JPS6322484B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、振動モードとしてエツジモードを用
いた共振子および変換子を結合子によつて弾性的
に結合させた構成のエツジモード・メカニカルフ
イルタに関するものである。

従来、中波帯中間周波（IF）用フイルタとし
ては、円板または正方形板の輪郭振動を利用した
セラミツクフイルタ、あるいは円板の屈曲振動、
棒の縦振動および円柱のねじり振動を利用したメ
カニカルフイルタが用いられている。このような
従来のセラミツクフイルタ、メカニカルフイルタ
においては、共振子や変換子の支持、および入出
力リード線の取り付けは、一般に振動の節の部分
に支持線あるいはリード線を半田付する方法、突
起を有する端子板を圧接する方法等によつて行わ
れてきた。

しかし振動の節では変位は零であるが応力は零
ではなく、例えば、振動の節に半田を付加した場
合、半田がステイフネスとして作用し共振周波数
を上昇させる原因となる。また、矩形板の屈曲振
動の節の部分に、支持およびリード線を取り付け
た場合には変位は零でも回転モーメントによる振
動への影響は避けられない。一方、端子板を圧接
する方法による場合には、接触部のずれによる特
性のバラツキや、振動、衝撃による接触不良など
が実用上大きな問題となる。

このような問題点を根本的に解決する為、本発
明者らは特願昭54−156067号、特願昭54−156068
号に示したように、圧電板の端部にのみ集中した
振動エネルギー分布を持つエツジモードを利用す
ることを提案した。また、実際にこれを用いたエ
ツジモード・圧電共振子および三端子フイルタを
開発し、これらにより、寸法が小形で、支持やリ
ード線の取り付けの影響がほとんどない良好な特
性の中波帯用の共振子およびセラミツクフイルタ
が得られることを示した。

本発明は、このようなエツジモードをさらにメ
カニカルフイルタに応用したもので、特にメカニ
カルフイルタの構成要素である共振子、変換子の
振動モードにエツジモードを用いたことを特徴と
するものである。

以下、本発明を図面を用いてさらに詳しく説明
する。

まず、本発明のメカニカルフイルタの説明に入
る前に、すでに、特願昭54−156067号で明らかに
したエツジモード共振子についてその特徴を簡単
に述べる。

第１図は、厚さの薄い矩形板のエツジモードの
振動パターンである。第２図はこのモードの面積
歪分布の計算結果を示したものである。第２図の
中に示した数値は、その最大値を10とした場合の
面積歪の相対値である。これらの図から、このモ
ードの振動エネルギーは端部に著しく集中してお
り、端面から板幅のおよそ1.5倍程度以上離れた
ところでは、変位、応力ともほとんど零となり、
この部分を支持、固定しても振動には影響を与え
ないことが分る。

このようなエツジモードを用いた共振子の一構
成例を第３図に示す。

第３図は、本発明では少くとも入力あるいは出
力用共振子に用いる圧電磁器共振子の電極構造の
一例を示す平面図である。ａは表面電極、２は裏
面電極である。

厚さ方向（紙面に垂直）に分極した圧電磁器板
（長さＬ，幅２Ｈ）の端部近傍の表裏両面に夫々
駆動電極２及び３をスパツタリング等で形成す
る。この駆動電極２及び３はエツジモード振動を
効果的に励振するために、第２図で示したよう
に、面積歪分布の形状を合わせるために概略半円
形としている。

また、第２図の面積歪分布において、駆動電極
２及び３に相当する部分の面積歪の符号と反対の
符号で相対値の大きい磁器板の端部近傍の両側部
表裏両面に対向して２組の逆位相駆動電極４，６
及び５，７を形成する。

表面電極４及び６は振動にほとんど影響のない
他端にリードされ接続される。そして、端子２′
及び４′，６′間で電気信号が入力または出力され
る。

この場合、共振子材料としては厚さ方向に分極
された圧電磁器板を用いる。図示のように駆動電
極を第２図の面積歪分布に合わせた形状にするこ
とによりエツジモードの効果的な励振が可能にな
る。このエツジモード共振子１の共振子周波数は
矩形板１ａの幅２Ｈによつてほとんど決定され
る。圧電磁器板を用いた場合共振周波数を455K
Hzに選べば、板の幅２Ｈは約３mmとなり、従つ
て、固定部分も含めた矩形板１ａの長さＬを幅２
Ｈの約2.5倍にとるとすれば、板の全長Ｌは約7.5
mmとなる。従つて、エツジモードを利用すること
により、この周波数帯でも非常に小形で支持の容
易な共振子を実現できることが分る。

次に、本発明のエツジモード・メカニカルフイ
ルタについて説明する。

第３図で示したような構成とした２個のエツジ
モード共振子１，１′を結合子８によつて弾性的
に結合させた最も基本的な構造のエツジモード・
メカニカルフイルタを第４図・第５図に示す。第
４図は、板面に垂直な方向に共振子１，１′を配
置して結合子８を付ける位置を基板の端部に選
び、また第５図は共振子１，１′を横方向に並べ
基板の側面に結合子８をつけている。第４図・第
５図において、入力側の共振子１の電極４ａ，６
ａと出力側の電極４a′，６a′を接続し、これらを
共通接地端子とし、入力共振子の電極２ａにリー
ド線を付けて入力端子Ｐ，出力側共振子の電極
２′ａにリード線を付けて出力端子Ｑとする。ま
た、前述のようにエツジモードでは、その振動エ
ネルギーが基板の端部に集中しているため、共振
子１，１′の支持固定は振動エネルギーが存在し
ない基板のもう一方の端部９で行なう。

前記第４図および第５図の構成を発展させ多段
構成、すなわち、複数の共振子と変換子を結合子
で弾性結合させたメカニカルフイルタの構造を第
６図と第７図、および第８図と第９図にそれぞれ
示す。ここで、第６図は板厚方向に並べた各共振
子を板の端部に付けた結合子８によつて結合させ
る場合、第７図は結合子８ａの他に板の側面につ
けた結合子８ｂによつて行なう場合の構成であ
る。一方、第８図と第９図は、共振子を横方向に
配置し、側面で結合子８により弾性結合させる場
合の構成を示すが、第９図では第８図と異なり、
結合子８と共振子を一体として、一枚の基板から
打ち抜いて作ることができるようにしたものであ
る。このように共振子１０の数を増加すれば、そ
れに応じて急峻な遮断特性を実現することができ
る。

入出力の２個の変換子１および１′との間に入
る共振子１０は必ずしも駆動電極を付ける必要は
なく、その共振子材料としてはエリンバーなどの
恒弾性合金を用いることもできる。

第１０図は、本発明のメカニカルフイルタの実
施例を示したもので、第４図の構成であつて、板
の幅２Ｈ＝2.7（mm）、長さＬ＝6.8mmの共振子２個
と、直径ｄ＝０，３mm、長さl_c＝2.5mmの結合子に
よつて結合させた場合のフイルタ特性を示す。図
示のように保証減衰量として約30dBの値が得ら
れており、また遮断特性や通過域損失の面でも良
好な特性が実現されている。

以上、本発明の具体的構成例について説明した
が、この原理にもとづくメカニカルフイルタの構
成は前記構成例にのみ限定されるものではない。
上述の変換子の電極の形状は、上述の形状の電極
のほかに、本発明者らが既に特願昭54−156067〜
８号提案しているように、振動子端部に矩形電
極、あるいはエツジモードの面積歪分布に合わせ
た半円状電極を用いても良いことは当然である。

又、共振子の材料にはエリンバー等の恒弾性合
金、あるいは変換子と同じ圧電材料を用いること
もできる。エリンバーを用いた場合には、両端の
共振子にZnO等の圧電膜あるいは薄い圧電セラミ
ツク膜をうけて、これを変換子とすることもでき
る。さらに入・出力変換子として、ここではエツ
ジモードを利用した変換子を用いたが、この代わ
りに従来メカニカルフイルタに用いられている屈
曲振動などの他の振動モードを用いた変換子を使
用することも可能である。

以上、本発明によれば、振動に全く影響を与え
ずに支持固定あるいはリードの引き出しが可能と
なり、この結果、極めて製作が容易で、かつ良好
なフイルタ特性を有し、バラツキの小さい、耐衝
撃・耐振性の良い高品質・高信頼性のメカニカル
フイルタを提供でき、その産業界に与える価値は
極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図はエツジモード振動の説明図で
あり、第１図はエツジモード振動の振動パター
ン、第２図は面積歪分布図である。第３図は本発
明の経過を説明するためのエツジモードセラミツ
ク共振子の電極構成を示すものでａは表面、ｂは
裏面をそれぞれ示すものであり、第４図は本発明
によるエツジモード・メカニカルフイルタの基本
構成例である。第５図は本発明の他の基本構成例
を示す。第６図〜第９図も本発明による他の実施
構成例を示す斜視図である。第１０図は第４図の
構成のメカニカルフイルタの実施例のフイルタ特
性を示す。 １，１′…エツジモード変換子、１ａ…基板、
２，３，３ａ，３ｂ…駆動電極、４，５，６，７
…逆位相駆動電極、８，８ａ，８ｂ…結合子、９
…固定部、１０…共振子、１１…溝、Ｌ…共振子
（変換子）の長さ、２Ｈ…共振子（変換子）の幅、
Ｐ…入力端子、Ｑ…出力端子、l_g…溝の深さ、w_g
…溝の幅。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 長方形（長さＬ，幅２Ｈ，厚さＴとし、但し
   Ｌ≫２Ｈ，Ｔ≪２Ｈとする）の厚み方向に分極し
   た圧電磁器板を２個以上間隔をおいて固定し、こ
   れら圧電磁器板の長手方向端部の近傍のみに振動
   エネルギーが集中して圧電磁器板のコーナーが円
   弧状に伸縮し変位するエツジモードを伝達するた
   めに前記圧電磁器板相互に端部あるいは側部を結
   合子で弾性的に結合し、さらに、前記２個以上の
   圧電磁器板のうち２個を入力及び出力用の共振子
   とし、これら入力及び出力用共振子には圧電磁器
   板の端部でしかも幅方向の中央部を中心に振動に
   よる面積歪が大きい部分に弧状の駆動電極を少く
   とも形成し、圧電磁器板の幅の1.5倍より遠い距
   離にある点を支持固定して構成したことを特徴と
   するエツジモード・メカニカルフイルタ。