JPH11220378A - Ultrasonic switching element - Google Patents
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- JPH11220378A JPH11220378A JP3401198A JP3401198A JPH11220378A JP H11220378 A JPH11220378 A JP H11220378A JP 3401198 A JP3401198 A JP 3401198A JP 3401198 A JP3401198 A JP 3401198A JP H11220378 A JPH11220378 A JP H11220378A
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、非圧電板に接触す
ることにより電気信号を発生させる超音波スイッチング
素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic switching element that generates an electric signal by contacting a non-piezoelectric plate.
【従来の技術】超音波方式による従来のタッチパネル
は、非圧電板に弾性表面波を励振させ、その非圧電板に
接触することにより弾性表面波が減衰するということを
利用したものである。非圧電板に弾性表面波を励振する
従来の方法としては、バルク波振動子を用いたくさび形
トランスデューサにより間接的に励振する方法、圧電薄
膜トランスデューサにより直接的に励振する方法等が挙
げられる。これら従来の超音波タッチパネルでは応答時
間、感度、耐久性、工作精度、加工性および量産性等の
点で問題があり、使用周波数領域も制限されており、信
号処理の仕方が複雑で、リモートコントロールが困難で
ある。従って、超音波方式によるタッチパネルを応用し
てスイッチング素子を作成することが難しかった。2. Description of the Related Art A conventional touch panel based on an ultrasonic method utilizes the fact that a surface acoustic wave is excited on a non-piezoelectric plate and the surface acoustic wave is attenuated by contact with the non-piezoelectric plate. Conventional methods of exciting a surface acoustic wave to a non-piezoelectric plate include a method of indirectly exciting a wedge-shaped transducer using a bulk wave oscillator, and a method of directly exciting a piezoelectric thin film transducer. These conventional ultrasonic touch panels have problems in response time, sensitivity, durability, machining accuracy, workability, mass productivity, etc., the frequency range used is limited, the signal processing method is complicated, and remote control Is difficult. Therefore, it was difficult to produce a switching element by applying a touch panel based on an ultrasonic method.
【発明が解決しようとする課題】従来、超音波方式によ
るタッチパネルを応用してスイッチング素子を作成する
ことは困難であった。本発明の目的は、加工性、耐久性
および量産性に優れ、低消費電力化を図ることが可能
で、応答時間が短く、信号処理の仕方が簡単で、回路の
規模も小さく、小型軽量で、使用しやすさに優れ、無線
信号も送信できる超音波スイッチング素子を提供するこ
とにある。Heretofore, it has been difficult to produce a switching element by applying an ultrasonic touch panel. An object of the present invention is excellent in workability, durability and mass productivity, low power consumption, short response time, simple signal processing, small circuit size, small size and light weight. An object of the present invention is to provide an ultrasonic switching element which is excellent in ease of use and can transmit a radio signal.
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の超音波
スイッチング素子は、圧電基板、非圧電板、入力用およ
び出力用すだれ状電極から成る超音波スイッチング素子
であって、前記入力用および出力用すだれ状電極は前記
圧電基板の上端面に設けられ、前記非圧電板の下端面
は、前記圧電基板の前記上端面に前記入力用および出力
用すだれ状電極を介して固着され、前記出力用すだれ状
電極の電極指の交差領域は、1個のグループRi(i=
1)から成るか、またはN個のグループRi(i=1,
2,……,N)と2つの前記グループRiおよびR(i+1)
に挟まれた(Nー1)個の部分Qi{i=1,2,…
…,(N−1)}から成り、前記各グループRiは2つ
の部分RiaおよびRibと、それらに挟まれた部分Ri mか
ら成り、前記部分RiaおよびRibそれぞれの電極指の方
向は前記入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、
前記部分RiaおよびRibそれぞれの電極周期長は前記入
力用すだれ状電極の電極周期長Pと等しく、前記部分R
imの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角
αの傾きを有し、前記部分Rimの電極指に直交する方向
での電極指の周期長PRNは、前記電極周期長Pとcosα
との積に等しく、前記部分Rimの電極交差幅には、前記
部分Rimの電極指の方向での交差幅LRPと、前記入力用
すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅LRNとの
2種類があり、前記交差幅LRPは、前記交差幅LRNとse
cαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Pの半分
とcosecαとの積に等しく、前記部分Qiの電極指は前記
入力用すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有
し、前記部分Qiの電極指に直交する方向での電極指の
周期長PQNは、前記電極周期長Pとcosβとの積に等し
く、前記部分Qiの電極交差幅には、前記部分Qiの電極
指の方向での交差幅LQPと、前記入力用すだれ状電極の
電極指に平行な方向での交差幅LQNとの2種類があり、
前記交差幅LQPは前記交差幅LQNとsecβとの積に等し
く、前記部分RiaおよびRibそれぞれの電極交差幅と、
前記交差幅LRNと、前記交差幅LQNの合計は、前記入力
用すだれ状電極の電極交差幅Lとほぼ等しく、前記入力
用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対応する周
波数の電気信号を入力されることにより、前記圧電基板
の前記上端面の表面近傍に前記電極周期長Pとほぼ等し
い波長を有する弾性表面波を励振し、その弾性表面波を
前記非圧電板の上端面に伝搬させ、前記部分Riaおよび
Ribは、前記弾性表面波を電気信号EiaおよびEib(i
=1,2,……,N)にそれぞれ変換し、前記電気信号
EiaおよびEibを合成することにより生ずる電気信号の
振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極
は、前記非圧電板の前記上端面において、前記部分Ria
およびRibそれぞれに対応する超音波伝搬路Ziaおよび
Zib(i=1,2,……,N)を形成し、前記出力用す
だれ状電極は、前記非圧電板の前記上端面を人指または
物体が接触して前記超音波伝搬路ZiaおよびZibのうち
の1つZXaが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路
ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対応する電気信号E
Xbを出力するか、または前記非圧電板の前記上端面を接
触して前記超音波伝搬路ZXbが遮断されたときにのみ、
前記超音波伝搬路ZXaに対応する電気信号EXaを出力す
る。請求項2に記載の超音波スイッチング素子は、圧電
基板、非圧電板、入力用および出力用すだれ状電極から
成る超音波スイッチング素子であって、前記入力用およ
び出力用すだれ状電極は前記圧電基板の上端面に設けら
れ、前記非圧電板の下端面は、前記圧電基板の前記上端
面に前記入力用および出力用すだれ状電極を介して固着
され、前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、
N個の部分Ai(i=1,2,……,N)と、2つの前
記部分AiおよびA(i+1)に挟まれた(N−1)個の部分
Bi{i=1,2,……,(N−1)}から成り、前記
出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、(N+1)
個の部分Ci{i=1,2,……,(N+1)}と、2
つの前記部分CiおよびC(i+1)に挟まれたN個の部分D
i(i=1,2,……,N)から成り、前記部分Aiの電
極指の方向は前記部分Ciの電極指の方向と平行で、前
記部分Biの電極指は前記部分Aiの電極指に対し角−β
の傾きを有し、前記部分Biの電極指に直交する方向で
の電極指の周期長PBNは、前記部分AiおよびCiの電極
周期長Pとcosβとの積に等しく、前記部分Biの電極交
差幅には、前記部分Biの電極指の方向での交差幅LBP
と、前記部分Aiの電極指に平行な方向での交差幅LBN
との2種類があり、前記交差幅LBPは前記交差幅LBNと
secβとの積に等しく、前記部分Diの電極指は前記部分
Ciの電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Diの電
極指に直交する方向での電極指の周期長PDNは、前記電
極周期長Pとcosαとの積に等しく、前記部分Diの電極
交差幅には、前記部分Diの電極指の方向での交差幅L
DPと、前記部分Ciの電極指に平行な方向での交差幅L
DNとの2種類があり、前記交差幅LDPは、前記交差幅L
DNとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長P
の半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Aiの電極指
の交差幅および前記交差幅LBNの合計は、前記部分Ci
の電極指の交差幅および前記交差幅LDNの合計にほぼ等
しく、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pに
ほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることによ
り、前記圧電基板の前記上端面の表面近傍に前記電極周
期長Pとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振し、
その弾性表面波を前記非圧電板の上端面に伝搬させ、前
記出力用すだれ状電極は、前記弾性表面波をN個の電気
信号Eia(i=1,2,……,N)およびN個の電気信
号Eib(i=1,2,……,N)に変換し、前記電気信
号EiaおよびEibを合成することにより生ずる電気信号
の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電
極は、前記非圧電板の前記上端面において、N個の超音
波伝搬路Zia(i=1,2,……,N)およびN個の超
音波伝搬路Zib(i=1,2,……,N)を形成し、前
記出力用すだれ状電極は、前記非圧電板の前記上端面を
人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Ziaおよび
Zibのうちの1つZXaが遮断されたときにのみ、前記超
音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対応する
電気信号EXbを出力するか、または前記非圧電板の前記
上端面を接触して前記超音波伝搬路ZXbが遮断されたと
きにのみ、前記超音波伝搬路ZXaに対応する電気信号E
Xaを出力する。請求項3に記載の超音波スイッチング素
子は、入力用および出力用圧電基板、非圧電板、入力用
および出力用すだれ状電極から成る超音波スイッチング
素子であって、前記入力用および出力用すだれ状電極は
前記入力用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面
に設けられ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記
入力用および出力用圧電基板それぞれの前記一方の板面
またはもう一方の板面を介して前記非圧電板の上端面に
固着され、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域
は、1個のグループRi(i=1)から成るか、または
N個のグループRi(i=1,2,……,N)と2つの
前記グループRiおよびR(i+1)に挟まれた(Nー1)個
の部分Qi{i=1,2,……,(N−1)}から成
り、前記各グループRiは2つの部分RiaおよびR
ibと、それらに挟まれた部分Ri mから成り、前記部分R
iaおよびRibそれぞれの電極指の方向は前記入力用すだ
れ状電極の電極指の方向と平行で、前記部分Riaおよび
Ribそれぞれの電極周期長は前記入力用すだれ状電極の
電極周期長Pと等しく、前記部分Rimの電極指は前記入
力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、前
記部分Rimの電極指に直交する方向での電極指の周期長
PRNは、前記電極周期長Pとcosαとの積に等しく、前
記部分Rimの電極交差幅には、前記部分Rimの電極指の
方向での交差幅LRPと、前記入力用すだれ状電極の電極
指に平行な方向での交差幅LRNとの2種類があり、前記
交差幅LRPは、前記交差幅LRNとsecαとの積に等しい
とともに、前記電極周期長Pの半分とcosecαとの積に
等しく、前記部分Qiの電極指は前記入力用すだれ状電
極の電極指に対し角±βの傾きを有し、前記部分Qiの
電極指に直交する方向での電極指の周期長PQNは、前記
電極周期長Pとcosβとの積に等しく、前記部分Qiの電
極交差幅には、前記部分Qiの電極指の方向での交差幅
LQPと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向
での交差幅LQNとの2種類があり、前記交差幅LQPは前
記交差幅LQNとsecβとの積に等しく、前記部分Riaお
よびRibそれぞれの電極交差幅と、前記交差幅LRNと、
前記交差幅LQNの合計は、前記入力用すだれ状電極の電
極交差幅Lとほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、
前記電極周期長Pにほぼ対応する周波数の電気信号を入
力されることにより、前記入力用圧電基板に前記電極周
期長Pとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振し、
その弾性表面波を前記非圧電板の前記上端面に伝搬させ
た後、前記出力用圧電基板に伝搬させ、前記部分Riaお
よびRibは、前記弾性表面波を電気信号EiaおよびEib
(i=1,2,……,N)にそれぞれ変換し、前記電気
信号EiaおよびEibを合成することにより生ずる電気信
号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状
電極は、前記非圧電板の前記上端面において、前記部分
RiaおよびRibそれぞれに対応する超音波伝搬路Ziaお
よびZib(i=1,2,……,N)を形成し、前記出力
用すだれ状電極は、前記非圧電板の前記上端面を人指ま
たは物体が接触して前記超音波伝搬路ZiaおよびZibの
うちの1つZXaが遮断されたときにのみ、前記超音波伝
搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対応する電気信
号EXbを出力するか、または前記非圧電板の前記上端面
を接触して前記超音波伝搬路ZXbが遮断されたときにの
み、前記超音波伝搬路ZXaに対応する電気信号EXaを出
力する。請求項4に記載の超音波スイッチング素子は、
入力用および出力用圧電基板、非圧電板、入力用および
出力用すだれ状電極から成る超音波スイッチング素子で
あって、前記入力用および出力用すだれ状電極は前記入
力用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設け
られ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用
および出力用圧電基板それぞれの前記一方の板面または
もう一方の板面を介して前記非圧電板の上端面に固着さ
れ、前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、N
個の部分Ai(i=1,2,……,N)と、2つの前記
部分AiおよびA(i+1)に挟まれた(N−1)個の部分B
i{i=1,2,……,(N−1)}から成り、前記出
力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、(N+1)個
の部分Ci{i=1,2,……,(N+1)}と、2つ
の前記部分CiおよびC(i+1)に挟まれたN個の部分Di
(i=1,2,……,N)から成り、前記部分Aiの電
極指の方向は前記部分Ciの電極指の方向と平行で、前
記部分Biの電極指は前記部分Aiの電極指に対し角−β
の傾きを有し、前記部分Biの電極指に直交する方向で
の電極指の周期長PBNは、前記部分AiおよびCiの電極
周期長Pとcosβとの積に等しく、前記部分Biの電極交
差幅には、前記部分Biの電極指の方向での交差幅LBP
と、前記部分Aiの電極指に平行な方向での交差幅LBN
との2種類があり、前記交差幅LBPは前記交差幅LBNと
secβとの積に等しく、前記部分Diの電極指は前記部分
Ciの電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Diの電
極指に直交する方向での電極指の周期長PDNは、前記電
極周期長Pとcosαとの積に等しく、前記部分Diの電極
交差幅には、前記部分Diの電極指の方向での交差幅L
DPと、前記部分Ciの電極指に平行な方向での交差幅L
DNとの2種類があり、前記交差幅LDPは、前記交差幅L
DNとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長P
の半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Aiの電極指
の交差幅および前記交差幅LBNの合計は、前記部分Ci
の電極指の交差幅および前記交差幅LDNの合計にほぼ等
しく、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pに
ほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることによ
り、前記入力用圧電基板に前記電極周期長Pとほぼ等し
い波長を有する弾性表面波を励振し、その弾性表面波を
前記非圧電板の前記上端面に伝搬させた後、前記出力用
圧電基板に伝搬させ、前記出力用すだれ状電極は、前記
弾性表面波をN個の電気信号Eia(i=1,2,……,
N)およびN個の電気信号Eib(i=1,2,……,
N)に変換し、前記電気信号EiaおよびEibを合成する
ことにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力
用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板の前記上
端面において、N個の超音波伝搬路Zia(i=1,2,
……,N)およびN個の超音波伝搬路Zib(i=1,
2,……,N)を形成し、前記出力用すだれ状電極は、
前記非圧電板の前記上端面を人指または物体が接触して
前記超音波伝搬路ZiaおよびZibのうちの1つZXaが遮
断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ZXaと対を成す
超音波伝搬路ZXbに対応する電気信号EXbを出力する
か、または前記非圧電板の前記上端面を接触して前記超
音波伝搬路ZXbが遮断されたときにのみ、前記超音波伝
搬路ZXaに対応する電気信号EXaを出力する。請求項5
に記載の超音波スイッチング素子は、前記圧電基板の厚
さdが前記電極周期長Pのほぼ3倍以上であり、前記非
圧電板の厚さhは前記電極周期長Pよりも小さく、前記
非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、前記
圧電基板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも小
さく、前記圧電基板の分極軸の方向は、その厚さdの方
向と平行であり、前記弾性表面波は0次モードおよび1
次以上の高次モードの波で、前記0次モードの弾性表面
波の位相速度は、電気的に短絡状態にある前記圧電基板
単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、前記1
次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、電気的
に開放状態にある前記圧電基板単体に伝搬するレイリー
波の速度とほぼ等しい。請求項6に記載の超音波スイッ
チング素子は、前記各圧電基板の厚さdが前記電極周期
長Pよりも小さく、前記非圧電板の厚さhは前記電極周
期長Pのほぼ3倍以上であり、前記非圧電板単体に伝搬
する弾性表面波の位相速度は、前記各圧電基板単体に伝
搬する弾性表面波の位相速度よりも大きく、前記各圧電
基板の分極軸の方向は、その厚さdの方向と平行であ
り、前記弾性表面波は1次以上の高次モードの波で、前
記1次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前
記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等し
い。請求項7に記載の超音波スイッチング素子は、入力
用および出力用圧電基板、非圧電板、入力用および出力
用すだれ状電極から成る超音波スイッチング素子であっ
て、前記入力用および出力用すだれ状電極は前記入力用
および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けら
れ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用お
よび出力用圧電基板それぞれの前記一方の板面またはも
う一方の板面を介して前記非圧電板の一方の板面に固着
され、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、
1個のグループRi(i=1)から成るか、またはN個
のグループRi(i=1,2,……,N)と2つの前記
グループRiおよびR(i+1)に挟まれた(Nー1)個の部
分Qi{i=1,2,……,(N−1)}から成り、前
記各グループRiは2つの部分RiaおよびRibと、それ
らに挟まれた部分Ri mから成り、前記部分RiaおよびR
ibそれぞれの電極指の方向は前記入力用すだれ状電極の
電極指の方向と平行で、前記部分RiaおよびRibそれぞ
れの電極周期長は前記入力用すだれ状電極の電極周期長
Pと等しく、前記部分Rimの電極指は前記入力用すだれ
状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Rim
の電極指に直交する方向での電極指の周期長PRNは、前
記電極周期長Pとcosαとの積に等しく、前記部分Rim
の電極交差幅には、前記部分Rimの電極指の方向での交
差幅LRPと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な
方向での交差幅LRNとの2種類があり、前記交差幅LRP
は、前記交差幅LRNとsecαとの積に等しいとともに、
前記電極周期長Pの半分とcosecαとの積に等しく、前
記部分Qiの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指
に対し角±βの傾きを有し、前記部分Qiの電極指に直
交する方向での電極指の周期長PQNは、前記電極周期長
Pとcosβとの積に等しく、前記部分Qiの電極交差幅に
は、前記部分Qiの電極指の方向での交差幅LQPと、前
記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅
LQNとの2種類があり、前記交差幅LQPは前記交差幅L
QNとsecβとの積に等しく、前記部分RiaおよびRibそ
れぞれの電極交差幅と、前記交差幅LRNと、前記交差幅
LQNの合計は、前記入力用すだれ状電極の電極交差幅L
とほぼ等しく、前記各圧電基板の厚さdは前記電極周期
長Pよりも小さく、前記入力用すだれ状電極は、電気信
号を入力されることにより前記入力用圧電基板と前記非
圧電板から成る2層構造部BTに超音波を励振し、その
超音波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記出力用圧電
基板と前記非圧電板から成る2層構造部BRに伝搬さ
せ、前記部分RiaおよびRibは、前記超音波を電気信号
EiaおよびEib(i=1,2,……,N)にそれぞれ変
換し、前記電気信号EiaおよびEibを合成することによ
り生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および
出力用すだれ状電極は、前記非圧電板において、前記部
分RiaおよびRibそれぞれに対応する超音波伝搬路Zia
およびZib(i=1,2,……,N)を形成し、前記出
力用すだれ状電極は、前記非圧電板のどちから一方の板
面を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Ziaお
よびZibのうちの1つZXaが遮断されたときにのみ、前
記超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対応
する電気信号EXbを出力するか、または前記非圧電板の
どちから一方の板面を接触して前記超音波伝搬路ZXbが
遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ZXaに対応す
る電気信号EXaを出力する。請求項8に記載の超音波ス
イッチング素子は、入力用および出力用圧電基板、非圧
電板、入力用および出力用すだれ状電極から成る超音波
スイッチング素子であって、前記入力用および出力用す
だれ状電極は前記入力用および出力用圧電基板それぞれ
の一方の板面に設けられ、前記入力用および出力用圧電
基板は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれの前
記一方の板面またはもう一方の板面を介して前記非圧電
板の一方の板面に固着され、前記入力用すだれ状電極の
電極指の交差領域は、N個の部分Ai(i=1,2,…
…,N)と、2つの前記部分AiおよびA(i+1)に挟まれ
た(N−1)個の部分Bi{i=1,2,……,(N−
1)}から成り、前記出力用すだれ状電極の電極指の交
差領域は、(N+1)個の部分Ci{i=1,2,…
…,(N+1)}と、2つの前記部分CiおよびC(i+1)
に挟まれたN個の部分Di(i=1,2,……,N)か
ら成り、前記部分Aiの電極指の方向は前記部分Ciの電
極指の方向と平行で、前記部分Biの電極指は前記部分
Aiの電極指に対し角−βの傾きを有し、前記部分Biの
電極指に直交する方向での電極指の周期長PBNは、前記
部分AiおよびCiの電極周期長Pとcosβとの積に等し
く、前記部分Biの電極交差幅には、前記部分Biの電極
指の方向での交差幅LBPと、前記部分Aiの電極指に平
行な方向での交差幅LBNとの2種類があり、前記交差幅
LBPは前記交差幅LBNとsecβとの積に等しく、前記部
分Diの電極指は前記部分Ciの電極指に対し角αの傾き
を有し、前記部分Diの電極指に直交する方向での電極
指の周期長PDNは、前記電極周期長Pとcosαとの積に
等しく、前記部分Diの電極交差幅には、前記部分Diの
電極指の方向での交差幅LDPと、前記部分Ciの電極指
に平行な方向での交差幅LDNとの2種類があり、前記交
差幅LDPは、前記交差幅LDNとsecαとの積に等しいと
ともに、前記電極周期長Pの半分とcosecαとの積に等
しく、前記部分Aiの電極指の交差幅および前記交差幅
LBNの合計は、前記部分Ciの電極指の交差幅および前
記交差幅LDNの合計にほぼ等しく、前記各圧電基板の厚
さdは前記電極周期長Pよりも小さく、前記入力用すだ
れ状電極は、電気信号を入力されることにより前記入力
用圧電基板と前記非圧電板から成る2層構造部BTに超
音波を励振し、その超音波を前記非圧電板に伝搬させた
後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板から成る2層構
造部BRに伝搬させ、前記出力用すだれ状電極は、前記
超音波をN個の電気信号Eia(i=1,2,……,N)
およびN個の電気信号Eib(i=1,2,……,N)に
変換し、前記電気信号EiaおよびEibを合成することに
より生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用およ
び出力用すだれ状電極は、前記非圧電板において、N個
の超音波伝搬路Zia(i=1,2,……,N)およびN
個の超音波伝搬路Zib(i=1,2,……,N)を形成
し、前記出力用すだれ状電極は、前記非圧電板のどちか
ら一方の板面を人指または物体が接触して前記超音波伝
搬路ZiaおよびZibのうちの1つZXaが遮断されたとき
にのみ、前記超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路
ZXbに対応する電気信号EXbを出力するか、または前記
非圧電板のどちから一方の板面を接触して前記超音波伝
搬路ZXbが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路Z
Xaに対応する電気信号EXaを出力する。請求項9に記載
の超音波スイッチング素子は、前記各圧電基板の分極軸
の方向がその厚さdの方向と平行であり、前記非圧電板
の厚さhは前記各圧電基板の厚さdよりも小さく、前記
非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧
電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きく、
前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対
応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記
2層構造部BTに前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を
有する弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板中に
伝搬させた後、前記2層構造部BRに伝搬させ、前記弾
性波はS0モードおよび1次以上の高次モードの波で、
前記2層構造部BTに励振される前記弾性波の位相速度
は、前記弾性波の周波数fと前記各圧電基板の厚さdと
の積fdが零の近傍にある場合のS0モードの弾性波の
位相速度Vfd=0とほぼ等しい。請求項10に記載の超音
波スイッチング素子は、前記各圧電基板の分極軸の方向
がその厚さdの方向と平行であり、前記非圧電板の厚さ
hは前記各圧電基板の厚さdとほぼ等しく、前記非圧電
板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基板
単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しく、前記入
力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対応する
周波数の電気信号を入力されることにより、前記2層構
造部BTに前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を有する
弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板中に伝搬さ
せた後、前記2層構造部BRに伝搬させ、前記弾性波は
S0モードおよび1次以上の高次モードの波で、前記2
層構造部BTに励振される前記弾性波の位相速度は、前
記弾性波の周波数fと前記各圧電基板の厚さdとの積f
dが零の近傍にある場合のS0モードの弾性波の位相速
度Vfd=0とほぼ等しい。請求項11に記載の超音波スイ
ッチング素子は、前記各圧電基板の分極軸の方向がその
厚さdの方向と平行であり、前記非圧電板の厚さhは前
記各圧電基板の厚さdよりも大きいとともに前記各圧電
基板の厚さdの2倍よりも小さく、前記非圧電板単体に
伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基板単体に伝
搬する弾性波の位相速度よりも小さく、前記入力用すだ
れ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対応する周波数の
電気信号を入力されることにより、前記2層構造部BT
に前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を有する弾性波を
励振し、その弾性波を前記非圧電板中に伝搬させた後、
前記2層構造部BRに伝搬させ、前記弾性波はS0モード
および1次以上の高次モードの波で、前記2層構造部B
Tに励振される前記弾性波の位相速度は、前記弾性波の
周波数fと前記各圧電基板の厚さdとの積fdが零の近
傍にある場合のS0モードの弾性波の位相速度Vfd=0と
ほぼ等しい。請求項12に記載の超音波スイッチング素
子は、前記入力用および出力用圧電基板が、前記入力用
および出力用圧電基板それぞれの前記もう一方の板面を
介して前記非圧電板の一方の板面に固着され、前記各圧
電基板の前記非圧電板との界面は電気的に開放状態にあ
り、前記各圧電基板の分極軸の方向は、前記入力用すだ
れ状電極の電極指の方向と平行であり、前記非圧電板の
厚さhは、前記各圧電基板の厚さdとほぼ等しいかまた
はそれよりも小さく、前記非圧電板は、前記非圧電板単
体に伝搬する横波の位相速度が前記各圧電基板単体に伝
搬する横波の位相速度とほぼ等しいかまたはそれ以下の
物質で成り、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期
長Pにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されること
により、前記2層構造部BTに前記電極周期長Pとほぼ
等しい波長を有するSH波を励振し、そのSH波を前記
非圧電板中に伝搬させた後、前記2層構造部BRに伝搬
させ、前記SH波は0次モードおよび1次以上の高次モ
ードの波で、前記SH波の位相速度は、前記非圧電板単
体に伝搬する横波速度および前記各圧電基板単体に伝搬
する横波速度の平均値とほぼ等しい。請求項13に記載
の超音波スイッチング素子は、前記入力用および出力用
圧電基板が、前記入力用および出力用圧電基板それぞれ
の前記もう一方の板面を介して前記非圧電板の一方の板
面に固着され、前記各圧電基板の前記非圧電板との界面
は電気的に短絡状態にあり、前記各圧電基板の分極軸の
方向は、前記入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行
であり、前記非圧電板の厚さhは前記各圧電基板の厚さ
dよりも大きいとともに前記各圧電基板の厚さdの2倍
よりも小さく、前記非圧電板は、前記非圧電板単体に伝
搬する横波の位相速度が前記各圧電基板単体に伝搬する
横波の位相速度よりも大きい物質で成り、前記入力用す
だれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対応する周波数
の電気信号を入力されることにより、前記2層構造部B
Tに前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を有するSH波
を励振し、そのSH波を前記非圧電板の前記一方の板面
に伝搬させた後、前記2層構造部BRに伝搬させ、前記
SH波は0次モードおよび1次以上の高次モードの波
で、前記SH波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬
する横波速度および前記各圧電基板単体に伝搬する横波
速度の平均値の近傍にあり、前記入力用および出力用す
だれ状電極は、前記非圧電板の前記一方の板面におい
て、前記部分RiaおよびRibそれぞれに対応する超音波
伝搬路ZiaおよびZib(i=1,2,……,N)を形成
し、前記出力用すだれ状電極は、前記非圧電板の前記一
方の板面を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路
ZiaおよびZibのうちの1つZXaが遮断されたときにの
み、前記超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXb
に対応する電気信号EXbを出力するか、または前記非圧
電板の前記一方の板面を接触して前記超音波伝搬路ZXb
が遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ZXaに対応
する電気信号EXaを出力する。請求項14に記載の超音
波スイッチング素子は、前記交差幅LQPが前記電極周期
長Pを前記グループRiの数Nの2倍で除した値と、cos
ecβとの積に等しい。請求項15に記載の超音波スイッ
チング素子は、前記交差幅LBPが前記電極周期長Pを前
記部分Aiの数Nの2倍で除した値と、cosecβとの積に
等しい。請求項16に記載の超音波スイッチング素子
は、前記各圧電基板が圧電セラミックで成る。請求項1
7に記載の超音波スイッチング素子は、前記電気信号E
i-1およびEi -2それぞれの周波数が無線周波数で成る。An ultrasonic wave according to claim 1, wherein:
Switching elements include piezoelectric substrates, non-piezoelectric plates,
Ultrasonic Switching Element Consisting of Interdigital Electrodes and Output ID
Wherein the input and output interdigital transducers are
A lower end surface of the non-piezoelectric plate, provided on an upper end surface of the piezoelectric substrate;
Are the input and output terminals on the upper end surface of the piezoelectric substrate.
The output IDB is fixed through the IDL
The intersection area of the electrode fingers of the electrodes is one group Ri(I =
1) or N groups Ri(I = 1,
2,..., N) and the two groups RiAnd R(i + 1)
(N-1) parts Q sandwiched betweeni{I = 1,2, ...
, (N-1)}, and each group RiIs two
Part RiaAnd RibAnd the portion R sandwiched between themi mOr
The part RiaAnd RibFor each electrode finger
The direction is parallel to the direction of the electrode fingers of the input IDT,
Part RiaAnd RibEach electrode cycle length is
Equal to the electrode period length P of the interdigital transducer,
imOf the input interdigital transducer is angled with respect to the input
the portion RimDirection perpendicular to the electrode finger
Length of electrode finger P atRNIs the electrode period length P and cos α
With the product RimThe electrode intersection width
Part RimWidth L in the direction of the electrode fingerRPAnd for the input
Intersection width L of the interdigital transducer in the direction parallel to the electrode fingersRNWith
There are two types, the intersection width LRPIs the intersection width LRNAnd se
equal to the product of cα and half of the electrode period length P
Is equal to the product ofiThe electrode finger is
Has an inclination of ± β with respect to the electrode fingers of the input IDT
And the part QiElectrode finger in a direction perpendicular to the electrode finger
Period length PQNIs equal to the product of the electrode period length P and cosβ.
And the part QiThe above-mentioned portion QiElectrode
Intersection width L in finger directionQPAnd the input IDT
Intersection width L in the direction parallel to the electrode fingerQNThere are two types,
The intersection width LQPIs the intersection width LQNEqual to the product of
And the portion RiaAnd RibEach electrode intersection width,
The intersection width LRNAnd the intersection width LQNThe sum of
The electrode intersecting width L of the IDT,
The interdigital transducer has a circumference substantially corresponding to the electrode cycle length P.
By receiving an electric signal of a wave number, the piezoelectric substrate
Near the surface of the upper end face of the electrode, and substantially equal to the electrode period length P.
Excitation of surface acoustic waves having a different wavelength
Propagating to the upper end surface of the non-piezoelectric plate, the portion Riaand
RibConverts the surface acoustic wave into an electric signal EiaAnd Eib(I
= 1, 2,..., N),
EiaAnd EibOf the electrical signal generated by combining
The amplitude is zero and the input and output IDTs
Is the portion R on the upper end surface of the non-piezoelectric plate.ia
And RibUltrasonic propagation path Z corresponding to eachiaand
Zib(I = 1, 2,..., N), and
The drooping electrode is a finger or a finger on the upper end surface of the non-piezoelectric plate.
The ultrasonic wave propagation path ZiaAnd ZibOut of
One of ZXaThe ultrasonic propagation path only when
ZXaUltrasonic propagation path Z paired withXbElectrical signal E corresponding to
XbOr contact the upper end face of the non-piezoelectric plate.
Touch the ultrasonic wave propagation path ZXbOnly when is interrupted,
The ultrasonic wave propagation path ZXaElectrical signal E corresponding toXaOutput
You. The ultrasonic switching element according to claim 2 is a piezoelectric switching element.
From substrates, non-piezoelectric plates, input and output IDTs
An ultrasonic switching element comprising:
And an output IDT are provided on the upper end surface of the piezoelectric substrate.
The lower end surface of the non-piezoelectric plate is the upper end of the piezoelectric substrate.
Fixed to the surface via the input and output IDTs
The intersection area of the electrode fingers of the input IDT is
N parts Ai(I = 1, 2,..., N) and before two
Note AiAnd A(i + 1)(N-1) parts sandwiched between
Bi{I = 1, 2,..., (N-1)}
The intersection area of the electrode fingers of the output IDT is (N + 1)
Pieces Ci{I = 1, 2,..., (N + 1)} and 2
Two said parts CiAnd C(i + 1)N parts D sandwiched between
i(I = 1, 2,..., N) and the portion AiNo electricity
The direction of the extreme finger is the part CiParallel to the direction of the electrode fingers of
Note BiThe electrode finger of the part AiAngle -β
The part BiIn the direction perpendicular to the electrode finger
Period length P of the electrode fingerBNIs the part AiAnd CiElectrode
Equal to the product of the period length P and cosβ,iElectrode exchange
In the difference width, the part BiWidth L in the direction of the electrode fingerBP
And the portion AiWidth L in the direction parallel to the electrode fingerBN
And the intersection width LBPIs the intersection width LBNWhen
equal to the product of secβ and the part DiThe electrode finger is the part
CiHas an inclination of an angle α with respect to the electrode finger ofiNo electricity
Period length P of the electrode finger in the direction perpendicular to the pole fingerDNIs the
Equal to the product of the pole period length P and cos α,iElectrode
The crossing width includes the part DiWidth L in the direction of the electrode finger
DPAnd the portion CiWidth L in the direction parallel to the electrode finger
DNAnd the intersection width LDPIs the intersection width L
DNOf the electrode period P
Is equal to the product of half ofiElectrode finger
Intersection width and said intersection width LBNIs the sum of the part Ci
The electrode finger intersection width and the intersection width LDNAlmost equal to the sum of
Preferably, the input IDT has an electrode period length P.
By inputting an electric signal of almost the corresponding frequency
The electrode periphery is located near the top surface of the piezoelectric substrate.
Exciting a surface acoustic wave having a wavelength substantially equal to the period length P,
The surface acoustic wave is propagated to the upper end surface of the non-piezoelectric plate, and
The output interdigital transducer converts the surface acoustic wave into N electric waves.
Signal Eia(I = 1, 2,..., N) and N electrical signals
No. Eib(I = 1, 2,..., N).
No. EiaAnd EibSignal generated by combining
Is zero, and the input and output IDTs are
The poles are N supersonic on the upper end face of the non-piezoelectric plate.
Wave propagation path Zia(I = 1, 2,..., N) and more than N
Sound propagation path Zib(I = 1, 2,..., N)
The output IDT is formed on the upper end surface of the non-piezoelectric plate.
The ultrasonic wave propagation path Z comes in contact with a human finger or an object.iaand
ZibOne of the ZXaOnly when is interrupted
Sound propagation path ZXaUltrasonic propagation path Z paired withXbCorresponding to
Electric signal EXbOr output of the non-piezoelectric plate
The ultrasonic wave propagation path ZXbWas shut off
Only when the ultrasonic wave propagation path ZXaElectrical signal E corresponding to
XaIs output. The ultrasonic switching element according to claim 3.
The input and output piezoelectric substrates, non-piezoelectric plates, and inputs
Ultrasonic Switching Consisting of Inverter and Output IDTs
An element, wherein the input and output IDTs are
One plate surface of each of the input and output piezoelectric substrates
The input and output piezoelectric substrates are provided in the
The one plate surface of each of the input and output piezoelectric substrates
Or to the upper end surface of the non-piezoelectric plate via the other plate surface
An intersecting area of the electrode fingers of the output IDT, which is fixed.
Is one group Ri(I = 1) or
N groups Ri(I = 1, 2,..., N) and two
The group RiAnd R(i + 1)(N-1) pieces sandwiched between
Part Qi{I = 1,2, ..., (N-1)}
Each of the groups RiIs the two parts RiaAnd R
ibAnd the portion R sandwiched between themi mThe part R
iaAnd RibThe direction of each electrode finger is the input
Parallel to the direction of the electrode fingers of the spiral electrode,iaand
RibEach electrode cycle length is the same as that of the input IDT.
The portion R is equal to the electrode period length P.imElectrode fingers
It has an angle α with respect to the electrode fingers of the
Notation RimLength of the electrode finger in the direction perpendicular to the electrode finger
PRNIs equal to the product of the electrode period length P and cos α,
Notation RimIn the electrode cross width, the portion RimOf the electrode finger
Intersection width L in directionRPAnd an electrode of the input IDT
Intersection width L in the direction parallel to the fingerRNThere are two types,
Intersection width LRPIs the intersection width LRNEqual to the product of
And the product of half of the electrode period length P and cosec α
Equal, said part QiThe electrode fingers of
The angle ± β with respect to the pole electrode finger,iof
Period length P of the electrode finger in the direction perpendicular to the electrode fingerQNIs
Equal to the product of the electrode period length P and cosβ,iNo electricity
The part QiCross width in the direction of the electrode finger
LQPAnd a direction parallel to the electrode fingers of the input IDT
Intersection width L atQNAnd the intersection width LQPIs before
Notation width LQNIs equal to the product ofiaYou
And RibEach electrode intersection width and the intersection width LRNWhen,
The intersection width LQNIs the sum of the input IDT electrodes.
The input IDT is substantially equal to the pole intersection width L,
An electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode cycle length P is input.
By being applied, the electrode periphery is applied to the input piezoelectric substrate.
Exciting a surface acoustic wave having a wavelength substantially equal to the period length P,
Propagating the surface acoustic wave to the upper end surface of the non-piezoelectric plate
After that, the light is propagated to the output piezoelectric substrate, and the portion RiaYou
And RibConverts the surface acoustic wave into an electric signal EiaAnd Eib
(I = 1, 2,..., N).
Signal EiaAnd EibSignal generated by synthesizing
The signal amplitude is zero, and the input and output
The electrode is located on the upper end surface of the non-piezoelectric plate,
RiaAnd RibUltrasonic propagation path Z corresponding to eachiaYou
And Zib(I = 1, 2,..., N), and the output
The interdigital transducer is configured such that the upper end surface of the non-piezoelectric plate is
Or the ultrasonic wave propagation path ZiaAnd Zibof
One of them ZXaThe ultrasonic transmission is only performed when the
Carriage ZXaUltrasonic propagation path Z paired withXbTelecommunications corresponding to
No. EXbOr the upper end face of the non-piezoelectric plate
And the ultrasonic wave propagation path ZXbWhen was cut off
The ultrasonic propagation path ZXaElectrical signal E corresponding toXaOut
Power. The ultrasonic switching element according to claim 4,
Input and output piezoelectric substrates, non-piezoelectric plates, input and
Ultrasonic switching element consisting of interdigital electrodes for output
The input and output interdigital transducers are
Provided on one of the piezoelectric substrates for force and output
Wherein the input and output piezoelectric substrates are
And the one plate surface of each of the piezoelectric substrates for output or
Affixed to the upper end surface of the non-piezoelectric plate via the other plate surface
The intersection area of the electrode fingers of the input IDT is N
Part Ai(I = 1, 2,..., N) and the two
Part AiAnd A(i + 1)(N-1) parts B sandwiched between
i{I = 1, 2,..., (N-1)}.
The intersecting area of the electrode fingers of the force interdigital transducer is (N + 1)
Part C ofi{I = 1,2, ..., (N + 1)} and two
The part C ofiAnd C(i + 1)N parts D sandwiched betweeni
(I = 1, 2,..., N) and the portion AiNo electricity
The direction of the extreme finger is the part CiParallel to the direction of the electrode fingers of
Note BiThe electrode finger of the part AiAngle -β
The part BiIn the direction perpendicular to the electrode finger
Period length P of the electrode fingerBNIs the part AiAnd CiElectrode
Equal to the product of the period length P and cosβ,iElectrode exchange
In the difference width, the part BiWidth L in the direction of the electrode fingerBP
And the portion AiWidth L in the direction parallel to the electrode fingerBN
And the intersection width LBPIs the intersection width LBNWhen
equal to the product of secβ and the part DiThe electrode finger is the part
CiHas an inclination of an angle α with respect to the electrode finger ofiNo electricity
Period length P of the electrode finger in the direction perpendicular to the pole fingerDNIs the
Equal to the product of the pole period length P and cos α,iElectrode
The crossing width includes the part DiWidth L in the direction of the electrode finger
DPAnd the portion CiWidth L in the direction parallel to the electrode finger
DNAnd the intersection width LDPIs the intersection width L
DNOf the electrode period P
Is equal to the product of half ofiElectrode finger
Intersection width and said intersection width LBNIs the sum of the part Ci
The electrode finger intersection width and the intersection width LDNAlmost equal to the sum of
Preferably, the input IDT has an electrode period length P.
By inputting an electric signal of almost the corresponding frequency
The electrode period length P is substantially equal to the electrode period length P on the input piezoelectric substrate.
Excitation of surface acoustic waves having a different wavelength
After propagating to the upper end surface of the non-piezoelectric plate, the output
Propagated to the piezoelectric substrate, the output IDT is
The surface acoustic wave is converted into N electrical signals Eia(I = 1,2, ...,
N) and N electrical signals Eib(I = 1,2, ...,
N) and converts the electric signal EiaAnd EibCompose
The amplitude of the resulting electrical signal is zero,
And the output interdigital transducer are provided on the non-piezoelectric plate.
At the end face, N ultrasonic propagation paths Zia(I = 1, 2,
..., N) and N ultrasonic propagation paths Zib(I = 1,
2,..., N), and the output IDT is
A finger or an object contacts the upper end surface of the non-piezoelectric plate.
The ultrasonic wave propagation path ZiaAnd ZibOne of the ZXaIs blocked
Only when the ultrasonic wave propagation path ZXaPair with
Ultrasonic wave propagation path ZXbElectrical signal E corresponding toXbOutput
Or contact the upper end surface of the non-piezoelectric plate and
Sound propagation path ZXbThe ultrasonic transmission is only performed when the
Carriage ZXaElectrical signal E corresponding toXaIs output. Claim 5
The ultrasonic switching element according to the above, the thickness of the piezoelectric substrate
D is approximately three times or more the electrode cycle length P,
The thickness h of the piezoelectric plate is smaller than the electrode cycle length P,
The phase velocity of a surface acoustic wave propagating on a non-piezoelectric plate alone is
Smaller than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate alone
The direction of the polarization axis of the piezoelectric substrate is the direction of its thickness d.
Direction, and the surface acoustic wave has a zero-order mode and a
The higher order mode wave, the elastic surface of the zero order mode
The phase velocity of the wave is the piezoelectric substrate in an electrically shorted state.
The speed is almost equal to the speed of the Rayleigh wave propagating to
The phase velocity of surface acoustic waves of higher order modes is
Rayleigh propagating to the piezoelectric substrate alone in the open state
It is almost equal to the speed of the waves. The ultrasonic switch according to claim 6.
The thickness d of each piezoelectric substrate is equal to the electrode period.
Is smaller than the length P, and the thickness h of the non-piezoelectric plate is
It is almost three times or more the period length P and propagates to the non-piezoelectric plate alone.
The phase velocity of the surface acoustic wave is transmitted to each of the piezoelectric substrates.
Each of the piezoelectric elements is larger than the phase velocity of the surface acoustic wave to be carried.
The direction of the polarization axis of the substrate is parallel to the direction of its thickness d.
The surface acoustic wave is a first-order or higher-order mode wave.
The phase velocities of surface acoustic waves in the first and higher modes are
It is almost equal to the speed of Rayleigh wave propagating in the non-piezoelectric plate alone
No. The ultrasonic switching element according to claim 7, wherein
And output piezoelectric substrates, non-piezoelectric plates, input and output
Ultrasonic switching element consisting of interdigital electrodes
The input and output IDTs are used for the input.
And one of the piezoelectric substrates for output
The input and output piezoelectric substrates are connected to the input and output piezoelectric substrates.
And the one surface or each of the piezoelectric substrates for output
Secured to one of the non-piezoelectric plates via the other plate surface
The intersection area of the electrode fingers of the output IDT is
One group Ri(I = 1) or N
Group Ri(I = 1, 2,..., N) and the two
Group RiAnd R(i + 1)(N-1) parts sandwiched between
Minute Qi{I = 1,2, ..., (N-1)}
Each group RiIs the two parts RiaAnd RibAnd it
Part R sandwiched betweeni mThe part RiaAnd R
ibThe direction of each electrode finger is the same as that of the input IDT.
Parallel to the direction of the electrode fingers, the portion RiaAnd RibEach
The electrode cycle length is the electrode cycle length of the input IDT.
P equal to the part RimElectrode finger is the input blind
The electrode R has an inclination of an angle α with respect to the electrode finger, and the portion Rim
Of the electrode finger in the direction perpendicular to the electrode fingerRNIs before
Equal to the product of the electrode period length P and cos α,im
In the electrode cross width, the portion RimIn the direction of the electrode finger
Difference width LRPParallel to the electrode fingers of the input IDT
Intersection width L in directionRNAnd the intersection width LRP
Is the intersection width LRNAnd secα, and
Equal to the product of half of the electrode period length P and cosec α,
Note QiAre the electrode fingers of the input IDT.
Has an inclination of ± β with respect toiDirectly to the electrode finger
Period length P of the electrode finger in the intersecting directionQNIs the electrode cycle length
Equal to the product of P and cosβ, the part QiThe electrode intersection width
Is the part QiWidth L in the direction of the electrode fingerQPAnd before
Intersection width of input IDT in the direction parallel to the electrode fingers
LQNAnd the intersection width LQPIs the intersection width L
QNIs equal to the product ofiaAnd RibSo
Each electrode intersection width and the intersection width LRNAnd the intersection width
LQNIs the electrode intersection width L of the input IDT.
And the thickness d of each piezoelectric substrate is equal to the electrode period.
The input IDT is smaller than the length P,
The input piezoelectric substrate and the non-
Two-layer structure part B composed of a piezoelectric plateTTo excite the ultrasonic waves
After propagating ultrasonic waves to the non-piezoelectric plate, the output piezoelectric
Two-layer structure part B composed of a substrate and the non-piezoelectric plateRPropagated to
The part RiaAnd RibConverts the ultrasonic wave into an electric signal
EiaAnd Eib(I = 1, 2,..., N)
In other words, the electric signal EiaAnd EibBy combining
The resulting electrical signal has an amplitude of zero,
The output IDT is formed on the non-piezoelectric plate,
Minute RiaAnd RibUltrasonic propagation path Z corresponding to eachia
And Zib(I = 1, 2,..., N).
The interdigital transducer is one of the non-piezoelectric plates.
The ultrasonic wave propagation path Z by contacting the surface with a human finger or an object;iaYou
And ZibOne of the ZXaOnly when is shut off
Ultrasonic propagation path ZXaUltrasonic propagation path Z paired withXbCompatible with
Electrical signal EXbOr output of the non-piezoelectric plate
The ultrasonic wave propagation path ZXbBut
Only when interrupted, the ultrasonic wave propagation path ZXaCorresponding to
Electric signal EXaIs output. An ultrasonic wave according to claim 8.
The switching elements consist of input and output piezoelectric substrates,
Ultrasound consisting of plate, input and output interdigital transducers
A switching element, wherein the input and output
The drooping electrodes are the input and output piezoelectric substrates, respectively.
The input and output piezoelectric
The substrate is in front of each of the input and output piezoelectric substrates.
The non-piezoelectric device is connected to one of the plate surfaces or the other plate surface.
The input IDT is fixed to one surface of the plate,
The intersection area of the electrode fingers is N parts Ai(I = 1,2, ...
.., N) and the two parts AiAnd A(i + 1)Sandwiched between
(N-1) parts Bi{I = 1, 2,..., (N−
1) Interchange of electrode fingers of the output IDT
The difference area is composed of (N + 1) parts Ci{I = 1,2, ...
.., (N + 1)} and the two parts CiAnd C(i + 1)
N parts D sandwiched betweeni(I = 1,2, ..., N)
The part AiThe direction of the electrode finger is the part CiNo electricity
Parallel to the direction of the extreme finger, the part BiThe electrode finger is the part
AiThe electrode finger has an inclination of an angle -β, and the portion Biof
Period length P of the electrode finger in the direction perpendicular to the electrode fingerBNIs
Part AiAnd CiEqual to the product of the electrode period length P and cosβ
And the part BiIn the electrode intersection width, the portion BiElectrode
Intersection width L in finger directionBPAnd the portion AiFlat on the electrode finger
Intersection width L in line directionBNThere are two types, the intersection width
LBPIs the intersection width LBNIs equal to the product of
Minute DiElectrode finger is the part CiOf the angle α with respect to the electrode finger
And the portion DiElectrode in the direction perpendicular to the electrode finger
Finger cycle length PDNIs the product of the electrode period length P and cosα.
Equal, said part DiIn the electrode intersection width, the portion Diof
Intersection width L in the direction of the electrode fingerDPAnd the portion CiElectrode finger
Width L in the direction parallel toDNThere are two types of
Difference width LDPIs the intersection width LDNEqual to the product of
Both are equal to the product of half the electrode period length P and cosec α.
Part AiWidth of the electrode finger and the width of said intersection
LBNIs the sum of the part CiElectrode finger cross width and front
Notation width LDNAnd the thickness of each piezoelectric substrate
D is smaller than the electrode cycle length P, and
The reed-shaped electrode receives the electric signal to
-Layer structure B composed of a piezoelectric substrate for use and the non-piezoelectric plateTSuper
Excited the sound wave and propagated the ultrasonic wave to the non-piezoelectric plate
Then, a two-layer structure including the piezoelectric substrate for output and the non-piezoelectric plate
Structure BRAnd the output IDT is
The ultrasonic wave is converted into N electrical signals Eia(I = 1, 2,..., N)
And N electrical signals Eib(I = 1,2, ..., N)
Convert the electrical signal EiaAnd EibTo synthesize
The resulting electrical signal has an amplitude of zero,
In the non-piezoelectric plate, the number of interdigital electrodes for output and N
Ultrasonic propagation path Zia(I = 1, 2,..., N) and N
Ultrasonic propagation paths Zib(I = 1, 2,..., N)
The output IDT may be any one of the non-piezoelectric plates.
The ultrasonic wave is transmitted when a finger or an object comes into contact with one of the plate surfaces.
Carriage ZiaAnd ZibOne of the ZXaIs interrupted
Only the ultrasonic propagation path ZXaUltrasonic propagation path paired with
ZXbElectrical signal E corresponding toXbOr output the
One of the non-piezoelectric plates is brought into contact with one
Carriage ZXbThe ultrasonic propagation path Z only when
XaElectrical signal E corresponding toXaIs output. Claim 9
The ultrasonic switching element is a polarization axis of each of the piezoelectric substrates.
Is parallel to the direction of the thickness d, and the non-piezoelectric plate
Is smaller than the thickness d of each of the piezoelectric substrates,
The phase velocity of the elastic wave propagating to the non-piezoelectric plate alone is
Greater than the phase velocity of the elastic wave propagating to the circuit board alone,
The input IDT is substantially opposite to the electrode cycle length P.
By receiving an electric signal of a corresponding frequency,
Two-layer structure BTA wavelength approximately equal to the electrode period length P
Exciting the elastic wave having, the elastic wave in the non-piezoelectric plate
After propagating, the two-layer structure BRPropagates the bullet
The sex wave is S0Mode and first and higher order waves,
The two-layer structure BTPhase velocity of the elastic wave excited in
Is the frequency f of the elastic wave and the thickness d of each piezoelectric substrate.
When the product fd is near zero0Mode of elastic wave
Phase velocity Vfd = 0Is almost equal to The supersonic according to claim 10.
The wave switching element is arranged in the direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate.
Is parallel to the direction of the thickness d, and the thickness of the non-piezoelectric plate
h is substantially equal to the thickness d of each of the piezoelectric substrates,
The phase velocity of the elastic wave propagating to the plate alone is
The phase velocity is almost equal to the phase velocity of the elastic wave propagating
The interdigital transducers substantially correspond to the electrode period length P.
By receiving an electric signal of a frequency, the two-layer structure is used.
Structure BTHas a wavelength substantially equal to the electrode period length P
Excites an elastic wave and propagates the elastic wave through the non-piezoelectric plate.
And then the two-layer structure BRAnd the elastic wave is
S0Mode and first and higher order waves,
Layer structure BTThe phase velocity of the elastic wave excited in
The product f of the frequency f of the elastic wave and the thickness d of each piezoelectric substrate
S when d is near zero0Phase velocity of mode elastic waves
Degree Vfd = 0Is almost equal to An ultrasonic switch according to claim 11.
The direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is the
The thickness d of the non-piezoelectric plate is parallel to the direction of the thickness d.
The thickness of each piezoelectric substrate is greater than d and
It is smaller than twice the thickness d of the substrate.
The phase velocity of the propagating elastic wave is transmitted to each piezoelectric substrate alone.
Smaller than the phase velocity of the elastic wave to be carried, and
The reed-shaped electrode has a frequency substantially corresponding to the electrode cycle length P.
By receiving an electric signal, the two-layer structure BT
An elastic wave having a wavelength substantially equal to the electrode period length P
After exciting and propagating the elastic wave through the non-piezoelectric plate,
The two-layer structure BRAnd the elastic wave is S0mode
And the first-order or higher-order mode wave, the two-layer structure portion B
TThe phase velocity of the elastic wave excited in
The product fd of the frequency f and the thickness d of each piezoelectric substrate is close to zero.
S when nearby0Mode velocity V of elastic wavefd = 0When
Almost equal. An ultrasonic switching element according to claim 12.
The input and output piezoelectric substrates are
And the other plate surface of each piezoelectric substrate for output
Is fixed to one surface of the non-piezoelectric plate through
The interface between the circuit board and the non-piezoelectric plate is electrically open.
The direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is
Of the non-piezoelectric plate is parallel to the direction of the
The thickness h is substantially equal to the thickness d of each of the piezoelectric substrates, and
Is smaller than that, and the non-piezoelectric plate is
The phase velocity of the transverse wave propagating through the body is transmitted to each of the piezoelectric substrates alone.
Less than or equal to the phase velocity of the shear wave
The input IDT is made of a material, and the input IDT is
Inputting an electric signal of a frequency substantially corresponding to the length P
The two-layer structure BTApproximately equal to the electrode cycle length P
An SH wave having an equal wavelength is excited, and the SH wave is
After propagating through the non-piezoelectric plate, the two-layer structure BRPropagate to
The SH wave is in the 0th-order mode and the first-order or higher-order modes.
The phase velocity of the SH wave is the same as that of the non-piezoelectric plate.
Shear wave velocity propagating in the body and propagating to each of the above piezoelectric substrates
About the average value of the shear wave velocity. Claim 13
Of the ultrasonic switching element for the input and output
A piezoelectric substrate, the input and output piezoelectric substrates respectively
One of the non-piezoelectric plates through the other plate surface
Surface, and the interface of each piezoelectric substrate with the non-piezoelectric plate
Is in an electrically short circuit state, and the polarization axis of each piezoelectric substrate is
The direction is parallel to the direction of the electrode fingers of the input IDT.
And the thickness h of the non-piezoelectric plate is the thickness of each of the piezoelectric substrates.
d and twice the thickness d of each piezoelectric substrate
And the non-piezoelectric plate is transmitted to the non-piezoelectric plate alone.
The phase velocity of the transverse wave to be carried propagates to each piezoelectric substrate alone
It is made of a substance larger than the shear wave phase velocity, and
The interdigital electrode has a frequency substantially corresponding to the electrode period length P.
Of the two-layer structure B
TSH wave having a wavelength substantially equal to the electrode period length P
And the SH wave is applied to the one surface of the non-piezoelectric plate.
To the two-layer structure part BRPropagated to the
SH waves are waves of the 0th-order mode and higher-order modes of the 1st and higher order
The phase velocity of the SH wave propagates to the non-piezoelectric plate alone.
Shear wave velocity and shear wave propagating to each piezoelectric substrate alone
It is near the average value of the speed, and the input and output
The interdigital electrode is located on the one surface of the non-piezoelectric plate.
And the part RiaAnd RibUltrasound corresponding to each
Propagation path ZiaAnd Zib(I = 1, 2,..., N)
The output IDT is connected to the one of the non-piezoelectric plates.
When the finger or the object contacts one of the plate surfaces, the ultrasonic wave propagation path
ZiaAnd ZibOne of the ZXaWhen was cut off
The ultrasonic propagation path ZXaUltrasonic propagation path Z paired withXb
Electrical signal E corresponding toXbOutput or the non-pressure
The ultrasonic wave propagation path Z contacts the one plate surface of the electric plateXb
The ultrasonic propagation path Z only whenXaCompatible with
Electrical signal EXaIs output. The supersonic of claim 14.
The wave switching element has the intersection width LQPIs the electrode cycle
The length P is set to the group RiDivided by twice the number N of
Equal to the product of ecβ. The ultrasonic switch according to claim 15,
The chin element has the intersection width LBPBefore the electrode cycle length P
Note AiThe product of the value divided by twice the number N of cos and cosecβ
equal. The ultrasonic switching device according to claim 16.
In the above, each of the piezoelectric substrates is made of a piezoelectric ceramic. Claim 1
7. The ultrasonic switching device according to claim 7, wherein the electric signal E
i-1And Ei -2Each frequency comprises a radio frequency.
【発明の実施の形態】本発明の超音波スイッチング素子
の第1の構造は、圧電基板、非圧電板、入力用および出
力用すだれ状電極から成る。入力用および出力用すだれ
状電極は圧電基板の上端面に設けられ、非圧電板の下端
面は、圧電基板の上端面に入力用および出力用すだれ状
電極を介して固着されている。本発明の超音波スイッチ
ング素子のすだれ状電極に関する第の構造は、出力用
すだれ状電極の電極指の交差領域が、1個のグループR
i(i=1)から成るか、またはN個のグループRi(i
=1,2,……,N)と2つのグループRiおよびR
(i+1)に挟まれた(Nー1)個の部分Qi{i=1,2,
……,(N−1)}から成るものである。各グループR
iは2つの部分RiaおよびRibと、それらに挟まれた部
分Rimから成る。部分RiaおよびRibそれぞれの電極指
の方向は入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、
部分RiaおよびRibそれぞれの電極周期長は入力用すだ
れ状電極の電極周期長Pと等しい。部分Rimの電極指は
入力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、
部分Rimの電極指に直交する方向での電極指の周期長P
RNは、電極周期長Pとcosαとの積に等しい。部分Ri m
の電極交差幅には、部分Rimの電極指の方向での交差幅
LRPと、入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での
交差幅LRNとの2種類があり、交差幅LRPは、交差幅L
RNとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Pの半
分とcosecαとの積に等しい。部分Qiの電極指は入力用
すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有し、部分
Qiの電極指に直交する方向での電極指の周期長P
QNは、電極周期長Pとcosβとの積に等しい。部分Qiの
電極交差幅には、部分Qiの電極指の方向での交差幅L
QPと、入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交
差幅LQNとの2種類があり、交差幅LQPは交差幅LQNと
secβとの積に等しい。部分Ri aおよびRibそれぞれの
電極交差幅と、交差幅LRNと、交差幅LQNの合計は、入
力用すだれ状電極の電極交差幅Lとほぼ等しい。また、
交差幅LQPは電極周期長PをグループRiの数Nの2倍
で除した値(P/2N)と、cosecβとの積に等しい値
をとることが可能である。本発明の超音波スイッチング
素子のすだれ状電極に関する第の構造は、入力用すだ
れ状電極の電極指の交差領域がN個の部分Ai(i=
1,2,……,N)と、2つの部分AiおよびA(i+1)に
挟まれた(N−1)個の部分Bi{i=1,2,……,
(N−1)}から成り、また、出力用すだれ状電極の電
極指の交差領域が、(N+1)個の部分Ci{i=1,
2,……,(N+1)}と、2つの部分CiおよびC
(i+1)に挟まれたN個の部分Di(i=1,2,……,
N)から成るものである。部分Aiの電極指の方向は部
分Ciの電極指の方向と平行である。部分Biの電極指は
部分Aiの電極指に対し角−βの傾きを有し、部分Biの
電極指に直交する方向での電極指の周期長PBNは、部分
AiおよびCiの電極周期長Pとcosβとの積に等しい。
部分Biの電極交差幅には、部分Biの電極指の方向での
交差幅LBPと、部分Aiの電極指に平行な方向での交差
幅LBNとの2種類があり、交差幅LBPは交差幅LBNとse
cβとの積に等しい。また、交差幅LBPは電極周期長P
を部分Aiの数Nの2倍で除した値(P/2N)と、cos
ecβとの積に等しい値をとることが可能である。部分D
iの電極指は部分Ciの電極指に対し角αの傾きを有し、
部分Diの電極指に直交する方向での電極指の周期長P
DNは、電極周期長Pとcosαとの積に等しい。部分Diの
電極交差幅には、部分Diの電極指の方向での交差幅L
DPと、部分Ciの電極指に平行な方向での交差幅LDNと
の2種類があり、交差幅LDPは、交差幅LDNとsecαと
の積に等しいとともに、電極周期長Pの半分とcosecα
との積に等しい。部分Aiの電極指の交差幅および交差
幅LBNの合計は、部分Ciの電極指の交差幅および交差
幅LDNの合計にほぼ等しい。本発明の超音波スイッチン
グ素子の第1の構造では、電極周期長Pにほぼ対応する
周波数の電気信号を入力用すだれ状電極に入力すること
により、圧電基板の上端面の表面近傍に電極周期長Pと
ほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振し、その弾性
表面波を非圧電板の上端面に伝搬させることができる。
この弾性表面波は0次モードおよび1次以上の高次モー
ドの波であり、0次モードの弾性表面波の位相速度は、
電気的に短絡状態にある圧電基板単体に伝搬するレイリ
ー波の速度とほぼ等しく、1次以上の高次モードの弾性
表面波の位相速度は、電気的に開放状態にある圧電基板
単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しい。圧電基
板の厚さdが電極周期長Pのほぼ3倍以上で、非圧電板
の厚さhが電極周期長Pよりも小さい構造を採用し、非
圧電板単体として、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波
の位相速度が圧電基板単体に伝搬する弾性表面波の位相
速度よりも小さい物質を採用することにより、電気信号
と弾性表面波との間の変換効率を向上させることができ
る。さらに、圧電基板の分極軸の方向がその厚さdの方
向と平行である構造を採用することにより、電気信号と
弾性表面波との間の変換効率をさらに向上させることが
可能となる。本発明の超音波スイッチング素子の第2の
構造は、入力用および出力用圧電基板、非圧電板、入力
用および出力用すだれ状電極から成る。入力用および出
力用すだれ状電極は入力用および出力用圧電基板それぞ
れの一方の板面に設けられ、入力用および出力用圧電基
板は、入力用および出力用圧電基板それぞれのどちらか
一方の板面を介して非圧電板の上端面に固着されてい
る。本発明の超音波スイッチング素子の第2の構造で
は、電極周期長Pにほぼ対応する周波数の電気信号を入
力用すだれ状電極に入力することにより、入力用圧電基
板に電極周期長Pとほぼ等しい波長を有する弾性表面波
を励振し、その弾性表面波を非圧電板の上端面に伝搬さ
せ、さらに非圧電板の上端面から出力用圧電基板に伝搬
させることができる。この弾性表面波は1次以上の高次
モードの波であり、その位相速度は非圧電板単体に伝搬
するレイリー波の速度とほぼ等しい。各圧電基板の厚さ
dが電極周期長Pよりも小さく、非圧電板の厚さhが電
極周期長Pのほぼ3倍以上である構造を採用するととも
に、非圧電板として、非圧電板単体に伝搬する弾性表面
波の位相速度が各圧電基板単体に伝搬する弾性表面波の
位相速度よりも大きい物質を採用することにより、電気
信号と弾性表面波との間の変換効率を向上させることが
できる。さらに、各圧電基板の分極軸の方向がその厚さ
dの方向と平行である構造を採用することにより、電気
信号と弾性表面波との間の変換効率をさらに向上させる
ことが可能となる。本発明の超音波スイッチング素子の
第3の構造は、入力用および出力用圧電基板、非圧電
板、入力用および出力用すだれ状電極から成る。入力用
および出力用すだれ状電極は入力用および出力用圧電基
板それぞれの一方の板面に設けられ、入力用および出力
用圧電基板は、入力用および出力用圧電基板それぞれの
どちらか一方の板面を介して非圧電板のどちらか一方の
板面に固着されている。本発明の超音波スイッチング素
子の第3の構造では、電極周期長Pにほぼ対応する周波
数の電気信号を入力用すだれ状電極に入力することによ
り、入力用圧電基板と非圧電板から成る2層構造部BT
に電極周期長Pとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振
し、その弾性波を非圧電板中に伝搬させた後、出力用圧
電基板と非圧電板から成る2層構造部BRに伝搬させる
ことができる。この弾性波はS0モードおよび1次以上
の高次モードの波であり、弾性波の位相速度は、弾性波
の周波数fと各圧電基板の厚さdとの積fdが零の近傍
にある場合のS0モードの弾性波の位相速度Vfd=0とほ
ぼ等しい。各圧電基板の厚さdが電極周期長Pよりも小
さいとともに非圧電板の厚さhが各圧電基板の厚さdよ
りも小さく、さらに各圧電基板の分極軸の方向がその厚
さdの方向と平行であり、非圧電板として、非圧電板単
体に伝搬する弾性波の位相速度が各圧電基板単体に伝搬
する弾性波の位相速度よりも大きい物質を採用すること
により、電気信号と弾性波との間の変換効率を向上させ
ることが可能となる。さらに、各圧電基板の分極軸の方
向がその厚さdの方向と平行である構造を採用すること
により、電気信号と弾性波との間の変換効率をさらに向
上させることが可能となる。本発明の超音波スイッチン
グ素子の第3の構造では、次のような構造を採用するこ
とが可能である。すなわち、各圧電基板の厚さdが電極
周期長Pよりも小さいとともに、非圧電板の厚さhが各
圧電基板の厚さdとほぼ等しく、また、各圧電基板の分
極軸の方向はその厚さdの方向と平行であって、非圧電
板としては、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度
が各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等
しい物質が採用される構造である。この構造において
も、電気信号と弾性波との間の変換効率を向上させるこ
とが可能である。本発明の超音波スイッチング素子の第
3の構造では、次のような構造を採用することが可能で
ある。すなわち、各圧電基板の厚さdが電極周期長Pよ
りも小さく、非圧電板の厚さhは各圧電基板の厚さdよ
りも大きいとともに各圧電基板の厚さdの2倍よりも小
さく、また、各圧電基板の分極軸の方向は、その厚さd
の方向と平行であり、非圧電板としては、非圧電板単体
に伝搬する弾性波の位相速度が各圧電基板単体に伝搬す
る弾性波の位相速度よりも小さい物質が採用される構造
である。この構造においても、電気信号と弾性波との間
の変換効率を向上させることが可能である。本発明の超
音波スイッチング素子の第4の構造は、入力用および出
力用圧電基板、非圧電板、入力用および出力用すだれ状
電極から成る。入力用および出力用すだれ状電極は入力
用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けら
れ、各圧電基板は、それぞれ電極が設けられていない方
の板面を介して非圧電板のどちらか一方の板面に固着さ
れている。本発明の超音波スイッチング素子の第4の構
造では、電極周期長Pにほぼ対応する周波数の電気信号
を入力用すだれ状電極に入力することにより、2層構造
部BTに電極周期長Pとほぼ等しい波長を有するSH波
(shear horizontal wave)を励振し、そのSH波を非
圧電板中に伝搬させた後、2層構造部BRに伝搬させる
ことができる。SH波とは、振動変位の方向が圧電基板
の上・下端面に対して平行な方向にある横波のことであ
る。このようにして、圧電基板の分極軸の方向が入力用
すだれ状電極の電極指の方向と平行になるような構造を
採用することにより、入力用すだれ状電極の電極指に対
し垂直な方向に効率よくSH波を励振することができる
のである。しかも、各すだれ状電極の電極指の対数はせ
いぜい3対もあれば効率よくSH波を励振できる。2層
構造部BRに伝搬したSH波は0次モードおよび1次以
上の高次モードの波であり、このSH波の位相速度は、
非圧電板単体に伝搬する横波速度および各圧電基板単体
に伝搬する横波速度の平均値とほぼ等しい。各圧電基板
の厚さdが電極周期長Pよりも小さく、非圧電板の厚さ
hが各圧電基板の厚さdとほぼ等しいかまたはそれより
も小さく、各圧電基板の非圧電板との界面が電気的に開
放状態にあり、非圧電板として、非圧電板単体に伝搬す
る横波の位相速度が各圧電基板単体に伝搬する横波の位
相速度とほぼ等しいかまたはそれ以下の物質を採用する
ことにより、電気信号とSH波との間の変換効率を向上
させることが可能となる。本発明の超音波スイッチング
素子の第5の構造は、入力用および出力用圧電基板、非
圧電板、入力用および出力用すだれ状電極から成る。入
力用および出力用すだれ状電極は入力用および出力用圧
電基板それぞれの一方の板面に設けられ、各圧電基板
は、それぞれ電極が設けられていない方の板面を介して
非圧電板の一方の板面に固着されている。本発明の超音
波スイッチング素子の第5の構造では、電極周期長Pに
ほぼ対応する周波数の電気信号を入力用すだれ状電極に
入力することにより、2層構造部BTに電極周期長Pと
ほぼ等しい波長を有するSH波を励振し、そのSH波を
非圧電板の各圧電基板が設けられた方の板面に伝搬させ
た後、2層構造部BRに伝搬させることができる。この
SH波は0次モードおよび1次以上の高次モードの波で
あり、このSH波の位相速度は、非圧電板単体に伝搬す
る横波速度および各圧電基板単体に伝搬する横波速度の
平均値の近傍にある。各圧電基板の厚さdが電極周期長
Pよりも小さく、非圧電板の厚さhが各圧電基板の厚さ
dよりも大きいとともに各圧電基板の厚さdの2倍より
も小さく、各圧電基板の非圧電板との界面が電気的に短
絡状態にあり、非圧電板として、非圧電板単体に伝搬す
る横波の位相速度が各圧電基板単体に伝搬する横波の位
相速度よりも大きい物質を採用することにより、電気信
号とSH波との間の変換効率を向上させることが可能と
なる。本発明の超音波スイッチング素子がすだれ状電極
の第の構造を有する場合、非圧電板に伝搬した超音波
は部分RiaおよびRibによって電気信号EiaおよびEib
(i=1,2,……,N)にそれぞれ変換される。電気
信号EiaおよびEibを合成することにより生ずる電気信
号の振幅は零となる。これは、交差幅LRPが、交差幅L
RNとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Pの半
分とcosecαとの積に等しいことに起因する。入力用お
よび出力用すだれ状電極は、非圧電板において、部分R
iaおよびRibそれぞれに対応する超音波伝搬路Ziaおよ
びZib(i=1,2,……,N)を形成する。つまり、
入力用および出力用すだれ状電極の間に、グループRi
の数Nの2倍(2N個)の超音波伝搬路が存在すること
になる。もしも、非圧電板を人指または物体が接触して
2N個の超音波伝搬路のうちの1つZXaが遮断される
と、超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対
応する電気信号EXbが出力用すだれ状電極から出力され
る。同様にして、超音波伝搬路ZXbが遮断されると、超
音波伝搬路ZXbと対を成す超音波伝搬路ZXaに対応する
電気信号EXaが出力用すだれ状電極から出力される。こ
のようにして、本発明の超音波スイッチング素子は、非
圧電板を接触することにより電気信号を発生させること
ができるだけでなく、接触された位置に応じた電気信号
を出力することができる。従って、スイッチとしての機
能を果たすことが可能となる。本発明の超音波スイッチ
ング素子がすだれ状電極の第の構造を有する場合、非
圧電板に伝搬した超音波は出力用すだれ状電極によって
N個の電気信号Eia(i=1,2,……,N)およびN
個の電気信号Eib(i=1,2,……,N)に変換され
る。電気信号EiaおよびEibを合成することにより生ず
る電気信号の振幅は零となる。これは、交差幅LDPが、
交差幅LDNとsecαとの積に等しいとともに、電極周期
長Pの半分とcosecαとの積に等しいことに起因する。
入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電板におい
て、N個の超音波伝搬路Zia(i=1,2,……,N)
およびN個の超音波伝搬路Zib(i=1,2,……,
N)を形成する。つまり、入力用および出力用すだれ状
電極の間に、部分Aiの数Nの2倍(2N個)の超音波
伝搬路が存在することになる。もしも、非圧電板を人指
または物体が接触して2N個の超音波伝搬路のうちの1
つZXaが遮断されると、超音波伝搬路ZXaと対を成す超
音波伝搬路ZXbに対応する電気信号EXbが出力用すだれ
状電極から出力される。同様にして、超音波伝搬路ZXb
が遮断されると、超音波伝搬路ZXbと対を成す超音波伝
搬路ZXaに対応する電気信号EXaが出力用すだれ状電極
から出力される。このようにして、本発明の超音波スイ
ッチング素子は、非圧電板を接触することにより電気信
号を発生させることができるだけでなく、接触された位
置に応じた電気信号を出力することができる。従って、
スイッチとしての機能を果たすことが可能となる。本発
明の超音波スイッチング素子では、各圧電基板が圧電セ
ラミックで成る構造を採用することにより、設計しやす
さに優れたデバイスを提供することができる。本発明の
超音波スイッチング素子では、電気信号Ei-1およびE
i-2それぞれの周波数が無線周波数で成る構造を採用す
ることにより、電気信号Ei-1またはEi -2を無線信号と
して放射することが可能となる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first structure of an ultrasonic switching device according to the present invention comprises a piezoelectric substrate, a non-piezoelectric plate, and input and output IDTs. The input and output IDTs are provided on the upper end surface of the piezoelectric substrate, and the lower end surface of the non-piezoelectric plate is fixed to the upper end surface of the piezoelectric substrate via the input and output IDTs. The second structure of the interdigital transducer of the ultrasonic switching element according to the present invention is such that the intersecting region of the electrode fingers of the output interdigital transducer is one group R.
i (i = 1) or N groups R i (i
= 1, 2,..., N) and the two groups R i and R
( N-1) parts Q i {i = 1,2,2 sandwiched by (i + 1)
.., (N-1)}. Each group R
i is two parts R ia and R ib, consisting in the portion sandwiched by R im. The directions of the electrode fingers of the portions R ia and R ib are parallel to the direction of the electrode fingers of the input IDT,
The electrode period length of each of the portions R ia and R ib is equal to the electrode period length P of the input IDT. The electrode finger of the portion R im has an angle α with respect to the electrode finger of the input IDT;
The period length P of the electrode finger in the direction orthogonal to the electrode finger of the portion R im
RN is equal to the product of the electrode period length P and cosα. Part R i m
There are two types of electrode cross widths, namely , a cross width L RP of the portion R im in the direction of the electrode finger and a cross width L RN of the input IDT in a direction parallel to the electrode finger. L RP is the intersection width L
It is equal to the product of RN and secα and equal to the product of half of the electrode period length P and cosecα. Electrode finger part Q i has a slope of angle ± beta to the electrode fingers of the input IDT, the period length of the electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the part Q i P
QN is equal to the product of the electrode period length P and cosβ. The electrode cross width portion Q i, part Q i overlap length L in the direction of the electrode fingers
And QP, there are two types of cross width L QN in the direction parallel to the electrode fingers of the input interdigital transducer, overlap length L QP is the overlap length L QN
Equal to the product of secβ. And portions R i a and R ib respective electrode overlap width, the overlap length L RN, total overlap length L QN is approximately equal to the electrode cross width L of the input interdigital transducer. Also,
The intersection width L QP can take a value equal to a product of a value (P / 2N) obtained by dividing the electrode cycle length P by twice the number N of the groups R i and cosec β. The second structure of the interdigital transducer of the ultrasonic switching element according to the present invention has a configuration in which the intersecting region of the electrode fingers of the input interdigital transducer has N portions A i (i =
.., N) and (N−1) parts B i Bi = 1, 2,..., Sandwiched between two parts A i and A (i + 1)
(N−1)}, and the intersection area of the electrode fingers of the output IDT is (N + 1) parts C i {i = 1,
,..., (N + 1)} and two parts C i and C
(i + 1) of the N sandwiched portion D i (i = 1,2, ...... ,
N). The direction of the electrode finger of the part A i is parallel to the direction of the electrode finger of the part C i . The electrode finger portion B i has an inclination of angle -β with respect to the electrode finger portions A i, the period length P BN electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the portion B i, part A i and C It is equal to the product of the electrode cycle length P of i and cosβ.
The electrode cross width of the portion B i, there are two types of the cross width L BP in the direction of the electrode finger portion B i, the overlap length L BN in the direction parallel to the electrode fingers of the portions A i, crossing The width L BP is equal to the intersection width L BN and se
Equal to the product of cβ. Also, the intersection width L BP is the electrode period length P
Divided by twice the number N of the part A i (P / 2N), and cos
It is possible to take a value equal to the product with ecβ. Part D
i electrode fingers of relative electrode finger portions C i has a slope of angle alpha,
Periodicity P of the electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the part D i
DN is equal to the product of the electrode period length P and cosα. The electrode cross width of the portion D i, part D i overlap length L in the direction of the electrode fingers
And DP, there are two types of cross width L DN in the direction parallel to the electrode fingers of the portions C i, intersecting width L DP, as well as equal to the product of the overlap length L DN and Secarufa, the electrode periodicity P Half and cosecα
Equal to the product of Partial sum of A i intersection width and overlap length L BN of the electrode fingers is approximately equal to the sum of the cross width of the electrode finger portions C i and overlap length L DN. In the first structure of the ultrasonic switching element according to the present invention, an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P is input to the input interdigital transducer, so that the electrode period length becomes close to the surface of the upper end surface of the piezoelectric substrate. A surface acoustic wave having a wavelength substantially equal to P can be excited, and the surface acoustic wave can be propagated to the upper end surface of the non-piezoelectric plate.
This surface acoustic wave is a wave of a zero-order mode and a first-order or higher-order mode. The phase velocity of the surface acoustic wave of the zero-order mode is:
The phase velocity of the surface acoustic wave of the first-order or higher-order mode is almost equal to the velocity of the Rayleigh wave propagating to the piezoelectric substrate in an electrically short-circuit state, and propagates to the piezoelectric substrate in an electrically open state. It is almost equal to the speed of Rayleigh waves. A structure in which the thickness d of the piezoelectric substrate is at least three times the electrode period length P and the thickness h of the non-piezoelectric plate is smaller than the electrode period length P is adopted. By using a substance whose phase velocity of the generated surface acoustic wave is smaller than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate alone, the conversion efficiency between the electric signal and the surface acoustic wave can be improved. Furthermore, by adopting a structure in which the direction of the polarization axis of the piezoelectric substrate is parallel to the direction of its thickness d, it is possible to further improve the conversion efficiency between electric signals and surface acoustic waves. A second structure of the ultrasonic switching element of the present invention includes a piezoelectric substrate for input and output, a non-piezoelectric plate, and IDT electrodes for input and output. The input and output interdigital transducers are provided on one plate surface of each of the input and output piezoelectric substrates, and the input and output piezoelectric substrates are provided on either one of the input and output piezoelectric substrates. And is fixed to the upper end surface of the non-piezoelectric plate. In the second structure of the ultrasonic switching element according to the present invention, an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P is input to the input interdigital transducer, so that the input piezoelectric substrate is substantially equal to the electrode period length P. It is possible to excite a surface acoustic wave having a wavelength, propagate the surface acoustic wave to the upper end surface of the non-piezoelectric plate, and further propagate the surface acoustic wave to the output piezoelectric substrate from the upper end surface of the non-piezoelectric plate. This surface acoustic wave is a first-order or higher-order mode wave, and its phase speed is substantially equal to the speed of the Rayleigh wave propagating through the non-piezoelectric plate alone. A structure in which the thickness d of each piezoelectric substrate is smaller than the electrode period length P and the thickness h of the non-piezoelectric plate is about three times or more the electrode period length P is adopted. By using a substance whose phase velocity of the surface acoustic wave propagating to the piezoelectric substrate is greater than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating to each piezoelectric substrate alone, the conversion efficiency between the electric signal and the surface acoustic wave can be improved. it can. Furthermore, by adopting a structure in which the direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is parallel to the direction of its thickness d, it is possible to further improve the conversion efficiency between electric signals and surface acoustic waves. A third structure of the ultrasonic switching element according to the present invention includes an input and output piezoelectric substrate, a non-piezoelectric plate, and input and output IDTs. The input and output interdigital transducers are provided on one plate surface of each of the input and output piezoelectric substrates, and the input and output piezoelectric substrates are provided on either one of the input and output piezoelectric substrates. Is fixed to one of the non-piezoelectric plates. In the third structure of the ultrasonic switching element according to the present invention, an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P is input to the input interdigital transducer, thereby forming a two-layer structure including the input piezoelectric substrate and the non-piezoelectric plate. Structure B T
In exciting the acoustic wave having a wavelength substantially equal to the interdigital periodicity P, after propagating the acoustic waves in the non-piezoelectric plate propagates in a two-layer structure B R consisting output piezoelectric substrate and a non-piezoelectric plate be able to. This elastic wave is a wave of the S 0 mode and a first-order or higher-order mode, and the phase velocity of the elastic wave is close to zero where the product fd of the frequency f of the elastic wave and the thickness d of each piezoelectric substrate is zero. In this case, the phase velocity V fd of the elastic wave in the S 0 mode is substantially equal to 0 . The thickness d of each piezoelectric substrate is smaller than the electrode period length P, the thickness h of the non-piezoelectric plate is smaller than the thickness d of each piezoelectric substrate, and the direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is the thickness d. By using a material that is parallel to the direction and the phase velocity of the elastic wave propagating to the non-piezoelectric plate alone is larger than the phase velocity of the elastic wave propagating to each piezoelectric substrate alone, the electric signal and the elasticity It is possible to improve the conversion efficiency between waves. Furthermore, by adopting a structure in which the direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is parallel to the direction of its thickness d, it is possible to further improve the conversion efficiency between electric signals and elastic waves. In the third structure of the ultrasonic switching element of the present invention, the following structure can be adopted. That is, the thickness d of each piezoelectric substrate is smaller than the electrode period length P, the thickness h of the non-piezoelectric plate is substantially equal to the thickness d of each piezoelectric substrate, and the direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is A material that is parallel to the direction of the thickness d and that has a phase velocity of an elastic wave propagating through a single non-piezoelectric plate substantially equal to a phase velocity of an elastic wave propagating through a single piezoelectric substrate alone is used as the non-piezoelectric plate. Structure. Also in this structure, it is possible to improve the conversion efficiency between the electric signal and the elastic wave. In the third structure of the ultrasonic switching element of the present invention, the following structure can be adopted. That is, the thickness d of each piezoelectric substrate is smaller than the electrode period length P, and the thickness h of the non-piezoelectric plate is larger than the thickness d of each piezoelectric substrate and smaller than twice the thickness d of each piezoelectric substrate. The direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is determined by its thickness d.
And the phase of the elastic wave propagating to the non-piezoelectric plate alone is smaller than the phase velocity of the elastic wave propagating to each piezoelectric substrate alone. Also in this structure, it is possible to improve the conversion efficiency between the electric signal and the elastic wave. A fourth structure of the ultrasonic switching element according to the present invention includes a piezoelectric substrate for input and output, a non-piezoelectric plate, and IDT electrodes for input and output. The input and output interdigital transducers are provided on one plate surface of each of the input and output piezoelectric substrates, and each of the piezoelectric substrates is connected to the non-piezoelectric plate via the plate surface on which the electrode is not provided. It is fixed to one of the plate surfaces. In the fourth structure of the ultrasonic switching element of the present invention, an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P is input to the input IDT, so that the two-layer structure BT has the electrode period length P and exciting the SH wave having a wavelength approximately equal (shear horizontal wave), after propagating the SH wave in the non-piezoelectric plate, can be propagated in a two-layer structure B R. The SH wave is a transverse wave whose vibration displacement direction is parallel to the upper and lower end surfaces of the piezoelectric substrate. In this manner, by adopting a structure in which the direction of the polarization axis of the piezoelectric substrate is parallel to the direction of the electrode fingers of the input interdigital transducer, the direction of the polarization axis is perpendicular to the electrode fingers of the input interdigital transducer. The SH wave can be efficiently excited. Moreover, if there are at most three pairs of electrode fingers of each interdigital electrode, SH waves can be efficiently excited. SH waves propagating in a two-layer structure B R is a wave of the zero-order mode and the first-order or higher-order mode, the phase velocity of the SH wave,
The average value of the shear wave speed propagating to the non-piezoelectric plate alone and the average value of the shear wave speed propagating to each piezoelectric substrate alone are provided. The thickness d of each piezoelectric substrate is smaller than the electrode period length P, and the thickness h of the non-piezoelectric plate is substantially equal to or smaller than the thickness d of each piezoelectric substrate. As the non-piezoelectric plate, the interface is in an electrically open state, and as the non-piezoelectric plate, a substance is used whose phase velocity of the transverse wave propagating to the non-piezoelectric plate alone is substantially equal to or less than that of the transverse wave propagating to each piezoelectric substrate alone. This makes it possible to improve the conversion efficiency between the electric signal and the SH wave. A fifth structure of the ultrasonic switching element according to the present invention includes an input and output piezoelectric substrate, a non-piezoelectric plate, and input and output IDTs. The input and output interdigital transducers are provided on one plate surface of each of the input and output piezoelectric substrates, and each piezoelectric substrate is connected to one of the non-piezoelectric plates via the plate surface on which the electrode is not provided. Is fixed to the plate surface. In the fifth structure of the ultrasonic switching element of the present invention, an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P is inputted to the input IDT, so that the two-layer structure BT has the electrode period length P and exciting the SH wave having a wavelength approximately equal, then the SH waves each piezoelectric substrate of a non-piezoelectric plate were propagated to the plate surface of the person who provided, it can be propagated in a two-layer structure B R. The SH wave is a wave of a 0th-order mode and a first-order or higher-order mode, and the phase velocity of the SH wave is the average value of the transverse wave velocity propagating to the non-piezoelectric plate alone and the transverse wave velocity propagating to each piezoelectric substrate alone. Near. The thickness d of each piezoelectric substrate is smaller than the electrode cycle length P, the thickness h of the non-piezoelectric plate is larger than the thickness d of each piezoelectric substrate, and smaller than twice the thickness d of each piezoelectric substrate. A substance in which the interface between the piezoelectric substrate and the non-piezoelectric plate is electrically short-circuited, and the phase velocity of the transverse wave propagating to the non-piezoelectric plate alone is greater than the phase velocity of the transverse wave propagating to each piezoelectric substrate alone as a non-piezoelectric plate , It is possible to improve the conversion efficiency between the electric signal and the SH wave. If ultrasonic switching device of the present invention has a first structure of the interdigital electrodes, the ultrasonic wave propagated to the non-piezoelectric plate portion R ia and R ib by electrical signals E ia and E ib
(I = 1, 2,..., N). The amplitude of the electric signal generated by combining the electric signals E ia and E ib becomes zero. This is because the intersection width L RP is equal to the intersection width L
This is because it is equal to the product of RN and secα and equal to the product of half of the electrode period length P and cosecα. The input and output IDTs are formed on the non-piezoelectric plate by a portion R
Ultrasonic propagation paths Z ia and Z ib (i = 1, 2,..., N) respectively corresponding to ia and R ib are formed. That is,
A group R i between the input and output IDTs
That is, there are twice as many (2N) ultrasonic propagation paths as the number N. If, when one Z Xa of the 2N ultrasonic propagation path of non-piezoelectric plate in contact with a human finger or an object is cut off, the ultrasonic propagation path Z Xb forming the ultrasonic wave propagation path Z Xa paired electrical signals E Xb corresponding to is output from the output interdigital transducer. Similarly, when the ultrasonic wave propagation path Z Xb is cut off, an electric signal EXa corresponding to the ultrasonic wave propagation path Z Xa forming a pair with the ultrasonic wave propagation path Z Xb is output from the output IDT. Thus, the ultrasonic switching element of the present invention can not only generate an electric signal by contacting the non-piezoelectric plate, but also output an electric signal according to the contact position. Therefore, it is possible to fulfill the function as a switch. In the case where the ultrasonic switching element of the present invention has the second structure of the interdigital transducer, the ultrasonic wave propagated to the non-piezoelectric plate is N electric signals E ia (i = 1, 2,...) By the output interdigital transducer. , N) and N
Are converted into a plurality of electric signals E ib (i = 1, 2,..., N). The amplitude of the electric signal generated by combining the electric signals E ia and E ib becomes zero. This is because the intersection width L DP is
This is due to being equal to the product of the intersection width L DN and secα and equal to the product of half the electrode period length P and cosecα.
In the non-piezoelectric plate, the input and output IDTs are N ultrasonic propagation paths Z ia (i = 1, 2,..., N).
And N ultrasonic propagation paths Z ib (i = 1, 2,...,
N). That is, between the input and output interdigital transducer, ultrasonic propagation path of twice the number N of the partial A i (2N pieces) will be present. If a finger or an object comes into contact with the non-piezoelectric plate, one of 2N ultrasonic propagation paths
One When Z Xa is interrupted, an electric signal E Xb corresponding to the ultrasonic propagation path Z Xb forming the ultrasonic wave propagation path Z Xa and pair is outputted from the output interdigital transducer. Similarly, the ultrasonic wave propagation path Z Xb
Is cut off, an electric signal EXa corresponding to the ultrasonic wave propagation path Z Xa paired with the ultrasonic wave propagation path Z Xb is output from the output IDT. In this manner, the ultrasonic switching element of the present invention can generate an electric signal by contacting the non-piezoelectric plate, and can output an electric signal according to the contacted position. Therefore,
It becomes possible to fulfill the function as a switch. In the ultrasonic switching element of the present invention, a device excellent in design easiness can be provided by adopting a structure in which each piezoelectric substrate is made of piezoelectric ceramic. In the ultrasonic switching element of the present invention, the electric signals E i-1 and E
By employing a structure in which each frequency of i-2 is a radio frequency, it becomes possible to radiate the electric signal E i-1 or E i -2 as a radio signal.
【実施例】図1は本発明の超音波スイッチング素子の第
1の実施例を示す断面図である。本実施例は圧電基板
1、非圧電板2、入力用すだれ状電極3および出力用す
だれ状電極4から成る。すだれ状電極3および4はアル
ミニウム薄膜で成り、10対の電極指を有し、圧電基板
1の上端面に設けられている。圧電基板1は厚さdが
1.5mmの圧電セラミックで成り、その分極軸の方向
は厚さdの方向と平行である。非圧電板2はガラスの
他、フッ素樹脂、アクリル樹脂またはプラスチック等の
高分子化合物で成り、その厚さhは150μmである。
圧電基板1の上端面にはすだれ状電極3および4を介し
て非圧電板2が設けられている。非圧電板2がガラス等
で成る場合にはエポキシ系樹脂によって圧電基板1上に
固着され、非圧電板2がフッ素樹脂やアクリル樹脂等で
成る場合には非圧電板2は圧電基板1上に直接塗布され
ている。図2は図1の超音波スイッチング素子の平面図
である。但し、図2では圧電基板1、すだれ状電極3お
よび4のみが描かれている。すだれ状電極3は正規型の
構造を有し、電極周期長Pは400μm、電極交差幅L
は15mmである。すだれ状電極4の電極指の交差領域
は、1個のグループR1から成り、グループR1は2つの
部分R1aおよびR1bとそれらに挟まれた部分R1mから成
る。部分R1aおよびR1bそれぞれの電極指の方向はすだ
れ状電極3の電極指の方向と平行で、部分R1aおよびR
1bそれぞれの電極周期長はすだれ状電極3の電極周期長
Pと等しい。図3は部分R1mの拡大平面図である。部分
R1mの電極指はすだれ状電極3の電極指に対し角αの傾
きを有し、部分R1mの電極指に直交する方向での電極指
の周期長PRNは、電極周期長Pとcosαとの積に等し
い。部分R1mの電極交差幅には、部分R1mの電極指の方
向での交差幅LRPと、すだれ状電極3の電極指に平行な
方向での交差幅LRNとの2種類がある。交差幅LRPは、
交差幅LRNとsecαとの積に等しいとともに、電極周期
長Pの半分とcosecαとの積に等しい。なお、部分R1a
およびR1bそれぞれの電極交差幅(7mm)と、部分R
1mの交差幅LRN(1mm)の合計は、すだれ状電極3の
電極交差幅L(15mm)と等しい。図4は図1の超音
波スイッチング素子の回路構成図である。すだれ状電極
4の出力端は増幅器AMPに接続される。すだれ状電極
3から電気信号を入力すると、圧電基板1の上端面の表
面近傍のすだれ状電極3と接触する部分に弾性表面波が
励振される。この弾性表面波は非圧電板2の上端面に伝
搬された後、圧電基板1の上端面の表面近傍のすだれ状
電極4と接触する部分に伝搬され、部分R1aおよびR1b
によって電気信号E1aおよびE1bにそれぞれ変換され
る。このとき、電気信号E1aおよびE1bを合成すること
により生ずる電気信号の振幅は零となる。すだれ状電極
3および4は、非圧電板2の上端面において、部分R1a
およびR1bそれぞれに対応する超音波伝搬路Z1aおよび
Z1bを形成する。もしも、非圧電板2の上端面を人指ま
たは物体が接触してこれらの超音波伝搬路のうちZ1bが
遮断されると、超音波伝搬路Z1aに対応する電気信号E
1aがすだれ状電極4から出力される。同様にして、超音
波伝搬路Z1aが遮断されると、電気信号E1bが出力され
る。すなわち、非圧電板2の上端面を接触して超音波伝
搬路Z1aまたはZ1bを遮断することにより、遮断した超
音波伝搬路に応じた電気信号E1bまたはE1aを発生させ
ることができることから、本発明の超音波スイッチング
素子はスイッチとしての機能を果たすことが可能とな
る。さらに、電気信号E1aまたはE1bが無線周波数を有
する構造を採用することにより、電気信号E1aまたはE
1bを無線信号として放射することが可能となる。すだれ
状電極4から出力される電気信号E1aまたはE1bは増幅
器AMPによって増幅され、増幅された電気信号の一部
はすだれ状電極3に再び入力される。このようにして、
超音波伝搬路Z1aまたはZ1bを遅延素子とする発振器が
構成されることから、低消費電力駆動が可能となるばか
りでなく、回路構成も簡単になる。図5は圧電基板1の
異なる2つの電気的境界条件下での位相速度差から算出
した電気機械結合係数k2と、弾性表面波の波数kと非
圧電板2の厚さhとの積(kh)との関係を示す特性図
である。但し、図5では、非圧電板2がガラス板で成
り、そのガラス板単体を伝搬する弾性表面波の横波の速
度が2297m/sで縦波の速度が4156m/sであ
る場合の特性図が示される。この横波速度2297m/
sおよび縦波速度4156m/sという値は、圧電基板
1単体の場合の横波速度2340m/sおよび縦波速度
4390m/sそれぞれのほぼ0.9倍である。図5で
は、すだれ状電極3に加えられる電気的エネルギーは特
に0次モードの弾性表面波に最も効率よく変換され、高
次モードになるにつれて変換されにくくなる傾向がある
ことが分かる。すだれ状電極3に加えられる電気的エネ
ルギーが0次モードの弾性表面波に最も変換されやすい
のはkh値が約1.6のときで、このときk2は最大値
の約15.5%を示す。ここでのk2値は、弾性表面波
用の圧電基板として実用域にあるLiNbO3単結晶が
5%程度の値であることと比較しても評価に値すること
が明らかである。図6は圧電基板1の表面近傍を伝搬す
る弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図であり、kh
値に対する各モードの位相速度を示す図である。但し、
図6では、非圧電板2が図5と同様な材質のガラス板で
成る場合の特性図が示される。1次以上の高次モードで
はカットオフ周波数が存在する。●印は、すだれ状電極
3に加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性表面
波に最も効率よく変換されるkh値(図5から算出した
値で、k2が最大値を示すkh値)を示す。0次モード
の●印における位相速度(約2170m/s)は、圧電
基板1の表面が電気的に短絡状態にあるときの圧電基板
1単体のレイリー波速度(2150m/s)とほぼ等し
い。1次以上の高次モードの●印における位相速度はほ
ぼ一定(約2370m/s)で、圧電基板1単体の表面
が電気的に開放状態にあるときの圧電基板1単体のレイ
リー波速度(2340m/s)とほぼ等しい。図7は圧
電基板1の異なる2つの電気的境界条件下での位相速度
差から算出したk2値と、kh値との関係を示す特性図
である。但し、図7では、非圧電板2がガラス板で成
り、そのガラス板単体を伝搬する弾性表面波の横波の速
度が1988m/sで縦波の速度が3597m/sであ
る場合の特性図が示される。この横波速度1988m/
sおよび縦波速度3597m/sという値は、圧電基板
1単体の場合の横波速度2340m/sおよび縦波速度
4390m/sそれぞれのほぼ0.8倍である。図7で
は、すだれ状電極3に加えられる電気的エネルギーは特
に0次モードの弾性表面波に最も効率よく変換され、高
次モードになるにつれて変換されにくくなる傾向がある
ことが分かる。すだれ状電極3に加えられる電気的エネ
ルギーが0次モードの弾性表面波に最も変換されやすい
のはkh値が約1.6のときで、このときk2は最大値
の約18.5%を示す。図8は圧電基板1の表面近傍を
伝搬する弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図であ
り、kh値に対する各モードの位相速度を示す図であ
る。但し、図8では、非圧電板2が図7と同様な材質の
ガラス板で成る場合の特性図が示される。1次以上の高
次モードではカットオフ周波数が存在する。●印は、す
だれ状電極3に加えられる電気的エネルギーが各モード
の弾性表面波に最も効率よく変換されるkh値(図7か
ら算出した値で、k2が最大値を示すkh値)を示す。
0次モードの●印における位相速度(約2095m/
s)は、図6で示される0次モードの●印における位相
速度(約2170m/s)よりも小さいが、圧電基板1
単体の表面が電気的に短絡状態にあるときの圧電基板1
単体のレイリー波速度(2150m/s)とほぼ等し
い。1次以上の高次モードの●印における位相速度はほ
ぼ一定(約2300m/s)で、図6で示される1次以
上の高次モードの●印における位相速度(約2370m
/s)よりも小さいが、圧電基板1単体の表面が電気的
に開放状態にあるときの圧電基板1単体のレイリー波速
度(2340m/s)とほぼ等しい。図5〜8より、非
圧電板2に伝搬される弾性表面波は0次モードおよび1
次以上の高次モードの波であり、すだれ状電極3に加え
られる電気的エネルギーが0次モードの弾性表面波に最
も変換されやすい位相速度は、電気的に短絡状態にある
圧電基板1単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等し
い。また、すだれ状電極3に加えられる電気的エネルギ
ーが1次以上の高次モードの弾性表面波に最も変換され
やすい位相速度は、電気的に開放状態にある圧電基板1
単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しい。さら
に、非圧電板2単体を伝搬する弾性表面波の横波および
縦波の速度が小さいほど、圧電基板1から非圧電板2に
伝搬される弾性表面波の各モードの位相速度が小さくな
る。同様にして、すだれ状電極4において弾性表面波が
電気信号に変換される場合には、特に0次モードの弾性
表面波が効率よく電気信号に変換され、高次モードにな
るにつれて変換されにくくなる傾向があることが分か
る。0次モードの弾性表面波が効率よく電気信号に変換
されるのは、その0次モードの弾性表面波の位相速度
が、電気的に短絡状態にある圧電基板1単体に伝搬する
レイリー波の速度とほぼ等しい場合であり、1次以上の
高次モードの弾性表面波が効率よく電気信号に変換され
るのは、その1次以上の高次モードの弾性表面波の位相
速度が、電気的に開放状態にある圧電基板1単体に伝搬
するレイリー波の速度とほぼ等しい場合である。また、
非圧電板2単体を伝搬する弾性表面波の横波および縦波
の速度が小さいほど、非圧電板2から圧電基板1に伝搬
される弾性表面波の各モードの位相速度が小さくなる。
図9は本発明の超音波スイッチング素子の第2の実施例
を示す平面図である。本実施例は図1の第1の実施例の
出力用すだれ状電極4が出力用すだれ状電極5に置き換
わった構造を有する。図9では圧電基板1、すだれ状電
極3および5のみが描かれている。すだれ状電極5の電
極指の交差領域は、2個のグループR1およびR2と1個
の部分Q1から成り、部分Q1はグループR1およびR2の
間にある。グループR1は2つの部分R1aおよびR1bと
それらに挟まれた部分R1mから成り、グループR2は2
つの部分R2aおよびR2bとそれらに挟まれた部分R2mか
ら成る。部分R1a,R1b,R2aおよびR2bそれぞれの電
極指の方向はすだれ状電極3の電極指の方向と平行で、
部分R1a,R1b,R2aおよびR2bそれぞれの電極周期長
はすだれ状電極3の電極周期長Pと等しい。部分R1mお
よびR2mの構造は図3に示されている構造と同様であ
る。図10は部分Q1の拡大平面図である。部分Q1の電
極指はすだれ状電極3の電極指に対し角−βの傾きを有
する。本実施例では、このように−βの傾きを有する
が、+βの傾きを有する場合も可能である。部分Q1の
電極指に直交する方向での電極指の周期長PQNは、電極
周期長Pとcosβとの積に等しい。部分Q1の電極交差幅
には、部分Q1の電極指の方向での交差幅LQPと、すだ
れ状電極3の電極指に平行な方向での交差幅LQNとの2
種類がある。交差幅LQPは、交差幅LQNとsecβとの積
に等しく、また、電極周期長Pを4で除した値(P/
4)とcosecβとの積に等しい。なお、部分R1a,
R1b,R2aおよびR2bそれぞれの電極交差幅(3mm)
と、部分R1mおよびR2mそれぞれの交差幅LRN(1m
m)と、部分Q1の交差幅LQN(1mm)の合計は、す
だれ状電極3の電極交差幅L(15mm)と等しい。第
2の実施例の超音波スイッチング素子を駆動する場合、
図4の回路構成が用いられる。但し、図4のすだれ状電
極4はすだれ状電極5に置き換えられる。すだれ状電極
3から電気信号を入力することにより圧電基板1の上端
面の表面近傍のすだれ状電極3と接触する部分に励振さ
れた弾性表面波は、非圧電板2の上端面に伝搬された
後、圧電基板1の上端面の表面近傍のすだれ状電極5と
接触する部分に伝搬され、部分R1a,R1b,R2aおよび
R2bによって電気信号E1a,E1b,E2aおよびE2bにそ
れぞれ変換される。電気信号E1aおよびE1bを合成する
ことにより生ずる電気信号の振幅および電気信号E2aお
よびE2bを合成することにより生ずる電気信号の振幅は
ともに零となる。すだれ状電極3および5は、非圧電板
2の上端面において、部分R1a,R1b,R2aおよびR2b
それぞれに対応する超音波伝搬路Z1a,Z1b,Z2aおよ
びZ2bを形成する。もしも、非圧電板2の上端面を人指
または物体が接触してこれらの超音波伝搬路のうちZ1b
が遮断されると、超音波伝搬路Z1aに対応する電気信号
E1aがすだれ状電極5から出力され、同様にして、超音
波伝搬路Z1aが遮断されると電気信号E1bが出力され、
超音波伝搬路Z2aが遮断されると電気信号E2bが出力さ
れ、超音波伝搬路Z2bが遮断されると電気信号E2aが出
力される。すなわち、非圧電板2の上端面を接触して超
音波伝搬路Z1a,Z1b,Z2aまたはZ2bを遮断すること
により、電気信号E1b,E1a,E2bまたはE2aを発生さ
せることができることから、本発明の超音波スイッチン
グ素子はスイッチとしての機能を果たす。さらに、電気
信号E1a,E1b,E2aまたはE2bが無線周波数を有する
構造を採用することにより、電気信号E1a,E1b,E2a
またはE2bを無線信号として放射することが可能とな
る。すだれ状電極5から出力される電気信号E1a,
E1b,E2aまたはE2bは増幅器AMPによって増幅さ
れ、増幅された電気信号の一部はすだれ状電極3に再び
入力される。このようにして、超音波伝搬路Z1a,
Z1b,Z2aまたはZ2bを遅延素子とする発振器が構成さ
れる。図11は本発明の超音波スイッチング素子の第3
の実施例を示す平面図である。本実施例は図1の第1の
実施例の入力用すだれ状電極3および出力用すだれ状電
極4が入力用すだれ状電極6および出力用すだれ状電極
7に置き換わった構造を有する。図11では圧電基板
1、すだれ状電極6および7のみが描かれている。すだ
れ状電極6の電極指の交差領域は、2個の部分A1およ
びA2と1個の部分B1から成り、部分B1は部分A1およ
びA2の間にある。また、すだれ状電極7の電極指の交
差領域は、3個の部分C1,C2およびC3と、2個の部
分D1およびD2から成り、部分D1は部分C1およびC2
の間にあり、部分D2は部分C2およびC3の間にある。
部分A1およびA2それぞれの電極指の方向は、部分
C1,C2およびC3それぞれの電極指の方向と平行であ
る。部分A1,A2,C1,C2およびC3それぞれの電極
周期長Pは400μmである。図12は部分B1の拡大
平面図である。部分B1の電極指は部分A1およびA2の
電極指に対し角−βの傾きを有し、部分B1の電極指に
直交する方向での電極指の周期長PBNは、電極周期長P
とcosβとの積に等しい。部分B1の電極交差幅には、部
分B1の電極指の方向での交差幅LBPと、部分A1および
A2の電極指に平行な方向での交差幅LBNとの2種類が
ある。交差幅LBPは交差幅LBNとsecβとの積に等し
い。さらに、交差幅LBPは、電極周期長Pを4で除した
値(P/4)とcosecβとの積に等しい。図13は部分
D1の拡大平面図である。部分D2も部分D1と同様な構
造を成す。部分D1の電極指は部分C1,C2およびC3の
電極指に対し角αの傾きを有し、部分D1の電極指に直
交する方向での電極指の周期長PDNは、電極周期長Pと
cosαとの積に等しい。部分D1の電極交差幅には、部分
D1の電極指の方向での交差幅LDPと、部分C1,C2お
よびC3の電極指に平行な方向での交差幅LDNとの2種
類がある。交差幅LDPは、交差幅LDNとsecαとの積に
等しいとともに、電極周期長Pの半分とcosecαとの積
に等しい。部分D2についても同様である。部分A1およ
びA2それぞれの電極交差幅(7mm)と、部分B1の交
差幅LBN(1mm)の合計(15mm)は、部分C1お
よびC3それぞれの電極交差幅(3mm)と、部分C2の
電極交差幅(7mm)と、部分D1およびD2それぞれの
交差幅LD N(1mm)の合計(15mm)に等しい。第
3の実施例の超音波スイッチング素子を駆動する場合、
図4の回路構成が用いられる。但し、図4のすだれ状電
極3および4はすだれ状電極6および7に置き換えられ
る。すだれ状電極6から電気信号を入力することにより
圧電基板1の上端面の表面近傍のすだれ状電極6と接触
する部分に励振された弾性表面波は、非圧電板2の上端
面に伝搬された後、圧電基板1の上端面の表面近傍のす
だれ状電極7と接触する部分に伝搬され、すだれ状電極
7によって2個の電気信号E1aおよびE2aと、2個の電
気信号E1bおよびE2bに変換される。電気信号E1aおよ
びE1bを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零
となり、電気信号E2aおよびE2bを合成することにより
生ずる電気信号の振幅は零となる。すだれ状電極6およ
び7は、非圧電板2の上端面において、2個の超音波伝
搬路Z1aおよびZ2aと、2個の超音波伝搬路Z1bおよび
Z2bを形成する。超音波伝搬路Z1aは部分A1とC1との
間に、超音波伝搬路Z1bは部分A1とC2との間に、超音
波伝搬路Z2aは部分A2とC2との間に、超音波伝搬路Z
2bは部分A2とC3との間にそれぞれ存在する。もしも、
非圧電板2の上端面を人指または物体が接触してこれら
の超音波伝搬路のうちZ1bが遮断されると、超音波伝搬
路Z1aに対応する電気信号E 1aがすだれ状電極7から出
力される。同様にして、超音波伝搬路Z1aが遮断される
と、電気信号E1bが出力され、超音波伝搬路Z2aが遮断
されると、電気信号E2bが出力され、超音波伝搬路Z2b
が遮断されると、電気信号E2aが出力される。このと
き、超音波伝搬路Z1a,Z1b,Z2aまたはZ2bが遮断さ
れても、また遮断されなくても部分D1およびD2で変換
される電気信号が出力されることはない。このようにし
て、非圧電板2の上端面を接触して超音波伝搬路Z1a,
Z1b,Z2aまたはZ2bを遮断することにより、電気信号
E1b,E1a,E2bまたはE2aをそれぞれ発生させること
ができることから、本発明の超音波スイッチング素子は
スイッチとしての機能を果たすことが可能となる。さら
に、電気信号E1a,E1b,E2aまたはE2bが無線周波数
を有する構造を採用することにより、電気信号E1a,E
1b,E2aまたはE2bを無線信号として放射することが可
能となる。すだれ状電極7から出力される電気信号
E1a,E1b,E2aまたはE2bは増幅器AMPによって増
幅され、増幅された電気信号の一部はすだれ状電極6に
再び入力される。このようにして、超音波伝搬路Z1a,
Z1b,Z2aまたはZ2bを遅延素子とする発振器が構成さ
れる。図14は本発明の超音波スイッチング素子の第4
の実施例を示す断面図である。本実施例は入力用圧電基
板8、出力用圧電基板9、非圧電板10、すだれ状電極
3および4から成る。すだれ状電極3および4は圧電基
板8および9それぞれの上端面に設けられている。圧電
基板8および9は厚さdが150μmで、その分極軸の
方向は厚さdの方向と平行である。非圧電板10は厚さ
hが1.5mmである。圧電基板8および9は非圧電板
10の上端面に固着されている。図14におけるすだれ
状電極3と4との間の相対的構造は、図2に示されるす
だれ状電極3と4との間の相対的構造と同様である。本
実施例の超音波スイッチング素子を使用する場合、非圧
電板10の上端面を接触する。第4の実施例の超音波ス
イッチング素子を駆動する場合、図4の回路構成が用い
られる。すだれ状電極3から電気信号を入力すると、圧
電基板8に弾性表面波が励振される。この弾性表面波
は、非圧電板10の上端面に伝搬された後、圧電基板9
に伝搬され、部分R1aおよびR1bによって電気信号E1a
およびE1bにそれぞれ変換される。すだれ状電極3およ
び4は、非圧電板10の上端面において、部分R1aおよ
びR1bそれぞれに対応する超音波伝搬路Z1aおよびZ1b
を形成する。第4の実施例の超音波スイッチング素子も
またスイッチとして有効な機能を果たす。図15は圧電
基板8または9の異なる2つの電気的境界条件下での位
相速度差から算出したk2値と、弾性表面波の周波数f
と圧電基板8または9の厚さdとの積(fd)との関係
を示す特性図である。但し、図15では、非圧電板10
が、非圧電板10単体を伝搬する弾性表面波の横波の速
度が3091m/sで縦波の速度が5592m/sであ
るような材質で成る場合の特性図が示される。この横波
速度3091m/sおよび縦波速度5592m/sとい
う値は、圧電基板8または9単体の場合の横波速度24
50m/sおよび縦波速度4390m/sそれぞれのほ
ぼ1.3倍である。図15では、すだれ状電極3に加え
られる電気的エネルギーは特に1次モードの弾性表面波
に最も効率よく変換されることが分かる。すだれ状電極
3に加えられる電気的エネルギーが1次モードの弾性表
面波に最も変換されやすいのはfd値が約1.3MHz
・mmのときで、このときk2は最大値の約4.7%を
示す。図16は圧電基板8または9を伝搬する弾性表面
波の速度分散曲線を示す特性図であり、fd値に対する
各モードの位相速度を示す図である。但し、図16で
は、非圧電板10が図15と同様な材質で成る場合の特
性図が示される。●印は、すだれ状電極3に加えられる
電気的エネルギーが各モードの弾性表面波に最も効率よ
く変換されるfd値(図15から算出した値で、k2が
最大値を示すfd値)を示す。1次以上の高次モードの
●印における位相速度はほぼ一定(約2980m/s)
で、非圧電板10単体に伝搬するレイリー波速度(28
50m/s)とほぼ等しい。図17は圧電基板8または
9の異なる2つの電気的境界条件下での位相速度差から
算出したk2値と、fd値との関係を示す特性図であ
る。但し、図17では、非圧電板10が、非圧電板10
単体を伝搬する弾性表面波の横波の速度が4203m/
sで縦波の速度が7604m/sであるような材質で成
る場合の特性図が示される。この横波速度4203m/
sおよび縦波速度7604m/sという値は、圧電基板
8または9単体の場合の横波速度2450m/sおよび
縦波速度4390m/sそれぞれのほぼ1.7倍であ
る。図17では、すだれ状電極3に加えられる電気的エ
ネルギーは特に1次モードの弾性表面波に最も効率よく
変換されることが分かる。すだれ状電極3に加えられる
電気的エネルギーが1次モードの弾性表面波に最も変換
されやすいのはfd値が約0.7MHz・mmのとき
で、このときk2は最大値の約14.0%を示す。図1
8は圧電基板8または9を伝搬する弾性表面波の速度分
散曲線を示す特性図であり、fd値に対する各モードの
位相速度を示す図である。但し、図18では、非圧電板
10が図17と同様な材質で成る場合の特性図が示され
る。●印は、すだれ状電極3に加えられる電気的エネル
ギーが各モードの弾性表面波に最も効率よく変換される
fd値(図17から算出した値で、k2が最大値を示す
fd値)を示す。1次以上の高次モードの●印における
位相速度はほぼ一定(約3800m/s)で、非圧電板
10単体に伝搬するレイリー波速度(3860m/s)
とほぼ等しい。図15〜18より、非圧電板10に効率
よく伝搬される弾性表面波は1次以上の高次モードの波
であることが分かる。また、すだれ状電極3に加えられ
る電気的エネルギーが1次以上の高次モードの弾性表面
波に最も変換されやすい位相速度は、非圧電板10単体
に伝搬するレイリー波速度とほぼ等しい。同様にして、
すだれ状電極4において1次以上の高次モードの弾性表
面波が電気信号に変換される場合、その弾性表面波の位
相速度が非圧電板10単体に伝搬するレイリー波速度と
ほぼ等しいときに効率よく電気信号に変換される。図1
4の超音波スイッチング素子では、すだれ状電極4がす
だれ状電極5に置き換わった構造が可能であるととも
に、すだれ状電極3および4がすだれ状電極6および7
に置き換わった構造が可能である。図19は本発明の超
音波スイッチング素子の第5の実施例を示す断面図であ
る。本実施例は入力用圧電基板11、出力用圧電基板1
2、非圧電板13、入力用すだれ状電極14および出力
用すだれ状電極15から成る。すだれ状電極14および
15は圧電基板11および12それぞれの下端面に設け
られている。圧電基板11および12は厚さdが1mm
で、その分極軸の方向は厚さdの方向と平行である。非
圧電板13は厚さhが150μmである。圧電基板11
および12は非圧電板13の下端面に固着されている。
圧電基板11と非圧電板13は2層構造部BTを形成
し、圧電基板12と非圧電板13は2層構造部BRを形
成する。図19におけるすだれ状電極14と15との間
の相対的構造は図2に示されるすだれ状電極3と4との
間の相対的構造と同様である。すだれ状電極14の電極
周期長Pは1.6mm、電極交差幅Lは15mmであ
る。本実施例の超音波スイッチング素子を使用する場
合、非圧電板13の上端面または下端面のどちらを接触
してもよい。第5の実施例の超音波スイッチング素子を
駆動する場合、図4の回路構成が用いられる。但し、図
4のすだれ状電極3および4はすだれ状電極14および
15に置き換えられる。すだれ状電極14から電気信号
を入力すると、2層構造部BTに弾性波が励振される。
その弾性波は非圧電板13中に伝搬され、さらに2層構
造部BRに伝搬されて、部分R1aおよびR1bによって電
気信号E1aおよびE1bにそれぞれ変換される。すだれ状
電極14および15は、非圧電板13において、部分R
1aおよびR1bそれぞれに対応する超音波伝搬路Z1aおよ
びZ1bを形成する。第5の実施例の超音波スイッチング
素子もまたスイッチとして有効な機能を果たす。図20
は図19の2層構造部BTにおける圧電基板11の異な
る2つの電気的境界条件下での位相速度差から算出した
k2値と、弾性波の周波数fと圧電基板11の厚さdと
の積(fd)との関係を示す特性図である。但し、図2
0では、非圧電板13が、非圧電板13単体を伝搬する
弾性波の横波の速度が4203m/sで縦波の速度が7
604m/sであるような材質で成る場合の特性図が示
される。この横波速度4203m/sおよび縦波速度7
604m/sという値は、圧電基板11単体の場合の横
波速度2450m/sおよび縦波速度4390m/sそ
れぞれのほぼ1.7倍である。図20ではA0モードの
k2値のみが常に5%を下回っている。従って、A0モー
ドを除くモード、つまりS0モードおよび1次(A1およ
びS1)以上の高次モードの弾性波が効率よく2層構造
部BTに励振されることが分かる。すだれ状電極14に
加えられる電気的エネルギーは、たとえばA2モードの
弾性波に最も変換されやすいのはfd値が約3.8MH
z・mmのときであり、このときk2値は最大値の約1
4%に達する。図21は図19の2層構造部BTを伝搬
する弾性波の速度分散曲線を示す特性図であり、fd値
に対する各モードの位相速度を示す図である。但し、図
21では、非圧電板13が図20と同様な材質で成る場
合の特性図が示される。●印は、すだれ状電極14に加
えられる電気的エネルギーが各モードの弾性波に最も効
率よく変換されるfd値(図20から算出した値で、k
2が最大値を示すfd値)を示す。図21ではfd値が
零の近傍にある場合のS0モードの弾性波の位相速度V
fd=0は約3750m/sである。●印における位相速度
はほぼVfd=0値と等しいことが分かる。このようにし
て、2層構造部BTに励振される弾性波の位相速度とV
fd=0値とがほぼ一致するときのfd値がk2の最大値を
もたらすことが分かる。図22は本発明の超音波スイッ
チング素子の第6の実施例を示す断面図である。本実施
例は図19の第5の実施例の非圧電板13が非圧電板1
9に置き換わった構造を有する。非圧電板19は厚さh
が1mmである。圧電基板11と非圧電板19は2層構
造部BTを形成し、圧電基板12と非圧電板19は2層
構造部BRを形成する。本実施例の超音波スイッチング
素子を使用する場合、非圧電板19の上端面または下端
面のどちらを接触してもよい。第6の実施例の超音波ス
イッチング素子もまたスイッチとして有効な機能を果た
す。図23は図22の2層構造部BTにおける圧電基板
11の異なる2つの電気的境界条件下での位相速度差か
ら算出したk2値と、fd値との関係を示す特性図であ
る。但し、図22では、非圧電板19が、非圧電板19
単体を伝搬する弾性波の横波の速度が2297m/sで
縦波の速度が4155m/sであるような材質で成る場
合の特性図が示される。この横波速度2297m/sお
よび縦波速度4155m/sという値は、圧電基板11
単体の場合の横波速度2450m/sおよび縦波速度4
390m/sそれぞれとほぼ等しい。図23ではA0モ
ードのk2値のみが常に5%を下回っている。従って、
A0モードを除くモード、つまりS0モードおよび1次
(A1およびS1)以上の高次モードの弾性波が効率よく
2層構造部BTに励振されることが分かる。すだれ状電
極14に加えられる電気的エネルギーは、たとえばS1
モードの弾性波に最も変換されやすいのはfd値が約
1.8MHz・mmのときであり、このときk2値は最
大値の約9.5%に達する。図24は図22の2層構造
部BTを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図で
あり、fd値に対する各モードの位相速度を示す図であ
る。但し、図24では、非圧電板19が図23と同様な
材質で成る場合の特性図が示される。●印は、すだれ状
電極14に加えられる電気的エネルギーが各モードの弾
性波に最も効率よく変換されるfd値(図23から算出
した値で、k2が最大値を示すfd値)を示す。図24
ではVfd=0値は約3670m/sである。●印における
位相速度はほぼVfd=0値と等しいことが分かる。このよ
うにして、2層構造部BTに励振される弾性波の位相速
度とVfd=0値とがほぼ一致するときのfd値がk2の最
大値をもたらすことが分かる。図25は本発明の超音波
スイッチング素子の第7の実施例を示す断面図である。
本実施例は図19の第5の実施例の非圧電板13が非圧
電板20に置き換わった構造を有する。非圧電板20は
厚さhが1.5mmである。圧電基板11と非圧電板2
0は2層構造部BTを形成し、圧電基板12と非圧電板
20は2層構造部BRを形成する。本実施例の超音波ス
イッチング素子を使用する場合、非圧電板20の上端面
または下端面のどちらを接触してもよい。第7の実施例
の超音波スイッチング素子もまたスイッチとして有効な
機能を果たす。図26は図25の2層構造部BTにおけ
る圧電基板11の異なる2つの電気的境界条件下での位
相速度差から算出したk2値と、fd値との関係を示す
特性図である。但し、図26では、非圧電板20が、非
圧電板20単体を伝搬する弾性波の横波の速度が198
8m/sで縦波の速度が3597m/sであるような材
質で成る場合の特性図が示される。この横波速度198
8m/sおよび縦波速度3597m/sという値は、圧
電基板11単体の場合の横波速度2450m/sおよび
縦波速度4390m/sそれぞれのほぼ0.8倍であ
る。図26ではA0モードのk2値のみが常に5%を下回
っている。従って、A0モードを除くモード、つまりS0
モードおよび1次(A1およびS1)以上の高次モードの
弾性波が効率よく2層構造部BTに励振されることが分
かる。図27は図25の2層構造部BTを伝搬する弾性
波の速度分散曲線を示す特性図であり、fd値に対する
各モードの位相速度を示す図である。但し、図27で
は、非圧電板20が図26と同様な材質で成る場合の特
性図が示される。●印は、すだれ状電極14に加えられ
る電気的エネルギーが各モードの弾性波に最も効率よく
変換されるfd値(図26から算出した値で、k2が最
大値を示すfd値)を示す。図27ではVfd=0値は約3
500m/sである。●印における位相速度はほぼV
fd=0値と等しいことが分かる。このようにして、2層構
造部BTに励振される弾性波の位相速度とVfd=0値とが
ほぼ一致するときのfd値がk2の最大値をもたらすこ
とが分かる。図19,22および25の超音波スイッチ
ング素子では、すだれ状電極15がすだれ状電極16に
置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極
14および15がすだれ状電極17および18に置き換
わった構造が可能である。すだれ状電極16,17およ
び18は、電極周期長の値を除いて、すだれ状電極5,
6および7とそれぞれ同様な構造を有する。すだれ状電
極14と16との間の相対的構造は、図9に示されるす
だれ状電極3と5との間の相対的構造と同様であり、す
だれ状電極17と18との間の相対的構造は、図11に
示されるすだれ状電極6と7との間の相対的構造と同様
である。図28は本発明の超音波スイッチング素子の第
8の実施例を示す断面図である。本実施例は入力用圧電
基板21、出力用圧電基板22、非圧電板23、入力す
だれ状電極24および出力用すだれ状電極25から成
る。すだれ状電極24および25は圧電基板21および
22それぞれの下端面に設けられている。圧電基板21
および22は、それぞれの上端面を介して非圧電板23
の下端面に固着されている。圧電基板21および22は
厚さdが200μmで、その分極軸の方向はすだれ状電
極24の電極指の方向と平行になるような向きに配置さ
れている。非圧電板23は厚さhが200μmである。
圧電基板21と非圧電板23との界面および圧電基板2
2と非圧電板23との界面は電気的に開放状態にある。
圧電基板21と非圧電板23は2層構造部BTを形成
し、圧電基板22と非圧電板23は2層構造部BRを形
成する。図28におけるすだれ状電極24と25との間
の相対的構造は図2に示されるすだれ状電極3と4との
間の相対的構造と同様である。すだれ状電極24は3対
の電極指を有し、その電極周期長Pは290μm、電極
交差幅Lは15mmである。本実施例の超音波スイッチ
ング素子を使用する場合、非圧電板23の上端面または
下端面のどちらを接触してもよい。第8の実施例の超音
波スイッチング素子を駆動する場合、図4の回路構成が
用いられる。但し、図4のすだれ状電極3および4はす
だれ状電極24および25に置き換えられる。すだれ状
電極24から電気信号を入力すると、2層構造部BTに
SH波が励振される。そのSH波は非圧電板23中に伝
搬され、さらに2層構造部BRに伝搬されて、部分R1a
およびR1bによって電気信号E1aおよびE1bにそれぞれ
変換される。すだれ状電極24および25は、非圧電板
23において、部分R1aおよびR1bそれぞれに対応する
超音波伝搬路Z1aおよびZ1bを形成する。第8の実施例
の超音波スイッチング素子もまたスイッチとして有効な
機能を果たす。図29は図28の2層構造部BTにおけ
る圧電基板21の異なる2つの電気的境界条件下での位
相速度差から算出したk2値と、SH波の周波数fと圧
電基板21の厚さdとの積(fd)との関係を示す特性
図である。但し、図29では、非圧電板23が、非圧電
板23単体に伝搬する横波の速度が1988m/sで、
縦波の速度が3597m/sあるような材質で成る場合
の特性図が示される。この横波速度1988m/sおよ
び縦波速度3597m/sという値は、圧電基板21単
体の場合の横波速度2450m/sおよび縦波速度43
90m/sそれぞれのほぼ0.8倍である。図29か
ら、0次および1次以上の高次モードのSH波は大きな
k2値を有することが分かるが、特に、2次以上の高次
モードのSH波はデバイスを設計する上でも扱いやすい
ことが分かる。このようにして、たとえば、すだれ状電
極24に加えられる電気的エネルギーが2次モードのS
H波に最も変換されやすいのはfd値が約3.3MHz
・mmのときであり、このときk2値は最大値の約2
2.5%に達する。図30は図28の2層構造部BTを
伝搬するSH波の速度分散曲線を示す特性図であり、f
d値に対する各モードの位相速度を示す図である。但
し、図30では、非圧電板23が図29と同様な材質で
成る場合の特性図が示される。●印は、すだれ状電極2
4に加えられる電気的エネルギーが各モードのSH波に
最も効率よく変換されるfd値(図29から算出した値
で、k2が最大値を示すfd値)を示す。図30から、
●印における各位相速度は非圧電板23単体に伝搬する
横波速度および圧電基板21単体に伝搬する横波速度の
平均値(2219m/s)とほぼ等しいことが分かる。
このようにして、2層構造部BTを伝搬するSH波の位
相速度と、非圧電板23単体に伝搬する横波速度および
圧電基板21単体に伝搬する横波速度の平均値とがほぼ
一致するときのfd値がk2の最大値をもたらすことが
分かる。図28の超音波スイッチング素子では、すだれ
状電極25がすだれ状電極26に置き換わった構造が可
能であるとともに、すだれ状電極24および25がすだ
れ状電極27および28に置き換わった構造が可能であ
る。すだれ状電極26,27および28は、電極周期長
の値および電極指の数を除いて、すだれ状電極5,6お
よび7とそれぞれ同様な構造を有する。すだれ状電極2
4と26との間の相対的構造は、図9に示されるすだれ
状電極3と5との間の相対的構造と同様であり、すだれ
状電極27と28との間の相対的構造は、図11に示さ
れるすだれ状電極6と7との間の相対的構造と同様であ
る。図31は本発明の超音波スイッチング素子の第9の
実施例を示す断面図である。本実施例は圧電基板21お
よび22、非圧電板29、すだれ状電極24および25
から成る。すだれ状電極24および25は圧電基板21
および22それぞれの上端面に設けられている。圧電基
板21および22は、それぞれの下端面を介して非圧電
板29の上端面に固着されている。非圧電板29は厚さ
hが400μmである。圧電基板21および22の分極
軸の方向はすだれ状電極24の電極指の方向と平行にな
るような向きに配置されている。圧電基板21と非圧電
板29との界面および圧電基板22と非圧電板29との
界面は電気的に短絡状態にある。圧電基板21と非圧電
板29は2層構造部BTを形成し、圧電基板22と非圧
電板29は2層構造部BRを形成する。本実施例の超音
波スイッチング素子を使用する場合、非圧電板29の上
端面を接触する。第9の実施例の超音波スイッチング素
子を駆動する場合、図4の回路構成が用いられる。但
し、図4のすだれ状電極3および4はすだれ状電極24
および25に置き換えられる。すだれ状電極24から電
気信号を入力すると、2層構造部BTにSH波が励振さ
れる。そのSH波は非圧電板29の上端面に伝搬され、
さらに2層構造部BRに伝搬されて、部分R1aおよびR
1bによって電気信号E1aおよびE1bにそれぞれ変換され
る。すだれ状電極24および25は、非圧電板29にお
いて、部分R1aおよびR1bそれぞれに対応する超音波伝
搬路Z1aおよびZ1bを形成する。第9の実施例の超音波
スイッチング素子もまたスイッチとして有効な機能を果
たす。図32は図31の2層構造部BTにおける圧電基
板21の異なる2つの電気的境界条件下での位相速度差
から算出したk2値と、SH波の周波数fと圧電基板2
1の厚さdとの積(fd)との関係を示す特性図であ
る。但し、図32では、非圧電板29が、非圧電板29
単体に伝搬する横波の速度が4203m/sで、縦波の
速度が7604m/sであるような材質で成る場合の特
性図が示される。この横波速度4203m/sおよび縦
波速度7604m/sという値は、圧電基板21単体の
場合の横波速度2450m/sおよび縦波速度4390
m/sそれぞれのほぼ1.7倍である。図31から、0
次および1次以上の高次モードのSH波は大きなk2値
を有することが分かる。たとえば、すだれ状電極24に
加えられる電気的エネルギーが0次モードのSH波に最
も変換されやすいのはfd値が約0.6MHz・mmの
ときであり、このときk2値は最大値の約33.8%に
達する。図33は図31の2層構造部BTを伝搬するS
H波の速度分散曲線を示す特性図であり、fd値に対す
る各モードの位相速度を示す図である。但し、図33で
は、非圧電板29が図32と同様な材質で成る場合の特
性図が示される。●印は、すだれ状電極24に加えられ
る電気的エネルギーが各モードのSH波に最も効率よく
変換されるfd値(図32から算出した値で、k2が最
大値を示すfd値)を示す。図33から、●印における
各位相速度は非圧電板29単体に伝搬する横波速度およ
び圧電基板21単体に伝搬する横波速度の平均値(33
27m/s)の近傍にあることが分かる。このようにし
て、2層構造部BTを伝搬するSH波の位相速度が、非
圧電板29単体に伝搬する横波速度および圧電基板21
単体に伝搬する横波速度の平均値の近傍にあるときのf
d値がk2の最大値をもたらすことが分かる。図31の
超音波スイッチング素子では、すだれ状電極25がすだ
れ状電極26に置き換わった構造が可能であるととも
に、すだれ状電極24および25がすだれ状電極27お
よび28に置き換わった構造が可能である。FIG. 1 is a sectional view of an ultrasonic switching device according to the present invention.
It is sectional drawing which shows Example of one. This embodiment is a piezoelectric substrate
1, non-piezoelectric plate 2, input IDT 3, and output ID
It consists of a drooping electrode 4. IDTs 3 and 4 are Al
It is made of a thin film of minium and has 10 pairs of electrode fingers.
1 is provided on the upper end surface. The thickness d of the piezoelectric substrate 1 is
It is made of 1.5mm piezoelectric ceramic, and its polarization axis direction
Is parallel to the direction of the thickness d. Non-piezoelectric plate 2 is made of glass
Other materials such as fluororesin, acrylic resin or plastic
It is made of a polymer compound and its thickness h is 150 μm.
The upper end surface of the piezoelectric substrate 1 is interposed with interdigital electrodes 3 and 4.
And a non-piezoelectric plate 2 is provided. Non-piezoelectric plate 2 is made of glass, etc.
In the case of consisting of:
Is fixed, and the non-piezoelectric plate 2 is made of fluororesin or acrylic resin.
The non-piezoelectric plate 2 is applied directly on the piezoelectric substrate 1
ing. FIG. 2 is a plan view of the ultrasonic switching device of FIG.
It is. However, in FIG. 2, the piezoelectric substrate 1, the interdigital electrodes 3 and
And only 4 are depicted. The IDT 3 is a regular type
Having an electrode period length P of 400 μm and an electrode cross width L
Is 15 mm. Intersection area of electrode fingers of IDT 4
Is one group R1Group R1Is two
Part R1aAnd R1bAnd the portion R sandwiched between them1mConsisting of
You. Part R1aAnd R1bDirection of each electrode finger
The part R is parallel to the direction of the electrode fingers of the1aAnd R
1bEach electrode cycle length is the electrode cycle length of the IDT 3
Equal to P. FIG. 3 shows the portion R1mFIG. part
R1mIs inclined at an angle α with respect to the electrode fingers of the interdigital electrode 3.
And the part R1mElectrode finger in a direction perpendicular to the electrode finger
Period length PRNIs equal to the product of the electrode period length P and cosα.
No. Part R1mThe electrode intersection width of1mElectrode fingers
Intersection width L in the directionRPAnd parallel to the electrode fingers of the IDT 3
Intersection width L in directionRNThere are two types. Intersection width LRPIs
Intersection width LRNIs equal to the product of
It is equal to the product of half the length P and cosecα. Note that the part R1a
And R1bEach electrode cross width (7 mm) and the part R
1mIntersection width LRN(1 mm) is the sum of the IDTs 3
It is equal to the electrode intersection width L (15 mm). FIG. 4 is the supersonic of FIG.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a wave switching element. IDT electrodes
4 is connected to the amplifier AMP. IDT electrodes
When an electric signal is input from the piezoelectric substrate 1, the upper surface of the piezoelectric substrate 1 is displayed.
A surface acoustic wave is generated at a portion in contact with the IDT 3 near the surface.
Excited. This surface acoustic wave is transmitted to the upper end surface of the non-piezoelectric plate 2.
After being conveyed, the upper surface of the piezoelectric substrate 1 has an interdigital shape near the surface.
The light is propagated to the portion in contact with the electrode 4 and the portion R1aAnd R1b
The electric signal E1aAnd E1bAre converted to
You. At this time, the electric signal E1aAnd E1bSynthesizing
Causes the amplitude of the electric signal to be zero. IDT electrodes
3 and 4 are portions R on the upper end surface of the non-piezoelectric plate 2.1a
And R1bUltrasonic propagation path Z corresponding to each1aand
Z1bTo form If the upper end surface of the non-piezoelectric plate 2 is
Or an object comes into contact with the1bBut
When cut off, the ultrasonic wave propagation path Z1aElectrical signal E corresponding to
1aIt is output from the interdigital electrode 4. Similarly, supersonic
Wave propagation path Z1aIs interrupted, the electric signal E1bIs output
You. That is, the upper end surface of the non-piezoelectric plate 2 is brought into contact with the
Carriage Z1aOr Z1bBy cutting off, the cut off super
Electric signal E corresponding to sound wave propagation path1bOr E1aRaises
The ultrasonic switching of the present invention
The element can function as a switch.
You. Further, the electric signal E1aOr E1bHas radio frequency
By adopting such a structure, the electric signal E1aOr E
1bCan be radiated as a wireless signal. Blinds
Signal E output from the electrode 41aOr E1bIs amplified
Of the electric signal amplified by the amplifier AMP
The data is input to the interdigital electrode 3 again. In this way,
Ultrasonic wave propagation path Z1aOr Z1bOscillator with delay element
Configuration makes it possible to drive with low power consumption
In addition, the circuit configuration is simplified. FIG. 5 shows the piezoelectric substrate 1
Calculated from phase velocity difference under two different electrical boundary conditions
Electromechanical coupling coefficient kTwoAnd the wave number k of the surface acoustic wave
Characteristic diagram showing the relationship between the thickness h of the piezoelectric plate 2 and the product (kh)
It is. However, in FIG. 5, the non-piezoelectric plate 2 is made of a glass plate.
Of the surface acoustic wave propagating through the glass plate
Degree is 2297 m / s and longitudinal wave speed is 4156 m / s
FIG. This shear wave velocity 2297m /
s and longitudinal wave velocity of 4156 m / s
1340 m / s shear wave velocity and longitudinal wave velocity
It is almost 0.9 times each of 4390 m / s. In FIG.
The electric energy applied to the interdigital transducer 3 is
Is most efficiently converted to a zero-order mode surface acoustic wave.
Conversion tends to be difficult as the next mode is entered
You can see that. Electric energy applied to the interdigital electrode 3
Lugie is most easily converted to a zero-order mode surface acoustic wave
Is when the kh value is about 1.6,TwoIs the maximum value
Of about 15.5%. Where kTwoThe value is the surface acoustic wave
LiNbO in practical use as a piezoelectric substrate forThreeSingle crystal
It is worthy of evaluation even if it is about 5%
Is evident. FIG. 6 shows a state where light propagates near the surface of the piezoelectric substrate 1.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of a surface acoustic wave,
It is a figure showing the phase velocity of each mode to a value. However,
In FIG. 6, the non-piezoelectric plate 2 is a glass plate of the same material as in FIG.
A characteristic diagram is shown in the case of the following. In higher order modes
Has a cutoff frequency. ● The mark is an interdigital electrode
Electric energy applied to 3 is the elastic surface of each mode
Kh value that is most efficiently converted to waves (calculated from FIG. 5)
By value, kTwoIndicates the maximum value (kh value). 0th mode
The phase velocity (approximately 2170 m / s) at
Piezoelectric substrate when the surface of substrate 1 is electrically short-circuited
One Rayleigh wave velocity (2150m / s)
No. The phase velocities of the first and higher order modes at
Constant (about 2370 m / s), the surface of the piezoelectric substrate 1 alone
When the piezoelectric substrate 1 is in the electrically open state
It is almost equal to the Lie wave velocity (2340 m / s). Figure 7 shows the pressure
Phase velocity of the circuit board 1 under two different electrical boundary conditions
K calculated from the differenceTwoCharacteristic diagram showing the relationship between the value and the kh value
It is. However, in FIG. 7, the non-piezoelectric plate 2 is made of a glass plate.
Of the surface acoustic wave propagating through the glass plate
Degree is 1988m / s and longitudinal wave speed is 3597m / s
FIG. This transverse wave velocity 1988m /
s and the longitudinal wave velocity of 3597 m / s
1340 m / s shear wave velocity and longitudinal wave velocity
It is approximately 0.8 times each of 4390 m / s. In FIG.
The electric energy applied to the interdigital transducer 3 is
Is most efficiently converted to a zero-order mode surface acoustic wave.
Conversion tends to be difficult as the next mode is entered
You can see that. Electric energy applied to the interdigital electrode 3
Lugie is most easily converted to a zero-order mode surface acoustic wave
Is when the kh value is about 1.6,TwoIs the maximum value
Of about 18.5%. FIG. 8 shows the vicinity of the surface of the piezoelectric substrate 1.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of a propagating surface acoustic wave.
FIG. 3 is a diagram showing the phase velocity of each mode with respect to the kh value.
You. However, in FIG. 8, the non-piezoelectric plate 2 is made of the same material as in FIG.
A characteristic diagram in the case of a glass plate is shown. Higher than primary
In the next mode, there is a cutoff frequency. ● mark
The electric energy applied to the drooping electrode 3 varies in each mode.
Kh value that is most efficiently converted to surface acoustic waves (see FIG. 7
The value calculated fromTwoIndicates the maximum value (kh value).
The phase velocity at the ● mark of the 0th-order mode (about 2095 m /
s) is the phase of the zero-order mode shown in FIG.
Speed (about 2170 m / s), but the piezoelectric substrate 1
Piezoelectric substrate 1 when the surface of a single body is in an electrically shorted state
It is almost equal to the Rayleigh wave velocity (2150m / s) of a single substance
No. The phase velocities of the first and higher order modes at
6 (approximately 2300 m / s)
The phase velocity (about 2370 m)
/ S), but the surface of the piezoelectric substrate 1 alone is electrically
Wave velocity of the piezoelectric substrate 1 when it is in the open state
Degree (2340 m / s). According to FIGS.
The surface acoustic wave propagated to the piezoelectric plate 2 has the 0th mode and the 1st mode.
A higher order mode wave than the next order,
The electrical energy is
Phase velocities that are also easily converted, are electrically short-circuited
It is almost equal to the speed of Rayleigh wave propagating on the piezoelectric substrate 1 alone.
No. Also, the electric energy applied to the IDT 3
Is converted most to first-order or higher order surface acoustic waves.
The easy phase speed is achieved by the piezoelectric substrate 1 in an electrically open state.
It is almost equal to the speed of the Rayleigh wave propagating to a single substance. Further
The transverse wave of the surface acoustic wave propagating through the non-piezoelectric plate 2 alone and
The lower the velocity of the longitudinal wave, the more the piezoelectric substrate 1
The phase velocity of each mode of the propagated surface acoustic wave decreases.
You. Similarly, a surface acoustic wave is generated at the IDT 4
When converted to an electrical signal, especially the elasticity of the 0th mode
Surface waves are efficiently converted to electrical signals,
Understand that there is a tendency that conversion tends to be difficult as
You. Zero-order mode surface acoustic waves are efficiently converted to electrical signals
What is done is the phase velocity of the zero-order mode surface acoustic wave.
Propagates to the piezoelectric substrate 1 in an electrically short-circuited state.
When the speed is almost equal to the Rayleigh wave speed,
Higher-order surface acoustic waves are efficiently converted to electrical signals
Is the phase of the surface acoustic wave in the first or higher order mode.
Velocity propagates to the piezoelectric substrate 1 that is electrically open
This is the case when the speed is almost equal to the speed of the Rayleigh wave. Also,
Transverse and longitudinal waves of surface acoustic waves propagating through non-piezoelectric plate 2 alone
The lower the speed, the more the propagation from the non-piezoelectric plate 2 to the piezoelectric substrate 1
The phase velocity of each mode of the generated surface acoustic wave becomes small.
FIG. 9 shows a second embodiment of the ultrasonic switching device according to the present invention.
FIG. This embodiment is different from the first embodiment in FIG.
The output IDT 4 is replaced with the output IDT 5
It has a curved structure. In FIG. 9, the piezoelectric substrate 1 and the
Only poles 3 and 5 are depicted. Electricity of the interdigital electrode 5
The intersection area of the extreme fingers is composed of two groups R1And RTwoAnd one
Part Q1And the part Q1Is the group R1And RTwoof
between. Group R1Is the two parts R1aAnd R1bWhen
Part R sandwiched between them1mGroup RTwoIs 2
One part R2aAnd R2bAnd the portion R sandwiched between them2mOr
Consisting of Part R1a, R1b, R2aAnd R2bEach
The direction of the pole finger is parallel to the direction of the electrode finger of the interdigital electrode 3,
Part R1a, R1b, R2aAnd R2bEach electrode cycle length
It is equal to the electrode period length P of the interdigital transducer 3. Part R1mYou
And R2mIs similar to the structure shown in FIG.
You. FIG.1FIG. Part Q1No electricity
The pole finger has a slope of an angle -β with respect to the electrode finger of the interdigital electrode 3.
I do. In the present embodiment, the inclination of −β is thus obtained.
Has a slope of + β. Part Q1of
Period length P of the electrode finger in the direction perpendicular to the electrode fingerQNIs the electrode
It is equal to the product of the period length P and cosβ. Part Q1Electrode intersection width
Has part Q1Width L in the direction of the electrode fingerQPAnd Sumada
Intersection width L in the direction parallel to the electrode fingers of the spiral electrode 3QNWith 2
There are types. Intersection width LQPIs the intersection width LQNAnd secβ
And the value obtained by dividing the electrode cycle length P by 4 (P /
4) is equal to the product of cosecβ. Note that the part R1a,
R1b, R2aAnd R2bEach electrode cross width (3mm)
And the part R1mAnd R2mEach intersection width LRN(1m
m) and part Q1Intersection width LQN(1mm)
It is equal to the electrode cross width L (15 mm) of the interdigital electrode 3. No.
When driving the ultrasonic switching element of the second embodiment,
The circuit configuration of FIG. 4 is used. However, the interdigital transducer shown in FIG.
The pole 4 is replaced by an interdigital electrode 5. IDT electrodes
3, the upper end of the piezoelectric substrate 1
Excited in the area near the IDT 3 near the surface
Surface acoustic waves propagated to the upper end surface of the non-piezoelectric plate 2
Thereafter, the interdigital transducer 5 near the upper end surface of the piezoelectric substrate 1
Propagated to the contacting part, the part R1a, R1b, R2aand
R2bThe electric signal E1a, E1b, E2aAnd E2bNiso
Each is converted. Electric signal E1aAnd E1bCompose
The resulting amplitude of the electrical signal and the electrical signal E2aYou
And E2bThe amplitude of the electric signal generated by combining
Both become zero. The IDTs 3 and 5 are non-piezoelectric plates
2 at the upper end face1a, R1b, R2aAnd R2b
Ultrasonic propagation path Z corresponding to each1a, Z1b, Z2aAnd
And Z2bTo form If the upper end surface of the non-piezoelectric plate 2 is
Or, when an object comes into contact with the1b
Is interrupted, the ultrasonic wave propagation path Z1aElectrical signal corresponding to
E1aThe output from the interdigital transducer 5 is likewise supersonic.
Wave propagation path Z1aIs interrupted, the electric signal E1bIs output,
Ultrasonic wave propagation path Z2aIs interrupted, the electric signal E2bIs output
The ultrasonic propagation path Z2bIs interrupted, the electric signal E2aComes out
Is forced. That is, the upper surface of the non-piezoelectric plate 2 is brought into contact with the
Sound propagation path Z1a, Z1b, Z2aOr Z2bTo block
The electrical signal E1b, E1a, E2bOr E2aOccurs
The ultrasonic switch of the present invention
The switching element functions as a switch. In addition, electricity
Signal E1a, E1b, E2aOr E2bHas radio frequency
By adopting the structure, the electric signal E1a, E1b, E2a
Or E2bCan be radiated as a wireless signal.
You. Electric signal E output from the interdigital transducer 51a,
E1b, E2aOr E2bIs amplified by the amplifier AMP
A part of the amplified electric signal is applied to the IDT 3 again.
Is entered. Thus, the ultrasonic wave propagation path Z1a,
Z1b, Z2aOr Z2bAn oscillator with a delay element
It is. FIG. 11 shows a third embodiment of the ultrasonic switching device according to the present invention.
It is a top view which shows the Example of FIG. This embodiment is the first embodiment of FIG.
The input IDT and the output IDT of the embodiment
Pole 4 has IDT 6 for input and IDT for output
7 has the same structure as that of FIG. In FIG. 11, the piezoelectric substrate
1, only the interdigital electrodes 6 and 7 are shown. Suda
The intersecting region of the electrode fingers of the reed-shaped electrode 6 has two portions A1And
And ATwoAnd one part B1And part B1Is part A1And
And ATwoBetween. In addition, the electrode fingers of the IDT 7
The difference area has three parts C1, CTwoAnd CThreeAnd two parts
Minute D1And DTwoAnd part D1Is part C1And CTwo
Part DTwoIs part CTwoAnd CThreeBetween.
Part A1And ATwoThe direction of each electrode finger is
C1, CTwoAnd CThreeParallel to the direction of each electrode finger
You. Part A1, ATwo, C1, CTwoAnd CThreeEach electrode
The cycle length P is 400 μm. FIG. 12 shows part B1Expansion
It is a top view. Part B1Electrode finger is part A1And ATwoof
Part B having an angle of -β with respect to the electrode finger1On the electrode finger
Period length P of electrode finger in orthogonal directionBNIs the electrode cycle length P
And cosβ. Part B1The electrode intersection width
Minute B1Width L in the direction of the electrode fingerBPAnd part A1and
ATwoWidth L in the direction parallel to the electrode fingerBNAnd two types
is there. Intersection width LBPIs the intersection width LBNEqual to the product of
No. Further, the intersection width LBPIs obtained by dividing the electrode cycle length P by 4.
It is equal to the product of the value (P / 4) and cosecβ. FIG. 13 is a part
D1FIG. Part DTwoPart D1The same structure as
Make up. Part D1Electrode finger is part C1, CTwoAnd CThreeof
Part D has an inclination of angle α with respect to the electrode finger.1Directly to the electrode finger
Period length P of the electrode finger in the intersecting directionDNIs the electrode period length P and
Equal to the product of cosα. Part D1The electrode intersection width
D1Width L in the direction of the electrode fingerDPAnd part C1, CTwoYou
And CThreeWidth L in the direction parallel to the electrode fingerDNAnd two kinds
There is kind. Intersection width LDPIs the intersection width LDNAnd the product of secα
Equal to the product of half of the electrode period length P and cosec α
be equivalent to. Part DTwoThe same applies to. Part A1And
And ATwoEach electrode cross width (7 mm) and part B1Exchange
Difference width LBNThe total (15 mm) of (1 mm) is1You
And CThreeEach electrode cross width (3 mm) and the part CTwoof
Electrode cross width (7mm) and part D1And DTwoeach
Intersection width LD NEquivalent to the sum of (1 mm) (15 mm). No.
When driving the ultrasonic switching element of the third embodiment,
The circuit configuration of FIG. 4 is used. However, the interdigital transducer shown in FIG.
Poles 3 and 4 are replaced by interdigital electrodes 6 and 7
You. By inputting an electric signal from the interdigital transducer 6
Contact with the IDT 6 near the upper surface of the piezoelectric substrate 1
The surface acoustic wave excited in the part to be
After being propagated to the surface, the space near the upper end surface of the piezoelectric substrate 1
Propagated to the portion in contact with the interdigital electrode 7, the interdigital electrode
7, two electric signals E1aAnd E2aAnd two
Air signal E1bAnd E2bIs converted to Electric signal E1aAnd
And E1bThe amplitude of the electric signal generated by combining
And the electric signal E2aAnd E2bBy synthesizing
The resulting amplitude of the electrical signal is zero. Interdigital electrodes 6 and
And 7 at the upper end surface of the non-piezoelectric plate 2
Carriage Z1aAnd Z2aAnd two ultrasonic propagation paths Z1band
Z2bTo form Ultrasonic wave propagation path Z1aIs part A1And C1With
In between, the ultrasonic propagation path Z1bIs part A1And CTwoBetween the super sound
Wave propagation path Z2aIs part ATwoAnd CTwoBetween the ultrasonic propagation path Z
2bIs part ATwoAnd CThreeExists between If,
The upper end surface of the non-piezoelectric plate 2 is
Of the ultrasonic propagation paths of Z1bIs interrupted, the ultrasonic propagation
Road Z1aElectrical signal E corresponding to 1aExit from the blind electrode 7
Is forced. Similarly, the ultrasonic wave propagation path Z1aIs shut off
And the electric signal E1bIs output, and the ultrasonic wave propagation path Z2aCut off
The electric signal E2bIs output, and the ultrasonic wave propagation path Z2b
Is interrupted, the electric signal E2aIs output. This and
The ultrasonic propagation path Z1a, Z1b, Z2aOr Z2bIs cut off
Part D1And DTwoConvert with
No electrical signal is output. Like this
Then, the upper end surface of the non-piezoelectric plate 2 is brought into contact with the1a,
Z1b, Z2aOr Z2bBy shutting off the electrical signal
E1b, E1a, E2bOr E2aCan cause each
Therefore, the ultrasonic switching element of the present invention
It becomes possible to fulfill the function as a switch. Further
And the electric signal E1a, E1b, E2aOr E2bIs radio frequency
By adopting the structure having1a, E
1b, E2aOr E2bCan be radiated as wireless signals
It works. Electric signal output from IDT 7
E1a, E1b, E2aOr E2bIs increased by the amplifier AMP.
A part of the amplified and amplified electric signal is applied to the interdigital electrode 6.
Will be entered again. Thus, the ultrasonic wave propagation path Z1a,
Z1b, Z2aOr Z2bAn oscillator with a delay element
It is. FIG. 14 shows a fourth embodiment of the ultrasonic switching device of the present invention.
It is sectional drawing which shows Example of (a). This embodiment uses a piezoelectric substrate for input.
Plate 8, output piezoelectric substrate 9, non-piezoelectric plate 10, IDT
Consists of 3 and 4. The interdigital electrodes 3 and 4 are piezoelectric
Plates 8 and 9 are provided on the respective upper end surfaces. Piezoelectric
Substrates 8 and 9 have a thickness d of 150 μm and a polarization axis
The direction is parallel to the direction of the thickness d. Non-piezoelectric plate 10 is thick
h is 1.5 mm. The piezoelectric substrates 8 and 9 are non-piezoelectric plates
10 is fixed to the upper end surface. The blinds in FIG.
The relative structure between the electrodes 3 and 4 is shown in FIG.
The relative structure between the interdigital electrodes 3 and 4 is the same. Book
When using the ultrasonic switching element of the embodiment,
The upper end surface of the electric plate 10 is brought into contact. Ultrasonic wave of the fourth embodiment
When driving the switching element, the circuit configuration of FIG.
Can be When an electric signal is input from the interdigital electrode 3, the pressure
A surface acoustic wave is excited on the circuit board 8. This surface acoustic wave
Is propagated to the upper end surface of the non-piezoelectric plate 10 and then
And the part R1aAnd R1bThe electric signal E1a
And E1bRespectively. Interdigital electrodes 3 and
And 4 at the upper end face of the non-piezoelectric plate 101aAnd
And R1bUltrasonic propagation path Z corresponding to each1aAnd Z1b
To form The ultrasonic switching element of the fourth embodiment is also
Also, it performs an effective function as a switch. Figure 15 shows piezoelectric
Position of the substrate 8 or 9 under two different electrical boundary conditions
K calculated from phase velocity differenceTwoAnd the frequency f of the surface acoustic wave
(Fd) between the thickness of the piezoelectric substrate 8 or 9 and the thickness d of the piezoelectric substrate 8 or 9
FIG. However, in FIG. 15, the non-piezoelectric plate 10
Is the speed of the transverse wave of the surface acoustic wave propagating through the non-piezoelectric plate 10 alone.
Degree is 3091m / s and longitudinal wave speed is 5592m / s
A characteristic diagram in the case of using such a material is shown. This horizontal wave
3091m / s velocity and 5592m / s longitudinal wave velocity
Is the transverse wave velocity 24 for the piezoelectric substrate 8 or 9 alone.
50 m / s and longitudinal wave velocity of 4390 m / s
It is about 1.3 times. In FIG. 15, in addition to the interdigital electrodes 3,
The electrical energy is particularly the first-order surface acoustic wave
It can be seen that the conversion is made most efficiently. IDT electrodes
Table 3 shows the elasticity of the first-order mode
The fd value of about 1.3 MHz is most easily converted to a surface wave.
Mm, then kTwoIs about 4.7% of the maximum
Show. FIG. 16 shows an elastic surface propagating on the piezoelectric substrate 8 or 9
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a velocity dispersion curve of a wave, with respect to an fd value.
It is a figure showing the phase velocity of each mode. However, in FIG.
Is a characteristic when the non-piezoelectric plate 10 is made of the same material as that of FIG.
A gender diagram is shown. ● mark is added to the IDT 3
Electric energy is most efficient for surface acoustic waves in each mode
Fd value (value calculated from FIG. 15,TwoBut
Fd value indicating the maximum value). Of higher order modes
● Phase speed at the mark is almost constant (about 2980 m / s)
, The Rayleigh wave velocity propagating to the non-piezoelectric plate 10 alone (28
50 m / s). FIG. 17 shows the piezoelectric substrate 8 or
From the phase velocity difference under 9 different electrical boundary conditions
Calculated kTwoFIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between the value and the fd value.
You. However, in FIG. 17, the non-piezoelectric plate 10
The speed of the transverse wave of the surface acoustic wave propagating on a single body is 4203 m /
s and a material whose longitudinal wave velocity is 7604 m / s.
FIG. This shear wave speed 4203m /
s and longitudinal wave velocity of 7604 m / s
Shear wave velocity of 2450 m / s for 8 or 9 alone and
It is almost 1.7 times each of longitudinal wave speed 4390m / s
You. In FIG. 17, the electric energy applied to the IDT 3 is shown.
Energy is most efficient especially for first-order surface acoustic waves.
It can be seen that it is converted. Applied to the interdigital electrode 3
Electric energy is converted most to first-order surface acoustic wave
Is likely to occur when the fd value is about 0.7 MHz · mm
In this case, kTwoIndicates about 14.0% of the maximum value. FIG.
8 is the velocity component of the surface acoustic wave propagating through the piezoelectric substrate 8 or 9
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a scatter curve, and shows the relationship between the fd value and each mode.
It is a figure showing a phase velocity. However, in FIG. 18, the non-piezoelectric plate
FIG. 10 is a characteristic diagram when 10 is made of the same material as FIG.
You. ● indicates the electric energy applied to the IDT 3
Energy is most efficiently converted to surface acoustic waves in each mode
fd value (the value calculated from FIG. 17 and kTwoIndicates the maximum value
fd value). For the higher-order modes of the first or higher order
The phase velocity is almost constant (about 3800 m / s) and the non-piezoelectric plate
Rayleigh wave velocity (3860 m / s) propagating to 10 single substance
Is almost equal to 15 to 18, the efficiency of the non-piezoelectric plate 10 is improved.
A well-propagated surface acoustic wave is a higher-order mode or higher order wave
It turns out that it is. Also added to the interdigital electrode 3
Surface of higher order mode whose electric energy is higher than 1st order
The phase velocity that is most easily converted to waves is the non-piezoelectric plate 10 alone
Is almost equal to the Rayleigh wave velocity propagating in Similarly,
Elastic table of higher order modes of IDT 4
When a surface wave is converted to an electrical signal, the order of the surface acoustic wave
Rayleigh wave velocity at which the phase velocity propagates to the non-piezoelectric plate 10 alone
When they are almost equal, they are efficiently converted into electric signals. FIG.
In the ultrasonic switching element No. 4, the interdigital electrodes 4
It is possible to have a structure that replaces the interdigital electrode 5.
In addition, the interdigital electrodes 3 and 4 are
Is possible. FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a fifth embodiment of the sound wave switching element.
You. In this embodiment, an input piezoelectric substrate 11 and an output piezoelectric substrate 1 are used.
2. Non-piezoelectric plate 13, input IDT 14 and output
It consists of an interdigital electrode 15. IDT 14 and
15 is provided on the lower end surface of each of the piezoelectric substrates 11 and 12
Have been. The thickness d of the piezoelectric substrates 11 and 12 is 1 mm
The direction of the polarization axis is parallel to the direction of the thickness d. Non
The thickness h of the piezoelectric plate 13 is 150 μm. Piezoelectric substrate 11
And 12 are fixed to the lower end surface of the non-piezoelectric plate 13.
The piezoelectric substrate 11 and the non-piezoelectric plate 13 have a two-layer structure BTForm
The piezoelectric substrate 12 and the non-piezoelectric plate 13 areRThe shape
To achieve. Between the interdigital transducers 14 and 15 in FIG.
Is the structure of the interdigital transducers 3 and 4 shown in FIG.
It is the same as the relative structure between them. Electrodes of IDT 14
The cycle length P is 1.6 mm, and the electrode intersection width L is 15 mm.
You. When using the ultrasonic switching element of this embodiment
Contact the upper or lower end of the non-piezoelectric plate 13
May be. The ultrasonic switching element of the fifth embodiment
When driving, the circuit configuration of FIG. 4 is used. However,
4 interdigital electrodes 3 and 4 are interdigital electrodes 14 and
Replaced with 15. Electric signal from IDT 14
Is input, the two-layer structure BTAn elastic wave is excited.
The elastic wave propagates through the non-piezoelectric plate 13 and has a two-layer structure.
Structure BRTo the part R1aAnd R1bBy
Air signal E1aAnd E1bRespectively. Blinds
The electrodes 14 and 15 are formed on the non-piezoelectric plate 13 by the portions R
1aAnd R1bUltrasonic propagation path Z corresponding to each1aAnd
And Z1bTo form Ultrasonic switching of the fifth embodiment
The element also performs an effective function as a switch. FIG.
Is the two-layer structure part B in FIG.TOf the piezoelectric substrate 11
Calculated from the phase velocity difference under two electrical boundary conditions
kTwoValue, the frequency f of the elastic wave and the thickness d of the piezoelectric substrate 11
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship with a product (fd) of. However, FIG.
At 0, the non-piezoelectric plate 13 propagates through the non-piezoelectric plate 13 alone
The velocity of the shear wave is 4203 m / s and the velocity of the longitudinal wave is 7
The characteristic diagram for the case where the material is 604 m / s is shown.
Is done. This shear wave velocity of 4203 m / s and longitudinal wave velocity of 7
The value of 604 m / s is the horizontal value of the piezoelectric substrate 11 alone.
Wave velocity 2450 m / s and longitudinal wave velocity 4390 m / s
It is almost 1.7 times each. In FIG. 20, A0Mode of
kTwoOnly the values are always below 5%. Therefore, A0Mo
Mode, except S0Mode and primary (A1And
And S1) Efficient higher-order elastic waves are efficiently two-layered
Part BTIt can be seen that it is excited. For the interdigital electrode 14
The applied electric energy is, for example, ATwoMode of
The fd value of about 3.8 MH is most easily converted to elastic waves.
z · mm, then kTwoThe value is about 1 of the maximum
Reaches 4%. FIG. 21 shows a two-layer structure part B of FIG.TPropagate
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of an elastic wave, and fd value;
FIG. 9 is a diagram showing the phase speed of each mode with respect to FIG. However,
At 21, the non-piezoelectric plate 13 is made of the same material as that of FIG.
A characteristic diagram for the case is shown. The mark ● is added to the IDT electrode 14.
The obtained electrical energy is most effective for the elastic wave of each mode.
The fd value that is efficiently converted (the value calculated from FIG.
TwoIndicates the maximum value (fd value). In FIG. 21, the fd value is
S when near zero0Mode velocity V of elastic wave
fd = 0Is about 3750 m / s. ● Phase speed at mark
Is almost Vfd = 0It turns out that it is equal to a value. Like this
And the two-layer structure BTVelocity and V of elastic wave excited by
fd = 0Fd value when the value almost matches kTwoThe maximum value of
It turns out to bring. FIG. 22 shows an ultrasonic switch of the present invention.
It is sectional drawing which shows 6th Example of a chin element. This implementation
As an example, the non-piezoelectric plate 13 of the fifth embodiment shown in FIG.
9 is replaced by the same structure. The non-piezoelectric plate 19 has a thickness h
Is 1 mm. The piezoelectric substrate 11 and the non-piezoelectric plate 19 have a two-layer structure.
Structure BTIs formed, and the piezoelectric substrate 12 and the non-piezoelectric plate 19 have two layers.
Structure BRTo form Ultrasonic switching of this embodiment
When an element is used, the upper end or lower end of the non-piezoelectric plate 19
Either of the surfaces may be in contact. The ultrasonic switch of the sixth embodiment
The switching element also functions effectively as a switch
You. FIG. 23 shows a two-layer structure part B of FIG.TPiezoelectric substrate in
Phase velocity difference under eleven different electrical boundary conditions?
K calculated fromTwoFIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between the value and the fd value.
You. However, in FIG. 22, the non-piezoelectric plate 19 is
When the velocity of the transverse wave of an elastic wave propagating through a single body is 2297 m / s
A field made of a material whose longitudinal wave velocity is 4155 m / s
A characteristic diagram for the case is shown. This shear wave velocity 2297m / s
And the value of the longitudinal wave velocity of 4155 m / s
Shear wave velocity 2450 m / s and longitudinal wave velocity 4 when used alone
390 m / s. In FIG. 23, A0Mo
KTwoOnly the values are always below 5%. Therefore,
A0Mode except mode, that is, S0Mode and primary
(A1And S1) Efficient elastic waves of higher modes
Two-layer structure BTIt can be seen that it is excited. IDT
The electrical energy applied to pole 14 is, for example, S1
The fd value is the most easily converted to the elastic wave of the mode
1.8 MHz mm, where kTwoThe value is
It reaches about 9.5% of the maximum value. FIG. 24 shows the two-layer structure of FIG.
Part BTCharacteristic diagram showing the velocity dispersion curve of an elastic wave propagating through
FIG. 7 is a diagram showing the phase velocity of each mode with respect to the fd value.
You. However, in FIG. 24, the non-piezoelectric plate 19 is similar to that in FIG.
A characteristic diagram in the case of a material is shown. ● The sign is a blind
The electric energy applied to the electrode 14 is the
Fd value that is most efficiently converted to a natural wave (calculated from FIG. 23)
With the valueTwoIndicates the maximum value (fd value). FIG.
Then Vfd = 0The value is about 3670 m / s. ● In the seal
Phase velocity is almost Vfd = 0It turns out that it is equal to a value. This
Thus, the two-layer structure BTVelocity of elastic wave excited in
Degree and Vfd = 0Fd value when the value almost matches kTwoMost
It turns out that it brings a large value. FIG. 25 shows an ultrasonic wave according to the present invention.
FIG. 14 is a sectional view showing a seventh embodiment of the switching element.
In this embodiment, the non-piezoelectric plate 13 of the fifth embodiment in FIG.
It has a structure in which the electric plate 20 is replaced. The non-piezoelectric plate 20
The thickness h is 1.5 mm. Piezoelectric substrate 11 and non-piezoelectric plate 2
0 is a two-layer structure part BTForming a piezoelectric substrate 12 and a non-piezoelectric plate
20 is a two-layer structure part BRTo form The ultrasonic switch of the present embodiment
When using the switching element, the upper end surface of the non-piezoelectric plate 20
Alternatively, either of the lower end faces may be in contact with each other. Seventh embodiment
Ultrasonic switching element is also effective as a switch
Perform the function. FIG. 26 shows the two-layer structure part B of FIG.TSmell
Position of the piezoelectric substrate 11 under two different electrical boundary conditions.
K calculated from phase velocity differenceTwoShows the relationship between the value and the fd value
It is a characteristic diagram. However, in FIG. 26, the non-piezoelectric plate 20
The speed of the transverse wave of the elastic wave propagating through the piezoelectric plate 20 alone is 198.
A material whose longitudinal wave velocity is 3597 m / s at 8 m / s
A characteristic diagram for quality is shown. This transverse wave speed 198
The values 8 m / s and 3597 m / s longitudinal wave velocity are
Transverse wave velocity 2450 m / s in the case of the electric board 11 alone and
About 0.8 times each of the longitudinal wave velocities of 4390 m / s.
You. In FIG. 26, A0Mode kTwoOnly the value is always below 5%
ing. Therefore, A0Mode except mode, that is, S0
Mode and primary (A1And S1) Of higher modes
Efficient elastic wave in two-layer structure part BTCan be excited by
Call FIG. 27 shows the two-layer structure part B of FIG.TPropagating elasticity
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a velocity dispersion curve of a wave, with respect to an fd value.
It is a figure showing the phase velocity of each mode. However, in FIG.
Is a characteristic when the non-piezoelectric plate 20 is made of the same material as that of FIG.
A gender diagram is shown. The mark ● is added to the IDT 14
Electrical energy is most efficiently applied to the elastic waves in each mode.
The converted fd value (the value calculated from FIG. 26, kTwoIs the best
Fd value indicating a large value). In FIG. 27, Vfd = 0The value is about 3
500 m / s. ● The phase velocity at the mark is almost V
fd = 0It turns out that it is equal to a value. Thus, the two-layer structure
Structure BTVelocity and V of elastic wave excited byfd = 0Value
The fd value at the time of almost coincidence is kTwoTo bring the maximum of
I understand. Ultrasonic switches of Figures 19, 22 and 25
In the switching element, the interdigital electrode 15 is connected to the interdigital electrode 16.
A replaceable structure is possible, as well as interdigital electrodes
14 and 15 replaced by interdigital electrodes 17 and 18
Unstructured structures are possible. Interdigital electrodes 16, 17 and
And 18 are interdigital electrodes 5, except for the value of the electrode period length.
6 and 7 have the same structure. IDT
The relative structure between poles 14 and 16 is shown in FIG.
The relative structure between the interdigital electrodes 3 and 5 is the same.
The relative structure between the interdigital electrodes 17 and 18 is shown in FIG.
As well as the relative structure between the interdigital electrodes 6 and 7 shown
It is. FIG. 28 shows a second embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
It is sectional drawing which shows Example of FIG. In this embodiment, the input piezoelectric
Substrate 21, output piezoelectric substrate 22, non-piezoelectric plate 23, input
An IDT 24 includes an IDT 24 and an IDT 25 for output.
You. The interdigital electrodes 24 and 25 are connected to the piezoelectric substrate 21 and
22 are provided on the lower end surface. Piezoelectric substrate 21
And 22 are non-piezoelectric plates 23
Is fixed to the lower end surface of the cover. The piezoelectric substrates 21 and 22
The thickness d is 200 μm, and the direction of the polarization axis is
Placed in a direction parallel to the direction of the electrode finger of the pole 24
Have been. The non-piezoelectric plate 23 has a thickness h of 200 μm.
Interface between piezoelectric substrate 21 and non-piezoelectric plate 23 and piezoelectric substrate 2
The interface between 2 and the non-piezoelectric plate 23 is electrically open.
The piezoelectric substrate 21 and the non-piezoelectric plate 23 have a two-layer structure BTForm
The piezoelectric substrate 22 and the non-piezoelectric plate 23 areRThe shape
To achieve. Between the interdigital electrodes 24 and 25 in FIG.
Is the structure of the interdigital transducers 3 and 4 shown in FIG.
It is the same as the relative structure between them. Three pairs of interdigital electrodes 24
Electrode period length P is 290 μm,
The intersection width L is 15 mm. Ultrasonic switch of this embodiment
When using a non-piezoelectric element, the upper end surface of the non-piezoelectric plate 23 or
Either of the lower end surfaces may be in contact. Eighth Embodiment Supersonic
When driving the wave switching element, the circuit configuration of FIG.
Used. However, the IDTs 3 and 4 in FIG.
Replaced by drooping electrodes 24 and 25. Blinds
When an electric signal is input from the electrode 24, the two-layer structure BTTo
An SH wave is excited. The SH wave propagates through the non-piezoelectric plate 23.
Transported, and the two-layer structure BRTo the part R1a
And R1bThe electric signal E1aAnd E1bTo each
Is converted. The interdigital electrodes 24 and 25 are non-piezoelectric plates
In 23, the part R1aAnd R1bCorresponding to each
Ultrasonic wave propagation path Z1aAnd Z1bTo form Eighth embodiment
Ultrasonic switching element is also effective as a switch
Perform the function. FIG. 29 shows the two-layer structure part B of FIG.TSmell
Of the piezoelectric substrate 21 under two different electrical boundary conditions
K calculated from phase velocity differenceTwoValue, SH wave frequency f and pressure
Characteristics showing the relationship between the product (fd) and the thickness d of the circuit board 21
FIG. However, in FIG. 29, the non-piezoelectric plate 23
The speed of the transverse wave propagating to the plate 23 alone is 1988 m / s,
When the longitudinal wave speed is 3597m / s
Is shown. The shear wave speed of 1988 m / s and
The value of 3597 m / s and the longitudinal wave velocity are
Shear wave velocity 2450 m / s and longitudinal wave velocity 43 for body
It is approximately 0.8 times each of 90 m / s. Fig. 29
It can be seen that the SH waves in the higher order modes of the 0th order and the 1st or higher order are large.
kTwoValues, but especially higher
Mode SH waves are easy to handle in device design
You can see that. In this way, for example,
The electrical energy applied to the pole 24 is the second mode S
The fd value of about 3.3 MHz is most easily converted to H wave.
Mm, then kTwoThe value is about 2 of the maximum
Reaches 2.5%. FIG. 30 shows the two-layer structure part B of FIG.TTo
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of a propagating SH wave, and f
It is a figure showing the phase velocity of each mode to d value. However
In FIG. 30, the non-piezoelectric plate 23 is made of the same material as in FIG.
A characteristic diagram is shown in the case of the following. ● The mark is IDT 2
The electric energy added to 4 is converted to SH wave of each mode
Fd value converted most efficiently (value calculated from FIG. 29)
And kTwoIndicates the maximum value (fd value). From FIG.
● Each phase velocity in the mark propagates to the non-piezoelectric plate 23 alone
Of the shear wave velocity and the shear wave velocity propagating to the piezoelectric substrate 21 alone.
It can be seen that it is almost equal to the average value (2219 m / s).
Thus, the two-layer structure part BTOf SH wave propagating through
Phase velocity, transverse wave velocity propagating to non-piezoelectric plate 23 alone and
The average value of the transverse wave velocity propagating to the piezoelectric substrate 21 alone is substantially
The fd value at the time of coincidence is kTwoCan result in a maximum of
I understand. In the ultrasonic switching element shown in FIG.
A structure in which the interdigital electrode 25 is replaced with the interdigital electrode 26 is possible.
And the interdigital electrodes 24 and 25 are
A structure in which the electrodes 27 and 28 are replaced is possible.
You. The interdigital electrodes 26, 27 and 28 have an electrode period length
Except for the value of and the number of electrode fingers,
And 7 have the same structure. IDT 2
The relative structure between 4 and 26 is the blind shown in FIG.
Similar to the relative structure between the electrodes 3 and 5
The relative structure between the electrodes 27 and 28 is shown in FIG.
The relative structure between the interdigitated electrodes 6 and 7
You. FIG. 31 shows a ninth embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
It is sectional drawing which shows an Example. In this embodiment, the piezoelectric substrate 21 and
And 22, non-piezoelectric plate 29, interdigital electrodes 24 and 25
Consists of The interdigital electrodes 24 and 25 are
And 22 are provided on the upper end surface. Piezoelectric base
The plates 21 and 22 are non-piezoelectric
It is fixed to the upper end surface of the plate 29. Non-piezoelectric plate 29 is thick
h is 400 μm. Polarization of piezoelectric substrates 21 and 22
The direction of the axis is parallel to the direction of the electrode fingers of the IDT 24.
It is arranged in such a direction. Piezoelectric substrate 21 and non-piezoelectric
Between the piezoelectric substrate 22 and the non-piezoelectric plate 29.
The interface is in an electrically shorted state. Piezoelectric substrate 21 and non-piezoelectric
The plate 29 has a two-layer structure BTIs formed, and the piezoelectric substrate 22 and the non-pressure
The electric plate 29 has a two-layer structure BRTo form Supersonic of this embodiment
When using a wave switching element, the non-piezoelectric plate 29
Touch the end face. Ultrasonic switching element of ninth embodiment
When driving the child, the circuit configuration of FIG. 4 is used. However
The interdigital electrodes 3 and 4 of FIG.
And 25. The electric current
When the air signal is input, the two-layer structure BTSH wave is excited
It is. The SH wave propagates to the upper end surface of the non-piezoelectric plate 29,
Further, a two-layer structure BRTo the part R1aAnd R
1bThe electric signal E1aAnd E1bAre converted to
You. The interdigital electrodes 24 and 25 are
And part R1aAnd R1bUltrasonic transmission corresponding to each
Carriage Z1aAnd Z1bTo form Ultrasound of ninth embodiment
Switching elements also perform an effective function as switches.
Add FIG. 32 shows the two-layer structure part B of FIG.TPiezoelectric base in
Phase velocity difference under two different electrical boundary conditions of plate 21
K calculated fromTwoValue, SH wave frequency f and piezoelectric substrate 2
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a product (fd) and a thickness d of No. 1;
You. However, in FIG. 32, the non-piezoelectric plate 29 is
The velocity of the shear wave propagating to a single body is 4203 m / s,
Specially made of a material whose speed is 7604 m / s
A gender diagram is shown. The shear wave speed of 4203 m / s and the vertical
The value of the wave velocity of 7604 m / s is the value of the piezoelectric substrate 21 alone.
Transverse wave velocity 2450 m / s and longitudinal wave velocity 4390
It is approximately 1.7 times each of m / s. From FIG. 31, 0
The SH waves of the higher order modes of the first and higher order are large kTwovalue
It can be seen that For example, for the interdigital electrode 24
The applied electric energy is maximum in the 0th-order mode SH wave.
Is easily converted because the fd value is about 0.6 MHz
And then kTwoThe value is about 33.8% of the maximum value
Reach. FIG. 33 shows a two-layer structure part B of FIG.TPropagate S
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a velocity dispersion curve of an H wave, with respect to an fd value.
FIG. 4 is a diagram showing a phase velocity in each mode. However, in FIG.
Is a characteristic when the non-piezoelectric plate 29 is made of the same material as that of FIG.
A gender diagram is shown. The mark ● is added to the IDT 24
Electric energy is the most efficient for the SH wave of each mode
Fd value to be converted (value calculated from FIG. 32, kTwoIs the best
Fd value indicating a large value). From FIG. 33,
The phase velocities are the transverse wave velocity propagating to the non-piezoelectric plate 29 alone and
And the average value of the transverse wave velocity propagating to the piezoelectric substrate 21 alone (33
27m / s). Like this
And the two-layer structure BTThe phase velocity of the SH wave propagating through
Lateral wave velocity propagating to the piezoelectric plate 29 alone and the piezoelectric substrate 21
F near the average value of the velocity of the shear wave propagating to a single substance
d value is kTwoIt can be seen that the maximum value of In FIG.
In an ultrasonic switching element, the interdigital electrodes 25
It is possible to have a structure in which
In addition, the interdigital electrodes 24 and 25 are
And 28 are possible.
【発明の効果】本発明の超音波スイッチング素子に含ま
れるすだれ状電極に関する第の構造は、出力用すだれ
状電極の電極指の交差領域が、1個のグループRi(i
=1)から成るか、またはN個のグループRi(i=
1,2,……,N)と2つのグループRiおよびR(i+1)
に挟まれた(Nー1)個の部分Qi{i=1,2,…
…,(N−1)}から成るものである。本発明の超音波
スイッチング素子に含まれるすだれ状電極に関する第
の構造は、入力用すだれ状電極の電極指の交差領域がN
個の部分Ai(i=1,2,……,N)と、2つの部分
AiおよびA(i+1)に挟まれた(N−1)個の部分B
i{i=1,2,……,(N−1)}から成り、また、
出力用すだれ状電極の電極指の交差領域が、(N+1)
個の部分Ci{i=1,2,……,(N+1)}と、2
つの部分CiおよびC(i+1)に挟まれたN個の部分D
i(i=1,2,……,N)から成るものである。本発
明の超音波スイッチング素子がすだれ状電極の第の構
造を有する場合、非圧電板に伝搬した超音波は部分Ria
およびRibによって電気信号EiaおよびEib(i=1,
2,……,N)にそれぞれ変換される。電気信号Eiaお
よびEibを合成することにより生ずる電気信号の振幅は
零となる。入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電
板において、部分RiaおよびRibそれぞれに対応する超
音波伝搬路ZiaおよびZib(i=1,2,……,N)を
形成する。もしも、非圧電板を人指または物体が接触し
て2N個の超音波伝搬路のうちの1つZXaが遮断される
と、超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対
応する電気信号EXbが出力用すだれ状電極から出力され
る。同様にして、超音波伝搬路ZXbが遮断されると、超
音波伝搬路ZXaに対応する電気信号EXaが出力用すだれ
状電極から出力される。このようにして、本発明の超音
波スイッチング素子は、非圧電板を接触することにより
電気信号を発生させることができるだけでなく、接触さ
れた位置に応じた電気信号を出力することができる。従
って、スイッチとしての機能を果たすことが可能とな
る。本発明の超音波スイッチング素子がすだれ状電極の
第の構造を有する場合、非圧電板に伝搬した超音波は
出力用すだれ状電極によってN個の電気信号Eia(i=
1,2,……,N)およびN個の電気信号Eib(i=
1,2,……,N)に変換される。電気信号Eiaおよび
Eibを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零と
なる。入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電板に
おいて、N個の超音波伝搬路Zia(i=1,2,……,
N)およびN個の超音波伝搬路Zib(i=1,2,…
…,N)を形成する。もしも、非圧電板を人指または物
体が接触してこれらの超音波伝搬路のうちの1つZXaが
遮断されると、超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬
路ZXbに対応する電気信号EXbが出力用すだれ状電極か
ら出力される。同様にして、超音波伝搬路ZXbが遮断さ
れると、超音波伝搬路ZXaに対応する電気信号EXaが出
力用すだれ状電極から出力される。このようにして、本
発明の超音波スイッチング素子は、非圧電板を接触する
ことにより電気信号を発生させることができるだけでな
く、接触された位置に応じた電気信号を出力することが
できる。従って、スイッチとしての機能を果たすことが
可能となる。According to the second structure of the interdigital transducer included in the ultrasonic switching element of the present invention, the intersecting area of the electrode fingers of the output interdigital transducer is one group R i (i
= 1) or N groups R i (i =
1, 2,..., N) and two groups R i and R (i + 1)
(N-1) parts Q i {i = 1, 2,.
.., (N-1)}. The second structure of the interdigital transducer included in the ultrasonic switching element of the present invention is such that the intersecting region of the electrode fingers of the input interdigital transducer is N.
Parts A i (i = 1, 2,..., N) and (N−1) parts B sandwiched between two parts A i and A (i + 1)
i {i = 1, 2,..., (N-1)},
The intersecting area of the electrode fingers of the output IDT is (N + 1)
Number of partial C i {i = 1,2, ...... , (N + 1)} and, 2
N parts D sandwiched between two parts C i and C (i + 1)
i (i = 1, 2,..., N). When the ultrasonic switching element of the present invention has the second structure of the interdigital electrode, the ultrasonic wave propagated to the non-piezoelectric plate has a portion R ia
And R ib , the electric signals E ia and E ib (i = 1,
2,..., N). The amplitude of the electric signal generated by combining the electric signals E ia and E ib becomes zero. The input and output interdigital electrodes form ultrasonic propagation paths Z ia and Z ib (i = 1, 2,..., N) corresponding to the portions R ia and R ib on the non-piezoelectric plate. If, when one Z Xa of the 2N ultrasonic propagation path of non-piezoelectric plate in contact with a human finger or an object is cut off, the ultrasonic propagation path Z Xb forming the ultrasonic wave propagation path Z Xa paired electrical signals E Xb corresponding to is output from the output interdigital transducer. Similarly, when the ultrasonic propagation path Z Xb is blocked, the electric signal E Xa corresponding to the ultrasonic propagation path Z Xa is output from the output interdigital transducer. In this manner, the ultrasonic switching element of the present invention can generate an electric signal by contacting the non-piezoelectric plate, and can output an electric signal according to the contacted position. Therefore, it is possible to fulfill the function as a switch. When the ultrasonic switching element of the present invention has the second structure of the interdigital transducer, the ultrasonic wave propagated to the non-piezoelectric plate receives N electric signals E ia (i =
1, 2,..., N) and N electric signals E ib (i =
1, 2,..., N). The amplitude of the electric signal generated by combining the electric signals E ia and E ib becomes zero. The input and output IDTs are composed of N ultrasonic wave propagation paths Z ia (i = 1, 2,...,
N) and N ultrasonic propagation paths Z ib (i = 1, 2,...)
.., N) are formed. If a finger or an object comes into contact with the non-piezoelectric plate and one of these ultrasonic transmission paths Z Xa is cut off, the ultrasonic transmission path Z Xb that forms a pair with the ultrasonic transmission path Z Xa is turned on. A corresponding electrical signal EXb is output from the output IDT. Similarly, when the ultrasonic propagation path Z Xb is blocked, the electric signal E Xa corresponding to the ultrasonic propagation path Z Xa is output from the output interdigital transducer. In this manner, the ultrasonic switching element of the present invention can generate an electric signal by contacting the non-piezoelectric plate, and can output an electric signal according to the contacted position. Therefore, it is possible to fulfill the function as a switch.
【図1】本発明の超音波スイッチング素子の第1の実施
例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
【図2】図1の超音波スイッチング素子の平面図。FIG. 2 is a plan view of the ultrasonic switching element of FIG.
【図3】部分R1mの拡大平面図。FIG. 3 is an enlarged plan view of a portion R 1m .
【図4】図1の超音波スイッチング素子の回路構成図。FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the ultrasonic switching element of FIG. 1;
【図5】圧電基板1の異なる2つの電気的境界条件下で
の位相速度差から算出したk2値と、kh値との関係を
示す特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a k 2 value calculated from a phase velocity difference between two different electrical boundary conditions of the piezoelectric substrate 1 and a kh value.
【図6】圧電基板1の表面近傍を伝搬する弾性表面波の
速度分散曲線を示す特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of a surface acoustic wave propagating near the surface of the piezoelectric substrate 1.
【図7】圧電基板1の異なる2つの電気的境界条件下で
の位相速度差から算出したk2値と、kh値との関係を
示す特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a k 2 value calculated from a phase velocity difference between two different electric boundary conditions of the piezoelectric substrate 1 and a kh value.
【図8】圧電基板1の表面近傍を伝搬する弾性表面波の
速度分散曲線を示す特性図。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of a surface acoustic wave propagating near the surface of the piezoelectric substrate 1.
【図9】本発明の超音波スイッチング素子の第2の実施
例を示す平面図。FIG. 9 is a plan view showing a second embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
【図10】部分Q1の拡大平面図。FIG. 10 is an enlarged plan view of a portion Q 1.
【図11】本発明の超音波スイッチング素子の第3の実
施例を示す平面図。FIG. 11 is a plan view showing a third embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
【図12】部分B1の拡大平面図。Enlarged plan view of FIG. 12 parts B 1.
【図13】部分D1の拡大平面図。Figure 13 is an enlarged plan view of a portion D 1.
【図14】本発明の超音波スイッチング素子の第4の実
施例を示す断面図。FIG. 14 is a sectional view showing a fourth embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
【図15】圧電基板8または9の異なる2つの電気的境
界条件下での位相速度差から算出したk2値と、fd値
との関係を示す特性図。FIG. 15 is a characteristic diagram showing a relationship between a k 2 value calculated from a phase velocity difference between two piezoelectric substrates 8 and 9 under two different electrical boundary conditions, and an fd value.
【図16】圧電基板8または9を伝搬する弾性表面波の
速度分散曲線を示す特性図。FIG. 16 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of a surface acoustic wave propagating through the piezoelectric substrate 8 or 9;
【図17】圧電基板8または9の異なる2つの電気的境
界条件下での位相速度差から算出したk2値と、fd値
との関係を示す特性図。FIG. 17 is a characteristic diagram showing a relationship between a k 2 value calculated from a phase velocity difference between two piezoelectric substrates 8 and 9 under different electric boundary conditions, and an fd value.
【図18】圧電基板8または9を伝搬する弾性表面波の
速度分散曲線を示す特性図。FIG. 18 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of a surface acoustic wave propagating through the piezoelectric substrate 8 or 9.
【図19】本発明の超音波スイッチング素子の第5の実
施例を示す断面図。FIG. 19 is a sectional view showing a fifth embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
【図20】図19の2層構造部BTにおける圧電基板1
1の異なる2つの電気的境界条件下での位相速度差から
算出したk2値と、fd値との関係を示す特性図。20 is a diagram showing a piezoelectric substrate 1 in the two-layer structure part BT in FIG. 19;
And k 2 values calculated from the phase velocity difference between the two electrical boundary conditions of different 1, characteristic diagram showing the relationship between the fd value.
【図21】図19の2層構造部BTを伝搬する弾性波の
速度分散曲線を示す特性図。[21] characteristic diagram showing the velocity dispersion curve of the acoustic wave propagating a two-layer structure B T of Figure 19.
【図22】本発明の超音波スイッチング素子の第6の実
施例を示す断面図。FIG. 22 is a sectional view showing a sixth embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
【図23】図22の2層構造部BTにおける圧電基板1
1の異なる2つの電気的境界条件下での位相速度差から
算出したk2値と、fd値との関係を示す特性図。FIG. 23 shows a piezoelectric substrate 1 in the two-layer structure part BT in FIG.
And k 2 values calculated from the phase velocity difference between the two electrical boundary conditions of different 1, characteristic diagram showing the relationship between the fd value.
【図24】図22の2層構造部BTを伝搬する弾性波の
速度分散曲線を示す特性図。[24] characteristic diagram showing the velocity dispersion curve of the acoustic wave propagating a two-layer structure B T in FIG. 22.
【図25】本発明の超音波スイッチング素子の第7の実
施例を示す断面図。FIG. 25 is a sectional view showing a seventh embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
【図26】図25の2層構造部BTにおける圧電基板1
1の異なる2つの電気的境界条件下での位相速度差から
算出したk2値と、fd値との関係を示す特性図。26 shows a piezoelectric substrate 1 in the two-layer structure part BT in FIG.
And k 2 values calculated from the phase velocity difference between the two electrical boundary conditions of different 1, characteristic diagram showing the relationship between the fd value.
【図27】図25の2層構造部BTを伝搬する弾性波の
速度分散曲線を示す特性図。[27] characteristic diagram showing the velocity dispersion curve of the acoustic wave propagating a two-layer structure B T in FIG. 25.
【図28】本発明の超音波スイッチング素子の第8の実
施例を示す断面図。FIG. 28 is a sectional view showing an eighth embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
【図29】図28の2層構造部BTにおける圧電基板2
1の異なる2つの電気的境界条件下での位相速度差から
算出したk2値と、fd値との関係を示す特性図。29 shows a piezoelectric substrate 2 in the two-layer structure part BT in FIG. 28.
And k 2 values calculated from the phase velocity difference between the two electrical boundary conditions of different 1, characteristic diagram showing the relationship between the fd value.
【図30】図28の2層構造部BTを伝搬するSH波の
速度分散曲線を示す特性図。[Figure 30] characteristic diagram showing the velocity dispersion curve of the SH wave propagating a two-layer structure B T in FIG. 28.
【図31】本発明の超音波スイッチング素子の第9の実
施例を示す断面図。FIG. 31 is a sectional view showing a ninth embodiment of the ultrasonic switching element of the present invention.
【図32】図31の2層構造部BTにおける圧電基板2
1の異なる2つの電気的境界条件下での位相速度差から
算出したk2値と、fd値との関係を示す特性図。FIG. 32 shows a piezoelectric substrate 2 in the two-layer structure part BT in FIG.
And k 2 values calculated from the phase velocity difference between the two electrical boundary conditions of different 1, characteristic diagram showing the relationship between the fd value.
【図33】図31の2層構造部BTを伝搬するSH波の
速度分散曲線を示す特性図。[Figure 33] characteristic diagram showing the velocity dispersion curve of the SH wave propagating a two-layer structure B T in FIG. 31.
1 圧電基板 2,10,13,19,20,23,29 非圧電板 3,6,14,17,24,27 入力用すだれ状電
極 4,5,7,15,16,18,25,26,28
出力用すだれ状電極 8,11,21 入力用圧電基板 9,12,22 出力用圧電基板 AMP 増幅器1 Piezoelectric substrate 2,10,13,19,20,23,29 Non-piezoelectric plate 3,6,14,17,24,27 IDT for input 4,5,7,15,16,18,25,26 , 28
Output IDT 8,11,21 Input piezoelectric substrate 9,12,22 Output piezoelectric substrate AMP amplifier
Claims (17)
用すだれ状電極から成る超音波スイッチング素子であっ
て、 前記入力用および出力用すだれ状電極は前記圧電基板の
上端面に設けられ、 前記非圧電板の下端面は、前記圧電基板の前記上端面に
前記入力用および出力用すだれ状電極を介して固着さ
れ、 前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、1個の
グループRi(i=1)から成るか、またはN個のグル
ープRi(i=1,2,……,N)と2つの前記グルー
プRiおよびR(i+1)に挟まれた(Nー1)個の部分Qi
{i=1,2,……,(N−1)}から成り、 前記各グループRiは2つの部分RiaおよびRibと、そ
れらに挟まれた部分Ri mから成り、 前記部分RiaおよびRibそれぞれの電極指の方向は前記
入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、前記部分
RiaおよびRibそれぞれの電極周期長は前記入力用すだ
れ状電極の電極周期長Pと等しく、 前記部分Rimの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極
指に対し角αの傾きを有し、前記部分Rimの電極指に直
交する方向での電極指の周期長PRNは、前記電極周期長
Pとcosαとの積に等しく、 前記部分Rimの電極交差幅には、前記部分Rimの電極指
の方向での交差幅LRPと、前記入力用すだれ状電極の電
極指に平行な方向での交差幅LRNとの2種類があり、前
記交差幅LRPは、前記交差幅LRNとsecαとの積に等し
いとともに、前記電極周期長Pの半分とcosecαとの積
に等しく、 前記部分Qiの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極
指に対し角±βの傾きを有し、前記部分Qiの電極指に
直交する方向での電極指の周期長PQNは、前記電極周期
長Pとcosβとの積に等しく、 前記部分Qiの電極交差幅には、前記部分Qiの電極指の
方向での交差幅LQPと、前記入力用すだれ状電極の電極
指に平行な方向での交差幅LQNとの2種類があり、前記
交差幅LQPは前記交差幅LQNとsecβとの積に等しく、 前記部分RiaおよびRibそれぞれの電極交差幅と、前記
交差幅LRNと、前記交差幅LQNの合計は、前記入力用す
だれ状電極の電極交差幅Lとほぼ等しく、 前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対
応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記
圧電基板の前記上端面の表面近傍に前記電極周期長Pと
ほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振し、その弾性
表面波を前記非圧電板の上端面に伝搬させ、 前記部分RiaおよびRibは、前記弾性表面波を電気信号
EiaおよびEib(i=1,2,……,N)にそれぞれ変
換し、前記電気信号EiaおよびEibを合成することによ
り生ずる電気信号の振幅は零であり、 前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板
の前記上端面において、前記部分RiaおよびRibそれぞ
れに対応する超音波伝搬路ZiaおよびZib(i=1,
2,……,N)を形成し、 前記出力用すだれ状電極は、前記非圧電板の前記上端面
を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Ziaおよ
びZibのうちの1つZXaが遮断されたときにのみ、前記
超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対応す
る電気信号EXbを出力するか、または前記非圧電板の前
記上端面を接触して前記超音波伝搬路ZXbが遮断された
ときにのみ、前記超音波伝搬路ZXaに対応する電気信号
EXaを出力する超音波スイッチング素子。1. An ultrasonic switching element comprising a piezoelectric substrate, a non-piezoelectric plate, input and output IDTs, wherein said input and output IDTs are provided on an upper end surface of said piezoelectric substrate, The lower end surface of the non-piezoelectric plate is fixed to the upper end surface of the piezoelectric substrate via the input and output IDTs, and the intersection area of the output IDTs is one group. R i (i = 1) or sandwiched between N groups R i (i = 1, 2,..., N) and the two groups R i and R (i + 1) -1) pieces Q i
{I = 1,2, ......, ( N-1)} consists, each group R i comprises two portions R ia and R ib, from a portion sandwiched by R i m to, the moiety R The directions of the electrode fingers of ia and R ib are parallel to the directions of the electrode fingers of the input IDT, and the electrode cycle lengths of the portions R ia and R ib are the electrode pitch P of the input IDT. equally, the moiety R electrode fingers of im has an inclination of angle α with respect to the electrode fingers of said input interdigital transducer, said portion R periodicity P RN electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the im It is equal to the product of the electrode periodicity P and cos [alpha], wherein the electrode crossing width of the portion R im, and overlap length L RP in the direction of the electrode fingers of the part R im, of the input interdigital transducer There are two types, an intersection width L RN in a direction parallel to the electrode finger, and the intersection width L RP is equal to the intersection width L RN and secα. And the same as the product of half of the electrode period length P and cosec α, and the electrode finger of the portion Q i has an inclination of ± β with respect to the electrode finger of the input IDT; periodicity P QN of the electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the part Q i is equal to the product of the electrode periodicity P and cos .beta, the electrode crossing width of the portion Q i, the portion Q i and overlap length L QP in the direction of the electrode fingers, there are two types of cross width L QN in the direction parallel to the electrode fingers of said input interdigital transducer, the overlap length L QP is the overlap length L QN The sum of the electrode cross widths of the portions R ia and R ib , the cross width L RN, and the cross width L QN is equal to the electrode cross width L of the input IDT. The input IDTs are almost equal to each other, and receive an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P. Accordingly, the excited surface acoustic wave having a wavelength approximately equal to the electrode periodicity P in the vicinity of the surface of the upper end surface of the piezoelectric substrate, to propagate the surface acoustic wave on the upper end surface of the non-piezoelectric plate, the moiety R ia and R ib convert the surface acoustic waves into electric signals E ia and E ib (i = 1, 2,..., N), respectively, and generate electric signals generated by combining the electric signals E ia and E ib. The amplitude of the signal is zero, and the input and output IDTs are provided on the upper end face of the non-piezoelectric plate at the ultrasonic propagation paths Z ia and Z ib corresponding to the portions R ia and R ib, respectively. i = 1
2,..., N), wherein the output IDT is one of the ultrasonic wave propagation paths Zia and Zib when a finger or an object contacts the upper end surface of the non-piezoelectric plate. one Z Xa is only when it is cut off, the ultrasonic propagation path Z Xa and whether to output the electric signal E Xb corresponding to the ultrasonic propagation path Z Xb paired, or the upper end surface of the non-piezoelectric plate An ultrasonic switching element that outputs an electric signal EXa corresponding to the ultrasonic wave propagation path Z Xa only when the ultrasonic wave propagation path Z Xb is interrupted by contact.
用すだれ状電極から成る超音波スイッチング素子であっ
て、 前記入力用および出力用すだれ状電極は前記圧電基板の
上端面に設けられ、 前記非圧電板の下端面は、前記圧電基板の前記上端面に
前記入力用および出力用すだれ状電極を介して固着さ
れ、 前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、N個の
部分Ai(i=1,2,……,N)と、2つの前記部分
AiおよびA(i+1)に挟まれた(N−1)個の部分B
i{i=1,2,……,(N−1)}から成り、 前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、(N+
1)個の部分Ci{i=1,2,……,(N+1)}
と、2つの前記部分CiおよびC(i+1)に挟まれたN個の
部分Di(i=1,2,……,N)から成り、 前記部分Aiの電極指の方向は前記部分Ciの電極指の方
向と平行で、 前記部分Biの電極指は前記部分Aiの電極指に対し角−
βの傾きを有し、前記部分Biの電極指に直交する方向
での電極指の周期長PBNは、前記部分AiおよびCiの電
極周期長Pとcosβとの積に等しく、 前記部分Biの電極交差幅には、前記部分Biの電極指の
方向での交差幅LBPと、前記部分Aiの電極指に平行な
方向での交差幅LBNとの2種類があり、前記交差幅LBP
は前記交差幅LBNとsecβとの積に等しく、 前記部分Diの電極指は前記部分Ciの電極指に対し角α
の傾きを有し、前記部分Diの電極指に直交する方向で
の電極指の周期長PDNは、前記電極周期長Pとcosαと
の積に等しく、 前記部分Diの電極交差幅には、前記部分Diの電極指の
方向での交差幅LDPと、前記部分Ciの電極指に平行な
方向での交差幅LDNとの2種類があり、前記交差幅LDP
は、前記交差幅LDNとsecαとの積に等しいとともに、
前記電極周期長Pの半分とcosecαとの積に等しく、 前記部分Aiの電極指の交差幅および前記交差幅LBNの
合計は、前記部分Ciの電極指の交差幅および前記交差
幅LDNの合計にほぼ等しく、 前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対
応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記
圧電基板の前記上端面の表面近傍に前記電極周期長Pと
ほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振し、その弾性
表面波を前記非圧電板の上端面に伝搬させ、 前記出力用すだれ状電極は、前記弾性表面波をN個の電
気信号Eia(i=1,2,……,N)およびN個の電気
信号Eib(i=1,2,……,N)に変換し、前記電気
信号EiaおよびEibを合成することにより生ずる電気信
号の振幅は零であり、 前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板
の前記上端面において、N個の超音波伝搬路Zia(i=
1,2,……,N)およびN個の超音波伝搬路Zib(i
=1,2,……,N)を形成し、 前記出力用すだれ状電極は、前記非圧電板の前記上端面
を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Ziaおよ
びZibのうちの1つZXaが遮断されたときにのみ、前記
超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対応す
る電気信号EXbを出力するか、または前記非圧電板の前
記上端面を接触して前記超音波伝搬路ZXbが遮断された
ときにのみ、前記超音波伝搬路ZXaに対応する電気信号
EXaを出力する超音波スイッチング素子。2. An ultrasonic switching element comprising a piezoelectric substrate, a non-piezoelectric plate, input and output IDTs, wherein said input and output IDTs are provided on an upper end surface of said piezoelectric substrate, The lower end surface of the non-piezoelectric plate is fixed to the upper end surface of the piezoelectric substrate via the input and output IDTs, and the intersection region of the input IDTs has N portions. A i (i = 1, 2,..., N) and (N−1) parts B sandwiched between the two parts A i and A (i + 1)
i {i = 1, 2,..., (N−1)}, and the intersection area of the electrode fingers of the output IDT is (N +
1) parts C i {i = 1, 2,..., (N + 1)}
And N portions D i (i = 1, 2,..., N) sandwiched between the two portions C i and C (i + 1), and the direction of the electrode finger of the portion A i is In parallel with the direction of the electrode finger of the portion C i, the electrode finger of the portion B i has an angle − with respect to the electrode finger of the portion A i.
has a slope of β, and the period length P BN of the electrode finger in the direction orthogonal to the electrode finger of the portion B i is equal to the product of the electrode period length P of the portions A i and C i and cos β; the electrode cross width of the portion B i, the overlap length L BP in the direction of the electrode fingers of the portion B i, there are two types of cross width L BN in a direction parallel to the electrode fingers of the part a i , The intersection width L BP
Equal to the product of the overlap length L BN and secβ, the portion D i is the electrode finger the part C corner to the electrode fingers of the i alpha
Has a slope, periodicity P DN of the electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the part D i is equal to the product of the electrode periodicity P and cos [alpha], the electrode crossing width of the portion D i , the portion D and the overlap length L DP in the direction of the i electrode fingers of, there are two types of cross width L DN in a direction parallel to the electrode fingers of the portions C i, the overlap length L DP
Is equal to the product of the intersection width L DN and secα,
It is equal to the product of half of the electrode cycle length P and cosec α, and the sum of the electrode finger intersection width and the intersection width L BN of the portion A i is the electrode finger intersection width and the intersection width L of the portion C i. The input IDT is substantially equal to the sum of the DNs, and the input IDT is supplied with an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode cycle length P, so that the electrode cycle length near the surface of the upper end surface of the piezoelectric substrate. A surface acoustic wave having a wavelength substantially equal to P is excited, and the surface acoustic wave is propagated to the upper end surface of the non-piezoelectric plate. The output IDT converts the surface acoustic wave into N electric signals E ia. (I = 1, 2,..., N) and N electric signals E ib (i = 1, 2,..., N), and are generated by combining the electric signals E ia and E ib. The amplitude of the electrical signal is zero, and the input and output , In the upper end surface of the non-piezoelectric plate, N numbers of ultrasonic propagation path Z ia (i =
1, 2,..., N) and N ultrasonic propagation paths Z ib (i
= 1, 2,..., N), and the output interdigital transducer is configured to allow the upper end surface of the non-piezoelectric plate to come into contact with a human finger or an object so that the ultrasonic propagation paths Zia and Zib when one Z Xa of out is interrupted only, the of the ultrasonic propagation path Z Xa and whether to output the electric signal E Xb corresponding to the ultrasonic propagation path Z Xb paired, or the non-piezoelectric plate An ultrasonic switching element that outputs an electric signal EXa corresponding to the ultrasonic wave propagation path Z Xa only when the ultrasonic wave propagation path Z Xb is cut off by contacting the upper end surface.
板、入力用および出力用すだれ状電極から成る超音波ス
イッチング素子であって、 前記入力用および出力用すだれ状電極は前記入力用およ
び出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、 前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および
出力用圧電基板それぞれの前記一方の板面またはもう一
方の板面を介して前記非圧電板の上端面に固着され、 前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、1個の
グループRi(i=1)から成るか、またはN個のグル
ープRi(i=1,2,……,N)と2つの前記グルー
プRiおよびR(i+1)に挟まれた(Nー1)個の部分Qi
{i=1,2,……,(N−1)}から成り、 前記各グループRiは2つの部分RiaおよびRibと、そ
れらに挟まれた部分Ri mから成り、 前記部分RiaおよびRibそれぞれの電極指の方向は前記
入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、前記部分
RiaおよびRibそれぞれの電極周期長は前記入力用すだ
れ状電極の電極周期長Pと等しく、 前記部分Rimの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極
指に対し角αの傾きを有し、前記部分Rimの電極指に直
交する方向での電極指の周期長PRNは、前記電極周期長
Pとcosαとの積に等しく、 前記部分Rimの電極交差幅には、前記部分Rimの電極指
の方向での交差幅LRPと、前記入力用すだれ状電極の電
極指に平行な方向での交差幅LRNとの2種類があり、前
記交差幅LRPは、前記交差幅LRNとsecαとの積に等し
いとともに、前記電極周期長Pの半分とcosecαとの積
に等しく、 前記部分Qiの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極
指に対し角±βの傾きを有し、前記部分Qiの電極指に
直交する方向での電極指の周期長PQNは、前記電極周期
長Pとcosβとの積に等しく、 前記部分Qiの電極交差幅には、前記部分Qiの電極指の
方向での交差幅LQPと、前記入力用すだれ状電極の電極
指に平行な方向での交差幅LQNとの2種類があり、前記
交差幅LQPは前記交差幅LQNとsecβとの積に等しく、 前記部分RiaおよびRibそれぞれの電極交差幅と、前記
交差幅LRNと、前記交差幅LQNの合計は、前記入力用す
だれ状電極の電極交差幅Lとほぼ等しく、 前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対
応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記
入力用圧電基板に前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を
有する弾性表面波を励振し、その弾性表面波を前記非圧
電板の前記上端面に伝搬させた後、前記出力用圧電基板
に伝搬させ、 前記部分RiaおよびRibは、前記弾性表面波を電気信号
EiaおよびEib(i=1,2,……,N)にそれぞれ変
換し、前記電気信号EiaおよびEibを合成することによ
り生ずる電気信号の振幅は零であり、 前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板
の前記上端面において、前記部分RiaおよびRibそれぞ
れに対応する超音波伝搬路ZiaおよびZib(i=1,
2,……,N)を形成し、 前記出力用すだれ状電極は、前記非圧電板の前記上端面
を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Ziaおよ
びZibのうちの1つZXaが遮断されたときにのみ、前記
超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対応す
る電気信号EXbを出力するか、または前記非圧電板の前
記上端面を接触して前記超音波伝搬路ZXbが遮断された
ときにのみ、前記超音波伝搬路ZXaに対応する電気信号
EXaを出力する超音波スイッチング素子。3. An ultrasonic switching device comprising an input and output piezoelectric substrate, a non-piezoelectric plate, and input and output IDTs, wherein said input and output IDTs are said input and output IDTs. The input and output piezoelectric substrates are provided on one plate surface of the respective piezoelectric substrates, and the non-piezoelectric substrate is provided through the one plate surface or the other plate surface of the input and output piezoelectric substrates, respectively. The intersecting region of the electrode fingers of the output IDT, which is fixed to the upper end surface of the plate, consists of one group R i (i = 1) or N groups R i (i = 1,2). ,..., N) and (N−1) parts Q i sandwiched between the two groups R i and R (i + 1)
{I = 1,2, ......, ( N-1)} consists, each group R i comprises two portions R ia and R ib, from a portion sandwiched by R i m to, the moiety R The directions of the electrode fingers of ia and R ib are parallel to the directions of the electrode fingers of the input IDT, and the electrode cycle lengths of the portions R ia and R ib are the electrode pitch P of the input IDT. equally, the moiety R electrode fingers of im has an inclination of angle α with respect to the electrode fingers of said input interdigital transducer, said portion R periodicity P RN electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the im It is equal to the product of the electrode periodicity P and cos [alpha], wherein the electrode crossing width of the portion R im, and overlap length L RP in the direction of the electrode fingers of the part R im, of the input interdigital transducer There are two types, an intersection width L RN in a direction parallel to the electrode finger, and the intersection width L RP is equal to the intersection width L RN and secα. And the same as the product of half of the electrode period length P and cosec α, and the electrode finger of the portion Q i has an inclination of ± β with respect to the electrode finger of the input IDT; periodicity P QN of the electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the part Q i is equal to the product of the electrode periodicity P and cos .beta, the electrode crossing width of the portion Q i, the portion Q i and overlap length L QP in the direction of the electrode fingers, there are two types of cross width L QN in the direction parallel to the electrode fingers of said input interdigital transducer, the overlap length L QP is the overlap length L QN The sum of the electrode cross widths of the portions R ia and R ib , the cross width L RN, and the cross width L QN is equal to the electrode cross width L of the input IDT. The input IDTs are almost equal to each other, and receive an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P. Then, a surface acoustic wave having a wavelength substantially equal to the electrode period length P is excited on the input piezoelectric substrate, and the surface acoustic wave is propagated to the upper end surface of the non-piezoelectric plate. The parts R ia and R ib convert the surface acoustic waves into electric signals E ia and E ib (i = 1, 2,..., N), respectively, and the electric signals E ia and E ib The amplitude of the electric signal generated by combining the above-mentioned components is zero, and the input and output interdigital transducers are provided on the upper end face of the non-piezoelectric plate at the ultrasonic propagation corresponding to the portions R ia and R ib, respectively. The paths Z ia and Z ib (i = 1,
2,..., N), wherein the output IDT is one of the ultrasonic wave propagation paths Zia and Zib when a finger or an object contacts the upper end surface of the non-piezoelectric plate. one Z Xa is only when it is cut off, the ultrasonic propagation path Z Xa and whether to output the electric signal E Xb corresponding to the ultrasonic propagation path Z Xb paired, or the upper end surface of the non-piezoelectric plate An ultrasonic switching element that outputs an electric signal EXa corresponding to the ultrasonic wave propagation path Z Xa only when the ultrasonic wave propagation path Z Xb is interrupted by contact.
板、入力用および出力用すだれ状電極から成る超音波ス
イッチング素子であって、 前記入力用および出力用すだれ状電極は前記入力用およ
び出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、 前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および
出力用圧電基板それぞれの前記一方の板面またはもう一
方の板面を介して前記非圧電板の上端面に固着され、 前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、N個の
部分Ai(i=1,2,……,N)と、2つの前記部分
AiおよびA(i+1)に挟まれた(N−1)個の部分B
i{i=1,2,……,(N−1)}から成り、 前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、(N+
1)個の部分Ci{i=1,2,……,(N+1)}
と、2つの前記部分CiおよびC(i+1)に挟まれたN個の
部分Di(i=1,2,……,N)から成り、 前記部分Aiの電極指の方向は前記部分Ciの電極指の方
向と平行で、 前記部分Biの電極指は前記部分Aiの電極指に対し角−
βの傾きを有し、前記部分Biの電極指に直交する方向
での電極指の周期長PBNは、前記部分AiおよびCiの電
極周期長Pとcosβとの積に等しく、 前記部分Biの電極交差幅には、前記部分Biの電極指の
方向での交差幅LBPと、前記部分Aiの電極指に平行な
方向での交差幅LBNとの2種類があり、前記交差幅LBP
は前記交差幅LBNとsecβとの積に等しく、 前記部分Diの電極指は前記部分Ciの電極指に対し角α
の傾きを有し、前記部分Diの電極指に直交する方向で
の電極指の周期長PDNは、前記電極周期長Pとcosαと
の積に等しく、 前記部分Diの電極交差幅には、前記部分Diの電極指の
方向での交差幅LDPと、前記部分Ciの電極指に平行な
方向での交差幅LDNとの2種類があり、前記交差幅LDP
は、前記交差幅LDNとsecαとの積に等しいとともに、
前記電極周期長Pの半分とcosecαとの積に等しく、 前記部分Aiの電極指の交差幅および前記交差幅LBNの
合計は、前記部分Ciの電極指の交差幅および前記交差
幅LDNの合計にほぼ等しく、 前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対
応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記
入力用圧電基板に前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を
有する弾性表面波を励振し、その弾性表面波を前記非圧
電板の前記上端面に伝搬させた後、前記出力用圧電基板
に伝搬させ、 前記出力用すだれ状電極は、前記弾性表面波をN個の電
気信号Eia(i=1,2,……,N)およびN個の電気
信号Eib(i=1,2,……,N)に変換し、前記電気
信号EiaおよびEibを合成することにより生ずる電気信
号の振幅は零であり、 前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板
の前記上端面において、N個の超音波伝搬路Zia(i=
1,2,……,N)およびN個の超音波伝搬路Zib(i
=1,2,……,N)を形成し、 前記出力用すだれ状電極は、前記非圧電板の前記上端面
を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Ziaおよ
びZibのうちの1つZXaが遮断されたときにのみ、前記
超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対応す
る電気信号EXbを出力するか、または前記非圧電板の前
記上端面を接触して前記超音波伝搬路ZXbが遮断された
ときにのみ、前記超音波伝搬路ZXaに対応する電気信号
EXaを出力する超音波スイッチング素子。4. An ultrasonic switching element comprising an input and output piezoelectric substrate, a non-piezoelectric plate, and input and output IDTs, wherein said input and output IDTs are said input and output IDTs. The input and output piezoelectric substrates are provided on one plate surface of the respective piezoelectric substrates, and the non-piezoelectric substrate is provided through the one plate surface or the other plate surface of the input and output piezoelectric substrates, respectively. The intersecting region of the input finger of the input IDT is fixed to the upper end surface of the plate, and includes N portions A i (i = 1, 2,..., N) and two of the portions A i and A ( N-1) parts B sandwiched between (i + 1)
i {i = 1, 2,..., (N−1)}, and the intersection area of the electrode fingers of the output IDT is (N +
1) parts C i {i = 1, 2,..., (N + 1)}
And N portions D i (i = 1, 2,..., N) sandwiched between the two portions C i and C (i + 1), and the direction of the electrode finger of the portion A i is In parallel with the direction of the electrode finger of the portion C i, the electrode finger of the portion B i has an angle − with respect to the electrode finger of the portion A i.
has a slope of β, and the period length P BN of the electrode finger in the direction orthogonal to the electrode finger of the portion B i is equal to the product of the electrode period length P of the portions A i and C i and cos β; the electrode cross width of the portion B i, the overlap length L BP in the direction of the electrode fingers of the portion B i, there are two types of cross width L BN in a direction parallel to the electrode fingers of the part a i , The intersection width L BP
Equal to the product of the overlap length L BN and secβ, the portion D i is the electrode finger the part C corner to the electrode fingers of the i alpha
Has a slope, periodicity P DN of the electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the part D i is equal to the product of the electrode periodicity P and cos [alpha], the electrode crossing width of the portion D i , the portion D and the overlap length L DP in the direction of the i electrode fingers of, there are two types of cross width L DN in a direction parallel to the electrode fingers of the portions C i, the overlap length L DP
Is equal to the product of the intersection width L DN and secα,
Equal to the product of half of the electrode period length P and cosecα, the sum of the intersection width of the electrode fingers of the portion A i and the intersection width L BN is the intersection width of the electrode fingers of the portion C i and the intersection width L The input IDT has a wavelength substantially equal to the electrode cycle length P when the input IDT is supplied with an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode cycle length P. Is excited, and after the surface acoustic wave propagates to the upper end surface of the non-piezoelectric plate, the surface acoustic wave propagates to the output piezoelectric substrate. Are converted into N electric signals E ia (i = 1, 2,..., N) and N electric signals E ib (i = 1, 2,..., N), and the electric signals E ia and E amplitude of the electrical signal produced by synthesizing the ib is zero, for the input Auxiliary output interdigital transducer, in the upper end surface of the non-piezoelectric plate, N numbers of ultrasonic propagation path Z ia (i =
1, 2,..., N) and N ultrasonic propagation paths Z ib (i
= 1, 2,..., N), and the output interdigital transducer is configured to allow the upper end surface of the non-piezoelectric plate to come into contact with a human finger or an object so that the ultrasonic propagation paths Zia and Zib when one Z Xa of out is interrupted only, the of the ultrasonic propagation path Z Xa and whether to output the electric signal E Xb corresponding to the ultrasonic propagation path Z Xb paired, or the non-piezoelectric plate An ultrasonic switching element that outputs an electric signal EXa corresponding to the ultrasonic wave propagation path Z Xa only when the ultrasonic wave propagation path Z Xb is cut off by contacting the upper end surface.
Pのほぼ3倍以上であり、 前記非圧電板の厚さhは前記電極周期長Pよりも小さ
く、 前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、
前記圧電基板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度より
も小さく、 前記圧電基板の分極軸の方向は、その厚さdの方向と平
行であり、 前記弾性表面波は0次モードおよび1次以上の高次モー
ドの波で、前記0次モードの弾性表面波の位相速度は、
電気的に短絡状態にある前記圧電基板単体に伝搬するレ
イリー波の速度とほぼ等しく、前記1次以上の高次モー
ドの弾性表面波の位相速度は、電気的に開放状態にある
前記圧電基板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等
しい請求項1または2に記載の超音波スイッチング素
子。5. The thickness d of the piezoelectric substrate is about three times or more the electrode period length P, the thickness h of the non-piezoelectric plate is smaller than the electrode period length P, The phase velocity of a propagating surface acoustic wave is
The direction of the polarization axis of the piezoelectric substrate is parallel to the direction of its thickness d, and the surface acoustic wave has a zero-order mode and a primary or higher order. In the higher-order mode wave, the phase velocity of the zero-order mode surface acoustic wave is
The phase velocity of the surface acoustic wave in the first or higher order mode is substantially equal to the velocity of the Rayleigh wave propagating to the piezoelectric substrate alone in an electrically shorted state, and the phase velocity of the piezoelectric substrate alone in the electrically open state 3. The ultrasonic switching element according to claim 1, wherein the velocity of the Rayleigh wave propagating through the ultrasonic switching element is substantially equal to the velocity.
長Pよりも小さく、 前記非圧電板の厚さhは前記電極周期長Pのほぼ3倍以
上であり、 前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、
前記各圧電基板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よ
りも大きく、 前記各圧電基板の分極軸の方向は、その厚さdの方向と
平行であり、 前記弾性表面波は1次以上の高次モードの波で、前記1
次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非
圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しい請
求項3または4に記載の超音波スイッチング素子。6. The thickness d of each of the piezoelectric substrates is smaller than the electrode period length P, the thickness h of the non-piezoelectric plate is approximately three times or more the electrode period length P, and the non-piezoelectric plate alone The phase velocity of the surface acoustic wave propagating in
The direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is parallel to the direction of its thickness d, which is greater than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating to each piezoelectric substrate alone, and the surface acoustic wave has a first-order or higher height. In the next mode wave,
The ultrasonic switching element according to claim 3, wherein a phase velocity of the surface acoustic wave of a higher order mode or higher is approximately equal to a velocity of a Rayleigh wave propagating to the non-piezoelectric plate alone.
板、入力用および出力用すだれ状電極から成る超音波ス
イッチング素子であって、 前記入力用および出力用すだれ状電極は前記入力用およ
び出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、 前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および
出力用圧電基板それぞれの前記一方の板面またはもう一
方の板面を介して前記非圧電板の一方の板面に固着さ
れ、 前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、1個の
グループRi(i=1)から成るか、またはN個のグル
ープRi(i=1,2,……,N)と2つの前記グルー
プRiおよびR(i+1)に挟まれた(Nー1)個の部分Qi
{i=1,2,……,(N−1)}から成り、 前記各グループRiは2つの部分RiaおよびRibと、そ
れらに挟まれた部分Ri mから成り、 前記部分RiaおよびRibそれぞれの電極指の方向は前記
入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、前記部分
RiaおよびRibそれぞれの電極周期長は前記入力用すだ
れ状電極の電極周期長Pと等しく、 前記部分Rimの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極
指に対し角αの傾きを有し、前記部分Rimの電極指に直
交する方向での電極指の周期長PRNは、前記電極周期長
Pとcosαとの積に等しく、 前記部分Rimの電極交差幅には、前記部分Rimの電極指
の方向での交差幅LRPと、前記入力用すだれ状電極の電
極指に平行な方向での交差幅LRNとの2種類があり、前
記交差幅LRPは、前記交差幅LRNとsecαとの積に等し
いとともに、前記電極周期長Pの半分とcosecαとの積
に等しく、 前記部分Qiの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極
指に対し角±βの傾きを有し、前記部分Qiの電極指に
直交する方向での電極指の周期長PQNは、前記電極周期
長Pとcosβとの積に等しく、 前記部分Qiの電極交差幅には、前記部分Qiの電極指の
方向での交差幅LQPと、前記入力用すだれ状電極の電極
指に平行な方向での交差幅LQNとの2種類があり、前記
交差幅LQPは前記交差幅LQNとsecβとの積に等しく、 前記部分RiaおよびRibそれぞれの電極交差幅と、前記
交差幅LRNと、前記交差幅LQNの合計は、前記入力用す
だれ状電極の電極交差幅Lとほぼ等しく、 前記各圧電基板の厚さdは前記電極周期長Pよりも小さ
く、 前記入力用すだれ状電極は、電気信号を入力されること
により前記入力用圧電基板と前記非圧電板から成る2層
構造部BTに超音波を励振し、その超音波を前記非圧電
板に伝搬させた後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板
から成る2層構造部BRに伝搬させ、 前記部分RiaおよびRibは、前記超音波を電気信号Eia
およびEib(i=1,2,……,N)にそれぞれ変換
し、前記電気信号EiaおよびEibを合成することにより
生ずる電気信号の振幅は零であり、 前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板
において、前記部分RiaおよびRibそれぞれに対応する
超音波伝搬路ZiaおよびZib(i=1,2,……,N)
を形成し、 前記出力用すだれ状電極は、前記非圧電板のどちから一
方の板面を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路
ZiaおよびZibのうちの1つZXaが遮断されたときにの
み、前記超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXb
に対応する電気信号EXbを出力するか、または前記非圧
電板のどちから一方の板面を接触して前記超音波伝搬路
ZXbが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ZXaに
対応する電気信号EXaを出力する超音波スイッチング素
子。7. An ultrasonic switching element comprising an input and output piezoelectric substrate, a non-piezoelectric plate, and input and output IDTs, wherein said input and output IDTs are said input and output IDTs. The input and output piezoelectric substrates are provided on one plate surface of each of the piezoelectric substrates, and the non-piezoelectric substrate is provided through the one plate surface or the other plate surface of each of the input and output piezoelectric substrates. The intersecting region of the electrode fingers of the output IDT, which is fixed to one plate surface of the plate, consists of one group R i (i = 1) or N groups R i (i = 1) , 2,..., N) and (N−1) parts Q i sandwiched between the two groups R i and R (i + 1)
{I = 1,2, ......, ( N-1)} consists, each group R i comprises two portions R ia and R ib, from a portion sandwiched by R i m to, the moiety R The directions of the electrode fingers of ia and R ib are parallel to the directions of the electrode fingers of the input IDT, and the electrode cycle lengths of the portions R ia and R ib are the electrode pitch P of the input IDT. equally, the moiety R electrode fingers of im has an inclination of angle α with respect to the electrode fingers of said input interdigital transducer, said portion R periodicity P RN electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the im It is equal to the product of the electrode periodicity P and cos [alpha], wherein the electrode crossing width of the portion R im, and overlap length L RP in the direction of the electrode fingers of the part R im, of the input interdigital transducer There are two types, an intersection width L RN in a direction parallel to the electrode finger, and the intersection width L RP is equal to the intersection width L RN and secα. And the same as the product of half of the electrode period length P and cosec α, and the electrode finger of the portion Q i has an inclination of ± β with respect to the electrode finger of the input IDT; periodicity P QN of the electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the part Q i is equal to the product of the electrode periodicity P and cos .beta, the electrode crossing width of the portion Q i, the portion Q i and overlap length L QP in the direction of the electrode fingers, there are two types of cross width L QN in the direction parallel to the electrode fingers of said input interdigital transducer, the overlap length L QP is the overlap length L QN The sum of the electrode cross widths of the portions R ia and R ib , the cross width L RN, and the cross width L QN is equal to the electrode cross width L of the input IDT. The thickness d of each piezoelectric substrate is smaller than the electrode period length P, and the input IDT is After said an input piezoelectric substrate in a two-layer structure B T made of a non-piezoelectric plate to excite the ultrasound was transmitted to the ultrasonic waves to the non-piezoelectric plate by inputting the item, piezoelectric for the output substrate and the propagate a two-layer structure B R consisting of non-piezoelectric plate, the portion R ia and R ib, the ultrasonic electrical signals E ia
, And E ib (i = 1, 2,..., N), respectively, and the amplitude of the electric signal generated by combining the electric signals E ia and E ib is zero. In the non-piezoelectric plate, the ultrasonic electrodes Z ia and Z ib (i = 1, 2,..., N) corresponding to the portions R ia and R ib, respectively.
Forming a said output interdigital transducer, said single Z Xa of the throat force one plate surface of the non-piezoelectric plate in contact with a human finger or an object the ultrasonic propagation path Z ia and Z ib is interrupted only when it is, the ultrasonic propagation path Z Xb forming the ultrasonic propagation path Z Xa paired
And outputs an electric signal E Xb corresponding to or wherein when a non-piezoelectric plate of the contacts the throat force one plate surface ultrasonic propagation path Z Xb is interrupted only, the ultrasonic propagation path Z Xa An ultrasonic switching element that outputs a corresponding electric signal EXa .
板、入力用および出力用すだれ状電極から成る超音波ス
イッチング素子であって、 前記入力用および出力用すだれ状電極は前記入力用およ
び出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、 前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および
出力用圧電基板それぞれの前記一方の板面またはもう一
方の板面を介して前記非圧電板の一方の板面に固着さ
れ、 前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、N個の
部分Ai(i=1,2,……,N)と、2つの前記部分
AiおよびA(i+1)に挟まれた(N−1)個の部分B
i{i=1,2,……,(N−1)}から成り、 前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、(N+
1)個の部分Ci{i=1,2,……,(N+1)}
と、2つの前記部分CiおよびC(i+1)に挟まれたN個の
部分Di(i=1,2,……,N)から成り、 前記部分Aiの電極指の方向は前記部分Ciの電極指の方
向と平行で、 前記部分Biの電極指は前記部分Aiの電極指に対し角−
βの傾きを有し、前記部分Biの電極指に直交する方向
での電極指の周期長PBNは、前記部分AiおよびCiの電
極周期長Pとcosβとの積に等しく、 前記部分Biの電極交差幅には、前記部分Biの電極指の
方向での交差幅LBPと、前記部分Aiの電極指に平行な
方向での交差幅LBNとの2種類があり、前記交差幅LBP
は前記交差幅LBNとsecβとの積に等しく、 前記部分Diの電極指は前記部分Ciの電極指に対し角α
の傾きを有し、前記部分Diの電極指に直交する方向で
の電極指の周期長PDNは、前記電極周期長Pとcosαと
の積に等しく、 前記部分Diの電極交差幅には、前記部分Diの電極指の
方向での交差幅LDPと、前記部分Ciの電極指に平行な
方向での交差幅LDNとの2種類があり、前記交差幅LDP
は、前記交差幅LDNとsecαとの積に等しいとともに、
前記電極周期長Pの半分とcosecαとの積に等しく、 前記部分Aiの電極指の交差幅および前記交差幅LBNの
合計は、前記部分Ciの電極指の交差幅および前記交差
幅LDNの合計にほぼ等しく、 前記各圧電基板の厚さdは前記電極周期長Pよりも小さ
く、 前記入力用すだれ状電極は、電気信号を入力されること
により前記入力用圧電基板と前記非圧電板から成る2層
構造部BTに超音波を励振し、その超音波を前記非圧電
板に伝搬させた後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板
から成る2層構造部BRに伝搬させ、 前記出力用すだれ状電極は、前記超音波をN個の電気信
号Eia(i=1,2,……,N)およびN個の電気信号
Eib(i=1,2,……,N)に変換し、前記電気信号
EiaおよびEibを合成することにより生ずる電気信号の
振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極
は、前記非圧電板において、N個の超音波伝搬路Z
ia(i=1,2,……,N)およびN個の超音波伝搬路
Zib(i=1,2,……,N)を形成し、 前記出力用すだれ状電極は、前記非圧電板のどちから一
方の板面を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路
ZiaおよびZibのうちの1つZXaが遮断されたときにの
み、前記超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXb
に対応する電気信号EXbを出力するか、または前記非圧
電板のどちから一方の板面を接触して前記超音波伝搬路
ZXbが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ZXaに
対応する電気信号EXaを出力する超音波スイッチング素
子。8. An ultrasonic switching device comprising an input and output piezoelectric substrate, a non-piezoelectric plate, and input and output IDTs, wherein said input and output IDTs are said input and output IDTs. The input and output piezoelectric substrates are provided on one plate surface of each of the piezoelectric substrates, and the non-piezoelectric substrate is provided through the one plate surface or the other plate surface of each of the input and output piezoelectric substrates. The intersecting areas of the electrode fingers of the input IDT are fixed to one plate surface of the plate, and include N portions A i (i = 1, 2,..., N) and two of the portions A i And (N-1) parts B sandwiched between A and (i + 1)
i {i = 1, 2,..., (N−1)}, and the intersection area of the electrode fingers of the output IDT is (N +
1) parts C i {i = 1, 2,..., (N + 1)}
And N portions D i (i = 1, 2,..., N) sandwiched between the two portions C i and C (i + 1), and the direction of the electrode finger of the portion A i is In parallel with the direction of the electrode finger of the portion C i, the electrode finger of the portion B i has an angle − with respect to the electrode finger of the portion A i.
has a slope of β, and the period length P BN of the electrode finger in the direction orthogonal to the electrode finger of the portion B i is equal to the product of the electrode period length P of the portions A i and C i and cos β; the electrode cross width of the portion B i, the overlap length L BP in the direction of the electrode fingers of the portion B i, there are two types of cross width L BN in a direction parallel to the electrode fingers of the part a i , The intersection width L BP
Equal to the product of the overlap length L BN and secβ, the portion D i is the electrode finger the part C corner to the electrode fingers of the i alpha
Has a slope, periodicity P DN of the electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the part D i is equal to the product of the electrode periodicity P and cos [alpha], the electrode crossing width of the portion D i , the portion D and the overlap length L DP in the direction of the i electrode fingers of, there are two types of cross width L DN in a direction parallel to the electrode fingers of the portions C i, the overlap length L DP
Is equal to the product of the intersection width L DN and secα,
It is equal to the product of half of the electrode cycle length P and cosec α, and the sum of the electrode finger intersection width and the intersection width L BN of the portion A i is the electrode finger intersection width and the intersection width L of the portion C i. approximately equal to the sum of DN, the thickness d of the piezoelectric substrate is smaller than the electrode periodicity P, said input interdigital transducer, said piezoelectric substrate said input by inputting the electrical signal nonpiezoelectric exciting the ultrasonic two-layer structure section B T consisting of a plate, the after ultrasound is propagated to the non-piezoelectric plate, propagation to a two-layer structure B R consisting of the non-piezoelectric plate and the piezoelectric substrate wherein the output The output IDT converts the ultrasonic wave into N electric signals E ia (i = 1, 2,..., N) and N electric signals E ib (i = 1, 2,...). was converted to N), the amplitude of the electrical signal produced by synthesizing the electric signals E ia and E ib is , And the said input and output interdigital electrodes, in the non-piezoelectric plate, N numbers of ultrasonic propagation path Z
ia (i = 1, 2,..., N) and N ultrasonic wave propagation paths Z ib (i = 1, 2,..., N); only when one Z Xa of said throat force one plate surface of the plate in contact with a human finger or an object ultrasonic propagation path Z ia and Z ib is interrupted, the ultrasonic propagation path Z Xa paired Ultrasonic propagation path Z Xb
And outputs an electric signal E Xb corresponding to or wherein when a non-piezoelectric plate of the contacts the throat force one plate surface ultrasonic propagation path Z Xb is interrupted only, the ultrasonic propagation path Z Xa An ultrasonic switching element that outputs a corresponding electric signal EXa .
厚さdの方向と平行であり、 前記非圧電板の厚さhは前記各圧電基板の厚さdよりも
小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度
は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よ
りも大きく、 前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対
応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記
2層構造部BTに前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を
有する弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板中に
伝搬させた後、前記2層構造部BRに伝搬させ、 前記弾性波はS0モードおよび1次以上の高次モードの
波で、 前記2層構造部BTに励振される前記弾性波の位相速度
は、前記弾性波の周波数fと前記各圧電基板の厚さdと
の積fdが零の近傍にある場合のS0モードの弾性波の
位相速度Vfd=0とほぼ等しい請求項7または8記載の超
音波スイッチング素子。9. The direction of the polarization axis of each of the piezoelectric substrates is parallel to the direction of its thickness d, and the thickness h of the non-piezoelectric plate is smaller than the thickness d of each of the piezoelectric substrates. The phase velocity of the elastic wave propagating to the piezoelectric plate alone is greater than the phase velocity of the elastic wave propagating to each piezoelectric substrate alone, and the input interdigital transducer has an electric frequency of a frequency substantially corresponding to the electrode cycle length P. by inputting a signal, after the elastic wave excited that have a wavelength substantially equal to the said electrode periodicity P in the two-layer structure section B T, and by propagating the acoustic waves in the non-piezoelectric plate, the 2 is propagated in the layer structure B R, the elastic wave is a wave of S 0 mode and first-order or higher-order mode, the phase velocity of the acoustic wave excited in the two-layer structure B T, the acoustic wave When the product fd of the frequency f and the thickness d of each piezoelectric substrate is near zero. Ultrasonic switching element approximately equal claim 7 or 8, wherein the phase velocity V fd = 0 of the acoustic wave in the S 0 mode.
の厚さdの方向と平行であり、 前記非圧電板の厚さhは前記各圧電基板の厚さdとほぼ
等しく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度
は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度と
ほぼ等しく、 前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対
応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記
2層構造部BTに前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を
有する弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板中に
伝搬させた後、前記2層構造部BRに伝搬させ、 前記弾性波はS0モードおよび1次以上の高次モードの
波で、 前記2層構造部BTに励振される前記弾性波の位相速度
は、前記弾性波の周波数fと前記各圧電基板の厚さdと
の積fdが零の近傍にある場合のS0モードの弾性波の
位相速度Vfd=0とほぼ等しい請求項7または8に記載の
超音波スイッチング素子。10. The direction of the polarization axis of each of the piezoelectric substrates is parallel to the direction of its thickness d. The thickness h of the non-piezoelectric plate is substantially equal to the thickness d of each of the piezoelectric substrates. The phase velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric plate alone is substantially equal to the phase velocity of the elastic wave propagating through each of the piezoelectric substrates alone, and the input IDT has an electric frequency having a frequency substantially corresponding to the electrode cycle length P. by inputting a signal, after the elastic wave excited that have a wavelength substantially equal to the said electrode periodicity P in the two-layer structure section B T, and by propagating the acoustic waves in the non-piezoelectric plate, the 2 is propagated in the layer structure B R, the elastic wave is a wave of S 0 mode and first-order or higher-order mode, the phase velocity of the acoustic wave excited in the two-layer structure B T, the acoustic wave The product fd of the frequency f and the thickness d of each piezoelectric substrate is near zero Ultrasonic switching element according to approximately equal claim 7 or 8 with a phase velocity V fd = 0 of the acoustic wave in the S 0 mode.
の厚さdの方向と平行であり、 前記非圧電板の厚さhは前記各圧電基板の厚さdよりも
大きいとともに前記各圧電基板の厚さdの2倍よりも小
さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度
は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よ
りも小さく、 前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対
応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記
2層構造部BTに前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を
有する弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板中に
伝搬させた後、前記2層構造部BRに伝搬させ、 前記弾性波はS0モードおよび1次以上の高次モードの
波で、 前記2層構造部BTに励振される前記弾性波の位相速度
は、前記弾性波の周波数fと前記各圧電基板の厚さdと
の積fdが零の近傍にある場合のS0モードの弾性波の
位相速度Vfd=0とほぼ等しい請求項7または8に記載の
超音波スイッチング素子。11. The direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is parallel to the direction of its thickness d. The thickness h of the non-piezoelectric plate is greater than the thickness d of each piezoelectric substrate and The phase velocity of the elastic wave propagating through the non-piezoelectric plate alone is smaller than twice the thickness d of the piezoelectric substrate, and the phase velocity of the elastic wave propagating through each of the piezoelectric substrates alone is smaller than the input IDT. electrode, said by inputting a substantially electrical signal of a frequency corresponding to the electrode periodicity P, exciting the acoustic wave having a wavelength approximately equal to the electrode periodicity P in the two-layer structure B T, the elastic After the wave is propagated through the non-piezoelectric plate, the wave is propagated to the two-layer structure part B R , and the elastic wave is a wave of S 0 mode and a first-order or higher order mode, and the two-layer structure part B T The phase velocity of the elastic wave excited in the Ultrasonic switching element according to approximately equal claim 7 or 8 with a phase velocity V fd = 0 of the acoustic wave in the S 0 mode when the product fd is in the vicinity of zero of the thickness d of the piezoelectric substrate.
前記入力用および出力用圧電基板それぞれの前記もう一
方の板面を介して前記非圧電板の一方の板面に固着さ
れ、 前記各圧電基板の前記非圧電板との界面は電気的に開放
状態にあり、 前記各圧電基板の分極軸の方向は、前記入力用すだれ状
電極の電極指の方向と平行であり、 前記非圧電板の厚さhは、前記各圧電基板の厚さdとほ
ぼ等しいかまたはそれよりも小さく、 前記非圧電板は、前記非圧電板単体に伝搬する横波の位
相速度が前記各圧電基板単体に伝搬する横波の位相速度
とほぼ等しいかまたはそれ以下の物質で成り、 前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対
応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記
2層構造部BTに前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を
有するSH波を励振し、そのSH波を前記非圧電板中に
伝搬させた後、前記2層構造部BRに伝搬させ、 前記SH波は0次モードおよび1次以上の高次モードの
波で、前記SH波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝
搬する横波速度および前記各圧電基板単体に伝搬する横
波速度の平均値とほぼ等しい請求項7または8に記載の
超音波スイッチング素子。12. The input and output piezoelectric substrates,
The input and output piezoelectric substrates are fixed to one plate surface of the non-piezoelectric plate via the other plate surfaces, respectively, and the interface of each piezoelectric substrate with the non-piezoelectric plate is electrically open. Wherein the direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is parallel to the direction of the electrode fingers of the input IDT, and the thickness h of the non-piezoelectric plate is substantially equal to the thickness d of each piezoelectric substrate. The non-piezoelectric plate is made of a material having a phase velocity of a transverse wave propagating to the non-piezoelectric plate alone that is substantially equal to or less than a phase speed of a transverse wave propagating to each of the piezoelectric substrates alone. the input interdigital transducer is by inputting an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode periodicity P, SH wave having a wavelength approximately equal to the electrode periodicity P in the two-layer structure B T To excite the SH wave After propagating in the electrodeposition plates, is propagated in the two-layer structure B R, a wave of the SH wave is 0 order mode and first-order or higher-order mode, the phase velocity of the SH wave, the non-piezoelectric 9. The ultrasonic switching device according to claim 7, wherein an average value of the shear wave speed propagating in the single plate and an average value of the shear wave speed propagating in each of the piezoelectric substrates alone.
前記入力用および出力用圧電基板それぞれの前記もう一
方の板面を介して前記非圧電板の一方の板面に固着さ
れ、 前記各圧電基板の前記非圧電板との界面は電気的に短絡
状態にあり、 前記各圧電基板の分極軸の方向は、前記入力用すだれ状
電極の電極指の方向と平行であり、 前記非圧電板の厚さhは前記各圧電基板の厚さdよりも
大きいとともに前記各圧電基板の厚さdの2倍よりも小
さく、 前記非圧電板は、前記非圧電板単体に伝搬する横波の位
相速度が前記各圧電基板単体に伝搬する横波の位相速度
よりも大きい物質で成り、 前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Pにほぼ対
応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記
2層構造部BTに前記電極周期長Pとほぼ等しい波長を
有するSH波を励振し、そのSH波を前記非圧電板の前
記一方の板面に伝搬させた後、前記2層構造部BRに伝
搬させ、 前記SH波は0次モードおよび1次以上の高次モードの
波で、前記SH波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝
搬する横波速度および前記各圧電基板単体に伝搬する横
波速度の平均値の近傍にあり、 前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板
の前記一方の板面において、前記部分RiaおよびRibそ
れぞれに対応する超音波伝搬路ZiaおよびZib(i=
1,2,……,N)を形成し、 前記出力用すだれ状電極は、前記非圧電板の前記一方の
板面を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Zia
およびZibのうちの1つZXaが遮断されたときにのみ、
前記超音波伝搬路ZXaと対を成す超音波伝搬路ZXbに対
応する電気信号EXbを出力するか、または前記非圧電板
の前記一方の板面を接触して前記超音波伝搬路ZXbが遮
断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ZXaに対応する
電気信号EXaを出力する請求項7または8に記載の超音
波スイッチング素子。13. The input and output piezoelectric substrates,
The input and output piezoelectric substrates are fixed to one plate surface of the non-piezoelectric plate via the other plate surfaces, respectively, and the interface of each of the piezoelectric substrates with the non-piezoelectric plate is electrically short-circuited. Wherein the direction of the polarization axis of each piezoelectric substrate is parallel to the direction of the electrode fingers of the input IDT, and the thickness h of the non-piezoelectric plate is greater than the thickness d of each piezoelectric substrate. In addition, the non-piezoelectric plate has a phase velocity of a transverse wave propagating to the single non-piezoelectric plate larger than a phase velocity of a transverse wave propagating to the single piezoelectric substrate alone. made of a material, the input interdigital transducer, by inputting an electrical signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P, the wavelength approximately equal to the electrode periodicity P in the two-layer structure B T To excite the SH wave having After propagated to the one plate surface of the non-piezoelectric plate, the propagate a two-layer structure B R, a wave of the SH wave is 0 order mode and first-order or higher-order mode, the SH wave phase The velocity is near the average value of the shear wave velocity propagating to the non-piezoelectric plate alone and the shear wave velocity propagating to each of the piezoelectric substrates alone, and the input and output interdigital transducers are the one of the non-piezoelectric plates. in the plate surface, the portion R ia and ultrasonic wave propagation path R ib corresponding to Z ia and Z ib (i =
1, 2,..., N), and the output interdigital transducer is configured such that a human finger or an object comes into contact with the one plate surface of the non-piezoelectric plate and the ultrasonic wave propagation path Z ia.
And only when one of Z ib Z Xa is blocked,
An electric signal EXb corresponding to the ultrasonic wave propagation path Z Xb paired with the ultrasonic wave propagation path Z Xa is output, or the one of the non-piezoelectric plates is brought into contact with the ultrasonic wave propagation path Z Xa . only when Xb is interrupted, ultrasonic switching element according to claim 7 or 8 outputs an electric signal E Xa corresponding to the ultrasonic propagation path Z Xa.
を前記グループRiの数Nの2倍で除した値と、cosecβ
との積に等しい請求項1,3または7に記載の超音波ス
イッチング素子。14. The cross width L QP is equal to the electrode cycle length P.
Is divided by twice the number N of the groups R i , and cosec β
The ultrasonic switching element according to claim 1, 3 or 7, which is equal to the product of:
を前記部分Aiの数Nの2倍で除した値と、cosecβとの
積に等しい請求項2,4または8に記載の超音波スイッ
チング素子。15. The cross width L BP is equal to the electrode cycle length P.
And a value obtained by dividing twice the number N of the partial A i, ultrasonic switching element according to claim 2, 4 or 8 equal to the product of the Cosecbeta.
る請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,
11,12,13,14または15に記載の超音波スイ
ッチング素子。16. The piezoelectric substrate according to claim 1, wherein each of the piezoelectric substrates is made of a piezoelectric ceramic.
The ultrasonic switching element according to 11, 12, 13, 14, or 15.
れの周波数が無線周波数で成る請求項1,2,3,4,
5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,
15または16に記載の超音波スイッチング素子。17. The electric signal E i-1 and E i-2 each having a radio frequency.
5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14,
17. The ultrasonic switching element according to 15 or 16.
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Cited By (2)
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1998
- 1998-01-30 JP JP03401198A patent/JP3887765B2/en not_active Expired - Fee Related
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CN102474238B (en) * | 2009-07-17 | 2015-03-11 | 株式会社村田制作所 | Surface acoustic wave device |
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