CN1097265A - 采用宽度扩展振动方式的振动器、谐振器和谐振元件 - Google Patents

Abstract

本申请揭示的是由具有长方形截面的压电谐振 元件(12)给出的、采用宽度扩展振动方式的压电谐振 器(11)，其中各长边的长度对各短边长度的比值 b/a在下述值，即

b/a＝n(-1.47σ+1.88) ……(1) 的±10％的范围内，这里a表示各短边的长度，b表 示各长边的长度，σ表示泊松比，n为整数。本谐振 器还有支承元件(16、17)，它们连接到压电谐振元件 两个短边的中央部分。

Description

本发明涉及具有长方形截面的振动器和谐振器，特别涉及采用宽度扩展振方式的振动器、谐振器以及谐振元件。

通常，采用扩展振动方式和等值切变振动方式的压电谐振器适用于数十KHz至2MHZ的频率范围。

然而无论采用上述哪种振动方式，只在压电谐振器主平面中心点处为振动的节点，所以难于牢固地夹持住这种压电振动器。用弹簧的端部在节点处将上述压电谐振器固定住，该节点处于其主平面的中心。不过，通常的采用扩展振动方式或者等值切变振动方式的压电谐振器使用板型振动器，所以在用这种弹簧端部固定压电谐振器时应力可能集中在压电谐振器与弹簧端部之间的触点处而使压电谐振器断裂。

此外，由于振动节点位于主平面中心，除了上述采用弹簧端部的固定结构之外，难于选择固定结构，也难以缩小所用的压电谐振器的元件。

本发明的目的在于提供一种适用于数百KHz至2MHz或更宽频率范围的振动器、谐振器和谐振元件，它们的支承结构得到简化，几乎不发生应力集中，并能大大减小其总体尺寸。

为解决上述问题，本发明提供一种具有长方形截面的振动器，它有一对较短的侧边和一对较长的侧边。该振动器的各长边与各短边的长度之比b/a在下式所述值，即

b/a＝n（-1.47σ+1.88）    ……（1）

的±10%范围内，其中a表示各短边长度，b表示各长边长度，σ表示构成该振动器材料的泊松比，n为整数。

根据本发明的具体情况，提供一种采用宽度扩展振动的方式并包括一支承元件的谐振器，所述支承元件与上述具有长方形截面的振动器的实质上作为节点的至少一个短边的中心部分相耦合。

本发明的振动器和谐振器采用上文所述的宽度扩展振动方式。正如由下面所述的具体实施方式所清楚地理解那样，宽度扩展振动方式是具有长方形截面振动器的振动方式之一，属于具有长方形截面振动器的扩展振动方式与具有长方形截面振动器的宽度振动方式之间的振动状态。

考虑到振动器的节点不止存在于具有长方形截面振动器的主平面，还存在于采用上述宽度扩展振动方式的振动器短边中心部分，本发明的特有情况是使支承部件与至少一个短边的中央部分相耦合。

在本发明采用宽度扩展振动方式的谐振器中，可通过简单地将支承部件支承于振动器的至少一个短边的中央部分，或者将前者与后者构成一体来支撑振动器，借此可简化支承结构。因此，与采用等值振动、商业上用于1至2赫兹频率范围的普通压电谐振器相比，本发明的谐振器可减小其总体尺寸。

于是，就能给出一种采用通常不存在的宽度扩展振动方式的谐振器，从而通过设计振动器的材料，得到一种用于通常不能得到的频率范围的谐振器。使用诸如压电陶瓷制作这种振动器就能得到一种能阱（energy-trap）压电谐振器，它对800千赫兹至2MHZ以及更宽的频率范围有效。

本发明的另一种特殊情况是给出一种采用上述宽度扩展振动方式的谐振元件，它包括一种有一对较短侧边和一对较长侧边的长方形截面、采用宽度扩展振动方式的振动器，所说的每对长边与每对短边的长度之比b/a在下式所示值，即

b/a＝n（-1.47σ+1.88）    ……（1）

的±10%范围内，其中a表示各短边长度，b表示各长边长度，σ表示构成该振动器材料的泊松比，n为整数。还包括通过谐振器的上部和下部，以便固定它们的箱体衬底，还包括在这些衬底中或者在衬底与谐振器之间提供的构成腔室的结构，用以确保使谐振器的振动部分振动的空间。

换句话说，由于简化了支承结构，通过把箱体衬底固定于上述采用宽度扩展振动方式的谐振器上部和下部，并在箱体衬底中或者箱体衬底其谐振器之间提供形成腔室的结构，就能够很容易形成整体的片型谐振元件。

从下述结合附图对本发明的详细描述，将使本发明的上述以及其它目的、特点、情况和优点变得更加明显。

图1是表示本发明第一种具体实施方式所用振动器的透视图;

图2是表示扩展振动方式的平面示意图;

图3是表示宽度扩展振动方式的平面示意图;

图4是表示宽度振动方式的平面示意图;

图5A和5B分别表示用有限元法分析宽度扩展振动方式中位错分布及图5A中坐标系的图样;

图6表示在图5A中所示的位错分布中沿X方向的位置与位错量之间的关系;

图7表示引起宽度扩展振动方式的泊松比与尺寸比b/a之间的关系;

图8表示图5所示位错分布中的相对位错量与比值b/a间的关系;

图9表示泊松比σ与比值b/a之间的关系;

图10A和10B是表示本发明第一种具体实施方式的采用宽度扩展振动方式压电谐振器的平面视图及正视图;

图11表示图10A和10B所示压电谐振器中的位错分布;

图12是表示本发明第二种具体实施方式的采用宽度扩展振动方式压电谐振器的透视图;

图13是表示本发明第三种具体实施方式的采用宽度扩展振动方式压电谐振器的平面视图;

图14是表示本发明第四具体实施方式具有动力阻尼器的采用宽度扩展振动方式压电谐振器的平面视图;

图15是表示本发明第五种具体实施方式的片型谐振元件的分解透视图;

图16是表示片型谐振元件的透视图;

图17A和17B表示具有方程（1）所示比值且整数n为2的振动器以及由这种振动器构成的谐振器中的位错分布;

图18是表示本发明第六种具体实施方式的压电谐振器所用的片型谐振元件的分解透视图;

图19是表示图18所示压电谐振器中所用压电陶瓷片的透视图;

图20是表示压电谐振器的透视图;

图21是表示图18所示片型压电谐振元件的外形透视图;

图22是表示压电谐振器的改型的透视图，它与一长方形框式支承部件成为一体;

图23A和23B是表示作为本发明第七种具体实施方式压电谐振器的压电滤波器的平面视图和通过压电陶瓷板的下部电极形状的典型平面视图;

图24是表示本发明第八种具体实施方式压电谐振器的透视图;

图25是表示本发明第九种具体实施方式压电谐振器的透视图;而

图26是表示本发明第十种具体实施方式压电谐振器的透视图，它由弹簧端部所固定。

以下对照各附图描述本发明的具体方式，用以理解本发明。

图2至4是表示振动器的振动情况的平面示意图，分别表示扩展振动方式、宽度扩展振动方式以及宽度振动方式。发明人采用有限元法分析长方形板状振动器的振动情况，作为具有长方形截面，但其长边和短边的长度可变的振动器。若各长边之长度b与各短边之长度a之比b/a为1，即振动器1成方形，则扩展振动方式振动的振动器就如图2所示那样被强烈地激发。换句话说，具有图2中所示的正方形板状的振动器1中反复出现虚线A所示状态与点划线B所示状态的振动，强烈地激发起扩展振动方式的振动。

另一方面已证实，长方形振动器2如图4所示那样，在虚线A所示的状态与点划线B所示的状态之间振动，而且当比值b/a明显地大于1，即b/a＞＞1时，强烈地激发宽度振动方式的振动。

此外可清楚地看出，若比值b/a大于1但比上述强烈地激发宽度振动方式的振动下的比值小，则强烈地激发图3所示的宽度扩展振动方式的振动。

对照图3清楚地看出，在具有长方形截面的振动器3中，通过选择上述比值b/a，可强烈地激发由点划线A和虚线B所示的状态之间的振动。

上述振动方式被命名为宽度扩展振动方式，因为这个名字可理解为在公知的扩展振动方式与宽度振动方式之间的振动方式。在上述认识的基础上，发明人制作了一种具有压电振动膜片并将比值b/a选择为一个特殊值的压电谐振器。图1表示一种按这种方式得到的压电谐振器5。这种压电谐振器5包括长方形截面的压电陶瓷板6，其短边和长边的长度分别为a和b，以及在压电陶瓷板6的整个主平面上构成的电极7和8。该压电陶瓷板6沿其厚度方向（如箭号P所示）被均匀极化。

在上述压电谐振器5中，改变比值b/a，以激发上述宽度扩展振动方式的振动，由此已证实，若满足方程b/a＝1.47σ+1.88，所激发的宽度扩展振动方式的振动最强。图5A表示在这种情况下压电谐振器5中的位错分布，这是由有限元法分析出来的。

在上述用有限元法分析所得的位错分布中，采用图5B所示的，设在压电谐振器5主表面中央为座标原点0并规定了X轴和Y轴来测量各部分的位错情况，从而得到如图6所示的结果。不难理解，在中心0处和图5B中的点X₁处，即各短边的中心部分位错量为最小，而在它们的中间位置处，位移量为最大值。这意味着，在采用宽度扩展振动方式的压电谐振器5中，振动的节点位于各主表面的中心和各短边的中央位置。于是可以理解，不妨用其它支承元件来支承主表面的中心或短边的中央部分，而不会因支承压电谐振器5而抑制了上述的宽度扩展振动方式。

还已证实，若上述比值b/a为值-1.47σ+1.88的整数倍，则在位于各短边的中央部位的节点处也激发类似的宽度扩展振动方式的振动。现在参照图17A和17B来描述这种情况。图17A表示在具有方程（1）所示的比值b/a且n＝2的振动器中的位错分布，这是用有限元法分析的。由该图可以理解，在这种情况下，也可激发宽度扩展振动方式的振动。

图17B表示，具有由方式（1）表示的比值b/a，而n＝2振动器，支承元件耦合到短边的中央部分和在支承元件外边所提供的固定部分所组成的谐振器中的位错分布。从图17B可以清楚地理解，在支承元件之间给出的振动器以宽度扩展振动方式得到激发，并且基本上没有位错朝这些支承元件扩张。

还已进一步证实，上述比值b/a与压电谐振器5的泊松比有关。改变振动器的泊松比，以测量使所述宽度扩展振动方式得以激发的比值b/a，并绘制各比值b/a，得到图7所示的结果。于是可认识到，通过选择比值b/a以满足下列的值

b/a＝n（-1.47σ+1.88）    ……（2）

就能确保激发宽度扩展方式的振动，如图7中的直线所示。上式中n表示整数。

另外还确认，不仅当比值b/a满足方程（1）时可强烈地激发宽度扩展振动方式的振动，而且当比值稍稍偏离方程（1）时也可以。最后，使用具有泊松比σ为0.324的压电陶瓷板，并改变其比值b/a，以确定是否激发了宽度扩展振动方式的振动。换句话说，假定D（X₁）表示X₁点处的位错量，D（C）表示C点处的位错量，则可测量图5B中X₁点相对于C点的相对位错D（X₁）/D（C）;这里，C点在宽度扩展振动方式中位错的量达到最大。图8表示了这些结果。

从图8很清楚地看出，当相对于0.324的泊松比σ而言，比值b/a在1.26至1.54范围内时，相对位错在±10%内，并且支承元件连接于它的短边的中央部分，用以测量谐振特性。因此如上所述，确认了当相对位错在10%以内时，可有效地收集到宽度扩展振动方式的振动。

因此可以理解，通过将上述比值b/a调节在满足方程（1）的值的±10%范围内，就能以极好的状况激发上述宽度扩展振动方式的振动。

图10A和10B是表示本发明第一种具体实施方式的采用宽度扩展振动方式压电谐振器11的平面图和正视图，这种谐振器是在上述认识的基础上制作的。压电谐振器11具有长方形板状压电谐振元件12，作为具有长方形截面的振动器。压电谐振元件12包括长方形截面的压电陶瓷极13，它沿其厚度方向被均匀地极化，而在压电陶瓷板13的各主表面分别形成谐振电极14和15。支承元件16和17连到压电谐振元件12的短边中央部分，这里是以宽度扩展振动方式激发的振动的节点。另外，支承元件16和17的外端分别连着夹持元件18和19。

按照这种实施方式，支承元件16和17及夹持元件18和19与压电陶瓷板13构成整体。也就是说，将长方形压电陶瓷机械加工成为图10A和10B所示的形状。另外，支承元件16和17以及夹持元件18和19也可独立于压电谐振元件12形成，通过诸如粘接的适当方法可连成图10A和10B所示的同样形状。

通过分别在支承元件16和17的单一表面上所形成的导电部分14a和15a，可将谐振电极14和15与在夹持元件18和19的单个主表面上所形成的引线电极20和21电气连接。

在这种实施方式的压电谐振器11中，将交流电压加到引线电极20和21上，从而以宽度扩展振动方式激发这个压电谐振元件12。这时，压电谐振元件12短边的中央部分几乎不振动，形成振动节点，因而支承元件16和17几乎不能抑止宽度振动方式的振动。因而，可在支承元件16和17之间有效的收集到上述宽度扩展振动方式为基础的振动。

已然确认，由于压电陶瓷板所形成的压电谐振元件12在宽为2.5mm、长为3.5mm时表现出800千赫兹的谐振频率，而宽为1.0mm、长为1.4mm时表现2MHZ的谐振频率，所以可以做成一种能阱式压电谐振器，按照本实施例，它适用于800千赫兹到2MHZ的频率范围。

当然，若由其它材料制作压电谐振元件12，则有效的谐振频率就会按上述频率范围改变。于是，通过用各种压电材料制作谐振元件12，就能得到适合于多种频率范围的能阱式压电谐振点。

图12表示本发明第二种具体实施方式的能阱式压电谐振器5。按照这种实施方式，将金属接头22和23用焊料（未示出）接合于电极7和8上，做为支承元件，它们对应于图1所示压电谐振器5的两个主表面所提供的元件。这时，选择压电谐振器5的比值b/a，以便像上面所描述的那样，强烈地激发宽度扩展振动方式的振动。因此，在压电谐振器5中，其主表面的短边中心部分形成振动节点，而用焊料将金属接头22和23接合到靠近这些节点处。所以，当按照图12所示的本实施例把金属接头22和23做为支承元件接合到压电谐振器5上时，就几乎不会抑止在压电谐振器5中所激发的宽度扩展振动方式的振动。

图13表示本发明第三种具体实施方式的能阱压电谐振器31。与第一种实施方式相似，这种压电谐振器31具有压电谐振元件32，作为具有长方形截面的振动器。在这种压电谐振元件32中，在压电片32的上表面上，沿其长边的边缘做成一对谐振电极32b和32c。压电片32a沿图13中箭号P，即由谐振电极32b向着谐振电极32c的方向被极化。在这种实施方式中，同样将压电谐振元件32各长边长度b对各短边长a的比值b/a设定在围绕满足方程式（1）的值的±10%以内的范围。

因此，若在谐振电极32b和32c之间加上交流电压，压电谐振元件32就以宽度扩展振动方式振动。这时，压电谐振元件32平行于所加电场而放置，于是压电谐振器31利用压电纵效应。

在本实施例的压电谐振器31中，同样是把支承元件36和37连到按上述宽度扩展振动方式谐振的压电谐振元件32的振动节点处，并将夹持元件38和39分别连到支承元件36和37的外面一端。参见图13，数码34a和35a表示导电元件，而数码40和41表示引线电极。

正像从图13所示实施例所能清楚看到的，本发明的采用宽度扩展振动方式的谐振器不仅可用于利用压电横效应，还可用于利用压电纵效应。

当对照具有长方形截面的压电材料的振动描述了上述各种实施方式时，本发明的特点即在于将具有长方形截面的振动器的比值b/a选择在一个特定的范围，以激发上述宽度扩展振动方式的振动，又考虑到宽度扩展振动方式的振动节点位于短边的中央部分，而把支承元件连到这些中心部分。因此，除压电材料外，可换用其它材料来制作所用的振动器。

另外，本发明的谐振器中还可在其振动器相连的支承元件外边加设动力阻尼器，以便利用动力阻尼现象消除遗漏的振动。图14表示了这样一种实施方式。

图14表示一种压电谐振器42，它相应于图10A和10B所示第一种实施方式的压电谐振器11的改进。与图10A和10B所示的相应部分均以相应的标码表示，于是省去了重复的叙述。

在这种压电谐振器42中，支承元件16和17的外端部分别设有一对动力阻尼器43和44，而连接元件45和46分别接到动力阻尼器43和44外表面的中央部分，连接元件45和46的外端分别连到夹持元件18和19上。也就是说，把一对动力阻尼器43和44及一对连接元件45和46加到图10A和10B所示的相应压电谐振器11的结构中。动力阻尼器43和44通过众所周知的动力学阻尼现象适合于消除遗漏的振动。也就是说，动力阻尼器43和44接收遗漏的振动，并由于动力学的阻尼现象而振动，从而抵消了从谐振部分的振动遗漏。

图15和16是用来表示本发明第五种具体实施方式的片状谐振元件的分解透视图及透视图。

这种实施方式以图10A和10B所示的采用宽度扩展振动方式的压电谐振器11构成。也即将厚度等效于压电谐振器11的衬垫51和52粘到压电谐振器11的侧部，构成一个谐振片53。

平面形状基本呈U型的衬垫51和52的两个端部与压电谐振器11的夹持部件18和19相连并成为一个整体。

衬垫51和52可用任何绝缘材料，诸如矾土的绝缘陶瓷制品或者合成树脂制成。

做成长方框形的中空元件54和55用做形成腔室的部件，它们装在谐振片53的上部和下部，而表面基板56和57通过形成控室的元件54和55用绝缘的粘结剂贴在谐振片53的上部和下部。

形成腔室的元件54和55适合于使压电谐振器11的振动部分，即压电谐振元件12振动。因此，考虑到上述这点，要选择好形成腔室的元件54和55的开口54a及55a的尺寸，并选择好形成腔室的元件54和55的厚度。

可用绝缘树脂薄膜，如聚乙烯对苯二甲酸盐薄膜或者片形粘结剂元件，或其它任何绝缘材料制做形成腔室的元件54和55。

表面基板56和57可用适当的譬如矾土绝缘陶瓷或者合成树脂等合成材料制成。表面基板56和57通过形成腔室的元件54和55夹住谐振板53，并与之构成整体，从而形成如图16所示的片状谐振元件60。

在这种片状谐振元件60中，在通过把表面基板56和57贴在谐振板53上而形成的层压板61的两个端面上制成外部电极62和63。外部电极62和63可通过涂敷、真空沉积或真空溅射方法将导电材料加在上面而制得。

外部电极62和63不仅形成于层压板61的两个端面上，最好还延伸到它的上、下表面，如图16所示，为的是在把片状谐振元件60装到印刷电路板上时有利于与印刷电路板等上面所提供的导电结构电连接。在本实施例中，为了有助于形成这种延伸到层压板61的上表面及下表面的外部电极62和63的结构，像图15所示那样预先在表面基板56上形成电极56a和56b。在表面基板57的下表面还形成另外一对电极（未示出）。

可以无需像上面叙述的那样预先形成电极56a和56b，而可以在得到层压板61之后把外部电极材料加到层压板61的端面上并延伸到其上、下表面，从而形成电极56a和56b。

虽然，本实施例中单独地制作了形成腔室的元件54和55，但也可分别在表面基板56的下表面及表面基板57的上表面形成具有与形成腔室的元件54和55的开口54a和55a相应的平面形的凹面，而形成可使压电谐振器11的振动部分振动的腔室。在这种情况下，调整凹面部分的深度，就可省去形成腔室的元件54和55。

此外，可将绝缘粘结剂以长方框形式加到表面基板56的下表面和表面基板57的上表面，同时随着绝缘粘结剂层的形成调整其厚度，从而确定一个用于压电谐振器11的振动元件12振动的腔室，以此代替形成腔室的元件54和55以及上述凹面部分。在这种情况下，将表面基板56和57粘到谐振片53上去的绝缘粘结剂层还作为本发明的形成腔室的机构。

当把图10A和10B所示的压电谐振器11用于图15和16所示的实施例中时，同样可用其它采用权利要求1所述的本发明宽度扩展振动方式的谐振器来代替一比如用图13所示的压电谐振器31来代替，很容易形成与上面所述相似的片状谐振元件。

在上面图16所示的片状压电谐振元件60中，用绝缘粘结剂给压电谐振器11粘上衬垫51和52（参见图15）。如果在图15中箭号A所示的粘结部分产生有不合适的粘结，就会损害密封性能。换句话说，带有谐振元件12的压电谐振器11的部分的密封性能受到损害。这样，片状压电谐振元件60的性能诸如防湿性就要下降。

现在参照图18至21描述能够解决上述防湿性能问题的实施例。图18是一个相当于图15的分解透视图，用来说明本发明的第六种实施方式的片状压电谐振元件。在图18所示的片状压电谐振元件中，用长方框形的压电谐振器111代替图15中所示的压电谐振器11以及衬垫51和52。其它结构，即形成腔室的元件54和55以及保护基板56和57均与图15中所示者相同，省去了重复的叙述。

压电谐振器11由图19以透视图形式所示的压电陶瓷片112构成。利用诸如激光束切割或者机械切割将单个的长方形压电陶瓷片加工成图19所示的形状，得到这种压电陶瓷片112。在这种压电陶瓷片112中，带有开口113a的长方框形支承元件113和形成谐振元件的压电陶瓷片元件114彼此构成一个整体。与压电谐振器11相似，在这个压电陶瓷片112上形成电极，就得到图20所示的压电谐振器。

换句话说，压电谐振器111对应于这样一种结构，即图15所示的压电谐振器11和衬垫51和52彼此形成一个整体。所以，使用与压电谐振器11同样的标号来表示压电谐振器111的谐振元件和电极，以省去重复的叙述。

利用上述单独的压电陶瓷片112构成图18所示的压电谐振器111。尽管图15所示的压电谐振元件可能会因箭号A所示的粘接部分而损害其耐湿性，但由于本实施例的谐振元件的侧面部分不存在粘接部分，所以本实施例的片状压电谐振元件可有效的解决耐湿性问题。

图21是表示片状压电谐振元件120的透视图，该元件是通过将图18所示的压电谐振器111、形成腔室的元件54和55以及保护基板56和57堆叠起来而得到的。在这种片状压电谐振元件120中，形成外部电极122和123，盖住通过互相粘贴上述元件所得到的叠层121的一对端表面。于是，片状压电谐振元件120可如其他片状电子元件那样，在其表面上设置印刷电路板等等。

图22表示上述压电谐振器111的改型。参照图22，压电谐振器131具有长方框形支承元件132，以及与长方框形支承元件132形成一体的压电谐振元件133。压电谐振元件133类似于图13所示的压电谐振器31。所以，用相同的标号表示与压电谐振器31相同的元件，如谐振元件，以省去重复的叙述。

而且在压电谐振器131中，由于长方框形支承元件132与压电谐振元件133构成一体，与图18和20所示的压电谐振111一样，同样能有效的改善由该压电谐振器131构成的片状压电谐振元件的防湿性。

在上述每一种实施方式中，都以压电谐振器方式形成采用宽度扩展振动方式的独立的谐振元件。不过，本发明也可用于装有多个采用宽度扩展振动方式的谐振元件的压电谐振器。现在参照图23A和23B描述那样的一个具体实施例。图23A和23B分别是这样一种压电谐振器141的平面图和表示贯穿压电陶瓷片的下部电极形状的典型平面图。

压电谐振器141适于形成双振动式压电滤波器，它有第一和第二个采用宽度扩展振动方式的压电谐振单元142和143。压电谐振单元142和143由长方形压电陶瓷片元件，电极142a、143a和电极142b、143b形成。这些陶瓷片元件都沿其厚度方向被均匀极化;电极142a和143a设在长方形压电陶瓷片元件的一个主表面上，成为谐振电极，而电极142b和143b设在陶瓷片元件的下表面上，做为接地电极。

第一压电谐振单元142和第二压电谐振单元143分别以宽度扩展振动方式受到激发，而振动节点通过连接元件144互相连接。另一方面，借助在连接元件144下表面上形成的连接导电部分使下表面上的电极142b和143b相互连接。于是，通过用电极142a或43a作为接地电极，就能形成一种采用对称振动方式和非对称振动方式的双振动式压电滤波器。

本实施例的特点在于采用两个压电谐振单元142和143，而其余各点均与压电谐振器11相似。也即第一和第二压电谐振单元142和143的外侧各自通过支承元件连到长方框形支承元件147上。于是，第一第二压电谐振单元142和143被安排在长方框形支承元件147的开口147a中。

第一和第二压电谐振单元142和143，以及诸如此类的安排于开口147a中的元件都与支承元件147构成一体。也就是对一个单一的压电陶瓷片进行机械加工或者切割，即可得到具有图23A和23B所示平面形状的一体化元件。

图24是表示本发明第八实施方式的压电谐振器201的透视图。这个实施例的压电谐振器201与图10A和10B所示的压电谐振器11相似，利用压电横向效应。不过，在这种压电谐振器201中，由具有长方形截面的压电陶瓷板202构成的压电谐振元件203与压电谐振器11的结构不同。也即压电陶瓷板202是沿着如箭号P所示的与其主表面平行的方向被极化的（见图24）。在压电陶瓷板202上，沿其两个边缘202a和202b形成谐振电极204和205。这个实施例的其它结构基本与压电谐振器11相同，因此省去了重复的叙述。

如上所述，压电陶瓷板202沿着谐振电极204和205互相连接的方向被极化，由此，当把交流电压加到谐振电极204和205上时，就可得到采用由压电横向效应所激发的宽度扩展振动方式的谐振器。同样是在这个实施例中，选择各长边长度对各短边长度之比b/a与图10A和10B所示的实施例中的相同。从而给出一个与图10A和10B所示之实施例相类似的采用宽度扩展振动方式的压电谐振器，该压电谐振器可由夹持元件206和207机械地夹住。

图25是表示本发明第九种实施方式压电谐振器210的透视图。这个实施例的压电谐振器210对应于图10A和10B所示压电谐振器11的改型。这种压电谐振器210与图10A和10B所示谐振器不同之处在于成长方体形状的压电陶瓷元件213有一厚度，明显地小于图10A和10B所示压电谐振器11中所用的压电陶瓷板13的厚度。构成压电谐振元件212的压电陶瓷元件213具有长方形截面形状，以和图10A和10B所示实例相同的方式选择其比值b/a，同时在与长方形截面平行的每个主表面上做成谐振电极14（在图25中未示出的另一侧上）。于是，按照本发明的具有长方形截面的振动器可以成长方体形状，其厚度大于它的长边长度b。

图26是表示本发明第十种实施方式振动器301的透视图，它由弹簧接头305和306所夹持。这个实施例的谐振器301由呈长方体状的压电陶瓷元件302所构成，具有各长边长度为b，各短边长度为a的长方形截面。这种压电陶瓷元件302沿着箭头P，即平行于长边的方向被极化。在压电陶瓷元件302的一对相对的侧面上分别形成谐振电极303和304。这些侧面位于短边上。

当把交流电压加到谐振电极303和304上时，振动器301按宽度扩展振动方式谐振，而且振动节点沿直线地出现在位于短边上的侧面上。换句话说，振动节点出现于沿压电陶瓷元件302的厚度方向，即垂直于长方形截面的方向伸展的直线区域中，谐振电极303和304垂直位置的一半的位置处。因此，很容易将振动器301的弹簧接头305和306机械地固定于上述直线的节点位置;这恰如图26所示那样。

从图26所示的振动器301可以清楚地看出，还可以不同于上述实施方式地用弹簧接头来固定本发明的振动器。而且在这种情况中，由于振动的节点位置沿着本实施例压电陶瓷元件302的厚度方向成直线地出现，在振动器301与弹簧接头305和306之间出现并不严重的应力集中，因此，振动器301几乎不会受到损害。

尽管上述各个实施例中振动器的材料均由压电陶瓷制得，但可以用任何表面出压电特性的材料，如石英晶体的压电单晶、LiTaO₃或LiNbO₃或者表现压电性能的聚合物来代替压电陶瓷。另外，还可由本身并不表现压电性能，但其上形成有压电材料层的半导体片或者金属板来做成电片。

虽然图23表示了双振动式压电滤波器，但本发明也可用于单振动式的压电滤波器。

虽然已对本发明做了详细的叙述和说明，但可以清楚地理解，这只是图示和举例的方式而非限制的方式;本发明的精神和范围只能由所附权利要求的范围来限定。

另外，尽管上面描述的实施方式采用了宽度扩展振动方式的基波，但在使用奇次谐波，如三次谐波、五次谐次或者类似谐波的情况下，可获得同样的良好效果;这样的谐波可用于上面所叙述的各实施例中。

Claims (19)

1、一种具有长方形截面、采用宽度扩展振动方式的振动器，它有一对短边和一对长边，所述各长边的长度与各短边长度之比b/a在下述值，即

b/a=n(-1.47σ+1.88)   ……(1)

的±10%范围内，其中a表示所述各短边的长度，b表示所述各长边的长度，σ表示构成所述振动器的材料的泊松比，n为整数。

2、一种采用宽度扩展振动方式的谐振器，还包括实际上连接到所述振动器至少一个短边的中央部分的支承元件。

3、一种如权利要求2所述的谐振器，其中所述具有长方形截面的振动器为压电谐振元件。

4、一种如权利要求3所述的谐振器，其中所述压电谐振元件具有沿其厚度方向被激化的压电陶瓷片和在所述压电陶瓷片的两个主表面上所形成的电极。

5、一种如权利要求4所述的谐振器，还包括连接到所述支承元件侧面上的夹持元件;支承元件相对地连接到所述振动器上。

6、一种如权利要求5所述的谐振器，还包括在所述夹持元件上形成的引线电极，所述引线电极与在所述压电陶瓷片上形成的电极电连接。

7、一种如权利要求2或5所述的谐振器，其中所述支承元件实质上连接到所述短边上的各谐振器侧面的中央部分。

8、一种如权利要求3所述的谐振器，其中所述压电谐振元件包括沿着垂直于其厚度方向被极化的压电陶瓷片，还包括以规定的距离排布于所述压电陶瓷片一个主表面上的第一电极和第二电极。

9、一种如权利要求8所述的谐振器，还包括连接到所述支承元件侧面上的夹持元件;支承元件相对地连接到所述振动器上。

10、一种如权利要求9所述的谐振器，还包括在所述夹持元件上所形成的引线电极，所述引线电极与在所述压电陶瓷片上形成的电极电连接。

11、一种如权利要求9所述的谐振器，其中所述支承元件实质上连到所述短边上的各谐振器侧面的中央部分。

12、一种如权利要求2所述的谐振器，其中所述支承元件和夹持元件装在所述振动器的各侧面上。

13、一种如权利要求12所述的谐振器，还包括分别粘贴到所述固定元件对上的第一衬垫和第二衬垫，形成封装所述振动器的长方形存储空间。

14、一种如权利要求13所述的谐振器，其中所述第一衬垫、第二衬垫以及所述夹持元件对都由单独的元件形成;由此，所述振动器被安排在具有开口的长方框形支承元件的所述开口中。

15、一种如权利要求14所述的谐振器，还包括：

第一和第二保护基板，它们叠放在所述谐振器和衬垫所构成的整体结构的上部和下部;

在所述夹持元件或保护基板与所述谐振器之间提供的形成腔室的元件，以确保使所述谐振器的振动部分振动的空间。

16、一种如权利要求15所述的谐振器，其中所述形成腔室的元件为长方框形元件。

17、一种如权利要求15所述的谐振器，它被做成片状件。

18、一种如权利要求1所述的振动器，其中所述具有长方形截面的振动器沿垂直于所述截面方向的厚度大于所述各长边的长度b。

19、一种如权利要求2所述的谐振器，其中所述具有长方形截面的振动器沿垂直于所述截面方向的厚度大于所述各长边的长度b。

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