JP3465685B2 - 面積屈曲振動を利用した３端子フィルタ - Google Patents
面積屈曲振動を利用した３端子フィルタInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezo-electric or electrostrictive material
- H03H9/58—Multiple crystal filters
- H03H9/582—Multiple crystal filters implemented with thin-film techniques
- H03H9/583—Multiple crystal filters implemented with thin-film techniques comprising a plurality of piezoelectric layers acoustically coupled
- H03H9/585—Stacked Crystal Filters [SCF]
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezo-electric or electrostrictive material
- H03H9/58—Multiple crystal filters
- H03H9/581—Multiple crystal filters comprising ceramic piezoelectric layers
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＡＭ用フィ
ルタなどに使用される面積屈曲振動を利用した３端子フ
ィルタに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、ｋＨｚ帯で使用される３端子フィ
ルタとしては、拡がり振動あるいは長さ振動を利用した
ものがある。図１は拡がり振動を利用したＡＭ用３端子
フィルタＢの一例を示す。このフィルタＢは、略正方形
状の圧電セラミックス１０の表面中心部に中心電極１１
を形成するとともに、その外側に中心電極１１を取り囲
むリング電極１２を形成し、裏面全面に接地電極１３を
形成したものである。中心電極１１、リング電極１２お
よび接地電極１３には、それぞれ入力端子１１ａ，出力
端子１２ａおよび接地端子１３ａが接続される。図２は
図１の３端子フィルタＢの回路記号を示す。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上記のような拡がり振
動を利用した３端子フィルタＢの場合、その共振周波数
は一辺の長さによって決定される。例えば４０ｋＨｚの
フィルタを得ようとすれば、一辺の長さは約５０ｍｍに
もなる。近年、電子機器の小型化がますます進んでお
り、電子部品にも小型、薄型化が求められている。この
ような状況の中で、上記のような大型のフィルタは到底
採用できない。そのため、拡がり振動を利用した３端子
フィルタは周波数が数百ｋＨｚ以上のフィルタにしか適
用できなかった。長さ振動を利用した３端子フィルタの
場合も、拡がり振動を利用したものと同様に、その形状
（長さ）によって共振周波数が決まるため、小型化が困
難であった。 【０００４】そこで、本発明の目的は、拡がり振動ある
いは長さ振動を利用したものに比べて小型にでき、かつ
厚みと辺長によって周波数を調整可能な面積屈曲振動を
利用した３端子フィルタを提供することにある。また、
他の目的は、同等寸法であれば、より低周波の３端子フ
ィルタを提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、略正方形状の３層の電極と略正方形状の
２層の圧電体層とを交互に積層し、上記圧電体層は厚み
方向に同方向または逆方向に分極させたものであり、一
方の表面電極を入力電極、他方の表面電極を出力電極、
内部電極を接地電極としたことを特徴とする面積屈曲振
動を利用した３端子フィルタを提供する。 【０００６】長方形の屈曲振動を利用した共振子の場
合、長辺屈曲振動と短辺屈曲振動とが現れるが、形状が
正方形に近づくに従い、短辺屈曲振動と長辺屈曲振動の
周波数が近づき、やがて正方形になると、両方の振動が
重なり、非常に大きな面積屈曲振動となる。面積屈曲振
動を利用した共振子の場合、分極方向と電界方向とが同
方向の圧電体層は平面方向に収縮し、分極方向と電界方
向とが逆方向の圧電体層は広がるので、共振子全体とし
て面積屈曲振動を起こす。このような面積屈曲振動の共
振子では、拡がり振動を利用した圧電共振子に比べて、
同じ共振周波数であれば、寸法を小さくすることができ
る。逆に、同一寸法であれば、より低周波のフィルタを
得ることができる。拡がり振動を利用した共振子では、
その共振周波数は１辺の長さのみで決定されるのに対
し、面積屈曲振動を利用した共振子では、１辺の長さだ
けでなく、厚みによっても共振周波数は変化する。した
がって、素子の辺長と厚みとを選択することによって、
共振周波数を調整可能である。また、拡がり振動を利用
した共振子と比較して、面積屈曲振動を利用した共振子
では、２層の圧電体層を積層してなるので、全体の厚み
が同一であっても、各圧電体層の厚みを約１／２に薄く
できる。そのため、入力電極と接地電極間、よび出力電
極と接地電極間の端子間容量を約２倍に大きくできる。 【０００７】 【発明の実施の形態】図３，図４は本発明にかかる面積
屈曲振動を利用した３端子フィルタの第１実施例を示
す。このフィルタＡは、略正方形状をした２層の圧電体
層（圧電セラミックス層）１，２を、その間に内部電極
３を介して挟んで積層し、積層された圧電体層１，２の
外側主面にそれぞれ表面電極４および５を形成したもの
である。両方の圧電体層１，２の厚みは同一に設定され
ている。内部電極３は接地端子３ａと接続され、一方の
表面電極４は入力端子４ａに接続され、他方の表面電極
５は出力端子５ａに接続されている。そのときの回路図
は図２と同様である。 【０００８】圧電体層１，２は、図５の（ａ）のように
互いに厚み方向に同一方向に分極Ｐしたもの、（ｂ）の
ように互いに外向きに分極Ｐしたもの、（ｃ）のように
互いに内向きに分極Ｐしたもの、のいずれであってもよ
い。 【０００９】例えば、図５の（ｂ）のように、互いに逆
方向に分極Ｐされた圧電体層１，２を持つフィルタＡの
場合、入力端子４ａにプラスの電位、出力端子５ａにマ
イナスの電位が印加されると、表面電極４から表面電極
５方向へ電界Ｅが作用する。分極方向と電界方向とが逆
方向の圧電体層１は平面方向に広がり、分極方向と電界
方向とが同方向の圧電体層２は平面方向に収縮するの
で、図６に示すように、フィルタＡ全体として上に凸と
なるように屈曲する。電界方向が逆方向になると、フィ
ルタＡは下に凸となるように屈曲する。したがって、入
力端子４ａと出力端子５ａ間に高周波電界を印加すれ
ば、フィルタＡは所定の周波数で面積屈曲振動を起こ
す。 【００１０】図７は、上記フィルタＡにおける振幅特性
と群遅延特性（ＧＤＴ）とを示したものである。図７か
ら明らかなように、良好なフィルタ特性を示すことがわ
かる。 【００１１】拡がり振動を利用した共振子の場合には、
厚みに関係なく、その辺の長さのみによって共振周波数
が決定される。これに対し、面積屈曲振動を利用した共
振子では、厚みｔと辺の長さＬとにより、次式のように
共振周波数Ｆｒが決定される。Ｆｒ∝ｔ／Ｌ2このよう
に共振周波数Ｆｒは、厚みｔに比例し、辺の長さＬの二
乗に反比例することがわかる。 【００１２】図８は面積屈曲振動を利用したフィルタＡ
と、拡がり振動を利用した共振子の、同一周波数（Ｆｒ
＝４０ｋＨｚ）における素子寸法を比較したものであ
る。図から明らかなように、同一の周波数でも、面積屈
曲振動素子は拡がり振動素子に比べて、素子寸法を約１
／５に小さくできることがわかる。特に、Ｆｒ＝４０ｋ
Ｈｚの３端子フィルタの場合、拡がり振動素子では一辺
が約５０ｍｍにもなるが、面積屈曲振動素子では一辺が
１０ｍｍ以下にできる。特に、素子の厚みを０．２ｍｍ
以下にすると、素子の辺長を５ｍｍ以下に小型化でき
る。 【００１３】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、３層の電極と２層の圧電体層とを交互に積層
し、圧電体層を厚み方向に分極させた構造を持つ３端子
フィルタであって、一方の表面電極を入力電極、他方の
表面電極を出力電極、内部電極を接地電極としたので、
２層の圧電体層が互いに逆層の面積屈曲振動を起こす。
そのため、同一周波数であっても、拡がり振動あるいは
長さ振動を利用したフィルタに比べて素子寸法を小さく
できる。逆に、同一寸法であれば、より低周波の３端子
フィルタを得ることができる。また、厚みと辺長によっ
て周波数が調整可能であるため、多様な周波数の３端子
フィルタを得ることができる。
ルタなどに使用される面積屈曲振動を利用した３端子フ
ィルタに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、ｋＨｚ帯で使用される３端子フィ
ルタとしては、拡がり振動あるいは長さ振動を利用した
ものがある。図１は拡がり振動を利用したＡＭ用３端子
フィルタＢの一例を示す。このフィルタＢは、略正方形
状の圧電セラミックス１０の表面中心部に中心電極１１
を形成するとともに、その外側に中心電極１１を取り囲
むリング電極１２を形成し、裏面全面に接地電極１３を
形成したものである。中心電極１１、リング電極１２お
よび接地電極１３には、それぞれ入力端子１１ａ，出力
端子１２ａおよび接地端子１３ａが接続される。図２は
図１の３端子フィルタＢの回路記号を示す。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上記のような拡がり振
動を利用した３端子フィルタＢの場合、その共振周波数
は一辺の長さによって決定される。例えば４０ｋＨｚの
フィルタを得ようとすれば、一辺の長さは約５０ｍｍに
もなる。近年、電子機器の小型化がますます進んでお
り、電子部品にも小型、薄型化が求められている。この
ような状況の中で、上記のような大型のフィルタは到底
採用できない。そのため、拡がり振動を利用した３端子
フィルタは周波数が数百ｋＨｚ以上のフィルタにしか適
用できなかった。長さ振動を利用した３端子フィルタの
場合も、拡がり振動を利用したものと同様に、その形状
（長さ）によって共振周波数が決まるため、小型化が困
難であった。 【０００４】そこで、本発明の目的は、拡がり振動ある
いは長さ振動を利用したものに比べて小型にでき、かつ
厚みと辺長によって周波数を調整可能な面積屈曲振動を
利用した３端子フィルタを提供することにある。また、
他の目的は、同等寸法であれば、より低周波の３端子フ
ィルタを提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、略正方形状の３層の電極と略正方形状の
２層の圧電体層とを交互に積層し、上記圧電体層は厚み
方向に同方向または逆方向に分極させたものであり、一
方の表面電極を入力電極、他方の表面電極を出力電極、
内部電極を接地電極としたことを特徴とする面積屈曲振
動を利用した３端子フィルタを提供する。 【０００６】長方形の屈曲振動を利用した共振子の場
合、長辺屈曲振動と短辺屈曲振動とが現れるが、形状が
正方形に近づくに従い、短辺屈曲振動と長辺屈曲振動の
周波数が近づき、やがて正方形になると、両方の振動が
重なり、非常に大きな面積屈曲振動となる。面積屈曲振
動を利用した共振子の場合、分極方向と電界方向とが同
方向の圧電体層は平面方向に収縮し、分極方向と電界方
向とが逆方向の圧電体層は広がるので、共振子全体とし
て面積屈曲振動を起こす。このような面積屈曲振動の共
振子では、拡がり振動を利用した圧電共振子に比べて、
同じ共振周波数であれば、寸法を小さくすることができ
る。逆に、同一寸法であれば、より低周波のフィルタを
得ることができる。拡がり振動を利用した共振子では、
その共振周波数は１辺の長さのみで決定されるのに対
し、面積屈曲振動を利用した共振子では、１辺の長さだ
けでなく、厚みによっても共振周波数は変化する。した
がって、素子の辺長と厚みとを選択することによって、
共振周波数を調整可能である。また、拡がり振動を利用
した共振子と比較して、面積屈曲振動を利用した共振子
では、２層の圧電体層を積層してなるので、全体の厚み
が同一であっても、各圧電体層の厚みを約１／２に薄く
できる。そのため、入力電極と接地電極間、よび出力電
極と接地電極間の端子間容量を約２倍に大きくできる。 【０００７】 【発明の実施の形態】図３，図４は本発明にかかる面積
屈曲振動を利用した３端子フィルタの第１実施例を示
す。このフィルタＡは、略正方形状をした２層の圧電体
層（圧電セラミックス層）１，２を、その間に内部電極
３を介して挟んで積層し、積層された圧電体層１，２の
外側主面にそれぞれ表面電極４および５を形成したもの
である。両方の圧電体層１，２の厚みは同一に設定され
ている。内部電極３は接地端子３ａと接続され、一方の
表面電極４は入力端子４ａに接続され、他方の表面電極
５は出力端子５ａに接続されている。そのときの回路図
は図２と同様である。 【０００８】圧電体層１，２は、図５の（ａ）のように
互いに厚み方向に同一方向に分極Ｐしたもの、（ｂ）の
ように互いに外向きに分極Ｐしたもの、（ｃ）のように
互いに内向きに分極Ｐしたもの、のいずれであってもよ
い。 【０００９】例えば、図５の（ｂ）のように、互いに逆
方向に分極Ｐされた圧電体層１，２を持つフィルタＡの
場合、入力端子４ａにプラスの電位、出力端子５ａにマ
イナスの電位が印加されると、表面電極４から表面電極
５方向へ電界Ｅが作用する。分極方向と電界方向とが逆
方向の圧電体層１は平面方向に広がり、分極方向と電界
方向とが同方向の圧電体層２は平面方向に収縮するの
で、図６に示すように、フィルタＡ全体として上に凸と
なるように屈曲する。電界方向が逆方向になると、フィ
ルタＡは下に凸となるように屈曲する。したがって、入
力端子４ａと出力端子５ａ間に高周波電界を印加すれ
ば、フィルタＡは所定の周波数で面積屈曲振動を起こ
す。 【００１０】図７は、上記フィルタＡにおける振幅特性
と群遅延特性（ＧＤＴ）とを示したものである。図７か
ら明らかなように、良好なフィルタ特性を示すことがわ
かる。 【００１１】拡がり振動を利用した共振子の場合には、
厚みに関係なく、その辺の長さのみによって共振周波数
が決定される。これに対し、面積屈曲振動を利用した共
振子では、厚みｔと辺の長さＬとにより、次式のように
共振周波数Ｆｒが決定される。Ｆｒ∝ｔ／Ｌ2このよう
に共振周波数Ｆｒは、厚みｔに比例し、辺の長さＬの二
乗に反比例することがわかる。 【００１２】図８は面積屈曲振動を利用したフィルタＡ
と、拡がり振動を利用した共振子の、同一周波数（Ｆｒ
＝４０ｋＨｚ）における素子寸法を比較したものであ
る。図から明らかなように、同一の周波数でも、面積屈
曲振動素子は拡がり振動素子に比べて、素子寸法を約１
／５に小さくできることがわかる。特に、Ｆｒ＝４０ｋ
Ｈｚの３端子フィルタの場合、拡がり振動素子では一辺
が約５０ｍｍにもなるが、面積屈曲振動素子では一辺が
１０ｍｍ以下にできる。特に、素子の厚みを０．２ｍｍ
以下にすると、素子の辺長を５ｍｍ以下に小型化でき
る。 【００１３】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、３層の電極と２層の圧電体層とを交互に積層
し、圧電体層を厚み方向に分極させた構造を持つ３端子
フィルタであって、一方の表面電極を入力電極、他方の
表面電極を出力電極、内部電極を接地電極としたので、
２層の圧電体層が互いに逆層の面積屈曲振動を起こす。
そのため、同一周波数であっても、拡がり振動あるいは
長さ振動を利用したフィルタに比べて素子寸法を小さく
できる。逆に、同一寸法であれば、より低周波の３端子
フィルタを得ることができる。また、厚みと辺長によっ
て周波数が調整可能であるため、多様な周波数の３端子
フィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の拡がり振動を利用した３端子フィルタの
一例の斜視図である。 【図２】図１に示す３端子フィルタの回路図である。 【図３】本発明にかかる３端子フィルタの一例の斜視図
である。 【図４】図３に示す３端子フィルタの断面図である。 【図５】図３に示す３端子フィルタの分極方向を示す図
である。 【図６】図３に示す３端子フィルタが面積屈曲振動を起
こした状態の図である。 【図７】図３に示す３端子フィルタのフィルタ特性図で
ある。 【図８】面積屈曲振動を利用した３端子フィルタと拡が
り振動を利用した３端子フィルタの厚みと一辺の長さと
の関係を示す図である。 【符号の説明】 Ａ ３端子フィルタ １，２ 圧電体層 ３ 内部電極 ３ａ 接地端子 ４，５ 表面電極 ４ａ 入力端子 ５ａ 出力端子
一例の斜視図である。 【図２】図１に示す３端子フィルタの回路図である。 【図３】本発明にかかる３端子フィルタの一例の斜視図
である。 【図４】図３に示す３端子フィルタの断面図である。 【図５】図３に示す３端子フィルタの分極方向を示す図
である。 【図６】図３に示す３端子フィルタが面積屈曲振動を起
こした状態の図である。 【図７】図３に示す３端子フィルタのフィルタ特性図で
ある。 【図８】面積屈曲振動を利用した３端子フィルタと拡が
り振動を利用した３端子フィルタの厚みと一辺の長さと
の関係を示す図である。 【符号の説明】 Ａ ３端子フィルタ １，２ 圧電体層 ３ 内部電極 ３ａ 接地端子 ４，５ 表面電極 ４ａ 入力端子 ５ａ 出力端子
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】略正方形状の３層の電極と略正方形状の２
層の圧電体層とを交互に積層し、上記圧電体層は厚み方
向に同方向または逆方向に分極させたものであり、一方
の表面電極を入力電極、他方の表面電極を出力電極、内
部電極を接地電極としたことを特徴とする面積屈曲振動
を利用した３端子フィルタ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000341675A JP3465685B2 (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 面積屈曲振動を利用した３端子フィルタ |
| US09/974,979 US6842087B2 (en) | 2000-11-09 | 2001-10-12 | Three-terminal filter using area flexural vibration mode |
| CNB011378816A CN1172437C (zh) | 2000-11-09 | 2001-11-09 | 利用面积翘曲振动模式的三个端子滤波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000341675A JP3465685B2 (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 面積屈曲振動を利用した３端子フィルタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002152009A JP2002152009A (ja) | 2002-05-24 |
| JP3465685B2 true JP3465685B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=18816382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000341675A Expired - Lifetime JP3465685B2 (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 面積屈曲振動を利用した３端子フィルタ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6842087B2 (ja) |
| JP (1) | JP3465685B2 (ja) |
| CN (1) | CN1172437C (ja) |
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| US7563975B2 (en) * | 2005-09-14 | 2009-07-21 | Mattel, Inc. | Music production system |
| US7515018B2 (en) | 2006-08-31 | 2009-04-07 | Martin Handtmann | Acoustic resonator |
| US8467169B2 (en) * | 2007-03-22 | 2013-06-18 | Research In Motion Rf, Inc. | Capacitors adapted for acoustic resonance cancellation |
| TW201416140A (zh) * | 2012-10-31 | 2014-05-01 | Ind Tech Res Inst | 可撓式超音波致動裝置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| GB1207974A (en) * | 1966-11-17 | 1970-10-07 | Clevite Corp | Frequency selective apparatus including a piezoelectric device |
| US3614483A (en) * | 1970-06-24 | 1971-10-19 | Clevite Corp | Width flexural resonator and coupled mode filter |
| JPH0314824A (ja) | 1989-02-28 | 1991-01-23 | Shiro Kobayashi | 多官能性重合開始剤 |
| JPH0321069A (ja) | 1989-06-19 | 1991-01-29 | Matsushita Electron Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US5084647A (en) * | 1989-07-19 | 1992-01-28 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric filter |
| JP2001036376A (ja) * | 1999-07-23 | 2001-02-09 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子及び圧電部品 |
| JP3473567B2 (ja) * | 2000-10-30 | 2003-12-08 | 株式会社村田製作所 | 圧電共振子およびこの圧電共振子を用いたラダー型フィルタ |
| JP2002198770A (ja) * | 2000-12-26 | 2002-07-12 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子 |
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2000
- 2000-11-09 JP JP2000341675A patent/JP3465685B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-10-12 US US09/974,979 patent/US6842087B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-11-09 CN CNB011378816A patent/CN1172437C/zh not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| US6842087B2 (en) | 2005-01-11 |
| CN1355604A (zh) | 2002-06-26 |
| CN1172437C (zh) | 2004-10-20 |
| US20030141945A1 (en) | 2003-07-31 |
| JP2002152009A (ja) | 2002-05-24 |
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