JP3729054B2 - 圧電共振子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は圧電共振子に関し、特にたとえば、主として発振子などに用いられる圧電共振子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、主として発振子に用いられる圧電共振子として、圧電体単板の厚み縦振動基本波、圧電体単板の厚み縦振動３次高調波、圧電体単板の厚みすべり振動、積層圧電体の厚み縦振動高調波などを利用したエネルギ閉じ込め型共振子が提案され、実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の厚み縦振動基本波を利用した共振子では、エネルギ閉じ込めの可能な材料が限られており、耐熱性の高い材料を用いてエネルギ閉じ込め共振子を作製することはかなり難しい。また、従来の厚みすべり共振子では、耐熱性の高い材料が利用可能であるが、音速が低いため、高い周波数の共振子を作製する上でハンドリングが困難になるとともに、素子自体の機械的な信頼性を高くすることが困難であるという問題があった。また、これらの共振子は、電気機械結合係数が大きく、狭公差の発振子用途には利用しにくいという別の問題もある。
【０００４】
圧電体単板の厚み縦振動３次高調波を用いた素子では、これらの問題はないが、エネルギ閉じ込め共振子の最適電極径が大きくなるため、素子自体の小型化を進める上で不利である。また、素子厚みも基本波タイプの３倍と厚くなるため、素子の薄型化も困難である。積層構造の厚み縦振動高調波を利用した共振子は、耐熱性の高い材料の利用が可能で、エネルギ閉じ込め共振子の最適電極径も厚み縦振動基本波共振子並みなので、小型化に関する制約は少ないが、電気機械結合係数が大きいため、狭公差の発信子用途に応用しにくいという問題がある。このように、従来の技術では、小型で、耐熱性が高く、かつ狭公差の発振子を実現することが困難であった。
【０００５】
なお、本発明者らにより、圧電性を有しない常誘電体層と圧電体層の２層からなる積層物を用いた圧電共振子が、特開平５−４８３７７号に開示されている。この圧電共振子では、圧電体層と常誘電体層とが直列につながれた状態で電界が印加されるため、圧電体層を効率的に振動させられず、また等価回路において直列に容量成分が入ってくるため、共振子としての特性が大きく変わるなどの問題があった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で、耐熱性が高く、狭公差の高性能圧電発振子の実現を可能とする圧電共振子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、少なくとも一対の振動電極に挟まれ電界によって振動が励振される少なくとも１つの励振層と、振動が励振されない少なくとも１つの非励振層とが積層された素子本体を含み、ｎ次縦振動高調波（ｎは１以外の整数）を励振する圧電共振子であって、素子本体の厚みをｔ、単位層厚を略ｔ／ｎと定義したとき、励振層の層厚を単位層厚の整数倍とし、かつ少なくとも１つの非励振層の層厚を単位層厚の整数倍とし、かつ単位層厚が略ｔ／ｎである励振層および非励振層の単位層の総数がｎ層（ｎは１以外の整数）であることを特徴とする、圧電共振子である。
このような圧電共振子において、励振層の単位層厚が０．７ｔ／ｎ〜１．２ｔ／ｎの範囲にあり、非励振層の前記単位層厚が０．８ｔ／ｎ〜１．３ｔ／ｎの範囲にあることが好ましい。
また、非励振層には、一方主面のみに振動電極が形成されるか、または両主面に同じ電位を有する振動電極が形成される。
さらに、非励振層は、分極していない圧電体セラミックまたは誘電体セラミックを用いることによっても形成することができる。
上述のような圧電共振子において、素子本体に第１および第２の端面電極を形成し、第１の端面電極に電気的に接続されたスプリアス抑制電極を有する圧電共振子であって、励振層および非励振層の積層方向と直交する方向において、一端が第２の端面電極に接続された振動電極の他端と一定のギャップを有するようにスプリアス抑制電極を形成してもよい。
スプリアス抑制電極を形成する場合、ギャップと単位層厚との比をとったとき、ギャップ／単位層厚が１．０〜３．０の範囲にあることが好ましい。
【０００８】
励振層を挟んで形成される振動電極間に電界を印加することにより、励振層に厚み縦振動が励振される。このとき、非励振層には電界が印加されないか、または電界が印加されても励振しない材料で非励振層が形成されているため、非励振層には振動が励振されないが、励振層の振動により非励振層にも定在波が乗り、全体として高次モードの圧電共振子とすることができる。つまり、素子本体の厚みをｔとしたとき、単位層厚を略ｔ／ｎとし、励振層および少なくとも１つの非励振層の厚みを単位層厚の整数倍とすることにより、全体としてｎ次モードの圧電共振子とすることができる。
このような圧電共振子では、耐熱性の高い材料を使用することができ、しかも電気機械結合係数を小さくすることができるため、狭公差の共振子とすることができる。
このような圧電共振子において、励振層の単位層厚を０．７ｔ／ｎ〜１．２ｔ／ｎの範囲とし、非励振層の前記単位層厚を０．８ｔ／ｎ〜１．３ｔ／ｎの範囲とすることにより、良好な特性を有する圧電共振子を得ることができる。
なお、非励振層としては、振動電極に挟まれない構造とすることにより、電界が印加されない層とすることができる。
また、非励振層としては、分極していない圧電体セラミックや誘電体セラミックなどを用いることにより、電界が印加されても励振されない層とすることができる。もちろん、この場合、電界が印加されないような電極配置とされていてもよいことは言うまでもない。
さらに、スプリアス抑制電極を形成することにより、所望のモードの振動以外の振動を抑制することができる。
このような効果は、ギャップ／単位層厚が１．０〜３．０の範囲にあるときに顕著となる。
【０００９】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の圧電共振子の一例を示す図解図である。圧電共振子１０は、素子本体１２を含む。素子本体１２は、励振層１４と非励振層１６とを含む。ここで、非励振層１６とは、後述するように、圧電共振子１０に電界を印加したときに、振動が励振されない層を示している。そして、励振層１４は、その厚み方向に分極される。ここで、励振層１４と非励振層１６とは同じ厚みとなるように形成される。つまり、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４および非励振層１６の厚みがｔ／２となるように形成される。
【００１１】
励振層１４の両面には、振動電極１８，２０が形成される。振動電極１８は、励振層１４の表面に形成され、振動電極２０は、励振層１４と非励振層１６との間に形成される。一方の振動電極１８は励振層１４の一方端から中央部に向かって形成され、他方の振動電極２０は励振層１４の他方端から中央部に向かって形成される。そして、励振層１４の中央部において、２つの振動電極１８，２０が互いに対向するように形成される。さらに、素子本体１２の両端面に端面電極２２，２４が形成され、一方の端面電極２２が励振層１４の表面の振動電極１８に接続され、他方の端面電極２４が励振層１４と非励振層１６との間の振動電極２０に接続される。
【００１２】
この圧電共振子１０では、端面電極２２，２４に信号を与えることにより、振動電極１８，２０間において、励振層１４の厚み方向に電界が印加される。それにより、励振層１４に厚み縦振動が励振される。このとき、非励振層１６には電界が印加されず、非励振層１６には振動が励振されない。しかしながら、励振層１４に厚み縦振動が励振されるため、それによって非励振層１６にも定在波が乗り、全体として高次モードの厚み縦振動高調波を利用した圧電共振子となる。図１に示す圧電共振子１０は、同じ厚みの励振層１４と非励振層１６とが積層されていることにより、厚み縦振動２次高調波を利用した圧電共振子となっている。また、このような構造の圧電共振子１０では、振動電極１８，２０が、励振層１４の中央部でのみ対向しているため、この部分にエネルギ閉じ込め領域が形成され、エネルギ閉じ込め型の圧電共振子が形成される。
【００１３】
この圧電共振子１０では、励振層１４の材料として耐熱性の高い材料を用いることができ、しかも電気機械結合係数を小さくすることができるため、狭公差の共振子とすることができる。さらに、励振層１４の両面に振動電極１８，２０が形成されることにより、励振層１４のみに電界を印加することができ、効率的に厚み縦振動を励振することができる。また、等価回路においても、励振層１４と直列に容量が入らないため、安定した共振子特性を得ることができる。
【００１４】
なお、図２に示すように、２層の励振層１４ａ，１４ｂと１層の非励振層１６とを積層した素子本体１２を含む圧電共振子１０を用いて厚み縦振動３次高調波を利用した圧電共振子１０とすることもできる。この圧電共振子１０では、励振層１４ａ，１４ｂの両側に振動電極３０，３２が形成され、これらの振動電極３０，３２が端面電極２２に接続される。また、２つの励振層１４ａ，１４ｂの間に別の振動電極３４が形成され、この振動電極３４が端面電極２４に接続される。なお、非励振層１６の外面には振動電極が形成されず、非励振層１６には電界が印加されない構造となっている。ここで、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４ａ，１４ｂの厚みおよび非励振層１６の厚みは、それぞれｔ／３となるように形成される。
【００１５】
このような圧電共振子１０では、励振層１４ａ，１４ｂに電界が印加され、これらの励振層１４ａ，１４ｂに厚み縦振動が励振される。このとき、非励振層１６にも定在波が乗り、全体として厚み縦振動３次高調波を利用した圧電共振子とすることができる。
【００１６】
さらに、図３に示すように、励振層１４の両側に非励振層１６ａ，１６ｂを形成した素子本体１２を用いてもよい。この場合、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４の厚みはｔ／３となるように形成され、２つの非励振層１６ａ，１６ｂの厚みＴ2は、それぞれｔ／３となるように形成される。そして、中央部の励振層１４の両側に振動電極１８，２０が形成され、これらの振動電極１８，２０のそれぞれが異なる端面電極２２，２４に接続される。このような圧電共振子１０も、中央部の励振層１４に電界が印加されることにより厚み縦振動が励振され、その両側に形成された非励振層１６ａ，１６ｂに定在波が乗って、全体として厚み縦振動３次高調波を利用した圧電共振子となる。
【００１７】
さらに、図４に示すように、励振層１４と非励振層１６とを積層した素子本体１２を用いた圧電共振子１０において、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４の厚みｔ／３とし、非励振層１６の厚みＴ2を２ｔ／３としてもよい。この場合、励振層１４に厚み縦振動が励振されると、励振層１４の２倍の厚みを有する非励振層１６に定在波が乗り、全体として厚み縦振動３次高調波を利用した圧電共振子とすることができる。
【００１８】
また、図５に示すように、中央部に非励振層１６を形成し、その両側に励振層１４ａ，１４ｂを形成した素子本体１２を用いてもよい。この圧電共振子１０では、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４ａ，１４ｂの厚みがｔ／４となるように形成され、非励振層１６の厚みＴ2がｔ／２となるように形成されている。そして、励振層１４ａの両側に振動電極３６，３８が形成され、励振層１４ｂの両側に振動電極４０，４２が形成されている。素子本体１２の外面に形成された振動電極３６，４２は端面電極２２に接続され、素子本体１２の内部に形成された振動電極３８，４０が端面電極２４に接続されている。
【００１９】
このような圧電共振子１０では、素子本体１２の両側の励振層１４ａ，１４ｂに電界が印加されることにより、厚み縦振動が励振される。ただし、中央部の非励振層１６の両側の振動電極３８，４０は同じ端面電極２４に接続されているため、非励振層１６には電界が印加されず、ここには振動が励振されない。そして、励振層１４ａ，１４ｂの２倍の厚みを有する中央部の非励振層１６に定在波が乗ることにより、全体として厚み縦振動４次高調波を利用した圧電共振子とすることができる。
【００２０】
このように、素子本体１２の厚みをｔとして、単位層厚をｔ／ｎで表したとき、励振層および非励振層の厚みをｔ／ｎの整数倍とすることにより、全体として厚み縦振動ｎ次高調波を利用した圧電共振子を得ることができる。なお、上述のそれぞれの圧電共振子１０では、電界が印加されない構造とすることにより非励振層を形成したが、電界が印加される構造であっても、分極されていない圧電体セラミックまたは誘電体セラミックなどで形成することにより非励振層とすることができる。
【００２１】
なお、素子本体の厚みをｔとしたとき、励振層および非励振層の厚みは、正確にｔ／ｎとする必要はない。たとえば、図６に示すように、厚み縦振動２次高調波を利用した圧電共振子１０において、励振層１４の厚みを非励振層１６の厚みＴ2より厚くしてもよい。逆に、励振層１４の厚みを非励振層１６の厚みＴ2より薄くしてもよい。実験によれば、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４の厚みが０．７ｔ／ｎ〜１．２ｔ／ｎの範囲にあり、非励振層１６の厚みが０．８ｔ／ｎ〜１．３ｔ／ｎの範囲にあれば、良好な特性を有する圧電共振子が得られることがわかった。
【００２２】
さらに、図７に示すように、素子本体１２にスプリアス抑制電極４４を形成することにより、スプリアスの発生を抑えることができる。この圧電共振子１０では、端面電極２２に接続されるようにして、非励振層１６の外面にスプリアス抑制電極４４が形成されている。このスプリアス抑制電極４４は、励振層１４および非励振層１６の積層方向に直交する方向で、端面電極２４に接続された内部の振動電極２０とギャップを隔てて形成される。このようなスプリアス抑制電極４４を形成することにより、スプリアスの発生を抑えることができるが、実験によれば、Ｅsd／Ｄの値が１．０〜３．０の範囲にあるときにこのような効果が顕著であることがわかった。ここで、Ｅsdは振動電極２０とスプリアス抑制電極４４との間のギャップの間隔を示し、Ｄは単位層厚であって、素子本体１２の厚みｔの１／２を示す。
【００２３】
図７に示す圧電共振子１０は、厚み縦振動２次高調波を利用した圧電共振子であるため、Ｄは素子本体１２の厚みの１／２としたが、一般的に、厚み縦振動ｎ次高調波を利用した圧電共振子の場合、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、Ｄはｔ／ｎで表される単位層厚である。そして、ギャップＥsdと単位層厚Ｄとの比Ｅsd／Ｄが１．０〜３．０の範囲にあるときに、スプリアス抑制効果が顕著となる。
【００２４】
スプリアス抑制電極４４を形成した厚み縦振動２次高調波の圧電共振子１０としては、図８に示すように、振動電極１８，２０およびスプリアス抑制電極４４が素子本体１２の外面に露出していないものであってもよい。また、図９に示すように、非励振層１６の厚みが励振層１４の厚みの２倍である厚み縦振動３次高調波の圧電共振子にスプリアス抑制電極を形成してもよい。図９に示す圧電共振子１０では、スプリアス抑制電極４４ａが非励振層１６の厚み方向の中間部に形成され、非励振層１６の表面に別のスプリアス抑制電極４４ｂが形成されている。そして、スプリアス抑制電極４４ａと内部の振動電極２０との間にギャップＥsdが形成され、スプリアス抑制電極４４ｂと表面の振動電極１８との間にギャップＥsdが形成される。このように、厚み縦振動２次高調波の圧電共振子だけでなく、厚み縦振動ｎ次高調波の圧電共振子においても、スプリアス抑制電極４４を形成することにより、スプリアスの発生を抑えることができる。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
まず、酸化鉛、酸化チタン、酸化ランタン、炭酸マンガンをＰｂ：Ｌａ：Ｔｉ：Ｍｎのモル比率が０．８６５：０．０９０：１．０００：０．０２０となるように調合し、水および部分安定化ジルコニアの粉砕メディアとともにボールミルに入れて、約１０時間攪拌混合した。そののち、脱水工程を経て、この混合原料を大気中で８００℃〜１０００℃の温度で約２時間仮焼を行った。得られた仮焼原料１００ｇに対し、酢酸ビニル系のバインダを固形分換算で１０ｇ混合し、水３０ｇを加え、可塑剤を適量添加することでシート成形用のスラリーを作製した。
【００２６】
このスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚み約５０μｍ程度のシートの成形を行った。成形したシートを２０ｍｍ×３０ｍｍの大きさにカットし、図１０に示すように、シート５０の一部に平行線状に電極パターン５２をスクリーン印刷した。スクリーンのメッシュは＃４００のものを用いた。電極材料は白金であり、印刷用のペーストは白金とワニスの混合体であって、白金が５０〜７０重量％含まれているものを用いた。そして、図１０に示すように、電極パターン５２を形成したシート５０の両面に電極パターンを形成していないシート５４を積み重ね、面圧１００〜２００ＭＰａで圧着した。この圧着体を１２００℃で約２時間焼成し、内部に電極５６が形成された燒結体５８を得た。
【００２７】
得られた燒結体５８の両面全面に蒸着によって銀電極を形成し、１００℃〜１５０℃のオイル中で電界５〜１０ＭＶ／ｍを印加して分極処理を施した。分極後、１００℃〜２５０℃の空気中で試料を１時間保持したのち、エッチングによって蒸着した銀電極をパターニングした。パターニングした銀電極６０は、図１１に示すように、燒結体内部に形成された電極５６と一部が対向するようにして、互いに平行するように形成される。そして、図１１の点線で示すように、燒結体の内部に形成された電極５６と燒結体５８の表面に形成された電極６０とが対向端面に露出するように切り出し、電極１８，２０が形成された素子本体１２を得た。この素子本体１２の側面に端面電極２２，２４を形成して対向端面に露出した電極１８，２０に接続した。このようにして、図１に示す圧電共振子１０を作製した。
【００２８】
得られた圧電共振子１０について、インピーダンスの周波数特性を測定した。また、比較例として、図１２に示すような、２つの励振層６２，６４のそれぞれに対向する電極６６，６８，７０を形成した従来の圧電共振子について、インピーダンスの周波数特性を測定した。そして、その結果を図１３に示した。図１３から、本発明の圧電共振子１０では、従来の圧電共振子に比べて、帯域の狭い共振特性が得られることがわかる。なお、この実施例の圧電共振子１０では、厚み縦振動の２次高調波が励振される。
【００２９】
（実施例２）
図２に示すように、２層の励振層と１層の非励振層とを含み、厚み縦振動の３次高調波を励振させる圧電共振子１０を作製した。得られた圧電共振子１０について、インピーダンスの周波数特性を測定した。また、比較例として、図１４に示すような、３つの励振層７２，７４，７６のそれぞれに対向する電極７８，８０，８２，８４を形成した従来の圧電共振子について、インピーダンスの周波数特性を測定した。そして、その結果を図１５に示した。図１５から、本発明の圧電共振子１０では、従来の圧電共振子に比べて、帯域の狭い共振特性が得られることがわかる。
【００３０】
（実施例３）
図６に示すように、励振層１４と非励振層１６の厚みを変えて、厚み縦振動２次高調波を利用した圧電共振子１０を形成した。そして、非励振層１６の厚みＴ2と圧電共振子１０の位相特性の最大値θmaxとの関係を測定し、その結果を図１６に示した。図１６からわかるように、素子本体１２の厚みをｔとし、Ｄ＝ｔ／２で表した場合、Ｔ2 が０．８Ｄ〜１．３Ｄの範囲にあるとき、つまり励振層１４の厚みが０．７Ｄ〜１．２Ｄの範囲にあるとき、θmaxの値が大きく、良好な特性を有していることがわかる。
【００３１】
（実施例４）
図７に示すように、スプリアス抑制電極４４を有する厚み縦振動２次高調波の厚電共振子１０を形成した。なお、図７に示す圧電共振子１０において、素子本体１２の厚みｔ＝０．２４５ｍｍ、素子本体１２の長さＬ＝２．２ｍｍ、振動電極１８，２０の長さＥｉｎおよびＥｏｕｔは、それぞれ１．３５ｍｍとした。そして、ギャップＥsdと単位層厚Ｄとの比Ｅsd／Ｄとθmaxとの関係を測定し、その結果を図１７に示した。図１７では、圧電共振子１０に励振される２次高調波と、スプリアス信号である基本波および３次高調波のθmaxについて示されている。図１７からわかるように、Ｅsd／Ｄの値が３．０以下の範囲で、スプリアス信号である基本波および３次高調波のθmaxが小さく、２次高調波のθmaxが大きい。
【００３２】
さらに、図７に示す圧電共振子１０において、比帯域ｄＦ／ＦａとＥsd／Ｄとの関係を測定し、その結果を図１８に示した。図１８からわかるように、Ｅsd／Ｄが１．０以上で狭帯域が得られている。このような圧電共振子１０では、狭帯域であることが好ましいため、Ｅsd／Ｄは１．０以上であることが好ましい。したがって、図１７および図１８から、Ｅsd／Ｄは１．０〜３．０の範囲にあることが好ましい。
【００３３】
このように、この発明の圧電共振子１０としては、何次の厚み縦振動高調波を励振させるものでもよい。また、エネルギ閉じ込め領域を形成するための電極１８，２０の形状としては、たとえば図１９に示すように円形であってもよいし、楕円形であってもよく、これらと長方形とを連結した形状であってもよい。
【００３４】
さらに、励振層１４の材料としては、圧電体であれば何でもよく、ポアソン比が１／３以上であっても以下であっても、エネルギ閉じ込めを実現できることが、本発明者によって確認された。励振層の材料系としては、一体燒結する構造の場合は、セラミックス材料が一般的である。これらの材料としては、たとえばチタン酸鉛系、チタン酸ジルコン酸鉛系、チタン酸バリウム系、タングステンブロンズ系、バイロクロア系、層状化合物系特にビスマス層状化合物系などの材料が利用可能である。単結晶圧電材料を接合、接着技術などを用いて任意の非励振層と一体化することによっても、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、励振層１４と非励振層１６とは、同じ材料としてもよいし、異なる材料としてもよい。励振層１４と非励振層１６とが同じ材料であれば、熱膨張率の差がないため、温度変化に対して内部で応力が発生することがなく、高信頼性の圧電共振子を得ることができる。また、励振層１４と非励振層１６とが異なる材料であれば、共振周波数の温度特性の補正や共振子のＱ値のコントロールが可能となる。このように、励振層１４と非励振層１６の材料を適当に選択することにより、さまざまな特性を発現させることができる。さらに、非励振層１６は圧電性を有していても有していなくてもよく、圧電共振子１０に与えられる電界によって振動が励振されない構造であればよい。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、小型で、耐熱性が高く、狭公差の高性能発振子の実現が可能な圧電共振子を得ることができる。
このような圧電共振子において、スプリアス抑制電極を形成することにより、スプリアスの少ない圧電共振子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の圧電共振子の一例を示す図解図である。
【図２】この発明の圧電共振子の他の例を示す図解図である。
【図３】この発明の圧電共振子のさらに他の例を示す図解図である。
【図４】この発明の圧電共振子の別の例を示す図解図である。
【図５】この発明の圧電共振子のさらに別の例を示す図解図である。
【図６】この発明の圧電共振子において、励振層と非励振層の厚みを変えた状態を示す図解図である。
【図７】スプリアス抑制電極を形成した圧電共振子の一例を示す図解図である。
【図８】スプリアス抑制電極を形成した圧電共振子の他の例を示す図解図である。
【図９】スプリアス抑制電極を形成した圧電共振子のさらに他の例を示す図解図である。
【図１０】図１に示す圧電共振子を作製するための工程の一部を示す図解図である。
【図１１】図１０に示す工程を経てつくられた燒結体を示す図解図である。
【図１２】比較例としての従来の圧電共振子の一例を示す図解図である。
【図１３】図１に示すこの発明の圧電共振子と図１２に示す従来の圧電共振子のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１４】図２に示す圧電共振子との比較例として用いられる従来の圧電共振子を示す図解図である。
【図１５】図２に示すこの発明の圧電共振子と図１４に示す従来の圧電共振子のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１６】図６に示す圧電共振子の非励振層の厚みとθmaxとの関係を示すグラフである。
【図１７】図７に示す圧電共振子に励振される基本波、２次高調波および３次高調波について、Ｅsd／Ｄとθmaxとの関係を示すグラフである。
【図１８】図７に示す圧電共振子のｄＦ／ＦａとＥsd／Ｄとの関係を示すグラフである。
【図１９】この発明の圧電共振子において、振動電極の形状を変えた例を示す図解図である。
【符号の説明】
１０ 圧電共振子
１２ 素子本体
１４ 励振層
１６ 非励振層
１８，２０ 振動電極
２２，２４ 端面電極
３０，３２，３４ 振動電極
４４ スプリアス抑制電極
【発明の属する技術分野】
この発明は圧電共振子に関し、特にたとえば、主として発振子などに用いられる圧電共振子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、主として発振子に用いられる圧電共振子として、圧電体単板の厚み縦振動基本波、圧電体単板の厚み縦振動３次高調波、圧電体単板の厚みすべり振動、積層圧電体の厚み縦振動高調波などを利用したエネルギ閉じ込め型共振子が提案され、実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の厚み縦振動基本波を利用した共振子では、エネルギ閉じ込めの可能な材料が限られており、耐熱性の高い材料を用いてエネルギ閉じ込め共振子を作製することはかなり難しい。また、従来の厚みすべり共振子では、耐熱性の高い材料が利用可能であるが、音速が低いため、高い周波数の共振子を作製する上でハンドリングが困難になるとともに、素子自体の機械的な信頼性を高くすることが困難であるという問題があった。また、これらの共振子は、電気機械結合係数が大きく、狭公差の発振子用途には利用しにくいという別の問題もある。
【０００４】
圧電体単板の厚み縦振動３次高調波を用いた素子では、これらの問題はないが、エネルギ閉じ込め共振子の最適電極径が大きくなるため、素子自体の小型化を進める上で不利である。また、素子厚みも基本波タイプの３倍と厚くなるため、素子の薄型化も困難である。積層構造の厚み縦振動高調波を利用した共振子は、耐熱性の高い材料の利用が可能で、エネルギ閉じ込め共振子の最適電極径も厚み縦振動基本波共振子並みなので、小型化に関する制約は少ないが、電気機械結合係数が大きいため、狭公差の発信子用途に応用しにくいという問題がある。このように、従来の技術では、小型で、耐熱性が高く、かつ狭公差の発振子を実現することが困難であった。
【０００５】
なお、本発明者らにより、圧電性を有しない常誘電体層と圧電体層の２層からなる積層物を用いた圧電共振子が、特開平５−４８３７７号に開示されている。この圧電共振子では、圧電体層と常誘電体層とが直列につながれた状態で電界が印加されるため、圧電体層を効率的に振動させられず、また等価回路において直列に容量成分が入ってくるため、共振子としての特性が大きく変わるなどの問題があった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で、耐熱性が高く、狭公差の高性能圧電発振子の実現を可能とする圧電共振子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、少なくとも一対の振動電極に挟まれ電界によって振動が励振される少なくとも１つの励振層と、振動が励振されない少なくとも１つの非励振層とが積層された素子本体を含み、ｎ次縦振動高調波（ｎは１以外の整数）を励振する圧電共振子であって、素子本体の厚みをｔ、単位層厚を略ｔ／ｎと定義したとき、励振層の層厚を単位層厚の整数倍とし、かつ少なくとも１つの非励振層の層厚を単位層厚の整数倍とし、かつ単位層厚が略ｔ／ｎである励振層および非励振層の単位層の総数がｎ層（ｎは１以外の整数）であることを特徴とする、圧電共振子である。
このような圧電共振子において、励振層の単位層厚が０．７ｔ／ｎ〜１．２ｔ／ｎの範囲にあり、非励振層の前記単位層厚が０．８ｔ／ｎ〜１．３ｔ／ｎの範囲にあることが好ましい。
また、非励振層には、一方主面のみに振動電極が形成されるか、または両主面に同じ電位を有する振動電極が形成される。
さらに、非励振層は、分極していない圧電体セラミックまたは誘電体セラミックを用いることによっても形成することができる。
上述のような圧電共振子において、素子本体に第１および第２の端面電極を形成し、第１の端面電極に電気的に接続されたスプリアス抑制電極を有する圧電共振子であって、励振層および非励振層の積層方向と直交する方向において、一端が第２の端面電極に接続された振動電極の他端と一定のギャップを有するようにスプリアス抑制電極を形成してもよい。
スプリアス抑制電極を形成する場合、ギャップと単位層厚との比をとったとき、ギャップ／単位層厚が１．０〜３．０の範囲にあることが好ましい。
【０００８】
励振層を挟んで形成される振動電極間に電界を印加することにより、励振層に厚み縦振動が励振される。このとき、非励振層には電界が印加されないか、または電界が印加されても励振しない材料で非励振層が形成されているため、非励振層には振動が励振されないが、励振層の振動により非励振層にも定在波が乗り、全体として高次モードの圧電共振子とすることができる。つまり、素子本体の厚みをｔとしたとき、単位層厚を略ｔ／ｎとし、励振層および少なくとも１つの非励振層の厚みを単位層厚の整数倍とすることにより、全体としてｎ次モードの圧電共振子とすることができる。
このような圧電共振子では、耐熱性の高い材料を使用することができ、しかも電気機械結合係数を小さくすることができるため、狭公差の共振子とすることができる。
このような圧電共振子において、励振層の単位層厚を０．７ｔ／ｎ〜１．２ｔ／ｎの範囲とし、非励振層の前記単位層厚を０．８ｔ／ｎ〜１．３ｔ／ｎの範囲とすることにより、良好な特性を有する圧電共振子を得ることができる。
なお、非励振層としては、振動電極に挟まれない構造とすることにより、電界が印加されない層とすることができる。
また、非励振層としては、分極していない圧電体セラミックや誘電体セラミックなどを用いることにより、電界が印加されても励振されない層とすることができる。もちろん、この場合、電界が印加されないような電極配置とされていてもよいことは言うまでもない。
さらに、スプリアス抑制電極を形成することにより、所望のモードの振動以外の振動を抑制することができる。
このような効果は、ギャップ／単位層厚が１．０〜３．０の範囲にあるときに顕著となる。
【０００９】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の圧電共振子の一例を示す図解図である。圧電共振子１０は、素子本体１２を含む。素子本体１２は、励振層１４と非励振層１６とを含む。ここで、非励振層１６とは、後述するように、圧電共振子１０に電界を印加したときに、振動が励振されない層を示している。そして、励振層１４は、その厚み方向に分極される。ここで、励振層１４と非励振層１６とは同じ厚みとなるように形成される。つまり、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４および非励振層１６の厚みがｔ／２となるように形成される。
【００１１】
励振層１４の両面には、振動電極１８，２０が形成される。振動電極１８は、励振層１４の表面に形成され、振動電極２０は、励振層１４と非励振層１６との間に形成される。一方の振動電極１８は励振層１４の一方端から中央部に向かって形成され、他方の振動電極２０は励振層１４の他方端から中央部に向かって形成される。そして、励振層１４の中央部において、２つの振動電極１８，２０が互いに対向するように形成される。さらに、素子本体１２の両端面に端面電極２２，２４が形成され、一方の端面電極２２が励振層１４の表面の振動電極１８に接続され、他方の端面電極２４が励振層１４と非励振層１６との間の振動電極２０に接続される。
【００１２】
この圧電共振子１０では、端面電極２２，２４に信号を与えることにより、振動電極１８，２０間において、励振層１４の厚み方向に電界が印加される。それにより、励振層１４に厚み縦振動が励振される。このとき、非励振層１６には電界が印加されず、非励振層１６には振動が励振されない。しかしながら、励振層１４に厚み縦振動が励振されるため、それによって非励振層１６にも定在波が乗り、全体として高次モードの厚み縦振動高調波を利用した圧電共振子となる。図１に示す圧電共振子１０は、同じ厚みの励振層１４と非励振層１６とが積層されていることにより、厚み縦振動２次高調波を利用した圧電共振子となっている。また、このような構造の圧電共振子１０では、振動電極１８，２０が、励振層１４の中央部でのみ対向しているため、この部分にエネルギ閉じ込め領域が形成され、エネルギ閉じ込め型の圧電共振子が形成される。
【００１３】
この圧電共振子１０では、励振層１４の材料として耐熱性の高い材料を用いることができ、しかも電気機械結合係数を小さくすることができるため、狭公差の共振子とすることができる。さらに、励振層１４の両面に振動電極１８，２０が形成されることにより、励振層１４のみに電界を印加することができ、効率的に厚み縦振動を励振することができる。また、等価回路においても、励振層１４と直列に容量が入らないため、安定した共振子特性を得ることができる。
【００１４】
なお、図２に示すように、２層の励振層１４ａ，１４ｂと１層の非励振層１６とを積層した素子本体１２を含む圧電共振子１０を用いて厚み縦振動３次高調波を利用した圧電共振子１０とすることもできる。この圧電共振子１０では、励振層１４ａ，１４ｂの両側に振動電極３０，３２が形成され、これらの振動電極３０，３２が端面電極２２に接続される。また、２つの励振層１４ａ，１４ｂの間に別の振動電極３４が形成され、この振動電極３４が端面電極２４に接続される。なお、非励振層１６の外面には振動電極が形成されず、非励振層１６には電界が印加されない構造となっている。ここで、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４ａ，１４ｂの厚みおよび非励振層１６の厚みは、それぞれｔ／３となるように形成される。
【００１５】
このような圧電共振子１０では、励振層１４ａ，１４ｂに電界が印加され、これらの励振層１４ａ，１４ｂに厚み縦振動が励振される。このとき、非励振層１６にも定在波が乗り、全体として厚み縦振動３次高調波を利用した圧電共振子とすることができる。
【００１６】
さらに、図３に示すように、励振層１４の両側に非励振層１６ａ，１６ｂを形成した素子本体１２を用いてもよい。この場合、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４の厚みはｔ／３となるように形成され、２つの非励振層１６ａ，１６ｂの厚みＴ2は、それぞれｔ／３となるように形成される。そして、中央部の励振層１４の両側に振動電極１８，２０が形成され、これらの振動電極１８，２０のそれぞれが異なる端面電極２２，２４に接続される。このような圧電共振子１０も、中央部の励振層１４に電界が印加されることにより厚み縦振動が励振され、その両側に形成された非励振層１６ａ，１６ｂに定在波が乗って、全体として厚み縦振動３次高調波を利用した圧電共振子となる。
【００１７】
さらに、図４に示すように、励振層１４と非励振層１６とを積層した素子本体１２を用いた圧電共振子１０において、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４の厚みｔ／３とし、非励振層１６の厚みＴ2を２ｔ／３としてもよい。この場合、励振層１４に厚み縦振動が励振されると、励振層１４の２倍の厚みを有する非励振層１６に定在波が乗り、全体として厚み縦振動３次高調波を利用した圧電共振子とすることができる。
【００１８】
また、図５に示すように、中央部に非励振層１６を形成し、その両側に励振層１４ａ，１４ｂを形成した素子本体１２を用いてもよい。この圧電共振子１０では、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４ａ，１４ｂの厚みがｔ／４となるように形成され、非励振層１６の厚みＴ2がｔ／２となるように形成されている。そして、励振層１４ａの両側に振動電極３６，３８が形成され、励振層１４ｂの両側に振動電極４０，４２が形成されている。素子本体１２の外面に形成された振動電極３６，４２は端面電極２２に接続され、素子本体１２の内部に形成された振動電極３８，４０が端面電極２４に接続されている。
【００１９】
このような圧電共振子１０では、素子本体１２の両側の励振層１４ａ，１４ｂに電界が印加されることにより、厚み縦振動が励振される。ただし、中央部の非励振層１６の両側の振動電極３８，４０は同じ端面電極２４に接続されているため、非励振層１６には電界が印加されず、ここには振動が励振されない。そして、励振層１４ａ，１４ｂの２倍の厚みを有する中央部の非励振層１６に定在波が乗ることにより、全体として厚み縦振動４次高調波を利用した圧電共振子とすることができる。
【００２０】
このように、素子本体１２の厚みをｔとして、単位層厚をｔ／ｎで表したとき、励振層および非励振層の厚みをｔ／ｎの整数倍とすることにより、全体として厚み縦振動ｎ次高調波を利用した圧電共振子を得ることができる。なお、上述のそれぞれの圧電共振子１０では、電界が印加されない構造とすることにより非励振層を形成したが、電界が印加される構造であっても、分極されていない圧電体セラミックまたは誘電体セラミックなどで形成することにより非励振層とすることができる。
【００２１】
なお、素子本体の厚みをｔとしたとき、励振層および非励振層の厚みは、正確にｔ／ｎとする必要はない。たとえば、図６に示すように、厚み縦振動２次高調波を利用した圧電共振子１０において、励振層１４の厚みを非励振層１６の厚みＴ2より厚くしてもよい。逆に、励振層１４の厚みを非励振層１６の厚みＴ2より薄くしてもよい。実験によれば、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、励振層１４の厚みが０．７ｔ／ｎ〜１．２ｔ／ｎの範囲にあり、非励振層１６の厚みが０．８ｔ／ｎ〜１．３ｔ／ｎの範囲にあれば、良好な特性を有する圧電共振子が得られることがわかった。
【００２２】
さらに、図７に示すように、素子本体１２にスプリアス抑制電極４４を形成することにより、スプリアスの発生を抑えることができる。この圧電共振子１０では、端面電極２２に接続されるようにして、非励振層１６の外面にスプリアス抑制電極４４が形成されている。このスプリアス抑制電極４４は、励振層１４および非励振層１６の積層方向に直交する方向で、端面電極２４に接続された内部の振動電極２０とギャップを隔てて形成される。このようなスプリアス抑制電極４４を形成することにより、スプリアスの発生を抑えることができるが、実験によれば、Ｅsd／Ｄの値が１．０〜３．０の範囲にあるときにこのような効果が顕著であることがわかった。ここで、Ｅsdは振動電極２０とスプリアス抑制電極４４との間のギャップの間隔を示し、Ｄは単位層厚であって、素子本体１２の厚みｔの１／２を示す。
【００２３】
図７に示す圧電共振子１０は、厚み縦振動２次高調波を利用した圧電共振子であるため、Ｄは素子本体１２の厚みの１／２としたが、一般的に、厚み縦振動ｎ次高調波を利用した圧電共振子の場合、素子本体１２の厚みをｔとしたとき、Ｄはｔ／ｎで表される単位層厚である。そして、ギャップＥsdと単位層厚Ｄとの比Ｅsd／Ｄが１．０〜３．０の範囲にあるときに、スプリアス抑制効果が顕著となる。
【００２４】
スプリアス抑制電極４４を形成した厚み縦振動２次高調波の圧電共振子１０としては、図８に示すように、振動電極１８，２０およびスプリアス抑制電極４４が素子本体１２の外面に露出していないものであってもよい。また、図９に示すように、非励振層１６の厚みが励振層１４の厚みの２倍である厚み縦振動３次高調波の圧電共振子にスプリアス抑制電極を形成してもよい。図９に示す圧電共振子１０では、スプリアス抑制電極４４ａが非励振層１６の厚み方向の中間部に形成され、非励振層１６の表面に別のスプリアス抑制電極４４ｂが形成されている。そして、スプリアス抑制電極４４ａと内部の振動電極２０との間にギャップＥsdが形成され、スプリアス抑制電極４４ｂと表面の振動電極１８との間にギャップＥsdが形成される。このように、厚み縦振動２次高調波の圧電共振子だけでなく、厚み縦振動ｎ次高調波の圧電共振子においても、スプリアス抑制電極４４を形成することにより、スプリアスの発生を抑えることができる。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
まず、酸化鉛、酸化チタン、酸化ランタン、炭酸マンガンをＰｂ：Ｌａ：Ｔｉ：Ｍｎのモル比率が０．８６５：０．０９０：１．０００：０．０２０となるように調合し、水および部分安定化ジルコニアの粉砕メディアとともにボールミルに入れて、約１０時間攪拌混合した。そののち、脱水工程を経て、この混合原料を大気中で８００℃〜１０００℃の温度で約２時間仮焼を行った。得られた仮焼原料１００ｇに対し、酢酸ビニル系のバインダを固形分換算で１０ｇ混合し、水３０ｇを加え、可塑剤を適量添加することでシート成形用のスラリーを作製した。
【００２６】
このスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚み約５０μｍ程度のシートの成形を行った。成形したシートを２０ｍｍ×３０ｍｍの大きさにカットし、図１０に示すように、シート５０の一部に平行線状に電極パターン５２をスクリーン印刷した。スクリーンのメッシュは＃４００のものを用いた。電極材料は白金であり、印刷用のペーストは白金とワニスの混合体であって、白金が５０〜７０重量％含まれているものを用いた。そして、図１０に示すように、電極パターン５２を形成したシート５０の両面に電極パターンを形成していないシート５４を積み重ね、面圧１００〜２００ＭＰａで圧着した。この圧着体を１２００℃で約２時間焼成し、内部に電極５６が形成された燒結体５８を得た。
【００２７】
得られた燒結体５８の両面全面に蒸着によって銀電極を形成し、１００℃〜１５０℃のオイル中で電界５〜１０ＭＶ／ｍを印加して分極処理を施した。分極後、１００℃〜２５０℃の空気中で試料を１時間保持したのち、エッチングによって蒸着した銀電極をパターニングした。パターニングした銀電極６０は、図１１に示すように、燒結体内部に形成された電極５６と一部が対向するようにして、互いに平行するように形成される。そして、図１１の点線で示すように、燒結体の内部に形成された電極５６と燒結体５８の表面に形成された電極６０とが対向端面に露出するように切り出し、電極１８，２０が形成された素子本体１２を得た。この素子本体１２の側面に端面電極２２，２４を形成して対向端面に露出した電極１８，２０に接続した。このようにして、図１に示す圧電共振子１０を作製した。
【００２８】
得られた圧電共振子１０について、インピーダンスの周波数特性を測定した。また、比較例として、図１２に示すような、２つの励振層６２，６４のそれぞれに対向する電極６６，６８，７０を形成した従来の圧電共振子について、インピーダンスの周波数特性を測定した。そして、その結果を図１３に示した。図１３から、本発明の圧電共振子１０では、従来の圧電共振子に比べて、帯域の狭い共振特性が得られることがわかる。なお、この実施例の圧電共振子１０では、厚み縦振動の２次高調波が励振される。
【００２９】
（実施例２）
図２に示すように、２層の励振層と１層の非励振層とを含み、厚み縦振動の３次高調波を励振させる圧電共振子１０を作製した。得られた圧電共振子１０について、インピーダンスの周波数特性を測定した。また、比較例として、図１４に示すような、３つの励振層７２，７４，７６のそれぞれに対向する電極７８，８０，８２，８４を形成した従来の圧電共振子について、インピーダンスの周波数特性を測定した。そして、その結果を図１５に示した。図１５から、本発明の圧電共振子１０では、従来の圧電共振子に比べて、帯域の狭い共振特性が得られることがわかる。
【００３０】
（実施例３）
図６に示すように、励振層１４と非励振層１６の厚みを変えて、厚み縦振動２次高調波を利用した圧電共振子１０を形成した。そして、非励振層１６の厚みＴ2と圧電共振子１０の位相特性の最大値θmaxとの関係を測定し、その結果を図１６に示した。図１６からわかるように、素子本体１２の厚みをｔとし、Ｄ＝ｔ／２で表した場合、Ｔ2 が０．８Ｄ〜１．３Ｄの範囲にあるとき、つまり励振層１４の厚みが０．７Ｄ〜１．２Ｄの範囲にあるとき、θmaxの値が大きく、良好な特性を有していることがわかる。
【００３１】
（実施例４）
図７に示すように、スプリアス抑制電極４４を有する厚み縦振動２次高調波の厚電共振子１０を形成した。なお、図７に示す圧電共振子１０において、素子本体１２の厚みｔ＝０．２４５ｍｍ、素子本体１２の長さＬ＝２．２ｍｍ、振動電極１８，２０の長さＥｉｎおよびＥｏｕｔは、それぞれ１．３５ｍｍとした。そして、ギャップＥsdと単位層厚Ｄとの比Ｅsd／Ｄとθmaxとの関係を測定し、その結果を図１７に示した。図１７では、圧電共振子１０に励振される２次高調波と、スプリアス信号である基本波および３次高調波のθmaxについて示されている。図１７からわかるように、Ｅsd／Ｄの値が３．０以下の範囲で、スプリアス信号である基本波および３次高調波のθmaxが小さく、２次高調波のθmaxが大きい。
【００３２】
さらに、図７に示す圧電共振子１０において、比帯域ｄＦ／ＦａとＥsd／Ｄとの関係を測定し、その結果を図１８に示した。図１８からわかるように、Ｅsd／Ｄが１．０以上で狭帯域が得られている。このような圧電共振子１０では、狭帯域であることが好ましいため、Ｅsd／Ｄは１．０以上であることが好ましい。したがって、図１７および図１８から、Ｅsd／Ｄは１．０〜３．０の範囲にあることが好ましい。
【００３３】
このように、この発明の圧電共振子１０としては、何次の厚み縦振動高調波を励振させるものでもよい。また、エネルギ閉じ込め領域を形成するための電極１８，２０の形状としては、たとえば図１９に示すように円形であってもよいし、楕円形であってもよく、これらと長方形とを連結した形状であってもよい。
【００３４】
さらに、励振層１４の材料としては、圧電体であれば何でもよく、ポアソン比が１／３以上であっても以下であっても、エネルギ閉じ込めを実現できることが、本発明者によって確認された。励振層の材料系としては、一体燒結する構造の場合は、セラミックス材料が一般的である。これらの材料としては、たとえばチタン酸鉛系、チタン酸ジルコン酸鉛系、チタン酸バリウム系、タングステンブロンズ系、バイロクロア系、層状化合物系特にビスマス層状化合物系などの材料が利用可能である。単結晶圧電材料を接合、接着技術などを用いて任意の非励振層と一体化することによっても、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、励振層１４と非励振層１６とは、同じ材料としてもよいし、異なる材料としてもよい。励振層１４と非励振層１６とが同じ材料であれば、熱膨張率の差がないため、温度変化に対して内部で応力が発生することがなく、高信頼性の圧電共振子を得ることができる。また、励振層１４と非励振層１６とが異なる材料であれば、共振周波数の温度特性の補正や共振子のＱ値のコントロールが可能となる。このように、励振層１４と非励振層１６の材料を適当に選択することにより、さまざまな特性を発現させることができる。さらに、非励振層１６は圧電性を有していても有していなくてもよく、圧電共振子１０に与えられる電界によって振動が励振されない構造であればよい。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、小型で、耐熱性が高く、狭公差の高性能発振子の実現が可能な圧電共振子を得ることができる。
このような圧電共振子において、スプリアス抑制電極を形成することにより、スプリアスの少ない圧電共振子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の圧電共振子の一例を示す図解図である。
【図２】この発明の圧電共振子の他の例を示す図解図である。
【図３】この発明の圧電共振子のさらに他の例を示す図解図である。
【図４】この発明の圧電共振子の別の例を示す図解図である。
【図５】この発明の圧電共振子のさらに別の例を示す図解図である。
【図６】この発明の圧電共振子において、励振層と非励振層の厚みを変えた状態を示す図解図である。
【図７】スプリアス抑制電極を形成した圧電共振子の一例を示す図解図である。
【図８】スプリアス抑制電極を形成した圧電共振子の他の例を示す図解図である。
【図９】スプリアス抑制電極を形成した圧電共振子のさらに他の例を示す図解図である。
【図１０】図１に示す圧電共振子を作製するための工程の一部を示す図解図である。
【図１１】図１０に示す工程を経てつくられた燒結体を示す図解図である。
【図１２】比較例としての従来の圧電共振子の一例を示す図解図である。
【図１３】図１に示すこの発明の圧電共振子と図１２に示す従来の圧電共振子のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１４】図２に示す圧電共振子との比較例として用いられる従来の圧電共振子を示す図解図である。
【図１５】図２に示すこの発明の圧電共振子と図１４に示す従来の圧電共振子のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図１６】図６に示す圧電共振子の非励振層の厚みとθmaxとの関係を示すグラフである。
【図１７】図７に示す圧電共振子に励振される基本波、２次高調波および３次高調波について、Ｅsd／Ｄとθmaxとの関係を示すグラフである。
【図１８】図７に示す圧電共振子のｄＦ／ＦａとＥsd／Ｄとの関係を示すグラフである。
【図１９】この発明の圧電共振子において、振動電極の形状を変えた例を示す図解図である。
【符号の説明】
１０ 圧電共振子
１２ 素子本体
１４ 励振層
１６ 非励振層
１８，２０ 振動電極
２２，２４ 端面電極
３０，３２，３４ 振動電極
４４ スプリアス抑制電極
Claims (6)
- 少なくとも一対の振動電極に挟まれ電界によって振動が励振される少なくとも１つの励振層と、振動が励振されない少なくとも１つの非励振層とが積層された素子本体を含み、ｎ次縦振動高調波（ｎは１以外の整数）を励振する圧電共振子であって、
前記素子本体の厚みをｔ、単位層厚を略ｔ／ｎと定義したとき、前記励振層の層厚を前記単位層厚の整数倍とし、かつ少なくとも１つの前記非励振層の層厚を前記単位層厚の整数倍とし、かつ
前記励振層および前記非励振層の単位層の総数がｎ層（ｎは１以外の整数）であることを特徴とする、圧電共振子。 - 前記励振層の前記単位層厚が０．７ｔ／ｎ〜１．２ｔ／ｎの範囲にあり、前記非励振層の前記単位層厚が０．８ｔ／ｎ〜１．３ｔ／ｎの範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の圧電共振子。
- 前記非励振層には、一方主面のみに前記振動電極が形成されるか、または両主面に同じ電位を有する前記振動電極が形成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の圧電共振子。
- 前記非励振層は、分極していない圧電体セラミックまたは誘電体セラミックで形成されたことを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧電共振子。
- 前記素子本体の表面に第１および第２の端面電極を形成し、前記第１の端面電極に電気的に接続されたスプリアス抑制電極を有する圧電共振子であって、
前記励振層および前記非励振層の積層方向と直交する方向において、一端が前記第２の端面電極に接続された前記振動電極の他端と一定のギャップを有するように前記スプリアス抑制電極が形成された、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電共振子。 - 前記ギャップと前記単位層厚との比をとったとき、ギャップ／単位層厚が１．０〜３．０の範囲にあることを特徴とする、請求項５に記載の圧電共振子。
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