JPH08242026A - 圧電振動子及びこれを具備する圧電振動子デバイス並びに該デバイスを具備する回路装置 - Google Patents
圧電振動子及びこれを具備する圧電振動子デバイス並びに該デバイスを具備する回路装置Info
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- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 同調回路を必要とせず、かつ、加工が容易で
安価な高調波を利用した圧電振動子を提供する。 【構成】 厚み縦振動モードの電気機械結合係数の値が
厚み滑べり振動モードの電気機械結合係数の値よりも充
分に大きい圧電素子（１０）と、該圧電素子の厚み縦振
動の高調波エネルギーを閉じ込めるように配置された一
対の電極（１１、１２）とを有する構成である。
安価な高調波を利用した圧電振動子を提供する。 【構成】 厚み縦振動モードの電気機械結合係数の値が
厚み滑べり振動モードの電気機械結合係数の値よりも充
分に大きい圧電素子（１０）と、該圧電素子の厚み縦振
動の高調波エネルギーを閉じ込めるように配置された一
対の電極（１１、１２）とを有する構成である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子機器のクロック信号
生成やフィルタ等に使用される振動子に関し、より特定
すれば、圧電体を利用した圧電振動子に関する。マイク
ロコンピュータなどの多くの電子機器は、振動子を具備
する。振動子は、電子機器の動作を規定するためのクロ
ック信号の生成や、信号のフィルタリング等に用いられ
る。一般に、振動子として、圧電体を利用した圧電振動
子が多く用いられる。
生成やフィルタ等に使用される振動子に関し、より特定
すれば、圧電体を利用した圧電振動子に関する。マイク
ロコンピュータなどの多くの電子機器は、振動子を具備
する。振動子は、電子機器の動作を規定するためのクロ
ック信号の生成や、信号のフィルタリング等に用いられ
る。一般に、振動子として、圧電体を利用した圧電振動
子が多く用いられる。
【０００２】近年の電子機器の処理速度の向上に伴い、
より高い周波数のクロック信号を生成することが要求さ
れている。このため、クロック信号生成用の振動子にお
いては特に、微細加工技術等、高周波化のための技術開
発が活発化している。圧電振動子は、圧電体に電極を設
け、この電極に電圧を印加することで圧電体を振動（共
振）させる素子である。圧電振動子は、Ｑが高く、温度
変化の影響や経時変化が少なく、コイルとコンデンサを
用いたＬＣ回路よりも利点が多い。依って、クロック信
号生成や各種フィルタ等に利用されている。
より高い周波数のクロック信号を生成することが要求さ
れている。このため、クロック信号生成用の振動子にお
いては特に、微細加工技術等、高周波化のための技術開
発が活発化している。圧電振動子は、圧電体に電極を設
け、この電極に電圧を印加することで圧電体を振動（共
振）させる素子である。圧電振動子は、Ｑが高く、温度
変化の影響や経時変化が少なく、コイルとコンデンサを
用いたＬＣ回路よりも利点が多い。依って、クロック信
号生成や各種フィルタ等に利用されている。
【０００３】
【従来の技術】一般に、圧電振動子としては、水晶を利
用したものが多い。通常、振動子の１次共振（主共振と
もいう）を利用する。振動周波数（発振周波数）は、振
動子の厚みに依存する。振動子を高周波化するには、振
動子の厚みを薄くする。ところが、薄板加工技術の限界
により、１次共振では周波数に限界があり、クロック信
号の高周波化に対応できない。また、振動子の板厚を薄
くすればするほど、高度な加工技術を必要とし、製造コ
ストは飛躍的に増大する。
用したものが多い。通常、振動子の１次共振（主共振と
もいう）を利用する。振動周波数（発振周波数）は、振
動子の厚みに依存する。振動子を高周波化するには、振
動子の厚みを薄くする。ところが、薄板加工技術の限界
により、１次共振では周波数に限界があり、クロック信
号の高周波化に対応できない。また、振動子の板厚を薄
くすればするほど、高度な加工技術を必要とし、製造コ
ストは飛躍的に増大する。
【０００４】そこでこの問題点を解決するために、１次
共振とともに発生している高調波を利用することが考え
られる。例えば、３次高調波を利用すれば、同一の振動
子板の厚みで３倍の周波数が得られる。図２５は、水晶
振動子の３次高調波を利用した発振回路である。この発
振回路は、水晶振動子１、インバータ２、コンデンサＣ
１、Ｃ２及びコイルＬ、コンデンサＣ３、入力端子３及
び出力端子４を有する。入力端子に直流電圧を与え、出
力端子４から発振信号を得る。コイルＬとコンデンサＣ
３は同調回路を構成し、水晶振動子１の３次高調波に共
振する。なお、１次共振周波数を出力させるためには、
コイルＬとコンデンサＣ３を必要としない。コイルＬと
コンデンサＣ３は主として、共振周波数を高くする作用
を有する。
共振とともに発生している高調波を利用することが考え
られる。例えば、３次高調波を利用すれば、同一の振動
子板の厚みで３倍の周波数が得られる。図２５は、水晶
振動子の３次高調波を利用した発振回路である。この発
振回路は、水晶振動子１、インバータ２、コンデンサＣ
１、Ｃ２及びコイルＬ、コンデンサＣ３、入力端子３及
び出力端子４を有する。入力端子に直流電圧を与え、出
力端子４から発振信号を得る。コイルＬとコンデンサＣ
３は同調回路を構成し、水晶振動子１の３次高調波に共
振する。なお、１次共振周波数を出力させるためには、
コイルＬとコンデンサＣ３を必要としない。コイルＬと
コンデンサＣ３は主として、共振周波数を高くする作用
を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水晶振
動子を用いた図２５に示す構成では、３次高調波を取り
出すためにコイルＬを設ける必要があり、装置が大型化
し、コスト高になるという問題点がある。
動子を用いた図２５に示す構成では、３次高調波を取り
出すためにコイルＬを設ける必要があり、装置が大型化
し、コスト高になるという問題点がある。
【０００６】従って、本発明は上記従来技術の問題点を
解決し、同調回路を必要とせず、かつ、加工が容易で安
価な高調波を利用した圧電振動子を提供することを目的
とする。
解決し、同調回路を必要とせず、かつ、加工が容易で安
価な高調波を利用した圧電振動子を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１は、厚み縦振動
モードの電気機械結合係数の値が厚み滑べり振動モード
の電気機械結合係数の値よりも充分に大きい圧電素子
と、該圧電素子の厚み縦振動の高調波エネルギーを閉じ
込めるように配置された一対の電極とを有する圧電振動
子である。
モードの電気機械結合係数の値が厚み滑べり振動モード
の電気機械結合係数の値よりも充分に大きい圧電素子
と、該圧電素子の厚み縦振動の高調波エネルギーを閉じ
込めるように配置された一対の電極とを有する圧電振動
子である。
【０００８】請求項２では、前記圧電素子は、３６゜Ｙ
カットＬｉＮｂＯ3 結晶であり、前記一対の電極の各々
は、前記圧電素子の厚みをＨとすると、少なくとも２Ｈ
の長さ及び幅を有する。請求項３では、前記圧電素子
は、３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶であり、前記圧電
素子が自由振動する長さは、該圧電素子の厚みをＨとす
ると、少なくとも３．５Ｈの長さ及び幅を有する。
カットＬｉＮｂＯ3 結晶であり、前記一対の電極の各々
は、前記圧電素子の厚みをＨとすると、少なくとも２Ｈ
の長さ及び幅を有する。請求項３では、前記圧電素子
は、３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶であり、前記圧電
素子が自由振動する長さは、該圧電素子の厚みをＨとす
ると、少なくとも３．５Ｈの長さ及び幅を有する。
【０００９】請求項４では、前記圧電素子は、３６゜Ｙ
カットＬｉＮｂＯ3 結晶であり、前記一対の電極の各々
の端部と前記圧電素子の端部との幅方向の距離は、前記
圧電素子の厚みをＨとすると、少なくとも０．４Ｈであ
る。請求項５では、前記一対の電極の各々は、前記圧電
素子の対向する面のほぼ中央に位置している。
カットＬｉＮｂＯ3 結晶であり、前記一対の電極の各々
の端部と前記圧電素子の端部との幅方向の距離は、前記
圧電素子の厚みをＨとすると、少なくとも０．４Ｈであ
る。請求項５では、前記一対の電極の各々は、前記圧電
素子の対向する面のほぼ中央に位置している。
【００１０】請求項６では、前記高調波エネルギーは、
３次高調波エネルギーである。請求項７は、外部接続用
電極が形成された基板と、該基板上に搭載された圧電素
子とを有し、該圧電素子は、厚み縦振動モードの電気機
械結合係数の値が厚み滑べり振動モードの電気機械結合
係数の値よりも充分に大きい圧電素子と、該圧電素子の
厚み縦振動の高調波エネルギーを閉じ込めるように配置
された一対の電極とを有し、該一対の電極は前記外部接
続用電極に接続されている圧電振動子デバイスである。
３次高調波エネルギーである。請求項７は、外部接続用
電極が形成された基板と、該基板上に搭載された圧電素
子とを有し、該圧電素子は、厚み縦振動モードの電気機
械結合係数の値が厚み滑べり振動モードの電気機械結合
係数の値よりも充分に大きい圧電素子と、該圧電素子の
厚み縦振動の高調波エネルギーを閉じ込めるように配置
された一対の電極とを有し、該一対の電極は前記外部接
続用電極に接続されている圧電振動子デバイスである。
【００１１】請求項８では、前記基板は前記外部接続用
電極に接続する配線パターンを有し、前記圧電素子の一
対の電極は、導電性接着剤で該配線パターン上に支持さ
れている。請求項９では、前記圧電振動子デバイスは更
に、前記基板上に設けられたコンデンサを有し、前記一
対の電極は該コンデンサを介して前記外部接続用電極に
接続されている。
電極に接続する配線パターンを有し、前記圧電素子の一
対の電極は、導電性接着剤で該配線パターン上に支持さ
れている。請求項９では、前記圧電振動子デバイスは更
に、前記基板上に設けられたコンデンサを有し、前記一
対の電極は該コンデンサを介して前記外部接続用電極に
接続されている。
【００１２】請求項１０では、前記コンデンサは、前記
基板上に設けられた誘電体膜を含む。請求項１１では、
前記基板は誘電体基板であり、前記一対の電極は該誘電
体基板を介して電気的に前記外部接続用電極に接続され
ている。
基板上に設けられた誘電体膜を含む。請求項１１では、
前記基板は誘電体基板であり、前記一対の電極は該誘電
体基板を介して電気的に前記外部接続用電極に接続され
ている。
【００１３】請求項１２では、前記外部接続電極は、前
記圧電振動子が設けられている前記基板の面に対向する
面に設けられている。請求項１３では、前記外部接続電
極は、前記基板の側面に設けられている。請求項１４で
は、前記基板は凹部を有し、前記圧電振動子は該凹部内
に設けられている。
記圧電振動子が設けられている前記基板の面に対向する
面に設けられている。請求項１３では、前記外部接続電
極は、前記基板の側面に設けられている。請求項１４で
は、前記基板は凹部を有し、前記圧電振動子は該凹部内
に設けられている。
【００１４】請求項１５では、前記圧電振動子デバイス
は、前記基板上に設けられ、前記圧電振動子を封止する
キャップを有する。請求項１６では、前記圧電振動子デ
バイスは、前記基板上に設けられ、前記圧電振動子を封
止する誘電体のキャップを有し、前記一対の電極は該誘
電体基板を介して電気的に前記外部接続用電極の一部に
接続されている。
は、前記基板上に設けられ、前記圧電振動子を封止する
キャップを有する。請求項１６では、前記圧電振動子デ
バイスは、前記基板上に設けられ、前記圧電振動子を封
止する誘電体のキャップを有し、前記一対の電極は該誘
電体基板を介して電気的に前記外部接続用電極の一部に
接続されている。
【００１５】請求項１７では、前記配線パターンは、櫛
形電極を含む。請求項１８では、前記外部接続用電極は
複数のリードを有する。請求項１９では、前記複数のリ
ードは、シングル−イン−ライン配列である。請求項２
０では、前記圧電振動子デバイスは更に、前記基板を支
持するモールドパッケージを有する。
形電極を含む。請求項１８では、前記外部接続用電極は
複数のリードを有する。請求項１９では、前記複数のリ
ードは、シングル−イン−ライン配列である。請求項２
０では、前記圧電振動子デバイスは更に、前記基板を支
持するモールドパッケージを有する。
【００１６】請求項２１では、前記圧電素子は、３６゜
ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶である。請求項２２では、前
記高調波エネルギーは３次高調波エネルギーである。請
求項２３は、配線パターンを有する回路基板と、該回路
基板上に搭載され、前記配線パターンに接続する回路素
子と、前記回路基板上に搭載され、前記回路バターンに
接続する圧電振動子デバイスと、前記配線パターンに接
続される外部端子とを有し、前記圧電振動子デバイス
は、外部接続用電極が形成された基板と、該基板上に搭
載された圧電素子とを有し、該圧電素子は、厚み縦振動
モードの電気機械結合係数の値が厚み滑べり振動モード
の電気機械結合係数の値よりも充分に大きい圧電素子
と、該圧電素子の厚み縦振動の高調波エネルギーを閉じ
込めるように配置された一対の電極とを有し、該一対の
電極は前記外部接続用電極に接続されている回路装置で
ある。
ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶である。請求項２２では、前
記高調波エネルギーは３次高調波エネルギーである。請
求項２３は、配線パターンを有する回路基板と、該回路
基板上に搭載され、前記配線パターンに接続する回路素
子と、前記回路基板上に搭載され、前記回路バターンに
接続する圧電振動子デバイスと、前記配線パターンに接
続される外部端子とを有し、前記圧電振動子デバイス
は、外部接続用電極が形成された基板と、該基板上に搭
載された圧電素子とを有し、該圧電素子は、厚み縦振動
モードの電気機械結合係数の値が厚み滑べり振動モード
の電気機械結合係数の値よりも充分に大きい圧電素子
と、該圧電素子の厚み縦振動の高調波エネルギーを閉じ
込めるように配置された一対の電極とを有し、該一対の
電極は前記外部接続用電極に接続されている回路装置で
ある。
【００１７】請求項２４では、前記回路装置は、前記回
路基板の周囲を覆うケースを有する。請求項２５では、
前記圧電素子は、３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶であ
る。請求項２６では、前記高調波エネルギーは３次高調
波エネルギーである。
路基板の周囲を覆うケースを有する。請求項２５では、
前記圧電素子は、３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶であ
る。請求項２６では、前記高調波エネルギーは３次高調
波エネルギーである。
【００１８】
【作用】請求項１では、圧電素子の振動は主として、厚
み縦振動モードとなる。この場合、電極は厚み縦振動の
高調波エネルギーを閉じ込めるように配置されている。
よって、高調波で（振動）発振する圧電振動子となる。
請求項６は、３次高調波であることを規定している。
み縦振動モードとなる。この場合、電極は厚み縦振動の
高調波エネルギーを閉じ込めるように配置されている。
よって、高調波で（振動）発振する圧電振動子となる。
請求項６は、３次高調波であることを規定している。
【００１９】請求項２〜５は厚み縦モードの高調波振動
を起こすための好ましい条件を規定する。請求項７〜２
２は、請求項１の圧電振動子を用いたデバイスを規定し
ている。また、請求項２３〜２６は、圧電振動子デバイ
スを有する回路装置を規定している。
を起こすための好ましい条件を規定する。請求項７〜２
２は、請求項１の圧電振動子を用いたデバイスを規定し
ている。また、請求項２３〜２６は、圧電振動子デバイ
スを有する回路装置を規定している。
【００２０】
【実施例】まず、本発明の原理を説明する。図１は、本
発明による圧電振動子の一例を示す斜視図である。図示
する圧電振動子は、板状の圧電素子１０及び一対の電極
１１、１２を有する。圧電素子１０は例えば、ＬｉＮｂ
Ｏ3 結晶の３６゜Ｙカットであり、電極１１及び１２は
その中央両面に設けられている。なお、外部接続のため
の引き出し電極１３及び１４が、それぞれ電極１１及び
１２（以下、駆動電極という）と一体に図示するように
形成されている。この構成で、以下に詳述する２次元の
周波数下降形エネルギー閉じ込めを行う。
発明による圧電振動子の一例を示す斜視図である。図示
する圧電振動子は、板状の圧電素子１０及び一対の電極
１１、１２を有する。圧電素子１０は例えば、ＬｉＮｂ
Ｏ3 結晶の３６゜Ｙカットであり、電極１１及び１２は
その中央両面に設けられている。なお、外部接続のため
の引き出し電極１３及び１４が、それぞれ電極１１及び
１２（以下、駆動電極という）と一体に図示するように
形成されている。この構成で、以下に詳述する２次元の
周波数下降形エネルギー閉じ込めを行う。
【００２１】図２に示すように、３６゜ＹカットＬｉＮ
ｂＯ3 結晶は、厚み滑べり振動モードの電気機械結合係
数κが０であり、純粋な厚み縦振動モードで振動する。
図２の横軸はＸ軸方向の回転角を示し、縦軸は結合係数
κを示す。また、実線は厚み縦振動モードを示し、一点
鎖線は厚み滑べり振動モードを示す。ここで、厚み滑べ
り振動モードでは、板に沿った伝搬方向の主変位をもつ
波が生成する。また、厚み縦振動モードでは、板面の厚
み方向に主変位をもつ波が生成する。本発明では、厚み
滑べり振動モードの電気機械結合係数κが０の振動子を
利用することを第１の特徴とする。
ｂＯ3 結晶は、厚み滑べり振動モードの電気機械結合係
数κが０であり、純粋な厚み縦振動モードで振動する。
図２の横軸はＸ軸方向の回転角を示し、縦軸は結合係数
κを示す。また、実線は厚み縦振動モードを示し、一点
鎖線は厚み滑べり振動モードを示す。ここで、厚み滑べ
り振動モードでは、板に沿った伝搬方向の主変位をもつ
波が生成する。また、厚み縦振動モードでは、板面の厚
み方向に主変位をもつ波が生成する。本発明では、厚み
滑べり振動モードの電気機械結合係数κが０の振動子を
利用することを第１の特徴とする。
【００２２】なお、図２によれば、θ＝９０゜や１２２
゜付近でも厚み滑べり振動モードの電気機械結合係数κ
が０となるが、このときの厚み縦振動モードの電気機械
結合係数κはθ＝３６゜の時よりも小さい。よって、Ｌ
ｉＮｂＯ3 結晶の場合には、３６゜Ｙカットを利用する
ことが好ましい。また、図２に示すような特性は、Ｌｉ
ＮｂＯ3 結晶の３６゜Ｙカット以外にも、ＬｉＴａＯ3
結晶などの３方晶系や、圧電セラミクス材料などでも得
られる。なお、３次高調波振動子として作用するため
に、圧電材料のポアソン比は１／３以下であることが好
ましい。要するに、圧電素子１０は、厚み縦振動モード
の電気機械結合係数の値が厚み滑べり振動モードの電気
機械結合係数の値よりも充分に大きい圧電素子でること
が必要である。
゜付近でも厚み滑べり振動モードの電気機械結合係数κ
が０となるが、このときの厚み縦振動モードの電気機械
結合係数κはθ＝３６゜の時よりも小さい。よって、Ｌ
ｉＮｂＯ3 結晶の場合には、３６゜Ｙカットを利用する
ことが好ましい。また、図２に示すような特性は、Ｌｉ
ＮｂＯ3 結晶の３６゜Ｙカット以外にも、ＬｉＴａＯ3
結晶などの３方晶系や、圧電セラミクス材料などでも得
られる。なお、３次高調波振動子として作用するため
に、圧電材料のポアソン比は１／３以下であることが好
ましい。要するに、圧電素子１０は、厚み縦振動モード
の電気機械結合係数の値が厚み滑べり振動モードの電気
機械結合係数の値よりも充分に大きい圧電素子でること
が必要である。
【００２３】次に、エネルギー閉じ込めについて説明す
る。図３は、周波数上昇形エネルギー閉じ込め構造
（ａ）とその分散曲線（ｂ）を示す。また、図４は、周
波数低下形エネルギー閉じ込め構造（ａ）とその分散曲
線（ｂ）を示す。図３及び図４は、「弾性波素子技術ハ
ンドブック」、日本学術振興会弾性波素子技術、第１５
０委員会編、オーム社、ｐｐ８２−ｐｐ８９に詳しい。
図３、４において、ω0 は電極部における厚み振動波
（厚み滑べり振動波、厚み縦振動、厚みねじれ振動波を
含む）の角周波数、ω’0 は無電極部における厚み振動
波の角周波数、κは電極部における板に沿う方向の波
数、κ’は無電極部における板に沿う方向の波数であ
る。
る。図３は、周波数上昇形エネルギー閉じ込め構造
（ａ）とその分散曲線（ｂ）を示す。また、図４は、周
波数低下形エネルギー閉じ込め構造（ａ）とその分散曲
線（ｂ）を示す。図３及び図４は、「弾性波素子技術ハ
ンドブック」、日本学術振興会弾性波素子技術、第１５
０委員会編、オーム社、ｐｐ８２−ｐｐ８９に詳しい。
図３、４において、ω0 は電極部における厚み振動波
（厚み滑べり振動波、厚み縦振動、厚みねじれ振動波を
含む）の角周波数、ω’0 は無電極部における厚み振動
波の角周波数、κは電極部における板に沿う方向の波
数、κ’は無電極部における板に沿う方向の波数であ
る。
【００２４】３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶のような
ポアソン比１／３以下での厚み縦振動波の主振動は、図
３（ｂ）に示すように板に沿う方向の端数κ、κ’がカ
ットオフ周波数ω、ω’0 より高周波側で虚数になる。
また、これに対し、高調波では図４（ｂ）に示すよう
に、κ、κ’がカットオフ周波数ω0 やω’0 より低周
波側で虚数となる。すなわち、図４（ａ）の構造とした
場合、高調波はω0 からω’0 の範囲で、κが実数、
κ’が虚数となる境界条件が成立し、電極部へのエネル
ギー閉じ込めが可能である。しかしながら、主振動では
図４（ｃ）に示すように、κが実数、κ’が虚数となる
境界条件が成立せず、電極部より振動エネルギーを取り
出すことが困難になる。主振動のエネルギーが閉じ込め
を行うには、ω’0 を下げ、κが実数、κ’が虚数とな
る境界条件を作る必要があり、その手法として図３
（ａ）のような構造となる。
ポアソン比１／３以下での厚み縦振動波の主振動は、図
３（ｂ）に示すように板に沿う方向の端数κ、κ’がカ
ットオフ周波数ω、ω’0 より高周波側で虚数になる。
また、これに対し、高調波では図４（ｂ）に示すよう
に、κ、κ’がカットオフ周波数ω0 やω’0 より低周
波側で虚数となる。すなわち、図４（ａ）の構造とした
場合、高調波はω0 からω’0 の範囲で、κが実数、
κ’が虚数となる境界条件が成立し、電極部へのエネル
ギー閉じ込めが可能である。しかしながら、主振動では
図４（ｃ）に示すように、κが実数、κ’が虚数となる
境界条件が成立せず、電極部より振動エネルギーを取り
出すことが困難になる。主振動のエネルギーが閉じ込め
を行うには、ω’0 を下げ、κが実数、κ’が虚数とな
る境界条件を作る必要があり、その手法として図３
（ａ）のような構造となる。
【００２５】以上のように、図３及び図４から、主共振
と高調波は、その振動エネルギーの閉じ込め形の違いに
より、いずれか一方のエネルギーの閉じ込めを行った場
合、それと異なる振動エネルギーの閉じ込めが必要な振
動波は電極外へ漏洩し、その振動が抑圧される。よっ
て、圧電素子１０を厚み縦振動モードで動作させ、かつ
電極配置を図４（ａ）に示すようにすることで、高調波
が電極部に閉じ込められ、主共振の振動は無電極部へ漏
洩し抑圧される。すなわち、図１の電極構成は、図４
（ａ）に示す電極構成に基づく。
と高調波は、その振動エネルギーの閉じ込め形の違いに
より、いずれか一方のエネルギーの閉じ込めを行った場
合、それと異なる振動エネルギーの閉じ込めが必要な振
動波は電極外へ漏洩し、その振動が抑圧される。よっ
て、圧電素子１０を厚み縦振動モードで動作させ、かつ
電極配置を図４（ａ）に示すようにすることで、高調波
が電極部に閉じ込められ、主共振の振動は無電極部へ漏
洩し抑圧される。すなわち、図１の電極構成は、図４
（ａ）に示す電極構成に基づく。
【００２６】図５は、図１に示す３６゜ＹカットＬｉＮ
ｂＯ3 結晶の圧電振動子の主共振並びに３次及び５次高
調波の共振特性を示すグラフである。前述したように、
圧電素子１０は３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶であ
る。図中、横軸は周波数、縦軸は減衰量を示し、縦軸の
下方向に減衰量が大となる。また、特性曲線中、上向き
のピークを持つ曲線は周波数特性を示し、下向きのピー
クを持つ曲線は位相特性を示す。主共振の周波数特性上
のピークＰ１は、３次高調波のピークＰ３及び５次高調
波のピークＰ５よりも相当に小さい（減衰している）。
これは、前述したように、高調波が電極部に閉じ込めら
れ、主共振の振動は無電極部へ漏洩し抑圧されることを
示している。５次高調波のピークＰ５は３次高調波と同
様に励振が大きいが、発振回路の利得が高周波側で低下
することを利用すれば、同調回路等の特別な回路を付け
なくても３次の発振が可能である。
ｂＯ3 結晶の圧電振動子の主共振並びに３次及び５次高
調波の共振特性を示すグラフである。前述したように、
圧電素子１０は３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶であ
る。図中、横軸は周波数、縦軸は減衰量を示し、縦軸の
下方向に減衰量が大となる。また、特性曲線中、上向き
のピークを持つ曲線は周波数特性を示し、下向きのピー
クを持つ曲線は位相特性を示す。主共振の周波数特性上
のピークＰ１は、３次高調波のピークＰ３及び５次高調
波のピークＰ５よりも相当に小さい（減衰している）。
これは、前述したように、高調波が電極部に閉じ込めら
れ、主共振の振動は無電極部へ漏洩し抑圧されることを
示している。５次高調波のピークＰ５は３次高調波と同
様に励振が大きいが、発振回路の利得が高周波側で低下
することを利用すれば、同調回路等の特別な回路を付け
なくても３次の発振が可能である。
【００２７】次に、図１に示す駆動電極１１、１２の圧
電素子１０（３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶）の厚み
に対する大きさと共振抵抗及びＱ値との関係について、
図６を参照して説明する。図６は、この関係を示すグラ
フである。図６の横軸は図１に示す駆動電極長ｌと圧電
素子１０の厚みＨとの比ｌ／Ｈを示す。なお、電極長ｌ
は各駆動電極１１、１２の幅ｌW と長さｌL とが等しい
場合（ｌ＝ｌW ＝ｌL）である。図６の左側の縦軸は共
振抵抗Ｒｓを示し、右側の２つの縦軸はそれぞれＱ値と
容量比ｒを示す。なお、容量比ｒは、圧電振動子の等価
回路上、並列接続されたコンデンサの比を表す。共振抵
抗Ｒｓ、Ｑ値及び容量比ｒが所望の値となるようなｌ／
Ｈを選択すればよい。図６から、比ｌ／Ｈが２以上であ
れば、３次高調波の共振抵抗Ｒｓは１次高調波のそれよ
りも充分に小さく、またＱ値及び容量比ｒも実用上要求
される条件を充分に満足する値である。
電素子１０（３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶）の厚み
に対する大きさと共振抵抗及びＱ値との関係について、
図６を参照して説明する。図６は、この関係を示すグラ
フである。図６の横軸は図１に示す駆動電極長ｌと圧電
素子１０の厚みＨとの比ｌ／Ｈを示す。なお、電極長ｌ
は各駆動電極１１、１２の幅ｌW と長さｌL とが等しい
場合（ｌ＝ｌW ＝ｌL）である。図６の左側の縦軸は共
振抵抗Ｒｓを示し、右側の２つの縦軸はそれぞれＱ値と
容量比ｒを示す。なお、容量比ｒは、圧電振動子の等価
回路上、並列接続されたコンデンサの比を表す。共振抵
抗Ｒｓ、Ｑ値及び容量比ｒが所望の値となるようなｌ／
Ｈを選択すればよい。図６から、比ｌ／Ｈが２以上であ
れば、３次高調波の共振抵抗Ｒｓは１次高調波のそれよ
りも充分に小さく、またＱ値及び容量比ｒも実用上要求
される条件を充分に満足する値である。
【００２８】次に、圧電素子１０の自由振動長と共振抵
抗との関係について説明する。図７は図１に示す圧電振
動子を矢印Ａから見た正面図である。なお、図面を簡単
にするために、電極１１及び１２は省略してある。圧電
振動子を基板等に搭載する場合には、Ａｇペースト等の
導電性接着剤層１５及び１６を用いる。導電性接着剤層
１５及び１６はそれぞれ、図１に示す電極１１及び１２
に接触している。導電性接着剤層１５及び１６はそれぞ
れ、固定部１５ａ及び１６ａを有する。この固定部１５
ａ及び１６ａが基板に接触し、圧電振動子を基板上に支
持する。この固定部１５ａ及び１６ａを設けたことで、
圧電素子１０が自由に振動できる部分の長さＬF （自由
振動長）と共振抵抗Ｒｓとの関係は図８に示すようにな
る。
抗との関係について説明する。図７は図１に示す圧電振
動子を矢印Ａから見た正面図である。なお、図面を簡単
にするために、電極１１及び１２は省略してある。圧電
振動子を基板等に搭載する場合には、Ａｇペースト等の
導電性接着剤層１５及び１６を用いる。導電性接着剤層
１５及び１６はそれぞれ、図１に示す電極１１及び１２
に接触している。導電性接着剤層１５及び１６はそれぞ
れ、固定部１５ａ及び１６ａを有する。この固定部１５
ａ及び１６ａが基板に接触し、圧電振動子を基板上に支
持する。この固定部１５ａ及び１６ａを設けたことで、
圧電素子１０が自由に振動できる部分の長さＬF （自由
振動長）と共振抵抗Ｒｓとの関係は図８に示すようにな
る。
【００２９】図８において、横軸は比ＬF ／Ｈを示し、
縦軸は共振抵抗を示す。また、圧電素子１０は３６゜Ｙ
カットＬｉＮｂＯ3 結晶である。比ＬF ／Ｈが少なくと
も３．５以上あれば、３次高調波の共振抵抗Ｒｓは充分
に小さい。この時の１次共振の共振抵抗Ｒｓは極めて大
きい。なお、測定の関係上、３．５よりも小さい比Ｌ F
／Ｈの場合の共振抵抗Ｒｓは得られていないが、図８の
特性曲線から、３．５以下の場合、例えばＬF ／Ｈ＝２
であっても、３次高調波の共振抵抗Ｒｓは実用上問題は
ない。前述した図６に示すｌ／Ｈ＝２において、共振抵
抗Ｒｓは充分に小さいことからも判る。
縦軸は共振抵抗を示す。また、圧電素子１０は３６゜Ｙ
カットＬｉＮｂＯ3 結晶である。比ＬF ／Ｈが少なくと
も３．５以上あれば、３次高調波の共振抵抗Ｒｓは充分
に小さい。この時の１次共振の共振抵抗Ｒｓは極めて大
きい。なお、測定の関係上、３．５よりも小さい比Ｌ F
／Ｈの場合の共振抵抗Ｒｓは得られていないが、図８の
特性曲線から、３．５以下の場合、例えばＬF ／Ｈ＝２
であっても、３次高調波の共振抵抗Ｒｓは実用上問題は
ない。前述した図６に示すｌ／Ｈ＝２において、共振抵
抗Ｒｓは充分に小さいことからも判る。
【００３０】なお、図８から、自由振動長ＬF が３．５
Ｈから４Ｈの範囲では１次共振の共振抵抗Ｒｓは相当に
大きいので、この範囲であれば、不要振動である１次共
振（主共振）を充分に抑圧することができる。次に、圧
電素子の端部と電極の幅方向端部との間の距離とスプリ
アスとの関係について説明する。
Ｈから４Ｈの範囲では１次共振の共振抵抗Ｒｓは相当に
大きいので、この範囲であれば、不要振動である１次共
振（主共振）を充分に抑圧することができる。次に、圧
電素子の端部と電極の幅方向端部との間の距離とスプリ
アスとの関係について説明する。
【００３１】図９、１０及び１１の（ａ）はそれぞれ、
測定で使用した圧電振動子の平面図である。図９（ａ）
に示す圧電振動子は、正方形の圧電素子（３６゜Ｙカッ
トＬｉＮｂＯ3 結晶）の対角線上に駆動電極を有する。
図１０（ａ）に示す圧電振動子は、図９（ａ）の圧電素
子の対向する２つのコーナーを削ったような形状を有す
る。図１１（ａ）に示す圧電振動子は、図１０（ａ）に
示す圧電素子の対向する２つのコーナーを更に削ったよ
うな形状を有する。
測定で使用した圧電振動子の平面図である。図９（ａ）
に示す圧電振動子は、正方形の圧電素子（３６゜Ｙカッ
トＬｉＮｂＯ3 結晶）の対角線上に駆動電極を有する。
図１０（ａ）に示す圧電振動子は、図９（ａ）の圧電素
子の対向する２つのコーナーを削ったような形状を有す
る。図１１（ａ）に示す圧電振動子は、図１０（ａ）に
示す圧電素子の対向する２つのコーナーを更に削ったよ
うな形状を有する。
【００３２】図９、１０及び１１の（ｂ）はそれぞれ、
対応する圧電振動子の周波数及び位相特性を示す図であ
る。なお、これらの図中、横軸は周波数を示し、縦軸は
減衰量を示す。図９（ｂ）に示すように、圧電素子の端
部と電極の幅方向端部との距離が１．５Ｈ（Ｈは圧電素
子の厚み）の場合には、スプリアスはまったくなく、周
波数特性及び位相特性は極めて良い。
対応する圧電振動子の周波数及び位相特性を示す図であ
る。なお、これらの図中、横軸は周波数を示し、縦軸は
減衰量を示す。図９（ｂ）に示すように、圧電素子の端
部と電極の幅方向端部との距離が１．５Ｈ（Ｈは圧電素
子の厚み）の場合には、スプリアスはまったくなく、周
波数特性及び位相特性は極めて良い。
【００３３】図１０（ａ）の圧電振動子では、距離をそ
れぞれ０．７Ｈ及び０．８Ｈとしている。この場合の周
波数特性及び位相特性には、図１０（ｂ）に示すよう
に、○で囲んだ部分に小さなスプリアスＳｐが存在す
る。図１１（ａ）の圧電振動子では、距離をそれぞれ
０．４Ｈ及び０．９Ｈと設定している。図１１（ｂ）に
示すように、○で囲んだ部分にかなりの大きさのスプリ
アスＳｐが観測されている。よって、３６゜ＹカットＬ
ｉＮｂＯ3 結晶の場合には少なくとも、幅方向駆動電極
端部から圧電素子の端部までの距離を０．４Ｈ以上の長
さとすることで、スプリアスの少ない共振が得られる。
れぞれ０．７Ｈ及び０．８Ｈとしている。この場合の周
波数特性及び位相特性には、図１０（ｂ）に示すよう
に、○で囲んだ部分に小さなスプリアスＳｐが存在す
る。図１１（ａ）の圧電振動子では、距離をそれぞれ
０．４Ｈ及び０．９Ｈと設定している。図１１（ｂ）に
示すように、○で囲んだ部分にかなりの大きさのスプリ
アスＳｐが観測されている。よって、３６゜ＹカットＬ
ｉＮｂＯ3 結晶の場合には少なくとも、幅方向駆動電極
端部から圧電素子の端部までの距離を０．４Ｈ以上の長
さとすることで、スプリアスの少ない共振が得られる。
【００３４】なお、図９、１０及び１１では実験の都合
上、駆動電極が圧電素子の対角線上に位置する圧電振動
子であるが、図１に示すような構成であっても同様のこ
とが言える。 図１２は、図１０又は図１１の構成で、
駆動電極の幅ｌが圧電素子（３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ
3 結晶）の厚み２倍（ｌ＝２Ｈ）の場合における圧電素
子の幅比Ｗ／Ｈと共振抵抗Ｒｓとの関係を示す図であ
る。圧電素子の幅Ｗが３．５Ｈ以上あれば、共振抵抗Ｒ
ｓは約８０オームより小さくなり、共振抵抗によるＱ値
の低下を避けることができる。
上、駆動電極が圧電素子の対角線上に位置する圧電振動
子であるが、図１に示すような構成であっても同様のこ
とが言える。 図１２は、図１０又は図１１の構成で、
駆動電極の幅ｌが圧電素子（３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ
3 結晶）の厚み２倍（ｌ＝２Ｈ）の場合における圧電素
子の幅比Ｗ／Ｈと共振抵抗Ｒｓとの関係を示す図であ
る。圧電素子の幅Ｗが３．５Ｈ以上あれば、共振抵抗Ｒ
ｓは約８０オームより小さくなり、共振抵抗によるＱ値
の低下を避けることができる。
【００３５】以上、３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶を
用いた場合の測定結果を示したが、他の圧電材料を用い
た場合でも同様の傾向を示すので、各々の圧電材料毎に
同様に好ましいパラメータ値を選択することができる。
以上の通り、従来のような同調回路を必要とせず、か
つ、加工が容易で安価な高調波圧電振動子が得られる。
用いた場合の測定結果を示したが、他の圧電材料を用い
た場合でも同様の傾向を示すので、各々の圧電材料毎に
同様に好ましいパラメータ値を選択することができる。
以上の通り、従来のような同調回路を必要とせず、か
つ、加工が容易で安価な高調波圧電振動子が得られる。
【００３６】次に、図１に示す圧電振動子（以下、圧電
振動子２０という）を用いた圧電振動子デバイスについ
て説明する。図１３は、圧電振動子２０を有する圧電振
動子デバイスの第１の構成例の一部切欠き部分を含む斜
視図である。図示する圧電振動子デバイスは、チップ化
されたデバイスである。図１に示すように構成された圧
電振動子２０はアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等のセラミック
の基板２１上に搭載され、前述のＡｇペースト等の導電
性接着剤層１５及び１６で、基板２１上に形成された配
線パターンに電気的に接続されるとともに、基板２１上
に支持されている。圧電振動子２０を封止するように、
キャップ２３が設けられている。キャップ２３は、絶縁
性接着剤層２２で基板２１上に固定されている。絶縁性
接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤がある。ま
た、低融点ガラスを用いても良い。キャップ２３は、ア
ルミナや耐熱プラスチック等で形成されている。
振動子２０という）を用いた圧電振動子デバイスについ
て説明する。図１３は、圧電振動子２０を有する圧電振
動子デバイスの第１の構成例の一部切欠き部分を含む斜
視図である。図示する圧電振動子デバイスは、チップ化
されたデバイスである。図１に示すように構成された圧
電振動子２０はアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等のセラミック
の基板２１上に搭載され、前述のＡｇペースト等の導電
性接着剤層１５及び１６で、基板２１上に形成された配
線パターンに電気的に接続されるとともに、基板２１上
に支持されている。圧電振動子２０を封止するように、
キャップ２３が設けられている。キャップ２３は、絶縁
性接着剤層２２で基板２１上に固定されている。絶縁性
接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤がある。ま
た、低融点ガラスを用いても良い。キャップ２３は、ア
ルミナや耐熱プラスチック等で形成されている。
【００３７】図１４は、図１３中の各部を詳細に示す図
であり、（ａ）図はキャップ２３を取り外した状態の上
面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。また、
図１５は、図１３及び１４に示す圧電振動子デバイスの
等価回路図である。基板２１上には、配線パターン（上
面導体層）２４及び２５が形成されている。配線パター
ンは、例えばＡｇ−ＰｄやＡｇ−Ｐｔ等の導体の厚膜で
ある。この配線パターン２４及び２５上には圧電振動子
２０が搭載され、導電性接着剤層１５及び１６で基板２
１上にギャップを持って支持されるとともに、引き出し
電極１３及び１４（１４は図示なし）を介して駆動電極
１１及び１２（１２は図示なし）にそれぞれ電気的に接
続されている。なお、圧電素子１０の下面の駆動電極１
２に接続される引き出し電極１４は、上面まで引き延ば
され上面の引き出し電極１４ａと導電性接着剤層１５に
接続されている。
であり、（ａ）図はキャップ２３を取り外した状態の上
面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。また、
図１５は、図１３及び１４に示す圧電振動子デバイスの
等価回路図である。基板２１上には、配線パターン（上
面導体層）２４及び２５が形成されている。配線パター
ンは、例えばＡｇ−ＰｄやＡｇ−Ｐｔ等の導体の厚膜で
ある。この配線パターン２４及び２５上には圧電振動子
２０が搭載され、導電性接着剤層１５及び１６で基板２
１上にギャップを持って支持されるとともに、引き出し
電極１３及び１４（１４は図示なし）を介して駆動電極
１１及び１２（１２は図示なし）にそれぞれ電気的に接
続されている。なお、圧電素子１０の下面の駆動電極１
２に接続される引き出し電極１４は、上面まで引き延ば
され上面の引き出し電極１４ａと導電性接着剤層１５に
接続されている。
【００３８】基板２１の対向する側面には、導電性膜が
設けられたスルーホール２６及び２７が形成されてい
る。また、基板２１の下面には、外部接続用電極として
機能する配線パターン（下面導体層）３０及び３１が設
けられている。配線パターン３０及び３１は例えば導体
厚膜であり、スルーホール２６及び２７を介して配線パ
ターン２４及び２５に電気的に接続されている。また、
基板２１の別の対向する側面には、スルーホール２８及
び２９が設けられている。このスルーホール２８及び２
９は、第１の構成例では特別な意味を持たないので省略
可能である。ただし、このスルーホール２８及び２９を
設けることで、いろいろなタイプのデバイスで基板を共
通化することができる。
設けられたスルーホール２６及び２７が形成されてい
る。また、基板２１の下面には、外部接続用電極として
機能する配線パターン（下面導体層）３０及び３１が設
けられている。配線パターン３０及び３１は例えば導体
厚膜であり、スルーホール２６及び２７を介して配線パ
ターン２４及び２５に電気的に接続されている。また、
基板２１の別の対向する側面には、スルーホール２８及
び２９が設けられている。このスルーホール２８及び２
９は、第１の構成例では特別な意味を持たないので省略
可能である。ただし、このスルーホール２８及び２９を
設けることで、いろいろなタイプのデバイスで基板を共
通化することができる。
【００３９】図１５は、図１３及び図１４に示す圧電振
動子デバイスの等価回路図である。基板２１の下面に設
けられた配線パターン３０及び３１が、外部接続用端子
として機能する。図１６は、圧電振動子２０を有する圧
電振動子デバイスの第２の構成例を示す図である。図１
６（ａ）は、キャップを取り除いた状態の圧電振動子デ
バイスの上面図、図１６（ｂ）は側面図、図１６（ｃ）
は下面図である。なお、図１６において、前述した構成
要素と同一のものには同一の参照番号を付している。図
１６に示す圧電振動子デバイスは、図１７の等価回路図
に示すように、圧電振動子２０に接続されるコンデンサ
（負荷容量）Ｃ１及びＣ２を内蔵したことを特徴とす
る。
動子デバイスの等価回路図である。基板２１の下面に設
けられた配線パターン３０及び３１が、外部接続用端子
として機能する。図１６は、圧電振動子２０を有する圧
電振動子デバイスの第２の構成例を示す図である。図１
６（ａ）は、キャップを取り除いた状態の圧電振動子デ
バイスの上面図、図１６（ｂ）は側面図、図１６（ｃ）
は下面図である。なお、図１６において、前述した構成
要素と同一のものには同一の参照番号を付している。図
１６に示す圧電振動子デバイスは、図１７の等価回路図
に示すように、圧電振動子２０に接続されるコンデンサ
（負荷容量）Ｃ１及びＣ２を内蔵したことを特徴とす
る。
【００４０】基板２１は、上面中央部分に導体の厚膜等
で形成される配線パターン４３を有する。この配線パタ
ーン４３は、導体４８及び４９が形成されたスルーホー
ル５０及び５１を介して、基板２１の下面中央部分に形
成された配線パターン（下面導体）５１に接続されてい
る。この配線パターン５１は、グランド電位等の基準電
位を受ける外部接続用端子として機能する。配線パター
ン４３上及び基板２１の上面部分に、誘電体厚膜４０が
形成されている。誘電体厚膜４０は、例えばＴｉＢａＯ
3 、ＰＺＴ、ＢＴＯ等の強誘電体からなる。誘電体厚膜
４０の対向する上面部分には、導体の厚膜等で形成され
る配線パターン４６及び４７が形成されている。この配
線パターン４６及び４７はそれぞれ、基板２１上に形成
された配線パターン２４及び２５にそれぞれ接続されて
いる。よって、誘電体厚膜４０上の配線パターン４６及
び４７はそれぞれ、基板２１の下面に形成された配線パ
ターン３０及び３１に接続されている。
で形成される配線パターン４３を有する。この配線パタ
ーン４３は、導体４８及び４９が形成されたスルーホー
ル５０及び５１を介して、基板２１の下面中央部分に形
成された配線パターン（下面導体）５１に接続されてい
る。この配線パターン５１は、グランド電位等の基準電
位を受ける外部接続用端子として機能する。配線パター
ン４３上及び基板２１の上面部分に、誘電体厚膜４０が
形成されている。誘電体厚膜４０は、例えばＴｉＢａＯ
3 、ＰＺＴ、ＢＴＯ等の強誘電体からなる。誘電体厚膜
４０の対向する上面部分には、導体の厚膜等で形成され
る配線パターン４６及び４７が形成されている。この配
線パターン４６及び４７はそれぞれ、基板２１上に形成
された配線パターン２４及び２５にそれぞれ接続されて
いる。よって、誘電体厚膜４０上の配線パターン４６及
び４７はそれぞれ、基板２１の下面に形成された配線パ
ターン３０及び３１に接続されている。
【００４１】圧電素子２０の引き出し電極１３及び１４
ａは、それぞれ導電性接着剤層４１及び４２により配線
パターン４６及び４７に接続されるとともに、誘電体厚
膜４０上にギャップをもって支持されている。誘電体厚
膜４０、配線パターン４３及び４６で図１７に示すコン
デンサＣ１が形成され、導電体厚膜４０、配線パターン
４３及び４７でコンデンサＣ２が形成される。なお、図
１３に示すキャップ２３と同様のキャップが、絶縁性接
着剤で基板２１上に取り付けられる。
ａは、それぞれ導電性接着剤層４１及び４２により配線
パターン４６及び４７に接続されるとともに、誘電体厚
膜４０上にギャップをもって支持されている。誘電体厚
膜４０、配線パターン４３及び４６で図１７に示すコン
デンサＣ１が形成され、導電体厚膜４０、配線パターン
４３及び４７でコンデンサＣ２が形成される。なお、図
１３に示すキャップ２３と同様のキャップが、絶縁性接
着剤で基板２１上に取り付けられる。
【００４２】以上のように、負荷容量Ｃ１及びＣ２を内
蔵した小型で高い発振周波数の圧電振動子デバイスが提
供できる。次に、圧電振動子２０を有する圧電振動子デ
バイスの第３の構成例を、図１８を参照して説明する。
図１８（ａ）は、キャップを取り除いた状態の圧電振動
子デバイスの第３の構成例の上面図、図１８（ｂ）は側
面図、図１８（ｃ）は下面図である。なお、図１８にお
いて、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番
号を付している。図１８に示す圧電振動子デバイスは、
図１７の等価回路図を、図１６に示す構成とは別の構成
で実現することを特徴とする。
蔵した小型で高い発振周波数の圧電振動子デバイスが提
供できる。次に、圧電振動子２０を有する圧電振動子デ
バイスの第３の構成例を、図１８を参照して説明する。
図１８（ａ）は、キャップを取り除いた状態の圧電振動
子デバイスの第３の構成例の上面図、図１８（ｂ）は側
面図、図１８（ｃ）は下面図である。なお、図１８にお
いて、前述した構成要素と同一のものには同一の参照番
号を付している。図１８に示す圧電振動子デバイスは、
図１７の等価回路図を、図１６に示す構成とは別の構成
で実現することを特徴とする。
【００４３】基板５１は、例えばＴｉＢａＯ3 、ＰＺ
Ｔ、ＢＴＯ等の強誘電体からなる。この基板５１の上面
には、配線パターン２４及び２５が構成されるととも
に、これらに各々接続されるＡｇ−ＰｄやＡｇ−Ｐｔ等
の導体厚膜の配線パターン５２及び５３が形成されてい
る。振動素子２０は、導電性接着剤層１５及び１６で配
線パターン５２及び５３に接続されると共に、強誘電体
基板５１上にギャップをもって支持されている。強誘電
体基板５１と配線パターン４５及び５２で図１７に示す
コンデンサＣ１が形成され、強誘電体基板５１と配線パ
ターン４５及び５３でコンデンサＣ２が形成される。
Ｔ、ＢＴＯ等の強誘電体からなる。この基板５１の上面
には、配線パターン２４及び２５が構成されるととも
に、これらに各々接続されるＡｇ−ＰｄやＡｇ−Ｐｔ等
の導体厚膜の配線パターン５２及び５３が形成されてい
る。振動素子２０は、導電性接着剤層１５及び１６で配
線パターン５２及び５３に接続されると共に、強誘電体
基板５１上にギャップをもって支持されている。強誘電
体基板５１と配線パターン４５及び５２で図１７に示す
コンデンサＣ１が形成され、強誘電体基板５１と配線パ
ターン４５及び５３でコンデンサＣ２が形成される。
【００４４】図１８に示す構成は、図１６に示す構成よ
りも薄型化が可能である。次に、圧電振動子２０を有す
る圧電振動子デバイスの第４の構成例を、図１９及び図
２０を参照して説明する。第４の構成例は、いわゆるリ
ードレスチップキャリア構造を有し、図１５に示す等価
回路を有する。樹脂やセラミクス等のチップキャリア
（基板）６１は階段状の凹部を有し、ここに圧電振動子
２０が収容される。圧電振動子２０を取り付け、かつそ
の状態でその下面にギャップ６１ａができるように、チ
ップキャリア６１内部の凹部は階段状になっている。導
体厚膜又はメッキ等の配線パターン６４及び６５が、チ
ップキャリア６１の内部から側面を通り下面まで延びて
いる。チップキャリア６１の内側にある配線パターン６
４の部分は導電性接着剤層６６で圧電振動子２０の一方
の引き出し電極に接続され、チップキャリア６１の内側
にある配線パターン６５の部分は導電性接着剤層６７で
圧電振動子２０の他方の引き出し電極に接続されてい
る。チップキャリア６１の下面にある配線パターン６４
の部分及び６５の部分は、外部接続用端子として機能す
る。板状のキャップ６２は、絶縁性接着剤層６３でチッ
プキャリア６１上に固定されている。
りも薄型化が可能である。次に、圧電振動子２０を有す
る圧電振動子デバイスの第４の構成例を、図１９及び図
２０を参照して説明する。第４の構成例は、いわゆるリ
ードレスチップキャリア構造を有し、図１５に示す等価
回路を有する。樹脂やセラミクス等のチップキャリア
（基板）６１は階段状の凹部を有し、ここに圧電振動子
２０が収容される。圧電振動子２０を取り付け、かつそ
の状態でその下面にギャップ６１ａができるように、チ
ップキャリア６１内部の凹部は階段状になっている。導
体厚膜又はメッキ等の配線パターン６４及び６５が、チ
ップキャリア６１の内部から側面を通り下面まで延びて
いる。チップキャリア６１の内側にある配線パターン６
４の部分は導電性接着剤層６６で圧電振動子２０の一方
の引き出し電極に接続され、チップキャリア６１の内側
にある配線パターン６５の部分は導電性接着剤層６７で
圧電振動子２０の他方の引き出し電極に接続されてい
る。チップキャリア６１の下面にある配線パターン６４
の部分及び６５の部分は、外部接続用端子として機能す
る。板状のキャップ６２は、絶縁性接着剤層６３でチッ
プキャリア６１上に固定されている。
【００４５】次に、圧電振動子２０を有する圧電振動子
デバイスの第５の構成例を、図２１及び図２２を参照し
て説明する。第５の構成例は、第４の構成例をベースと
し、図１７に示す等価回路を実現するものである。な
お、図２１及び２２中、図１９及び図２０と同一の構成
要素には同一の参照番号を付してある。
デバイスの第５の構成例を、図２１及び図２２を参照し
て説明する。第５の構成例は、第４の構成例をベースと
し、図１７に示す等価回路を実現するものである。な
お、図２１及び２２中、図１９及び図２０と同一の構成
要素には同一の参照番号を付してある。
【００４６】誘電体で形成されたチップキャリア６１上
に、例えばＴｉＢａＯ3 、ＰＺＴ、ＢＴＯ等の強誘電体
で形成されたキャップ７１が設けられている。キャップ
７１の上面には導体厚膜等の配線パターン（電極）７２
が設けられ、下面には導体厚膜等の配線パターン７６及
び７７が設けられている。チップキャリア６１の下面に
は導体厚膜等の配線パターン７５が形成され、接続用導
体パターン７５で配線パターン７２と接続されている。
配線パターン７６は配線パターン６４に接続され、配線
パターン７７は配線パターン６５に接続されている。
に、例えばＴｉＢａＯ3 、ＰＺＴ、ＢＴＯ等の強誘電体
で形成されたキャップ７１が設けられている。キャップ
７１の上面には導体厚膜等の配線パターン（電極）７２
が設けられ、下面には導体厚膜等の配線パターン７６及
び７７が設けられている。チップキャリア６１の下面に
は導体厚膜等の配線パターン７５が形成され、接続用導
体パターン７５で配線パターン７２と接続されている。
配線パターン７６は配線パターン６４に接続され、配線
パターン７７は配線パターン６５に接続されている。
【００４７】強誘電体キャップ７１と配線パターン７２
及び７６で図１７に示すコンデンサＣ１が形成され、強
誘電体キャップ７１と配線パターン７２及び７７で図１
７に示すコンデンサＣ２が形成される。また、チップキ
ャリア７１も誘電体で形成されており、チップキャリア
７１と配線パターン６４及び７４、またチップキャリア
７１と配線パターン６５及び７４でもコンデンサが形成
される。
及び７６で図１７に示すコンデンサＣ１が形成され、強
誘電体キャップ７１と配線パターン７２及び７７で図１
７に示すコンデンサＣ２が形成される。また、チップキ
ャリア７１も誘電体で形成されており、チップキャリア
７１と配線パターン６４及び７４、またチップキャリア
７１と配線パターン６５及び７４でもコンデンサが形成
される。
【００４８】次に、圧電振動子２０を有する圧電振動子
デバイスの第６の構成例を、図２３を参照して説明す
る。前述の第１ないし第５の構成例が表面実装タイプで
あったのに対し、第６の構成例は圧電振動子２０を挿入
部品として利用するものである。図２２に示すデバイス
は、シングル・インライン・パッケージ構成である。
デバイスの第６の構成例を、図２３を参照して説明す
る。前述の第１ないし第５の構成例が表面実装タイプで
あったのに対し、第６の構成例は圧電振動子２０を挿入
部品として利用するものである。図２２に示すデバイス
は、シングル・インライン・パッケージ構成である。
【００４９】負荷容量付キャップ８１は、アルミナ等の
基板８２、櫛形の対向電極８３及び２つの強誘電体膜８
４を有する。強誘電体膜８４は、前述の場合と同様、Ｔ
ｉＢａＯ3 、ＰＺＴ、ＢＴＯ等からなる。櫛形の対向電
極８３は基板８２の下面上に形成され、対向電極の下側
に強誘電体膜８４が形成されている。強誘電体膜８４の
下面上には、Ａｇペースト等の導電性接着剤層８６を用
いて圧電振動子２０がギャップを介して支持されてい
る。
基板８２、櫛形の対向電極８３及び２つの強誘電体膜８
４を有する。強誘電体膜８４は、前述の場合と同様、Ｔ
ｉＢａＯ3 、ＰＺＴ、ＢＴＯ等からなる。櫛形の対向電
極８３は基板８２の下面上に形成され、対向電極の下側
に強誘電体膜８４が形成されている。強誘電体膜８４の
下面上には、Ａｇペースト等の導電性接着剤層８６を用
いて圧電振動子２０がギャップを介して支持されてい
る。
【００５０】３本のリードフレーム８７は、モールドケ
ース８９の貫通部分を介して外部に露出している。リー
ドフレーム８７の外部に露出した部分には、はんだメッ
キ８８が施されている。リードフレーム８７は、はシー
ル部材８５でモールドケース８９内部に固定されてい
る。また、リードフレーム８７のインナー部分は幅広に
形成されており、この部分で圧電振動子２０を支持して
いる。
ース８９の貫通部分を介して外部に露出している。リー
ドフレーム８７の外部に露出した部分には、はんだメッ
キ８８が施されている。リードフレーム８７は、はシー
ル部材８５でモールドケース８９内部に固定されてい
る。また、リードフレーム８７のインナー部分は幅広に
形成されており、この部分で圧電振動子２０を支持して
いる。
【００５１】図２４は、前述した圧電振動子デバイスを
具備する回路装置であるＩＣカード９０を示す図であ
る。ＩＣカードはＰＣＭＣＩＡ規格等で規定されてお
り、樹脂等のケース内に配線基板、搭載部品、集積回路
等が収容されており、例えば、幅５５ｍｍ、長さ８５ｍ
ｍ、厚み５ｍｍの大きさを有する。ＩＣカードは電子機
器内に挿入されて使用される。ＩＣカードと同様のカー
ドとしてメモリカードがある。
具備する回路装置であるＩＣカード９０を示す図であ
る。ＩＣカードはＰＣＭＣＩＡ規格等で規定されてお
り、樹脂等のケース内に配線基板、搭載部品、集積回路
等が収容されており、例えば、幅５５ｍｍ、長さ８５ｍ
ｍ、厚み５ｍｍの大きさを有する。ＩＣカードは電子機
器内に挿入されて使用される。ＩＣカードと同様のカー
ドとしてメモリカードがある。
【００５２】図２４に示すＩＣカード９０は、樹脂等の
ケース９２内に配線基板９１及び本発明の圧電振動子デ
バイス１００並びにマイクロコンピュータやメモリ等の
電子部品９３を有する。また、コンピュータ本体との接
続用に、ソケット９４を有する。厚みＨは５ｍｍ以下で
ある。この点で、ＩＣカード９０は通常の回路基板とは
異なる。なお、便宜上、回路基板９１上の配線パターン
の図示は省略してある。圧電振動子デバイス１００は、
マイクロコンピュータ９３の動作を規定するクロック信
号を生成するために用いられる。
ケース９２内に配線基板９１及び本発明の圧電振動子デ
バイス１００並びにマイクロコンピュータやメモリ等の
電子部品９３を有する。また、コンピュータ本体との接
続用に、ソケット９４を有する。厚みＨは５ｍｍ以下で
ある。この点で、ＩＣカード９０は通常の回路基板とは
異なる。なお、便宜上、回路基板９１上の配線パターン
の図示は省略してある。圧電振動子デバイス１００は、
マイクロコンピュータ９３の動作を規定するクロック信
号を生成するために用いられる。
【００５３】なお、回路装置はＩＣカードに限られず、
通常の回路基板でも同様に構成できる。以上、本発明の
実施例を説明した。本発明は上記実施例に限定されず、
他の実施例や種々の変形例等を含む。
通常の回路基板でも同様に構成できる。以上、本発明の
実施例を説明した。本発明は上記実施例に限定されず、
他の実施例や種々の変形例等を含む。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜６に記
載の発明によれば、同調回路を必要とせず、かつ、加工
が容易で安価な高調波圧電振動子を提供することができ
る。また、請求項７〜２２に記載の発明によれば、同調
回路を必要とせず、かつ、加工が容易で安価な上記高調
波振動子を有する圧電振動子デバイスを提供することが
できる。
載の発明によれば、同調回路を必要とせず、かつ、加工
が容易で安価な高調波圧電振動子を提供することができ
る。また、請求項７〜２２に記載の発明によれば、同調
回路を必要とせず、かつ、加工が容易で安価な上記高調
波振動子を有する圧電振動子デバイスを提供することが
できる。
【００５５】更に、請求項２３〜２６に記載の発明によ
れば、上記圧電振動子デバイスを有する回路装置を提供
することができる。
れば、上記圧電振動子デバイスを有する回路装置を提供
することができる。
【図１】本発明の原理を示す斜視図である。
【図２】３６゜ＹカットＬｉＮｂＯ3 結晶のＸ軸方向の
回転角と結合係数との関係を示すグラフである。
回転角と結合係数との関係を示すグラフである。
【図３】周波数上昇形エネルギー閉じ込め構造とその分
散曲線を示す図である。
散曲線を示す図である。
【図４】周波数低下形エネルギー閉じ込め構造とその分
散曲線を示す図である。
散曲線を示す図である。
【図５】主共振及び高調波の共振特性を示す図である。
【図６】駆動電極の大きさと共振抵抗、Ｑ値及び容量比
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
【図７】圧電振動子の固定と自由振動部を示す図であ
る。
る。
【図８】圧電振動子の自由振動長と共振抵抗との関係を
示す図である。
示す図である。
【図９】圧電素子の端部と電極の幅方向端部との距離が
周波数特性及び位相特性に与える影響を示す図である。
周波数特性及び位相特性に与える影響を示す図である。
【図１０】圧電素子の端部と電極の幅方向端部との距離
が周波数特性及び位相特性に与える影響を示す図であ
る。
が周波数特性及び位相特性に与える影響を示す図であ
る。
【図１１】圧電素子の端部と電極の幅方向端部との距離
が周波数特性及び位相特性に与える影響を示す図であ
る。
が周波数特性及び位相特性に与える影響を示す図であ
る。
【図１２】圧電振動子幅比と共振抵抗との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図１３】本発明の圧電振動子を有する圧電振動子デバ
イスの第１の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。
イスの第１の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図１４】図１３に示す圧電振動子デバイスでキャップ
を取り除いた状態を示す図である。
を取り除いた状態を示す図である。
【図１５】図１３及び図１４に示す圧電振動子デバイス
の等価回路図である。
の等価回路図である。
【図１６】本発明の圧電振動子を有する圧電振動デバイ
スの第２の構成例を示す図である。
スの第２の構成例を示す図である。
【図１７】図１６に示す圧電振動子デバイスの等価回路
図である。
図である。
【図１８】本発明の圧電振動子を有する圧電振動子デバ
イスの第３の構成例を示す図である。
イスの第３の構成例を示す図である。
【図１９】本発明の圧電振動子を有する圧電振動子デバ
イスの第４の構成例を示す斜視図である。
イスの第４の構成例を示す斜視図である。
【図２０】図１９に示す圧電振動子デバイスの断面図で
ある。
ある。
【図２１】本発明の圧電振動子を有する圧電振動子デバ
イスの第５の構成例を示す斜視図である。
イスの第５の構成例を示す斜視図である。
【図２２】図２１に示す圧電振動子デバイスの断面図で
ある。
ある。
【図２３】本発明の圧電振動子を有する圧電振動子デバ
イスの第６の構成例を示す分解斜視図である。
イスの第６の構成例を示す分解斜視図である。
【図２４】本発明の圧電振動子デバイスを有するＩＣカ
ードの一部切り欠き斜視図である。
ードの一部切り欠き斜視図である。
【図２５】水晶振動子の３次高調波を利用した従来の発
振回路である。
振回路である。
１０ 圧電素子 １１、１２ 電極 １３、１４ 引き出し電極
Claims (26)
- 【請求項１】 厚み縦振動モードの電気機械結合係数の
値が厚み滑べり振動モードの電気機械結合係数の値より
も充分に大きい圧電素子と、 該圧電素子の厚み縦振動の高調波エネルギーを閉じ込め
るように配置された一対の電極とを有することを特徴と
する圧電振動子。 - 【請求項２】 前記圧電素子は、３６゜ＹカットＬｉＮ
ｂＯ3 結晶であり、前記一対の電極の各々は、前記圧電
素子の厚みをＨとすると、少なくとも２Ｈの長さ及び幅
を有することを特徴とする請求項１記載の圧電振動子。 - 【請求項３】 前記圧電素子は、３６゜ＹカットＬｉＮ
ｂＯ3 結晶であり、 前記圧電素子が自由振動する長さは、該圧電素子の厚み
をＨとすると、少なくとも３．５Ｈの長さ及び幅を有す
ることを特徴とする請求項１記載の圧電振動子。 - 【請求項４】 前記圧電素子は、３６゜ＹカットＬｉＮ
ｂＯ3 結晶であり、 前記一対の電極の各々の端部と前記圧電素子の端部との
幅方向の距離は、前記圧電素子の厚みをＨとすると、少
なくとも０．４Ｈであることを特徴とする請求項１記載
の圧電振動子。 - 【請求項５】 前記一対の電極の各々は、前記圧電素子
の対向する面のほぼ中央に位置していることを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれか一項記載の圧電振動子。 - 【請求項６】 前記高調波エネルギーは、３次高調波エ
ネルギーであることを特徴とする請求項１ないし５記載
の圧電振動子。 - 【請求項７】 外部接続用電極が形成された基板と、 該基板上に搭載された圧電素子とを有し、 該圧電素子は、厚み縦振動モードの電気機械結合係数の
値が厚み滑べり振動モードの電気機械結合係数の値より
も充分に大きい圧電素子と、該圧電素子の厚み縦振動の
高調波エネルギーを閉じ込めるように配置された一対の
電極とを有し、該一対の電極は前記外部接続用電極に接
続されていることを特徴とする圧電振動子デバイス。 - 【請求項８】 前記基板は前記外部接続用電極に接続す
る配線パターンを有し、 前記圧電素子の一対の電極は、導電性接着剤で該配線パ
ターン上に支持されていることを特徴とする請求項７記
載の圧電振動子デバイス。 - 【請求項９】 前記圧電振動子デバイスは更に、前記基
板上に設けられたコンデンサを有し、 前記一対の電極は該コンデンサを介して前記外部接続用
電極に接続されていることを特徴とする請求項７記載の
圧電振動子デバイス。 - 【請求項１０】 前記コンデンサは、前記基板上に設け
られた誘電体膜を含むことを特徴とする請求項９記載の
圧電振動子デバイス。 - 【請求項１１】 前記基板は誘電体基板であり、前記一
対の電極は該誘電体基板を介して電気的に前記外部接続
用電極に接続されていることを特徴とする請求項７記載
の圧電振動子デバイス。 - 【請求項１２】 前記外部接続電極は、前記圧電振動子
が設けられている前記基板の面に対向する面に設けられ
ていることを特徴とする請求項７記載の圧電振動子デバ
イス。 - 【請求項１３】 前記外部接続電極は、前記基板の側面
に設けられていることを特徴とする請求項７記載の圧電
振動子デバイス。 - 【請求項１４】 前記基板は凹部を有し、前記圧電振動
子は該凹部内に設けられていることを特徴とする請求項
７記載の圧電振動子デバイス。 - 【請求項１５】 前記圧電振動子デバイスは、前記基板
上に設けられ、前記圧電振動子を封止するキャップを有
することを特徴とする請求項７ないし１４のいずれか一
項記載の圧電振動子デバイス。 - 【請求項１６】 前記圧電振動子デバイスは、前記基板
上に設けられ、前記圧電振動子を封止する誘電体のキャ
ップを有し、前記一対の電極は該誘電体基板を介して電
気的に前記外部接続用電極の一部に接続されていること
を特徴とする請求項７記載の圧電振動子デバイス。 - 【請求項１７】 前記配線パターンは、櫛形電極を含む
ことを特徴とする請求項８記載の圧電振動子デバイス。 - 【請求項１８】 前記外部接続用電極は複数のリードを
有することを特徴とする請求項１７記載の圧電振動子デ
バイス。 - 【請求項１９】 前記複数のリードは、シングル−イン
−ライン配列であることを特徴とする請求項１８記載の
圧電振動子デバイス。 - 【請求項２０】 前記圧電振動子デバイスは更に、前記
基板を支持するモールドパッケージを有することを特徴
とする請求項１９記載の圧電振動子デバイス。 - 【請求項２１】 前記圧電素子は、３６゜ＹカットＬｉ
ＮｂＯ3 結晶であることを特徴とする請求項７ないし２
０のいずれか一項記載の圧電振動子デバイス。 - 【請求項２２】 前記高調波エネルギーは３次高調波エ
ネルギーであることを特徴とする請求項７ないし２１の
いずれか一項記載の圧電振動子デバイス。 - 【請求項２３】 配線パターンを有する回路基板と、 該回路基板上に搭載され、前記配線パターンに接続する
回路素子と、 前記回路基板上に搭載され、前記回路バターンに接続す
る圧電振動子デバイスと、 前記配線パターンに接続さ
れる外部端子とを有し、 前記圧電振動子デバイスは、外部接続用電極が形成され
た基板と、該基板上に搭載された圧電素子とを有し、 該圧電素子は、厚み縦振動モードの電気機械結合係数の
値が厚み滑べり振動モードの電気機械結合係数の値より
も充分に大きい圧電素子と、該圧電素子の厚み縦振動の
高調波エネルギーを閉じ込めるように配置された一対の
電極とを有し、 該一対の電極は前記外部接続用電極に接続されているこ
とを特徴とする回路装置。 - 【請求項２４】 前記回路装置は、前記回路基板の周囲
を覆うケースを有することを特徴とする請求項２３記載
の回路装置。 - 【請求項２５】 前記圧電素子は、３６゜ＹカットＬｉ
ＮｂＯ3 結晶であることを特徴とする請求項２３または
２４記載の回路装置。 - 【請求項２６】 前記高調波エネルギーは３次高調波エ
ネルギーであることを特徴とする請求項２３ないし２５
のいずれか一項記載の回路装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7044570A JPH08242026A (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 圧電振動子及びこれを具備する圧電振動子デバイス並びに該デバイスを具備する回路装置 |
| DE19607499A DE19607499C2 (de) | 1995-03-03 | 1996-02-29 | Piezoelektrischer Vibrator, Vibratorvorrichtung mit demselben und Schaltungsvorrichtung mit der Vibratorvorrichtung |
| US08/609,442 US5925968A (en) | 1995-03-03 | 1996-03-01 | Piezoelectric vibrator, piezoelectric vibrator device having the same and circuit device having the piezoelectric vibrator device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7044570A JPH08242026A (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 圧電振動子及びこれを具備する圧電振動子デバイス並びに該デバイスを具備する回路装置 |
Publications (1)
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