JP3870770B2 - Piezoelectric sliding resonator and composite vibration device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電すべり共振子及び複合材料振動装置に係り、詳しくは、複合材料振動装置の振動部材として使用される圧電すべり共振子と、この圧電すべり共振子を振動部材としながらエネルギー閉じ込め型ではない構成とされた複合材料振動装置とに関する。
【0002】
【従来の技術】
圧電発振子や帯域通過型フィルタ(B.P.F)などとして使用される圧電共振子のうちには、特開平5−243889号公報や特開平7−147527号公報で開示されているものがある。すなわち、特開平5−243889号公報で開示された厚みすべり圧電振動素子は、LiTaO3 からなる圧電基板の両主面上に励振電極が形成されたものであり、共振周波数の近傍に発生する不要なリップルを抑制するため、励振電極同士が互いに対向しあって重なりあう長さと圧電基板の厚みとの関係を適当な範囲内で規制することを特徴としている。
【0003】
一方、特開平7−147527号公報で開示されている圧電共振子は、矩形面を有する圧電体における長辺側の両主面上に共振電極が対向しあって形成されたものであり、その長辺及び短辺それぞれの長さ比をポアソン比との関係で規制することを特徴としている。そして、このような構成の圧電共振子であれば、特定の長さ比を採用することにより、共振部のエネルギー閉じ込め効率を向上させることが可能となり、その小型化を実現し得るという利点が確保される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平5−243889号公報で開示されているのは通常のエネルギー閉じ込め型といわれる圧電すべり共振子であるが、このようなエネルギー閉じ込め型の構成である場合は、比帯域(通過帯域幅/中心周波数)の大きな厚みすべり共振子を構成することが困難となってしまう。また、通常のエネルギー閉じ込めとは、励振電極同士の重なりあい部分付近に対して振動エネルギーが局所的に集中する振動現象をいうが、上記構成の圧電すべり共振子では、振動部分から無振動部分にわたる領域、つまり、振動減衰域を構成するのに多大な面積を要するため、小型化に適しないこととなる。
【0005】
これに対し、特開平7−147527号公報で開示されている圧電すべり共振子もエネルギー閉じ込め型であることに変わりないが、エネルギー閉じ込め効率が大幅に向上するため、通常のエネルギー閉じ込め型に比べると、その小型化を実現することが可能となる。しかしながら、このような構成とされた圧電すべり共振子であっても、比帯域を大きくすることはでき得ないのが実情である。
【0006】
本発明はこれらの不都合に鑑みて創案されたものであり、比帯域を大きくすることが可能な圧電すべり共振子と、この圧電すべり共振子を振動部材としながら小型化を実現することができる複合材料振動装置とを提供することを目的としている。なお、ここでの複合材料振動装置は、エネルギー閉じ込め型ではない構成とされている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る圧電すべり共振子は、すべり振動モードを励振する角柱状の圧電体を具備しており、その矩形状のずれひずみ面は、該ずれひずみ面の縦寸法をTとし、その横寸法をLeとしたときの縦横比Le/Tは、
Le/T={α・(S44E/S33E)1/2+β}±0.3
(但し、S44E及びS33Eは弾性コンプライアンス、α=0.27・n+0.45、β=1.09・n+0.31であり、nは正の整数)
で表されることを特徴とする。
【0009】
本発明の請求項2に係る圧電すべり共振子は請求項1又は請求項2に記載したものであって、前記ずれひずみ面と直交し、かつ、前記圧電体のずれ方向と平行な両主面上には励振電極が形成されており、これらの対向しあった励振電極同士が重なりあう長さLと前記ずれひずみ面の横寸法Leとの比L/Leは、
0.86≦L/Le≦1
で表されることを特徴としている。
【0010】
本発明の請求項3に係る圧電すべり共振子は請求項1または2に記載したものであり、対向しあっている前記ずれひずみ面同士の間隔Wと前記ずれひずみ面の縦寸法Tとの比W/Tは、
(1)W/T≦1.2
(2)1.3≦W/T≦1.5
(3)1.7≦W/T≦2.0
(4)2.2≦W/T≦2.5
(5)2.6≦W/T≦3.0
のうちのいずれかで表されることを特徴としている。
【0011】
本発明の請求項4に係る複合材料振動装置は請求項1〜請求項3のいずれかに記載の圧電すべり共振子を振動部材とするものであって、音響インピーダンスがZ1である振動部材と、第1の音響インピーダンスZ1よりも低い第2の音響インピーダンスZ2を有し、前記振動部材に連結された反射層と、第2の音響インピーダンスZ2よりも高い第3の音響インピーダンスZ3を有し、前記反射層に連結された保持部材とを備えており、前記振動部材から前記反射層に伝播してきた振動を前記反射層と前記保持部材との界面で反射する構成であることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0013】
(実施の形態1)
図1は本実施の形態に係る圧電すべり共振子の構成を簡略化して示す斜視図、図2はずれすべり面の縦横比Le/Tと電気機械結合係数kとの関係を示す説明図であり、図3はずれすべり面の縦横比Le/Tと弾性コンプライアンスS44 E,S33 Eとの関係を示す説明図である。そして、図4は圧電すべり共振子の構成を簡略化して示す側面図、図5は対向しあった励振電極同士が重なりあう長さLとずれひずみ面の横寸法Leとの比L/Le及び周波数変位dFOSC/FOSCの関係を示す説明図であり、図6は対向しあうずれひずみ面同士の間隔W、つまり、圧電体の幅寸法Wとずれひずみ面の縦寸法Tとの比W/T及び電気機械結合係数kの関係を示す説明図である。
【0014】
図1中の符号1は圧電すべり共振子であり、この圧電すべり共振子1は、LiTaO3 やLiNbO3 などのようなセラミックス材料を用いて作製された角柱状の圧電体2を具備している。そして、この圧電体2においてはその幅寸法がWと設定されており、かつ、矩形状とされた側面であるずれひずみ面2aの縦寸法及び横寸法それぞれがT,Leと設定されている。また、この圧電体2は軸心方向(長手方向)に沿って分極処理されており、図1中の矢印Pは分極方向を示している。
【0015】
さらに、この際における圧電体2の主面、つまり、ずれひずみ面2aのそれぞれと直交し、かつ、圧電体2のずれ方向と平行な両主面上には、励振電極3,4がそれぞれ形成されている。そこで、これらの互いに対向しあった励振電極3,4を介して交流電圧が印加されると、圧電体2は厚みすべり振動モードで振動することになり、圧電すべり共振子1として機能する。
【0016】
ところで、本発明の発明者らが、圧電体2におけるずれすべり面2aの縦横比Le/Tに着目し、圧電すべり共振子1の電気機械結合係数kを検討してみたところ、ずれすべり面2aの縦横比Le/Tと電気機械結合係数kとの間には、図2で示すような関係があることが見いだされた。そして、図2で示される検討結果からは、振動波数nがn=1〜4のいずれであったとしても、ずれすべり面2aの縦横比Le/Tの変化に対応して圧電すべり共振子1の電気機械結合係数kが周期的に変化し、ある特定の縦横比Le/Tに対応して電気機械結合係数kが極大値を示すことが明らかとなる。
【0017】
なお、図2中には、有限要素法を利用して解析された圧電すべり共振子1の各振動波数nにおける変位分布を示す模式的な縦断面図を付記している。
【0018】
すなわち、振動波数nがn=1である際には、縦横比Le/T=2.6付近で電気機械結合係数kの極大値、つまり、k=38%が得られる。そこで、電気機械結合係数kが極大値近傍となるよう、圧電体2におけるずれすべり面2aの縦横比Le/Tを予め設定することとし、電気機械結合係数kの極大値近傍を圧電すべり共振子1で利用する構成とすれば、この圧電すべり共振子1の有する比帯域は大きくなる。そして、圧電すべり共振子1の比帯域が大きい場合には、製品品質のばらつきを低減し得ることとなり、共振特性の向上を実現することが可能となる。
【0019】
また、圧電体2の材料定数に着目し、電気機械結合係数kが極大値を示すずれすべり面2aの縦横比Le/Tを検討したところ、図3で示すような関係が見いだされた。すなわち、振動波数nがn=1であるときの縦横比Le/TはLe/T=0.72・(S44 E/S33 E)1/2+1.41、n=2であるときはLe/T=1.00・(S44 E/S33 E)1/2+2.48となると共に、振動波数nがn=3である場合の縦横比Le/TはLe/T=1.26・(S44 E/S33 E)1/2+3.59で表される。なお、ここでのS44 E及びS33 Eは、圧電体2の材料に応じて決定される弾性コンプライアンスである。
【0020】
そして、これらの関係を解析してみたところによれば、電気機械結合係数kが極大値となるずれすべり面2aの縦横比Le/Tは、Le/T=α・(S44 E/S33 E)1/2+βで表されることが分かった。但し、ここでの変数αはα=0.27・n+0.45、変数βはβ=1.09・n+0.31であり、かつ、nは正の整数である。さらに、これらのずれすべり面2aの縦横比Le/Tについて、±0.3程度の公差は許容されることが実験的に明らかとなっているので、電気機械結合係数kが極大値となるずれすべり面2aの縦横比Le/Tの一般式は、Le/T={α・(S44 E/S33 E)1/2+β}±0.3となる。
【0021】
すなわち、電気機械結合係数kが極大値となるずれすべり面2aの縦横比Le/Tは、弾性コンプライアンスS44 E,S33 E及び振動波数nに対応して定まることになっている。そこで、このようにして定まるずれすべり面2aの縦横比Le/Tを圧電体2に対して適用すれば、電気機械結合係数kの極大値近傍を圧電すべり共振子1で利用することが容易となり、その結果として圧電すべり共振子1の有する比帯域を大きくすることが可能となる。
【0022】
さらに、図4で示すように、圧電体2の両主面上にそれぞれ形成されて対向しあう励振電極3,4同士の重なりあう長さLに着目し、これらの重なりあう長さLとずれひずみ面の横寸法Leとの比L/Leが変化することに対応した周波数変位dFOSC/FOSCの変化を検討してみたところ、図5で示すような関係が見いだされた。そして、図5で示される検討結果によれば、励振電極3,4同士の重なりあう長さLとずれひずみ面の横寸法Leとの比L/Leが0.86以上で1以下の範囲内、つまり、0.86≦L/Le≦1の範囲内であれば、周波数変位dFOSC/FOSCが殆ど変化しないことが明らかとなっている。
【0023】
従って、一方側(図では上側)の励振電極3及び他方側(図では下側)の励振電極4の対向しあって重なりあう長さLとずれひずみ面の横寸法Leとの比L/Leを0.86以上かつ1以下の範囲内としている限り、励振電極3,4同士の重なりあう長さLが変化することがあったとしても、圧電すべり共振子1における周波数の変化は小さくて済む。すなわち、このような関係を維持し続けている場合には、圧電すべり共振子1の周波数変化を抑制することが可能となる。
【0024】
さらにまた、本発明の発明者らが、圧電すべり共振子1の具備している圧電体2における幅寸法W、つまり、対向しあっているずれひずみ面2a同士の間隔Wとずれひずみ面2aの縦寸法Tとの比W/Tに着目し、電気機械結合係数kを検討したところ、図6で示すような関係があることが見いだされた。すなわち、図6で示す検討結果によれば、対向しあっているずれひずみ面2a同士の間隔Wとずれひずみ面2aの縦寸法Tとの比W/Tが、W/T≦1.2、1.3≦W/T≦1.5、1.7≦W/T≦2.0、2.2≦W/T≦2.5、2.6≦W/T≦3.0のうちのいずれかで表される関係にある限り、圧電すべり共振子1の有する電気機械結合係数kが大きくなることが分かる。
【0025】
(実施の形態2)
図7は実施の形態2に係る複合材料振動装置の構成を簡略化して示す斜視図であり、図8はその変形例に係る構成を簡略化して示す斜視図である。なお、図7中の符号11は実施の形態2に係る複合材料振動装置を示し、図8中の符号12は変形例に係る複合材料振動装置を示している。
【0026】
実施の形態2に係る複合材料振動装置11は、実施の形態1で説明した圧電すべり共振子1を振動部材13として構成されたものであり、角柱状の振動部材13と、その軸心方向(長手方向)に沿う両端面のそれぞれに連結された反射層14,15と、これら反射層14,15の外端面それぞれに連結された保持部材16,17とを備えている。そして、ここでの振動部材13が具備している圧電体2は、例えば、3.4×107Kg/(m2・s)程度である第1の音響インピーダンスZ1を有するセラミックス材料から作製されており、その軸心方向に沿って分極されている。
【0027】
また、この振動部材13と連結された反射層14,15は、振動部材13が有する第1の音響インピーダンスZ1よりも低い第2の音響インピーダンスZ2、例えば、1.87×106Kg/(m2・s)程度の音響インピーダンスZ2を有するエポキシ樹脂からそれぞれ作製されている。さらに、この際における保持部材16,17は、例えば、3.4×107Kg/(m2・s)程度の音響インピーダンスZ3、つまり、第2の音響インピーダンスZ2よりも高い第3の音響インピーダンスZ3を有するセラミックス材料からそれぞれ作製されている。
【0028】
さらにまた、振動部材13の軸心方向に沿った両端それぞれに反射層14,15を介したうえで保持部材16,17が連結されてなる複合材料振動装置11の両主面上、つまり、圧電体2のずれひずみ面2aと直交し、かつ、圧電体2のずれ方向と平行になる両主面上には、励振電極18,19がそれぞれ形成されている。そして、この際における一方側(図では上側)の励振電極18は、複合材料振動装置11を構成している振動部材13と、その長手方向の一方側(図では右側)に連結された反射層14及び保持部材16との上側主面上に対して一体的に形成されている。
【0029】
また、他方側(図では下側)の励振電極19は、振動部材13と、その長手方向の他方側(図では左側)に連結された反射層15及び保持部材17との下側主面上に対して一体的に形成されたものとなっている。なお、図7では、励振電極18,19のそれぞれが保持部材16,17の外端面上まで形成されているが、これらの励振電極18,19が保持部材16,17の外端面上にまで形成されている必然性はなく、主面上にのみ形成されたものであってもよいことは勿論である。
【0030】
このような構成とされた複合材料振動装置11では、振動部材13が具備する圧電体2を挟んで対向しあう励振電極18,19を介して交流電圧が印加されると、振動部材13の圧電体2が厚みすべり振動モードで振動する。そして、この振動部材13で発生した振動は反射層14,15へと伝播し、反射層14,15へと伝播した振動は反射層14,15と保持部材16,17との界面それぞれで反射される。そのため、この際における保持部材16,17へと振動が伝播することは抑制されており、保持部材16,17にあっては振動に伴う変位も生じないため、これらの保持部材16,17を利用して複合材料振動装置11を確実に支持することが可能となる。
【0031】
ところで、本実施の形態2に係る複合材料振動装置11は、振動部材13の両端面に反射層14,15をそれぞれ連結し、かつ、これらの反射層14,15に保持部材16,17をそれぞれ連結したものとなっている。しかしながら、このような構成のみに限定されることはなく、図8で示すような複合材料振動装置12、すなわち、振動部材13の一方側(図では右側)の端面にのみ反射層14を連結し、さらに、反射層14の外端面に保持部材16を連結してなる構成とされたものであってもよい。なお、図8において、図7と同一となる部品、部分については同一符号を付し、ここでの説明は省略する。
【0032】
すなわち、この変形例に係る複合材料振動装置12でも、振動部材13が音響インピーダンスZ1を有し、かつ、反射層14が第1の音響インピーダンスZ1よりも低い第2の音響インピーダンスZ2を有するのに対し、保持部材16が第2の音響インピーダンスZ2よりも高い第3の音響インピーダンスZ3を有することに変わりはない。従って、複合材料振動装置12にあっても、振動部材13で発生した振動は反射層14と保持部材16との界面で反射されることになり、保持部材16に対する振動の伝播は抑制される。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1に係る圧電すべり共振子では、圧電体のずれひずみ面における縦横比Le/Tを、電気機械結合係数kが極大値近傍となるように、ずれひずみ面の縦横比Le/TがLe/T={α・(S44E/S33E)1/2+β}±0.3(但し、S44E及びS33Eは弾性コンプライアンス、α=0.27・n+0.45、β=1.09・n+0.31であり、nは正の整数)で表される。このような関係に基づく縦横比Le/Tを圧電体に適用する際には、電気機械結合係数kの極大値近傍を圧電すべり共振子で利用することが容易となり、その結果、圧電すべり共振子の比帯域を大きくすることができる。また、製品品質のばらつきを低減し、かつ、共振特性の向上を実現することが可能になる。
【0035】
本発明の請求項2に係る圧電すべり共振子では、圧電体の主面上に形成されて対向しあった励振電極同士が重なりあう長さLとずれひずみ面の横寸法Leとの比L/Leが、0.86≦L/Le≦1で表される。そして、このような関係を有している限りは、励振電極同士の重なりあう長さLが変化しても、周波数変位dFOSC/FOSCが殆ど変化しないため、圧電すべり共振子における周波数の変化を抑制することができる。
【0036】
本発明の請求項3に係る圧電すべり共振子では、ずれひずみ面同士の間隔Wとその縦寸法Tとの比W/Tが、W/T≦1.2、1.3≦W/T≦1.5、1.7≦W/T≦2.0、2.2≦W/T≦2.5、2.6≦W/T≦3.0のうちのいずれかで表される。このような関係であれば、圧電すべり共振子の有する電気機械結合係数kが大きくなるため、圧電すべり共振子の比帯域をより大きくすることが可能となる。
【0037】
本発明の請求項4に係る複合材料振動装置は、圧電すべり共振子からなる振動部材に反射層を連結し、かつ、この反射層に保持部材を連結したものであり、反射層の有する音響インピーダンスZ2が、振動部材及び保持部材の有する音響インピーダンスZ1,Z3よりも低くなっている。そのため、振動部材から反射層へと伝播してきた振動は、反射層と保持部材との界面で反射されてしまう。
【0038】
すなわち、このような構成とされた複合材料振動装置であれば、振動部材の振動特性に影響を及ぼすことなく、保持部材を利用したうえで複合材料振動装置を支持することが可能となる。従って、エネルギー閉じ込め型のものと比べた場合には、その比帯域を大きくしながら小型化を実現することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係る圧電すべり共振子の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図2】ずれすべり面の縦横比Le/Tと電気機械結合係数kとの関係を示す説明図である。
【図3】ずれすべり面の縦横比Le/Tと弾性コンプライアンスS44 E,S33 Eとの関係を示す説明図である。
【図4】圧電すべり共振子の構成を簡略化して示す側面図である。
【図5】対向しあった励振電極同士が重なりあう長さLとずれひずみ面の横寸法Leとの比L/Le及び周波数変位dFOSC/FOSCの関係を示す説明図である。
【図6】対向しあうずれひずみ面同士の間隔Wとずれひずみ面の縦寸法Tとの比W/T及び電気機械結合係数kの関係を示す説明図である。
【図7】実施の形態2に係る複合材料振動装置の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図8】その変形例を簡略化して示す斜視図である。
【符号の説明】
1 圧電すべり共振子
2 圧電体
2a ずれひずみ面
3 励振電極
4 励振電極
T ずれひずみ面2aの縦寸法
Le ずれひずみ面2aの横寸法
W 圧電体2の幅寸法(ずれひずみ面2a同士の間隔)
L 励振電極3,4同士が重なりあう長さ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric sliding resonator and a composite material vibration device. More specifically, the present invention relates to a piezoelectric sliding resonator used as a vibration member of a composite material vibration device, and is not an energy confining type while using the piezoelectric sliding resonator as a vibration member. It is related with the composite-material vibration apparatus comprised.
[0002]
[Prior art]
Among piezoelectric resonators used as piezoelectric resonators and band-pass filters (BPF), those disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-2443889 and 7-147527 are disclosed. is there. That is, the thickness-slip piezoelectric vibration element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-243889 has excitation electrodes formed on both main surfaces of a piezoelectric substrate made of LiTaO 3 , and is unnecessary in the vicinity of the resonance frequency. In order to suppress the ripples, the relationship between the length of the excitation electrodes facing each other and overlapping each other and the thickness of the piezoelectric substrate is regulated within an appropriate range.
[0003]
On the other hand, the piezoelectric resonator disclosed in JP-A-7-147527 is formed by opposing resonant electrodes on both major surfaces on the long side of a piezoelectric body having a rectangular surface. It is characterized by regulating the length ratio of the long side and the short side in relation to the Poisson's ratio. And if it is a piezoelectric resonator of such a structure, it will become possible to improve the energy confinement efficiency of a resonance part by adopting a specific length ratio, and the advantage that the miniaturization can be realized is secured. Is done.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, what is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-2443889 is a piezoelectric sliding resonator called a normal energy confinement type. In the case of such an energy confinement type configuration, a specific band (passband width) is disclosed. It becomes difficult to construct a thickness-slip resonator having a large (center frequency). In addition, normal energy confinement refers to a vibration phenomenon in which vibration energy is locally concentrated near the overlapping part of the excitation electrodes. In the piezoelectric sliding resonator having the above configuration, the vibration part extends from the vibration part to the non-vibration part. Since a large area is required to configure the region, that is, the vibration attenuation region, it is not suitable for downsizing.
[0005]
On the other hand, the piezoelectric sliding resonator disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-147527 is also an energy confinement type. However, since the energy confinement efficiency is greatly improved, compared with a normal energy confinement type. Therefore, it is possible to realize the miniaturization. However, even in the case of a piezoelectric sliding resonator having such a configuration, the actual bandwidth cannot be increased.
[0006]
The present invention was devised in view of these disadvantages, and is a piezoelectric sliding resonator capable of increasing the specific band, and a composite that can achieve downsizing while using this piezoelectric sliding resonator as a vibrating member. The object is to provide a material vibration device. Note that the composite material vibration device here is not configured to be an energy confinement type.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The piezoelectric sliding resonator according to
Le / T = {α · (S44E / S33E) 1/2 + β} ± 0.3
(However, S44E and S33E are elastic compliances, α = 0.27 · n + 0.45, β = 1.09 · n + 0.31, n is a positive integer)
It is represented by.
[0009]
A piezoelectric sliding resonator according to a second aspect of the present invention is the piezoelectric sliding resonator according to the first or second aspect, wherein both principal surfaces are orthogonal to the displacement strain surface and parallel to the displacement direction of the piezoelectric body. Excitation electrodes are formed above, and the ratio L / Le of the length L where the opposing excitation electrodes overlap each other and the lateral dimension Le of the displacement strain surface is:
0.86 ≦ L / Le ≦ 1
It is characterized by being expressed.
[0010]
A piezoelectric sliding resonator according to a third aspect of the present invention is the piezoelectric slip resonator according to the first or second aspect, wherein a ratio between a gap W between the offset strain surfaces facing each other and a vertical dimension T of the offset strain surface. W / T is
(1) W / T ≦ 1.2
(2) 1.3 ≦ W / T ≦ 1.5
(3) 1.7 ≦ W / T ≦ 2.0
(4) 2.2 ≦ W / T ≦ 2.5
(5) 2.6 ≦ W / T ≦ 3.0
It is characterized by being expressed in either of these.
[0011]
A composite material vibration device according to a fourth aspect of the present invention uses the piezoelectric sliding resonator according to any one of the first to third aspects as a vibration member, and a vibration member whose acoustic impedance is Z1, A second acoustic impedance Z2 lower than the first acoustic impedance Z1, a reflective layer connected to the vibrating member, and a third acoustic impedance Z3 higher than the second acoustic impedance Z2, And a holding member connected to the reflective layer, wherein the vibration propagated from the vibrating member to the reflective layer is reflected at the interface between the reflective layer and the holding member.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a simplified configuration of a piezoelectric sliding resonator according to the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between an aspect ratio Le / T of a slipping surface and an electromechanical coupling coefficient k. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the aspect ratio Le / T of the slipping surface and the elastic compliances S 44 E and
[0014]
[0015]
Furthermore,
[0016]
By the way, when the inventors of the present invention pay attention to the aspect ratio Le / T of the sliding
[0017]
In FIG. 2, a schematic longitudinal sectional view showing a displacement distribution at each vibration wave number n of the piezoelectric sliding
[0018]
That is, when the vibration wave number n is n = 1, the maximum value of the electromechanical coupling coefficient k, that is, k = 38% is obtained in the vicinity of the aspect ratio Le / T = 2.6. Therefore, the aspect ratio Le / T of the
[0019]
Further, paying attention to the material constant of the
[0020]
Then, according to the analysis of these relationships, the aspect ratio Le / T of the slippery sliding
[0021]
That is, the aspect ratio Le / T of the slippery sliding
[0022]
Further, as shown in FIG. 4, paying attention to the overlapping length L of the
[0023]
Therefore, the ratio L / Le between the length L of the
[0024]
Furthermore, the inventors of the present invention have the width W of the
[0025]
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a perspective view showing a simplified configuration of the composite material vibration device according to
[0026]
The composite
[0027]
The reflection layers 14 and 15 connected to the
[0028]
Furthermore, on both main surfaces of the composite
[0029]
The
[0030]
In the composite
[0031]
By the way, in the composite
[0032]
That is, even in the composite
[0033]
【The invention's effect】
As described above, in the piezoelectric sliding resonator according to the first aspect of the present invention, the aspect ratio Le / T on the displacement strain surface of the piezoelectric body is set so that the displacement strain is set so that the electromechanical coupling coefficient k is in the vicinity of the maximum value. The aspect ratio Le / T of the surface is Le / T = {α · (S44E / S33E) 1/2 + β} ± 0.3 (where S44E and S33E are elastic compliance, α = 0.27 · n + 0.45, β = 1.09 · n + 0.31, where n is a positive integer). When the aspect ratio Le / T based on such a relationship is applied to the piezoelectric body, it becomes easy to use the vicinity of the maximum value of the electromechanical coupling coefficient k in the piezoelectric sliding resonator, and as a result, the piezoelectric sliding resonator. The ratio band can be increased. In addition, it is possible to reduce variations in product quality and improve resonance characteristics.
[0035]
In the piezoelectric sliding resonator according to the second aspect of the present invention, the ratio L / the length L between the excitation electrodes formed on the main surface of the piezoelectric body and facing each other and the lateral dimension Le of the displacement strain surface. Le is represented by 0.86 ≦ L / Le ≦ 1. As long as such a relationship exists, the frequency displacement dFOSC / FOSC hardly changes even when the overlapping length L of the excitation electrodes changes, so that the frequency change in the piezoelectric sliding resonator is suppressed. can do.
[0036]
In the piezoelectric sliding resonator according to the third aspect of the present invention, the ratio W / T between the gap W between the displacement strain surfaces and the vertical dimension T thereof is W / T ≦ 1.2 and 1.3 ≦ W / T ≦. 1.5, 1.7 ≦ W / T ≦ 2.0, 2.2 ≦ W / T ≦ 2.5, 2.6 ≦ W / T ≦ 3.0. With such a relationship, since the electromechanical coupling coefficient k of the piezoelectric sliding resonator is increased, it is possible to further increase the ratio band of the piezoelectric sliding resonator.
[0037]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a composite material vibration device in which a reflection layer is connected to a vibration member made of a piezoelectric sliding resonator, and a holding member is connected to the reflection layer. Z2 is lower than the acoustic impedances Z1 and Z3 of the vibrating member and the holding member. Therefore, vibration that has propagated from the vibrating member to the reflective layer is reflected at the interface between the reflective layer and the holding member.
[0038]
That is, with the composite material vibration device configured as described above, the composite material vibration device can be supported using the holding member without affecting the vibration characteristics of the vibration member. Therefore, when compared with the energy confinement type, an excellent effect can be obtained that a reduction in size can be realized while increasing the ratio band.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a simplified configuration of a piezoelectric sliding resonator according to a first embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the aspect ratio Le / T of the slipping surface and the electromechanical coupling coefficient k.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the aspect ratio Le / T of the slipping slip surface and the elastic compliances S 44 E and S 33 E.
FIG. 4 is a side view showing a simplified configuration of a piezoelectric sliding resonator.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a ratio L / Le between a length L where excitation electrodes facing each other overlap each other and a lateral dimension Le of a displacement strain surface and a frequency displacement dF OSC / F OSC .
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between a ratio W / T between an interval W between opposing strain-straining surfaces and a longitudinal dimension T of the strain-straining surface and an electromechanical coupling coefficient k.
7 is a perspective view showing a simplified configuration of a composite material vibration device according to
FIG. 8 is a perspective view showing the modified example in a simplified manner.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
L Length of
Claims (4)
Le/T={α・(S44E/S33E)1/2+β}±0.3
(但し、S44E及びS33Eは弾性コンプライアンス、α=0.27・n+0.45、β=1.09・n+0.31であり、nは正の整数)
で表されることを特徴とする圧電すべり共振子。It has a prismatic piezoelectric body that excites the sliding vibration mode, and its rectangular displacement strain surface has a maximum electromechanical coupling factor k when its vertical dimension is T and its horizontal dimension is Le. The aspect ratio Le / T in the vicinity is
Le / T = {α · (S44E / S33E) 1/2 + β} ± 0.3
(However, S44E and S33E are elastic compliances, α = 0.27 · n + 0.45, β = 1.09 · n + 0.31, n is a positive integer)
A piezoelectric sliding resonator characterized by the following:
0.86≦L/Le≦1
で表されることを特徴とする請求項1に記載の圧電すべり共振子。Excitation electrodes are formed on both main surfaces orthogonal to the displacement strain surface and parallel to the displacement direction of the piezoelectric body, and the length L and the excitation electrodes facing each other overlap each other. The ratio L / Le to the lateral dimension Le of the shear plane is
0.86 ≦ L / Le ≦ 1
The piezoelectric sliding resonator according to claim 1, wherein:
(1)W/T≦1.2
(2)1.3≦W/T≦1.5
(3)1.7≦W/T≦2.0
(4)2.2≦W/T≦2.5
(5)2.6≦W/T≦3.0
のうちのいずれかで表されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧電すべり共振子。The ratio W / T between the gap W between the offset strain surfaces facing each other and the vertical dimension T of the offset strain surfaces is:
(1) W / T ≦ 1.2
(2) 1.3 ≦ W / T ≦ 1.5
(3) 1.7 ≦ W / T ≦ 2.0
(4) 2.2 ≦ W / T ≦ 2.5
(5) 2.6 ≦ W / T ≦ 3.0
3. The piezoelectric sliding resonator according to claim 1, wherein the piezoelectric sliding resonator is represented by any one of the above.
音響インピーダンスがZ1である振動部材と、第1の音響インピーダンスZ1よりも低い第2の音響インピーダンスZ2を有し、前記振動部材に連結された反射層と、第2の音響インピーダンスZ2よりも高い第3の音響インピーダンスZ3を有し、前記反射層に連結された保持部材とを備えており、前記振動部材から前記反射層に伝播してきた振動を前記反射層と前記保持部材との界面で反射する構成であることを特徴とする複合材料振動装置。A composite material vibration device using the piezoelectric sliding resonator according to any one of claims 1 to 3 as a vibration member,
A vibration member having an acoustic impedance of Z1, a second acoustic impedance Z2 lower than the first acoustic impedance Z1, a reflective layer coupled to the vibration member, and a second acoustic impedance higher than the second acoustic impedance Z2. And a holding member connected to the reflecting layer, and reflects the vibration propagated from the vibrating member to the reflecting layer at the interface between the reflecting layer and the holding member. A composite material vibration device having a structure.
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