JP3161231B2 - 圧電フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚みモードを利用した
圧電フィルタに関し、特に、振動部分の振動エネルギー
を効果的に閉じ込め得る構造を備えた圧電フィルタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の圧電共振部を１つの圧電体
を用いて一体化した構造を有する圧電フィルタが種々提
案されている（例えば、特公平１−５１０８９号公
報）。

【０００３】上記のような圧電フィルタとしては、細長
い圧電板の長さモードを振動を利用したものや、平面形
状が正方形の圧電板の拡がりモードの振動を利用したも
のなど種々の振動モードを利用したものが知られてい
る。例えば、特公平１−５１０８９号公報には、細長い
圧電板の一方主面に第１，第２の共振電極を分割形成
し、他方主面に第１，第２の共振電極と圧電板を介して
重なり合うように共通共振電極を形成し、該圧電板の長
さモードの振動を利用した３端子型の圧電フィルタが示
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記圧電フィルタで
は、第１，第２の共振電極と共通共振電極とが重なり合
っている部分において振動が発生する。従って、製品化
にあたっては、圧電フィルタをばね端子で支持したり、
異方性導電ゴムシートを用いて支持したりしなければな
らなかった。

【０００５】また、正方形板の拡がりモードを利用した
圧電フィルタ等などにおいても、同様に、圧電フィルタ
素子自身が振動するため、ばね端子等により圧電フィル
タ素子を挟持し、支持する必要があった。

【０００６】そのため、従来の厚みモードを利用した各
種圧電フィルタでは、支持構造が複雑化し、製品が大型
にならざるを得なかった。本発明の目的は、フィルタと
して機能する部分の振動を内部に効果的に閉じ込め得る
構造を有する、厚みモードを利用したシングルモードの
圧電フィルタを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、上記課題を
達成すべく提案されたものであり、本願の第１，第２の
発明はフィルタ部に動吸振部を連結し、フィルタ部の振
動を動吸振部までの部分に閉じ込めることにより、支持
構造の簡略化を果たすものであり、他方、本願の第３，
第４の発明は、圧電体の寸法を特定の範囲に選択するこ
とにより、後述の幅拡がりモードを励振し、それによっ
て圧電フィルタ素子内に振動エネルギーを閉じ込めたこ
とに特徴を有する。

【０００８】すなわち、本願の第１，第２の発明は、圧
電フィルタ内にフィルタ部分の振動を閉じ込め得るよう
に構成されていることにおいて共通するものである。

【０００９】

【００１０】なお、本明細書において、動吸振部とは、
公知の動吸振現象により伝達されてきた振動を抑制する
ように機能するものであり、この動吸振現象の詳細は、
例えば、谷口修著「振動工学」第１１３頁〜第１１６頁
（コロナ社発行）に記載されている。簡単に言えば、動
吸振現象とは、振動が抑制されるべき主振動体に副振動
体を連結し、該副振動体の固有振動数を選択することに
より、主振動体の振動が抑制される現象をいう。上記動
吸振部が、動吸振現象における副振動体に相当し、振動
体すなわちフィルタ部からの励振により振動する連結部
が主振動体に相当することになる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】本願の第１の発明では、圧電体の第１，第
２の面の短辺の長さをａ、長辺の長さをｂ、圧電体材料
のポアソン比をσとしたときに、

【００１８】

【数３】

【００１９】を満たす値を中心として±１０％の範囲内
となるように比ｂ／ａが選択されている圧電体を用いて
圧電フィルタが構成されている。後述の実施例から明ら
かなように、このような圧電体では、正方形板の拡がり
モードと、長方形板の幅モードとの間の中間のモードと
考えられる、幅拡がりモードの振動が励振される。この
幅拡がりモードの振動では、振動のノード点が第１，第
２の面の中央だけでなく、短辺側の中央にも存在するこ
とが本願発明者により確かめられている。

【００２０】従って、第１の発明では、圧電体の上記短
辺側の中央で支持することにより、第１の共振電極と共
通共振電極とで構成される第１の共振ユニットと、第２
の共振電極と共通共振電極とで構成される第２の共振ユ
ニットにおいて生じる振動が、圧電フィルタ内に確実に
閉じ込め得る。

【００２１】同様に、第２の発明においても、上記式
（１）を満たす値を中心として±１０％の範囲内となる
ように比ｂ／ａが選択されて圧電体を用いて構成されて
いるため、圧電体の上記短辺側の中央で支持することに
より、第１の共振電極と第３の共振電極とが重なり合う
部分で構成されている第１の共振ユニットと、第２の共
振電極と第４の共振電極とが重なり合っている部分で構
成されている第２の共振ユニットの振動が、圧電フィル
タ内に確実に閉じ込められる。

【００２２】

【発明の作用及び効果】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】本願の第１の発明では、上記式（１）を満
たす値を中心として±１０％の範囲内となるように比ｂ
／ａが選択された圧電体を用いて圧電フィルタが構成さ
れている。後述の実施例から明らかなように、上記比ｂ
／ａを特定の範囲に選択することにより、圧電体に幅拡
がりモードの振動が励振され、この場合、振動のノード
点は、第１，第２の面の中心だけでなく、上記短辺の中
央にも存在する。従って、短辺の中央を支持することに
より、第１，第２の共振電極と共通共振電極とが重なり
合っている領域に構成された第１，第２の共振ユニット
の振動を圧電フィルタ内に確実に閉じ込めることができ
る。

【００２７】すなわち、第１の発明の圧電フィルタは、
上記圧電体の幅拡がりモードの振動のノード点を利用し
て機械的に支持することができ、それによってフィルタ
の特性を損なわずに支持構造を簡略化することができ
る。よって、小型であり、かつ安定な特性の単一モード
圧電フィルタを提供することが可能となる。

【００２８】同様に、第２の発明においては、上記式
（１）を満たす値を中心として±１０％の範囲内となる
ように比ｂ／ａが定められている圧電体を用いて圧電フ
ィルタが構成されているため、幅拡がりモードの振動を
用いて単一モードフィルタが構成されている。よって、
短辺中央の振動のノード点において他の部材により機械
的に容易に支持することができる。従って、圧電フィル
タの支持構造の簡略化を果たすことができ、小型であり
ながら、安定な特性を発揮し得る単一モード圧電フィル
タを提供することが可能となる。

【００２９】さらに、第２の発明では、第３，第４の共
振電極を共通接続することにより、３端子型の圧電フィ
ルタとして使用でき、あるいは第１〜第４の共振電極を
差動接続することにより、第３，第４の共振電極を共通
接続した場合と減衰極の表れる周波数位置が逆となる波
形を有する圧電フィルタを構成することもできる。

【００３０】

【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ実施例を説明
することにより、本発明を明らかにする。

【００３１】第１の実施例 図１は、本発明の第１の実施例に係る圧電フィルタを示
す斜視図である。圧電フィルタ１は、フィルタ部２の両
側に、連結部３，４を介して動吸振部５，６を連結した
構造を有する。動吸振部５，６の外側には、支持部７，
８を介して、それぞれ、保持部９，１０が連結されてい
る。

【００３２】フィルタ部２は、平面形状が細長い矩形の
圧電板１１を用いて構成されている。圧電板１１は、例
えばチタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスのような
圧電セラミックス、あるいはＬｉＴａＯ₃ もしくはＬｉ
ＮｂＯ₃ などの圧電単結晶により構成され得る。圧電板
１１は、矢印Ｐで示すように、厚み方向に分極処理され
ている。

【００３３】また、本実施例では、前述した連結部３，
４、動吸振部５，６、支持部７，８及び保持部９，１０
が、上記圧電板１１と一体に構成されている。すなわ
ち、ある程度の大きさの圧電板を用意し、図１に示した
平面形状を有するように該圧電板を加工することによ
り、各部分が構成されている。もっとも、フィルタ部２
を構成している圧電板１１、連結部３，４、動吸振部
５，６、支持部７，８及び保持部９，１０は、それぞれ
別の部材で構成されていてもよく、これらの部材を接着
剤等で接合することにより一体化してもよい。

【００３４】フィルタ部２においては、圧電板１１の上
面に、第１，第２の共振電極１２，１３が形成されてい
る。第１，第２の共振電極１２，１３は、圧電板１１の
長さ方向に延びるように形成されており、共振電極１
２，１３間の領域には、溝１４が形成されている。

【００３５】圧電板１１の下面には、全面に共通共振電
極１５が形成されている。従って、第１の共振電極１２
と共通共振電極１５とにより第１の共振ユニットが、第
２の共振電極１３と共通共振電極１５により第２の共振
ユニットが構成されている。

【００３６】他方、支持部９，１０上には、端子電極１
６，１７が形成されている。また、保持部９の下面に
は、破線で示すように端子電極１８が形成されている。
端子電極１６，１７は、それぞれ、保持部９，１０から
圧電板１１に延ばされた導電部１６ａ，１７ａにより、
第１，第２の共振電極１２，１３に電気的に接続されて
いる。同様に、下面の端子電極１８は、同じく導電部に
より共通共振電極１５に電気的に接続されている。

【００３７】なお、上記溝１５は、入出力間の静電容量
を低減するために、すなわち第１，第２の共振電極１
２，１３間の静電容量を低減するために設けられている
が、溝１４は必ずしも設けずともよい。

【００３８】本実施例の圧電フィルタ１では、フィルタ
部２が上記のように動作するが、第１，第２の共振ユニ
ットの振動が、連結部３，４に漏洩する。しかしなが
ら、漏洩してきた振動は、動吸振部５，６において、動
吸振現象により抑制される。すなわち、動吸振部５，６
は、連結部３，４に漏洩してきた振動により屈曲モード
で振動し、動吸振現象により伝達してきた振動を抑制し
得るように、その寸法及び形状が定められている。

【００３９】また、動吸振部５，６の外側には、動吸振
部５，６の変位が最も小さい部分、すなわちノード点ま
たはその近傍に支持部７，８が連結されている。従っ
て、動吸振現象により振動エネルギーが動吸振部５，６
までの部分にほぼ閉じ込められるため、支持部７，８に
は振動はほとんど漏洩してこない。よって、保持部９，
１０を用いて外部と接合したり、保持部９，１０におい
て機械的に支持することができ、何れの場合であって
も、フィルタ部２の特性の劣化が生じ難い。本実施例の
圧電フィルタ１の減衰量−周波数特性の一例を図３に示
す。

【００４０】第２の実施例 図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施例に係る
圧電フィルタを示す平面図及び圧電板を透かして下方の
電極形状を示した模式的平面図である。圧電フィルタ２
１では、電極形状が第１の実施例の圧電フィルタ１と異
ならされているが、その他の点については第１の実施例
と同様に構成されている。従って、同一部分について
は、同一の参照番号を付することにより、その説明を省
略する。

【００４１】圧電フィルタ２１では、第１，第２の共振
電極１２，１３が、接続導電部１６ａ，１７ａにより端
子電極１６，１７に電気的に接続されている。もっと
も、端子電極１６は、図４（ａ）に示されているよう
に、フィルタ部２を挟んで端子電極１７と点対称な位置
に設けられている。

【００４２】他方、圧電板１１の下面においては、第
３，第４の共振電極１５ａ，１５ｂが形成されている。
すなわち、第１の実施例の共通共振電極１５に代えて、
圧電板１１の下面に第３，第４の共振電極１５ａ，１５
ｂが設けられている。第３，第４の共振電極１５ａ，１
５ｂは、それぞれ、第１，第２の共振電極１２，１３と
圧電板１１を介して重なり合うように形成されている。

【００４３】第３の共振電極１５ａは、接続導電部によ
り、保持部９に設けられた端子電極１９ａに電気的に接
続されている。同様に、第４の共振電極１５ｂは、接続
導電部により保持部１０に設けられた端子電極１９ｂに
電気的に接続されている。本実施例では、端子電極１９
ａ，１９ｂは、フィルタ部２の中心に対して点対称な位
置に配置されている。また、端子電極１９ａ，１９ｂ
は、上面側の端子電極１６，１７と重なり合わない位置
に形成されている。これは、端子電極同士の重なり合い
による浮遊容量の発生を防止するためである。同様に、
各端子電極に接続される接続導電部についても、上面側
の接続導電部１６ａ，１７ａと、下面側の接続導電部と
の重なり合いが生じないように配置されている。

【００４４】第２の実施例の圧電フィルタ２１では、端
子電極１９ａ，１９ｂを共通接続し、接地電位に接続
し、端子電極１６，１７を入出力電極として用いれば、
第１の実施例の圧電フィルタ１と同様に動作する。すな
わち、フィルタ部２の長さモードを利用した単一モード
圧電フィルタが構成される。

【００４５】また、本発明の圧電フィルタ２１では、図
５に示すように、第１の共振電極１２と、第４の共振電
極１５ｂとを接地電位に接続し、第３の共振電極１５ａ
及び第２の共振電極１３を入出力電極として用いれば、
差動接続型の単一モード圧電フィルタ２１として動作さ
せることができる。このような差動接続型の圧電フィル
タでは、減衰量が最大の位置に対して、減衰極が、第１
の実施例の圧電フィルタとは逆の位置に表れる減衰量−
周波数特性を実現することができる。従って、第１の実
施例の圧電フィルタ１と、第２の実施例の圧電フィルタ
２１を上記のように差動接続した構成とを直列に接続
し、２段のフィルタを構成すれば、対称性に優れた特性
を得ることができる。

【００４６】なお、第１の実施例の圧電フィルタ１にお
いても、フィルタ部２の圧電板１１において、図６に示
すように、第１，第２の共振ユニットが設けられている
部分の分極方向Ｐ₁ ，Ｐ₂ を互いに逆方向とすることに
より、図５に示した差動接続型の圧電フィルタと同様の
周波数特性を実現することができる。

【００４７】第３の実施例 図７及び図８は、本発明の第３の実施例として、第１の
実施例の圧電フィルタ１を用いたチップ型部品を説明す
るための分解斜視図及び斜視図である。

【００４８】本実施例では、圧電フィルタ１の側方に、
スペーサ３１，３２が絶縁性接着剤を用いて貼り合わさ
れている。すなわち、スペーサ３１，３２は、例えばア
ルミナなどの絶縁性セラミックスまたは合成樹脂よりな
り、圧電フィルタ１と同等の厚みを有するように構成さ
れている。スペーサ３１は、一端側において保持部９
に、他端側において保持部１０に接着されている。同様
に、スペーサ３２についても、一端側において保持部９
に、他端側において保持部１０に接着されている。

【００４９】上記スペーサ３１，３２を圧電フィルタ１
に接着することにより、フィルタプレート３３が構成さ
れている。フィルタプレート３３の上下には、蓋材３
４，３５が絶縁性接着剤を介して貼り合わされる。この
場合、蓋材３５には、凹部３５ａが形成されており、図
示はされていないが、蓋材３４の下面にも同様の凹部が
構成されている。凹部３５ａは、フィルタプレート３３
の振動部分の振動を妨げないための空間を確保するため
に設けられている。

【００５０】本実施例においては、フィルタプレート３
３は、圧電フィルタ１にスペーサ３１，３２を接着する
ことにより構成されていたが、矩形の圧電板を用意し、
レーザ等によりくり抜き加工し、所定の電極を形成する
ことにより、一体型のフィルタプレート３３を得てもよ
い。この場合には、圧電フィルタとスペーサ３１，３２
との間の接着部分が存在しないため、振動部分の封止性
を高めることができ、従って圧電フィルタの耐環境特性
を高めることが可能となる。

【００５１】上記フィルタプレート３３の上下に蓋材３
４，３５を貼り合わせることにより、図８に示す積層体
３６が得られる。この積層体３６に、外部電極３６ａ〜
３６ｄを形成することにより、チップ型圧電フィルタ３
７が得られる。

【００５２】なお、外部電極３６ａ，３６ｃは、それぞ
れ前述した端子電極１６，１７に電気的に接続されるよ
うに形成されており、外部電極３６ｂが端子電極１８
（図１参照）に電気的に接続されるように形成されてい
る。また、外部電極３６ｄは、本実施例ではダミーの電
極として形成されているが、図１に示した保持部１０の
下面にも、共通共振電極１５に電気的に接続される端子
電極を形成しておけば、該端子電極を外部電極３６ｄに
電気的に接続することにより、外部電極３６ｄを接地電
位に接続するための電極として用いることができる。

【００５３】本実施例のチップ型圧電フィルタ３７で
は、上記積層体３６内に、圧電フィルタ１の振動部分が
封止されている。しかも、圧電フィルタ１は、保持部
９，１０により支持されており、かつ動吸振部５，６ま
での部分に振動エネルギーが閉じ込められるため、フィ
ルタ部２の特性を損なわずに、チップ型部品として構成
することが可能とされている。

【００５４】第４の実施例 図９及び図１０は、第１，第２の実施例の圧電フィルタ
を用いて構成された２素子接続型のチップ型圧電フィル
タを説明するための分解斜視図及び斜視図であり、図１
１は本実施例の圧電フィルタの回路構成を示す図であ
る。

【００５５】本実施例のチップ型圧電フィルタでは、フ
ィルタプレート４１，５１が用いられている。フィルタ
プレート４１は、第１の実施例の圧電フィルタ１とほぼ
同様に構成された圧電フィルタ４４の側方にスペーサ４
２，４３を接着することにより構成されている。従っ
て、圧電フィルタ１と同一の部分については同一の参照
番号を付することにする。フィルタプレート４１に用い
られている圧電フィルタ４４が、圧電フィルタ１と異な
るところは、下面の端子電極１８が、保持部９の中央領
域に形成されていることにある。

【００５６】また、フィルタプレート５１は、圧電フィ
ルタ５４の側方にスペーサ５２，５３を接着した構造を
有する。圧電フィルタ５４は、第２の実施例の圧電フィ
ルタ２１とほぼ同様に構成されており、異なる点は、端
子電極の形成位置にある。すなわち、圧電フィルタ５４
では、端子電極１７が保持部１０の上面の中央領域に形
成されており、下面側の端子電極１９ａが保持部９の中
央領域に形成されており、下面側の端子電極１９ｂが、
保持部１０において、スペーサ５２の近傍に形成されて
いる。

【００５７】なお、上記スペーサ４２，４３，５２，５
３は、第３の実施例で用いられたスペーサ３１，３２と
同様に構成される。また、第３の実施例の場合と同様
に、各フィルタプレート４１，５１として、スペーサ４
２，４３やスペーサ５２，５３が、圧電フィルタ４４や
圧電フィルタ５４と一体化されたものを用いてもよい。
すなわち、矩形の圧電板をレーザ等により加工し、所定
の電極を形成することにより、上記フィルタプレート４
１，５１を一体の部材として用意してもよい。

【００５８】本実施例では、上記フィルタプレート４
１，５１の間に矩形枠状の空洞形成用の枠材５５を介在
させ、フィルタプレート４１，５１を積層する。さら
に、上下に蓋材５６，５７を貼り合わせる。なお、５７
ａは凹部を示し、フィルタプレート５１の振動部分の振
動を妨げないための空間を形成するために設けられてい
る。

【００５９】図１０に示すように、得られた積層体５８
の外表面に、外部電極５８ａ〜５８ｆを形成することに
より、２素子接続型のチップ型圧電フィルタ５９を得る
ことができる。なお、外部電極５８ｆはダミーの電極で
ある。このチップ型圧電フィルタ５９の回路構成は図１
１に示す通りである。すなわち、第１の実施例の圧電フ
ィルタと、第２の実施例の圧電フィルタを差動接続した
構造とを従属接続した２素子接続型の圧電フィルタが得
られる。

【００６０】本実施例のチップ型圧電フィルタ５９は、
上記のような構造を有するため、減衰量が最大の周波数
領域に対し、その両側にすなわち対称に減衰極が表れる
周波数特性を実現することができる。

【００６１】第５の実施例 図１２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第５の実施例に係
る圧電フィルタを説明するための平面図及び圧電板を透
かして下方の電極形状を示した模式的平面図である。

【００６２】本実施例の圧電フィルタ６１では、中央に
正方形板の拡がりモードを利用したフィルタ部６２が構
成されている。すなわち、平面形状が正方形の圧電板６
３が用いられており、該圧電板６３の上面に、第１，第
２の共振電極６４，６５が形成されている。また、圧電
板６３の下面に共通共振電極６６が形成されている。従
って、第１，第２の共振電極６４，６５を入出力電極と
し、共通共振電極６６を接地電位に接続することによ
り、正方形板の拡がりモードを利用した単一モード圧電
フィルタがフィルタ部６２により構成される。その他の
点については、第１の実施例と同様である。従って、第
１の実施例の圧電フィルタ１と同一部分については、同
一の参照番号を付することにより、その説明は省略す
る。

【００６３】本実施例の圧電フィルタ６１においても、
フィルタ部６２から漏洩してきた振動が、動吸振部５，
６により抑制されるため、第１の実施例の圧電フィルタ
１と同様に、保持部９，１０により機械的に支持したと
しても、フィルタ部６２の特性に影響がほとんど表れな
い。従って、支持構造の簡略化、ひいては圧電フィルタ
の小型化を促進することが可能となる。

【００６４】第５の実施例から明らかなように、本発明
においては、フィルタ部は種々のモードで振動されるよ
うに、適宜変形される得る。従って、例えば後述する第
６の実施例に示す幅拡がりモードを利用してフィルタ部
６２を構成しても、第５の実施例と同様に、動吸振現象
を利用することにより、支持構造の簡略化及び圧電フィ
ルタの小型化を図り得る。

【００６５】第６の実施例 図１３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第６の実施例に係
る圧電フィルタを示す平面図及び圧電板を透かして下方
の電極形状を示す模式的平面図である。

【００６６】第６の実施例の圧電フィルタ７１は、幅拡
がりモードを利用した圧電フィルタであり、第１〜第５
の実施例の圧電フィルタと異なり、動吸振部を有するも
のではない。

【００６７】圧電フィルタ７１のフィルタ部７２は、平
面形状が矩形の圧電板７３を用いて構成されている。圧
電板７３は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス
のようなセラミックスあるいはＬｉＴａＯ₃ もしくはＬ
ｉＮｂＯ₃ などの圧電単結晶などにより構成することが
できる。また、圧電板７３は、その長辺の長さｂと短辺
の長さａとの比が、前述した式（１）満たす値を中心と
して±１０％の範囲内となるようにその形状が定められ
ている。

【００６８】圧電板７３の上面（第１の面）には、分割
形成された第１，第２の共振電極７４，７５が形成され
ている。他方、圧電板７３の下面（第２の面）には、全
面に共通共振電極７６が形成されている。また、圧電板
７３は、厚み方向に一様に分極処理されている。

【００６９】圧電板７３の短辺側中央領域に、支持部７
６，７７が連結されており、該支持部７６，７７の外側
端に、保持部７８，７９が連結されている。保持部７
８，７９の上面には、端子電極８０，８１が形成されて
いる。端子電極８０，８１は、接続導電部８０ａ，８１
ａにより、第１，第２の共振電極７４，７５に電気的に
接続されている。

【００７０】他方、保持部７８の下面には、端子電極８
２が形成されており、接続導電部８２ａを介して、端子
電極８２は共通共振電極７６に電気的に接続されてい
る。従って、端子電極８０，８１を入出力電極とし、端
子電極８２を接地電位に接続することにより、フィルタ
部７２は幅拡がりモードで励振されることになる。この
幅拡がりモードの振動とは、本願発明者が初めて見出し
たものであり、矩形の対向し合う第１，第２の面を有す
る圧電体において、矩形の形状を上記特性の範囲に選択
することにより、振動のノード点が矩形の第１，第２の
面の中央だけでなく短辺側の中央領域にも存在するとい
う振動モードである。

【００７１】上記幅拡がりモードにつき、図１４〜図１
９を参照して説明する。いま、図１４に示すように、長
辺の長さがｂ、短辺の長さがａである平面形状が矩形の
圧電板１０１を想定することにする。矩形の圧電板１０
１を矢印Ｐで示すように厚み方向に一様に分極処理し、
上面及び下面に共振電極１０２，１０３を形成し、共振
電極１０２，１０３から交流電圧を印加する。この場
合、比ｂ／ａが１の場合には、すなわち圧電板１０１の
平面形状が正方形の場合には、公知の拡がり振動モード
の振動が強く励振される。また、比ｂ／ａを１よりもか
なり大きくした場合には、公知の長方形板の幅モード振
動が強く励振される。

【００７２】これに対し、比ｂ／ａが１より大きく、上
記幅モードの振動が強く励振される場合よりも小さい場
合には、幅拡がりモードと称される振動モードが強く表
れることがわかった。この幅拡がりモードの振動が励振
された場合の圧電共振子１００における変位分布を有限
要素法により解析したところ、図１５（ａ）に示す結果
が得られた。

【００７３】上記有限要素法により解析された変位分布
において、図１５（ｂ）に示すように、圧電板１００の
主面中央をＯとし、ｘ軸及びｙ軸を図示のように定義
し、各部分の変位状態を測定したところ、図１６に示す
結果が得られた。すなわち、上記幅拡がりモードが励振
されている圧電共振子１００においては、ｘ軸方向に沿
う位置では、変位量は中心Ｏと、図１５（ｂ）のＸ₁ す
なわち短辺中央において最も小さく、その中間において
変位量が最も大きくなることがわかる。このことは、幅
拡がりモードを利用した圧電共振子１００では、ノード
点が主面の中心と、短辺の中央とに位置することを意味
する。従って、主面の中心あるいは短辺の中央を他の支
持部材により支持することにより、上記幅拡がりモード
を阻害することなく、圧電共振子１００を支持し得るこ
とがわかる。

【００７４】また、上記比ｂ／ａは、圧電板を構成して
いる材料のポアソン比と関係することが確かめられた。
すなわち、圧電板１０２のポアソン比を変化させ、上記
幅拡がり振動モードが励振される場合の比ｂ／ａを測定
し、上記ｂ／ａの値のプロットしたところ、図１７に示
す結果が得られた。従って、図１７の直線で示されるよ
うに、

【００７５】

【数４】

【００７６】を満たすように、上記比ｂ／ａを選択する
ことにより、幅拡がり振動モードを確実に励振し得るこ
とがわかった。さらに、、上記比ｂ／ａが、前述の式
（２）を満たす場合だけでなく、その整数倍の場合に
も、短辺の中央がノード点となる同様の幅拡がりモード
が励振されることが確かめられた。

【００７７】また、上記比ｂ／ａが式（１）を満たす場
合にのみ幅拡がりモードが強く励振されるのではなく、
式（１）から若干ずれた場合でも幅拡がりモードが強く
励振されることがわかった。そこで、ポアソン比σ＝
０．３２４の圧電セラミック板を用い、幅拡がりモード
の励振の有無を比ｂ／ａを変化させ確かめた。

【００７８】すなわち、図１５（ｂ）における、Ｘ₁ に
おける変位量をＤ（Ｘ₁ ）、幅拡がりモードにおいて変
位量が最も大きくなる点Ｃ（図１５参照）の変位量をＤ
（Ｃ）とし、点Ｘ₁ の点Ｃに対する相対変位量Ｄ
（Ｘ₁ ）／Ｄ（Ｃ）を測定した。結果を図１８に示す。

【００７９】図１８から明らかなように、ポアソン比σ
＝０．３２４の場合、比ｂ／ａ＝１．２６〜１．５４の
範囲内であれば、相対変位が±１０％以内であることが
わかる。そこで、上記のように、比ｂ／ａが最適な値か
ら±１０％以内となるように、図１４に示した圧電共振
子１００を複数種作製し、短辺中央部に支持部材を連結
して共振特性を測定した。その結果、上記のように相対
変位が１０％以内の場合には、幅拡がりモードが良好に
閉じ込められ得ることがわかった。

【００８０】従って、図１９に示すように、上記比ｂ／
ａは、式（１）を満たす点を中心として±１０％の範囲
内に設定されれば、上記幅拡がり振動モードが良好に励
振され得ることがわかる。

【００８１】図１３に戻り、第６の実施例の圧電フィル
タ７１では、フィルタ部７２が上記幅拡がりモードで励
振される。この場合、振動のノード点は圧電板７３の主
面中央だけでなく、前述のように圧電板７３の短辺側中
央にも位置する。従って、本実施例の圧電フィルタ７１
では、支持部７６，７７が短辺中央に連結されているた
め、フィルタ部７２を動作させた際、その振動が支持部
７６，７７にほとんど伝達されない。従って、保持部７
８，８９を利用して機械的に支持することができる。す
なわち、フィルタ部７２の特性に影響を与えることなく
保持部７８，７９を利用して支持することができるた
め、支持構造の簡略化及び圧電フィルタの小型化を促進
することができる。

【００８２】なお、第６の実施例では、圧電板７３の下
面には共通共振電極７６が形成されていたが、第２の実
施例と同様に、下面に第３，第４の共振電極を分割形成
し、それによって第２の実施例と同様の電極構造を有す
る圧電フィルタを構成してもよい。

【００８３】また第１〜第６の実施例では、フィルタ部
を構成する圧電板として、圧電セラミックスや圧電単結
晶からなるものを示したが、金属板、絶縁性材料板もし
くは半導体板などの少なくとも一方の面に圧電薄膜を形
成することにより、圧電板を構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の圧電フィルタを示す斜視図。

【図２】第１の実施例の圧電フィルタの回路構成を示す
図。

【図３】第１の実施例の圧電フィルタの減衰量−周波数
特性を示す図。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施例の圧電フィ
ルタの平面図及び圧電板を透かして下方の電極形状を示
した模式的平面図。

【図５】第２の実施例の圧電フィルタを作動接続した場
合の回路構成を示す図。

【図６】第１の実施例の圧電フィルタの変形例を説明す
るためのフィルタ部の模式的断面図。

【図７】第３の実施例のチップ型圧電フィルタの分解斜
視図。

【図８】第３の実施例のチップ型圧電フィルタを示す斜
視図。

【図９】第４の実施例のチップ型圧電フィルタの分解斜
視図。

【図１０】第４の実施例のチップ型圧電フィルタを示す
斜視図。

【図１１】第４の実施例のチップ型圧電フィルタの回路
構成を示す図。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、第５の実施例に係る圧
電フィルタの平面図及び圧電板を透かして下方の電極形
状を示した模式的平面図。

【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、第６の実施例の圧電フ
ィルタの平面図及び圧電板を透かして下方の電極形状を
示した模式的平面図。

【図１４】幅拡がりモードを説明するための圧電共振子
の斜視図。

【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、幅拡がりモ
ードを励振した際の有限要素法により解析した変位分布
を示す模式的平面図及び（ａ）に示した圧電共振子にお
ける座標系を説明するための図。

【図１６】幅拡がりモードを励振した際の変位量と図１
５のＸ軸方向の位置との関係を示す図。

【図１７】幅拡がりモードを励振し得る比ｂ／ａとポア
ソン比σとの関係を示す図。

【図１８】相対変位量と比ｂ／ａとの関係を示す図。

【図１９】幅拡がりモードを励振し得る条件を説明する
ための図。

【符号の説明】

１…圧電フィルタ ２…フィルタ部 １１…圧電板 １２，１３…第１，第２の共振電極 １５…共通共振電極 ５，６…動吸振部 ３，４…連結部 ２１…圧電フィルタ １５ａ，１５ｂ…第３，第４の共振電極 ４４，５４…圧電フィルタ ６１…圧電フィルタ ６２…フィルタ部 ６３…圧電板 ６４，６５…第１，第２の共振電極 ６６…共通共振電極 ７１…圧電フィルタ ７２…フィルタ部 ７３…圧電板 ７４，７５…第１，第２の共振電極 ７６…共通共振電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−112759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−119911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−68718（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−14608（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−85120（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−108809（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−145369（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−25828（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−2116（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭53−14436（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/54 - 9/60

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 向かい合う矩形の第１，第２の面を有す
   る圧電体と、 前記圧電体の第１の面に分割形成された第１，第２の共
   振電極と、 第１，第２の共振電極に重なり合うように圧電体の第２
   の面に形成された共通共振電極とを備え、 前記第１，第２の面の短辺の長さをａ、長辺の長さを
   ｂ、前記圧電体を構成している材料のポアソン比をσと
   したときに、比ｂ／ａが、 【数１】 を満たす値を中心して±１０％の範囲内となるように前
   記圧電体の寸法が定められており、前記短辺方向を幅方
   向とする幅拡がりモードを利用した、圧電フィルタ。
2. 【請求項２】 向かい合う矩形の第１，第２の面を有す
   る圧電体と、 前記圧電体の第１の面に分割形成された第１，第２の共
   振電極と、 前記第１，第２の共振電極にそれぞれ圧電体を介して重
   なり合うように圧電体の第２の面に形成された第３，第
   ４の共振電極とを備え、 前記第１，第２の面の短辺の長さをａ、長辺の長さを
   ｂ、圧電体を構成している材料のポアソン比をσとした
   ときに、比ｂ／ａが、 【数２】 を満たす値を中心として±１０％の範囲内とされてお
   り、前記短辺方向を幅方向とする幅拡がりモードを利用
   したことを特徴とする、圧電フィルタ。
3. 【請求項３】 前記圧電体に連結された連結部と、該連
   結部に圧電体側から 漏洩してきた振動により屈曲モード
   で振動し、動吸振現象により該振動を抑制するように寸
   法及び形状が定められた動吸振部とをさらに備える、請
   求項１または２に記載の圧電フィルタ。
4. 【請求項４】 前記連結部及び動吸振部が圧電体の両側
   に連結されている、請求項３に記載の圧電フィルタ。