込め型厚み縦圧電共振子。
3. 【請求項３】 前記比ｌ／ｄが３〜６の範囲とされてい
   る、請求項２に記載のエネルギー閉じ込め型厚み縦圧電
   共振子。
4. 【請求項４】 前記圧電体が細長いストリップ型の圧電
   体により構成されている、請求項１〜３の何れかに記載
   のエネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子。
5. 【請求項５】 前記第１または第２の励振電極が形成さ
   れている面に、圧電共振子の振動を妨げないための空間
   を隔てて貼り合わされたコンデンサをさらに備えること
   を特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載のエネルギ
   ー閉じ込め型厚み縦圧電共振子。