JPH04319808A - 圧電共振子 - Google Patents
圧電共振子Info
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- JPH04319808A JPH04319808A JP11557091A JP11557091A JPH04319808A JP H04319808 A JPH04319808 A JP H04319808A JP 11557091 A JP11557091 A JP 11557091A JP 11557091 A JP11557091 A JP 11557091A JP H04319808 A JPH04319808 A JP H04319808A
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- Japan
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- piezoelectric
- electrodes
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- piezoelectric resonator
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- Pending
Links
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- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
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- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
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Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電共振子に関する。
例えば、本発明の圧電共振子は、ＦＭ変調用電圧制御発
振器（ＶＣＯ）の発振素子等として用いられるものであ
る。
振器（ＶＣＯ）の発振素子等として用いられるものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＦＭ変調用ＶＣＯの発振素子に要求され
る特性としては、共振周波数Ｆｒと反共振周波数Ｆａと
の間の共振−反共振間周波数ΔＦ（＝Ｆａ−Ｆｒ）を大
きくし、かつ、端子間容量Ｃｆを小さくすることがある
。これは、圧電共振子は共振周波数Ｆｒと反共振周波数
Ｆａの間の周波数ΔＦで使用されるから、周波数可変量
を大きくするためには、共振−反共振間周波数ΔＦを大
きくする必要があるためであり、また、変調感度を大き
くするためには、共振−反共振間周波数ΔＦを大きくす
ると共に端子間容量Ｃｆを小さくする必要があるためで
ある。
る特性としては、共振周波数Ｆｒと反共振周波数Ｆａと
の間の共振−反共振間周波数ΔＦ（＝Ｆａ−Ｆｒ）を大
きくし、かつ、端子間容量Ｃｆを小さくすることがある
。これは、圧電共振子は共振周波数Ｆｒと反共振周波数
Ｆａの間の周波数ΔＦで使用されるから、周波数可変量
を大きくするためには、共振−反共振間周波数ΔＦを大
きくする必要があるためであり、また、変調感度を大き
くするためには、共振−反共振間周波数ΔＦを大きくす
ると共に端子間容量Ｃｆを小さくする必要があるためで
ある。
【０００３】このため、端子間容量Ｃｆを小さくする方
法が、従来より種々提案されている。
法が、従来より種々提案されている。
【０００４】端子間容量Ｃｆを小さくする第１の方法は
、図５（ａ）に示すように、圧電共振子５１と直列にコ
ンデンサＣＬを付加する方法である。
、図５（ａ）に示すように、圧電共振子５１と直列にコ
ンデンサＣＬを付加する方法である。
【０００５】しかしながら、図５（ａ）のように圧電共
振子５１と直列にコンデンサＣＬを付加した構成は、図
５（ｂ）のような等価回路で表わされる。図５（ｂ）の
等価回路において、Ｌ１は直列インダクタンス、Ｃ１は
直列容量、Ｒ１は直列抵抗、Ｃ０は並列容量を表わして
おり、圧電共振子５１の共振周波数をＦｒとすると、コ
ンデンサＣＬ（容量値もＣＬで表わす。）を直列に接続
された圧電共振子の共振周波数Ｆｒｃは、次の数１のよ
うに表わされる。
振子５１と直列にコンデンサＣＬを付加した構成は、図
５（ｂ）のような等価回路で表わされる。図５（ｂ）の
等価回路において、Ｌ１は直列インダクタンス、Ｃ１は
直列容量、Ｒ１は直列抵抗、Ｃ０は並列容量を表わして
おり、圧電共振子５１の共振周波数をＦｒとすると、コ
ンデンサＣＬ（容量値もＣＬで表わす。）を直列に接続
された圧電共振子の共振周波数Ｆｒｃは、次の数１のよ
うに表わされる。
【０００６】
【数１】
【０００７】したがって、コンデンサを直列に付加する
方法では、端子間容量Ｃｆは、Ｃ０・ＣＬ／（Ｃ０＋Ｃ
Ｌ）に小さくなるが、図６に示すように、共振周波数Ｆ
ｒｃが元の圧電共振子５１の共振周波数Ｆｒより大きく
なり、共振−反共振間周波数ΔＦｃ＝Ｆａ−Ｆｒｃは元
の共振−反共振間周波数ΔＦ＝Ｆａ−Ｆｒより狭くなる
という欠点があった。
方法では、端子間容量Ｃｆは、Ｃ０・ＣＬ／（Ｃ０＋Ｃ
Ｌ）に小さくなるが、図６に示すように、共振周波数Ｆ
ｒｃが元の圧電共振子５１の共振周波数Ｆｒより大きく
なり、共振−反共振間周波数ΔＦｃ＝Ｆａ−Ｆｒｃは元
の共振−反共振間周波数ΔＦ＝Ｆａ−Ｆｒより狭くなる
という欠点があった。
【０００８】また、端子間容量Ｃｆを小さくする第２の
方法としては、圧電共振子を構成する圧電基板材料の誘
電率εを小さくする方法があるが、この方法には、圧電
共振子の周波数特性や共振−反共振間周波数等が大きく
変化するという問題があった。
方法としては、圧電共振子を構成する圧電基板材料の誘
電率εを小さくする方法があるが、この方法には、圧電
共振子の周波数特性や共振−反共振間周波数等が大きく
変化するという問題があった。
【０００９】端子間容量Ｃｆを小さくする第３の方法は
、厚み滑り振動（ＴＳ）モードの圧電共振子６１におい
て、図７に示すように圧電共振子６１の幅ｗを狭くした
り、図８に示すように両主面の電極の対向部分Ｓの面積
を小さくしたり、あるいは、厚み縦振動（ＴＥ）モード
の圧電共振子７１において、図９に示すように圧電基板
７２の中央に小さな面積の電極７３を設けたりすること
により、圧電共振子の励振用電極の電極面積を小さくす
る方法である。
、厚み滑り振動（ＴＳ）モードの圧電共振子６１におい
て、図７に示すように圧電共振子６１の幅ｗを狭くした
り、図８に示すように両主面の電極の対向部分Ｓの面積
を小さくしたり、あるいは、厚み縦振動（ＴＥ）モード
の圧電共振子７１において、図９に示すように圧電基板
７２の中央に小さな面積の電極７３を設けたりすること
により、圧電共振子の励振用電極の電極面積を小さくす
る方法である。
【００１０】しかし、この方法によれば、電極寸法が変
化するために不要なスプリアスが発生し、圧電共振子の
諸特性を劣化させる。加えて、圧電共振子の幅を小さく
する方法では、その機械的強度が低下するという欠点が
ある。
化するために不要なスプリアスが発生し、圧電共振子の
諸特性を劣化させる。加えて、圧電共振子の幅を小さく
する方法では、その機械的強度が低下するという欠点が
ある。
【００１１】端子間容量Ｃｆを小さくする第４の方法と
しては、複数個の圧電共振子を直列に接続する方法があ
り、この方法によれば端子間容量Ｃｆを１／（素子数）
に小さくできる。
しては、複数個の圧電共振子を直列に接続する方法があ
り、この方法によれば端子間容量Ｃｆを１／（素子数）
に小さくできる。
【００１２】しかし、この方法には、コストが高くつく
、配線基板等への実装スペースが大きくなる、などの問
題がある。また、各圧電共振子の周波数特性に大きなバ
ラツキがあった場合には、インピーダンス波形にリップ
ルが発生し、圧電共振子の特性が劣化するという欠点が
あった。
、配線基板等への実装スペースが大きくなる、などの問
題がある。また、各圧電共振子の周波数特性に大きなバ
ラツキがあった場合には、インピーダンス波形にリップ
ルが発生し、圧電共振子の特性が劣化するという欠点が
あった。
【００１３】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、特性を劣化させたり、共振−反共振
間周波数ΔＦを狭くしたりすることなく、圧電共振子の
端子間容量を小さくすることを目的としてなされたもの
である。
されたものであり、特性を劣化させたり、共振−反共振
間周波数ΔＦを狭くしたりすることなく、圧電共振子の
端子間容量を小さくすることを目的としてなされたもの
である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電共振子は、
圧電基板の両主面で対向する一対の励振用電極からなる
圧電振動素子を圧電基板に複数個設け、圧電基板に設け
た中間結合導体によって前記各圧電振動素子を直列に接
続させたことを特徴としている。
圧電基板の両主面で対向する一対の励振用電極からなる
圧電振動素子を圧電基板に複数個設け、圧電基板に設け
た中間結合導体によって前記各圧電振動素子を直列に接
続させたことを特徴としている。
【００１５】
【作用】本発明の圧電共振子にあっては、同一の圧電基
板上に複数の圧電振動素子を設けて直列に接続してある
ので、共振−反共振間周波数ΔＦを変化させることなく
、端子間容量Ｃｆを小さくすることができる。
板上に複数の圧電振動素子を設けて直列に接続してある
ので、共振−反共振間周波数ΔＦを変化させることなく
、端子間容量Ｃｆを小さくすることができる。
【００１６】しかも、複数の圧電振動素子を同一基板上
に形成しているので、製造コストが安価になり、また、
コンパクトに構成することができるため、配線基板等へ
の実装スペースも小さくできる。さらに、同一基板上に
複数の圧電振動素子を形成することにより、各圧電振動
素子の周波数特性のバラツキもなくなり、特性の良好な
圧電共振子を製作することができる。
に形成しているので、製造コストが安価になり、また、
コンパクトに構成することができるため、配線基板等へ
の実装スペースも小さくできる。さらに、同一基板上に
複数の圧電振動素子を形成することにより、各圧電振動
素子の周波数特性のバラツキもなくなり、特性の良好な
圧電共振子を製作することができる。
【００１７】
【実施例】図１及び図２（ａ）（ｂ）は、本発明の一実
施例による厚み滑り振動モードの発振子エレメント１を
示す。ＰＺＴ等の圧電材料からなる圧電基板２は全体に
わたって分極処理を施されており、圧電基板２の一方主
面の両端部にそれぞれ電極３，４が形成され、他方主面
の中央部に電極５が形成され、各電極３，４，５の互い
に対向する領域が励振用電極３ａ，４ａ，５ａ，５ｂと
なっており、励振用電極３ａ，４ａ，５ａ，５ｂにより
挟まれた各領域に圧電振動素子Ａ，Ｂが構成されている
。電極３，４の励振用電極３ａ，４ａ以外の領域は両端
へ向けて引き出された電極引き出し部３ｂ，４ｂとなっ
ており、電極引き出し部３ｂ，４ｂには、例えばリード
端子が半田付けされる。電極５の励振用電極５ａ，５ｂ
間の領域は中間結合導体５ｃとなっており、同一の圧電
基板２上に形成された２つの圧電振動素子Ａ，Ｂは中間
結合導体５ｃによって内部的に従続接続されている。
施例による厚み滑り振動モードの発振子エレメント１を
示す。ＰＺＴ等の圧電材料からなる圧電基板２は全体に
わたって分極処理を施されており、圧電基板２の一方主
面の両端部にそれぞれ電極３，４が形成され、他方主面
の中央部に電極５が形成され、各電極３，４，５の互い
に対向する領域が励振用電極３ａ，４ａ，５ａ，５ｂと
なっており、励振用電極３ａ，４ａ，５ａ，５ｂにより
挟まれた各領域に圧電振動素子Ａ，Ｂが構成されている
。電極３，４の励振用電極３ａ，４ａ以外の領域は両端
へ向けて引き出された電極引き出し部３ｂ，４ｂとなっ
ており、電極引き出し部３ｂ，４ｂには、例えばリード
端子が半田付けされる。電極５の励振用電極５ａ，５ｂ
間の領域は中間結合導体５ｃとなっており、同一の圧電
基板２上に形成された２つの圧電振動素子Ａ，Ｂは中間
結合導体５ｃによって内部的に従続接続されている。
【００１８】図３（ａ）（ｂ）は、本発明の別な実施例
による厚み縦振動モードの発振子エレメント１１を示す
。この実施例においては、矩形状をした圧電基板１２に
２箇所のエネルギー閉じ込め形圧電振動素子Ａ，Ｂが設
けられており、各圧電振動素子Ａ，Ｂは両主面で対向す
る一対の励振用電極１３ａ，１４ａ，１５ａ，１５ｂの
間の領域に形成されている。また、一方主面では各励振
用電極１３ａ，１４ａから圧電基板１２のコーナー部へ
電極引き出し部１３ｂ，１４ｂが延出されており、他方
主面では両励振用電極１５ａ，１５ｂを中間結合導体１
５ｃによって接続してある。しかして、２箇所の圧電振
動素子Ａ，Ｂは中間結合導体１５ｃによって内部的に従
続接続されている。
による厚み縦振動モードの発振子エレメント１１を示す
。この実施例においては、矩形状をした圧電基板１２に
２箇所のエネルギー閉じ込め形圧電振動素子Ａ，Ｂが設
けられており、各圧電振動素子Ａ，Ｂは両主面で対向す
る一対の励振用電極１３ａ，１４ａ，１５ａ，１５ｂの
間の領域に形成されている。また、一方主面では各励振
用電極１３ａ，１４ａから圧電基板１２のコーナー部へ
電極引き出し部１３ｂ，１４ｂが延出されており、他方
主面では両励振用電極１５ａ，１５ｂを中間結合導体１
５ｃによって接続してある。しかして、２箇所の圧電振
動素子Ａ，Ｂは中間結合導体１５ｃによって内部的に従
続接続されている。
【００１９】なお、上記２つの実施例による発振子エレ
メントでは、２素子の圧電振動素子を直列に接続したが
、同様な構造によって３素子以上の圧電振動素子を直列
に接続してもよい。また、電極引き出し部にリード端子
を接続されたラジアルリード部品としてもよいが、補強
板や外装ケースを使用して外部電極を備えたリードレス
チップ部品としても差し支えない。さらに、同一基板上
に形成された複数の圧電振動素子の端子間容量Ｃｆは等
しくなくてもよい。
メントでは、２素子の圧電振動素子を直列に接続したが
、同様な構造によって３素子以上の圧電振動素子を直列
に接続してもよい。また、電極引き出し部にリード端子
を接続されたラジアルリード部品としてもよいが、補強
板や外装ケースを使用して外部電極を備えたリードレス
チップ部品としても差し支えない。さらに、同一基板上
に形成された複数の圧電振動素子の端子間容量Ｃｆは等
しくなくてもよい。
【００２０】次に、上記各実施例の特性について説明す
る。厚み滑り振動モードや厚み縦振動モードの圧電共振
子においては、その共振周波数Ｆｒは素子の厚みによっ
て決定され、共振−反共振間周波数ΔＦは基板材料の電
気機械結合係数ｋによって決定されるので、電極面積す
なわち端子間容量Ｃｆを変化させても、共振周波数Ｆｒ
と共振−反共振間周波数ΔＦは変化しない。すなわち、
共振周波数Ｆｒ及び反共振周波数Ｆａは一定である。
る。厚み滑り振動モードや厚み縦振動モードの圧電共振
子においては、その共振周波数Ｆｒは素子の厚みによっ
て決定され、共振−反共振間周波数ΔＦは基板材料の電
気機械結合係数ｋによって決定されるので、電極面積す
なわち端子間容量Ｃｆを変化させても、共振周波数Ｆｒ
と共振−反共振間周波数ΔＦは変化しない。すなわち、
共振周波数Ｆｒ及び反共振周波数Ｆａは一定である。
【００２１】図１の厚み滑り振動モード、あるいは図３
の厚み縦振動モードの２つの圧電振動素子Ａ，Ｂからな
る２素子型の発振子エレメントの模式図を図４（ａ）に
示し、その等価回路図を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）
の等価回路図において、Ｌａ１，Ｌｂ１は各圧電振動素
子Ａ，Ｂの直列インダクタンス、Ｃａ１，Ｃｂ１は直列
容量、Ｃａ０，Ｃｂ０は並列容量を表わしている。いま
、２πＦｒ＝ωｒ（一定）、２πＦａ＝ωａ（一定）と
すると、各圧電振動素子Ａ，Ｂが単体の場合の端子間容
量Ｃｆａ，Ｃｆｂは、それぞれ次の数２で表わされ、
の厚み縦振動モードの２つの圧電振動素子Ａ，Ｂからな
る２素子型の発振子エレメントの模式図を図４（ａ）に
示し、その等価回路図を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）
の等価回路図において、Ｌａ１，Ｌｂ１は各圧電振動素
子Ａ，Ｂの直列インダクタンス、Ｃａ１，Ｃｂ１は直列
容量、Ｃａ０，Ｃｂ０は並列容量を表わしている。いま
、２πＦｒ＝ωｒ（一定）、２πＦａ＝ωａ（一定）と
すると、各圧電振動素子Ａ，Ｂが単体の場合の端子間容
量Ｃｆａ，Ｃｆｂは、それぞれ次の数２で表わされ、
【
００２２】
００２２】
【数２】
【００２３】それぞれのインピーダンスＺａ，Ｚｂは次
の数３のようになる。
の数３のようになる。
【００２４】
【数３】
【００２５】一方、２つの圧電振動素子Ａ，Ｂを直列に
接続した図４（ｂ）のような等価回路全体としてのイン
ピーダンスＺは、次の数４のように表わされる。
接続した図４（ｂ）のような等価回路全体としてのイン
ピーダンスＺは、次の数４のように表わされる。
【００２６】
【数４】
【００２７】従って、この端子間容量Ｃｆは、Ｃｆ＝（
Ｃａ０・Ｃｂ０）／（Ｃａ０＋Ｃｂ０）＜Ｃａ０および
Ｃｂ０であるから、全体としての端子間容量Ｃｆは、各
圧電振動素子の端子間容量Ｃｆａ，Ｃｆｂよりも小さく
なる。特に、Ｃａ０＝Ｃｂ０の場合には、端子間容量Ｃ
ｆはＣｆａ＝Ｃｆｂの１／２になる。したがって、本発
明によれば、共振−反共振間周波数ΔＦを変化させるこ
となく、圧電共振子の端子間容量Ｃｆを数分の１に低減
させることができる。
Ｃａ０・Ｃｂ０）／（Ｃａ０＋Ｃｂ０）＜Ｃａ０および
Ｃｂ０であるから、全体としての端子間容量Ｃｆは、各
圧電振動素子の端子間容量Ｃｆａ，Ｃｆｂよりも小さく
なる。特に、Ｃａ０＝Ｃｂ０の場合には、端子間容量Ｃ
ｆはＣｆａ＝Ｃｆｂの１／２になる。したがって、本発
明によれば、共振−反共振間周波数ΔＦを変化させるこ
となく、圧電共振子の端子間容量Ｃｆを数分の１に低減
させることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、圧電共振子の共振−反
共振間周波数を狭めることなく、端子間容量を小さくす
ることができる。したがって、ＦＭ変調用電圧制御発振
器の発振子等に用いた場合、周波数可変量が大きくなり
、また変調感度も大きくなり、良好な特性を得ることが
できる。しかも、複数の圧電振動素子を同一基板上に設
けてあるので、コンパクトに構成することができ、この
圧電共振子を小型化でき、配線基板等への実装スペース
も小さくでき、また、製造コストも安価になる。さらに
、同一基板上に構成されているので、各圧電振動素子の
特性バラツキがなく、スプリアスやリップルの発生によ
る特性の劣化も回避できる。また、厚み滑り振動モード
の場合、素子幅を小さくする必要がないので、機械的強
度も劣化することがない。
共振間周波数を狭めることなく、端子間容量を小さくす
ることができる。したがって、ＦＭ変調用電圧制御発振
器の発振子等に用いた場合、周波数可変量が大きくなり
、また変調感度も大きくなり、良好な特性を得ることが
できる。しかも、複数の圧電振動素子を同一基板上に設
けてあるので、コンパクトに構成することができ、この
圧電共振子を小型化でき、配線基板等への実装スペース
も小さくでき、また、製造コストも安価になる。さらに
、同一基板上に構成されているので、各圧電振動素子の
特性バラツキがなく、スプリアスやリップルの発生によ
る特性の劣化も回避できる。また、厚み滑り振動モード
の場合、素子幅を小さくする必要がないので、機械的強
度も劣化することがない。
【図１】本発明の一実施例による断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は同上の実施例の上面側からの斜
視図及び下面側からの斜視図である。
視図及び下面側からの斜視図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の別な実施例による平面
図及び下面図である。
図及び下面図である。
【図４】（ａ）は直列に接続された２個の共振部を示す
模式図、（ｂ）はその等価回路図である。
模式図、（ｂ）はその等価回路図である。
【図５】（ａ）は第一の従来例を示す模式図、（ｂ）は
その等価回路図である。
その等価回路図である。
【図６】同上の従来例による共振周波数の変化を示すイ
ンピーダンス特性図である。
ンピーダンス特性図である。
【図７】別な従来例を示す斜視図である。
【図８】さらに別な従来例を示す斜視図である。
【図９】さらに別な従来例を示す平面図である。
２ 圧電基板
３ａ，４ａ，５ａ，５ｂ 励振用電極５ｃ 中間結
合導体 Ａ，Ｂ 圧電振動素子
合導体 Ａ，Ｂ 圧電振動素子
Claims (1)
- 【請求項１】 圧電基板の両主面で対向する一対の励
振用電極からなる圧電振動素子を圧電基板に複数個設け
、圧電基板に設けた中間結合導体によって前記各圧電振
動素子を直列に接続させたことを特徴とする圧電共振子
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11557091A JPH04319808A (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 圧電共振子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11557091A JPH04319808A (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 圧電共振子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04319808A true JPH04319808A (ja) | 1992-11-10 |
Family
ID=14665836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11557091A Pending JPH04319808A (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 圧電共振子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04319808A (ja) |
-
1991
- 1991-04-18 JP JP11557091A patent/JPH04319808A/ja active Pending
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