JP3838024B2 - 縦結合型マルチモード圧電フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯域フィルタなどに用いられる圧電フィルタに関し、より詳細には、圧電縦効果を有しており、かつ隣接する次数の複数のモードの結合を利用した縦結合型のマルチモード圧電フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、帯域フィルタとして様々な圧電フィルタが用いられている。数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯の周波数領域においては、小型化が容易であり、コストが安価な二重モード圧電フィルタが主に用いられている。
【０００３】
この種の二重モード圧電フィルタは、例えば特開平５−３２７４０１号公報などに開示されている。
図２０は、厚み縦振動を利用した従来の二重モード圧電フィルタを示す断面図である。
【０００４】
圧電フィルタ２０１は、厚み方向に分極処理された圧電板２０２を有する。圧電板２０２の上面には、一対の励振電極２０３，２０４が形成されており、下面には励振電極２０３，２０４と圧電板２０２を介して対向するように共通励振電極２０５が形成されている。
【０００５】
使用に際しては、上面の一方の励振電極２０３と共通励振電極２０５との間に入力信号を印加し、圧電板２０２を励振させる。この場合、圧電板２０２が励振され、図２１（ａ）に示す対称モードと、図２１（ｂ）に示す反対称モードが生じ、これら双方のモードが結合されてフィルタ帯域が構成される。出力は、励振電極２０４とアース電極２０５との間で取り出される。
【０００６】
なお、上記のように厚み縦振動モードを利用した二重モード圧電フィルタの他、圧電板２０２を上面に平行な方向に分極処理し、それによって厚み滑りモードを利用した二重モード圧電フィルタも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧電フィルタ２０１では、対称モードと反対称モードの結合の強さは、励振電極２０３，２０４間の間隔に依存し、この間隔の大きさにより対称モードと反対称モードの周波数差が決定され、通過帯域が決められることになる。
【０００８】
すなわち、広帯域フィルタを得るには、励振電極２０３，２０４間の間隔を狭くし、両方のモードの結合度を高め、かつ双方のモードの周波数差を大きくする必要があった。
【０００９】
他方、励振電極２０３，２０４は、通常、導電ペーストのスクリーン印刷により形成されている。スクリーン印刷法では、励振電極２０３，２０４の間隔を狭くするにも限界があった。他方、フォトリソグラフィーにより励振電極２０３，２０４を形成すれば、励振電極２０３，２０４間の間隔を小さくすることができるものの、コストが高くつくことになる。
【００１０】
また、たとえ、励振電極２０３，２０４間の間隔を狭くすることができたとしても、圧電フィルタ２０１において入出力間の静電容量が増加し、減衰量が小さくなるという問題もあった。
【００１１】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、広帯域化を図ることができ、かつ大きな帯域外減衰量を得ることができ、さらに安価に製造し得る縦結合型のマルチモード圧電フィルタを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタは、圧電縦効果を利用しており、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向または励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面を有する積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数のモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている。
【００１３】
第２の発明に係る圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタは、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、第１，第２の端面を結ぶ方向が長さ方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数の長さモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている。
【００１４】
第３の発明に係る圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタは、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数の厚み縦モードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている。
【００１５】
第４の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタは、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数の厚み滑りモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている。
【００１６】
本願の第５の発明によれば、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向または励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面を有する積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数のモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタが提供される。
本願の第６の発明によれば、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、第１，第２の端面を結ぶ方向が長さ方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数の長さモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタが提供される。
本願の第７の発明によば、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積 層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数の厚み縦モードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタが提供される。
本願の第８の発明によれば、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数の厚み滑りモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタが提供される。
【００１７】
第１〜第４の発明（以下、本発明と総称する）の他の特定の局面では、第１のグループの少なくとも１層の励振電極が、第２，第３のグループの最も近接している励振電極間に位置するように構成され、それによって、入力電極−出力電極間の静電容量は、入力電極−アース電極間の静電容量に対して小さくされ、減衰量の拡大を図ることができる。
【００１８】
本発明のさらに別の特定の局面では、前記積層型圧電体の圧電体層を構成している圧電材料の音響インピーダンス値をＺ1 としたときに、前記積層型圧電体の第１，第２の端面の外側に連結されており、かつ音響インピーダンス値Ｚ1 よりも低い第２の音響インピーダンス値Ｚ2 を有する材料からなる反射層と、前記反射層の第１，第２の端面に連結されている側とが反対側の面に連結されており、第２の音響インピーダンス値Ｚ2 よりも大きな第３の音響インピーダンス値Ｚ3 を有する材料からなる保持部とがさらに備えられ、それによって積層型圧電体から反射層側に伝搬した振動が反射層と保持部との界面により反射される。従って、フィルタ特性に影響を与えることなく、保持部を用いて本発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタを機械的に保持することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２０】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る縦結合型の二重モード圧電フィルタを示す斜視図及び縦断面図である。
圧電フィルタ１は、横断面が矩形の角棒状の圧電体２を有する。圧電フィルタ１は、圧電体２の長さ方向に伝搬する長さモードを利用した二重モード圧電フィルタである。
【００２１】
圧電体２は、特に限定されるわけではないが、本発明では、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスにより構成されている。
圧電体２は、長さ方向において対向している第１，第２の端面２ａ，２ｂを有する。端面２ａを覆うように、励振電極３が形成されている。また、圧電体２の長さ方向において分散されて、横断面方向に延びる複数の励振電極４〜１２が形成されており、さらに端面２ｂを覆うように励振電極１３が形成されている。
【００２２】
すなわち、励振電極３〜１３は、互いに平行に配置されており、かつ励振電極３〜１３間には、それぞれ圧電体層が介在されている。
圧電体２は、励振電極３〜１３と直交する方向において、励振電極の両側の圧電体層が分極処理されている。
【００２３】
上記励振電極３〜１３は、圧電体２を構成する圧電セラミックスと共に一体焼成技術を用いて形成することができる。もっとも、他の方法で圧電体２及び励振電極３〜１３が形成されていてもよく、また、端面２ａ，２ｂ上の励振電極３，１３は、一体焼成技術により圧電体２を得た後に、端面２ａ，２ｂ上に形成されてもよい。
【００２４】
圧電体２は、端面２ａ，２ｂを結ぶ上面２ｃ、下面２ｄ及び一対の側面２ｅ，２ｆを有する。上面２ｃ上には、端面２ａ側に寄せて入力電極１４が形成されており、端面２ｂ側に寄せられて出力電極１５が形成されている。また、下面２ｄ上には、アース電極１６が形成されている。
【００２５】
入力電極１４、出力電極１５及びアース電極１６は、励振電極３〜１３と同様の適宜の金属材料により構成することができ、銅、ニッケルまたは銀により構成され得る。
【００２６】
励振電極４，６，１０，１２の上端には、絶縁性材料１８が付与されており、励振電極４，６と入力電極１４との電気的絶縁、並びに励振電極１０，１２と出力電極１５との電気的絶縁が果たされている。励振電極４，６，８，１０，１２が、アース電極１６に電気的に接続されている。
【００２７】
他方、励振電極５，７，９，１１の下端には、絶縁性材料１９が付与されており、それによって励振電極５，７，９，１１と、アース電極１６との電気的絶縁が図られている。なお、端面２ａ，２ｂに形成されている励振電極３，１３は、それぞれ、入力電極１４及び出力電極１５に接続されている。
【００２８】
従って、励振電極３〜１３を、励振電極３〜１３の積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極４，６，８，１０，１２を第１のグループ、残りの励振電極３，５，７，９，１１，１３のうち、第１の端面２ａ側に配置されている複数の励振電極３，５，７を第２のグループ、第２の端面２ｂ側に位置している複数の励振電極９，１１，１３を第３のグループとしてグループ分けすると、入出力電極１４，１５及びアース電極１６と励振電極３〜１３との電気的接続は以下のとおりとなる。
【００２９】
すなわち、第１のグループの励振電極４，６，８，１０，１２がアース電極１６に接続されており、第２のグループの励振電極３，５，７が入力電極１４に接続されており、第３のグループの励振電極９，１１，１３が出力電極１５に電気的に接続されていることになる。
【００３０】
なお、励振電極３〜１３は、本実施例では、圧電体２の横断面の全域にわたるように形成されているが、必ずしも全域にわたるように形成されておらずともよい。
【００３１】
また、上記絶縁性材料１８，１９を構成する材料については特に限定されないが、例えば、絶縁性樹脂や絶縁性接着剤などを用いることができる。
次に、本実施例のマルチモード圧電フィルタ１の動作を図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００３２】
図２（ａ）は、圧電フィルタ１の電極構造を略図的に示す正面図である。
いま、入力電極１４とアース電極１６との間に入力信号が印加されると、圧電縦効果により圧電体２が励振される。その結果、図２（ｂ）で模式的に示す長さモードの１０倍波と、図２（ｃ）に模式的に示す長さモードの９倍波とが強く励振され、これらのモードが結合されて、通過帯域が構成され、出力電極１５から出力が取り出される。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【００３３】
上記圧電フィルタ１として、隣り合う励振電極間に挟まれた圧電体層の厚み（圧電体２の長さ方向寸法）を１３０μｍ、圧電体２の高さ方向寸法を１００μｍ、幅方向寸法を２２０μｍ、長さ方向寸法を電極の厚みを省略した場合１３００μｍとし、上記圧電フィルタ１を作製し、インピーダンス特性及びフィルタ特性を測定した。結果を図４及び図５に示す。
【００３４】
図４は、励振される９倍波及び１０倍波のインピーダンス特性を示す。実線が９倍波の特性を、破線が１０倍波の特性を示す。図４から明らかなように、９倍波による応答と１０倍波による応答が近接しており、従って９倍波の共振周波数と、１０倍波の反共振周波数とを減衰極とするフィルタ特性の得られることがわかる。
【００３５】
図５は、この圧電フィルタの減衰量周波数特性及び群遅延時間特性を示す図である。図５において、実線が減衰量周波数特性を、破線が群遅延時間特性を示す。なお、図５の右側のスケールのｉＥ−０ｊは、ｉ×１０-jを示す。図５から明らかなように、本実施例によれば、中心周波数が約１２．５ＭＨｚであり、帯域幅が約１．３ＭＨｚのフィルタ特性の得られることがわかる。
【００３６】
従来の二重モード圧電フィルタ２０１（図１９参照）では、圧電板２０２の一方面に形成されている励振電極２０３，２０４間の間隔に対称モード及び反対称モードの周波数差が依存していたのに対し、本実施例の圧電フィルタ１では、９倍波の周波数と１０倍波の周波数との周波数差は、高次モードの次数の比だけ離れており、励振電極間の間隔に依存しない。すなわち、９倍波と１０倍波を利用した場合には、９倍波と１０倍波の次数の比だけ利用モードの周波数が離れて、通過帯域が構成される。従って、所望とする帯域幅に応じて、高次モードを選択すればよく、それによって所望とする帯域幅の得られることがわかる。
【００３７】
例えば、本実施例では、励振電極３〜１３間に１０層の圧電体層が構成されており、９倍波と１０倍波が効率良く励振されていたが、圧電体層の数を１１とした場合には、１１倍波と１０倍波とを利用して二重モード圧電フィルタを構成することができ、それによって帯域幅を容易に調整することができる。
【００３８】
言い換えれば、ｎ（但し、ｎは３以上の整数）倍波と、（ｎ−１）倍波とを利用して、二重モード圧電フィルタを構成することができ、ｎを選択することにより様々な帯域幅の圧電フィルタを容易に提供し得ることがわかる。
【００３９】
すなわち、従来の二重モード圧電フィルタでは、広い帯域幅を得るには、励振電極２０３，２０４の形成精度を高めなければならなかったのに対し、本実施例の圧電フィルタ１では、励振電極３〜１３の形成精度をさほど高めることなく、所望とする帯域幅や広い帯域幅を容易に実現することができる。
【００４０】
また、圧電フィルタ１では、減衰量は、入力電極１４とアース電極１６との間の静電容量ＣI-G と、入力電極１４と出力電極１５との間の静電容量ＣI-O との比に依存する。すなわち、ＣI-G ／ＣI-O が大きい程、言い換えればＣI-O が小さい程減衰量が大きくなる。本実施例では、入力電極１４に電気的に接続されている励振電極３，５，７と、出力電極１４に接続されている励振電極９，１１，１３との間にアース電位に接続される励振電極８が存在するため、言い換えれば上述した第２，第３グループの最も近接している関係にある励振電極７，９間に、第１のグループの励振電極８が存在しているため、ＣI-O が小さくされ、帯域外減衰量の拡大が図られている。従って、従来の圧電フィルタ２０１に比べ、減衰量を大きくすることができる。
【００４１】
本実施例では、励振電極３〜１３間の圧電体層の厚みは全て等しくしたが、これらの複数の圧電体層の厚みは均一である必要はない。すなわち、任意に厚みを変えることにより、利用しようとする高調波の励振効率を高め、スプリアスとなる次数の高調波の励振効率を低下させることも可能である。
【００４２】
本実施例の圧電フィルタ１は、その全体が振動するため、ばね端子等により機械的に支持する必要があるが、図３に示す変形例のように、圧電フィルタ１の積層型の圧電体２の両端面に反射層２１，２２及び保持部２３，２４を連結することにより、保持部２３，２４により機械的に保持することも可能である。図３に示す構成では、反射層２１，２２は、圧電体２の音響インピーダンス値Ｚ1 よりも低い第２の音響インピーダンス値Ｚ2 を有する材料からなり、保持部２３，２４は、第２の音響インピーダンス値Ｚ2 よりも高い第３の音響インピーダンス値Ｚ3 を有し、以下に述べるように、反射層２１，２２と保持部２３，２４との界面にて、圧電体２側から伝搬してきた振動を反射させることができる。すなわち、保持部２３，２４への振動の漏洩をほとんどなくすことができる。よって、保持部２３，２４を利用して機械的に保持したとしても、圧電フィルタ１のフィルタ特性にほとんど影響が生じない。
【００４３】
従って、好ましくは、図３に示す変形例のように、圧電フィルタの両側に、上記反射層２１，２２及び保持部２３，２４が連結される。
図１９は、上記反射層２１，２２及び保持部２３，２４を有する構造において、動作時の変位分布を有限要素法で解析した結果を示す図である。図１９から明らかなように、圧電フィルタ１からの振動が保持部２３，２４にほとんど伝搬していないことがわかる。従って、保持部２３，２４を利用して機械的に保持したとしても、圧電フィルタ１のフィルタ特性にはほとんど影響が生じない。好ましくは、反射層２１，２２と保持部２３，２４との界面にて伝搬してきた振動をより確実に反射させるには、反射層２１，２２の厚みは、伝搬してきた振動の波長をλとした場合、（ｍλ／４）±（λ／８）（但し、ｍは奇数）範囲とすればよい。
【００４４】
また、このような反射層２１，２２及び保持部２３，２４を構成する材料については上記音響インピーダンス関係を満たす限り特に限定されないが、例えば、反射層２１，２２は、エポキシ樹脂や、エポキシ樹脂に充填剤を混合してなる複合材料などにより構成することができ、保持部２３，２４については、圧電体２と同様の圧電セラミックスあるいは他の絶縁性セラミックスにより構成することができる。
【００４５】
また、表面実装を容易とするために、図３に示す変形例では、端子電極２５，２６が形成されている。すなわち、端子電極２５，２６は、それぞれ、反射層２１及び保持部２３並びに反射層２２及び保持部２４に至るように形成されており、さらに保持部２３，２４の外側端面を経て下面に至るように形成されている。
【００４６】
上記のような反射層２１，２２及び保持部２３，２４を連結した場合、２素子の圧電フィルタ１を、保持部２３，２４を利用して連結することができる。このようにして連結された２素子型の圧電フィルタのフィルタ特性の一例を図６に示す。
【００４７】
図７は、第１の実施例の圧電フィルタ１の他の変形例を説明するための模式的正面図である。第１の実施例の圧電フィルタ１では、絶縁性材料１８，１９を用いて、励振電極と、該励振電極が電気的に接続されてはならない電極との電気的絶縁が図られていた。これに対して、図７に示すように、圧電体２の横断面において、励振電極が上面または下面には至らないように形成することにより、励振電極と該励振電極に接続されてはならない電極との電気的絶縁を図ってもよい。
【００４８】
図７に示す変形例の圧電フィルタ３１では、励振電極３，５，７，９，１１，１３が、圧電体２の下面には至らないように形成されており、それによって、第２，第３のグループの励振電極３，５，７，９，１１，１３とアース電極１６との電気的絶縁が図られている。同様に、励振電極４，６，８，１０，１２が、圧電体２の上面には至らないように形成されており、それによって励振電極４，６，８，１０，１２と入力電極１４及び出力電極１５との電気的絶縁が図られている。
【００４９】
図８は、本発明の第２の実施例に係る圧電フィルタの外観を示す斜視図である。本実施例の圧電フィルタ４１は、圧電縦効果を利用した長さモードを利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタであるが、隣接する次数のモードとして３つのモードを用いたことにおいて第１の実施例と異なる。
【００５０】
すなわち、圧電フィルタ４１は、圧電体４２を有する。圧電体４２は、第１の実施例と同様に角棒状の形状を有し、この圧電体４２の長さ方向に伝搬する振動モードの１３倍波、１４倍波及び１５倍波が用いられる。
【００５１】
従って、圧電体４２は、複数の励振電極４３〜５８を介して積層された１５層の圧電体層を有する。各圧電体層及び励振電極４３〜５８は、第１の実施例と同様に構成されている。また、圧電体４２の上面には、入力電極１４、出力電極１５が、それぞれ、第１の端面４２ａ及び第２の端面４２ｂに寄せられて形成されている。また、圧電体４２の下面には、アース電極１６が形成されている。入力電極１４、出力電極１５及びアース電極１６は第１の実施例と同様に構成されている。
【００５２】
本実施例では、励振電極４３〜５８は、以下のように第１〜第３のグループに分けられる。
第１のグループの励振電極…励振電極４４，４６，４８，５０，５１，５３，５５，５７
第２のグループの励振電極…励振電極４３，４５，４７，４９
第３のグループの励振電極…励振電極５２，５４，５６，５８
なお、励振電極４３，５８は圧電体４２の端面４２ａ，４２ｂを覆うように形成されている。
【００５３】
励振電極４３，５８の外側には、すなわち圧電体４２の外側には、図３に示した変形例と同様に、反射層５９，６０が連結されており、反射層５９，６０の外側に保持部６１，６２が連結されている。反射層５９，６０及び保持部６１，６２は、図３に示した変形例と同様に構成されている。従って、保持部６１，６２を利用して機械的に保持したとしても、圧電フィルタ４１のフィルタ特性にほとんど影響が生じない。
【００５４】
その他の構成については、第１の実施例の圧電フィルタ１と同様にであるため、第１の実施例の説明を援用することにより省略する。
本実施例においても、圧電体４２は、その長さ方向に分極処理されている。従って、入力電極１４とアース電極１６との間に入力電圧を印加すると、圧電体４２が励振される。この場合に励振されるモードを図９を参照して説明する。
【００５５】
図９（ａ）は圧電フィルタ４１の電極構造を模式的に示す図であり、ここでは、反射層及び保持部は省略されている。上記のように入力電圧が印加されると、図９（ｂ）に示す１４倍波、図９（ｃ）に示す１３倍波及び図９（ａ）に示す１５倍波がそれぞれ、強く励振される。この場合の各高調波のインピーダンス特性及びフィルタ特性を具体的な実験例に基づき説明する。
【００５６】
第１の実施例と同様に、隣り合う励振電極間の圧電体層の厚み（圧電体４２の長さ方向寸法）を１３０μｍ、圧電体４２の高さ方向寸法を１００μｍ、幅方向寸法を２２０μｍとし、圧電体４２の長さ方向寸法を電極の厚みを無視して、１９５０μｍとし、第１の実施例の場合と同様に、インピーダンス−周波数特性及びフィルタ特性を測定した。
【００５７】
図１２は、本実施例の圧電フィルタ４１のインピーダンス特性を示し、実線で示すインピーダンス特性上には、１３倍波及び１５倍波による応答が現れており、破線で示す特性上には１４倍波の応答が現れている。従って、これら３つの高調波が結合され、すなわち１３倍波の共振周波数と、１５倍波の反共振周波数が減衰極となる通過帯域が得られる。
【００５８】
よって、図１３に実線で示す減衰量−周波数特性及び破線で示す群遅延時間特性から明らかなように、広帯域のフィルタ特性が得られる。ここでは、中心周波数が約１２．８ＭＨｚであり、帯域幅が約１．５ＭＨｚの通過帯域が得られている。
【００５９】
このように、本実施例では、３つの高調波が結合されているので、第１の実施例の圧電フィルタ１に比べてより一層広帯域化を図ることができる。
また、本実施例においても、利用する高調波の種類を異ならせることにより、様々な帯域幅を容易に得ることができる。
【００６０】
本実施例から明らかなように、本発明における縦結合型マルチモード圧電フィルタでは、３つの高調波を利用することができるが、圧電体内に配置される励振電極の位置を調整することにより、４つ以上の高調波を効率良く励振させ、４つ以上の高調波を結合してなるマルチモード圧電フィルタを構成してもよい。
【００６１】
本実施例においても、隣り合う励振電極間の圧電体層の厚みは全て等しくされる必要はなく、複数の圧電体層の厚みを異ならせることにより、目的とする次数の高調波の励振効率を高めてもよく、あるいはスプリアスとなる次数の高調波の励振効率を低下させてもよい。
【００６２】
また、本実施例においても、入力電極１４及び出力電極１５に接続されている最も近接している励振電極間に、アース電極１６に接続されている励振電極５０，５１が介在されているので、第１の実施例の場合と同様にＣI-O を小さくすることができ、減衰量の拡大を図ることが可能とされている。
【００６３】
本実施例の圧電フィルタ４１においても、２つの圧電フィルタ４１を保持部間を絶縁性接着剤等により結合し、２素子型の圧電フィルタを構成してもよい。このような２素子型の圧電フィルタのフィルタ特性の一例を図１４に示す。
【００６４】
図１４から明らかなように、２つの圧電フィルタ４１を接続することにより、より選択度に優れたフィルタ特性を得ることができる。
なお、このような２つの圧電フィルタ４１を用いた圧電フィルタ装置の一例を図１０を参照して説明する。
【００６５】
図１０に示す圧電フィルタ装置では、ケース基板６５上に、絶縁性接着剤６６，６７で連結された圧電フィルタ４１，４１が実装される。そして、圧電フィルタ４１，４１を覆うように、金属キャップ６８が実装基板６５に絶縁性接着剤を用いて固定される。このようにして、圧電フィルタ４１，４１が内部に封止された圧電フィルタ装置を得ることができる。なお、実装基板６５上には、電極６５ａ〜６５ｄが形成されており、該電極６５ａ〜６５ｄにより、圧電フィルタ４１，４１間の電気的接続が図れると共に、ケース外に引き出される端子電極が構成される。
【００６６】
なお、図１０に示されている例では、２個の圧電フィルタ４１，４１は横方向に連結されていたが、図１１に示すように、絶縁性接着剤６９ａ，６９ｂを介して２個の圧電フィルタ４１，４１が上下に連結されていてもよい。
【００６７】
図１５は、圧電フィルタ４１の変形例を説明するための略図的正面図である。圧電フィルタ４１においては、絶縁性材料１８，１９により、励振電極と該励振電極とは接続されてはならない電極との電気的絶縁が図られていたが、図７に示した第１の実施例の変形例と同様に、圧電フィルタ４１においても、励振電極を圧電体４２の上面または下面に至らないように形成することにより、励振電極と該励振電極が電気的に接続されてはならない電極との電気的絶縁を図ってもよい。
【００６８】
第１，第２の実施例では、圧電体２，４２の長さモードの高調波を利用したマルチモード圧電フィルタが構成されていたが、本発明に係るマルチモード圧電フィルタは、長さモードを利用したものに限定されない。
【００６９】
図１６〜図１８を参照して、他の振動モードを利用した本発明に係る縦結合型マルチモードモード圧電フィルタを説明する。
図１６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施例に係るマルチモード圧電フィルタの構造を示す略図的斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は、該圧電フィルタにおいて励振される高調波を説明するための模式図である。
【００７０】
圧電フィルタ７１では、複数の励振電極７３〜８３が圧電体層を介して積層されて、積層型圧電体７２が構成されている。圧電体層を構成する圧電材料については、第１の実施例と同様に、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような適宜の圧電セラミックスが用いられる。
【００７１】
積層型圧電体７２では、励振電極７３〜８３が積層されている方向、すなわち図１６（ａ）の上下方向を厚み方向とする。積層型圧電体７２の上面７２ａには励振電極７３が形成されており、下面７２ｂには、励振電極８３が形成されている。他の励振電極７４〜８２は内部電極の形態で形成されている。
【００７２】
なお、本実施例では、上面７２ａ及び下面７２ｂが励振電極７３〜８３と直交する方向において対向しており、本発明における第１，第２の端面を構成している。
【００７３】
従って、積層型圧電体７２の側面７２ｃにおいては、第１の端面としての上面７２ａ側に寄せられて入力電極１４が、第２の端面としての下面７２ｂ側に寄せられて出力電極１５が形成されている。また、側面７２ｃと対向している側面７２ｄ上にアース電極（図示せず）が形成される。
【００７４】
よって、励振電極７３〜８３を、前述した第１〜第３のグループに分類すると以下のとおりとなる。
第１のグループの励振電極…励振電極７４，７６，７８，８０，８２
第２のグループの励振電極…励振電極７３，７５，７７
第３のグループの励振電極…励振電極７９，８１，８３
本実施例において、入力電極１４とアース電極との間に入力信号を印加すると、図１６（ｂ）に模式的に示す厚み縦振動の１０倍波と、図１６（ｃ）に模式的に示す厚み縦振動の９倍波とが強く励振される。
【００７５】
従って、上記１０倍波と９倍波とが結合されて、広い帯域幅の通過帯域を得ることができる。すなわち、本実施例は、圧電縦効果を利用しており、厚み縦振動の９倍波と１０倍波を用いた縦結合型の二重モード圧電フィルタであり、第１，第２の実施例と同様に、利用する振動モードは異なるが、隣接する次数の高調波を結合させることにより、広い帯域幅を得ることができる。しかも、本実施例においても、利用しようとする高調波を異ならせることにより、所望とする帯域幅を容易に得ることができる。すなわち、積層される圧電体層の数を調整することにより、目的とする高調波を効率良く励振させることができ、それによって様々な帯域幅の圧電フィルタを容易に提供することができる。
【００７６】
また、複数の圧電体層において、異なる厚みの圧電体層を設けたりすることにより、利用しようとする高調波を効率良く励振させたり、スプリアスとなる次数の高調波の励振効率を低め、それによって良好なフィルタ特性を容易に得ることができる。
【００７７】
図１７（ａ）は、第３の実施例の圧電フィルタ７１の変形例に係る圧電フィルタ９１を示す略図的斜視図であり、図１７（ｂ）及び（ｃ）は、励振される高調波を模式的に示す図である。
【００７８】
図１６に示した圧電フィルタ７１では、励振電極７３〜８３は、圧電体層を介して積層型圧電体７２の中央領域で対向されており、各圧電体層の平面形状が細長い矩形すなわちストリップ状とされていたが、本発明における圧電体層の形状や励振電極の形状については様々に変形することができる。例えば、圧電フィルタ９１では、励振電極９３〜１０３は、励振電極９５及び１００を例にとり示すように、積層型圧電体９２のある高さ位置において、圧電体の中央に延ばされたストリップ状の形状を有する。そして、励振電極９３〜１０３は、ストリップ状部分が圧電体層を介して重なり合う部分において圧電体層を介して対向されている。従って、各圧電体層は、上下に位置している励振電極間に電圧が印加された場合、エネルギー閉じ込め型の厚み縦振動モードで励振される。このように、各圧電体層の一部で両側の励振電極が対向されていてもよく、それによって、エネルギー閉じ込め型の圧電フィルタが構成される。
【００７９】
本変形例に係る圧電フィルタ９１においては、励振電極の形状が異なることを除いては、圧電フィルタ７１と同様に構成されている。従って、図１７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、圧電フィルタ９１においても、１０倍波と９倍波が効率良く励振され、圧電フィルタ７１と同様に広帯域のフィルタ特性を得ることができる。なお、圧電フィルタ９１では、励振電極９３〜１０３は、圧電体９２のある高さ位置において中央領域において対向されているだけであり、かつ積層型圧電体９２のコーナー部分に狭い幅で引き出されている。従って、励振電極、特に内部電極の形態の励振電極９４〜１０２の上下の圧電体層が強固に密着されることになるため、積層型圧電体９２の強度が高められ、高周波化に適している。
【００８０】
また、第１〜第３の実施例の各圧電フィルタに比べ、エネルギー閉じ込め型であるため、励振電極９３〜１０３の引出し部の位置を様々に変形することが容易であり、励振電極９３〜１０３の電極引出しのための設計の自由度が高められる。
【００８１】
図１８（ａ）は、厚み滑りモードを利用した本発明に従って構成された縦結合型二重モード圧電フィルタを示す模式的斜視図であり、図１８（ｂ）及び（ｃ）は、この圧電フィルタ１１１により励振される１０倍波及び９倍波を模式的に示す各図である。
【００８２】
圧電フィルタ１１１では、圧電フィルタ７１と同様に積層型圧電体７２及び励振電極７３〜８３が構成されている。もっとも、本実施例では、積層型圧電体７２は、第１，第２の端面としての上面７２ａ及び下面７２ｂと平行な方向Ｐに分極処理されている。従って、入力電極１４とアース電極（図示せず）との間に入力信号を印加した場合、隣り合う励振電極間に挟まれた圧電体層が励振され、厚み滑りモードの振動が強く励振される。そして、本実施例においても、積層型圧電体７２を用いて構成されており、励振電極７３〜８３が積層されており、すなわち１０層の圧電体層が積層されているので、図１８（ｂ）に示す１０倍波と、図１８（ｃ）に示す９倍波が強く励振される。
【００８３】
よって、圧電フィルタ１１１では、厚み滑りモードの１０倍波と９倍波を利用して、広帯域のフィルタ特性を得ることができる。
本実施例においても、圧電フィルタ７１と同様に、励振電極７３〜８３は積層型圧電体の中央方向において重なり合っているので、励振電極の両側の圧電体層の結合強度が高められ、従って高周波化に適している。
【００８４】
また、厚み滑り振動は、厚み縦振動に比べて電気機械結合係数が大きいため、より一層広帯域化を図ることができる。
図１６〜図１８に示した圧電フィルタ７１，９１，１１１においても、第２の実施例と同様に、３種以上の高調波を利用して三重モード圧電フィルタを構成してもよく、さらに４以上の振動モードを利用してもよい。
【００８５】
さらに、第１〜第３の実施例及び各変形例から明らかなように、本発明において利用される振動モードは特に限定されるものではない。
【００８６】
【発明の効果】
第１の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタでは、入力信号が印加されると、積層型圧電体において隣接する次数の複数のモードの振動が励振されかつ結合され、通過帯域を得ることができる。従って、複数の圧電体層の数を調整することにより、様々な隣接する次数の複数のモードを利用することができ、それによって広帯域のフィルタ特性を容易に得ることができる。
【００８７】
また、従来の二重モード圧電フィルタでは、圧電板の一方面にギャップを隔てて形成された励振電極間の間隔により各モードの周波数差が決定されるため、広い帯域幅を得るには励振電極の形成精度を高めねばならなかったのに対し、本発明では、利用しようとするモードを選択するだけで容易に広帯域化を図ることができる。
【００８８】
さらに、従来の二重モード圧電フィルタでは、広帯域化を図るために圧電板の一方面に形成された励振電極間の間隔を狭くした場合、入出力間の容量が増大し、減衰量が低下したのに対し、本発明に係るマルチモード圧電フィルタでは、広帯域化を図るために励振電極間の間隔を狭くする必要がないため、大きな減衰量を容易に得ることができる。
【００８９】
よって、本発明によれば、広帯域かつ大きな減衰量の縦結合型のマルチモード圧電フィルタを安価に提供することが可能となる。
第２の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタでは、積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向が長さ方向とされている、隣接する次数の複数の長さモードの振動を利用したマルチモード圧電フィルタが構成され、本発明に従って、広帯域化及び減衰量の拡大を容易に果たし得る。
【００９０】
第３の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタにおいても、第１の発明と同様に、広帯域化及び減衰量の拡大を容易に図ることができ、従って、厚み縦振動モードの高調波を利用したフィルタ特性に優れた圧電フィルタを提供することができる。
【００９１】
第４の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタでは、第１〜第３の発明と同様に、広帯域化及び減衰量の拡大を容易に図ることができ、従って、厚み滑りモードの高調波を利用したフィルタ特性に優れた縦結合型マルチモード圧電フィルタを提供することができる。
【００９２】
また、本発明では、隣接する次数の複数のモードとして、ｎ倍波と（ｎ−１）倍波を用いた場合には、二重モード圧電フィルタを本発明に従って構成することができ、ｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とを用いた場合には、本発明に従って三重モード圧電フィルタを構成することができ、より一層の広帯域化を図ることができる。
【００９３】
第１のグループの少なくとも一層の励振電極が、第２，第３のグループの最も近接している励振電極間に位置している場合には、入出力間の静電容量を小さくすることができ、それによって減衰量をより一層大きくすることができる。
【００９４】
積層型圧電体に、反射層及び保持部を連結し、反射層の音響インピーダンス値が圧電体及び保持層よりも低くされている場合には、反射層と保持部との界面において積層型圧電体から伝搬してきた振動を反射させることができ、それによって圧電フィルタの特性に影響を与えることなく保持部を利用して機械的に圧電フィルタを保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係るマルチモード圧電フィルタの外観を示す斜視図及び縦断面図。
【図２】（ａ）は、第１の実施例のマルチモード圧電フィルタを略図的に示す正面図、（ｂ）及び（ｃ）は、第１の実施例において強く励振される１０倍波及び９倍波を模式的に示す図。
【図３】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタの変形例を説明するための縦断面図。
【図４】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタのインピーダンス特性を示す図。
【図５】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図６】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタを２素子接続した場合のフィルタ特性を示す図。
【図７】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタの他の変形例を説明するための模式的正面図。
【図８】第２の実施例に係るマルチモード圧電フィルタの外観を示す斜視図。
【図９】（ａ）は、第２の実施例のマルチモード圧電フィルタの電極構造を説明するための模式的正面図、（ｂ）〜（ｄ）は、第２の実施例で強く励振される、それぞれ、１４倍波、１３倍波及び１５倍波を説明するための各模式図。
【図１０】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタを用いたフィルタ装置の分解斜視図。
【図１１】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタを上下方向に積層した構造を説明するための斜視図。
【図１２】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタのインピーダンス特性を示す図。
【図１３】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図１４】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタを２素子接続した構造のフィルタ特性を示す図。
【図１５】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタの変形例を説明するための略図的正面図。
【図１６】（ａ）は、本発明の第３の実施例に係る厚み縦振動モードを利用したマルチモード圧電フィルタの略図的斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は、第３の実施例において強く励振される１０倍波及び９倍波を模式的に示す図。
【図１７】（ａ）は、第３の実施例のマルチモード圧電フィルタの変形例を説明するための模式的斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）に示したマルチモード圧電フィルタで強く励振される１０倍波及び９倍波を説明するための各模式図。
【図１８】（ａ）は、厚み滑りモードを利用した本発明に係るマルチモード圧電フィルタの実施例を説明するための模式的斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）に示したマルチモード圧電フィルタで励振される１０倍波及び９倍波をそれぞれ示す模式図。
【図１９】反射層及び保持部を備えた圧電フィルタの変位分布を有限要素法により解析した結果を示す図。
【図２０】従来の厚み縦振動モードを利用した二重モード圧電フィルタを示す断面図。
【図２１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図２０に示した従来の二重モード圧電フィルタにおいて励振される対称モード及び反対称モードを説明するための模式図。
【符号の説明】
１…マルチモード圧電フィルタ
２…圧電体
２ａ，２ｂ…第１，第２の端面
２ｃ…上面
２ｄ…下面
２ｅ，２ｆ…側面
３〜１３…励振電極
１４…入力電極
１５…出力電極
１６…アース電極
１８，１９…絶縁性材料層
２１，２２…反射層
２３，２４…保持部
３１…圧電フィルタ
４１…圧電フィルタ
４２…圧電体
４３〜５８…励振電極
５９，６０…反射層
６１，６２…保持部
７１…圧電フィルタ
７２…圧電体
７３〜８３…励振電極
９１…圧電フィルタ
９２…圧電体
９３〜１０３…励振電極
１１１…圧電フィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯域フィルタなどに用いられる圧電フィルタに関し、より詳細には、圧電縦効果を有しており、かつ隣接する次数の複数のモードの結合を利用した縦結合型のマルチモード圧電フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、帯域フィルタとして様々な圧電フィルタが用いられている。数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ帯の周波数領域においては、小型化が容易であり、コストが安価な二重モード圧電フィルタが主に用いられている。
【０００３】
この種の二重モード圧電フィルタは、例えば特開平５−３２７４０１号公報などに開示されている。
図２０は、厚み縦振動を利用した従来の二重モード圧電フィルタを示す断面図である。
【０００４】
圧電フィルタ２０１は、厚み方向に分極処理された圧電板２０２を有する。圧電板２０２の上面には、一対の励振電極２０３，２０４が形成されており、下面には励振電極２０３，２０４と圧電板２０２を介して対向するように共通励振電極２０５が形成されている。
【０００５】
使用に際しては、上面の一方の励振電極２０３と共通励振電極２０５との間に入力信号を印加し、圧電板２０２を励振させる。この場合、圧電板２０２が励振され、図２１（ａ）に示す対称モードと、図２１（ｂ）に示す反対称モードが生じ、これら双方のモードが結合されてフィルタ帯域が構成される。出力は、励振電極２０４とアース電極２０５との間で取り出される。
【０００６】
なお、上記のように厚み縦振動モードを利用した二重モード圧電フィルタの他、圧電板２０２を上面に平行な方向に分極処理し、それによって厚み滑りモードを利用した二重モード圧電フィルタも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧電フィルタ２０１では、対称モードと反対称モードの結合の強さは、励振電極２０３，２０４間の間隔に依存し、この間隔の大きさにより対称モードと反対称モードの周波数差が決定され、通過帯域が決められることになる。
【０００８】
すなわち、広帯域フィルタを得るには、励振電極２０３，２０４間の間隔を狭くし、両方のモードの結合度を高め、かつ双方のモードの周波数差を大きくする必要があった。
【０００９】
他方、励振電極２０３，２０４は、通常、導電ペーストのスクリーン印刷により形成されている。スクリーン印刷法では、励振電極２０３，２０４の間隔を狭くするにも限界があった。他方、フォトリソグラフィーにより励振電極２０３，２０４を形成すれば、励振電極２０３，２０４間の間隔を小さくすることができるものの、コストが高くつくことになる。
【００１０】
また、たとえ、励振電極２０３，２０４間の間隔を狭くすることができたとしても、圧電フィルタ２０１において入出力間の静電容量が増加し、減衰量が小さくなるという問題もあった。
【００１１】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、広帯域化を図ることができ、かつ大きな帯域外減衰量を得ることができ、さらに安価に製造し得る縦結合型のマルチモード圧電フィルタを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタは、圧電縦効果を利用しており、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向または励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面を有する積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数のモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている。
【００１３】
第２の発明に係る圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタは、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、第１，第２の端面を結ぶ方向が長さ方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数の長さモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている。
【００１４】
第３の発明に係る圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタは、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数の厚み縦モードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている。
【００１５】
第４の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタは、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数の厚み滑りモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている。
【００１６】
本願の第５の発明によれば、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向または励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面を有する積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数のモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタが提供される。
本願の第６の発明によれば、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、第１，第２の端面を結ぶ方向が長さ方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数の長さモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタが提供される。
本願の第７の発明によば、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積 層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数の厚み縦モードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタが提供される。
本願の第８の発明によれば、互いに平行に配置された４以上の励振電極及び前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数の厚み滑りモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタが提供される。
【００１７】
第１〜第４の発明（以下、本発明と総称する）の他の特定の局面では、第１のグループの少なくとも１層の励振電極が、第２，第３のグループの最も近接している励振電極間に位置するように構成され、それによって、入力電極−出力電極間の静電容量は、入力電極−アース電極間の静電容量に対して小さくされ、減衰量の拡大を図ることができる。
【００１８】
本発明のさらに別の特定の局面では、前記積層型圧電体の圧電体層を構成している圧電材料の音響インピーダンス値をＺ1 としたときに、前記積層型圧電体の第１，第２の端面の外側に連結されており、かつ音響インピーダンス値Ｚ1 よりも低い第２の音響インピーダンス値Ｚ2 を有する材料からなる反射層と、前記反射層の第１，第２の端面に連結されている側とが反対側の面に連結されており、第２の音響インピーダンス値Ｚ2 よりも大きな第３の音響インピーダンス値Ｚ3 を有する材料からなる保持部とがさらに備えられ、それによって積層型圧電体から反射層側に伝搬した振動が反射層と保持部との界面により反射される。従って、フィルタ特性に影響を与えることなく、保持部を用いて本発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタを機械的に保持することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２０】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る縦結合型の二重モード圧電フィルタを示す斜視図及び縦断面図である。
圧電フィルタ１は、横断面が矩形の角棒状の圧電体２を有する。圧電フィルタ１は、圧電体２の長さ方向に伝搬する長さモードを利用した二重モード圧電フィルタである。
【００２１】
圧電体２は、特に限定されるわけではないが、本発明では、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスにより構成されている。
圧電体２は、長さ方向において対向している第１，第２の端面２ａ，２ｂを有する。端面２ａを覆うように、励振電極３が形成されている。また、圧電体２の長さ方向において分散されて、横断面方向に延びる複数の励振電極４〜１２が形成されており、さらに端面２ｂを覆うように励振電極１３が形成されている。
【００２２】
すなわち、励振電極３〜１３は、互いに平行に配置されており、かつ励振電極３〜１３間には、それぞれ圧電体層が介在されている。
圧電体２は、励振電極３〜１３と直交する方向において、励振電極の両側の圧電体層が分極処理されている。
【００２３】
上記励振電極３〜１３は、圧電体２を構成する圧電セラミックスと共に一体焼成技術を用いて形成することができる。もっとも、他の方法で圧電体２及び励振電極３〜１３が形成されていてもよく、また、端面２ａ，２ｂ上の励振電極３，１３は、一体焼成技術により圧電体２を得た後に、端面２ａ，２ｂ上に形成されてもよい。
【００２４】
圧電体２は、端面２ａ，２ｂを結ぶ上面２ｃ、下面２ｄ及び一対の側面２ｅ，２ｆを有する。上面２ｃ上には、端面２ａ側に寄せて入力電極１４が形成されており、端面２ｂ側に寄せられて出力電極１５が形成されている。また、下面２ｄ上には、アース電極１６が形成されている。
【００２５】
入力電極１４、出力電極１５及びアース電極１６は、励振電極３〜１３と同様の適宜の金属材料により構成することができ、銅、ニッケルまたは銀により構成され得る。
【００２６】
励振電極４，６，１０，１２の上端には、絶縁性材料１８が付与されており、励振電極４，６と入力電極１４との電気的絶縁、並びに励振電極１０，１２と出力電極１５との電気的絶縁が果たされている。励振電極４，６，８，１０，１２が、アース電極１６に電気的に接続されている。
【００２７】
他方、励振電極５，７，９，１１の下端には、絶縁性材料１９が付与されており、それによって励振電極５，７，９，１１と、アース電極１６との電気的絶縁が図られている。なお、端面２ａ，２ｂに形成されている励振電極３，１３は、それぞれ、入力電極１４及び出力電極１５に接続されている。
【００２８】
従って、励振電極３〜１３を、励振電極３〜１３の積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極４，６，８，１０，１２を第１のグループ、残りの励振電極３，５，７，９，１１，１３のうち、第１の端面２ａ側に配置されている複数の励振電極３，５，７を第２のグループ、第２の端面２ｂ側に位置している複数の励振電極９，１１，１３を第３のグループとしてグループ分けすると、入出力電極１４，１５及びアース電極１６と励振電極３〜１３との電気的接続は以下のとおりとなる。
【００２９】
すなわち、第１のグループの励振電極４，６，８，１０，１２がアース電極１６に接続されており、第２のグループの励振電極３，５，７が入力電極１４に接続されており、第３のグループの励振電極９，１１，１３が出力電極１５に電気的に接続されていることになる。
【００３０】
なお、励振電極３〜１３は、本実施例では、圧電体２の横断面の全域にわたるように形成されているが、必ずしも全域にわたるように形成されておらずともよい。
【００３１】
また、上記絶縁性材料１８，１９を構成する材料については特に限定されないが、例えば、絶縁性樹脂や絶縁性接着剤などを用いることができる。
次に、本実施例のマルチモード圧電フィルタ１の動作を図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００３２】
図２（ａ）は、圧電フィルタ１の電極構造を略図的に示す正面図である。
いま、入力電極１４とアース電極１６との間に入力信号が印加されると、圧電縦効果により圧電体２が励振される。その結果、図２（ｂ）で模式的に示す長さモードの１０倍波と、図２（ｃ）に模式的に示す長さモードの９倍波とが強く励振され、これらのモードが結合されて、通過帯域が構成され、出力電極１５から出力が取り出される。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【００３３】
上記圧電フィルタ１として、隣り合う励振電極間に挟まれた圧電体層の厚み（圧電体２の長さ方向寸法）を１３０μｍ、圧電体２の高さ方向寸法を１００μｍ、幅方向寸法を２２０μｍ、長さ方向寸法を電極の厚みを省略した場合１３００μｍとし、上記圧電フィルタ１を作製し、インピーダンス特性及びフィルタ特性を測定した。結果を図４及び図５に示す。
【００３４】
図４は、励振される９倍波及び１０倍波のインピーダンス特性を示す。実線が９倍波の特性を、破線が１０倍波の特性を示す。図４から明らかなように、９倍波による応答と１０倍波による応答が近接しており、従って９倍波の共振周波数と、１０倍波の反共振周波数とを減衰極とするフィルタ特性の得られることがわかる。
【００３５】
図５は、この圧電フィルタの減衰量周波数特性及び群遅延時間特性を示す図である。図５において、実線が減衰量周波数特性を、破線が群遅延時間特性を示す。なお、図５の右側のスケールのｉＥ−０ｊは、ｉ×１０-jを示す。図５から明らかなように、本実施例によれば、中心周波数が約１２．５ＭＨｚであり、帯域幅が約１．３ＭＨｚのフィルタ特性の得られることがわかる。
【００３６】
従来の二重モード圧電フィルタ２０１（図１９参照）では、圧電板２０２の一方面に形成されている励振電極２０３，２０４間の間隔に対称モード及び反対称モードの周波数差が依存していたのに対し、本実施例の圧電フィルタ１では、９倍波の周波数と１０倍波の周波数との周波数差は、高次モードの次数の比だけ離れており、励振電極間の間隔に依存しない。すなわち、９倍波と１０倍波を利用した場合には、９倍波と１０倍波の次数の比だけ利用モードの周波数が離れて、通過帯域が構成される。従って、所望とする帯域幅に応じて、高次モードを選択すればよく、それによって所望とする帯域幅の得られることがわかる。
【００３７】
例えば、本実施例では、励振電極３〜１３間に１０層の圧電体層が構成されており、９倍波と１０倍波が効率良く励振されていたが、圧電体層の数を１１とした場合には、１１倍波と１０倍波とを利用して二重モード圧電フィルタを構成することができ、それによって帯域幅を容易に調整することができる。
【００３８】
言い換えれば、ｎ（但し、ｎは３以上の整数）倍波と、（ｎ−１）倍波とを利用して、二重モード圧電フィルタを構成することができ、ｎを選択することにより様々な帯域幅の圧電フィルタを容易に提供し得ることがわかる。
【００３９】
すなわち、従来の二重モード圧電フィルタでは、広い帯域幅を得るには、励振電極２０３，２０４の形成精度を高めなければならなかったのに対し、本実施例の圧電フィルタ１では、励振電極３〜１３の形成精度をさほど高めることなく、所望とする帯域幅や広い帯域幅を容易に実現することができる。
【００４０】
また、圧電フィルタ１では、減衰量は、入力電極１４とアース電極１６との間の静電容量ＣI-G と、入力電極１４と出力電極１５との間の静電容量ＣI-O との比に依存する。すなわち、ＣI-G ／ＣI-O が大きい程、言い換えればＣI-O が小さい程減衰量が大きくなる。本実施例では、入力電極１４に電気的に接続されている励振電極３，５，７と、出力電極１４に接続されている励振電極９，１１，１３との間にアース電位に接続される励振電極８が存在するため、言い換えれば上述した第２，第３グループの最も近接している関係にある励振電極７，９間に、第１のグループの励振電極８が存在しているため、ＣI-O が小さくされ、帯域外減衰量の拡大が図られている。従って、従来の圧電フィルタ２０１に比べ、減衰量を大きくすることができる。
【００４１】
本実施例では、励振電極３〜１３間の圧電体層の厚みは全て等しくしたが、これらの複数の圧電体層の厚みは均一である必要はない。すなわち、任意に厚みを変えることにより、利用しようとする高調波の励振効率を高め、スプリアスとなる次数の高調波の励振効率を低下させることも可能である。
【００４２】
本実施例の圧電フィルタ１は、その全体が振動するため、ばね端子等により機械的に支持する必要があるが、図３に示す変形例のように、圧電フィルタ１の積層型の圧電体２の両端面に反射層２１，２２及び保持部２３，２４を連結することにより、保持部２３，２４により機械的に保持することも可能である。図３に示す構成では、反射層２１，２２は、圧電体２の音響インピーダンス値Ｚ1 よりも低い第２の音響インピーダンス値Ｚ2 を有する材料からなり、保持部２３，２４は、第２の音響インピーダンス値Ｚ2 よりも高い第３の音響インピーダンス値Ｚ3 を有し、以下に述べるように、反射層２１，２２と保持部２３，２４との界面にて、圧電体２側から伝搬してきた振動を反射させることができる。すなわち、保持部２３，２４への振動の漏洩をほとんどなくすことができる。よって、保持部２３，２４を利用して機械的に保持したとしても、圧電フィルタ１のフィルタ特性にほとんど影響が生じない。
【００４３】
従って、好ましくは、図３に示す変形例のように、圧電フィルタの両側に、上記反射層２１，２２及び保持部２３，２４が連結される。
図１９は、上記反射層２１，２２及び保持部２３，２４を有する構造において、動作時の変位分布を有限要素法で解析した結果を示す図である。図１９から明らかなように、圧電フィルタ１からの振動が保持部２３，２４にほとんど伝搬していないことがわかる。従って、保持部２３，２４を利用して機械的に保持したとしても、圧電フィルタ１のフィルタ特性にはほとんど影響が生じない。好ましくは、反射層２１，２２と保持部２３，２４との界面にて伝搬してきた振動をより確実に反射させるには、反射層２１，２２の厚みは、伝搬してきた振動の波長をλとした場合、（ｍλ／４）±（λ／８）（但し、ｍは奇数）範囲とすればよい。
【００４４】
また、このような反射層２１，２２及び保持部２３，２４を構成する材料については上記音響インピーダンス関係を満たす限り特に限定されないが、例えば、反射層２１，２２は、エポキシ樹脂や、エポキシ樹脂に充填剤を混合してなる複合材料などにより構成することができ、保持部２３，２４については、圧電体２と同様の圧電セラミックスあるいは他の絶縁性セラミックスにより構成することができる。
【００４５】
また、表面実装を容易とするために、図３に示す変形例では、端子電極２５，２６が形成されている。すなわち、端子電極２５，２６は、それぞれ、反射層２１及び保持部２３並びに反射層２２及び保持部２４に至るように形成されており、さらに保持部２３，２４の外側端面を経て下面に至るように形成されている。
【００４６】
上記のような反射層２１，２２及び保持部２３，２４を連結した場合、２素子の圧電フィルタ１を、保持部２３，２４を利用して連結することができる。このようにして連結された２素子型の圧電フィルタのフィルタ特性の一例を図６に示す。
【００４７】
図７は、第１の実施例の圧電フィルタ１の他の変形例を説明するための模式的正面図である。第１の実施例の圧電フィルタ１では、絶縁性材料１８，１９を用いて、励振電極と、該励振電極が電気的に接続されてはならない電極との電気的絶縁が図られていた。これに対して、図７に示すように、圧電体２の横断面において、励振電極が上面または下面には至らないように形成することにより、励振電極と該励振電極に接続されてはならない電極との電気的絶縁を図ってもよい。
【００４８】
図７に示す変形例の圧電フィルタ３１では、励振電極３，５，７，９，１１，１３が、圧電体２の下面には至らないように形成されており、それによって、第２，第３のグループの励振電極３，５，７，９，１１，１３とアース電極１６との電気的絶縁が図られている。同様に、励振電極４，６，８，１０，１２が、圧電体２の上面には至らないように形成されており、それによって励振電極４，６，８，１０，１２と入力電極１４及び出力電極１５との電気的絶縁が図られている。
【００４９】
図８は、本発明の第２の実施例に係る圧電フィルタの外観を示す斜視図である。本実施例の圧電フィルタ４１は、圧電縦効果を利用した長さモードを利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタであるが、隣接する次数のモードとして３つのモードを用いたことにおいて第１の実施例と異なる。
【００５０】
すなわち、圧電フィルタ４１は、圧電体４２を有する。圧電体４２は、第１の実施例と同様に角棒状の形状を有し、この圧電体４２の長さ方向に伝搬する振動モードの１３倍波、１４倍波及び１５倍波が用いられる。
【００５１】
従って、圧電体４２は、複数の励振電極４３〜５８を介して積層された１５層の圧電体層を有する。各圧電体層及び励振電極４３〜５８は、第１の実施例と同様に構成されている。また、圧電体４２の上面には、入力電極１４、出力電極１５が、それぞれ、第１の端面４２ａ及び第２の端面４２ｂに寄せられて形成されている。また、圧電体４２の下面には、アース電極１６が形成されている。入力電極１４、出力電極１５及びアース電極１６は第１の実施例と同様に構成されている。
【００５２】
本実施例では、励振電極４３〜５８は、以下のように第１〜第３のグループに分けられる。
第１のグループの励振電極…励振電極４４，４６，４８，５０，５１，５３，５５，５７
第２のグループの励振電極…励振電極４３，４５，４７，４９
第３のグループの励振電極…励振電極５２，５４，５６，５８
なお、励振電極４３，５８は圧電体４２の端面４２ａ，４２ｂを覆うように形成されている。
【００５３】
励振電極４３，５８の外側には、すなわち圧電体４２の外側には、図３に示した変形例と同様に、反射層５９，６０が連結されており、反射層５９，６０の外側に保持部６１，６２が連結されている。反射層５９，６０及び保持部６１，６２は、図３に示した変形例と同様に構成されている。従って、保持部６１，６２を利用して機械的に保持したとしても、圧電フィルタ４１のフィルタ特性にほとんど影響が生じない。
【００５４】
その他の構成については、第１の実施例の圧電フィルタ１と同様にであるため、第１の実施例の説明を援用することにより省略する。
本実施例においても、圧電体４２は、その長さ方向に分極処理されている。従って、入力電極１４とアース電極１６との間に入力電圧を印加すると、圧電体４２が励振される。この場合に励振されるモードを図９を参照して説明する。
【００５５】
図９（ａ）は圧電フィルタ４１の電極構造を模式的に示す図であり、ここでは、反射層及び保持部は省略されている。上記のように入力電圧が印加されると、図９（ｂ）に示す１４倍波、図９（ｃ）に示す１３倍波及び図９（ａ）に示す１５倍波がそれぞれ、強く励振される。この場合の各高調波のインピーダンス特性及びフィルタ特性を具体的な実験例に基づき説明する。
【００５６】
第１の実施例と同様に、隣り合う励振電極間の圧電体層の厚み（圧電体４２の長さ方向寸法）を１３０μｍ、圧電体４２の高さ方向寸法を１００μｍ、幅方向寸法を２２０μｍとし、圧電体４２の長さ方向寸法を電極の厚みを無視して、１９５０μｍとし、第１の実施例の場合と同様に、インピーダンス−周波数特性及びフィルタ特性を測定した。
【００５７】
図１２は、本実施例の圧電フィルタ４１のインピーダンス特性を示し、実線で示すインピーダンス特性上には、１３倍波及び１５倍波による応答が現れており、破線で示す特性上には１４倍波の応答が現れている。従って、これら３つの高調波が結合され、すなわち１３倍波の共振周波数と、１５倍波の反共振周波数が減衰極となる通過帯域が得られる。
【００５８】
よって、図１３に実線で示す減衰量−周波数特性及び破線で示す群遅延時間特性から明らかなように、広帯域のフィルタ特性が得られる。ここでは、中心周波数が約１２．８ＭＨｚであり、帯域幅が約１．５ＭＨｚの通過帯域が得られている。
【００５９】
このように、本実施例では、３つの高調波が結合されているので、第１の実施例の圧電フィルタ１に比べてより一層広帯域化を図ることができる。
また、本実施例においても、利用する高調波の種類を異ならせることにより、様々な帯域幅を容易に得ることができる。
【００６０】
本実施例から明らかなように、本発明における縦結合型マルチモード圧電フィルタでは、３つの高調波を利用することができるが、圧電体内に配置される励振電極の位置を調整することにより、４つ以上の高調波を効率良く励振させ、４つ以上の高調波を結合してなるマルチモード圧電フィルタを構成してもよい。
【００６１】
本実施例においても、隣り合う励振電極間の圧電体層の厚みは全て等しくされる必要はなく、複数の圧電体層の厚みを異ならせることにより、目的とする次数の高調波の励振効率を高めてもよく、あるいはスプリアスとなる次数の高調波の励振効率を低下させてもよい。
【００６２】
また、本実施例においても、入力電極１４及び出力電極１５に接続されている最も近接している励振電極間に、アース電極１６に接続されている励振電極５０，５１が介在されているので、第１の実施例の場合と同様にＣI-O を小さくすることができ、減衰量の拡大を図ることが可能とされている。
【００６３】
本実施例の圧電フィルタ４１においても、２つの圧電フィルタ４１を保持部間を絶縁性接着剤等により結合し、２素子型の圧電フィルタを構成してもよい。このような２素子型の圧電フィルタのフィルタ特性の一例を図１４に示す。
【００６４】
図１４から明らかなように、２つの圧電フィルタ４１を接続することにより、より選択度に優れたフィルタ特性を得ることができる。
なお、このような２つの圧電フィルタ４１を用いた圧電フィルタ装置の一例を図１０を参照して説明する。
【００６５】
図１０に示す圧電フィルタ装置では、ケース基板６５上に、絶縁性接着剤６６，６７で連結された圧電フィルタ４１，４１が実装される。そして、圧電フィルタ４１，４１を覆うように、金属キャップ６８が実装基板６５に絶縁性接着剤を用いて固定される。このようにして、圧電フィルタ４１，４１が内部に封止された圧電フィルタ装置を得ることができる。なお、実装基板６５上には、電極６５ａ〜６５ｄが形成されており、該電極６５ａ〜６５ｄにより、圧電フィルタ４１，４１間の電気的接続が図れると共に、ケース外に引き出される端子電極が構成される。
【００６６】
なお、図１０に示されている例では、２個の圧電フィルタ４１，４１は横方向に連結されていたが、図１１に示すように、絶縁性接着剤６９ａ，６９ｂを介して２個の圧電フィルタ４１，４１が上下に連結されていてもよい。
【００６７】
図１５は、圧電フィルタ４１の変形例を説明するための略図的正面図である。圧電フィルタ４１においては、絶縁性材料１８，１９により、励振電極と該励振電極とは接続されてはならない電極との電気的絶縁が図られていたが、図７に示した第１の実施例の変形例と同様に、圧電フィルタ４１においても、励振電極を圧電体４２の上面または下面に至らないように形成することにより、励振電極と該励振電極が電気的に接続されてはならない電極との電気的絶縁を図ってもよい。
【００６８】
第１，第２の実施例では、圧電体２，４２の長さモードの高調波を利用したマルチモード圧電フィルタが構成されていたが、本発明に係るマルチモード圧電フィルタは、長さモードを利用したものに限定されない。
【００６９】
図１６〜図１８を参照して、他の振動モードを利用した本発明に係る縦結合型マルチモードモード圧電フィルタを説明する。
図１６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施例に係るマルチモード圧電フィルタの構造を示す略図的斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は、該圧電フィルタにおいて励振される高調波を説明するための模式図である。
【００７０】
圧電フィルタ７１では、複数の励振電極７３〜８３が圧電体層を介して積層されて、積層型圧電体７２が構成されている。圧電体層を構成する圧電材料については、第１の実施例と同様に、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような適宜の圧電セラミックスが用いられる。
【００７１】
積層型圧電体７２では、励振電極７３〜８３が積層されている方向、すなわち図１６（ａ）の上下方向を厚み方向とする。積層型圧電体７２の上面７２ａには励振電極７３が形成されており、下面７２ｂには、励振電極８３が形成されている。他の励振電極７４〜８２は内部電極の形態で形成されている。
【００７２】
なお、本実施例では、上面７２ａ及び下面７２ｂが励振電極７３〜８３と直交する方向において対向しており、本発明における第１，第２の端面を構成している。
【００７３】
従って、積層型圧電体７２の側面７２ｃにおいては、第１の端面としての上面７２ａ側に寄せられて入力電極１４が、第２の端面としての下面７２ｂ側に寄せられて出力電極１５が形成されている。また、側面７２ｃと対向している側面７２ｄ上にアース電極（図示せず）が形成される。
【００７４】
よって、励振電極７３〜８３を、前述した第１〜第３のグループに分類すると以下のとおりとなる。
第１のグループの励振電極…励振電極７４，７６，７８，８０，８２
第２のグループの励振電極…励振電極７３，７５，７７
第３のグループの励振電極…励振電極７９，８１，８３
本実施例において、入力電極１４とアース電極との間に入力信号を印加すると、図１６（ｂ）に模式的に示す厚み縦振動の１０倍波と、図１６（ｃ）に模式的に示す厚み縦振動の９倍波とが強く励振される。
【００７５】
従って、上記１０倍波と９倍波とが結合されて、広い帯域幅の通過帯域を得ることができる。すなわち、本実施例は、圧電縦効果を利用しており、厚み縦振動の９倍波と１０倍波を用いた縦結合型の二重モード圧電フィルタであり、第１，第２の実施例と同様に、利用する振動モードは異なるが、隣接する次数の高調波を結合させることにより、広い帯域幅を得ることができる。しかも、本実施例においても、利用しようとする高調波を異ならせることにより、所望とする帯域幅を容易に得ることができる。すなわち、積層される圧電体層の数を調整することにより、目的とする高調波を効率良く励振させることができ、それによって様々な帯域幅の圧電フィルタを容易に提供することができる。
【００７６】
また、複数の圧電体層において、異なる厚みの圧電体層を設けたりすることにより、利用しようとする高調波を効率良く励振させたり、スプリアスとなる次数の高調波の励振効率を低め、それによって良好なフィルタ特性を容易に得ることができる。
【００７７】
図１７（ａ）は、第３の実施例の圧電フィルタ７１の変形例に係る圧電フィルタ９１を示す略図的斜視図であり、図１７（ｂ）及び（ｃ）は、励振される高調波を模式的に示す図である。
【００７８】
図１６に示した圧電フィルタ７１では、励振電極７３〜８３は、圧電体層を介して積層型圧電体７２の中央領域で対向されており、各圧電体層の平面形状が細長い矩形すなわちストリップ状とされていたが、本発明における圧電体層の形状や励振電極の形状については様々に変形することができる。例えば、圧電フィルタ９１では、励振電極９３〜１０３は、励振電極９５及び１００を例にとり示すように、積層型圧電体９２のある高さ位置において、圧電体の中央に延ばされたストリップ状の形状を有する。そして、励振電極９３〜１０３は、ストリップ状部分が圧電体層を介して重なり合う部分において圧電体層を介して対向されている。従って、各圧電体層は、上下に位置している励振電極間に電圧が印加された場合、エネルギー閉じ込め型の厚み縦振動モードで励振される。このように、各圧電体層の一部で両側の励振電極が対向されていてもよく、それによって、エネルギー閉じ込め型の圧電フィルタが構成される。
【００７９】
本変形例に係る圧電フィルタ９１においては、励振電極の形状が異なることを除いては、圧電フィルタ７１と同様に構成されている。従って、図１７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、圧電フィルタ９１においても、１０倍波と９倍波が効率良く励振され、圧電フィルタ７１と同様に広帯域のフィルタ特性を得ることができる。なお、圧電フィルタ９１では、励振電極９３〜１０３は、圧電体９２のある高さ位置において中央領域において対向されているだけであり、かつ積層型圧電体９２のコーナー部分に狭い幅で引き出されている。従って、励振電極、特に内部電極の形態の励振電極９４〜１０２の上下の圧電体層が強固に密着されることになるため、積層型圧電体９２の強度が高められ、高周波化に適している。
【００８０】
また、第１〜第３の実施例の各圧電フィルタに比べ、エネルギー閉じ込め型であるため、励振電極９３〜１０３の引出し部の位置を様々に変形することが容易であり、励振電極９３〜１０３の電極引出しのための設計の自由度が高められる。
【００８１】
図１８（ａ）は、厚み滑りモードを利用した本発明に従って構成された縦結合型二重モード圧電フィルタを示す模式的斜視図であり、図１８（ｂ）及び（ｃ）は、この圧電フィルタ１１１により励振される１０倍波及び９倍波を模式的に示す各図である。
【００８２】
圧電フィルタ１１１では、圧電フィルタ７１と同様に積層型圧電体７２及び励振電極７３〜８３が構成されている。もっとも、本実施例では、積層型圧電体７２は、第１，第２の端面としての上面７２ａ及び下面７２ｂと平行な方向Ｐに分極処理されている。従って、入力電極１４とアース電極（図示せず）との間に入力信号を印加した場合、隣り合う励振電極間に挟まれた圧電体層が励振され、厚み滑りモードの振動が強く励振される。そして、本実施例においても、積層型圧電体７２を用いて構成されており、励振電極７３〜８３が積層されており、すなわち１０層の圧電体層が積層されているので、図１８（ｂ）に示す１０倍波と、図１８（ｃ）に示す９倍波が強く励振される。
【００８３】
よって、圧電フィルタ１１１では、厚み滑りモードの１０倍波と９倍波を利用して、広帯域のフィルタ特性を得ることができる。
本実施例においても、圧電フィルタ７１と同様に、励振電極７３〜８３は積層型圧電体の中央方向において重なり合っているので、励振電極の両側の圧電体層の結合強度が高められ、従って高周波化に適している。
【００８４】
また、厚み滑り振動は、厚み縦振動に比べて電気機械結合係数が大きいため、より一層広帯域化を図ることができる。
図１６〜図１８に示した圧電フィルタ７１，９１，１１１においても、第２の実施例と同様に、３種以上の高調波を利用して三重モード圧電フィルタを構成してもよく、さらに４以上の振動モードを利用してもよい。
【００８５】
さらに、第１〜第３の実施例及び各変形例から明らかなように、本発明において利用される振動モードは特に限定されるものではない。
【００８６】
【発明の効果】
第１の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタでは、入力信号が印加されると、積層型圧電体において隣接する次数の複数のモードの振動が励振されかつ結合され、通過帯域を得ることができる。従って、複数の圧電体層の数を調整することにより、様々な隣接する次数の複数のモードを利用することができ、それによって広帯域のフィルタ特性を容易に得ることができる。
【００８７】
また、従来の二重モード圧電フィルタでは、圧電板の一方面にギャップを隔てて形成された励振電極間の間隔により各モードの周波数差が決定されるため、広い帯域幅を得るには励振電極の形成精度を高めねばならなかったのに対し、本発明では、利用しようとするモードを選択するだけで容易に広帯域化を図ることができる。
【００８８】
さらに、従来の二重モード圧電フィルタでは、広帯域化を図るために圧電板の一方面に形成された励振電極間の間隔を狭くした場合、入出力間の容量が増大し、減衰量が低下したのに対し、本発明に係るマルチモード圧電フィルタでは、広帯域化を図るために励振電極間の間隔を狭くする必要がないため、大きな減衰量を容易に得ることができる。
【００８９】
よって、本発明によれば、広帯域かつ大きな減衰量の縦結合型のマルチモード圧電フィルタを安価に提供することが可能となる。
第２の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタでは、積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向が長さ方向とされている、隣接する次数の複数の長さモードの振動を利用したマルチモード圧電フィルタが構成され、本発明に従って、広帯域化及び減衰量の拡大を容易に果たし得る。
【００９０】
第３の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタにおいても、第１の発明と同様に、広帯域化及び減衰量の拡大を容易に図ることができ、従って、厚み縦振動モードの高調波を利用したフィルタ特性に優れた圧電フィルタを提供することができる。
【００９１】
第４の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタでは、第１〜第３の発明と同様に、広帯域化及び減衰量の拡大を容易に図ることができ、従って、厚み滑りモードの高調波を利用したフィルタ特性に優れた縦結合型マルチモード圧電フィルタを提供することができる。
【００９２】
また、本発明では、隣接する次数の複数のモードとして、ｎ倍波と（ｎ−１）倍波を用いた場合には、二重モード圧電フィルタを本発明に従って構成することができ、ｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とを用いた場合には、本発明に従って三重モード圧電フィルタを構成することができ、より一層の広帯域化を図ることができる。
【００９３】
第１のグループの少なくとも一層の励振電極が、第２，第３のグループの最も近接している励振電極間に位置している場合には、入出力間の静電容量を小さくすることができ、それによって減衰量をより一層大きくすることができる。
【００９４】
積層型圧電体に、反射層及び保持部を連結し、反射層の音響インピーダンス値が圧電体及び保持層よりも低くされている場合には、反射層と保持部との界面において積層型圧電体から伝搬してきた振動を反射させることができ、それによって圧電フィルタの特性に影響を与えることなく保持部を利用して機械的に圧電フィルタを保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係るマルチモード圧電フィルタの外観を示す斜視図及び縦断面図。
【図２】（ａ）は、第１の実施例のマルチモード圧電フィルタを略図的に示す正面図、（ｂ）及び（ｃ）は、第１の実施例において強く励振される１０倍波及び９倍波を模式的に示す図。
【図３】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタの変形例を説明するための縦断面図。
【図４】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタのインピーダンス特性を示す図。
【図５】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図６】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタを２素子接続した場合のフィルタ特性を示す図。
【図７】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタの他の変形例を説明するための模式的正面図。
【図８】第２の実施例に係るマルチモード圧電フィルタの外観を示す斜視図。
【図９】（ａ）は、第２の実施例のマルチモード圧電フィルタの電極構造を説明するための模式的正面図、（ｂ）〜（ｄ）は、第２の実施例で強く励振される、それぞれ、１４倍波、１３倍波及び１５倍波を説明するための各模式図。
【図１０】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタを用いたフィルタ装置の分解斜視図。
【図１１】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタを上下方向に積層した構造を説明するための斜視図。
【図１２】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタのインピーダンス特性を示す図。
【図１３】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図１４】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタを２素子接続した構造のフィルタ特性を示す図。
【図１５】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタの変形例を説明するための略図的正面図。
【図１６】（ａ）は、本発明の第３の実施例に係る厚み縦振動モードを利用したマルチモード圧電フィルタの略図的斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は、第３の実施例において強く励振される１０倍波及び９倍波を模式的に示す図。
【図１７】（ａ）は、第３の実施例のマルチモード圧電フィルタの変形例を説明するための模式的斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）に示したマルチモード圧電フィルタで強く励振される１０倍波及び９倍波を説明するための各模式図。
【図１８】（ａ）は、厚み滑りモードを利用した本発明に係るマルチモード圧電フィルタの実施例を説明するための模式的斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）に示したマルチモード圧電フィルタで励振される１０倍波及び９倍波をそれぞれ示す模式図。
【図１９】反射層及び保持部を備えた圧電フィルタの変位分布を有限要素法により解析した結果を示す図。
【図２０】従来の厚み縦振動モードを利用した二重モード圧電フィルタを示す断面図。
【図２１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図２０に示した従来の二重モード圧電フィルタにおいて励振される対称モード及び反対称モードを説明するための模式図。
【符号の説明】
１…マルチモード圧電フィルタ
２…圧電体
２ａ，２ｂ…第１，第２の端面
２ｃ…上面
２ｄ…下面
２ｅ，２ｆ…側面
３〜１３…励振電極
１４…入力電極
１５…出力電極
１６…アース電極
１８，１９…絶縁性材料層
２１，２２…反射層
２３，２４…保持部
３１…圧電フィルタ
４１…圧電フィルタ
４２…圧電体
４３〜５８…励振電極
５９，６０…反射層
６１，６２…保持部
７１…圧電フィルタ
７２…圧電体
７３〜８３…励振電極
９１…圧電フィルタ
９２…圧電体
９３〜１０３…励振電極
１１１…圧電フィルタ
Claims (9)
- 互いに平行に配置された４以上の励振電極及び
前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向または励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面を有する積層型圧電体と、
前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、
前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、
入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、
異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数のモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタ。 - 互いに平行に配置された４以上の励振電極及び
前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、第１，第２の端面を結ぶ方向が長さ方向とされている積層型圧電体と、
前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、
前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、
入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、
異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数の長さモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタ。 - 互いに平行に配置された４以上の励振電極及び
前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、
前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、
前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、
入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、
異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数の厚み縦モードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタ。 - 互いに平行に配置された４以上の励振電極及び
前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、
前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、
前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、１層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、
入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、
異なる電位に接続される励振電極で挟まれた前記圧電体層の数をｎとすると、前記基本波のｎ倍波と（ｎ−１）倍波とからなる複数の厚み滑りモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている縦結合型マルチモード圧電フィルタ。 - 互いに平行に配置された４以上の励振電極及び
前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向または励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面を有する積層型圧電体と、
前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、
前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、
入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、
異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、
前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数のモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタ。 - 互いに平行に配置された４以上の励振電極及び
前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、第１，第２の端面を結ぶ方向が長さ方向とされている積層型圧電体と、
前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、
前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、
入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、
異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、
前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数の長さモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタ。 - 互いに平行に配置された４以上の励振電極及び
前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極に直交する方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１， 第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、
前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、
前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、
入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、
異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、
前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数の厚み縦モードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタ。 - 互いに平行に配置された４以上の励振電極及び
前記励振電極間に配置されており、かつ励振電極と平行な方向に分極処理されている複数の圧電体層を有し、前記複数の励振電極と直交する方向において対向している第１，第２の端面と、第１，第２の端面を結ぶ第１〜第４の側面とを有し、かつ第１，第２の端面を結ぶ方向が厚み方向とされている積層型圧電体と、
前記４層以上の励振電極を、前記積層方向において選択的に配置されている複数の励振電極を第１のグループ、残りの励振電極のうち、積層型圧電体の第１の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第２のグループ、並びに第２の端面側に位置している少なくとも１層の励振電極を第３のグループとグループ分けしたときに、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第１のグループの励振電極に電気的に接続されているアース電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第２のグループの励振電極に電気的に接続されている入力電極と、
前記積層型圧電体の外表面に形成されており、かつ前記第３のグループの励振電極に電気的に接続されている出力電極とを備え、
前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極が位置しており、
入力電極とアース電極との間に入力信号が印加されると、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面を結ぶ方向に沿った長さを半波長とする振動を基本波と呼び、
異なる電位に接続される励振電極で挟まれた圧電体層の数から、前記第２のグループと第３のグループとの最も近接している励振電極間に位置している、少なくとも２層の前記第１のグループの励振電極の間の前記圧電体層の数を差し引いた数をｎとすると、
前記基本波のｎ倍波と、（ｎ−１）倍波と、（ｎ＋１）倍波とからなる複数の厚み滑りモードの振動が励振されかつ結合され、前記出力電極とアース電極とから出力信号が取り出されるように構成されている圧電縦効果を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタ。 - 前記積層型圧電体の圧電体層を構成している圧電材料の音響インピーダンス値をＺ1 としたときに、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面の外側に連結されており、かつ音響インピーダンス値Ｚ1 よりも低い第２の音響インピーダンス値Ｚ2 を有する材料からなる反射層と、
前記反射層の第１，第２の端面に連結されている側とが反対側の面に連結されており、第２の音響インピーダンス値Ｚ2 よりも大きな第３の音響インピーダンス値Ｚ3 を有する材料からなる保持部とをさらに備える、請求項１〜７のいずれかに記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
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