专利名称：压电谐振器、压电元件和压电谐振器的制造方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及用于例如鉴别器或陷波器等的压电谐振器，尤其涉及一种利用厚度方向滑移方法(thicknesswise slip mode)的能量陷入式(energy-traptype)压电谐振器及其制造方法。本发明还涉及使用该压电谐振器的压电元件。
2.相关技术的描述目前，在例如利用厚度方向滑移方法的鉴别器或陷波器的压电元件中，压电谐振器安放在壳体的安放空间中，利用厚度方向滑移方法的能量陷入式压电谐振器的结构中，振动电极部分地形成在压电基板的两主面上，相互相向。为了在压电谐振器中设置诸如谐振特性、群延迟特征，或失真度等电特性所需特性值，广泛地使用一种对压电基板的两个主面设置由硅橡胶构成的阻尼构件的方法。在日本未审查的专利申请No.7-235853中揭示了这样的一个例子。
但是在传统的压电谐振器中，由于需要对压电基板的两个主面设置阻尼构件，因此，施加该阻尼构件的工序需要执行两次。出现的问题是使用这种压电谐振器的压电谐振器或压电谐振器构件的制造工序量增加，因此，其制造费用上升。
本发明概述于是，本发明的目的在于提供一种低费用的压电谐振器，它易于制造且具有优良的电特性。本发明的再一目的提供一种所述压电谐振器的制造方法，以及使用该压电谐振器的压电元件。
按照本发明的第1方面，本发明提供一种利用厚度方向滑移方法的能量陷入式压电谐振器。该压电谐振器包含压电基板和至少一对振动电极，振动电极分别形成在所述压电基板的第1和第2主面上，且相互对置，构成振动部分。压电谐振器进一步包含阻尼构件，它仅在压电谐振器的一个主面和一对连接其第1和第2主面的侧面覆盖所述振动部分。
在本发明的第1方面中，该阻尼构件最好用硅橡胶构成，在25℃具有20Pa·s或更低的粘度，在25℃具有流动性，通过加热固化成橡胶类状态。在本说明书中，粘度值按照JIS K6249确定的方法测得。
按照第2方面，本发明提供一种包含本发明压电谐振器的压电元件，该压电元件还包含相互结合的第1和第2壳体构件，其中，形成安放压电谐振器的安放空间。在该压电元件中，压电谐振器安装在第1和第2壳体构件之一上，使得压电振动部分的振动不受阻。
按照第3方面，本发明提供一种制造压电谐振器的方法。该方法包含准备利用厚度方向滑移的能量陷入式压电谐振器的步骤，其中，振动电极各形成在第1和第2主面上；和在压电谐振器的一个主面侧施加阻尼构件并将该阻尼构件设置成仅在一个主面和两侧面上覆盖振动部分的步骤。
在本发明的第3方面中，施加阻尼构件是通过使用喷嘴(nozzle)或传输针(transfer pin)进行的。当在阻尼构件从喷嘴或传输针末端下垂的部分压电基板宽度方向的尺寸为W、而喷嘴的外径或传输针的直径为D时，使用的喷嘴或传输针最好满足关系D≥W。
在本发明第3方面中，当阻尼构件从喷嘴或传输针末端下垂的部分的下端与施加压电基板阻尼构件的主面侧相反的主面间的距离为A、而压电基板的厚度为t时，阻尼构件的设置最好满足关系0≤A≤t。
下面将结合附图详细描述本发明的较佳实施例，从其可清楚地看到本发明的上述和其它目的、特征和优点。
附图概述
图1为示出本发明一实施例的压电元件的立体透视图；图2A为示出本发明一实施例的压电元件的垂直剖面图，图2B为沿图2A中B-B线的纵剖面图；图3为示出本发明一实施例中使用分配器设置阻尼构件工序的垂直剖面图；图4为示出阻尼构件从分配器喷嘴末端下垂的局剖平面视图5A为示出压电基板与阻尼构件下垂部分之间关系的概示图，图5B为示出压电基板覆盖上时阻尼构件下垂部分与压电基板厚度间关系的视图；图6为示出使用传输针时传输针末端与压电基板宽度方向尺寸间关系的原理图；图7为示出按本发明一实施例形成的鉴别器的阻抗特性和相位特性的曲线图；图8为示出为比较作准备的压电元件的立体透视图；图9为示出为比较作准备的鉴别器的阻抗特性和相位特性的曲线图。
较佳实施例的说明图1为说明本发明一实施例的压电元件的立体透视图。在压电元件1中，作为第1壳体构件的壳体板2和作为第2壳体构件的帽3构成组装。
壳体板2由例如氧化铝的绝缘陶瓷或例如合成树脂的适当导电材料构成。在壳体板2的顶面形成电极4和5。
相反，帽3由金属构成，底部有开口。帽3经绝缘粘合层6(具有直角框架形)与壳体板2粘合。这样，封壳由壳体板2和帽3构成，并形成封装在该封壳中的安放空间。
在壳体板2上通过导电粘合剂8和9固定利用厚度滑移方法的能量陷入式压电谐振器7。
压电谐振器7具有形成窄直角板的压电基板7a。
如图2A所示，第1振动电极7b形成在压电基板7a的顶面7a1，第2振动电极7c形成在其底面。在顶面和底面的压电基板7a的纵向中心区，振动电极7b和7c相互对置，并延伸覆盖压电基板7a的全宽。
振动电极7b从压电基板7a的中心区延伸到其一端部，还包含电极延伸部分7b1，经其端面延伸到压电基板的底面。
同样，振动电极7c从压电基板7a的纵向中心区延伸到与振动电极7b延伸端相对的端部。振动电极7c也有电极延伸部分7c1，经压电基板7a的端面延伸到其顶面。
当制作压电元件1时，如图1所示，用导电粘合剂8和9将压电谐振器7固定到壳体板2。此时，振动电极7c经导电粘合剂8电连接到电极4，而振动电极7b经导电粘合剂9电连接到电极5。
在该实施例中，压电谐振器7还设置阻尼构件10。如图1透视图所示，阻尼构件10包含顶面部分10a，配置在压电谐振器7的顶面7a1；和侧面部分10b和10c，配置在压电谐振器7的一对侧面7a2和7a3。
虽然图1作为立体透视，但阻尼构件10实际上设置成连续状态，使得从压电谐振器7的顶面7a1延伸到一对侧面7a2和7a3(如图2A和2B所示)。
阻尼构件10可以用合适的绝缘树脂或绝缘橡胶构成，该绝缘树脂和绝缘橡胶因为有如硅橡胶那样的附加质量而发挥阻尼作用。最好使用硅橡胶作为阻尼构件10，这是因为硅橡胶容易固化并具有优良的阻尼性能。最好使用粘度在25℃时为20Pa·s或更低并在25℃时有流动性的硅橡胶，该硅橡胶经加热固化成为橡胶类状态。
在该实施例的压电元件中，压电谐振器7的阻尼构件10设置在作为压电谐振器的一主面的顶面和其一对侧面。因此，当设置阻尼构件10时，只要在压电谐振器的顶面设置具有流动性的阻尼构件，阻尼构件10就能延伸到一对侧面。换言之，一种应用工件就能满足设置阻尼构件10的需要。结果简化了设置阻尼构件的工序，导致加工压电谐振器7的费用下降。
阻尼构件10的顶面部分10a和侧面部分10b和10c要求涂敷，使得盖住压电振动部分。也即，形成顶面部分10a和侧面部分10b及10c，使得覆盖振动电极7b和7c对置的压电振动部分。这里，不必在压电谐振器7的纵向全区形成阻尼构件10，只要阻尼构件10在其顶面和侧面能覆盖振动部分就可以在本发明的压电谐振器7中，由于阻尼构件10设置得不仅延伸到压电谐振器7的顶面7a1而且还延伸到其一对侧面7a2和7a3，从而能有效抑制使用压电基板7a的压电谐振器7中产生不需要的宽模振动，其中，压电基板7a呈直角窄板形。因此，在压电谐振器7中，当通过变换振动电极的结构而形成带通滤波器时，能减小通带中的脉动。同样，当形成压电陷波器时，能抑制通带中群延迟特性方面的扰动。此外，当形成鉴别器时，能获得低失真度特性。下面，将根据特定的试验例子对此进行描述。
当按照上述实施例获得压电谐振器7时，通过在压电基板7a上形成振动电极7b和7c而构成鉴别器，压电基板7a由基于PZT的陶瓷构成，具有尺寸3mm(长度)×0.4mm(宽度)×0.1mm(厚度)。作为鉴别器的压电谐振器7利用分配器设有热固化的硅橡胶，该硅橡胶在固化之前的粘度在25℃时为8Pa·s。然后，在150℃固化硅橡胶，并形成阻尼构件10。由硅橡胶构成的阻尼器10在固化后的硬度为60 JIS-A硬度。
图7示出按照上述方法获得的鉴别器的阻抗特性和相位特性。
图8中所示的压电元件21用来作比较用。压电元件21用与上述实施例相同方法形成，除了压电元件21仅在压电谐振器7的顶面设置阻尼构件22外。
图9示出作比较用压电元件21的阻抗和相位特性。图8所示压电元件21具有在未知日本专利申请No.11-134018(由本申请的发明人先前提出的)中所揭示的结构。即便在作比较用压电元件21中，也能通过仅从压电谐振器7的一个主面进行设置施加阻尼构件22。然而，如图9所示，在压电元件的比较例中，可看到箭头A表明的相当大的脉动。这些脉动是由宽模(width mode)产生的。
相比之下，从图7明显可见，使用上述实施例压电谐振器7的压电元件1中，宽模中的脉动有效地得到抑制。
也即，在上述实施例的压电元件1中，由于阻尼构件10还设置在压电谐振器7的侧面，因而宽模中的脉动能得到抑制。
在日本专利申请No.11-134018中揭示的压电元件中，因宽模中的脉动而出现有缺陷的元件占5％，但上述实施例的压电元件1使得因宽模中大脉动而出现有缺陷的元件基本上被消除。这导致压电元件生产率的提高。
在日本专利申请No.11-134018中揭示的压电元件中，还必须使用阻尼构件具有80-100的JIS-A硬度，以便制作鉴别器时减小失真度。但是在上述实施例中，即便使用如上所述60 JIS-A硬度的硅橡胶，也能减小失真度。因此，选择可用于阻尼构件的材料的范围能加宽。这使得所提供的压电谐振器能更便宜。
下面，将参看图3到图6说明对压电谐振器7设置阻尼构件10用的方法的特定例子。
如上所述，当要用分配器设置阻尼构件10时，如图3所示，装填于喷嘴13中的阻尼构件10只要从压电谐振器7的顶面侧通过从压电谐振器7的上面下降分配器的喷嘴13进行设置。这种情况下，喷嘴13末端的外直径D最好不小于构成压电谐振器7的压电基板7a的宽度W。如图4所示，从喷嘴末端下垂的阻尼构件，即，阻尼构件10的下垂部分10X膨胀成基本上球状。当喷嘴13的外直径D不小于宽度W，则膨胀成大致球状的该下垂部分10X的直径肯定变得大于压电基板7a的宽度W，使得施加的阻尼构件10能延伸到压电基板7a的一对侧面(见图5A)。
施加的阻尼构件10最好是，该下垂部分10X的低端与压电基板7a的底面间的距离A在0≤A≤t的范围内，其中，t是压电基板7a的厚度。
当按照如上所述施加阻尼构件10时，下垂部分接触压电谐振器7的顶面，而且因其流动性还延伸到侧面，通过提供阻尼构件10以便在下垂部分10X延伸到侧面的部分满足关系0≤A≤t及此后对阻尼构件10的固化，能可靠地将阻尼构件10设置在压电谐振器7的一对侧面。
在上面描述的实施例中，压电谐振器7上的阻尼构件10的设置是通过从分配器的喷嘴13馈送阻尼构件的，但是，也可用传输针(transfer pin)替代分配器。此时如图6平面原理图所示，实质上，只要传输针14的直径D不小于压电谐振器7的宽度W就可以。由此，如使用分配器那样，阻尼构件10不仅能可靠地设置在压电谐振器7的顶面，而且还能设置在其一对侧面。
在上面描述的实施例中，壳体板2和帽3分别用作第1和第2壳体构件2和3，但是第1和第2壳体构件的形状并不受上述实施例中形状的限制，只要保证有安放压电谐振器7的安放空间就可以。
在上面描述的实施例中，已经描述了压电谐振器，其中一对振动电极形成在压电基板上，但本发明也可用于至少两对振动电极形成在压电基板上的压电谐振器。而且，本发明还可用于在安放空间至少安放两个压电谐振器(压电基板)的压电元件。
从前面描述清楚可见，本发明的压电谐振器的阻尼构件设置在一个主面和与两个主面相连的一对侧面，且设置成仅在一个主面和一对侧面覆盖振动部分，使得当要施加阻尼构件时只要从一个主面施加该阻尼构件。这样简化了施加阻尼构件的工序，因而降低了压电谐振器的生产成本。
此外，由于阻尼构件不仅在压电谐振器的一个主面、而且还在其一对侧面覆盖振动部分，因此，该阻尼构件能有效地抑制宽模中的脉动，并且所提供的压电谐振器具有优良的频率特性。例如，当作成鉴别器时能减小失真度，当作成滤波器时能减小通带中群延迟特性中的扰动，当作成谐振器时能抑制阻抗特性中的脉动。
当一种硅橡胶用于阻尼构件时，且该硅橡胶在25℃具有粘度为20Pa·s或更低，在25℃有流动性，并通过加热固化成橡胶类状态，此时，能在室温下方便可靠地将阻尼构件施加于压电谐振器的一个主面和一对侧面，并在固化后具有优良的阻尼作用。
在本发明的压电元件中，由于本发明的压电谐振器安放在由第1和第2壳体构件构成的安放空间中，且压电谐振器固定在第1和第2壳体之一，不防碍压电振动部分的振动，因此，能提供一种壳封型压电元件，具有优良的抗环境能力，并且便宜和具有本发明的优良的频率特性。
在本发明压电谐振器的制作方法中，由于利用厚度方向滑移方法仅从压电谐振器的一个主面施加阻尼构件，使得仅在一个主面和两个侧面覆盖压电振动部分，因此，能获得简化的施加阻尼构件的工序，还能改善压电谐振器的频率特性。
通过使用喷嘴或传输针能施加阻尼构件。因此，能方便地使用喷嘴或传输针施加阻尼构件，而不需要新的专用设备。
当压电基板的宽度方向的尺寸为W，而使用的喷嘴或传输针的外直径或直径不小于所述宽度方向的尺寸W时，因此，当喷嘴或传输针靠近压电基板时只要在其一个主面提供阻尼构件，就能可靠地施加该阻尼构件，不仅能延伸到压电基板的一个主面，而且还能延伸到其一对侧面。
而且，当阻尼构件从喷嘴或传输针下垂的部分的低端与施加压电基板侧主面相反的主面间的距离为A，且压电基板的厚度为t，阻尼构件的提供满足关系O≤A≤t，此时，阻尼构件不仅能可靠地施加到压电基板的一个主面，而且还能施加到其一对侧面。
虽然本发明已经参照目前认为是较佳实施例进行了描述，但是应当看到，由此可作种种变化和修改而不脱离本发明广泛的各个方面，因此，将用所附权利要求书涵盖这种落入本发明实质和范围内的变化和修改。
权利要求
1.一种利用厚度滑移方法的能量陷入式压电谐振器，其特征在于，所述压电谐振器包含压电基板；至少一对振动电极，振动电极分别部分地形成在所述压电基板的第1和第2主面上，且相互对置，构成振动部分；和阻尼构件，它设置成仅在所述压电谐振器的一个主面和一对连接所述第1和第2主面的侧面覆盖所述振动部分。
2.如权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，其中所述阻尼构件用硅橡胶构成，该硅橡胶在25℃具有20Pa·s或更低的粘度，在25℃具有流动性，通过加热固化成橡胶类状态。
3.一种压电元件，其特征在于，包含如权利要求1或2所述的压电谐振器；相互结合的第1和第2壳体构件，其中，形成安放所述压电谐振器的安放空间；和所述压电谐振器安装在第1和第2壳体构件之一上，使得压电振动部分的振动不受阻。
4.一种制造压电谐振器的方法，其特征在于，该方法包含准备利用厚度方向滑移方法的能量陷入式压电谐振器的步骤，其中，振动电极各形成在第1和第2主面上；和从所述压电谐振器的一个主面侧施加阻尼构件并将该阻尼构件设置成仅在一个主面和两侧面覆盖所述振动部分的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其中，施加所述阻尼构件是通过使用喷嘴或传输针进行的。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，其中，当在阻尼构件从喷嘴或传输针末端下垂的部分、压电基板宽度方向的尺寸为W、而喷嘴的外径或传输针的直径为D时，所述喷嘴或传输针满足关系D≥W。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，其中，当阻尼构件从喷嘴或传输针末端下垂的部分的下端与施加压电基板阻尼构件的主面侧相反的主面间的距离为A、而压电基板的厚度为t时，所述阻尼构件的提供满足关系0≤A≤t。
全文摘要
一种压电谐振器,利用厚度方向滑移方法,可获得简化的生产工序,能有效地抑制宽模中的脉动,具有优良的频率特性,且价格便宜。该压电谐振器包含:一对振动电极,分别部分地形成在压电基板的第1和第2主面;和阻尼构件,设置成仅在压电谐振器的一个主面和与第1和第2主面相连的一对侧面覆盖振动部分。
文档编号H03H9/10GK1336726SQ01121148
公开日2002年2月20日 申请日期2001年6月5日 优先权日2000年6月12日
发明者池田吉宏 申请人:株式会社村田制作所