(57)【要約】【課題】長さ方向に直交する方向に屈曲する屈曲振動モードを利用した圧電装置であって、実装基板上に実装された際の温度変化による特性の変動を抑制することを可能とした圧電装置を提供する。【解決手段】長さ方向を有する圧電体２内に、長さ方向と直交する方向に延びる複数の内部電極３及び複数内部電極４が長さ方向において交互に配置されており、該圧電体２の下面２ｄに設けられた第１，第２の外部電極に交流電圧を印加することにより長さ方向と直交する方向に屈曲される圧電素子と、該圧電素子の圧電体２の下面２ｄに取り付けられており、かつ実装基板上２１に先端が接合されて圧電素子を保持する複数の保持部材１１〜１４とを有し、保持部材１１〜１４が、使用温度範囲内においてガラス転移点Ｔｇを有しない樹脂材料を用いて構成されている、圧電装置１。【選択図】    図１
2005051291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ方向両端に配置された第１，第２の端面、第１，第２の端面を結ぶ上面、下面及び第１，第２の側面を有する圧電体と、前記圧電体内において、長さ方向と直交する方向に延び、かつ圧電体層を介して長さ方向に対向するように配置された複数の内部電極とを有し、圧電縦効果を利用して圧電体の長さ方向に対して直交する方向に屈曲する屈曲振動が励振される圧電素子と、
前記圧電体の下面に固定されており、前記圧電素子が実装基板に実装される際に、先端側部分が実装基板に固定され、それによって圧電素子を保持する複数の保持部材とを備え、
前記保持部材が使用温度範囲においてガラス転移点Ｔｇを有しない樹脂材料を用いて構成されていることを特徴とする、圧電装置。
【請求項２】
前記樹脂材料が、導電性粒子を含有している複合樹脂材料からなり、前記保持部材が、いずれかの前記内部電極に電気的に接続されている、請求項１に記載の圧電装置。
【請求項３】
前記複数の内部電極として圧電体の長さ方向において交互に配置されたそれぞれ複数の第１及び第２の内部電極を有し、第１の内部電極が長さ方向と直交する方向において分割されており、かつ圧電体の下面に引き出された第１，第２の分割電極を有し、複数の第１の分割電極に電気的に接続されるように設けられた第１の外部電極と、複数の第２の分割電極に電気的に接続されるように設けられた第２の外部電極とが前記圧電体の下面に設けられており、前記第１，第２の外部電極にそれぞれ、複数の保持部材が固定されている請求項２に記載の圧電装置。
【請求項４】
前記保持部材を、圧電体の長さ方向と直交する方向に見たときに、先端側部分が圧電体側部分よりも細くされている、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電装置。
【請求項５】
前記保持部材を、圧電体の長さ方向に見た時に、先端側部分が圧電体側部分よりも細くされている、請求項１〜４のいずれかに記載の圧電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電共振子やフィルターとして用いられる圧電装置に関し、より詳細には、長さ方向を有する圧電体の屈曲振動を用いた圧電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電縦効果を利用して、圧電体の長さ方向と直交する方向の屈曲振動を利用した圧電装置が知られている。例えば、下記の特許文献１には、この種の圧電装置の一例が開示されている。図９は、特許文献１に記載の圧電装置が、実装基板上に実装される工程を示す斜視図であり、図１０（ａ），（ｂ）は、この圧電装置の略図的側面図及び底面図である。
【０００３】
圧電装置１０１は、長さ方向を有する圧電体１０２を有する。圧電体１０２内には、長さ方向と直交するように、複数の第１の内部電極１０３と、複数の内部電極１０４とが配置されている。内部電極１０３，１０４は、それぞれ、圧電体１０２の長さ方向と直交する方向に延びている。また、複数の第１の内部電極１０３と、複数の第２の内部電極１０４とが、圧電体１０２の長さ方向において交互に配置されている。
【０００４】
ここでは、第１の内部電極１０３が、長さ方向と直交する方向に分割された第１，第２の分割電極１０３ａ，１０３ｂを有する。そして、第１，第２の内部電極１０３，１０４間の圧電体層が、圧電体１０２の長さ方向において交互に逆方向に分極処理されている。従って、複数の内部電極１０３の第１の分割電極１０３ａと、第２の分割電極１０３ｂとの間に交流電圧を印加することにより、圧電体１０２が長さ方向と直交する方向に屈曲振動する。
【０００５】
なお、図１０（ａ）では、内部電極１０３，１０４の図示は省略されている。
図１０（ｂ）に示すように、圧電体１０２の下面においては、外部電極１０６，１０７が形成されている。外部電極１０６，１０７は、それぞれ、複数の第１の分割電極１０３ａ及び複数の第２の分割電極１０３ｂに電気的に接続されている。
【０００６】
そして、第１，第２の外部電極１０６，１０７に電気的に接続されるように、圧電体１０２の下面１０２ａ上に、複数の保持部材１０８〜１１１が固定されている。保持部材１０８〜１１１は、圧電体１０２の長さ方向と直交する方向に見たときに、略Ｔ字状の形状を有する。また、保持部材１０８〜１１１の先端が、実装基板１２１上の電極ランド１２２，１２３に接合される。このようにして、圧電装置１０１が実装基板１２１上に実装される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００３−６９３７２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記保持部材１０８〜１１１は、Ａｇ粉末含有樹脂材料により構成されている。すなわち、保持部材１０８〜１１１は、圧電装置１０１を実装基板１２１に固定し、保持する機能を果たすとともに、圧電装置１０１を実装基板１２１上の電極ランド１２２，１２３に電気的に接続する機能を果たしている。
【０００９】
圧電装置１０１が使用される雰囲気温度は様々に変化するおそれがある。しかしながら、圧電装置１０１では、雰囲気温度の変化にともなって、保持部材１０８〜１１１の弾性が変化し、それによって特性が変化するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解決し、長さ方向の屈曲モードを利用した圧電素子を有する圧電装置であって、実装基板に保持された状態で周囲の温度が変化した場合であっても特性の変化が生じ難い、信頼性に優れた圧電装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
長さ方向両端に配置された第１，第２の端面、第１，第２の端面を結ぶ上面、下面及び第１，第２の側面を有する圧電体と、前記圧電体内において、長さ方向と直交する方向に延び、かつ圧電体層を介して長さ方向に対向するように配置された複数の内部電極とを有し、圧電縦効果を利用して圧電体の長さ方向に対して直交する方向に屈曲する屈曲振動が励振される圧電素子と、前記圧電体の下面に固定されており、前記圧電素子が実装基板に実装される際に、先端側部分が実装基板に固定され、それによって圧電素子を保持する複数の保持部材とを備え、前記保持部材が使用温度範囲においてガラス転移点Ｔｇを有しない樹脂材料を用いて構成されていることを特徴とする、圧電装置が提供される。
【００１２】
本発明に係る圧電装置のある特定の局面では、前記樹脂材料が、導電性粒子を含有している複合樹脂材料からなり、前記保持部材が、いずれかの前記内部電極に電気的に接続されている。
【００１３】
本発明に係る圧電装置のさらに他の特定の局面では、前記複数の内部電極が、圧電体の長さ方向において交互に配置されたそれぞれ複数の第１及び第２の内部電極を有し、第１の内部電極が長さ方向と直交する方向において分割されており、かつ圧電体の下面に引き出された第１，第２の分割電極を有し、複数の第１の分割電極に電気的に接続されるように設けられた第１の外部電極と、複数の第２の分割電極に電気的に接続されるように設けられた第２の外部電極とが圧電体の下面に設けられており、前記第１，第２の外部電極にそれぞれ、複数の保持部材が固定されている。
【００１４】
本発明に係る圧電装置のさらに別の特定の局面では、前記保持部材を、長さ方向と直交する方向に見たときに、先端側部分が圧電体側部分よりも細くされている。
【００１５】
本発明に係る圧電装置のさらに他の特定の局面では、前記保持部材を、前記長手方向に見たときに、先端側部分が圧電体側部分よりも細くされている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電装置を実装基板に実装する工程を示す斜視図である。
圧電装置１は、圧電体２を有する。圧電体２は、長さ方向両端に位置する第１，第２の端面２ａ，２ｂと、上面２ｃ及び下面２ｄと、第１，第２の側面２ｅ，２ｆとを有する。
【００１８】
圧電体２内には、複数の第１の内部電極３と、複数の内部電極４とが設けられている。第１，第２の内部電極３，４は、圧電体２の長さ方向と直交する方向に延ばされている。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、第１の内部電極３は、第１，第２の分割内部電極３ａ，３ｂを有する。第１，第２の分割電極３ａ，３ｂは、圧電体２の下面２ｄに引き出されている。
【００２０】
第２の内部電極４は、分割されておらず、圧電体層を介して第１の分割電極３ａ及び第２の分割電極３ｂに対向するように配置されている。第２の内部電極４は、圧電体２の下面２ｄには引き出されていない。
【００２１】
図１に戻り、圧電体２においては、第１，第２内部電極３，４で挟まれた圧電体層が長さ方向に分極されている。もっとも、隣り合う圧電体層が逆方向となるように複数の圧電体層が分極されている。
【００２２】
また、圧電体２の長さ方向両端には、内部電極３，４が形成されていない不活性層５，６が配置されている。
図３（ａ），（ｂ）は、圧電装置１の略図的側面図及び底面図である。なお、図３（ａ）では、内部電極３，４の図示は省略されている。図３（ｂ）に示すように圧電体２の下面２ｄにおいては、長さ方向に延びる溝２ｇが形成されており、溝２ｇの両側において、第１，第２の外部電極７，８が形成されている。第１の外部電極７は、複数の第１の分割電極３ａに電気的に接続されており、第２の外部電極８は、複数の第２の分割電極３ｂに電気的に接続されている。
【００２３】
上記圧電体２、第１，第２の内部電極３，４及び第１，第２の外部電極７，８により、圧電素子が構成されている。この圧電素子では、第１，第２の外部電極７，８間に交流電圧を印加することにより、長さ方向と直交する方向に屈曲する屈曲振動が生じる。
【００２４】
上記圧電体２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスなどの圧電セラミックスにより構成されている。また、内部電極３，４及び外部電極７，８は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ等の適宜の導電性材料により構成される。
【００２５】
また、上記不活性層５，６は、圧電体２を構成する圧電材料と同一材料で構成されている。もっとも、不活性層５，６は、アルミナ等の他のセラミック材料により構成されてもよい。なお、本実施形態では、上記圧電体には、電極材料とセラミックスとを一体焼成してなる一体焼成技術により得られている。
【００２６】
本実施形態の圧電装置１の特徴は、圧電体２の下面に固定された複数の保持部材１１〜１４が、圧電装置２の使用温度範囲にガラス転移点Ｔｇを有しない樹脂材料により構成されていることにある。
【００２７】
保持部材１１〜１４は、図１において下方に示す実装基板２１上の電極ランド２２，２３に圧電装置１を取付け、圧電装置１を実装するために設けられている。
【００２８】
各保持部材１１〜１４は、使用温度範囲においてガラス転移点Ｔｇを有しない樹脂材料により構成されているが、この使用温度範囲とは、例えば−３０℃〜＋８５℃のような圧電装置１の保証温度範囲をいうものとする。
【００２９】
また、上記樹脂材料としては、様々な合成樹脂を用いることができるが、本実施形態では、保持部材１１〜１４は、第１，第２の外部電極７，８を、電極ランド２２，２３に電気的に接続する機能をも果たす。従って、保持部材１１〜１４は、樹脂材料にＡｇ粉末のような導電性材料を配合してなる導電性複合樹脂材料により構成されている。そして、本実施形態では、この複合樹脂材料のガラス転移点Ｔｇが、使用温度範囲外とされている。
【００３０】
保持部材１１〜１４を構成する樹脂材料のガラス転移点Ｔｇが使用温度範囲内にある場合には、ガラス転移点Ｔｇを境として保持部材１１〜１４の弾性が大きく変化する。従って、ガラス転移点Ｔｇを境として、圧電装置１の特性が大きく変化することになる。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、ガラス転移点Ｔｇが使用温度範囲内に存在しないため、使用温度範囲内においては、保持部材１１〜１４の弾性が大きく変化しない。従って、温度変化に関わらず、安定した特性を得ることができる。これを、図４を参照して説明する。
【００３２】
図４は、導電性粒子としてＡｇ粒子が全体の８０〜８３重量％含有されている種々の樹脂材料のヤング率（Ｐａ）との関係を示す図である。なお、図４の縦軸において、１．００Ｅ＋０．９は１．００×１０＋９を示す。図４から明らかなように、ウレタン系樹脂（ポリエステルポリオール系、ガラス転移点Ｔｇ＝−４０℃）に導電性粒子を配合してなる複合樹脂材料Ａでは、−４０℃近辺でヤング率が大きく低下しているが、−３０℃〜＋１００℃の範囲では、ヤング率はさほど変化しないことが分かる。
【００３３】
他方、ガラス転移点Ｔｇが１２０℃であるエポキシ樹脂（ダイマー酸変性エポキシ、ガラス転移点Ｔｇ＝１２０℃）に導電性粒子を配合してなる複合樹脂材料Ｂでは、−５０℃〜＋１００℃の間で、ヤング率が徐々に増加するものの急激に変化していないことがわかる。
【００３４】
これに対して、ガラス転移点Ｔｇが４５℃であるエポキシ系樹脂（フェノールエポキシ、ガラス転移点Ｔｇ＝４５℃）に導電性粒子を配合してなる複合樹脂材料Ｃでは、＋３０℃〜５０℃の温度範囲でヤング率が大きく変化していることが分かる。
【００３５】
従って、図５からも明らかなように、樹脂材料に導電性粒子を配合してなる複合性樹脂材料を用いて保持部材１１〜１４を構成した場合、複合樹脂材料のガラス転移点Ｔｇが、実使用温度範囲である−３０℃〜１００℃の範囲外にあれば、この温度範囲において弾性率がさほど変化しないことが分かる。
【００３６】
次に、上記ガラス転移点Ｔｇが１２０℃のエポキシ樹脂に導電性粒子を配合してなる複合樹脂材料Ｂを用いて保持部材１１〜１４を構成し、上述した実施形態の圧電装置１を構成した。なお、圧電体の寸法は長さ方向寸法が２ｍｍ、幅方向寸法が０．５２ｍｍ、厚みが０．４２ｍｍとし、４５０ｋＨｚ付近に中心周波数を有する圧電装置１を構成した。また、保持部材１１，１２と、保持部材１３，１４との間の中心間距離は１．３ｍｍとし、スリットの幅は０．１５ｍｍとした。そして、この圧電装置を、実装基板上に導電性接着剤により実装し、温度による共振周波数の変化を求めた。結果を図５に示す。
【００３７】
また、比較のために、保持部材１１〜１４を構成する材料として、図４に示したガラス転移点Ｔｇが４５℃のエポキシ樹脂に導電性粒子を配合してなる複合樹脂材料Ｃを用いて保持部材１１〜１４を構成したことを除いては、上記実施形態と同様にして、圧電装置を構成し、実装基板上に実装し、温度による共振周波数の変化を測定した。結果を図５に合わせて示す。
【００３８】
なお、図５の縦軸の周波数変動量（ｋＨｚ）とは、＋２５℃における共振周波数に対する共振周波数の変動量（ｋＨｚ）とした。
図５から明らかなように、使用温度範囲内にＴｇを有しない複合樹脂材料Ｂを用いた実施形態の圧電装置では、−３０℃〜＋１００℃の範囲で、共振周波数の変動が非常に小さいのに対し、複合樹脂材料Ｃを用いた比較例では、−３０℃〜＋１００℃の温度範囲で、温度変化につれて共振周波数が大きく低下することが分かる。
【００３９】
なお、上述した実施形態の圧電装置１では、保持部材１１〜１４は、圧電体２の長手方向から見たときに、先端側部分が圧電体側部分よりも細くなるように形成されている。言い換えれば、保持部材１１〜１４は、圧電体２の下面２ｄに接合されている部分における一対の側面２ｂ，２ｃを結ぶ方向の寸法に比べて、先端側部分の同方向寸法が小さくされている。より具体的には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、保持部材１１を例にとると、保持部材１１は、圧電体２に固定されている板状のベース部１１ａと、ベース部１１ａの下面から下方に突出された先端部１１ｂとを有する。
【００４０】
この先端部１１ｂの先端側部分が実装基板２１の電極ランド２２に接合される部分である。この先端側部分の側面２ａ，２ｂを結ぶ方向の寸法、すなわち保持幅ｂを種々変化させ、共振周波数への影響を調べた。
【００４１】
なお、実装に際しては、先端部１１ｂは、図８に示すように、幅方向内側端をスリット２ｇに接するように先端部１１ｂを配置した。他の保持部１２〜１４の先端部も同様に配置した。結果を図６及び図７に示す。図６は、保持幅ｂを変化させた場合の共振周波数の変動量の変化を示す図であり、図７は、保持幅ｂを変化させた場合の温度変化による周波数変動量の変化を示す図である。
【００４２】
図６から明らかなように、保持幅ｂが大きくなるにつれて、共振周波数が大きくなることが分かる。これは、保持部材１１〜１４により実装基板に固定されると、図８に底面図で示すように圧電装置１の振動のノード点Ｎ１，Ｎ２が圧電体２の中心を通る長さ方向に沿う中心線上において、保持部材１１，１３間及び保持部材１２，１４間に存在し、ノード点Ｎ１，Ｎ２の両側に保持部材１１〜１４が配置されていることによる。すなわち、ノード点Ｎ１，Ｎ２近傍に保持部材１１〜１４が設けられているため、また圧電体２が長さ方向において直交する方向に屈曲するように屈曲振動されるものであるため、保持幅ｂが大きくなるにつれて振幅が小さくなり、共振周波数が高められていることによると考えられる。なお、図８の破線Ｄは屈曲振動の姿態を示す。
【００４３】
すなわち、本実施形態の圧電装置１では、上記保持部材１１〜１４の保持幅ｂを変化させることにより、共振周波数を微妙に調整し得ることが分かる。
また、図７から明らかなように、保持幅ｂを０．２１ｍｍ、０．１７ｍｍ及び０．１３ｍｍと変化させた場合、温度変化により周波数変動量が変化することが分かる。言い換えれば、保持幅ｂが大きくなるにつれて、温度変化による周波数変動量が低減されることが分かる。従って、本発明においては、保持部材１１〜１４の保持幅ｂを調整することにより、温度変化による特性の安定性、並びに共振周波数の調整を図ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る圧電装置では、圧電体に固定された複数の保持部材が使用範囲内にガラス転移点Ｔｇを有しない樹脂材料を用いて構成されているため、保持部材を用いて実装基板に実装された際に、周囲の温度が変化したとしても、使用温度範囲において保持部材の弾性が急激に変化しない。従って、使用温度範囲において安定な特性の圧電装置を提供することが可能となる。
【００４５】
上記保持部材が導電性粒子を含有しており、保持部材により圧電装置が実装基板に保持されるだけでなく、電気的接続も果たされる場合には、機械的保持及び電気的接続の双方を保持部材を用いて行なうことができる。従って、圧電装置１の実装作業を簡略化することができる。
【００４６】
複数の内部電極が、複数の第１の内部電極及び第２の内部電極を有し、第１の内部電極が第１，第２の分割内部電極からなり、圧電体の下面に、第１，第２の分割電極に接続される第１，第２の外部電極が形成されている構成では、第１，第２の外部電極間に交流電圧を印加することにより、圧電装置を屈曲振動させることができる。そして、第１，第２の外部電極に前述した保持部材が固定されることになるため、保持部材が導電性粒子を配合してなる複合樹脂材料からなる場合には、外部電極と実装基板上の電極ランドとを保持部材を介して電気的に接続することができる。
【００４７】
圧電体の長さ方向に見た時に、保持部材の先端側部分が圧電体側部分よりも細くされている構成の場合には、圧電体と保持部との接合面積を十分な大きさとしつつ、保持部材による拘束される部分が、幅の狭い先端側部分において行なわれるため、温度変化による周波数変動をより効果的に抑制することができる。
【００４８】
長さ方向と直交する方向から見たとき
に、保持部の先端側部分が、圧電体側部分よりも狭くされている場合にも、同様に温度変化による周波数変動をより効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧電装置を実装基板に実装する工程を説明するための斜視図。
【図２】（ａ），（ｂ）は、図１に示した圧電装置に設けられている第１，第２の内部電極を説明するための圧電装置の各横断面図。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１に示した圧電装置の略図的側面図及び底面図。
【図４】種々の導電性粒子含有複合樹脂材料の温度によるヤング率の変化を示す図。
【図５】実施形態の圧電装置及び比較のために用意した圧電装置を実装基板にそれぞれ実装させた場合の温度変化による共振周波数の変動量の変化を示す図。
【図６】実施形態の圧電装置において、保持部材の保持部幅ｂを変化させた場合の共振周波数の変化を示す図。
【図７】実施形態の圧電装置において、保持部材の保持部幅ｂを種々異ならせた場合の温度変化による共振周波数の変化を示す図。
【図８】実施形態の圧電装置の実装状態における振動のノード点を説明するための底面図。
【図９】従来の圧電装置を実装基板に実装する工程を示す斜視図。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、従来の圧電装置の側面図及び底面図。
【符号の説明】
１…圧電装置
２…圧電体
２ａ，２ｂ…端面
２ｃ…上面
２ｄ…下面
２ｅ，２ｆ…側面
２ｇ…スリット
３…第１の内部電極
３ａ，３ｂ…第１，第２の分割電極
４…第２の内部電極
５，６…不活性層
７，８…第１，第２の外部電極
１１〜１４…保持部材
１１ａ〜１４ａ…ベース
１１ｂ〜１４ｂ先端部
２１…実装基板
２２，２３…電極ランド
【図１】
2005051291.tif 000003
【図２】
2005051291.tif 000004
【図３】
2005051291.tif 000005
【図４】
2005051291.tif 000006
【図５】
2005051291.tif 000007
【図６】
2005051291.tif 000008
【図７】
2005051291.tif 000009
【図８】
2005051291.tif 000010
【図９】
2005051291.tif 000011
【図１０】
2005051291.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月16日(2004.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図４は、導電性粒子としてＡｇ粒子が全体の８０〜８３重量％含有されている種々の樹脂材料のヤング率（Ｐａ）との関係を示す図である。なお、図４の縦軸において、１．００Ｅ＋０９は１．００×１０+9を示す。図４から明らかなように、ウレタン系樹脂（ポリエステルポリオール系、ガラス転移点Ｔｇ＝−４０℃）に導電性粒子を配合してなる複合樹脂材料Ａでは、−４０℃近辺でヤング率が大きく低下しているが、−３０℃〜＋１００℃の範囲では、ヤング率はさほど変化しないことが分かる。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
従って、図４からも明らかなように、樹脂材料に導電性粒子を配合してなる複合性樹脂材料を用いて保持部材１１〜１４を構成した場合、複合樹脂材料のガラス転移点Ｔｇが、実使用温度範囲である−３０℃〜１００℃の範囲外にあれば、この温度範囲においてヤング率がさほど変化しないことが分かる。


【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2005051291.tif 000013