JPH0637577A - 圧電共振子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来エネルギー閉じ込め型圧電共振子として
構成することができなかった振動モードを利用した広帯
域のエネルギー閉じ込め型圧電共振子を得る。 【構成】 圧電共振ユニット１ａに、振動伝達部１ｂを
介して共振部１ｃが連結されており、該共振部１ｃが、
振動伝達部１ｂを介して伝播してきた振動により屈曲振
動モードで共振するように構成されている、圧電共振
子。

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、特
に、圧電共振部分の振動エネルギーが圧電共振子内にお
いて閉じ込められるように構成された圧電共振子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ｋＨｚ帯の圧電共振子として
は、角板状の圧電板の拡がり振動モードを利用した共振
子、棒状の圧電体の長さ方向に伸縮する長さモードの振
動を利用した共振子、あるいは圧電音叉型共振子等が用
いられている。ところで、圧電共振子は、共振部分が電
圧を印加されることにより振動するものであるため、該
圧電共振子を実際の部品として構成する際には、共振を
妨げないように圧電共振子を支持する必要がある。もっ
とも、エネルギー閉じ込め型の圧電共振子では、共振部
分の振動エネルギーが閉じ込められるため、該共振部分
以外の領域で機械的に保持することが可能である。従っ
て、製品への応用を考えた場合、エネルギー閉じ込め型
の圧電共振子の方が利用しやすいため、ｋＨｚ帯の圧電
共振子においてもエネルギー閉じ込め型の共振子が求め
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
なｋＨｚ帯圧電共振子として公知の拡がり振動モードを
利用した共振子や長さ振動モードを利用した共振子で
は、振動エネルギーを閉じ込めることが不可能であっ
た。従って、図２（ａ）で示すように、長さ振動モード
を利用した圧電共振子９１では、振動のノード点をばね
端子９２，９３で挟むことにより圧電共振子９１を保持
する構造が採用されていた。同様に、拡がり振動モード
を利用した角板状の圧電共振子においても、エネルギー
閉じ込めが不可能であったため、共振子のノード点を、
ばね端子で挟んで保持する構造が採用されていた。従っ
て、ｋＨｚ帯の拡がり振動モードや長さ振動モードを利
用した圧電共振子では、部品の構造が複雑化し、面実装
可能な小型のチップ型部品として構成することが非常に
困難であった。

【０００４】他方、図２（ｂ）に示すように、厚み方向
に分極処理された圧電板９４にスリット９４ａ〜９４ｃ
を形成し、中央のスリット９４ｂの周囲において両主面
に振動電極９５ａ（裏面側は図示されず）を形成してな
る圧電音叉型共振子９６では、振動部分にエネルギーが
閉じ込められる。従って、例えば圧電板９４の端縁９４
ｄ，９４ｅ近傍において保持しても、特性が変動しない
ため、面実装可能なチップ部品として構成することがで
きる。

【０００５】しかしながら、圧電音叉型共振子９６では
エネルギーの閉じ込めこそ可能であるが、そのモード上
の制約により、帯域幅は共振周波数の約２％程度しか確
保できなかった。他方、市場では、ｋＨｚ帯において
も、広帯域の圧電共振子が強く求められており、圧電音
叉型共振子９６では、このような要求に応えることがで
きなかった。本発明の目的は、ｋＨｚ帯において利用す
ることができ、より広帯域の特性を得ることができるエ
ネルギー閉じ込め型の圧電共振子を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電共振ユニ
ットと、一端が前記圧電共振ユニットに連結された振動
伝達部と、前記振動伝達部に連結されており、かつ圧電
共振ユニットの振動を受けて屈曲振動モードで共振する
ように構成された共振部とを備えることを特徴とする、
圧電共振子である。

【０００７】

【作用】本発明の圧電共振子では、圧電共振ユニットに
おける振動が振動伝達部を経由して共振部に伝達され
る。そして、共振部は、振動伝達部を経由して伝播して
きた振動により屈曲振動モードで共振するように構成さ
れている。従って、後述の実施例から明らかなように、
振動伝達部における変位ベクトルが、共振部における変
位ベクトルと打ち消し合うためか、伝播してきた振動が
共振部外にはほとんど伝達されず、あたかも共振部まで
の部分に振動エネルギーが閉じ込められたような状態で
動作する。

【０００８】よって、圧電共振ユニットとして、長さ振
動モードを利用した圧電共振ユニットや角板の拡がり振
動モードを利用した圧電共振ユニット等の適宜の構造を
採用することにより、ｋＨｚ帯で使用し得る、しかも広
帯域のエネルギー閉じ込め型圧電共振子を実現すること
ができる。

【０００９】

【実施例の説明】図１は、本発明の圧電共振子の概略的
に示すブロック図である。本発明の圧電共振子では、圧
電共振ユニット１ａに振動伝達部１ｂが連結されてお
り、振動伝達部１ｂに共振部１ｃが連結されている。圧
電共振ユニット１ａは、後述の実施例から明らかなよう
に、長さ振動モード、輪郭すべり振動モード、拡がり振
動モード等の適宜の振動モードで励振され得るように構
成されている。また、振動伝達部１ｂは、圧電共振ユニ
ット１ａから伝播してくる振動を共振部１ｃに伝達する
ために設けられている。従って、振動伝達部１ｂの構造
自体は圧電共振ユニット１ａを支持し、かつ共振部１ｃ
に振動を伝達し得るものであれば、特に限定されない。

【００１０】また、共振部１ｃは、振動伝達部１ｂを経
由して伝播してきた振動を受けて屈曲振動モードで共振
するように構成されており、後述の実験例及び実施例で
示すように、共振により、伝播してきた振動を打ち消す
ように作用する。本発明のエネルギー閉じ込め型の圧電
共振子では、伝播してきた振動が上記共振部１ｃによ
り、打ち消され、それによって振動の装置外への漏洩が
防止もしくは抑制される。このような共振部による振動
の漏洩もしくは抑制は、本願発明者らの実験により偶然
見出されたものである。以下、図３〜図５を参照して、
より具体的に説明する。

【００１１】図３は、本発明の原理を明らかにするため
の実験装置を示す正面断面図である。図３を参照して、
振動試験機３の上面に支持ロッド４が立設されている。
支持ロッド４の中間高さ位置に屈曲モードで振動し得る
鋼鉄棒５が固定されている。鋼鉄棒５は、長さ１８０ｍ
ｍ×幅１２ｍｍ×厚み１５ｍｍの鋼鉄からなる棒状の部
材であり、その重量は２４０ｇ、屈曲時の共振周波数は
約１ｋＨｚである。他方、上記支持ロッド４は、直径８
ｍｍの鋼鉄からなる円柱状の部材であり、上記鋼鉄棒５
の中央に設けられた貫通孔に挿入されており、かつ鋼鉄
棒５と支持ロッド４とは図示の状態で固定されている。
従って、上記振動試験機３が本発明における圧電共振ユ
ニットに、鋼鉄棒５が共振部に、支持ロッド４の鋼鉄棒
５より下方部分が振動伝達部に相当する。

【００１２】振動試験機３を図示の矢印で示すように上
下方向に周波数１ｋＨｚで振動させたところ、支持ロッ
ド４の上端４ａの変位量は、図４に示す通りであった。
図４において、変位量ΔＢは約２．６μｍであった。比
較のために、上記鋼鉄棒５を設けないで支持ロッド４を
振動試験機３に立設し、同様に振動試験機３を振動させ
たところ、支持ロッド４の上端４ａの変位量は、図５に
示す通りであり、図中の変位量ΔＡは、約２２．６μｍ
であった。図４及び図５の比較から明らかなように、振
動試験機３から支持ロッド４を経て伝達されてきた振動
が鋼鉄棒５を設けたことにより、該鋼鉄棒５の部分で十
分に減衰されていることがわかる。

【００１３】なお、本願発明者らは、鋼鉄棒５の質量に
より振動がダンピングされたのではないかとも考え、与
える振動の周波数を変更し、鋼鉄棒５を共振させないよ
うにして実験したところ、支持ロッド４の上端４ａにお
ける変位量は、図４に示したようには抑制されないこと
が確かめられた。すなわち、このことからも明らかなよ
うに、単に鋼鉄棒５の重量により、伝播してきた振動を
ダンピングしているものではなく、上記のように伝播し
てきた振動が鋼鉄棒５で打ち消されているものと考えら
れる。

【００１４】上記のように、振動源である振動試験機３
に対して、該振動試験機３の振動を受けるように配置さ
れた支持ロッド４を介して鋼鉄棒５すなわち共振子が連
結されているので、共振子において、伝播してきた振動
が打ち消される。すなわち、本発明の圧電共振子では、
伝播してきた振動が上記共振部が屈曲振動モードで共振
することにより打ち消されるため、圧電共振ユニットの
振動エネルギーを装置内に閉じ込めることができる。次
に、上記共振部の作用を、より具体的な実施例に基づい
て説明し、それによって本発明を明らかにする。

【００１５】長さ振動モードを利用した実施例の圧電共
振子 図６（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例にかかる
圧電共振子を示す平面図及び圧電基板を透かして下面の
電極形状を示した平面図である。圧電共振子２１は、中
央に配置された圧電共振ユニット２２を有する。圧電共
振ユニット２２は、厚み方向に一様に分極処理された平
面形状が細長い矩形の圧電セラミック基板の両主面に電
極２２ａ，２２ｂを形成した構造を有する。電極２２
ａ，２２ｂから交流電圧を印加することにより、圧電共
振ユニット２２は長さ振動モードで伸縮振動するように
構成されている。

【００１６】圧電共振ユニット２２の長さ方向中央部に
おいては、一方側に振動伝達部２３が連結されている。
振動伝達部２３は、圧電共振ユニット２２の伸縮振動に
伴う振動を後述の共振部２４に伝達するために設けられ
ている。また、振動伝達部２３が圧電共振ユニット２２
の長さ方向中央部に連結されているのは、圧電共振ユニ
ット２２の振動をできるだけ妨げないためである。

【００１７】振動伝達部２３の他端には、屈曲モードで
共振するように構成された共振部２４が連結されてい
る。また、共振部２４には、連結バー２５を介して比較
的大きな面積を有する保持部２６が連結されている。保
持部２６は、圧電共振子２１をケース基板等の他の部材
に機械的に保持するのに好適なように、図示のような比
較的大きな面積を有するように構成されている。また、
電極２２ａは、接続導電部２７ａにより保持部２６の上
面に形成された端子電極２８ａに電気的に接続されてい
る。

【００１８】振動伝達部２３が連結されている側とは反
対側においても、圧電共振ユニット２２に振動伝達部２
９、共振部３０、連結バー３１及び保持部３２が連結さ
れており、上記振動伝達部２３側と同様に構成されてい
る。もっとも、図６（ｂ）に示すように、電極２２ｂに
電気的に接続される接続導電部２７ｂ及び端子電極２８
ｂは、それぞれ、振動伝達部２９、共振部３０、連結バ
ー３１及び保持部３２の下面側に形成されている。

【００１９】本実施例の圧電共振子２１では、端子電極
２８ａ，２８ｂ間に交流電圧を印加することにより、上
記圧電共振ユニット２２が長さ振動モードにより伸縮振
動する。その結果、上記振動が、振動伝達部２３，２９
を経て共振部２４，３０に伝達される。そして、図７及
び図８を参照して説明するように、振動伝達部における
変位ベクトルと、共振部における変位ベクトルとが打ち
消し合うためか、連結バー２５，３１側には振動はほと
んど漏洩しない。従って、共振部２４，３０までの部分
において振動エネルギーが閉じ込められることになるた
め、保持部２６，３２を利用して外部に機械的に固定し
た場合、長さ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２１を実現することができる。

【００２０】なお、好ましくは、上記共振部２４，３０
の共振周波数は、圧電共振ユニット２２の共振周波数と
等しくされる。これは、共振周波数を圧電共振ユニット
２２の共振周波数と一致させることにより、上記変位ベ
クトルの打ち消し合いがより効果的に行われるからであ
る。上記のように、共振部２４，３０を圧電共振ユニッ
ト２２に振動伝達部２３，２９を介して連結したことに
より、圧電共振ユニットの共振に基づくエネルギーを閉
じ込め得ることは、本願発明者らの実験により偶然見出
されたものであるが、このように共振部２４，３０によ
り伝播されてきた振動を閉じ込め得るのは、以下の機構
によるものと考えられる。

【００２１】上記のように伝播されてきた振動閉じ込め
得る機構としては、以下の図７及び図８を参照して説明
する２通りの機構が考えられる。すなわち、図６（ａ）
から明らかなように、例えば振動伝達部２３の外側に共
振部２４が連結されているが、この共振部２４は、振動
伝達部２３を延長した部分の両側に片持ちばりで一対の
共振部を連結した構造、あるいは振動伝達部２３と連結
バー２５との間に１個の共振部２４を介在させた構造と
考えられる。図７は、前者の構造を前提とした共振部の
作用を説明するための模式的拡大平面図であり、図８
は、後者の構造を前提とした共振部の作用を説明するた
めの模式的拡大平面図である。

【００２２】まず、一対の共振部が振動伝達部を延長し
た部分の両側に構成されていると考え、図７を参照して
共振部の作用を説明する。いま、上記圧電共振ユニット
に連結された振動伝達部２３ａが存在するとする。この
場合、圧電共振ユニットが伸縮振動すると、伝播してき
た振動によって、振動伝達部２３ａは、参照番号２３ｂ
で示す状態と、参照番号２３ｃで示す状態とを繰り返す
ように変形する。ところで、この振動伝達部に上記共振
部２４ａ，２４ｂが連結されているとすると、図７に示
すように共振部２４ａ，２４ｂが、上記振動伝達部２３
ｂ，２３ｃの変形に伴って図示のように傾き、共振す
る。その結果、傾いた各共振部２４ａ，２４ｂにおける
変位ベクトルは図示の矢印Ａで示す向きになる。

【００２３】他方、振動伝達部２３ｂにおける図示のＸ
軸方向の変位ベクトルは矢印Ｂで示すとおりである。従
って、いずれの状態においても、共振部２４におけるＸ
軸方向に沿う変位ベクトルと、振動伝達部におけるＸ軸
方向に沿う変位ベクトルとが打ち消し合う方向となって
釣り合っている。よって、上記共振部２４ａ，２４ｂの
共振に伴って、振動伝達部を伝播してきた振動が打ち消
されることにより、共振部２４ａ，２４ｂまでの部分に
振動エネルギーが閉じ込められることになると考えられ
る。

【００２４】他方、振動伝達部の他端に１個の共振部２
４の中央部が連結されており、従って共振部２４が中心
で支持されていると考えた場合の機構を図８を参照して
説明する。いま、上記圧電共振ユニットに連結された振
動伝達部２３ａが存在するとする。この場合、圧電共振
ユニットが伸縮振動すると、伝播してきた振動によっ
て、振動伝達部は、参照番号２３ｂで示す状態と、参照
番号２３ｃで示す状態とを繰り返すように変形する。

【００２５】そして、この振動伝達部の他端に共振部２
４が中心で連結されている場合、図８に示すように、共
振部２４が、上記振動伝達部の変形に伴って図示のよう
に屈曲振動する。その結果、共振部２４内における変位
ベクトルは、図示の通りとなる。すなわち、図７に示し
た場合と同様に、振動伝達部２３ｂ，２３ｃを延長した
部分における変位ベクトルＢと、共振部２４の残りの部
分における変位ベクトルＡとが、Ｘ軸方向において打ち
消し合うように釣り合う。よって、共振部２４の共振に
伴って、振動伝達部を伝播してきた振動が打ち消される
ことにより、共振部２４までの部分に振動エネルギーが
閉じ込められることになると考えられる。

【００２６】なお、上記２種類の振動エネルギー閉じ込
め機構は、推測に基づくものであるが、いずれにして
も、図６に示したように振動伝達部２３に共振部２４を
連結することにより、振動伝達部２３を伝播してきた振
動が共振部２４において打ち消され、それによって振動
エネルギーの閉じ込めが果たされる。上記共振部２４の
作用を、具体的な実験結果に基づき説明する。図９は、
比較のために用意した構造であり、長さ振動モードで振
動し得るように構成された圧電共振ユニット３５の一方
側面中央部に、圧電共振ユニット３５と直交する方向に
伸びるバー３６が連結されている。なお、他方側面中央
部にも同様にバー３６が連結されている。

【００２７】他方、図１０は、図９に示した構造におい
て、共振部３７を設けた構造を有する。すなわち、図１
０の構造では、圧電共振ユニット３５に振動伝達部３８
を介して共振部３７を連結し、共振部３７の振動伝達部
３８が連結されている側とは反対側の面にバー３９を連
結した構造を有する。言い換えれば、上記振動伝達部３
８及びバー３９からなる部分の途中に、上記共振部３７
を形成した構造に相当する。なお、図１０の構造では、
圧電共振ユニット３５の他方側面にも上記と同様の構造
が連結されている。

【００２８】図９に示した圧電共振子において長さ振動
モードで圧電共振ユニット３５を振動させた場合、その
変位分布は図１１（ａ）に示す通りとなり、バーの延び
る方向すなわちＸ軸方向における各部分におけるＸ軸方
向の変位量Ｖ_x の絶対値は、図１１（ｂ）に示す通りと
なる。他方、図１０に示した圧電共振子において圧電共
振ユニット３５を共振させた場合の振動の変位分布は、
図１２（ａ）に示す通りであった。また、図１２（ａ）
のＸ軸方向に沿う各部分におけるＸ軸方向の変位量の絶
対値Ｖ_x は、図１２（ｂ）に示す通りであった。

【００２９】図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）を比較すれ
ば明らかなように、共振部３７を設けたことにより、共
振部３７より先のバー３９においては伝播してきた振動
による変位量が非常に小さいことがわかる。言い換えれ
ば、共振部３７までの部分において振動エネルギーが効
果的に閉じ込められ得ることがわかる。なお、図６に示
した実施例の圧電共振子２１では、共振部２４，３０の
外側に連結バー２５，３１を介して保持部２６，３２を
連結していたが、これは製品化の際の機械的固定を容易
とするために設けられていたものに過ぎない。すなわ
ち、図１３に示すように、共振部２４，３０の、振動伝
達部２３，２９が連結されている側とは反対側に他の部
分と連結するための連結部４０ａ，４０ｂを形成してお
けば、図６に示した実施例の場合と同様に、共振部２
４，３０までの部分に振動エネルギーが閉じ込められ得
るため、図６に示した実施例と同様にエネルギー閉じ込
め型の圧電共振子として使用することができる。

【００３０】また、図６に示した実施例の圧電共振子２
１では、圧電共振ユニット２２の両側に、それぞれ一個
の共振部２４，３０が配置されていたが、図１４に示す
ように、圧電共振ユニット２２の両側において、それぞ
れ、複数の共振部２４，２４，２４，３０，３０，３０
を配置してもよい。この場合、複数の共振部２４間及び
共振部３０間が、それぞれ、振動伝達部２３ａ，２３
ｂ，３１ａ，３１ｂで連結されていることになる。

【００３１】輪郭すべり振動モードを利用した圧電共振
子についての実施例 図１５は、輪郭すべり振動モードを利用した圧電共振子
についての実施例を示す斜視図である。圧電共振子５１
では、中央に輪郭すべり振動モードを利用した圧電共振
ユニット５２が配置されている。圧電共振ユニット５２
では、角板状の圧電セラミック板が後述の励振用の電極
と平行な分極方向Ｐに沿って、一様に分極処理されてい
る。

【００３２】圧電共振ユニット５２では、図１５に立て
た状態で図示された圧電共振ユニット５２の上面及び下
面に励振用の電極５２ａ，５２ｂが形成されている。電
極５２ａ，５２ｂは、圧電共振ユニット５２の図示され
ている側の主面にも至るように形成されている。電極５
２ａ，５２ｂは、圧電共振ユニット５２を構成している
角板状の圧電セラミック板を介して対向するように配置
されているため、電極５２ａ，５２ｂ間に交流電圧を印
加した場合、図１６に一点鎖線で示す状態と、破線で示
す状態とを繰り返すように振動する。

【００３３】他方、圧電共振ユニット５２の一方の側面
中央部には振動伝達部５３が連結されている。振動伝達
部５３の他端には屈曲振動モードで共振する共振部５４
が連結されており、共振部５４の外側の側面中央部に連
結バー５５が、該連結バー５５の他端に保持部５６が連
結されている。電極５２ａは、上記振動伝達部５３、共
振部５４及び連結バー５５を通過するように形成された
接続導電部５７ａにより、保持部５６の一方面に形成さ
れた端子電極５８ａに電気的に接続されている。

【００３４】同様に、圧電共振ユニット５２の他方側に
おいても、振動伝達部５９、共振部６０、連結バー６１
及び保持部６２が連結されている。そして、保持部６２
の一方面に形成された端子電極５８ｂが、接続導電部５
７ｂにより圧電共振ユニット５２の電極５２ａに電気的
に接続されている。本実施例の圧電共振子５１において
も、圧電共振ユニット５２が輪郭すべり振動モードで振
動された場合、その振動は上記共振部５４，６０までの
部分に閉じ込められる。これを、図１７及び図１８を参
照して説明する。

【００３５】図１７は、振動伝達部５３の延長部分の両
側に一対の共振部が片持ちばりで連結されていると考え
た場合の共振部の作用を説明するための模式図である。
いま、振動伝達部が、初期状態において図１７の５３ａ
で示すような状態とする。そして、圧電共振ユニット５
２の振動に伴って輪郭すべり振動に基づく振動（横波）
が伝播してきた場合、振動伝達部は、図１７に参照番号
５３ｂ及び５３ｃで示す状態を繰り返すように振動す
る。この場合、振動伝達部５３ｂ，５３ｃに共振部５４
ａ，５４ｂが片持ちばりで連結されているとすると、各
共振部５４ａ，５４ｂは、上記振動伝達部５３ｂ，５３
ｃ上において図示の向きに傾く。

【００３６】その結果、傾斜している共振部５４ａ，５
４ｂにおける変位ベクトルの向きは図示の矢印Ａで示す
方向となる。他方、振動伝達部５３ｂ，５３ｃでは、そ
の変位ベクトルは図示の矢印Ｂで示す向きとなる。従っ
て、図１７のいずれの状態においても、共振部５４ａ，
５４ｂにおける変位ベクトルと、振動伝達部の延長分布
における変位ベクトル（矢印Ｂで示す変位ベクトル）と
が、Ｙ軸方向において打ち消し合っている。よって、上
記共振部５４ａ，５４ｂの共振によって、伝播してきた
振動が打ち消されることになる。

【００３７】他方、図１８に示すように振動伝達部５３
ｂ，５３ｃの他端に共振部５４が連結されているとする
と、共振部５４は振動伝達部が参照番号５３ｂで示す状
態と参照番号５３ｃで示す状態との間で変形した場合、
図示のように傾斜する。その結果、共振部５４内におけ
る振動伝達部５３ｂ，５３ｃの延長部分における変位ベ
クトルＢと、振動伝達部の延長部分から側方に突出した
共振部内の部分における変位ベクトルＡとが、Ｙ軸方向
において打ち消し合う方向となっている。従って、伝播
してきた振動が、共振部５４の共振に伴って打ち消され
るため、共振部５４外への振動の漏洩を効果的に防止で
きていると考えられる。

【００３８】上記のように、横波が伝播してきた場合で
あってもＹ軸方向における上記変位ベクトルの釣合いに
より、伝播してきた振動を減衰させるように共振部５４
が共振すると考えられる。次に、上記共振部の作用を具
体的な実験結果につき説明する。図１９（ａ）は、上記
圧電共振ユニット５２の両側に細長いバー６５を連結し
（一方側のみを図示）、圧電共振ユニット５２を輪郭す
べり振動モードで振動させた場合の振動の変位分布を有
限要素法で測定した図である。また、この場合のＸ軸方
向に沿う各部分におけるＹ軸方向における変位量の絶対
値Ｖ_y は、図１９（ｂ）に示す通りであった。すなわ
ち、輪郭すべり振動に基づく振動（横波）は、上記バー
６５に沿って大きな変位量で伝播されていくことがわか
る。

【００３９】他方、図２０（ａ）は、上記実施例の圧電
共振子に相当する構造を有するものである。すなわち、
圧電共振ユニット５２の両側面中央部に振動伝達部６６
を介して共振部６７が連結されており、共振部６７の外
側に細長いバー６８が連結されている。圧電共振ユニッ
ト５２の輪郭すべり振動モードで励振した場合、その振
動の伝播に伴う変位分布を、有限要素法で測定したとこ
ろ、図２０（ａ）に示す通りとなった。また、この場合
のＸ軸方向に沿う各部分におけるＹ軸方向の変位量の絶
対値Ｖ_y は、図２０（ｂ）に示す通りであった。図２０
（ｂ）から明らかなように、共振部６７が設けられてい
る部分より内側の部分においてＹ軸方向の変位量は非常
に大きいが、共振部６７より外側の部分ではＹ軸方向の
変位量が非常に小さいことがわかる。従って、横波を利
用した圧電共振子においても、本発明のように屈曲振動
モードで共振し得る共振部を振動伝達部を介して連結す
ることにより、確実にその振動エネルギーの閉込めを果
たし得ることがわかる。

【００４０】拡がり振動モードを利用した圧電共振子に
ついての実施例 図２１（ａ），（ｂ）は、第３の実施例にかかる圧電共
振子を示す平面図及び圧電板を透かして下方の電極を示
した平面図である。第３の実施例は、角板の拡がり振動
モードを利用した圧電共振子である。圧電共振子８１
は、角板の拡がり振動モードを利用した圧電共振ユニッ
ト８２を有する。圧電共振ユニット８２は、角板状の圧
電セラミック板の両主面の全面に電極８２ａ，８２ｂを
形成した構造を有し、該電極８２ａ，８２ｂに挟まれた
圧電セラミック板部分が厚み方向に一様に分極処理され
ている。

【００４１】第３の実施例は、圧電共振ユニットとし
て、拡がり振動モードを利用した上記圧電共振ユニット
８２を用いたことに特徴を有し、その他の点について
は、第１の実施例の圧電共振子２１と同様に構成されて
いる。従って、図２１に示した圧電共振子８１におい
て、図６に示した第１の実施例の圧電共振子２１と相当
する部分については、相当の参照番号を付することによ
り、その説明は省略する。

【００４２】圧電共振子８１では、端子電極２８ａ，２
８ｂ間に交流電圧を印加することにより、上記圧電共振
ユニット８２が拡がり振動モードで共振する。そして、
本実施例においても、圧電共振ユニット８２の振動が、
振動伝達部２３，２９を介して共振部２４，３０に伝え
られ、共振部２４，３０が屈曲モードで共振する。よっ
て、共振部２４，３０の共振により、伝達されてきた振
動が打ち消され、振動エネルギーが共振部２４，３０ま
での部分に閉じ込められる。

【００４３】なお、図２１に示した圧電共振子８１で
は、圧電共振ユニット８２の両側に上記共振部２４，３
０を振動伝達部２３，２９を介して連結していたが、圧
電共振ユニット８２の図面上、上下方向においても、同
様に振動伝達部を介して屈曲モードで共振し得る共振部
を連結してもよい。以上のように、本発明の圧電共振子
では、圧電共振ユニットとして、種々の振動モードで共
振し得る圧電共振ユニットを用いることができ、かつ共
振部を振動伝達部を介して連結することにより、振動エ
ネルギーを共振部までの部分に確実に閉じ込めることが
できる。よって、従来は振動エネルギーを閉じ込めるこ
とができなかった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を得ることができる。

【００４４】なお、前述してきた実施例では、上記共振
部として、屈曲モードで共振する共振部を図示したが、
他の振動モード、例えばすべり振動等のモードで共振す
る共振部を構成しても、上記実施例と同様に振動エネル
ギーを共振部までの部分に閉じ込めることができる。

【００４５】応用例 図２２は第１の実施例の圧電共振子を具体的な部品とし
て構成した例を示す略図的斜視図である。すなわち、圧
電共振部品８５では、図６に示した圧電共振子２１がリ
ード付きの部品として構成されている。圧電共振子２１
の一方の保持部２６の上面に形成された端子電極２８ａ
にリード端子８６ａが接合されており、他方、保持部３
２の下面に形成された端子電極（図示されず）にリード
端子８６ｂが接合されている。そして、リード端子８６
ａ，８６ｂの先端側の部分を除いた残りの部分が図示の
一点鎖線で示すように外装樹脂８７で被覆されている。
なお、外装樹脂８７内には、上記圧電共振ユニット２２
及び共振部２４，３０等の振動部分の振動を妨げないた
めに、空洞が形成されている。空洞は、圧電共振子２１
の振動する部分にワックスを塗布し、しかる後熱硬化性
の外装樹脂８７を被覆し、熱処理を施すことにより形成
され得る。その他、本発明の圧電共振子は、ケース基板
等に実装し、封止することにより、面実装可能なチップ
型の部品として構成することも可能である。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、圧電共振ユニットに振
動伝達部を介して屈曲振動モードで共振し得る共振部が
連結されているため、振動伝達部を介して伝播してきた
振動が前記共振部における共振に伴って打ち消される。
従って、共振部の外側に連結された部分への振動の漏洩
を効果的に防止することができる。言い換えれば、上記
共振部までの部分に、振動エネルギーが閉じ込められる
ことになる。

【００４７】よって、従来はエネルギー閉じ込め型の圧
電共振子を構成することが不可能と考えられていた振動
モードの圧電共振ユニットを用いて、エネルギー閉じ込
め型の圧電共振子を構成することができる。従って、長
さ振動モードや角板の拡がり振動モードを利用した圧電
共振ユニットを用いて本発明の圧電共振子を構成すれ
ば、ｋＨｚ帯において使用し得るエネルギー閉じ込め型
の圧電共振子であって、かつ広帯域の圧電共振子を提供
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す概略ブロック図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来の長さ振
動モードを利用した圧電共振子及び圧電音叉型共振子を
示す斜視図及び平面図。

【図３】本発明の原理を説明するための試験装置を示す
正面断面図。

【図４】図３に示した試験装置における変位量と時間と
の関係を示す図。

【図５】共振子を設けなかった場合の変位量と時間との
関係を示す図。

【図６】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、第１の実施例の
圧電共振子の平面図及び圧電板を透かして下方の電極形
状を示した模式的平面図。

【図７】第１の実施例における共振部の作用について考
えられる一の機構を説明するための模式図。

【図８】第１の実施例における共振部の作用についての
他の機構を説明するための模式図。

【図９】長さ振動モードを利用した圧電共振ユニットに
バーを連結した構造を示す平面図。

【図１０】長さ振動モードを利用した圧電共振ユニット
に共振部を連結した構造を有する平面図。

【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図９に示し
た構造における変位分布を示す図及びＸ軸方向に沿う各
部分における変位量の絶対値を示す図。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１０に示
した構造における変位分布を示す図及びＸ軸方向に沿う
各部分における変位量の絶対値を示す図。

【図１３】第１の実施例の圧電共振子の変形例を示す平
面図。

【図１４】第１の実施例の圧電共振子部品の他の変形例
を示し、複数の共振部が配置された構造を示す平面図。

【図１５】第２の実施例の圧電共振子を示す斜視図。

【図１６】第２の実施例に用いられる圧電共振ユニット
の変位状態を説明するための模式的平面図。

【図１７】第２の実施例における共振部の作用について
の一の機構を説明するための模式図。

【図１８】第２の実施例における共振部の作用について
の他の機構を説明するための模式図。

【図１９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、輪郭すべり
振動モードを利用した圧電共振ユニットにバーを連結し
た場合の変位分布を示す図及びＸ軸方向に沿う変位量の
絶対値を示す図。

【図２０】輪郭すべり振動モードを利用した圧電共振ユ
ニットに共振部を連結し、かつバーを連結した構造の変
位分布を示す図及びＸ軸方向に沿う各部分における各変
位量の絶対値を示す図。

【図２１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第３の実施
例の圧電共振子の平面図及び圧電板を透かして見た下方
の電極形状を示す平面図。

【図２２】第１の実施例の圧電共振子をリード付き圧電
共振部品として構成した例を示す略図的斜視図。

【符号の説明】

１ａ…圧電共振ユニット １ｂ…振動伝達部 １ｃ…共振部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電共振ユニットと、 一端が前記圧電共振ユニットに連結された振動伝達部
   と、 前記振動伝達部に連結されており、かつ前記圧電共振ユ
   ニットの振動を受けて屈曲振動モードで共振するように
   構成された共振部とを備えることを特徴とする、圧電共
   振子。