專利名稱：壓電諧振器、壓電元件和壓電諧振器的制造方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于例如鑒別器或陷波器等的壓電諧振器，尤其涉及一種利用厚度方向滑移方法(thicknesswise slip mode)的能量陷入式(energy-traptype)壓電諧振器及其制造方法。本發(fā)明還涉及使用該壓電諧振器的壓電元件。
2.相關(guān)技術(shù)的描述目前，在例如利用厚度方向滑移方法的鑒別器或陷波器的壓電元件中，壓電諧振器安放在殼體的安放空間中，利用厚度方向滑移方法的能量陷入式壓電諧振器的結(jié)構(gòu)中，振動(dòng)電極部分地形成在壓電基板的兩主面上，相互相向。為了在壓電諧振器中設(shè)置諸如諧振特性、群延遲特征，或失真度等電特性所需特性值，廣泛地使用一種對(duì)壓電基板的兩個(gè)主面設(shè)置由硅橡膠構(gòu)成的阻尼構(gòu)件的方法。在日本未審查的專利申請(qǐng)No.7-235853中揭示了這樣的一個(gè)例子。
但是在傳統(tǒng)的壓電諧振器中，由于需要對(duì)壓電基板的兩個(gè)主面設(shè)置阻尼構(gòu)件，因此，施加該阻尼構(gòu)件的工序需要執(zhí)行兩次。出現(xiàn)的問題是使用這種壓電諧振器的壓電諧振器或壓電諧振器構(gòu)件的制造工序量增加，因此，其制造費(fèi)用上升。
本發(fā)明概述于是，本發(fā)明的目的在于提供一種低費(fèi)用的壓電諧振器，它易于制造且具有優(yōu)良的電特性。本發(fā)明的再一目的提供一種所述壓電諧振器的制造方法，以及使用該壓電諧振器的壓電元件。
按照本發(fā)明的第1方面，本發(fā)明提供一種利用厚度方向滑移方法的能量陷入式壓電諧振器。該壓電諧振器包含壓電基板和至少一對(duì)振動(dòng)電極，振動(dòng)電極分別形成在所述壓電基板的第1和第2主面上，且相互對(duì)置，構(gòu)成振動(dòng)部分。壓電諧振器進(jìn)一步包含阻尼構(gòu)件，它僅在壓電諧振器的一個(gè)主面和一對(duì)連接其第1和第2主面的側(cè)面覆蓋所述振動(dòng)部分。
在本發(fā)明的第1方面中，該阻尼構(gòu)件最好用硅橡膠構(gòu)成，在25℃具有20Pa·s或更低的粘度，在25℃具有流動(dòng)性，通過加熱固化成橡膠類狀態(tài)。在本說明書中，粘度值按照J(rèn)IS K6249確定的方法測(cè)得。
按照第2方面，本發(fā)明提供一種包含本發(fā)明壓電諧振器的壓電元件，該壓電元件還包含相互結(jié)合的第1和第2殼體構(gòu)件，其中，形成安放壓電諧振器的安放空間。在該壓電元件中，壓電諧振器安裝在第1和第2殼體構(gòu)件之一上，使得壓電振動(dòng)部分的振動(dòng)不受阻。
按照第3方面，本發(fā)明提供一種制造壓電諧振器的方法。該方法包含準(zhǔn)備利用厚度方向滑移的能量陷入式壓電諧振器的步驟，其中，振動(dòng)電極各形成在第1和第2主面上；和在壓電諧振器的一個(gè)主面?zhèn)仁┘幼枘針?gòu)件并將該阻尼構(gòu)件設(shè)置成僅在一個(gè)主面和兩側(cè)面上覆蓋振動(dòng)部分的步驟。
在本發(fā)明的第3方面中，施加阻尼構(gòu)件是通過使用噴嘴(nozzle)或傳輸針(transfer pin)進(jìn)行的。當(dāng)在阻尼構(gòu)件從噴嘴或傳輸針末端下垂的部分壓電基板寬度方向的尺寸為W、而噴嘴的外徑或傳輸針的直徑為D時(shí)，使用的噴嘴或傳輸針最好滿足關(guān)系D≥W。
在本發(fā)明第3方面中，當(dāng)阻尼構(gòu)件從噴嘴或傳輸針末端下垂的部分的下端與施加壓電基板阻尼構(gòu)件的主面?zhèn)认喾吹闹髅骈g的距離為A、而壓電基板的厚度為t時(shí)，阻尼構(gòu)件的設(shè)置最好滿足關(guān)系0≤A≤t。
下面將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例，從其可清楚地看到本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
附圖概述

圖1為示出本發(fā)明一實(shí)施例的壓電元件的立體透視圖；圖2A為示出本發(fā)明一實(shí)施例的壓電元件的垂直剖面圖，圖2B為沿圖2A中B-B線的縱剖面圖；圖3為示出本發(fā)明一實(shí)施例中使用分配器設(shè)置阻尼構(gòu)件工序的垂直剖面圖；圖4為示出阻尼構(gòu)件從分配器噴嘴末端下垂的局剖平面視圖5A為示出壓電基板與阻尼構(gòu)件下垂部分之間關(guān)系的概示圖，圖5B為示出壓電基板覆蓋上時(shí)阻尼構(gòu)件下垂部分與壓電基板厚度間關(guān)系的視圖；圖6為示出使用傳輸針時(shí)傳輸針末端與壓電基板寬度方向尺寸間關(guān)系的原理圖；圖7為示出按本發(fā)明一實(shí)施例形成的鑒別器的阻抗特性和相位特性的曲線圖；圖8為示出為比較作準(zhǔn)備的壓電元件的立體透視圖；圖9為示出為比較作準(zhǔn)備的鑒別器的阻抗特性和相位特性的曲線圖。
較佳實(shí)施例的說明圖1為說明本發(fā)明一實(shí)施例的壓電元件的立體透視圖。在壓電元件1中，作為第1殼體構(gòu)件的殼體板2和作為第2殼體構(gòu)件的帽3構(gòu)成組裝。
殼體板2由例如氧化鋁的絕緣陶瓷或例如合成樹脂的適當(dāng)導(dǎo)電材料構(gòu)成。在殼體板2的頂面形成電極4和5。
相反，帽3由金屬構(gòu)成，底部有開口。帽3經(jīng)絕緣粘合層6(具有直角框架形)與殼體板2粘合。這樣，封殼由殼體板2和帽3構(gòu)成，并形成封裝在該封殼中的安放空間。
在殼體板2上通過導(dǎo)電粘合劑8和9固定利用厚度滑移方法的能量陷入式壓電諧振器7。
壓電諧振器7具有形成窄直角板的壓電基板7a。
如圖2A所示，第1振動(dòng)電極7b形成在壓電基板7a的頂面7a1，第2振動(dòng)電極7c形成在其底面。在頂面和底面的壓電基板7a的縱向中心區(qū)，振動(dòng)電極7b和7c相互對(duì)置，并延伸覆蓋壓電基板7a的全寬。
振動(dòng)電極7b從壓電基板7a的中心區(qū)延伸到其一端部，還包含電極延伸部分7b1，經(jīng)其端面延伸到壓電基板的底面。
同樣，振動(dòng)電極7c從壓電基板7a的縱向中心區(qū)延伸到與振動(dòng)電極7b延伸端相對(duì)的端部。振動(dòng)電極7c也有電極延伸部分7c1，經(jīng)壓電基板7a的端面延伸到其頂面。
當(dāng)制作壓電元件1時(shí)，如圖1所示，用導(dǎo)電粘合劑8和9將壓電諧振器7固定到殼體板2。此時(shí)，振動(dòng)電極7c經(jīng)導(dǎo)電粘合劑8電連接到電極4，而振動(dòng)電極7b經(jīng)導(dǎo)電粘合劑9電連接到電極5。
在該實(shí)施例中，壓電諧振器7還設(shè)置阻尼構(gòu)件10。如圖1透視圖所示，阻尼構(gòu)件10包含頂面部分10a，配置在壓電諧振器7的頂面7a1；和側(cè)面部分10b和10c，配置在壓電諧振器7的一對(duì)側(cè)面7a2和7a3。
雖然圖1作為立體透視，但阻尼構(gòu)件10實(shí)際上設(shè)置成連續(xù)狀態(tài)，使得從壓電諧振器7的頂面7a1延伸到一對(duì)側(cè)面7a2和7a3(如圖2A和2B所示)。
阻尼構(gòu)件10可以用合適的絕緣樹脂或絕緣橡膠構(gòu)成，該絕緣樹脂和絕緣橡膠因?yàn)橛腥绻柘鹉z那樣的附加質(zhì)量而發(fā)揮阻尼作用。最好使用硅橡膠作為阻尼構(gòu)件10，這是因?yàn)楣柘鹉z容易固化并具有優(yōu)良的阻尼性能。最好使用粘度在25℃時(shí)為20Pa·s或更低并在25℃時(shí)有流動(dòng)性的硅橡膠，該硅橡膠經(jīng)加熱固化成為橡膠類狀態(tài)。
在該實(shí)施例的壓電元件中，壓電諧振器7的阻尼構(gòu)件10設(shè)置在作為壓電諧振器的一主面的頂面和其一對(duì)側(cè)面。因此，當(dāng)設(shè)置阻尼構(gòu)件10時(shí)，只要在壓電諧振器的頂面設(shè)置具有流動(dòng)性的阻尼構(gòu)件，阻尼構(gòu)件10就能延伸到一對(duì)側(cè)面。換言之，一種應(yīng)用工件就能滿足設(shè)置阻尼構(gòu)件10的需要。結(jié)果簡(jiǎn)化了設(shè)置阻尼構(gòu)件的工序，導(dǎo)致加工壓電諧振器7的費(fèi)用下降。
阻尼構(gòu)件10的頂面部分10a和側(cè)面部分10b和10c要求涂敷，使得蓋住壓電振動(dòng)部分。也即，形成頂面部分10a和側(cè)面部分10b及10c，使得覆蓋振動(dòng)電極7b和7c對(duì)置的壓電振動(dòng)部分。這里，不必在壓電諧振器7的縱向全區(qū)形成阻尼構(gòu)件10，只要阻尼構(gòu)件10在其頂面和側(cè)面能覆蓋振動(dòng)部分就可以在本發(fā)明的壓電諧振器7中，由于阻尼構(gòu)件10設(shè)置得不僅延伸到壓電諧振器7的頂面7a1而且還延伸到其一對(duì)側(cè)面7a2和7a3，從而能有效抑制使用壓電基板7a的壓電諧振器7中產(chǎn)生不需要的寬模振動(dòng)，其中，壓電基板7a呈直角窄板形。因此，在壓電諧振器7中，當(dāng)通過變換振動(dòng)電極的結(jié)構(gòu)而形成帶通濾波器時(shí)，能減小通帶中的脈動(dòng)。同樣，當(dāng)形成壓電陷波器時(shí)，能抑制通帶中群延遲特性方面的擾動(dòng)。此外，當(dāng)形成鑒別器時(shí)，能獲得低失真度特性。下面，將根據(jù)特定的試驗(yàn)例子對(duì)此進(jìn)行描述。
當(dāng)按照上述實(shí)施例獲得壓電諧振器7時(shí)，通過在壓電基板7a上形成振動(dòng)電極7b和7c而構(gòu)成鑒別器，壓電基板7a由基于PZT的陶瓷構(gòu)成，具有尺寸3mm(長(zhǎng)度)×0.4mm(寬度)×0.1mm(厚度)。作為鑒別器的壓電諧振器7利用分配器設(shè)有熱固化的硅橡膠，該硅橡膠在固化之前的粘度在25℃時(shí)為8Pa·s。然后，在150℃固化硅橡膠，并形成阻尼構(gòu)件10。由硅橡膠構(gòu)成的阻尼器10在固化后的硬度為60 JIS-A硬度。
圖7示出按照上述方法獲得的鑒別器的阻抗特性和相位特性。
圖8中所示的壓電元件21用來作比較用。壓電元件21用與上述實(shí)施例相同方法形成，除了壓電元件21僅在壓電諧振器7的頂面設(shè)置阻尼構(gòu)件22外。
圖9示出作比較用壓電元件21的阻抗和相位特性。圖8所示壓電元件21具有在未知日本專利申請(qǐng)No.11-134018(由本申請(qǐng)的發(fā)明人先前提出的)中所揭示的結(jié)構(gòu)。即便在作比較用壓電元件21中，也能通過僅從壓電諧振器7的一個(gè)主面進(jìn)行設(shè)置施加阻尼構(gòu)件22。然而，如圖9所示，在壓電元件的比較例中，可看到箭頭A表明的相當(dāng)大的脈動(dòng)。這些脈動(dòng)是由寬模(width mode)產(chǎn)生的。
相比之下，從圖7明顯可見，使用上述實(shí)施例壓電諧振器7的壓電元件1中，寬模中的脈動(dòng)有效地得到抑制。
也即，在上述實(shí)施例的壓電元件1中，由于阻尼構(gòu)件10還設(shè)置在壓電諧振器7的側(cè)面，因而寬模中的脈動(dòng)能得到抑制。
在日本專利申請(qǐng)No.11-134018中揭示的壓電元件中，因?qū)捘Ｖ械拿}動(dòng)而出現(xiàn)有缺陷的元件占5％，但上述實(shí)施例的壓電元件1使得因?qū)捘Ｖ写竺}動(dòng)而出現(xiàn)有缺陷的元件基本上被消除。這導(dǎo)致壓電元件生產(chǎn)率的提高。
在日本專利申請(qǐng)No.11-134018中揭示的壓電元件中，還必須使用阻尼構(gòu)件具有80-100的JIS-A硬度，以便制作鑒別器時(shí)減小失真度。但是在上述實(shí)施例中，即便使用如上所述60 JIS-A硬度的硅橡膠，也能減小失真度。因此，選擇可用于阻尼構(gòu)件的材料的范圍能加寬。這使得所提供的壓電諧振器能更便宜。
下面，將參看圖3到圖6說明對(duì)壓電諧振器7設(shè)置阻尼構(gòu)件10用的方法的特定例子。
如上所述，當(dāng)要用分配器設(shè)置阻尼構(gòu)件10時(shí)，如圖3所示，裝填于噴嘴13中的阻尼構(gòu)件10只要從壓電諧振器7的頂面?zhèn)韧ㄟ^從壓電諧振器7的上面下降分配器的噴嘴13進(jìn)行設(shè)置。這種情況下，噴嘴13末端的外直徑D最好不小于構(gòu)成壓電諧振器7的壓電基板7a的寬度W。如圖4所示，從噴嘴末端下垂的阻尼構(gòu)件，即，阻尼構(gòu)件10的下垂部分10X膨脹成基本上球狀。當(dāng)噴嘴13的外直徑D不小于寬度W，則膨脹成大致球狀的該下垂部分10X的直徑肯定變得大于壓電基板7a的寬度W，使得施加的阻尼構(gòu)件10能延伸到壓電基板7a的一對(duì)側(cè)面(見圖5A)。
施加的阻尼構(gòu)件10最好是，該下垂部分10X的低端與壓電基板7a的底面間的距離A在0≤A≤t的范圍內(nèi)，其中，t是壓電基板7a的厚度。
當(dāng)按照如上所述施加阻尼構(gòu)件10時(shí)，下垂部分接觸壓電諧振器7的頂面，而且因其流動(dòng)性還延伸到側(cè)面，通過提供阻尼構(gòu)件10以便在下垂部分10X延伸到側(cè)面的部分滿足關(guān)系0≤A≤t及此后對(duì)阻尼構(gòu)件10的固化，能可靠地將阻尼構(gòu)件10設(shè)置在壓電諧振器7的一對(duì)側(cè)面。
在上面描述的實(shí)施例中，壓電諧振器7上的阻尼構(gòu)件10的設(shè)置是通過從分配器的噴嘴13饋送阻尼構(gòu)件的，但是，也可用傳輸針(transfer pin)替代分配器。此時(shí)如圖6平面原理圖所示，實(shí)質(zhì)上，只要傳輸針14的直徑D不小于壓電諧振器7的寬度W就可以。由此，如使用分配器那樣，阻尼構(gòu)件10不僅能可靠地設(shè)置在壓電諧振器7的頂面，而且還能設(shè)置在其一對(duì)側(cè)面。
在上面描述的實(shí)施例中，殼體板2和帽3分別用作第1和第2殼體構(gòu)件2和3，但是第1和第2殼體構(gòu)件的形狀并不受上述實(shí)施例中形狀的限制，只要保證有安放壓電諧振器7的安放空間就可以。
在上面描述的實(shí)施例中，已經(jīng)描述了壓電諧振器，其中一對(duì)振動(dòng)電極形成在壓電基板上，但本發(fā)明也可用于至少兩對(duì)振動(dòng)電極形成在壓電基板上的壓電諧振器。而且，本發(fā)明還可用于在安放空間至少安放兩個(gè)壓電諧振器(壓電基板)的壓電元件。
從前面描述清楚可見，本發(fā)明的壓電諧振器的阻尼構(gòu)件設(shè)置在一個(gè)主面和與兩個(gè)主面相連的一對(duì)側(cè)面，且設(shè)置成僅在一個(gè)主面和一對(duì)側(cè)面覆蓋振動(dòng)部分，使得當(dāng)要施加阻尼構(gòu)件時(shí)只要從一個(gè)主面施加該阻尼構(gòu)件。這樣簡(jiǎn)化了施加阻尼構(gòu)件的工序，因而降低了壓電諧振器的生產(chǎn)成本。
此外，由于阻尼構(gòu)件不僅在壓電諧振器的一個(gè)主面、而且還在其一對(duì)側(cè)面覆蓋振動(dòng)部分，因此，該阻尼構(gòu)件能有效地抑制寬模中的脈動(dòng)，并且所提供的壓電諧振器具有優(yōu)良的頻率特性。例如，當(dāng)作成鑒別器時(shí)能減小失真度，當(dāng)作成濾波器時(shí)能減小通帶中群延遲特性中的擾動(dòng)，當(dāng)作成諧振器時(shí)能抑制阻抗特性中的脈動(dòng)。
當(dāng)一種硅橡膠用于阻尼構(gòu)件時(shí)，且該硅橡膠在25℃具有粘度為20Pa·s或更低，在25℃有流動(dòng)性，并通過加熱固化成橡膠類狀態(tài)，此時(shí)，能在室溫下方便可靠地將阻尼構(gòu)件施加于壓電諧振器的一個(gè)主面和一對(duì)側(cè)面，并在固化后具有優(yōu)良的阻尼作用。
在本發(fā)明的壓電元件中，由于本發(fā)明的壓電諧振器安放在由第1和第2殼體構(gòu)件構(gòu)成的安放空間中，且壓電諧振器固定在第1和第2殼體之一，不防礙壓電振動(dòng)部分的振動(dòng)，因此，能提供一種殼封型壓電元件，具有優(yōu)良的抗環(huán)境能力，并且便宜和具有本發(fā)明的優(yōu)良的頻率特性。
在本發(fā)明壓電諧振器的制作方法中，由于利用厚度方向滑移方法僅從壓電諧振器的一個(gè)主面施加阻尼構(gòu)件，使得僅在一個(gè)主面和兩個(gè)側(cè)面覆蓋壓電振動(dòng)部分，因此，能獲得簡(jiǎn)化的施加阻尼構(gòu)件的工序，還能改善壓電諧振器的頻率特性。
通過使用噴嘴或傳輸針能施加阻尼構(gòu)件。因此，能方便地使用噴嘴或傳輸針施加阻尼構(gòu)件，而不需要新的專用設(shè)備。
當(dāng)壓電基板的寬度方向的尺寸為W，而使用的噴嘴或傳輸針的外直徑或直徑不小于所述寬度方向的尺寸W時(shí)，因此，當(dāng)噴嘴或傳輸針靠近壓電基板時(shí)只要在其一個(gè)主面提供阻尼構(gòu)件，就能可靠地施加該阻尼構(gòu)件，不僅能延伸到壓電基板的一個(gè)主面，而且還能延伸到其一對(duì)側(cè)面。
而且，當(dāng)阻尼構(gòu)件從噴嘴或傳輸針下垂的部分的低端與施加壓電基板側(cè)主面相反的主面間的距離為A，且壓電基板的厚度為t，阻尼構(gòu)件的提供滿足關(guān)系O≤A≤t，此時(shí)，阻尼構(gòu)件不僅能可靠地施加到壓電基板的一個(gè)主面，而且還能施加到其一對(duì)側(cè)面。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照目前認(rèn)為是較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)看到，由此可作種種變化和修改而不脫離本發(fā)明廣泛的各個(gè)方面，因此，將用所附權(quán)利要求書涵蓋這種落入本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種利用厚度滑移方法的能量陷入式壓電諧振器，其特征在于，所述壓電諧振器包含壓電基板；至少一對(duì)振動(dòng)電極，振動(dòng)電極分別部分地形成在所述壓電基板的第1和第2主面上，且相互對(duì)置，構(gòu)成振動(dòng)部分；和阻尼構(gòu)件，它設(shè)置成僅在所述壓電諧振器的一個(gè)主面和一對(duì)連接所述第1和第2主面的側(cè)面覆蓋所述振動(dòng)部分。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電諧振器，其特征在于，其中所述阻尼構(gòu)件用硅橡膠構(gòu)成，該硅橡膠在25℃具有20Pa·s或更低的粘度，在25℃具有流動(dòng)性，通過加熱固化成橡膠類狀態(tài)。
3.一種壓電元件，其特征在于，包含如權(quán)利要求1或2所述的壓電諧振器；相互結(jié)合的第1和第2殼體構(gòu)件，其中，形成安放所述壓電諧振器的安放空間；和所述壓電諧振器安裝在第1和第2殼體構(gòu)件之一上，使得壓電振動(dòng)部分的振動(dòng)不受阻。
4.一種制造壓電諧振器的方法，其特征在于，該方法包含準(zhǔn)備利用厚度方向滑移方法的能量陷入式壓電諧振器的步驟，其中，振動(dòng)電極各形成在第1和第2主面上；和從所述壓電諧振器的一個(gè)主面?zhèn)仁┘幼枘針?gòu)件并將該阻尼構(gòu)件設(shè)置成僅在一個(gè)主面和兩側(cè)面覆蓋所述振動(dòng)部分的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，其中，施加所述阻尼構(gòu)件是通過使用噴嘴或傳輸針進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，其中，當(dāng)在阻尼構(gòu)件從噴嘴或傳輸針末端下垂的部分、壓電基板寬度方向的尺寸為W、而噴嘴的外徑或傳輸針的直徑為D時(shí)，所述噴嘴或傳輸針滿足關(guān)系D≥W。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，其中，當(dāng)阻尼構(gòu)件從噴嘴或傳輸針末端下垂的部分的下端與施加壓電基板阻尼構(gòu)件的主面?zhèn)认喾吹闹髅骈g的距離為A、而壓電基板的厚度為t時(shí)，所述阻尼構(gòu)件的提供滿足關(guān)系0≤A≤t。
全文摘要
一種壓電諧振器,利用厚度方向滑移方法,可獲得簡(jiǎn)化的生產(chǎn)工序,能有效地抑制寬模中的脈動(dòng),具有優(yōu)良的頻率特性,且價(jià)格便宜。該壓電諧振器包含:一對(duì)振動(dòng)電極,分別部分地形成在壓電基板的第1和第2主面;和阻尼構(gòu)件,設(shè)置成僅在壓電諧振器的一個(gè)主面和與第1和第2主面相連的一對(duì)側(cè)面覆蓋振動(dòng)部分。
文檔編號(hào)H03H9/10GK1336726SQ01121148
公開日2002年2月20日 申請(qǐng)日期2001年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月12日
發(fā)明者池田吉宏 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所