WO2010032346A1 - 圧電振動装置 - Google Patents

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vibrator
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坂口仁志
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03H9/05—Holders or supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H03H9/1007—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
    • H03H9/1014—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric vibration device, and more particularly to a piezoelectric vibration device using a piezoelectric substrate having a grain oriented bismuth layered compound as a main crystal phase.
  • bismuth layered compounds such as SrBi 4 Ti 4 O 15 proposed in Patent Document 1 are known.
  • Bismuth layered compounds such as SrBi 4 Ti 4 O 15 have lower mechanical properties such as piezoelectric strain constants and electromechanical coupling coefficients, but have a higher mechanical quality factor than PbTiO 3 and Pb (ZrTi) O 3.
  • Dielectric constant is small. For this reason, bismuth layered compounds are suitable for high frequency applications. Further, since the bismuth layered compound has a high Curie temperature, it has an advantage that it can be used in a wide temperature range.
  • Patent Document 1 points out that there is a problem that the oscillation characteristics of the piezoelectric substrate deteriorate when both ends of the piezoelectric substrate made of a bismuth layered compound are fixed. In view of such a problem, Patent Document 1 proposes a piezoelectric resonance device structure that can provide good oscillation characteristics even when a piezoelectric substrate made of a bismuth layered compound is used.
  • a piezoelectric resonance device 100 disclosed in Patent Document 1 includes a piezoelectric resonance element 102 having a piezoelectric plate 101 having a bismuth layered compound as a main crystal phase, and a substrate 103.
  • One end portion 102 a of the piezoelectric resonant element 102 is fixed to the substrate 103 with a silver paste 104.
  • the other end 102 b of the piezoelectric resonance element 102 is in contact with the upper surface of the support 105 provided on the substrate 103. As a result, the other end 102b of the piezoelectric resonant element 102 is supported.
  • the piezoelectric resonance device 100 has a problem that it is difficult to obtain sufficiently good oscillation characteristics because one end 102a of the piezoelectric resonance element 102 is fixed by the silver paste 104.
  • An object of the present invention is to obtain sufficiently good oscillation characteristics in a piezoelectric vibration device using a piezoelectric substrate having a bismuth layered compound as a main crystal phase.
  • the piezoelectric vibration device has first and second main surfaces facing each other, a piezoelectric substrate having a particle-oriented bismuth layered compound as a main crystal phase, and a thickness direction through the piezoelectric substrate.
  • a piezoelectric vibrator having first and second electrodes formed on the first and second main surfaces so as to face each other, a base material, and a joining member for joining the base material and the piezoelectric vibrator.
  • the piezoelectric vibrator has an excitation unit constituted by a portion where the first and second electrodes and the piezoelectric substrate overlap in the thickness direction of the piezoelectric substrate.
  • the joining member is joined to a portion whose vibration displacement direction is opposite to the vibration displacement direction of the excitation portion of the piezoelectric vibrator.
  • the joining member is joined only to a portion whose vibration displacement direction is opposite to the vibration displacement direction of the excitation portion of the piezoelectric vibrator. According to this, better oscillation characteristics can be obtained.
  • the piezoelectric vibrator excites thickness shear vibration.
  • the configuration in which the joining member is joined to a portion whose vibration displacement direction is opposite to the vibration displacement direction of the excitation portion of the piezoelectric vibrator is particularly effective when a piezoelectric vibrator that excites thickness shear vibration is used.
  • the bonding member includes a first bonding member that supports an end portion on one side of the vibration direction of the piezoelectric vibrator, and the other side of the vibration direction of the piezoelectric vibrator. And a second joining member that supports the end of the second joining member. According to this, in the case of using a piezoelectric vibrator in which thickness shear vibration is excited, even better oscillation characteristics can be obtained.
  • the length along the vibration direction of the bonding surface between the first bonding member and the piezoelectric vibrator is DL1, and one side of the vibration direction of the piezoelectric vibrator is one side.
  • the distance along the vibration direction from the end of the piezoelectric element to the excitation part is ⁇ L1
  • the length along the vibration direction of the joint surface between the second bonding member and the piezoelectric vibrator is DL2
  • the vibration direction of the piezoelectric vibrator is When the distance along the vibration direction from the other end to the excitation unit is ⁇ L2, the following equations (1) and (2) are satisfied.
  • the bismuth layered compound is a Sr—Bi—Nb-based material.
  • the structure in which the bonding member is bonded to the portion of the piezoelectric vibrator where the vibration displacement direction is opposite to the vibration displacement direction is particularly effective when the bismuth layered compound is an Sr—Bi—Nb-based layered compound.
  • the base is electrically connected to the first electrode and the second electrode electrically connected to the first electrode.
  • a second mounting electrode and a third mounting electrode that is not electrically connected to the first and second mounting electrodes are formed. According to this, it becomes possible to incorporate a capacitor in the piezoelectric vibration device. Therefore, it is possible to reduce the number of parts of the device on which the piezoelectric vibration device is mounted.
  • a method of manufacturing a piezoelectric vibration device includes a piezoelectric substrate having first and second main surfaces facing each other and having a particle-oriented bismuth layered compound as a main crystal phase, and a piezoelectric substrate interposed therebetween.
  • Piezoelectric vibrator having first and second electrodes formed on first and second main surfaces so as to face each other in the thickness direction, a base material, and a joining member for joining the base material and the piezoelectric vibrator
  • the piezoelectric vibrator relates to a method of manufacturing a piezoelectric vibration device having an excitation portion formed by a portion in which first and second electrodes and a piezoelectric substrate overlap each other in the thickness direction of the piezoelectric substrate.
  • the method for manufacturing a piezoelectric vibration device according to the present invention is characterized in that a portion of the vibration displacement direction opposite to the vibration displacement direction of the excitation portion of the piezoelectric vibrator is bonded to the base material by a bonding member.
  • the piezoelectric vibrator excites thickness shear vibration, and the joining of the piezoelectric vibrator and the base material by the joining member is performed between the joining member and the piezoelectric member.
  • the length along the vibration direction of the piezoelectric vibrator of the joint surface with the vibrator is set to a length selected according to the degree of orientation of the piezoelectric substrate. According to this, by adjusting the length along the vibration direction of the piezoelectric vibrator of the joining surface of the joining member and the piezoelectric vibrator without changing the orientation degree of the material of the piezoelectric substrate, Temperature characteristics can be adjusted. Therefore, for example, even when the degree of orientation of the piezoelectric substrate varies, it is possible to suppress variation in temperature characteristics of the manufactured piezoelectric vibration device.
  • the portion whose vibration displacement direction is opposite to the vibration displacement direction of the excitation portion of the piezoelectric vibrator is bonded to the base material by the bonding member. Therefore, the particle-oriented bismuth layered compound is mainly used.
  • a piezoelectric vibration device using a piezoelectric substrate having a crystal phase good oscillation characteristics can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a piezoelectric vibration device.
  • 2 is a view taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the vibration displacement distribution of the piezoelectric vibrator when Sr 0.9 Nd 0.1 Bi 2 Nb 2 O 9 is used as the piezoelectric material obtained by the finite element method.
  • FIG. 4 is a diagram showing the vibration displacement distribution of the piezoelectric vibrator when PZT is used as the piezoelectric material obtained by the finite element method.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the position along the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator and the amount of vibration displacement.
  • FIG. 6A is a phase frequency characteristic diagram of the piezoelectric vibration device when the holding lengths DL1 and DL2 are 0.25 mm.
  • FIG. 6B is a phase frequency characteristic diagram of the piezoelectric vibration device when the holding lengths DL1 and DL2 are 0.38 mm.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the holding length and the maximum phase value (°) in the piezoelectric vibration device.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the holding length and the Fosc change rate in the piezoelectric vibration device.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the compressive stress generated in the piezoelectric vibrator and the holding length in the piezoelectric vibrator when the piezoelectric vibrator is cooled from 150 ° C.
  • FIG. 10 is a stress distribution diagram of the piezoelectric vibration device when the holding length is 0.15 mm.
  • FIG. 11 is a stress distribution diagram of the piezoelectric vibration device when the holding length is 0.35 mm.
  • FIG. 12 is a schematic exploded perspective view of the piezoelectric vibration device according to the first modification.
  • FIG. 13 is a schematic exploded perspective view of a piezoelectric vibration device according to a second modification.
  • FIG. 14 is a side view of the piezoelectric resonance device disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of the piezoelectric vibration device of the present embodiment
  • FIG. 2 is a schematic front sectional view of the piezoelectric vibration device of the present embodiment.
  • the piezoelectric vibration device 1 of this embodiment includes a piezoelectric vibrator 20.
  • the piezoelectric vibrator 20 includes a piezoelectric substrate 21 and first and second electrodes 22 and 23.
  • the piezoelectric substrate 21 is made of a piezoelectric ceramic whose main crystal phase is a particle-oriented bismuth layered compound.
  • the bismuth layered compound include Sr—Bi—Nb-based layered compounds, Sr—Bi—Ti-based layered compounds, and Ca—Bi—Ti-based layered compounds.
  • Sr—Bi—Nb-based layered compound examples include, for example, SrBi 2 Nb 2 O 9 , (Sr (1-x) M x ) Bi 2 Nb 2 O 9 (where M is a divalent metal element, 0 ⁇ x ⁇ 0.3), (Sr (1-x) M 2x / 3 ) Bi 2 Nb 2 O 9 (where M is a trivalent metal element other than the element Bi constituting the main component, 0 ⁇ x ⁇ 0.45), SrBi 2 (Nb (1-y) Si y ) 2 O 9 (where 0 ⁇ y ⁇ 0.3), SrBi 2 (Nb (1-y) W y ) 2 O 9 (where , 0 ⁇ y ⁇ 0.3) and the like.
  • Sr—Bi—Ti-based layered compound examples include SrBi 4 Ti 4 O 15 and Sr 2 Bi 4 Ti 5 O 18 .
  • Ca—Bi—Ti layered compound examples include CaBi 4 Ti 4 O 15 and Ca 2 Bi 4 Ti 5 O 18 .
  • other bismuth layered compounds include BiWO 6 , CaBi 2 Nb 2 O 9 , BaBi 2 Nb 2 O 9 , PbBi 2 Nb 2 O 9 , CaBi 2 Ta 2 O 9 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , BaBi 2.
  • the degree of orientation of the piezoelectric substrate 21 is not particularly limited as long as the piezoelectric substrate 21 vibrates when a voltage is applied, but is preferably 70% or more, and more preferably 75% or more.
  • the degree of orientation of the piezoelectric substrate is specifically the degree of orientation in the crystal c-axis direction.
  • the degree of orientation of the piezoelectric substrate is measured by the Lotgering method described in detail below.
  • ⁇ I (hkl) and ⁇ I (001) are determined for the reflection intensity, and the ratio thereof is determined as P according to the following equation.
  • P ⁇ I (001) / ⁇ I (hkl) ⁇
  • the piezoelectric substrate 21 includes first and second main surfaces 21 a and 21 b facing each other, and first and second end surfaces 21 c and 21 d positioned at both ends in the longitudinal direction D of the piezoelectric substrate 21. have.
  • a first electrode 22 is formed on the first main surface 21 a of the piezoelectric substrate 21.
  • the first electrode 22 extends from the central portion in the longitudinal direction D of the first main surface 21a to the second main surface 21b side via the first end surface 21c.
  • a second electrode 23 is formed on the second main surface 21 b of the piezoelectric substrate 21.
  • the second electrode 23 extends from the central portion in the longitudinal direction D of the second main surface 21b to the first main surface 21a side via the second end surface 21d.
  • An excitation portion 20a of the piezoelectric vibrator 20 is configured by a portion where the first and second electrodes 22 and 23 and the piezoelectric substrate 21 overlap in the thickness direction T.
  • the piezoelectric substrate 21 is polarized along the longitudinal direction D of the piezoelectric substrate 21, and a voltage is applied between the first electrode 22 and the second electrode 23, whereby the longitudinal direction Thickness shear vibration with D as the vibration direction is excited.
  • the piezoelectric vibrator 20 is mounted on the base material 10.
  • a cap 30 is provided on the base material 10, and the piezoelectric vibrator 20 is sealed by the cap 30 and the base material 10.
  • the material of the cap 30 is not specifically limited,
  • the cap 30 can be comprised with a metal, a ceramic, resin, etc., for example.
  • the base material 10 can be made of an insulating ceramic such as alumina.
  • the substrate 10 is formed with first and second mounting electrodes 11 and 12.
  • the first and second mounting electrodes 11 and 12 are disposed on both sides in the longitudinal direction of the substrate 10.
  • the base material 10 and the piezoelectric vibrator 20 are joined by the first and second joining members 13 and 14.
  • the first joining member 13 joins the first electrode 22 and the first mounting electrode 11.
  • the second joining member 14 joins the second electrode 23 and the second mounting electrode 12.
  • the first and second joining members 13 and 14 are made of, for example, a conductor such as a conductive adhesive, a conductive sheet, or solder, whereby the first and second electrodes 22 and 23 and the first and second electrodes
  • the second mounting electrodes 11 and 12 are electrically connected.
  • the piezoelectric substrate 21 is composed of piezoelectric ceramics having a grain-oriented bismuth layered compound as a main crystal phase as in this embodiment, the thickness-shear vibration is not confined, and both ends of the piezoelectric vibrator 20 are also vibrated. To do. As supported by an experimental example to be described later, the vibration displacement direction is reversed between both end portions of the piezoelectric vibrator 20 and the excitation portion 20a of the piezoelectric substrate 21.
  • the first and second joining members 13 and 14 are joined to both ends of the piezoelectric vibrator 20 whose vibration displacement direction is opposite to that of the excitation part 20a. That is, the piezoelectric vibrator 20 is supported at both ends of the piezoelectric vibrator 20 whose vibration displacement direction is opposite to that of the excitation unit 20a.
  • the end portion of the piezoelectric vibrator 20 whose vibration displacement direction is opposite to that of the excitation portion 20 a is along the longitudinal direction D between the excitation portion 20 a and the end portion from the end face of the piezoelectric vibrator 20.
  • This is a portion up to 0.538 times the length ( ⁇ L).
  • the 1st and 2nd joining members 13 and 14 have joined the base material 10 and the piezoelectric vibrator 20 so that the following formula
  • the first and second joining members 13 and 14 are joined only to both ends of the piezoelectric vibrator 20 whose vibration displacement direction is opposite to that of the excitation part 20a.
  • the piezoelectric vibrator 20 is preferably supported only at both ends of the piezoelectric vibrator 20 whose vibration displacement direction is opposite to that of the excitation unit 20a.
  • the piezoelectric substrate 21 is composed of piezoelectric ceramics having a particle-oriented bismuth layered compound as a main crystal phase
  • the first orientation can be obtained without changing the degree of orientation of the piezoelectric substrate 21.
  • the lengths DL1 and DL2 of the joining surface between the first and second joining members 13 and 14 and the piezoelectric vibrator 20 can be easily adjusted. Therefore, for example, even when the degree of orientation of the piezoelectric substrate 21 varies, it is possible to easily suppress variation in temperature characteristics of the manufactured piezoelectric vibration device 1.
  • the relationship between the orientation degree of the piezoelectric substrate 21 and the length DL is obtained experimentally or by simulation. Based on the relationship between the orientation degree of the piezoelectric substrate 21 and the length DL, the length DL that provides a preferable frequency-temperature characteristic is selected from the measurement result of the orientation degree of the piezoelectric substrate 21. Then, the piezoelectric vibrator 20 and the first and second mountings are arranged such that the length along the vibration direction D of the joint surface between the joining members 13 and 14 and the piezoelectric vibrator 20 becomes the selected length DL. The electrodes 11 and 12 are joined by the joining members 13 and 14. By doing so, for example, even when the orientation degree of the piezoelectric substrate 21 varies, the piezoelectric vibration device 1 having a desired frequency temperature characteristic can be stably manufactured.
  • the effect that the oscillation characteristics are improved by joining the first and second joining members 13 and 14 to both ends of the piezoelectric vibrator 20 whose vibration displacement direction is opposite to that of the excitation part 20a is the effect of the piezoelectric vibration.
  • the piezoelectric vibrator excites thickness shear vibration. Therefore, in the configuration of this embodiment in which the first and second joining members 13 and 14 are joined to both ends of the piezoelectric vibrator 20 whose vibration displacement direction is opposite to that of the excitation unit 20a, the piezoelectric vibrator is subjected to thickness shear vibration. It is particularly effective when exciting
  • the above effect is particularly great when the bismuth layered compound is a Sr—Bi—Nb-based layered compound. Therefore, in the configuration of this embodiment in which the first and second bonding members 13 and 14 are bonded to both ends of the piezoelectric vibrator 20 whose vibration displacement direction is opposite to that of the excitation unit 20a, the bismuth layered compound is Sr-Bi. It is particularly effective when it is a —Nb-based layered compound.
  • the vibration displacement distribution of the thickness shear vibration of the piezoelectric vibrator 20 in the non-fixed state was obtained using a finite element method (FEM).
  • the piezoelectric material is Sr 0.9 Nd 0.1 Bi 2 Nb 2 O 9, and a piezoelectric substrate 21 that is polarized by applying a voltage of 4 kV / mm in the longitudinal direction D is used.
  • the potential of the electrode 22 was 1V, and the potential of the second electrode 23 was 0V.
  • Other detailed setting parameters are as follows. As a result, the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 20 was 8 MHz.
  • Length (L) along the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator 20 2.2 mm Length (l) of the excitation unit 20a in which the first and second electrodes 22 and 23 overlap in the thickness direction T: 0.90 mm
  • Thickness of the piezoelectric vibrator 20 190 ⁇ m
  • Orientation degree 80%
  • the vibration displacement distribution of the thickness shear vibration of a piezoelectric vibrator having the same setting parameters except that PZT was used as the piezoelectric material was obtained by a finite element method (FEM).
  • FEM finite element method
  • FIG. 3 is a diagram showing the vibration displacement distribution of the piezoelectric vibrator 20 when Sr 0.9 Nd 0.1 Bi 2 Nb 2 O 9 is used as the piezoelectric material
  • FIG. 4 is a case where PZT is used as the piezoelectric material. It is a figure showing the vibration displacement distribution of the piezoelectric vibrator 20 of.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the position along the longitudinal direction D of the piezoelectric vibrator 20 and the amount of vibration displacement. Use Incidentally, the graph shown by a solid line in FIG.
  • a piezoelectric vibrator was actually produced under the same conditions as described above, and piezoelectric vibrators having various holding lengths DL1 and DL2 were produced using the piezoelectric vibrator. Note that an alumina substrate having a thickness of 0.4 mm was used as the substrate. Then, the phase frequency characteristics of the piezoelectric vibrators having various holding lengths DL1 and DL2 were measured.
  • FIG. 6A shows a phase frequency characteristic diagram of the piezoelectric vibration device when the holding lengths DL1 and DL2 are 0.25 mm.
  • FIG. 6B shows a phase frequency characteristic diagram of the piezoelectric vibration device when the holding lengths DL1 and DL2 are 0.38 mm.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the holding lengths DL1 and DL2 and the maximum phase value (°) in the piezoelectric vibration device. As shown in FIG. 7, when the holding lengths DL1 and DL2 are less than 0.35 mm, a large maximum phase value can be obtained, but when the holding lengths DL1 and DL2 are 0.35 mm or more, the maximum phase value is obtained. It turns out that it falls rapidly.
  • the graph indicated by the solid line indicates the Fosc change rate of the piezoelectric vibration device in which the degree of orientation of the piezoelectric substrate is 80.6%, and the graph indicated by the broken line indicates that the degree of orientation of the piezoelectric substrate is 77.5%.
  • the Fosc change rate of a certain piezoelectric vibration device is shown.
  • the inclination of the Fosc change rate of the piezoelectric vibration device in which the degree of orientation of the piezoelectric substrate is 80.6% is ⁇ 19.3 [ppm / ° C./mm], and the degree of orientation of the piezoelectric substrate is The slope of the Fosc change rate of the piezoelectric vibration device of 77.5% was ⁇ 19.5 [ppm / ° C./mm]. From this result, it can be seen that the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator changes when the degree of orientation of the piezoelectric substrate changes. Therefore, it can be seen that when the orientation degree of the piezoelectric substrate varies, the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator also vary. Therefore, when the holding lengths DL1 and DL2 are constant, it is necessary to stabilize the degree of orientation of the piezoelectric substrate at a high level in order to achieve good frequency temperature characteristics.
  • the Fosc change rate changes. For this reason, even if the orientation degree of the piezoelectric substrate varies, the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator can be stabilized by adjusting the holding lengths DL1 and DL2. Specifically, for example, when the orientation degree is 80.6%, the Fosc change rate can be made zero by setting the holding lengths DL1 and DL2 to 0.30 mm, while the orientation degree is 77.degree. In the case of 5%, the Fosc change rate can be made zero by setting the holding lengths DL1 and DL2 to 0.07 mm.
  • Fosc change rate ⁇ 19.3 ⁇ (holding length (DL)) + ⁇ (3)
  • ⁇ is a constant determined by the degree of orientation of the piezoelectric substrate.
  • FIG. 10 shows a stress distribution diagram of the piezoelectric vibration device when the holding lengths DL1 and DL2 are 0.15 mm
  • FIG. 10 shows a stress distribution diagram of the piezoelectric vibration device when the holding lengths DL1 and DL2 are 0.35 mm. Is shown in FIG. In FIGS. 10 and 11, the area indicated by the lattice-like hatching is the area with the highest pressure, and the area indicated by the hatched hatching with the large interval is the area with the lowest pressure.
  • the first and second mounting electrodes 11, 12 may be formed so as to reach the end surface of the substrate 10.
  • a third mounting electrode that is not electrically connected to the first and second mounting electrodes 11 and 12 is used.
  • the electrode 15 may be provided on the substrate 10. By providing the third mounting electrode 15, it is possible to incorporate a capacitor in the piezoelectric vibration device. Therefore, it is possible to reduce the number of parts of the device on which the piezoelectric vibration device is mounted.

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Abstract

　ビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電基板を用いた圧電振動装置において、十分に良好な発振特性を実現する。 　圧電振動装置１は、粒子配向されたビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電基板２１と、圧電基板２１を介して厚み方向に対向するように第１及び第２の主面２１ａ、２１ｂに形成された第１及び第２の電極２２，２３とを有する圧電振動子２０と、基材１０と、基材１０と圧電振動子２０とを接合する接合部材１３，１４とを備えている。圧電振動子２０は、第１及び第２の電極２２，２３と圧電基板２１とが圧電基板の厚み方向に重なる部分により構成された励振部２０ａを有している。接合部材１３，１４は、励振部２０ａの振動変位方向とは振動変位方向が逆の部分に接合されている。

Description

圧電振動装置
　本発明は、圧電振動装置に関し、特に、粒子配向されたビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電基板を用いた圧電振動装置に関する。
　従来、圧電基板の両主面に厚み方向に対向するように電極が設けられた圧電振動子の両端を支持部材の上に固定した圧電振動装置が知られている。このような圧電振動装置において、圧電材料としては、ＰｂＴｉＯ３やＰｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ３などが一般的に用いられている。圧電材料としてＰｂＴｉＯ３やＰｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ３を用いることにより、大きな電気機械結合係数が得られ、かつ振動を効果的に閉じ込めることができる。
　また、ＰｂＴｉＯ３やＰｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ３以外の圧電材料としては、例えば特許文献１などにおいて提案されているＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５などのビスマス層状化合物が知られている。ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５などのビスマス層状化合物は、圧電歪定数や電気機械結合係数などの圧電性はＰｂＴｉＯ３やＰｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ３などと比べて低いものの、機械的品質係数が高く、比誘電率が小さい。このため、ビスマス層状化合物は、高周波用途に適している。また、ビスマス層状化合物は、キュリー温度が高いため、広い温度範囲で使用できるという利点を有している。
　しかしながら、ビスマス層状化合物からなる圧電基板の両端部を固定した場合、圧電基板の発振特性が悪化する問題があることが特許文献１において指摘されている。このような問題に鑑み、特許文献１では、ビスマス層状化合物からなる圧電基板を用いた場合でも良好な発振特性が得られる圧電共振装置構造が提案されている。
　図１４に示すように、特許文献１に開示された圧電共振装置１００は、ビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電板１０１を有する圧電共振素子１０２と、基板１０３とを備えている。圧電共振素子１０２の一方の端部１０２ａは、銀ペースト１０４により基板１０３に固定されている。圧電共振素子１０２の他方の端部１０２ｂは、基板１０３に設けられた支持体１０５の上面に当接している。これにより、圧電共振素子１０２の他方の端部１０２ｂが支持されている。このように、支持体１０５の上面を当接させることにより圧電共振素子１０２の端部１０２ｂを支持することにより、端部１０２ｂが自由端となるため、圧電共振素子１０２の発振特性を高めることができる旨が特許文献１には記載されている。
特開２００１－６８９６３号公報
　しかしながら、圧電共振装置１００では、圧電共振素子１０２の一方の端部１０２ａが銀ペースト１０４によって固定されているため、十分に良好な発振特性が得難いという問題があった。
　本発明の目的は、ビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電基板を用いた圧電振動装置において、十分に良好な発振特性を得ることにある。
　本発明に係る圧電振動装置は、対向する第１及び第２の主面を有しており、粒子配向されたビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電基板と、圧電基板を介して厚み方向に対向するように第１及び第２の主面に形成された第１及び第２の電極とを有する圧電振動子と、基材と、基材と圧電振動子とを接合する接合部材とを備えている。圧電振動子は、第１及び第２の電極と圧電基板とが圧電基板の厚み方向に重なる部分により構成された励振部を有している。接合部材は、圧電振動子の励振部の振動変位方向とは振動変位方向が逆の部分に接合されている。
　本発明に係る圧電振動装置のある特定の局面では、接合部材は、圧電振動子の励振部の振動変位方向とは振動変位方向が逆の部分のみに接合されている。これによれば、より良好な発振特性を得ることができる。
　本発明に係る圧電振動装置の他の特定の局面では、圧電振動子は、圧電振動子は、厚みすべり振動を励振させるものである。圧電振動子の励振部の振動変位方向とは振動変位方向が逆の部分に接合部材を接合させる構成は、厚みすべり振動が励振される圧電振動子を用いる場合に特に効果的である。
　本発明に係る圧電振動装置の別の特定の局面では、接合部材は、圧電振動子の振動方向の一方側の端部を支持する第１の接合部材と、圧電振動子の振動方向の他方側の端部を支持する第２の接合部材とを有している。これによれば、厚みすべり振動が励振される圧電振動子を用いる場合において、さらに良好な発振特性を得ることができる。
　本発明に係る圧電振動装置のさらに他の特定の局面では、第１の接合部材と圧電振動子との接合面の振動方向に沿った長さをＤＬ１とし、圧電振動子の振動方向の一方側の端部から励振部までの振動方向に沿った距離をΔＬ１とし、第２の接合部材と圧電振動子との接合面の振動方向に沿った長さをＤＬ２とし、圧電振動子の振動方向の他方側の端部から励振部までの振動方向に沿った距離をΔＬ２としたとき、以下の式（１）及び（２）が満たされる。
０＜ＤＬ１／ΔＬ１＜０．５３８　………式（１）
０＜ＤＬ２／ΔＬ２＜０．５３８　………式（２）
　本発明に係る圧電振動装置のさらに別の特定の局面では、ビスマス層状化合物がＳｒ－Ｂｉ－Ｎｂ系材料である。圧電振動子の励振部の振動変位方向とは振動変位方向が逆の部分に接合部材を接合させる構成は、ビスマス層状化合物がＳｒ－Ｂｉ－Ｎｂ系層状化合物である場合に特に効果的である。
　本発明に係る圧電振動装置のまた別の特定の局面では、基材には、第１の電極に電気的に接続された第１の実装用電極と、第２の電極に電気的に接続された第２の実装用電極と、第１及び第２の実装用電極に電気的に接続されていない第３の実装用電極とが形成されている。これによれば、圧電振動装置内に容量を内蔵させることも可能となる。従って、圧電振動装置が実装された装置の部品点数を少なくすることができる。
　本発明に係る圧電振動装置の製造方法は、対向する第１及び第２の主面を有しており、粒子配向されたビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電基板と、圧電基板を介して厚み方向に対向するように第１及び第２の主面に形成された第１及び第２の電極とを有する圧電振動子と、基材と、基材と圧電振動子とを接合する接合部材とを備え、圧電振動子は、第１及び第２の電極と圧電基板とが圧電基板の厚み方向に重なる部分により構成された励振部を有している圧電振動装置の製造方法に関する。本発明に係る圧電振動装置の製造方法は、圧電振動子の励振部の振動変位方向とは振動変位方向が逆の部分と基材とを接合部材により接合することを特徴としている。
　本発明に係る圧電振動装置の製造方法のある特定の局面では、圧電振動子は、厚みすべり振動を励振させるものであり、接合部材による圧電振動子と基材との接合は、接合部材と圧電振動子との接合面の圧電振動子の振動方向に沿った長さが圧電基板の配向度に応じて選択された長さとなるように行われる。これによれば、圧電基板の材料の配向度を変化させずとも、接合部材と圧電振動子との接合面の圧電振動子の振動方向に沿った長さを調節することにより、圧電振動装置の温度特性を調節することができる。従って、例えば圧電基板の配向度にばらつきがある場合であっても、製造される圧電振動装置の温度特性がばらつくことを抑制することができる。
　本発明に係る圧電振動装置では、圧電振動子の励振部の振動変位方向とは振動変位方向が逆の部分が接合部材によって基材に接合されているので、粒子配向されたビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電基板を用いた圧電振動装置において、良好な発振特性を得ることができる。
図１は、圧電振動装置の略図的分解斜視図である。 図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ矢視図である。 図３は、有限要素法により求めた圧電材料としてＳｒ０．９Ｎｄ０．１Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９を用いた場合の圧電振動子の振動変位分布を表す図である。 図４は、有限要素法により求めた圧電材料としてＰＺＴを用いた場合の圧電振動子の振動変位分布を表す図である。 図５は、圧電振動子の長手方向に沿った位置と振動変位量との関係を表すグラフである。 図６（ａ）は、保持長さＤＬ１、ＤＬ２が０．２５ｍｍである場合の圧電振動装置の位相周波数特性図である。図６（ｂ）は、保持長さＤＬ１、ＤＬ２が０．３８ｍｍである場合の圧電振動装置の位相周波数特性図である。 図７は、圧電振動装置における保持長さと最大位相値（°）との関係を表すグラフである。 図８は、圧電振動装置における保持長さとＦｏｓｃ変化率との関係を表すグラフである。 図９は、圧電振動装置を１５０℃から－４０℃まで６℃／分で冷却したときに圧電振動子に生じる圧縮応力と、圧電振動装置における保持長さとの関係を表すグラフである。 図１０は、保持長さが０．１５ｍｍである場合の圧電振動装置の応力分布図である。 図１１は、保持長さが０．３５ｍｍである場合の圧電振動装置の応力分布図である。 図１２は、第１の変形例に係る圧電振動装置の略図的分解斜視図である。 図１３は、第２の変形例に係る圧電振動装置の略図的分解斜視図である。 図１４は、特許文献１に開示された圧電共振装置の側面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　図１は、本実施形態の圧電振動装置の略図的分解斜視図であり、図２は、本実施形態の圧電振動装置の略図的正面断面図である。
　図１及び図２に示すように、本実施形態の圧電振動装置１は、圧電振動子２０を備えている。圧電振動子２０は、圧電基板２１と、第１及び第２の電極２２，２３とにより構成されている。
　圧電基板２１は、粒子配向されたビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電セラミックスにより構成されている。ビスマス層状化合物としては、例えば、Ｓｒ－Ｂｉ－Ｎｂ系層状化合物、Ｓｒ－Ｂｉ－Ｔｉ系層状化合物、Ｃａ－Ｂｉ－Ｔｉ系層状化合物などが挙げられる。Ｓｒ－Ｂｉ－Ｎｂ系層状化合物の具体例としては、例えば、ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９、（Ｓｒ（１－ｘ）Ｍｘ）Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９（ただし、Ｍは２価の金属元素、０＜ｘ＜０．３）、（Ｓｒ（１－ｘ）Ｍ２ｘ／３）Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９（ただし、Ｍは主成分を構成する元素Ｂｉ以外の３価の金属元素、０＜ｘ＜０．４５）、ＳｒＢｉ２（Ｎｂ（１－ｙ）Ｓｉｙ）２Ｏ９（ただし、０＜ｙ＜０．３）、ＳｒＢｉ２（Ｎｂ（１－ｙ）Ｗｙ）２Ｏ９（ただし、０＜ｙ＜０．３）などが挙げられる。Ｓｒ－Ｂｉ－Ｔｉ系層状化合物の具体例としては、例えば、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、Ｓｒ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８などが挙げられる。Ｃａ－Ｂｉ－Ｔｉ系層状化合物の具体例としては、例えば、ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、Ｃａ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８などが挙げられる。その他のビスマス層状化合物としては、例えば、ＢｉＷＯ６、ＣａＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９、ＢａＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９、ＰｂＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９、ＣａＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＢａＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＰｂＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、Ｂｉ３ＴｉＮｂＯ９、Ｂｉ３ＴｉＴａＯ９、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＢａＢｉ３Ｔｉ２ＮｂＯ１２、ＰｂＢｉ３Ｔｉ２ＮｂＯ１２、ＢａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ15、ＰｂＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、Ｎａ０．５Ｂｉ４．５Ｔｉ４Ｏ１５、Ｋ０．５Ｂｉ４．５Ｔｉ４Ｏ１５、Ｂａ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８、Ｐｂ２Ｂｉ４Ｔｉ５Ｏ１８、Ｂｉ６Ｔｉ３ＷＯ１８、Ｂｉ７Ｔｉ４ＮｂＯ２１、Ｂｉ１０Ｔｉ３Ｗ３Ｏ３０、ＳｒＢｉ３Ｔｉ２ＮｂＯ１２などが挙げられる。
　圧電基板２１の配向度は、電圧の印加により圧電基板２１が振動する程度である限り特に限定されないが、７０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましい。なお、本発明において、圧電基板の配向度とは、詳細には、結晶ｃ軸方向の配向度である。圧電基板の配向度は、以下に詳述するロットゲーリング法により測定される。
　（ロットゲーリング法による配向度測定方法）
　無配向試料の各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度をＩ（ｈｋｌ）とし、それらの合計をΣＩ（ｈｋｌ）とする。そのうち、（００１）面からの反射強度Ｉ（００１）の合計をΣＩ（００１）として、それらの比Ｐ０を次式により求める。
Ｐ０＝｛ΣＩ（００１）／ΣＩ（ｈｋｌ）｝
　同様にして、配向試料に対しても、反射強度について、ΣＩ（ｈｋｌ）およびΣＩ（００１）を求めて、それらの比をＰとして次式により求める。
Ｐ＝｛ΣＩ（００１）／ΣＩ（ｈｋｌ）｝
　そして、Ｐ０およびＰを用いて、配向度（Ｆ）は次式により求められる。
Ｆ＝｛（Ｐ－Ｐ０）／（１－Ｐ０）｝×１００［％］
　図２に示すように、圧電基板２１は、対向する第１及び第２の主面２１ａ、２１ｂと、圧電基板２１の長手方向Ｄの両端に位置する第１及び第２の端面２１ｃ、２１ｄとを有している。圧電基板２１の第１の主面２１ａには、第１の電極２２が形成されている。第１の電極２２は、第１の主面２１ａの長手方向Ｄの中央部から第１の端面２１ｃを経由して第２の主面２１ｂ側にまで延ばされている。一方、圧電基板２１の第２の主面２１ｂには、第２の電極２３が形成されている。第２の電極２３は、第２の主面２１ｂの長手方向Ｄの中央部から第２の端面２１ｄを経由して第１の主面２１ａ側にまで延ばされている。圧電基板２１の長手方向Ｄの中央部において、第１の電極２２と第２の電極２３とは、厚み方向Ｔに対向している。この第１及び第２の電極２２，２３と圧電基板２１とが厚み方向Ｔに重なる部分により圧電振動子２０の励振部２０ａが構成されている。
　本実施形態では、圧電基板２１は、圧電基板２１の長手方向Ｄに沿って分極されており、第１の電極２２と第２の電極２３との間に電圧が印加されることにより、長手方向Ｄを振動方向とする厚みすべり振動が励振される。
　図１及び図２に示すように、圧電振動子２０は、基材１０に搭載されている。基材１０の上には、キャップ３０が設けられており、このキャップ３０と基材１０とにより圧電振動子２０が封止されている。なお、キャップ３０の材質は特に限定されず、キャップ３０は、例えば金属、セラミック、樹脂などにより構成することができる。
　基材１０は、例えばアルミナなどの絶縁性セラミックスにより構成することができる。基材１０には、第１及び第２の実装用電極１１，１２が形成されている。第１及び第２の実装用電極１１，１２は、基材１０の長手方向両側に配置されている。
　基材１０と圧電振動子２０とは、第１及び第２の接合部材１３，１４により接合されている。具体的には、第１の接合部材１３は、第１の電極２２と第１の実装用電極１１とを接合している。第２の接合部材１４は、第２の電極２３と第２の実装用電極１２とを接合している。第１及び第２の接合部材１３，１４は、例えば導電性接着剤、導電性シートまたは半田などの導体により構成されており、これにより、第１及び第２の電極２２，２３と第１及び第２の実装用電極１１，１２とが電気的に接続されている。
　ところで、本実施形態のように、粒子配向されたビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電セラミックスにより圧電基板２１を構成する場合、厚みすべり振動は閉じ込められず、圧電振動子２０の両端部も振動する。後述する実験例によっても裏付けられるように、圧電振動子２０の両端部と、圧電基板２１の励振部２０ａとでは、振動変位方向が逆となる。本実施形態では、この励振部２０ａとは振動変位方向が逆である圧電振動子２０の両端部に第１及び第２の接合部材１３，１４が接合されている。すなわち、圧電振動子２０は、励振部２０ａとは振動変位方向が逆である圧電振動子２０の両端部において支持されている。
　具体的には、励振部２０ａとは振動変位方向が逆である圧電振動子２０の端部は、圧電振動子２０の端面から、励振部２０ａと端部との間の長手方向Ｄに沿った長さ（ΔＬ）の０．５３８倍の長さまでの部分となる。このため、本実施形態においては、第１及び第２の接合部材１３，１４は、下記の式（１）及び（２）を満たすように基材１０と圧電振動子２０とを接合している。
０＜ＤＬ１／ΔＬ１＜０．５３８　………式（１）
０＜ＤＬ２／ΔＬ２＜０．５３８　………式（２）
　但し、
　第１の接合部材１３と圧電振動子２０との接合面の振動方向Ｄに沿った長さ：ＤＬ１、
　圧電振動子２０の長手方向Ｄの一方側Ｄ１の端部から励振部２０ａまでの振動方向Ｄに沿った距離：ΔＬ１、
　第２の接合部材１４と圧電振動子２０との接合面の振動方向Ｄに沿った長さ：ＤＬ２、
　圧電振動子２０の長手方向Ｄの他方側Ｄ２の端部から励振部２０ａまでの振動方向Ｄに沿った距離：ΔＬ２、
である。
　従って、後述する実験例においても裏付けられるように、良好な発振特性を実現することができる。より良好な発振特性を得る観点からは、第１及び第２の接合部材１３，１４は、励振部２０ａとは振動変位方向が逆である圧電振動子２０の両端部のみに接合されていることが好ましい。すなわち、圧電振動子２０は、励振部２０ａとは振動変位方向が逆である圧電振動子２０の両端部においてのみ支持されていることが好ましい。
　また、後述する実験例において実証されるように、粒子配向されたビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電セラミックスにより圧電基板２１を構成する場合、圧電基板２１の配向度を変化させずとも、第１及び第２の接合部材１３，１４と圧電振動子２０との接合面の長さＤＬ１，ＤＬ２を調整することによって、圧電振動子２０の周波数温度特性を容易に調節することができる。従って、例えば圧電基板２１の配向度にばらつきがある場合であっても、製造される圧電振動装置１の温度特性がばらつくことを容易に抑制することができる。
　具体的には、圧電振動装置１の製造に先立って、圧電基板２１の配向度と長さＤＬとの関係を実験的に、またはシミュレーションにより求めておく。この圧電基板２１の配向度と長さＤＬとの関係に基づいて、圧電基板２１の配向度の測定結果から、好ましい周波数温度特性となる長さＤＬを選択する。そして、接合部材１３，１４と圧電振動子２０との接合面の振動方向Ｄに沿った長さが上記選択された長さＤＬとなるように、圧電振動子２０と第１及び第２の実装用電極１１，１２とを接合部材１３，１４により接合する。このようにすることにより、例えば圧電基板２１の配向度にばらつきがある場合であっても、所望する周波数温度特性の圧電振動装置１を安定して製造することができる。
　なお、励振部２０ａとは振動変位方向が逆である圧電振動子２０の両端部に第１及び第２の接合部材１３，１４を接合させることにより発振特性が改善されるという効果は、圧電振動子の励振モードに関わらず得られるものであるが、圧電振動子が厚みすべり振動を励振させる場合に特に大きな効果が得られる。従って、励振部２０ａとは振動変位方向が逆である圧電振動子２０の両端部に第１及び第２の接合部材１３，１４を接合させる本実施形態の構成は、圧電振動子が厚みすべり振動を励振させる場合に特に効果的である。
　また、上記効果は、ビスマス層状化合物がＳｒ－Ｂｉ－Ｎｂ系層状化合物である場合に特に大きい。従って、励振部２０ａとは振動変位方向が逆である圧電振動子２０の両端部に第１及び第２の接合部材１３，１４を接合させる本実施形態の構成は、ビスマス層状化合物がＳｒ－Ｂｉ－Ｎｂ系層状化合物である場合に特に効果的である。
　（第１の実験例）
　非固定状態の圧電振動子２０の厚みすべり振動の振動変位分布を有限要素法（ＦＥＭ）を用いて求めた。なお、ここでは、圧電材料をＳｒ０．９Ｎｄ０．１Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９とし、長手方向Ｄに４ｋＶ／ｍｍの電圧を印加して分極処理を行った圧電基板２１を用い、第１の電極２２の電位を１Ｖ、第２の電極２３の電位を０Ｖとして行った。その他の詳細な設定パラメータは以下の通りである。この結果、この圧電振動子２０の共振周波数は８ＭＨｚであった。
圧電振動子２０の長手方向に沿った長さ（Ｌ）：２．２ｍｍ
第１及び第２の電極２２，２３が厚み方向Ｔに重なっている励振部２０ａの長さ（ｌ）：０．９０ｍｍ
圧電振動子２０の厚み：１９０μｍ
配向度：８０％
　また、比較として、圧電材料としてＰＺＴを用いたこと以外は同様の設定パラメータを有する圧電振動子の厚みすべり振動の振動変位分布を有限要素法（ＦＥＭ）により求めた。
　図３が圧電材料としてＳｒ０．９Ｎｄ０．１Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９を用いた場合の圧電振動子２０の振動変位分布を表す図であり、図４が圧電材料としてＰＺＴを用いた場合の圧電振動子２０の振動変位分布を表す図である。図５は、圧電振動子２０の長手方向Ｄに沿った位置と振動変位量との関係を表すグラフである。なお、図５において実線で示すグラフは、圧電材料としてＳｒ０．９Ｎｄ０．１Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９を用いた場合を表すグラフであり、破線で示すグラフは、圧電材料としてＰＺＴを用いた場合を表すグラフである。
　図４及び図５に示すように、圧電材料としてＰＺＴを用いた場合は、励振部から離れるに従って振動変位量が小さくなっており、振動が閉じ込められていることがわかる。それに対して、圧電材料としてＳｒ０．９Ｎｄ０．１Ｂｉ２Ｎｂ２Ｏ９を用いた場合は、図３及び図５に示すように、圧電振動子の端部においても振動変位量が大きく、振動が閉じ込められていないことがわかる。この結果から、ビスマス層状化合物を圧電材料として用いた場合は、圧電振動子の端部を保持した場合であっても発振特性が大きく悪化するおそれがあることがわかる。
　また、ビスマス層状化合物を圧電材料として用いた場合は、図５に示すように、圧電振動子の両端部における振動変位方向が励振部における振動変位方向に対して逆になっていることがわかる。具体的には、圧電振動子の端面から０．３５ｍｍ以内の部分の振動変位方向が励振部における振動変位方向に対して逆となっていることがわかる。すなわち、本実験例では、Ｌ＝２．２ｍｍ、ｌ＝０．９ｍｍであり、ΔＬ１＝ΔＬ２＝０．６５ｍｍであるから、圧電振動子の端面からΔＬ１（ΔＬ２）の０．５３８（＝０．３５／０．６５）倍の長さ以内の部分の振動変位方向が励振部における振動変位方向に対して逆となっていることがわかる。
　次に、上記条件と同様の条件で圧電振動子を実際に作製し、その圧電振動子を用いて種々の保持長さＤＬ１、ＤＬ２の圧電振動装置を作製した。なお、基材としては、厚みが０．４ｍｍのアルミナ基板を用いた。そして、作製した種々の保持長さＤＬ１、ＤＬ２の圧電振動装置の位相周波数特性を測定した。
　図６（ａ）に保持長さＤＬ１、ＤＬ２が０．２５ｍｍである場合の圧電振動装置の位相周波数特性図を示す。図６（ｂ）に保持長さＤＬ１、ＤＬ２が０．３８ｍｍである場合の圧電振動装置の位相周波数特性図を示す。また、図７に、圧電振動装置における保持長さＤＬ１、ＤＬ２と最大位相値（°）との関係を表すグラフを示す。図７に示すように、保持長さＤＬ１，ＤＬ２が０．３５ｍｍ未満である場合には大きい最大位相値が得られるものの、保持長さＤＬ１，ＤＬ２が０．３５ｍｍ以上であると最大位相値が急激に低下することがわかる。従って、保持長さＤＬ１，ＤＬ２が０．３５ｍｍ未満である場合には良好な発振特性が得られることがわかる。この結果から、圧電振動子の端面から０．３５ｍｍ以内の振動変位方向が励振部における振動変位方向に対して逆である部分において圧電振動子を保持することにより、良好な発振特性が得られることがわかる。すなわち、ＤＬ１／ΔＬ１及びＤＬ２／ΔＬ２を０．５３８（＝０．３５／０．６５）未満とすることにより良好な発振特性が得られることがわかる。
　（第２の実験例）
　本実験例では、圧電基板の配向率以外は上記第１の実験例と同様の条件で圧電振動子を実際に作製し、その圧電振動子を用いて種々の保持長さＤＬ１、ＤＬ２の圧電振動装置を作製した。そして、得られた圧電振動装置の共振周波数の温度変化率（Ｆｏｓｃ変化率（ｐｐｍ／℃））を測定した。Ｆｏｓｃ変化率の測定結果を図８に示す。なお、図８において実線で示すグラフは、圧電基板の配向度が８０．６％である圧電振動装置のＦｏｓｃ変化率を示し、破線で示すグラフは、圧電基板の配向度が７７．５％である圧電振動装置のＦｏｓｃ変化率を示す。
　図８に示すように、圧電基板の配向度が８０．６％である圧電振動装置のＦｏｓｃ変化率の傾きは、－１９．３〔ｐｐｍ／℃／ｍｍ〕であり、圧電基板の配向度が７７．５％である圧電振動装置のＦｏｓｃ変化率の傾きは、－１９．５〔ｐｐｍ／℃／ｍｍ〕であった。この結果から、圧電基板の配向度が変わると、圧電振動子の周波数温度特性が変化することがわかる。よって、圧電基板の配向度にばらつきが生じると、圧電振動子の周波数温度特性にもばらつきが生じることがわかる。従って、保持長さＤＬ１，ＤＬ２が一定である場合は、良好な周波数温度特性を実現するために、圧電基板の配向度を高い水準で安定させる必要がある。
　図８に示す結果からわかるように、保持長さＤＬ１，ＤＬ２を変化させると、Ｆｏｓｃ変化率が変化する。このため、たとえ圧電基板の配向度にばらつきがある場合であっても、保持長さＤＬ１，ＤＬ２を調節することによって圧電振動子の周波数温度特性を安定化することが可能となる。具体的には、例えば、配向度が８０．６％の場合は、保持長さＤＬ１，ＤＬ２を０．３０ｍｍにすることによりＦｏｓｃ変化率をゼロにすることができ、一方、配向度が７７．５％の場合は、保持長さＤＬ１，ＤＬ２を０．０７ｍｍにすることによりＦｏｓｃ変化率をゼロにすることができる。
　なお、本実験例におけるＦｏｓｃ変化率は、下記式（３）により定義される。
（Ｆｏｓｃ変化率）＝－１９．３×（保持長さ（ＤＬ））＋α　　……　　式（３）
　但し、上記式において、αは、圧電基板の配向度により決定される定数である。
　（第３の実験例）
　次に、上記第１の実験例と同様の条件で、圧電振動装置を１５０℃から－４０℃まで６℃／分で冷却したときに圧電振動子に生じる圧縮応力と、圧電振動装置における保持長さＤＬ１，ＤＬ２との関係を、有限要素法（ＦＥＭ）を用いて求めた。その結果を図９に示す。また、保持長さＤＬ１，ＤＬ２が０．１５ｍｍである場合の圧電振動装置の応力分布図を図１０に示し、保持長さＤＬ１，ＤＬ２が０．３５ｍｍである場合の圧電振動装置の応力分布図を図１１に示す。なお、図１０及び図１１において、格子状のハッチングで示す領域が最も圧力の高い領域で、間隔の大きな斜線ハッチングで示す領域が最も圧力の低い領域である。
　図９～図１１からわかるように、保持長さＤＬ１，ＤＬ２が短くなるに従って、冷却によって圧電振動子に生じる応力が小さくなることがわかる。この結果から、保持長さＤＬ１，ＤＬ２を変化させることにより圧電振動子に加わる応力を制御することができることがわかる。
　（変形例）
　図１２に示すように、第１及び第２の実装用電極１１，１２は、基材１０の端面に至るように形成されていてもよい。
　また、図１３に示すように、第１及び第２の実装用電極１１，１２に加えて、第１及び第２の実装用電極１１，１２に電気的に接続されていない第３の実装用電極１５を基材１０に設けてもよい。第３の実装用電極１５を設けることにより、圧電振動装置内に容量を内蔵することが可能となる。従って、圧電振動装置が実装された装置の部品点数を少なくすることができる。
１…圧電振動装置
１０…基材
１１…第１の実装用電極
１２…第２の実装用電極
１３…第１の接合部材
１４…第２の接合部材
１５…第３の実装用電極
２０…圧電振動子
２０ａ…励振部
２１…圧電基板
２１ａ…第１の主面
２１ｂ…第２の主面
２１ｃ…第１の端面
２１ｄ…第２の端面
２２…第１の電極
２３…第２の電極
３０…キャップ

Claims (9)

  1. 　対向する第１及び第２の主面を有しており、粒子配向されたビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電基板と、前記圧電基板を介して厚み方向に対向するように前記第１及び第２の主面に形成された第１及び第２の電極とを有する圧電振動子と、
    　基材と、
    　前記基材と前記圧電振動子とを接合する接合部材とを備え、
    　前記圧電振動子は、前記第１及び第２の電極と前記圧電基板とが前記圧電基板の厚み方向に重なる部分により構成された励振部を有しており、
    　前記接合部材は、前記圧電振動子の前記励振部の振動変位方向とは振動変位方向が逆の部分に接合されている、圧電振動装置。
  2. 　前記接合部材は、前記圧電振動子の前記励振部の振動変位方向とは振動変位方向が逆の部分のみに接合されている、請求項１に記載の圧電振動装置。
  3. 　前記圧電振動子は、厚みすべり振動を励振させる、請求項１または２に記載の圧電振動装置。
  4. 　前記接合部材は、前記圧電振動子の振動方向の一方側の端部を支持する第１の接合部材と、前記圧電振動子の振動方向の他方側の端部を支持する第２の接合部材とを有している、請求項３に記載の圧電振動装置。
  5. 　前記第１の接合部材と前記圧電振動子との接合面の前記振動方向に沿った長さをＤＬ１とし、前記圧電振動子の振動方向の一方側の端部から前記励振部までの前記振動方向に沿った距離をΔＬ１とし、前記第２の接合部材と前記圧電振動子との接合面の前記振動方向に沿った長さをＤＬ２とし、前記圧電振動子の振動方向の他方側の端部から前記励振部までの前記振動方向に沿った距離をΔＬ２としたとき、以下の式（１）及び（２）を満たす、請求項４に記載の圧電振動装置。
    ０＜ＤＬ１／ΔＬ１＜０．５３８　………式（１）
    ０＜ＤＬ２／ΔＬ２＜０．５３８　………式（２）
  6. 　前記ビスマス層状化合物がＳｒ－Ｂｉ－Ｎｂ系層状化合物である、請求項１～５のいずれか一項に記載の圧電振動装置。
  7. 　前記基材には、前記第１の電極に電気的に接続された第１の実装用電極と、前記第２の電極に電気的に接続された第２の実装用電極と、前記第１及び第２の実装用電極に電気的に接続されていない第３の実装用電極とが形成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の圧電振動装置。
  8. 　対向する第１及び第２の主面を有しており、粒子配向されたビスマス層状化合物を主結晶相とする圧電基板と、前記圧電基板を介して厚み方向に対向するように前記第１及び第２の主面に形成された第１及び第２の電極とを有する圧電振動子と、基材と、前記基材と前記圧電振動子とを接合する接合部材とを備え、前記圧電振動子は、前記第１及び第２の電極と前記圧電基板とが前記圧電基板の厚み方向に重なる部分により構成された励振部を有している圧電振動装置の製造方法であって、
    　前記圧電振動子の前記励振部の振動変位方向とは振動変位方向が逆の部分と前記基材とを前記接合部材により接合することを特徴とする、圧電振動装置の製造方法。
  9. 　前記圧電振動子は、厚みすべり振動を励振させるものであり、
    　前記接合部材による前記圧電振動子と前記基材との接合は、前記接合部材と前記圧電振動子との接合面の前記圧電振動子の振動方向に沿った長さが前記圧電基板の配向度に応じて選択された長さとなるように行われる、請求項８に記載の圧電振動装置の製造方法。
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