JP3922095B2 - 縦結合型マルチモード圧電フィルタ - Google Patents

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、圧電縦効果を利用しており、かつ異なる次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及びフィルタ装置に関する。
【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２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１５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１６（ａ）に示す対称モードと、図１６（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】
本発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタは、対向し合う第１，第２の端面及び第１，第２の端面を結ぶ４つの側面を有する圧電体と、前記圧電体内に配置されており、かつ圧電体層を介して重なり合うように配置された複数の励振電極と、前記圧電体の外表面において第１の端面側に寄せられて形成された入力電極と、前記圧電体の外表面において第２の端面側に寄せられて形成された出力電極と、前記圧電体の外表面に形成されたアース電極とを備え、前記複数の励振電極間に挟まれた複数の圧電体層が、励振電極と直交する方向であって同一方向に分極されており、前記複数の励振電極が、前記入力電極に接続される第１のグループの励振電極と、前記出力電極に電気的に接続される第２のグループの励振電極と、前記アース電極に接続される第３のグループの励振電極とを有し、前記第１のグループの励振電極が前記第３のグループの励振電極と積層方向において交互に配置されており、かつ前記第２のグループの励振電極と第３のグループの励振電極とが積層方向において交互に配置されており、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、次数がそれぞれＮ−１、Ｎ及びＮ＋１（但し、Ｎは９以上の整数）である圧電縦効果を利用した第１〜第３のモードの振動が励振され、かつ結合され、出力電極とアース電極とから出力信号が取り出される。
【００１３】
そして、本発明では、前記第１のモードの反共振周波数をＦａ（Ｎ−１）、第２のモードの共振周波数及び反共振周波数をＦｒ（Ｎ）及びＦａ（Ｎ）、第３のモードの共振周波数Ｆｒ（Ｎ＋１）としたときに、Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）とされている。従って、後述する発明の実施の形態から明らかなように、１〜１００ＭＨｚ帯の広帯域かつ高減衰量のフィルタ特性を得ることができる。
【００１４】
本発明のある特定の局面では、圧電縦効果の電気機械結合係数をｋ₃₃としたときに、前記次数Ｎが、Ｎ≧−０．５２４×ｋ₃₃＋４２．７であり、この場合に、第１〜第３のモードを確実に結合させて、広い帯域幅及び高減衰量のフィルタ特性を得ることができる。また、圧電縦効果の電気機械結合係数ｋ₃₃に応じて、上記式に従って次数Ｎを定めることができる。すなわち、電気機械結合係数ｋ₃₃が分かれば、使用し得る第１〜第３のモードの次数を容易に決定することができる。
【００１５】
本発明の他の特定の局面では、前記圧電体の分極方向の弾性コンプライアンスをＳ₃₃ ^Eとしたときに、次数Ｎが≧−１．７３×Ｓ₃₃ ^E＋３３．３であり、この場合においても、第１〜第３のモードを確実に結合させ、広帯域及び高減衰量のフィルタ特性を得ることができる。また、上記式を満たすように弾性コンプライアンスＳ₃₃ ^Eに基づき次数Ｎを容易に定めることができる。すなわち、３重モードマルチモードフィルタを構成するための上記次数Ｎを容易に決定することができる。
【００１６】
本発明において、上記振動モードとしては、圧電縦効果を利用した様々な振動モードを用いることができ、特に限定されないが、本発明のある特定の局面では、長さ振動モードの高調波が用いられ、他の特定の局面では、厚み縦振動の高調波が用いられる。
【００１７】
また、本発明のさらに他の特定の局面では、前記第１，第２の端面の外側に、反射層を介して保持部材が連結されており、反射層の音響インピーダンス値Ｚ₂が、圧電体及び保持部材の音響インピーダンス値Ｚ₁，Ｚ₃よりも小さくされている。この場合には、圧電フィルタから反射層に伝播してきた振動が、反射層と保持部品との界面で反射されるため、圧電フィルタの特性に影響を与えることなく保持部材により機械的に保持することができる。
【００１８】
本発明に係る電子部品は、ケース基板と、ケース基板上に搭載されており、かつ本発明に従って構成された縦結合型マルチモード圧電フィルタと、縦結合型マルチモード圧電フィルタを覆うようにケース基板に固定されたキャップ材とを備える。従って、本発明により広帯域及び高減衰量のマルチモード圧電フィルタが収納された電子部品を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、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３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の長さ方向に伝播する圧電縦効果を利用した長さモードの高調波を利用した３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おり、その音響インピーダンス値Ｚ₁は、３．４０×１０⁷ｋｇ／（ｍ²・ｓ）である。
【００２２】
圧電体２は、長さ方向に対向している第１，第２の端面２ａ，２ｂを有する。端面２ａ，２ｂの外側には、反射層３１，３２を介して保持部材３３，３４が連結されている。反射層３１，３１及び保持部材３３，３４は、圧電体２と同じ横断面形状を有する。反射層３１，３２は、エポキシ樹脂からなり、その音響インピーダンス値Ｚ₂は１．８７×１０⁶ｋｇ／（ｍ²・ｓ）である。また、保持部材３３，３４は、絶縁性セラミックスからなり、その音響インピーダンス値Ｚ₃は３．４０×１０⁷ｋｇ／（ｍ²・ｓ）である。
【００２３】
圧電体２においては、端面２ａ，２ｂを覆うように励振電極３，１５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、圧電体２の横断面方向に延びる複数の励振電極４〜１４が形成されている。
【００２４】
すなわち、励振電極３〜１５は互いに平行に配置されている。隣り合う励振電極が圧電体層を介して対向するように配置されている。また、本実施例では、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ている。もっとも、全ての圧電体層の厚みは必ずしも等しくなくともよい。
【００２５】
圧電体２では、励振電極３〜１５間に介在されている圧電体層は、励振電極３〜１５と直交する方向であって同一方向に分極処理されている。
励振電極３〜１５は、圧電体２を構成する圧電セラミックスととも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３〜１５が形成されていてもよい。
【００２６】
なお、端面２ａ、２ｂ上に形成された励振電極３，１５は、一体焼成技術により、励振電極４〜１４を有する圧電体２を得た後に、端面２ａ，２ｂ上に形成されてもよい。
【００２７】
圧電体２は、端面２ａ，２ｂを結ぶ第１〜第４の側面として、上面２ｃ、下面２ｄ及び側面２ｅ（１つの側面は図示されず）を有する。第１の側面としての上面２ｃ上には、端面２ａ側に寄せられて入力電極１６が形成されており、端面２ｂ側に寄せられて出力電極１７が形成されている。また、第２の側面としての下面２ｄ上には、アース電極１８が形成されている。入力電極１６及び出力電極１７は、それぞれ、端面２ａ，２ｂを超えて、反射層３１，３２及び保持部材３３，３４の外表面に至るように形成されている。
【００２８】
アース電極１８についても、圧電体２の下面から、反射層３１，３２及び保持部材３３，３４の外表面に至るように形成されている。
入力電極１６、出力電極１７及びアース電極１８は、励振電極３〜１５と同様に、適宜の金属材料により構成されることができ、銅、ニッケルまたは銀などにより構成され得る。
【００２９】
励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５の上端に接するように、上面２ｃ上に絶縁性材料２０が付与されている。それによって、励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５が入力電極１６及び出力電極１７と電気的に絶縁されている。励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５は、圧電体２の下面においてアース電極１８に電気的に接続されている。
【００３０】
他方、励振電極４，６，８，１０，１２，１４の下端に連なるように、下面２ｄ上にも絶縁性材料２０が付与されている。従って、励振電極４，６，８，１０，１２，１４と、アース電極１８との電気的絶縁が図られている。励振電極４，６，８は、入力電極１６に、励振電極１０，１２，１４は出力電極１７に電気的に接続されている。
【００３１】
従って、励振電極４，６，８が本発明における第１のグループの励振電極を構成しており、励振電極１０，１２，１４が本発明における第２のグループの励振電極を構成しており、励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５が第３のグループの励振電極を構成している。
【００３２】
圧電体２の長さ方向、すなわち圧電体層の積層方向においては、第１のグループの励振電極４，６，８と、第３のグループの励振電極３，５，７，９ａが交互に配置されており、同様に、第２のグループの励振電極１０，１２，１４と第３のグループの励振電極１１，１３，１５が長さ方向において交互に配置されている。
【００３３】
なお、本実施例では、励振電極３〜１５は、圧電体２の横断面の全域に渡るように形成されているが、必ずしも全域に渡るように形成されておらずともよい。上記絶縁性材料２０を構成する材料は、励振電極と入力電極１６、出力電極１７及びアース電極１８との電気的絶縁を果たし得る限り、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により構成され得る。
【００３４】
次に、本実施例のマルチモード圧電フィルタ１の動作を説明する。
上記圧電体２の厚み、すなわち圧電体２の上面２ｃと下面２ｄとの間の距離を１１０μｍ、幅寸法を３００μｍ、隣り合う励振電極間に挟まれた圧電体層の厚みを１３０μｍとして、本実施例のマルチモード圧電フィルタ１を作製した。このマルチモード圧電フィルタ１において、入力電極１６とアース電極１８との間に交流電圧を印加した場合には、励振される振動モードを図２に示す。
【００３５】
図２において、破線は対称モード、実線は反対称モードを示す。図２において、矢印Ａ，Ｂは、１１倍波及び１３倍波を示し、矢印Ｃは１２倍波を示す。
すなわち、本実施例のマルチモード圧電フィルタ１では、圧電縦効果を利用した長さ振動モードの１１倍波〜１３倍波が効率良く励振される。
【００３６】
圧電フィルタ１では、上記１１倍波〜１３倍波が結合されて、フィルタとしての特性が得られる。
図３は、圧電フィルタ１に入力信号を加えた場合のフィルタ波形を示す図である。
【００３７】
図３から明らかなように、中心周波数、１２．８ＭＨｚの広帯域のフィルタ特性の得られていることがわかる。
本願発明者は、上記圧電フィルタ１について、どのようなモードを結合されば、良好なフィルタ特性が得られるかを確認した。結果を図４〜図７を参照して説明する。
【００３８】
図４〜図７は、利用しようとする長さ振動モードの高調波の次数Ｎを変化させた場合のフィルタ波形を示す。すなわち、図４の破線は、対称モードにおける圧電フィルタの８倍波（すなわちＮ＝８）の応答を示し、実線は反対称モードで表われる７倍波及び９倍波の応答を示す。図５は、次数Ｎ＝８の場合のフィルタ波形、すなわち７倍波〜９倍波を結合させた場合のフィルタ波形を示す。図５から明らかなように、矢印Ｄで示すリップルが通過帯域内に表れていることがわかる。
【００３９】
また、図６及び図７は、それぞれ、Ｎ＝６及び１０とした場合のフィルタ波形を示す図である。図６から明らかなように、次数Ｎ＝６の場合においても、矢印Ｅで示すように通過帯域内に大きなリップルが表れている。また、図７から明らかなように、次数Ｎ＝１０の場合には、通過帯域内にさほど大きなリップルが表れていないことがわかる。
【００４０】
図３及び図５〜図７の結果から、次数Ｎを高くするほど、通過帯域内のリップルを抑制し得ることがわかる。これは、Ｎ−１倍波、Ｎ倍波及びＮ＋１倍波の連続した３つの高調波を結合させてフィルタ特性を得ようとした場合、Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）を満たした場合に、良好なフィルタ特性が得られるからである。なお、Ｆａは、反共振周波数を、Ｆｒは共振周波数を示す。
【００４１】
すなわち、図２に示されているように、Ｎ＝１２の場合、Ｆａ（１１）＞Ｆｒ（１２）かつＦａ（１２）＞Ｆｒ（１３）が満たされているため、図３に示すように良好なフィルタ波形が得られる。
【００４２】
これに対して、Ｎが小さくなった場合には、図４から明らかなように、７倍波と８倍波とが離れ、Ｆａ（７）＜Ｆｒ（８）及びＦａ（８）＜Ｆｒ（９）となるため、上記リップルＤが表れている。
【００４３】
従って、圧電フィルタ１では、Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）を満たすように次数Ｎを選択すれば、第１〜第３のモードが確実に結合され、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００４４】
上記のように、本実施例のマルチモード圧電フィルタ１では、利用しようとする第１〜第３のモードの周波数は、高次モードの次数の比だけ離れている。従って、従来の横結合マルチモードフィルタにおいて形成することが必要であった一対の励振電極間の間隔に依存しない。すなわち、所望の帯域幅を得るには、帯域に応じた次数を選択すればよいだけである。従って、広帯域のフィルタ特性を容易に得ることができる。また、従来の横結合マルチモードフィルタでは、広帯域化を図る場合に分割励振電極の形成が非常に困難となるのに対し、本実施例では、容易に帯域幅の拡大を図ることができる。
【００４５】
また、前述したように、従来の横結合マルチモードフィルタでは、フィルタの減衰量が十分に大きくならないという問題があった。フィルタの減衰量が入力−アース電位間の容量Ｃ_I-Gと、入力電極と出力電極との間の容量Ｃ_I-Oとの比率に関係する。すなわち、入出力間の容量が入力電極とアース電位との間の容量に対して小さいほど減衰量が大きくなる。本実施例では、入力電極１６及び出力電極１７に接続される励振電極間にグランド電位に接続される励振電極が配置されているため、入力電極−出力電極間の容量を、著しく小さくすることができる。よって、従来のマルチモードフィルタに比べて大きな減衰量を得ることができる。
【００４６】
上記マルチモード圧電フィルタ１においては、前述したように、次数Ｎが高くなるほど、Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）が満たされる。そこで、本願発明者は、上記のマルチモード圧電フィルタ１において、Ｎ−１倍波、Ｎ倍波及びＮ＋１倍波の共振周波数Ｆｒ及び反共振周波数Ｆａを種々の次数Ｎについて求めた。結果を図８に示す。なお、図８において、◇はＮ倍波の共振周波数、□は（Ｎ−１）倍波の共振周波数、△は（Ｎ＋１）倍波の共振周波数を示し、Ｎ倍波、Ｎ−1倍波及びＮ＋１倍波の各反共振周波数はエラーバーの端部で示す。
【００４７】
図８から明らかなように、Ｎが９以上の場合に、Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）が満たされることがわかる。従って、次数Ｎは９以上とされる。
【００４８】
次に、上記Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）を満たすには、圧電体２を構成する電気機械結合係数及びコンプライアンスＳ₃₃ ^Eを次数との間でどのように考慮すればよいかを検討した。
【００４９】
図９は、圧電体２を構成する材料を種々変更し、上述したＦａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）を満たすＮを求めた結果である。図９の横軸は、電気機械結合係数Ｋ₃₃を示し、縦軸は、上記関係を満たす次数Ｎを示す。図９の直線よりも上方の領域では、Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）が満たされる。
【００５０】
従って、図９よりＮ≧−０．５２４×Ｋ₃₃＋４２．７の関係を満たすように、電気機械結合係数Ｋ₃₃の値に応じて次数Ｎを設定すれば、確実に、Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）とされる。よって、図９より、圧電体２の電気機械結合係数Ｋ₃₃に応じて、良好なフィルタ波形の得られる最低の次数Ｎを容易に求めることができる。
【００５１】
同様に、図１０は、圧電体２の弾性コンプライアンスＳ₃₃ ^Eと、Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）を満たす最低の次数Ｎとの関係を示す。
【００５２】
図１０の直線はＮ＝−１．７３×Ｓ₃₃ ^E＋３３．３である。従って、Ｎ≧−１．７３×Ｓ₃₃ ^E＋３３．３を満たすように、弾性コンプライアンスＳ₃₃ ^Eの値に応じて、次数Ｎを容易に求めることができる。
【００５３】
本実施例のマルチモード圧電フィルタ１では、圧電体２の全体が振動する。従って、上記反射層３１，３２及び保持部材３３，３４が設けられていない場合には、バネ端子等により圧電体２を機械的に支持する必要がある。
【００５４】
しかしながら、本実施例では、反射層３１，３２及び保持部材３３，３４が連結されているため、圧電フィルタ１のフィルタ特性に影響を与えることなく、保持部材３３，３４により機械的に支持することができる。
【００５５】
すなわち、反射層３１，３２の音響インピーダンス値Ｚ₂が、前述したように、圧電体２及び保持部材３３，３４の音響インピーダンス値Ｚ₁，Ｚ₃よりも低いため、圧電体２から伝播してきた振動が反射層３１，３２と保持部材３３，３４との界面で反射される。すなわち、保持部材３３，３４への振動の漏洩が殆ど生じない。よって、保持部材３３，３４を利用して機械的に保持したとしても、圧電フィルタ１のフィルタ特性に殆ど影響が生じない。
【００５６】
図１１は、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側面図である。圧電フィルタ１では、上面及び下面に絶縁性材料２０を付与することにより、励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５の入力電極１６または出力電極との電気的絶縁及び励振電極４，６，８，１０，１２，１４のアース電極１８との電気的絶縁が図られていた。これに対して、図１１に示す変形例では、励振電極３〜１５が圧電体２の長さ方向において、交互に上面２ｃまたは下面２ｄには至らないように形成されている。例えば、励振電極４を例にとると、励振電極４の先端は、圧電体２の下面２ｄに至られないようにされており、励振電極５の上端は、圧電体２の上端２ｃには至らないようにされている。このように、励振電極３〜１５の先端と、圧電体２の上面２ｃまたは下面２ｄとの間にギャップを設ける構造を採用してもよい。この場合には、圧電体２の上面及び下面に絶縁性材料２０を付与する必要はない。
【００５７】
なお、図１１に略図的に示されている圧電フィルタ４１では、反射層及び保持部材の図示は省略されている。もっとも、本発明に係る圧電フィルタでは、反射層及び保持部材は必ずしも設けられずともよい。
【００５８】
また、第１の実施例では、長さモードを利用した縦結合型のマルチモード圧電フィルタにつき説明したが、本発明では長さモードに限らず、他の振動モードの高調波を利用してもよい。
【００５９】
図１２は、厚み縦振動の高調波を利用したエネルギー閉じ込め型の縦結合型の３重モード圧電フィルタを示す斜視図である。圧電フィルタ５１では、積層型の圧電体５２が用いられている。圧電体５２は、図１２に厚みの方向に、矢印Ｐで示すように一様に分極処理されている。圧電体５２の第１の端面５２ａと、第２の端面５２ｂを結ぶ方向が厚み方向とされている。端面５２ａ、５２ｂ上に、励振電極５３，６５が形成されている。また、圧電体５２内には、内部電極の形で複数の励振電極５４〜６４が形成されている。励振電極５３〜６５は、圧電体層を介して厚み方向に重なり合うように配置されている。励振電極５３〜６５は、圧電体５２の厚み方向において、交互に、側面５２ｃまたは側面５２ｄに引き出されている。
【００６０】
励振電極５３，５５，５７，５９ａ，５９ｂ，６１，６３，６５は側面５２ｃ上に形成されたアース電極６８に電気的に接続されている。側面５２ｄにおいては、上方に入力電極６６が、下方に出力電極６７が形成されている。入力電極６６に、励振電極５４，５６，５８が電気的に接続されている。また、出力電極６７に、励振電極６０，６２，６４が電気的に接続されている。
【００６１】
このように、厚み方向に分極処理された圧電体５２を用い、厚み縦振動の高調波を利用することにより、エネルギー閉じ込め型のマルチモード圧電フィルタを構成してもよい。
【００６２】
なお、圧電フィルタ５１では、反射層及び保持部材を有しないが、励振電極５３〜６５が圧電体層を介して部分的に対向しており、励振電極５３〜６５が対向している部分に振動エネルギーが閉じ込められるため、すなわちエネルギー閉じ込め型の圧電振動部が構成されているため、圧電フィルタ５１は、側面５２ｃ、５２ｄにより機械的に支持されたとしても、そのフィルタ特性はあまり変動しない。
【００６３】
図１３及び図１４は、本発明に係るマルチモード圧電フィルタを用いた電子部品の構造例を説明するための各分解斜視図である。
前述したように、第１の実施例のマルチモード圧電フィルタ１は、反射層及び保持部材３３，３４を有するため、保持部材３３，３４を用いて機械的に支持することができる。
【００６４】
図１３に示す圧電共振部品６１では、ケース基板６２上に、第１の実施例のマルチモード圧電フィルタ１が２素子搭載されている。すなわち、ケース基板６２上に、導電性接着剤６３を介して圧電フィルタ１，１が接合されている。
【００６５】
また、圧電フィルタ１，１を覆うように、下方に開口を有するキャップ材６４がケース基板６２に接合される。このようにして、圧電フィルタ１，２が収納された圧電共振部品６１を提供することができる。
【００６６】
図１４は、図１２に示した圧電フィルタ５１と外形寸法を除いては同様に構成された圧電フィルタ５１Ａが３素子収納されている圧電共振部品を示す分解斜視図である。ここでは、圧電共振部品７１は、ケース基板７２を有する。ケース基板７２上に、３素子の圧電フィルタ５１Ａ，５１Ａ，５１Ａが導電性接着剤７３を介して接合されている。なお、導電性接着剤７３の厚みは、各圧電フィルタ５１Ａの圧電振動部の振動を妨げないための空隙を、ケース基板７２と圧電素子５１Ａ，５１Ａ，５１Ａとの間に設けるように付与することが必要である。
【００６７】
上記圧電フィルタ５１Ａ，５１Ａ，５１Ａを覆うように、キャップ材７４がケース基板７２に固定される。
なお、好ましくは、上述したキャップ材６４，７４は、導電性材料で形成され、それによって内部の圧電フィルタ１，５１Ａを電磁シールドすることができる。もっとも、キャップ材６４，７４を導電性材料で構成する場合には、ケース基板６２，７２上の電極との電気的絶縁を図るように、キャップ材６４，７４をケース基板６２，７２に接合する必要がある。
【００６８】
【発明の効果】
本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、積層型の圧電体において第１〜第３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。この場合、Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）となるように、モードの次数Ｎが選択されているため、広い帯域幅を有し、かつ所望でないリップルを有しない、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００６９】
また、従来のマルチモード圧電フィルタでは、圧電体の一方面にギャップを隔てて形成された分割電極間の間隔により、各モードの周波数差が決定されていたため、広い帯域幅を得るには、分割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高調波帯域化を図ることができる。
【００７０】
さらに、従来のマルチモード圧電フィルタでは、広帯域化を図るために分割電極間の間隔を狭くした場合に、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はないため、大きな減衰量を容易に得ることができる。
【００７１】
よって、本発明によれば次数Ｎを選択することにより、様々な周波数滞に用いられ得る、広帯域かつ高減衰量の縦結合マルチモード圧電フィルタを提供することが可能となる。
【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】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタで励振される対称モード及び反対称モードの波形を示す図。
【図３】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタの減衰量周波数特性を示す図。
【図４】マルチモード圧電フィルタにおいて、Ｆａ（Ｎ−１）＜Ｆｒ（Ｎ）及びＦａ（Ｎ）＜Ｆｒ（Ｎ＋１）となる次数Ｎの場合の対称モード及び反対称モードの波形を示す図。
【図５】図４に示したＮ−１倍波、Ｎ倍波及びＮ＋１倍波を利用したマルチモード圧電フィルタの減衰量周波数特性を示す図。
【図６】次数Ｎ＝６の場合のマルチモード圧電フィルタの減衰量周波数特性を示す図。
【図７】次数Ｎ＝１０の場合のマルチモード圧電フィルタの減衰量周波数特性を示す図。
【図８】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタにおける次数Ｎと、Ｎ倍波、（Ｎ−１）倍波及び（Ｎ＋１）倍波の各共振周波数及び反共振周波数の位置の変化を示す図。
【図９】圧電体の電気機械結合係数Ｋ₃₃と、マルチモード圧電フィルタにおいてＦａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）及びＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）を満たす最低の次数Ｎとの関係を示す図。
【図１０】圧電体の弾性コンプライアンスＳ₃₃ ^Eと、マルチモード圧電フィルタにおいてＦａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）及びＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）を満たす最低の次数Ｎとの関係を示す図。
【図１１】本発明の第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略図的側面図。
【図１２】本発明の第２の実施例に係るマルチモード圧電フィルタを説明するための斜視図。
【図１３】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタが収納されている電子部品としての圧電共振部品を説明するための分解斜視図。
【図１４】第２の実施例のマルチモード圧電フィルタが、収納されている電子部品としての圧電共振部品を説明するための分解斜視図。
【図１５】従来の厚み縦振動モードを利用した２重モード圧電フィルタを示す断面図。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１５に示した従来の２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…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
３〜１５…励振電極
１６…入力電極
１７…出力電極
１８…アース電極
１９…絶縁性材料
３１，３２…反射層
３３，３４…保持部材
４１…圧電フィルタ
５１…圧電フィルタ
５２…圧電体
５２ａ，５２ｂ…第１，第２の端面
５２ｃ，５２ｄ…側面
５３〜６５…励振電極
６６…入力電極
６７…出力電極
６８…アース電極
７１…圧電共振部品（電子部品）
７２…ケース基板
７３…導電性接着剤
７４…キャップ材
８１…圧電共振部品（電子部品）
８２…ケース基板
８３…導電性接着剤
８４…キャップ材

Claims (7)

1. 対向し合う第１，第２の端面及び第１，第２の端面を結ぶ４つの側面を有する圧電体と、
   前記圧電体内に配置されており、かつ圧電体層を介して重なり合うように配置された複数の励振電極と、
   前記圧電体の外表面において第１の端面側に寄せられて形成された入力電極と、
   前記圧電体の外表面において第２の端面側に寄せられて形成された出力電極と、
   前記圧電体の外表面に形成されたアース電極とを備え、
   前記複数の励振電極間に挟まれた複数の圧電体層が、励振電極と直交する方向であって同一方向に分極されており、
   前記複数の励振電極が、前記入力電極に接続される第１のグループの励振電極と、前記出力電極に電気的に接続される第２のグループの励振電極と、前記アース電極に接続される第３のグループの励振電極とを有し、
   前記第１のグループの励振電極が前記第３のグループの励振電極と積層方向において交互に配置されており、かつ前記第２のグループの励振電極と第３のグループの励振電極とが積層方向において交互に配置されており、
   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、次数がそれぞれＮ−１、Ｎ及びＮ＋１（但し、Ｎは９以上の整数）である圧電縦効果を利用した第１〜第３のモードの振動が励振され、かつ結合され、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おり、
   前記第１のモードの反共振周波数をＦａ（Ｎ−１）、第２のモードの共振周波数及び反共振周波数をＦｒ（Ｎ）及びＦａ（Ｎ）、第３のモードの共振周波数Ｆｒ（Ｎ＋１）としたときに、Ｆａ（Ｎ−１）≧Ｆｒ（Ｎ）かつＦａ（Ｎ）≧Ｆｒ（Ｎ＋１）とされていることを特徴とする、縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
2. 圧電縦効果の電気機械結合係数をｋ₃₃としたときに、前記次数Ｎが、Ｎ≧−０．５２４×ｋ₃₃＋４２．７である、請求項１に記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
3. 前記圧電体の分極方向の弾性コンプライアンスをＳ₃₃ ^Eとしたときに、次数Ｎが≧−１．７３×Ｓ₃₃ ^E＋３３．３である、請求項１または２に記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
4. 前記第１，第２の端面の外側に、反射層を介して保持部材が連結されており、反射層の音響インピーダンス値Ｚ₂が、圧電体及び保持部材の音響インピーダンス値Ｚ₁，Ｚ₃よりも小さい、請求項１〜３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。
5. 前記振動モードが圧電縦効果を利用した長さ振動モードの高調波である、請求項１〜４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。
6. 前記振動モードが、圧電縦効果を利用した厚み縦振動の高調波である、請求項１〜４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。
7. ケース基板と、前記ケース基板上に搭載されており、かつ請求項１〜６に記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタと、
   前記縦結合型マルチモード圧電フィルタを覆うように前記ケース基板に固定されたキャップ材とを備える、電子部品。

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