JPH0522069A

JPH0522069A - 圧電共振子

Info

Publication number: JPH0522069A
Application number: JP16968891A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Hase; 喜代司長谷; Toshihiko Kikko; 敏彦橘高; Toshiaki Kachi; 敏晃加地; Akira Ando; 陽安藤; Yukio Sakabe; 行雄坂部
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1991-07-10
Filing date: 1991-07-10
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【構成】平面形状が正方形の圧電板Ａにおいて、正方
形の２本の対角線６ａ，６ｂで区切られた４つの領域７
〜１０の分極方向が、隣接する領域間で厚み方向に逆方
向となるように分極処理を施し、該圧電板の両主面の全
面に一対の共振電極１３，１４を形成してなる圧電共振
子１５。【効果】共振電極１３，１４より交流電界を印加する
ことにより、上記のように分極処理された圧電板が、拡
がり振動モードよりも低周波数側に共振点を有し、かつ
頂点が振動する振動モードが励起されるため、より小型
で、かつ不要スプリアス振動の発生し難い圧電共振子を
得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面形状が正方形の圧
電板を用いかつ拡がり振動モードよりも低周波の振動モ
ードを利用した圧電共振子に関し、例えば、ＫＨｚ帯の
発振子やフィルタを構成するのに適した圧電共振子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＫＨｚ帯の共振子としては、平面形状が
正方形の圧電板の拡がり振動モードを利用したものが多
用されている。このような拡がり振動モードを利用した
圧電共振子は、平面形状が正方形の圧電板の両主面に共
振電極を形成した構造を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】拡がり振動モードの共
振周波数は圧電板の外径寸法で決定される。そのため、
例えば共振周波数が４５５ＫＨｚの共振子を構成した場
合、圧電板の寸法が４．５ｍｍ×４．５ｍｍ程度とかな
り大きなものとならざるを得なかった。近年、他の電子
部品と同様に、圧電共振子においても素子の小型化が強
く求められているが、上記のように拡がり振動モードを
利用した圧電共振子では、共振周波数が外径寸法で決定
されるため素子の小型化に充分に対応できないという問
題があった。

【０００４】また、拡がり振動モードを利用した圧電共
振子では、共振周波数よりもすぐ上の周波数域に輪郭振
動がかなりの強度で発生し、該輪郭振動に基づく不要ス
プリアス振動が無視できないという問題もあった。本発
明の目的は、より小型で、かつ不要スプリアス振動の影
響を受け難い圧電共振子を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
圧電共振子は、平面形状が正方形であり、該正方形の２
本の対角線で区切られた４つの領域において、隣合う領
域間で分極方向が逆方向となるように厚み方向に分極処
理された圧電板と、前記圧電板の両主面の全面に形成さ
れた一対の共振電極とを備える圧電共振子である。

【０００６】請求項２に記載の圧電共振子は、平面形状
が正方形であり、該正方形の２本の対角線で区切られた
４つの領域が、隣合う領域間で分極方向が逆方向となる
ように厚み方向に分極処理された圧電板と、前記圧電板
の両主面に形成された一対の共振電極とを備え、前記正
方形の中心点近傍において圧電板に未分極領域が形成さ
れていること、あるいは前記正方形の中心点近傍におい
て前記共振電極が欠落している電極欠落部分が設けられ
ていることを特徴とする圧電共振子である。すなわち、
本願の請求項１，２に記載の発明は、平面形状が正方形
であり、該正方形の２本の対角線で区切られた４つの領
域において隣合う領域間で分極方向が逆方向となるよう
に厚み方向に分極処理された圧電板を用いることにおい
て共通する。

【０００７】

【作用】請求項１，２に記載の本発明の圧電共振子で
は、圧電板の上記４つの領域において隣合う領域間で分
極方向が逆方向となるように厚み方向に分極処理されて
いるため、一対の共振電極から交流電界を印加すること
により、正方形の頂点が振動する後述の振動モードが励
振される。この振動モードは、拡がり振動モードよりも
低周波域で振動するものであるため、それによって圧電
共振子の小型化及び不要スプリアス振動の影響の低減を
図ることができる。すなわち、本発明は、拡がり振動モ
ードを利用した圧電共振子では小型化に限界があること
に鑑み、拡がり振動モードと異なる上記振動モードを利
用したことに特徴を有する。

【０００８】

【実施例の説明】本発明で利用される振動モード図２は、本発明において利用する振動モードを説明する
ための模式的平面図である。本発明では、一点鎖線Ａで
示す平面形状が正方形の圧電板の頂点１〜４が図示の矢
印方向に振動する振動モードを利用する。この場合、振
動は、図示の実線で示した状態と、各頂点１〜４が一点
鎖線で示されている元の位置を挟んで反対側の相当の位
置にある状態とを繰り返すように発生する。このように
頂点１〜４が図示の矢印方向に振動する振動モードは、
後述の実施例から明らかなように、拡がり振動モードよ
り低周波数域で振動を発生させる。

【０００９】図２のように圧電板を振動させた場合の発
生電荷分布を図３に示す。図３から明らかなように、上
記振動を励起する場合、正方形５を２本の対角線で区切
ることにより構成された４つの領域において、隣接する
領域が逆極性となるように電荷集中が生じる。そこで、
本発明では、図４に示すように、平面形状が正方形の圧
電板Ａの該正方形の２本の対角線６ａ，６ｂで区切るこ
とにより構成された第１〜第４の領域７〜１０を、以下
の様に分極することにより、上記振動を励起することを
可能としている。

【００１０】すなわち、領域７，９は、図示の下向きの
矢印で示すよう、圧電板Ａの厚み方向において上面から
下面方向に分極処理されており、逆に、領域８，１０
は、上向きの矢印で示すように、圧電板Ａの下面から上
面側に向かう方向に分極処理されている。言い換えれ
ば、領域７〜１０は、隣合う領域が厚み方向において逆
方向に分極処理されている。

【００１１】本発明では、上記のように分極処理された
圧電板が用いられるが、上記分極処理は、例えば図５に
示す過程を経て行われる。まず、圧電板Ａの両主面の全
面に分極用電極１１，１２を形成し、電圧を印加するこ
とにより、圧電板Ａを厚み方向に分極処理する。次に、
図５に示すように、２本の対角線で区切られた領域のう
ち領域７，９において圧電板Ａの両主面の分極用電極を
除去し、領域８，１０についてのみ最初の分極処理とは
逆方向に電圧を印加して分極処理する。このようにし
て、領域８，１０と、領域７，９との分極方向が逆方向
とされた圧電板Ａを得ることができる。

【００１２】第１の実施例図１は、本発明の第１の実施例の圧電共振子を示す斜視
図である。平面形状が正方形の圧電板Ａは、図５に示し
た方法で分極処理されている。すなわち、圧電板Ａの正
方形を２本の対角線６ａ，６ｂで区切ることにより構成
された４つの領域は、図示の矢印Ｐ₁〜Ｐ₄で示すよう
に、隣接する領域間で分極方向が逆方向となるように厚
み方向に分極処理されている。そして、圧電板Ａの両主
面には、一対の共振電極１３，１４が全面電極の形態に
形成されている。

【００１３】本実施例の圧電共振子１５を駆動するに際
しては、上記共振電極１３，１４から交流電界を印加す
ればよく、従って、拡がり振動モードを利用した従来の
圧電共振子と同様に使用することができる。しかしなが
ら、本実施例の圧電共振子１５では、圧電板Ａが上記の
ように分極処理されているため、前述した拡がり振動モ
ードよりも低周波数域で振動する前述の振動モードが励
起される。よって、拡がり振動モードを利用した圧電共
振子に比べて、より小型の圧電共振子を得ることができ
る。

【００１４】次に、具体的な実験例を説明することによ
り、本実施例の効果を明らかにする。圧電板Ａとして、
Ｐｂ（Ｚｒ_0.52Ｔｉ₀₄₈）Ｏ₃に対してＣｒ₂Ｏ₃を
０．３重量％の割合で配合してなる圧電材料を主体とす
る圧電板であって、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚み５ｍｍの
大きさのものを用意し、前述した図５に示した方法に従
って分極処理を行い、しかる後、両主面の全面に共振電
極を形成した。上記のようにして得られた圧電共振子の
インピーダンス−周波数特性を図６に実線で示す。比較
のために、圧電板の分極方向が厚み方向に一様であるこ
とを除いては上記と同様にして作製した拡がり振動モー
ドを利用した従来の圧電共振子を得、そのインピーダン
ス−周波数特性を測定した。従来例の圧電共振子のイン
ピーダンス−周波数特性を図６に破線で示す。

【００１５】図６から明らかなように、実施例の圧電共
振子では、従来例（拡がり振動モードを利用したもの）
よりも低周波数側に上述した振動モードが励起されてお
り、かつ拡がり振動及び輪郭振動がほとんど励振されな
いことがわかる。また、上述した実施例の圧電共振子及
び従来例の圧電共振子について、電気的な特性を測定し
た。結果を表１に示す。なお、表１において、各記号の
意味は下記の通りである。Ｆｒ…共振周波数、Ｚｒ…共
振周波数におけるインピーダンス値、Ｆａ…***振周波
数、Ｚａ…***振周波数におけるインピーダンス値、Ｋ
…電気機械結合係数。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１から明らかなように、実施例の圧電共
振子において、拡がり振動モードを利用した従来の圧電
共振子と同一の共振周波数を得ようとした場合、圧電板
の外径は、１５ｍｍ×１５ｍｍ（拡がり振動の場合）か
ら１２．７ｍｍ×１２．７ｍｍ（実施例の場合）とすれ
ばよい。よって、本実施例によれば、１５％程度、圧電
共振子の小型化を図り得ることがわかる。また、図６か
ら明らかなように、実施例の圧電共振子では、共振周波
数と不要スプリアス振動周波数との差が、従来例に比べ
て約２倍に広がっており、従ってスプリアス振動の影響
を受け難いこともわかる。

【００１８】第２の実施例図６に示したように、第１の実施例では、インピーダン
ス−周波数特性において上述した頂点が移動する振動モ
ード以外の拡がり振動や輪郭振動に基づく不要スプリア
ス振動が発生し難いことがわかった。しかしながら、第
１の実施例の圧電共振子を多数製作した場合、場合によ
っては、図７に示すように、頂点が移動する振動モード
よりも高周波数側に拡がり振動モードに基づくと思われ
るスプリアス振動Ｘが発生することがあった。

【００１９】そこで、さらに検討を加えたところ、この
ような拡がり振動モードに基づくスプリアス振動は、圧
電板の４つの領域を完全に対称に分極できなかった場合
に発生することがわかった。すなわち、図４に示したよ
うに４つの領域において確実に隣接する領域が互いに逆
方向となるように圧電板が対称に分極されれば、図６に
示したように拡がり振動に基づくスプリアス振動はほと
んど発生しない。これに対して、分極状態が完全に対称
ではない場合には、図７に示したように不要スプリアス
振動Ｘが発生することがわかった。

【００２０】前述した拡がり振動モードよりも低周波数
側で励起される、頂点が移動する振動モードでは、図３
の電荷分布から明らかなように、正方形の中心点近傍の
領域では電荷はほとんど発生していない。他方、拡がり
振動モードの場合に圧電板に発生する電荷分布は、図８
に示す通りとなる。すなわち、正方形の中心領域におい
て電荷が最も強く集中する。従って、この正方形の中心
点近傍において振動を抑制すれば、前述した頂点が移動
する振動を弱めることなく、拡がり振動の励振を効果的
に抑制し得ることがわかる。

【００２１】よって、第２の実施例では、図３の発生電
荷の等高線に沿うように、図９に示す分極電極２１〜２
４を形成し、分極処理が施される。すなわち、圧電板Ａ
の一方主面に分極電極２１〜２４を形成し、他方主面に
も、分極電極２１〜２４と圧電板Ａを介して表裏対向す
るように分極電極を形成する。そして、主面上で隣接す
る分極電極間に逆極性の電圧を印加することにより、圧
電板Ａの対角線で区切られた４つの領域において、隣接
する領域が厚み方向に逆方向に分極処理されるように分
極処理する。

【００２２】次に、上述のようにして分極処理された圧
電板Ａの両主面の全面に、共振電極を形成することによ
り、図１０に示す第２の共振子２５を得ることができ
る。なお、図１０において、破線Ｂ〜Ｅと圧電板Ａの周
縁とで囲まれた領域が分極処理されている領域である。
第２の実施例の圧電共振子２５では、圧電板Ａの中心点
近傍の領域Ｆには分極が施されていない。よって、一対
の共振電極２６，２７から交流電界を印加した場合、圧
電板Ａの中心点近傍の領域Ｆが駆動されないことになる
ため、拡がり振動を抑制しつつ、前述した頂点が移動す
る振動を励起することができる。

【００２３】第２の実施例の具体的な実験例につき説明
する。実施例１と同一の圧電板を用い、図９に示したよ
うに分極電極を形成して分極処理を施し、第２の実施例
の圧電共振子を得、そのインピーダンス−周波数特性を
測定した。結果を、図１１に示す。図１１から明らかな
ように、本実施例では、中心点近傍の領域が分極されて
いないため、拡がり振動に基づくスプリアスが効果的に
抑制されていることがわかる。なお、第２の実施例で
は、圧電板Ａの中心点近傍の領域に分極を施さないこと
により、中心点近傍の領域を駆動しないように構成して
いたが、これに対して第１の実施例と同様に分極処理を
施した後、図１２に示すように、圧電板Ａの中心点近傍
の領域に電極欠落部分２８が設けられている共振電極２
９を両主面に形成すれば、同様に拡がり振動によるスプ
リアスを効果的に抑制することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、平面形状が正方形の圧電板
において２本の対角線で区切られた４つの領域において
隣接する領域間が厚み方向において異なる方向に分極処
理されているため、両主面に形成された共振電極から交
流電界を印加することにより、圧電板の頂点が移動する
振動が励振される。この圧電板の頂点が移動する振動
は、拡がり振動よりも低周波数側に発生する。よって、
従来の拡がり振動モードを利用した圧電共振子に比べ
て、より小型であり、かつ輪郭振動等の不要スプリアス
振動の影響を受け難い圧電共振子を提供することが可能
となる。

【００２５】また、請求項２に記載の発明のように、圧
電板の中心点近傍の領域を駆動しないように構成した場
合には、拡がり振動をより一層効果的に抑制することが
できるため、一層スプリアス振動の影響を受け難い圧電
共振子を構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の圧電共振子を示す斜視図。

【図２】本発明で用いられる振動モードを説明するため
の模式的平面図。

【図３】本発明で利用される振動モードで圧電板を励振
させた場合の電荷分布を説明するための模式的平面図。

【図４】本発明で用いられる圧電板の分極方向を説明す
るための模式的平面図。

【図５】分極方法の一例を説明するための斜視図。

【図６】第１の実施例の圧電共振子及び従来例の圧電共
振子のインピーダンス−周波数特性を示す図。

【図７】拡がり振動によるスプリアスが発生している例
を示すインピーダンス−周波数特性を示す図。

【図８】拡がり振動モードを励振させた場合の圧電板に
発生する電荷分布を説明するための模式的平面図。

【図９】第２の実施例における分極方法を説明するため
の模式的平面図。

【図１０】第２の実施例の圧電共振子の斜視図。

【図１１】第２の実施例の圧電共振子のインピーダンス
−周波数特性を示す図。

【図１２】本発明の第３の実施例の圧電共振子を示す斜
視図。

【符号の説明】

Ａ…圧電板５，６…対角線７〜１０…領域１３，１４…共振電極１５…圧電共振子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安藤陽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)発明者坂部行雄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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面形状が正方形であり、該正方形の２
本の対角線で区切られた４つの領域において、隣合う領
域間で分極方向が逆方向となるように厚み方向に分極処
理された圧電板と、前記圧電板の両主面の全面に形成された一対の共振電極
とを備えることを特徴とする、圧電共振子。
【請求項２】平面形状が正方形であり、該正方形の２
本の対角線で区切られた４つの領域において、隣合う領
域間で分極方向が逆方向となるように厚み方向に分極処
理された圧電板と、前記圧電板の両主面に形成された一対の共振電極とを備
え、前記正方形の中心点近傍において圧電板に分極されてい
ない未分極領域が成形されていること、あるいは前記正
方形の中心点近傍において前記共振電極が欠落している
電極欠落部分が設けられていることを特徴とする圧電共
振子。