(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向し合う第１，第２の主面を有し、長手方向と、長手方向と直交する幅方向とを有し、長手方向に分極されているストリップ型の圧電セラミック基板と、
前記圧電セラミック基板の第１の主面において、長手方向略中央部において、圧電セラミック基板の幅方向に広がる第１の励振電極と、
前記圧電セラミック基板の第２の主面において、前記圧電セラミック基板略中央部において前記圧電セラミック基板を介して前記第１の励振電極に重なり合っている第２の励振電極とを備え、
前記第１，第２の励振電極が重なり合っている部分において、厚みすべりモードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電振動部が形成されており、該圧電振動部に交番電界を印加した際に励振される励振領域の周囲が非励振領域とされており、非励振領域の内前記励振領域に隣接する領域が、前記励振領域と分極軸方向が同じであり、かつ分極度の絶対値が前記励振領域の分極度の絶対値よりも小さい領域、または分極されていない領域とされていることを特徴とする、圧電振動子。
【請求項２】
前記圧電振動部において、前記第１，第２の励振電極が重なり合っている部分の前記圧電セラミック基板の長手方向に沿う寸法である重なり長が、前記励振領域の前記圧電セラミック基板の長さ方向に沿う寸法よりも短い、請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項３】
前記非励振領域の全体が、前記励振領域と分極軸方向が同じで分極度の絶対値が前記励振領域の分極度の絶対値よりも小さい領域または分極されていない領域とされている、請求項１または２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
前記非励振領域の内、前記励振領域に隣接している領域の分極軸方向が前記励振領域と同じであり、かつ分極度の絶対値が前記励振領域の分極度の絶対値よりも小さい領域、または分極されていない領域以外の領域が前記励振領域と同様に分極されている、請求項１または２に記載の圧電振動子。
【請求項５】
前記非励振領域の全体が分極されている、請求項１または２に記載の圧電振動子。
【請求項６】
前記非励振領域の全体が、前記励振電極と分極方向が同じであるように分極されている、請求項５に記載の圧電振動子。
【請求項７】
前記非励振領域において、前記圧電セラミック基板の第１，第２の主面の少なくとも一方に前記励振電極よりも厚みの大きなダミー電極が形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電振動子。
【請求項８】
前記励振電極が、前記圧電セラミック基板の幅方向両端部に位置している端縁に至るように形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電振動子。
【請求項９】
前記第１，第２の励振電極が、前記圧電セラミック基板の幅方向端部に位置している端縁に至らず、該端縁とギャップを隔てて配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電振動子。
【請求項１０】
対向し合う第１，第２の主面を有し、長手方向と、長手方向と直交する幅方向とを有し、長手方向両端に第１，第２の端面を有するマザーの圧電セラミック基板を用意する工程と、
前記マザーの圧電セラミック基板の第１，第２の端面に分極用電極を形成して、マザーの圧電セラミック基板を長手方向に分極する第１の分極工程と、
前記マザーのセラミック基板において、非励振領域が形成される部分に比べて、励振部分が形成される部分の分極度が高くなるように、マザーの圧電セラミック基板を分極する第２の分極工程と、
前記マザーの圧電セラミック基板の両主面に複数の第１，第２の励振電極を形成する工程と、マザーの圧電セラミック基板を個々の圧電振動子に切断する工程とを備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項１１】
前記非励振領域に比べて、励振領域の分極度を高くするように分極する工程が、励振領域においてマザーの圧電セラミック基板の第１，第２の主面に浮き電極を形成し、マザーの圧電セラミック基板において、第１，第２の端面間に第１の分極工程とは逆方向に直流電圧を印加し、非励振領域における分極度を低下させることにより行われる、請求項１０に記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項１２】
前記非励振領域に比べて、励振領域の分極度を高くするように分極する工程が、非励振領域において、マザーの圧電セラミック基板の第１，第２の主面に浮き電極を形成し、マザーの圧電セラミック基板の第１，第２の端面間に第１の分極工程と同方向に直流電圧を印加することにより行われる、請求項１０に記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電振動子の製造方法であって、
対向し合う第１，第２の主面を有し、長手方向と、長手方向と直交する幅方向とを有し、長手方向両端に第１，第２の端面を有するマザーの圧電セラミック基板を用意する工程と、
前記マザーの圧電セラミック基板の第１，第２の端面に分極用電極を形成し、第１，第２の主面において、励振領域と非励振領域との境界に、それぞれ浮き電極を形成する工程と、
前記マザーの圧電セラミック基板において、マザーの圧電セラミック基板の長手方向において、浮き電極の両側の領域の分極方向が長手方向において逆方向となるように、マザーの圧電セラミック基板を分極するための第１の分極工程と、
第１の分極工程後に、励振領域においてのみ、分極度が高められるように、励振電極両側の浮き電極間に電圧を印加して分極する第２の分極工程と、マザーの圧電セラミック基板の第１，第２の主面に複数の第１，第２の励振電極を形成する工程と、
マザーの圧電セラミック基板を個々の圧電振動子に切断する工程とを備える、圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚みすべり振動モードを利用した圧電振動子に関し、より詳細には、圧電セラミック基板を用いて構成されており、厚みすべり振動モードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３．５〜１２ＭＨｚ帯においては、共振子として、厚みすべり振動の基本モードを利用した圧電セラミック共振子が広く用いられている。このような厚みすべり振動の基本モードを利用した圧電共振子は、下記の特許文献１などの様々な先行技術に記載されている。【０００３】
図３４は、厚みすべり振動モードの基本波を利用した従来の圧電セラミック共振子を示す斜視図である。【０００４】
圧電セラミック共振子１０１は、いわゆるストリップ型の圧電共振子である。ここでは、長手方向と幅方向とを有する矩形板状の、すなわちストリップ型の圧電セラミック基板１０２が用いられている。【０００５】
圧電セラミック基板１０２は、図示の矢印Ｐで示すように長手方向に分極処理されている。【０００６】
圧電セラミック基板１０２の上面には、第１の励振電極１０３が、略中央領域から圧電セラミック基板１０２の長さ方向端部１０２ａに至るように形成されている。また、励振電極１０３は、圧電セラミック基板１０２の略中央において、幅方向両端に至るように形成されている。【０００７】
下面には、励振電極１０３と圧電セラミック基板１０２の長さ方向中央において重なり合うように第２の励振電極１０４が形成されている。第２の励振電極１０４は、圧電セラミック基板１０２の略中央から、圧電セラミック基板１０２の端部１０２ｂ側に延ばされている。
【特許文献１】特開平１０−２００３６４号公報
【発明の開示】
【０００８】
厚みすべり振動モードの共振周波数は、圧電セラミック基板１０２の厚みに反比例する。従って、より高い周波数で使用し得る圧電セラミック共振子１０１を得ようとした場合、圧電セラミック基板１０２の厚みを薄くしなければならなかった。そのため、圧電セラミック基板１０２の機械的強度が低くなり、高周波化には限界があった。
【０００９】
他方、厚みすべり振動モードにおいては、基本波だけでなく、例えば３倍波も励振され得る。３倍波を用いた場合には、基本波の３倍の周波数の共振特性を得ることができる。従って、圧電セラミック基板１０２の厚みを増加させることなく、基本波の３倍の周波数の共振特性を得ることができる。
【００１０】
しかしながら、厚みすべりモードの３倍波は、基本波と異なり、励振電極同士が圧電セラミック基板を介して重なり合っている圧電振動部に閉じ込められないという問題があった。
【００１１】
すなわち、図３４に示した圧電セラミック共振子１０１では、励振電極１０３，１０４が圧電セラミック基板１０２を介して重なり合っている部分に、交番電圧が印加されると、厚みすべり振動モードが励振される。
【００１２】
厚みすべり振動モードの内、基本波については、上記励振電極１０３，１０４が重なり合っている圧電振動部に閉じ込められる。従って、基本波に基づく共振特性を利用することができる。
【００１３】
しかしながら、３倍波は、上記圧電振動部に閉じ込められない。従って、３倍波の共振特性に影響を与えることなく、圧電セラミック共振子を機械的に支持することは困難であった。よって、実際には、厚みすべり振動モードの３倍波を利用した圧電セラミック共振子は実現されていなかった。
【００１４】
本発明の目的は、厚みすべり振動モードの３倍波を利用しており、しかも該３倍波の振動エネルギーを閉じ込めることが可能とされている、厚みすべり振動モードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電振動子を提供することにある。
【００１５】
本発明によれば、対向し合う第１，第２の主面を有し、長手方向と、長手方向と直交する幅方向とを有し、長手方向に分極されているストリップ型の圧電セラミック基板と、前記圧電セラミック基板の第１の主面において、長手方向略中央部において、圧電セラミック基板の幅方向に広がる第１の励振電極と、前記圧電セラミック基板の第２の主面において、前記圧電セラミック基板略中央部において前記圧電セラミック基板を介して前記第１の励振電極に重なり合っている第２の励振電極とを備え、前記第１，第２の励振電極が重なり合っている部分において、厚みすべりモードの３倍波を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電振動部が形成されており、該圧電振動部に交番電界を印加した際に励振される励振領域の周囲が非励振領域とされており、非励振領域の内前記励振領域に隣接する領域が、前記励振領域と分極軸方向が同じであり、かつ分極度の絶対値が前記励振領域の分極度の絶対値よりも小さい領域、または分極されていない領域とされていることを特徴とする、圧電振動子が提供される。
【００１６】
本発明のある特定の局面では、前記圧電振動部において、前記第１，第２の励振電極が重なり合っている部分の前記圧電セラミック基板の長手方向に沿う寸法である電極重なり長が、前記励振領域の前記圧電セラミック基板の長さ方向に沿う寸法よりも短くされている。
本発明に係る圧電振動子の他の特定の局面では、前記非励振領域の全体が、前記励振領域と分極軸方向が同じで分極度の絶対値が前記励振領域の分極度の絶対値よりも小さい領域または分極されていない領域とされている。
【００１７】
本発明に係る圧電振動子の他の特定の局面では、前記非励振領域の内、前記励振領域に隣接している領域の分極軸方向が前記励振領域と同じであり、かつ分極度の絶対値が前記励振領域の分極度の絶対値よりも小さい領域、または分極されていない領域以外の領域が前記励振領域と同様に分極されている。
また、本発明のさらに他の特定の局面では、前記非励振領域の全体が分極されている。好ましくは、前記非励振領域の全体が、前記励振電極と分極方向が同じであるように分極されている。
【００２３】
本発明に係る圧電振動子のさらに別の特定の局面では、前記非励振領域において、前記圧電セラミック基板の第１，第２の主面の少なくとも一方に前記励振電極よりも厚みの大きなダミー電極が形成されている。励振電極よりも厚みの大きなダミー電極が形成されている場合、ダミー電極により、非励振領域の周波数定数が低くなる。すなわち、周波数定数は、（ヤング率／密度）１／２に比例する。厚みの大きなダミー電極を形成することにより、非励振領域では、ヤング率を低下させた場合と同等の効果が得られ、それによって、より一層励振領域の周波数定数を相対的に高くして、振動エネルギーがより一層効果的に閉じ込められることとなる。
【００２４】
本発明に係る圧電振動子のさらに他の特定の局面では、励振電極が圧電セラミック基板の幅方向両端部に位置している端縁に至るように形成されている。従って、マザーの圧電基板に電極膜を形成した後、マザーの圧電基板を接続してストリップ型の圧電共振子を得る製造方法により、容易に本発明の圧電振動子を製造することができる。
【００２５】
本発明に係る圧電振動子の他の特定の局面では、前記第１，第２の励振電極が、前記圧電セラミック基板の幅方向端部に位置している端縁に至らず、該端縁とギャップを隔てて配置されている。このように、励振電極は、圧電セラミック基板の端縁とギャップを隔てて配置されてもよく、その場合には素子へのカット時にカットライン上に励振電極が存在しないため、カット時の電極バリやはがれによる特性悪化を抑制することができる。
【００２６】
また、本発明において、圧電振動部とは、第１，第２の励振電極が圧電セラミック基板を介して重なり合っている部分をいうが、励振領域は、第１，第２の励振電極から交番電圧を印加した際に実質的に励振される領域をいい、必ずしも第１，第２の励振電極が重なり合っている部分に留まるものではない。すなわち、第１，第２の励振電極がセラミック基板の端縁にギャップを隔てて配置されている場合、上記ギャップが設けられている部分も励振領域に含まれる。すなわち、第１，第２の励振電極から交番電圧を印加して積極的に励振させた場合に、３倍波の振動エネルギーがほぼ実質的に閉じ込められる部分を励振領域といい、残りの領域を非励振領域というものとする。
本発明に係る圧電振動子の第１の製造方法は、対向し合う第１，第２の主面を有し、長手方向と、長手方向と直交する幅方向とを有し、長手方向両端に第１，第２の端面を有するマザーの圧電セラミック基板を用意する工程と、前記マザーの圧電セラミック基板の第１，第２の端面に分極用電極を形成して、マザーの圧電セラミック基板を長手方向に分極する第１の分極工程と、前記マザーのセラミック基板において、非励振領域が形成される部分に比べて、励振部分が形成される部分の分極度が高くなるように、マザーの圧電セラミック基板を分極する第２の分極工程と、前記マザーの圧電セラミック基板の両主面に複数の第１，第２の励振電極を形成する工程と、マザーの圧電セラミック基板を個々の圧電振動子に切断する工程を備えることを特徴とする。
【００２７】
第１の製造方法のある特定の局面では、前記非励振領域に比べて、励振領域の分極度を高くするように分極する工程が、励振領域においてマザーの圧電セラミック基板の第１，第２の主面に浮き電極を形成し、マザーの圧電セラミック基板において、第１，第２の端面間に第１の分極工程とは逆方向に直流電圧を印加し、非励振領域における分極度を低下させることにより行われる。
第１の製造方法の他の特定の局面では、前記非励振領域に比べて、励振領域の分極度を高くするように分極する工程が、非励振領域において、マザーの圧電セラミック基板の第１，第２の主面に浮き電極を形成し、マザーの圧電セラミック基板の第１，第２の端面間に第１の分極工程と同方向に直流電圧を印加することにより行われる。
【００２８】
本発明の圧電振動子の第２の製造方法は、対向し合う第１，第２の主面を有し、長手方向と、長手方向と直交する幅方向とを有し、長手方向両端に第１，第２の端面を有するマザーの圧電セラミック基板を用意する工程と前記マザーの圧電セラミック基板の第１，第２の端面に分極用電極を形成し、第１，第２の主面において、励振領域と非励振領域との境界に、それぞれ浮き電極を形成する工程と、前記マザーの圧電セラミック基板において、マザーの圧電セラミック基板の長さ方向において、浮き電極の両側の領域の分極方向が長さ方向において逆方向となるように、マザーの圧電セラミック基板を分極するための第１の分極工程と、第１の分極工程後に、励振領域においてのみ、分極度が高められるように、励振電極両側の浮き電極間に電圧を印加して分極する第２の分極工程と、マザーの圧電セラミック基板の第１，第２の主面に複数の第１，第２の励振電極を形成する工程と、マザーの圧電セラミック基板を個々の圧電振動子に切断する工程とを備える。
（発明の効果）
【００２９】
本発明によれば、非励振領域の内少なくとも励振領域に隣接する領域が、励振領域と分極軸方向が同じでありかつ分極度の絶対値が圧電振動部の分極度の絶対値よりも小さい領域または分極されていない領域とされているので、第１，第２の励振電極から交番電圧を印加し駆動した場合、厚みすべりモードの３倍波が励振され、かつ該圧電振動部に３倍波の振動エネルギーが閉じ込められる。圧電セラミック基板において、厚みすべりモードの３倍波が閉じ込められる理由は必ずしも明確ではないが、厚みすべり振動の３倍波が圧電振動部と圧電振動部に隣接する領域との分極構造の差により、閉じ込められているものと考えられる。
【００３１】
本発明によれば、上記のように、厚みすべりモードの３倍波が圧電振動部に閉じ込められる。従って、エネルギー閉じ込め型の圧電振動子として厚みすべりモードの３倍波を利用することができるので、大型化をまねくことなく、比較的高い周波数帯で使用され得る、厚みすべりモードを利用した圧電振動子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動子を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の圧電振動子を駆動した場合の３倍波が励振されている状態における有限要素法により解析した変位分布を略図的に示す模式的正面断面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の圧電振動子をケース基板上に実装した構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４は、圧電セラミック基板に、分極電圧を変化させて分極した場合の非励振領域の圧電振動部に対する周波数定数比と、最大位相値との関係を示す図である。
【図５】図５は、比較のために用意した従来の圧電振動子の位相特性及びインピーダンス特性を示す図である。
【図６】図６は、第１の実施形態の圧電振動子の位相特性及びインピーダンス特性を示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態の圧電振動子における励振電極重なり長と、励振領域の長さとの関係を模式的に示す正面断面図である。
【図８】図８は、励振電極重なり長を変化させた場合の３倍波の振動閉じ込め性の変化を示す図である。
【図９】図９は、励振電極重なり長を変化させた場合の比帯域幅の変化を示す図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態における励振電極重なり長と、分極範囲との関係を模式的に示す斜視図である。
【図１１】図１１は、励振電極重なり長と、最大位相値との関係を示す図である。
【図１２】図１２（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態の圧電セラミック基板の分極構造を得るための分極方法の第１の例を説明するための各斜視図である。
【図１３】図１３（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態の圧電セラミック基板の分極構造を得るための分極方法の第２の例を説明するための各斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態の圧電セラミック基板の分極構造を得るための分極方法の第３の例を説明するための模式的正面断面図である。
【図１５】図１５（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の圧電セラミック基板の分極構造を得るための分極方法の第３の例を説明するための各模式的正面断面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態の圧電セラミック基板の分極構造を得るための分極方法の第４の例を説明するための各模式的正面断面図である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態の圧電セラミック基板の分極構造を得るための分極方法の第５の例を説明するための各模式的正面断面図である。
【図１８】図１８は、第２の実施形態の圧電振動子を示す斜視図である。
【図１９】図１９は、第２の実施形態の圧電振動子において、厚みすべりモードの３倍波が励振された際の圧電セラミック基板２の有限要素法により解析した変位分布を模式的に示す正面断面図である。
【図２０】図２０は、分極電圧と、圧電振動子の３倍波の最大位相値との関係を示す図である。
【図２１】図２１は、周波数定数比と、厚み滑りモードの３倍波の最大位相値との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、周波数定数比と、３倍波の振動閉じ込め性との関係を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明の第３の実施形態に係る圧電振動子の斜視図である。
【図２４】図２４は、第３の実施形態の変形例に係る圧電振動子を示す斜視図である。
【図２５】図２５は、本発明の圧電振動子における圧電セラミック基板の分極構造の変形例を説明するための斜視図である。
【図２６】図２６（ａ）及び（ｂ）は、非励振領域の分極方向が励振領域の分極方向と同じである場合及び異なる場合の振動状態をそれぞれ模式的に示す正面断面図である。
【図２７】図２７は、本発明の圧電振動子における圧電セラミック基板の分極構造の他の変形例を説明するための斜視図である。
【図２８】図２８は、本発明の圧電振動子における圧電セラミック基板の分極構造のさらに他の変形例を説明するための斜視図である。
【図２９】図２９（ａ），（ｂ）は、本発明の圧電振動子における分極構造におけるさらに別の変形例を説明するための各斜視図である。
【図３０】図３０は、本発明の第４の実施形態に係る圧電振動子を示す斜視図である。
【図３１】図３１（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、非励振領域のヤング率比が、それぞれ、１．０、０．９６及び０．７２である場合の第４の実施形態に係る圧電振動子において、厚みすべりモードの３倍波が励振された際の圧電セラミック基板の有限要素法により解析した変位分布を模式的に示す正面断面図である。
【図３２】図３２は、非励振領域のヤング率比と、エネルギー閉じ込め性の指標である変位量比ΔＺ／Ｚｍａｘとの関係を示す図である。
【図３３】図３３は、ヤング率比が０．９６である第４の実施形態の圧電振動子のインピーダンス−周波数特性を示す図である。
【図３４】図３４は、従来の圧電セラミック共振子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…圧電振動子
２…圧電セラミック基板
２ａ…第１の主面
２ｂ…第２の主面
２ｃ，２ｄ…端面
３…第１の励振電極
３ａ，３ｂ…電極膜部分
４…第２の励振電極
４ａ，４ｂ…電極膜部分
５…励振領域
６，７…非励振領域
６ａ，７ａ…領域
６ｂ，７ｂ…領域
６ｃ，７ｃ…領域
１１…ケース基板
１２，１３…電極ランド
１４，１５…導電性接着剤
２１ａ，２１ｂ…分極用電極
２２ａ，２２ｂ…分極用電極
２３ａ，２３ｂ…分極用電極
２４ａ，２４ｂ…電極
２５…圧電振動子
３１…圧電振動子
４１…圧電振動子
４３，４４…励振電極
４３ａ…電極膜部分
５１…圧電振動子
５２〜５４…圧電振動子
６１…圧電振動子
６２…圧電セラミック基板
６２ａ…第１の主面
６２ｂ…第２の主面
６２ｃ，６２ｄ…端面
６３…第１の励振電極
６３ａ，６３ｂ…電極膜部分
６４…第２の励振電極
６４ａ，６４ｂ…電極膜部分
６５…励振領域
６６，６７…非励振領域
Ｇ…ギャップ
Ｈ…ギャップ
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。【００３５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動子を示す斜視図である。【００３６】
圧電振動子１は、ストリップ型の圧電セラミック基板２を有する。圧電セラミック基板２は、適宜の圧電セラミックスからなるが、本実施形態ではチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスにより構成されている。【００３７】
圧電セラミック基板２は、対向し合う第１，第２の主面として、上面及び下面２ａ，２ｂを有する。また、上面２ａ及び下面２ｂは、長さ方向と幅方向とを有する矩形の形状を有している。【００３８】
圧電セラミック基板２は、図示の矢印Ｐ１，Ｐ２で示すように、長さ方向に分極処理されている。すなわち、圧電基板２の長さ方向略中央部が矢印Ｐ１で示すように長さ方向に強く分極されている。そして、破線Ａ，Ｂで挟まれた略中央部分は、後述の励振領域５を構成している。励振領域５の外側の領域は非励振領域６，７である。すなわち、破線Ａ，Ｂの外側の非励振領域６，７は矢印Ｐ２で示すように、長さ方向に分極されている。従って、励振領域及び非励振領域は、その分極方向が同一とされている。もっとも、矢印Ｐ２の長さは矢印Ｐ１の長さよりも短く図示されているように、非励振領域６，７の分極度は励振領域５の分極度よりも小さくされている。【００３９】
圧電振動部とは、第１，第２の励振電極３，４から交番電圧を印加した際に、直接交番電圧による電界が印加される部分であり、本実施形態では、圧電振動部は励振領域５より狭い範囲とされている。これは、圧電振動部に電界が印加されて、厚みすべり振動モードが励振された場合、その振動が閉じ込められ、励振される励振領域５は、上記第１，第２の励振電極３，４が重なり合っている領域よりも若干広いことによる。【００４０】
もっとも、圧電セラミック基板を構成する材料や振動のモード、周波数等によっては、圧電振動部が励振領域と等しくなっていてもよい。そして、励振領域５の外側の領域が非励振領域６，７である。【００４１】
圧電セラミック基板２の上面２ａには、長さ方向略中央から、端面２ｃと、上面２ａとの成す端縁に至るように第１の励振電極３が形成されている。圧電セラミック基板２の下面には、第２の励振電極４が形成されている。第２の励振電極４は、圧電セラミック基板２の長さ方向略中央から、下面２ｂと、端面２ｄとの成す端縁に至るように形成されている。【００４２】
第１，第２の励振電極３，４は、Ａｌなどの適宜の金属もしくは合金からなる。励振電極３，４は、複数の金属層を積層して形成されていてもよい。【００４３】
第１の励振電極３及び第２の励振電極４は、本実施形態では、上記破線Ａ，破線Ｂで挟まれた領域において、圧電セラミック基板２を介して対向している。この第１の励振電極３と第２の励振電極４とが圧電セラミック基板２を介して重なり合っている部分、すなわち、破線Ａ，破線Ｂ間の領域が励振領域５を構成している。【００４４】
励振電極３，４は、励振領域５において、圧電セラミック基板２の幅方向両端に位置する端縁に至るように形成されている。【００４５】
本実施形態の圧電振動子１では、第１，第２の励振電極３，４間に交番電圧を印加すると、励振領域５が励振されることになる。この場合、分極方向Ｐ１が、圧電セラミック基板２の長さ方向と平行であるため、励振領域５において、厚みすべりモードによる振動が励振される。そして、本実施形態では、例えば圧電セラミック基板２が、２．２ｍｍ×０．４３ｍｍ×厚み０．３ｍｍの寸法を有するチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる場合、厚みすべりモードの振動の内、３倍波の共振特性が十数ＭＨｚ付近に現れ、この３倍波の共振特性が利用される。【００４６】
前述したように、従来、厚みすべりモードを利用したストリップ型の圧電セラミック共振子では、厚みすべりモードの基本波は閉じ込めることができるが、３倍波は閉じ込めることができなかった。これに対して、本実施形態の圧電振動子１では、３倍波を励振領域５に閉じ込めることができる。従って、非励振領域において機械的に支持したとしても、上記３倍波による共振特性に影響が生じ難い。よって、３倍波を利用して、基本波を利用した場合に比べて高い周波数域で使用し得るエネルギー閉じ込め型の圧電共振子を提供することができる。【００４７】
上記の分極構造を形成することにより、３倍波が励振領域５に閉じ込められることは、本願発明者が実験的に見出したものである。このように、厚みすべりモードの３倍波が励振領域５に閉じ込められることを、図２に、有限要素法で、圧電振動子１の変位状態を解析して得られた変位分布を示すことにより明らかにする。【００４８】
なお、この図２の結果は、圧電セラミック基板の寸法を、長さ＝２．２ｍｍ×幅方向寸法＝０．４３ｍｍ及び厚み０．３ｍｍとし、第１，第２の励振電極３，４の領域部分に電位を印加した場合を想定している。そして、励振領域５の分極方向Ｐ１に沿う寸法、すなわち、圧電セラミック基板２の長さ方向に沿う寸法を１．１ｍｍとした。また、非励振領域における分極度を小さくすることについては励振領域と比較して非励振領域では材料のヤング率を小さくすることで解析を行なった。材料のヤング率を小さくすることで解析を行なった点について補足する。つまり分極度が小さくなると、共振周波数は低下し周波数定数は小さくなる。この周波数定数とはすなわち音速を意味するが、音速はヤング率に比例する。従って、材料のヤング率比を小さくすることで解析を行なった。図２の結果については、ヤング率比が０．９６、すなわち非励振領域におけるヤング率を励振領域５のヤング率よりも４％小さくした場合である。【００４９】
図２から明らかなように、本実施形態の圧電振動子１では、励振領域５が変位しているが、励振領域５の周囲の非励振領域はほとんど変位していないことがわかる。【００５０】
すなわち、厚みすべり振動モードの３倍波を励振した場合であっても、励振領域５に振動エネルギーが閉じ込められることがわかる。【００５１】
このように、励振領域５と、この周囲の非励振領域６，７との分極構造が異なることにより、３倍波が閉じ込められる理由は以下の通りと考えられる。【００５２】
すなわち、励振領域５、すなわち励振領域と、非励振領域６，７とでは、周波数定数が異なる。非励振領域と比べて、励振領域の方が、周波数定数が大きくなるため、これにより、励振領域に振動を閉じ込めることが可能になっているものと思われる。従って、励振領域のみ周波数が上昇した形のエネルギー閉じ込めが実現されていると考えられる。【００５３】
本実施形態の圧電振動子では、励振領域における圧電性と、非励振領域６，７における圧電性が異なることにより、非励振部における不要振動のスプリアスも低減することができる。【００５４】
上記のように、本実施形態の圧電振動子１では、非励振領域６，７に３倍波の振動がほとんど漏洩せず、３倍波の振動エネルギーを励振領域５に閉じ込めることができる。従って、図３に斜視図で示すように、ケース基板１１に設けられた電極ランド１２，１３に、導電性接着剤１４，１５を用いて、圧電振動子１を固定することができる。すなわち、導電性接着剤１４，１５により、非励振領域６，７を固定したとしても、圧電振動部、すなわち励振領域における共振特性に影響が生じ難い。よって、小型であり、比較的高い周波域で使用し得る圧電共振子部品を提供することが可能となる。【００５５】
図４は、分極電圧を変化させ、分極度を変化させた場合の非励振領域の周波数定数の励振領域の周波数定数に対する割合である周波数定数比と、厚みすべりモードの３倍波の位相最大値との関係を示す。ここで、周波数定数とは圧電セラミック基板の厚みＴと共振周波数Ｆｒとの積である。圧電セラミック基板の厚みが１／２になると、共振周波数は２倍となる。積Ｆｒ・Ｔは一定になるため、周波数定数と称されている。上記周波数定数は、圧電セラミック基板の各種性質によって決まった値である。【００５６】
もっとも、分極度が異なれば、同じ厚みでも、共振周波数が異なるため、周波数定数も変化することになる。すなわち、分極度が低くなると、共振周波数は低下し、周波数定数は小さくなる。なお、横軸のスケールの分母の（Ｆｒ・Ｔ）ｆｕｌｌは、励振領域５の分極度のことであり、分子のＦｒ・Ｔは非励振領域６，７の分極度のことである。非励振領域６，７の分極度が圧電セラミック基板２の励振領域５の分極度に等しい場合、すなわち、圧電セラミック基板全体が等しく分極されている場合は、周波数定数比は１となる。また、非励振領域６，７が分極されていない場合は周波数定数比は０となる。【００５７】
図４から明らかなように、非励振領域６，７の分極度が小さくなると、すなわち、周波数定数比が小さくなると、３倍波の位相最大値が大きくなり、位相特性が改善されることがわかる。すなわち、非励振領域６，７の分極度が励振領域５の分極度よりも小さい場合、上記のように、３倍波の位相特性が改善され、３倍波が良好に励振され、かつ閉じ込められ得ることがわかる。これを、具体的な周波数特性を示して説明する。【００５８】
上記実施形態の圧電振動子１の比較例として、圧電セラミック基板が一様に分極処理されていることを除いては、上記実施形態と同様にして構成された従来の圧電振動子を作成し、その周波数特性を測定した。結果を図５に示す。図５の実線は位相特性を、破線はインピーダンス特性を示す。【００５９】
また、図６は、上記実施形態の圧電振動子の位相特性及びインピーダンス特性を示す。実線が位相特性を示し、破線がインピーダンス特性を示す。【００６０】
なお、インピーダンスのメモリにおける１．０Ｅ＋０１は、１×１０の一乗であることを示し、１．０Ｅ＋０２は１×１０２であることを意味する。【００６１】
図５と図６とを比較すれば明らかなように、上記実施形態によれば、３倍波に相当する１３．２ＭＨｚ付近の周波数位置において、良好な共振特性を有する応答の得られていることがわかる。
上述したように、第１の実施形態では、圧電振動部は励振領域５よりも狭い範囲とされている。すなわち、分極度が高い分極範囲である励振領域５は、第１，第２の励振領域３，４が重なり合っている領域よりも若干広くなっている。また、第１，第２の励振領域３，４が重なり合っている部分の圧電セラミック基板２の長さ方向に沿う寸法を励振電極重なり長とする。図７に模式的正面断面図で示すように、この励振電極重なり長をＬｅとする。他方、励振領域における分極範囲の圧電セラミック基板２の長さ方向に沿う寸法を分極範囲Ｌｐとする。圧電セラミック基板の長さをＬ２．２ｍｍとし、上記分極範囲Ｌｐを１．２ｍｍと固定し、電極重なり長Ｌｅを変化させ、電極重なり長Ｌｅの変化による特性の変化を求めた。結果を図８及び図９に示す。【００６２】
図８は、比Ｌｅ／Ｌｐと、厚み滑りモードの３倍波の閉じ込め性を示すΔＺ／ΔＺｍａｘとの関係を示す。横軸のＬｅ／Ｌｐは、電極重なり長Ｌｅに依存する値である。そして、縦軸のΔＺ／ΔＺｍａｘは、有限要素法による解析から求められた励振領域の変位最大値Ｚｍａｘに対する圧電セラミック基板２の長さ方向端部における変位量ΔＺの割合を示す。
また、図９は、比Ｌｅ／Ｌｐと、ΔＦ／Ｆａ（％）との関係を示す。Ｆａは反共振周波数であり、ΔＦは、共振周波数と反共振周波数との差であり、従って、ΔＦ／Ｆａは、比帯域幅である。
図８から明らかなように、比Ｌｅ／Ｌｐを０．８〜１．０程度とした場合には、３倍波の閉じ込め性がもっとも良好であり、比帯域幅については、比Ｌｅ／Ｌｐが約０．９で最大となっている。従って、好ましくは、電極重なり長Ｌｅは、分極範囲の長さ方向寸法の０．８倍〜１．０倍が好ましく、より好ましくは、０．９倍程度することが望ましい。【００６３】
上記のようなシミュレーションに基づき、圧電振動子を実際に試作した。試作した圧電振動子１を図１０に斜視図で模式的に示す。また、図１１は、試作された圧電振動子１において、実際に測定された比Ｌｅ／Ｌｐと、３倍波の最大位相値との関係を示す。最大位相値も、上記比Ｌｅ／Ｌｐが０．９程度となった場合に最大となり、０．８〜１．０の範囲において大きな値となることがわかる。すなわち、上記シミュレーション結果と、実際の試作実験結果が一致していることがわかる。【００６４】
なお、上記実施形態のように励振領域５と非励振領域６，７とを形成するための分極方法は特に限定されない。一例を、図１２（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図１２（ａ）に示すように、まず圧電セラミック基板２の端面２ｃ，２ｄ間に直流電圧を印加し、圧電セラミック基板２をその長さ方向と平行な方向に一様に比較的小さな分極度となるように分極処理する。図１２（ａ）における矢印は分極方向を示す。【００６５】
次に、図１２（ｂ）に示すように、分極用電極２１，２２を形成する。分極用電極２１，２２は、圧電セラミック基板２の外表面の内、励振領域５が設けられる部分に相当する部分を除いた外表面部分に設けられている。すなわち、端面２ｃ側に分極用電極２１が、端面２ｄ側に分極用電極２２が形成されている。従って、分極用電極２１，２２間に直流電圧を印加することにより、励振領域５の分極度が高められる。このようにして、励振領域５が、非励振領域６，７に対して同じ分極軸方向となるようにかつ分極度が相対的に高くなるように分極されている圧電セラミック基板２を得ることができる。【００６６】
図１３（ａ），（ｂ）は、上記分極構造を得る他の方法を説明するための各斜視図である。図１３（ａ）に示すように、この分極方法では、まず圧電セラミック基板２の全体を、端面２ｃ，２ｄに設けられた分極用電極２３ａ，２３ｂから直流電圧を印加して、圧電セラミック基板２を長さ方向に分極する。この場合、分極度を相対的に高くしておく。【００６７】
しかる後、図１３（ｂ）に示すように、圧電セラミック基板２の励振領域５が設けられる部分において、第１，第２の主面２ａ，２ｂ上に、電極２４ａ，２４ｂを形成する。さらに、電極２４ａ，２４ｂはグランドには接続しない浮き電極の状態で、分極用電極２３ａ，２３ｂから前回の分極とは反対方向の極性となるように直流電圧を印加すると、電極２４ａ，２４ｂの部分は圧電セラミック基板に電界がかからないため非励振領域６，７にのみ反対方向の極性電圧がかかることになり、非励振領域６，７の分極度が低下する。このようにして、励振領域５の分極度を、非励振領域６，７の分極度よりも高くすることができる。【００６８】
図１４（ａ）〜（ｃ）及び図１５（ａ），（ｂ）は、分極方法の第３の例を説明するための各模式的正面断面図である。ここでは、図１４（ａ）に示すように、最初に、第１の分極工程として、マザーの圧電セラミック基板２Ａを両端面に設けられた分極用電極２３ｃ，２３ｄを用いて長さ方向に大きな分極度となるように分極する。なお、図１４〜図１７では、図７及び図１０と同様に、相対的に高い分極度の場合の分極方向を示す矢印に斜線のハッチングを付した。相対的に低い分極度となる分極は、コントロール分極とし、ハッチングを付していない矢印で示すこととした。
次に、図１４（ｂ）に示すように、励振領域形成部分において、マザーのセラミック基板２Ａの上面に複数の浮き電極２４ｃ〜２４ｅと、下面に浮き電極２４ｃ〜２４ｅと対向するように設けられた浮き電極２４ｆ〜２４ｈとを形成する。
しかる後、第２の分極工程として、図１４（ｃ）に示すように、両端面の分極用電極２３ｃ，２３ｄを用いて、圧電セラミック基板２Ａを、最初の分極方向とは逆方向に分極処理し、非励振領域６，７を分極する。すなわち、浮き電極２４ｃ〜２４ｅ，２４ｆ〜２４ｈが設けられている部分では、分極に際しての電流が、セラミックスを流れず、相対的に電気抵抗の低い浮き電極２４ｃ〜２４ｅ，２４ｆ〜２４ｈを流れる。そのため、浮き電極下のセラミック部分には電界がかからず分極度は変化しない。これに対して、浮き電極２４ｃ〜２４ｅと、浮き電極２４ｆ〜２４ｈが対向していない非励振領域６，７では、その両端に電界が生じるため、この領域では逆分極の処理が行われ、分極度が低下することとなる。この分極度が低下した分極状態を、前述したコントロール分極とする。【００６９】
しかる後、図１５（ａ）に示すように、励振領域から非励振領域に至る第１，第２の励振電極３，４を形成する。この励振電極３，４の形成に際しては、前述した浮き電極２４ｃ〜２４ｈを除去してから形成してもよく、あるいは浮き電極２４ｃ〜２４ｈを被覆するように電極膜を形成して励振電極３，４を形成してもよい。次に、マザーの圧電セラミック基板２Ａを図示の破線Ｚで示すように切断し、それによって、図１５（ｂ）に示す個々の圧電振動子を得ることができる。
図１６（ａ）〜（ｄ）は、分極方法の第４の方法を示す各模式的正面断面図である。ここでは、図１６（ａ）に示すように、図１４（ａ）の場合と同様に、第１の分極工程として、両端面に設けられた分極用電極２３ｃ，２３ｄから直流電圧を印加し、マザーの圧電セラミック基板２Ａを長さ方向に分極する。もっとも、この場合、コントロール分極となるように、すなわち相対的に低い分極度となるように分極処理を行う。【００７０】
次に、図１６（ｂ）に示すように、複数の浮き電極２４ｉ，２４ｊをマザーの圧電セラミック基板２Ａの上面に、下面に浮き電極２４ｋ，２４ｌを形成する。この浮き電極２４ｋ，２４ｌは、浮き電極２４ｉ，２４ｊと対向するように設けられる。また、分極用電極２３ｃ，２３ｄと連なるように、かつ非励振領域に至るように、電極延長部２３ｅ，２３ｆを形成する。しかる後、図１６（ｃ）に示すように、分極用電極２３ｃ，２３ｄ間にコントロール分極と同じ方向に電圧をさらに印加し、第２の分極工程を実施する。それによって、浮き電極２４ｉ，２４ｊ，２４ｋ，２４ｌが設けられている領域及び電極延長部２３ｅ，２３ｆが設けられている領域以外の領域では、分極度が高められる。すなわち、ハッチングを付して示す矢印のフル分極状態となる。
このようにして、励振領域５の分極度を高め、非励振領域６，７を相対的に分極度が低いコントロール分極状態とする。しかる後、図１６（ｄ）に示すように、第３の方法の場合と同様にして、励振電極３，４を形成し、マザーのセラミック基板２Ａを破線Ｚで示す部分でカットすることにより、個々の圧電振動子１を得ることができる。【００７１】
図１７（ａ）〜（ｄ）は、第５の分極方法を説明するための各模式的正面断面図である。ここでは、先ず、マザーの圧電セラミック基板２Ａに分極用電極２３ｃ，２３ｄを、浮き電極２４Ａ〜２４Ｈ，２４Ｉ〜２４Ｐとを形成する。浮き電極２４Ａ〜２４Ｈと、浮き電極２４Ｉ〜２４Ｐとは、マザーの圧電セラミック基板２Ａを介して対向する位置に設けられている。また、上記浮き電極２４Ａ〜２４Ｈ及び２４Ｉ〜２４Ｐが設けられている部分は、マザーのセラミック基板２Ａの長さ方向においてその両側の分極状態が最終的に異なる位置とされる。
次に、第１の分極工程として、図１７（ｂ）に示すように、直流電圧を印加し、マザーのセラミック基板２Ａを分極する。マザーのセラミック基板２Ａの非励振領域６，７がコントロール分極状態とされる。なお、非励振領域６，７間の励振領域５もコントロール分極状態に分極されることとなる。【００７２】
次に、図１７（ｃ）に示すように、励振領域にさらに分極電圧が印加されるように、分極用電極２３ｃ，２３ｄ及び浮き電極２４Ａ〜２４Ｈ及び２４Ｉ〜２４Ｐを電源と接続し、電圧を印加する。このようにして、第２の分極工程として、例えば、１つの圧電振動子の励振領域がさらに分極度が高められるように分極され、フル分極状態とされる。例えば、浮き電極２４Ａ，２４Ｂは、１つの圧電振動子の励振領域５の両側に位置しているが、浮き電極２４Ａと浮き電極２４Ｂとの間に電圧が印加される。同様に、下面側においても、浮き電極２４Ｉと浮き電極２４Ｊとの間に電圧が印加される。なお、分極用電極２３ｃは、浮き電極２４Ａ，２４Ｉと接続されるため、左側の非励振領域６には電圧は印加されず、コントロール分極状態は維持される。同様に、浮き電極２４Ｂ〜２４Ｄ及び浮き電極２４Ｊ〜２４Ｌは同電位となり、これらの間には分極用電圧は印加されないため、コントロール分極状態が維持される。
しかる後、図１７（ｄ）に示すように、第３の方法と同様に励振電極３，４を形成し、圧電セラミック基板２Ａを破線Ｚで示す部分でカットすることにより、個々の圧電振動子１を得ることができる。【００７３】
図１８は、本発明の第２の実施形態に係る圧電振動子を示す斜視図である。圧電振動子２５は、第１の実施形態の圧電振動子１と、分極構造が異なることを除いては同様に構成されている。従って、同一部分については同一の参照番号を付することにより、その説明は省略する。【００７４】
本実施形態では、圧電セラミック基板２の励振領域５が、圧電セラミック基板２の長さ方向に分極されているが、非励振領域６，７、すなわち、励振領域５以外の領域は分極されていない。【００７５】
本実施形態の圧電振動子２５においても、第１の実施形態の場合と同様に、励振電極３，４から交番電圧を印加した場合、厚みすべりモードの３倍波が励振され、かつ励振領域５に閉じ込められる。この圧電振動子２５の有限要素法により解析した駆動状態の変位分布を図１９に示す。【００７６】
図１９から明らかなように、励振領域５が変位しているものの、非励振領域６，７はほとんど変位していないことがわかる。
ここで、非励振領域の分極度が圧電振動子の特性に与える影響について説明する。まず、先に示した図６，図５は、非励振領域の分極に際し、温度６０℃で、２．０ｋＶ／ｍｍの電界を３０分印加することにより行い、励振領域については、温度８０℃で、４．０ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間印加することにより得られた圧電振動子と、全領域を上記励振領域と同じ分極条件で分極して得られた圧電振動子の共振特性である。図６に示したように、非励振領域の分極電圧を励振領域よりも低くした場合には、利用しようとするメインの共振特性の周辺にスプリアスが全くみられず、良好な共振特性の得られていることがわかる。
他方、図５に示したように、全領域を同一分極電圧で分極した場合には、利用しようとするメインの共振特性が弱く、不要スプリアスが近傍に多く表われていることがわかる。
図２０は、励振領域の分極電圧を４．０ｋＶ／ｍｍに固定し、非励振領域の分極電圧を、０〜４．０ｋＶ／ｍｍの範囲で変化させたことを除いては、図６の場合と同様にして、測定された圧電振動子の３倍波の最大位相値を示す。図２０から明らかなように、非励振領域の分極電圧が２．０ｋＶ／ｍｍの場合、最大位相値がた最も高く、分極電圧がそれよりも高くなると、位相最大値が低下することがわかる。また、非励振領域が分極されていない場合においても、位相最大値は低くなっていることがわかる。従って、好ましくは、非励振領域は適切な分極度に分極されていることが望ましいことがわかる。
なお、図２０の横軸の分極電圧を、周波数定数比に書き直した図を図２１に示す。ここで、周波数定数比としては、周波数定数を、４．０ｋＶ／ｍｍすなわちフル分極時の結果の場合の周波数定数で規格化した値をいうものとする。
また、比較のために、後述する図３２の横軸のヤング率比を、周波数定数比に書き換えた図を図２２に示す。ここでは、周波数定数比は、密度を一定とし、非励振領域の周波数定数を逆算することにより求めた。
図２１と図２２とを比較すると、いずれの場合においても、周波数定数比で０．９６〜０．９８付近が好ましいことがわかり、有限要素法による解析結果と実験結果とが一致していることがわかる。【００７７】
図２３は、本発明の第３の実施形態に係る圧電振動子を示す斜視図である。第３の実施形態に係る圧電振動子３１では、第１，第２の励振電極３３，３４が圧電セラミック基板２の上面２ａ及び下面２ｂ上にそれぞれ形成されている。第１の実施形態と異なるところは、励振電極３３，３４の一部が相対的に厚みが厚くされていることにある。すなわち、励振電極３３，３４は、励振領域５上に位置している電極膜部分３３ａ，３４ａと、非励振領域６，７上に位置している電極膜部分３３ｂ，３４ｂとを有する。電極膜部分３３ｂ，３４ｂでは、電極膜部分３３ａ，３４ａと同一の電極膜上にさらにもう１層の他の電極膜を積層した積層膜とされている。そのため、この積層膜においては、２層目の電極膜が、本発明におけるダミー電極に相当する。電極膜部分３３ｂ，３４ｂの厚みが、電極膜部３３ａ，３４ａよりも厚くされている。その他の点については、圧電振動子３１は圧電振動子１と同様に構成されている。【００７８】
非励振領域に相対的に厚みの大きいダミー電極を形成することにより、非励振領域の周波数定数が低められる。そのため、ヤング率を非励振領域において相対的に低くしたのと同等の効果が、ダミー電極の形成によりさらに高められ、それによって、３倍波の振動エネルギーが励振領域により効果的に閉じ込められ、かつスプリアスをより効果的に抑制することができる。【００７９】
なお、励振電極の厚みを厚くする方法に代えて、非励振領域６，７上において質量を付加する他の部材を積層して同様の効果を得てもよい。【００８０】
図２４は、第３の実施形態の圧電共振子の変形例を示す斜視図である。本変形例では、励振電極４３が、励振領域５の全領域には形成されていない。すなわち、励振電極４３は、励振領域５上に位置している電極膜部分４３ａが、圧電セラミック基板２の幅方向両端に位置している端縁とギャップＧを隔てて配置されている。すなわち、励振電極４３は、励振領域５において、幅方向両端に至っていない。また、ここでは、破線Ａ，破線Ｂ間が分極度が相対的に高く分極されているが、上記励振電極４３の電極膜部分４３ａは、分極度が相対的に高い励振領域５において圧電セラミック基板２の長さ方向の全長に至っては設けられていない。すなわち、励振電極４３の電極膜部分４３ａが、破線Ａ，破線ＢとギャップＨを隔てて配置されている。下面２ｂに設けられる第２の励振電極４４も同様に構成されている。【００８１】
このように、圧電振動部は、第１，第２の励振電極が圧電セラミック基板２を介して重なり合う部分と定義されるが、分極度が相対的に高い励振領域５は、圧電振動部を少なくとも含む領域であればよく、分極度が相対的に高い領域の全域にわたって励振電極が形成されておらずともよい。【００８２】
すなわち、分極度が相対的に高い領域は、高い圧電効果を示す。従って、励振電極４３，４４から交番電圧を印加した場合、励振電極４３，４４の電極膜部分４３ａが圧電セラミック基板２を介して重なり合っている部分の周囲においても、圧電効果により、３倍波が強く励振され、破線Ａ，破線Ｂで挟まれた領域に閉じ込められる。従って、励振領域すなわち、圧電振動部とは、第１，第２の励振電極間に交番電圧を印加した場合に、圧電効果により積極的に励振される部分を広く含むものとする。【００８３】
よって、図２４では、上記のように、破線Ａ，破線Ｂ間の領域が励振領域５であり、圧電振動部に隣接する非励振領域６，７とは破線Ａ，破線Ｂの外側の領域をいうものとする。【００８４】
なお、圧電振動子４１では、圧電振動子３１の場合と同様に、電極膜部分４３ｂ，４４ｂが、複数の電極膜を積層した積層膜からなり、励振領域５における電極膜部分４３ａ，４４ａよりも厚くされている。そして、圧電セラミック基板２の上面２ａでは、非励振領域７にダミー電極４５が形成されている。ダミー電極４５は、上記電極膜部分４３ｂと同様に構成されている。圧電セラミック基板２の下面においても、ダミー電極４６が非励振領域６に形成されている。ダミー電極４６は、電極膜部分４４ｂと同様に構成されている。従って、変形例では、非励振領域６，７にダミー電極４５，４６による質量付加作用によっても、非励振領域の周波数定数は低められ、３倍波の振動エネルギーがより効果的に閉じ込められ、かつスプリアスを抑制することができる。このように、ダミー電極は、非励振領域の全領域に形成されてもよい。もっとも、第３の実施形態のように、電極膜部分３３ｂ，３４ｂにおいて、２層目の電極膜として積層されているダミー電極のように、非励振領域６，７の内の少なくとも一方面にのみダミー電極が形成されてもよい。また、ダミー電極は、非励振領域の一部の領域に部分的に形成されてもよい。【００８５】
第１〜第３の実施形態及び変形例では、励振領域と非励振領域とが上記のように分極されていたが、本発明においては励振領域が長手方向に分極されており、非励振領域において圧電振動部に隣接する領域が、同じ分極軸方向を有し、かつ分極度の絶対値が相対的に小さい領域であるか、あるいは未分極の領域である限りその分極構造は適宜変形することができる。このような分極構造の変形例を、図２５〜図２９（ｂ）に示す。【００８６】
図２５に示す変形例の圧電振動子５１では、非励振領域６，７の分極度が励振領域５の分極度よりも小さく、かつ分極方向が逆方向とされている。分極方向が逆である場合、分極軸方向は等しく、その向きが逆方向とされていることになる。このように、非励振領域６，７は、その分極度の絶対値が励振領域５の分極度の絶対値よりも小さい限り、分極方向は逆であってもよい。
図２６（ａ）は、圧電振動子において、励振領域の分極方向と非励振領域の分極方向が同じである場合の圧電振動子の変位方向を模式的に示す正面断面図であり、（ｂ）は励振領域における分極方向と非励振領域における分極方向とが逆方向である場合の圧電振動子の変位方向を示す図である。
図２６（ａ）に示すように、励振領域５の分極軸方向と、非励振領域６，７の分極軸方向とが同一方向である場合には、励振領域５が変位方向Ｄ０のように変位すると、非励振領域６，７も同様の方向に変位していくことがわかる。これに対して、図２６（ｂ）では、非励振領域６，７における変位方向すなわち実線で示す矢印の変位方向Ｄ１，Ｄ２は、励振領域５における変位方向Ｄ０と逆方向となることがわかる。すなわち、図２６（ａ）の構成に比べて図２６（ｂ）の構成の場合、上記理由により励振が阻害され振動効率が悪化する。従って、非励振領域の分極度が同じであっても、図２６（ａ）に示すように、分極方向が非励振領域６，７と励振領域５とで同一方向の方が好ましく、それによって、振動閉じ込め性や振動特性を高めることができると考えられる。【００８７】
図２７に示す圧電振動子５２では、非励振領域６，７の内、励振領域５に隣接している領域６ａ，７ａのみが未分極とされており、非励振領域６，７の残りの領域は、励振領域５と同様に分極されている。【００８８】
図２８に示す圧電振動子５３では、図２７とは異なり非励振領域６，７の内、励振領域５に隣接している領域６ａ，７ａが、励振領域５と同じ方向に分極されているが、その分極度が小さくされている。そして、非励振領域の残りの領域は、励振領域５と同様に分極されている。【００８９】
図２９（ａ）に示す圧電振動子５４では、非励振領域６，７の内、励振領域５に隣接している領域６ａ，７ａの分極方向が、図２８の場合とは逆方向とされている。【００９０】
図２９（ｂ）に示す圧電振動子５５では、非励振領域６，７の内、励振領域５に隣接している領域６ａ，７ａが未分極とされており、非励振領域６，７の残りの大部分の領域６ｂ，７ｂは励振領域５と同様に分極されている。もっとも、圧電セラミック基板２の両端に位置する領域６ｃ，７ｃは未分極とされている。【００９１】
上記のように、本発明においては、非励振領域の圧電振動部に隣接している領域が、圧電振動部よりも分極度の絶対値が小さい、あるいは未分極とされている限り、上記第１〜第３の実施形態及び変形例の場合と同様に、厚みすべりモードの３倍波を良好に閉じ込め、エネルギー閉じ込め型の高周波域で使用し得る圧電振動子を提供することが可能となる。【００９２】
図３０は、本発明の第４の実施形態に係る圧電振動子を示す斜視図である。第４の実施形態の圧電振動子６１は、ストリップ型の圧電セラミック基板６２を有する。圧電セラミック基板６２は、対向し合う第１，第２の主面として、上面６２ａ及び下面６２ｂを有する。上面６２ａ及び下面６２ｂは、長さ方向と幅方向とを有する矩形の形状を有する。圧電セラミック板６２は、図示の矢印で示すように、長さ方向に分極処理されている。もっとも、圧電セラミック板６２では、中央の励振領域、すなわち破線Ａ，Ｂで囲まれている励振領域６５における圧電基板材料のヤング率に比べて、破線Ａ，Ｂの外側の非励振領域６６，６７におけるヤング率が小さくされている。【００９３】
なお、上記圧電セラミック基板６２の上面には第１の励振電極６３が、下面には第２の励振電極６４が形成されている。第１の実施形態の場合と同様に、圧電振動部とは、第１，第２の励振電極６３，６４から交番電圧を印加した際に、電界が印加され、振動される部分である。【００９４】
図３０から明らかなように、本実施形態においても、圧電振動部は、上記励振領域６５よりも狭い領域とされている。すなわち、第１，第２の励振電極６３，６４が圧電セラミック基板６２を介して重なり合っている部分は、上記励振領域よりも圧電セラミック板２の長さ方向中央側に位置している。【００９５】
そして、第４の実施形態においても、励振領域６５の外側の領域が非励振領域６６，６７を構成している。【００９６】
第１，第２の励振電極６３，６４は、第１の実施形態の圧電振動子１の場合と同様に形成されている。従って、第１,第２の励振電極３，４の説明を援用することにより省略する。【００９７】
本実施形態の圧電振動子６１は、第１，第２の励振電極６３，６４に交番電圧を印加すると、電界が加わった部分が振動し、厚みすべりモードの３倍波が励振領域６５に閉じ込められる。これは、励振領域のヤング率と、非励振領域のヤング率とが異なっていることによる。【００９８】
励振領域のヤング率と、非励振領域のヤング率とを異ならせることにより厚みすべりモードの３倍波が閉じ込められることを、より具体的に説明する。【００９９】
圧電セラミック基板６２内において、ヤング率が全て同一である場合には、振動は伝搬しやすいが、エネルギーを部分的に閉じ込めることは難しくなる。本実施形態では、非励振領域６６，６７と励振領域６５とのヤング率を異ならせることにより、非励振領域６６，６７における周波数定数と、励振領域６５における周波数定数とが異ならされている。そして、非励振領域６６，６７におけるヤング率を、励振領域６５のヤング率よりも小さくした場合には、励振領域６５の方が周波数定数が大きくなり、それによって励振領域６５に振動を閉じ込めることが可能とされていると考えられる。すなわち、励振領域６５のみが周波数が上昇した形のエネルギー閉じ込めが実現されていると考えられる。【０１００】
また、励振領域６５のヤング率と、非励振領域６６，６７のヤング率とが異なることにより、非励振領域６６，６７側への振動の伝搬が抑制され、それによって、圧電セラミック板６２の端面６２ｃ，６２ｄなどにおける不要な反射が抑制される。そのため、メインの応答近傍におけるスプリアスを小さくすることも可能とされている。【０１０１】
上記励振領域６５のヤング率を１とした場合の非励振領域６６，６７のヤング率、すなわちヤング率比を変化させた場合の圧電振動子６１の振動の変位分布を有限要素法で解析した。結果を図３１（ａ）〜（ｃ）に示す。図３１（ａ）は、上記ヤング率比が１．０の場合を、図３１（ｂ）は０．９６の場合を、図３１（ｃ）は０．７２の場合を示す。なお、図３１（ａ）〜（ｃ）及び後述の図３２及び図３３に示す結果を得るための解析にあたっては、圧電振動子６１を構成する圧電材料として、Ｐｂ(Ｍｎ１／３Ｎｂ２／３)Ｏ３−ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３系材料を用い、ＴｉとＺｒとの割合を変化させることにより、ヤング率を調整した。例えば、ヤング率１１．４×１０１０Ｐａの励振領域と、ヤング率１１．１×１０１０Ｐａの非励振領域は、以下の組成で実現することができる。【０１０２】
励振領域：０．１Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｎｂ２／３)Ｏ３−０．３７ＰｂＺｒＯ３−０．５３ＰｂＴｉＯ３
ヤング率＝１１．４×１０１０Ｐａ
非励振領域：０．１Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｎｂ２／３)Ｏ３−０．３８ＰｂＺｒＯ３−０．５２ＰｂＴｉＯ３
ヤング率＝１１．１×１０１０Ｐａ
なお、ヤング率を変化させるには、上記のようなＴｉ及びＺｒの割合を変化させる方法の他、分極度を変化させることによっても達成することができる。すなわち、一般に、ヤング率は分極度に比例するため、分極度を励振領域と非励振領域とで異ならせることによりヤング率を異ならせてもよい。【０１０３】
図３１（ｂ）から明らかなように、上記ヤング率比が０．９６の場合、非励振領域はほとんど変位しておらず、励振領域に振動エネルギーが効果的に閉じ込められていることが分かる。【０１０４】
図３２は、上記ヤング率比と、エネルギー閉じ込め性との関係を示す図である。図３２の横軸はヤング率比を示し、縦軸は上記有限要素法による解析から求められた励振領域の変位最大値Ｚｍａｘに対する圧電セラミック基板の長さ方向端部における変位量ΔＺの割合を示す。この割合ΔＺ／Ｚｍａｘが大きいほどエネルギー閉じ込め性が悪くなることを示し、図３２から明らかなように、上記ヤング率比が０．８０以上、０．９９９の範囲であれば、ΔＺ／Ｚｍａｘが０．３以下であり、図３１（ｂ）に示したように、非励振領域がほとんど変位せず、エネルギー閉じ込めがより一層良好に行われることが確かめられた。【０１０５】
従って、好ましくは、上記ヤング率比は０．８０〜０．９９９、より好ましくは、０．９０〜０．９８の範囲とされる。【０１０６】
図３３は、このような良好なエネルギー閉じ込めが果たされた上記ヤング率比が０．９６の場合の圧電振動子のインピーダンス−周波数特性を示す。【０１０７】
図３３から明らかなように、厚みすべりモードの３倍波のメインの応答が良好に現れており、メインの応答の共振周波数と反共振周波数との間の周波数域においてリップルも現れていないことがわかる。【０１０８】
なお、第１〜第３の実施形態では、前述したように、励振領域の分極度が非励振領域の分極度と異ならされていたが、第４の実施形態のように、励振領域におけるヤング率と非励振領域におけるヤング率とを異ならせることによっても、上記のように、厚みすべり振動の３倍波を良好に閉じ込めることができる。【０１０９】
また、第４の実施形態では、非励振領域全体のヤング率が、励振領域のヤング率と異なっていたが、非励振領域の内励振領域に隣接する領域のヤング率が、励振領域のヤング率よりも小さければよく、非励振領域の励振領域に隣接する領域以外の領域におけるヤング率については励振領域のヤング率と同等あるいは励振領域のヤング率よりも高くてもよい。【０１１０】
すなわち、第１〜第３の実施形態において、励振領域の分極度に比べて、非励振領域の内、励振領域に隣接する領域の分極度が小さくされていたが、上述した様々な実施形態及び変形例から明らかなように、非励振領域の内少なくとも励振領域に隣接している領域の分極度を相対的に小さくした構造として様々な構造のものが挙げられていた。そして、ヤング率を異ならせる場合においても、同様に、非励振領域の内少なくとも励振領域に隣接している領域のヤング率を相対的に小さくした構造についても、前述した分極度を相対的に小さくした構造の様々な実施形態や変形例と同様に変形することができる。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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