JPH0461526B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は厚みすべり振動を行う圧電振動子に関
するものである。

［従来技術とその解決すべき課題］ 従来の厚みすべり圧電振動子は、水晶片を振動
子として用いるものが多いが、水晶片の表面の振
動変位が大きいため、表面にごみや汚れなどが付
着すると著しく特性が劣化してしまつた。このた
め水晶の封止容器が必要であり、容器内を真空に
したり、不活性ガス置換を行うため、構成が複雑
になり、製造が煩雑になつていた。また、水晶片
は保持部材によつて保持され回路基板に取り付け
られていた。このため、保持部材が必要であると
ともに、保持の方法によつては保持応力の影響が
大きく、耐衝撃性、耐震動性を劣化させる原因に
なつていた。

［発明の目的］ そこで本発明の目的は、封止容器、保持部材を
必要とせず、外界の影響をほとんど受けない厚み
すべり圧電振動子を提供することにある。

［目的を達成する手段］ 本発明に係る厚みすべり圧電振動子は、ドーピ
ング材をドーピングして圧電素子の両面の表層部
にそれぞれ実質的に全面にわたつて形成された非
圧電領域と、中央部のドーピングされない圧電領
域とから構成されている。この圧電領域には厚み
すべり振動エネルギが集中しており、非圧電領域
は、圧電素子の表裏両面において振動変位が実質
的に０でありかつ電荷の検出が可能な厚さに形成
されているものである。

［作用］ 本発明に係る圧電素子両表面の非圧電領域は、
電荷の検出が可能であるため、この非圧電領域上
に駆動電極を形成することができる。従つて、圧
電素子の両表面を、全面にわたつて非圧電領域と
なすことができる。このため、この圧電素子は、
ごみや汚れの付着による特性の劣化といつた、外
界からの影響を受ける恐れがなくなる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を詳細に説明する。

第１図において、１は厚みすべり圧電振動子の
一例のATカツト水晶振動子である。水晶片２
は、Ｘ軸を中心としてＺ軸を約35度回転させたＸ
−Z′平面に平行に截出したものであり、Ｘ軸方向
を長手方向とする直方体形状である。本実施例で
は、長さを約7.0mm、幅を約1.8mm、厚さを約1.2mm
としている。水晶片２の表面２ａ，２ｂ、すなわ
ちＸ−Z′平面には、水晶ドーピング可能なものと
してアルミニウム薄膜３，３が真空蒸着などによ
り形成され、これがドーピングされることによ
り、水晶片２の表層部に非圧電領域３ａ，３ａが
設けられている。本実施例では、ドーピング方法
として拡散による方法を用いている。すなわち、
水晶片２の両表面にアルミニウム薄膜３，３を形
成し、高温でアルミニウムを水晶片２に拡散さ
せ、絶縁性の非圧電領域３ａ，３ａを形成する。
従つて、処理時間に比例して非圧電領域３ａ，３
ａは成長する。水晶片２の中央部は、アルミニウ
ムが拡散していない圧電領域２ｃであり、ここの
厚さｔにより厚みすべり振動の共振周波数が決定
される。すなわち共振周波数ｆは、 ｆ≒１／2t×√₆₆ となる。C₆₆は水晶の弾性定数、ρは水晶の密度
である。本実施例では、ｔ≒0.4mmでｆ≒３〜4M
Hzの共振周波数となつている。水晶片２の表面２
ａ，２ｂには、アルミニウム薄膜３，３を介し
て、金属を真空蒸着するなどして駆動電極４，５
が形成してある。そして、一方の駆動電極４から
は引出し電極４ａが他方の表面２ｂの端部にまで
延出形成してある。水晶振動子１は配線基板（図
示せず。）に接着などにより直接固定できるもの
であり、引出し電極４ａおよび駆動電極５はそれ
ぞれ配線基板上の配線パターンと接続される。

駆動電極４，５に電界を印加すると、水晶振動
子１は厚みすべり振動を行う。第２図に、この厚
みすべり振動の振動変位を示している。この図の
縦軸７は、振動変位が０の線を表している。これ
によると、圧電領域２ｃと非圧電領域３ａ、３ａ
との境界面近傍において最大となる。そして、振
動変位は非圧電領域３ａ，３ａにて徐々に減衰す
る。このことは、厚みすべり振動の平面波解と圧
電基本式、運動方程式そしてラプラスの式から厚
み方向の伝搬係数を調べると厚み方向で減衰解を
もつことからもわかる。本発明においては、表面
２ａ，２ｂにおいて振動変位が極めて小さく実質
的に０になる。

また、第３図に水晶振動子１の振動中の電荷分
布を示している。この図の縦軸８は、電荷が０の
線を表している。これによると、電荷分布も圧電
領域２ｃと非圧電領域３ａ，３ａとの境界面近傍
で最も大きく、絶縁性の非圧電領域３ａ，３ａに
て徐々に減衰する。そして本発明では、電荷は検
出可能な大きさで表面２ａ，２ｂへ伝わる。従つ
て、表面２ａ，２ｂに駆動電極４，５を形成する
ことができる。そして圧電振動は、水晶片２の表
面２ａ，２ｂに形成された駆動電極４，５によつ
て電荷を検出して行なうものである。

このように、本発明においては、圧電振動子１
の振動変位が表面２ａ，２ｂで実質的に０になる
とともに、振動中に表面２ａ，２ｂにおいて検出
可能な大きさで電荷が存在するように、非圧電領
域３ａ，３ａの厚さが設定されている。そして、
水晶片２の厚さｈは、上記の条件を満たすように
設定された非圧電領域３ａ，３ａの厚さと、共振
周波数２ｃの厚さｔとの和として決定される。

このように本発明によると、非圧電領域におい
て電荷を検出することが可能なので、従来のよう
に駆動電極を取り付けるために圧電領域を表面に
露出させる必要がなく、表裏両面を全面にわたつ
て非圧電領域としてそこに駆動電極を設けること
ができる。そして本発明に係る圧電振動子は、水
晶片の表裏両面の振動変位を極めて小さく実質的
に０にしているため、直接に配線基板上に接着な
どにより固着することができ、保持部材が不要に
なり、構成が簡単になる。また、配線基板上に他
の部品と同時に取り付けることができるので組立
の簡素化および自動化が図れる。そして、圧電振
動子の共振周波数は中央部の圧電領域によつて決
まるため、非圧電領域である振動子表面にごみや
汚れが付着したり、電極などが酸化しても共振周
波数に影響を与える恐れがなく、封止容器を用い
る必要がなく構成が簡単になる。さらに、圧電領
域の外側に非圧電領域を所定の厚さだけ形成して
いるため、従来に比べて圧電素子全体の厚さが厚
くでき、高い強度をもつ高周波の厚みすべり振動
子が提供できる。

なお、本実施例においては圧電素子として水晶
片の例を示したが、リチウムタンタレートなどの
他の圧電材料を用いることができ、ドーピング材
としてはアルミニウムの他にチタン、モリブデ
ン、クロム、ジルコニウムなどを用いることがで
きる。

またドーピングの例とて拡散の例を示したが、
ドーピング材料の融液に浸漬後熱処理する方法あ
るいはイオン注入した後熱拡散させる方法など
種々の方法を適用できる。

さらに、ドーピングにより形成された非圧電領
域が導体の場合、その表面を駆動電極として利用
することができ、別に駆動電極を設ける必要がな
い。

［効果］ 本発明によれば、厚みすべり振動子を裸のまま
直接配線基板上に取り付けられるため、保持部材
が不要になり、取付工程も簡単になる。また、振
動子の表裏両面を全面的に非圧電領域とすること
が可能なので、ごみや汚れの付着など外界の影響
により振動特性に変動を与える恐れがなく、振動
子を封止する必要がなくなる。このように、振動
子を取り付けるための部品数が減り、構成が簡単
で取付スペースが小さくなる。そして、振動子の
取付後の耐衝撃性や耐震動性も向上する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は圧電
振動子の断面図、第２図は振動変位を示す部分拡
大断面図、第３図は電荷分布を示す部分拡大断面
図である。 １……厚みすべり圧電振動子、２……圧電素子
（水晶片）、２ａ，２ｂ……表面、２ｃ……圧電領
域、２ｄ，２ｅ……非圧電領域、３，３……ドー
ピング材（アルミニウム薄膜）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ドーピング材をドーピングして圧電素子の両面
   の表層部にそれぞれ実質的に全面にわたつて形成
   された非圧電領域と、中央部のドーピングされな
   い圧電領域とから構成され、 上記中央部の圧電領域には厚みすべり振動エネ
   ルギが集中しており、上記非圧電領域は、上記圧
   電素子の表裏両面において振動変位が実質的に０
   になるとともに表裏両面において電荷の検出が可
   能な厚さに形成されている ことを特徴とする厚みすべり圧電振動子。