JPS6322485B2 - - 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
いたメカニカルフイルタに関するものである。

本発明は、AMラジオや通信機などの中間周波
増幅回路などに用いられるメカニカルフイルタに
おいて、新しい振動モードを利用して支持やリー
ド線の取付けの容易な信頼性の高いメカニカルフ
イルタを提供するものである。

従来、セラミツクフイルタやメカニカルフイル
タは、使用される共振周波数や比帯域幅などの用
途に応じて各種の振動モードが利用されており、
共振周波数や数ＭHz以下の場合には、板の輪郭振
動や屈曲振動あるいは棒の長さ振動など素子全体
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一辺の長さ約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い
る。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
がある。後者では半田付作業が難しいうえに特性
のばらつきが大きいという欠点があつた。

第３図は、通信機用として実用されている円柱
の縦振動を利用したメカニカルフイルタの構成図
で、これはエリンバーなどの恒弾性合金で作られ
た複数の機械共振子を縦振動結合子によつて多段
に結合させた構造のものである。この場合、フイ
ルタの入出力電気機械変換部には、一般に圧電磁
器円板を間に接着したランジユバン形の変換器が
用いられている。このメカニカルフイルタの支持
固定には、振動に対する影響の少ないスポンジな
どによつて素子を両側からはさむような支持固定
方法がとられている。しかし、この方法では素子
の安定した支持固定が困難で、耐衝撃性，耐振性
などが実用上問題となつている。

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。そのため
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。そのため、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。

本発明は、以上に示した従来のセラミツクフイ
ルタやメカニカルフイルタの欠点を除き、主とし
て中波周波数帯で使用される外形寸法的にも実用
的な支持やリード端子の取付けの容易なメカニカ
ルフイルタを提供するものであり、長方形弾性体
基板の端部近傍にのみ振動エネルギーが集中した
エツジモード振動を利用し、振動の存在しないも
う一方の端部を支持固定することを特徴としてい
る。

本発明は、一枚の弾性的基板にスリツトを設け
て複数個のエツジモード共振子を形成し、各スリ
ツト底部で、これらの共振子を弾性的に結合させ
るようにしたことを特徴とするエツジモード・メ
カニカルフイルタである。

一枚の弾性体基板上に設けられたエツジモード
共振子は、エツジモードの振動特性から、このス
リツトの深さがある程度以上深くなれば互いに独
立な共振子となるが、スリツトが浅くなれば、ス
リツトの底部で隣りあう共振子が互いに弾性的に
結合するようになる。

本発明は、このようなエツジモードの特性をメ
カニカルフイルタの構成に応用したものである。

以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明す
る。

第４図ａ，ｂはエツジモード共振子の一構成例
であり、動作原理及び特性の詳細はすでに特願昭
54−156067号，特願昭54−156068号で述べてある
ので、ここでは簡単にその概要のみを述べること
にする。

厚さ方向に分極された幅2H，長さＬ，厚さｔ
の圧電磁器板１ａ（但しｔ≪2H，2H≪Ｌ）を考
え、その端部に駆動電極３ａ，４ａおよび２ａ，
５ａを形成する。図のように、裏面電極の４ａと
５ａを互いに接続しておけば、電極２と３を端子
とするエツジモード共振子が得られる。この場
合、第５図のエツジモードの面積歪（Δ）の分布
を考慮し、面積歪の大きいところに半円状駆動電
極および逆位相駆動電極を設ければエツジモード
の効果的な励振が可能となる。

第６図は、本発明の基本的なエツジモード・メ
カニカルフイルタの構成例を示したものである。
図において、６ａは圧電磁器基板、３ａ，３a′，
４ａ，４a′は半円状駆動電極、２ａ，２′ａ，５
ａ，５′ａは逆位相駆動電極である。表面の駆動
電極３ａ，３′ａおよび逆位相電極２ａ，２′ａに
は外部リード端子３，３′，２，２′とが付けら
れ、２，２′は共通接地され、３および３′にリー
ド線が付けられ夫々入力端子Ｐおよび出力端子Ｑ
とする。また裏面の駆動電極４ａ，４′ａは逆位
相電極５ａ，５′ａと接続されている。２個のエ
ツジモード共振子を、これらの間に設けたスリツ
ト７の底部で弾性的に結合させることにより、エ
ツジモード振動を利用したメカニカルフイルタが
構成される。

即ち、電極２と２′を接地端子とし、３を入力
端子、３′を出力端子とすれば良い。

このようなエツジモード・メカニカルフイルタ
における２つの共振子間の弾性結合の強さを実験
的に測定した結果を第７図に示す。ここでは、基
板６ａにPZT（チタン酸ジルコン酸鉛）圧電磁器
（電気機械結合係数k310.3）を用い、長さＬを
20mm，厚さｔを0.3mm，板幅2Hを5.6mmとし、スリ
ツト７の幅Wgを500μｍ（Wg／2H＝0.1）および
150μｍ（Wg／2H＝0.03）とし、スリツト７の深
さlgを種々変化させて弾性的結合の強さαを測定
した。図において、破線がWg＝500μｍの場合で
あり、実線がWg＝150μｍの結果である。Wgの
小さい方がαは大きく、弾性的結合の強いことが
分る。

スリツト７の寸法をlg／2H＝0.87，Wg／2H＝
0.03にしたときの二重モード・メカニカルフイル
タの試作結果を第８図に示す。ここで第８図ａは
フイルタの動作減衰特性，ｂはスプリアス特性で
ある。

これらの図から分るように、3dB帯域幅は8.0k
Hzで比帯域幅で約３％の広帯域特性が実現されて
おり、また通過域の挿入損は2.0dBとかなり小さ
い。図ｂのスプリアス特性では、1MHz付近に
WE3モードによる−12dBのスプリアスが生じて
いるが、電極形状を工夫すれば容易に抑圧するこ
とが可能である。

第９図は本発明のエツジモード・メカニカルフ
イルタの多段構成の一例を示したものである。入
出力側の駆動電極を付けたエツジモード共振子の
間に多数のエツジモード共振子を構成し、前述の
場合と同様、スリツト底部でこれら共振子を弾性
的に結合させている。

このような多段構成を採ることにより、急峻な
遮断特性と大きな保証減衰量を有するエツジモー
ド・メカニカルフイルタを実現することができ
る。なお、この場合、メカニカルな中間の共振部
分には必ずしも駆動電極を設ける必要はない。
が、これらにも同様な電極をつけておけば周波数
合わせが容易になる。

以上、本発明について説明したが、本発明はこ
れらの実施例にのみ限定されるものではない。

即ち、共振子に付ける電極の形状は、先に本発
明者らが出願した特願昭54−156067号および特願
昭54−156068号に示したように逆位相駆動電極を
用いずに半円状電極のみを用いた構成あるいは矩
形電極を用いた構成でも良いことは勿論である。

また、本実施例では、圧電磁器板を用いたが、
LiNbO³，LiTaO₃等の圧電結晶基板でも良く、
また非圧電性のエリンバーなどの基板を用いても
良い。但し、非圧電性基板を用いる場合、入出力
側の共振子には圧電磁器板などを接着したりZnO
等の圧電膜を付けるなどする必要がある。

以上、本発明について説明したが、本発明によ
れば、振動の存在しない部分での強固な支持固定
あるいはリード引き出しを可能とし、この結果、
フイルタ特性が良好で、バラツキが小さく、耐衝
撃・耐振性の良い高品位・高信頼性のフイルター
が実現され、その製作もより容易となる等、産業
界に与えるその実用的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、455kHzセラミツクフイルタに用い
られている従来のセラミツク共振子，第２図は、
従来のエネルギーとじ込め型セラミツク共振子の
それぞれ斜視図である。第３図は従来のメカニカ
ルフイルタの一構成例である。第４図は本発明の
経過を説明するためのエツジモード共振子の電極
構造で、ａは表面，ｂは裏面を示すものである。
第５図はエツジモード振動の面積歪分布を表わす
図である。第６図は本発明によるエツジモード型
メカニカルフイルタの構成例で、ａは表面，ｂは
裏面，ｃは断面図を示す。第７図はスリツトの寸
法を変化した時の弾性的結合の強さを示す図であ
る。第８図は、第４図に示す二重モード・メカニ
カルフイルタの特性で、ａは通過域特性，ｂはス
プリアス特性を示す。第９図は本発明の他の構成
例を示す斜視図である。 １，９，９′…エツジモード共振子（入出力変
換子）、１ａ，６ａ，８ａ…弾性基板、２，３…
外部接続端子、２ａ，２′ａ…表面の逆相駆動電
極、３ａ，３′ａ…表面の駆動電極、４ａ…裏面
の駆動電極、５ａ…裏面の逆相駆動電極、７，
７′…スリツト、１０…共振子、Ｐ…入力リード
端子、Ｑ…出力リード端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 長方形（幅2H，長さＬ，厚さｔ；但しｔ≪
   2H，2H≪Ｌ）の弾性体の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該板のコーナ
   ーが円弧状に伸縮して変化するエツジモード共振
   子を共振子ユニツトとし、この共振子ユニツトの
   ２個以上が、幅方向に並びかつ隣り合う共振子ユ
   ニツトの間の端部のスリツト（但しスリツト幅
   Wgはユニツトの幅2Hの約1/10以下）で互いに区
   画されるように単一の弾性板上に形成され、該ス
   リツト底部で互いに隣り合う共振子ユニツトが弾
   性的結合され、しかも、前記２個以上の共振子ユ
   ニツトのうち、２つをそれぞれ入力用及び出力用
   の共振子とし、その入力及び出力用共振子の端部
   の幅方向の中央部を中心に振動する面積歪の大き
   い部分に駆動電極を形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。