JPS6160612B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、軸平行に隣接して１平面内に位置
し、少くとも１本の縦振動結合線を介して相互に
連結された複数の棒状の機械共振子を有し、機械
的エネルギを電気的エネルギに、あるいは電気的
エネルギを機械的エネルギに変換する電歪変換共
振子が入力側と出力側に設けられており、少くと
も１つの減衰極を形成するために使用する少くと
も１つの付加的結合素子を有するメカニカルフイ
ルタに関する。

公知のようにメカニカルフイルタは、個々の共
振子の高いＱに基づいて比較的小型に構成できる
ので、従来使用された所謂LC−フイルタ回路に
比して個々のフイルタに対するスペースをかなり
節約できるため、通信伝送における周波数選択に
対し大きな意義を有する。機械的な共振子の温度
特性は比較的に良好である。公知のように、機械
的共振子は種々の振動をすることができ、最近の
メカニカルフイルタにおいて、個々の共振子に対
する使用振動としてはとりわけ縦振動、ねじり振
動およびたわみ振動が用いられる。その際相応す
る振動モードは、機械結合素子に対しても問題と
なり、この種のメカニカルフイルタの構成におい
ては、共振子と結合素子とに対して適切な振動モ
ードを選択しなければならない。たわみ共振子の
場合に共振周波数は、その長さだけでなく、振動
方向に作用する面の慣性モーメントにも依存する
ので、共振子に対して有利な振動モードは、従つ
てたわみ振動である。しかしながら面の慣性モー
メントは、断面の形状によつて決まるため、たわ
み共振子においては、長さの他にその断面積も共
振周波数の設定に関係する。この種のたわみ共振
子の有利な結合は、縦結合である。縦結合は、結
合線の断面積が小さい場合でも比較的安定した結
合を生ぜしめるため、搬送波周波伝送技術におい
て現われるような比較的広い帯域巾が必要なフイ
ルタが実現される。縦結合子の断面が小さいため
にこの種のフイルタは、所謂スプリアス、即ち全
フイルタ系の所望の固有振動でない振動を僅かし
か伝送しない。というのは、このスプリアスは
個々の共振子に僅かしか結合しないからである。

上述のメカニカルフイルタは、例えばドイツ連
邦共和国特許第1541975号明細書に詳述されてお
り公知である。上記明細書では、既に、メカニカ
ルフイルタにおいて生じる他の問題、即ちフイル
タの伝送特性における減衰極の形成についても記
載されている。減衰極を形成することは、公知の
場合所望の周波数点における減衰特性の急峻部を
得ている。それによつて一般にフイルタ共振子を
節約することができる。それは個々のフイルタに
比較的狭いスペースしか与えられない場合望まし
い。

更に、比較的少ない数の共振子を使用すること
によつて通過帯域における群走行時間を短かくす
ることができる。

上述のドイツ連邦共和国特許第1541975号明細
書記載の減衰極を形成するための方法において
は、少くとも１つの付加的な結合素子が使用さ
れ、その結合素子は、電気的な作用として直接隣
接した共振子を付加的に相互に接続する。この種
の付加的な結合素子の物理的な作用は、伝送方向
に続く共振子において正確に決められた周波数で
信号を消去することである。この周波数はそうし
て極周波数として示されている。公知の回路にお
いてこの効果を得るためには、付加的な結合素子
が設けられ、その結合素子によつて結合された共
振子の逆相で振動する部分を互いに接続するため
に、結合素子は、主結合子即ち帯域巾を決める結
合子に対して斜めに導かれている。この種の斜め
に延びた結合素子は、実用上次の２つの理由のた
めに困難となる、即ち斜めに配置された付加的な
結合子に対しても利用振動として縦振動を使用す
るため、この付加的結合素子中に付加的なたわみ
成分が生じて減衰ひずみを生ずる。更に、共振子
のたわみ振幅が位置に依存してかなり強く変化す
るような場所に結合子を固定しなければならない
ため、例えば量産において、大量のこの種のフイ
ルタを互いに同じ特性で自動的に製作する必要が
ある場合に許容誤差が比較的厳しいことである。

本発明の基礎とする課題は、１つ以上の付加的
結合素子を使用してフイルタ特性に減衰極を形成
し、同時に付加的な結合素子をフイルタ縦軸に平
行に設けることができるようにした冒頭で述べた
形式のメカニカルフイルタを提供することであ
る。

この課題は軸平行に隣接して１平面内に位置
し、少くとも１本の縦振動結合線を介して相互に
連結された複数の棒状の機械共振子を有し、機械
的エネルギを電気的エネルギに、あるいは電気的
エネルギを機械的エネルギに変換する電歪変換共
振子が入力側と出力側に設けられており、少くと
も１つの減衰極を形成するために使用する少くと
も１つの付加的結合素子を有するメカニカルフイ
ルタにおいて、共振子の大部分が円柱状たわみ共
振子であり、このたわみ共振子は筒面を軸平行に
カツトした平担面を有し、また少なくとも１つの
ねじり共振子が設けられており、このねじり共振
子に付加的結合素子の少くとも１つが固定し、こ
のねじり共振子が、少なくとも１つの細くなつた
横断面部を有する亜鉛形共振子の形に形成され、
その全長がほぼたわみ共振子の長さに相応するよ
うにしたことによつて解決される。

次に図面を用いて本発明を実施例につき詳細に
説明する。

第１図の実施例において、メカニカルフイルタ
は、７つの共振子から成り、それらのうちで共振
子１〜３および５〜７が、利用振動としてのたわ
み振動を行なう。所定の時点に対する振動方向
は、矢印１３によつて表示されている。中央共振
子４としては、ねじり共振子を使用し、その同じ
時点における振動方向は半円形の矢印１３′によ
つて表わされている。個々のたわみ振動子は、そ
の振動節に設けられた保持線１２によつて、ベー
スプレート１１に固定されている。両端の共振子
１および７上にはそれぞれ電歪セラミツク板１′
および７′が設けられており、それらセラミツク
板の静電容量は第３図の電気等価回路において、
インダクタンス１′および７′で示されている。こ
れは、電気等価回路の決定に対して所謂力−電流
対応が使用されるからである。第１図から明らか
なように、たわみ共振子４は平担部分を備え、内
側の共振子の平坦化された面はフイルタベースプ
レート１１に並行になるように配置され一方、両
端の共振子１および７の平坦化部分は、フイルタ
ベースプレート１１に直角になるように配置され
ている。個々の共振子自体は、金属材料から成
り、金属保持脚によつてベースプレート１１と連
結されている。そのためにベースプレート１１は
同時にフイルタに対する電気基準電位を示す。電
気信号エネルギの供給および取出は、公知のよう
に接続線に直接導かれている電歪板上に設けられ
た薄い金属被膜によつて行われる。

個々の共振子は貫通結合線８によつて結合さ
れ、その結合線自体は縦振動を行ない、その長さ
および断面積は、フイルタに対して必要な帯域巾
が得られるように決められている。貫通結合線８
は各々の共振子と、例えば点溶接のような適当な
機械的連結によつて連結される。

減衰極を形成するために、付加的な結合素子９
および１０が設けられており、それらのうち結合
素子９は共振子１と４に連結されており、付加結
合素子１０は、共振子４と７とに連結されてい
る。

実施例において、ねじり共振子４は、わかり易
いように円形断面を有する共振子として示されて
いる。しかしながら必要な場合には、ねじり共振
子にも付加的な平坦化部分を設けるのがよい。と
いうのはこのようにして結合素子８〜１０との所
定の結合が得られ、更に、実施例では結合素子
８，９，１０だけによつて支持されているねじり
共振子４を、振動節に設けた保持素子で保持する
ことも可能であるからである。

第１図は、ねじり共振子４を唖鈴形に形成し
て、その中心領域の断面を細くした有利な実施例
を示す。たわみ共振子およびねじり共振子に対し
て適用される種々の物理的法則に基づいて一般に
ねじり共振子４は、たわみ共振子１〜３および５
〜７よりも長い。というのは、ねじり共振子の固
有共振は、フイルタの通過帯域に位置する必要が
あるからである。

第２図に示すメカニカルフイルタは、第１図の
フイルタと全く同じ動作をし、相応する部分は、
同じ記号で示す。機械的な形の唯一の相違点は、
第２図のフイルタの場合にねじり共振子４の断面
が２ケ所で収縮しており、そのためにねじり共振
子４が共振子の中心領域においてたわみ共振子１
〜３または５〜７と同じ断面の大きさを有し、そ
れによつて、同時に総ての結合素子８〜１０を
個々の共振子の共振子の中心範囲において固定す
ることができる点にある。これは第２図から明ら
かである。第２図において付加結合素子９および
１０は個々の共振子の上側を導かれており、帯域
巾を決める結合素子８は反対の共振子側面に固定
されている。

第１図と第２図の実施例の特徴は、減衰極の形
成に必要な180゜の位相回転にλ／２またはλね
じり唖鈴形共振子を使用している点である。その
際振動節（第１図）の両側での母線上並びに同じ
共振子断面（第２図）の反対側に位置する部分に
おける運動が反対の方向に行なわれること、即ち
180゜の位相差があることを利用している。第１
及び第２図に示す実施例では付加的結合素子９と
１０は既に１つの貫通結合線にまとめられてい
る。この貫通結合線は実施例ではたわみ振動子１
と７における取付けとねじり共振子４における取
付けとにより結合素子領域９と１０とに分けられ
ている。

要するに上記の図示の本発明の実施例では４つ
の減衰極を生じさせるのにそのような付加結合線
は唯１つで済むのである。その場合それらの４つ
のうちの２つはフイルタ通過領域の下方に、そし
て残りの２つはその上方に位置するので、特に有
利である。

第３図の電気等価回路において、第１図および
第２図と同じ動作をする素子は同じ記号で示して
あるため、等価回路を決めるために選ばれた所謂
力−電流対応において共振子は、分岐回路の並列
分路における並列共振回路として示され、結合は
並列共振回路間に接続された直列分岐のインダク
タンスとして示される。ねじり共振子４と共に付
加結合素子９および１０に対する上述の位相反転
は、変換比１：−１を有する２つのトランスによ
つて行なわれ、そのトランスは並列共振回路４に
接続されている。同様に付加結合素子９および１
０はインダクタンスとして示されている。

第１ａ図および第１ｂ図に示すように振動子材
料（共振子材料）としては“Thermelast”が用
いられる。この“Thermelast”は登録商標であ
る。それは鉄とニツケルと場合によりほかのわず
かな添加物とから成るばね鋼合金である。同図中
８は主結合子、９は２つの付加結合子である。

この種のばね鋼は高い共振のＱを有する。

ピエゾセラミツクＫは比誘電率εがほぼ1350、
電気機械的結合係数K₃₁がほぼ0.3である。そのＱ
は1800より大である。また、周波数に対する温度
係数TK_fおよび誘電率に対する温度係数TK〓の
数値を度（ケルビン）ごとのppmの値で示す。

両励振部Ａ間に設けられている共振子Ｒの直径
及び長さが示してあり、その際“／3.2”ないし
“／3.1”は平坦化された部分における、直径の長
さより少ない寸法（即ち、直径は3.5より0.3ない
し0.4小さい）である。

励振部（励振振動子）は複数鋼部分から成り、
これら鋼部分間にセラミツク板Ｋが逆極性で横断
面部中に、たわみ振動の生じるように挿入されて
いる。両セラミツク板Ｋ間にわずかな空隙がおか
れる。

第１ｂ図にあれい形ねじり共振子の寸法も示し
てある。

第１ｃ図のダイヤグラムには動作減衰量ａ_B−
ａ_BOと周波数との関係を示す。ａ_BO＝0.15dB
は変換され周波数位置における800Hzの通話周波
数に相応する減衰量である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明のメカニカルフ
イルタの実施例の斜視略図、第１ａ図、第１ｂ図
は本発明のフイルタをその寸法データ例と共に示
す略線図、第１ｃ図は動作減衰量と周波数との関
係を示すダイヤグラム、第３図は、第１図と第２
図のメカニカルフイルタに対応する電気等価回路
を示す。 １〜３，５〜７……たわみ共振子、４……ねじ
り共振子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸平行に隣接して１平面内に位置し、少くと
   も１本の縦振動結合線を介して相互に連結された
   複数の棒状の機械共振子を有し、機械的エネルギ
   を電気的エネルギに、あるいは電気的エネルギを
   機械的エネルギに変換する電歪変換共振子が入力
   側と出力側に設けられており、少くとも１つの減
   衰極を形成するために使用する少くとも１つの付
   加的結合素子を有するメカニカルフイルタにおい
   て、共振子の大部分が円柱状たわみ共振子１〜３
   または５〜７であり、該たわみ共振子は筒面を軸
   平行にカツトした平担面を有し、また少なくとも
   １つのねじり共振子４が設けられており、該ねじ
   り共振子に付加的結合素子９，１０の少くとも１
   つを固定し、該ねじり共振子４が、少なくとも１
   つの細くなつた横断面部を有する亜鉛形共振子の
   形に形成され、その全長がほぼたわみ共振子１〜
   ３または５〜７の長さに相応するようにしたこと
   を特徴とするメカニカルフイルタ。 ２ 全結合素子８〜１０が、共振子の中心領域に
   おいて個々の共振子と連結されている特許請求の
   範囲第１項記載のメカニカルフイルタ。