(57)【要約】【課題】斜め方向の電界により励振されていた振動のレスポンスを小さくし、基本波スプリアスを効果的に抑制できる圧電共振子を提供する。【解決手段】厚み縦振動モードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振子の圧電基板の幅Ｗと厚みＴとの比Ｗ／Ｔを２．２±５％とする。圧電基板２の表裏面に、長さ方向中央部において表裏対向する振動電極３，４を圧電基板２の全幅に亘って形成し、圧電基板２の表裏面に振動電極３，４から圧電基板の異なる長さ方向端部に引き出された引出電極５，６を形成する。引出電極５，６の幅を圧電基板の幅Ｗの１／５以下とし、圧電基板の長辺に平行な幅方向中心線にそって配置することで、基本波スプリアスを抑制する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み縦振動モードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型であり、厚み方向に分極処理された細長い矩形板状の圧電基板の幅Ｗと厚みＴとの比Ｗ／Ｔが２．２±５％とされた圧電共振子において、
上記圧電基板の表裏面に、長さ方向中央部において表裏対向する第１，第２の振動電極が圧電基板の全幅に亘って形成され、
上記圧電基板の表面に、上記第１の振動電極から圧電基板の長さ方向一端部に引き出された第１の引出電極が形成され、
上記圧電基板の裏面に、上記第２の振動電極から圧電基板の長さ方向他端部に引き出された第２の引出電極が形成され、
上記第１，第２の引出電極は圧電基板の幅Ｗよりも狭いことを特徴とする圧電共振子。
【請求項２】
上記第１，第２の引出電極は、圧電基板の長辺に平行な幅方向中心線にそって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電共振子。
【請求項３】
上記第１，第２の引出電極の幅寸法Ｌｗは、圧電基板の幅Ｗの１／５以下であることを特徴とする請求項２に記載の圧電共振子。
【請求項４】
上記第１，第２の引出電極の圧電基板の長辺に平行な幅方向中心線からの幅方向のずれ量は±Ｗ／１０の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の圧電共振子。
【請求項５】
上記第１，第２の引出電極は、圧電基板の長辺側端部にそって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電共振子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は厚み縦振動モードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、厚み縦振動モードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子が提案されている。この圧電共振子２０は、図６に示すように、幅Ｗと厚みＴとの比Ｗ／Ｔが所定の比率とされた細長い矩形板状の圧電基板２１を備えており、圧電基板２１の表裏面には、長さ方向中央部において表裏対向し、かつ圧電基板２１の全幅に亘って振動電極２２，２３が形成されている。表面の振動電極２２から圧電基板２１の長さ方向一端部に一方の引出電極２４が同一幅で引き出され、裏面の振動電極２３から圧電基板２１の長さ方向他端部に他方の引出電極２５が同一幅で引き出された構造となっている。
【０００３】
圧電基板の比Ｗ／Ｔには、次の８つの範囲がある。すなわち、０．８８±５％、１．０６±４％、１．３２±５％、１．８０±３％、２．３０±３％、２．６９±３％、３．１６±２％、３．６４±２％である。このような比Ｗ／Ｔとすることにより、厚み縦振動モードの３倍波付近に発生する不要スプリアスを低減することが可能であり、また圧電基板の小型化にも効果がある。
【０００４】
上記８つの範囲のうち、Ｗ／Ｔ＝２．３０±３％を用いることがある。その理由は、Ｗ／Ｔ＝０．８８〜１．３２のような厚みＴに対する幅Ｗの比率が小さい圧電共振子の場合、圧電共振子としての容量値が小さく、この圧電共振子を発振回路などに組み込んだ際、浮遊容量などによって影響を受けやすく、発振回路としての周波数精度を確保しにくくなるからである。そのため、厚みＴに対する幅Ｗの比率が比較的大きな圧電共振子を用いることで、発振回路などに組み込んだ際にセットとしての精度を確保しやすくなる。
【０００５】
しかしながら、Ｗ／Ｔ＝２．３０±３％の圧電共振子を使用した場合、次のような特有の問題が発生する。すなわち、図６に矢印Ｅで示すように、表側の振動電極２２と裏側の引出電極２５との間、および裏側の振動電極２３と表側の引出電極２４との間に、斜め方向の電界成分によってある振動モードが励振され、この振動モードが厚み縦振動の基本波スプリアスに結合した形で現れる。
【０００６】
図７は図６の矢印Ｅで示す電界成分によって励振される振動モードによる圧電基板２１の上面での変位分布であり、濃度の濃い部分が変位の大きな部分を示す。Ｌ１は振動電極２２，２３が設けられた部分を示す。なお、圧電基板２１の下面の変位分布は図７のＹ軸を中心に１８０°反転した分布となる。
図７から明らかなように、引出電極２４，２５が設けられた領域であって、圧電基板２１の長辺に平行な幅方向中心線を間にしてその両側に大きな変位部分が発生していることがわかる。また、変位部分は振動電極２２，２３を設けた部分にまで波及していることがわかる。
このような振動モードの励振力が上乗せられる影響で、厚み縦振動の基本波スプリアスが抑圧されにくくなるという問題があった。
上記のような基本波スプリアスのため、この圧電共振子を発振回路に用いた場合、アプリケーションマッチングの安定範囲を確保するための基本波の位相が上限値を越えてしまい、安定発振できる領域が狭くなり、使用できるＩＣに制約が生じるという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−２９０１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、厚み縦振動モードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型であり、厚み方向に分極処理された細長い矩形板状の圧電基板の幅Ｗと厚みＴとの比Ｗ／Ｔが２．２±５％とされた圧電共振子において、斜め方向の電界により励振されていた振動のレスポンスを小さくし、基本波スプリアスを効果的に抑制できる圧電共振子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、厚み縦振動モードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型であり、厚み方向に分極処理された細長い矩形板状の圧電基板の幅Ｗと厚みＴとの比Ｗ／Ｔが２．２±５％とされた圧電共振子において、上記圧電基板の表裏面に、長さ方向中央部において表裏対向する第１，第２の振動電極が圧電基板の全幅に亘って形成され、上記圧電基板の表面に、上記第１の振動電極から圧電基板の長さ方向一端部に引き出された第１の引出電極が形成され、上記圧電基板の裏面に、上記第２の振動電極から圧電基板の長さ方向他端部に引き出された第２の引出電極が形成され、上記第１，第２の引出電極は圧電基板の幅Ｗよりも狭いことを特徴とする圧電共振子を提供する。
【０００９】
本発明の圧電共振子では、引出電極を従来のような圧電基板（振動電極）と同一幅ではなく、圧電基板より幅狭な電極としている。そのため、図６に示すような斜め方向の電界Ｅが発生しにくくなり、この電界によって励振されていた振動のレスポンスを小さくできる。
民生市場用発振子の動作温度範囲は−３０℃〜＋８５℃であるが、従来のような幅広な引出電極を持つ圧電共振子の場合、周波数−位相特性は常温ではアプリケーションマッチングの安定範囲の基準となる基本波の位相上限値を越えなくても、高温時または低温時には位相上限値を越えてしまい、マッチングの安定範囲が狭くなることがある。これに対し、本発明のような幅狭な引出電極を持つ圧電共振子の場合、周波数−位相特性は高温側、低温側で共に位相上限値を越えることがなく、マッチングの安定範囲が広くなる。その結果、安定発振できる領域が広くなり、使用できるＩＣに制約がなくなるという利点がある。
【００１０】
請求項２のように、第１，第２の引出電極を、圧電基板の長辺に平行な幅方向中心線にそって配置するのがよい。
図７に示すように、圧電基板の長辺に平行な幅方向中心線付近には、振動変位が小さい領域が存在するので、この領域に引出電極を設けることで、斜め方向の電界の影響を受けにくくすることができる。したがって、スプリアスの発生を効果的に抑制できる。
【００１１】
請求項３のように、第１，第２の引出電極の幅寸法Ｌｗを、圧電基板の幅Ｗの１／５以下とするのがよい。
図７に示すように、圧電基板の長辺に平行な幅方向中心線付近に存在する振動変位が小さい領域の幅は圧電基板の幅Ｗの約１／５である。したがって、この領域に入るように引出電極の幅寸法Ｌｗを設定すれば、一層斜め方向の電界の影響を受けにくくなり、効果的である。
【００１２】
請求項４のように、第１，第２の引出電極の圧電基板の長辺に平行な幅方向中心線からの幅方向のずれ量を±Ｗ／１０の範囲内に設定するのがよい。
請求項３のように引出電極の幅寸法Ｌｗを圧電基板の幅Ｗの１／５以下とした場合でも、引出電極の位置そのものが幅方向にずれると、振動変位の大きな部分にかかってしまう可能性がある。
図７から明らかなように、圧電基板の幅方向中心から幅方向にそれぞれＷ／５の範囲であれば、振動変位が比較的小さい。つまり、引出電極の幅寸法Ｌｗを圧電基板の幅Ｗの１／５以下とした場合に、引出電極の幅方向のずれ量を±Ｗ／１０の範囲内とすれば、引出電極を振動変位の小さい領域に収めることができる。
【００１３】
請求項５のように、第１，第２の引出電極を、圧電基板の長辺側端部にそって配置してもよい。
斜め方向の電界によって発生する振動変位が小さい領域は圧電基板の幅方向中心部だけでなく、長辺側端部にそった領域にも存在する。そこで、この振動変位の小さな領域に引出電極を配置することで、請求項２と同様にスプリアスを効果的に抑制できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、引出電極を圧電基板と同一幅ではなく、圧電基板より幅狭な電極としたので、振動電極と対向する主面の引出電極との間で斜め方向の電界が発生しにくくなり、この電界によって励振されていた振動のレスポンスを小さくできる。その結果、基本波スプリアスを効果的に抑圧でき、スプリアスの小さな圧電共振子を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明にかかる厚み縦振動モードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振子の第１実施例を示す。
この圧電共振子１は、細長い矩形板状の圧電基板２を備えている。圧電基板２は、チタン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスにより構成されており、厚み方向に分極処理されている。圧電基板２の幅Ｗと厚みＴとの比Ｗ／Ｔは２．２±５％とされている。つまり、Ｗ／Ｔは次の範囲に設定されている。
２．０９≦Ｗ／Ｔ≦２．３１
この実施例では、厚みＴ＝２５０μｍ、幅Ｗ＝５５０μｍ、長さ＝２．２ｍｍの圧電基板２を用いた。
【００１７】
圧電基板２の表裏面に、長さ方向中央部において表裏対向し、かつ圧電基板２の全幅に亘って第１，第２の振動電極３，４が形成されている。圧電基板２の表面には、第１の振動電極３から圧電基板２の長さ方向一端部に引き出された第１の引出電極５が形成され、圧電基板２の裏面には、第２の振動電極４から圧電基板２の長さ方向他端部に引き出された第２の引出電極６が形成されている。第１，第２の引出電極５，６は圧電基板２の幅Ｗよりも狭く、圧電基板２の長辺に平行な幅方向中心線にそって配置されている。第１，第２の引出電極５，６の幅寸法Ｌｗは、圧電基板２の幅Ｗの１／５以下とするのがよい。第１，第２の引出電極５，６の圧電基板２の長辺に平行な幅方向中心線からの幅方向のずれ量は±Ｗ／１０の範囲内とするのがよい。
【００１８】
圧電基板２の表裏面の長さ方向端部には、引出電極５，６とそれぞれ接続された端子電極７，８が設けられている。この実施例の端子電極７，８は幅方向に連続する帯状電極で形成されている。なお、端子電極７，８を圧電基板２の端面まで回りこむように形成してもよい。
【００１９】
図２は、振動電極３と引出電極６との間、および振動電極４と引出電極５との間の電界成分によって励振される振動モードによる圧電基板２の上面での変位分布であり、濃度の濃い部分が変位の大きな部分を示す。Ｌ１は振動電極３，４が設けられた部分を示す。圧電基板２の下面の変位分布は、図２のＹ軸を中心に１８０°反転した分布となる。
図２から明らかなように、引出電極５，６を線状電極とすることにより、振動電極３，４と対向する主面の引出電極５，６との間の電界が発生しにくくなり、これによって励振されていた振動のレスポンスが小さくなることがわかる。引出電極５，６は、振動変位の小さい領域すなわち圧電基板２の長辺に平行な幅方向中心線に沿って配置されており、変位の大きな領域を避けている。したがって、仮に引出電極５，６に上記のような電界が発生しても、大きな変位を持つ振動は励振されにくい。したがって、不要な振動のレスポンスを小さくしながら、圧電基板２の端部まで電極を引き出すことができる。
【００２０】
図３は、本発明の圧電共振子１（図１参照）と従来の圧電共振子２０（図６参照）の厚み縦振動の基本波スプリアスにおける２５℃と−３０℃の位相波形を示したものである。
図３において、破線は発振子として用いた場合のアプリケーションマッチングの安定範囲を確保するための基本波の位相上限値を示す。
２５℃においては、従来品も本発明品も共に位相上限値より低く、マッチングの安定範囲が広い。
一方、−３０℃では、従来品では位相上限値を越える部分があるのに対し、本発明品では常に位相上限値より低いことがわかる。
【００２１】
なお、図３は位相波形の温度特性の一例であり、圧電材料の弾性係数、圧電定数、誘電率、密度など物性値に依存する。例えば、別の圧電材料で構成された発振子の場合、高温で基本波の位相値が増大するか、あるいは常温で最大値を取ることがあるが、従来構造と同様の振動変位分布を有する場合は、本発明の引出電極の構造によって位相値を低下させることが可能である。
【００２２】
図４は、本発明の圧電共振子１（図１参照）と従来の圧電共振子２０（図６参照）を発振子として用いた場合の実使用温度範囲内におけるアプリケーションマッチングを示したものである。
使用ＩＣとしてＡ〜Ｅまで５種類のＩＣを用い、負荷容量として３〜３０ｐＦまでの７種類の負荷容量を用いた。
図４から明らかなように、従来ではＡ，Ｂ，Ｄ，ＥのＩＣではマッチングが取れるが、ＣのＩＣでは負荷容量を変えてもマッチングが取れない。これに対し、本発明ではＡ〜Ｅの全てのＩＣでマッチングが取れる。さらに、本発明ではＢ〜ＥのＩＣでマッチングが取れる負荷容量の範囲が従来より大きくなり、アプリケーションにとって安定発振できる範囲が広くなり、使いやすくなる。
このように、従来では低温時における位相値が上限値を越えるため、アプリケーションマッチングの安定範囲が狭いのに対し、本発明では安定範囲を広げることができる。
【実施例２】
【００２３】
図５は本発明にかかる圧電共振子の第２実施例を示す。
この圧電共振子１０の場合、圧電基板１１および振動電極１２，１３は第１実施例と同様であるため、重複説明を省略する。
この実施例では、第１，第２の引出電極１４，１５を、圧電基板１１の長辺側端部にそって配置したものである。
図６に示すように、斜め方向の電界Ｅによって発生する振動変位が小さい領域は圧電基板の幅方向中心部だけでなく、長辺側端部にそった領域にも存在するため、長辺側端部にそった領域に引出電極１４，１５を配置することで、スプリアスを抑制することができる。
この場合も、引出電極１４，１５の幅寸法Ｌｗを圧電基板１１の幅Ｗの１／５以下とするのが、スプリアス抑制に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかる圧電共振子の第１実施例の斜視図である。
【図２】図１に示す圧電共振子の斜め方向の電界成分によって励振される振動モードによる圧電基板の上面での変位分布図である。
【図３】本発明の圧電共振子と従来の圧電共振子の厚み縦振動の基本波スプリアスにおける２５℃と−３０℃の位相波形図である。
【図４】本発明の圧電共振子と従来の圧電共振子を発振子として用いた場合のアプリケーションマッチング（実使用温度範囲内）を示す表である。
【図５】本発明にかかる圧電共振子の第２実施例の斜視図である。
【図６】従来の圧電共振子の斜視図である。
【図７】図６に示す圧電共振子の斜め方向の電界成分によって励振される振動モードによる圧電基板の上面での変位分布図である。
【符号の説明】
【００２５】
１            圧電共振子
２            圧電基板
３，４        振動電極
５，６        引出電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006135460.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006135460.tif 000007
【図６】
2006135460.tif 000008
【図７】
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