JP3538708B2 - 圧電共振子及び圧電部品 - Google Patents

圧電共振子及び圧電部品

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JP3538708B2
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    • H03H9/1014—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばディスクリ
ミネータやトラップ等に用いられる圧電共振子に関し、
より詳細には、エネルギー閉じ込め型の厚み滑りモード
を利用した圧電共振子及び該圧電共振子を用いた圧電部
品に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、厚み滑りモードを利用したディス
クリミネータやトラップなどの圧電部品では、ケースの
収納空間内に圧電共振子が収納されている。厚み滑りモ
ードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子は、
圧電基板の両主面に部分的に振動電極を互いに対向する
ように形成した構造を有する。また、圧電共振子におけ
る共振特性、群遅延特性あるいは歪み率などの電気的特
性を好ましい値とするために、従来、圧電基板の両主面
にシリコーンゴムからなるダンピング材を付与する方法
が広く用いられている（例えば特開平７−２３５８５３
号公報など）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記圧電共振子では、圧電基板の両主面においてダンピ
ング材を付与しなければならないため、ダンピング材を
塗布する工程を２度実施しなければならなかった。その
ため、圧電共振子や該圧電共振子を用いた圧電部品の製
造工程が増加し、コストが高くつくという問題があっ
た。
【０００４】本発明の目的は、製造容易であり、かつ電
気的特性に優れた低コストの圧電共振子及び該圧電共振
子を用いた圧電部品を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電共振子
は、圧電基板と、前記圧電基板の両主面において部分的
に形成されており、かつ互いに対向されて振動部を構成
している少なくとも一対の振動電極とを備え、厚み滑り
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
あって、前記圧電共振子の一方主面及び両主面を結ぶ一
対の側面においてのみ振動部を被覆するように付与され
ているダンピング材をさらに備えることを特徴とする。
【０００６】本発明に係る圧電共振子においては、好ま
しくは、上記ダンピング材は、２５℃における粘度が２
０Ｐａｓ以下であり、かつ２５℃において流動性を有
し、加熱により硬化されてゴム状とされているシリコー
ンゴムにより構成される。なお、本明細書において、粘
度は、ＪＩＳ Ｋ６２４９に記載の方法に従って測定さ
れた値である。本発明の圧電共振子のある特定の局面で
は、細長い矩形板状の圧電基板と、前記圧電基板の上面
において、該圧電基板の長さ方向中央領域から一方の端
部に至るように形成された第１の振動電極と、前記圧電
基板の下面において、該圧電基板の長さ方向中央領域か
ら第１の振動電極が引き出されている側とは反対側の端
部に至るように形成された第２の振動電極とを備え、厚
み滑りモードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電振
動部を構成するために前記第１，第２の振動電極が圧電
基板の長さ方向中央領域で表裏対向するように配置され
ており、第１，第２の振動電極は、圧電基板の全幅に至
るように形成されており、前記第１，第２の振動電極が
対向されている圧電振動部を被覆するように、前記圧電
基板の上面及び一対の側面にダンピング材が付与されて
いることを特徴とする、圧電共振子が提供される。
【０００７】本発明に係る圧電部品は、本発明に係る圧
電共振子と、互いに接合されて、内部に前記圧電共振子
を収納する収納空間が構成される第１，第２のケース材
とを備え、前記第１，第２のケース材の一方に前記圧電
共振子が圧電振動部の振動を妨げないように固定されて
いる。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の具体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。
【００１２】図１は、本発明の一実施例に係る圧電部品
を説明するための分解斜視図である。圧電部品１では、
第１のケース材としてのケース基板２と、第２のケース
材としてのキャップ３とでパッケージが構成されてい
る。
【００１３】ケース基板２は、アルミナなどの絶縁性セ
ラミックスあるいは合成樹脂などの適宜の導電性材料か
らなる。ケース基板２の上面には、電極４，５が形成さ
れている。
【００１４】他方、キャップ３は、金属からなり、下方
に開いた開口を有する。キャップ３は、矩形枠状の絶縁
性接着剤層６を介してケース基板２に接合される。この
ようにして、ケース基板２とキャップ３とによりパッケ
ージが構成され、該パッケージの内部に封止された収納
空間が構成される。
【００１５】また、ケース基板２上には、エネルギー閉
じ込め型の厚み滑りモードを利用した圧電共振子７が導
電性接着剤８，９により固定される。圧電共振子７は、
細長い矩形板状の圧電基板７ａを有する。
【００１６】図２（ａ）に示すように、圧電基板７ａの
上面７ａ1 には、第１の振動電極７ｂが形成されてお
り、下面には第２の振動電極７ｃが形成されている。振
動電極７ｂ，７ｃは、圧電基板７ａの長さ方向中央領域
で表裏対向するように形成されている。また、振動電極
７ｂ，７ｃは、圧電基板７ａの全幅に至るように形成さ
れている。
【００１７】他方、振動電極７ｂは、圧電基板７ａの中
央領域から一方の端部に至るように形成されており、さ
らに、圧電基板７ａの端面を経て下面に至る電極延長部
７ｂ 1 を有する。
【００１８】同様に、振動電極７ｃは、圧電基板７ａの
長さ方向中央領域から圧電基板７ａの振動電極７ｂが引
き出されている側の端部とは反対側の端部に引き出され
ている。また、振動電極７ｃは、端面を経て上面に至る
電極延長部７ｃ1 を有する。
【００１９】圧電部品１の製造に際しては、図１に示す
ように、導電性接着剤８，９により圧電共振子７がケー
ス基板２に固定される。この場合、導電性接着剤８によ
り、振動電極７ｃが電極４に電気的に接続され、導電性
接着剤９により振動電極７ｂが電極５に電気的に接続さ
れる。
【００２０】さらに、本実施例では、圧電共振子７に
は、ダンピング材１０が付与されている。ダンピング材
１０は、図１では、分解して示されているが、圧電共振
子７の上面７ａ1 に付与される上面部１０ａと、圧電共
振子７の一対の側面７ａ2 ，７ａ3 に付与される側面部
１０ｂ，１０ｃとを有する。
【００２１】なお、図１では分解して示されているが、
実際には、ダンピング材１０は、図２（ａ）及び（ｂ）
に示すように、圧電共振子７の上面７ａ1 から一対の側
面７ａ2 ，７ａ3 に至るように連なって付与されてい
る。
【００２２】上記ダンピング材１０としては、シリコー
ンゴムなどの質量付加によりダンピング作用を発現する
適宜の絶縁性樹脂や絶縁性ゴムを用いて構成することが
できる。もっとも、好ましくは、取扱いが容易であり、
優れたダンピング性能を発現するためシリコーンゴムが
用いられ、より好ましくは、２５℃における粘度が２０
Ｐａｓ以下であり、かつ２５℃において流動性を有し、
加熱により硬化されてゴム状とされているシリコーンゴ
ムが用いられる。
【００２３】本実施例の圧電部品では、上記圧電共振子
７において、ダンピング材１０が圧電共振子の一方主面
としての上面及び一対の側面に付与されている。従っ
て、ダンピング材１０の付与にあたっては、圧電共振子
７の上面側から流動性を有するダンピング材を付与する
だけで、一対の側面にもダンピング材を行き渡らせるこ
とができる。すなわち、１回の塗布作業でダンピング材
１０を付与することができ、ダンピング材の付与に際し
ての工程の簡略化、ひいては圧電共振子７の製造コスト
の低減を果たし得る。
【００２４】また、上記ダンピング材１０の上面部１０
ａ、及び側面部１０ｂ，１０ｃは、いずれも、圧電振動
部を被覆するように塗布されることが必要である。すな
わち、振動電極７ｂ，７ｃが対向されている圧電振動部
を被覆するように、上面部１０ａ及び側面部１０ｂ，１
０ｃが構成される。なお、上記圧電振動部を上面及び側
面で被覆し得る限り、ダンピング材１０は、圧電共振子
７の長さ方向全域に渡って形成される必要はない。
【００２５】本実施例の圧電共振子７では、上記ダンピ
ング材１０が、圧電共振子７の上面７ａ1 だけでなく一
対の側面７ａ2 ，７ａ3 にも至るように付与されている
ので、細長い矩形板状の圧電基板７ａを用いた圧電共振
子７における幅モードの不要振動を効果的に抑圧するこ
とができる。従って、圧電共振子７において、振動電極
の構造を変形してバンドパスフィルタを構成した場合に
は、通過帯域内のリップルを低減できる。また、圧電ト
ラップを構成した場合には、通過帯域内における群遅延
特性の乱れを抑制することができ、ディスクリミネータ
を構成した場合には低歪率の特性を得ることができる。
これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【００２６】上記実施例の圧電共振子７を得るにあた
り、ＰＺＴ系セラミックスからなる長さ３ｍｍ×幅０．
４ｍｍ×厚み０．１ｍｍの圧電基板７ａに振動電極７
ｂ，７ｃを形成し、ディスクリミネータを構成した。こ
のディスクリミネータとしての圧電共振子７に、硬化前
の２５℃における粘度が８Ｐａｓの熱硬化性シリコーン
ゴムを、スペーサーを用いて付与し、１５０℃の温度で
硬化させて、ダンピング材１０を形成した。なお、硬化
後のシリコーンゴムからなるダンピング材１０の硬度は
ＪＩＳのＡ硬度で６０であった。
【００２７】上記のようにして得られたディスクリミネ
ータのインピーダンス特性及び位相特性を図７に示す。
比較のために、図８に示す圧電部品２１を用意した。圧
電部品２１は、ダンピング材２２が、圧電共振子７の上
面にのみ付与されていることを除いては、上記実施例と
同様にして構成した。
【００２８】比較のために用意した圧電部品２１におけ
るインピーダンス特性及び位相特性を図９に示す。な
お、図８に示した圧電部品２１は、本願発明者が先に提
案した、未だ公知ではない特願平１１−１３４０１８号
に開示されている構造を有するものである。この比較の
ために用意した圧電部品２１においても、ダンピング材
２２を圧電共振子７の一方主面側からのみ付与して塗布
することができる。しかしながら、図９に示すように、
比較例の圧電部品では、矢印Ａで示すリップルが比較的
大きく現れている。これは、幅モードによるリップルで
ある。
【００２９】これに対して、図７に示すように、本実施
例の圧電共振子７を用いた圧電部品１では、幅モードの
リップルが効果的に抑圧されていることがわかる。すな
わち、本実施例の圧電部品１では、圧電共振子７の側面
にもダンピング材１０が付与されているので、幅モード
のリップルを効果的に抑圧することができる。
【００３０】特願平１１−１３４０１８号に開示されて
いる圧電部品では、上記幅モードのリップルによる不良
品が約５％程度発生していたのに対し、本実施例の圧電
部品１では、このような幅モードリップルが大きい不良
品を殆ど無くすことができる。従って、圧電部品の生産
性を高めることができる。
【００３１】なお、特願平１１−１３４０１８号では、
ディスクリミネータを構成した場合に歪率特性を低減す
るには、ＪＩＳのＡ硬度が８０〜１００のダンピング材
を用いることが必要であるとされていたが、本実施例に
よれば、上記のようにＪＩＳのＡ硬度が６０のシリコー
ンゴムを用いた場合においても、歪率を低減することが
できる。従って、ダンピング材として使用し得る材料の
選択の幅を広げることができ、より安価な圧電共振子を
提供することができる。
【００３２】次に、図３〜図６を参照して、上記ダンピ
ング材１０を圧電共振子７に付与する方法の具体的な例
を説明する。上記のように、ディスペンサーを用いてダ
ンピング材１０を付与する場合、図３に断面図で示すよ
うに、圧電共振子７の上方からディスペンサーのノズル
１３を降下し、ノズル１３内に充填されているダンピン
グ材１０を圧電共振子７の上面側から付与すればよい。
この場合、好ましくは、ノズル１３の先端の外径Ｄを、
圧電共振子７を構成している圧電基板７ａの幅Ｗ以上と
することが望ましい。すなわち、ノズル１３の外径Ｄ
を、上記幅Ｗ以上とした場合、図４に示すように、ノズ
ル先端に垂れ下がっているダンピング材、すなわちダン
ピング材１０の垂下部１０Ｘが略球状に膨らむ。この略
球状に膨らんだ垂下部１０Ｘの径が、確実に圧電基板７
ａの幅Ｗよりも大きくなるため、ダンピング材１０を圧
電基板７ａの一対の側面にも至るように塗布することが
できる（図５（ａ）参照）。
【００３３】また、好ましくは、垂下部１０Ｘの下端
と、圧電基板７ａの下面との間の距離Ａが、０≦Ａ≦ｔ
の範囲となるように付与することが望ましい。なお、ｔ
は圧電基板７ａの厚みである。
【００３４】上記のように、ダンピング材１０を塗布す
るにあたり、垂下部が圧電共振子７の上面に接触し、側
面にもその流動性により至った場合に、垂下部１０Ｘの
下端が側面に至っている部分において、０≦Ａ≦ｔを満
たすように付与し、しかる後硬化させることにより、確
実にダンピング材を圧電共振子７の一対の側面にも付与
することができる。
【００３５】なお、上記実施例では、ディスペンサーの
ノズル１３からダンピング材１０を送り出し、圧電共振
子７に付与したが、ディスペンサーに代えて転写ピンを
用いてもよい。その場合には、図６に略図的平面図で示
すように、転写ピン１４の径Ｄを、圧電共振子７の幅Ｗ
以上とすればよく、ディスペンサーを用いた場合と同様
に、ダンピング材１０を圧電共振子７の上面だけでなく
一対の側面に確実に付与することができる。
【００３６】上記実施例では、第１，第２のケース材
２，３として、ケース基板２とキャップ３とを用いた
が、圧電共振子７を収納し得る収納空間を構成し得る限
り、第１，第２のケース材の形状はこれに限定されるも
のではない。
【００３７】また、上記実施例では、一枚の圧電基板に
一対の振動電極が形成された圧電共振子について説明し
たが、一枚の圧電基板に二対以上の振動電極が形成され
た圧電共振子に適用することも可能である。さらに、１
つの収納空間に２つ以上の圧電共振子（圧電基板）を収
納した圧電部品に適用することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】本発明に係る圧電共振子では、圧電共振
子の一方主面及び両主面を結ぶ一対の側面に付与されて
おり、該一方主面及び一対の側面においてのみ振動部を
被覆するように付与されているダンピング材を備えるの
で、上記ダンピング材の塗布にあたり、圧電共振子の一
方主面側からダンピング材を塗布するだけでよい。従っ
て、ダンピング材塗布工程を簡略化することができ、圧
電共振子の製造コストを低減することができる。
【００３９】加えて、上記ダンピング材は、圧電共振子
の一方主面上だけでなく、一対の側面上においても振動
部を被覆しているので、幅モードリップルを効果的に抑
圧することができ、周波数特性に優れた圧電共振子を提
供することができ、例えばディスクリミネータを構成し
た場合には比率を低減することができ、フィルタを構成
した場合には通過帯域内における群遅延特性の乱れを抑
制することができる、共振子を構成した場合にはインピ
ーダンス波形におけるリップルを抑制することができ
る。
【００４０】上記ダンピング材として、２５℃における
粘度が２０Ｐａｓ以下であり、かつ２５℃において流動
性を有し、加熱により硬化されてゴム状とされているシ
リコーンゴムを用いた場合には、常温においてダンピン
グ材を圧電共振子の一方主面及び一対の側面に容易にか
つ確実に塗布することができ、硬化後には、優れたダン
ピング作用を発揮する。
【００４１】本発明に係る圧電部品では、本発明に係る
圧電共振子が、第１，第２のケース材で構成される収納
空間に収納されており、圧電共振子が圧電振動部の振動
を妨げないように第１，第２のケース材の一方に固定さ
れているので、耐環境特性に優れたケース封止型の圧電
部品であって、本発明に従って安価であり、かつ周波数
特性に優れた圧電部品を提供することができる。
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る圧電部品を説明するた
めの分解斜視図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例に係る
圧電共振子を説明するための縦断面図及び（ａ）におけ
るＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図３】本発明の一実施例においてディスペンサーを用
いてダンピング材を付与する工程を説明するための断面
図。
【図４】ディスペンサーのノズルの先端からダンピング
材が垂れ下がっている状態を示す部分切欠正面図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、圧電基板とダンピング材
の垂下部分との関係を示す模式的平面図、（ｂ）は、圧
電基板を塗布する場合のダンピング材の垂下部と圧電基
板の厚みとの関係を示す図。
【図６】転写ピンを用いた場合の転写ピンの先端と圧電
基板の幅方向寸法との関係を説明するための模式的平面
図。
【図７】本発明の一実施例において構成されたディスク
リミネータのインピーダンス特性及び位相特性を示す
図。
【図８】比較のために用意した圧電部品を説明するため
の分解斜視図。
【図９】比較のために用意したディスクリミネータのイ
ンピーダンス特性及び位相特性を示す図。
【符号の説明】
１…圧電部品 ２…第１のケース材としてのケース基板 ３…第２のケース材としてのキャップ ７…圧電共振子 ７ａ…圧電基板 ７ａ1 …上面 ７ａ2 ，７ａ3 …側面 ７ｂ…振動電極 ７ｃ…振動電極 １０…ダンピング材 １０ａ…上面部 １０ｂ，１０ｃ…側面部 １０Ｘ…垂下部 １３…ノズル １４…転写ピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 9/00 - 9/215 H03H 3/00 - 3/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧電基板と、 前記圧電基板の両主面において部分的に形成されてお
    り、かつ互いに対向されて振動部を構成している少なく
    とも一対の振動電極とを備え、厚み滑りモードを利用し
    たエネルギー閉じ込め型の圧電共振子であって、 前記圧電共振子の一方主面及び両主面を結ぶ一対の側面
    においてのみ振動部を被覆するように付与されているダ
    ンピング材をさらに備えることを特徴とする、圧電共振
    子。
  2. 【請求項２】 前記ダンピング材が、２５℃における粘
    度が２０Ｐａｓ以下であり、かつ２５℃において流動性
    を有し、加熱により硬化されてゴム状とされているシリ
    コーンゴムにより構成されている、請求項１に記載の圧
    電共振子。
  3. 【請求項３】 細長い矩形板状の圧電基板と、 前記圧電基板の上面において、該圧電基板の長さ方向中
    央領域から一方の端部に至るように形成された第１の振
    動電極と、 前記圧電基板の下面において、該圧電基板の長さ方向中
    央領域から第１の振動電極が引き出されている側とは反
    対側の端部に至るように形成された第２の振動電極とを
    備え、 厚み滑りモードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電
    振動部を構成するために前記第１，第２の振動電極が圧
    電基板の長さ方向中央領域で表裏対向するように配置さ
    れており、第１，第２の振動電極は、圧電基板の全幅に
    至るように形成されており、 前記第１，第２の振動電極が対向されている圧電振動部
    を被覆するように、前記圧電基板の上面及び一対の側面
    にダンピング材が付与されていることを特徴とする、圧
    電共振子。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の圧電共
    振子と、 互いに接合されて、内部に前記圧電共振子を収納する収
    納空間が構成される第１，第２のケース材とを備え、 前記第１，第２のケース材の一方に前記圧電共振子が圧
    電振動部の振動を妨げないように固定されている、圧電
    部品。
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