JP2007306389A - 逆メサ型圧電共振子 - Google Patents

Abstract

【課題】特に高次輪郭振動に起因する波形歪みを抑制して、最近の厳しい波形歪み仕様を満たした純正弦波振動が可能な逆メサ型圧電共振子を提供する。
【解決手段】結晶軸の方向を指示する切り欠きを有する圧電板、及び第１、第２電極を備え、前記圧電板は主部と、前記主部の外周に段差部を形成しながら延伸され、前記主部よりも厚い板厚を有する支持部とからなり、少なくとも前記主部の第１、第２面には、各々前記第１、第２電極の一部である第１、第２電極膜が付着されている逆メサ型圧電共振子であって、前記圧電板の第１面に前記段差部を覆う補助膜が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は水晶などの共振子に係り、特に、テレビ等映像伝送向けの高周波発振に用いられる逆メサ型圧電共振子に関するものである。

テレビ等の映像伝送には周波数が正確でかつ歪みの少ない正弦振動波形が必要であり、その発振回路には水晶等の圧電共振子が用いられている。
圧電共振子の板厚は、発振周波数の高周波化に伴い薄くする必要があり、例えば１００ＭＨｚ級では約１０μｍにしなければならない。
このクラスの板厚では機械的強度が脆弱になり電気回路に安全に組込めなくなる、等の問題が生じる。
そこで、逆メサ型圧電共振子が開発され、広く使われている。

図１に従来技術による逆メサ型圧電共振子の構成略図を示し、図１（Ｂ）は平面図、（Ａ）は（Ｂ）におけるａ−ａ断面図である。
逆メサ型圧電共振子は、円板状の主部１０及びその周辺に延伸された環状の支持部２０からなる圧電板と、圧電板の両面に蒸着などの方法で各々設けられた第１電極３０及び第２電極４０とからなる。

発振周波数が１００ＭＨｚ級の場合、主部１０の直径Ｄ１、板厚Ｔ１、支持部２０の直径Ｄ２、板厚Ｔ２は、各々３ｍｍ、１０μｍ、５ｍｍ、７０μｍ、である。
即ち、逆メサ型圧電共振子では、板厚１０μｍの主部に共振機能を持たせ、板厚７０μｍの支持部に機械的強度を持たせることにより、主部の脆弱さを克服している。

次に、第１、第２電極３０、４０は各々、円形の第１、第２電極膜３１、４１、第１、第２電極引き出し膜、３２、４２、及び第１、第２電極の外部コネクタとの接触部３３、４３、からなり、その膜厚Ｔ３は各々、８０Åであり、第１、第２電極膜３１、４１の直径Ｄ３は０．５ｍｍである。
第１、第２電極３０、４０は、各々圧電板の第１、第２面に金、銀、又はアルミニウムなどの金属を蒸着し、マスク成形して作られる。
なお、圧電板に設けた切り欠き２５は圧電板の結晶軸の方向を指示するためのものである。
第１、第２電極３０、４０の形状は、切り欠き２５を垂直２等分する線（図１（Ｂ）の線ｂ−ｂ）に関して対称的である。

図２を参照すると、このように構成された逆メサ型圧電共振子は、回路基板（図示せず）に搭載された外部コネクタ対９１、９２の凹部に挿入されて弾持される。
図２（Ａ）では、第１、第２電極の接触部３３、４３の膜厚を見やすいように誇張してあるので、外部コネクタ９１、９２の中心線がずれているように見えるが、実質的には一致している。

このような逆メサ型圧電共振子は主部１０と支持部２０の境界に必然的に段差部２２を有することになる。
主部１０の高周波振動としては、厚み振動による純正弦波振動が望ましいが、この段差部２２が存在することにより、厚み縦振動、厚みすべり振動、高次輪郭振動などの寄生的振動を生起、悪化させ、圧電共振子の損失抵抗と共振周波数に影響を及ぼし、結局、発振波形を歪めてしまう。

従来から、このような寄生的振動を抑制するため、圧電板や電極の形状や寸法の最適化が試みられてきた。
例えば特許文献１には、段差部の傾斜を緩和した例が開示されている。

しかしながら、特に高次輪郭振動に起因する波形歪みに対しては、最近のデジタル画像圧縮伝送で要求されるような厳しい低歪率の波形仕様を満たすことは困難であった。
特開２００６−００５６７６号公報

上記のような逆メサ型圧電共振子における諸問題を解決するためになされた本発明の目的は、特に高次輪郭振動に起因する波形歪みを抑制して、最近の厳しい波形歪み仕様を満たした純正弦波振動が可能な逆メサ型圧電共振子を提供することにある。

上記の課題を解決するためになされた本発明による逆メサ型圧電共振子は請求項１に示すように、結晶軸の方向を指示する切り欠きを有する圧電板、及び第１、第２電極を備え、前記圧電板は主部と、前記主部の外周に段差部を形成しながら延伸され、前記主部よりも厚い板厚を有する支持部とからなり、少なくとも前記主部の第１、第２面には、各々前記第１、第２電極の一部である第１、第２電極膜が付着されている逆メサ型圧電共振子であって、前記圧電板の第１面に前記段差部を覆う補助膜が設けられていることを特徴とする。

また請求項２に示すように、前記補助膜が互いに離隔された第１、第２、第３の導電性の補助膜であり、第１、第２、第３の補助膜の形状は、前記切り欠きを垂直２等分する線に関して実質的に対称的であり、第１補助膜は第１電極に短絡され、第３補助膜は前記切り欠きを垂直２等分する線と前記段差部の交点を覆っていることを特徴とする。

また請求項３に示すように、前記補助膜が互いに離隔された第１、第２、第３、第４の導電性の補助膜であり、第１、第２、第３、第４の補助膜の形状は、前記切り欠きを垂直２等分する線に関して実質的に対称的であり、第１補助膜は第１電極に短絡され、第３、第４補助膜は前記切り欠きを垂直２等分する線と前記段差部の交点を覆っていることを特徴とする。

また請求項４に示すように、前記補助膜が互いに離隔された第１、第２の導電性の補助膜であり、第１、第２補助膜の形状は、前記切り欠きを垂直２等分する線に関して実質的に対称的であり、第１補助膜は第１電極に短絡され、かつ第１、第２補助膜は前記切り欠きを垂直２等分する線と前記段差部の交点を各々覆っていることを特徴とする。

また請求項５に示すように、前記補助膜が環状の絶縁膜であることを特徴とする。

また請求項６に示すように、前記圧電板の第２面に、前記第１面に設けられた補助膜と同一形状の補助膜が設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項１に係る逆メサ型圧電共振子によれば、圧電板の段差部を覆う補助膜が設けられているので、特に高次輪郭振動に起因する波形歪みを抑制して、最近の厳しい波形歪み仕様を満たした、即ち、正確な正弦波振動が可能な逆メサ型圧電共振子を提供することができる。

以下、本発明に係る実施の形態と効果を、図３ないし図７に従って具体的に説明する。

これらの図において、上記従来技術の説明において使った図１と共通する部材の名称・符番はなるべく同一にしてあり、これらの実施例に係る逆メサ型圧電共振子は全て、上記図２と同様の外部コネクタ９１、９２に挿入・弾持して使うことを想定している。

図３は本発明の第１の実施例であって、従来技術による逆メサ型圧電共振子に対して、さらに第１、第２、第３導電性補助膜５１、５２、５３が形成されている。
３つの導電性補助膜は互いに絶縁されているので、例えば金属膜を圧電板の第１面に全面蒸着した後マスク成形により一括して形成できる。

導電性補助膜５１、５２、５３の形状は切り欠き２５を垂直２等分する線（図３（Ｂ）の線ｂ−ｂ）に関して実質的に対称的であり、いずれも圧電板の段差部２２を覆うように形成され、特に導電性補助膜５３は線ｂ−ｂと段差部２２の交点ｃｃを覆っている。

第１導電性補助膜５１は第１電極３０に短絡され、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９１に挿入されると、外部コネクタ９１に導通する。
第２導電性補助膜５２は、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９２に挿入されると、外部コネクタ９２に導通し、外部コネクタ９２を介して第２電極４０に短絡される。
第３導電性補助膜５３は、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９１、９２に挿入されている場合でも、第１、第２導電性補助膜、外部コネクタ９１、９２のいずれとも導通しない、即ちフロート状態にある。

圧電板の段差部２２は導電性補助膜の絶縁間隙を除いて実質的にすべて、第１、第２、第３導電性補助膜のいずれかに覆われているので、特に段差部における高次輪郭振動に起因する波形歪みが抑制される。

図４は本発明の第２の実施例であって、従来技術による逆メサ型圧電共振子に対して、さらに第１〜第４導電性補助膜５１〜５４が形成されている。
４つの導電性補助膜は互いに絶縁されているので、例えばアルミニウム等の金属膜を圧電板の第１面に膜厚Ｔ５＝８０Åに全面蒸着した後マスク成形により一括して形成できる。
導電性補助膜５１〜５４の形状は切り欠き２５を垂直２等分する線（図４（Ｂ）の線ｂ−ｂ）に関して実質的に対称的であり、いずれも圧電板の段差部２２を覆うように形成され、特に導電性補助膜５３、５４は各々、線ｂ−ｂと段差部２２の交点ｃｃ、ｄｄを覆っている。

第１導電性補助膜５１は第１電極３０に短絡され、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９１に挿入されると、外部コネクタ９１に導通する。
第２導電性補助膜５２は、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９２に挿入されると、外部コネクタ９２に導通し、外部コネクタ９２を介して第２電極４０に短絡される。
第３、第４導電性補助膜５３は、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９１、９２に挿入されている場合でも、第１、第２導電性補助膜、外部コネクタ９１、９２のいずれとも導通しない、即ちフロート状態にある。

圧電板の段差部２２は実質的にすべて、第１〜第４導電性補助膜のいずれかに覆われているので、特に段差部における高次輪郭振動に起因する波形歪みが抑制される。
また、上記実施例１と比べると、導電性補助膜全体のパターンが、図４（Ｂ）で水平方向の直径線に対しても対称的であり、対称性が高く、波形歪みがさらに抑制される。

図５は本発明の第３の実施例であって、従来技術による逆メサ型圧電共振子に対して、さらに第１、第２導電性補助膜５１、５２が形成されている。
２つの導電性補助膜は互いに絶縁されているので、例えば金属膜を圧電板の第１面に全面蒸着した後マスキングにより一括して形成できる。
導電性補助膜５１、５２の形状は切り欠き２５を垂直２等分する線（図５（Ｂ）の線ｂ−ｂ）に関して略、対称的であり、いずれも圧電板の段差部２２を覆うように形成されている。

第１導電性補助膜５１は第１電極３０に短絡され、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９１に挿入されると、外部コネクタ９１に導通する。
第２導電性補助膜５２は、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９２に挿入されると、外部コネクタ９２に導通し、外部コネクタ９２を介して第２電極４０に短絡される。

圧電板の段差部２２は実質的にすべて、第１、第２導電性補助膜のいずれかに覆われているので、特に段差部における高次輪郭振動に起因する波形歪みが抑制される。
また、上記実施例１、２と比べると、導電性補助膜全体のパターンの対称性が若干失われるが、段差部２２のうち導電性補助膜で覆われていない部分（導電性補助膜の絶縁間隙）が２箇所と最小限になり、かつフロート性の導電性補助膜を解消でき、波形歪みがさらに抑制できる可能性がある。

また、上記実施例１〜３に係る逆メサ型圧電共振子によれば、圧電板の段差部を覆う補助膜が導電性であって第１電極３０の形成後に別工程で形成しているが、第１電極の形成に際して、第１電極と補助膜を足し合わせたマスクパターンを用いるならば同一工程で形成することができるので、別段の工数を要することなく、正確な正弦波振動が可能な逆メサ型圧電共振子を経済的に提供することができる。

図６は本発明の第４の実施例であって、従来技術による逆メサ型圧電共振子に対して、さらに環状の絶縁膜６１が圧電板の段差部２２を覆うように形成されている。

圧電板の段差部２２は環状の絶縁膜によって完全に覆われているので、特に段差部における高次輪郭振動に起因する波形歪みが抑制される。

図７は本発明の第５の実施例であって、従来技術による逆メサ型圧電共振子に対して、さらに圧電板の両面（第１電極３０のある面と第２電極４０のある面）に補助膜が形成されている。
即ち図７（Ｂ）に示すように、第１電極３０のある面には、実施例１の場合と同様に、第１、第２、第３導電性補助膜５１、５２、５３が形成され、さらに図７（Ｃ）に示すように、第２電極４０のある面には、第１、第２、第３導電性補助膜５１、５２、５３と同形の第５、第６、第７導電性補助膜６１、６２、６３が形成されている。

第５、第６、第７導電性補助膜も互いに絶縁されているので、第１、第２、第３導電性補助膜と同様に、例えば金属膜を圧電板の第２電極のある面に全面蒸着した後マスク成形により一括して形成できる。
導電性補助膜５１、５２、５３の組の形状、及び６１、６２、６３の組の形状は、各々切り欠き２５を垂直２等分する線（図７（Ｂ）（Ｃ）の線ｂ−ｂ）に関して実質的に対称的であり、いずれも圧電板の段差部２２を覆うように形成され、特に導電性補助膜５３、６３は線ｂ−ｂと段差部２２の交点ｃｃを覆っている。

第１導電性補助膜５１は第１電極３０と短絡され、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９１に挿入されると、外部コネクタ９１に導通する。
第２導電性補助膜５２は、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９２に挿入されると、外部コネクタ９２に導通し、外部コネクタ９２を介して第２電極４０に短絡される。
第３導電性補助膜５３は、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９１、９２に挿入されている場合でも、第１、第２導電性補助膜、外部コネクタ９１、９２のいずれとも導通しない、即ちフロート状態にある。

第５導電性補助膜６１は第２電極４０に短絡され、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９２に挿入されると、外部コネクタ９２に導通する。
第６導電性補助膜６２は、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９１に挿入されると、外部コネクタ９１に導通し、外部コネクタ９１を介して第１電極３０と短絡される。
第７導電性補助膜６３は、逆メサ型圧電共振子が外部コネクタ９１、９２に挿入されている場合でも、第５、第６導電性補助膜、外部コネクタ９１、９２のいずれとも導通しない、即ちフロート状態にある。

圧電板の段差部２２は両面共に、導電性補助膜の絶縁間隙を除いて実質的にすべて、第１〜第３、第５〜第７導電性補助膜のいずれかに覆われているので、特に段差部における高次輪郭振動に起因する波形歪みをさらに抑制できる可能性がある。

本実施例（実施例５）では、実施例１に対応する場合のみを説明したが、実施例２〜４に説明した補助膜を圧電板の両面に設けてもよい。

本願による逆メサ型圧電共振子を組込んで用いると、波形歪みが極めて少なく、低損失で、周波数安定性の高い発振回路が得られるので、高速画像伝送などの場合のように高圧縮度のデジタルデータ伝送に好適である。

従来技術に係る逆メサ型圧電共振子の構成を示す、（Ａ）は（Ｂ）におけるａ−ａ断面図、（Ｂ）は平面図である。 圧電共振子の、外部コネクタとの接触構成を示す、（Ａ）は（Ｂ）におけるａ−ａ断面図、（Ｂ）は平面図である。 実施例１に係る逆メサ型圧電共振子の構成を示す、（Ａ）は（Ｂ）におけるａ−ａ断面図、（Ｂ）は平面図である。 実施例２に係る逆メサ型圧電共振子の構成を示す、（Ａ）は（Ｂ）におけるａ−ａ断面図、（Ｂ）は平面図である。 実施例３に係る逆メサ型圧電共振子の構成を示す、（Ａ）は（Ｂ）におけるａ−ａ断面図、（Ｂ）は平面図である。 実施例４に係る逆メサ型圧電共振子の構成を示す、（Ａ）は（Ｂ）におけるａ−ａ断面図、（Ｂ）は平面図である。 実施例５に係る逆メサ型圧電共振子の構成を示す、（Ａ）は（Ｂ）（Ｃ）におけるａ−ａ断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。

符号の説明

１０ 圧電板の主部
２０ 圧電板の支持部
２２ 圧電板の段差部
２５ 圧電板の切り欠き（結晶軸方向指示）
３０ 第１電極
３１ 第１電極膜
３２ 第１電極引き出し膜
３３ 第１電極の、外部コネクタとの接触部
４０ 第２電極
４１ 第２電極膜
４２ 第２電極引き出し膜
４３ 第２電極の、外部コネクタとの接触部
５１、５２、５３、５４ 第１、第２、第３、第４補助膜
６１、６２、６３、６４ 第５、第６、第７、第８補助膜
９１、９２ 外部コネクタ

Claims (6)

1. 結晶軸の方向を指示する切り欠きを有する圧電板、及び第１、第２電極を備え、前記圧電板は主部と、前記主部の外周に段差部を形成しながら延伸され、前記主部よりも厚い板厚を有する支持部とからなり、少なくとも前記主部の第１、第２面には、各々前記第１、第２電極の一部である第１、第２電極膜が付着されている逆メサ型圧電共振子であって、前記圧電板の第１面に前記段差部を覆う補助膜が設けられていることを特徴とする逆メサ型圧電共振子。
2. 前記補助膜が互いに離隔された第１、第２、第３の導電性の補助膜であり、第１、第２、第３の補助膜の形状は、前記切り欠きを垂直２等分する線に関して実質的に対称的であり、第１補助膜は第１電極に短絡され、第３補助膜は前記切り欠きを垂直２等分する線と前記段差部の交点を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の逆メサ型圧電共振子。
3. 前記補助膜が互いに離隔された第１、第２、第３、第４の導電性の補助膜であり、第１、第２、第３、第４の補助膜の形状は、前記切り欠きを垂直２等分する線に関して実質的に対称的であり、第１補助膜は第１電極に短絡され、第３、第４補助膜は前記切り欠きを垂直２等分する線と前記段差部の交点を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の逆メサ型圧電共振子。
4. 前記補助膜が互いに離隔された第１、第２の導電性の補助膜であり、第１、第２補助膜の形状は、前記切り欠きを垂直２等分する線に関して実質的に対称的であり、第１補助膜は第１電極に短絡され、かつ第１、第２補助膜は前記切り欠きを垂直２等分する線と前記段差部の交点を各々覆っていることを特徴とする請求項１に記載の逆メサ型圧電共振子。
5. 前記補助膜が環状の絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記載の逆メサ型圧電共振子。
6. 前記圧電板の第２面に、前記第１面に設けられた補助膜と同一形状の補助膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の逆メサ型圧電共振子。

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