JPH0259650B2 - - Google Patents

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JPH0259650B2
JPH0259650B2 JP3293683A JP3293683A JPH0259650B2 JP H0259650 B2 JPH0259650 B2 JP H0259650B2 JP 3293683 A JP3293683 A JP 3293683A JP 3293683 A JP3293683 A JP 3293683A JP H0259650 B2 JPH0259650 B2 JP H0259650B2
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JP
Japan
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piezoelectric ceramic
metal thin
elastic metal
pieces
mechanical filter
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Application number
JP3293683A
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Japanese (ja)
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JPS59160308A (en
Inventor
Taku Gonji
Teruo Kawatsu
Yoshihiko Kasai
Mutsuo Takeuchi
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Priority to US06/582,768 priority patent/US4555682A/en
Priority to NO840713A priority patent/NO165619C/en
Priority to EP84301264A priority patent/EP0118272B1/en
Priority to DE8484301264T priority patent/DE3483398D1/en
Publication of JPS59160308A publication Critical patent/JPS59160308A/en
Publication of JPH0259650B2 publication Critical patent/JPH0259650B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/48Coupling means therefor
    • H03H9/50Mechanical coupling means

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明はメカニカルフイルタ用圧電セラミツク
振動子およびメカニカルフイルタに関する。
Detailed Description of the Invention (1) Technical Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric ceramic vibrator for a mechanical filter and a mechanical filter.

(2) 技術の背景 信号あるいはデータの伝送におけるフイルタの
役割は大きい。例えばPCM伝送装置におけるタ
イミング抽出用フイルタとして重要な役割を果
す。このようなフイルタとして一般的にはLCフ
イルタすなわち電気的フイルタが主流である。と
ころが、近年におけるLSI化の進行と共に各種部
品の小形化、高安定度化、高信頼度化等が強く要
求されるようになり、このような要求に対し前記
LCフイルタでは最早機能不足となつている。そ
こで、このようなLCフイルタに代えてメカニカ
ルフイルタを用いる傾向が大となつてきた。
(2) Technical background Filters play an important role in signal or data transmission. For example, it plays an important role as a timing extraction filter in PCM transmission equipment. Generally, LC filters, that is, electric filters are mainstream as such filters. However, with the progress of LSI technology in recent years, there has been a strong demand for various parts to be smaller, more stable, and more reliable.
LC filters are no longer lacking in functionality. Therefore, there has been a growing trend to use mechanical filters in place of such LC filters.

(3) 従来技術と問題点 メカニカルフイルタは通常複数の振動子、結合
子、支持線等からなり、その振動子としては圧電
材料を用いた振動部品が有望である。特にPCM
宅内装置等に組み込まれるタイミング抽出用フイ
ルタは比較的低周波(約200kHz)で用いられ、
従来は縦振動モードの圧電セラミツク振動子を用
いたメカニカルフイルタ(セラミツクフイルタ)
が主に検討されてきた。然しこの種のセラミツク
フイルタは安価であるという利点はあるものの温
度やエージングに対する安定度に問題があり、ま
た圧電セラミツク振動子を保持する支持線を圧電
セラミツクの電極面に直接半田等で接続する方法
しか採用し得ないことから電極面剥離等の問題が
発生する可能性があり部品の信頼性という点から
難がある。また圧電セラミツク自身脆い材質であ
るので切断、研磨等の加工製造の工程においてそ
の取り扱いに十分留意する必要がある。
(3) Prior art and problems Mechanical filters usually consist of a plurality of vibrators, couplers, support wires, etc., and vibrating parts using piezoelectric materials are promising as the vibrators. Especially PCM
Timing extraction filters built into in-home equipment are used at relatively low frequencies (approximately 200kHz),
Conventionally, mechanical filters (ceramic filters) using piezoelectric ceramic resonators in longitudinal vibration mode
has been mainly considered. However, although this type of ceramic filter has the advantage of being inexpensive, it has problems with stability against temperature and aging, and there is also a method of connecting the support wire that holds the piezoelectric ceramic vibrator directly to the electrode surface of the piezoelectric ceramic using solder, etc. Since this method can only be used in a variety of ways, problems such as electrode surface peeling may occur, which poses a problem in terms of component reliability. Furthermore, since piezoelectric ceramic itself is a brittle material, it is necessary to be careful in handling it during manufacturing processes such as cutting and polishing.

(4) 発明の目的 本発明は前述した従来の問題点、欠点等に鑑
み、安定度、信頼度に優れ且つ製造容易なメカニ
カルフイルタ用圧電セラミツク振動子およびこれ
を有してなるメカニカルフイルタを提供すること
を目的とするものである。
(4) Purpose of the Invention In view of the above-mentioned conventional problems and drawbacks, the present invention provides a piezoelectric ceramic vibrator for a mechanical filter that is excellent in stability and reliability and is easy to manufacture, and a mechanical filter comprising the same. The purpose is to

(5) 発明の構成 上記目的を達成するために本発明は、予め所定
方向に分極された直方体の圧電セラミツクと、相
互に同一形状をなし且つ各々の中心が前記圧電セ
ラミツクの中心と一致するように該圧電セラミツ
クの上面および下面にそれぞれ接合される一対の
恒弾性金属片からなる電極とから構成されるメカ
ニカルフイルタ用圧電セラミツク振動子を提供し
又、予め厚さ方向に分極されるとともに上面およ
び下面の各全面にそれぞれ金属薄膜が形成される
直方体の圧電セラミツクと、相互に同一形状をな
すとともに各々の全長が該圧電セラミツクの全長
よりも短く且つ各々の中心が該圧電セラミツクの
中心と一致するように該圧電セラミツクの前記上
面および下面にそれぞれ接合される一対の恒弾性
金属片からなる電極とから構成される圧電セラミ
ツク振動子を複数個有し、さらに複数の該圧電セ
ラミツク振動子の間に連結される結合子および支
持線を有してなり、該支持線が前記恒弾性金属薄
片の中心位置において該一対の恒弾性金属薄片の
一方に接合され、又、前記結合子が該恒弾性金属
薄片の中心位置以外の位置において、該一対の恒
弾性金属薄片の一方に接合され、屈曲振動モード
で励振されるメカニカルフイルタを提供する。
(5) Structure of the Invention In order to achieve the above object, the present invention comprises rectangular parallelepiped piezoelectric ceramics that are polarized in advance in a predetermined direction and that have the same shape and whose centers coincide with the centers of the piezoelectric ceramics. A piezoelectric ceramic vibrator for a mechanical filter is provided, which comprises electrodes made of a pair of constant-elasticity metal pieces bonded to the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic, respectively, and is polarized in advance in the thickness direction, and the upper and lower surfaces are polarized in advance. A rectangular parallelepiped piezoelectric ceramic having a metal thin film formed on each entire surface of the lower surface, each having the same shape, each having a total length shorter than the total length of the piezoelectric ceramic, and each center of which coincides with the center of the piezoelectric ceramic. As shown in FIG. a connector and a support wire that are connected to each other, the support wire is joined to one of the pair of constant elastic metal thin pieces at the center position of the constant elastic metal thin piece, and the connector is connected to the constant elastic metal thin piece. A mechanical filter is provided which is joined to one of the pair of constant elastic metal thin pieces at a position other than the center position of the thin pieces and is excited in a bending vibration mode.

(6) 発明の実施例 以下図面に従つて本発明を説明する。(6) Examples of the invention The present invention will be explained below with reference to the drawings.

第1図はメカニカルフイルタに用いる圧電セラ
ミツク振動子として本発明に最も近い形式の従来
の圧電セラミツク振動子を示す斜視図である。本
図において、10は圧電セラミツク振動子であり
圧電セラミツク11をベースにしてなる。圧電セ
ラミツク11はその厚み方向に分極される。この
分極は図中矢印Aとして示される。なお、圧電セ
ラミツクは一般にこのような分極処理を施して使
用されるのが普通である。これは、電界の変化に
対してリニアな歪を生成させるためである。この
電界は、圧電セラミツク11の上面および下面に
形成された金属薄膜12,12′(上面側のみ示
す)を両電極として交流電圧を印加することによ
り形成される。。すなわち、第1図に示す圧電セ
ラミツク振動子は、電界の方向に対して直角方向
に変位する横効果を利用したものである。この交
流電圧は、リード線13および13′を通して与
えられる。この場合、リード線13,13′は、
半田接合等により金属薄膜12,12′にそれぞ
れ接続される。
FIG. 1 is a perspective view showing a conventional piezoelectric ceramic vibrator which is the closest type to the present invention as a piezoelectric ceramic vibrator used in a mechanical filter. In this figure, 10 is a piezoelectric ceramic vibrator, which is based on a piezoelectric ceramic 11. The piezoelectric ceramic 11 is polarized in its thickness direction. This polarization is shown as arrow A in the figure. Note that piezoelectric ceramics are generally used after being subjected to such polarization treatment. This is to generate linear distortion with respect to changes in the electric field. This electric field is created by applying an alternating current voltage to the metal thin films 12, 12' (only the top side shown) formed on the top and bottom surfaces of the piezoelectric ceramic 11 as both electrodes. . That is, the piezoelectric ceramic vibrator shown in FIG. 1 utilizes the transverse effect of displacement in a direction perpendicular to the direction of the electric field. This alternating voltage is applied through leads 13 and 13'. In this case, the lead wires 13, 13' are
They are respectively connected to the metal thin films 12 and 12' by soldering or the like.

第2図は本発明のメカニカルフイルタ用圧電セ
ラミツク振動子を示す斜視図である。なお全図を
通じて相互に同一の構成要素には同一の参照番号
又は記号を付して示す。本発明のメカニカルフイ
ルタ用圧電セラミツク振動子20は、図から明ら
かなように第1図の圧電セラミツク振動子10の
上面および下面にさらに金属薄片21および2
1′を設けたものに相当する。これらが電極とし
て働くため、リード線13,13′は、第1図の
金属薄膜12,12′ではなく、これら金属薄片
21,21′の一部にそれぞれ接続される。さら
にこれら金属薄片21又は21′を介して後述す
る結合子、支持線が接合することになる。
FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric ceramic vibrator for a mechanical filter according to the present invention. Note that the same reference numbers or symbols are given to the same components throughout the drawings. As is clear from the figure, the piezoelectric ceramic vibrator 20 for a mechanical filter of the present invention further includes thin metal pieces 21 and 2 on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic vibrator 10 of FIG.
1'. Since these serve as electrodes, the lead wires 13, 13' are connected to parts of these metal thin pieces 21, 21', respectively, rather than to the metal thin films 12, 12' in FIG. 1. Further, a connector and a support wire, which will be described later, are connected via these thin metal pieces 21 or 21'.

第1図の場合、前記リード線、結合子、支持線
が金属薄膜12,12′に対して接合されるため、
主として強度上不利であり、メカニカルフイルタ
の圧電セラミツク振動子としては製造上の難点が
あり、又、安定度、信頼度においても不利であ
る。ところが本発明によれば第2図のように金属
薄片(金属薄膜ではない)を導入したので、上記
の難点や不利は一掃される。そして注目すべきこ
とは、これら金属薄片がそのような難点や不利を
単に一掃するに止まらず後述する新たな効果をも
生みだすことである。
In the case of FIG. 1, the lead wire, connector, and support wire are bonded to the metal thin films 12, 12';
It is disadvantageous mainly in terms of strength, has manufacturing difficulties as a piezoelectric ceramic vibrator for mechanical filters, and is also disadvantageous in terms of stability and reliability. However, according to the present invention, a metal thin piece (not a metal thin film) is introduced as shown in FIG. 2, so that the above-mentioned difficulties and disadvantages are completely eliminated. What should be noted is that these metal flakes do not just eliminate these difficulties and disadvantages, but also produce new effects that will be described later.

金属薄片21,21′は相互に同一形状である。
要するに全く同じものを圧電セラミツク11の上
面および下面に設ける。もしこれら金属薄片2
1,21′が相互に同じものでないと、純粋に圧
電セラミツク11の長さ方向のみの振動が得られ
ず、不要な屈曲振動を生じさせてしまう。又、金
属薄片21,21′は恒弾性金属材料からなる。
一般に恒弾性金属の熱処理温度を適当に変えるこ
とにより、恒弾性金属材料の周波数温度係数を制
御できることが知られている。この技術を利用
し、例えば今仮に圧電セラミツクの周波数温度係
数が正のある値を有するとすれば、恒弾性金属材
料の温度係数が負になるように熱処理温度を調整
し、圧電セラミツクと恒弾性金属片から成る複合
振動子の周波数温度係数が零温度係数であるよう
にすることができる。結局、金属薄片21,2
1′と圧電セラミツク11の複合振動子として温
度補償を可能にする。さらに又、これら金属薄片
21,21′の各中心は、圧電セラミツク11の
中心に一致せしめられる。前記の不要な屈曲振動
を生じさせないためである。そして、これら金属
薄片21,21′の全長は圧電セラミツクの全長
よりも短くする。この場合、これら金属薄片2
1,21′の全長と圧電セラミツクの全長とを一
致させる(つまり、これら金属薄片の間に圧電セ
ラミツクを挾んでサンドウイツチ構造とする)と
いうことも考えられるが、本発明ではあえて両者
の全長に差を設ける。これは、メカニカルフイル
タとしてこれらを構成したとき、インピーダンス
調整が簡単、3次のスプリアスの除去が簡単とい
う利点があるからである(後述)。
The metal flakes 21, 21' have the same shape.
In short, exactly the same thing is provided on the top and bottom surfaces of the piezoelectric ceramic 11. If these metal flakes 2
If 1 and 21' are not the same, vibration purely in the longitudinal direction of the piezoelectric ceramic 11 cannot be obtained, and unnecessary bending vibration will occur. Further, the metal thin pieces 21, 21' are made of a constant elastic metal material.
It is generally known that the frequency temperature coefficient of a constant modulus metal material can be controlled by appropriately changing the heat treatment temperature of the constant modulus metal. Using this technology, for example, if the frequency temperature coefficient of the piezoelectric ceramic has a positive value, the heat treatment temperature is adjusted so that the temperature coefficient of the constant elastic metal material becomes negative, and the piezoelectric ceramic and constant elastic The frequency temperature coefficient of the composite vibrator made of a metal piece can be made to be zero temperature coefficient. In the end, metal flakes 21,2
1' and piezoelectric ceramic 11 make temperature compensation possible. Furthermore, the centers of these thin metal pieces 21, 21' are made to coincide with the center of the piezoelectric ceramic 11. This is to prevent unnecessary bending vibrations from occurring. The total length of these thin metal pieces 21, 21' is made shorter than the total length of the piezoelectric ceramic. In this case, these metal flakes 2
Although it is conceivable to make the total length of 1 and 21' the same as the total length of the piezoelectric ceramic (that is, to create a sandwich structure by sandwiching the piezoelectric ceramic between these thin metal pieces), in the present invention, we intentionally set the total length of the two pieces to be the same. will be established. This is because when these are configured as mechanical filters, there are advantages in that impedance adjustment is easy and third-order spurious can be easily removed (described later).

上述したように構成された圧電セラミツク振動
子20(第2図)のリード線13および13′間
に交流電圧を印加すると、該圧電セラミツク振動
子20は所定周波数の縦第1次モードのもとに励
振される。実際にはその第1次モード以外に高次
の奇数次モードでも励振される。ただし、これら
の励振はスプリアスである。第3図は第2図に示
した圧電セラミツク振動子20の周波数応答特性
を示すグラフであり、その横軸は周波数を示
し、縦軸は減衰量Lossを示す。本図において応
答波形L1,L3およびL5はそれぞれ縦振動の第1
次モード、第3次モードおよび第5次モードを表
わす。なお、金属薄片21,21′が相互に同一
形状であり、同一配置になつているから縦奇数次
モード以外のスプリアスは現われない。
When an alternating current voltage is applied between the lead wires 13 and 13' of the piezoelectric ceramic vibrator 20 (FIG. 2) constructed as described above, the piezoelectric ceramic vibrator 20 operates under the longitudinal first mode of a predetermined frequency. is excited. In fact, in addition to the first mode, higher odd-order modes are also excited. However, these excitations are spurious. FIG. 3 is a graph showing the frequency response characteristics of the piezoelectric ceramic vibrator 20 shown in FIG. 2, in which the horizontal axis shows the frequency and the vertical axis shows the attenuation Loss. In this figure, response waveforms L 1 , L 3 and L 5 are the first waveforms of longitudinal vibration, respectively.
Represents the next mode, the third mode and the fifth mode. Incidentally, since the metal thin pieces 21 and 21' have the same shape and are arranged in the same manner, spurious waves other than the vertical odd-order mode do not appear.

第4図は第2図の圧電セラミツク振動子20を
用いてなる本発明のメカニカルフイルタの一実施
例を示す斜視図である。複数の圧電セラミツク振
動子として2つの場合を示し、各々をサフイツク
スa,bにより区別している。本図中の41は支
持線であり、圧電セラミツク振動子20aおよび
20bを機械的に支持する役目を果す。従つて各
圧電セラミツク振動子のノードにおいて連結され
る。このノードは金属薄片21a′および21b′の
各中心位置にある。又、42は結合子である。な
お、この結合子42は、一対の金属薄片21a′,
21b′を結ぶものであれば複数本であつてもよ
い。然しながら、結合子42で、金属薄片21
a′,21b′間を結んだ上で、金属薄片21a,2
1b間を結合子で結ぶことは許されない。これ
は、入出力間が短絡するからである。該ノード以
外の位置において金属薄片21a′および21b′に
接合される。この結合子42は屈曲振動モードで
励振される。かくして構成されるメカニカルフイ
ルタ40における信号入力側はINであり、フイ
ルタされた出力を出力側OUTより得る。
FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the mechanical filter of the present invention using the piezoelectric ceramic vibrator 20 of FIG. 2. FIG. Two cases are shown as a plurality of piezoelectric ceramic vibrators, and each is distinguished by suffixes a and b. Reference numeral 41 in this figure represents a support line, which serves to mechanically support the piezoelectric ceramic vibrators 20a and 20b. Therefore, each piezoelectric ceramic vibrator is connected at its node. This node is located at the center of each of the metal flakes 21a' and 21b'. Further, 42 is a connector. Note that this connector 42 consists of a pair of thin metal pieces 21a',
There may be a plurality of pieces as long as they connect 21b'. However, with the connector 42, the thin metal piece 21
After connecting the metal thin pieces 21a and 21b',
It is not allowed to connect 1b with a connector. This is because the input and output are short-circuited. It is joined to the thin metal pieces 21a' and 21b' at a position other than the node. This coupler 42 is excited in a bending vibration mode. The signal input side of the mechanical filter 40 thus constructed is IN, and the filtered output is obtained from the output side OUT.

第4図のように構成されたメカニカルフイルタ
40は以下に述べる格別な効果を生じさせる。第
1の効果はインピーダンス調整が簡単であるとい
うことである。近年のLSI化に伴い、このメカニ
カルフイルタ40の入力インピーダンスZinおよ
び出力インピーダンスZoutの間に差をつけるこ
とがしばしば要求される。具体的にはZin<Zout
である。これは、メカニカルフイルタ40の入力
側および出力側にLSI化されたC−MOS回路が
接続される場合に、メカニカルフイルタ40での
電圧減衰をなるべく小さく抑えるという設計上の
要請に基づく条件である。
The mechanical filter 40 constructed as shown in FIG. 4 produces the special effects described below. The first effect is that impedance adjustment is easy. With the recent trend toward LSI, it is often required to create a difference between the input impedance Zin and the output impedance Zout of this mechanical filter 40. Specifically, Zin<Zout
It is. This is a condition based on a design requirement to suppress voltage attenuation in the mechanical filter 40 as small as possible when LSI-formed C-MOS circuits are connected to the input side and the output side of the mechanical filter 40.

上記第1の効果を生じさせる理由について説明
する。第5図は第4図に示した圧電セラミツク振
動子20aの断面図であり、圧電セラミツク11
aの長さ方向に切断した場合を示す。第6図は第
4図に示した圧電セラミツク振動子20bの断面
図であり、断面の方向は第5図の場合と同じであ
る。入力インピーダンスZinに係る側の圧電セラ
ミツク振動子20a(第5図)と出力インピーダ
ンスZoutに係る側の圧電セラミツク振動子20
b(第6図)との違いはスリツトSの有無にある。
このスリツトSは例えばレーザにより簡単に形成
でき、これによりSの両側の金属薄膜同士の導通
が断たれる。スリツトSが無い場合(第5図)、
電極の全長はLPであり、スリツトSがある場合
(第6図)、電極の全長はLMである。ここにLP
LMであるがこの長短の差は、ZioとZputの大小に関
係する。なお、第7図は第5図の圧電セラミツク
振動子20aと第6図の圧電セラミツク振動子2
0bに共通な等価回路図である。本図においてL
は等価インダクタンス成分、Cは等価容量成分、
Cdは制動容量、Rは等価抵抗を示し、共振周波
rは、 で定まる。なお、第5図の場合のrも、第6図の
場合のrも同じである。なぜなら、縦振動圧電セ
ラミツクの振動周波数はその全長にのみ依存する
からである(圧電セラミツク11aと11bの全
長は同じ)。ここで、圧電セラミツクと金属薄片
の寸法を一定とした場合、第5図と第6図の等価
インダクタンスLの大小を比較すると、第5図の
スリツトSが無い場合の方が電極面積が大きいか
ら、電気−機械の変換効率が良く、Lは小さくな
る。すなわち、スリツトSが無い場合の等価イン
ダクタンス(Zioを決定)は、スリツトSがある
場合の等価インダクタンス(Zputを決定)に比し
て小であり、所期のZio<Zputが成立する。これは
単にスリツトSの有無によつて満足されることに
注目すべきである。
The reason for producing the above first effect will be explained. FIG. 5 is a sectional view of the piezoelectric ceramic vibrator 20a shown in FIG.
This shows the case where a is cut in the length direction. FIG. 6 is a sectional view of the piezoelectric ceramic vibrator 20b shown in FIG. 4, and the direction of the cross section is the same as that in FIG. 5. A piezoelectric ceramic vibrator 20a (FIG. 5) on the side related to the input impedance Zin and a piezoelectric ceramic vibrator 20 on the side related to the output impedance Zout.
The difference from b (Fig. 6) lies in the presence or absence of slits S.
This slit S can be easily formed using, for example, a laser, and thereby the conduction between the metal thin films on both sides of the slit S is cut off. When there is no slit S (Fig. 5),
The total length of the electrode is L P , and when there is a slit S (Fig. 6), the total length of the electrode is L M. Here L P
The difference in length of L M is related to the magnitude of Z io and Z put . 7 shows the piezoelectric ceramic vibrator 20a of FIG. 5 and the piezoelectric ceramic vibrator 2 of FIG.
0b is an equivalent circuit diagram common to 0b. In this diagram, L
is the equivalent inductance component, C is the equivalent capacitance component,
C d is the damping capacity, R is the equivalent resistance, and the resonant frequency r is It is determined by Note that r in the case of FIG. 5 and r in the case of FIG. 6 are the same. This is because the vibration frequency of a longitudinally vibrating piezoelectric ceramic depends only on its total length (the total lengths of the piezoelectric ceramics 11a and 11b are the same). Here, when the dimensions of the piezoelectric ceramic and the metal flake are constant, comparing the magnitude of the equivalent inductance L in Figures 5 and 6, the electrode area is larger in the case without the slit S in Figure 5. , the electrical-mechanical conversion efficiency is good and L is small. In other words, the equivalent inductance without the slit S (determining Z io ) is smaller than the equivalent inductance with the slit S (determining Z put ), and the expected Z io < Z put holds true. do. It should be noted that this is satisfied simply by the presence or absence of the slit S.

次に、第4図のように構成されたメカニカルフ
イルタ40によつて得られる第2の効果について
述べる。この第2の効果とは、第3次のスプリア
スモードが簡単に抑圧できることである。結論か
ら言えば、第6図におけるLPとLMの関係を、 LM≒2/3LP に選べば良いことである。実用上、メカニカルフ
イルタとしては出力側の圧電セラミツク振動子に
のみその関係を満足させれば十分である。既述の
ように金属薄片の間に圧電セラミツク(各々の全
長は全て同一)を挾み込むサンドウイツチ構造と
したとすると、LMとLPの関係をLM≒2/3LPに設定 することは不可能である。
Next, a second effect obtained by the mechanical filter 40 configured as shown in FIG. 4 will be described. This second effect is that the third-order spurious mode can be easily suppressed. In conclusion, it is best to choose the relationship between L P and L M in Figure 6 as L M ≒ 2/3 L P. In practice, it is sufficient for a mechanical filter to satisfy this relationship only for the piezoelectric ceramic vibrator on the output side. As mentioned above, if we assume a sandwich structure in which piezoelectric ceramics (each having the same total length) are sandwiched between thin metal pieces, the relationship between L M and L P should be set to L M ≒ 2/3 L P. is not possible.

第8図はLM≒2/3LPを満足させた第4図のメカ ニカルフイルタ40の周波数応答特性を示すグラ
フであり、その横軸と縦軸は第3図と同様に周波
数および減衰量Lossを示す。本グラフに示す
とおり、第3次のスプリアスモードL3は顕著に
抑圧されている。又、第5次のスプリアスモード
L5もメカニカルフイルタとしての機能により相
当抑圧されている。
FIG. 8 is a graph showing the frequency response characteristics of the mechanical filter 40 of FIG. 4 that satisfies L M ≒ 2/3 L P , and the horizontal and vertical axes are the frequency and attenuation Loss, as in FIG. 3. shows. As shown in this graph, the third-order spurious mode L3 is significantly suppressed. Also, the fifth spurious mode
L5 is also considerably suppressed due to its function as a mechanical filter.

第9図は第3次のスプリアスモードが顕著に抑
圧されることの理由を説明するために用いるグラ
フであり、その横軸にはx/Lをとり(Lは圧電セ ラミツク11a,11bの全長、xはその中間位
置の長さである)、縦軸には圧電セラミツク11
a,11bに現われる歪Dをとつて示す。そもそ
も、圧電セラミツクは機械的歪交流電圧という
変換を行うものであり、この機械的歪により正ま
たは負の電荷が誘起されることを利用している。
そうすると、第3次の励振モードにのみ着目する
と、+側の歪によつて誘起される+の総電荷量
(ハツチング領域91で示す)と一側の歪によつ
て誘起される−の総電荷量(ハツチング領域9
2,93で示す)とが相殺し、結局誘起電荷は零
となる。つまり第3次の励振モードに関してはフ
イルタ出力として現われないことになる。これが
第3次のスプリアスモードが抑圧される理由であ
る。
FIG. 9 is a graph used to explain the reason why the third-order spurious mode is significantly suppressed. x is the length of the intermediate position), and the vertical axis shows the piezoelectric ceramic 11
The distortion D appearing in a and 11b is shown. In the first place, piezoelectric ceramics convert mechanically strained alternating current voltage, and utilize the fact that positive or negative charges are induced by this mechanical strain.
Then, focusing only on the third excitation mode, the total amount of positive charge (indicated by the hatched region 91) induced by strain on the positive side and the total amount of negative charge induced by strain on one side. amount (hatching area 9
2,93) cancel each other out, and the induced charge eventually becomes zero. In other words, the third excitation mode does not appear as a filter output. This is the reason why the third-order spurious mode is suppressed.

(7) 発明の効果 以上説明したように本発明によれば、安定度、
信頼度に優れ且つ製造容易であると共に、インピ
ーダンス調整が簡単でしかも第3次のスプリアス
モードも簡単に抑圧できるという格別の効果を備
えたメカニカルフイルタが実現される。
(7) Effects of the invention As explained above, according to the present invention, stability,
A mechanical filter is realized that is highly reliable and easy to manufacture, and has special effects such as easy impedance adjustment and easy suppression of third-order spurious modes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はメカニカルフイルタに用いる圧電セラ
ミツク振動子として本発明に最も近い形式の従来
の圧電セラミツク振動子を示す斜視図、第2図は
本発明のメカニカルフイルタ用圧電セラミツク振
動子を示す斜視図、第3図は第2図に示した圧電
セラミツク振動子20の周波数応答特性を示すグ
ラフ、第4図は第2図の圧電セラミツク振動子2
0を用いてなる本発明のメカニカルフイルタの一
実施例を示す斜視図、第5図は第4図に示した圧
電セラミツク振動子20aの断面図、第6図は第
4図に示した圧電セラミツク振動子20bの断面
図、第7図は第5図の圧電セラミツク振動子20
aと第6図の圧電セラミツク振動子20bに共通
な等価回路図、第8図はLM≒2/3LPを満足させた 第4図のメカニカルフイルタ40の周波数応答特
性を示すグラフ、第9図は第3次のスプリアスモ
ードが顕著に抑圧されることの理由を説明するた
めに用いるグラフである。 11a,11b……圧電セラミツク、12a,
12a′,12b,12b′……金属薄膜、20a,
20b……圧電セラミツク振動子、21a,21
a′,21b,21b′……金属薄片、41……支持
線、42……結合子、S……スリツト。
FIG. 1 is a perspective view showing a conventional piezoelectric ceramic vibrator of the type closest to the present invention as a piezoelectric ceramic vibrator used in a mechanical filter, and FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric ceramic vibrator for a mechanical filter of the present invention. 3 is a graph showing the frequency response characteristics of the piezoelectric ceramic vibrator 20 shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a graph showing the frequency response characteristics of the piezoelectric ceramic vibrator 20 shown in FIG.
5 is a cross-sectional view of the piezoelectric ceramic vibrator 20a shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the piezoelectric ceramic vibrator 20a shown in FIG. 4. A sectional view of the vibrator 20b, FIG. 7 is a cross-sectional view of the piezoelectric ceramic vibrator 20 of FIG.
FIG. 8 is a graph showing the frequency response characteristic of the mechanical filter 40 of FIG. 4 that satisfies L M ≒ 2/3 L P. The figure is a graph used to explain the reason why the third-order spurious mode is significantly suppressed. 11a, 11b...piezoelectric ceramic, 12a,
12a', 12b, 12b'...metal thin film, 20a,
20b...Piezoelectric ceramic vibrator, 21a, 21
a', 21b, 21b'...metal thin piece, 41...support wire, 42...connector, S...slit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 予め所定方向に分極された直方体の圧電セラ
ミツクと、 相互に同一形状をなし且つ各々の中心が前記圧
電セラミツクの中心と一致するように該圧電セラ
ミツクの上面および下面にそれぞれ接合される一
対の恒弾性金属片からなる電極とから構成される
ことを特徴とするメカニカルフイルタ用圧電セラ
ミツク振動子。 2 予め厚さ方向に分極されるとともに上面およ
び下面の各全面にそれぞれ金属薄膜が形成される
直方体の圧電セラミツクと、相互に同一形状をな
すとともに各々の全長が該圧電セラミツクの全長
よりも短く且つ各々の中心が該圧電セラミツクの
中心と一致するように該圧電セラミツクの前記上
面および下面にそれぞれ接合される一対の恒弾性
金属片からなる電極とから構成される圧電セラミ
ツク振動子を複数個有し、さらに複数の該圧電セ
ラミツク振動子の間に連結される結合子および支
持線を有してなり、該支持線が前記恒弾性金属薄
片の中心位置において該一対の恒弾性金属薄片の
一方に接合され、又、前記結合子が該恒弾性金属
薄片の中心位置以外の位置において、該一対の恒
弾性金属薄片の一方に接合され、屈曲振動モード
で励振されることを特徴とするメカニカルフイル
タ。 3 前記複数の圧電セラミツク振動子の少なくと
も一方において、前記圧電セラミツクの全長Lp
に対し各前記恒弾性金属薄片の全長LMがLM≒2/3 LPを満足する特許請求の範囲第2項記載のメカ
ニカルフイルタ。 4 前記複数の圧電セラミツク振動子の少なくと
も一方において、各前記金属薄膜に対し、各前記
恒弾性金属薄片の各端面に平行してスリツトを設
ける特許請求の範囲第2項記載のメカニカルフイ
ルタ。
[Scope of Claims] 1. A rectangular parallelepiped piezoelectric ceramic that has been polarized in advance in a predetermined direction; A piezoelectric ceramic vibrator for a mechanical filter, characterized in that it is composed of an electrode made of a pair of constant elastic metal pieces that are bonded together. 2. A rectangular parallelepiped piezoelectric ceramic which is polarized in advance in the thickness direction and has metal thin films formed on its entire upper and lower surfaces, and which has the same shape and whose total length is shorter than the total length of the piezoelectric ceramic. It has a plurality of piezoelectric ceramic vibrators each having a plurality of piezoelectric ceramic vibrators each comprising a pair of constant-elastic metal pieces and electrodes bonded to the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic so that the center of each vibrator coincides with the center of the piezoelectric ceramic. , further comprising a coupler and a support wire connected between the plurality of piezoelectric ceramic vibrators, and the support wire is bonded to one of the pair of constant elastic metal thin pieces at a central position of the constant elastic metal thin piece. The mechanical filter is further characterized in that the connector is joined to one of the pair of constant elastic metal thin pieces at a position other than the center position of the constant elastic metal thin pieces, and is excited in a bending vibration mode. 3 In at least one of the plurality of piezoelectric ceramic vibrators, the total length L p of the piezoelectric ceramic
3. The mechanical filter according to claim 2, wherein the total length L M of each of the constant elastic metal thin pieces satisfies L M ≈2/3 L P . 4. The mechanical filter according to claim 2, wherein in at least one of the plurality of piezoelectric ceramic vibrators, a slit is provided in each of the metal thin films parallel to each end face of each of the constant elastic metal thin pieces.
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