JPH0235492B2 - - Google Patents

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JPH0235492B2
JPH0235492B2 JP55049492A JP4949280A JPH0235492B2 JP H0235492 B2 JPH0235492 B2 JP H0235492B2 JP 55049492 A JP55049492 A JP 55049492A JP 4949280 A JP4949280 A JP 4949280A JP H0235492 B2 JPH0235492 B2 JP H0235492B2
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JP
Japan
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piezoelectric transducer
mechanical resonator
resonator device
resistance value
piezoelectric
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Toshio Ogawa
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/176Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator consisting of ceramic material
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    • H03H9/58Multiple crystal filters
    • H03H9/581Multiple crystal filters comprising ceramic piezoelectric layers
    • HELECTRICITY
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    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は圧電トランスジユーサを用いた機械
共振子およびその応用部品(以下圧電トランスジ
ユーサを用いた機械共振子装置と略称する)に関
する。 圧電トランスジユーサを用いた機械共振子で
は、圧電効果を有するセラミツク材料で構成した
圧電トランスジユーサが用いられる。その代表的
な材料としては、チタン酸バリウム系、チタン酸
鉛系、チタン酸ジルコン酸鉛系などのセラミツク
スが用いられている。 圧電トランスジユーサを用いた機械共振子とし
ては、圧電音叉やエレクトロメカニカルフイルタ
が代表的なものとして知られており、受信回路、
リモートコントロールシステム、ポケツトベル等
で選択用素子として用いられたり、発振子として
用いられたりしており、近年ますますこれら各種
の圧電トランスジユーサを用いた機械共振子装置
として、高信頼性のものが要求され、外部環境、
特に温度環境や熱的環境に対して安定した特性が
要求されている。 しかしながら、従来のものは、厳しい温度環
境、熱的環境に置いたとき、たとえば高温放置試
験や熱衝撃試験などの特殊試験と呼ばれる試験を
行うと、圧電トランスジユーサの圧電特性が低下
し挿入損失が増加したり共振周波数がシフトする
という現象がしばしば生じる。そのために、従来
より種々の改良案が試みられているが、いまだに
これといつた最善のものが見出されていないのが
現状である。 機械共振子装置の圧電トランスジユーサに用い
られる強誘電性基板としては、(1)温度変化によつ
ても挿入損失や共振周波数などが変化しないこ
と、(2)電気機械結合係数が大きいこと、などが重
要な特性として要求される。たとえばチタン酸ジ
ルコン酸鉛系のセラミツクス主成分に対して種々
の添加物を加え、その材料それ自体で特性の改善
を計ることが行われている。しかしながらこのよ
うに材料それ自体を変える場合には、高温放置試
験や熱衝撃試験についてある程度改善され得て、
上述の(1)の特性は満足することはできるかも知れ
ないが、逆に上述の(2)の特性が低下するという現
象が見られた。 また、この他に、焼成条件を種々検討すること
により、上述の(1)の特性についての改善も試みら
れているが、やはり上述の(2)の特性にばらつきが
生じたり、それが低下したりするという欠点が見
られ、しかもその焼成条件のコントロールも難し
いという面があり、工業的生産には適したもので
はない。 それゆえに、この発明の主たる目的は、厳しい
温度環境に対して安定なかつその圧電特性も良好
な圧電トランスジユーサを用いた機械共振子装置
を提供することである。 この発明の他の目的は、より簡易な手段によ
り、厳しい温度環境、熱的環境に対して確実に圧
電特性を安定化できる圧電トランスジユーサを用
いた機械共振子装置を提供することである。 この発明のさらに他の目的は効率よく生産でき
るかつ厳しい温度環境、熱的環境に対して安定な
圧電特性を有する圧電トランスジユーサを用いた
機械共振子装置を提供することである。 この発明は、圧電トランスジユーサを用いた機
械共振子装置であつて、分極処理を施した強誘電
性基板の分極方向と交差する表面に、その強誘電
性基板を介して少なくともその一部が対向する1
対の導電部材が形成された構造の圧電トランスジ
ユーサと、前記1対の導電部材に蓄積された正及
び負の電荷を放電させる電荷放電手段とを備え、 前記電荷放電手段は、前記強誘電性基板の抵抗
値よりも低い抵抗成分を介して前記1対の導電部
材間を接続するように構成されており、かつ機械
共振子装置に内蔵されていることを特徴とする。 この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は図面を参照して行う以下の詳細な説明から一
層明らかとなろう。 第1図、第2図はこの発明が実施され得る圧電
トランスジユーサを用いた機械共振子の一例であ
る圧電音叉を示す図である。このような圧電音叉
の全体構造はすでに周知のところであり、ここで
はこの発明に関連した部分について簡単に説明す
る。圧電音叉1には、対向電極が付され、形状が
1.7×7×0.2tmmの矩形板の圧電基板11,11′
が音叉脚の振動の節部もしくはその近傍に貼着さ
れている。すなわちこの圧電基板11(圧電基板
11′も同様であるので以下圧電基板11′につい
てあらためて説明はしない。同じく、ダツシユ記
号を付したものは、付さないものと同様であるの
であらためて説明はしない。)はたとえばチタン
酸ジルコン酸鉛系の強誘電性セラミツク等から成
り、厚み方向に分極処理されている。この圧電セ
ラミツク基板11上には、電極12および13が
それぞれ互いに対向して形成される。電極12は
リード14によつて、引出端子15に接続され
る。また音叉1aの基部縁部に一体に設けた突起
は共通引出端子16に固着する。引出端子15,
15′、共通引出端子16は樹脂ベース17に貫
通状態で保持され、ベース17と導体ケース18
で内部が密封される。 第3図以降はそれぞれこの発明の異なる実施例
を示し、その要部のみを示す。実施すべき実際の
圧電音叉は第1図、第2図に示すような構造に限
られないことはおのずと明らかになる。圧電基板
11の外形寸法、電極12,13の外形寸法は第
1図、第2図と同じである。そしてこれらの実施
例では、圧電基板11の組成としては、第1図、
第2図と同様に(Pb0.95Sr0.05)(Ti0.48Zr0.52)O3
+0.75Wt%Nb2O5+0.15Wt%Cr2O3+0.5Wt%
MnO2のようなチタン酸ジルコン酸鉛系のセラミ
ツクスを使用した。このセラミツクスを使用した
場合、この発明を適用する前の従来の形態では電
極12,13間の抵抗値は7×1011Ωであつた。 第3図の実施例においては、電極12と13と
の間にデイスクリートな抵抗2を接続した。その
抵抗値としては、たとえば1KΩ、100KΩ、10MΩ
あるいは1000MΩなどの値の抵抗を用いることが
できるが、この実施例では100KΩの抵抗素子を
用いた。抵抗2の接続箇所は、12,13間であ
ればこの発明の趣旨に合致するかぎり任意であ
る。 第4図の実施例では、圧電セラミツク基板11
の両表面にわたつて抵抗性ペースト21を焼付
け、それによつて電極12と13とをある抵抗値
を有して接続した。抵抗体ペースト21として
は、たとえばフエノール系樹脂にカーボンを分散
させたものを用い、その抵抗値は1KΩ、100KΩ、
10MΩ、1000MΩなどの値をとることができる
が、実験では1KΩあるいは10MΩの抵抗体ペース
ト21を焼付けた。なお、この抵抗体ペースト2
1は、たとえば第5図の22で示すような位置に
形成し、それによつて電極12および13を接続
することもできる。つまり、接続箇所は、この発
明の趣旨に合致するかぎり任意である。 第5図の実施例では、先の第3図および第4図
ならびに後の第6図の実施例が、電極を抵抗値が
ほぼ零の、たとえば蒸着法あるいはスパツタリン
グ法による銀電極を用いたのに対し、これらの電
極を、たとえば蒸着法あるいはスパツタリング法
による抵抗性金属(たとえばタンタルやチタンな
ど)あるいは抵抗金属酸化物(たとえば酸化すず
など)で形成する。そして、この実施例では、圧
電セラミツク基板11の両面にわたつて抵抗値が
ほぼ零の銀ペースト22を焼付け、それによつて
電極12および13を抵抗を介さないで直接接続
したものである。もちろん銀ペースト22のかわ
りにリード線で短絡させてもよいし、これらの接
続箇所はこの発明の趣旨に合致するかぎり任意で
ある。さらに、銀ペースト22や短絡リード線に
抵抗分をもたせてもよい。電極とこれら銀ペース
ト22や短絡リード線の合成抵抗値は圧電セラミ
ツク基板11自体の電極12,13間の抵抗値よ
りも小さく選ばなければならない。 第6図に示す実施例では、ベース17を形成す
る材料として、抵抗性(または半導体)樹脂を用
いた。このベース17の材料としては、たとえば
エポキシ系樹脂にカーボン、金属、金属酸化物、
半導体酸化物粉末あるいは半導体ガラス粉末など
を分散させたものを用いることができる。そして
その抵抗値は1KΩ、100KΩ、10MΩおよび
1000MΩなどを抵抗値とすることができるが、実
験では10MΩおよび1000MΩの抵抗値とした。そ
して、この実施例のように、抵抗性ベース17を
用いたものは、さらに、高絶縁性または/および
耐湿性の樹脂23によつてベース17をコーテイ
ングすることが望ましい。なお、この絶縁性樹脂
23は、従来のエポキシ系樹脂などが用いられ得
る。この実施例では、電極13が音叉1aに電気
的に導通していると、引出端子15および共通引
出端子16は、この抵抗性ベース17によつて相
互に接続されていることになり、したがつて電極
12および13がその樹脂ベース17の抵抗値を
通して接続されたものとなる。 このようにして形成した圧電音叉で、次いで熱
衝撃試験を行つた。熱衝撃試験の条件は次のとお
りである。すなわち、−55℃と+100℃の温度にそ
れぞれ60分間保持し、−55℃から+100℃に移行さ
せるのを1サイクルとして、これを100サイクル
繰返した。そして、−55℃から+100℃への移行、
またはその逆への移行はそれぞれ数秒内で行つ
た。 この熱衝撃試験の結果を第1表に示す。なお、
この第1表では、特に第3図、第4図または第6
図に示す実施例のものを試料番号2ないし6とし
て用い、第1図に示す従来のものを試料番号1と
して用いた。いずれの実施例の場合でも、要は電
荷発生電極間の圧電セラミツク基板の抵抗値より
も低い抵抗値で電荷発生電極間を接続すればよ
い。そして、いずれの実施例の場合も先に説明し
た条件で熱衝撃試験を行つた。第1表にその結果
を示す。
The present invention relates to a mechanical resonator using a piezoelectric transducer and applied components thereof (hereinafter referred to as a mechanical resonator device using a piezoelectric transducer). A mechanical resonator using a piezoelectric transducer uses a piezoelectric transducer made of a ceramic material that has a piezoelectric effect. Typical materials include barium titanate-based, lead titanate-based, lead zirconate titanate-based ceramics, and the like. Typical examples of mechanical resonators using piezoelectric transducers include piezoelectric tuning forks and electromechanical filters.
They are used as selection elements in remote control systems, pagers, etc., and as oscillators, and in recent years, highly reliable mechanical resonator devices using these various piezoelectric transducers have become increasingly popular. required, external environment,
In particular, properties that are stable against temperature and thermal environments are required. However, when conventional piezoelectric transducers are placed in severe temperature or thermal environments, for example when special tests such as high-temperature storage tests and thermal shock tests are performed, the piezoelectric properties of the piezoelectric transducer deteriorate and insertion loss occurs. The phenomenon of an increase in the resonant frequency or a shift of the resonant frequency often occurs. To this end, various improvement plans have been attempted in the past, but the current situation is that the best solution has not yet been found. Ferroelectric substrates used in piezoelectric transducers of mechanical resonator devices must (1) have insertion loss and resonance frequency that do not change even with temperature changes, (2) have a large electromechanical coupling coefficient, etc. are required as important characteristics. For example, various additives are added to the main component of lead zirconate titanate ceramics in order to improve the properties of the material itself. However, when changing the material itself in this way, it is possible to improve the high temperature storage test and thermal shock test to some extent,
Although the above characteristic (1) may be satisfied, a phenomenon was observed in which the above characteristic (2) conversely deteriorates. In addition, attempts have been made to improve the characteristic (1) above by examining various firing conditions; however, variations in the characteristic (2) described above still occur or the characteristic deteriorates. However, it is not suitable for industrial production because it has the drawbacks of sintering, and it is also difficult to control the firing conditions. Therefore, the main object of the present invention is to provide a mechanical resonator device using a piezoelectric transducer that is stable in severe temperature environments and has good piezoelectric characteristics. Another object of the present invention is to provide a mechanical resonator device using a piezoelectric transducer that can reliably stabilize piezoelectric characteristics in severe temperature and thermal environments using simpler means. Still another object of the present invention is to provide a mechanical resonator device using a piezoelectric transducer that can be produced efficiently and has piezoelectric characteristics that are stable in harsh temperature and thermal environments. The present invention is a mechanical resonator device using a piezoelectric transducer, in which at least a portion of a ferroelectric substrate that has been subjected to a polarization treatment is applied to a surface of the ferroelectric substrate intersecting the polarization direction through the ferroelectric substrate. Opposing 1
A piezoelectric transducer having a structure in which a pair of conductive members is formed, and charge discharging means for discharging positive and negative charges accumulated in the pair of conductive members, the charge discharging means including the ferroelectric The mechanical resonator device is configured to connect the pair of conductive members via a resistance component lower than the resistance value of the conductive substrate, and is built in a mechanical resonator device. The above objects and other objects and features of the invention will become more apparent from the following detailed description with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 are diagrams showing a piezoelectric tuning fork, which is an example of a mechanical resonator using a piezoelectric transducer in which the present invention can be implemented. The overall structure of such a piezoelectric tuning fork is already well known, and the parts related to the present invention will be briefly explained here. A counter electrode is attached to the piezoelectric tuning fork 1, and the shape is
1.7×7×0.2 t mm rectangular piezoelectric substrate 11, 11'
is attached at or near the vibration node of the tuning fork leg. That is, this piezoelectric substrate 11 (piezoelectric substrate 11' is also the same, so the piezoelectric substrate 11' will not be explained again below. Similarly, the one with the dash symbol is the same as the one without the dash symbol, so it will not be explained again. ) is made of ferroelectric ceramic such as lead zirconate titanate, and is polarized in the thickness direction. On this piezoelectric ceramic substrate 11, electrodes 12 and 13 are formed facing each other. The electrode 12 is connected to a lead terminal 15 by a lead 14. Further, a protrusion integrally provided on the base edge of the tuning fork 1a is fixed to the common extraction terminal 16. Pull-out terminal 15,
15', the common extraction terminal 16 is held in a penetrating state by the resin base 17, and the base 17 and the conductor case 18
The inside is sealed. From FIG. 3 onward, different embodiments of the present invention are shown, and only the main parts thereof are shown. It is obvious that the actual piezoelectric tuning fork to be implemented is not limited to the structure shown in FIGS. 1 and 2. The external dimensions of the piezoelectric substrate 11 and the external dimensions of the electrodes 12 and 13 are the same as in FIGS. 1 and 2. In these embodiments, the composition of the piezoelectric substrate 11 is as shown in FIG.
Similar to Figure 2 (Pb 0.95 Sr 0.05 ) (Ti 0.48 Zr 0.52 ) O 3
+0.75Wt%Nb 2 O 5 +0.15Wt%Cr 2 O 3 +0.5Wt%
Lead zirconate titanate ceramics such as MnO 2 were used. When this ceramic is used, the resistance value between the electrodes 12 and 13 was 7×10 11 Ω in the conventional configuration before the present invention was applied. In the embodiment of FIG. 3, a discrete resistor 2 is connected between electrodes 12 and 13. For example, the resistance value is 1KΩ, 100KΩ, 10MΩ
Alternatively, a resistor with a value such as 1000MΩ can be used, but in this example a 100KΩ resistor element was used. The connection point of the resistor 2 is arbitrary as long as it is between 12 and 13 as long as it meets the spirit of the present invention. In the embodiment of FIG. 4, the piezoelectric ceramic substrate 11
A resistive paste 21 was baked over both surfaces of the electrode, thereby connecting the electrodes 12 and 13 with a certain resistance value. As the resistor paste 21, for example, a material in which carbon is dispersed in phenolic resin is used, and its resistance value is 1KΩ, 100KΩ,
It can take a value of 10MΩ, 1000MΩ, etc., but in the experiment, a resistor paste 21 of 1KΩ or 10MΩ was baked. In addition, this resistor paste 2
1 can also be formed, for example, at the position shown at 22 in FIG. 5, thereby connecting the electrodes 12 and 13. In other words, the connection location is arbitrary as long as it meets the spirit of the invention. In the embodiment shown in FIG. 5, the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 and the embodiment shown in FIG. In contrast, these electrodes are formed of a resistive metal (eg, tantalum, titanium, etc.) or a resistive metal oxide (eg, tin oxide, etc.) by, for example, a vapor deposition method or a sputtering method. In this embodiment, a silver paste 22 having a resistance value of approximately zero is baked onto both sides of the piezoelectric ceramic substrate 11, thereby directly connecting the electrodes 12 and 13 without using a resistor. Of course, instead of the silver paste 22, lead wires may be used for short-circuiting, and these connection points are arbitrary as long as they meet the spirit of the invention. Furthermore, the silver paste 22 or the short-circuit lead wire may have a resistance component. The combined resistance value of the electrodes, the silver paste 22, and the short-circuit lead wire must be selected to be smaller than the resistance value between the electrodes 12 and 13 of the piezoelectric ceramic substrate 11 itself. In the embodiment shown in FIG. 6, a resistive (or semiconductor) resin is used as the material for forming the base 17. Materials for the base 17 include, for example, epoxy resin, carbon, metal, metal oxide,
A material in which semiconductor oxide powder, semiconductor glass powder, or the like is dispersed can be used. And its resistance value is 1KΩ, 100KΩ, 10MΩ and
The resistance value can be set to 1000MΩ, etc., but in the experiment, the resistance values were 10MΩ and 1000MΩ. In the case where a resistive base 17 is used as in this embodiment, it is desirable that the base 17 is further coated with a highly insulating and/or moisture-resistant resin 23. Note that this insulating resin 23 may be a conventional epoxy resin or the like. In this embodiment, when the electrode 13 is electrically connected to the tuning fork 1a, the extraction terminal 15 and the common extraction terminal 16 are connected to each other by the resistive base 17. Thus, the electrodes 12 and 13 are connected through the resistance value of the resin base 17. The piezoelectric tuning fork thus formed was then subjected to a thermal shock test. The conditions for the thermal shock test are as follows. That is, one cycle consisted of holding the temperature at −55° C. and +100° C. for 60 minutes and shifting from −55° C. to +100° C., and this cycle was repeated 100 times. And the transition from -55℃ to +100℃,
and vice versa, each within a few seconds. The results of this thermal shock test are shown in Table 1. In addition,
In this Table 1, especially Figures 3, 4, or 6
The examples shown in the figure were used as sample numbers 2 to 6, and the conventional example shown in FIG. 1 was used as sample number 1. In any of the embodiments, the point is that the charge generating electrodes should be connected with a resistance value lower than the resistance value of the piezoelectric ceramic substrate between the charge generating electrodes. A thermal shock test was conducted for each of the examples under the conditions described above. Table 1 shows the results.

【表】【table】

【表】 この第1表は熱衝撃試験による圧電共振子の特
性(挿入損失および共振周波数)の試験サイクル
数に対する測定結果を示したものである。 この第1表から分かるように、第1図、第2図
に示す従来のものすなわち挿入抵抗がない場合で
は、熱衝撃のサイクル数が多くなればなるほどそ
の挿入損失変化および共振周波数変化が大きくな
つていることが分かる。これに対して、たとえば
第4図の実施例において、抵抗体ペースト21を
1KΩとした場合の例すなわち試料番号2のデー
タでは、挿入損失はほとんど変化なく、その共振
周波数変化も許容限度内にある。同様に、第3図
の実施例で固体抵抗素子2を100KΩとした場合
を試料番号3として示す。第6図に示す実施列
で、抵抗性樹脂ベース17の抵抗値を10MΩとし
た場合を試料番号4として示す。さらに、第4図
の実施例で抵抗値を10MΩとしたものを試料番号
5として示し、第6図の実施例で抵抗値を
1000MΩとしたものを試料番号6として示す。こ
の第1表における試料番号2ないし6のものの挿
入損失の変化および共振周波数変化が、第1図、
第2図に示すような従来のもの、すなわち試料番
号1のものに比べて、明確にしかも確実に改善さ
れていることがわかる。 第7図は試料番号6すなわち第6図に示す実施
例で、樹脂ベース17の抵抗値を1000MΩとした
場合のものと、試料番号1すなわち第1図に示す
従来のものの挿入損失、共振周波数の変化量を示
し、第1表に示すデータに基づいて作成したグラ
フである。 なお、第3図の実施例における固体抵抗素子2
の抵抗値および第4図の実施例における抵抗体ペ
ースト21の抵抗値ならびに第6図に示す実施例
の樹脂ベース17の抵抗値は、いずれも、圧電セ
ラミツクス基板11の電極11,12間の抵抗値
よりも小さいことが条件である。また、第5図の
実施例では、抵抗体ペーストで形成した各電極1
2,13の抵抗値と銀ペースト22の抵抗値との
和が、圧電セラミツク基板11の電極11,12
間の抵抗値よりも小さく選ばれていることが条件
である。つまり、種々の材料のセラミツク基板の
抵抗値と熱衝撃試験での電気的特性の変化量との
関係を求めたところ、セラミツク基板の抵抗値が
ある値よりも低くなると、熱衝撃試験による電気
的特性の変化量が小さくなるということが明らか
となつた。これは焦電効果によつて分極時の電界
方向とは逆の反電界の電荷が強誘電性セラミツク
基板の対向している電極側に蓄積されずに、セラ
ミツク基板の内部を通して自然放電されるものと
考えられる。 しかしながら、すでに上記したようにセラミツ
ク基板の抵抗の低下にともなつて、圧電性の低
下、電気的特性のバラツキの増大が見られること
が明らかとなつており、したがつて圧電セラミツ
ク基板自身の抵抗値を下げることなく、他に自然
放電の形態を考慮しなければならない。つまり、
セラミツク基板の内部を通しての放電ではなく、
外部回路を通じて放電させればよいことになり、
したがつてセラミツク基板の内部よりも抵抗値の
低い抵抗(抵抗を介さない場合を含む)で電荷が
発生している電極間を接続すればよいことにな
る。しかしながら、電極面と分極方向が交差する
構造では、圧電トランスジユーサとしての本来の
動作を妨げないようにしなければならないので、
これら抵抗値を小さくするにもおのずと限度があ
る。この下限値については一概には決定できず
個々のケース毎に定められるべきものである。 熱衝撃試験の場合、低温(−55℃)から高温
(+100℃)に移るとき、焦電効果により、基板1
1の両側電極の間に分極方向とは順方向に電界を
生じ、一方高温から低温に移るときは逆方向に電
界を生じる。このような交番電界によつて基板1
1の分極がとれて、その圧電特性の低下が生じる
ものと考えられる。そこで、この発明では、この
ような交番電界を即時に緩和するために、基板1
1の分極方向と交差する両表面の電極相互間を実
質的にある抵抗値を有して電気接続したのであ
る。 なお、上述の実施例では、抵抗として、焼付抵
抗やデイスクリートな固体抵抗素子などを用いた
例を示した。また、樹脂として抵抗を兼ねるもの
を用いた例も示した。しかしこの発明には、その
他の半導体ガラスペースト、半導体酸化物粉末ペ
ースト、半導体樹脂などを用いてもよく、要は回
路上から見て、抵抗が挿入されている状態が作り
出されていればよいのである。 上記した実施例では、電荷が蓄積される導電部
材が、電極であり、分極軸方向がこれらの電極が
設けられている圧電セラミツク基板面に直交して
いる状態における例を示しているが、このほか次
のような例がある。 第8図は、圧電トランスジユーサの他の構成例
を示したもので、強誘電性セラミツク基板201
の分極方向は、基板面に対して平行である。この
場合セラミツク基板201は厚みが0.2mmで1.7×
7mmの長方形板からなり、分極方向に垂直な面2
02,203間の抵抗は、5×1013Ωであつた。
導電部材の1つである電極12,13がセラミツ
ク基板201の対向主表面に形成されている。さ
らにセラミツク基板201の側面202,203
にはこれもまた導電部材にあたる電極204,2
05が、従来公知の方法で形成されている。 この構成によれば、温度変化によつて電荷が蓄
積される側の導電部材は主に電極204,205
であつて電極12,13ではない。 したがつて、この発明を適用しようとすれば、
たとえば図示したように電極204,205を短
絡リード線206にて接続する。電極204,2
05を電気接続するときに抵抗を介してもよい。 この場合、電極204,205を抵抗性金属酸
化物のようなそれ自身抵抗性をもつ材料で形成し
てもよい。 そしてこの発明は上記した実施例のような圧電
音叉に適用できるのみならず、機械共振子に圧電
トランスジユーサを組合せた他のいかなるメカニ
カルフイルタにも適用できる。以下適用できる代
表的なメカニカルフイルタについて述べる。 第9図に示すものは、共振子30,31に圧電
トランスジユーサ32,33を貼着して横振動す
るものをねじり結合子34,35で連結した音片
フイルタである。 第10図に示すものは、H形状の共振子40に
圧電トランスジユーサ41,42を貼着して、た
て振動するものである。 第11図に示すものは多重振動モードを利用す
るメカニカルフイルタの一例であつて、略四角柱
状の共振子50の隣接する二側面にそれぞれ圧電
トランスジユーサ51,52を貼着したものであ
る。 もちろん本発明は以上例記した構造のものに限
定されるだけのものではなく、要は機械共振子に
圧電トランスジユーサを組合せたいかなる構造の
ものに適用可能なものである。 なお、分極軸方向が基板面に対して斜めの場合
には、分極軸方向が基板面に直交する場合の実施
例と分極軸方向が基板面に平行な場合の実施例
を、温度変化によつて発生する電荷量の大きさに
応じて、適宜組合せればよい。 以上のように、この発明によれば、圧電基板上
の正電荷が蓄積される側の電極と負電荷が蓄積さ
れる側の電極とを相互に電気接続することによつ
て、焦電効果に基づく電荷による交番電荷を速や
かに緩和でき、したがつて分極がとれたりするよ
うな圧電特性の劣化がない。また、そのような圧
電特性の劣化のない圧電トランスジユーサを用い
た機械共振子装置が、簡単な構成ないし方法によ
つて得られ、工業的に製造する場合量産性も良く
かつその良品率も向上させることができる。さら
に、このように温度環境、熱的環境によつても特
性が安定であるので、非常に高い信頼性の圧電ト
ランスジユーサを用いた機械共振子装置が得られ
る。
[Table] This Table 1 shows the measurement results of the characteristics (insertion loss and resonance frequency) of the piezoelectric resonator according to the number of test cycles through a thermal shock test. As can be seen from Table 1, in the conventional case shown in Figures 1 and 2, that is, in the case where there is no insertion resistance, the insertion loss change and resonance frequency change increase as the number of thermal shock cycles increases. I can see that On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 4, for example, the resistor paste 21 is
In the case of 1KΩ, that is, the data of sample number 2, the insertion loss hardly changes and the change in the resonance frequency is also within the allowable limit. Similarly, in the example of FIG. 3, the case where the solid resistance element 2 is 100KΩ is shown as sample number 3. In the example row shown in FIG. 6, the case where the resistance value of the resistive resin base 17 is 10 MΩ is shown as sample number 4. Furthermore, the example in Figure 4 with a resistance value of 10MΩ is shown as sample number 5, and the example in Figure 6 with a resistance value of 10MΩ.
The sample with a resistance of 1000MΩ is shown as sample number 6. The changes in insertion loss and changes in resonant frequency of samples No. 2 to 6 in Table 1 are shown in Figure 1.
It can be seen that this is clearly and reliably improved compared to the conventional one as shown in FIG. 2, that is, the one of sample number 1. Figure 7 shows sample number 6, the example shown in Figure 6, with the resistance value of the resin base 17 being 1000 MΩ, and sample number 1, the conventional example shown in Figure 1. This is a graph showing the amount of change and created based on the data shown in Table 1. Note that the solid resistance element 2 in the embodiment shown in FIG.
, the resistance value of the resistor paste 21 in the embodiment shown in FIG. 4, and the resistance value of the resin base 17 in the embodiment shown in FIG. The condition is that it is smaller than the value. In addition, in the embodiment shown in FIG. 5, each electrode 1 formed of resistor paste
The sum of the resistance values of electrodes 2 and 13 and the resistance value of silver paste 22 is the sum of the resistance values of electrodes 11 and 12 of piezoelectric ceramic substrate 11.
The condition is that the resistance value is selected to be smaller than the resistance value between the two. In other words, when we determined the relationship between the resistance value of ceramic substrates made of various materials and the amount of change in electrical characteristics during thermal shock tests, we found that when the resistance value of ceramic substrates becomes lower than a certain value, It has become clear that the amount of change in characteristics becomes smaller. This is because due to the pyroelectric effect, charges in the opposite electric field to the direction of the electric field during polarization are not accumulated on the opposing electrode side of the ferroelectric ceramic substrate, but are spontaneously discharged through the inside of the ceramic substrate. it is conceivable that. However, as mentioned above, it has become clear that as the resistance of the piezoelectric ceramic substrate decreases, the piezoelectricity decreases and the variation in electrical characteristics increases. Without reducing the value, other forms of spontaneous discharge must be considered. In other words,
Instead of discharging through the inside of the ceramic substrate,
All you have to do is discharge it through an external circuit,
Therefore, it is sufficient to connect the electrodes where charges are generated using a resistor (including the case where no resistor is used) having a lower resistance value than that inside the ceramic substrate. However, in a structure where the electrode surface and the polarization direction intersect, it is necessary to ensure that the original operation of the piezoelectric transducer is not hindered.
There is naturally a limit to reducing these resistance values. This lower limit value cannot be determined unconditionally and must be determined for each individual case. In the case of a thermal shock test, when moving from a low temperature (-55℃) to a high temperature (+100℃), the pyroelectric effect causes the substrate 1 to
An electric field is generated between the electrodes on both sides of 1 in the forward direction of the polarization direction, while an electric field is generated in the opposite direction when moving from high temperature to low temperature. Due to such an alternating electric field, the substrate 1
It is thought that the polarization of 1 is removed, resulting in a decrease in the piezoelectric properties. Therefore, in this invention, in order to immediately alleviate such an alternating electric field, the substrate 1
The electrodes on both surfaces intersecting the polarization direction of one were electrically connected to each other with a substantially certain resistance value. In addition, in the above-mentioned embodiment, an example was shown in which a seizure resistor, a discrete solid resistance element, or the like was used as the resistor. An example was also shown in which a resin that also served as a resistor was used. However, in this invention, other semiconductor glass pastes, semiconductor oxide powder pastes, semiconductor resins, etc. may be used, and the point is that it is sufficient to create a state in which a resistor is inserted when viewed from the circuit. be. In the above embodiments, the conductive members on which charges are accumulated are electrodes, and the polarization axis direction is perpendicular to the surface of the piezoelectric ceramic substrate on which these electrodes are provided. Other examples include: FIG. 8 shows another example of the structure of the piezoelectric transducer, in which a ferroelectric ceramic substrate 201
The polarization direction of is parallel to the substrate surface. In this case, the ceramic substrate 201 is 0.2 mm thick and 1.7×
Consists of a 7mm rectangular plate, with two planes perpendicular to the polarization direction.
The resistance between 02 and 203 was 5×10 13 Ω.
Electrodes 12 and 13, which are conductive members, are formed on opposing main surfaces of ceramic substrate 201. Furthermore, side surfaces 202 and 203 of the ceramic substrate 201
In this case, the electrodes 204, 2 are also conductive members.
05 is formed by a conventionally known method. According to this configuration, the conductive members on the side where charges are accumulated due to temperature changes are mainly the electrodes 204 and 205.
, but not the electrodes 12 and 13. Therefore, if you try to apply this invention,
For example, the electrodes 204 and 205 are connected by a short lead wire 206 as shown. Electrode 204,2
05 may be electrically connected through a resistor. In this case, electrodes 204, 205 may be formed from a material that is itself resistive, such as a resistive metal oxide. The present invention can be applied not only to the piezoelectric tuning fork as in the embodiments described above, but also to any other mechanical filter in which a piezoelectric transducer is combined with a mechanical resonator. Typical mechanical filters that can be applied will be described below. What is shown in FIG. 9 is a vibrating element filter in which piezoelectric transducers 32 and 33 are attached to resonators 30 and 31 to cause transverse vibration, and these are connected by torsion connectors 34 and 35. In the device shown in FIG. 10, piezoelectric transducers 41 and 42 are attached to an H-shaped resonator 40 to vibrate vertically. The filter shown in FIG. 11 is an example of a mechanical filter that utilizes multiple vibration modes, and includes piezoelectric transducers 51 and 52 attached to two adjacent sides of a substantially quadrangular prism-shaped resonator 50, respectively. Of course, the present invention is not limited to the structure described above, but can be applied to any structure in which a piezoelectric transducer is combined with a mechanical resonator. In addition, when the polarization axis direction is oblique to the substrate surface, the example in which the polarization axis direction is perpendicular to the substrate surface and the example in which the polarization axis direction is parallel to the substrate surface are changed depending on the temperature change. They may be combined as appropriate depending on the amount of charge generated. As described above, according to the present invention, the pyroelectric effect can be prevented by electrically connecting the electrode on the side where positive charges are accumulated and the electrode on the side where negative charges are accumulated on the piezoelectric substrate. The alternating charges caused by the base charges can be quickly relaxed, and therefore there is no deterioration of piezoelectric properties such as loss of polarization. In addition, a mechanical resonator device using a piezoelectric transducer without such deterioration of piezoelectric characteristics can be obtained with a simple configuration or method, and when manufactured industrially, it can be easily mass-produced and its yield rate is also low. can be improved. Furthermore, since the characteristics are stable even under different temperature and thermal environments, a mechanical resonator device using a piezoelectric transducer with very high reliability can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図はこの発明が実施され得る従来
の圧電音叉の一例を示す図で、第1図はケースを
とつた平面図、第2図はケースをとつた正面図で
ある。第3図ないし第6図は、それぞれ、この発
明の異なる実施例を示す側面図である。第7図は
従来のものと第6図の実施例のものとの挿入損失
の変化量を示すグラフである。第8図は、この発
明を利用した圧電トランスジユーサの他の構成例
を示す概略側面図である。第9図ないし第11図
はさらにそれぞれこの発明の他の実施例を示し、
第9図は、音片フイルタの概略斜視図、第10図
はH形フイルタの概略斜視図、第11図は多重モ
ードフイルタの概略斜視図である。 1は圧電音叉、11,11′は圧電基板、12,
12′,13,13′は電極、14,14′はリー
ド、15,15′は引出端子、1aは音叉、16
は共通引出端子、17は樹脂ベース、18は導体
ケース、2は抵抗、21は抵抗性ペースト、22
は銀ペースト、23は絶縁性樹脂、201は強誘
電性セラミツク基板、204,205は電極、2
06は矩絡リード線。
1 and 2 are diagrams showing an example of a conventional piezoelectric tuning fork in which the present invention can be implemented. FIG. 1 is a plan view with the case removed, and FIG. 2 is a front view with the case removed. 3 to 6 are side views showing different embodiments of the present invention, respectively. FIG. 7 is a graph showing the amount of change in insertion loss between the conventional device and the embodiment shown in FIG. FIG. 8 is a schematic side view showing another configuration example of a piezoelectric transducer using the present invention. FIGS. 9 to 11 each further show other embodiments of the present invention,
FIG. 9 is a schematic perspective view of a vibrating bar filter, FIG. 10 is a schematic perspective view of an H-type filter, and FIG. 11 is a schematic perspective view of a multimode filter. 1 is a piezoelectric tuning fork, 11, 11' is a piezoelectric substrate, 12,
12', 13, 13' are electrodes, 14, 14' are leads, 15, 15' are lead terminals, 1a is a tuning fork, 16
is a common extraction terminal, 17 is a resin base, 18 is a conductor case, 2 is a resistor, 21 is a resistive paste, 22
2 is a silver paste, 23 is an insulating resin, 201 is a ferroelectric ceramic substrate, 204 and 205 are electrodes, 2
06 is a rectangular lead wire.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 圧電トランスジユーサを用いた機械共振子装
置であつて、 分極処理を施した強誘電性基板の分極方向と交
差する表面に、その強誘電性基板を介して少なく
ともその一部が対向する1対の導電部材が形成さ
れた構造の圧電トランスジユーサと、 前記1対の導電部材に蓄積された正及び負の電
荷を放電させる電荷放電手段とを備え、 前記電荷放電手段は、前記強誘電性基板の抵抗
値よりも低い抵抗成分を介して前記1対の導電部
材間を接続するように構成されており、かつ機械
共振子装置に内蔵されていることを特徴とする、
圧電トランスジユーサを用いた機械共振子装置。 2 前記導電部材は、振動電極を含む特許請求の
範囲第1項記載の圧電トランスジユーサを用いた
機械共振子装置。 3 前記導電部材は、振動電極以外の導電材を含
む、特許請求の範囲第1項記載の圧電トランスジ
ユーサを用いた機械共振子装置。 4 温度変化により電荷が蓄積される側の導電部
材間において、分極された強誘電性基板の結晶配
向軸が導電部材に対して垂直方向に配向されてい
る、特許請求の範囲第1項〜第3項の何れかに記
載の圧電トランスジユーサを用いた機械共振子装
置。 5 温度変化により電荷が蓄積される側の導電部
材間において分極された強誘電性基板の結晶配向
軸が導電部材に対して斜め方向に配向されてい
る、特許請求の範囲第1項〜第3項の何れかに記
載の圧電トランスジユーサを用いた機械共振子装
置。 6 前記電荷放電手段は、正電荷が蓄積される側
の導電部材または負電荷が蓄積される側の導電部
材の少なくとも一方を所定の抵抗値を有するよう
に形成すること並びに両導電部材間を電気的に直
接接続することにより構成されている、特許請求
の範囲第1項記載の圧電トランスジユーサを用い
た機械共振子装置。 7 前記正電荷が蓄積される側の導電部材及び前
記負電荷が蓄積される側の導電部材の間に抵抗が
電気的に直列に接続されており、 前記各導電部材の抵抗値と前記抵抗の抵抗値と
の和が、強誘電性基板自体の抵抗値よりも小さく
されている特許請求の範囲第6項記載の圧電トラ
ンスジユーサを用いた機械共振子装置。 8 前記電荷放電手段は、機械共振子装置のケー
スを利用して構成されている特許請求の範囲第1
項記載の圧電トランスジユーサを用いた機械共振
子装置。 9 前記電荷放電手段は、機械共振子装置のケー
スの導体部分を用いて構成されている特許請求の
範囲第8項記載の圧電トランスジユーサを用いた
機械共振子装置。 10 前記電荷放電手段は、機械共振子装置のケ
ースの樹脂成形部分を用いて構成されている特許
請求の範囲第8項記載の圧電トランスジユーサを
用いた機械共振子装置。
[Scope of Claims] 1. A mechanical resonator device using a piezoelectric transducer, wherein at least the surface of a polarized ferroelectric substrate intersecting the polarization direction is injected via the ferroelectric substrate. A piezoelectric transducer having a structure in which a pair of electrically conductive members are partially opposed to each other, and a charge discharge means for discharging positive and negative charges accumulated in the pair of electrically conductive members, the charge discharger comprising: The means is configured to connect the pair of conductive members via a resistance component lower than the resistance value of the ferroelectric substrate, and is built in the mechanical resonator device. do,
A mechanical resonator device using a piezoelectric transducer. 2. A mechanical resonator device using a piezoelectric transducer according to claim 1, wherein the conductive member includes a vibrating electrode. 3. A mechanical resonator device using a piezoelectric transducer according to claim 1, wherein the conductive member includes a conductive material other than a vibrating electrode. 4. Claims 1 to 4, wherein the crystal orientation axis of the polarized ferroelectric substrate is oriented perpendicularly to the conductive member between the conductive members on the side where charges are accumulated due to temperature changes. A mechanical resonator device using the piezoelectric transducer according to any one of Item 3. 5. Claims 1 to 3, wherein the crystal orientation axis of the ferroelectric substrate polarized between the conductive members on the side where charges are accumulated due to temperature change is oriented obliquely with respect to the conductive members. A mechanical resonator device using the piezoelectric transducer according to any one of paragraphs. 6. The charge discharging means includes forming at least one of the conductive member on the side where positive charges are accumulated or the conductive member on the side where negative charges are accumulated to have a predetermined resistance value, and electrically connecting both conductive members. A mechanical resonator device using the piezoelectric transducer according to claim 1, which is configured by directly connecting the piezoelectric transducer to the piezoelectric transducer according to claim 1. 7. A resistor is electrically connected in series between the conductive member on the side where the positive charges are accumulated and the conductive member on the side where the negative charges are accumulated, and the resistance value of each of the conductive members and the resistance of the resistor are 7. A mechanical resonator device using a piezoelectric transducer according to claim 6, wherein the sum of the resistance value and the resistance value of the ferroelectric substrate itself is smaller than the resistance value of the ferroelectric substrate itself. 8. Claim 1, wherein the charge discharging means is configured using a case of a mechanical resonator device.
A mechanical resonator device using the piezoelectric transducer described in . 9. A mechanical resonator device using a piezoelectric transducer according to claim 8, wherein the charge discharging means is constructed using a conductor portion of a case of the mechanical resonator device. 10. A mechanical resonator device using a piezoelectric transducer according to claim 8, wherein the charge discharging means is constructed using a resin molded part of a case of the mechanical resonator device.
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