JPH06252687A - 圧電共振素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 圧電基板の両面に電極１２ａ、１２ｂを有す
る圧電共振素子１１において、前記圧電共振素子１１が
振動部１４、保持部１６及び結合部１５ａ、１５ｂを備
え、振動部１４と実質的不動部分である保持部１６とが
結合部１５ａ、１５ｂにより結合されている圧電共振素
子。 【効果】 結合部１５ａ、１５ｂ及び保持部１６により
確実に振動部１４が保持されているので、落下等の衝撃
により圧電共振素子１１の離脱や共振周波数のずれの発
生等の不都合が生じることがない。また本発明に係る圧
電共振素子１１を用いた圧電部品にあっては、部品数が
少なくて済み、組み立て工数を削減できるので、トータ
ルコストを下げることができ、また保護ケースに平行に
なるように設置するので、圧電共振素子を低背位化、小
型化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の使用分野】本発明は圧電共振素子に関し、よ
り詳細には情報処理、通信等の分野においてレゾネー
タ、フィルタ、ディスクリミネータ、ディレイライン等
として用いられる圧電共振素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス等からなる構造体は形状、
材質等によって決まる固有の機械的共振周波数を有して
いる。圧電セラミックスは電気信号と機械的振動の変換
素子であり、交流電圧を印加するとそれと同じ周期の機
械的振動を生じる。その周期が固有の共振周波数と一致
するとき振幅が最大となり、これを再び電気信号に変換
することにより一定の周波数が選択的に取り出される。

【０００３】固有の機械的共振には、基板の形状、分極
方向、電気信号の印加方向などに応じて各種の振動モー
ドがある。図９に、例えばセラミックフィルタに利用さ
れる振動モードの代表的なものを示す。どの振動モード
を選ぶかは実現すべきフィルタの中心周波数によってほ
ぼ決まる。すなわち、ＬＦ帯域では屈曲振動モードや長
さ振動モード、ＭＦ帯域では拡がり振動モード、ＨＦ〜
ＶＨＦ帯域ではエネルギー閉じ込め型厚み振動モードが
一般に利用されることが多い。

【０００４】前記した各種の振動モードを利用した圧電
共振素子を製造する際、問題となるのは、圧電共振素子
の保持方法である。すなわち、これらの圧電共振素子を
保持する際には、圧電共振素子の振動を阻害しないよう
に支持し、電極との導通を図る必要がある。そのため、
実際の圧電部品においては、数多くの工夫がなされてい
る。

【０００５】従来、ＬＦ帯域やＭＦ帯域を使用するレゾ
ネータは、拡がり振動モードを利用しているものが多い
（例えば実開平2-143831号公報、実開平2-145812号公報
等）。この拡がり振動モードを利用する場合の振動につ
いてのさらに詳しい概念図を図１０に示す。その振動分
布は面方向（ＸＹ方向）に等方的に伸縮を繰り返す振動
であるため、圧電共振素子の中央部Ｅが振動の節、エッ
ジが腹となる。このため、圧電部品を作製する際には、
圧電共振素子を拡がり振動モードの節となる該素子の中
央部Ｅの一点で支持している。従って、拡がり振動モー
ドを使用した圧電部品は、通常図１１に示すように圧電
共振素子４１の中央部位置に突起を有する金属挟持板４
２ａ、４２ｂにより圧電共振素子４１が支持された状態
で、樹脂製保護ケース４３ａ、４３ｂに納められて構成
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電共
振子４１や金属挟持板４２ａ、４２ｂを樹脂製保護ケー
ス４３ａ、４３ｂに収納する際、圧電共振子４１に対す
る支持点がずれやすく、例えば図６の点Ａ〜Ｄに示すよ
うな中央位置からはずれた位置に前記支持点がずれると
周波数波形が乱れ、充分な発振が得られないという課題
があった。

【０００７】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、圧電共振素子を機械的にしっかりと固定することが
でき、落下等の衝撃が作用しても圧電共振素子の離脱や
共振周波数のずれの発生を防止することができ、しかも
圧電部品を小型化、低背位化することのできる信頼性の
高い圧電共振素子を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る圧電共振素子は、圧電基板の両面に電極
を有する圧電共振素子において、前記圧電共振素子が振
動部、保持部及び結合部を備え、前記振動部と実質的不
動部分である前記保持部とが前記結合部により結合され
ていることを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記した構成においては、電圧印加時に実際に
振動を生じる前記振動部と該振動部の保持を目的とした
保持部との結合に特徴を有している。すなわち、前記振
動部のなかで電圧印加時に振動しにくい部分が存在する
ことに注目し、前記振動部の振動しにくい部分において
前記振動部を保持できるように、前記振動部、前記結合
部及び前記保持部が一枚の圧電基板に一体的に形成され
ていることを特徴としている。このように、前記振動部
と前記保持部及び前記二者を結合するための前記結合部
が一枚の圧電基板に一体的に形成されているので、従来
は必要であった金属挟持板４２ａ、４２ｂや導電性接着
剤５４ａ、５４ｂを用いる必要がなくなり、しかも確実
に前記振動部が保持され、落下等の衝撃により圧電共振
素子の離脱や共振周波数のずれの発生等の不都合が生じ
ることがない。

【００１０】また、前記振動部は振動しにくい部分で前
記結合部を介して前記保持部と結合されているので、前
記振動部における振動は抑圧されず、リップル等の発生
がなく、圧電共振素子としての特性が高められる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る圧電共振素子の実施例を
図面に基づいて説明する。

【００１２】図１は実施例に係る圧電共振素子を示した
模式図であり、（ａ）は圧電共振素子の斜視図、（ｂ）
は圧電共振素子の正面図である。

【００１３】図中、１１は圧電共振素子を示している。
この圧電共振素子１１は、振動部１４、保持部１６及び
振動部１４と保持部１６とを結合する結合部１５ａ、１
５ｂを備えている。また保持部１６と振動部１４とはこ
の振動部１４の振動しにくい部分に結合した結合部１５
ａ、１５ｂにより一体化が図られている。振動部１４の
両面には振動電極１２ａ、１２ｂ（図示せず）が形成さ
れ、結合部１５ａ、１５ｂ及び保持部１６にはそれぞれ
片面にだけ端子電極１３ａ、１３ｂが形成されており、
これら端子電極１３ａ、１３ｂに交流を印加することに
より両面に振動電極１２ａ、１２ｂが形成された振動部
１４が共振するようになっている。

【００１４】このように本実施例に係る圧電共振素子１
１は、振動部１４と保持部１６及び結合部１５ａ、１５
ｂが一枚の圧電基板の成形加工により一体的に形成され
ているので、従来は必要であった金属挟持板４２ａ、４
２ｂが必要なくなり、また落下等の衝撃により圧電共振
素子１１の離脱や共振周波数のずれの発生等の不都合が
生じることがない。また、振動部１４は実質的不動部分
で結合部１５ａ、１５ｂを介して保持部１６と結合され
ているので、振動部１４における振動は抑圧されず、リ
ップル等の発生がなく、圧電共振素子としての特性を高
めることができる。

【００１５】図２は上記した実施例に係る圧電共振素子
１１を用いて、圧電部品１０を作製する際の各部品と完
成した圧電部品を示した模式図であり、（ａ）は圧電部
品の各部品を示す分解斜視図であり、（ｂ）は組み立て
られて完成した圧電部品を示す斜視図である。図中、１
７ａ、１７ｂは保護ケースを示し、この保護ケース１７
ａ、１７ｂは、周辺部に圧電共振素子１１の保持部１６
とほぼ同様の幅、形状を有する支持部１９ａと、組み立
てた際には空洞となる凹部１９ｂとを有している。組み
立てる際は、図２（ａ）に示したように圧電共振素子１
１の上面及び下面に保護ケース１７ａ、１７ｂを三者が
ちょうど重なるように重ね合わせ、接着剤により接着す
る。支持部１９ａは必ずしも保持部１６と同じ形状にす
る必要はなく、組み立てた際に振動部１４と接触したり
せず、振動部１４が自由に振動できるような形状であれ
ばよい。このようにして３者を重ね合わせて接着した
後、引き出し電極１８を通じて共通の端子電極１３ａ、
１３ｂに通電が可能なように、各辺にはんだ電極２０
ａ、２０ｂを形成する。このはんだ電極２０ａ、２０ｂ
は、他の大きな基板、例えばプリント配線板等に接続さ
れるようになっている。本実施例に係る圧電共振子１１
を用いた圧電部品１０は構成部品の数が従来に較べて少
なくなり、組み立ても非常に簡単になるので、圧電部品
１０製造時の各工程の自動化が可能となり、コスト低減
や製品歩留まりの向上を図ることができる。また前記平
板状の圧電共振素子１１は基板５２（図９）上に立てら
れた構造でなく、保護ケース１７ａ、１７ｂに平行に設
置されているので、圧電部品１０の低背位化、小型化を
図ることができる。

【００１６】次に本発明に係る圧電共振素子の別の実施
例について説明する。図３は別の実施例に係る圧電共振
素子を示した模式図であり、（ａ）は圧電共振素子の正
面図、（ｂ）は圧電共振素子の背面図である。

【００１７】図中、２１は圧電共振素子を示しており、
この圧電共振素子２１は、振動部２４、保持部２６ａ、
２６ｂ及び振動部２４と保持部２６ａ、２６ｂとを結合
する結合部２５ａ、２５ｂとを備えている。また保持部
２６ａ、２６ｂと振動部２４はこの振動部２４の不動部
分に結合した結合部２５ａ、２５ｂにより一体化が図ら
れている。振動部２４の両面には振動電極２２ａ、２２
ｂが形成され、結合部２５ａ、２５ｂ及び保持部２６
ａ、２６ｂにはそれぞれ片面にだけ端子電極２３ａ、２
３ｂが形成されており、これら端子電極２３ａ、２３ｂ
に交流を印加することにより両面に振動電極２２ａ、２
２ｂが形成された振動部２４が共振するようになってい
る。図１に示した圧電共振素子１１と異なる点は、保持
部２６ａ、２６ｂがお互いに直接的に結合されておら
ず、結合部２５ａ、２５ｂ及び振動部２４を介してのみ
一体的に形成されている点にある。

【００１８】本実施例に係る圧電共振素子２１を用いた
圧電部品においても、前述の場合と同様に圧電部品製造
時の各工程の自動化が可能となり、コスト低減や製品歩
留まりの向上を図ることができ、さらに圧電部品の低背
位化、小型化を図ることができる。

【００１９】次に本発明に係る圧電共振素子のさらに別
の実施例について説明する。

【００２０】図４はさらに別の実施例に係る圧電共振素
子を示した斜視図である。

【００２１】図中、３１は圧電共振素子を示している。
この圧電共振素子３１は、振動部３４、保持部３６ａ、
３６ｂ及び振動部３４と保持部３６ａ、３６ｂとを結合
する結合部３５ａ、３５ｂを備えている。また保持部３
６ａ、３６ｂと振動部３４とはこの振動部３４の不動部
分に結合した結合部３５ａ、３５ｂにより一体化が図ら
れている。振動部３４の両面には振動電極３２ａ、３２
ｂが形成され、結合部３５ａ、３５ｂ及び保持部３６
ａ、３６ｂにはそれぞれ片面にだけ端子電極３３ａ、３
３ｂが形成されており、これら端子電極３３ａ、３３ｂ
に交流を印加することにより両面に振動電極３２ａ、３
２ｂが形成された振動部３４が共振するようになってい
る。図１に示した圧電共振素子１１と異なる点は、保持
部３６ａ、３６ｂがお互いに直接的に結合されておら
ず、結合部３５ａ、３５ｂ及び振動部３４を介してのみ
結合されている点、及び結合部３５ａ、３５ｂが圧電共
振素子３１の厚み方向における一部分で結合されている
ため、厚み方向における一部分のみが拘束され、他の箇
所は自由に振動できる点にある。

【００２２】本実施例に係る圧電共振素子３１を用い
て、上記の場合と同様に圧電部品を製造することができ
る。この圧電部品を製造する際、前述の場合と同様に圧
電部品製造の各工程の自動化が可能となり、コスト低減
や製品歩留まりの向上を図ることができ、さらに圧電部
品の低背位化、小型化を図ることができる。

【００２３】次に本発明の実施例に係る圧電共振素子の
共振に関する測定方法と結果について説明する。図５は
測定した圧電共振素子を示す斜視図である。圧電共振素
子１００は、１０mm×１０mm×０．５３mmの振動部１０
１と、２mm×５．５mm×０．５３mmの結合部１０２及び
１０３により構成されている。１０２ｃ及び１０３ｃ
は、測定時に固定される部分、すなわち実質的不動部分
である保持部に相当する。振動部１０１は、電極面に対
して垂直に分極された圧電基板が電極１０１ａ及び１０
１ｂで挟まれた構造になっている。結合部１０２及び１
０３は、片面にリード電極１０２ａ及び１０３ｂが施さ
れ、振動部の電極１０１ａ及び１０１ｂと電気的に導通
している。

【００２４】次に、測定に使用してた測定治具と測定方
法について説明する。図６は測定に使用した測定治具の
斜視図である。測定治具２００は、１５mm×３５mmのガ
ラスエポキシ製基板２０１と、ガラスエポキシ製基板２
０１に設けられた一対のスルーホールに半田２０２ｄ及
び２０３ｄで固定された電極端子２０２及び２０３によ
り構成されている。電極端子２０２及び２０３は、ベリ
リウム銅製で、サンプル挟持部２０２ａ・２０２ｂ及び
２０３ａ・２０３ｂと計測器側の端子部２０２ｃ及び２
０３ｃから構成されている。図７は、電極端子２０３に
固定された圧電共振素子の不動部１０３ｃを拡大した図
である。サンプルの固定は、図７に示すように測定治具
２００の電極端子２０３ａ及び２０３ｂを開き、点接触
ではなく面接触になるように保持部１０３ｃを挟持、固
定した。振動部の電極１０１ｂからの電気信号は、結合
部に設けたリード電極１０３ｂと測定治具の電極端子２
０３ｂから２０３ｃを経て、インピーダンスアナライザ
ーの測定端子に入力され、インピーダンスが測定され
る。

【００２５】図８は、インピーダンス特性を測定した結
果の一例である。本発明によれば、スプリアスの無い良
好な共振が得られることがわかる。同様の測定をした結
果、上記した圧電共振素子は、２１５〜２２５ｋＨｚの
範囲で共振することが確認された。

【００２６】なお、本発明によれば、寸法を適切な値に
することにより、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数範囲
で共振が可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る圧電共
振素子にあっては、圧電基板の両面に電極を有する圧電
共振素子において、前記圧電共振素子が振動部、保持部
及び結合部を備え、前記結合部により前記振動部の振動
時における実質的不動部分と前記保持部とが結合されて
いるので、従来は必要であった金属挟持板４２ａ、４２
ｂが必要なくなり、しかも確実に前記振動部が保持さ
れ、落下等の衝撃により圧電共振素子の離脱や共振周波
数のずれの発生等の不都合が生じることがない。

【００２８】また本発明に係る圧電共振素子にあって
は、該圧電共振素子を用いた圧電部品を製造する際、圧
電共振素子、保護ケースのみで構成されるため部品数が
少なくて済み、組み立て工数を削減できるので、トータ
ルコストを下げることができ、さらに、前記平板状の圧
電共振素子を基板上に立てた構造でなく、保護ケースに
平行になるように設置するので、圧電共振素子を低背位
化、小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図０１】本発明の実施例に係る圧電共振素子を示した
概略図であり、（ａ）は圧電共振素子の斜視図、（ｂ）
は圧電共振子の正面図である。

【図０２】本発明の実施例に係る圧電共振素子を用いて
圧電部品を組み立てる際の各部品と完成した圧電部品を
示した模式図であり、（ａ）は圧電部品の各部品を示す
分解斜視図、（ｂ）は組み立てられて完成した圧電部品
を示す斜視図である。

【図０３】本発明の別の実施例に係る圧電共振素子を示
した模式図であり、（ａ）は圧電共振素子の正面図、
（ｂ）は圧電共振素子の背面図である。

【図０４】本発明のさらに別の実施例に係る圧電共振素
子を示した斜視図である。

【図０５】共振周波数を測定した圧電共振素子を示した
斜視図である。

【図０６】共振周波数の測定に使用した測定治具を示し
た斜視図である。

【図０７】測定治具の電極端子に固定された圧電共振素
子の不動部を示した拡大図である。

【図０８】圧電共振素子のインピーダンス特性を測定し
た結果の一例を示したグラフである。

【図０９】セラミックフィルタに利用される振動モード
の代表的なものを示した概略図である。

【図１０】拡がり振動モード及び長さ振動モードを利用
する場合の振動について、振動分布及び振幅分布を示し
た概念図である。

【図１１】従来の拡がり振動モードを利用した圧電部品
を示した斜視図である。

【符合の説明】

１１，２１，３１ 圧電共振素子 １２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ 振
動電極 １３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３３ａ，３３ｂ 端
子電極 １４，２４，３４ 振動部 １５ａ，１５ｂ，２５ａ，２５ｂ，３５ａ，３５ｂ 結
合部 １６，２６ａ，２６ｂ，３６ａ，３６ｂ 保持部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板の表面に電極が形成されている
   圧電共振素子において、前記圧電共振素子が振動部、保
   持部及び結合部を備え、前記振動部と実質的不動部分で
   ある前記保持部とが前記結合部により結合されているこ
   とを特徴とする圧電共振素子。