JP3695615B2 - エネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子 - Google Patents

Description

【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２０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２１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５３，５７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，７１ｂ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２−２３５４２２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、Ｌ／ｄ≧１４とされていることを特徴とする。
【００１７】
しかも、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２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。
【００１８】
また、好ましくは、請求項３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。なお、請求項４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＝３．０ｍｍ、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ＴＥ２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Ｆｒ、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１３，１４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１２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１３，１４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１，１１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１８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４２ｂ，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４２ａ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４４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１４以上とされているため、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１４以上とすることにより、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。
【００７３】
しかも、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。
【００７４】
請求項２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。
【００７５】
また、請求項３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。そして、請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３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

Claims (4)

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、Ｌ／ｄ≧１４とされているとともに、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. 前記比ｌ／ｄが３〜６の範囲とされている、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. 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または２に記載のエネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子。
4. 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１〜３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。

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