JP3139274B2 - 幅拡がりモードを利用した振動体、共振子及び共振部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、断面が矩形の振動体、
及び共振子に関し、特に、幅拡がりモードを利用した振
動体、共振子及び共振部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、数１０ｋＨｚ〜２ＭＨｚ帯におい
ては、拡がり振動モードや輪郭すべり振動モードを利用
した圧電共振子が用いられている。

【０００３】しかしながら、上記いずれの振動モードを
利用した場合においても、圧電共振子の主面の中心点の
みがノード点であり、従って、圧電共振子を安定に保持
することが困難であった。上記のような圧電共振子は、
主面の中心にノード点が位置するため、該ノード点にお
いてばね端子を用いて保持する構造が採用されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、拡がり
振動モードや輪郭すべり振動モードを利用した従来の圧
電共振子は、板状の振動体を用いているものであるた
め、ばね端子により保持された場合、圧電共振子とばね
端子との接点に応力が集中し、圧電共振子にクラックが
生じるおそれがあった。

【０００５】さらに、振動のノード点が主面の中心に位
置していたため、上記ばね端子を用いた保持構造以外の
保持構造を選択することが困難であり、かつ圧電共振子
を用いた部品の小型化が困難であった。

【０００６】本発明の目的は、数百ｋＨｚ〜２ＭＨｚ帯
またはこれ以上の広範な周波数帯において用いるのに適
しており、さらに支持構造を簡略化することができ、応
力集中が生じにくく、かつ全体形状を小さくし得る可能
性も大きい振動体、共振子、及び共振部品を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の第１の発明は、上
記課題を達成するためになされたものであり、直方体状
の圧電体と、圧電体の外表面に形成された複数の共振電
極とを備え、前記圧電体の分極方向両側の一対の矩形の
面の短辺の長さをａ、長辺の長さをｂとし、前記圧電体
を構成している材料のポアソン比をσとしたときに、長
辺と短辺との長さの比ｂ／ａが、

【０００８】

【数３】

【０００９】を中心として±１０％の範囲内とされてお
り、前記複数の共振電極間に交流電圧が印加されたとき
に前記短辺方向を幅方向とする幅拡がりモードが励振さ
れる共振部を有する、幅拡がりモードを利用した振動体
である。第２の発明は、直方体状の圧電体と、圧電体の
外表面に形成された複数の共振電極とを備え、前記圧電
体の分極方向と平行に延び、前記共振電極が形成された
面を含む、互いに対向し合う一対の矩形面の短辺の長さ
をａ、長辺の長さをｂとし、前記圧電体を構成している
材料のポアソン比をσとしたときに、前記長辺と短辺と
の長さの比ｂ／ａが、

【数４】 を中心として±１０％の範囲内とされており、前記複数
の共振電極間に交流電圧が印加されたときに前記短辺方
向を幅方向とする幅拡がりモードが励振される共振部を
有する、幅拡がりモードを利用した振動体である。

【００１０】また、本発明のある特定的な局面によれ
ば、請求項３のように、上記断面が矩形の振動体のノー
ド点となる振動体の少なくとも一方の短辺略中央に連結
された支持部材をさらに備える、幅拡がりモードを利用
した共振子が提供される。

【００１１】また、本発明の別の特定的な局面によれ
ば、上記幅拡がりモードを利用した共振子と、前記共振
子を挟持するように、該共振子の上下に貼り合わされた
ケース基板と、前記共振子の振動する部分の振動を妨げ
ないための空間を確保するために前記ケース基板または
ケース基板と共振子との間に設けられた空洞形成手段と
を備える、幅拡がりモードを利用した共振部品が提供さ
れる。

【００１２】

【作用】本発明の振動体及び共振子は、上記のように幅
拡がりモードを利用したものである。幅拡がりモードと
は、後述の実施例から明らかなように、断面が矩形の振
動体の振動モードの１つであり、断面が正方形の振動体
の拡がりモード振動と、断面が矩形の振動体の幅モード
振動との間の振動姿態をとる振動モードである。

【００１３】本発明の特定的な局面では、請求項３に記
載のように、上記幅拡がりモードを利用した振動体にお
いて、振動のノード点が断面が矩形の振動体の主面中心
だけでなく、短辺の中央にも存在することに鑑み、上記
少なくとも一方の短辺中央に支持部材が連結されてい
る。

【００１４】従って、本発明の幅拡がりモードを利用し
た共振子では、振動体の少なくとも一方の短辺の中央に
支持部材を単に固着する又は一体に構成するだけで振動
体を支持することが可能とされているため、支持構造を
簡略化することができる。従って、従来の１〜２ＭＨｚ
帯で商品化されていた輪郭振動を利用した圧電共振子に
比べて、全体の寸法を小さくすることも可能となる。

【００１５】よって、従来存在しなかった幅拡がりモー
ドを利用した共振子を提供することができ、振動体の材
質を工夫することにより、従来得ることが困難であった
周波数帯の共振子を提供することができる。例えば、振
動体を圧電材料で構成した場合には、８００ｋＨｚ〜２
ＭＨｚ帯及びそれ以上の広範な周波数帯で有効なエネル
ギー閉じ込め型の圧電共振子を得ることができる。

【００１６】また、支持構造が簡略化されるので、上記
幅拡がりモードを利用した共振子の上下にケース基板を
固着し、該ケース基板またはケース基板と共振子との間
に空洞形成手段とを構成することにより、請求項４に記
載のように一体型のチップ型共振部品を容易に構成する
ことができる。

【００１７】

【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ本発明の実施
例を説明することにより、本発明を明らかにする。

【００１８】図２〜図４は、拡がりモード、幅拡がりモ
ード及び幅モードを説明するための振動体の振動姿態を
示す各略図的平面図である。本願発明者は、有限要素法
により、断面が矩形の振動体として矩形板状の振動体の
振動状態を、その短辺および長辺の長さを変化させて解
析した。長辺の長さｂの短辺の長さａに対する比ｂ／ａ
＝１の場合には、すなわち、振動体が正方形板の場合
は、図２に示すように拡がり振動モードの振動が強く励
振される。すなわち、図２に示す平面形状が正方形の振
動体１では、破線Ａで示す状態と、一点鎖線Ｂで示す状
態との間で振動が繰り返され、拡がりモードが強く励振
される。

【００１９】また、ｂ／ａを１よりかなり大きくした場
合、すなわちｂ／ａ＞＞１の場合には、図４に示すよう
に、矩形の振動体２が破線Ａで示す状態と、一点鎖線Ｂ
で示す状態との間で振動し、幅モード振動が強く励振さ
れることが確かめられた。

【００２０】これに対して、比＝ｂ／ａが１より大き
く、上記幅モードの振動が強く励振されるよりも小さい
場合には、図３に示す幅拡がりモードが強く励振される
ことがわかった。

【００２１】図３を参照して、比ｂ／ａを選択すること
により断面形状が矩形の振動体３では、一点鎖線Ａと破
線Ｂで示す姿態の間での振動が強く励振されることが分
かった。

【００２２】なお、上記幅拡がりモードは、公知の拡が
りモード及び幅モードの中間の振動モードと考えられる
ため、上述のように幅拡がりモードと命名したものであ
る。上記の知見に基づき、比ｂ／ａを特定の値に選択し
た圧電振動板を用いて圧電共振子を作製した。このよう
にして得られた圧電共振子を図１に示す。圧電共振子５
は、短辺側の長さがａであり、長辺の長さがｂである断
面形状が矩形の圧電セラミック板６の両主面の全面に電
極７，８を形成した構造を有する。圧電セラミック板６
は図示の矢印Ｐで示すように、厚み方向に一様に分極処
理されている。

【００２３】上記圧電共振子５において、ｂ／ａを種々
変更して上記幅拡がり振動モードを励振したところ、ｂ
／ａ＝−１．４７σ＋１．８８を満たす場合に、上記幅
拡がり振動モードがもっとも強く励振されることが確か
められた。この場合の圧電共振子５における変位分布
を、有限要素法により解析したところ、図５（ａ）に示
す結果が得られた。

【００２４】上記有限要素法により解析された変位分布
において、図５（ｂ）に示すように、圧電共振子５の主
面中央をＯとし、ｘ軸及びｙ軸を図示のように定義し、
各部分の変位状態を測定したところ、図６に示す結果が
得られた。すなわち、上記幅拡がりモードが励振されて
いる圧電共振子５においては、Ｘ軸方向に沿う位置で
は、変位量は中心Ｏと、図５ＢのＸ₁ すなわち短辺中央
において最も小さく、その中間において変位量が最も大
きくなることがわかる。このことは、幅拡がりモードを
利用した圧電共振子５では、ノード点が主面中心と、短
辺の中央とに位置することを意味する。従って、主面の
中心あるいは短辺の中央を他の支持部材によって支持す
ることにより、上記幅拡がりモードを阻害することなく
圧電共振子を支持し得ることがわかる。

【００２５】また、上記比ｂ／ａが−１．４７σ＋１．
８８を満たす場合だけでなく、その整数倍の場合にも、
短辺の中央がノード点となる同様の幅拡がりモードが励
振されることが確かめられた。これを、図１７を参照し
て説明する。図１７（ａ）は、式（１）におけるｎ＝２
の場合の振動体の変位分布を有限要素法により解析した
図であり、該図から同様に幅拡がりモードの振動が励振
されることがわかる。

【００２６】また、図１７（ｂ）は、ｎ＝２の場合の振
動体の両短辺中央に支持部材を連結し、さらにその外側
に保持部を設けた共振子の変位分布を有限要素法により
調べたものである。図１７（ｂ）から明らかなように、
支持部間の振動体が幅拡がりモードで励振されており、
かつ支持部材側には変位がほとんど伝播していないこと
がわかる。

【００２７】また、上記比ｂ／ａは、圧電共振子５のポ
アソン比と関係することが確かめられた。すなわち、振
動体のポアソン比を変化させて、上記幅拡がり振動モー
ドが励振される場合の比ｂ／ａを測定し、上記ｂ／ａの
値をプロットしたところ図７に示す結果が得られた。従
って、図７の直線で示されるように、

【００２８】

【数５】

【００２９】を満たすように、上記比ｂ／ａを選択する
ことにより、幅拡がり振動モードを確実に励振し得るこ
とがわかった。

【００３０】さらに、上記比ｂ／ａが、式（１）を満た
す場合にのみ幅拡がり振動モードが強く励振されるので
はなく、上記式（１）から若干ずれた場合でも幅拡がり
振動モードが強く励振されることがわかったので、ポア
ソン比σ＝０．３２４の圧電セラミック板を用い、幅拡
がり振動モードの励振の有無を比ｂ／ａを変化させて確
かめた。すなわち、図５（ｂ）における点Ｘ₁ における
変位量をＤ（Ｘ₁ ）、幅拡がりモードにおいて変位量が
最も大きくなる点Ｃ（図５参照）の変位量をＤ（Ｃ）と
し、点Ｘ₁ の点Ｃに対する相対変位Ｄ（Ｘ₁ ）／Ｄ
（Ｃ）を測定した。結果を、図８に示す。

【００３１】図８から明らかなように、ポアソン比σ＝
０．３２４の場合、比ｂ／ａ＝１．２６〜１．５４の範
囲内であれば相対変位が±１０％以内であることがわか
る。そこで、上記のように比ｂ／ａが最適の値から±１
０％以内となるように図１に示した圧電共振子５を複数
種作製し、短辺中央部に支持部材を連結して共振特性を
測定した。その結果、上記のように相対変位が１０％以
内の場合には、幅拡がりモードが良好に閉じ込められる
ことが確かめられた。

【００３２】従って、図９に示すように、上記比ｂ／ａ
は、式（１）を満たす点を中心として±１０％の範囲内
に設定されれば、上記幅拡がり振動モードが良好に励振
され得ることがわかる。

【００３３】図１０（ａ）及び（ｂ）は、上記の知見に
基づいて製作された本発明の一実施例に係る幅拡がりモ
ードを利用した圧電共振子を示す平面図及び正面図であ
る。圧電共振子１１は、断面が矩形の振動体として、矩
形板状の圧電共振部１２を有する。圧電共振部１２は、
断面形状が矩形であり、厚み方向に一様に分極処理され
た圧電セラミック板１３の両主面の全面に共振電極１
４，１５を形成した構造を有する。また、上記圧電共振
部１２の幅拡がり振動モードで励振された際のノード点
である短辺中央には、支持部材１６，１７が連結されて
いる。そして、支持部材１６，１７の外側端部には、そ
れぞれ、保持部１８，１９が連結されている。

【００３４】なお、本実施例では、上記支持部材１６，
１７及び保持部１８，１９は、圧電セラミック板１３と
一体に形成されている。すなわち、矩形の圧電セラミッ
ク板を用意し、図１０（ａ）に示した形状となるように
機械加工することにより形成されている。もっとも、上
記支持部材１６，１７及び保持部１８，１９は、圧電共
振部１２と別体の部材で構成されてもよく、接着等の適
宜の方法により図示のように連結したものであってもよ
い。

【００３５】上記共振電極１４，１５は、それぞれ、支
持部材１６，１７の一方面に形成された引出し導電部１
４ａ，１５ａにより、保持部１８，１９の一方主面に形
成された端子電極２０，２１に電気的に接続されてい
る。

【００３６】本実施例の圧電共振子１１では、端子電極
２０，２１から交流電圧を印加することより、上記圧電
共振部１２が幅拡がりモードで励振される。この場合、
図１１に示す本実施例の圧電共振子１１における変位分
布から明らかなように、圧電共振部１２の短辺中央部分
は殆ど振動せず、圧電共振部１２の短辺の中央部が振動
のノード点を構成するため、上記支持部材１６，１７が
連結されていたとしても、幅拡がりモードの振動は阻害
され難い。よって、支持部材１６，１７間に上記幅拡が
りモードに基づく振動を効果的に閉じ込めることができ
る。

【００３７】また、圧電セラミック板を用いて上記圧電
共振部１２の大きさを、幅２．５ｍｍ×長さ３．５ｍｍ
とした場合には共振周波数は８００ｋＨｚ、幅１．０ｍ
ｍ×長さ１．４ｍｍとしたときには２ＭＨｚとなるの
で、８００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ帯で使用するのに適したエ
ネルギー閉じ込め型の圧電共振子を構成し得ることがわ
かった。

【００３８】もっとも、上記共振周波数については、他
の材料で圧電共振部を構成した場合には、当然、有効な
周波数帯域は変わる。従って、共振部１２を様々な圧電
材料で構成することにより、様々な周波数帯域で用いる
のに適したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子１１を得
ることができる。

【００３９】図１２は本発明の他の実施例に係るエネル
ギー閉じ込め型の圧電共振子を示す。本実施例では、図
１に示した圧電共振子５の両主面の電極７，８に、図示
のように支持部としての金属端子２２，２３が半田（実
施せず）により接合されている。この場合、圧電共振子
５は、上記のように幅拡がりモードを強く励振し得るよ
うに比ｂ／ａが選択されている。従って、圧電共振子５
では、主面の短辺側中央が振動のノード点を構成する
が、上記金属端子２２，２３は、このノード点付近に上
記半田により接合されている。よって、本実施例の圧電
共振子においても支持部材としての金属端子２２，２３
を図示のように接合したとしても、圧電共振子５におい
て励振された幅拡がりモードの振動が阻害され難い。

【００４０】図１３は、本発明のさらに他の実施例に係
るエネルギー閉じ込め型の圧電共振子を示す。圧電共振
子３１は、第１の実施例と同様に、断面が矩形の振動体
としての圧電共振部３２を有する。もっとも、圧電共振
部３２では、圧電板３２ａの上面において、長辺側の端
縁に沿うように、一対の共振電極３２ｂ，３２ｃが形成
されている。なお、圧電板３２ａは、図示の矢印Ｐ方向
すなわち共振電極３２ｂから共振電極３２ｃに向かう方
向に分極処理されている。また、本実施例においても、
圧電共振部３２の長辺の長さｂの短辺の長さａに対する
比ｂ／ａは、式（１）を満たす点を中心として±１０％
以内の範囲内に設定されている。

【００４１】従って、共振電極３２ｂ，３２ｃ間に交流
電圧を印加することにより、幅拡がりモードによって圧
電共振部３２が振動する。この場合、圧電共振部３２の
変位方向は、印加される電界と平行であるため、圧電縦
効果を利用した圧電共振子となる。

【００４２】また、本実施例の圧電共振子３１において
も、上記幅拡がりモードで共振する圧電共振部３２の振
動のノード点に支持部材３６，３７が連結されており、
支持部材３６，３７の外側端部に保持部３８，３９が連
結されている。なお、図１３において、３４ａ，３５ａ
は引出し導電部を、４０，４１は端子電極を示す。

【００４３】図１３に示した実施例から明らかなよう
に、本発明の幅拡がりモードを利用した共振子は、圧電
横効果を利用したものだけでなく、圧電縦効果を利用し
たものにも適用することができる。

【００４４】なお、上述してきた説明では、本発明で用
いられる断面が矩形の振動体として、圧電体からなるも
のを例にとり説明したが、本発明は、上記のように断面
が矩形の振動体において比ｂ／ａを特定の範囲に選択す
ることにより、上述した幅拡がりモードを励振させ、幅
拡がりモードの振動のノード点か短辺中央に位置するこ
とに鑑み、該短辺中央に支持部材を連結したことに特徴
を有するものである。従って、使用する振動体として
は、圧電体以外の他の振動体であってもよい。

【００４５】さらに、本発明の共振子では、振動体と連
結された支持部材の外側に、さらに動吸振部を設け、動
吸振現象により漏洩してきた振動を打ち消すように構成
してもよい。このような例を、図１４に示す。

【００４６】図１４に示す圧電共振子４２は、第１の実
施例（図１０に示した実施例）の圧電共振子１１を変形
したものに相当する。相当の部分については、相当の参
照番号を付することにより、その説明は省略する。

【００４７】圧電共振子４２では、支持部材１６，１７
の外側端に、一対の動吸振部４３，４４が構成されてお
り、動吸振部４３，４４の外側の側面中央に連結部材４
５，４６が連結され、連結部材４５，４６の外側端が保
持部１８，１９に連結されている。すなち、図１０に示
した圧電共振子１１に比べて、上記一対の動吸振部４
３，４４及び連結部材４５，４６が挿入された構造を有
する。動吸振部４３，４４は、公知の動吸振現象によ
り、漏洩してきた振動を打ち消すために設けられてい
る。すなわち、動吸振部４３，４４は、動吸振現象によ
って、漏洩してきた振動を受けて振動するように構成さ
れており、それによって共振部１２側から漏洩してきた
振動を打ち消すように作用する。

【００４８】図１５及び図１６は、本発明の他の実施例
に係るチップ型の共振部品を説明するための分解斜視図
及び斜視図である。本実施例は、図１０に示した幅拡が
りモードを利用した圧電共振子１１を用いて構成されて
いる。すなわち、圧電共振子１１の側方に、圧電共振子
１１と同等の厚みを有するスペーサー５１，５２を貼り
合わせることにより、共振プレート５３が構成されてい
る。

【００４９】上記スペーサー５１，５２は、略コの字状
の平面形状を有し、両端において、圧電共振子１１の保
持部１８，１９に連結されて一体化されている。スペー
サー５１，５２は、任意の絶縁性材料から構成すること
ができ、例えばアルミナ等の絶縁性セラミックスあるい
は合成樹脂等により構成することができる。

【００５０】共振プレート５３の上下には、空洞形成手
段としての矩形枠状の空洞形成部材５４，５５が配置さ
れ、該空洞形成部材５４，５５を介してケース基板５
６，５７が共振プレート５３の上下に絶縁性接着剤を用
いて貼り合わされる。

【００５１】空洞形成部材５４，５５は、圧電共振子１
１の振動部分すなわち圧電共振部１２の振動を妨げない
ために配置されている。従って、空洞形成部材５４，５
５の開口５４ａ，５５ａの大きさ及び空洞形成部材５
４，５５の厚みは、上記の観点から選ばれる。

【００５２】空洞形成部材５４，５５は、絶縁性樹脂フ
ィルム、例えばポリエチレンテレフタレートフィルムや
シート状接着剤等から構成することができるが、その他
任意の絶縁性材料で構成することができる。

【００５３】また、ケース基板５６，５７は、アルミナ
等の絶縁性セラミックスあるいは合成樹脂等の適宜の合
成材料から構成することができ、該ケース基板５６，５
７により空洞形成部材５４，５５を介して共振プレート
５３を挟持し、一体化することにより、図１６に示すチ
ップ型共振部品６０が構成される。

【００５４】また、チップ型共振部品６０では、ケース
基板５６，５７を貼り合わせることにより一体化された
積層体６１の両端面に、外部電極６２，６３が形成され
ている。外部電極６２，６３は、導電性材料を、めっ
き、蒸着もしくはスパッタリング等により付与すること
により形成される。

【００５５】さらに、チップ型共振部品６０をプリント
回路基板等に実装する際に、回路基板上の導電パターン
との電気的接続を容易とするために、外部電極６２，６
３は、上記積層体の両端面だけでなく、図示のように上
面及び下面にも至るように形成することが好ましい。外
部電極６２，６３を積層体の上面及び下面にも位置する
ように形成することを容易とするために、本実施例で
は、図１５に示されているようにケース基板５６の上面
にあらかじめ電極５６ａ，５６ｂが形成されている。特
に図示はしないが、ケース基板５７の下面にも、同様に
一対の電極が形成されている。

【００５６】もっとも、上記のように電極５６ａ，５６
ｂは必ずしもあらかじめ形成せずともよく、上記積層体
を得た後に、外部電極材料を上面及び下面にも至るよう
に付与することにより形成してもよい。

【００５７】また、本実施例では、空洞形成部材５４，
５５として別部材を用意したが、ケース基板５６の下面
に開口５４ａの平面形状に応じた平面形状を有する凹部
を形成し、同様にケース基板５７の上面に空洞形成部材
５５の開口５５ａと同様の平面形状を有する凹部を形成
し、それによって圧電共振子１１の振動部分の振動を妨
げないための空洞を形成してもよい。この場合には、凹
部の深さを調整することにより、上記空洞形成部材５
４，５５の使用を省略することができる。

【００５８】さらに、空洞形成部材５４，５５や上記の
ように凹部を形成せずに、絶縁性接着剤をケース基板５
６の下面及びケース基板５７の上面に矩形枠状に塗布
し、該絶縁性接着剤の厚みを制御することにより、圧電
共振子１１の共振部１２の振動を妨げないための空洞を
形成してもよい。この場合には、ケース基板５６，５７
を共振プレート５３に貼り合わせるための絶縁性接着剤
が、本発明の空洞形成手段をも兼ねることになる。

【００５９】なお、図１５及び図１６では、図１０に示
した圧電共振子１１を用いたが、例えば図１３に示した
圧電共振子３１のような請求項１に記載の発明に係る幅
拡がりモードを利用した他の共振子を用いてもよく、同
様にチップ型の共振部品を容易に構成することができ
る。

【００６０】図１６に示した上記チップ型圧電共振部品
６０では、圧電共振子１１が、スペーサ板５１，５２と
絶縁性接着剤を用いて接合されている（図１５参照）。
従って、図１５の矢印Ａで示す接合部分において、接着
不良が生じている場合には、密閉性が損なわれる。すな
わち、圧電共振子１１の共振部１２が構成されている部
分の密封性が損なわれる。密封性が損なわれた場合、チ
ップ型圧電共振部品における耐湿性などの特性が低下す
る。

【００６１】次に、上記のような耐湿性の問題を克服し
得る実施例を、図１８〜図２１を参照して説明する。図
１８は、本発明のさらに他の実施例に係るチップ型圧電
共振部品を説明するための分解斜視図であり、図１５に
相当する図である。図１８に示すチップ型圧電共振部品
では、図１５に示されていた圧電共振子１１及びスペー
サ５１，５２に代えて、外形が矩形板状の圧電共振子１
１１が用いられている。その他の構造、すなわち空洞形
成部材５４，５５及び保護基板５６，５７については、
図１５に示した実施例と同様であるため、同一の参照番
号を付することにより、前述した説明を援用することに
より省略する。

【００６２】圧電共振子１１１は、図１９に斜視図で示
す圧電セラミック板１１２を用いて構成されている。す
なわち、１枚の矩形の圧電セラミック板を、例えばレー
ザによるエッチングや機械加工により図１９に示す形状
に加工し、それによって圧電セラミック板１１２を得
る。圧電セラミック板１１２では、開口１１３ａを有す
る矩形枠状の支持部１１３と、共振部を構成する圧電セ
ラミック板部分１１４が一体化されている。そして、上
記圧電セラミック板１１２に、圧電共振子１１と同様に
電極を形成することにより、図２０に示す上記圧電共振
子１１１が得られる。もちろん、予め電極が形成された
基板を加工して、図２０に示す圧電共振子１１１が得ら
れる場合もある。

【００６３】言い換えれば、圧電共振子１１１は、図１
５に示した圧電共振子１１と、スペーサ板５１，５２と
を一体化した構造に相当する。従って、圧電共振子１１
１における共振部及び電極等については、圧電共振子１
１と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。

【００６４】図１８に示した圧電共振子１１１は、上記
１枚の圧電セラミック板１１２を用いて構成されてい
る。従って、図１５で示した実施例では、矢印Ａで示し
た接合部分により耐湿性が劣化するおそれがあったのに
対し、本実施例のチップ型圧電共振部品では、共振部の
側方に上記のような接合部が存在しないため、耐湿性が
効果的に高められる。

【００６５】図２１は、図１８に示した圧電共振子１１
１、空洞形成部材５４，５５及び保護基板５６，５７を
積層して得られたチップ型圧電共振部品の斜視図であ
る。チップ型圧電共振部品１２０では、上記各部材を貼
り合わせることにより得られた積層体１２１の一対の端
面を覆うように外部電極１２２，１２３が形成されてい
る。従って、他のチップ型電子部品と同様にプリント回
路基板などに面実装することができる。

【００６６】図２２は、前述した圧電共振子１１１の変
形例を示す。ここでは、圧電共振子１３１は、矩形枠状
の支持部材１３２と、該矩形枠状の支持部材１３２と一
体に構成された圧電共振子部分１３３とを有する。圧電
共振子部分１３３は、前述した図１３に示した圧電共振
子３１と同様に構成されている。従って、共振部等の構
成については、圧電共振子３１と同一であるため、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。

【００６７】圧電共振子１３１においても、矩形枠状の
支持部１３２と圧電共振子部分１３３とが一体化されて
いるため、図１８及び図２０に示した圧電共振子１１１
と同様に、チップ型圧電共振部品を構成した場合、該チ
ップ型圧電共振部品の耐湿性を効果的に高め得る。

【００６８】前述してきた実施例では、圧電共振子に、
幅拡がりモードを利用した共振部が１個形成されてい
る。しかしながら、本発明は、幅拡がりモードを利用し
た共振部が複数形成されている圧電共振子にも適用され
る。このような例を、図２３を参照して説明する。図２
３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、上記のような圧電共
振子の平面図及び圧電セラミック板を透かして下方の電
極形状を示した模式的平面図である。

【００６９】圧電共振子１４１は、２重モード圧電フィ
ルタを構成するためのものであり、幅拡がり振動モード
を利用した第１，第２の圧電共振子ユニット１４２，１
４３を有する。圧電共振ユニット１４２，１４３は、厚
み方向に一様に分極処理された矩形の圧電セラミック板
部分の一方主面に共振電極を構成するための電極１４２
ａ，１４３ａを形成し、下面にアース電極として機能す
る電極１４２ｂ，１４３ｂを形成した構造を有する。

【００７０】第１，第２の圧電共振ユニット１４２，１
４３は、それぞれ、幅拡がり振動モードで励振される
が、その振動のノード点同士が連結材１４４により連結
されている。また、下面においては、電極１４２ｂと１
４３ｂとが、連結部材の下面に形成された接続導電部に
より相互に電気的に接続されている。従って、電極１４
２ａまたは１４３ａを入力電極もしくは出力電極とし、
下面の電極１４２ｂ，１４３ｂをアース電極として用い
ることにより、対称モード及び非対称モードを利用した
２重モード圧電フィルタが構成される。

【００７１】本実施例は、上記２個の圧電共振ユニット
１４２，１４３を用いたことに特徴を有し、その他の点
については、圧電共振子１１と同様に構成されている。
すなわち、第１，第２の圧電共振ユニット１４２，１４
３の外側には、それぞれ、支持部材を介して矩形枠状の
支持部１４７に連結されている。従って、矩形枠状の支
持部１４７の開口１４７ａ内に、第１，第２の圧電共振
ユニット１４２，１４３が配置されている。

【００７２】また、これら開口１４７ａ内に配置された
第１，第２の圧電共振ユニット１４２，１４３等は、支
持部１４７と一体に構成されている。すなわち、一枚の
圧電セラミック板を機械加工することにより、あるいは
エッチングすることにより図示のように平面形状を有す
る一体の部材が得られている。

【００７３】図２４は、本発明のさらに別の実施例の圧
電共振子を示す斜視図である。本実施例の圧電共振子２
０１は、図１０に示した圧電共振子１１と同様に、圧電
横効果を利用したものである。もっとも、圧電共振子２
０１では、断面形状が矩形の圧電セラミック板２０２を
用いて構成された圧電共振部２０３の構造が、圧電共振
子１１とは異ならされている。すなわち、圧電セラミッ
ク板２０２は、主面と平行な方向矢印Ｐ（図２４参照）
に分極処理されている。そして、圧電セラミック板２０
２の上面において、両端縁２０２ａ，２０２ｂに沿うよ
うに共振電極２０４，２０５が形成された構造を有す
る。その他の構造については、圧電共振子１１とほぼ同
様であるため、圧電共振子１１の説明を援用することに
より省略する。

【００７４】上記のように、共振電極２０４と共振電極
２０５とを結ぶ方向に、圧電セラミック板２０２が分極
処理されているため、共振電極２０４，２０５間に交流
電圧を印加することにより圧電横効果により励振される
幅拡がりモードを利用した共振子が提供される。本実施
例においても、圧電セラミック板２０２は、前述した実
施例と同様に、長辺と短辺との比ｂ／ａが図１０に示す
実施例と同じような関係に選ばれている。よって、図１
０に示した実施例と同様に、幅拡がりモードを利用した
圧電共振子が提供され、保持部２０６，２０７を用いて
機械的に保持することができる。

【００７５】図２５は、本発明のさらに他の実施例にか
かる圧電共振子を示す斜視図である。本実施例の圧電共
振子２１０は、図１０に示した圧電共振子１１の変形例
に相当する。異なる点は、図１０に示した圧電共振子１
１では、圧電セラミック板１３が用いられていたが、圧
電共振子２１０では、圧電セラミック板１３よりも厚み
がかなり厚い直方体状の圧電セラミックス２１３が用い
られていることにある。すなわち、圧電共振部２１２を
構成している圧電セラミックス２１３は、比ｂ／ａが図
１０に示した実施例と同様に選ばれている矩形の断面形
状を有し、該矩形の断面に平行な主面に共振電極１４
（他方側の共振電極は図示されず）が形成されている。
このように、本発明においては、断面が矩形の振動体
は、該矩形の長辺ｂよりも大きな厚みを有する直方体状
の形状を有していてもよい。

【００７６】図２６は、本発明のさらに他の実施例にか
かる振動体をばね端子により保持した構造を示す斜視図
である。本実施例の振動体３０１は、直方体状の圧電セ
ラミックス３０２を用いて構成されている。圧電セラミ
ックス３０２は、長辺がｂ、短辺がａの矩形の断面を有
する直方体の形状を有する。また、圧電セラミックス３
０２は、図示の矢印Ｐ方向、すなわち上記長辺と平行な
方向に分極処理されている。また、共振電極３０３，３
０４が圧電セラミックス３０２の対向し合っている一対
の側面に形成されている。この側面は、上記短辺側に位
置している側面である。

【００７７】振動体３０１においては、共振電極３０
３，３０４から交流電圧を印加することにより幅拡がり
モードで共振され、その場合の振動のノード部は、短辺
側の側面において直線状に現れる。すなわち、共振電極
３０３，３０４の１／２の高さ位置において、圧電セラ
ミックス３０２の厚み方向（矩形の断面と直交する方
向）に延びる直線状の領域に振動のノード部が現れる。
よって、図２６に示されているように、上記直線状のノ
ード部において、ばね端子３０５，３０６を用いて容易
に機械的に保持することができる。

【００７８】図２６に示した振動体３０１から明らかな
ように、本発明の振動体は、上述した各実施例とは異な
り、ばね端子により保持することも可能であり、その場
合であっても、振動のノード部が本実施例では、圧電セ
ラミックス３０２の厚み方向に沿って直線状に現れるた
め、振動体３０１とばね端子３０５，３０６との間の応
力集中はさほど大きくなく、従って振動体３０１にクラ
ックが生じるおそれは非常に少ない。

【００７９】前述した各実施例では、振動体の材料とし
て圧電セラミックスを用いたが、圧電性を示す材料であ
れば任意の材料を使用することができる。例えば、水
晶、ＬｉＴａＯ₃ もしくはＬｉＮｂＯ₃ などからなる圧
電単結晶や圧電性を示す高分子材料を用いてもよい。ま
た、それ自身が圧電性を示さない半導体や金属板の上
に、圧電材料を形成して、上記圧電体と同様に機能させ
てもよい。

【００８０】また、図２３では二重モード圧電フィルタ
を示したが、シングルモード圧電セラミックスにも本発
明を適用することができる。さらに、各実施例はすべて
幅拡がりモードの基本波について示したが、３倍、５倍
奇数次の高周波でも同様に中央と短辺中心がノード点と
なるので、高い周波数のときに用いることができる。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、断面矩形の振動体にお
いて、該矩形の長辺の長さｂと短辺の長さａとの間の比
ｂ／ａが上記特定の範囲に選択されているため、幅拡が
りモードが有効に励振される。この幅拡がりモードの振
動は、上記矩形の短辺中央にノード点を有するため、例
えば請求項３に記載のように、支持部材を短辺中央に連
結することにより、該支持部材により上記幅拡がりモー
ドの振動を妨げることなく支持することのできる共振子
を提供することができる。

【００８２】よって、従来存在しなかった幅拡がりモー
ドを利用した共振子を提供することができ、振動体の材
質を工夫することにより、従来得ることが困難であった
周波数帯の共振子を提供することができる。例えば、振
動体を圧電セラミックスで構成した場合には、８００ｋ
Ｈｚ〜２ＭＨｚ帯あるいはそれ以上の周波数帯で有効な
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。

【００８３】しかも、本発明の幅拡がりモードを利用し
た共振子では、上記支持部材が、上記矩形の短辺中央に
連結されているため、支持構造の簡略化を果たすことが
できるため、従来の１〜２ＭＨｚ帯で商品化されていた
輪郭振動を利用した圧電共振子に比べて、全体寸法を小
さくすることができる。

【００８４】さらに、支持構造を簡略化し得るため、請
求項４に記載の発明のように、上下からケース基板を貼
り合わせて積層し、一体化することにより、チップ型共
振部品を容易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例において用いられる振動体を
説明するための斜視図。

【図２】拡がりモードを説明するための略図的平面図。

【図３】幅拡がりモードを説明するための略図的平面
図。

【図４】幅モードを説明するための略図的平面図。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は、幅拡がりモードの有限要
素法により解析された変位分布を示す図及び（ａ）にお
ける座標を説明するための図。

【図６】図５に示す変位分布におけるｘ方向に沿った位
置と変位量との関係を示す図。

【図７】ポアソン比と幅拡がりモードを励振させる寸法
比ｂ／ａとの関係を示す図。

【図８】比ｂ／ａと図５に示した変位分布における相対
変位量との関係を示す図。

【図９】ポアソン比と比ｂ／ａとの関係を示す図。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例に係
る幅拡がり振動モードを利用した圧電共振子を示す平面
図および正面図。

【図１１】図１０に示した圧電共振子の変位分布を示す
図。

【図１２】本発明の他の実施例に係る幅拡がりモードを
利用した圧電共振子を示す斜視図。

【図１３】本発明のさらに他の実施例に係る幅拡がりモ
ードを利用した圧電共振子を示す平面図。

【図１４】本発明のさらに他の実施例に係る幅拡がりモ
ードを利用した圧電共振子を示し、動吸振部を有する圧
電共振子を示す平面図。

【図１５】本発明の実施例に係るチップ型共振部品の分
解斜視図。

【図１６】チップ型共振部品を示す斜視図。

【図１７】（ａ）及び（ｂ）は、式（１）におけるｎ＝
２の場合の振動体の変位分布及び該振動体を用いて構成
された共振子の変位分布を示す各図。

【図１８】本発明の他の実施例に係る圧電共振子を用い
たチップ型圧電共振部品を説明するための分解斜視図。

【図１９】図１８で用いられている圧電共振子において
採用されている圧電セラミック板を示す斜視図。

【図２０】圧電共振子を示す斜視図。

【図２１】図１８に示したチップ型圧電共振部品の外観
を示す斜視図。

【図２２】矩形枠状の支持部材と一体化された圧電共振
子の他の例を説明するための斜視図。

【図２３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明のさらに他の実
施例に係る圧電共振子としての圧電フィルタを示す平面
図及び圧電セラミック板を透かして下方の電極形状を示
した模式的平面図。

【図２４】本発明のさらに他の実施例の圧電共振子を示
す斜視図。

【図２５】本発明のさらに別の実施例にかかる圧電共振
子を示す斜視図。

【図２６】本発明のさらに別の実施例を示し、圧電共振
子をばね端子をばね端子により保持した構造を示す斜視
図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/00 - 9/215

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直方体状の圧電体と、圧電体の外表面に
   形成された複数の共振電極とを備え、前記圧電体の分極
   方向両側の一対の矩形の面の短辺の長さをａ、長辺の長
   さをｂとし、前記圧電体を構成している材料のポアソン
   比をσとしたときに、前記長辺と短辺との長さの比ｂ／
   ａが、 【数１】 を中心として±１０％の範囲内とされており、前記複数
   の共振電極間に交流電圧が印加されたときに前記短辺方
   向を幅方向とする幅拡がりモードが励振される共振部を
   有する、幅拡がりモードを利用した振動体。
2. 【請求項２】 直方体状の圧電体と、圧電体の外表面に
   形成された複数の共振電極とを備え、前記圧電体の分極
   方向と平行に延び、前記共振電極が形成された面を含
   む、互いに対向し合う一対の矩形面の短辺の長さをａ、
   長辺の長さをｂとし、前記圧電体を構成している材料の
   ポアソン比をσとしたときに、前記長辺と短辺との長さ
   の比ｂ／ａが、 【数２】 を中心として±１０％の範囲内とされており、前記複数
   の共振電極間に交流電圧が印加されたときに前記短辺方
   向を幅方向とする幅拡がりモードが励振される共振部を
   有する、幅拡がりモードを利用した振動体。
3. 【請求項３】 請求項１，２に記載の前記振動体の少な
   くとも一方の前記短辺略中央に連結された支持部材をさ
   らに備える、幅拡がりモードを利用した共振子。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の幅拡がりモードを利用
   した共振子と、 前記共振子を挟持するように、該共振子の上下に貼り合
   わされたケース基板と、 前記共振子の振動する部分の振動を妨げないための空間
   を確保するために前記ケース基板またはケース基板と共
   振子との間に設けられた空洞形成手段とを備える、幅拡
   がりモードを利用した共振部品。