JP2002164764A - 複合材料振動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 利用する振動モードの制約がなく、振動減衰
部を必要とせず、簡単な構造で機械的に支持することが
でき、小型化が可能な振動装置を提供する。 【解決手段】 第１の音響インピーダンス値Ｚ₁ を有す
る材料からなり、振動発生源となる振動部材としての圧
電素子２と、第１の音響インピーダンスＺ₁よりも低い
音響インピーダンスＺ₂ を有する材料からなり、圧電素
子２の両側に連結された第１，第２の反射層３，４と、
反射層３，４の外側に連結されており、第２の音響イン
ピーダンスＺ₂ よりも大きな音響インピーダンス値Ｚ₃
を有する材料からなる第１，第２の保持部材５，６とを
備え、反射層３，４と保持部材５，６との界面において
圧電素子２から伝搬してきた振動が反射される、複合材
料振動装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、様々な振動部材を
該振動部材の振動に影響を与えることなく保持し得る構
造を備えた複合材料振動装置に関し、例えば、振動部材
として圧電素子や電歪素子を用いた複合材料振動装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、共振子やフィルタ等に圧電振動部
品が広く用いられている。例えば圧電共振子では、目的
とする共振周波数を得るために、様々な振動モードが用
いられている。これらの振動モードとしては、厚み縦振
動、厚みすべり振動、長さ振動、幅振動、拡がり振動、
または屈曲振動等が知られている。

【０００３】圧電共振子においては、振動モードの種類
によって保持構造が異なる。厚み縦振動や厚みすべり振
動を用いた場合には、エネルギー閉じ込め型の圧電共振
子を構成し得るので、圧電共振子の端部において圧電共
振子を機械的に保持することができる。この種の厚みす
べり振動を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子
の一例を図３３に示す。圧電共振子２０１では、ストリ
ップ状の圧電板２０２の上面に共振電極２０３が形成さ
れており、圧電板２０２の下面に共振電極２０３と対向
するように共振電極２０４が形成されている。共振電極
２０３，２０４は圧電板２０２の長さ方向中央で対向さ
れており、該対向部分がエネルギー閉じ込め型の圧電振
動部を構成している。エネルギー閉じ込め型であるた
め、振動は圧電振動部にほぼ閉じ込められる。従って、
圧電共振電極２０１では、圧電振動部の振動を阻害する
ことなく端部において機械的に保持することができる。

【０００４】もっとも、エネルギー閉じ込め型の圧電共
振電極２０１では、圧電振動部に振動エネルギーが閉じ
込められるものの圧電振動部の外側に比較的大きな面積
の振動減衰部を構成しなければならない。従って、例え
ば、厚みすべりモードを利用したストリップ状の圧電共
振子２０１では、長さ寸法が大きくならざるを得なかっ
た。

【０００５】他方、長さ振動、幅振動、拡がり振動また
は屈曲振動を利用した圧電共振子では、エネルギー閉じ
込め型の圧電共振部を構成することができない。従っ
て、共振特性に影響を与えないために、バネ性を有する
金属端子を用い、該金属端子を圧電共振子の振動のノー
ドに接触させることにより保持構造が構成されている。

【０００６】他方、特開平１０−２７０９７９号公報に
は、図３４に示すバルク型音波フィルタ２１１が開示さ
れている。バルク型音波フィルタ２１１では、基板２１
２上に複数の膜を積層することによりフィルタが構成さ
れている。すなわち、この積層構造中には、圧電層２１
３が形成されており、該圧電層２１３の上面及び下面に
電極２１４，２１５が積層されて、圧電共振子が構成さ
れている。また、この圧電共振子の下面には、シリコン
やポリシリコン等の膜を積層することにより上層２１
６、中層２１７及び下層２１８からなる積層構造の音響
ミラー２１９が構成されている。ここでは、中層２１７
の音響インピーダンスが、上層２１６及び下層２１８の
音響インピーダンスよりも高くされている。この音響ミ
ラー２１９により、圧電共振子により生じた振動の基板
２１２への伝達が遮断されるとされている。

【０００７】他方、圧電共振子の上方には、同様に構成
された音響ミラー２２０が積層されており、該音響ミラ
ー２２０上にパッシベーション膜２２１が形成されてい
る。パッシべーション膜２２１は、エポキシ、ＳｉＯ₂
あるいはその他の適当な保護性材料で構成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のエネルギー閉じ
込め型の圧電共振子では、圧電振動部の外側に振動減衰
部を構成する必要があるため、接着剤等を用いて機械的
に保持し得るものの、圧電共振子２０１の寸法が大きく
ならざるを得なかった。

【０００９】他方、長さ振動モードや拡がり振動モード
を利用した非エネルギー閉じ込め型の圧電共振子では、
振動減衰部は必要でないものの、圧電共振子自体を接着
剤や半田等を用いて固定・保持した場合には共振特性が
損なわれる。従って、バネ端子等を用いて支持しなけれ
ばならず、支持構造が複雑であり、かつ多数の部品を必
要とする。

【００１０】特開平１０−２７０９７９号公報に記載の
バルク型音波フィルタでは、上記のように基板２０２上
に複数の膜を積層することにより圧電共振子と、該圧電
共振子と基板とを音響的に絶縁する音響ミラー１１９が
構成されている。従って、圧電共振子が基板２１２に対
して積層構造を有する音響ミラー２１９により音響的に
遮断されて支持されている。

【００１１】しかしながら、上記バルク型音波フィルタ
２１１では、基板２１２上において、多数の層を積層
し、下部の音響ミラー２１９と、圧電共振子や圧電フィ
ルタを構成する積層構造と、上部音響ミラー２２０を構
成する多数の層を形成しなければならず、さらに最上部
にパッシベーション膜２２１を形成しなければならなか
った。従って、構造が複雑であり、かつ利用する圧電共
振子における振動モードについても積層構造により構成
されるものであるため制約があった。

【００１２】上記のように、従来、圧電共振子等の振動
源を、その振動特性を阻害することなく支持するには、
振動モードの制約があったり、部品が大型化したり、構
造が複雑になったりするという問題があった。

【００１３】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消し、様々なモードの振動部材を、比較的簡単な構
造で該振動部材の振動特性に影響をほとんど与えること
なく支持することが可能な構造を備えた複合材料振動装
置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の広い局面によれ
ば、音響インピーダンスが異なる複数の材料部分が結合
されている複合材料振動装置であって、第１の音響イン
ピーダンス値Ｚ₁ を有する材料からなり、かつ振動発生
源となる振動部材と、第１の音響インピーダンス値Ｚ₁
よりも低い第２の音響インピーダンス値Ｚ₂ を有する材
料からなり、かつ前記振動部材の両側に連結された第
１，第２の反射層と、前記第２の音響インピーダンス値
Ｚ₂ よりも大きな第３の音響インピーダンス値Ｚ₃ を有
する材料からなり、前記第１，第２の反射層の振動部材
が連結されている側とは反対側に連結された保持部材と
を備え、前記反射層と前記保持部材との界面において前
記振動部材から反射層に伝播してきた振動が反射される
ように構成されている複合材料振動装置が提供される。

【００１５】本発明の特定の局面では、前記第２の音響
インピーダンス値Ｚ₂ の第１の音響インピーダンス値Ｚ
₁ に対する比Ｚ₂ ／Ｚ₁ が０．２以下、より好ましくは
０．１以下とされる。

【００１６】本発明の別の特定の局面では、前記第２の
音響インピーダンス値Ｚ₂ の第３の音響インピーダンス
Ｚ₃ に対する比Ｚ₂ ／Ｚ₃ が０．２以下、より好ましく
は０．１以下とれる。

【００１７】本発明のある限定的な局面では、上記振動
部材として電気機械結合変換素子が用いられ、より限定
的な局面では、該電気機械結合変換素子として圧電素子
または電歪素子が用いられる。

【００１８】本発明の他の特定の局面では、前記第１及
び／または第２の保持部材の前記第１，第２の反射層が
連結されている側とは反対側に、第３の反射層、第２の
振動部材、第４の反射層及び第３の保持部材がこの順序
で連結されている。

【００１９】本発明の別の広い局面によれば、音響イン
ピーダンスが異なる複数の材料部分が結合されてなる複
合材料振動装置であって、第１の音響インピーダンス値
Ｚ₁を有する材料からなり、かつ振動発生源となる第
１，第２の振動部材と、第１の音響インピーダンス値Ｚ
₁ よりも低い第２の音響インピーダンス値Ｚ₂ を有する
材料からなる反射層と、第２の音響インピーダンスＺ₂
よりも大きな第３の音響インピーダンスＺ₃ を有する材
料からなる保持部材を備え、第１の保持部材、第１の反
射層、第１の振動部材、第２の反射層、第２の振動部
材、第３の反射層及び第２の保持部材がこの順序で連結
されており、第１，第２の振動部材で発生した各振動
が、第１または第３の反射層と、第１または第２の保持
部材との界面により、並びに前記第２の反射層の第２の
振動部材または第１の振動部材との界面により反射され
る、複合材料振動装置が提供される。

【００２０】本発明の他の特定の局面では、前記反射層
が、音響インピーダンスが異なる複数の材料層を積層す
ることにより構成されている。本発明の別の特定の局面
では、前記振動部材が単独で振動したときの振動の波長
をλとしたしたときに、反射層と振動部材との界面から
反射層と保持部材との界面までの距離が、ｎ・λ／４±
λ／８（ｎは奇数）の範囲にあるように構成される。

【００２１】本発明に係る複合材料振動装置では、振動
部材の振動変位方向Ａ、振動部材における振動伝播方向
Ｂ、反射層における振動伝播方向Ｃとしたとき、方向Ａ
〜Ｃについては、様々に組み合わすことができる。例え
ば、方向Ａ〜Ｃは互いに平行であってもよい。また、方
向Ａと方向Ｂとが平行であり、方向Ｂと方向Ｃとが直交
する関係にあってもよい。さらに、方向Ａと方向Ｂとが
直交しており、方向Ｂと方向Ｃとが平行であってもよ
い。また、方向Ａと方向Ｂとが直交しており、方向Ｂと
方向Ｃとが直交していてもよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の具体的な実施例を説明することにより、本発明をより
詳細に説明する。

【００２３】図１（ａ），(ｂ）は、本発明の一実施例
に係る複合材料振動装置としての圧電共振子を示す斜視
図及び縦断面図である。圧電共振子１は、振動部材とし
てのストリップ状の圧電素子２と、圧電素子２の長さ方
向両端に連結された反射層３，４と、反射層３，４の外
側に連結された保持部材５，６とを有する。

【００２４】圧電素子２は、チタン酸鉛系セラミックス
からなり、その音響インピーダンスＺ₁ は３．４×１０
⁷ｋｇ／（ｍ²・ｓ）である。圧電素子２は、矢印Ｐ方向
に、すなわち長さ方向に分極処理されている。

【００２５】圧電素子２は、ストリップ状の形状を有
し、上面、下面、及び一対の側面が矩形の形状を有す
る。言い換えれば、圧電素子２は、角棒状の形状を有す
る。圧電素子２の対向し合う一対の端面２ａ，２ｂに
は、励振電極７，８が形成されている。励振電極７，８
から交流電圧を印加することにより圧電素子２は端面２
ａ，２ｂを長さ方向とする長さモードで振動する。すな
わち、圧電素子２は、長さモードを利用した圧電共振素
子である。圧電共振子１においては、励振電極７，８に
電気的に接続されるように圧電共振子１の上面に端子電
極９，１０が形成されている。端子電極９，１０は、圧
電共振子１の上面だけでなく、端面である保持部材５，
６の外側端面５ａ，６ａに至るように形成されている。
従って、プリント回路基板等に、端子電極９，１０を利
用して容易に表面実装することができる。反射層３，４
は、本実施例では、音響インピーダンスが１．８７×１
０⁶ｋｇ／（ｍ²・ｓ）であるエポキシ樹脂により構成さ
れている。また、保持部材５，６は、音響インピーダン
スが３．４×１０⁷ｋｇ／（ｍ²・ｓ）であるセラミック
スからなるセラミックスにより構成されている。

【００２６】長さモードを利用した圧電共振素子は、振
動の伝播方向が長さ方向であり、分極方向Ｐと平行な方
向であるため、通常、振動に影響を与えることなく端面
２ａ，２ｂにおいて支持することができない。

【００２７】本実施例では、反射層３，４及び保持部材
５，６を有するため、長さモードを利用した圧電素子２
の振動特性に影響を与えることなく圧電共振子１を支持
することが可能とされている。これを、図２〜図５を参
照して説明する。なお、以下において、長さとは圧電共
振子１の長さ方向に沿う寸法をいうものとする。

【００２８】圧電素子２の長さＬ₁ ＝０．９８ｍｍ、共
振子周波数Ｆ₁ ＝２ＭＨｚ、反射層３，４の長さＬ₂ ＝
０．２５ｍｍ、保持部材５，６の長さ＝０．４ｍｍとし
て上記圧電共振子１の変位状態を有限要素法で解析し
た。結果を図２に示す。

【００２９】図２から明らかなように、保持部材５，６
では、変位がほとんど生じていない。従って、圧電素子
２の共振特性に影響を与えることなく保持部材５，６を
利用して、圧電共振子１を支持し得ることがわかる。こ
れは、反射層３，４の音響インピーダンスＺ₂ が圧電素
子２の音響インピーダンスＺ₁ よりも低く、かつ保持部
材５，６の音響インピーダンスＺ₃ よりも低いため、反
射層３，４と保持部材５，６との界面Ａ，Ｂにおいて圧
電素子２から伝播してきた振動が反射され、振動が保持
部材５，６にほとんど伝播しないためと考えられる。

【００３０】本願発明者らは、圧電共振子１の結果に鑑
み、圧電共振子１における圧電素子２、反射層３，４及
び保持部材５，６を構成する材料及びこれらの寸法を種
々変更して実験を繰り返したところ、上記のように、第
１，第２の反射層３，４の音響インピーダンスＺ₂ を、
圧電素子２の音響インピーダンスＺ₁ 及び保持部材５，
６の音響インピーダンスＺ₃ よりも小さくすれば、上記
実施例と同様に保持部材５，６への圧電素子２からの振
動の伝播をほぼ抑制し得ることを見い出した。これを、
図４及び図５を参照しつつ具体的な実験例に基づいて説
明する。

【００３１】図４は、下記の仕様で圧電共振子１を構成
した場合のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波
数特性を示す。なお、実線が位相−周波数特性を、破線
がインピーダンス−周波数特性を示す。また、図４及び
図５の縦軸及び横軸のＮＥ＋Ｏｎは、Ｎ×１０ⁿ である
ことを示し、例えば１Ｅ＋Ｏ２は１×１０² である。

【００３２】圧電共振子１の仕様 圧電素子２…音響インピーダンスＺ₁ ＝３．４×１０
⁷ｋｇ／（ｍ²・ｓ）であるチタン酸鉛系セラミックスに
より構成。長さ寸法Ｌ₁ ＝４１２ｍｍ、共振子周５．４
ＭＨＺ 反射層３，４…音響インピーダンスＺ₂ ＝１．８７×
１０⁶ｋｇ／（ｍ²・ｓ）のエポキシ樹脂により構成。長
さ寸法Ｌ₂ ＝０．０７ｍｍ 保持部材５，６…音響インピーダンスＺ₃ ＝３．４×
１０⁷ｋｇ／（ｍ²・ｓ）のチタン酸鉛系セラミックスに
より構成。長さ寸法Ｌ₃ ＝３００ｍｍ なお、圧電共振子１における幅方向寸法は２５０ｍｍ、
厚みは２００ｍｍとした。

【００３３】また、上記圧電共振子１を図３に示すよう
に基板１１に導電性接着剤１２を用いて接合し、固定し
た。なお、導電性接着剤１２による固定により、圧電素
子２の下面と基板１１の上面との間に振動を妨げないた
めの空間を確保するように導電性接着剤１２による接合
が行われている。

【００３４】また、導電性接着剤１２は、上記端子電極
９，１０と基板１１上の電極１３，１４とを接合してお
り、圧電素子２及び反射層３，４には導電性接着剤１２
は付着していない。

【００３５】基板１１に実装された後の圧電共振子１の
周波数特性を図５に示す。図５においても、破線がイン
ピーダンス−周波数特性を、実線が位相−周波数特性を
示す。

【００３６】図４と図５を比較すれば明らかなように、
圧電共振子１自体の周波数特性と、基板１１に固定され
た後の圧電共振子１の周波数特性とがほとんど変わらな
いことがわかる。すなわち、圧電共振子１は保持部材
５，６において機械的に固定したとしても、圧電素子２
の共振特性が損なわれないことがわかる。

【００３７】図１〜図５から明らかなように、本発明に
従って構成された複合材料振動装置としての圧電共振子
１では、振動部材としての圧電素子２の両側に反射層
３，４を設け、反射層３，４の外側に保持部材５，６を
連結することにより、圧電素子２の振動を妨げることな
く圧電共振子１を支持し得ることがわかる。これを、図
６により包括的に示すと、本発明に係る複合材料振動装
置は、振動源としての振動部材２１の両側に振動部材２
１からの振動が伝播されるように反射層２２，２３が連
結されており、該反射層２２，２３の外側に保持部材２
４，２５を連結した構造に相当する。この場合、上記の
ように反射層２２，２３の音響インピーダンスＺ₂ を、
振動部材２１の音響インピーダンスＺ₁ 及び保持部材２
４，２５の音響インピーダンスＺ₃ よりも小さくするこ
とにより、上記実施例と同様に、振動部材２１の振動特
性に影響を与えることなく保持部材２４，２５において
複合材料振動装置２０を機械的に支持し得る。

【００３８】すなわち、上記実施例では、振動部材とし
て圧電素子２を用いたが、本発明においては、振動部材
２１、反射層２２，２３及び保持部材２４，２５のイン
ピーダンス値Ｚ₁ 〜Ｚ₃ 間に上記関係が満たされ得る限
り上記実施例と同様に、反射層２２，２３と、保持部材
２４，２５との界面において伝播してきた振動を反射さ
せることができるので、振動部材２１については特に限
定されるものではない。すなわち、振動部材２１として
は、圧電素子２の他、電歪素子や他の様々な振動を発生
する部材を広く用いることができる。

【００３９】また、反射層２２，２３を構成する材料及
び保持部材２４，２５を構成する材料についても特に限
定されるものではなく、上記音響インピーダンス値の関
係を満たす限り任意の材料を用いることができる。

【００４０】本願発明者らは、上記圧電共振子１におい
て、反射層を構成する材料を種々異ならせ、圧電共振子
１の共振周波数及び帯域幅の各変化率を測定した。結果
を図７及び図８に示す。ここでは、圧電素子２を構成す
るセラミックス及び反射層３，４を構成するエポキシ樹
脂を種々異ならせ、音響インピーダンスＺ₂ の規格化さ
れた値すなわち、比Ｚ₂ ／Ｚ₁ を種々異ならせ、共振周
波数変化率（％）及び比帯域変化率（％）を測定した。

【００４１】図７及び図８から明らかなうに、音響イン
ピーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₁ が０．２以下、好ましく０．１
以下において、共振周波数の変化率が０．２％以下と非
常に小さく０．１以下では、０．０１％以下と低いこと
がわかる。同様に、比帯域変化率についても、音響イン
ピーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₁ が０．２以下で−１５％以下、
０．１以下で−８％以下となることがわかる。

【００４２】従って、好ましくは音響インピーダンス比
Ｚ₂ ／Ｚ₁ は、０．２以下、より好ましくは０．１以下
とされる。また、本願発明者らは、反射層３，４及び保
持部材５，６を構成する材料を異ならせ、音響インピー
ダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₃ を種々異ならせ、同様に圧電共振子
１の周波数変化率（％）及び比帯域変化率（％）を測定
した。結果を図９及び図１０に示す。

【００４３】図９及び図１０から明らかなように、音響
インピーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₃ を０．２以下とすることに
より、周波数変化率が０．２％以下、比帯域幅が−７％
以下、さらに０．１以下とすることにより０．０５％以
下、比帯域幅を−６％以下とし得ることがわかる。よっ
て、音響インピーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₃ は、好ましくは、
０．２以下、より好ましくは０．１以下とされる。

【００４４】また、音響インピーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₁ を
変化させて、圧電共振子１の共振周波数率及び比帯域変
化率を測定した。結果を図１１及び図１２に示す。図１
１及び図１２においては、反射層３，４を構成する材料
として、エポキシ樹脂、セラミックスあるいはこれらに
他の音響インピーダンス値を有する粉末を配合すること
等により、音響インピーダンスＺ₂ が音響インピーダン
スＺ₁ の１／１２８から任意の範囲で変化されている。

【００４５】なお、図１１及び図１２における横軸は、
反射層３，４の長さ方向寸法（圧電共振子１の長さ方向
に沿う寸法）となる。反射層３，４の長さ方向寸法と
は、言い換えれば、振動部材としての圧電素子２に連結
されている反射層面と、振動部材５，６に連結されてい
る反射層面とを結ぶ方向の寸法、すなわち、振動が反射
面を伝播する方向の寸法である。

【００４６】図１１及び図１２から明らかなように、音
響インピーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₁ がさらに小さく１／３２
以下、より好ましくは１／６４以下の場合、反射層３，
４の長さ寸法がλ／４から若干変動したとしても、周波
数変化率及び比帯域変化率があまり変動しないことがわ
かる。よって、好ましくは、Ｚ₂ ／Ｚ₁ を１／３２以
下、より好ましくは１／６４以下とすることにより、反
射層３，４の長さ方向寸法の制約が少ないことがわか
る。

【００４７】もっとも、図１１及び図１２から明らかな
ようにＺ₂ ／Ｚ₁ の値のいかんに関わらず、反射層３，
４の長さ寸法がλ／４及びその近傍の場合には、圧電共
振子１の周波数変化率及び比帯域幅変化率は非常に小さ
くなる。

【００４８】また、上記反射層３，４の厚みと周波数変
化率及び比帯域変化率との関係を、反射層３，４のより
広い厚みにわたり調べた。結果を図１３及び１４にそれ
ぞれを示す。従って、図１１〜図１４から明らかなよう
に、好ましくは、反射層３，４長さ寸法はｎ・λ／４±
（λ／８）（ｎは奇数）の範囲とされ、より好ましく
は、λ／４及びその近傍とされる。

【００４９】図１５（ａ），(ｂ）は、本発明の第２の
実施例の複合材料振動装置としての圧電共振子を示す斜
視図及び部分切欠縦断面図である。圧電共振子３１は、
ストリップ状あるいは角棒状の圧電素子３２を有する。
圧電素子３２は、長さモードの６倍波を利用した圧電素
子である。本実施例の圧電共振子３１は、圧電素子２の
代わりに圧電素子３２を用いたこと、並びに圧電素子３
２を励振するための電極構造が異なっていることを除い
ては、第１の実施例の圧電共振子１と同様に構成されて
いる。

【００５０】圧電素子３２は、本実施例では、音響イン
ピーダンス値２．６×１０⁷ｋｇ／（ｍ²・ｓ）のチタン
酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスにより構成されてい
る。

【００５１】圧電素子３２では、長さモードの６倍波を
励振するために、圧電素子３２の横断面方向に延びる６
枚の励振電極３２ａ〜３２ｆが形成されている。言い換
えれば、励振電極３２ａ〜２３ｆ間に５層の圧電層が存
在するように、励振電極３２ａ〜３２ｆが互いに平行に
かつ圧電共振子３２の横断面方向に位置するように形成
されている。また、５層の圧電層は、長さ方向に一様に
分極されている。

【００５２】励振電極３２ａ，３２ｃ，３２ｅに電気的
に接続されるように、端子電極３７が圧電共振子３１の
上面に形成されている。圧電共振子３１の下面には、端
子電極３８が形成されており、励振電極３２ｂ，３２
ｄ，３２ｆに電気的に接続されている。

【００５３】なお、励振電極３２ｂ，３２ｄ，３２ｆと
端子電極３７との電気的絶縁を図るために、励振電極３
２ｂ，３２ｄ，３２ｆの上端には、絶縁性材料３９ａ〜
３９ｃが付与されている。同様に、励振電極３２ａ，３
２ｃ，３２ｅと端子電極３８との電気的絶縁を果たすた
めに、励振電極３２ａ，３２ｃ，３２ｅの下端には絶縁
性材料３９ｄ〜３９ｆが配置されている。

【００５４】反射層３３，３４は、圧電素子３２の長さ
方向両端に位置されており、音響インピーダンス比Ｚ₂
／Ｚ₁ ＝１／１６となるエポキシ樹脂により構成されて
いる。

【００５５】反射層３３，３４の外側には、音響インピ
ーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₃ ＝１／１６となるチタン酸ジルコ
ン酸鉛系セラミックスからなる保持部材３５，３６が連
結されている。

【００５６】なお、端子電極３７，３８は、圧電共振子
３１の対向し合う端面、すなわち保持部材３５，３６の
外側端面３５ａ，３６ａに至るように形成されている。
本実施例においても、反射層３３，３４及び保持部材３
５，３６の横断面形状は圧電素子３２と同一とされてい
る。従って、圧電共振子３１は、角棒状の形状を有す
る。

【００５７】第２の実施例のように、振動部材としての
圧電素子３２は長さモードの高調波を利用したものであ
ってもよい。圧電共振子３１のインピーダンス−周波数
特性及び位相−周波数特性を図１７に示す。また、図１
６に示すように、圧電共振子３１を実装基板４１上に導
電性接着剤４２，４３を用いて、接合・固定した後のイ
ンピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を図１
８に示す。図１７及び図１８において、実線が位相−周
波数特性を、破線がインピーダンス−周波数特性をそれ
ぞれ示す。

【００５８】図１７及び図１８の比較から明らかなよう
に、第２の実施例においても、実装基板４１に実装され
る前（すなわち圧電共振子３１単体）の特性と、実装基
板４１に実装された後の特性がほとんど変わらないこと
がわかる。

【００５９】従って、第２の実施例においても、保持部
材３５，３６において、圧電共振子３１を機械的に保持
したとしても、圧電素子３２の共振特性にほとんど影響
が生じないことがわかる。

【００６０】なお、図１９に分解斜視図で示すように、
複数の圧電共振子３１を絶縁性接着剤５１，５２を介し
て接合し、実装基板５３上を実装してもよい。図１９に
示す構造では、２つの圧電共振子３１，３１が接合さ
れ、かつフィルタ回路を構成するように電気的に接続さ
れる。２つの圧電共振子３１間の電気的接続は、実装基
板５３上に形成された導電パターン５４ａ〜５４ｄによ
り果たされる。また、実装基板５３上には、金属キャッ
プ５５が固定される。金属キャップ５５は、圧電共振子
３１，３１を囲繞し、かつ封止するように絶縁性接着剤
を用いて実装基板５３に固定される。図１９に示したフ
ィルタ部品のように本発明に係る複合材料振動装置は、
圧電共振子だけでなく、フィルタにも適用することがで
きる。

【００６１】図２０は、本発明の第３の実施例に係る圧
電共振子を示す斜視図である。圧電共振子６１は、厚み
すべりモードを利用した圧電素子６２を有する。圧電素
子６２は、本実施例では、圧電セラミックスからなる矩
形板状の形状を有し、上面に励振電極６３が、下面に励
振電極６４が形成されている。圧電素子６２は、その長
さ方向に分極処理されている。励振電極６３，６４から
交流電圧を印加することにより、圧電素子６２が厚みす
べりモードで励振される。

【００６２】なお、従来の厚みすべりモードを利用した
エネルギー閉じ込め型の圧電共振子２０１（図３３参
照）とは異なり、圧電素子６２では、上面及び下面の全
面に励振電極６３，６４が形成されている。従って、圧
電素子６２は、エネルギー閉じ込め型の圧電共振子では
ない。

【００６３】もっとも、圧電素子６２の長さ方向両側に
は、第１の実施例と同様に反射層６５，６６及び保持部
材６７，６８が連結されている。なお、反射層６５，６
６の厚み、すなわち圧電素子６２と保持部材６７，６８
とを結ぶ方向の寸法は、伝播してきた振動の波長をλと
したときに約λ／４とされている。そして、共振電極６
３，６４は、端子電極６９，７０に連ねられている。端
子電極７０，６９は、圧電共振子６２の端面、すなわち
保持部材６７，６８の外側端面６７ａ，６８ａに至るよ
うに形成されている。

【００６４】本実施例の圧電共振子６１では、圧電素子
６２は、エネルギー閉じ込め型ではないが、反射層６
５，６６及び保持部材６７，６８が第１の実施例と同様
に構成されている。また、圧電素子６２の音響インピー
ダンス値Ｚ₁ と、反射層６５，６６の音響インピーダン
ス値Ｚ₂ と、保持部材６７，６８の音響インピーダンス
値Ｚ₃ が第１の実施例と同様に選ばれているため、圧電
素子６２から長さ方向に伝播した振動は、反射層６５，
６６と保持部材６７，６８の界面で反射される。従っ
て、第１の実施例と同様に保持部材６７，６８により機
械的に支持したとしても、圧電素子６２の共振特性にほ
とんど影響が生じない。このように、厚みすべりモード
を利用した場合であっても、本発明を利用することによ
り、振動減衰部をなくすことができ、厚みすべりモード
を利用した圧電共振子の小型化を図ることができる。

【００６５】すなわち、反射層６５，６６の厚み（共振
６１の長さ方向に沿う寸法）はλ／４程度でよいため、
従来のエネルギー閉じ込め型の圧電共振子２０１のよう
な大きな振動減衰部を必要としない。また、保持部材６
７，６８は、その圧電共振子６１の長さ方向に沿う寸法
は非常に小さくてよく、上記反射面を構成するだけでよ
いため、圧電共振子６１は、圧電共振子２０１に比べて
その長さ寸法を小さくすることができる。

【００６６】本実施例の圧電共振子６１の周波数特性、
並びに図２１に示すように実装基板７１上に圧電共振子
６１を導電性接着剤７２，７３を用いて固定した状態の
周波数特性は、ほとんど変わらなかった。図２２の破線
はインピーダンス−周波数特性を、実線は位相−周波数
特性を示し、図２２では実装基板７１に実装された後の
特性が示されているが、実装前の特性もほとんど変わら
ないため図示を省略する。本発明に係る複合材料振動装
置としての圧電共振子については、第１〜第３の実施例
で利用した振動モードを利用したものに限らず、振動部
材としての圧電素子の振動モードは特に限定されない。

【００６７】図２３は、本発明に係る複合材料振動装置
としての圧電共振子の変形例を示す略図的断面図であ
る。図２３に示した圧電共振子８１では、厚み縦振動を
利用した矩形板状の圧電素子８２が用いられている。圧
電素子８２の上面及び下面には、圧電素子８２を介して
対向するように励振電極８３，８４が形成されている。
圧電素子８２の上面及び下面には、反射層８５，８６を
介して保持部材としてのセラミック板８７，８８が積層
されている。また、励振電極８３，８４に電気的に接続
される端子電極８９，９０がそれぞれ圧電共振子８１の
外表面に形成されている。

【００６８】圧電素子８２のように、厚み縦振動モード
を利用した圧電素子を本発明における振動部材として用
いてもよい。また、圧電共振子８１のように圧電素子８
２の上下に反射層８３，８４及び保持部材８７，８８を
積層してもよい。

【００６９】さらに、図２４に示す圧電共振子９１のよ
うに、積層型の厚み縦振動モードを利用した圧電共振子
にも本発明を適用することができる。ここでは、圧電素
子９２は、励振電極９３，９４に加えて、圧電素子９２
内に構成された内部電極９５，９６を有する。従って、
厚み縦振動の高調波を利用した圧電素子９２が構成され
ている。圧電素子９２の上下には、圧電共振子８１と同
様に、反射層８３，８４及び保持部材８７，８８が積層
されている。

【００７０】また、本発明における複合材料振動装置に
おいて、振動部材の振動方向をＡ、振動部材における振
動伝播方向をＢ、反射層における振動伝播方向をＣとし
たとき、方向Ａ〜方向Ｃの組み合わせは適宜変形され得
る。

【００７１】すなわち、図２５（ａ）〜（ｃ）に示す圧
電共振子１０１〜１０３のように、方向Ａと方向Ｂとが
平行であり、方向Ｂと方向Ｃが直交されるように配置さ
れていてもよい。なお、図２５（ａ）〜（ｃ）は、いず
れも長さ振動を利用した圧電共振子であり、各圧電素子
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃそれぞれ、図示の矢印方
向に分極処理されている。また、１０４ａは反射層、１
０４ｂは保持部材を示す。

【００７２】すなわち、本発明においては、振動部材に
おける振動伝播方向に対して垂直に反射層を配置しても
よい。このような構造の有限要素法による変位分布を解
析した結果を図２６に示す。図２６では、振動部材とし
て、音響インピーダンス値Ｚ ₁ が３．０×１０⁷ｋｇ／
（ｍ²・ｓ）の圧電セラミックスからなり、長さＬ₁ が
０．９８ｍｍ、共振子周波数が２ＭＨｚである長さモー
ドを利用した圧電素子１０６が構成されている。この圧
電素子１０６の側面に、すなわち、圧電素子１０６の振
動伝播方向に対して直交する方向に反射層１０７，１０
８が配置されている。反射層１０７，１０８は、音響イ
ンピーダンス値Ｚ₂ が１．８７×１０⁶ｋｇ／（ｍ²・
ｓ）、厚み（圧電素子１０６と反射層１０７，１０８と
の界面から反射層１０７，１０８の反対側の面に至る方
向の寸法）が０．１５ｍｍとされている。保持部材１０
９，１１０は、音響インピーダンスＺ₃ ＝３．０×１０
⁷ｋｇ／（ｍ²・ｓ）のチタン酸ジルコン酸鉛系セラミッ
クスからなり、上記反射層１０７，１０８に連結されて
いる。

【００７３】図２６から明らかなように、圧電共振子１
０５においても、保持部材１０９，１１０にほとんど振
動が漏洩していないことがわかる。従って、本発明に係
る複合材料振動装置においては、振動部材における振動
伝播方向に対して直交する方向に反射層が連結されてい
てもよい。このような例は、前述した図２５（ａ）〜
（ｃ）に示した圧電共振子１０１〜１０３において具現
化されている。

【００７４】また、図２７（ａ），(ｂ）に略図的に示
す圧電共振子１１１，１１２のように、厚み縦振動モー
ドを利用した圧電素子１１１ａ，１１２ａの振動伝播方
向（矢印で示されている分極方向と平行）と直交する方
向に反射層１１３，１１４を配置してもよい。なお、図
２７（ｂ）に示す圧電素子１１２ａは内部電極を有する
積層型の厚み縦振動を利用した圧電共振素子である。

【００７５】図２７（ａ），(ｂ）では、厚み縦振動を
利用した圧電素子１１１ａ，１１２ａの両側に、圧電素
子１１１ａ，１１２ａにおける振動伝播方向と直交する
方向に反射層１１３，１１４が配置されている。また、
反射層１１３，１１４が圧電素子１１１ａ，１１２ａと
結合されている面とは反対側の面に、保持部材１１５，
１１６が連結されている。

【００７６】さらに、本発明に係る複合材料振動装置で
は、図２８に示す圧電共振子１１７のように、振動部材
における振動変位方向と振動部材における振動伝播方向
とが直交し、かつ振動部材における振動伝播方向と反射
層における振動伝播方向が平行であってもよい。圧電共
振子１１７では、圧電素子１１７ａが備えられている。
圧電素子１１７ａは、圧電セラミックスの両主面に励振
電極１１８，１１９を形成した構造を有し、図２８にお
ける紙面−紙背方向に分極処理されている。従って、圧
電素子１１７ａは、厚み捩れ振動モードを利用した圧電
素子である。この圧電素子１１７ａの外側に反射層１１
３，１１４及び保持部材１１５，１１６が連結されてい
る。

【００７７】図２５〜図２８及び後述の図３０（ａ）〜
（ｃ）から明らかなように、本発明において、振動部材
の振動変位方向と、振動部材における振動伝播方向と、
反射層における振動伝播方向とは様々な関係に構成する
ことができ、いずれの場合にも、上述した音響インピー
ダンスＺ₁ 〜Ｚ₃ が上記特定の関係を満たす限り、第１
の実施例と同様に、圧電素子の共振特性に影響を与える
ことなく、保持部材において圧電共振子を機械的に保持
することができる。

【００７８】また、本発明は、圧電効果を利用した他の
共振子やフィルタ、例えば表面波装置にも適用すること
ができる。図２９は、本発明に係る複合材料振動装置の
第４の実施例としての表面波共振子を示す平面図であ
る。表面波共振子１２１では、矩形板状の圧電基板１２
２上に、第１，第２のインターデジタルトランスデュー
サー（ＩＤＴ）１２３，１２４が表面波伝播方向におい
て隔てられて配置されている。そして、圧電板１２２の
表面波伝播方向外側に、第１，第２の反射層１２５，１
２６が結合されており、反射層１２５，１２６の外側に
セラミック板からなる保持部材１２７，１２８が連結さ
れている。ここでは、圧電板１２２の音響インピーダン
ス値Ｚ₁ 、反射層１２５，１２６の音響インピーダンス
値Ｚ₂ 及び保持部材１２７，１２８の音響インピーダン
スＺ₃ が第１の実施例と同様に選択されているので、反
射層１２５，１２６の保持部材１２７，１２８との界面
で表面波が反射され、表面波共振子として動作させるこ
とができる。従って、反射器を省略することができるの
で、表面波共振子の小型化を図ることができる。

【００７９】図３０（ａ）〜（ｃ）に示す圧電共振子１
３１〜１３３は、それぞれ、振動部材の振動変位方向Ａ
と振動部材における振動伝播方向Ｂと、反射層における
振動伝播方向Ｃとが互いに直交する関係にある圧電共振
子を示す各略図的断面図である。

【００８０】圧電共振子１３１では、厚みすべりモード
を利用した圧電素子１３４が用いられている。ここで
は、圧電素子１３４は、図示の矢印方向に分極処理され
ており、励振電極１３５，１３６を有し、振動変位方向
Ａは励振電極に平行な成分もあるが、垂直な成分もある
ものとなり、圧電素子１３４における振動伝播方向Ｂは
励振電極１３５，１３６と平行な方向とされている。こ
れに対して反射層１３７，１３８は、圧電素子１３４の
下面に連結されており、該反射層１３７，１３８におけ
る振動伝播方向は圧電素子１３４における振動伝播方向
と直交されている。保持部材１３９ａ，１３９ｂは、反
射層１３７，１３８の圧電素子１３４と連結されている
面と反対側の面に連結されている。

【００８１】図３０（ｂ）では、保持部材１４０が用い
られており、該保持部材１４０は図３０（ａ）の保持部
材１３９ａ，１３９ｂを連結し、一体化した構造に相当
する。

【００８２】このように、反射層の外側に設けられる保
持部材は、第１，第２の反射層の双方に連結されていて
もよい。図３０（ｃ）に示す圧電共振子１３３では厚み
捩れ振動を利用した圧電素子１４１が用いられている。
その他の点については、図３０（ａ）に示した圧電共振
子１と同様である。

【００８３】上述してきたように、本発明に係る複合材
料振動装置では、振動部材として、様々な振動モードを
利用した圧電素子を用いることができるが、圧電素子に
代えて、電歪効果素子を用いてもよい。さらに、圧電素
子や電歪素子等の電気機械結合変換素子に限らず、様々
な振動を発生させる振動源を、本発明に係る複合材料振
動装置の振動部材として用いることができる。

【００８４】また、本発明において、振動部材、反射層
及び保持部材の連結関係は、上述した各実施例及び変形
例に限定されない。例えば、図３１（ａ），(ｂ），
(ｃ）及び図３２に示すように、複数の振動部材を用い
た複合材料振動装置も構成することができる。

【００８５】図３１（ａ）に示す複合材料振動装置で
は、第１，第２の振動部材１５１，１５２が反射層１５
３を介して連結されており、第１，第２の振動部材１５
１，１５２の各外側に反射層１５４，１５５及び保持部
材１５６，１５７が連結されている。ここでは、反射層
１５５，１５６が本発明における第１，第２の反射層を
構成し、保持部材１５６，１５７が本発明における第
１，第２の保持部材を構成している。そして、第１，第
２の振動部材１５１，１５２が反射層１５３で連結して
いる構造を、本発明における複合材料振動装置の１つの
振動部材と把握することができる。また、第１，第２の
振動部材１５１，１５２は、反射層１５３を介して連結
されているので、第１の振動部材から反射層１５３側に
伝播した振動は、反射層１５３と第２の振動部材１５２
との界面で反射され、逆に、振動部材１５２から反射層
１５３側に伝播した振動は、反射層１５３と第１の振動
部材１５１との界面で反射される。

【００８６】図３１（ｂ）に示す複合材料振動装置で
は、振動部材１６１の両側に第１，第２の反射層１６
２，１６３が連結されており、第１，第２の反射層１６
２，１６３の外側に保持部材１６４，１６５が連結され
ている。すなわち、ここまでは、第１の実施例と同様の
構造である。異なるところは、第２の保持部材１６５の
外側に、第３の反射層１６６、第２の振動部材１６７、
第４の反射層１６８、及び第３の保持部材１６９がこの
順序で連結されていることにある。ここでは、第２の振
動部材１６９で生じた振動が、反射層１６６，１６８と
保持部材１６５，１６９との界面により反射される。す
なわち、第１の実施例の複合材料振動装置を２個用意
し、両者の一方の保持部材を兼ねることにより、２個の
複合材料振動装置が連結されている構造に相当する。

【００８７】図３２に示す複合材料振動装置１７１で
は、第１の実施例と同様にして構成された複合材料振動
装置１７２，１７３が、反射層１７４を介して連結され
ている。

【００８８】また、図３１（ｃ）に示すように、振動部
材１８１の両側に反射層１８２，１８３及び保持部材１
８４，１８５を連結した構造のさらに各保持部材１８
４，１８５の外側に、反射層１８６，１８７，保持部材
１８８，１８９を連結してもよい。

【００８９】

【発明の効果】本発明に係る複合材料振動装置では、振
動発生源の両側に第１，第２の反射層が連結されてお
り、第１、第２の反射層の振動部材が連結されている側
とは反対側に第１，第２の保持部材が連結されており、
反射層の音響インピーダンス値Ｚ ₂ が振動部材及び保持
部材の音響インピーダンス値Ｚ₁ ，Ｚ₃ よりも低くされ
ているので、反射層と保持部材との界面において、振動
部材から反射層に伝播してきた振動が反射される。従っ
て、振動部材の振動特性に影響を与えることなく、第
１，第２の保持部材により機械的に支持することができ
る。

【００９０】本発明では、上記振動部材に対して反射層
及び保持部材を上記のように連結して反射層と保持部材
との界面において反射層に伝播してきた振動が反射され
るので、振動部材の振動モードや具体的な構造について
は特に限定されない。従って、例えば、圧電振動素子を
振動部材として用いる場合、長さ振動モード、屈曲振動
モード、拡がりモード等様々な振動モードを利用するこ
とができ、従来エネルギー閉じ込め型圧電振動素子を構
成することができなかった振動モードを利用して、バネ
端子等の複雑な支持構造を必要とすることなく支持され
得る複合材料振動装置を構成することができる。

【００９１】また、従来のエネルギー閉じ込め型厚みす
べりモードを利用した圧電共振子等でも、比較的大きな
面積の振動減衰部を構成しなければならなかったのに対
し、本発明に係る複合材料振動装置ではこのような振動
減衰部を必要としない。従って、振動モードを用いた場
合、従来のエネルギー閉じ込め型の圧電振動素子に比べ
て、本発明を利用することにより、より小型の圧電共振
子や圧電フィルタを提供することができる。

【００９２】音響インピーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₁ が０．２
以下である場合には、振動部材における振動特性への影
響をほとんど与えることなく複合材料振動装置を保持部
材において支持することができ、同様に、音響インピー
ダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₃ が０．２以下の場合にも、保持部材
により機械的に支持したとしても振動部材の振動特性へ
のより一層小さくすることができる。

【００９３】第１及び／または第２の保持部材の第１，
第２の反射層が連結されている側とは反対側に、第３の
反射層、第２の振動部材、第４の反射層及び第３の保持
部材がこの順序で連結されている場合には、本発明に従
って、２つの振動部材を用いたフィルタ等を容易に構成
することができる。また、第１の保持部材、第１の反射
層、第１の振動部材、第２の反射層、第２の振動部材、
第３の反射層及び第２の保持部材がこの順序で連結され
ている複合材料振動装置においても、本発明に従って、
第１，第２の振動部材の振動特性に影響を与えることな
く、第１，第２の保持部材により機械的に支持すること
ができるので、様々な振動モードを利用した小型の圧電
フィルタや複合圧電共振部品等を提供することができ
る。

【００９４】本発明において、反射層の振動部材との界
面から反射層と保持部材との界面までの距離を、伝播さ
れてきた振動の波長をλとしたとき、ｎ・λ／４±λ／
８の範囲とした場合には、保持部材による機械的支持を
行なった場合の振動部材の振動特性の影響をより一層軽
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），(ｂ）は、本発明の第１の実施例に係
る複合材料振動装置としての圧電共振子を示す斜視図及
び縦断面図。

【図２】図１に示した圧電共振子の有限要素法で解析さ
れた変位分布を示す模式的縦断面図。

【図３】第１の実施例に係る圧電共振子を実装基板に実
装した状態を示す斜視図。

【図４】第１の実施例に係る圧電共振子の実装基板に実
装する前の共振特性を示す図。

【図５】第１の実施例に係る圧電共振子の実装基板に実
装した後の共振特性を示す図。

【図６】本発明に係る複合材料振動装置の概略構成図。

【図７】第１の実施例の圧電共振子における音響インピ
ーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₁ と共振周波数変化率との関係を示
す図。

【図８】第１の実施例の圧電共振子における音響インピ
ーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₁ と比帯域変化率との関係を示す
図。

【図９】第１の実施例の圧電共振子における音響インピ
ーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₃ と共振周波数変化率との関係を示
す図。

【図１０】第１の実施例の圧電共振子における音響イン
ピーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₃ と比帯域変化率との関係を示す
図。

【図１１】様々な音響インピーダンスの反射層を用いた
場合の反射層の圧電共振子の長さ方向に沿う寸法と共振
子周波数変化率との関係を示す図。

【図１２】様々な音響インピーダンスの反射層を用いた
場合の反射層の圧電共振子の長さ方向に沿う寸法と比帯
域変化率との関係を示す図。

【図１３】反射層の厚み、すなわち圧電共振子の長さ方
向に沿う寸法を変化させた場合の周波数変化率を示す
図。

【図１４】反射層の厚み、すなわち圧電共振子の長さ方
向に沿う寸法を変化させた場合の比帯域変化率を示す
図。

【図１５】（ａ），(ｂ）は、本発明の第２の実施例と
しての圧電共振子の斜視図及び部分切欠断面縦断面図。

【図１６】第２の実施例の圧電共振子を実装基板上に実
装した状態を示す斜視図。

【図１７】第２の実施例の圧電共振子を実装基板に実装
する前の状態の共振特性を示す図。

【図１８】第２の実施例の圧電共振子を実装基板に実装
した後の状態の共振特性を示す図。

【図１９】２個の圧電共振子を用いたフィルタ部品とし
ての応用例を説明するための分解斜視図。

【図２０】本発明に係る複合材料振動装置の第３の実施
例としての厚みすべりモードを利用した圧電共振子を示
す斜視図。

【図２１】第３の実施例の圧電共振子を実装基板に実装
した状態を示す斜視図。

【図２２】第３の実施例の圧電共振子を実装基板に実装
した状態の共振特性を示す図。

【図２３】本発明の複合材料振動装置の変形例としての
厚み縦振動を利用した圧電共振子を示す略図的断面図。

【図２４】本発明に係る複合材料振動装置の他の変形例
としての積層型の厚み縦振動モードを利用した圧電共振
子を説明するための略図的断面図。

【図２５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に従って構成され
た長さモードを利用した圧電共振子の各変形例を示す略
図的断面図。

【図２６】本発明において、長さモードを利用した圧電
素子の振動伝播方向に対して直交する方向に反射層を配
置した構成の有元要素法により解析された変位分布を示
す図。

【図２７】（ａ），(ｂ）は、本発明に従って構成され
ており、厚み縦振動を利用した圧電素子の両側に反射層
及び保持部材が連結されてなる圧電共振子の各変形例を
示す略図的断面図。

【図２８】本発明に従って構成された複合材料振動装置
であって、振動部材として厚みねじれモードを利用した
圧電素子を有する圧電共振子の略図的断面図。

【図２９】本発明に係る複合材料振動装置の他の変形例
としての表面波共振子を示す平面図である。

【図３０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る複合材料振
動装置の変形例としての厚みすべりモードを利用した各
圧電共振子を示す略図的断面図。

【図３１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る複合材料振
動装置の概略ブロック図であり、それぞれ、第１，第２
の振動部材を有する複合材料振動装置の変形例を示す。

【図３２】第１、第２の振動部材を有する本発明に係る
複合材料振動装置の他の例を示す概略ブロック図。

【図３３】従来のエネルギー閉じ込め型圧電共振子を基
板上に実装した状態を説明するための略図的部分切欠縦
断面図。

【図３４】従来のバルク型音波フィルタの一例を示す縦
断面図。

【符号の説明】

１…圧電共振子（複合材料振動装置） ２…圧電素子 ３，４…第１，第２の反射層 ５，６…第１，第２の保持部材 ７，８…励振電極 ９，１０…端子電極 ３１…圧電共振子（複合材料振動装置） ３２…圧電素子（複合材料振動装置） ３３，３４…第１，第２の反射層 ３５，３６…第１，第２の保持部材 ６１…圧電共振子（複合材料振動装置） ６２…圧電素子 ６５，６６…反射層 ６７，６８…保持部材 ８１…圧電共振子 ８２…圧電素子 ８５，８６…反射層 ８７，８８…保持部材 ９１…圧電共振子 ９２…圧電素子 １０１〜１０３…圧電共振子 １０４…圧電素子 １０５，１０６…反射層 １０７，１０８…保持部材 １１１，１１２…圧電共振子 １１１ａ，１１２ａ…圧電素子 １１３…圧電共振子 １１３ａ…圧電素子 １１５，１１６…反射層 １１７，１１８…保持部材 １２１…表面波共振子 １２２…圧電板 １２５，１２６…反射層 １２７，１２８…保持部材 １５１，１５２…振動部材 １５３…反射層 １５４，１５５…反射層 １５６，１５７…保持部材 １６１…第１の振動部材 １６２，１６３…第１，第２の反射層 １６４，１６５…第１，第２の保持部材 １６６…反射層 １６７…振動部材 １６８…反射層 １６９…保持部材 １７１…複合材料振動装置 １７２，１７３…複合材料振動装置 １７４…反射層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 開田 弘明 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 Ｆターム(参考） 5J108 AA07 BB04 CC04 CC13 DD01 DD02 DD06 DD07 DD08 EE03 EE07 EE18 FF01 GG03 JJ01

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音響インピーダンスが異なる複数の材料
   部分が結合されている複合材料振動装置であって、 第１の音響インピーダンス値Ｚ₁ を有する材料からな
   り、かつ振動発生源となる振動部材と、 第１の音響インピーダンス値Ｚ₁ よりも低い第２の音響
   インピーダンス値Ｚ₂を有する材料からなり、かつ前記
   振動部材の両側に連結された第１，第２の反射層と、 前記第２の音響インピーダンス値Ｚ₂ よりも大きな第３
   の音響インピーダンス値Ｚ₃ を有する材料からなり、前
   記第１，第２の反射層の振動部材が連結されている側と
   は反対側に連結された保持部材とを備え、 前記反射層と前記保持部材との界面において前記振動部
   材から反射層に伝播してきた振動が反射されるように構
   成されていることを特徴とする、複合材料振動装置。
2. 【請求項２】 前記第２の音響インピーダンス値Ｚ₂ の
   第１の音響インピーダンス値Ｚ₁ に対する比Ｚ₂ ／Ｚ₁
   が０．２以下である、請求項１に記載の複合材料振動装
   置。
3. 【請求項３】 前記第２の音響インピーダンス値Ｚ₂ の
   第３の音響インピーダンスＺ₃ に対する比Ｚ₂ ／Ｚ₃ が
   ０．２以下である、請求項１または２に記載の複合材料
   振動装置。
4. 【請求項４】 前記振動部材が電気機械結合変換素子で
   ある、請求項１〜３のいずれかに記載の複合材料振動装
   置。
5. 【請求項５】 前記電気機械結合変換素子が圧電素子ま
   たは電歪素子である、請求項４に記載の複合材料振動装
   置。
6. 【請求項６】 前記第１及び／または第２の保持部材の
   前記第１，第２の反射層が連結されている側とは反対側
   に、第３の反射層、第２の振動部材、第４の反射層及び
   第３の保持部材がこの順序で連結されている、請求項１
   〜５のいずれかに記載の複合材料振動装置。
7. 【請求項７】 音響インピーダンスが異なる複数の材料
   部分が結合されてなる複合材料振動装置であって、 第１の音響インピーダンス値Ｚ₁ を有する材料からな
   り、かつ振動発生源となる第１，第２の振動部材と、 第１の音響インピーダンス値Ｚ₁ よりも低い第２の音響
   インピーダンス値Ｚ₂を有する材料からなる反射層と、 第２の音響インピーダンスＺ₂ よりも大きな第３の音響
   インピーダンスＺ₃ を有する材料からなる保持部材を備
   え、 第１の保持部材、第１の反射層、第１の振動部材、第２
   の反射層、第２の振動部材、第３の反射層及び第２の保
   持部材がこの順序で連結されており、第１，第２の振動
   部材で発生した各振動が、第１または第３の反射層と、
   第１または第２の保持部材との界面により、並びに前記
   第２の反射層の第２の振動部材または第１の振動部材と
   の界面により反射される、複合材料振動装置。
8. 【請求項８】 前記反射層が、音響インピーダンスが異
   なる複数の材料層を積層することにより構成されてい
   る、請求項１〜７のいずれかに記載の複合材料振動装
   置。
9. 【請求項９】 前記振動部材が単独で振動したときの振
   動の波長をλとしたしたときに、反射層と振動部材との
   界面から反射層と保持部材との界面までの距離が、ｎ・
   λ／４±λ／８（ｎは奇数）の範囲にあることを特徴と
   する、請求項１〜８のいずれかに記載の複合材料振動装
   置。
10. 【請求項１０】 前記振動部材の振動変位方向をＡ、振
    動部材における振動伝播方向をＢ、前記反射層における
    振動伝播方向をＣとしたときに、方向Ａ〜Ｃが互いに平
    行である、請求項５に記載の複合材料振動装置。
11. 【請求項１１】 前記振動部材の振動変位方向Ａ、振動
    部材における振動伝播方向Ｂ、反射層における振動伝播
    方向をＣとしたときに、方向Ａと方向Ｂとが平行であ
    り、方向Ｂと方向Ｃとが直交する関係にある、請求項５
    に記載の複合材料振動装置。
12. 【請求項１２】 前記振動部材の振動変位方向Ａ、前記
    振動部材における振動伝播方向Ｂ、前記反射層における
    振動伝播方向Ｃとしたとき、方向Ａと方向Ｂとが直交し
    ており、方向Ｂと方向Ｃとが平行にある、請求項５に記
    載の複合材料振動装置。
13. 【請求項１３】 前記振動部材の振動変位方向Ａ、前記
    振動部材における振動伝播方向Ｂ、前記反射層における
    振動伝播方向Ｃとしたとき、方向Ａと方向Ｂとが直交し
    ており、方向Ｂと方向Ｃとが直交している関係にある、
    請求項５に記載の複合材料振動装置。