JPS63283222A - 圧電部品 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エネルギ閉じ込め型の厚み振動を利用した平
面実装型の圧電部品に関し、特に温度変化による周波数
−インピーダンス特性の変動を回避できるようにした圧
電部品の構造に関する。

〔従来の技術〕

従来から、リードレスタイプのチップ型圧電部品として
、例えば第６図に示す圧電共振子がある。

この圧電共振子３０は、セラミックス型圧！基板３１の
相対向する主面の中央部に該基板３１を挟んで対向する
振動電極を形成してなる圧電素子３２を、エポキシ樹脂
−ガラスあるいはセラミックスからなる一対の外装基板
３３によりサンドウィンチ状に挟んで構成されており、
上記圧電基板３１と外装基板３３との対向面は、上記振
動電極部分と外装基板３３との間に所定の隙間をあけて
接着１ｔ３４により貼り合わせて密封されている。また
上記圧電共振子３０の両短辺の側面には導電性の外部電
極３５．３６が被着されている。

上記圧電共振子３０は、例えばＦＭ復調回路の移相回路
に他の回路部品と組み合わされて使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の圧電共振子３０では、温度が
変化した場合に圧電共振子３０の２端子間容量が変動し
、周波数−インピーダンス特性が変化するという問題点
がある。

第５図は上記圧電共振子３００角周波数ωとインピーダ
ンス２との関係を示す特性図であり、曲線Ａは本来のイ
ンピーダンス特性、曲線Ｂは温度変化によって変化した
インピーダンス特性を示す。

なお、Ｃｒは共振角周波数、ωａは反共振角周波数であ
る。同図からも明らかなように、温度変化により上記圧
電共振子３０の端子間容量が変動すると角周波数がω。

からω。′に変動していることがわかる。一般に上記圧
電共振子３０の端子間容量は通常０．２〜０．５％／℃
にも達することから、該圧電共振子３０の唯一の大声と
なっていた。

そこで本件発明者は、上記目的を達成するために鋭意検
討を重ねた結果、上記圧電素子にコンデンサを直列接続
するとともに、圧電素子の端子間容量Ｃｄの温度係数α
と、上記コンデンサの端子間容量ＣＸの温度係数βとが
下記式、 β−−α／（Ｎ−α（１＋Ｎ）） Ｎ−ｃＸ、／ｃｄ＞　＞　１ の関係にあれば上記温度変化による周波数変化を回避で
きる点を見出した。

ここで、上記関係式に至った理由を、以下詳細に説明す
る。

第４図は上記圧電共振子３０にコンデンサＣｘを直列接
続した場合の等価回路図であり、これは該共振子３０の
機械的振動を電気量に置き換えた場合の等価質量しい等
価コンプライアンスＣ１及び等価抵抗ｒの直列接続体と
静電容量Ｃ・との並列接続体に、コンデンサＣｘを直列
接続して構成されている。

ここでまず、圧電共振子３０のみの場合は、Ｃｒ　−１
／「　　　　　　　　　・・・　（１）ωａ輸ωｒＪＶ
’；”ｊ：、了フ］汀　　　　　・・・　（２）Ｃｔ　
　＋Ｃゆ　−Ｃｄ　　　　　　　　　　　　　　・　・
　・　　（３）という関係式が成り立ち、この式＋１１
．　（２１，＋３１から、Ｃｒ　−（１−（ωｒ／ωａ
）　”　）Ｃｄ　　・・＋４）Ｌ−（ωａ／ωｒ）”　
／　（ａｈａ”　−ａｉｒ”　）Ｃｄ・・・　（５） となる。

次に、上記圧電共振子３０の等価回路にコンデンサＣｘ
を直列接続すると、反共振角周波数ωａは変化せず共振
角周波数ωｒのみωｒ−ωｒｎに変化する。このωｒｎ
は下記式により表される。

（ωｒｎ／ａ＋ｒ）”　−１＋　（ｌ　−（ωｒ／ωａ
）”）Ｃｄ／Ｃｘ　　　　　　　　　　　　　　　・・
・　（６）この式（６）において、Ｃｄ、　Ｃｘは有限
値であるから右辺は１以上となり、従ってωｒｎはＣｒ
よりも必ず太き（なる、一方、必要とする角周波数範囲
は、ωｒｎとωａとの間に限定されるからこのωｒｎが
Ｃｒより極端に大きくならない方がよい。

この点を満足するには上記式（６）において、Ｎ−Ｃχ
／（：ｄ＞＞１ であればよい。

また、Ｃｘを接続したときの該接続体の２端子間容量を
Ｃｄｎとすると、 Ｃｄ　ｎ　＝Ｃｄ−Ｃｘ／　（Ｃｄ　＋Ｃｘ）−Ｎ　−
Ｃｄ”　／　（Ｃｄ＋　Ｎ／Ｃｘ）−Ｎ−Ｃｄ／（１＋
Ｎ）　　　　　　・・・　（７）となる。

今、温度変化によってそれぞれの端子間容量がＣｄ−α
・Ｃｄ、　Ｃｘ−β・Ｃｘに変化したとすると、上記式
（７）は下記式に展開される。

Ｃｄｎ＝ｃｒ・β・Ｃｄ−Ｃｘ／　（α・ｃｄ＋β・Ｃ
ｘ）−Ｎ・α・β・Ｃｄ寞／（α・Ｃｄ＋ＮβＣｄ）−
Ｎ・α・β・Ｃｄ／　（α＋Ｎβ）・・　（８）ここで
、上記式（７）と式（８）との値が同じであればよいの
で、 Ｃｄ−Ｃｘ／　（Ｃｄ＋Ｃｘ）　−Ｎ　・ａ−β・Ｃｄ
／（ｉｒ＋Ｎ・β）　　　　　　　　　　　　　　・・
・　四）となり、該式（９）においてβをα、Ｎで表す
と、β−−α／（Ｎ−α（１＋Ｎ））　　　・・・　ａ
のとなる。

以上のように、上記圧電共振子に直列接続されるコンデ
ンサＣｘは、上記式αΦを満足する温度係数βΦものを
選定してやればよいこととなる。

そこで本発明の目的は、上記温度変化による周波数−イ
ンピーダンス特性の変動を回避できるようにした圧電部
品、即ち圧電素子にコンデンサを直列接続してなる圧電
部品を実現するための具体的構造を提供することにある
。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、第１〜第４側辺を有する矩形板状の圧電基板
の相対向する主面に該基板を挟んで対向する第１．第２
振動電極を形成してなる圧電素子と、第１〜第４側辺を
有する矩形板状のコンデンサ基板の相対向する主面に該
基板を挟んで第１゜第２コンデンサ電極を形成してなる
少な（とも１つのコンデンサとを所定の隙間をあけて、
かつ両者の第１〜第４側辺がそれぞれ対向するように重
ね合わせ、上記圧電基板の第１側辺部に上記第１振動電
橿を導出し、第２振動電極を上記第２〜第４側辺部のい
ずれかに導出し、上記第１コンデンサ電極をコンデンサ
基板の第１側辺部の第１振動電極と対向する位置に導出
し、第２コンデンサ電極をコンデンサ基板の上記第１．
第２振動電極の導出側辺部と対応する側辺部と異なる側
辺部に導出し、上記圧電基板及びコンデンサ基板の第１
振動電極と第１コンデンサ電極とが対向する部分を中継
電極により導電接続したことを特徴とする圧電部品であ
る。

〔作用〕

本発明に係る圧電部品によれば、圧！基板上にコンデン
サ基板を積層し、該両基板の接続すべき引出電極を同一
側辺部に導出したので、この導出側辺部に中継電極を被
着するだけで、容易確実に圧電素子にコンデンサを直列
接続してなる圧電部品を実現できる。

また、本発明構造において、圧電素子の端子間容量の温
度係数と、コンデンサの端子間容量の温度係数とが上述
した所定の関係式にあるようにした場合は、圧電素子の
温度変化による周波数−インピーダンス特性の変動を打
ち消すことができ、周波数のずれを回避できる。

〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図について説明する。

まず、本実施例では、上記温度変化による周波数−イン
ピーダンス特性の変動を回避できる圧電部品を実現する
ために、上記各式に具体的数値をあてはめて圧電共振子
を設計する。

いま、６７　ｒ　−１０，３５ＭＨ２，ωａ　−１１，
０５Ｍ）ｉＺ、　　（＋）ｅ＝１０．７０Ｍ）１ｚ、　
Ｃｄ−１８ＰＦ、　Ｃｘ−１８Ｘ１７＝３０６１Ｆ（Ｎ
　−１７とする）を選ぶと、上記式（６）からコンデン
サを直列接続した後の共振角周波数は、 （ωｒ　ｎ）　”　−１０，３８７ＭＨｚである。この
値は、上記接続前の共振角周波数ωｒ−１０，３５ＭＨ
２と比べて、わずか３７）［Ｈ２（０，３６％）しかず
れが生じないこととなる。

一方、圧電共振子の温度係数αを０．５％／℃とすると
、上記式〇〇から、 β−−０，００５／　（１７−０，００５（１＋１７）
　）−−０，０２９６％／℃となる。

七の結果、コンデンサの温度係数βは−０，０２９６％
／”Ｃｓ　−３０ＰＦＭ　ｉ−ｃのものを選定すればよ
いこととなる。

次に、上記設計値にもとづいて具現された圧電部品の具
体的構造を第１図ないし第３図について説明する。

図において、１はエネルギ閉じ込め型厚み振動を利用し
たチップ型圧電共振子である。これは上部から、第１〜
第４側辺８ａ〜８ｄを有する矩形板状のセラミックス製
コンデンサ基板８からなる第１コンデンサユニツト３に
、第１〜第４側辺５ａ〜５ｄを有する矩形板状のセラミ
ックス製圧電基板５からなる圧電素子２及び第１〜第４
側辺１１ａ〜ｌｉｄを有するコンデンサ基板１１からな
る第２コンデンサユニツト４を、これらの各第１〜第４
側辺８ａ〜８ｄ、５ａ〜５ｄ、ｌｌａ、１１ｄがそれぞ
れ対向するように順次重ね合わせて構成されている。

上記圧電素子２は、第３図（ｂｌに示すように、上記圧
電基板５の上、下面の略中央部に該基板５を挟んで対向
する第１．第２ＷＲ動電極６ａ、７ａを形成し、上面の
第１振動電橿６ａを引出電極６ｂにより上記圧電基板５
の第１側辺５ａの中央部に導出するとともに、下面の第
２振動電極７ａを引出電極７ｂにより上記基板５の第３
側辺５Ｃの中央部に導出して構成されている。

また、上記第１コンデンサユニツト３は、上述した温度
係数βを有するもので、第３図（ａ）に示すように、コ
ンデンサ基板８の上、下面に該基板８を挟んで対向する
コンデンサ電極９ａ、１０ａを形成し、上面のコンデン
サ電極９ａを引出電極９ｂにより上記基板８の第２側辺
８ｂの中央部に導出するとともに、下面のコンデンサ基
板掻１０ａを引出電極１０ｂにより該基板８の第１側辺
８ａの中央部に導出して構成されている。

さらに、上記第２コンデンサユニツト４は、これも上記
温度係数βを有するもので、第３図（ｅ）に示すように
、上記第１コンデンサユニツト３と同様のコンデンサ電
極１２ａ、１３ａが形成されている。そして上面のコン
デンサ電極１２ａの引出電極１２ｂは上記コンデンサ基
板１１の第３側辺１１Ｃの中央部に導出されるとともに
、下面のコンデンサ電極１３ａの引出電極１３ｂは上記
基板１１の第４側辺ｌｉｄの中央部に導出されている。

そして、上記圧電素子２及び第１．第２コンデンサユニ
ット３．４の重なり面は、振動電ｆｆ１６　ａ。

７ａ及びコンデンサ電極１０ａ、１２ａ部分を除いて、
つまり上記振動電極５ａ、７ａの振動を許容する所定の
隙間をあけて接着材１４により貼り合わされている。

これにより、コンデンサ電極１０ａの引出電極ｔａｂと
振動電極６ａの引出電極６ｂとが同じ第１側辺５ａ、８
ａに位置し、また振動電極７ａの引出電極７ｂとコンデ
ンサ電極１２ａの引出電極１２ｂとが同じ第３側辺５ｃ
、１１ｃに位置し、さらにコンデンサ電極９ａの引出電
極９ｂは第２側辺８ｂに、コンデンサ電極１３ａの引出
電極１３ｂは第４側辺ｌｉｄにそれぞれ引き出されてい
る。

また上記圧電共振子１の第２側辺５ｂ、Ｂｂ。

１１ｂ及び第４側辺５ｄ、８ｄ、ｌｉｄの両側面には、
導電性の外部電極１５が被着され、さらに第１側辺５ａ
、８ａ、ｌｌａ及び第３側辺５ｃ。

８ｃ、ｌｌｃの両側面の中央部分には、中継電極１６が
被着されている。その結果、上記第１コンデンサユニツ
ト３の引出電極１０ｂと圧電素子２の引出ｔＦｊ６ｂと
が接続され、また該圧電素子２の引出電極７ｂと第１コ
ンデンサユニツト４の引出電極１２ｂとが接続されてお
り、このようにして圧電素子２に第１．第２コンデンサ
ユニツト３゜４を直列に接続してなる圧電共振子ｌが実
現されている。

次に本実施例の作用効果について説明する。

本実施例の圧電共振子ｌによれば、電圧基板５の上、下
にコンデンサ基板８．１１を配置し、各基板５，８．１
１の接続を有する電極を同一側の側辺部に導出し、該導
出部側面に中継電極１ｂ又は外部電極１５を被着形成し
たので、圧電素子２とコンデンサユニット３．４とを容
易確実に直列接続できる。

また、本実施例では予め設計された所定の温度係数βを
有する第１．第２コンデンサユニツト３゜４を圧電素子
２に直列接続したので、圧電共振子１の温度変化による
周波数−インピーダンス特性の変動を打ち消すことがで
きるから、周波数のずれを回避でき、温度特性に優れた
圧電部品を実現できる。

さらに、上記コンデンサ基板８．１１は従来のエポキシ
樹脂−ガラス基板に比べ安価であることから、それだけ
部品コストを低減できる。

なお、上記実施例では、圧電素子に一対のコンデンサユ
ニットを重ね合わせてなる圧電共振子について説明した
が、本発明は圧電素子に１つのコンデンサユニットを直
列接続してもよく、この場合においても上記実施例と同
様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係る圧電部品によれば、圧電基板
の相対向する主面に第１．第２振動電極を形成してなる
圧電素子に、コンデンサ基板の相対向する主面に第１．
第２コンデンサ電極を形成してなる少なくとも１つのコ
ンデンサを所定の隙間をあけて重ね合わせるとともに、
接続すべき所定の電極を同一側の側辺部に導出し、この
導出された側面部に中継電極を被着したので、上記圧電
素子に所定の温度係数を有するコンデンサを容易確実に
直列接続でき、圧電素子とコンデンサとの直列接続体を
実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例による圧電共振
子を示し、第１図はその斜視図、第２図は第１図ｎ−ｙ
ｎ線断面図、第３図（＋１）ないし第３図（Ｃ１はそれ
ぞれ圧電共振子を構成する第１コンデンサユニツト、圧
電素子、第２コンデンサユニツトを示す斜視図、第４図
は本発明をなした経過を説明するための圧電共振子の等
価回路図、第５図は角周波数とインピーダンスとの関係
を示す特性図、第６図は従来の圧電共振子を示す斜視図
である。 図において、１は圧電共振子（圧電部品）、２は圧電素
子、３．４は第１．第２コンデンサユニツト（コンデン
サ）、５は圧電基板、５ａ〜５ｄは圧電基板の第１〜第
４側辺、６ａ、７ａは第１゜第２振動電極、８．１１は
コンデンサ基板、８ａ〜８ｄ、ｌｌａ〜ｌｉｄはコンデ
ンサ基板の第１〜第４側辺、９ａ、１０ａ、１２ａ、１
３ａはコンデンサ電極、１６は中継電極である。 特許出願人　　　　　株式会社　村田製作所代理人　弁
理士　　　下布　　努 第２図 、第３図 第４図 第５図 山ｆｆ１Ｆ！−救（ＬＪＪ）→ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１〜第４側辺を有する矩形板状の圧電基板の相
   対向する主面に該基板を挟んで対向する第１、第２振動
   電極を形成してなる圧電素子と、第１〜第４側辺を有す
   る矩形板状のコンデンサ基板の相対向する主面に該基板
   を挟んで第１、第２コンデンサ電極を形成してなる少な
   くとも１つのコンデンサとを所定の隙間をあけて、かつ
   両者の第１〜第４側辺がそれぞれ対向するように重ね合
   わせ、上記圧電基板の第１側辺部に上記第１振動電極を
   導出し、第２振動電極を上記第２〜第４側辺部のいずれ
   かに導出し、上記第１コンデンサ電極をコンデンサ基板
   の第１側辺部の第１振動電極と対向する位置に導出し、
   第２コンデンサ電極をコンデンサ基板の上記第１、第２
   振動電極の導出側辺部と対応する側辺部と異なる側辺部
   に導出し、上記圧電基板及びコンデンサ基板の第１振動
   電極と第１コンデンサ電極とが対向する部分を中継電極
   により導電接続したことを特徴とする圧電部品。