JPS5824216A - セラミツク振動子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、機械振動エネルギを圧電セラ電ツタ振動子の
一部分に集中させ九エネルギ閉込め形Ｏセラ電ツタ振動
子に関する４のであ為。

圧電磁器材料を用いた七ツ電ツタ振動子嬬、小形、無調
整、コイル不要等の多くの利点があ〕、無線通信装置等
の中間周ｔＩＬフィルタ等に多く使用畜れている。更に
最近の圧電磁器材料の高性能化と共に、　　ＩＣ、Ｌ８
Ｉ回路との整合性の良い点とによ〉、今後益々その用途
が拡大される傾向にある。

従来〇七う電ツク振動子は、円板の広り・振動等の輪Ｓ
振動を利用したものと、板の厚み縦振動又は厚みすべｈ
ａ動を用いて振動エネルギを一部分に集中させ九エネル
ギ閉込め形とがある。

円板の広〕振動等の輪郭振動を利用した振動子は、その
共振周波数が輪郭寸法、円板の場合はその直＠に反比例
するので、周波数が高くなるに従って振動子寸法が小さ
くなシ、製造が困難となる為、実用化周液数帯は数百Ｋ
Ｈｚ以下である。更に輪郭振動の振動子線、全体が振動
し、振動変位が零となる点は節点であって、円板のムシ
振動では円板の中心が節点となる。この為、節点に於い
て振動子を支持することになる。この節点に於ける支持
を強ｌ！ｌｌＩｃすると、振動エネルギが支持体を介し
て外部に漏れるので、通常は比較的歌い支持構造が採用
される。この結果、外部振動等に対する信頼度が低下す
る原因となっている。

第１図（＆）は前述の円板Ｏムク振動を利用し大振動子
の斜視図であ〕、圧電磁器板１０両面に蒸着等によ）金
属薄膜電極３が形成されている。この振動子紘同図−）
　、　（ａ）に示すように支持されるもので、同図伽）
で紘絶縁基ｆＥに固定し丸金属の支持柱４に一端ｔｌｉ
ｉ１着し九麟纏１０他端を、圧電磁器板１の両ｗｉＯ金
属薄膜３の中心部分に導電性接着剤等で固定する。又同
ｍｌ　（ａ）では、絶縁基板に固定した金属の支持Ａｓ
を弾性材料で構成し、支持具Ｓの先端部分で圧電磁器板
１０両面の金属薄膜電極８の中心部分と接続して、振動
子を保持する。

一方圧電磁器板の厚み縦振動又は厚みすべｂ＊動を利用
し大振動子は、その共振周波数が板厚に反比例し、又振
動エネルギが板の中央部に閉込められるので、圧電磁器
板の外周部を強固に保持できることに１ｋ）、外ｓｍ＊
畳に対して信頼度を高くすることができる。しかし、振
動エネルギの閉ｉｂ＊＊ｔｉ＜ｔＡｎＫ、　ａｍ“ａｌ
ｌ＋＊−ｔｔｃｔｌｌ　　。

厚の（支）倍以上に選定し′ｃｖ＆る。

例えば周波数１０　ＭＨ，の振動子は、板厚が約０．１
３閣で直径は約１ｍｍとなるが、周波数が１〜ｌ己２で
は、板厚が０．７〜１．３１ｒＭｎｓ直径が加〜３０ｍ
ｎとなｐ１セラ建ツク振動子の特徴の一つである小形化
が実現できないことになる。この為、輪郭振動のセラζ
ツク振動子は、数ＭＨｚ以上の４のが実用化されている
に過ぎない。

第５Ｉｌｌは前述の厚み縦振動を利用したセラ（ツタ振
動子の一例の斜視図であり、圧電磁器板７０両面に蒸着
等により金属薄膜電極６を形成し、圧電磁器板１０周縁
部を金属の保持具９で保持すると共に、金属薄膜電極８
と接続したものであって、金属薄膜電極＄の対向部分に
振動エネルギの大半が閉込められる。

前述の如く、従来実用化されているセラミックｌ１ｌＷ
ｋ子では、数百ＫＨｚ〜数ｍｚ帯では、振動子寸法が小
さくな如過ぎて製造が困難となるか、又は大暑＜ｔｈｊ
Ｉｔてり、８Ｉ回路等との整合がとれなかったシする欠
点があった。又輪郭振動量−ドのセラζツク振動子で線
、支持の信頼度が低ｉ等の理由から高周波帯用としての
実用化がな゛され−ていなかった。

本発−は、数百ＫＨｚ〜数ＭＨ，＠Ｃ）周波数で動作す
ることができると共に、製造が容品で高信頼性のエネル
ギ閉込め形のセラ電ツク振動子を提供することを目的と
するものである。以下実施例にクーで詳細に説明する。

第３図及び第４図は本発明の一実施例の斜視図及び上面
図であり、圧電磁器板１０拡厚さｔ、長さ１、＠Ｗで、
中央部分はそＯ両側の龜よシ狭ｉ嘱Ｗ′となるように凹
部が形成されている。又１１ａ〜ｌｉｄは蒸着等によ〕
形成した金属薄膜の電極、１ｈ。

１２ｂは端子、ｉｌａ　ｍ　Ｚｌｂは金！薄膜を除去し
九分離帯、１４ｄ分棧方向を示す矢印である。圧電磁器
板ｍｏ狭＠ｅａ電極１１ｂ　、　ｌｉｅ　０−１１Ｋ　
Ｘ　り挾まれてお〕、端子１８番、１１ｂＫ電圧を加え
るととによ如、電極１１ｍ　、　１１＠間及び電極１１
ｂ　、　ｘｘｄｆｌｌｌＨ等電位となるが、電極１１ｂ
　、　ｌｉｅ、間Ｏ狭幅１１Ｋ紘電界、が加見られるこ
とＫする。

、セラ電ツク振動子に用いる圧電−器材料は、ボアンン
比が１／８以下となるのが普通であル、この為厚み縦振
動等は、周波数上昇形のエネルギ閉込め形振動子となる
ことが知られている。セラ電ツク振動子の幅方向の縦振
動の共振周波ａｆｏと振動子寸法との関係は次式で表わ
される。

但し、Ｗｏは振動子の幅（ｍ）、ｖは縦伝播速度（ｍ／
ｓ　）である。

本発明に於いては、中央部分の幅Ｗ′が両端部分０＠Ｗ
よυ小さいので、（１）式からも判るように、中央部分
の幅方向縦振動の共振周波数ｆ１は両端部分の幅方向縦
振動の共振周波数ｆ２よりも大きくなる。又、両端部分
に於いては対向する電極１１＆。

１１１ａ及びｌｌｂ　、　ｌｉｄが短絡されているから
、圧電反作用によって弾性定数が小さくなシ、それによ
って縦伝播速度マは小さくなるから、両端部分の共振周
波数ｆ２は更に低下する。従って端子１２ｍ　。

１１ｂに交流電圧を印加すると、中実部分の狭幅部に交
流電界が加わシ、圧電横効果によ９幅方向の縦振動が発
生し、この縦振動は周波数上昇形であシ、狭幅部で励起
された振動に対して両端部分の共振周波数が低いので、
伝播定数が虚数とな〕、両端部分に伝播し大振動は減衰
する。この結果、印加交流電界によって励起され九損動
エネルギは中央部分の狭幅部に集中することにな〉、所
■エネルギ閉込め形の振動子となる。

前述の如く振動エネルギが中央部分の狭幅Ｗに集中する
ので両端部分の端部の振動賓位が零とな如、この端部に
より振動子を強固に保持することが可能となるから、外
部振動等に対する信頼度を向上させることができる。

＾体例としては、周波数雪ＭＨＨの場合、ｔ−０，１〜
ｏ、Ｂ−ｒｍｍ　Ｊ　＝ｘ　７〜１３ｍｍ　＊　Ｗ＞　
１　ｒｍ　＊　ＶＩ’＝Ｏ，’？ｍｒｎとな９、このよ
うな振動子寸法であれば製造も容易であ）、又所望の共
振周波数を得る為の狭幅部の幅Ｗ′は、研削尋により凹
部を形成することによって容易に所望の値とすることが
できるので、数百ＫＨ，〜数ＭＨｚの振動子を容易に製
造することができる。又複数の圧電磁器＄１０を同時に
加工することも容易であるから製造コストの低減も可能
となる。

ｇｉｗＡａ本発明の一実施例の組立て九構成の斜視図で
あ）１第３図及び第４図と同一符号は同一部分を示し、
１５は絶縁基板、１６ａ　＋　１４１ｂは導電性接着剤
、ｉ７ａ　ｅ　１７ｂは金属の支持体である。この支持
体ｉ７ａ　＊　ｉ７ｂは絶縁基板１５に固定され、先端
部分がＵ字状に彎曲されて導電性接着剤ｔ＠ａ、ｘｓｂ
によ）圧電磁器板１０を保持すると共に電極１１１〜ｌ
ｉｄとの接続が行なわれ、籐４図の端子１２ｍ、１！ｂ
となるものである。即ち、振動子の両端拡振動変位が零
となることにより、強固な保持が可能とな〕、Ｕ字状の
彎曲部によ〕対向電極間の短絡が行なわれるものである
。なお支持構造は第５図に示す実施例のみでなく、他の
支持構造を採用し得ることは勿論である。

第６ｗＡは本発明の他の実施例の斜視図であシ、第５図
と同一符号は同一部分を示し、１１１ｍ　、　１８ｂは
ダンピング材である。前述の実施例に於いて説明したよ
うに、狭幅部に印加される交流電界によ部幅方向の縦振
動が励起される。この場合、圧電磁器板１Ｇは圧電横効
果によ）長さ方向にも伸縮する可動が生じ、この振動線
両端部の条件等によって幅屈曲振動を励起することにな
）、主振動の幅方向のｔｅａ動共振周波数近傍にスプリ
アスが発生する。

第７図は周波数応答特性を示すもので、ム、１杜前述の
屈曲振動によるスプリアスを示すものである。このよう
なスプリアスを抑、圧する九めにダンピング材１１ｍ　
、　１８ｂを設ける亀のであ）、主振動の幅方向縦振動
に影響を与えることなく、屈曲振動を抑圧することがで
自る０ 第８図線ダンピング材１８ｉ　、　１ｌｌｂを設は九実
施例の周波数応答特性を示し、菖１図Ｋｍけゐスプリア
スム、ｌは全く現われないものとなり九。

ダンピング材１８ａ　、　１ｌｌ）は、音響損失の大き
い材料、例えばエポキシ系の樹脂を用いることができる
。又圧電磁器板１００両端ｌｌＯ上ｌｉＯみでなく、下
部にもダンピング材を設けることができ、上下部にダン
ピング材を設ければ屈曲振動Ｏ抑圧効果は一層大自くな
ゐ。

第９図は本発明の更に他の実施例の斜視図で、加拡圧電
磁器板、２１ｍ　、　２１ｂは電極、２３＆は分離帯、
ｕＢ分極方向を示す矢印、部は絶縁基板、２６ａ。

ｇ＠ｂ　ａ導電性接着剤、２７ａ　＋　２７ｂは金属の
支持体である。圧電磁器板加は上下に凹部ａ　ｒ　ｂが
形成されて中央部分が狭幅部となっている。又電極２１
＆。

雪１ｂは前述の実施例の電極１１ａ　、　ｌｌｂに対応
し、゛電極ｉ１ａ　＠　ｉｉｄに対応する電極が反対側
の側面に設けられているものである。凹＠　ａ　ｅ　ｂ
を形成し九ことによ）１長さ方向の伸縮による振動は、
圧電磁器板加が対称構造である為、純粋な伸縮振動とな
って屈曲振動が生じないものとなる。この結果、主振動
の幅方向縦振動周波数の近傍に屈曲振動に起因するスプ
リアス応答がなくな９、周波数応答特性は第８図に示す
特性とほぼ同じものとなる。なお第一１１に示す実施例
のように、ダンピング材を設けて、凹ｗＡａ＊ｂｏ誤差
等に基〈残留屈曲振動成分を抑圧するようにすることも
できる。

以上説明したように、本発明は、厚さ方向に全体が分極
され、長さ方向の中央部分の幅Ｗ′を両端部分の幅Ｗよ
如小さくシ九狭幅部を有する圧電磁器板ｉｏ　、　２０
と、圧電磁器板の一方の側面と他方の側面とにそれぞれ
蒸着等によ〕形成し丸金属薄膜を、長さ方向の異なる位
置で狭Ｓｇを挾むように分離帯１１ｍ　、　１：ｌｂに
よ）分離し九電極１１ａ　〜ｌｉｄと、長さ方向の両端
部で対向する電極１１ａ　、　ｌｌａ及びｌｌｂ　、　
ｌｉｄを相互に接続した端子１１ａ　、　ｌｌｂとを備
え九もので、端子１１ａ　、　ｌｌｂに交流電圧を印加
することによ）狭５ｉｔａには交流電界が加えられて幅
方向の縦振動が生じ、その両側部分では狭幅部で生じ九
縦振動が伝播しても減衰させる作用を行なうことにな如
、両端部を強１ｍ１Ｋ保持することかで龜、支持体を端
子１１ａ　、　ｌｌｂとすることができる。

共振周波数は狭幅部０　＠　Ｗ’で定壕ることになシ、
数百ＫＨｚ〜数ＭＨ，帯用でも調造害鳥な寸法となると
共に、振動子の支持を強固にすることが可能であるから
、廉価且つ高信頼度０−ＩＥ９（ツク振動子を提供する
ことができることになる。　　　　　　　１又、圧電磁
器板の端ＳＯ件等によｊｌＪｌ自振動自由動る場合嬬１
ダンピング材１８ｍ　、　１８ｂを設けることによｐ屈
曲振動を抑圧し、主振動の幅方向のＩａｌｌｌＩＩＩ周
波数近傍に生じるスプリアスを抑圧することがで龜る◎
従って圧電磁器板の寸法比の選定中支持手段の選定によ
る制約が緩和されることになる。

又前述の屈曲振動は、圧電磁器板の長手方向の中央部分
の上部と下部とに凹部を対称的に形成して狭幅部とする
ことによシ抑圧することができるものであル、対称構造
によシ純粋な伸縮振動となって屈曲振動は生じないもの
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（＆）〜（ｅ）は従来の円板の広り振動を利用し
え振動子の斜視図及び保持手段を示す側面図、嬉３図は
従来の厚み縦振動を利用した振動子の斜視図、嬉１図は
本発明の一実施例の斜視図、鮪４図は上面図、第Ｓ図、
第６図及び第９図は本発明のそれぞれ異なる実施例の斜
視図、第７図及び第８図線周波数応答特性曲線図である
。 １０　、２０は圧電磁器板、１ｌａ−１ｉｄ　、２１ａ
　、ｊｌｌｂ　ｔｉ電極、１２　ａ　＊　１２　ｂは端
子、１３ａ　＋　ｕｌｂ　５２３ｍは分離帯、１４．２
４は分極方向を示す矢印、１５．＆＄は絶縁基板、ｌｅ
ａ。 １６　ｂ　＝　Ｗ　ａ　＊　２４　ｂは導電性接着剤、
１７ｔ　ｅ１７ｂ　５２７ｍ　。 ２７ｂは支持体、１８ｍ　、１ｓｂはダンピング材であ
る。 特許出願人　富士通株式会社 代理人弁理士　玉　蟲　　久五部　（外３名）第７図 周波数 第８図 周波数

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、厚畜方肉に全体が分極され、長さ方向の中央部分の
   幅を両１ｍ１１部分の幅よシ小さくした狭幅部を有する
   圧電磁器板、該圧電磁器板の一方の側面と他方Ｏ側面と
   にそれぞれ形成した金属薄膜を、長さ方向のそれぞれ異
   なる位置で前記狭幅部を挾むように分離帯で分離した電
   極、前記圧電磁器板の最さ方向の両端ｌＩＫ於ける対向
   電極を相互に接続し九端子とを備えたことを特徴とする
   セラ電ツタ振動子。 １　厚さ方向に全体が分極され、長名方向の中央部分の
   幅を両端部分の幅よシ小さくし九狭幅部を有する圧電磁
   器板、該圧電磁器板の一方の側面と他方の側面とにそれ
   ぞれ形成し九会−属薄属を、長さ方向のそれぞれ異なる
   位置で前記狭幅部を挾むように分離帯で分離した電極、
   前記圧電磁器板ｏｉｓ畜方肉方向端１１Ｋｍける対向電
   極を相互ＩＣｌ３続した端子、前記圧電磁器板の長さ方
   向の両端部の少なくとも上部に設けてスプリアスを抑圧
   するダンピング材とを偏見えことを特徴とするセラ電ツ
   ク振動子。 ３、厚さ方向に全体が分極され、長さ方向の中央部分の
   幅を両端部分ＯＩＩよ〕小さ（するように上部と下部と
   の凹ｌＩによ）狭＠部を形成した圧電磁器板、該圧電磁
   器板の周方Ｏ＠面と他方の側面とにそれぞれ形成し九金
   属薄膜を、長さ方向Ｏそれぞれ異１ｋｈ位置で前記狭Ｉ
   ａｌｌを挾むように分離帯で分離し大電極、前記圧電磁
   Ｓ＊の最さ方向の両端部に於ける対向電極を相互に接続
   した端子とを備え九ことを特徴とするセラ電ツク振動子
   。