JPS63284920A

JPS63284920A - 圧電振動子

Info

Publication number: JPS63284920A
Application number: JP62119249A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Okamoto; 幸博岡本; Hitoshi Sekimoto; 仁関本; Toshiki Suganuma; 菅沼　俊樹
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 1987-05-16
Filing date: 1987-05-16
Publication date: 1988-11-22

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】（発明の利用分野）本発明は厚みすべり振動が励起されろ圧電振動子を利用
分野とし、特に厚みすべり振動の主振動に対する非調和
振動の振動レベルを低減した水晶振動子に関する。

（発明の背景）厚みすべり振動が励起される水晶振動子は、共振係数を
示すＱ値が高いことに加え、常温付近で平坦な周波数温
度特性を示すことから、発振子及び共振子として特に通
信機器の発振器やフィルタに有用される。例えば、フィ
ルタ用の共振子としては単一モードを利用（７たものや
、多重モードを利用１７た所謂ＭＣＦ　（Ｍｏｎｏｌｉ
ｔｈｉｃ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｆｉｌｔｅｒ）等がある。

近年では、通信網の増大による混信や通話品質等の向上
を計るべ（、スプリアスの少ない共振子が望まれている
。

（背景技術）第７図及び第８図はこの種の水晶振動子を説明する図で
ある。なお、第７図（ａ）は切断方位図、同図（ｂ）は
水晶片の平面図、同図（ｃ）は同断面図、第８図（ａ）
は主振動、同図（ｂ）は非調和振動の変位分布を示す図
である。

水晶片１は結晶軸（Ｘ、ｙＸＺ）のｙ軸に直交するｘ−
ｚ主面がｙ軸を中心としてｙからＺ軸の方向に略３５°
　１５′回転してＡＴカットと呼ばれる角度で切断し、
例えば円板状に形成されろ。

なお、新たにできた軸をｙ’　、Ｚ’軸とする。両主面
（ｘ　　ｚ’而）には対向した励振電極２．３が形成さ
れ、両端外周部に引き出し電極４．５を延出する。励振
電極２．３は板面より小さい径で形成して厚みすべり振
動を電極内に閉じ込め、厚みすべり振動以外の例えば輪
郭系等の振動を抑止する。引き出し電極４．５は、励振
電極径に対し通常０．５以下に設定して等価定数の変化
をきたさないようにし、外部の接続電極とする。

厚みすべり振動は、水晶片の両主面がＸ軸方向で互いに
反対方向に変位する振動姿態で、主振動ｆ０と非調和振
動ｆ３が励起される。そして、基本波及びオーバトーン
の主振動（及びこれに付随した非調和振動）周波数は大
略水晶片１の厚みｔによって決定され、詳細には励振電
極２．３の厚み、大きさ等による負荷質量効果により変
化する。

主振動ｆ０はモード記号（ｙ％ｘ％　ｚ）で表記すると
（ｙｌ　１．１）で示され、ｙ軸及びｚ’軸方向の励振
電極内ではその中央部を最大として余弦的、電極外では
指数関数的に減少する変位分布になる「第８図（ａ）」
。

なお、モード記号（７％”％Ｚ）中、ｙは厚み（ｙ’軸
）方向の半波長の数即ちオーバトーンの次数、ｘｌｚは
各々励振電極部におけるｘ、ｚ’軸方向の変位分布の振
動の腹の数を表す。（従って、例えば３次オーバトーン
の主振動は（３，１，１）で表記される）。

一方、非調和振動はｘ、ｚの少なくともいずれかを２以
上の例えば（ｙ、３．１）としたモード記号で表される
。この場合にはＸ軸方向には３つの振動の腹をもつ変位
分布とし「第８図（ｂ）」、ｚ’軸方向には前述した主
振動ｆ、と同様に電極内を余弦的な変位分布とする。そ
して、非調和振動ｆ、は主振動周波数より高域側に発生
し、その周波数配置関係は（ｆ、−ｆ。）／【。Ｏｍｌ
／ｆ−で示される。

従って、この水晶振動子は、第９図に示したように、主
振ｒＩｈｒ　６を利用して発振子あるいは共振子とする
と、例えば（ｙ、１．３）、（ｙ、３．１）モードの非
調和振１ｌＪｔ−ｔ、ｆ、が主振動周波数に近接して強
勢なスプリアスとして発生する。

特に共振子と１７で例えば２個使用してラチス型等のフ
ィルタを構成すると、所定の通過帯域外に非調和振動に
よるスプリアスが不要帯域を形成して通過帯域外の保証
減衰量を低下させ、例えば通信機等に雑音として弊害を
招来していた。

（従来技術及び欠点）上述したことから、従来では、例えば励振Ｔ＆極２．３
の径や厚みを小さくしてプレートパック量即ち励振電極
による周波数低下量を少なくし、主振動以外の非調和振
動を閉じ込めないようにしていた。また、第１０図に示
したように、水晶片１の主面に接着剤等の付加物６を施
して非調和振動を機械的に抑圧し、非調和振動の振動レ
ベルを低減させていた。

しかし、励振電極２．３の径を小さくすると主振動のＣ
Ｉ（クリスタルインピーダンス）増大により挿入損失を
多くして通過帯域内特性を劣化させる。そして、等価定
数のインダクタンスは大きく、容量は小さく制限される
ので設計の自由度が損なわれる。また、励振電極２．３
の厚みを小さくすると、良好な導電性を維持する上で制
約を受けて充分な効果を期待できない。また、付加物６
を施す場合には、ＣＩ及び作業性を低下させる問題があ
った。

（発明の目的）本発明は主振動に対する影響が少なく非調和振動の振動
レベルを小さくして作業性が良好な圧電振動子を提供す
ることを目的とする。

（発明の解決手段）本発明は、励振電極の径に対する引き出し電極の幅の比
を大きくすると非調和振動の振動レベルが低下する現象
に着目し、励振電極内に閉じ込められた厚みすべり振動
のうち特に非調和振動が引き出１７電極部分を大量に伝
播して吸収減衰した結果であることを解明し、厚みすべり振動のうち特に主振動のみを励振電極内に閉
じ込めかつ非調和振動を励振電極外に伝播して減衰させ
ることを基本的な技術思想とし、励振′ｒａ極から非調
和振動の伝播する外周方向に遮断周波数が主振動周波数
より高くて所望の非調和振動周波数より低い導波路を形
成し、かつ該導波路の幅すと励振電極の径ａとの比ｂ／
ａを０゜５以上に設定して該導波路中に振動吸収材を設
けたことを解決手段とする。

（発明の作用）本発明は導波路を非調和振動の伝播方向に形成しその遮
断周波数を主振動周波数より高くて非調和振動周波数よ
り低（したので、主振動は励振電極内に閉じ込められ、
非調和振動は導波路を伝播する。導波路の幅すを励振ｍ
極の径ａに対し０゜５以上として導波路中に振動吸収材
を設けたので、非調和振動の伝播量を大として振動エネ
ルギーを吸収して減衰させる作用がある。以下、本発明
を説明する。

（発明の説明）第１図乃至第３図は本発明を説明するで、前従来例図と
同一部分には同番号を付与してその説明は簡略する。な
お、第１図（ａ）は水晶片の平面図、同図（ｂ）は同断
面図、第２図は遮断周波数を定義する水晶片の図、第３
図はは周波数配列及びエネルギー閉じ込め効果の周波数
領域を示す図である。

先ず、水晶片１は前従来例と同様に、ＡＴカットで円板
状に加工され、両主面に形成した矩形状の励振電極２．
３２．３からｚ’軸方向の両端外周部に幅すの引き出し
Ｍ極４．５を延出されているとする［第１図（ａ）（ｂ
）Ｊ。

ここで、水晶片（１）自体、引き出し電極４．５及び励
振電極２．３を形成した水晶片１の遮断周波数をそれぞ
れｆｌ、ｆｔ、及びｆ３とする「第１図（ｂ）」。なお
、基本波及びオーバトーンの遮断周波数は通常水晶片を
無°限板とし厚みのみを境界条件として決定される共振
周波数と定義されるが、本発明では水晶片、励振電極及
び引き出し電極を実際の有形のものとし、水晶片自体、
励振電極及び引き出し電極がそれぞれ独立して存在する
水晶片の共振周波数を便宜上それぞれの遮断周波°数と
する［第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）Ｊ。

そして、引き出しＭ極４．５及び励振電極の厚みを一定
とすると、各遮断周波数ｆ１、「２、ｆ３の周波数配列
は質量負荷効果によすｆｔ＞ｆ２＞ｆ３となる「第３図
」。従って、励振電極部分（励振電極２．３の対向した
部分）８におけるエネルギー閉じ込め効果が生ずる周波
数領域（以下閉じ込め領域とする）Δｆ□は水晶片１と
励振電極２．３を形成したときの水晶片の遮断周波数（
以下励振電極の遮断周波数とする）との間即ちｆ８、と
ｔ３の間になる。（従って、例えばｚ’軸方向に伝播す
る（ｙｌｌ、３）モードの非調和振動ｆ□が閉じ込め領
域Δｆ□内にある場合には（ｙ、１゜１）モードの主振
動ｆ、とともに励起されて強勢なスプリアスになる。）一方、引き出し電極部分（引き出し′ｒｓ極４．５の厚
み方向への延長部分）７の閉じ込め領域ΔＦ、を想定す
ると、水晶片１と引き出し電極４、５を形成したときの
水晶片の遮断周波数（以下引き出し電極の遮断周波数と
する）との間即ちＦｌと１２の間になる。従って、励振
電極部分８に閉じ込められた非調和振動「、のうち、水
晶片１と引き出し電極７の遮断周波数ｆ１、ｆ２の間に
あり、特に伝播方向が引き出し電極部分７と同方向にあ
る非調和振動ｆ　、ｓは引き出し電極部分７を導波路と
して伝播することになる。

以上から、引き出し電極の遮断周波数ｆ２を主振動周波
数（略励振電極８の遮断周波数１．）より高くて閉じ込
め領域Δｆ１内にある非調和振動周波数より低く設定し
てかつ引き出し電極４．５を非調和振動［、ｊの伝播方
向と同じ方向に延出することにより、引き出し電極部分
７を導波路とすることができる。そして、例えば導波路
の両端外周部に振動吸収材を施せば非調和振動ｆ、ｊは
吸収されて減衰する。

そして、非調和振動ｆ　、）を例えば（ｙｌｌ、３）モ
ードの非調和振１ｆｉｔ−ｔとすると、Ｘ軸方向には中
央領域を最大変位量とした余弦波状変位分が励振電極部
分内に閉じ込められてｚ’軸方向に伝播するので、基本
的には導波路の幅を励振電極径に一致させることにより
非調和振ｒＮｊＪｆ、□の振動エネルギーの殆どを外周
部に伝播させて吸収できる。また、導波路の幅を励振電
極径に対してその中心を一致させて０．５以上にすれば
Ｘ軸方向の最大変位部分を伝播するので、非調和振動エ
ネルギーの多くを吸収して振動レベルを低減できる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を実験結果に基づき説明する。

なお、水晶振動子の図は前第１図を参照し、その説明は
省略する。

この実施例では、水晶片１の励振電極２．３から引き出
し電極４．５が延出したｚ’軸方向の両端外周部に導電
性接着剤が施され図示しない保持具を電機的・機械的に
接続する。

なお、水晶片１の直径を５．５＋ｎｍ、励振電極２．３
のＸ軸方向の径ａを１．５ｍｍ、ｚ’軸方向を１．６ｍ
ｍ、引き出し電極の幅をｂとし、１振＊ｔｏを（３，１
，１）モードのオーバトーン振動とする。そして、主振
動ｆ０における水晶片及び励振電極の遮断周波数ｆ１、
ｆ、はそれぞれ略４５゜２５　Ｍ　Ｈｚ及び４５．０９
ＭＨｚとする。

このような構成の水晶振動子は、第４図に示したように
、主振動周波数は略４５，０９ＭＨｚとなり、略４５，
２１ＭＨｚ近傍に（３，１，３）、４５．２４ＭＨｚに
（３，３，１）モードの非調和振動ｆ、□、ｆ＊２を発
生する。

従って、この実施例では引き出し電極の遮断周波数ｆ２
を主振動周波数ｆ、　（４５，０９ＭＨｚ）と非調和振
動ｆ　、１（４５，２１ＭＨｚ）との間に設定すること
により、非調和振！＠ｆ−ｔの導波路とすることができ
る。計算結果では引き出し電極の幅すを略０，５ｍｍ以
上即ち電極径ａと引き出し電極幅すの比ｂ／ａ（以下電
極幅比ｂ／ａとする）を０．３以上にすれば、その遮断
周波数ｆ２を非調和振動ｆ１１より低くできる。

第５図は電極幅比ｂ／ａを変化させたときの主振動に対
する非調和振動ｆ１８、ｔ、２の減衰量特性図である。

なお、図中の曲線イは非調和振ａｔ−ｔ、曲線口は非調
和振’ａｔ−ｔの減衰量特性を示し、横軸は電極幅比ｂ
／ａ、縦軸は主振動レベルを同一値のＯｄＢとした非調
和振動レベルの減衰量である。

先ず、非調和振＃ｔ＊ｉ（曲線イ）の減衰量は、？４極
幅比ｂ／ａが略０．５５までは略９ｄＢから１３ｄＢに
緩やかに増加し、０．５５から１．１までは１３ｄＢか
ら３５ｄＢまで比較的に急激に増大し、１．１以上にな
ると略３５ｄＢ付近で一定値になる。すなわち、電極幅
比ｂ／ａが０．５５以下では、非調和振動ｆ、１のＸ軸
方向の変位分布に対し導波路の幅が狭いためにその伝播
が抑止されて伝播量の増加が少なく、導波路としての機
能を充分に果さない。ｂ／ａが０．５を越えると非調和
振＠ｆ、□の最大変位部分の振動エネルギーが伝播して
導波路としての機能を発揮し始め、その幅に比例して非
調和振Ｗｈｆ□の伝播量が増大する。そして、ｂ／ａが
１．１以上では非調和振動ｔｓｔの振動エネルギーの殆
どが伝播し、導電性接着剤を振動吸収材として吸収減衰
することを示している。

一方、非調和振動ｆ、２（曲線口）の減衰量は引き出し
電極の幅に拘らず略３０ｄＢを中心とした一定値で、引
き出し電極の遮断周波数ｆ２が非調和振動Ｆ、２より低
くても減衰量が増加していない。

すなわち、非調和振動ｆ、２はその伝播方向がＸ軸方向
であるため、非調和振動ｆ、□の導波路として作用しな
いことを示している。

従って、この実施例では引き出し電極をｚ’軸方向に延
出して電極幅比ｂ／ａを０．５５以上とすることにより
、非調和域￥！ｈｆｓｉに対する導波路としての機能を
充分に発揮させることができる。

そして、その外周部に振動吸収材を施すことにより非調
和域！１ｌｔ−Ｘの振動レベルを低減できる。

なお、電極幅比ｂ／ａを０．３以下例えば０゜１として
引き出し電極の遮断周波数を非調和振動ｆ□より高くし
た場合を示していないが、この場合には引き出１７電極
部分７が導波路として作用しないので非調和域＠ｆ□の
減衰量は更に少なくなる。

（他の実施例）第６図（ａ）’（ｂ）は本発明の他の実施例を説明する
水晶片の平面図である。。なお、前実施例と同一部分に
は同番号を付与してその説明は省略する。

この実施例はＸ軸及びｚ’軸方向に伝播する（ｙｌｌ、
３）（ｙ、３．１）モードのいずれの非調和域！ｌ！１
Ｉｆ０、Ｅ、２も減衰する構成を示すものである。すな
わち、励振電極２．３からＸ軸及びｚ’軸方向について
それぞれ反対方向の両端外周部に導波路となる引き出し
電極（４，５）及び（４′、５″）を延出し「第２図（
ａｌｌ、あるいはＸ軸方向については一方の主面の両端
外周部に引き出し電極４　ｊ　、ｊ　）を延出し、その
幅ｂ１ｄを励振電極２．３のＸ及びｚ’軸方向の径ａ１
Ｃに対していずれも０．５以上とする。Ｘ軸、及びｚ′
軸方向の両端外周部にはそれぞれ振動吸収材としての図
示しない導電性接着剤を塗布する。

例えばｚ’軸方向の両端は図示しない保持部材により電
気的・機械的に接続されろ。

なお、Ｘ軸及びｚ’軸方向の引き出し電極の遮断周波数
はそれぞれ主振動周波数より高＜（ｙｌｌ、３）及び（
ｙ、３．１）モードの非調和振動周波数より低い周波数
に設定される。例えば、電極幅比ｂ／ａ、ｄ／ｃを０．
５以上としても導波路となる遮断周波数が得れない場合
には引き出し電極上に例えば質量を付加して質量負荷効
果により遮断周波数を低下させて非調和振動ｆ０、ｆ、
２より低くする。

従って、この実施例では、励振電極部分７に閉じ込めら
れた（ｙｌｌ、３）及び（ｙ１３．１）モードの非調和
振動がそれぞれの導波路を大量に伝搬する。そして、導
電性接着剤に吸収されるので（ｙ、１．３）及び（ｙ、
３．１）モードの非調和振動レベルを低減することがで
きる。

（他の事項）なお、上記実施例では、励振電極から引き出しＩｆ：ｓ
極を延出して導波路を形成したが、例えば外部と接続す
る引き出し電極とは別に絶縁体を施して導波路としても
よい。そして、例えば励振Ｍ極上に空隙をもって電極板
を配設し水晶片に振動を励起できるので、本発明では必
ずしも外部と接続する引き出し電極は必要としない。ま
た、圧電振動子は水晶振動子として単一モードのものを
説明したが、例えば他の圧電材料からなる二重モードを
利用したＭＣＦにも適用できる。また、励振電極は矩形
状としたが、円状であってもその効果は奏する。さらに
、第１実施例では主振動を３次オーバトーンの（３，１
，１）モード、非調和振動を（３，１，３）モードとし
たが、基本波あるいはオーバトーン次数に拘らず（ｙ、
１．１）主振動に対して発生する任意の非調和振動を減
衰することができる。さらに、振動吸収材は導波路の延
出した水晶片の両端外周部に設けたが、例えば導波路自
体を振動吸収材から形成してもよい。

（発明の効果）本発明は、厚みすべり振動の主振動のみ励振電極内に閉
じ込めかつ非調和振動を励振電極外に伝播して減衰させ
ることを基本的な技術思想とし、励振電極から外周方向
に遮断周波数が主振動周波数より高くて所望の非調和振
動周波数より低い導波路を形成して該導波路の幅ａと励
振電極の径すとの比ｂ／ｎｒ！！０．５以上に設定し、
該導波路中に振動吸収材を設けたので、主振動に影響を
及ぼすことなく非調和振動の振動レベルが小さくて作業
性が良好な圧電振動子を提供でき、産業上の効果は極め
て大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明及び一実施例を説明する図で
、第１図（ａ）は水晶片の平面図、同図（ｂ）は同断面
図、第２図は遮断周波数を定義する水晶片の図、第３図
は周波数配列及び閉じ込め範囲を示す図である。第４図は本発明の一実施例の水晶振動子における伝送特
性図である。第５図は本発明の一実施例の効果を説明す
る非調和振？（３，１，３）モー・ドの減衰量特性図で
ある。第６図（ａ）（ｂ）は本発明の他の実施例を説明Ｊる水
晶片の平面図である。第７図は背景技術を説明する水晶振動子の図で、同図（
ａ）は水晶片の切断方位を示す図、同図（ｂ）は平面図
、同図（Ｃ）は断面図、第８図（ａ）は主振動の同図（
ｂ）は非調和振動の変移分布を示す図、第９図はこの水
晶振動子の共振特性図、第１０図は水晶振動子の一従来
例を示す図である。１・・・水晶片、２．３・・・励振電極、４．５・・・
引き出（７電極、６・・・付加物、７・・・励振電極部
分、８・・引き出ｊ７電極部分。味　　　　　　　　　　　　　　　　　鋏第３図イ鼠第　４　図４５．０９　　　４５．２１　　４５．２４　　　　ｆ
ＭＨ７第５図第６図第７区（ｂ）　　　　　　　　　　　（Ｃ）第８ｒＭ ↑ 第１０Ｅ！１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電片の両主面に厚みすべり振動を励起する対向
した励振電極が形成されかつ圧電片の遮断周波数と主振
動周波数との間に少なくとも一つ以上の非調和振動を有
する圧電振動子において、前記励振電極部分から非調和
振動の伝播する圧電片の外周部方向に遮断周波数が主振
動周波数より高くて所望の非調和振動周波数より低い導
波路を形成し、かつ励振電極の径ａと前記導波路の幅ｂ
の比ｂ／ａを０．５以上に設定して前記非調和振動を伝
播させ、該導波路に振動吸収材を設けて主振動に対する
非調和振動を減衰せしめたことを特徴とする圧電振動子
。
（２）前記導波路は質量負荷効果により形成された第１
項記載の圧電振動子。
（３）前記導波路は前記励振電極から互いに反対方向の
両端外周部に延出した第１項記載の圧電振動子。
（４）前記導波路の延出した反対方向の両端外周部は結
晶軸のｘ軸方向にある第３項記載の圧電振動子。
（５）前記反対方向の両端外周部は結晶軸のｚ’軸方向
である第３項記載の圧電振動子。
（６）前記導波路は外部と接続する引き出し電極である
第３項、第４項及び第５項記載の圧電振動子。
（７）前記導波路は前記励振電極から直交する方向の両
端部外周部に延出した第１項記載の圧電振動子。
（８）前記直交する両端外周部は結晶軸のｘ及びｚ’軸
にある第７項記載の圧電振動子。
（９）前記導波路のうち少なくとも一方の両端外周部へ
延出した導波路は外部と接続する引き出し電極である第
７項及び第８項記載の圧電振動子。
（１０）前記振動吸収材は導波路の延出した外周部に設
けられた第１項記載の圧電振動子。