JPH0278313A - オーバートーン発振用圧電共振子の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧電共振子、殊に格別の発振回路を要せずして
所望のオーバートーン周波数にて発振を可能とする　　
　゛ 命曇修ｉ畦ゐオーバートーン発振用圧電共振子の構造に
関する。

（従来の技術） 近年１通信機をはじめとする各種電子機器に於いては高
周波化と超小型化の要求が一層厳しくなっているがこれ
に応える為には従来から一般に行なわれている水晶振動
子の如き圧電共振子のオーバートーン振動の利用の他弾
性表面波（ＳＡＷ）共振子が広範囲に使用されるように
なってき次。

しかしながら前者は一般に希望するオーバートーン周波
数に同調するＬＣ同調回路を介して所望の出力を抽出す
るか或は発振回路の−！！ＫＬＣ同調回路を挿入して該
回路の負抵抗が所望のオーバートーン周波数領域に於い
てのみ充分大きくなるよう設計するものであっていずれ
もコイル費し発振回路のＩＣ化を進める上で他めて不都
合であるという欠陥があった。

−万、８ＡＷ共振子の発振周波数は周知の如く圧電基板
の材質とその表面に形成するインタディジタル・トラン
スジューサ（ＩＤＴ）電極のピッチによって一義的に決
定するので共振子自体の小型化が可能であると共に上述
した如き回路上の問題もないが周波数−温度特性の点−
ｒｆｈＴカット水晶振動子よシはるかに劣るという欠陥
がありた。

ところで、従来から水晶振動子等の製造現場に於いては
振動子小型化の安来から振動子の水晶基板を小さくして
ゆくと当該水晶基板の縦横比及び基板厚さに対する辺の
寸法比が特定の範囲の値に達するとしばしば３次或は５
次のオーバートーン振動で発振することが知られておシ
。

斯る現象をいかにして抑圧するかが問題となっていた。

そこでこの現象を利用しオーバートーン発振用水晶振動
子を得んとするアイディアが西独シーメンス社から特許
出願されている（特公昭５８−２９８９０）。

しかしながら、上記特許出願に係る発明によれば励振電
極寸法に比して水晶基板のそれを極端に小−■ざるを得
す、水晶基板周辺の支持歪の影響が励振部に及ぶ為周波
数−温度特性の不安定、熱サイクルの前層の共振周波数
のバラツキ、共振周波数の経時変化が太きくなる等の問
題がち夛オーバートーン発振の可能性を云々する以前に
水晶振動子としてとうてい実用に耐えない、少なくとも
高い周波数安定度を必要とする撮動子には適用し得ない
ものであった。

上述した如き従来の共振子の欠陥を一挙に解決すべく本
願発明者は既に特願昭６０−７７０６５に於いて圧電基
板中央の励振′＃を極に所望の次数以上の次数のオーバ
ートーン振動の振動エネルギを閉じ込めろ一万基本波振
動を含むよυ低次のオーバートーン振動の振動エネルギ
を漏洩せしめ、当該漏洩したエネルギを前記励振電極外
周に所要の間隙を隔して配置した不要振動エネルギ伝搬
領域（上記出願に於いては「振動エネルギ吸収部」と称
していた）を介して熱に変換して消耗せしめることによ
って前記所望の次数のオーバートーン振動についてのイ
ンピーダンスと基本波含むよシ低次のオーバートーン振
動についてのそれとの間に充分な落差を与え前記所望の
次数のオーバートーン振動による発振金なさしめうろこ
とを明らかにした。

更に本願発明者は上述のアイディアは最低次対称（ＳＯ
）モードの振動の利用のみならず高次の対称（ｓ　’　
ｔ　ｓ　”　＊・・・・・・）モード及び非対称（ａ０
＊　ａ　１　ｅ　ａ　！　＃・・・・・・）モードの振
動の利用にまで拡張適用可能である旨を開示した（％願
昭６１−９７５６参照）。

而して上述した共振子を使用する場合、これをあらゆる
発振回路に適応させる為には発振回路側の負荷抵抗の絶
対値が低周波側程大であることを考慮すると前記基本波
振動を含むより低次のオーバートーン振動の振動エネル
ギを充分吸収せしめる必要があるから共娠子圧電基根外
周ｇＫ前記の不要振動の振動エネルギ伝搬領域を設ける
ことが必要であシしかも核部は単なる点或は線状のもの
では殆んど効果がなく一定の面積を有する領域でなけれ
ばならないことは既に判明していたが該領域の遮断周波
数をどの程度に設定すべきか不明であった為、当初は製
造の容易を考慮して励振電極相当の電極膜厚を以って不
要振動エネルギ伝搬領域を構成してい友為充分満足すべ
き不要振動抑圧効果が得られない場合が存在するという
問題があった。

この問題については本願発明者は本件分割出願に対する
原出願に於いて不要振動エネルギ伝搬領域の遮断周波数
をどの程度に設定すべきかを実験的に明らかにした。

一万、上述した如きオーバートーン発振用圧電共振子に
いかなる構造を付与すれば実用上好都合かについては必
ずしも充分な検討がなされていないのが現状であり次。

（発明の目的） 本発明はオーバートーン発振用圧電共振子に於ける上述
した如き構造上の問題に鑑みてなされたものであって製
造上組立コストを低減し。

しかもこの種の共振子本来の特性を充分に発揮しうる構
造を有するオーバートーン圧電共振子を提供せんとする
ものである。

（発明の概要） 上述の目的を達成する為１本発明に係るオーバートーン
圧電共振子は振動エネルギ閉じ込め部を構成する遮断周
波数ｆｌなる励振電極と所要の間隙（振動エネルギ伝搬
部）を隔して少なくとも前記励振電極の両側から圧電基
板外縁近傍に延在する遮断周波数ｆｌ　（但しｆｌ＜ｆ
１）なる不要振動エネルギ伝搬部を構成する副電極を備
えると共に、前記励振電極と前記副電極の一万とを圧電
基板表裏に於いて夫々導電パターンにて接続したもので
ある。

（発明の実施例） 以下１本発明を図面に示し次実施例に基づいて詳細に説
明する。

本発明の理解を容易にする為実施例を説明するに先立っ
て本発明を適用すべきオーバートーン発振用共振子につ
き第２図を用いて簡単に説明する。

第２図（ａ）に於いて厚さＨの圧電基板１中央部両面に
直径２ａなる電極２，２′を付着し核部の遮断周波数を
ｆｌＫ低下せしめその周辺の速断周波数ｆ２なる部分と
の間にｆｔ−ｆｔなる遮断周波数差を設は該電極２．２
′付着部を振動エネルギ閉じ込め部、非電極ｇ３，３’
を振動の振動エネルギ伝搬部としその外周適所に遮断周
波数ｆｌ　　（但しｆ　５ｋ＝−ｆｉｎ＜ｆｇ　）なる
不要振動エネルギ伝搬領域４．４′を設ける。

ここでこの共振子を例えば５次オーバートーン発振用振
動子とする場合を考えるに、基本波（１次）及び３次オ
ーバートーン振動の振動エネルギ閉じ込め率を小に、７
次オーバートーンのそれを大となる如くすれば振動エネ
ルギの閉じ込められ九５次以上のオーバートーン振動に
ついての等価抵抗はオーバートーン次数が高い程太きい
。

一万、基本波及び３次オーバートーン振動の振動エネル
ギは圧電基板１の外周縁に向って漏洩し前記不要振動エ
ネルギ伝搬領域４．４′を所謂伝搬モードにて無損失で
伝搬し当該共振子外周縁の支持部を介して消耗するので
これらの振動についてのインピーダンスは極めて高くな
シ結局５次オーバートーン発振用共振子を得ろものであ
る。

而して上述の如き特性を得ろ為には同図（ｂｌに示す如
く先ず５次オーバートーン振動の振動エネルギ閉じ込め
率、Ｔ６を例えば８０チ程度に設定する。本図よｐＴ６
＝８０％に於ける閉じ込め係数ｎａｖ／ｘ／Ｈｆｉ概ね
０．５３であるが、前記閉じ込め係数ｎａｖ／ｌｓ、／
Ｈ＝ｎａＪ（ｆｇ−ｆｌ　＞７１２　／Ｈの内ｎ、Ｈ，
ｆ＊及びａは与件であるからｆｌをどの程度の値に選べ
ばよいかは簡単に算出し得る。ｆｌが定まれば遮断周波
数差ｆ意−ｆ１は所絹プレートバックに直接関係する量
であってこれを満足する電極付着量は既に周知であるか
ら前記（（転）に示す如き共振子は容易に製造すること
ができる。

しかしながら、上述した如く振動エネルギ閉じ込め部２
，２′の遮断周波数ｆｌと不要振動エネルギ伝搬部４，
４’のそれｆｓとをはソ同等とした場合、前述の特願昭
６０−７７０６５に於いて本願発鉗者が開示し実験結果
によれば、直径７■のＡＴカット水晶基板を用い３次オ
ーバートーンにて５０ＭＨｚの発振を意図した共振子に
於いて、基本波振動及び３次オーバートーン振動につい
てのＣＩ値は前記不安振動エネルギ伝搬部の端を単にク
リップで押え交番電界を印加した状態で夫々１５０Ω及
び５２Ω、クリップ部を更に導電性接着剤で固定し次状
態で夫々２８０Ω及び５３Ω糧度であって、オーバート
ーン発振用圧電共振子の理論を実証する上では充分なる
も実用上はＣＩ値の落差が不足であって発振回路の脣性
によっては希望せざる周波数で発振する虞れなしとじな
かりた。

そこで本願発明者はこの問題を解決すべく第３図に示す
如き平面形状を有すると共に励振電極（振動エネルギ閉
じ込め部）２．２’の遮断周波数ｆ１とその両側に延在
する副電極（不要振動エネルギ伝搬領域）４．４’のそ
れｆｓとの比率、即ち電極膜厚比を数段階に変化させ実
験を行った結果、基本波振動と３次オーバートーン振動
とＫついてのｃＩ値の落差について第４図に示す如き相
違が生ずることを見出し友。

本発明はこの結果、即ち不要振動エネルギ伝搬領域４．
４′の遮断周波数ｆｓを振動エネルギ閉じ込め部２．２
′のそれｆ！よシ低下させた。

望ましくは著しく低下させたオーバートーン発振用圧電
共振子に於いて第１図に示す如く振動エネルギ閉じ込め
部を構成する励振電極２．２′と不要振動エネルギ伝搬
領域を構成する副電極４．４′の一方とを圧電基板１０
表裏に於いて夫々導電パターン５．５′に接続するよう
構成し次ものである。

このような構造を有する共振子は圧電基板１の外周縁で
あって副Ｎ、極４．４′の存在する部分でリード線と接
続すれば共振子の保持と励振電極２．２′への通電とを
同時に行うことができることは云うまでもなく、又リー
ド線と共振子との接続点は導電性接着剤等で固定するの
が一般的であるから前述した特願昭６０−７７０６５に
開示した本願発明者による実験結果からも明らかな如く
、不要振動エネルギを充分消耗せしめそのｃＩ値を増大
することができる。

同１本発明は第５図（ａ）に示す如く不要振動エネルギ
伝搬領域４．４′の圧電基板々厚を厚くとシ核部の遮断
周波数の低下量を充分に稼ぎその上に導体を蒸着したも
のや同図（ｂｌに示す如く振動エネルギ閉じ込め部２，
２′の圧電基鈑々厚をエツチング等によって減少しよシ
高いオーバートーン振動にて発振を意図する場合にも同
様に適用し得ることは自明であろう。

（発明の効果） 本発明に係るオーバートーン発振用圧電共振子は以上説
明し几如き構造を有するものであるから、不安振動エネ
ルギ伝搬領域の蒸着量を他の部分よシ増大する上でわず
かに工夫を要する以外は一般の圧電共振子と全く同様に
製造し得るのみならずその機械的固定と励振電極への通
電を同時に行い、しかも発振を所望しない振動の振動エ
ネルギの消耗を充分ならしめることができるので製造コ
ス、トを増大することなく安定したオーバートーン発振
の可能な共振子を供給する上で著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は夫々本発明に係るオーバート
ーン圧電共振子の一実施例を示す平面図及びＡ−Ａ断面
図、第２図（ａ）乃至（Ｃ）は本発明に係るオーバート
ーン圧電共振子の原理説明図、第３図は副電極膜厚決定
の為の実験に用いた共振子のパラメータを示す図、第４
図は副電極と励振電極との膜厚比に対する基本波振動と
３次オーバートーン振動とのＣＩ落差の関係を示す実験
結果の図、第５図（ａ）及び（ｂ）は本発明に係るオー
尾 バートーン圧電共振子の世の実施例を示す断面図である
。 １・・・・・・・・・圧電基板、　　　　２．２’・−
・曲・・振動エネルギ閉じ込めｇ（励振電極）、　　　
３゜３′・・・・・・・・・振動エネルギ伝搬部、　　
　　４．４’・・・・・・・・・不安振動エネルギ伝搬
領域（副を極）。 ５・・・・・・・・・導体パターン。 特許出願人　　東洋通信機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧電基板のほゞ中央部表裏に遮断周波数ｆ＿１なる振
   動エネルギ閉じ込め部を構成する励振電極を，その周辺
   に所要の幅員を有する遮断周波数ｆ＿２（但しｆ＿１＜
   ｆ＿２）なる振動エネルギ伝搬部を，更に前記振動エネ
   ルギ伝搬部の外周であって少なくとも前記振動エネルギ
   閉じ込め部の両側から前記圧電基板表裏外縁近傍に延在
   し，前記振動エネルギ伝搬部によって包囲された領域外
   に大量に漏洩する基本波振動を含む発振を所望する次数
   のオーバートーン振動より低次のオーバートーン振動の
   振動エネルギを伝搬モードで伝搬せしめる不要振動エネ
   ルギ伝搬領域として作用する遮断周波数ｆａ（但しｆａ
   ＜ｆ＿１）なる副電極を備え前記圧電基板の表裏に於い
   て夫々前記励振電極と副電極の一方を導電パターンによ
   って接続したことを特徴とするオーバートーン発振用圧
   電共振子の構造。