JP3760760B2 - 複合材料振動装置 - Google Patents

Description

【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２１２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２１３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２１６、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、前記振動部材に形成された第１，第２の振動電極と、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、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第１，第２の保持部材と、前記振動部材に形成された前記第１，第２の励振電極にそれぞれ接続されており、それぞれ第１，第２の反射層の表面を経て前記第１，第２の保持部材に至るように形成された第１，第２の端子電極とを備え、前記第２の音響インピーダンス値Ｚ ₂ の第１の音響インピーダンス値Ｚ ₁ に対する比Ｚ ₂ ／Ｚ ₁ が０．２以下であり、かつ前記第２の音響インピーダンス値Ｚ ₂ の第３の音響インピーダンスＺ ₃ に対する比Ｚ ₂ ／Ｚ ₃ が０．２以下であり、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。
【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，第２の振動部材に形成された第１，第２の励振電極と、第２の音響インピーダンス値Ｚ₂ を有する材料からなる第１〜第３の反射層と、第３の音響インピーダンスＺ₃ を有する材料からなる第１，第２の保持部材とを備え、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、前記第１，第２の振動部材に形成された第１，第２の励振電極にそれぞれ接続されており、それぞれ第１，第３の反射層の表面を経て前記第１，第２の保持部材に至るように形成された第１，第２の端子電極をさらに備え、前記第２の音響インピーダンス値Ｚ ₂ の第１の音響インピーダンス値Ｚ ₁ に対する比Ｚ ₂ ／Ｚ ₁ が０．２以下であり、かつ前記第２の音響インピーダンス値Ｚ ₂ の第３の音響インピーダンスＺ ₃ に対する比Ｚ ₂ ／Ｚ ₃ が０．２以下であり、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。
また、本発明に係る複合材料振動装置の実装構造は、本発明に従って構成された複合材料振動装置が搭載される実装基板をさらに備え、前記保持部材に至っている前記第１，第２の端子電極が前記実装基板に接合されている。
【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３．４×１０⁷ｋｇ／（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２ａ，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１．８７×１０⁶ｋｇ／（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
▲１▼圧電素子２…音響インピーダンスＺ₁ ＝３．４×１０⁷ｋｇ／（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５．４ＭＨＺ
▲２▼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
▲３▼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２１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２４，２５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２４，２５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１１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３２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，３２ｄ，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３２ｂ，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，３２ｃ，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３５，３６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１６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１８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６５，６６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６３，６４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６５，６６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６７，６８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８２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、１０４ｂ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Ｚ₁ 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１０７，１０８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１０９，１１０は、音響インピーダンスＺ₃ ＝３．０×１０⁷ｋｇ／（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１０５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１１３，１１４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１２２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１２５，１２６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１３１〜１３３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１５３を介して連結されており、第１，第２の振動部材１５１，１５２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１６２，１６３が連結されており、第１，第２の反射層１６２，１６３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１８４，１８５を連結した構造のさらに各保持部材１８４，１８５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Ｚ₂ 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】
さらに、音響インピーダンス比Ｚ₂ ／Ｚ₁ が０．２以下であるため、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以下であるため、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影響を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

Claims (12)

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、
   前記振動部材に形成された第１，第２の励振電極と、
   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、
   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第１，第２の保持部材と、
   前記振動部材に形成された前記第１，第２の励振電極にそれぞれ接続されており、それぞれ第１，第２の反射層の表面を経て前記第１，第２の保持部材に至るように形成された第１，第２の端子電極とを備え、
   前記第２の音響インピーダンス値Ｚ ₂ の第１の音響インピーダンス値Ｚ ₁ に対する比Ｚ ₂ ／Ｚ ₁ が０．２以下であり、かつ前記第２の音響インピーダンス値Ｚ ₂ の第３の音響インピーダンスＺ ₃ に対する比Ｚ ₂ ／Ｚ ₃ が０．２以下であり、
   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. 前記振動部材が電気機械結合変換素子である、請求項１に記載の複合材料振動装置。
3. 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２に記載の複合材料振動装置。
4. 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１〜３のいずれかに記載の複合材料振動装置。
5. 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，第２の振動部材に形成された第１，第２の励振電極と、
   第２の音響インピーダンス値Ｚ₂ を有する材料からなる第１〜第３の反射層と、
   第３の音響インピーダンスＺ₃ を有する材料からなる第１，第２の保持部材とを備え、
   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、
   前記第１，第２の振動部材に形成された第１，第２の励振電極にそれぞれ接続されており、それぞれ第１，第３の反射層の表面を経て前記第１，第２の保持部材に至るように形成された第１，第２の端子電極をさらに備え、
   前記第２の音響インピーダンス値Ｚ ₂ の第１の音響インピーダンス値Ｚ ₁ に対する比Ｚ ₂ ／Ｚ ₁ が０．２以下であり、かつ前記第２の音響インピーダンス値Ｚ ₂ の第３の音響インピーダンスＺ ₃ に対する比Ｚ ₂ ／Ｚ ₃ が０．２以下であり、
   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。
6. 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１〜５のいずれかに記載の複合材料振動装置。
7. 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１〜６のいずれかに記載の複合材料振動装置。
8. 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３に記載の複合材料振動装置。
9. 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３に記載の複合材料振動装置。
10. 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３に記載の複合材料振動装置。
11. 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３に記載の複合材料振動装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の複合材料振動装置が搭載される実装基板をさらに備え、前記保持部材に至っている前記第１，第２の端子電極が前記実装基板に接合されている、複合材料振動装置の実装構造。

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