JPS62181516A

JPS62181516A - 圧電振動子

Info

Publication number: JPS62181516A
Application number: JP2364086A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Okamoto; 幸博岡本
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1986-02-05
Publication date: 1987-08-08
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH0828643B2

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、弱電回路においてフィルタなどに使用される
圧電振動子に関するものである。

（従来の技術）単結晶からなる圧電体、例えば水晶体を使用した多重モ
ード型の水晶フィルタが弱電回路に使用されている。こ
の水晶フィルタは、水晶体の電気的な共振特性を示すＱ
値が極めて高く、即ち共振特性が尖鋭のため伝搬特性等
が優れた電気的性能を有している。そして、水晶体は、
通常、厚み系の振動モードで励起され、三次曲線となる
良好な温度特性を示すため、旧来より業務用等の高級な
通信機器、特に狭帯域用のフィルタとして使用されてき
た。そして、近年では、情報量の増加等により、通過帯
域幅が広くて、通過帯域外における保証減衰量が十分で
ある水晶フィルタの出現が望まれている。

第４図は、多重モード型の水晶フィルタの一従来例を示
す図であり、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は平面図
を示す。

この水晶フィルタは、水晶板１０の両主板面上に一組の
対をなす入力電極１１ａ、Ｉｌｂと出力電極１２ａ、１
２ｂとを形成し、片方の板面側の人、出力電極１　ｌ　
ｂ　、　１２ｂをそれぞれ接地して共通電位としている
。尚、第４図（ｂ）に示す１３は、各人、出力電極（ｌ
ｌａ、１ｌｂ）、（１２ａ、１２ｂ）から外周部に延出
した引出し電極である。そして、第５図の変位分布曲線
図に示すように、この水晶フィルタは、片方の板面側の
人、出力電極１１ａ、１２ａと対向する他方の板面側の
人、出力電極Ｉｌｂ、１２ｂとにより対称モードＦｓを
励起しそれぞれ対をなす入力電極工１ａとｌｌｂ、及び
出力電極１２ａと１２ｂとにより斜対称モードＦａを励
起して多重モードとしている。そして、通常では、第６
図の共振特性図に示すように、水晶フィルタの通過帯域
幅ＢＷ、大略、対称モードＦｓの共振周波数ｆｓ１と斜
対称モードＦａの反共振周波数ｆａ２との間にして設計
するようにしている。なお、第５図において、横軸は振
動周波数（ｆ）、縦軸はりアクタンス（Ｘ）であり、Ｆ
ｓは対称モード、Ｆａは斜対称モードの共振特性であり
、ｆｓ２は対称モードの反共振周波数、ｆａＩは斜対称
モードの共振周波数を示している。

そして、一般に、水晶フィルタの通過帯域幅ＢＷは、入
力側の電極１１ａと出力側の電極１２ａの電極間距離Ｇ
（第４図）を可変して音響的結合の度合いを調整し決定
している。しかしこの電極間圧１ｌｌＩＧの可変は、入
力側の電極１１ａと出力側の電極１２ａとの入出力電極
間容量Ｃを変化させるので、通過帯域外の保証減衰量に
影響を与える。即ち、入出力電極間容量Ｃが大きいほど
減衰極が通過帯域近傍に生じ易くて保証減衰量が少なく
なり、入出力電極間の音響的結合を強くして通過帯域幅
ＢＷを広くしようとすると、入出力電極間容量Ｃが大き
くなって充分な保証減衰量を得ることができない問題が
あった。

第７図は、逆接続型の水晶フィルタの断面図である。す
なわち、この水晶フィルタは、前述した問題点を解決す
るための一従来例であり、圧電板１０の両主板面上に形
成した人、出力電極（１１ａ、１ｌｂ）、（１２ａ、１
２ｂ）（７）うち、一方の板面側の入力電極１１ｂと他
方の板面側の出力電極１２ａとを共通電位としている。

そして、これにより、人、出力電極１１ａと１２ｂとの
入出力間の電極間容量Ｃを小さくして保証減衰量を大き
くし、通過帯域幅ＢＷを広げている。

第８図（ａ）、（ｂ）は、更に通過帯域幅を広げた逆接
続型の水晶フィルタの断面図であり、前述の共通電位と
なる人、出力電極１１ｂと１２ａとをそれぞれ圧電板１
０を２等分する中心線まで延出させ、突出部１１ｃ、１
２ｃを設けている（同図ａ）。又は、人、出力電極間の
中心線上の圧電板部分に質量１４を付加している（同図
ｂ）。そして、突出部１１ｃ、１２ｃ、あるいは質量１
４の付加効果により、対称モードＦＳの共振周波数ｆＳ
ｌを主に低下させ、通過帯域幅ＢＷを広げていた。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、第８図（ａ）の水晶フィルタでは、中心周波
数や通過帯域幅ＢＷの微調整の際は、入、出力電極（ｌ
ｌａ、１ｌｂ）、（１２ａ、１２ｂ）の表面上シこ質量
を付加して、所望の特性となるように行なわれる。例え
ば、通過帯域幅ＢＷを広げようとする場合には、振動変
位量が対称モードＦｓでは最大となり、斜対称モードＦ
ａでは最小となる圧電板１０の中心線（ｐ）上に、質量
を付加し微調整を行なう。このため、質量として金属か
らなる調整膜が電極周辺の圧電板面上に付着して電極と
しての作用を生じ、例えば設計時の諸特性が変化する等
の弊害を招いていた。この弊害の防止のため、例えば突
出部１１ｅ、１２ｃに質量を付加することが考えられる
。しかし、この場合には、対称モードＦｓの共振周波数
の変化量が少な過ぎるとともに、例えば中心線に対し付
加質量の対称性を失うので、振動特性を損じてスブリア
スの発生等、電気的性能を低下する原因となっている。

また、第８図（ｂ）の水晶フィルタでは、付加質量１４
の機械的な量やその位置を制御することが困難のため、
通過帯域幅ＢＷにバラツキを生じ、生産性を悪くする問
題があった。

以上のように、従来の逆接続型の水晶フィルタにあって
は、多重モードとする電極配置の関係等から、作業性や
電気的特性が良好であり、通過帯域幅が広く且つ充分な
保証減衰量を得ることが困難であった。

本発明は」：述の問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的は通過帯域外の保証減衰量を維持して、通過帯
域幅を広くでき、かつ、作業性及び電気的特性の良好な
圧電振動子フィルタを提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明によれば、圧電板の表裏主面にそれぞれ対向する
電極を二対配設し、断面方向からみて対角線方向の二つ
の電極を接続して残りの一つの電極と上記の対向する電
極間を入力端とし、他の残りの電極と対向する電極間を
出力端とした圧電振動子において、前記対角線方向の二
つの電極の端部をそれぞれ延出させて、圧電板を挟んで
対向せしめた圧電振動子が提供される。

また本発明によれば、前記圧電板を挟んで対向せしめた
電極の部分を所定の大きさに設定した圧電振動子が提供
される。

（作用）本発明は対角線方向の二つの電極の端部をそれぞれ延出
させて圧電板を挟んで対向させ、該対向する電極の部分
を所定の大きさとしたので、通過帯域外の保証減衰量が
維持できるとともに、所定の通過帯域幅を得られる作用
がある。

（実施例）つぎに、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は本発明に係る圧電振動子の一実施例を示す断面
図であり、第２図はその平面図を示す。

第１，２図において、１は水晶板であり、圧電素材とし
て水晶の結晶体より、例えばＡＴカットにて切出され、
厚み系の振動が励起される円板状の水晶片を用いている
。そして、水晶板１の両生面には、−組の対をなす矩形
状の電極（２ａ、２ｂ）、（３ａ、３ｂ）が設けられ、
さらにこれら電極より引出電極（２ｃ、２ｄ）、（３ｃ
、３ｄ）が、それぞれ、水晶板ｌの外周端部に延引され
て設けられている。なお、対をなす電極２ａ。

２ｂを例えば入力側とし、他の対をなす電極３ａ、３ｂ
を出力側にしている。

水晶板１の片方の板面に設けられた入力側の電極２ａと
、他方の板面に設けられた出力側の電極３ｂとは結晶軸
ｘ、ｙ′、ｚ′のＸ軸方向を２等分する中心線Ｐを軸と
して、対称に配置され、互いに同一面積に形成されてい
る。また、電極２ａと対をなす電極２ｂは、外周方向の
端部の配置を電極２ａの端部と水晶板ｌを挟んで同一配
置に揃えられ電極２ａより大きい面積を有し、内側方向
端部は中心線Ｐを超えて、同−板面上の電極３ｂ方向に
張出して設けられている。なお、電極３ｂと対をなす電
極３ａは、外周方向の端部の配置を電極３ｂに揃えられ
、電極３ｂより大きい面積を有し、内側方向の端部は中
心線Ｐを超えて、同−板面上の電極２ａの方向に突設さ
れている。したがって、電極２ｂと電極３ａとは、それ
ぞれの板面上にて中心線Ｐを超えて配設されているので
、水晶板ｌを挟んだ対向部分ａを有することとなり、さ
らに、これらの電極２ｂと３ａとを共に接地して共通電
位を与えることにより、逆接続型の圧電振動子が構成さ
れることになる。

第３図（ａ　、　ｂ）は、このように構成された圧電振
動子の周波数伝搬特性を示す図で、電極２ｂと電極３ａ
とを対向させたために、通過帯域内（同図ａ）及び（同
図（ｂ）にスプリアスが発生することを示している。第
３図（Ｃ）は、この対向部分ａとスプリアス周波数ｆｏ
Ｈの発生位置の関係を示す曲線図で、横軸を対向部分ａ
とし、縦軸を中心周波数ｆＯに対するスプリアス周波数
ｆＯｔの発生位置としている。なお、スプリアス周波数
ｆｏ】の発生位置は中心周波数ｆｏｌの発生位置は中心
周波数ｆＯとの差（ｆｓｌ−ｆｏ）を帯域周波数ＢＷで
除算して基準化している。即ち、第３図（Ｃ）曲線図は
、対向部分ａを次第に０より漸次増加させると、スプリ
アス周波数ｆＯ０の発生位置は中心周波数ｆＯに近づく
。そして、対向部分ａが略０．８のとき、スプリアスｆ
Ｏ１の発生位置は、ｆｏｌ−ｆｏ／ＢＷが０．５になる
ので、通過帯域幅ＢＷの上限周波数近傍になる。そして
、対向部分ａが略０．５のとき、ｆｏｌ−ｆｏ／ＢＷが
０．９、即ち通過帯域幅ＢＷの上限から０．４ＢＷの位
置になることを示している。なお、対向部分ａが略０．
４のとき、スプリアスｆｓの符号イで示す立下り位置が
通過帯域幅ＢＷ外になり通過帯域内の特性を劣化させな
い。

そして、この対向部分ａを略０．５以下にすると、スプ
リアスの発生位置が通過帯域幅ＢＷの上限から０．４Ｂ
Ｗ以上離れた位置になるので、通過帯域外における実用
上のスプリアスの影響を防止できる。

このような構成による本実施例においては、二対の電極
が逆接続型の圧電振動子として形成されているので、入
力側の電極２ａと、出力側の電極３ｂとが、互いに反対
側の板面上にあり、入出力で電極間の圧電板中の等電位
面を形成するため入出力電極間容量Ｃが小になるので、
フィルタとして使用の場合、所定の無減衰極型減衰特性
を得ることができる。また、共通電位となる電極２ｂと
、３ａとをそれぞれ中心線Ｐｔ−超えて対向させたので
、斜対称モードの最小変位部分で対称モードの最大変位
部分の質量付加効果により、斜対称モードの反共振周波
数に比して、対称モードの共振周波数を低下させて通過
帯域幅を広げるように作動する。

そして、共通電位となる電極２ｂと３ａとの対向部分ａ
の値を０．８以下の値に設定すると、スプリアスｆｏ１
の位置が中心周波数ｆＯより離れて、帯域外になるので
帯域内におけるスプリアスの発生による特性の劣化を防
止できる。

なお、」−述の実施例においては圧電素材として水晶の
結晶体より切出した円板状の水晶片を用い、矩形状の電
極を設けた圧電振動子について説明したが、本発明は圧
電素材として水晶に限定することなく、例えばＬｉＴａ
Ｏ３、ＬｉＮｂ０ｇなどの単結晶からなる圧電素材も用
いられ、さらに、圧電板や電極の形状も前記の形状に限
定するものではない。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明は入力側の片方の電
極と、反対板面に設けた出力側の電極とをそれぞれ接地
して共通電位となし、またこれら電極をそれぞれ中心線
を超えて互いに対向する部分を設けたので、周波数の微
調整の際には、上記の対向する部分に所定の質量を付着
させることができ、圧電板面に直接の付着がないため、
圧電振動子の特性を損することのない調整が行え、生産
性が向上する効果を生ずる。

また、本発明によれば、対向する電極の部分は斜対称モ
ードと対称モードの互いの対応により、斜対称モードの
反共振周波数に比して対称モードの共振周波数を低下さ
せるので、帯域幅を広げられる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧電振動子の一実施例を示す断面
図、第２図はその平面図、第３図はその特性図、第４図
は従来の水晶フィルタの一例の断面図、平面図、第５図
は水晶フィルタの変位分布図、第６図は水晶フィルタの
共振特性図、第７図は逆接続型水晶フィルタの断面図、
第８図は逆接続型水晶フィルタの周波数調整時の説明図
である。１・・・水晶板、２　ａ　、　２　ｂ　、　３　ａ　、
　３　ｂ　・・・電極、ａ・・・対向した電極の部分。特許出願人　　日本電波工業株式会社代　　理　　人　　　弁理士　　辻　　　　　　實１）
　　　　　　　　　　　　　０．ｆ　　　　　　　６Ｊ
　　　　　／、Ｏａ　　−一−ラ手続補正書（自発）昭和６１年　３月２８日１、事件の表示昭和６１年　特許願　第０２３６４０号２、発明の名称圧電振動子３、補正をする者事件との関係　　特許出願人４、代理人６、補正の対象する。（１）明細書第３頁第２０行の「通過帯域幅ＢＷ、」を
「通過帯域幅ＢＷを、」と補正する。（２）明細書第４頁第３行の「第５図」を「第６図」と
補正する。（３）明細書第１０頁第１４行の「（同図（ｂ）」を「
（同図ｂ）」と補正する。（４）明細書第１０頁第１５〜１６行の「対向部分ａ」
の後に「の大きさが電極２ａまたは３ｂの大きさに対す
る比率の値（対向部分ａの値）」を加入する。（５）明細書第１０頁第１７行、第１１頁第３行、第６
行、第１２行、第１６行の「対向部分ａ」を「対向部分
ａの値」と補正する。（６）明細書第１０頁第２０行〜第１１頁第１行の「中
心周波数ｆ。工の発生位置はＪを削除す（７）明細書第
１１頁第１行のｒ（ｆｓｌ−ｆ。）」を「（ｆｏｅ、　
　ｆｏ）Ｊと補正する。（８）明細書第１１頁第３行の「第３図（Ｃ）曲線図」
を「第３図（Ｃ）の曲線図」と補正する。（９）明細書第１１頁第７行、第９〜１０行の「ｆＯ１
ｆｏ　Ｊを「（ｆａｘ　　ｆｏ）Ｊと補正する。（１０）明細書第１２頁第１５〜１６行の「対向部分ａ
・・・設定すると、」を次のように補正する。「対向部分ａの大きさを、電極２ａまたは３ｂの大きさ
に対して比較した値が０．８以下の値に設定すると、」

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電板の表裏主面にそれぞれ対向する電極を二対
配設し、断面方向からみて対角線方向の二つの電極を接
続して残りの一つの電極と上記の対向する電極間を入力
端とし、他の残りの電極と対向する電極間を出力端とし
た圧電振動子において、前記互いに電気的に接続されて
いる対角線方向の二つの電極の端部をそれぞれ延出させ
て、圧電板を挟んで対向せしめたことを特徴とする圧電
振動子。
（２）前記圧電板を挟んで対向せしめた電極の部分の大
きさを、前記残りの一つの電極の大きさの０．８倍以下
としたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
の圧電振動子。
（３）前記圧電板の圧電素材として水晶を用いたことを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の圧電振動子
。
（４）前記圧電板の圧電素材としてＰＺＴ（ジルコチタ
ン酸鉛）を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載の圧電振動子。