JP4007215B2 - 誘電体共振器およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多重モードで動作する誘電体共振器およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１個の誘電体ブロックを複数の共振モードで共振させるようにした多重モードの誘電体共振器が用いられている（例えば特許文献１）。
特許文献１の誘電体共振器は、略直方体形状の誘電体ブロックの稜部の少なくとも一部に斜平面を設けて２つの共振モード同士を結合させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５１９０６公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、特許文献１に示されている誘電体共振器を多段プレス法により粉末成型するための成型装置の断面構造の例を示している。ここで、Ｆは金型の型枠、ＰＵは上部パンチ、ＰＢ１，ＰＢ２はそれぞれ下部パンチである。この型枠Ｆと上下のパンチＰＵ，ＰＢ１，ＰＢ２で囲まれた空間内にセラミック粉末を充填し、上部パンチＰＵを所定距離下降させて、粉末成型体１０′を得る。後にこれを焼成することによって誘電体共振器とする。
【０００５】
ところが、上下のパンチの対向する面に、このような非平行な部分があると、セラミック粉末に対する加圧時に、セラミック粉末が横方向に流れ、その横方向に流動した部分でセラミック粉末の密度が不均一になってしまう。その結果、焼成の前後でクラックが生じたり、変形するといった問題が生じるおそれがある。
【０００６】
また上記稜部の斜平面の大きさをプレス成型時に設定しようとすると、図１０に示した下部パンチＰＢ１，ＰＢ２を独立可動にし、ＰＢ２の突出量を定めることになるが、この下部パンチＰＢ２は基本的に稜部の斜平面だけを形成するものであるので、この下部パンチＰＢ２の突出量を最適な位置から移動させる程、斜平面に隣接する部分にいびつな突出や陥凹部が生じる。そのため、広範囲に亘って所望の特性を有する誘電体共振器を製造できないという問題があった。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、セラミック粉末の成型時の密度不均一化の問題を解消し、また誘電体共振器の特性を定める形状の設定を容易にした、誘電体共振器およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の誘電体共振器は、キャビティとは別体で、キャビティ内に配置される、全体が略直方体形状をなす多重モードの誘電体共振器において、誘電体共振器の稜部に該誘電体共振器の主面に対して略平行な面で構成される階段状で、前記多重モードの共振モードのうち所定の共振モード同士を結合させる陥凹部を設けたことを特徴としていている。
【０００９】
このように陥凹部が誘電体共振器の主面に対して略平行な面で構成されているため、セラミック粉末を粉末成型する際、セラミック粉末の横方向への流動がなく、密度が均一なセラミック誘電体共振器を構成できる。
【００１０】
また、この発明のキャビティとは別体で、キャビティ内に配置される、全体が略直方体形状をなし、主面に対して略平行な面で構成される階段状の陥凹部を稜部に有する多重モードの誘電体共振器の製造方法は、上記陥凹部を成型するパンチを、前記誘電体共振器の本体部分を成型するパンチとは別に可動させ、セラミック粉末を多段プレス法により粉末成型する工程を含むことを特徴としている。
【００１１】
このように、陥凹部形成部のパンチを本体部分用パンチとは別に可動させ、その移動量によって陥凹部の量を定めることができるので、誘電体共振器の特性を成型時に設定できるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る誘電体共振器について図１〜図６を基に説明する。
図１はキャビティ内に配置する誘電体共振器の基本形を示している。ここで誘電体共振器１０は全体が略直方体形状または立方体形状を成している。キャビティの内面は略直方体形状または立方体形状をなし、キャビティの中央部にこの誘電体共振器１０を配置する。図中ループ状の記号は、この誘電体共振器１０に生じる３つの共振モードの電界分布の形を象徴している。すなわちｘ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δｘモード、ｙ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δｙモード、ｚ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δｚモードの３つの共振モードが生じる。勿論これらの共振モードの高次共振モードも生じるが、ここでは基本モードを利用する。
【００１３】
図２〜図４は上記３つの共振モードの電磁界分布の例を示している。図２はＴＥ０１δｘモード、図３はＴＥ０１δｙモード、図４はＴＥ０１δｚモードについてそれぞれ示している。これらの図中の実線の矢印は電気力線、破線の矢印は磁力線をそれぞれ表している。なお、図１の場合と同様にこれらの図についてもキャビティは省略している。
【００１４】
図１〜図４に示した例では、誘電体共振器１０が立方体形状であるとすると、３つの共振モードの電磁界分布は互いに直交しているので、それらは独立している。また、３つの共振モードの共振周波数はそれぞれ等しい。この３つの共振モードのうち２つの共振モードを結合させるためには次のように構成する。
【００１５】
図５の（Ａ）はＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードの電界の回る方向を面で表している。また（Ｂ）はこの２つの共振モードの結合モードであるＴＥ０１δｘ＋ｙモード（偶モード）とＴＥ０１δｘ−ｙモード（奇モード）の電界の回る方向について示している。
【００１６】
図６は、上記２つの共振モードであるＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードの結合量を定めた誘電体共振器の構造を示している。この例では、隣り合う２つの主面Ｓｘ，Ｓｙが交わってできる稜部にそれぞれの主面Ｓｘ，Ｓｙに対して略平行な面で構成される階段状の陥凹部１１ａを形成している。同様に、主面Ｓｘに対向する平行な主面と主面Ｓｙとが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１１ｂを形成している。同様にして、主面Ｓｘ，Ｓｙのそれぞれの平行な対向面が交わってできる稜部に階段状の陥凹部１１ａ′を、また、主面Ｓｙに対向する平行な主面と主面Ｓｘとが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１１ｂ′をそれぞれ形成している。
【００１７】
陥凹部１１ａ，１１ａ′は図５の（Ｂ）に示した２つの結合モードのうち一方の結合モードであるＴＥ０１δｘ＋ｙモードの周波数を他方の結合モードであるＴＥ０１δｘ−ｙモードの周波数に比べて相対的に高める。また、陥凹部１１ｂ，１１ｂ′はＴＥ０１δｘ−ｙモードの周波数をＴＥ０１δｘ＋ｙモードの周波数に比べて相対的に高める。従って、陥凹部１１，１１ａ′の合計容積と陥凹部１１ｂ，１１ｂ′の合計容積との差によって結合量が定まる。
【００１８】
図７は、図６とは異なる形状の誘電体共振器の外観斜視図である。この例では、誘電体共振器１０の隣り合う２つの主面Ｓｘ，Ｓｙが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１１ａを形成し、主面Ｓｘに平行に対向する主面と主面Ｓｙが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１１ｂを形成している。また、隣り合う２つの主面Ｓｘ，Ｓｚが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１２ａを形成し、主面Ｓｘに平行に対向する主面と主面Ｓｚが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１２ｂを形成している。
陥凹部１１ａ，１１ｂはＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードとの結合量を定める。陥凹部１２ａ，１２ｂはＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｚモードとの結合量を定める。
【００１９】
図８は、誘電体共振器に設けた陥凹部と、その陥凹部が影響を与える結合モードの電界との位置関係を示している。（Ａ）のように階段状の陥凹部１１を設けた場合には、（Ｂ）のような斜平面状の陥凹部１７の場合と比べて、誘電体共振器１０の稜から陥凹部の占める距離ｘ１，ｘ２は、ｘ１＜ｘ２の関係となり、必要な結合量を得るための陥凹部１１を小さく形成することができる。
【００２０】
このように、誘電体共振器の主面に略平行な面で構成される階段状の陥凹部を設ければ、結合させるべき２つの共振モードの結合量を、少ない陥凹量で定めることができる。
【００２１】
次に、図６に示した誘電体共振器の製造方法について図９を基に説明する。
（Ａ）〜（Ｄ）は、工程順を示していて、図９において（Ａ）→（Ｂ）に示すように、金型の型枠Ｆに下部パンチＰＢ０，ＰＢ１，ＰＢ２をセットし、セラミック粉末ＳＰを充填する。その後、（Ｃ）→（Ｄ）に示すように、上部パンチＰＵ０、ＰＵ１、ＰＵ２を所定位置まで所定速度で下降させる。この時、下部パンチＰＢ１，ＰＢ２も上昇させる。これにより粉末成型体１０′を得る。
【００２２】
この時、下部パンチＰＢ０，ＰＢ１，ＰＢ２と上部パンチＰＵ０，ＰＵ１，ＰＵ２がそれぞれ平行に対向しているため、セラミック粉末ＳＰの横方向への不均一な流動がなく、粉末成型体１０′内の密度は均一となる。そのため、焼成前後でクラックが入ったり変形するといった問題が解消できる。
【００２３】
また、陥凹部形成部のパンチＰＢ１，ＰＢ２，ＰＵ１，ＰＵ２を本体部分用パンチＰＢ０，ＰＵ０とは別に可動させ、その移動量によって陥凹部の量を定めることができるので、誘電体共振器の特性を成型時に設定できるようになる。
【００２４】
なお、上述の金型成型によって周波数や結合量が粗調整された誘電体共振器を作成した後、任意の部分を切削して周波数や結合量の微調整を行うようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、誘電体共振器の稜部の陥凹部が誘電体共振器の主面に対して略平行な面で構成されているため、セラミック粉末を粉末成型する際、セラミック粉末の横方向への流動がなく、密度が均一なセラミック誘電体共振器を構成できる。
【００２６】
また、この発明によれば、陥凹部形成部のパンチを本体部分用パンチとは別に可動させ、その移動量によって陥凹部の量を定めることができるので、誘電体共振器の特性を成型時に設定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る誘電体共振器の基本的な構造を示す斜視図
【図２】ＴＥ０１δｘモードの電磁界分布を示す図
【図３】ＴＥ０１δｙモードの電磁界分布を示す図
【図４】ＴＥ０１δｚモードの電磁界分布を示す図
【図５】２つの共振モードとその結合モードの電界の向きを示す図
【図６】誘電体共振器の斜視図
【図７】他の構造の誘電体共振器の斜視図
【図８】誘電体共振器に設けた陥凹部と陥凹部が作用する結合モードの電界分布との関係を示す図
【図９】誘電体共振器の製造工程を示す図
【図１０】従来の誘電体共振器の製造方法の例を示す図
【符号の説明】
１０−誘電体共振器
１０′−粉末成型体
Ｓｘ，Ｓｙ−主面
Ｆ−型枠
ＰＵ−上部パンチ
ＰＢ−下部パンチ
ＳＰ−セラミック粉末
【発明の属する技術分野】
この発明は、多重モードで動作する誘電体共振器およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１個の誘電体ブロックを複数の共振モードで共振させるようにした多重モードの誘電体共振器が用いられている（例えば特許文献１）。
特許文献１の誘電体共振器は、略直方体形状の誘電体ブロックの稜部の少なくとも一部に斜平面を設けて２つの共振モード同士を結合させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５１９０６公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、特許文献１に示されている誘電体共振器を多段プレス法により粉末成型するための成型装置の断面構造の例を示している。ここで、Ｆは金型の型枠、ＰＵは上部パンチ、ＰＢ１，ＰＢ２はそれぞれ下部パンチである。この型枠Ｆと上下のパンチＰＵ，ＰＢ１，ＰＢ２で囲まれた空間内にセラミック粉末を充填し、上部パンチＰＵを所定距離下降させて、粉末成型体１０′を得る。後にこれを焼成することによって誘電体共振器とする。
【０００５】
ところが、上下のパンチの対向する面に、このような非平行な部分があると、セラミック粉末に対する加圧時に、セラミック粉末が横方向に流れ、その横方向に流動した部分でセラミック粉末の密度が不均一になってしまう。その結果、焼成の前後でクラックが生じたり、変形するといった問題が生じるおそれがある。
【０００６】
また上記稜部の斜平面の大きさをプレス成型時に設定しようとすると、図１０に示した下部パンチＰＢ１，ＰＢ２を独立可動にし、ＰＢ２の突出量を定めることになるが、この下部パンチＰＢ２は基本的に稜部の斜平面だけを形成するものであるので、この下部パンチＰＢ２の突出量を最適な位置から移動させる程、斜平面に隣接する部分にいびつな突出や陥凹部が生じる。そのため、広範囲に亘って所望の特性を有する誘電体共振器を製造できないという問題があった。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、セラミック粉末の成型時の密度不均一化の問題を解消し、また誘電体共振器の特性を定める形状の設定を容易にした、誘電体共振器およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の誘電体共振器は、キャビティとは別体で、キャビティ内に配置される、全体が略直方体形状をなす多重モードの誘電体共振器において、誘電体共振器の稜部に該誘電体共振器の主面に対して略平行な面で構成される階段状で、前記多重モードの共振モードのうち所定の共振モード同士を結合させる陥凹部を設けたことを特徴としていている。
【０００９】
このように陥凹部が誘電体共振器の主面に対して略平行な面で構成されているため、セラミック粉末を粉末成型する際、セラミック粉末の横方向への流動がなく、密度が均一なセラミック誘電体共振器を構成できる。
【００１０】
また、この発明のキャビティとは別体で、キャビティ内に配置される、全体が略直方体形状をなし、主面に対して略平行な面で構成される階段状の陥凹部を稜部に有する多重モードの誘電体共振器の製造方法は、上記陥凹部を成型するパンチを、前記誘電体共振器の本体部分を成型するパンチとは別に可動させ、セラミック粉末を多段プレス法により粉末成型する工程を含むことを特徴としている。
【００１１】
このように、陥凹部形成部のパンチを本体部分用パンチとは別に可動させ、その移動量によって陥凹部の量を定めることができるので、誘電体共振器の特性を成型時に設定できるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る誘電体共振器について図１〜図６を基に説明する。
図１はキャビティ内に配置する誘電体共振器の基本形を示している。ここで誘電体共振器１０は全体が略直方体形状または立方体形状を成している。キャビティの内面は略直方体形状または立方体形状をなし、キャビティの中央部にこの誘電体共振器１０を配置する。図中ループ状の記号は、この誘電体共振器１０に生じる３つの共振モードの電界分布の形を象徴している。すなわちｘ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δｘモード、ｙ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δｙモード、ｚ軸に垂直な面に沿って電界が回るＴＥ０１δｚモードの３つの共振モードが生じる。勿論これらの共振モードの高次共振モードも生じるが、ここでは基本モードを利用する。
【００１３】
図２〜図４は上記３つの共振モードの電磁界分布の例を示している。図２はＴＥ０１δｘモード、図３はＴＥ０１δｙモード、図４はＴＥ０１δｚモードについてそれぞれ示している。これらの図中の実線の矢印は電気力線、破線の矢印は磁力線をそれぞれ表している。なお、図１の場合と同様にこれらの図についてもキャビティは省略している。
【００１４】
図１〜図４に示した例では、誘電体共振器１０が立方体形状であるとすると、３つの共振モードの電磁界分布は互いに直交しているので、それらは独立している。また、３つの共振モードの共振周波数はそれぞれ等しい。この３つの共振モードのうち２つの共振モードを結合させるためには次のように構成する。
【００１５】
図５の（Ａ）はＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードの電界の回る方向を面で表している。また（Ｂ）はこの２つの共振モードの結合モードであるＴＥ０１δｘ＋ｙモード（偶モード）とＴＥ０１δｘ−ｙモード（奇モード）の電界の回る方向について示している。
【００１６】
図６は、上記２つの共振モードであるＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードの結合量を定めた誘電体共振器の構造を示している。この例では、隣り合う２つの主面Ｓｘ，Ｓｙが交わってできる稜部にそれぞれの主面Ｓｘ，Ｓｙに対して略平行な面で構成される階段状の陥凹部１１ａを形成している。同様に、主面Ｓｘに対向する平行な主面と主面Ｓｙとが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１１ｂを形成している。同様にして、主面Ｓｘ，Ｓｙのそれぞれの平行な対向面が交わってできる稜部に階段状の陥凹部１１ａ′を、また、主面Ｓｙに対向する平行な主面と主面Ｓｘとが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１１ｂ′をそれぞれ形成している。
【００１７】
陥凹部１１ａ，１１ａ′は図５の（Ｂ）に示した２つの結合モードのうち一方の結合モードであるＴＥ０１δｘ＋ｙモードの周波数を他方の結合モードであるＴＥ０１δｘ−ｙモードの周波数に比べて相対的に高める。また、陥凹部１１ｂ，１１ｂ′はＴＥ０１δｘ−ｙモードの周波数をＴＥ０１δｘ＋ｙモードの周波数に比べて相対的に高める。従って、陥凹部１１，１１ａ′の合計容積と陥凹部１１ｂ，１１ｂ′の合計容積との差によって結合量が定まる。
【００１８】
図７は、図６とは異なる形状の誘電体共振器の外観斜視図である。この例では、誘電体共振器１０の隣り合う２つの主面Ｓｘ，Ｓｙが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１１ａを形成し、主面Ｓｘに平行に対向する主面と主面Ｓｙが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１１ｂを形成している。また、隣り合う２つの主面Ｓｘ，Ｓｚが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１２ａを形成し、主面Ｓｘに平行に対向する主面と主面Ｓｚが交わってできる稜部に階段状の陥凹部１２ｂを形成している。
陥凹部１１ａ，１１ｂはＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｙモードとの結合量を定める。陥凹部１２ａ，１２ｂはＴＥ０１δｘモードとＴＥ０１δｚモードとの結合量を定める。
【００１９】
図８は、誘電体共振器に設けた陥凹部と、その陥凹部が影響を与える結合モードの電界との位置関係を示している。（Ａ）のように階段状の陥凹部１１を設けた場合には、（Ｂ）のような斜平面状の陥凹部１７の場合と比べて、誘電体共振器１０の稜から陥凹部の占める距離ｘ１，ｘ２は、ｘ１＜ｘ２の関係となり、必要な結合量を得るための陥凹部１１を小さく形成することができる。
【００２０】
このように、誘電体共振器の主面に略平行な面で構成される階段状の陥凹部を設ければ、結合させるべき２つの共振モードの結合量を、少ない陥凹量で定めることができる。
【００２１】
次に、図６に示した誘電体共振器の製造方法について図９を基に説明する。
（Ａ）〜（Ｄ）は、工程順を示していて、図９において（Ａ）→（Ｂ）に示すように、金型の型枠Ｆに下部パンチＰＢ０，ＰＢ１，ＰＢ２をセットし、セラミック粉末ＳＰを充填する。その後、（Ｃ）→（Ｄ）に示すように、上部パンチＰＵ０、ＰＵ１、ＰＵ２を所定位置まで所定速度で下降させる。この時、下部パンチＰＢ１，ＰＢ２も上昇させる。これにより粉末成型体１０′を得る。
【００２２】
この時、下部パンチＰＢ０，ＰＢ１，ＰＢ２と上部パンチＰＵ０，ＰＵ１，ＰＵ２がそれぞれ平行に対向しているため、セラミック粉末ＳＰの横方向への不均一な流動がなく、粉末成型体１０′内の密度は均一となる。そのため、焼成前後でクラックが入ったり変形するといった問題が解消できる。
【００２３】
また、陥凹部形成部のパンチＰＢ１，ＰＢ２，ＰＵ１，ＰＵ２を本体部分用パンチＰＢ０，ＰＵ０とは別に可動させ、その移動量によって陥凹部の量を定めることができるので、誘電体共振器の特性を成型時に設定できるようになる。
【００２４】
なお、上述の金型成型によって周波数や結合量が粗調整された誘電体共振器を作成した後、任意の部分を切削して周波数や結合量の微調整を行うようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、誘電体共振器の稜部の陥凹部が誘電体共振器の主面に対して略平行な面で構成されているため、セラミック粉末を粉末成型する際、セラミック粉末の横方向への流動がなく、密度が均一なセラミック誘電体共振器を構成できる。
【００２６】
また、この発明によれば、陥凹部形成部のパンチを本体部分用パンチとは別に可動させ、その移動量によって陥凹部の量を定めることができるので、誘電体共振器の特性を成型時に設定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る誘電体共振器の基本的な構造を示す斜視図
【図２】ＴＥ０１δｘモードの電磁界分布を示す図
【図３】ＴＥ０１δｙモードの電磁界分布を示す図
【図４】ＴＥ０１δｚモードの電磁界分布を示す図
【図５】２つの共振モードとその結合モードの電界の向きを示す図
【図６】誘電体共振器の斜視図
【図７】他の構造の誘電体共振器の斜視図
【図８】誘電体共振器に設けた陥凹部と陥凹部が作用する結合モードの電界分布との関係を示す図
【図９】誘電体共振器の製造工程を示す図
【図１０】従来の誘電体共振器の製造方法の例を示す図
【符号の説明】
１０−誘電体共振器
１０′−粉末成型体
Ｓｘ，Ｓｙ−主面
Ｆ−型枠
ＰＵ−上部パンチ
ＰＢ−下部パンチ
ＳＰ−セラミック粉末
Claims (2)
- キャビティとは別体で、キャビティ内に配置される、全体が略直方体形状をなす多重モードの誘電体共振器において、
前記誘電体共振器の稜部に該誘電体共振器の主面に対して略平行な面で構成される階段状で、前記多重モードの共振モードのうち所定の共振モード同士を結合させる陥凹部を設けたことを特徴とする誘電体共振器。 - キャビティとは別体で、キャビティ内に配置される、全体が略直方体形状をなし、主面に対して略平行な面で構成される階段状の陥凹部を稜部に有する多重モードの誘電体共振器の製造方法であって、陥凹部を成型するパンチを、前記誘電体共振器の本体部分を成型するパンチとは別に可動させ、セラミック粉末を多段プレス法により粉末成型する工程を含む誘電体共振器の製造方法。
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