JPH06237141A - 圧電共振部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動部の振動エネルギーの圧電基板端部への
漏洩を確実に防止することができ、エネルギー閉じ込め
効率が高められたすべり振動モードを利用したエネルギ
ー閉じ込め型の圧電共振部品を得る。 【構成】 圧電基板１２の両主面に励振電極１３，１４
を形成し、励振電極１３，１４が対向している振動部か
らの圧電基板端部への振動の漏洩を防止するために、溝
１５ａ，１５ｂ間及び溝１６ａ，１６ｂ間に挟まれた動
吸振部１７，１８を振動部と圧電基板１２の端部との間
に設けてなる厚みすべり振動モードを利用したエネルギ
ー閉じ込め型圧電共振子１１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電共振子や圧電フィ
ルタ等に用いられるエネルギー閉じ込め型の圧電共振部
品に関し、特に、厚みすべり振動や幅すべり振動等のす
べり振動モードを用いたエネルギー閉じ込め型の圧電共
振部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の厚みすべり振動モードを
利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振子の一例を示す
斜視図である。圧電共振子１は、細長い矩形の圧電基板
２の両主面に励振電極３，４を形成した構造を有する。
圧電基板２は矢印Ｐ方向に分極処理されている。励振電
極３，４は、圧電基板２の中央領域で圧電基板２を間に
介して対向するように形成されており、この励振電極
３，４が対向する部分によって振動が励起される。ま
た、励振電極３，４は、それぞれ、圧電基板２の異なる
端部に至るように形成されており、それによって、圧電
基板２の両端で圧電共振子１を外部と電気的に接続した
り、機械的に保持したりすることが可能とされている。

【０００３】上記エネルギー閉じ込め型の圧電共振子１
では、励起された振動は、励振電極３，４が対向してい
る部分、すなわち振動部に閉じ込められ、圧電基板２の
両端付近では振動が十分に減衰される。従って、圧電基
板２の両端において機械的に保持した場合であっても、
共振特性の劣化が生じ難い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】圧電共振子１は、通
常、マザーの圧電基板の両主面にマザーの励振電極を形
成した後、マザーの圧電基板を厚み方向に切断すること
により量産されている。量産性を高めるために、マザー
の圧電基板から製造し得る圧電共振子１の個数を増大さ
せるには、圧電基板２の長さＬを小さくすることが望ま
れる。また、他の電子部品と同様に、圧電共振子１にお
いても小型化が求められているため、該要求に応じるた
めにも圧電基板２の長さＬを短くすることが求められて
いる。

【０００５】しかしながら、圧電基板２の長さＬを短く
すると、圧電基板２の両端付近における振動の減衰が不
十分となる。従って、圧電基板２の両端を機械的に保持
した場合、共振特性が劣化するという問題が生じてい
る。特に、圧電共振子１では、圧電基板２の厚みにより
共振周波数が決定されるが、厚みを厚くしてより低周波
域のものを得ようとした場合、それに伴って圧電基板２
の長さＬも長くしなければならなかったが、このような
場合、圧電基板２の長さＬを短くすると、十分な共振特
性を有する圧電共振子を構成することは非常に困難であ
った。

【０００６】本発明の目的は、すべり振動モードのエネ
ルギーをより効果的に振動部に閉じ込めることができ、
従って圧電基板の長さをより短くし得るすべり振動モー
ドを利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振部品を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、分極処理され
た圧電基板と、前記圧電基板を間に介して対向するよう
に又は圧電基板の１の面上において対向するように形成
された複数の励振電極とを備え、該複数の励振電極の対
向している部分により構成された少なくとも１つの振動
部を有するすべり振動モードを利用したエネルギー閉じ
込め型圧電共振子において、前記振動部と、圧電基板端
部との間の少なくとも１つの圧電基板部分に動吸振部が
構成されていることを特徴とする、圧電共振部品であ
る。

【０００８】また、上記動吸振部は、種々の方法で構成
されるが、例えば、請求項２に記載のように、圧電基板
２に２本の溝を加工することにより形成された該溝間の
圧電基板部分によって構成してもよい。

【０００９】

【作用】本発明の圧電共振部品は、動吸振現象を利用す
ることにより、エネルギー閉じ込め効率を高めたことに
特徴を有するものである。動吸振現象の詳細は、例え
ば、谷口修著「振動工学」第１１３頁〜第１１６頁（コ
ロナ社発行）に記載されているが、簡単にいえば、振動
が防止されるべき主振動体に、副振動体を連結し、該副
振動体の固有振動数を適当に選ぶことにより、主振動体
の振動が抑制される現象であるということができる。

【００１０】本発明の圧電共振部品では、振動部と圧電
基板の端部との間に上記動吸振現象を利用した動吸振部
が構成されている。この動吸振部は、振動部と動吸振部
との間の圧電基板部分すなわち振動部から漏洩してきた
振動によって振動する部分の振動を、動吸振現象により
抑制するために設けられている。

【００１１】上記のように、動吸振部が圧電基板端部と
振動部との間に設けられているため、振動部から漏洩し
てきた振動は、該動吸振部により抑制されることにな
り、圧電基板端部への振動の伝達を効果的に防止するこ
とができる。

【００１２】

【発明の効果】本発明の圧電共振部品では、振動部と圧
電基板端部との間の少なくとも１つの部分に動吸振部が
設けられており、該動吸振部が動吸振部と振動部との間
の圧電基板部分に漏洩してきた振動を効果的に抑制する
ため、動吸振部と圧電基板端部との間の距離を短くする
ことができる。従って、動吸振部までの部分に振動エネ
ルギーを確実に閉じ込め得るため、圧電基板の長さを短
くしたとしても、共振特性の劣化が生じ難い。よって、
従来のすべり振動モードを利用した圧電共振部品に比べ
てより小型の圧電共振部品を共振特性を劣化させること
なく提供することが可能となる。

【００１３】

【実施例の説明】以下、本発明の実施例を説明すること
により本発明を明らかにする。図１は、本発明の第１の
実施例に係る厚みすべり振動を利用したエネルギー閉じ
込め型圧電共振子を示す斜視図である。

【００１４】圧電共振子１１は平面形状が、細長い矩形
の圧電基板１２を用いて構成されている。圧電基板１２
は、例えば圧電セラミックスなどの圧電材料よりなり、
矢印Ｐ方向すなわち長さ方向に分極処理されている。

【００１５】圧電基板１２の上面には励振電極１３が一
方端面１２ａから中央領域に至るように形成されてい
る。他方、図１の下方に投影して示すように、圧電基板
１２の下面には、励振電極１４が他方端面１２ｂから中
央領域に至るように形成されている。励振電極１３，１
４は、圧電基板１２の長さ方向中央領域において、圧電
基板１２を介して表裏対向するように配置されている。
従って、励振電極１３，１４間に交流電圧を印加するこ
とにより、励振電極１３，１４が対向している圧電基板
部分において厚みすべり振動が励起される。よって、励
振電極１３，１４が対向している圧電基板部分が振動部
を構成している。

【００１６】圧電基板１２の上面においては、幅方向に
延びる溝１５ａ，１５ｂが上記振動部と端面１２ｂとの
間に形成されている。同様に、圧電基板１２の下面にお
いても、幅方向に延びる溝１６ａ，１６ｂが振動電極１
４と端面１２との間の領域に形成されている。

【００１７】本実施例の圧電共振子１１では、上記溝１
５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂが形成されることによ
り、溝１５ａ、１５ｂ間及び溝１６ａ、１６ｂ間に、そ
れぞれ、動吸振部１７，１８が形成されている。動吸振
部１７，１８は、振動部から漏洩してきた振動を受けて
振動し、動吸振現象によりその振動を抑制するものであ
る。従って、好ましくは、動吸振部１７，１８の共振周
波数は、振動部から伝搬してきた振動の共振周波数と等
しいように、上記動吸振部１７，１８の形状が定められ
る。

【００１８】本実施例の圧電共振子１１では、振動部に
おいて閉じ込められなかった分の振動、すなわち振動部
から圧電基板の端面１２ａ，１２ｂ方向に漏洩する振動
が、上記動吸振部１７，１８により十分に減衰される。
従って、動吸振部１７，１８が形成されている領域間に
振動エネルギーが確実に閉じ込められることになる。よ
って、圧電基板１２の長さを短くしたとしても、動吸振
部１７，１８よりも外側の圧電基板部分には振動が殆ど
伝達されないので、共振特性の劣化を生じさせることな
く、圧電基板１２の長さ方向両端近傍を機械的に保持す
ることができる。

【００１９】上記動吸振部１７，１８を設けたことによ
り圧電基板の端部が振動され難いことを、有限要素法を
用いて解析した振動姿態によって説明する。図３（ａ）
及び（ｂ）は、従来の圧電共振子１（図２参照）におけ
る振動姿態を有限要素法に基づいて解析することにより
得られた図である。図３（ａ）に示すように、従来の圧
電共振子１では、振動が圧電基板２の端部まで伝わり、
圧電基板２の端部が大きく変位していることがわかる。
他方、図３（ｂ）に示すように、圧電共振子１において
圧電基板２の長さを厚みに対してかなり長くした場合に
は、圧電基板２の端部近傍における変位はかなり小さく
なる。しかしながら、このように圧電基板を長くする
と、圧電共振子１の寸法が大きくならざるを得ない。

【００２０】これに対して、第１の実施例の圧電共振子
１１では、図４に示すように、動吸振部１７，１８の作
用により、動吸振部１７，１８の外側の圧電基板部分が
殆ど変位しないことがわかる。従って、従来例に比べ
て、長さの短い圧電共振子を、共振特性を劣化させるこ
となく製作することができる。

【００２１】なお、上記動吸振部１７，１８は、従来の
圧電共振子１の製造方法とさほど変わらない工程を経て
形成することができる。例えば、図５に示すように、マ
ザーの圧電基板１２Ａに、両主面にマザーの励振電極１
３Ａ，１４Ａを形成したものを従来法と同様に用意す
る。しかる後、このマザーの圧電基板１２Ａの両主面
に、溝１５Ａ，１５Ｂ及び１６Ａ，１６Ｂを形成すれ
ば、この圧電基板１２Ａを図示の一点鎖線Ａに沿って切
断することにより、図１に示す圧電共振子１１を容易に
得ることができる。すなわち、マザーの圧電基板１２Ａ
に、溝１５Ａ〜１６Ｂを形成する工程が加わるだけであ
る。

【００２２】また、図５では、両主面に励振電極となる
部分にのみマザーの電極１３Ａ，１４Ａが形成されてい
たが、圧電基板１２の両主面の全面に電極を形成した後
に、上記溝１５Ａ〜１６Ｂを形成すれば、励振電極とな
るマザー電極だけでなく、最終的に外部と電気的に接続
するための端子電極を動吸振部１７，１８よりも外側の
圧電基板主面部分に同時に形成することができる。

【００２３】第１の実施例では、動吸振部１７，１８
が、それぞれ、圧電基板１２において、振動部の両側に
形成されていたが、図６（ａ）に示すように、圧電基板
１２の上面側においてのみ動吸振部１７を形成し、下面
側には動吸振部を形成せずともよい。このように、動吸
振部は、振動部の一方側においてのみ形成されていても
よく、この場合であっても、従来の圧電共振子１に比べ
て振動エネルギーをより効果的に閉じ込めることができ
る。しかも、図６（ａ）に示すように、片面側にのみ動
吸振部１７を形成した構造では、圧電基板１２への溝加
工が片面側においてのみ行われればよいため、加工工程
を第１の実施例の圧電共振子の場合に比べて簡略化する
ことができる。

【００２４】また、図６（ｂ）に示すように、圧電基板
１２の上面において、端面１２ａ側に近い位置に、溝１
５ｃ，１５ｄを所定距離を隔てて平行に形成し、それに
よって動吸振部１７Ａをさらに形成してもよい。この場
合には、圧電基板１２の上面側において、前述した動吸
振部１７に加えて、さらに動吸振部１７Ａが形成される
ため、図６（ａ）に示した圧電共振子よりも、より一層
振動エネルギーを振動部に確実に閉じ込めることができ
る。

【００２５】さらに、図６（ｃ）に示すように、圧電基
板１２の上面側及び下面側のいずれにおいても、溝１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ及び溝１６ａ，１６ｂ，１
６ｃ，１６ｄを形成することにより、それぞれ、複数の
動吸振部１７，１７Ａ及び動吸振部１８，１８Ａを形成
してもよい。

【００２６】図６（ｂ）及び（ｃ）から明らかなよう
に、本発明における動吸振部は、励振電極等の電極が形
成されている部分に設けられていてもよい。もっとも、
電極が形成される部分に動吸振部を設けた場合には、図
示のように溝内にも電極膜を確実に形成する必要があ
る。

【００２７】また、図６（ｃ）では、上面側の動吸振部
１７と、下面側の動吸振部１８Ａとが圧電基板１２を介
して表裏対向する位置に形成されていたが、動吸振部１
７，１８Ａは、圧電基板１２の長さ方向において異なる
位置に形成されていてもよい。同様に、動吸振部１７Ａ
と動吸振部１８についても、圧電基板１２の長さ方向に
おいて異なる位置に形成されていてもよい。

【００２８】図７は、本発明の第２の実施例にかかる圧
電共振部品として、厚みすべり振動モードを利用した２
重モード圧電フィルタを示す斜視図である。このエネル
ギー閉じ込め型２重モード圧電フィルタ２１は、細長い
矩形の圧電基板２２を用いて構成されている。圧電基板
２２は、例えば圧電セラミックス等の圧電材料よりな
り、かつ矢印Ｐ方向に分極処理されている。圧電基板２
２の上面には、励振電極２３ａ，２３ｂが所定幅のスリ
ットを介して対向するように形成されている。同様に、
励振電極２４ａ，２４ｂが圧電基板２２の上面におい
て、励振電極２３ａ，２３ｂとは離れた部分において、
かつ間に所定幅のスリットを介して対向するように形成
されている。

【００２９】他方、圧電基板２２の下面には、励振電極
２３ａ，２３ｂと表裏対向するように励振電極２５が、
励振電極２４ａ，２４ｂと表裏対向するように励振電極
２６が形成されている。

【００３０】圧電基板２２の上面側においては、端部に
設けられた端子電極２７ａと、励振電極２３ｂとが接続
導電部により電気的に接続されており、励振電極２４ｂ
と端子電極２７ｂとが接続導電部により電気的に接続さ
れている。また、励振電極２３ｂと励振電極２４ａとが
接続導電部により互いに電気的に接続されており、同様
に、圧電基板２２の下面においては、励振電極２５，２
６が接続導電部により互いに電気的に接続されている。

【００３１】本実施例では、励振電極２３ａ，２３ｂ，
２５が形成されている部分において第１の共振部が、励
振電極２４ａ，２４ｂ，２６が構成されている部分にお
いて第２の共振部が構成され、端子電極２７ａ，２７ｂ
間が入出力端とされ、励振電極２５，２６が基準電位に
接続された３端子型の２重モード圧電フィルタが構成さ
れている。

【００３２】また、本実施例では、圧電基板２２の下面
において、幅方向に延びる溝２８ａ〜２８ｄが形成され
ており、それによって動吸振部２９，３０が、それぞ
れ、第１，第２の共振部と、圧電基板２２の端部との間
に構成されている。

【００３３】動吸振部２９，３０は、共振部から伝搬し
てきた振動を十分に減衰させるようにその大きさが定め
られている。従って、本実施例においても、動吸振部２
９，３０の作用により、圧電基板２２の端部への振動の
漏洩をほぼ確実に防止し得る。よって、第１の実施例と
同様に、圧電基板２２の長さを、共振特性を劣化させる
ことなく、短くすることができる。

【００３４】図８は、本発明の第３の実施例にかかる圧
電共振子を示す斜視図である。圧電共振子３１は、幅す
べり振動モードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電
共振子である。矩形の細長い圧電基板３２は、矢印Ｐ方
向、すなわち長さ方向に分極処理されている。圧電基板
３２の上面には、端面３２ａ，３２ｂから、それぞれ一
方の、側縁に沿うように励振電極３３，３４が形成され
ている。励振電極３３，３４は、圧電基板３２の上面に
おいて中央領域において対向するように形成されてお
り、励振電極３３，３４が対向している領域の圧電基板
部分が振動部を構成している。また、励振電極３３，３
４の外方端、すなわち端面３２ａ，３２ｂに至る部分に
は、比較的広い面積を有する端子電極３５，３６が形成
されている。

【００３５】本実施例においては、励振電極３３，３４
間に交流電圧を印加することにより幅すべり振動モード
の振動エネルギーが振動部に閉じ込められ、該閉じ込め
られた振動エネルギーに基づく共振特性をとり出すこと
ができる。

【００３６】本実施例においても、振動部と圧電基板３
２の端部との間に動吸振部が形成されている。すなわ
ち、圧電基板３２の側面から内側に向かって溝４１ａ〜
４１ｄを図示のように形成することにより、動吸振部４
２，４３が形成されている。動吸振部４２，４３は、振
動部から圧電基板３２の端部に向かって伝達してくる振
動を動吸振現象によって減衰させるために設けられてい
るため、そのような振動を減衰させるのに十分な寸法を
有するように形成されている。

【００３７】第３の実施例においても、動吸振部４２，
４３の作用により、圧電基板３２の端部への振動の伝達
が防止されるため、圧電基板３２の長さを短くしても、
共振特性の劣化が生じ難い。

【００３８】上述してきた実施例では、図６（ｃ）に示
した圧電共振子を除いては、振動部と圧電基板の１の端
面との間に各一個の動吸振部が構成されていたが、動吸
振部は、振動部と圧電基板の１の端面との間に複数形成
されていてもよく、その場合、動吸振部は図６（ｃ）に
示したように圧電基板の上面及び下面にわけて形成され
ていてもよく、あるいは圧電基板の上面または下面に複
数形成されていてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る圧電共振子を示す
斜視図。

【図２】従来のエネルギー閉じ込め型圧電共振子を示す
斜視図。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来の厚みす
べり振動モードを利用した圧電共振子の振動姿態を有限
要素法に解析することにより得られた図。

【図４】第１の実施例の圧電共振子の振動姿態を有限要
素法で解析することにより表した図。

【図５】マザーの圧電基板から第１の実施例の圧電共振
子を製造する工程を説明するための斜視図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、第１の実施例の
圧電共振子の変形例を説明するための各斜視図。

【図７】本発明の第２の実施例としての２重モード圧電
フィルタを示す斜視図。

【図８】本発明の第３の実施例としての幅すべり振動モ
ードを利用した圧電共振子を示す斜視図。

【符号の説明】

１１…圧電共振子 １２…圧電基板 １３，１４…励振電極 １５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ…溝 １７，１８…動吸振部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分極処理された圧電基板と、 前記圧電基板を間に介して対向するように又は圧電基板
   の１の面上において対向するように形成された複数の励
   振電極とを備え、該複数の励振電極の対向している部分
   により構成された少なくとも１つの振動部を有するすべ
   り振動モードを利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振
   部品において、 前記振動部と、圧電基板端部との間の少なくとも１つの
   圧電基板部分に動吸振部が構成されていることを特徴と
   する、圧電共振部品。
2. 【請求項２】 前記動吸振部が、圧電基板に２本の溝を
   加工することにより該溝間に形成された圧電基板部分で
   ある、請求項１に記載の圧電共振部品。