JPS6327887B2 - - Google Patents
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- JPS6327887B2 JPS6327887B2 JP3696080A JP3696080A JPS6327887B2 JP S6327887 B2 JPS6327887 B2 JP S6327887B2 JP 3696080 A JP3696080 A JP 3696080A JP 3696080 A JP3696080 A JP 3696080A JP S6327887 B2 JPS6327887 B2 JP S6327887B2
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- Japan
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- electrodes
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- resonator
- piezoelectric
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/177—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator of the energy-trap type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はセラミツクフイルタやセラミツク発振
回路に使用されるセラミツク共振子に関するもの
で、特に周波数上昇型エネルギー閉じ込めを利用
した横効果型幅たて振動セラミツク共振子に関す
る。
回路に使用されるセラミツク共振子に関するもの
で、特に周波数上昇型エネルギー閉じ込めを利用
した横効果型幅たて振動セラミツク共振子に関す
る。
従来セラミツク共振子は使用される共振周波数
および比帯域幅などの用途に応じて各種の振動モ
ードが利用されており共振周波数が数MHz以下
の場合には円板、正方形板の輪郭振動や矩形板の
長さ振動など共振子全体が振動する振動モードが
利用され共振周波数が数MHzから数十MHzの場
合には振動エネルギーが圧電磁器板の中央部に局
部的に集中しているいわゆるエネルギーとじ込め
振動モードが利用されている。
および比帯域幅などの用途に応じて各種の振動モ
ードが利用されており共振周波数が数MHz以下
の場合には円板、正方形板の輪郭振動や矩形板の
長さ振動など共振子全体が振動する振動モードが
利用され共振周波数が数MHzから数十MHzの場
合には振動エネルギーが圧電磁器板の中央部に局
部的に集中しているいわゆるエネルギーとじ込め
振動モードが利用されている。
第１図はAMラジオ等の中間周波数増幅回路用
455kHzセラミツクフイルタに用いられているセ
ラミツク共振子の１例であり第１図ａは厚さ方向
に分極された直径約５mmの円板であり第１図ｂは
厚さ方向に分極された１辺の長さ約4.7mmの正方
形板である。第１図の円板および正方形板共振子
はいずれも中心部分を振動の節とした輪郭振動を
する。したがつてこれらの共振子の支持および電
気端子の取り出しは微小突起の形成された金属端
子板を振動の節に圧接するか、振動の節に細いリ
ード線を半田付する方法で行なわれており前者で
は圧接部の電極がはがれたり機械的な振動により
接触不良を起すなど信頼性的に問題があり、後者
では半田付作業が難しいうえに支持による特性の
ばらつきが大きいという欠点があつた。第２図は
共振周波数10.7MHzのエネルギーとじ込め共振
子の構造例であり厚さ約0.2mm辺長約５mmの正方
形板の中央部に直径約1.5mmの円形電極が対向し
て形成され、両面の円形電極から基板端部に外部
接続用電極が引出されている。第２図のエネルギ
ーとじ込め共振子ではリード端子との接続は振動
にほとんど影響を与えることがない基板の端部で
半田付によつて行われるため特性のばらつきの少
ない信頼性の高い共振子が得られる。しかし従来
のエネルギーとじ込め共振子は「厚みたてモー
ド」あるいは「厚みすべりモード」が利用されて
いるため共振周波数はセラミツク基板の厚さによ
つて定まり、共振周波数を低くしようとすると基
板の厚さが厚くなりこれにほぼ比例して外形寸法
が大きくなることから共振周波数の下限は数
MHzに限られていた。
455kHzセラミツクフイルタに用いられているセ
ラミツク共振子の１例であり第１図ａは厚さ方向
に分極された直径約５mmの円板であり第１図ｂは
厚さ方向に分極された１辺の長さ約4.7mmの正方
形板である。第１図の円板および正方形板共振子
はいずれも中心部分を振動の節とした輪郭振動を
する。したがつてこれらの共振子の支持および電
気端子の取り出しは微小突起の形成された金属端
子板を振動の節に圧接するか、振動の節に細いリ
ード線を半田付する方法で行なわれており前者で
は圧接部の電極がはがれたり機械的な振動により
接触不良を起すなど信頼性的に問題があり、後者
では半田付作業が難しいうえに支持による特性の
ばらつきが大きいという欠点があつた。第２図は
共振周波数10.7MHzのエネルギーとじ込め共振
子の構造例であり厚さ約0.2mm辺長約５mmの正方
形板の中央部に直径約1.5mmの円形電極が対向し
て形成され、両面の円形電極から基板端部に外部
接続用電極が引出されている。第２図のエネルギ
ーとじ込め共振子ではリード端子との接続は振動
にほとんど影響を与えることがない基板の端部で
半田付によつて行われるため特性のばらつきの少
ない信頼性の高い共振子が得られる。しかし従来
のエネルギーとじ込め共振子は「厚みたてモー
ド」あるいは「厚みすべりモード」が利用されて
いるため共振周波数はセラミツク基板の厚さによ
つて定まり、共振周波数を低くしようとすると基
板の厚さが厚くなりこれにほぼ比例して外形寸法
が大きくなることから共振周波数の下限は数
MHzに限られていた。
ところで、この様な「エネルギー閉じ込めモー
ド」とは、広義に解せば、単純な形状を持つ振動
体の一部分に振動エネルギーが集中し、そこから
はずれたほとんど振動しない部分の寸法や、力学
的条件によつて影響されないような共振モードと
言える。上記でも述べた様に、一般にエネルギー
閉じ込めモードを用いた共振子では、最大寸法が
波長に比し著しく大きいにも拘らずスプリアスの
共振応答が少なく、また変位と応力とが零とみな
せる部分が広範囲に存在するため、モードに影響
しないような振動子の支持やリード線の取りつけ
が容易であるという特長があつた。従来使用され
ている共振子やフイルタにおけるエネルギー閉じ
込めの適用は、板の厚み振動（とりわけ遮断周波
数以下の低周波側で伝搬定数が虚数となる低域遮
断型分散特性を持つ厚み振動）に限られており、
そのため適用周波数も数MHz以上のHF帯、
VHF帯に限られていた。
ド」とは、広義に解せば、単純な形状を持つ振動
体の一部分に振動エネルギーが集中し、そこから
はずれたほとんど振動しない部分の寸法や、力学
的条件によつて影響されないような共振モードと
言える。上記でも述べた様に、一般にエネルギー
閉じ込めモードを用いた共振子では、最大寸法が
波長に比し著しく大きいにも拘らずスプリアスの
共振応答が少なく、また変位と応力とが零とみな
せる部分が広範囲に存在するため、モードに影響
しないような振動子の支持やリード線の取りつけ
が容易であるという特長があつた。従来使用され
ている共振子やフイルタにおけるエネルギー閉じ
込めの適用は、板の厚み振動（とりわけ遮断周波
数以下の低周波側で伝搬定数が虚数となる低域遮
断型分散特性を持つ厚み振動）に限られており、
そのため適用周波数も数MHz以上のHF帯、
VHF帯に限られていた。
本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたもの
で、圧電磁器板を小型にし、しかも数MHz以下
の低周波にも適用できるようにしたもので、駆動
電極部分の遮断周波数を周辺部分のそれより高く
することにより、共振点付近の周波数で周辺部分
の伝搬定数が虚数となる様にして、エネルギー閉
じ込めを実現する、いわゆる、周波数上昇型エネ
ルギー閉じ込めを利用した圧電磁器矩形板の横効
果型幅たて振動圧電共振子を提供するにある。
で、圧電磁器板を小型にし、しかも数MHz以下
の低周波にも適用できるようにしたもので、駆動
電極部分の遮断周波数を周辺部分のそれより高く
することにより、共振点付近の周波数で周辺部分
の伝搬定数が虚数となる様にして、エネルギー閉
じ込めを実現する、いわゆる、周波数上昇型エネ
ルギー閉じ込めを利用した圧電磁器矩形板の横効
果型幅たて振動圧電共振子を提供するにある。
本発明の要旨は、厚さ方向に分極された圧電磁
器矩形板の長さ方向の中央部をのぞいた周辺部両
面に、全面あるいはほぼ全面に亘つて電極を施こ
して周辺電極とし、表裏対向する周辺電極を短絡
し、中央部には前記周辺電極より幅のせまい一対
以上のストリツプ状の駆動電極を表裏対向して形
成し、表裏両面の駆動電極を夫々異なる側の周辺
電極に接続し、その周辺電極の夫々をリード線引
き出し端子とすることを特徴とする幅たて振動を
利用した圧電共振子である。
器矩形板の長さ方向の中央部をのぞいた周辺部両
面に、全面あるいはほぼ全面に亘つて電極を施こ
して周辺電極とし、表裏対向する周辺電極を短絡
し、中央部には前記周辺電極より幅のせまい一対
以上のストリツプ状の駆動電極を表裏対向して形
成し、表裏両面の駆動電極を夫々異なる側の周辺
電極に接続し、その周辺電極の夫々をリード線引
き出し端子とすることを特徴とする幅たて振動を
利用した圧電共振子である。
有限幅の薄い圧電磁器平板を伝わる幅たて振動
は、大抵の圧電体で高域しや断型の分散特性を示
し、そのエネルギー閉じ込め法は周波数上昇型と
なる。第３図の様に、厚さ方向に分極された圧電
磁器板１（幅Ｈ、厚さｔ）の表裏両面に対向する
幅H1の電極２，２′を形成してやると、この時の
圧電磁器板１を伝わる幅たて振動の分散曲線は第
４図の様になる。図中実線が無電極の場合、破線
が全面電極の場合であり、また鎖線は部分電極を
（H1／Ｈ＝0.2の比に）構成した場合の曲線であ
る。この図から分るように、幅たて振動では、板
面に設ける電極の幅と板幅との比H1／Ｈによつ
て遮断周波数を制御することができる。図におい
て伝搬定数０の垂線と交じわる周波数Ωcが部分
電極とした場合の遮断周波数である。
は、大抵の圧電体で高域しや断型の分散特性を示
し、そのエネルギー閉じ込め法は周波数上昇型と
なる。第３図の様に、厚さ方向に分極された圧電
磁器板１（幅Ｈ、厚さｔ）の表裏両面に対向する
幅H1の電極２，２′を形成してやると、この時の
圧電磁器板１を伝わる幅たて振動の分散曲線は第
４図の様になる。図中実線が無電極の場合、破線
が全面電極の場合であり、また鎖線は部分電極を
（H1／Ｈ＝0.2の比に）構成した場合の曲線であ
る。この図から分るように、幅たて振動では、板
面に設ける電極の幅と板幅との比H1／Ｈによつ
て遮断周波数を制御することができる。図におい
て伝搬定数０の垂線と交じわる周波数Ωcが部分
電極とした場合の遮断周波数である。
この様な結果の下に、第５図に示す様に、厚さ
方向に分極された矩形磁器平板１（幅Ｈ、長さ
l0、厚さｔ）の中央部両面に駆動電極２および
２′をＨより小さくした幅H1として形成し、長さ
方向の中央部をのぞいた左右周辺部の表裏両面に
周辺電極３，３′および４，４′を全面あるいはほ
ぼ全面に施こし表裏の対向する周辺電極を夫々短
絡する。この結果、中央部の遮断周波数は周辺部
のそれより高くなり、中央駆動電極部に横効果幅
たて振動の周波数上昇型のエネルギー閉じ込めが
実現出来る。
方向に分極された矩形磁器平板１（幅Ｈ、長さ
l0、厚さｔ）の中央部両面に駆動電極２および
２′をＨより小さくした幅H1として形成し、長さ
方向の中央部をのぞいた左右周辺部の表裏両面に
周辺電極３，３′および４，４′を全面あるいはほ
ぼ全面に施こし表裏の対向する周辺電極を夫々短
絡する。この結果、中央部の遮断周波数は周辺部
のそれより高くなり、中央駆動電極部に横効果幅
たて振動の周波数上昇型のエネルギー閉じ込めが
実現出来る。
第５図ａは厚さ方向断面を示し、同ｂ図は表面
の電極構造、同ｃ図は裏面の電極構造を示した。
表面の駆動電極２は周辺電極３と接続してあり、
裏面の駆動電極２′は周辺電極４′に接続して構成
され、対向する表裏周辺電極３と４および３′と
４′とが夫々短絡され、リード引き出し端子５お
よび５′が取りつけられる。図においてｇは駆動
電極２（又は２′）と周辺電極３′（又は２′に対
して４）のギヤツプを示す。
の電極構造、同ｃ図は裏面の電極構造を示した。
表面の駆動電極２は周辺電極３と接続してあり、
裏面の駆動電極２′は周辺電極４′に接続して構成
され、対向する表裏周辺電極３と４および３′と
４′とが夫々短絡され、リード引き出し端子５お
よび５′が取りつけられる。図においてｇは駆動
電極２（又は２′）と周辺電極３′（又は２′に対
して４）のギヤツプを示す。
図に示す様に、中央の駆動電極２および２′を
夫々周辺電極３および４′に接続させた電極構成
とすれば、周辺電極はリード線引き出し端子とし
て利用出来る。また振動エネルギーが中央部に集
中しているため周辺電極にリード線を半田付けし
ても、周辺部を支持、固定しても共振特性に影響
を与えることはない。
夫々周辺電極３および４′に接続させた電極構成
とすれば、周辺電極はリード線引き出し端子とし
て利用出来る。また振動エネルギーが中央部に集
中しているため周辺電極にリード線を半田付けし
ても、周辺部を支持、固定しても共振特性に影響
を与えることはない。
次ぎに圧電磁器矩形板にセラミツク圧電材
NEPEC―６（東北金属工業(株)製）を用いた場合
の実施例を示す。
NEPEC―６（東北金属工業(株)製）を用いた場合
の実施例を示す。
第５図において、共振子の各寸法を夫々Ｈ＝
2.63mml0＝20mm、ｔ＝0.2mm、ｌ＝5.44mm、ｇ＝
0.55mmとし、H1／Ｈを1.0、0.47、0.18にかえて構
成した、第６図は、これらの共振子について測定
したアドミタンス特性を示す。
2.63mml0＝20mm、ｔ＝0.2mm、ｌ＝5.44mm、ｇ＝
0.55mmとし、H1／Ｈを1.0、0.47、0.18にかえて構
成した、第６図は、これらの共振子について測定
したアドミタンス特性を示す。
この図より明らかなように中央駆動電極の幅
を、すなわち、H1／Ｈを小さくして、H1／Ｈを
0.5程度以下にすると、共振周波数近傍での余計
な振動が除去され、シヤープできれいな共振特性
になることがわかる。
を、すなわち、H1／Ｈを小さくして、H1／Ｈを
0.5程度以下にすると、共振周波数近傍での余計
な振動が除去され、シヤープできれいな共振特性
になることがわかる。
なお、この共振子と同じ周波数（約2MHz）を
得るためには、従来の厚みすべり振動のエネルギ
ー閉じ込めを利用した共振子を構成すると、板の
厚さ約２mm、板の直径50mm程度の極めて大きな寸
法のものとなる。本実施例では、この様な従来の
ものに比べて極めて小型になり、しかもその特性
が優れていることを明らかにしている。
得るためには、従来の厚みすべり振動のエネルギ
ー閉じ込めを利用した共振子を構成すると、板の
厚さ約２mm、板の直径50mm程度の極めて大きな寸
法のものとなる。本実施例では、この様な従来の
ものに比べて極めて小型になり、しかもその特性
が優れていることを明らかにしている。
上記実施例では、中央駆動電極の配置を磁器矩
形板の幅方向の中央にしているが、第７図に示す
様に、２つに分割した表面の駆動電極２ａ，２
ｂ、裏面の駆動電極２a′，２b′で構成しても良
い。この分割した駆動電極の位置を幅三次モード
の幅方向の応力分布（同ｃ図）が零となる位置に
合わせれば、幅三次モードの共振応答を抑圧する
ことが出来る。
形板の幅方向の中央にしているが、第７図に示す
様に、２つに分割した表面の駆動電極２ａ，２
ｂ、裏面の駆動電極２a′，２b′で構成しても良
い。この分割した駆動電極の位置を幅三次モード
の幅方向の応力分布（同ｃ図）が零となる位置に
合わせれば、幅三次モードの共振応答を抑圧する
ことが出来る。
この様な効果を比較する実験例として、前記実
施例と同じ材料の磁器矩形板（長さl0＝20mm、厚
さｔ＝0.2mm）に第８図ａ図およびｂなる寸法の
電極を、前記同様板中央に両面に対向して形成し
た。第９図は、このようにした時の共振応答（ア
ドミタンス特性）で、曲線ａは第８図のａの場
合、曲線ｂは第８図ｂの電極構成の場合であつ
て、駆動電極を分割することにより、幅三次モー
ドの共振応答を完全に抑圧していることを示して
いる。
施例と同じ材料の磁器矩形板（長さl0＝20mm、厚
さｔ＝0.2mm）に第８図ａ図およびｂなる寸法の
電極を、前記同様板中央に両面に対向して形成し
た。第９図は、このようにした時の共振応答（ア
ドミタンス特性）で、曲線ａは第８図のａの場
合、曲線ｂは第８図ｂの電極構成の場合であつ
て、駆動電極を分割することにより、幅三次モー
ドの共振応答を完全に抑圧していることを示して
いる。
以上実施例ではジルコンテタン酸鉛系の圧電磁
器材についてのみ説明したが、LiNbO3、
LiTaO3等の圧電性単結晶、あるいはBaTiO3、
PbTiO3等の圧電磁器材でも同様可能であり、本
実施例に限定を加えるものではない。
器材についてのみ説明したが、LiNbO3、
LiTaO3等の圧電性単結晶、あるいはBaTiO3、
PbTiO3等の圧電磁器材でも同様可能であり、本
実施例に限定を加えるものではない。
以上本発明について説明したが、圧電横効果型
の幅たて振動の周波数上昇型エネルギー閉じ込め
を利用することにより、共振子の寸法が著しく小
さくなり、MF帯（0.3〜3MHz）の低周波でもと
じ込め型共振子が適用可能となつた。本発明の共
振子はセラミツクフイルタ、セラミツク発振回路
の共振子として有効であり、産業上に与える効果
は極めて顕著である。
の幅たて振動の周波数上昇型エネルギー閉じ込め
を利用することにより、共振子の寸法が著しく小
さくなり、MF帯（0.3〜3MHz）の低周波でもと
じ込め型共振子が適用可能となつた。本発明の共
振子はセラミツクフイルタ、セラミツク発振回路
の共振子として有効であり、産業上に与える効果
は極めて顕著である。
第１図は455kHzセラミツクフイルタ等に用い
られる従来のセラミツク共振子の斜視図であり、
第２図は従来のエネルギー閉じ込め型10.7MHz
用セラミツク共振子の斜視図である。第３図は本
発明を説明するための幅たて振動用圧電板の斜視
図で、第４図は、第３図での電極幅を変化させた
時の夫々の分散特性を示す図である。第５図は本
発明による圧電共振子の構成を示すａ断面図、お
よびｂ表側ｃ裏側の平面図である。第６図は本発
明による実施例の実験結果を示す共振子特性曲線
で、H1／Ｈを1.0、0.47、0.18とした場合の曲線
が夫々ａ，ｂ，ｃである。第７図は本発明による
圧電共振子の他の実施例の構成例であり、第８図
は本発明による両実施例に用いた電極寸法を示
し、第９図はこの時のアドミタンス特性の比較を
示す図である。 図において１：圧電磁器板、２，２′，２ａ，
２ｂ，２a′，２b′：駆動電極、３，３′，４，
４′：周辺電極、５，５′：リード引き出し端子。
られる従来のセラミツク共振子の斜視図であり、
第２図は従来のエネルギー閉じ込め型10.7MHz
用セラミツク共振子の斜視図である。第３図は本
発明を説明するための幅たて振動用圧電板の斜視
図で、第４図は、第３図での電極幅を変化させた
時の夫々の分散特性を示す図である。第５図は本
発明による圧電共振子の構成を示すａ断面図、お
よびｂ表側ｃ裏側の平面図である。第６図は本発
明による実施例の実験結果を示す共振子特性曲線
で、H1／Ｈを1.0、0.47、0.18とした場合の曲線
が夫々ａ，ｂ，ｃである。第７図は本発明による
圧電共振子の他の実施例の構成例であり、第８図
は本発明による両実施例に用いた電極寸法を示
し、第９図はこの時のアドミタンス特性の比較を
示す図である。 図において１：圧電磁器板、２，２′，２ａ，
２ｂ，２a′，２b′：駆動電極、３，３′，４，
４′：周辺電極、５，５′：リード引き出し端子。
Claims (1)
- １ 厚さ方向に分極された圧電磁器矩形板の長さ
方向の中央部をのぞいた周辺部両面に、全面ある
いはほぼ全面に亘つて電極を施こして周辺電極と
し、表裏対向する周辺電極を短絡し、中央部には
前記周辺電極より幅のせまい一対以上のストリツ
プ状の駆動電極を表裏対向して形成し、表裏両面
の駆動電極を夫々異なる側の周辺電極に接続し、
その周辺電極の夫々をリード引き出し端子とする
ことを特徴とする幅たて振動を利用した圧電共振
子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3696080A JPS56134817A (en) | 1980-03-25 | 1980-03-25 | Piezoresonator using width longitudinal oscillation |
| US06/241,738 US4356421A (en) | 1980-03-25 | 1981-03-09 | Piezoelectric resonators of an energy-trapping type of a width extensional vibratory mode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3696080A JPS56134817A (en) | 1980-03-25 | 1980-03-25 | Piezoresonator using width longitudinal oscillation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56134817A JPS56134817A (en) | 1981-10-21 |
| JPS6327887B2 true JPS6327887B2 (ja) | 1988-06-06 |
Family
ID=12484303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3696080A Granted JPS56134817A (en) | 1980-03-25 | 1980-03-25 | Piezoresonator using width longitudinal oscillation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56134817A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4511202A (en) * | 1981-12-29 | 1985-04-16 | Fujitsu Limited | Ceramic resonator and a ceramic filter using the same |
-
1980
- 1980-03-25 JP JP3696080A patent/JPS56134817A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56134817A (en) | 1981-10-21 |
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