JPH05343944A - 圧電共振子 - Google Patents
圧電共振子Info
- Publication number
- JPH05343944A JPH05343944A JP4150327A JP15032792A JPH05343944A JP H05343944 A JPH05343944 A JP H05343944A JP 4150327 A JP4150327 A JP 4150327A JP 15032792 A JP15032792 A JP 15032792A JP H05343944 A JPH05343944 A JP H05343944A
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- JP
- Japan
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- electrode
- electrodes
- partial
- piezoelectric
- piezoelectric resonator
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- Pending
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 厚み縦高調波エネルギー閉じ込めの圧電共振
子に関し、基本波スプリアス共振応答を低減し、小型か
つ高性能の圧電共振子を得る。 【構成】 対向する長辺側の輪郭部５ａ，５ｂが少なく
とも部分電極２ａ，２ｂの近傍において非平行とした略
矩形形状の圧電基板１と、外部から電界を部分電極２
ａ，２ｂに印加するための取出し電極４ａ，４ｂに接続
された引出し電極３ａ，３ｂを備え、かつ圧電基板１の
表か裏に補助電極６を備えた構成により、部分電極２
ａ，２ｂに厚み縦基本モード近傍の高周波電界が印加さ
れると、このモードは引出し電極３ａ，３ｂに沿って伝
搬するものと部分電極２ａ，２ｂの近傍で振動するもの
が発生するが、前者は引出し電極３ａ，３ｂが輪郭部５
ａ，５ｂにあるため伝搬波は散乱し、後者は部分電極２
ａと補助電極６の間に発生する電界によりその振動を阻
害されるため不要共振応答を極めて小さくすることがで
きる。
子に関し、基本波スプリアス共振応答を低減し、小型か
つ高性能の圧電共振子を得る。 【構成】 対向する長辺側の輪郭部５ａ，５ｂが少なく
とも部分電極２ａ，２ｂの近傍において非平行とした略
矩形形状の圧電基板１と、外部から電界を部分電極２
ａ，２ｂに印加するための取出し電極４ａ，４ｂに接続
された引出し電極３ａ，３ｂを備え、かつ圧電基板１の
表か裏に補助電極６を備えた構成により、部分電極２
ａ，２ｂに厚み縦基本モード近傍の高周波電界が印加さ
れると、このモードは引出し電極３ａ，３ｂに沿って伝
搬するものと部分電極２ａ，２ｂの近傍で振動するもの
が発生するが、前者は引出し電極３ａ，３ｂが輪郭部５
ａ，５ｂにあるため伝搬波は散乱し、後者は部分電極２
ａと補助電極６の間に発生する電界によりその振動を阻
害されるため不要共振応答を極めて小さくすることがで
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は厚み縦高調波エネルギー
閉じ込め形の圧電共振子に関するものである。
閉じ込め形の圧電共振子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧電セラミックや圧電単結晶等を用いた
フィルタや発振子等の圧電共振子のうち、これらが使用
される中心周波数、発振周波数がほぼ１ＭHz以上のもの
では、電気的共振周波数が第一義的に共振子の厚さに逆
比例する厚み振動モードが広く用いられている。特に中
心周波数や発振周波数が１０ＭHz以上の共振子では基本
発振モードを用いると、圧電基板の厚さが小さくなり加
工可能の限界を越すようになるため、厚み縦の３倍，５
倍等の高調波エネルギー閉じ込め形モードが利用されて
いる。
フィルタや発振子等の圧電共振子のうち、これらが使用
される中心周波数、発振周波数がほぼ１ＭHz以上のもの
では、電気的共振周波数が第一義的に共振子の厚さに逆
比例する厚み振動モードが広く用いられている。特に中
心周波数や発振周波数が１０ＭHz以上の共振子では基本
発振モードを用いると、圧電基板の厚さが小さくなり加
工可能の限界を越すようになるため、厚み縦の３倍，５
倍等の高調波エネルギー閉じ込め形モードが利用されて
いる。
【０００３】以下に従来の厚み縦高調波エネルギー閉じ
込め形の圧電共振子について説明する。図４に示すよう
に厚み方向に分極された圧電セラミック製の圧電基板１
は、厚さで決まる厚み縦基本モードが非閉じ込め（伝
搬）モードで、厚み縦３倍モードがエネルギー閉じ込め
モードとなるような定数（ポアソン比）を有している。
込め形の圧電共振子について説明する。図４に示すよう
に厚み方向に分極された圧電セラミック製の圧電基板１
は、厚さで決まる厚み縦基本モードが非閉じ込め（伝
搬）モードで、厚み縦３倍モードがエネルギー閉じ込め
モードとなるような定数（ポアソン比）を有している。
【０００４】圧電基板１の主平面上のほぼ中央部に蒸着
やめっき等の手段で表裏が対向するように配設した円形
の部分電極２ａ，２ｂは、表裏での電極ずれを補正する
ために一方の部分電極（たとえば２ｂ）の直径を他方
（たとえば２ａ）の直径より０．２mm大きく形成されて
いる。部分電極２ａ，２ｂの直径は、圧電基板１の主平
面上のいずれの寸法よりも小さく、したがって部分的に
しか構成されていない部分電極となっている。部分電極
２ａ，２ｂの直径はオーバートーン共振を避けるためベ
ックマン条件で定まる上限以下とされている。
やめっき等の手段で表裏が対向するように配設した円形
の部分電極２ａ，２ｂは、表裏での電極ずれを補正する
ために一方の部分電極（たとえば２ｂ）の直径を他方
（たとえば２ａ）の直径より０．２mm大きく形成されて
いる。部分電極２ａ，２ｂの直径は、圧電基板１の主平
面上のいずれの寸法よりも小さく、したがって部分的に
しか構成されていない部分電極となっている。部分電極
２ａ，２ｂの直径はオーバートーン共振を避けるためベ
ックマン条件で定まる上限以下とされている。
【０００５】圧電基板１は長辺側の輪郭部５ａを対向す
る他方の輪郭部５ｂに対して平行とせず角度θだけ傾い
た短冊状のものであり、部分電極２ａ，２ｂに外部から
電界を印加するために圧電基板１の輪郭部５ａ，５ｂに
沿って引出し電極３ａ，３ｂを配設し、さらに短辺側に
取出し電極４ａ，４ｂをそれぞれ配設して構成したもの
である。
る他方の輪郭部５ｂに対して平行とせず角度θだけ傾い
た短冊状のものであり、部分電極２ａ，２ｂに外部から
電界を印加するために圧電基板１の輪郭部５ａ，５ｂに
沿って引出し電極３ａ，３ｂを配設し、さらに短辺側に
取出し電極４ａ，４ｂをそれぞれ配設して構成したもの
である。
【０００６】以上のように構成された圧電共振子につい
て、以下その動作について説明する。厚み縦高調波エネ
ルギー閉じ込めモードは、電極上および電極近傍に形成
された自由振動空間により、振動を阻害されないためＱ
の高い電気的共振応答が得られるが、部分電極２ａ，２
ｂから引出し電極３ａ，３ｂに沿って周囲輪郭部に向か
って伝搬してゆく非閉じ込めモードは圧電基板１の輪郭
部５ａ，５ｂで反射するが、互いに対向する輪郭部５
ａ，５ｂを非平行としたため図５に示すように、伝搬超
音波は矢印を含む経路７に示したように輪郭部５ａ，５
ｂで反射し、同一パスをくり返し伝搬できず、したがっ
て定在波が生じないことになる。そのため非閉じ込めモ
ードの共振周波数近傍の不要共振が小さくなる。
て、以下その動作について説明する。厚み縦高調波エネ
ルギー閉じ込めモードは、電極上および電極近傍に形成
された自由振動空間により、振動を阻害されないためＱ
の高い電気的共振応答が得られるが、部分電極２ａ，２
ｂから引出し電極３ａ，３ｂに沿って周囲輪郭部に向か
って伝搬してゆく非閉じ込めモードは圧電基板１の輪郭
部５ａ，５ｂで反射するが、互いに対向する輪郭部５
ａ，５ｂを非平行としたため図５に示すように、伝搬超
音波は矢印を含む経路７に示したように輪郭部５ａ，５
ｂで反射し、同一パスをくり返し伝搬できず、したがっ
て定在波が生じないことになる。そのため非閉じ込めモ
ードの共振周波数近傍の不要共振が小さくなる。
【０００７】この圧電共振子では樹脂等の塗布、印刷と
いった手段が不要であるため圧電基板１のデッドスペー
スを極めて小さくすることができるため、圧電共振子全
体を小型化することができる。
いった手段が不要であるため圧電基板１のデッドスペー
スを極めて小さくすることができるため、圧電共振子全
体を小型化することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では基本波近傍のインピーダンス特性に非閉じ込
めモードによる不要共振の一部が残るという問題点を有
したものであり、この状態を図６に示す（図６のＡで示
した部分に非閉じ込めモードによる不要共振の一部が残
っている）。
の構成では基本波近傍のインピーダンス特性に非閉じ込
めモードによる不要共振の一部が残るという問題点を有
したものであり、この状態を図６に示す（図６のＡで示
した部分に非閉じ込めモードによる不要共振の一部が残
っている）。
【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、非閉じ込めモードのスプリアスを低減した小型で高
性能の圧電共振子を提供することを目的とするものであ
る。
で、非閉じ込めモードのスプリアスを低減した小型で高
性能の圧電共振子を提供することを目的とするものであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明による圧電共振子は、長辺側が非平行に形成さ
れた略矩形の圧電基板の両主平面の中央部に表裏で相対
向する部分電極を設け、この部分電極から長辺側に引出
されてさらに短辺側へと向かう引出し電極と、この引出
し電極を短辺側で接続すると共に外部から電界を印加す
るための取出し電極と、両主平面のいずれか一方の面に
上記部分電極と定間隔をおいて配設され、かつこの他方
の主平面に設けた取出し電極と電気的に接続された補助
電極を設けた構成としたものである。
に本発明による圧電共振子は、長辺側が非平行に形成さ
れた略矩形の圧電基板の両主平面の中央部に表裏で相対
向する部分電極を設け、この部分電極から長辺側に引出
されてさらに短辺側へと向かう引出し電極と、この引出
し電極を短辺側で接続すると共に外部から電界を印加す
るための取出し電極と、両主平面のいずれか一方の面に
上記部分電極と定間隔をおいて配設され、かつこの他方
の主平面に設けた取出し電極と電気的に接続された補助
電極を設けた構成としたものである。
【００１１】
【作用】この構成により、部分電極から引出し電極に沿
って伝搬する非閉じ込めモードは長辺側の輪郭部分にお
いて散乱され、さらに部分電極近傍で励振している非閉
じ込めモードは部分電極と補助電極の間に設けた定間隔
の無電極部に発生する電界によって振動を阻害されるこ
ととなり、非閉じ込めモードの共振周波数近傍の不要共
振応答が極めて小さくなる。
って伝搬する非閉じ込めモードは長辺側の輪郭部分にお
いて散乱され、さらに部分電極近傍で励振している非閉
じ込めモードは部分電極と補助電極の間に設けた定間隔
の無電極部に発生する電界によって振動を阻害されるこ
ととなり、非閉じ込めモードの共振周波数近傍の不要共
振応答が極めて小さくなる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１（ａ）は本発明による圧電共
振子の表側を示す要部平面図、同図（ｂ）はその裏面側
を示すものであり、同図においては従来例と同一部品に
同一番号を付して説明は省略する。
照しながら説明する。図１（ａ）は本発明による圧電共
振子の表側を示す要部平面図、同図（ｂ）はその裏面側
を示すものであり、同図においては従来例と同一部品に
同一番号を付して説明は省略する。
【００１３】部分電極２ａ，２ｂに外部から電界を印加
するために略矩形に形成された圧電基板１の長辺側の輪
郭部５ａ，５ｂに沿って引出し電極３ａ，３ｂを配設
し、圧電基板１の端部に配設された取出し電極４ａ，４
ｂと部分電極２ａ，２ｂをそれぞれ電気的に接続し、さ
らに圧電基板１の主平面表側に部分電極２ａと距離ｄを
離して配設された補助電極６を設け、この補助電極６は
上記取出し電極４ｂと電気的に接続されて形成されてい
る。
するために略矩形に形成された圧電基板１の長辺側の輪
郭部５ａ，５ｂに沿って引出し電極３ａ，３ｂを配設
し、圧電基板１の端部に配設された取出し電極４ａ，４
ｂと部分電極２ａ，２ｂをそれぞれ電気的に接続し、さ
らに圧電基板１の主平面表側に部分電極２ａと距離ｄを
離して配設された補助電極６を設け、この補助電極６は
上記取出し電極４ｂと電気的に接続されて形成されてい
る。
【００１４】以上のように構成された圧電共振子につい
て、以下にその動作を説明する。部分電極２ａ，２ｂに
厚みで決まる厚み縦基本モードを励振する近傍の周波数
の高周波電界が印加されると、この厚み縦基本モードは
引出し電極３ａ，３ｂに沿って伝搬するものと部分電極
２ａ，２ｂの近傍で振動するものとが発生するが、前者
は引出し電極３ａ，３ｂが輪郭部５ａ，５ｂにあるため
伝搬波は散乱し、後者は部分電極２ａと補助電極６の間
に距離ｄとして設けた無電極部に発生する電界によりそ
の振動を阻害されるため、非閉じ込めモード共振周波数
近傍の不要共振応答が極めて小さくなる。試作した圧電
共振子の諸元は次の通りである。
て、以下にその動作を説明する。部分電極２ａ，２ｂに
厚みで決まる厚み縦基本モードを励振する近傍の周波数
の高周波電界が印加されると、この厚み縦基本モードは
引出し電極３ａ，３ｂに沿って伝搬するものと部分電極
２ａ，２ｂの近傍で振動するものとが発生するが、前者
は引出し電極３ａ，３ｂが輪郭部５ａ，５ｂにあるため
伝搬波は散乱し、後者は部分電極２ａと補助電極６の間
に距離ｄとして設けた無電極部に発生する電界によりそ
の振動を阻害されるため、非閉じ込めモード共振周波数
近傍の不要共振応答が極めて小さくなる。試作した圧電
共振子の諸元は次の通りである。
【００１５】 （１）使用中心周波数 ；３３．８ＭHz （２）部分電極２ａ，２ｂの直径 ；０．６mm、０．
８mm （３）圧電基板幅 ；１．４５mm（電
極中心） （４）圧電基板長さ ；５．１mm （５）非平行角θ ；２° （６）部分電極と補助電極の距離ｄ ；０．１mm 図３に示すように、閉じ込めモードの厚み縦３倍高調波
モードは、エネルギー閉じ込めが十分行われているの
で、本実施例と従来例との差異は認められないが、図２
に示すように、非閉じ込めモードの厚み縦基本モード
は、本実施例の圧電共振子は従来例に比してスプリアス
に大きな改善の効果がある。特に、本実施例の圧電共振
子は発振子用素子として用いた場合に低次モードでの発
振を抑制することができる。
８mm （３）圧電基板幅 ；１．４５mm（電
極中心） （４）圧電基板長さ ；５．１mm （５）非平行角θ ；２° （６）部分電極と補助電極の距離ｄ ；０．１mm 図３に示すように、閉じ込めモードの厚み縦３倍高調波
モードは、エネルギー閉じ込めが十分行われているの
で、本実施例と従来例との差異は認められないが、図２
に示すように、非閉じ込めモードの厚み縦基本モード
は、本実施例の圧電共振子は従来例に比してスプリアス
に大きな改善の効果がある。特に、本実施例の圧電共振
子は発振子用素子として用いた場合に低次モードでの発
振を抑制することができる。
【００１６】なお、本実施例では厚み方向に分極処理さ
れた圧電基板１を用いたが、本発明の適用範囲はこれに
限定されるものではなく、自発分極を持つ圧電単結晶や
配向膜を用いることができる。さらに、本実施例では部
分電極２ａ，２ｂと補助電極６の距離ｄを０．１mmとし
たが、この距離は圧電基板１の厚みにもよるが、０．１
〜１mm程度とするのが望ましい。
れた圧電基板１を用いたが、本発明の適用範囲はこれに
限定されるものではなく、自発分極を持つ圧電単結晶や
配向膜を用いることができる。さらに、本実施例では部
分電極２ａ，２ｂと補助電極６の距離ｄを０．１mmとし
たが、この距離は圧電基板１の厚みにもよるが、０．１
〜１mm程度とするのが望ましい。
【００１７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、主平面と垂直な方向に対向する長辺方向の輪郭部が
少なくとも部分電極の近傍において非平行とした圧電基
板と外部から電界を部分電極に印加するための少なくと
も部分電極の近傍において非平行な輪郭部に配設した引
出し電極を備え、圧電基板の主平面上の表裏どちらか一
方に配設した補助電極を備えた構成により、非閉じ込め
モードのスプリアスを低減した小型で性能のすぐれた圧
電共振子を実現できるものである。
は、主平面と垂直な方向に対向する長辺方向の輪郭部が
少なくとも部分電極の近傍において非平行とした圧電基
板と外部から電界を部分電極に印加するための少なくと
も部分電極の近傍において非平行な輪郭部に配設した引
出し電極を備え、圧電基板の主平面上の表裏どちらか一
方に配設した補助電極を備えた構成により、非閉じ込め
モードのスプリアスを低減した小型で性能のすぐれた圧
電共振子を実現できるものである。
【図１】（ａ）本発明の一実施例の圧電共振子の表側の
要部平面図 （ｂ）同裏側の要部平面図
要部平面図 （ｂ）同裏側の要部平面図
【図２】同実施例による圧電共振子と従来の圧電共振子
の厚み縦基本近傍周波数のインピーダンス特性図
の厚み縦基本近傍周波数のインピーダンス特性図
【図３】同実施例による圧電共振子と従来の圧電共振子
の厚み縦３倍高調波近傍周波数のインピーダンス特性図
の厚み縦３倍高調波近傍周波数のインピーダンス特性図
【図４】従来の圧電共振子の要部平面図
【図５】従来の圧電共振子の伝搬超音波の経路を示した
要部平面図
要部平面図
【図６】従来の圧電共振子の厚み縦基本近傍周波数のイ
ンピーダンス特性図
ンピーダンス特性図
１ 圧電基板 ２ａ，２ｂ 部分電極 ３ａ，３ｂ 引出し電極 ４ａ，４ｂ 取出し電極 ５ａ，５ｂ 圧電基板の輪郭部 ６ 補助電極
Claims (1)
- 【請求項１】長辺側が非平行に形成された略矩形の圧電
基板の両主平面の中央部に表裏で相対向する部分電極を
設け、この部分電極から長辺側に引出されてさらに短辺
側へと向かう引出し電極と、この引出し電極を短辺側で
接続すると共に外部から電界を印加するための取出し電
極と、両主平面のいずれか一方の面に上記部分電極と定
間隔をおいて配設され、かつこの他方の主平面に設けた
取出し電極と電気的に接続された補助電極を設けてなる
圧電共振子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4150327A JPH05343944A (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 圧電共振子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4150327A JPH05343944A (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 圧電共振子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343944A true JPH05343944A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=15494597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4150327A Pending JPH05343944A (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 圧電共振子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05343944A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100440194B1 (ko) * | 1999-10-29 | 2004-07-15 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 공진기 |
| US8104876B2 (en) * | 2007-09-28 | 2012-01-31 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Liquid transporting apparatus and piezoelectric actuator |
-
1992
- 1992-06-10 JP JP4150327A patent/JPH05343944A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100440194B1 (ko) * | 1999-10-29 | 2004-07-15 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 공진기 |
| US8104876B2 (en) * | 2007-09-28 | 2012-01-31 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Liquid transporting apparatus and piezoelectric actuator |
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