JPH03131114A

JPH03131114A - 複合縦振動メカニカルフィルタ

Info

Publication number: JPH03131114A
Application number: JP1269807A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takeuchi; 嘉彦竹内; Masahiro Watabe; 昌弘渡部
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1991-06-04
Anticipated expiration: 2016-05-21
Also published as: JP3167703B2

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］本発明は縦振動体（以下、必要に応じて縦振動音片とい
う）、圧電部材、結合部材、支持部材等を備え、複合縦
振動の伝達により、所望の特性が形成される際の縦振動
音片の長さの不均一による周波数の変動および通過帯域
特性の劣化が好適に低減される複合縦振動メカニカルフ
ィルタに関する。

［従来の技術］近時、ＬＣフィルタ、水晶フィルタの特性上の中間的な
存在としてメカニカルフィルタが通信機器等に多用され
ている。斯かるメカニカルフィルタはＱ特性並びに選択
特性、温度特性が良好であり、且つ小型化が可能である
。

この種の複合縦振動メカニカルフィルタの一例を第３図
に示す。この例では同一面上に配置され、且つ金属材料
等からなる入力側縦振動音片２と出力側縦振動音片４と
を有している。当該入力側および出力側縦振動音片２お
よび４には恒弾性の結合部材６．８が連接されるととも
に外側中央部には支持部材１０．１２が突設されるべ（
、フォ）　ＩＪソグラフィ技術に係る金属平板のエツチ
ング加工処理により一体的に形成されている。さらに、
入力側縦振動音片２には一対の入力側圧電セラミックス
１４ａ、１４ｂが半田付は等により重合固着され、同様
に出力側縦振動音片４に出力側圧電セラミックス１６ａ
、１６ｂが固着されている。次いで、支持部材１０．１
２の端部は保持部材２４の直立片２４ａ、２４ｂの上部
中央にレーザ溶接等により固着されている。

さらに、入力側圧電セラミックス１４ａ、１４ｂおよび
直立片２４ａ間には人力信号が供給される給電線１８と
接地線１８ｅとが接続され、同様にして出力信号を導出
する導出線２０と接地線２０ｅとが出力側圧電セラミッ
クス１６ａ、１６ｂおよび直立片２４ｂに接続されてい
る。

このような構成においては、結合部材６．８によって連
設された入力側および出力側縦振動音片２および４とが
略空中に配置され、その縦振動等の動作に支障のないよ
う形成されている。

そして、当該複合縦振動メカニカルフィルタは図示しな
い筐体等に収納された後、通信機器等の中間周波増幅部
等に装着されて用いられる。

上記のように構成される複合縦振動メカニカルフィルタ
において、給電線１８および接地線１８６間に信号源Ｏ
ｓｃから抵抗Ｒを経た高周波信号ＳＩが入力側圧電セラ
ミックス１４ａ、１４ｂに取着された図示しない電極に
加えられる。そして、電気的にアースされた入力側縦振
動音片２との間に高周波信号に相応した電界を生起する
。この電界により入力側圧電セラミックス１４ａ、１４
ｂは、図中、ＶｍおよびＶｎに示す方向に電歪を生じ、
入力側縦振動音片２の長さＬｌの縦波を半波長とする周
波数Ｆ、で共振する。入力側縦振動音片２における縦波
の平均伝搬速度をＶとすると、前記周波数Ｆ１は次式に
て与えられる。

Ｆ、　　＝Ｖ／　（２’Ｌｌ）　　　　　　　　　　　
　・（１）この周波数Ｆ１における縦振動は結合部材６
．８において出力側縦振動音片４に機械的に結合し、出
力側縦振動音片４は長さＦ２による周波数Ｆ２の縦振動
で共振する。この周波数Ｆ２は（１）式と同様に出力側
縦振動音片４の縦波の平均伝搬速度をＶとするならば、Ｆ２　　＝Ｖ／　（２Ｌ２）・・・（２）となる。この出力側縦振動音片４の縦振動による出力側
圧電セラミックス１６ａ、１６ｂに生じた電圧が導出線
２０と接地線２Ｏｅ間に所定の急峻な周波数特性に形成
された高周波信号Ｓ２として導出される。

［発明が解決しようとする課題］然しながら、前記の従来の技術に係る複合振動メカニカ
ルフィルタにおいては、中心周波数の精度および通過帯
域特性が重要視され、入力側および出力側縦振動音片２
および４の夫々の周波数Ｆ＋およびＦ２の中心周波数の
一致が希求される。この場合、入力側および出力側縦振
動音片２および４はエツチング加工処理等により同時に
大量に作製されるため個々に十分な寸法精度を得ること
が困難となり、中心周波数の変動（ばらつき）、および
通過帯域特性の劣化を生起する等々の欠点を有している
。

本発明は前記の課題に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは、中心周波数が高精度に決定され
るとともに、通過帯域特性を向上すべく、振動体に、貫
通孔および／または非貫通孔が形成される複合振動メカ
ニカルフィルタを提供することにある。

［課題を解決するための手段］前記課題を解決するために、本発明に係る複合縦振動メ
カニカルフィルタにおいては、圧電部材が重合された入
力側および出力側を含む複数の振動体と、前記振動体間
を結合する結合部材と、入力側および出力側振動体に突
設される支持部材と、前記支持部材の端部が固着される
保持部材とを備え、供給された高周波信号を所定の周波
数帯域に形成して導出する複合縦振動メカニカルフィル
タにおいて、前記入力側および出力側を含む複数の振動体に縦振動共
振波長に比較して、小なる開口面を有した貫通孔および
／または非貫通孔が、少なくとも１以上の前記振動体に
形成されることを特徴とする。

［作用］上記のように構成される本発明に係る複合縦振動メカニ
カルフィルタにおいて、入力側および出力側縦振動体を
一素子として、例えば、エツチング加工処理等により作
製される際に、長さのばらつきが生起する場合において
も、同時にエツチング加工処理等で形成される貫通孔お
よび／または非貫通孔の効果により、中心周波数の変動
（ばらつき）および通過帯域特性の劣化を生起しない。

［実施例］次に、本発明に係る複合縦振動メカニカルフィルタの実
施例を、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図（ａ）、（ｂ）は実施例の構成を示す斜視図、第
２図は他の実施例の構成を示す斜視図である。

第１図に示される例は、入力側縦振動音片３２と当該入
力側縦振動音片３２と同一形状の出力側縦振動音片３４
を有している。前記入力側および出力側縦振動音片３２
および３４は同一面に配置され、互いに細い恒弾性材か
らなる結合部材３６および３８が形成されている。さら
に、入力側および出力側縦振動音片３２および３４には
、その中央部から突出して支持部材４０．４２が設けら
れるとともに、図から容易に理解されるように、縦振動
の共振波長に比較して、小さい開口面の貫通孔群３２ａ
、３４ａが形成されている。これらは、フォトリソグラ
フィ技術のエツチングによりその全体が一体的に作製さ
れる。

さらに、前記入力側縦振動音片３２には一対の入力側圧
電セラミックス４４ａ、４４ｂが半田付は等により重合
固着されている。同様に出力側縦振動音片３４にも出力
側圧電セラミックス４６ａ１４６ｂが重合固着されてい
る。入力側圧電セラミックス４４ａ、４４ｂおよび出力
側圧電セラミックス４６ａ、４６ｂの表面には予めメタ
ライズ等の図示しない電極が各々形成されている。そし
て、前記支持部材４０．４２の各々の端部が長方形の外
枠部材５０の内端面に取着されている。この場合、前記
外枠部材５０と入力側および出力側縦振動音片３２およ
び３４とは同一面上にある。さらに、入力側および出力
側圧電セラミックス４４ａ、４４ｂおよび４６ａ、４６
ｂに対する高周波信号の給電および導出のための給電線
５２および導出線５４が配線され、また接地線５２ｅ、
５４ｅが配線される。

次いで、以上の構成における動作について説明する。

先ず、一対の入力側圧電セラミックス４４ａ、４４ｂと
入力側縦振動音片３２との間に給電線５２および接地線
５２ｅを介して信号源Ｏｓｃより高周波信号Ｓ４、例え
ば、スパーヘテロダイン式受信機等の周波数変換部で生
成される一４５５ＫＨｚの中間周波数信号が供給される
。それにより、電気的にアースされた入力側縦振動音片
３２と入力側圧電セラミックス４４ａ、４４ｂとの間に
高周波信号Ｓ、に相応した電界を生起する。この電界に
より入力側圧電セラミックス４４ａ、４４ｂは図中の矢
印ｍｉおよびｍＯに示す方向に電歪を生じ、入力側縦振
動音片３２が長さし、を縦波の半波長とする周波数Ｆ、
において共振する。入力側縦振動音片３２における縦波
の平均伝搬速度をＶとすると、周波数Ｆ、は次式にて与
えられる。

Ｆ４　　＝Ｖ／　（２Ｌ４）・・・（３〕この縦振動は結合部材３６．３８を介して出力側縦振動
音片３４に機械的に結合して伝搬し、出力側縦振動音片
３４が長さＬ５により周波数Ｆ５の振動において応動し
、すなわち、縦振動で共振する。この周波数Ｆ５は（３
）式と同様に出力側縦振動音片３４の縦波の平均伝搬速
度をＶとするならば、ＦＳ　　＝Ｖ／　　（２ＬＳ）・・・（４）となる。この出力側縦振動音片３４の縦振動の電歪によ
り出力側圧電セラミックス４６ａ、４６ｂの図示しない
電極に電圧を生起し、縦振動の伝達等に起因して形成さ
れる所定の急峻な周波数特性、すなわち、狭帯域の周波
数特性に形成された、例えば、４５５ＫＨｚの中間周波
数信号が導出線５４、接地線５４ｅから出力信号Ｓ、と
して導出される。

前記（３）式、（４）式から理解されるように、入力側
縦振動音片３２の周波数Ｆ４および出力側縦振動音片３
４の周波数Ｆ５は、夫々の長さり、およびＬＳに反比例
する。長さＬ４およびり、の精度は、製作される際のフ
ォトリソグラフィの技術等により決定されるが、板厚が
あるため充分に小さくすることができない。一般に板厚
をｔとするときの長さの寸法精度δＬは、 δＬ＝±　１．５／１０・　ｔ・・・（５）となる。この寸法精度δＬは、貫通孔群３２ａ、３４ａ
が形成された入力側および出力側縦振動音片３２および
３４を一素子として同時にエツチング加工処理等により
形成するため、大きく変動（ばらつき）することがなく
、符号も同一である。

ここで、貫通孔群３２ａ、３４ａについて説明する。

入力側および出力側縦振動音片３２および３４の長さを
Ｌ（Ｌ４、ＬＳ）、貫通孔の幅をＭ（第１図ら）参照）
、貫通孔群３２ａ、３４ａの入力側および出力側縦振動
音片３２および３４における分布率（貫通孔の面積総和
／縦振動音片中央部全面積）をγ、入力側および出力側
縦振動音片３２および３４の幅をＷ１貫通孔群３２ａお
よび３４ａのある部分の長さ（縦振動方向）をＬＨ１入
力側および出力側縦振動音片３２および３４を構成する
材料の平均質量をρとする。

入力側および出力側縦振動音片３２および３４に設けら
れた複数個の貫通孔群３２ａ、３４ａは縦振動の共振波
長に比較し十分小さい。このため、貫通孔群３２ａ、３
４ａにより入力側および出力側縦振動音片３２および３
４の縦振動に支障をきたすことはない。貫通孔群３２ａ
、３４ａのある部分の縦振動を起こしている平均断面積
Ｓ１は貫通孔のため小さくなり、Ｓ＋　　＝　　（Ｗ　　ＴＭ）　　・ｔ　　　　　　　
　　・・・（６）となる。また、貫通孔群３２ａ、３４
ａを有しない部分の縦振動断面積Ｓ２は、３２　　＝Ｗ−ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（７）である。

ここで寸法精度δＬも考慮すると、エツチング加工処理
等の影響により、前記幅Ｗが寸法精度δＬだけ狭まる（
オーバー・エツチング）とき、貫通孔（３２ａ、３４ａ
）は寸法精度δＬだけ広がり、Ｓ、＝　　（（Ｗ−δＬ）−ｒ（Ｍ＋δＬ））　　・ｔ
（Ｗ−７Ｍ−（１＋　ｒ）δＬ）　・ｔ・・・（８）Ｓ２　＝　（Ｗ〜δＬ）・ｔ　　　　　　　　・・・（
９）となる。

また、入力側および出力側縦振動音片３２および３４の
長さＬ　（Ｌ４　、ＬＳ　）は（Ｌ−δＬ）となる。

入力側および出力側縦振動音片３２および３４の質量付
加効果で考えると、 ■　δＬ＝０のとき、断面積（（Ｗ−ｒＭ）　　・ｔ）の入力側および出力側
縦振動音片３２および３４の先端に、その幅Ｗとして、
質量（ＴＭ・　（Ｌ−Ｌ阿）・ｔ・ρ）の質量付加があ
り、入力側および出力側縦振動音片３２および３４の長
さはしてある。

■　δＬｆ−０のとき、断面積（（Ｗ　−ｒ　Ｍ　−（１＋　ｒ）δＬ）・ｔ）
の入力側および出力側縦振動音片３２および３４の先端
に、その幅Ｗとして、質量（（γＭ＋ＴδＬ）（ＬＬＭ
）　　・ｔ・ρ）および入力側および出力側縦振動音片
３２および３４の長さＬ　（Ｌ４、ＬＳ）の質量（（−
δＬ）・Ｗ−ｔ・ρ）の質量付加があり、その長さはし
てあるく長さはＬ−δしてあるが、寸法精度δＬ分は質
量付加として考慮した）。

上記０式と■式を比較して、δＬ≠０のときの新たに加
わる質量付加分δρは、次式によって与えられる。

δρ＝δＬ　・　（ｒ（Ｌ−Ｌ、）−Ｗ）　　・ｔ　・
ｐ（（Ｗ−ｒＭ）・ｔ　・ρ）／（（Ｗ−ｒＭ−（１＋ｒ）δＬ）・ｔ・ρ）・・・αＯここで、（Ｌ−ＬＸ）Ｗ−０すなわち、ｘを、８＝ＬＷ／ｒ・・・０１）と選ぶことにより、 δＬ≠０の場合も、 δρ＝０となり、質量付加の変化はな（、従って、入力側および
出力側縦振動音片３２および３４の周波数は変化しない
。

以上の説明から理解されるように、入力側および出力側
縦振動音片３２および３４に縦振動共振波長より十分に
小さい開口面の貫通孔群３２ａ１３４ａを形成している
。従って、当該入力側および出力側縦振動音片３２およ
び３４を一素子として作製される際のエツチング加工処
理等に起因して十分な寸法精度が得られない、すなわち
、長さのばらつきが生起する場合においても、同時にエ
ツチング加工処理等により形成される貫通孔群３２ａ、
３４ａの効果により、複合縦振動メカニカルフィルタの
中心周波数の変動（ばらつき）、すなわち、通過帯域特
性の劣化を生起しない。

次いで、５個の縦振動音片で構成され、通過帯域外の減
衰量が向上する他の実施例を第２図に示す。

この例は、入力側および出力側縦振動音片７０および７
８の間に複数の縦振動音片７２．７４．７６が設けられ
、さらに結合部材８２ａ、８２ｂと８４ａ１８４ｂと８
６ａ、８６ｂと８８ａ、８８ｂにおいて、多縦振動音片
７０乃至７８が連接されている。

なお、符号７０ａ、？２ａ、７４ａ、７６ａおよび７８
ａで示される部分は夫々、前記各縦振動音片７０乃至７
８に形成される貫通孔群である。

そして、入力側および出力側縦振動音片７０および７８
の中央部から突出して支持部材９０．９２が設けられ、
その端部は外枠部材１１０に固着されている。

さらに、前記入力側および出力側縦振動音片７０および
７８には一対の入力側圧電セラミックス９９ａ、９９ｂ
および出力側圧電セラミックス１０１ａ。

１０１ｂが重合固着されている。なお、符号１２２．１
２２ｅおよび１２４．１２４ｅは夫々給電線、接地線お
よび導出線、接地線である。

斯かる構成における作用は前記の実施例と基本的に同様
であり、その重複した説明は省略する。

このように、多段の上記各縦振動音片７０乃至７８が配
設される際は、上記縦振動音片７０乃至７８間のばらつ
きが低減されて、殊に、通過帯域特性が向上する効果が
大きい。

なお、上記の夫々の実施例において、貫通孔群３２ａ、
３４ａと７０ａ乃至７８ａは各縦振動音片３２．３４と
７０乃至７８が部材を貫通した場合について示したが、
これに限定されない。貫通孔および／または非貫通孔（
窪み）を形成すること、さらに、各縦振動音片３２．３
４と７０乃至７８のいずれか、あるいは２以上に形成さ
れることも本発明に含まれる。

［発明の効果］以上のように、本発明の複合縦振動メカニカルフィルタ
によれば、前記入力側および出力側を含む複数の振動体
に貫通孔および／または非貫通孔が、少なくとも１以上
の前記振動体に形成されることを特徴としている。

これにより、中心周波数が高精度に決定されるとともに
、通過帯域特性が向上し、且つ各縦振動音片間の特性の
ばらつきが低減されて、量産される際の個々の特性が一
定化され、品質が向上する効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明に係る複合縦振動メカニ
カルフィルタの実施例の構成を示す斜視図、第２図は本
発明に係る複合縦振動メカニカルフィルタの他の実施例
の構成を示す斜視図、第３図は従来の技術に係る複合縦
振動メカニカルフィルタの構成例を示す斜視図である。３２・・・入力側縦振動音片　３４・・・出力側縦振動
音片３２ａ、３４ａ・・・貫通孔群　３６．３８・・・
結合部材４０．４２・・・支持部材４４ａ、４４ｂ・・・入力側圧電セラミックス４６ａ、
４６ｂ・・・出力側圧電セラミックス５０・・・外枠部
材

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電部材が重合された入力側および出力側を含む
複数の振動体と、前記振動体間を結合する結合部材と、
入力側および出力側振動体に突設される支持部材と、前
記支持部材の端部が固着される保持部材とを備え、供給
された高周波信号を所定の周波数帯域に形成して導出す
る複合縦振動メカニカルフィルタにおいて、前記入力側および出力側を含む複数の振動体に縦振動共
振波長に比較して、小なる開口面を有した貫通孔および
／または非貫通孔が、少なくとも１以上の前記振動体に
形成されることを特徴とする複合縦振動メカニカルフィ
ルタ。