JPH06188671A - 圧電共振子 - Google Patents

圧電共振子

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JPH06188671A
JPH06188671A JP34008492A JP34008492A JPH06188671A JP H06188671 A JPH06188671 A JP H06188671A JP 34008492 A JP34008492 A JP 34008492A JP 34008492 A JP34008492 A JP 34008492A JP H06188671 A JPH06188671 A JP H06188671A
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JP
Japan
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harmonic
piezoelectric resonator
excitation
piezoelectric
short side
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JP34008492A
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English (en)
Inventor
Makoto Hori
誠 堀
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、3次高調波の励振に影響を与えず
に基本波の励振を抑圧することで所望の高調波領域への
適用化を図ることが可能な圧電共振子を提供する。 【構成】 本発明は、短辺及び長辺を有する圧電基板2
に形成した励振部分の厚み縦振動である高次高調波振動
を利用するエネルギー閉じ込め型の圧電共振子1におい
て、前記圧電基板2の短辺の寸法を基本波の励振領域と
3次高調波の励振領域との間に設定するとともに、前記
励振部分の表裏両面及び前記圧電基板2の短辺の外側の
前記表裏両面に連なる領域を空洞6とした。これによ
り、3次高調波励振に影響を与えることなく基本波励振
を抑制することができ、かつ、既述したような空洞を設
けたことにより3次高調波励振が抑制されることを回避
できる。

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、よ
り詳しくは高次高調波における厚み縦振動を利用した圧
電共振子に関する。
【0002】
【従来の技術】圧電基板に形成した励振部分の厚み縦振
動である高次高調波振動を利用するエネルギー閉じ込め
型の圧電共振子として、従来図13,図14に示すもの
が知られている。
【0003】同図に示す圧電共振子50は、四角形状の
圧電基板54と、この圧電基板54の表裏面に形成した
一対の動作電極55a,55bと、一端を動作電極55
a,55bに各々接続し、他端を圧電基板54の下端部
近傍に各々臨ませた補助電極56a,56bと、この補
助電極56a,56bに各々半田付け等により取り付け
た一対のリード線57a,57bと、前記動作電極55
a,55bの周囲でかつ圧電基板54の表裏両面に形成
した空洞58とを具備している。
【0004】前記各動作電極55a,55bは、圧電基
板54の表裏両面の略中央位置に圧電基板4を挟んで対
向配置され、これにより、動作電極55a,55bの間
に励振部分を形成している。
【0005】図13,図14中、Dは空洞58の直径を
示すものである。
【0006】このような構成の圧電共振子50の場合、
空洞58の直径Dを適宜選定することにより、圧電共振
子50における基本波励振をある程度抑制できるが、3
次高調波励振をも若干抑制してしまうという問題があ
る。
【0007】上述した場合の他、基本波励振を抑制する
手段として、基本波励振領域に半田盛等の付加質量を付
ける方法(特開平3−274817号公報)やLCフィ
ルタ回路を設けて基本波のゲインを低下させる手段が知
られている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成の圧電共振子50の場合、空洞58の直径Dを適
宜選定することにより、圧電共振子50における基本波
励振をある程度抑制できるが、3次高調波励振をも若干
抑制してしまうという問題がある。
【0009】また、基本波励振の抑制に付加質量を付け
る方法では、付加質量の大小に大きく影響され、また、
製造的観点からも困難性を伴う。
【0010】さらに、LCフィルタ回路を設ける方法で
は、構成が複雑,大型化するという欠点を有する。
【0011】従って、従来、3次高調波励振に影響を与
えずに基本波励振を選択的に抑圧し得る圧電共振子は存
在しないのが実情である。
【0012】さらに、上述したような圧電共振子50
は、使用周波数が数十MHz帯と高いため、この使用周
波数よりも低い他励振モードの高調波振動を抑制するこ
とも必要であり、この対策として振動電極の近くに部分
電極を設け機械的付加を増す等の提案がなされているが
(特開平4−216208号,特開平4−216209
号)、これらの提案は所望モード以外の不要な高調波励
振の抑制に効果はあるものの、基本波励振の抑制は困難
である。
【0013】そこで、本発明は、3次高調波の励振に影
響を与えずに基本波の励振を抑圧することで所望の高調
波領域への適用化を図ることが可能な圧電共振子を提供
することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
短辺及び長辺を有する圧電基板に形成した励振部分の厚
み縦振動である高次高調波振動を利用するエネルギー閉
じ込め型の圧電共振子において、前記圧電基板の短辺の
寸法を基本波の励振領域と3次高調波の励振領域との間
に設定するとともに、前記励振部分の表裏両面及び前記
圧電基板の短辺の外側の前記表裏両面に連なる領域を空
洞としたものである。
【0015】請求項2記載の発明は、前記短辺の寸法
を、3次高調波の波長λ換算で6λ乃至12λとしたも
のである。
【0016】
【作用】上記構成の圧電共振子の作用を説明する。
【0017】請求項1記載の圧電共振子によれば、圧電
基板の短辺の寸法を基本波の励振領域と3次高調波の励
振領域との間に設定することで、3次高調波励振に影響
を与えることなく基本波励振を抑制することができる。
【0018】また、圧電基板における励振部分の表裏両
面及び前記圧電基板の短辺の外側の前記表裏両面に連な
る領域を空洞としたので、この励振部分には動作電極が
臨むだけで圧電共振子を構成するリード線や外装樹脂等
は励振部分に非接触の状態になり、この結果、3次高調
波励振が抑制されることを回避できる。
【0019】請求項2記載の圧電共振子によれば、圧電
基板の短辺の寸法を、3次高調波の波長λ換算で6λ乃
至12λとしたものであるから、所望の周波数帯域であ
る12乃至50MHzの3次高調波励振を実現できる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳述
する。
【0021】図1,図2に示す圧電共振子1は、短辺2
a,長片2bを有する四角形状の圧電基板2と、この圧
電基板2の略中央部の表裏面に接合した圧電基板2にお
ける励振部分を形成する一対の動作電極3a,3bと、
一端を動作電極3a,3bに各々接続し、他端を圧電基
板2の一方の長辺2bの近傍に各々臨ませた補助電極4
a,4bと、この補助電極4a,4bに各々半田付け等
により取り付けた一対のリード線5a,5bと、前記励
振部分の表裏両面及び前記圧電基板2の短辺2aの外側
の前記表裏両面に連なる領域に形成した直径D0 の空洞
6と、この空洞6の回りを包囲する樹脂材7とを具備し
ている。
【0022】前記長辺2bの寸法は例えば16MHz共
振子の場合7mm、短辺2aの寸法Aは例えば2乃至
2.7mmとしている。
【0023】また、前記圧電基板2の短辺2aの寸法
を、基本波の励振領域と3次高調波の励振領域との間に
するために、3次高調波の波長λ換算で6λ乃至12λ
に設定している。
【0024】次に、圧電共振子1の製造工程について説
明する。
【0025】まず、チタン酸鉛(PbTiO3 )系から
なる圧電材料により形成した基板素体(図示省略)を用
意し、この基板素体の表裏面を研磨し、基板素体の表裏
面に、必要個数の動作電極3a,3b及び補助電極4
a,4bをマスクを用いたスパッタリング等により形成
し、各動作電極3a,3b、補助電極4a,4bが形成
された基板素体を切断処理して、短辺2a,長片2bを
有する図2,図3に示す四角形状の圧電基板2を得る。
【0026】次に、図2,図4に示すように前記各補助
電極4a,4bに半田付等により一対のリード線5a,
5bを接続する。
【0027】次に、図5に示すように、圧電基板2の励
振部分の表裏両面及び前記圧電基板2の短辺2aの外側
の前記表裏両面に連なる領域に直径D0 の寸法で溶解除
去可能な例えばパラフィンワックス8をマスク等を用い
て塗布する。
【0028】さらに、図6に示すように、例えばディッ
プ法により樹脂材7中にパラフィンワックス8を塗布し
た圧電基板2を浸漬してリード線5a,5bの一部のみ
を露出させる。
【0029】この状態で、真空条件下で加熱温度(14
0乃至150℃)の雰囲気で樹脂材7を加熱硬化させ
る。この加熱硬化に伴いパラフィンワックス8は溶解し
て樹脂材7中に吸収され、この結果、図1に示すような
直径D0 の空洞6を有する圧電共振子1が得られる。
【0030】次に、このようにして製造された圧電共振
子1の基本波モード、3次高調波モードのインピ−ダン
ス特性、位相特性を従来の圧電共振子50の場合と比較
しつつ、かつ、図7乃至図12をも参照して説明する。
【0031】尚、図7は、基本波モード、3次高調波モ
ードを想定した場合の前記短辺2a方向の電荷分布を示
し、短辺2aの寸法Aは、基本波の励振領域(図7に示
すα)よりも小さく、3次高調波の励振領域(図7に示
すβ)よりも大きくすることが重要である。
【0032】また、図8は、C−MOSインバータ74
HCU04を用いた圧電共振子1又は圧電共振子50を
含む発振回路20を示すものである。この発振回路20
は、圧電共振子1又は圧電共振子50と並列に抵抗Rf
及び第1のインバータ21を接続するとともに、圧電共
振子1又は圧電共振子50と接地との間にコンデンサC
1 ,C2 を接続し、さらに、前記第1のインバータ21
に第2のインバータ22を接続した構成となっている。
【0033】さらに、図9,図10は、圧電共振子1の
基本波モード、3次高調波モードのインピーダンス特
性、位相特性を示し、図11,図12は、圧電共振子5
0の基本波モード、3次高調波モードのインピーダンス
特性,位相特性を示す。
【0034】また、図9,図10,図11中、点Pは前
記発振回路20での発振動作点を示すものである。
【0035】図9,図11から明らかなように、16M
Hz圧電共振子1の基本波モードの励振では、インピー
ダンスZが1500Ωで位相θが30度前後で基本波の
発振は起こらないのに対し、圧電共振子50の基本波モ
ードの励振では、インピーダンスZが1500Ωで位相
θが60度以上となる場合が4730KHz付近,48
50KHz付近と2箇所あり、本実施例の圧電共振子1
における基本波モードでの励振が抑制されていることが
理解できる。
【0036】また、図10,図12から明らかなよう
に、圧電共振子1の3次高調波モードの励振では、発振
動作点P(周波数15970KHz付近)はインピーダ
ンスZが465Ω前後の位置であり、このとき位相θは
85度以上で極めて安定した動作を発揮する。圧電共振
子50の3次高調波モードの励振の場合も略同様であ
る。
【0037】尚、3次高調波の励振周波数が12MHz
乃至50MHzの範囲においても同様の結果を得ること
ができた。
【0038】従って、本実施例の圧電共振子1によれ
ば、以下の効果を奏する。
【0039】(1) 上述した短辺2aの寸法設定によ
り、3次高調波励振に影響を与えずに基本波励振を抑圧
することができ、12MHz乃至50MHz帯に幅広く
適用できる。また、基本波励振の抑圧のための質量付加
等の特別な対策が不要となり、製造が容易となる。
【0040】(2) 圧電共振子1に前記空洞6を設けた
ことにより、3次高調波励振の抑制を回避できる。
【0041】(3) 本実施例の圧電共振子1は、高調波
圧電共振子や高調波圧電フィルタに限らず、これらの圧
電共振子1やフィルタを用いた移動通信分野,OA機器
のクロック発生回路等に広く適用でき、水晶発振子との
置換が可能である。
【0042】(4) 本実施例の圧電共振子1を、高調波
モード共振子として利用する場合、所望次数モード以下
の次数モードの抑圧に有効であり、製品の高調波化への
不要モード抑圧に役立つ。
【0043】(5) 本実施例の圧電共振子1を製品化し
た場合、電気的な経路を確保するために圧電基板2は長
方形のものが利用されるが、短辺方向寸法が小さいた
め、外装樹脂モールド型のみならず、外装パッケージを
もったSMDディバイスの内蔵基板としても適用可能で
あり、例えば、短冊形状の圧電振動子を用いたディバイ
スに適用して好適である。
【0044】この他、共振子以外の高調波フィルタ等に
も展開可能である。
【0045】なお、本発明は、上記実施例に限定され
ず、種々に変形実施できる。
【0046】
【発明の効果】以上詳述した請求項1記載の発明によれ
ば、3次高調波励振に影響を与えることなく基本波励振
を抑制することができ、かつ、既述したような空洞を設
けたことにより3次高調波励振が抑制されることを回避
できる圧電共振子を提供できる。
【0047】請求項2記載の発明によれば、圧電基板の
短辺の寸法を、3次高調波の波長λ換算で6λ乃至12
λとしたものであるから、所望の周波数帯域である12
乃至50MHzの3次高調波励振を実現できる圧電共振
子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電共振子の実施例を示す切欠断面図
【図2】図1に示す圧電共振子の樹脂を除去した状態の
正面図
【図3】図1に示す圧電共振子の製造工程を示す側面図
【図4】図1に示す圧電共振子の製造工程を示す側面図
【図5】図1に示す圧電共振子の製造工程を示す断面図
【図6】図1に示す圧電共振子の製造工程を示す断面図
【図7】基本波、3次高調波の圧電基板における短辺方
向の電荷分布を示す図
【図8】図1に示す圧電共振子を励振する発振回路図
【図9】本実施例の基本波モードのインピーダンス特
性、位相特性を示すグラフ
【図10】本実施例の3次高調波モードのインピーダン
ス特性、位相特性を示すグラフ
【図11】従来例の基本波モードのインピーダンス特
性、位相特性を示すグラフ
【図12】従来例の3次高調波モードのインピーダンス
特性、位相特性を示すグラフ
【図13】従来の圧電共振子を示す切欠断面図
【図14】従来の圧電共振子の樹脂を除去した状態の正
面図
【符号の説明】
1 圧電共振子 2 圧電基板 2a 短辺 2b 長辺 6 空洞

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 短辺及び長辺を有する圧電基板に形成し
    た励振部分の厚み縦振動である高次高調波振動を利用す
    るエネルギー閉じ込め型の圧電共振子において、前記圧
    電基板の短辺の寸法を基本波の励振領域と3次高調波の
    励振領域との間に設定するとともに、前記励振部分の表
    裏両面及び前記圧電基板の短辺の外側の前記表裏両面に
    連なる領域を空洞としたことを特徴とする圧電共振子。
  2. 【請求項2】 前記短辺の寸法を、3次高調波の波長λ
    換算で6λ乃至12λとした請求項1記載の圧電共振
    子。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19816488C2 (de) * 1997-04-14 1999-10-14 Murata Manufacturing Co Energiesperrender piezoelektrischer Resonator
JP2006270543A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Tdk Corp 圧電共振部品
JP2006270545A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Tdk Corp 圧電共振部品

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