JPH0548380A - 圧電共振子 - Google Patents

圧電共振子

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JPH0548380A
JPH0548380A JP22869991A JP22869991A JPH0548380A JP H0548380 A JPH0548380 A JP H0548380A JP 22869991 A JP22869991 A JP 22869991A JP 22869991 A JP22869991 A JP 22869991A JP H0548380 A JPH0548380 A JP H0548380A
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JP
Japan
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piezoelectric
piezoelectric element
substrate
sealing substrate
resonator
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Withdrawn
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JP22869991A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Tanaka
康▲廣▼ 田中
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電素子からの不要な振動だけを効率的に吸
収して、圧電共振子の特性改善を図るとともに、小型化
をも可能にする。 【構成】 圧電素子12を保持するとともに封止するた
めの封止基板14に、圧電基板12aと同じ材質のセラ
ミックを用いるとともに、その封止基板14の厚みを圧
電基板12aの厚みと同じにすることによって、封止基
板14が圧電素子12の基本共振周波数とほぼ同じ固有
振動数を有するとともに、圧電素子12とほぼ同じ音響
インピーダンスを有するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は圧電共振子に関し、さら
に詳しくは、圧電素子を保持するとともに封止するため
の封止基板の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】圧電共振子は、圧電効果を利用して安定
した周波数を発生したり、特定の周波数を選択したりす
るもので、エネルギー閉じ込め振動モードを始め、種々
の振動モードを利用した圧電共振子が提供されている。
【0003】たとえば図6及び図7に示すように、エネ
ルギー閉じ込め型の圧電共振子1は、圧電基板2aの両
面に対向電極2bが形成された圧電素子2と、この圧電
素子2を挟んで接着剤などにより接合された2枚の封止
基板3と、それぞれの対向電極2bに接続された2つの
外部電極4とから構成されている。対向電極2bの一部
は圧電基板2aを挟んで対向させられ、また封止基板3
の内側には凹所3aが配設されていて、この対向電極2
bで挟まれた振動部2cが振動可能なようにされてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このようなエネルギー
閉じ込め型の圧電共振子1であっても、若干ではあるが
振動部2cから振動が漏れる。この不要な振動を極力小
さくするため、本来ならば圧電素子2をある一定以上の
大きさにしておく必要がある。しかしこれでは外形が大
きくなってしまい実用的ではないので、圧電素子2をあ
る程度無理に小さくしていた。このため、圧電素子2の
端面からの反射による干渉などによって、スプリアスが
発生したり主たる共振特性にリップルが乗ったりするな
ど、特性が良くなかった。この対策として、圧電素子2
の端面にダンピング用の樹脂を塗布したり、端面を半田
で固定したりする方法もあるが、作業性が悪く、実用的
ではなかった。
【0005】そこで、本発明者はこのような問題を解決
し、特性の良い圧電共振子を得るため鋭意研究を重ねた
結果、本発明に至った。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電共振子
の要旨とするところは、圧電素子が封止基板により保持
されるとともに封止された圧電共振子において、前記封
止基板が前記圧電素子の共振周波数に近似した固有振動
数を有することにある。
【0007】また、圧電素子が封止基板により保持され
るとともに封止された圧電共振子において、前記封止基
板が前記圧電素子と近似した音響インピーダンスを有す
ることにある。
【0008】
【作用】かかる圧電共振子によれば、封止基板の固有振
動数が圧電素子の共振周波数と近似しているので、圧電
素子からの振動はその端面で反射することなく、封止基
板の方へ効率的に伝搬され、次第に減衰させられて消滅
する。したがってスプリアスが発生したり、主たる共振
特性にリップルが乗ったりすることなどはなくなり、圧
電共振子の特性が改善される。
【0009】また、封止基板と圧電素子の音響インピー
ダンス近似しているので、圧電素子からの振動はその振
動数に関係なく封止基板の方へ効率的に伝搬され、次第
に減衰させられて消滅する。したがって、前述と同様に
圧電共振子の特性が改善される。
【0010】
【実施例】次に、本発明に係る圧電共振子の実施例を図
面に基づき詳しく説明する。図1乃至図3に示すよう
に、本発明に係る圧電共振子10は、圧電素子12と、
この圧電素子12を保持するとともに封止するための2
枚の封止基板14と、外部と電気的に接続するための2
つの外部電極16とから構成されている。なおこの圧電
共振子10は、前述した圧電共振子1と同様にエネルギ
ー閉じ込め型のもので、表面実装対応のチップタイプの
ものである。
【0011】この圧電素子12は、チタン酸ジルコン酸
鉛(PZT)やチタン酸バリウムなどの圧電性セラミッ
クから成る圧電基板12aの両面にスクリーン印刷法な
どによって対向電極12bが形成されたもので、これら
の対向電極12bの一部は圧電基板12aの中央付近で
互いに対向させられ、所要の共振周波数で振動させられ
る振動部12cが形成されている。さらに、これらの対
向電極12bはそれぞれ反対方向に引き出されていて、
外部電極16と電気的に接続されている。
【0012】また、封止基板14は接着剤などによって
圧電素子12と接合されていて、その封止基板14の内
側には、圧電素子12の振動部12cを抑圧しないよう
に凹所14aが形成されている。さらに、これらの封止
基板14は圧電基板12aと同じ材質のセラミックで構
成され、その厚みは圧電基板12aの厚みとほぼ同じに
されている。したがって、これらの封止基板14は圧電
素子12の基本共振周波数f0 とほぼ同じ固有振動数を
有するとともに、圧電素子12とほぼ同じ音響インピー
ダンスを有する。この点が本実施例の最大の特徴であ
る。
【0013】一般に、このようなエネルギー閉じ込め型
の圧電共振子10の場合、その圧電基板12aの厚みは
所要の基本共振周波数f0 により次の数1で決定され
る。
【数1】
【0014】一方、封止基板14の厚みと固有振動数と
の関係は次の数2で表される。
【数2】
【0015】ここで、これらの音速は圧電基板12aや
封止基板14の中を伝搬する音の速さのことで、その材
質によって特有の値となり、およそ次の数3で表され
る。
【数3】
【0016】これらの式から明らかなように、封止基板
14に、圧電基板12aと同じ材質のセラミックを用い
る場合、封止基板14の固有振動数を圧電素子12の基
本共振周波数f0 とほぼ同じにするには、封止基板14
の厚みを圧電基板12aの厚みとほぼ同じにすれば良い
のである。
【0017】この圧電共振子10によれば、封止基板1
4が圧電素子12の基本共振周波数f0 とほぼ同じ固有
振動数を有するので、圧電素子12の振動部12cから
漏れ出たメイン振動は、圧電基板12aの端面で反射す
ることなく、封止基板14の方へ効率的に伝搬され、次
第に減衰させられて消滅する。また、封止基板14が圧
電素子12とほぼ同じ音響インピーダンスを有する、つ
まり封止基板14と圧電素子12の音響インピーダンス
が整合されているので、メイン振動だけでなく、スプリ
アス振動も封止基板14の方へ効率的に伝搬される。
【0018】このように振動部12cから漏れ出た振動
は、その振動数に関係なく封止基板14によって吸収さ
れるが、中でも基本共振周波数f0 に近似したメイン振
動は最も効率的に吸収され、ダンピングされることはな
い。また、振動部12cから漏れ出た不要なスプリアス
振動も吸収され、次第に減衰させられて消滅するため、
圧電基板12aの端面で反射することはない。したがっ
てスプリアスやリップルなどが低減され、その特性は飛
躍的に改善される。なお本実施例では、圧電基板12a
を約2倍の大きさにした場合と同じ効果があり、換言す
れば、圧電基板12aの見かけ上の大きさが約2倍にな
ったといえる。
【0019】以上、本発明の一実施例を詳述したが、本
発明は上述の実施例に限定されることなく、その他の態
様でも実施し得るものである。
【0020】たとえば、封止基板14の材質は圧電基板
12aと同じでなく、異なっていても良い。この場合
は、封止基板14に用いた材質特有の音速に応じて前述
した数2より封止基板14の厚みを決定して、封止基板
14の固有振動数を圧電素子12の基本共振周波数f0
とほぼ同じにすれば良い。さらにこの場合、圧電基板1
2aの音響インピーダンスとほぼ同じ音響インピーダン
スを有する材質を選択して用いるのが好ましい。
【0021】一般的なセラミックの音速は約1500〜
5000m/secであるのに対し、圧電基板12aに用い
られる代表的な圧電性セラミックであるPZTの音速は
約4000m/secであるから、たとえば封止基板14に
音速1500m/secのセラミックを用いる場合は、その
封止基板14の厚みを圧電基板12aの厚みの0.37
5倍にすれば良く、音速5000m/secのセラミックを
用いる場合は、その封止基板14の厚みを圧電基板12
aの厚みの1.25倍にすれば良い。したがって、一般
的には音速のバラツキまで考慮すれば、封止基板14の
厚みは圧電基板12aの厚みの0.3〜2倍にすれば良
い。
【0022】また、封止基板14の固有振動数を圧電素
子12の基本共振周波数f0 とほぼ同じにするのが最も
好ましいが、あえて完全に一致させる必要はなく、近似
させておけば充分である。たとえば、振動部12cから
圧電素子12を保持している位置までの距離や共振特性
の許容範囲などを考慮すれば、およそ0.5f0 〜2f
0 の範囲内であれば適当と思われる。同様に封止基板1
4に用いる材質も、圧電素子12の音響インピーダンス
に近似した音響インピーダンスを有するものであれば良
い。
【0023】さらに、封止基板14にメイン振動の3倍
波であるスプリアス振動を中心に吸収させるためには、
封止基板14に圧電基板12aと同じ材質を用いる場合
であれば、その封止基板14の厚みを前述した封止基板
14の厚みの3分の1にすれば良い。つまり封止基板1
4の固有振動数を圧電素子12の基本共振周波数f0
ほぼ同じにするのではなく、高次の共振周波数と近似す
るようにしても良いのである。
【0024】また図4に示すように、圧電素子12がケ
ース状の封止基板18と蓋状の封止基板20とにより保
持されるとともに封止された圧電共振子22の場合は、
このケース状の封止基板18や蓋状の封止基板20の固
有振動数が圧電素子12の共振周波数に近似するように
すれば良い。
【0025】また図5に示すように、封止基板24のう
ち圧電素子12と接触する一部24aだけが、圧電素子
12の共振周波数に近似した固有振動数を有するように
しても良い。さらにこの場合、この圧電素子12と接触
する一部24aだけに、圧電基板12aの音響インピー
ダンスとほぼ同じ音響インピーダンスを有する材質を用
いればさらに良くなる。本例から明らかなように、封止
基板の全部又は一部が圧電素子の共振周波数に近似した
固有振動数を有すれば良い。また同様に封止基板の全部
又は一部が、圧電素子と近似した音響インピーダンスを
有すれば良いのである。
【0026】さらに図示は省略するが、封止基板に別の
部材を付加したり、あるいは封止基板の一部を削除する
ことによって封止基板の固有振動数を圧電素子の共振周
波数に近似させるようにしても良い。
【0027】その他、チップタイプの圧電共振子だけで
なく、リード端子を備えた通常の圧電共振子にも適用し
得るものである。さらにはエネルギー閉じ込め振動モー
ドだけでなく、広がり振動モードなどを利用した圧電共
振子にも適用し得るものであるなど、本発明はその主旨
を逸脱しない範囲内で当業者の知識に基づき種々なる改
良,修正,変形を加えた態様で実施し得るものである。
【0028】
【発明の効果】本発明に係る圧電共振子は、封止基板が
圧電素子の共振周波数に近似した固有振動数を有するた
め、圧電素子からの振動は封止基板の方へ効率的に伝搬
され、次第に減衰させられて消滅する。したがって、ス
プリアスやリップルなどは削減されるが、必要なメイン
振動はダンピングされないので、その特性は極めて良く
なる。また、圧電素子をある程度小さくしても、圧電素
子からの振動は封止基板によって充分に吸収されるの
で、圧電共振子を小型化することが可能となる。さら
に、封止基板に用いる材質は任意に選択できるととも
に、その厚みなども任意に変更できるので、封止基板の
固有振動数は圧電素子の任意の共振周波数に合わせるこ
とができる。このため、対向電極の形状や配置を工夫し
て特定のスプリアスが抑圧されるようにするなどの対向
電極を設計する際の制約もなく、量産性が高いものであ
る。
【0029】また、封止基板が圧電素子と近似した音響
インピーダンスを有する場合は、封止基板と圧電素子の
音響インピーダンスがほぼ整合されていることになるた
め、圧電素子からの振動はその振動数に関係なく封止基
板によって吸収される。したがって、前述と同様にスプ
リアスやリップルなどは削減されるが、必要なメイン振
動はダンピングされないので、その特性は極めて良くな
るなど、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る圧電共振子の一実施例を説明する
ための分解斜視図である。
【図2】図1に示した圧電共振子の完成した斜視図であ
る。
【図3】図1及び図2に示した圧電共振子の断面図であ
る。
【図4】本発明に係る圧電共振子の他の実施例を示す断
面図である。
【図5】本発明に係る圧電共振子の他の実施例を示す断
面図である。
【図6】従来の圧電共振子の一例を示す斜視図である。
【図7】図6に示した圧電共振子を説明するための分解
斜視図である。
【符号の説明】
10,22;圧電共振子 12;圧電素子 12a;圧電基板 12b;対向電極 12c;振動部 14,18,20,24;封止基板 16;外部電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電素子が封止基板により保持されると
    ともに封止された圧電共振子において、前記封止基板が
    前記圧電素子の共振周波数に近似した固有振動数を有す
    ることを特徴とする圧電共振子。
  2. 【請求項2】 圧電素子が封止基板により保持されると
    ともに封止された圧電共振子において、前記封止基板が
    前記圧電素子と近似した音響インピーダンスを有するこ
    とを特徴とする圧電共振子。
JP22869991A 1991-08-13 1991-08-13 圧電共振子 Withdrawn JPH0548380A (ja)

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JP22869991A JPH0548380A (ja) 1991-08-13 1991-08-13 圧電共振子

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JP (1) JPH0548380A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016076361A1 (ja) * 2014-11-14 2016-05-19 日本碍子株式会社 圧電デバイス
JP2016181880A (ja) * 2015-03-25 2016-10-13 株式会社大真空 圧電振動デバイス

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WO2016076361A1 (ja) * 2014-11-14 2016-05-19 日本碍子株式会社 圧電デバイス
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A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19981112