JP2003332875A - 複合材料振動装置 - Google Patents
複合材料振動装置Info
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Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動を妨げないための空間を必要としない、
小型でかつ安価な複合材料振動装置を提供する。 【解決手段】 第1の音響インピーダンス値Z1を有す
る材料からなる板状態を用いて構成された板状の圧電共
振素子2の上面及び下面の少なくとも一方に、第1の音
響インピーダンス値Z1よりも低い第2の音響インピー
ダンス値Z2を有する材料からなる反射層が積層されて
おり、反射層の外側に、第2の音響インピーダンス値Z
2よりも大きな第3の音響インピーダンス値Z3を有する
材料からなる保持部材が積層されており、上記圧電共振
素子に、反射層3,5及び保持部材4,6からなる積層
体の外表面に励振電極に電気的に接続されるように外部
電極7,8が形成されており、反射層3,5と保持部材
4,6との界面において、圧電共振素子2から反射層
3,5に伝播してきた振動が反射されるように構成され
ている、複合材料振動装置1。
小型でかつ安価な複合材料振動装置を提供する。 【解決手段】 第1の音響インピーダンス値Z1を有す
る材料からなる板状態を用いて構成された板状の圧電共
振素子2の上面及び下面の少なくとも一方に、第1の音
響インピーダンス値Z1よりも低い第2の音響インピー
ダンス値Z2を有する材料からなる反射層が積層されて
おり、反射層の外側に、第2の音響インピーダンス値Z
2よりも大きな第3の音響インピーダンス値Z3を有する
材料からなる保持部材が積層されており、上記圧電共振
素子に、反射層3,5及び保持部材4,6からなる積層
体の外表面に励振電極に電気的に接続されるように外部
電極7,8が形成されており、反射層3,5と保持部材
4,6との界面において、圧電共振素子2から反射層
3,5に伝播してきた振動が反射されるように構成され
ている、複合材料振動装置1。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響インピーダン
スが異なる複数の材料部分が結合された複合材料振動装
置に関し、例えば、圧電素子などの振動素子に、音響イ
ンピーダンスが異なる複数の材料層が積層されている複
合材料振動装置に関する。
スが異なる複数の材料部分が結合された複合材料振動装
置に関し、例えば、圧電素子などの振動素子に、音響イ
ンピーダンスが異なる複数の材料層が積層されている複
合材料振動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、圧電共振子や圧電フィルタを構成
する圧電共振部品として、圧電素子の上下にケース基板
を積層した構造のものが広く用いられている。この場
合、圧電素子の圧電振動部の振動を妨げないための空間
を積層体内に形成しなければならない。従って、積層さ
れるケース基板の圧電素子側の面に空洞形成用凹部を形
成する方法、あるいは圧電素子にケース基板を貼り合わ
せるにあたり、空洞を形成するために接着剤塗布エリア
を空洞を除いた領域とする方法などが用いられていた。
する圧電共振部品として、圧電素子の上下にケース基板
を積層した構造のものが広く用いられている。この場
合、圧電素子の圧電振動部の振動を妨げないための空間
を積層体内に形成しなければならない。従って、積層さ
れるケース基板の圧電素子側の面に空洞形成用凹部を形
成する方法、あるいは圧電素子にケース基板を貼り合わ
せるにあたり、空洞を形成するために接着剤塗布エリア
を空洞を除いた領域とする方法などが用いられていた。
【0003】上記のように、従来の積層型の圧電共振部
品では、圧電振動部の振動を妨げないための空洞を形成
しなければならず、そのため小型化が困難であった。ま
た、コストを削減することが困難であった。
品では、圧電振動部の振動を妨げないための空洞を形成
しなければならず、そのため小型化が困難であった。ま
た、コストを削減することが困難であった。
【0004】他方、特開平10−270979号公報に
は、空洞を有しない積層構造のバルク型音波フィルタが
開示されている。図16に示すように、バルク型音波フ
ィルタ211では、基板212上に多数の膜を積層する
ことにより圧電フィルタが構成されている。
は、空洞を有しない積層構造のバルク型音波フィルタが
開示されている。図16に示すように、バルク型音波フ
ィルタ211では、基板212上に多数の膜を積層する
ことにより圧電フィルタが構成されている。
【0005】すなわち、この積層構造中には、圧電層2
13が形成されており、圧電層213の上面及び下面に
電極214,215が積層されて、圧電共振子が構成さ
れている。
13が形成されており、圧電層213の上面及び下面に
電極214,215が積層されて、圧電共振子が構成さ
れている。
【0006】上記圧電共振子の下面には、シリコンやポ
リシリコンなどの膜を積層することにより、上層21
6、中層217及び下層218からなる積層構造の音響
ミラー219が構成されている。また、圧電共振子の上
面にも、同様の積層構造を有する音響ミラー220が積
層されており、該音響ミラー220上に保護膜としての
パッシベーション膜221が形成されている。
リシリコンなどの膜を積層することにより、上層21
6、中層217及び下層218からなる積層構造の音響
ミラー219が構成されている。また、圧電共振子の上
面にも、同様の積層構造を有する音響ミラー220が積
層されており、該音響ミラー220上に保護膜としての
パッシベーション膜221が形成されている。
【0007】上記音響ミラー219では、中層217の
音響インピーダンスが、上層216及び下層218の音
響インピーダンスよりも高くされている。音響ミラー2
20においても、同様に中層の音響インピーダンスが、
上層及び下層の音響インピーダンスよりも高くされてい
る。
音響インピーダンスが、上層216及び下層218の音
響インピーダンスよりも高くされている。音響ミラー2
20においても、同様に中層の音響インピーダンスが、
上層及び下層の音響インピーダンスよりも高くされてい
る。
【0008】上記バルク型音波フィルタ211では、音
響ミラー219,220を圧電共振子部分に積層するこ
とにより、圧電共振子から伝播してきた振動が圧電共振
子側に反射される。従って、圧電共振子部分の共振特性
に影響を与えることなく、基板212を用いて機械的に
保持することができる。
響ミラー219,220を圧電共振子部分に積層するこ
とにより、圧電共振子から伝播してきた振動が圧電共振
子側に反射される。従って、圧電共振子部分の共振特性
に影響を与えることなく、基板212を用いて機械的に
保持することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図16に示したバルク
型音波フィルタ211では、音響ミラー219,220
は、圧電共振子側から伝播してきた振動を反射させるよ
うに構成されているが、各音響ミラー219,220
は、それぞれ、中層の上下に上層及び下層を積層してな
り、中層の音響インピーダンスが上層及び下層の音響イ
ンピーダンスより高くされている。従って、音響ミラー
219,220として多数の材料層を積層しなければな
らず、空洞の形成は省略し得るものの、バルク型音波フ
ィルタ211では、小型化、特に低背化が困難であっ
た。また、製造工程も煩雑であった。
型音波フィルタ211では、音響ミラー219,220
は、圧電共振子側から伝播してきた振動を反射させるよ
うに構成されているが、各音響ミラー219,220
は、それぞれ、中層の上下に上層及び下層を積層してな
り、中層の音響インピーダンスが上層及び下層の音響イ
ンピーダンスより高くされている。従って、音響ミラー
219,220として多数の材料層を積層しなければな
らず、空洞の形成は省略し得るものの、バルク型音波フ
ィルタ211では、小型化、特に低背化が困難であっ
た。また、製造工程も煩雑であった。
【0010】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消し、比較的簡単な構造で振動素子の振動特性に影
響をほとんど与えることなく支持することができ、小型
であり、特に低背化に適してた安価な複合材料振動装置
を提供することにある。
を解消し、比較的簡単な構造で振動素子の振動特性に影
響をほとんど与えることなく支持することができ、小型
であり、特に低背化に適してた安価な複合材料振動装置
を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願発明に係る複合材料
振動装置は、音響インピーダンスが異なる複数の材料部
分が結合されている複合材料振動装置であって、第1の
音響インピーダンス値Z1を有する材料からなる板状体
を用いて構成されており、かつ上面及び下面の少なくと
も一方に励振電極を備えた板状の振動素子と、第1の音
響インピーダンス値Z1よりも低い第2の音響インピー
ダンス値Z2を有する材料からなり、かつ前記振動素子
の上面及び下面の少なくとも一方に積層された反射層
と、前記第2の音響インピーダンス値Z2よりも大きな
第3の音響インピーダンス値Z3を有する材料からな
り、前記反射層の前記振動素子が積層されている側とは
反対側の面に積層された板状の保持部材とを備え、前記
振動素子、反射層及び保持部材からなる積層体の表面に
設けられており、かつ前記励振電極に電気的に接続され
た外部電極とを備え、前記反射層と前記保持部材との界
面において、前記振動素子から反射層に伝播してきた振
動が反射されるように構成されていることを特徴とす
る。
振動装置は、音響インピーダンスが異なる複数の材料部
分が結合されている複合材料振動装置であって、第1の
音響インピーダンス値Z1を有する材料からなる板状体
を用いて構成されており、かつ上面及び下面の少なくと
も一方に励振電極を備えた板状の振動素子と、第1の音
響インピーダンス値Z1よりも低い第2の音響インピー
ダンス値Z2を有する材料からなり、かつ前記振動素子
の上面及び下面の少なくとも一方に積層された反射層
と、前記第2の音響インピーダンス値Z2よりも大きな
第3の音響インピーダンス値Z3を有する材料からな
り、前記反射層の前記振動素子が積層されている側とは
反対側の面に積層された板状の保持部材とを備え、前記
振動素子、反射層及び保持部材からなる積層体の表面に
設けられており、かつ前記励振電極に電気的に接続され
た外部電極とを備え、前記反射層と前記保持部材との界
面において、前記振動素子から反射層に伝播してきた振
動が反射されるように構成されていることを特徴とす
る。
【0012】本発明では、板状の振動素子の上面及び下
面の少なくとも一方に、反射層及び板状の保持部材が積
層された単純な構造で、振動素子から反射層に伝播して
きた振動が反射層と保持部材との界面において反射され
るように構成されている。従って、比較的簡単な構造
で、振動素子の振動を妨げることなく、保持部材により
保持することが可能な複合材料振動装置を実現すること
ができる。
面の少なくとも一方に、反射層及び板状の保持部材が積
層された単純な構造で、振動素子から反射層に伝播して
きた振動が反射層と保持部材との界面において反射され
るように構成されている。従って、比較的簡単な構造
で、振動素子の振動を妨げることなく、保持部材により
保持することが可能な複合材料振動装置を実現すること
ができる。
【0013】本発明の複合材料振動装置のある特定の局
面では、第2の音響インピーダンス値Z2の第1の音響
インピーダンス値Z1に対する比Z2/Z1が0.2以下
とされ、それによって振動素子から反射層に伝播してき
た振動をより確実に反射させることができる。
面では、第2の音響インピーダンス値Z2の第1の音響
インピーダンス値Z1に対する比Z2/Z1が0.2以下
とされ、それによって振動素子から反射層に伝播してき
た振動をより確実に反射させることができる。
【0014】本発明の複合材料振動装置の別の特定の局
面では、第2の音響インピーダンス値Z2の第3の音響
インピーダンス値Z3に対する比Z2/Z3が0.2以下
とされ、それによって振動素子から反射層に伝播してき
た振動が反射層と保持部材との界面においてより確実に
反射される。
面では、第2の音響インピーダンス値Z2の第3の音響
インピーダンス値Z3に対する比Z2/Z3が0.2以下
とされ、それによって振動素子から反射層に伝播してき
た振動が反射層と保持部材との界面においてより確実に
反射される。
【0015】本発明に係る複合材料振動装置のさらに他
の特定の局面では、振動素子から反射層内を保持部材に
向けて進行し、前述した界面で反射される反射層内を伝
播する伝播振動の振幅方向が、伝播方向と垂直の関係と
なるため、平行の関係になる場合に比べ、反射層を薄く
できる。
の特定の局面では、振動素子から反射層内を保持部材に
向けて進行し、前述した界面で反射される反射層内を伝
播する伝播振動の振幅方向が、伝播方向と垂直の関係と
なるため、平行の関係になる場合に比べ、反射層を薄く
できる。
【0016】本発明において、上記振動素子は特に限定
されないが、本発明のある特定の局面では、電気機械結
合変換素子が用いられ、このような電気機械結合変換素
子としては、圧電素子あるいは電歪効果素子などが挙げ
られる。
されないが、本発明のある特定の局面では、電気機械結
合変換素子が用いられ、このような電気機械結合変換素
子としては、圧電素子あるいは電歪効果素子などが挙げ
られる。
【0017】本発明に係る複合材料振動装置のさらに他
の特定の局面では、反射層は、音響インピーダンスが異
なる複数の材料層を積層してなることにより構成されて
いる。この場合には、複数の材料層の音響インピーダン
スを選択することにより、反射層の音響インピーダンス
を容易に調整することができる。
の特定の局面では、反射層は、音響インピーダンスが異
なる複数の材料層を積層してなることにより構成されて
いる。この場合には、複数の材料層の音響インピーダン
スを選択することにより、反射層の音響インピーダンス
を容易に調整することができる。
【0018】本発明に係る複合材料振動装置のさらに別
の特定の局面では、前記振動素子からの振動を受け、反
射層内を前記保持部材に向かって伝播する伝播振動の波
長λとした場合、反射層と振動素子との界面から、反射
層と保持部材との界面までの距離が、n・λ/4±λ/
8(nは奇数)の範囲とされ、それによって上記界面に
おいて伝播振動をより効果的に反射させることができ、
保持による振動素子への影響をより一層低減することが
できる。
の特定の局面では、前記振動素子からの振動を受け、反
射層内を前記保持部材に向かって伝播する伝播振動の波
長λとした場合、反射層と振動素子との界面から、反射
層と保持部材との界面までの距離が、n・λ/4±λ/
8(nは奇数)の範囲とされ、それによって上記界面に
おいて伝播振動をより効果的に反射させることができ、
保持による振動素子への影響をより一層低減することが
できる。
【0019】本発明に係る複合材料振動装置のさらに他
の特定の局面では、積層体の側面の少なくとも1つの面
が絶縁層で被覆されており、それによって振動素子の励
振のための電極等が側面に露出している場合、絶縁層に
より被覆することにより信頼性を高めることができる。
従って、本質的に小型の従来より周知のストリップ型圧
電共振子を振動素子として用いた場合などにおいて、信
頼性に優れた小型の圧電共振部品を提供することができ
る。
の特定の局面では、積層体の側面の少なくとも1つの面
が絶縁層で被覆されており、それによって振動素子の励
振のための電極等が側面に露出している場合、絶縁層に
より被覆することにより信頼性を高めることができる。
従って、本質的に小型の従来より周知のストリップ型圧
電共振子を振動素子として用いた場合などにおいて、信
頼性に優れた小型の圧電共振部品を提供することができ
る。
【0020】本発明に係る複合材料振動装置のさらに他
の特定の局面では、上記振動素子の下面に反射層が積層
され、振動素子上面で絶縁層で被覆される。この場合に
は、振動素子の上面側には、絶縁層のみを設ければよい
ため、振動素子の下面の反射層及び保持部材が積層され
ている側を利用して複合材料振動装置を回路基板などに
実装すればよい。また、振動素子の上面には反射層及び
保持部材が設けられないため、複合材料振動装置の小型
化化、特に低背化を進めることができ、かつコストのさ
らなる低減を果たすことができる。
の特定の局面では、上記振動素子の下面に反射層が積層
され、振動素子上面で絶縁層で被覆される。この場合に
は、振動素子の上面側には、絶縁層のみを設ければよい
ため、振動素子の下面の反射層及び保持部材が積層され
ている側を利用して複合材料振動装置を回路基板などに
実装すればよい。また、振動素子の上面には反射層及び
保持部材が設けられないため、複合材料振動装置の小型
化化、特に低背化を進めることができ、かつコストのさ
らなる低減を果たすことができる。
【0021】本発明に係る複合材料振動装置のさらに別
の特定の局面で、上記保持部材において、コンデンサを
構成するための複数の容量電極が形成されており、それ
によって保持部材を利用してコンデンサが構成される。
従って、振動素子とコンデンサとを組み合わせて、たと
えば小型の発振子等を容易に提供することが可能とな
る。
の特定の局面で、上記保持部材において、コンデンサを
構成するための複数の容量電極が形成されており、それ
によって保持部材を利用してコンデンサが構成される。
従って、振動素子とコンデンサとを組み合わせて、たと
えば小型の発振子等を容易に提供することが可能とな
る。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明ら
かにする。
の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明ら
かにする。
【0023】図1(a)及び(b)は、本発明の第1の
実施例に係る複合材料振動装置としての圧電共振部品の
正面断面図及び外観を示す斜視図であり、図2は、その
分解斜視図である。
実施例に係る複合材料振動装置としての圧電共振部品の
正面断面図及び外観を示す斜視図であり、図2は、その
分解斜視図である。
【0024】圧電共振部品1は、振動素子としての圧電
共振素子2と、圧電共振素子2の上面に積層された第1
の反射層3及び第1の保護層4と、圧電共振素子2の下
面に積層された第2の反射層5及び第2の保護層6とを
有する。
共振素子2と、圧電共振素子2の上面に積層された第1
の反射層3及び第1の保護層4と、圧電共振素子2の下
面に積層された第2の反射層5及び第2の保護層6とを
有する。
【0025】図2に示すように、圧電共振素子2は、矩
形板状の圧電基板11を有する。圧電基板11の上面に
は励振電極12が形成されている。図1(a)に示すよ
うに、圧電基板11の下面にも励振電極13が形成され
ている。励振電極12,13は、圧電基板11の長さ方
向中央において、圧電基板11を介して対向するように
形成されている。圧電基板11は、本実施例では、チタ
ン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなり、長さ方
向に分極処理されている。従って、励振電極12と、下
面の励振電極13との間に交流電圧を印加することによ
り、圧電共振素子2は厚み滑りモードを利用したエネル
ギー閉じ込め型の圧電共振素子として動作する。
形板状の圧電基板11を有する。圧電基板11の上面に
は励振電極12が形成されている。図1(a)に示すよ
うに、圧電基板11の下面にも励振電極13が形成され
ている。励振電極12,13は、圧電基板11の長さ方
向中央において、圧電基板11を介して対向するように
形成されている。圧電基板11は、本実施例では、チタ
ン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなり、長さ方
向に分極処理されている。従って、励振電極12と、下
面の励振電極13との間に交流電圧を印加することによ
り、圧電共振素子2は厚み滑りモードを利用したエネル
ギー閉じ込め型の圧電共振素子として動作する。
【0026】なお、上記圧電基板11を構成しているチ
タン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスの音響インピー
ダンスZ1は、18.8×106N・s・m-3である。第
1,第2の反射層3,5は、エポキシ系樹脂からなり、
その音響インピーダンスZ2は、1.2×106N・s・
m-3とされている。他方、第1,第2の保護層4,6
は、本実施例では、セラミックにより構成されており、
その音響インピーダンスZ3は、18.8×106N・s
・m-3である。
タン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスの音響インピー
ダンスZ1は、18.8×106N・s・m-3である。第
1,第2の反射層3,5は、エポキシ系樹脂からなり、
その音響インピーダンスZ2は、1.2×106N・s・
m-3とされている。他方、第1,第2の保護層4,6
は、本実施例では、セラミックにより構成されており、
その音響インピーダンスZ3は、18.8×106N・s
・m-3である。
【0027】なお、第2の保護層6の上面には、中央で
対向された第1,第2の容量電極14,15が形成され
ており、保護層6の下面には、容量電極14,15と対
向するように容量電極16が形成されている。容量電極
14〜16により、コンデンサが保護層6に構成されて
いる。
対向された第1,第2の容量電極14,15が形成され
ており、保護層6の下面には、容量電極14,15と対
向するように容量電極16が形成されている。容量電極
14〜16により、コンデンサが保護層6に構成されて
いる。
【0028】上記励振電極12,13及び容量電極14
〜16は、AgあるいはAlやCuなどの適宜の導電性
材料で形成され得る。圧電共振素子2、第1,第2の反
射層3,5及び第1,第2の保護層4,6からなる積層
体の側面には、外部電極7,8が形成されている。外部
電極7,8は、積層体の互いに対向する一対の側面に分
けて形成されている。
〜16は、AgあるいはAlやCuなどの適宜の導電性
材料で形成され得る。圧電共振素子2、第1,第2の反
射層3,5及び第1,第2の保護層4,6からなる積層
体の側面には、外部電極7,8が形成されている。外部
電極7,8は、積層体の互いに対向する一対の側面に分
けて形成されている。
【0029】外部電極7は、励振電極12及び容量電極
14に電気的に接続されている。他方、外部電極8は、
励振電極13及び容量電極15に電気的に接続されてい
る。従って、外部電極7,8と容量電極16とを、外部
に接続することにより、圧電共振部品1は3端子型の容
量内蔵型の圧電発振子として動作され得る。
14に電気的に接続されている。他方、外部電極8は、
励振電極13及び容量電極15に電気的に接続されてい
る。従って、外部電極7,8と容量電極16とを、外部
に接続することにより、圧電共振部品1は3端子型の容
量内蔵型の圧電発振子として動作され得る。
【0030】なお、外部電極7,8は、積層体の側面か
ら、保護層6の下面に至るように形成されている。外部
電極7,8が積層体の下面に至るように形成されている
ため、プリント回路基板などに圧電共振部品1を容易に
表面実装することができる。
ら、保護層6の下面に至るように形成されている。外部
電極7,8が積層体の下面に至るように形成されている
ため、プリント回路基板などに圧電共振部品1を容易に
表面実装することができる。
【0031】本実施例の圧電共振部品1では、圧電共振
素子2の上下に第1,第2の反射層3,5が直接積層さ
れており、さらにその外側に第1,第2の保護層4,6
が積層されている。言い換えれば、エネルギー閉じ込め
型の圧電共振素子2の圧電振動部の振動を妨げないため
の空洞は形成されていない。従って、空洞を形成する必
要がないため、圧電共振部品1の小型化及びコストの低
減を果たすことができる。
素子2の上下に第1,第2の反射層3,5が直接積層さ
れており、さらにその外側に第1,第2の保護層4,6
が積層されている。言い換えれば、エネルギー閉じ込め
型の圧電共振素子2の圧電振動部の振動を妨げないため
の空洞は形成されていない。従って、空洞を形成する必
要がないため、圧電共振部品1の小型化及びコストの低
減を果たすことができる。
【0032】上記のように、本実施例において空洞を省
略し得るのは、上記反射層3,5の音響インピーダンス
値Z2が、圧電共振素子2及び保護層4,6を構成する
材料の音響インピーダンス値Z1,Z3よりも小さいため
である。以下、これを図3〜図5を参照して説明する。
略し得るのは、上記反射層3,5の音響インピーダンス
値Z2が、圧電共振素子2及び保護層4,6を構成する
材料の音響インピーダンス値Z1,Z3よりも小さいため
である。以下、これを図3〜図5を参照して説明する。
【0033】図3は、本実施例の圧電共振部品1の振動
の変位状態を二次元断面モデルについて有限要素法で解
析した結果を示す図である。ここでは、圧電基板11の
寸法は、長さが2.0mm及び厚みが0.15mmの矩
形板状とした。また、反射層3,5の厚みは0.037
mm、保護層4,6の厚みは0.07mmとした。反射
層3,5及び保護層4,6の平面形状は圧電共振素子2
の平面形状と同一とした。
の変位状態を二次元断面モデルについて有限要素法で解
析した結果を示す図である。ここでは、圧電基板11の
寸法は、長さが2.0mm及び厚みが0.15mmの矩
形板状とした。また、反射層3,5の厚みは0.037
mm、保護層4,6の厚みは0.07mmとした。反射
層3,5及び保護層4,6の平面形状は圧電共振素子2
の平面形状と同一とした。
【0034】図3においては、上記圧電共振部品1が駆
動された状態の変位分布が図1(a)と同じ方向の断面
で示されている。図3から明らかなように、圧電共振素
子2は厚み滑りモードで動作されているため、圧電共振
素子2が変位しており、それに応じて反射層3,5も変
位していることかわかる。これに対して、外側の第1,
第2の保護層4,6はほとんど変位していない。
動された状態の変位分布が図1(a)と同じ方向の断面
で示されている。図3から明らかなように、圧電共振素
子2は厚み滑りモードで動作されているため、圧電共振
素子2が変位しており、それに応じて反射層3,5も変
位していることかわかる。これに対して、外側の第1,
第2の保護層4,6はほとんど変位していない。
【0035】すなわち、本実施例では、反射層3,5の
音響インピーダンス値Z2が、圧電共振素子2を構成し
ている圧電基板11の音響インピーダンス値Z1及び保
護層4,6の音響インピーダンス値Z3よりも小さいた
め、圧電共振素子2から反射層3,5側へ伝播した振動
は、反射層3,5と保護層4,6との界面で反射され
る。従って、保護層4,6はほとんど変位しないことが
わかる。
音響インピーダンス値Z2が、圧電共振素子2を構成し
ている圧電基板11の音響インピーダンス値Z1及び保
護層4,6の音響インピーダンス値Z3よりも小さいた
め、圧電共振素子2から反射層3,5側へ伝播した振動
は、反射層3,5と保護層4,6との界面で反射され
る。従って、保護層4,6はほとんど変位しないことが
わかる。
【0036】よって、本実施例では、圧電共振素子2か
ら反射層3,5側へ伝播した振動が、上記各界面で反射
されるため、保護層4,6のいずれの側で機械的に支持
した場合においても、圧電共振素子2の共振特性への影
響がほとんど生じ難い。
ら反射層3,5側へ伝播した振動が、上記各界面で反射
されるため、保護層4,6のいずれの側で機械的に支持
した場合においても、圧電共振素子2の共振特性への影
響がほとんど生じ難い。
【0037】よって、空洞を形成せずとも、圧電共振素
子2の共振特性を確実に発現させることができる。従っ
て、圧電共振部品1全体の小型化、特に低背化を進める
ことができ、かつコストの低減を果たすことができる。
子2の共振特性を確実に発現させることができる。従っ
て、圧電共振部品1全体の小型化、特に低背化を進める
ことができ、かつコストの低減を果たすことができる。
【0038】本願発明者等は、上記圧電共振部品1の有
限要素法の解析結果を考慮し、圧電共振部品1における
圧電共振素子2、反射層3,5及び保護層4,6を構成
する材料及び寸法などを種々変更し、実験を繰り返し
た。その結果、反射層3,5の音響インピーダンス値Z
2を、圧電共振素子2の音響インピーダンス値Z1及び保
護層4,6の音響インピーダンス値Z3よりも小さくす
れば、上記図3に示した結果と同様に、圧電共振素子2
から保護層4,6への振動の伝播をほぼ抑制し得ること
を見出した。
限要素法の解析結果を考慮し、圧電共振部品1における
圧電共振素子2、反射層3,5及び保護層4,6を構成
する材料及び寸法などを種々変更し、実験を繰り返し
た。その結果、反射層3,5の音響インピーダンス値Z
2を、圧電共振素子2の音響インピーダンス値Z1及び保
護層4,6の音響インピーダンス値Z3よりも小さくす
れば、上記図3に示した結果と同様に、圧電共振素子2
から保護層4,6への振動の伝播をほぼ抑制し得ること
を見出した。
【0039】これを、図4及び図5を参照して説明す
る。まず、上記実施例の圧電共振部品1において、反射
層を構成する材料を種々変更し、その他は上記実施例と
同様にして、音響インピーダンス比Z2/Z1が種々異な
る圧電共振部品を作製した。これらの圧電共振部品にお
いて、共振周波数を測定し、音響インピーダンス比Z2
/Z1が変化した場合の共振周波数変化率を求めた。結
果を図4に示す。
る。まず、上記実施例の圧電共振部品1において、反射
層を構成する材料を種々変更し、その他は上記実施例と
同様にして、音響インピーダンス比Z2/Z1が種々異な
る圧電共振部品を作製した。これらの圧電共振部品にお
いて、共振周波数を測定し、音響インピーダンス比Z2
/Z1が変化した場合の共振周波数変化率を求めた。結
果を図4に示す。
【0040】なお、共振周波数変化率とは、圧電共振素
子2単体の共振周波数をF0、上記のようにして作製さ
れた圧電共振部品の共振周波数をFとしたときに、
〔(F−F0)/F0〕×100(%)で表される値であ
る。
子2単体の共振周波数をF0、上記のようにして作製さ
れた圧電共振部品の共振周波数をFとしたときに、
〔(F−F0)/F0〕×100(%)で表される値であ
る。
【0041】図4から明らかなように、音響インピーダ
ンス比Z2/Z1が1未満であれば共振周波数の変化率が
少なく、かつZ2/Z1が好ましくは0.2以下、より好
ましくは0.1以下において、共振周波数の変化率が
0.4%以下と非常に小さく、Z2/Z1が0.1以下で
は、0.1%以下と低いことがわかる。
ンス比Z2/Z1が1未満であれば共振周波数の変化率が
少なく、かつZ2/Z1が好ましくは0.2以下、より好
ましくは0.1以下において、共振周波数の変化率が
0.4%以下と非常に小さく、Z2/Z1が0.1以下で
は、0.1%以下と低いことがわかる。
【0042】次に、上記実施例の圧電共振部品におい
て、反射層を上記実施例と同様にして構成し、保護層を
構成する材料を種々変更し、インピーダンス比Z2/Z3
が異なる種々の圧電共振部品を作製し、上記と同様にし
て共振周波数変化率を求めた。結果を図5に示す。
て、反射層を上記実施例と同様にして構成し、保護層を
構成する材料を種々変更し、インピーダンス比Z2/Z3
が異なる種々の圧電共振部品を作製し、上記と同様にし
て共振周波数変化率を求めた。結果を図5に示す。
【0043】図5から明らかなように、音響インピーダ
ンス比Z2/Z3が1未満であれば共振周波数の変化率が
少なく、かつZ2/Z1が好ましくは0.2以下とするこ
とにより、共振周波数変化率が0.215%以下、より
好ましくはZ2/Z3を0.1以下とすることにより共振
周波数変化率を0.1%以下とし得ることがわかる。
ンス比Z2/Z3が1未満であれば共振周波数の変化率が
少なく、かつZ2/Z1が好ましくは0.2以下とするこ
とにより、共振周波数変化率が0.215%以下、より
好ましくはZ2/Z3を0.1以下とすることにより共振
周波数変化率を0.1%以下とし得ることがわかる。
【0044】よって、図4及び図5の結果から明らかな
ように、音響インピーダンス比Z1,Z2及びZ2/Z
3は、0.2以下が好ましく、より好ましくは0.1以
下である。
ように、音響インピーダンス比Z1,Z2及びZ2/Z
3は、0.2以下が好ましく、より好ましくは0.1以
下である。
【0045】なお、反射層3,5及び保護層4,6の音
響インピーダンス値Z2,Z3の制御は、これらを構成す
る材料自体の変更あるいは組成を変更することにより容
易に行うことができる。例えば、反射層3,5について
は、上記実施例ではエポキシ樹脂が用いられていたが、
エポキシ樹脂に、エポキシ樹脂とは異なる音響インピー
ダンス値を有する有機もしくは無機粉末などを配合する
ことにより、反射層3,5の音響インピーダンス値Z2
を調整することができる。また、保護層4,6について
も、保護層4,6を構成するセラミックスに、該セラミ
ックスとは異なる音響インピーダンス値を有する有機も
しくは無機粉末などを配合することにより、その音響イ
ンピーダンス値Z3を容易に調整することができる。
響インピーダンス値Z2,Z3の制御は、これらを構成す
る材料自体の変更あるいは組成を変更することにより容
易に行うことができる。例えば、反射層3,5について
は、上記実施例ではエポキシ樹脂が用いられていたが、
エポキシ樹脂に、エポキシ樹脂とは異なる音響インピー
ダンス値を有する有機もしくは無機粉末などを配合する
ことにより、反射層3,5の音響インピーダンス値Z2
を調整することができる。また、保護層4,6について
も、保護層4,6を構成するセラミックスに、該セラミ
ックスとは異なる音響インピーダンス値を有する有機も
しくは無機粉末などを配合することにより、その音響イ
ンピーダンス値Z3を容易に調整することができる。
【0046】なお、反射層3,5及び保護層4,6を構
成する材料は、エポキシ樹脂やセラミックスに限定され
るものではない。様々な有機材料あるいは無機材料が、
目的とする音響インピーダンス値Z2,Z3を実現すよう
に用いられ得る。
成する材料は、エポキシ樹脂やセラミックスに限定され
るものではない。様々な有機材料あるいは無機材料が、
目的とする音響インピーダンス値Z2,Z3を実現すよう
に用いられ得る。
【0047】次に、本願発明者は、上記実施例の圧電共
振部品1における反射層3,5の厚みを種々変更した場
合の帯域幅及び共振周波数の変化を調べた。結果を図6
及び図7に示す。
振部品1における反射層3,5の厚みを種々変更した場
合の帯域幅及び共振周波数の変化を調べた。結果を図6
及び図7に示す。
【0048】図6は、上記実施例において、反射層3,
5の厚みを種々変化させた場合の相対比帯域幅の変化を
示し、図7は、相対共振周波数の変化を示す。なお、相
対比帯域幅とは、反射層3,5及び保護層4,6が設け
られていない圧電共振素子2単独の比帯域幅に対し、作
製された圧電共振部品における比帯域幅の割合を示す。
また、相対共振周波数とは、圧電共振素子2単体の共振
周波数に対する、用意された圧電共振部品の共振周波数
の割合を示す。
5の厚みを種々変化させた場合の相対比帯域幅の変化を
示し、図7は、相対共振周波数の変化を示す。なお、相
対比帯域幅とは、反射層3,5及び保護層4,6が設け
られていない圧電共振素子2単独の比帯域幅に対し、作
製された圧電共振部品における比帯域幅の割合を示す。
また、相対共振周波数とは、圧電共振素子2単体の共振
周波数に対する、用意された圧電共振部品の共振周波数
の割合を示す。
【0049】図6及び図7における横軸の反射層3,5
の厚みは、圧電共振素子2で励振される表面波の波長λ
を基準とした値である。図6及び図7から明らかなよう
に、反射層3,5の厚みを変化させた場合、一定の周期
で、相対比帯域幅及び相対共振周波数が変化することが
わかる。すなわち、反射層の厚みが、n・λ/4±λ/
8(nは奇数)の範囲では、相対比帯域幅及び相対共振
周波数が、圧電共振素子2単体の場合の特性とほぼ変わ
らないことがわかる。従って、好ましくは、反射層3,
5の厚み、すなわち圧電共振素子2から反射層3に伝播
してきた振動の進行方向の反射層の距離は、圧電共振素
子2で励振される表面波の波長をλとした場合には、n
λ/4±λ/8の範囲とすることが望ましい。
の厚みは、圧電共振素子2で励振される表面波の波長λ
を基準とした値である。図6及び図7から明らかなよう
に、反射層3,5の厚みを変化させた場合、一定の周期
で、相対比帯域幅及び相対共振周波数が変化することが
わかる。すなわち、反射層の厚みが、n・λ/4±λ/
8(nは奇数)の範囲では、相対比帯域幅及び相対共振
周波数が、圧電共振素子2単体の場合の特性とほぼ変わ
らないことがわかる。従って、好ましくは、反射層3,
5の厚み、すなわち圧電共振素子2から反射層3に伝播
してきた振動の進行方向の反射層の距離は、圧電共振素
子2で励振される表面波の波長をλとした場合には、n
λ/4±λ/8の範囲とすることが望ましい。
【0050】図8(a)及び(b)並びに図9は、本発
明の第2の実施例に係る複合材料振動装置としての圧電
共振部品を示す正面断面図、外観を示す斜視図及び分解
斜視図である。
明の第2の実施例に係る複合材料振動装置としての圧電
共振部品を示す正面断面図、外観を示す斜視図及び分解
斜視図である。
【0051】第2の実施例の圧電共振部品21では、圧
電共振素子22が、厚み縦振動モードを利用したエネル
ギー閉じ込め型の圧電共振子とされている。この圧電共
振素子22では、矩形板状の圧電基板31が、チタン酸
ジルコン酸鉛系セラミックからなり、その音響インピー
ダンス値Z1は32.7×106N・s・m-3とされてい
る。
電共振素子22が、厚み縦振動モードを利用したエネル
ギー閉じ込め型の圧電共振子とされている。この圧電共
振素子22では、矩形板状の圧電基板31が、チタン酸
ジルコン酸鉛系セラミックからなり、その音響インピー
ダンス値Z1は32.7×106N・s・m-3とされてい
る。
【0052】また、圧電基板31の上面には、円形の第
1の励振電極32が、下面には同じく円形の第2の励振
電極33が形成されている。励振電極32,33は、圧
電基板31を介して対向するように形成されている。圧
電基板31は、厚み方向に分極処理されている。
1の励振電極32が、下面には同じく円形の第2の励振
電極33が形成されている。励振電極32,33は、圧
電基板31を介して対向するように形成されている。圧
電基板31は、厚み方向に分極処理されている。
【0053】従って、励振電極32,33間に交流電圧
を印加すれば、厚み縦振動モードを利用したエネルギー
閉じ込め型の圧電共振子として、圧電共振素子22が動
作する。
を印加すれば、厚み縦振動モードを利用したエネルギー
閉じ込め型の圧電共振子として、圧電共振素子22が動
作する。
【0054】他方、本実施例においても、圧電共振素子
22の上下に、第1,第2の反射層3,5及び第1,第
2の保護層4,6が第1の実施例と同様に積層されてい
る。もっとも、第1,第2の反射層3,5及び第1,第
2の保護層4,6を構成する材料及び音響インピーダン
ス値は第1の実施例とは異なっている。
22の上下に、第1,第2の反射層3,5及び第1,第
2の保護層4,6が第1の実施例と同様に積層されてい
る。もっとも、第1,第2の反射層3,5及び第1,第
2の保護層4,6を構成する材料及び音響インピーダン
ス値は第1の実施例とは異なっている。
【0055】すなわち、反射層3,5は、音響インピー
ダンス値Z2が2.4×106N・s・m-3であるエポキ
シ系樹脂により構成されている。また、保護層4,6
は、音響インピーダンス値Z3が32.7×106N・s
・m-3のセラミックスにより構成されている。すなわ
ち、保護層4,6を構成するセラミックスは、圧電基板
31と同じ音響インピーダンス値を有するように構成さ
れている。もっとも、音響インピーダンス値Z3は音響
インピーダンス値Z1と等しくなくともよい。
ダンス値Z2が2.4×106N・s・m-3であるエポキ
シ系樹脂により構成されている。また、保護層4,6
は、音響インピーダンス値Z3が32.7×106N・s
・m-3のセラミックスにより構成されている。すなわ
ち、保護層4,6を構成するセラミックスは、圧電基板
31と同じ音響インピーダンス値を有するように構成さ
れている。もっとも、音響インピーダンス値Z3は音響
インピーダンス値Z1と等しくなくともよい。
【0056】また、下方の第2の保護層6の上面には、
一対の容量電極34,35が、下面には容量電極36が
形成されており、それによって第1の実施例と同様に保
護層6を用いてコンデンサが構成されている。本実施例
においても、積層体の一対の側面に分けて外部電極7,
8が形成されており、外部電極7,8と容量電極36と
により3端子型の圧電発振子が構成されている。
一対の容量電極34,35が、下面には容量電極36が
形成されており、それによって第1の実施例と同様に保
護層6を用いてコンデンサが構成されている。本実施例
においても、積層体の一対の側面に分けて外部電極7,
8が形成されており、外部電極7,8と容量電極36と
により3端子型の圧電発振子が構成されている。
【0057】本実施例の圧電共振部品21を動作させた
場合の変位分布を図10に略図的に示す。なお、図10
の一点鎖線Aは、圧電共振部品21の中央において上下
方向に延びる仮想線であり、図10では、一点鎖線Aの
右側、すなわち圧電共振部品1を正面断面視した場合の
半分の部分の変位分布が示されている。図10から明ら
かなように、圧電共振部品21においても、駆動に際し
圧電共振素子22が変位するものの、外側の保護層4,
6はほとんど変位していないことがわかる。すなわち、
第1の実施例と同様に、反射層3,5に圧電共振素子2
2から伝播してきた振動が、反射層3,5と保護層4,
6との各界面で反射されるためでる。
場合の変位分布を図10に略図的に示す。なお、図10
の一点鎖線Aは、圧電共振部品21の中央において上下
方向に延びる仮想線であり、図10では、一点鎖線Aの
右側、すなわち圧電共振部品1を正面断面視した場合の
半分の部分の変位分布が示されている。図10から明ら
かなように、圧電共振部品21においても、駆動に際し
圧電共振素子22が変位するものの、外側の保護層4,
6はほとんど変位していないことがわかる。すなわち、
第1の実施例と同様に、反射層3,5に圧電共振素子2
2から伝播してきた振動が、反射層3,5と保護層4,
6との各界面で反射されるためでる。
【0058】このように、複合材料振動装置を構成する
振動素子の振動モードは特に限定されず、第2の実施例
のように厚み縦振動モードを利用した圧電共振素子22
を用いても、第1の実施例と同様の効果を得ることがで
きる。
振動素子の振動モードは特に限定されず、第2の実施例
のように厚み縦振動モードを利用した圧電共振素子22
を用いても、第1の実施例と同様の効果を得ることがで
きる。
【0059】なお、図10の変位分布は、圧電共振素子
22を構成する圧電基板31の厚みを0.13mm、反
射層3,5の厚みを0.038mm、保護層4,6の厚
みを0.65mmとし、軸対称モデルを使用しており、
φ2.0mmとしたときの断面モデルについての解析結
果である。また、圧電共振素子22の共振周波数は16
MHzである。
22を構成する圧電基板31の厚みを0.13mm、反
射層3,5の厚みを0.038mm、保護層4,6の厚
みを0.65mmとし、軸対称モデルを使用しており、
φ2.0mmとしたときの断面モデルについての解析結
果である。また、圧電共振素子22の共振周波数は16
MHzである。
【0060】本発明に係る複合材料振動装置は、第1,
第2の実施例に限定されるものではない。以下、図11
〜図15を参照して、本発明の複合材料振動装置の変形
例を説明する。
第2の実施例に限定されるものではない。以下、図11
〜図15を参照して、本発明の複合材料振動装置の変形
例を説明する。
【0061】図11(a)及び(b)は、本発明の複合
材料振動装置の変形例を示す正面断面図及び外観を示す
斜視図であり、図12はその分解斜視図である。本変形
例の圧電共振部品41では、振動部材としての厚み縦振
動モードの2倍波を利用したエネルギー閉じ込め型の圧
電共振素子42が用いられている。圧電共振素子42で
は、矩形板状の圧電基板51の上面及び下面に励振電極
52,53が形成されており、かつ圧電基板51の中間
高さ位置に内部励振電極54が形成されている。励振電
極52,53及び内部励振電極54は圧電基板51の長
さ方向中央において圧電基板層を介して対向するように
構成されている。また、圧電基板51は圧電セラミック
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。従って、励振電極52,53と内部励振電極54と
に交流電圧を印加することにより、厚み縦振動モードの
2倍波が励振される。
材料振動装置の変形例を示す正面断面図及び外観を示す
斜視図であり、図12はその分解斜視図である。本変形
例の圧電共振部品41では、振動部材としての厚み縦振
動モードの2倍波を利用したエネルギー閉じ込め型の圧
電共振素子42が用いられている。圧電共振素子42で
は、矩形板状の圧電基板51の上面及び下面に励振電極
52,53が形成されており、かつ圧電基板51の中間
高さ位置に内部励振電極54が形成されている。励振電
極52,53及び内部励振電極54は圧電基板51の長
さ方向中央において圧電基板層を介して対向するように
構成されている。また、圧電基板51は圧電セラミック
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。従って、励振電極52,53と内部励振電極54と
に交流電圧を印加することにより、厚み縦振動モードの
2倍波が励振される。
【0062】他方、上記圧電共振素子42の上面には、
絶縁層45が形成されている。絶縁層45は、圧電共振
素子42の振動を妨げない程度の厚みに、例えばシリコ
ン樹脂などの軟質合成樹脂により構成されている。絶縁
層45の形成により、圧電共振素子42の耐湿性などを
高めることができる。
絶縁層45が形成されている。絶縁層45は、圧電共振
素子42の振動を妨げない程度の厚みに、例えばシリコ
ン樹脂などの軟質合成樹脂により構成されている。絶縁
層45の形成により、圧電共振素子42の耐湿性などを
高めることができる。
【0063】他方、圧電共振素子42の下面には、反射
層43及び保護層44が積層されている。反射層43
は、第1,第2の実施例における反射層と同様に、その
音響インピーダンス値Z2が圧電共振素子42を構成す
る圧電基板51の音響インピーダンス値Z1及び保護層
44を構成する材料の音響インピーダンス値Z3よりも
小さくされている。
層43及び保護層44が積層されている。反射層43
は、第1,第2の実施例における反射層と同様に、その
音響インピーダンス値Z2が圧電共振素子42を構成す
る圧電基板51の音響インピーダンス値Z1及び保護層
44を構成する材料の音響インピーダンス値Z3よりも
小さくされている。
【0064】保護層44においては、上面に一対の容量
電極55,56が形成されており、下面に容量電極5
5,56と対向する容量電極57が形成されている。ま
た、圧電共振素子42、反射層43、保護層44及び絶
縁層45からなる積層体の側面には、外部電極7,8が
形成されている。本実施例の圧電共振部品41のよう
に、圧電共振素子42の上面及び下面のうち少なくとも
一方にのみ反射層43及び保護層44が形成されていて
もよい。この場合においても、保護層44がほとんど変
位しないため、圧電共振部品41を保護層44側から機
械的に保持することができる。
電極55,56が形成されており、下面に容量電極5
5,56と対向する容量電極57が形成されている。ま
た、圧電共振素子42、反射層43、保護層44及び絶
縁層45からなる積層体の側面には、外部電極7,8が
形成されている。本実施例の圧電共振部品41のよう
に、圧電共振素子42の上面及び下面のうち少なくとも
一方にのみ反射層43及び保護層44が形成されていて
もよい。この場合においても、保護層44がほとんど変
位しないため、圧電共振部品41を保護層44側から機
械的に保持することができる。
【0065】図13は、本発明の複合材料振動装置のさ
らに他の変形例を説明するための正面断面図である。圧
電共振部品61では、第1の実施例と同様に、圧電共振
素子2の上下に反射層3,5及び保護層4,6が積層さ
れている。第1の実施例と異なるところは、反射層3,
5が、それぞれ、複数の材料層3a〜3c及び5a〜5
cを積層することにより構成されていることにある。こ
のように、本発明における反射層は、複数の材料層を積
層することにより構成されていてもよい。この場合、複
数の材料層3a〜3c,5a〜5cの音響インピーダン
ス値を制御することにより、反射層3,5全体の音響イ
ンピーダンス値Z2を容易に調整することができる。
らに他の変形例を説明するための正面断面図である。圧
電共振部品61では、第1の実施例と同様に、圧電共振
素子2の上下に反射層3,5及び保護層4,6が積層さ
れている。第1の実施例と異なるところは、反射層3,
5が、それぞれ、複数の材料層3a〜3c及び5a〜5
cを積層することにより構成されていることにある。こ
のように、本発明における反射層は、複数の材料層を積
層することにより構成されていてもよい。この場合、複
数の材料層3a〜3c,5a〜5cの音響インピーダン
ス値を制御することにより、反射層3,5全体の音響イ
ンピーダンス値Z2を容易に調整することができる。
【0066】なお、複数の材料層を積層してなる反射層
3,5は、図16に示した従来技術における音響ミラー
とは異なることを指摘しておく。すなわち図16に示し
た音響ミラーでは、3層構造の真ん中の層である中層の
音響インピーダンス値を上層及び下層に比べて高くする
ことにより音響反射を生じさせていたのに対し、図13
に示す変形例では、あくまでも反射層3,5は、保護層
4,6との界面で伝播してきた振動を反射させるために
構成されているものである。すなわち、音響インピーダ
ンス値Z2の設定を容易とするために各反射層3,5が
それぞれ複数の材料層3a〜3c,5a〜5cを積層す
ることにより構成されている。
3,5は、図16に示した従来技術における音響ミラー
とは異なることを指摘しておく。すなわち図16に示し
た音響ミラーでは、3層構造の真ん中の層である中層の
音響インピーダンス値を上層及び下層に比べて高くする
ことにより音響反射を生じさせていたのに対し、図13
に示す変形例では、あくまでも反射層3,5は、保護層
4,6との界面で伝播してきた振動を反射させるために
構成されているものである。すなわち、音響インピーダ
ンス値Z2の設定を容易とするために各反射層3,5が
それぞれ複数の材料層3a〜3c,5a〜5cを積層す
ることにより構成されている。
【0067】図14は、本発明の複合材料振動装置のさ
らに他の変形例を説明するための模式的斜視図である。
図14に示すように、第1の実施例の圧電共振部品1の
側面に、すなわち外部電極7,8が形成されている側面
とは異なる一対の側面に、絶縁層71,72を形成して
もよい。このように、絶縁層71,72を形成すること
により、例えば図2に示されている励振電極12が積層
体の側面に露出していたとしても、絶縁層71,72に
より確実に被覆され得る。従って、圧電共振部品の信頼
性を高めることができる。
らに他の変形例を説明するための模式的斜視図である。
図14に示すように、第1の実施例の圧電共振部品1の
側面に、すなわち外部電極7,8が形成されている側面
とは異なる一対の側面に、絶縁層71,72を形成して
もよい。このように、絶縁層71,72を形成すること
により、例えば図2に示されている励振電極12が積層
体の側面に露出していたとしても、絶縁層71,72に
より確実に被覆され得る。従って、圧電共振部品の信頼
性を高めることができる。
【0068】さらに、図15に示すように、絶縁層83
を圧電共振部品82の上面に積層してもよい。図15に
示す圧電共振部品82は、図9及び10に示した圧電共
振部品とほぼ同様に構成されている。もっとも、励振電
極の形状が、図9及び図10に示した圧電共振素子とは
異ならされている。すなわち、図9及び図10に示した
変形例の圧電共振部品と同様に、圧電共振素子の一方面
側にのみ反射層及び保護層を設けた構成の場合、圧電共
振素子の電極や構造の如何に関わらず、反射層が形成さ
れていない側の面に絶縁層を形成してもよく、それによ
って圧電共振部品の信頼性を高めることができる。
を圧電共振部品82の上面に積層してもよい。図15に
示す圧電共振部品82は、図9及び10に示した圧電共
振部品とほぼ同様に構成されている。もっとも、励振電
極の形状が、図9及び図10に示した圧電共振素子とは
異ならされている。すなわち、図9及び図10に示した
変形例の圧電共振部品と同様に、圧電共振素子の一方面
側にのみ反射層及び保護層を設けた構成の場合、圧電共
振素子の電極や構造の如何に関わらず、反射層が形成さ
れていない側の面に絶縁層を形成してもよく、それによ
って圧電共振部品の信頼性を高めることができる。
【0069】なお、上述してきた実施例及び変形例で
は、振動素子として、圧電共振素子を示したが、圧電共
振素子以外の圧電フィルタなどを用いてもよく、電歪効
果を利用した振動素子を用いてもよい。
は、振動素子として、圧電共振素子を示したが、圧電共
振素子以外の圧電フィルタなどを用いてもよく、電歪効
果を利用した振動素子を用いてもよい。
【0070】
【発明の効果】本発明に係る複合材料振動装置では、振
動素子の少なくとも片面に反射層及び保護層が積層され
ており、反射層のインピーダンス値Z2が振動素子及び
保護層の音響インピーダンス値Z1,Z3よりも小さいた
め、反射層と保護層との界面において振動素子から反射
層に伝播してきた振動が反射される。従って、振動エネ
ルギーが上記界面よりも内側に閉じ込められる。よっ
て、保護層を用いて複合材料振動装置を機械的に保持し
たとしても、振動素子の特性の劣化が生じ難い。従っ
て、振動を妨げないための空間を必要としない、小型で
ありかつ安価な複合材料振動装置を提供することができ
る。また、様々な振動モードを利用した振動素子を用い
て複合材料振動装置を構成することができる。
動素子の少なくとも片面に反射層及び保護層が積層され
ており、反射層のインピーダンス値Z2が振動素子及び
保護層の音響インピーダンス値Z1,Z3よりも小さいた
め、反射層と保護層との界面において振動素子から反射
層に伝播してきた振動が反射される。従って、振動エネ
ルギーが上記界面よりも内側に閉じ込められる。よっ
て、保護層を用いて複合材料振動装置を機械的に保持し
たとしても、振動素子の特性の劣化が生じ難い。従っ
て、振動を妨げないための空間を必要としない、小型で
ありかつ安価な複合材料振動装置を提供することができ
る。また、様々な振動モードを利用した振動素子を用い
て複合材料振動装置を構成することができる。
【図1】(a)及び(b)は、本発明の第1の実施例に
係る圧電共振部品の正面断面図及び外観を示す斜視図。
係る圧電共振部品の正面断面図及び外観を示す斜視図。
【図2】図1に示した圧電共振部品の分解斜視図。
【図3】図1及び図2に示した実施例の圧電共振部品を
駆動した際の圧電共振素子、反射層及び保護層の変位分
布を有限要素法で解析した結果を示す図。
駆動した際の圧電共振素子、反射層及び保護層の変位分
布を有限要素法で解析した結果を示す図。
【図4】音響インピーダンス比Z2/Z1を変化させた場
合の実施例の圧電共振部品における共振周波数変化率を
示す図。
合の実施例の圧電共振部品における共振周波数変化率を
示す図。
【図5】音響インピーダンス比Z2/Z3を変化させた場
合の実施例の圧電共振部品における共振周波数変化率を
示す図。
合の実施例の圧電共振部品における共振周波数変化率を
示す図。
【図6】反射層の厚みを変化させた場合の圧電共振部品
の相対比帯域幅の変化を示す図。
の相対比帯域幅の変化を示す図。
【図7】反射層の厚みを変化させた場合の圧電共振部品
の相対共振周波数の変化を示す図。
の相対共振周波数の変化を示す図。
【図8】(a)及び(b)は、第2の実施例に係る圧電
共振部品の正面断面図及び外観を示す斜視図。
共振部品の正面断面図及び外観を示す斜視図。
【図9】第2の実施例の圧電共振部品の分解斜視図。
【図10】第2の実施例の圧電共振部品を駆動した場合
の変位分布を有限要素法で解析した結果を示す。
の変位分布を有限要素法で解析した結果を示す。
【図11】(a)及び(b)は、本発明の複合材料振動
装置の変形例を説明するための正面断面図及び外観を示
す斜視図。
装置の変形例を説明するための正面断面図及び外観を示
す斜視図。
【図12】図11に示した圧電共振部品の分解斜視図。
【図13】本発明の複合材料振動装置の他の変形例とし
ての圧電共振部品を説明するための正面断面図。
ての圧電共振部品を説明するための正面断面図。
【図14】本発明の複合材料振動装置としての圧電共振
部品のさらに他の変形例を説明するための略図的斜視
図。
部品のさらに他の変形例を説明するための略図的斜視
図。
【図15】本発明の複合材料振動装置としての圧電共振
部品のさらに他の変形例を説明するための略図的斜視
図。
部品のさらに他の変形例を説明するための略図的斜視
図。
【図16】従来の音響フィルタを説明するための正面断
面図。
面図。
1…圧電共振部品
2…圧電共振素子
3,5…第1,第2の反射層
4,6…第1,第2の保護層
7,8…外部電極
11…圧電基板
12,13…励振電極
14〜16…容量電極
21…圧電共振部品
22…圧電共振素子
31…圧電基板
32,33…励振電極
34〜36…容量電極
41…圧電共振部品
42…圧電共振素子
43…反射層
44…保護層
45…絶縁層
51…圧電基板
52〜54…励振電極
55〜57…容量電極
61…圧電共振部品
71,72,83…絶縁層
82…圧電共振部品
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 宇波 俊彦
京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式
会社村田製作所内
(72)発明者 渡邉 数隆
京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式
会社村田製作所内
Fターム(参考) 5J108 BB04 CC04 CC11 DD02 EE03
Claims (11)
- 【請求項1】 音響インピーダンスが異なる複数の材料
部分が結合されている複合材料振動装置であって、 第1の音響インピーダンス値Z1を有する材料からなる
板状体を用いて構成されており、かつ上面及び下面の少
なくとも一方に励振電極を備えた板状の振動素子と、 第1の音響インピーダンス値Z1よりも低い第2の音響
インピーダンス値Z2を有する材料からなり、かつ前記
振動素子の上面及び下面の少なくとも一方に積層された
反射層と、 前記第2の音響インピーダンス値Z2よりも大きな第3
の音響インピーダンス値Z3を有する材料からなり、前
記反射層の前記振動素子が積層されている側とは反対側
の面に積層された板状の保持部材とを備え、 前記振動素子、反射層及び保持部材からなる積層体の表
面に設けられており、かつ前記励振電極に電気的に接続
された外部電極とを備え、 前記反射層と前記保持部材との界面において、前記振動
素子から反射層に伝播してきた振動が反射されるように
構成されていることを特徴とする、複合材料振動装置。 - 【請求項2】 前記第2の音響インピーダンス値Z2の
第1の音響インピーダンス値Z1に対する比Z2/Z1が
0.2以下である、請求項1に記載の複合材料振動装
置。 - 【請求項3】 前記第2の音響インピーダンス値Z2の
第3の音響インピーダンス値Z3に対する比Z2/Z3が
0.2以下である、請求項1または2に記載の複合材料
振動装置。 - 【請求項4】 前記振動素子から反射層内を前記保持部
材に向けて進行し、前記反射層と前記保持部材の界面で
反射される反射層内を伝播する伝播振動の振幅方向が、
伝播方向と垂直の関係にある、請求項1〜3のいずれか
に記載の複合材料振動装置。 - 【請求項5】 前記振動素子が電気機械結合変換素子で
ある、請求項1〜4のいずれかに記載の複合材料振動装
置。 - 【請求項6】 前記電気機械結合変換素子が、圧電素子
または電歪素子である、請求項5に記載の複合材料振動
装置。 - 【請求項7】 前記反射層が、音響インピーダンスが異
なる複数の材料層を積層することにより構成されてい
る、請求項1〜6のいずれかに記載の複合材料振動装
置。 - 【請求項8】 前記振動素子からの振動を受け、反射層
内を前記保持部材に向かって伝播する伝播振動の波長を
λとした場合、反射層と振動素子との界面から、反射層
と保持部材との界面までの距離が、n・λ/4±λ/8
(nは奇数)の範囲にある、請求項1〜7のいずれかに
記載の複合材料振動装置。 - 【請求項9】 前記積層体の側面の少なくとも一つの面
が絶縁層で覆われていることを特徴とする、請求項1〜
8のいずれかに記載の複合材料振動装置。 - 【請求項10】 前記振動素子の下面に前記反射層が積
層されており、前記振動素子の上面が、絶縁層で被覆さ
れている、請求項1〜9のいずれかに記載の複合材料振
動装置。 - 【請求項11】 前記保持部材において、コンデンサを
構成するための複数の容量電極が形成されている、請求
項1〜10のいずれかに記載の複合材料振動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002137221A JP2003332875A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 複合材料振動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002137221A JP2003332875A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 複合材料振動装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003332875A true JP2003332875A (ja) | 2003-11-21 |
Family
ID=29699041
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002137221A Pending JP2003332875A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 複合材料振動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003332875A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006057078A1 (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電フィルタ装置 |
KR100870457B1 (ko) * | 2006-05-22 | 2008-11-25 | 주식회사 엘지화학 | 전지모듈 |
WO2016084783A1 (ja) * | 2014-11-26 | 2016-06-02 | 株式会社村田製作所 | 電子部品の製造方法、電子部品および電子装置 |
-
2002
- 2002-05-13 JP JP2002137221A patent/JP2003332875A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006057078A1 (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電フィルタ装置 |
KR100870457B1 (ko) * | 2006-05-22 | 2008-11-25 | 주식회사 엘지화학 | 전지모듈 |
WO2016084783A1 (ja) * | 2014-11-26 | 2016-06-02 | 株式会社村田製作所 | 電子部品の製造方法、電子部品および電子装置 |
TWI585785B (zh) * | 2014-11-26 | 2017-06-01 | Murata Manufacturing Co | Electronic parts manufacturing methods, electronic components and electronic devices |
JPWO2016084783A1 (ja) * | 2014-11-26 | 2017-08-31 | 株式会社村田製作所 | 電子部品の製造方法、電子部品および電子装置 |
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