專利名稱：采用寬度擴展振動方式的振動器、諧振器和諧振元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有長方形截面的振動器和諧振器，特別涉及采用寬度擴展振方式的振動器、諧振器以及諧振元件。
通常，采用擴展振動方式和等值切變振動方式的壓電諧振器適用于數(shù)十KHz至2MHZ的頻率范圍。
然而無論采用上述哪種振動方式，只在壓電諧振器主平面中心點處為振動的節(jié)點，所以難于牢固地夾持住這種壓電振動器。用彈簧的端部在節(jié)點處將上述壓電諧振器固定住，該節(jié)點處于其主平面的中心。不過，通常的采用擴展振動方式或者等值切變振動方式的壓電諧振器使用板型振動器，所以在用這種彈簧端部固定壓電諧振器時應(yīng)力可能集中在壓電諧振器與彈簧端部之間的觸點處而使壓電諧振器斷裂。
此外，由于振動節(jié)點位于主平面中心，除了上述采用彈簧端部的固定結(jié)構(gòu)之外，難于選擇固定結(jié)構(gòu)，也難以縮小所用的壓電諧振器的元件。
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于數(shù)百KHz至2MHz或更寬頻率范圍的振動器、諧振器和諧振元件，它們的支承結(jié)構(gòu)得到簡化，幾乎不發(fā)生應(yīng)力集中，并能大大減小其總體尺寸。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有長方形截面的振動器，它有一對較短的側(cè)邊和一對較長的側(cè)邊。該振動器的各長邊與各短邊的長度之比b/a在下式所述值，即b/a＝n(-1.47σ+1.88)……(1)的±10%范圍內(nèi)，其中a表示各短邊長度，b表示各長邊長度，σ表示構(gòu)成該振動器材料的泊松比，n為整數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的具體情況，提供一種采用寬度擴展振動的方式并包括一支承元件的諧振器，所述支承元件與上述具有長方形截面的振動器的實質(zhì)上作為節(jié)點的至少一個短邊的中心部分相耦合。
本發(fā)明的振動器和諧振器采用上文所述的寬度擴展振動方式。正如由下面所述的具體實施方式
所清楚地理解那樣，寬度擴展振動方式是具有長方形截面振動器的振動方式之一，屬于具有長方形截面振動器的擴展振動方式與具有長方形截面振動器的寬度振動方式之間的振動狀態(tài)。
考慮到振動器的節(jié)點不止存在于具有長方形截面振動器的主平面，還存在于采用上述寬度擴展振動方式的振動器短邊中心部分，本發(fā)明的特有情況是使支承部件與至少一個短邊的中央部分相耦合。
在本發(fā)明采用寬度擴展振動方式的諧振器中，可通過簡單地將支承部件支承于振動器的至少一個短邊的中央部分，或者將前者與后者構(gòu)成一體來支撐振動器，借此可簡化支承結(jié)構(gòu)。因此，與采用等值振動、商業(yè)上用于1至2赫茲頻率范圍的普通壓電諧振器相比，本發(fā)明的諧振器可減小其總體尺寸。
于是，就能給出一種采用通常不存在的寬度擴展振動方式的諧振器，從而通過設(shè)計振動器的材料，得到一種用于通常不能得到的頻率范圍的諧振器。使用諸如壓電陶瓷制作這種振動器就能得到一種能阱(energy-trap)壓電諧振器，它對800千赫茲至2MHZ以及更寬的頻率范圍有效。
本發(fā)明的另一種特殊情況是給出一種采用上述寬度擴展振動方式的諧振元件，它包括一種有一對較短側(cè)邊和一對較長側(cè)邊的長方形截面、采用寬度擴展振動方式的振動器，所說的每對長邊與每對短邊的長度之比b/a在下式所示值，即b/a＝n(-1.47σ+1.88)……(1)的±10%范圍內(nèi)，其中a表示各短邊長度，b表示各長邊長度，σ表示構(gòu)成該振動器材料的泊松比，n為整數(shù)。還包括通過諧振器的上部和下部，以便固定它們的箱體襯底，還包括在這些襯底中或者在襯底與諧振器之間提供的構(gòu)成腔室的結(jié)構(gòu)，用以確保使諧振器的振動部分振動的空間。
換句話說，由于簡化了支承結(jié)構(gòu)，通過把箱體襯底固定于上述采用寬度擴展振動方式的諧振器上部和下部，并在箱體襯底中或者箱體襯底其諧振器之間提供形成腔室的結(jié)構(gòu)，就能夠很容易形成整體的片型諧振元件。
從下述結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細描述，將使本發(fā)明的上述以及其它目的、特點、情況和優(yōu)點變得更加明顯。


圖1是表示本發(fā)明第一種具體實施方式
所用振動器的透視圖;
圖2是表示擴展振動方式的平面示意圖;
圖3是表示寬度擴展振動方式的平面示意圖;
圖4是表示寬度振動方式的平面示意圖;
圖5A和5B分別表示用有限元法分析寬度擴展振動方式中位錯分布及圖5A中坐標(biāo)系的圖樣;
圖6表示在圖5A中所示的位錯分布中沿X方向的位置與位錯量之間的關(guān)系;
圖7表示引起寬度擴展振動方式的泊松比與尺寸比b/a之間的關(guān)系;
圖8表示圖5所示位錯分布中的相對位錯量與比值b/a間的關(guān)系;
圖9表示泊松比σ與比值b/a之間的關(guān)系;
圖10A和10B是表示本發(fā)明第一種具體實施方式
的采用寬度擴展振動方式壓電諧振器的平面視圖及正視圖;
圖11表示圖10A和10B所示壓電諧振器中的位錯分布;
圖12是表示本發(fā)明第二種具體實施方式
的采用寬度擴展振動方式壓電諧振器的透視圖;
圖13是表示本發(fā)明第三種具體實施方式
的采用寬度擴展振動方式壓電諧振器的平面視圖;
圖14是表示本發(fā)明第四具體實施方式
具有動力阻尼器的采用寬度擴展振動方式壓電諧振器的平面視圖;
圖15是表示本發(fā)明第五種具體實施方式
的片型諧振元件的分解透視圖;
圖16是表示片型諧振元件的透視圖;
圖17A和17B表示具有方程(1)所示比值且整數(shù)n為2的振動器以及由這種振動器構(gòu)成的諧振器中的位錯分布;
圖18是表示本發(fā)明第六種具體實施方式
的壓電諧振器所用的片型諧振元件的分解透視圖;
圖19是表示圖18所示壓電諧振器中所用壓電陶瓷片的透視圖;
圖20是表示壓電諧振器的透視圖;
圖21是表示圖18所示片型壓電諧振元件的外形透視圖;
圖22是表示壓電諧振器的改型的透視圖，它與一長方形框式支承部件成為一體;
圖23A和23B是表示作為本發(fā)明第七種具體實施方式
壓電諧振器的壓電濾波器的平面視圖和通過壓電陶瓷板的下部電極形狀的典型平面視圖;
圖24是表示本發(fā)明第八種具體實施方式
壓電諧振器的透視圖;
圖25是表示本發(fā)明第九種具體實施方式
壓電諧振器的透視圖;而圖26是表示本發(fā)明第十種具體實施方式
壓電諧振器的透視圖，它由彈簧端部所固定。
以下對照各附圖描述本發(fā)明的具體方式，用以理解本發(fā)明。
圖2至4是表示振動器的振動情況的平面示意圖，分別表示擴展振動方式、寬度擴展振動方式以及寬度振動方式。發(fā)明人采用有限元法分析長方形板狀振動器的振動情況，作為具有長方形截面，但其長邊和短邊的長度可變的振動器。若各長邊之長度b與各短邊之長度a之比b/a為1，即振動器1成方形，則擴展振動方式振動的振動器就如圖2所示那樣被強烈地激發(fā)。換句話說，具有圖2中所示的正方形板狀的振動器1中反復(fù)出現(xiàn)虛線A所示狀態(tài)與點劃線B所示狀態(tài)的振動，強烈地激發(fā)起擴展振動方式的振動。
另一方面已證實，長方形振動器2如圖4所示那樣，在虛線A所示的狀態(tài)與點劃線B所示的狀態(tài)之間振動，而且當(dāng)比值b/a明顯地大于1，即b/a＞＞1時，強烈地激發(fā)寬度振動方式的振動。
此外可清楚地看出，若比值b/a大于1但比上述強烈地激發(fā)寬度振動方式的振動下的比值小，則強烈地激發(fā)圖3所示的寬度擴展振動方式的振動。
對照圖3清楚地看出，在具有長方形截面的振動器3中，通過選擇上述比值b/a，可強烈地激發(fā)由點劃線A和虛線B所示的狀態(tài)之間的振動。
上述振動方式被命名為寬度擴展振動方式，因為這個名字可理解為在公知的擴展振動方式與寬度振動方式之間的振動方式。在上述認識的基礎(chǔ)上，發(fā)明人制作了一種具有壓電振動膜片并將比值b/a選擇為一個特殊值的壓電諧振器。圖1表示一種按這種方式得到的壓電諧振器5。這種壓電諧振器5包括長方形截面的壓電陶瓷板6，其短邊和長邊的長度分別為a和b，以及在壓電陶瓷板6的整個主平面上構(gòu)成的電極7和8。該壓電陶瓷板6沿其厚度方向(如箭號P所示)被均勻極化。
在上述壓電諧振器5中，改變比值b/a，以激發(fā)上述寬度擴展振動方式的振動，由此已證實，若滿足方程b/a＝1.47σ+1.88，所激發(fā)的寬度擴展振動方式的振動最強。圖5A表示在這種情況下壓電諧振器5中的位錯分布，這是由有限元法分析出來的。
在上述用有限元法分析所得的位錯分布中，采用圖5B所示的，設(shè)在壓電諧振器5主表面中央為座標(biāo)原點0并規(guī)定了X軸和Y軸來測量各部分的位錯情況，從而得到如圖6所示的結(jié)果。不難理解，在中心0處和圖5B中的點X1處，即各短邊的中心部分位錯量為最小，而在它們的中間位置處，位移量為最大值。這意味著，在采用寬度擴展振動方式的壓電諧振器5中，振動的節(jié)點位于各主表面的中心和各短邊的中央位置。于是可以理解，不妨用其它支承元件來支承主表面的中心或短邊的中央部分，而不會因支承壓電諧振器5而抑制了上述的寬度擴展振動方式。
還已證實，若上述比值b/a為值-1.47σ+1.88的整數(shù)倍，則在位于各短邊的中央部位的節(jié)點處也激發(fā)類似的寬度擴展振動方式的振動?，F(xiàn)在參照圖17A和17B來描述這種情況。圖17A表示在具有方程(1)所示的比值b/a且n＝2的振動器中的位錯分布，這是用有限元法分析的。由該圖可以理解，在這種情況下，也可激發(fā)寬度擴展振動方式的振動。
圖17B表示，具有由方式(1)表示的比值b/a，而n＝2振動器，支承元件耦合到短邊的中央部分和在支承元件外邊所提供的固定部分所組成的諧振器中的位錯分布。從圖17B可以清楚地理解，在支承元件之間給出的振動器以寬度擴展振動方式得到激發(fā)，并且基本上沒有位錯朝這些支承元件擴張。
還已進一步證實，上述比值b/a與壓電諧振器5的泊松比有關(guān)。改變振動器的泊松比，以測量使所述寬度擴展振動方式得以激發(fā)的比值b/a，并繪制各比值b/a，得到圖7所示的結(jié)果。于是可認識到，通過選擇比值b/a以滿足下列的值b/a＝n(-1.47σ+1.88)……(2)就能確保激發(fā)寬度擴展方式的振動，如圖7中的直線所示。上式中n表示整數(shù)。
另外還確認，不僅當(dāng)比值b/a滿足方程(1)時可強烈地激發(fā)寬度擴展振動方式的振動，而且當(dāng)比值稍稍偏離方程(1)時也可以。最后，使用具有泊松比σ為0.324的壓電陶瓷板，并改變其比值b/a，以確定是否激發(fā)了寬度擴展振動方式的振動。換句話說，假定D(X1)表示X1點處的位錯量，D(C)表示C點處的位錯量，則可測量圖5B中X1點相對于C點的相對位錯D(X1)/D(C);這里，C點在寬度擴展振動方式中位錯的量達到最大。圖8表示了這些結(jié)果。
從圖8很清楚地看出，當(dāng)相對于0.324的泊松比σ而言，比值b/a在1.26至1.54范圍內(nèi)時，相對位錯在±10%內(nèi)，并且支承元件連接于它的短邊的中央部分，用以測量諧振特性。因此如上所述，確認了當(dāng)相對位錯在10%以內(nèi)時，可有效地收集到寬度擴展振動方式的振動。
因此可以理解，通過將上述比值b/a調(diào)節(jié)在滿足方程(1)的值的±10%范圍內(nèi)，就能以極好的狀況激發(fā)上述寬度擴展振動方式的振動。
圖10A和10B是表示本發(fā)明第一種具體實施方式
的采用寬度擴展振動方式壓電諧振器11的平面圖和正視圖，這種諧振器是在上述認識的基礎(chǔ)上制作的。壓電諧振器11具有長方形板狀壓電諧振元件12，作為具有長方形截面的振動器。壓電諧振元件12包括長方形截面的壓電陶瓷極13，它沿其厚度方向被均勻地極化，而在壓電陶瓷板13的各主表面分別形成諧振電極14和15。支承元件16和17連到壓電諧振元件12的短邊中央部分，這里是以寬度擴展振動方式激發(fā)的振動的節(jié)點。另外，支承元件16和17的外端分別連著夾持元件18和19。
按照這種實施方式，支承元件16和17及夾持元件18和19與壓電陶瓷板13構(gòu)成整體。也就是說，將長方形壓電陶瓷機械加工成為圖10A和10B所示的形狀。另外，支承元件16和17以及夾持元件18和19也可獨立于壓電諧振元件12形成，通過諸如粘接的適當(dāng)方法可連成圖10A和10B所示的同樣形狀。
通過分別在支承元件16和17的單一表面上所形成的導(dǎo)電部分14a和15a，可將諧振電極14和15與在夾持元件18和19的單個主表面上所形成的引線電極20和21電氣連接。
在這種實施方式的壓電諧振器11中，將交流電壓加到引線電極20和21上，從而以寬度擴展振動方式激發(fā)這個壓電諧振元件12。這時，壓電諧振元件12短邊的中央部分幾乎不振動，形成振動節(jié)點，因而支承元件16和17幾乎不能抑止寬度振動方式的振動。因而，可在支承元件16和17之間有效的收集到上述寬度擴展振動方式為基礎(chǔ)的振動。
已然確認，由于壓電陶瓷板所形成的壓電諧振元件12在寬為2.5mm、長為3.5mm時表現(xiàn)出800千赫茲的諧振頻率，而寬為1.0mm、長為1.4mm時表現(xiàn)2MHZ的諧振頻率，所以可以做成一種能阱式壓電諧振器，按照本實施例，它適用于800千赫茲到2MHZ的頻率范圍。
當(dāng)然，若由其它材料制作壓電諧振元件12，則有效的諧振頻率就會按上述頻率范圍改變。于是，通過用各種壓電材料制作諧振元件12，就能得到適合于多種頻率范圍的能阱式壓電諧振點。
圖12表示本發(fā)明第二種具體實施方式
的能阱式壓電諧振器5。按照這種實施方式，將金屬接頭22和23用焊料(未示出)接合于電極7和8上，做為支承元件，它們對應(yīng)于圖1所示壓電諧振器5的兩個主表面所提供的元件。這時，選擇壓電諧振器5的比值b/a，以便像上面所描述的那樣，強烈地激發(fā)寬度擴展振動方式的振動。因此，在壓電諧振器5中，其主表面的短邊中心部分形成振動節(jié)點，而用焊料將金屬接頭22和23接合到靠近這些節(jié)點處。所以，當(dāng)按照圖12所示的本實施例把金屬接頭22和23做為支承元件接合到壓電諧振器5上時，就幾乎不會抑止在壓電諧振器5中所激發(fā)的寬度擴展振動方式的振動。
圖13表示本發(fā)明第三種具體實施方式
的能阱壓電諧振器31。與第一種實施方式相似，這種壓電諧振器31具有壓電諧振元件32，作為具有長方形截面的振動器。在這種壓電諧振元件32中，在壓電片32的上表面上，沿其長邊的邊緣做成一對諧振電極32b和32c。壓電片32a沿圖13中箭號P，即由諧振電極32b向著諧振電極32c的方向被極化。在這種實施方式中，同樣將壓電諧振元件32各長邊長度b對各短邊長a的比值b/a設(shè)定在圍繞滿足方程式(1)的值的±10%以內(nèi)的范圍。
因此，若在諧振電極32b和32c之間加上交流電壓，壓電諧振元件32就以寬度擴展振動方式振動。這時，壓電諧振元件32平行于所加電場而放置，于是壓電諧振器31利用壓電縱效應(yīng)。
在本實施例的壓電諧振器31中，同樣是把支承元件36和37連到按上述寬度擴展振動方式諧振的壓電諧振元件32的振動節(jié)點處，并將夾持元件38和39分別連到支承元件36和37的外面一端。參見圖13，數(shù)碼34a和35a表示導(dǎo)電元件，而數(shù)碼40和41表示引線電極。
正像從圖13所示實施例所能清楚看到的，本發(fā)明的采用寬度擴展振動方式的諧振器不僅可用于利用壓電橫效應(yīng)，還可用于利用壓電縱效應(yīng)。
當(dāng)對照具有長方形截面的壓電材料的振動描述了上述各種實施方式時，本發(fā)明的特點即在于將具有長方形截面的振動器的比值b/a選擇在一個特定的范圍，以激發(fā)上述寬度擴展振動方式的振動，又考慮到寬度擴展振動方式的振動節(jié)點位于短邊的中央部分，而把支承元件連到這些中心部分。因此，除壓電材料外，可換用其它材料來制作所用的振動器。
另外，本發(fā)明的諧振器中還可在其振動器相連的支承元件外邊加設(shè)動力阻尼器，以便利用動力阻尼現(xiàn)象消除遺漏的振動。圖14表示了這樣一種實施方式。
圖14表示一種壓電諧振器42，它相應(yīng)于圖10A和10B所示第一種實施方式的壓電諧振器11的改進。與圖10A和10B所示的相應(yīng)部分均以相應(yīng)的標(biāo)碼表示，于是省去了重復(fù)的敘述。
在這種壓電諧振器42中，支承元件16和17的外端部分別設(shè)有一對動力阻尼器43和44，而連接元件45和46分別接到動力阻尼器43和44外表面的中央部分，連接元件45和46的外端分別連到夾持元件18和19上。也就是說，把一對動力阻尼器43和44及一對連接元件45和46加到圖10A和10B所示的相應(yīng)壓電諧振器11的結(jié)構(gòu)中。動力阻尼器43和44通過眾所周知的動力學(xué)阻尼現(xiàn)象適合于消除遺漏的振動。也就是說，動力阻尼器43和44接收遺漏的振動，并由于動力學(xué)的阻尼現(xiàn)象而振動，從而抵消了從諧振部分的振動遺漏。
圖15和16是用來表示本發(fā)明第五種具體實施方式
的片狀諧振元件的分解透視圖及透視圖。
這種實施方式以圖10A和10B所示的采用寬度擴展振動方式的壓電諧振器11構(gòu)成。也即將厚度等效于壓電諧振器11的襯墊51和52粘到壓電諧振器11的側(cè)部，構(gòu)成一個諧振片53。
平面形狀基本呈U型的襯墊51和52的兩個端部與壓電諧振器11的夾持部件18和19相連并成為一個整體。
襯墊51和52可用任何絕緣材料，諸如礬土的絕緣陶瓷制品或者合成樹脂制成。
做成長方框形的中空元件54和55用做形成腔室的部件，它們裝在諧振片53的上部和下部，而表面基板56和57通過形成控室的元件54和55用絕緣的粘結(jié)劑貼在諧振片53的上部和下部。
形成腔室的元件54和55適合于使壓電諧振器11的振動部分，即壓電諧振元件12振動。因此，考慮到上述這點，要選擇好形成腔室的元件54和55的開口54a及55a的尺寸，并選擇好形成腔室的元件54和55的厚度。
可用絕緣樹脂薄膜，如聚乙烯對苯二甲酸鹽薄膜或者片形粘結(jié)劑元件，或其它任何絕緣材料制做形成腔室的元件54和55。
表面基板56和57可用適當(dāng)?shù)钠┤绲\土絕緣陶瓷或者合成樹脂等合成材料制成。表面基板56和57通過形成腔室的元件54和55夾住諧振板53，并與之構(gòu)成整體，從而形成如圖16所示的片狀諧振元件60。
在這種片狀諧振元件60中，在通過把表面基板56和57貼在諧振板53上而形成的層壓板61的兩個端面上制成外部電極62和63。外部電極62和63可通過涂敷、真空沉積或真空濺射方法將導(dǎo)電材料加在上面而制得。
外部電極62和63不僅形成于層壓板61的兩個端面上，最好還延伸到它的上、下表面，如圖16所示，為的是在把片狀諧振元件60裝到印刷電路板上時有利于與印刷電路板等上面所提供的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)電連接。在本實施例中，為了有助于形成這種延伸到層壓板61的上表面及下表面的外部電極62和63的結(jié)構(gòu)，像圖15所示那樣預(yù)先在表面基板56上形成電極56a和56b。在表面基板57的下表面還形成另外一對電極(未示出)。
可以無需像上面敘述的那樣預(yù)先形成電極56a和56b，而可以在得到層壓板61之后把外部電極材料加到層壓板61的端面上并延伸到其上、下表面，從而形成電極56a和56b。
雖然，本實施例中單獨地制作了形成腔室的元件54和55，但也可分別在表面基板56的下表面及表面基板57的上表面形成具有與形成腔室的元件54和55的開口54a和55a相應(yīng)的平面形的凹面，而形成可使壓電諧振器11的振動部分振動的腔室。在這種情況下，調(diào)整凹面部分的深度，就可省去形成腔室的元件54和55。
此外，可將絕緣粘結(jié)劑以長方框形式加到表面基板56的下表面和表面基板57的上表面，同時隨著絕緣粘結(jié)劑層的形成調(diào)整其厚度，從而確定一個用于壓電諧振器11的振動元件12振動的腔室，以此代替形成腔室的元件54和55以及上述凹面部分。在這種情況下，將表面基板56和57粘到諧振片53上去的絕緣粘結(jié)劑層還作為本發(fā)明的形成腔室的機構(gòu)。
當(dāng)把圖10A和10B所示的壓電諧振器11用于圖15和16所示的實施例中時，同樣可用其它采用權(quán)利要求1所述的本發(fā)明寬度擴展振動方式的諧振器來代替一比如用圖13所示的壓電諧振器31來代替，很容易形成與上面所述相似的片狀諧振元件。
在上面圖16所示的片狀壓電諧振元件60中，用絕緣粘結(jié)劑給壓電諧振器11粘上襯墊51和52(參見圖15)。如果在圖15中箭號A所示的粘結(jié)部分產(chǎn)生有不合適的粘結(jié)，就會損害密封性能。換句話說，帶有諧振元件12的壓電諧振器11的部分的密封性能受到損害。這樣，片狀壓電諧振元件60的性能諸如防濕性就要下降。
現(xiàn)在參照圖18至21描述能夠解決上述防濕性能問題的實施例。圖18是一個相當(dāng)于圖15的分解透視圖，用來說明本發(fā)明的第六種實施方式的片狀壓電諧振元件。在圖18所示的片狀壓電諧振元件中，用長方框形的壓電諧振器111代替圖15中所示的壓電諧振器11以及襯墊51和52。其它結(jié)構(gòu)，即形成腔室的元件54和55以及保護基板56和57均與圖15中所示者相同，省去了重復(fù)的敘述。
壓電諧振器11由圖19以透視圖形式所示的壓電陶瓷片112構(gòu)成。利用諸如激光束切割或者機械切割將單個的長方形壓電陶瓷片加工成圖19所示的形狀，得到這種壓電陶瓷片112。在這種壓電陶瓷片112中，帶有開口113a的長方框形支承元件113和形成諧振元件的壓電陶瓷片元件114彼此構(gòu)成一個整體。與壓電諧振器11相似，在這個壓電陶瓷片112上形成電極，就得到圖20所示的壓電諧振器。
換句話說，壓電諧振器111對應(yīng)于這樣一種結(jié)構(gòu)，即圖15所示的壓電諧振器11和襯墊51和52彼此形成一個整體。所以，使用與壓電諧振器11同樣的標(biāo)號來表示壓電諧振器111的諧振元件和電極，以省去重復(fù)的敘述。
利用上述單獨的壓電陶瓷片112構(gòu)成圖18所示的壓電諧振器111。盡管圖15所示的壓電諧振元件可能會因箭號A所示的粘接部分而損害其耐濕性，但由于本實施例的諧振元件的側(cè)面部分不存在粘接部分，所以本實施例的片狀壓電諧振元件可有效的解決耐濕性問題。
圖21是表示片狀壓電諧振元件120的透視圖，該元件是通過將圖18所示的壓電諧振器111、形成腔室的元件54和55以及保護基板56和57堆疊起來而得到的。在這種片狀壓電諧振元件120中，形成外部電極122和123，蓋住通過互相粘貼上述元件所得到的疊層121的一對端表面。于是，片狀壓電諧振元件120可如其他片狀電子元件那樣，在其表面上設(shè)置印刷電路板等等。
圖22表示上述壓電諧振器111的改型。參照圖22，壓電諧振器131具有長方框形支承元件132，以及與長方框形支承元件132形成一體的壓電諧振元件133。壓電諧振元件133類似于圖13所示的壓電諧振器31。所以，用相同的標(biāo)號表示與壓電諧振器31相同的元件，如諧振元件，以省去重復(fù)的敘述。
而且在壓電諧振器131中，由于長方框形支承元件132與壓電諧振元件133構(gòu)成一體，與圖18和20所示的壓電諧振111一樣，同樣能有效的改善由該壓電諧振器131構(gòu)成的片狀壓電諧振元件的防濕性。
在上述每一種實施方式中，都以壓電諧振器方式形成采用寬度擴展振動方式的獨立的諧振元件。不過，本發(fā)明也可用于裝有多個采用寬度擴展振動方式的諧振元件的壓電諧振器?，F(xiàn)在參照圖23A和23B描述那樣的一個具體實施例。圖23A和23B分別是這樣一種壓電諧振器141的平面圖和表示貫穿壓電陶瓷片的下部電極形狀的典型平面圖。
壓電諧振器141適于形成雙振動式壓電濾波器，它有第一和第二個采用寬度擴展振動方式的壓電諧振單元142和143。壓電諧振單元142和143由長方形壓電陶瓷片元件，電極142a、143a和電極142b、143b形成。這些陶瓷片元件都沿其厚度方向被均勻極化;電極142a和143a設(shè)在長方形壓電陶瓷片元件的一個主表面上，成為諧振電極，而電極142b和143b設(shè)在陶瓷片元件的下表面上，做為接地電極。
第一壓電諧振單元142和第二壓電諧振單元143分別以寬度擴展振動方式受到激發(fā)，而振動節(jié)點通過連接元件144互相連接。另一方面，借助在連接元件144下表面上形成的連接導(dǎo)電部分使下表面上的電極142b和143b相互連接。于是，通過用電極142a或43a作為接地電極，就能形成一種采用對稱振動方式和非對稱振動方式的雙振動式壓電濾波器。
本實施例的特點在于采用兩個壓電諧振單元142和143，而其余各點均與壓電諧振器11相似。也即第一和第二壓電諧振單元142和143的外側(cè)各自通過支承元件連到長方框形支承元件147上。于是，第一第二壓電諧振單元142和143被安排在長方框形支承元件147的開口147a中。
第一和第二壓電諧振單元142和143，以及諸如此類的安排于開口147a中的元件都與支承元件147構(gòu)成一體。也就是對一個單一的壓電陶瓷片進行機械加工或者切割，即可得到具有圖23A和23B所示平面形狀的一體化元件。
圖24是表示本發(fā)明第八實施方式的壓電諧振器201的透視圖。這個實施例的壓電諧振器201與圖10A和10B所示的壓電諧振器11相似，利用壓電橫向效應(yīng)。不過，在這種壓電諧振器201中，由具有長方形截面的壓電陶瓷板202構(gòu)成的壓電諧振元件203與壓電諧振器11的結(jié)構(gòu)不同。也即壓電陶瓷板202是沿著如箭號P所示的與其主表面平行的方向被極化的(見圖24)。在壓電陶瓷板202上，沿其兩個邊緣202a和202b形成諧振電極204和205。這個實施例的其它結(jié)構(gòu)基本與壓電諧振器11相同，因此省去了重復(fù)的敘述。
如上所述，壓電陶瓷板202沿著諧振電極204和205互相連接的方向被極化，由此，當(dāng)把交流電壓加到諧振電極204和205上時，就可得到采用由壓電橫向效應(yīng)所激發(fā)的寬度擴展振動方式的諧振器。同樣是在這個實施例中，選擇各長邊長度對各短邊長度之比b/a與圖10A和10B所示的實施例中的相同。從而給出一個與圖10A和10B所示之實施例相類似的采用寬度擴展振動方式的壓電諧振器，該壓電諧振器可由夾持元件206和207機械地夾住。
圖25是表示本發(fā)明第九種實施方式壓電諧振器210的透視圖。這個實施例的壓電諧振器210對應(yīng)于圖10A和10B所示壓電諧振器11的改型。這種壓電諧振器210與圖10A和10B所示諧振器不同之處在于成長方體形狀的壓電陶瓷元件213有一厚度，明顯地小于圖10A和10B所示壓電諧振器11中所用的壓電陶瓷板13的厚度。構(gòu)成壓電諧振元件212的壓電陶瓷元件213具有長方形截面形狀，以和圖10A和10B所示實例相同的方式選擇其比值b/a，同時在與長方形截面平行的每個主表面上做成諧振電極14(在圖25中未示出的另一側(cè)上)。于是，按照本發(fā)明的具有長方形截面的振動器可以成長方體形狀，其厚度大于它的長邊長度b。
圖26是表示本發(fā)明第十種實施方式振動器301的透視圖，它由彈簧接頭305和306所夾持。這個實施例的諧振器301由呈長方體狀的壓電陶瓷元件302所構(gòu)成，具有各長邊長度為b，各短邊長度為a的長方形截面。這種壓電陶瓷元件302沿著箭頭P，即平行于長邊的方向被極化。在壓電陶瓷元件302的一對相對的側(cè)面上分別形成諧振電極303和304。這些側(cè)面位于短邊上。
當(dāng)把交流電壓加到諧振電極303和304上時，振動器301按寬度擴展振動方式諧振，而且振動節(jié)點沿直線地出現(xiàn)在位于短邊上的側(cè)面上。換句話說，振動節(jié)點出現(xiàn)于沿壓電陶瓷元件302的厚度方向，即垂直于長方形截面的方向伸展的直線區(qū)域中，諧振電極303和304垂直位置的一半的位置處。因此，很容易將振動器301的彈簧接頭305和306機械地固定于上述直線的節(jié)點位置;這恰如圖26所示那樣。
從圖26所示的振動器301可以清楚地看出，還可以不同于上述實施方式地用彈簧接頭來固定本發(fā)明的振動器。而且在這種情況中，由于振動的節(jié)點位置沿著本實施例壓電陶瓷元件302的厚度方向成直線地出現(xiàn)，在振動器301與彈簧接頭305和306之間出現(xiàn)并不嚴重的應(yīng)力集中，因此，振動器301幾乎不會受到損害。
盡管上述各個實施例中振動器的材料均由壓電陶瓷制得，但可以用任何表面出壓電特性的材料，如石英晶體的壓電單晶、LiTaO3或LiNbO3或者表現(xiàn)壓電性能的聚合物來代替壓電陶瓷。另外，還可由本身并不表現(xiàn)壓電性能，但其上形成有壓電材料層的半導(dǎo)體片或者金屬板來做成電片。
雖然圖23表示了雙振動式壓電濾波器，但本發(fā)明也可用于單振動式的壓電濾波器。
雖然已對本發(fā)明做了詳細的敘述和說明，但可以清楚地理解，這只是圖示和舉例的方式而非限制的方式;本發(fā)明的精神和范圍只能由所附權(quán)利要求的范圍來限定。
另外，盡管上面描述的實施方式采用了寬度擴展振動方式的基波，但在使用奇次諧波，如三次諧波、五次諧次或者類似諧波的情況下，可獲得同樣的良好效果;這樣的諧波可用于上面所敘述的各實施例中。
權(quán)利要求
1.一種具有長方形截面、采用寬度擴展振動方式的振動器，它有一對短邊和一對長邊，所述各長邊的長度與各短邊長度之比b/a在下述值，即b/a=n(-1.47σ+1.88) ……(1)的±10%范圍內(nèi)，其中a表示所述各短邊的長度，b表示所述各長邊的長度，σ表示構(gòu)成所述振動器的材料的泊松比，n為整數(shù)。
2.一種采用寬度擴展振動方式的諧振器，還包括實際上連接到所述振動器至少一個短邊的中央部分的支承元件。
3.一種如權(quán)利要求2所述的諧振器，其中所述具有長方形截面的振動器為壓電諧振元件。
4.一種如權(quán)利要求3所述的諧振器，其中所述壓電諧振元件具有沿其厚度方向被激化的壓電陶瓷片和在所述壓電陶瓷片的兩個主表面上所形成的電極。
5.一種如權(quán)利要求4所述的諧振器，還包括連接到所述支承元件側(cè)面上的夾持元件;支承元件相對地連接到所述振動器上。
6.一種如權(quán)利要求5所述的諧振器，還包括在所述夾持元件上形成的引線電極，所述引線電極與在所述壓電陶瓷片上形成的電極電連接。
7.一種如權(quán)利要求2或5所述的諧振器，其中所述支承元件實質(zhì)上連接到所述短邊上的各諧振器側(cè)面的中央部分。
8.一種如權(quán)利要求3所述的諧振器，其中所述壓電諧振元件包括沿著垂直于其厚度方向被極化的壓電陶瓷片，還包括以規(guī)定的距離排布于所述壓電陶瓷片一個主表面上的第一電極和第二電極。
9.一種如權(quán)利要求8所述的諧振器，還包括連接到所述支承元件側(cè)面上的夾持元件;支承元件相對地連接到所述振動器上。
10.一種如權(quán)利要求9所述的諧振器，還包括在所述夾持元件上所形成的引線電極，所述引線電極與在所述壓電陶瓷片上形成的電極電連接。
11.一種如權(quán)利要求9所述的諧振器，其中所述支承元件實質(zhì)上連到所述短邊上的各諧振器側(cè)面的中央部分。
12.一種如權(quán)利要求2所述的諧振器，其中所述支承元件和夾持元件裝在所述振動器的各側(cè)面上。
13.一種如權(quán)利要求12所述的諧振器，還包括分別粘貼到所述固定元件對上的第一襯墊和第二襯墊，形成封裝所述振動器的長方形存儲空間。
14.一種如權(quán)利要求13所述的諧振器，其中所述第一襯墊、第二襯墊以及所述夾持元件對都由單獨的元件形成;由此，所述振動器被安排在具有開口的長方框形支承元件的所述開口中。
15.一種如權(quán)利要求14所述的諧振器，還包括第一和第二保護基板，它們疊放在所述諧振器和襯墊所構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)的上部和下部;在所述夾持元件或保護基板與所述諧振器之間提供的形成腔室的元件，以確保使所述諧振器的振動部分振動的空間。
16.一種如權(quán)利要求15所述的諧振器，其中所述形成腔室的元件為長方框形元件。
17.一種如權(quán)利要求15所述的諧振器，它被做成片狀件。
18.一種如權(quán)利要求1所述的振動器，其中所述具有長方形截面的振動器沿垂直于所述截面方向的厚度大于所述各長邊的長度b。
19.一種如權(quán)利要求2所述的諧振器，其中所述具有長方形截面的振動器沿垂直于所述截面方向的厚度大于所述各長邊的長度b。
全文摘要
本申請揭示的是由具有長方形截面的壓電諧振元件(12)給出的、采用寬度擴展振動方式的壓電諧振器(11)，其中各長邊的長度對各短邊長度的比值b/a在下述值，即
文檔編號H04R23/00GK1097265SQ94105289
公開日1995年1月11日 申請日期1994年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月14日
發(fā)明者開田弘明 申請人:株式會社村田制作所