(57)【要約】【課題】３倍波以外の振動を効果的に抑制することが可能な圧電共振器を提供する。【解決手段】矩形状をなす圧電基板の両主面に、該圧電基板を介して一部が対向するように配置されるとともに、前記対向領域から前記圧電基板の一辺と平行な相反する方向に導出された一対の振動電極を被着させた圧電共振素子の両側に、前記対向領域を囲繞する枠体を介して一対の封止体を取着させてなり、前記振動電極への電圧印加に伴い前記圧電共振素子の前記対向領域内で所定周波数の基本波とその３倍波とを発生させるようにした圧電共振器において、前記圧電共振素子及び封止体間で、前記一辺と平行な方向に係る前記対向領域の中央部、及び／又は前記一辺と直交する方向に係る前記対向領域の中央部に、前記振動電極に対して前記対向領域の外周部でのみ部分的に接触する振動抑制体を介在させるとともに、該振動抑制体の存在しない前記対向領域の外周部に前記振動電極と接触する空間層を介在させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状をなす圧電基板の両主面に、該圧電基板を介して一部が対向し、且つ該対向領域から前記圧電基板の一辺と平行な相反する方向に導出された一対の振動電極を被着させた圧電共振素子の両側に、前記対向領域を囲繞する枠体を介して一対の封止体を取着させてなり、前記振動電極への電圧印加に伴い前記圧電共振素子の前記対向領域内で所定周波数の基本波とその３倍波とを発生させるようにした圧電共振器において、
前記圧電共振素子及び前記封止体間で、前記一辺と平行な方向に係る前記対向領域の中央部、及び／又は前記一辺と直交する方向に係る前記対向領域の中央部に、前記振動電極に対して前記対向領域の外周部でのみ部分的に接触する振動抑制体を介在させるとともに、該振動抑制体の存在しない前記対向領域の外周部に前記振動電極と接触する空間層を介在させたことを特徴とする圧電共振器。
【請求項２】
前記空間層が、空気、不活性ガス、真空のいずれかより成ることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項３】
前記振動抑制体が前記枠体と同一材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の圧電共振器。
【請求項４】
前記振動抑制体及び前記枠体が一体的に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電共振器。
【請求項５】
前記振動抑制体及び前記枠体が前記封止体と同一材料から成り、且つ、前記封止体と一体的に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電共振器。
【請求項６】
前記一対の振動電極が、前記一辺と直交する方向で、前記対向領域の図心より外方に向かって延出された延出部を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の圧電共振器。
【請求項７】
前記振動抑制体が前記延出部で前記振動電極に接触していることを特徴とする請求項６に記載の圧電共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発振回路やフィルタ回路などに広く用いられる圧電共振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発振回路やフィルタ回路などに圧電共振器が用いられている。
【０００３】
かかる従来の圧電共振器は、例えば図６に示す如く、矩形状をなす圧電基板５２の両主面に一部が対向するようにして振動電極５３ａ、５３ｂが配置された圧電共振素子の両側に、対向領域を囲繞する枠体５４ａ、５４ｂを介して一対の封止体５５ａ、５５ｂを取着させた構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
上述した従来の圧電共振器は、振動電極５３ａ、５３ｂ間に所定の電圧を印加することにより、振動電極５３ａ、５３ｂの対向領域で所定周波数の振動を発生させるようになっており、このような圧電共振器を例えば発振器に用いる場合は、圧電共振器の共振周波数に基づいて外部の発振回路及び増幅回路等を介して所定の発振信号を生成・出力することにより圧電共振器として機能する。
【０００５】
ところで、上述した従来の圧電共振器においては、振動電極５３ａ、５３ｂ間に電圧を印加した際、両電極５３ａ、５３ｂの対向領域で主に基本波と３倍波にかかる２種類の振動が発生するようになっている。
【０００６】
このような圧電共振器を高周波機器等に用いる場合は、上述した２種類の振動のうち周波数の高い３倍波の振動を利用することが望ましく、そのためには基本波の振動をできるだけ抑制する必要があった。基本波の抑制方法としては、例えば、一方の振動電極５３ａの外形寸法を他方の振動電極５３ｂよりも小さくして、基本波を対向領域の周囲に漏洩させるとともに、該漏洩波を枠体５４ａ、５４ｂでダンピングするといった手法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１１２２６６号公報
【特許文献１】特開平２０００−１３４０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の圧電共振器において、基本波の振動を抑制するために一方の振動電極５３ａの外形寸法を他方の振動電極５３ｂよりも小さくした場合、振動電極５３ａ、５３ｂの対向面積も小さくなってしまうことから、振動電極５３ａ、５３ｂの対向領域で十分な静電容量を確保することが困難になり、またこのように静電容量が小さくなると、５倍波等の他の高調波まで強く現れることとなり、３倍波を用いた圧電共振器として良好に機能させることが不可となる欠点を有していた。
【０００８】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、振動電極の対向領域において十分な静電容量を確保しつつ、基本波にかかる振動を良好に抑制することが可能な圧電共振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧電共振器は、矩形状をなす圧電基板の両主面に、該圧電基板を介して一部が対向し、且つ該対向領域から前記圧電基板の一辺と平行な相反する方向に導出された一対の振動電極を被着させた圧電共振素子の両側に、前記対向領域を囲繞する枠体を介して一対の封止体を取着させてなり、前記振動電極への電圧印加に伴い前記圧電共振素子の前記対向領域内で所定周波数の基本波とその３倍波とを発生させるようにした圧電共振器において、前記圧電共振素子及び封止体間で、前記一辺と平行な方向に係る前記対向領域の中央部、及び／又は前記一辺と直交する方向に係る前記対向領域の中央部に、前記振動電極に対して前記対向領域の外周部でのみ部分的に接触する振動抑制体を介在させるとともに、該振動抑制体の存在しない前記対向領域の外周部に前記振動電極と接触する空間層を介在させたことを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の圧電共振器は、前記空間層が、不活性ガス、真空のいずれかより成ることを特徴とするものである。
【００１１】
更に本発明の圧電共振器は、前記振動抑制体が前記枠体と同一材料から成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また更に本発明の圧電共振器は、前記振動抑制体及び前記枠体が一体的に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
更にまた本発明の圧電共振器は、前記振動抑制体及び前記枠体が前記封止体と同一材料から成り、且つ、前記封止体と一体的に形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また更に本発明の圧電共振器は、前記一対の振動電極が、前記一辺と直交する方向で、前記対向領域の図心より外方に向かって延出された延出部を有していることを特徴とするものである。
【００１５】
更にまた本発明の圧電共振器は、前記振動抑制体が前記延出部で前記振動電極に接触していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の圧電共振器によれば、圧電共振素子及び封止体間で、圧電基板の一辺と平行な方向に係る対向領域の中央部、及び／又は前記一辺と直交する方向に係る対向領域の中央部に、振動電極に対して対向領域の外周部でのみ部分的に接触する振動抑制体を介在させるとともに、振動抑制体の存在しない対向領域の外周部に振動電極と接触する空間層を介在させるようにしたことから、対向領域のうち、３倍波が集中する領域には空間層が形成され、基本波が集中する領域には振動抑制体が形成される。これにより、３倍波以外の振動を有効に抑制することができるようになり、良好な共振特性を得ることが可能となる。
【００１７】
そして、このような圧電共振器を発振回路に用いる場合には、圧電共振器の基本波の３倍波に相当する発振周波数で安定して動作させることができるようになり、また圧電共振器をフィルタ回路に用いる場合には、通過帯域外の減衰量を十分に確保することができるようになる。
【００１８】
また本発明の圧電共振器によれば、振動抑制体を枠体と同一材料で形成することにより、従来周知のスクリーン印刷等によって振動抑制体と枠体とを同時に形成することができ、これによって圧電共振器の生産性を向上させることが可能となる。
【００１９】
更に本発明の圧電共振器によれば、振動抑制体と枠体とを一体的に連続して形成することにより、振動抑制体と枠体とを別体で形成した場合に比し、振動電極と接する物体（振動抑制体及び枠体）の質量は大きくなり、このように質量の大きな物体を振動電極の所定箇所に接触させておくことで、基本波の振動をより確実に抑制することが可能となる。
【００２０】
また更に本発明の圧電共振器によれば、一対の振動電極に、圧電基板の一辺と直交する方向で、対向領域の図心より外方に向かって延出された延出部を設けておくことにより、基本波が前記延出部で集中的に発生するとともに、３倍波が振動電極の対向領域の図心を中心とした広い領域で発生するようになり、その結果、より良好な共振特性が得られるようになる。特に、振動抑制体を前記延出部で振動電極に接触させておけば、基本波の振動を極めて良好に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の圧電共振器を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態に係る圧電共振器の外観斜視図、図２は図１の圧電共振器の断面図であり、同図に示す圧電共振器は大略的に、圧電共振素子１の両側に枠体４ａ、４ｂを介して一対の封止体５ａ、５ｂを取着させた構造を有している。
【００２３】
圧電共振素子１は、図３に示すように、矩形状をなす圧電基板２の両主面に、圧電基板２を介して一部が対向するように振動電極３ａ、３ｂが配置された構造を有している。また本実施形態における振動電極３ａ、３ｂは、上記対向領域Ａから圧電基板２の一辺と平行な相反する方向に導出されている。
【００２４】
圧電基板２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸鉛等の圧電セラミック材料、或いは、水晶やニオブ酸リチウム等の圧電単結晶材料から成り、かかる圧電基板２は厚み方向に分極されている。
【００２５】
例えば、圧電基板２を圧電セラミック材料により形成する場合、まず原料粉末にバインダを加えてプレスする方法、或いは、原料粉末を水、分散剤と共にボールミルを用いて混合及び乾燥し、バインダ、溶剤、可塑剤等を加えてドクターブレード法により成型する方法などによってシート状と成し、次に、１１００℃〜１４００℃のピーク温度で数１０分〜数時間焼成して基板を形成した後、例えば、厚み方向に６０℃〜１５０℃の温度にて３ｋＶ／ｍｍ〜１５ｋＶ／ｍｍの電圧をかけ分極処理を施すことにより製作される。
【００２６】
また、圧電基板２を圧電単結晶材料により形成する場合、圧電単結晶材料のインゴット（母材）を所定の結晶方向となるように所定の厚みでスライスすることにより製作される。
【００２７】
そして、圧電基板２の両主面に被着される振動電極３ａ、３ｂは、例えば金、銀、銅、クロム、ニッケル、錫、鉛、アルミニウム等の良導電性の金属から成り、これらの金属材料を従来周知の真空蒸着やスパッタリング法等によって圧電基板２の両主面に被着・形成したり、或いは、上述した金属材料を含む所定の導体ペーストを従来周知の印刷法等によって所定パターンに塗布し、高温で焼き付けることにより被着・形成される。
【００２８】
このような一対の振動電極３ａ、３ｂ間に所定の電圧が印加されると、圧電効果によって主に基本波とその３倍波を含む種々の振動が励振され、それぞれの振動に起因する共振ピークが周波数特性に現れる。
【００２９】
また、上述した圧電共振素子１の上下両側に配置される一対の封止体５ａ、５ｂは、圧電共振素子１の両主面に枠体４ａ、４ｂを介して取着されており、圧電共振素子１と封止体５ａ、５ｂと枠体４ａ、４ｂの内側とで囲まれる領域に所定の空間層７が形成される。
【００３０】
封止体５ａ、５ｂは、縦・横の外寸が圧電基板２と略等しく形成されており、その厚みは例えば数１０μｍ〜数ｍｍに設定される。このような封止体５ａ、５ｂは、耐熱性樹脂、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のエンジニアリングプラスチックや、液晶ポリマーやガラス布基材エポキシ樹脂等から成り、特にガラス繊維を３０％〜８０％含有させたガラス布基材エポキシ樹脂が好適に使用される。その場合、１００Ｐａ以下の真空中にて０．２ＭＰａ〜５ＭＰａの圧力を加えながら１８０℃〜２００℃の温度で４０分〜９０分保持して樹脂を熱硬化させることによって良好に接合される。
【００３１】
尚、封止体５ａ、５ｂの両主面に形成されている外部端子電極６は、振動電極３ａ、３ｂと同様の材料及び方法により形成されており、その表面にはニッケルメッキや錫メッキが施される。
【００３２】
また、圧電共振素子１と封止体５ａ、５ｂとの間に介在される枠体５ａ、５ｂは、圧電共振素子１の対向領域Ａを囲繞するように形成されており、圧電共振素子１と封止体５ａ、５ｂとの間に所定の振動空間（空間層７）を形成するためのスペーサとして機能するとともに、該振動空間を気密封止するための封止材としての作用を為す。
【００３３】
このような枠体５ａ、５ｂは、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなり、従来周知の厚膜印刷法等を採用し、熱硬化性樹脂の液状前駆体を圧電基板２の両面に所定パターンに塗布し、熱硬化させることによって形成される。また、枠体４ａ、４ｂの粘度や熱膨張係数を調整するために、枠体４ａ、４ｂ中に酸化珪素等の無機質材料から成るフィラーを所定量含有させておいてもよい。
【００３４】
尚、前記空間層７には、空気やＮ２、Ａｒ等の不活性ガスが充填されるか、もしくは、真空状態とされ、特に不活性ガスを充填するか、真空状態の空間層７を採用する場合、圧電共振素子１の信頼性を高く維持することができる。
【００３５】
そして、上述した圧電共振素子１と封止体５ａ、５ｂとの間で、圧電基板２の一辺と平行な方向に係る対向領域Ａの中央部と前記一辺と直交する方向に係る対向領域Ａの中央部には、振動電極３ａ、３ｂに対して対向領域Ａの外周部でのみ部分的に接触する振動抑制体８が介在されている。
【００３６】
前記振動抑制体８は、例えば、先に述べた枠体４ａ、４ｂと同様の熱硬化性樹脂、具体的にはエポキシ樹脂等によって枠体４ａ、４ｂと一体的に連続して形成されており、この振動抑制体８が存在しない部位に前記空間層７が形成される。
【００３７】
ここで、有限要素法を用いたシミュレーションを行い、３倍波と基本波の振動分布を解析した結果について図４を用いて説明する。
【００３８】
同図によれば、３倍波は対向領域Ａの中央域Ｃに、基本波は対向領域Ａの外周域Ｂにそれぞれ集中的に分布しており、特に基本波は、圧電基板２の一辺と平行な方向に係る対向領域Ａの中央部付近と前記一辺と直交する方向に係る対向領域Ａの中央部付近に集中していることが分かる。
【００３９】
従って、対向領域Ａのうち、３倍波が集中する領域Ｃに空間層７を配置し、基本波が集中する領域Ｂに振動抑制体８を配置することにより、基本波にかかる振動を有効に抑制することができ、良好な共振特性を得ることが可能となる。よって、このような圧電共振器を発振回路に用いる場合には、圧電共振器の基本波の３倍波に相当する発振周波数で安定して動作させることができるようになり、また圧電共振器をフィルタ回路に用いる場合には、通過帯域外の減衰量を十分に確保することができるようになる。
【００４０】
また前記振動抑制体８を枠体４ａ、４ｂと同一の材料で形成する場合、振動抑制体８と枠体４ａ、４ｂとを従来周知のスクリーン印刷法等によって同時に形成することができ、圧電共振器の生産性を向上させることが可能となる。従って振動抑制体８と枠体４ａ、４ｂを同一の材料で形成することが好ましい。
【００４１】
更に本実施形態においては、振動抑制体８と枠体４ａ、４ｂとが一体的に連続して形成されているため、振動抑制体８と枠体４ａ、４ｂとを別体で形成する場合に比し、振動電極３ａ、３ｂと接する物体（振動抑制体８及び枠体４ａ、４ｂ）の質量は大きくなり、このように質量の大きな物体を振動電極３ａ、３ｂの所定箇所に接触させておくことで、基本波の振動をより確実に抑制することが可能となる。従って振動抑制体８と枠体４ａ、４ｂとは一体的に形成することが好ましい。
【００４２】
尚、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。
【００４３】
例えば、上述した実施形態においては、振動抑制体８を、圧電基板２の一辺と平行な方向に係る対向領域Ａの中央部と前記一辺と直交する方向に係る対向領域Ａの中央部の双方に設けたが、いずれか一方に設ける場合であっても、振動抑制体８を設けた部分において上述した実施形態と同様の振動抑制効果を奏するものである。
【００４４】
また上述した実施形態においては、振動抑制体８を枠体４ａ、４ｂと一体的に形成するようにしたが、これに代えて、振動抑制体８と枠体４ａ、４ｂとを分離した状態で形成するようにしても構わない。
【００４５】
更に上述した実施形態においては、対向領域が矩形状をなすように一対の振動電極３ａ、３ｂを配置させるようにしたが、対向領域は矩形状に限定されるものではなく、例えば図６に示す如く、振動電極の一部を対向領域Ａの図心より外方に向かって延出させるようにしても良い。この場合、基本波が延出部２３ａで集中的に発生するとともに、３倍波が対向領域Ａの図心を中心とした広い領域で発生するようになり、その結果、より良好な共振特性が得られるようになる。またこの場合、振動抑制体２８は延出部２３ａで振動電極に接触されることとなる。
【００４６】
また更に上述した実施形態において、封止体の一部に誘電体基板を用いても構わない。この場合、誘電体基板にはその上下面に形成された電極によって大きな静電容量が形成されており、このような誘電体基板を用いることによって、例えば圧電共振器にコルピッツ型の発振回路を構成するためのコンデンサの機能を付加させることができる。
【００４７】
更にまた上述した誘電体基板を封止体の一部として用いるのではなく、図１に示される圧電共振器に別途取り付けるようになしても良く、そのような構成とすることで、コンデンサの機能を付加したものであっても、圧電基板の両面に形成される封止体の熱膨張係数を一致させて反り等の発生を少なくし、安定した共振特性が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧電共振器の外観斜視図である。
【図２】図１の圧電共振器の断面図である。
【図３】図１の圧電共振器に用いる圧電共振素子を上方からみた平面図である。
【図４】圧電共振素子における各振動モードの振動領域を表す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る圧電共振器に用いる圧電共振素子を上方からみた平面図である。
【図６】従来の圧電共振器の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・圧電共振素子
２・・・圧電基板
３ａ、３ｂ・・・振動電極
４ａ、４ｂ・・・枠体
５ａ、５ｂ・・・封止体
６・・・外部端子電極
７・・・空間層
８・・・振動抑制体
Ａ・・・対向領域
Ｂ・・・基本波が集中する領域
Ｃ・・・３倍波が集中する領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006067256.tif 000007
【図６】
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