JPS62169510A - オ−バ−ト−ン発振用圧電共振子に於ける振動エネルギ吸収部の構造 - 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、殊に格別の発根回路を要せずして
所望のオーバートーン周波数にて発振を可能とするオー
バートーン発振用圧電共振子に於いて基本波振動を含む
前記所望のオーバートーン振動より低次の不要なオーバ
ートーン振動の振動エネルギ全消耗せしめる為共振子に
設ける振動エネルギ吸収部の構造に関する。

（従来の技術） 近年９通信機金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−役に行なわれている水晶振動
子の如き圧電共振子のオーパート−／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
なってきた。

しかしながら前者は一部に希望するオーパート−７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一部にＬＣ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
コイル要し発振回路のＩＣ化を進める上で極めて不都合
であるという欠陥があった。

一方、ＳＡＷ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一温度特性の点で
Ａ′ｒカット水晶振動子よりはるかに劣るという欠陥が
あった。

上述の如き従来の圧電共振子の欠陥を除去する為本願発
明者は既に出願した特許願（特願昭６Ｏ−７７０６５）
に於いて圧電基板中央部のｆｆ１ｆｆｌで所望のオーバ
ートーン次数以上の振動エネルギを閉じ込める一方、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
ネルギを漏洩せしめ、当該漏洩した振動エネルギを圧電
基板外周適所（て音響的損失を介して熱に変換し消費せ
しめることによって格別の発振回路を用いることなく前
記所望のオーバートーン振動にて発振せしめるオーバー
トーン発掘用圧電共振子を提案している。

更に本願発明者は上述のアイディアを最低次対称（Ｓｏ
）モード振動の利用のみならず更に高次の対称（８１，
８２、・・・・・・）モード或は非対称年１月２０日に
提出している。

而して上述した共振子を使用する場合、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全充
分吸収せしめる必要があるから共振子圧電基板外周部に
前記の不要振動の振動エネルギ吸収部を設けることが効
果的であることは既に判明してい友。

しかしながらどの種度の遮断周波数を有するエネルギ吸
収部が適当か不明であった故、当初は製造の容易も勘案
して励娠電甑相当の電極膜全以ってエネルギ吸収部ｔ−
構成していた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。

（発明の目的） 本発明はオーバートーン発振用共振子に於ける上述した
如き問題を解決し本質的に発振回路の特性に対する依存
性のないオーパート−／発振用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本発明に係る共振子に於いて
は前記圧電基板外周近傍に設ける振動エネルギ吸収部の
遮断周波数を少なくとも励振電極を付した振動エネルギ
閉じ込め部のそれより小に、望ましくは著しく小さくす
るものである。

（発明の実施例） 以下１本発明を図面に示した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全説明するに先立り
て本発明を適用すべきオーパート−／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ｔ
−ｆｌに低下せしめその周辺の遮断周波数ｆ２なる部分
との間にｆ２−ｆ＊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、非を他部３，３
′を不要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ｆ３　（但しｆ３１．ｔ２＞なる振動エネル
ギ吸収部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−ノ発振用振
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犬となる如くすれば振動エネ
ルギの閉じ込められた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パート−７次数が高い程太きい
。一方、基本波及び３次オーバートーン振動のエネルギ
は圧電基板１の外周に向って漏洩し前記エネルギ吸収部
４で熱に変換されるのでこれらの振動についてのインピ
ーダンスは極め５て高くなり結局５次オーバートーン発
振用共撮子を得るものである。

而して上述の如き特性を得る為には同図（ｂ）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７ｓｆｔ例えば８０チ程度に設定する。本図より７’
５＝８０％に於ける閉じ込め係数ｎａＪｗ／Ｈは概ね０
．５３であるが、前記閉じ込め係数ｎ　ａＳ／ｘ／Ｈ＝
ｎ　ａＪ　（ｆｌ−ｆ１）／ｆｚ　／Ｈの内ｎ、Ｈ，ｆ
２及びａは与件であるからｆｌ？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ｆ２−ｆｘは所謂プレート
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（ａｌに示す如き共振子
は容易に製造することができる。

以上、簡単の為最低次対称（Ｓｏ　）モードの振動を利
用したオーバートーン発振用共振子の基本的発想につい
て説明したがより高次の対称（８１，８２、−−−−−
・）　モード或は非対称（ａｏｌａ１１ａ２．・・・・
・・）モードの振動を利用しても同様にオーバートーン
発振用共振子を製造しうろことは自明であろう。

伺、リチウムナイオベート、リチウムタンタレート或は
圧電セラミクスの如き高結合材料全圧電基板として用い
る場合にはわずかなｔａ付着量によって極めて大なる周
波数低下が発生するので前記周波数低下量Δを与件とし
前記電極サイズａＱ操作する方が好都合であろう。

又、前記振動エネルギ吸収部４，４′の遮断周波数ｆ３
け一般にはｆｌと同一でよいが必要に応じて増減し核部
に於ける振動エネルギの消費が極力大きくなるようにす
ることが望ましい。

同図（ｃｌけ上述した如き構成を有する共振子に於ける
各種波動の振動エネルギの分布を定性的に示したもので
ある。

ところで前記振動エネルギ吸収部４に於いて所望のオー
バートーン振動より低次のオーパート−／振動エネルギ
の熱への変換による消費が不足であって当該周波数につ
いてのインピーダンスが充分上昇しない場合には簗３図
に示す如く発振回路の負性抵抗特性との関係で所望のオ
ーパート−／発振が不可能となることがありうる。

そこで第４図に示す如きオーバートーン発振用共振子を
用いて振幀エネルギ吸収部４．４０′に極付着量を変化
し基本波振動についてのＣＩ値と発振を所望する３次オ
ーパート−／振動についてのそれとの洛差がどの程度変
動するが実験してみた。

第５図はその実験結果を示す図であってＷ！４図に於け
る励振電極（Ａｇ）２のサイズを固定した上で膜厚全変
化せしめて前記閉じ込め係数ｎ　ａ　Ｊ”、て／Ｈの値
を変えると共に８個の閉じ込め係数に対して夫々前記振
動エネルギ吸収部４゜４のＡｇの付着ｔを各々励振電極
のそれの１倍−ハートーン振動についてのそれとをプロ
ットし念ものである。

本図からも明らかな如く抑圧すべき基本波振動について
のＣＩ値は前記エネルギ吸収部のＡｇ付着量の励振￥ｔ
ｉのそれに対する比率（膜厚比）が１の場合を除きピー
クを有しそのピーク値は膜厚比が増大する程高くなる様
に見える。

一方、発振を所望する３次オーバートーン振動について
のＣＩ値はいずれも前記閉じ込め係数ｎａＶ／、ｓ／Ｈ
の増大に従って漸減するが、これは理論上当然の現象で
ある。

尚、説明の煩雑を避ける為これ以上の図示け省略するが
、５次及び７次オーバートーン発援用共撮子についての
実験でも同様の傾向は明瞭に観察された。

以上の実験結果から少なくとも機動エネルギ吸収部の遮
断周波数は励振電極を付した振動エネルギ吸収部のそれ
より小さく構成することが必要であって、さもなければ
発振を所望する次数のオーバー）−７振動についてのＣ
Ｉ値と抑圧すべき基本波振動を含むより低次のオーパー
ト−／振動についてのそれとの間に充分な格差を付与し
得す所望の周波数に於いて安定した発振が不可能となる
場合が生じるであろう。

いずれにしても第１図に示す如きオーパート−／発掘用
圧電共振子を設計する際には上述した実験結果を勘案し
て発振を所望する次数のオーパート−／振動についての
ＣＩ値が極力低く、基本波振動を含むより低次のオーバ
ートーン振動についてのＣＩ値が極力大となるより膜厚
比と閉じ込め係数の値との関係を選択する必要がある。

因みに前記第５図の実験結果から３次オーパート−７発
援用共振子として最適のパラメータは励振電極に対する
エネルギ吸収部の膜厚比を４とし閉じ込め係数ｎａＪｍ
　／Ｈｆ　４．５程度とじ九場合であった。

ところで振動エネルギ吸収部の遮断周波数を低下させる
手段としては前記実験の如く核部に対する導体の蒸着時
間のみを延長する方法の地温６図（ａ）乃至（ｃｌに示
す如く圧電基板１の中央部全エツチング等の手法音用い
て予じめその外周より凹陥せしめることのみで遮断周波
数に差を与えてもよいしく同図（ａｌ　）　＝そのよう
にしで形成した振動エネルギ吸収部４，４に史に電極と
同一の材料５ｔ−蒸着してもよい。或は前記蒸着材料を
電極２，２′のそれよりも高比重のものとして遮断周波
数の一層の低下金図ってもよい（同図（１）。

更に同図（Ｃ）の如くより高いオーパート−／発振周波
数を得るべく圧電基板１の電極付着部のみを格別に薄層
化する如き場合はその振動エネルギ吸収部４，４は核部
の基板を厚くしておくのみで格別の加工は不要であるこ
ともあり得よう。

湖、前記１極２，２′周辺の圧電基板の遮断周波数ｆ２
は必ずしも全方完全に同一でなく多少の誤差は許される
と共に圧電基板１周縁部に設ける振動エネルギ吸収部４
の遮断周波数ｆ３は部分的に相当の差異があったとして
も本発明が開示し九条件、即ちｆ３＜ｆｌｔ−充分に満
足している限りに於いては殆んど何の問題も発生しない
。

（発明の効果） 本発明は以上説明した如く構成するものであるからオー
バートーノ発根用圧電共振子の製造工程にわずかな付加
工程を加えるのみで発振全所望する次数のオーバートー
ン振動についてのＣＩ値と基本波振動金倉むより低次の
オーダートーン振動についてのそれとの格差を充分大き
く設定することが可能となるので所望の周波数による発
根ヲ発掘回路のｑ性に左右されることなく安定して行か
わしめる上で著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明に係るオーパート−７発援用共振子の基
本的構成を示す断面図、＄２図（ａ）乃至（ｃｌは夫々
本発明を適用すべきオーバートーン発振用圧電共振子Ｑ
基本構成を示す断面図、パラメータ選択手順を示す説明
図及び振動エネルギの分布状態を示す図、第３図は本発
明を適用すべき共振子に於いて各次オーバートーン周波
数についての共振子インピーダンスと発振回路の特性と
の関係金示す図、第４図は振動エネルギ吸収部膜厚比検
討の為の実験に使用した共振子の平面図、第５図は振動
エネルギ吸収部膜厚比に対し発振を所望する次数のオー
バートーン振動についてのＣＩ値と抑圧すべきより低次
のオーバートーン振動についてのそれとｔ−調べた実験
結果の図、第６図（ａｔ乃至（ｃｌは夫々は振勅工・ネ
ルギ吸収部の異った構成を示す断面図である。 １・・・・・・・・・圧電基板。 ２．２′・・・・・・・・・電極（振動エネルギ閉じ込
め部）４・・・・・・・・・振動エネルギ吸収部。 特許出願人　　東洋通信機株式会社 第　１　ｇ ケ 第　ｌｌ−ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧電基板に単一或は多分割の遮断周波数ｆ＿１なる振
   動エネルギ閉じ込め部を設けその周辺に遮断周波数ｆ＿
   ２（但しｆ＿１＜ｆ＿２）なる振動エネルギ伝搬部を、
   更にその外周適所に遮断周波数ｆ＿３なる振動エネルギ
   吸収部を配置し、前記振動エネルギ閉じ込め部周辺近傍
   に所望のオーバートーン振動以上の振動エネルギを閉じ
   込めると共に基本波振動を含む前記所望のオーバートー
   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
   前記振動エネルギ伝搬部を介して大量に漏洩せしめ、当
   該漏洩した振動エネルギを前記振動エネルギ吸収部にて
   消耗せしめることによって少なくとも前記所望のオーバ
   ートーン振動による発振を基本波振動を含むより低次の
   オーバートーン振動によるそれよりも容易ならしめた対
   称モード或は非対称モード振動を利用するオーバートー
   ン発振用圧電共振子に於いて、前記振動エネルギ吸収部
   の遮断周波数ｆ＿３を前記振動エネルギ閉じ込め部のそ
   れｆ＿１より小ならしめた（ｆ＿３＜ｆ＿１）ことを特
   徴とするオーバートーン発振用圧電共振子に於ける振動
   エネルギ吸収部の構造。