(57)【要約】【課題】小型で、かつ、狭帯域な周波数フィルターを構成することができる振動片を提供すること。【解決手段】本発明にかかる複合音叉型振動片１００は、Ｘ軸の方向に延在された支持梁１０と、支持梁１０からＸ軸と直交するＹ軸の方向に突出して形成された複数の音叉型振動片２０と、隣り合う音叉型振動片２０を連結し、支持梁１０と離間して形成された連結梁３０と、を含み、音叉型振動片２０は、基部２２および一対の振動腕２４を有し、連結梁３０は、音叉型振動片２０の基部２２に連結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸の方向に延在された支持梁と、
前記支持梁から前記Ｘ軸と直交するＹ軸の方向に突出して形成された複数の音叉型振動片と、
隣り合う前記音叉型振動片を連結し、前記支持梁と離間して形成された連結梁と、
を含み、
前記音叉型振動片は、基部および一対の振動腕を有し、
前記連結梁は、前記音叉型振動片の前記基部に連結された、複合音叉型振動片。
【請求項２】
請求項１において、
前記音叉型振動片の前記振動腕の振動は、前記基部に漏出し前記基部を振動させ、
前記連結梁は、前記基部の振動を、隣り合う前記音叉型振動片の前記基部に伝搬させる、複合音叉型振動片。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記支持梁、前記音叉型振動片、および前記連結梁は、水晶で一体的に形成された、複合音叉型振動片。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記音叉型振動片を２つ含む、複合音叉型振動片。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記音叉型振動片を３つ含む、複合音叉型振動片。
【請求項６】
請求項６において、
３つの前記音叉型振動片のうち、中央の前記音叉型振動片の共振周波数は、他の前記音叉型振動片の共振周波数と異なる、複合音叉型振動片。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の複合音叉型振動片を備え、
少なくとも１つの前記音叉型振動片を励振させる入力端子、および少なくとも１つの前記音叉型振動片の振動を検出する出力端子を有する、周波数フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合音叉型振動片および周波数フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気信号の伝送回路には、特定の周波数をろ波する周波数フィルターが形成されることがある。このような周波数フィルターとしては、ＬＣフィルター、ＣＲフィルター、振動子フィルターなどがある。周波数フィルターのうち振動子フィルターは、ＬＣフィルターやＣＲフィルターに比して、Ｑ値が大きく温度特性もよいといわれている。
【０００３】
振動子フィルターとしては、メカニカルフィルター、セラミックフィルターなどがある。たとえば、特開平０６−１３２７７８号公報には、厚み滑り振動を利用したセラミックフィルターが開示されている。同公報には、このようなセラミックフィルターは、主振動（４．５ＭＨｚ）における低域側および高域側に生じる不要振動によるレスポンスが低く、ＴＶ信号処理回路のバンドパスフィルターとして用いた場合、通過させたくない周波数成分は確実に阻止され、復調検波時に波形歪みが現れない、などの記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−１３２７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セラミックフィルターは、無線機器等の中間周波数フィルターなどにも汎用されているが、中間周波数の典型である４５０ｋＨｚや４５５ｋＨｚなどの周波数帯では、Ｑ値が不十分となり、帯域幅を狭くすることできず、特に連続波変調の受信機などに適用することが難しかった。
【０００６】
一方、４５５ｋＨｚなどの比較的低い周波数帯における狭帯域なフィルターとして、水晶フィルターが用いられることがある。水晶フィルターは、非常に高いＱ値を持たせることができるため、この周波数帯の良好な狭帯域フィルターを構成することができる。
【０００７】
しかしながら、このような周波数帯に対して、厚みすべり振動を利用する水晶フィルターを適用すると、小型化することが難しく、また、ワイヤーマウント等の実装方法を採る必要があった。
【０００８】
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、小型で、かつ、狭帯域な周波数フィルターを構成することができる振動片を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１０】
［適用例１］
本発明にかかる複合音叉型振動片の一態様は、
Ｘ軸の方向に延在された支持梁と、
前記支持梁から前記Ｘ軸と直交するＹ軸の方向に突出して形成された複数の音叉型振動片と、
隣り合う前記音叉型振動片を連結し、前記支持梁と離間して形成された連結梁と、
を含み、
前記音叉型振動片は、基部および一対の振動腕を有し、
前記連結梁は、前記音叉型振動片の前記基部に連結されている。
【００１１】
このような複合音叉型振動片は、小型で、かつ、狭帯域な周波数フィルターを構成することができる。また、このような複合音叉型振動片は、音叉型振動片を含んでいるため、比較的低い周波数の信号に対する狭帯域で急峻な周波数フィルターを構成することができる。
【００１２】
［適用例２］
適用例１において、
前記音叉型振動片の前記振動腕の振動は、前記基部に漏出し前記基部を振動させ、
前記連結梁は、前記基部の振動を、隣り合う前記音叉型振動片の前記基部に伝搬させる、複合音叉型振動片。
【００１３】
このような複合音叉型振動片は、複数の音叉型振動片の間の機械的な結合を電気的な結合として利用するため、小型で、かつ、より狭帯域な周波数フィルターを構成することができる。
【００１４】
［適用例３］
適用例１または適用例２において、
前記支持梁、前記音叉型振動片、および前記連結梁は、水晶で一体的に形成された、複合音叉型振動片。
【００１５】
このような複合音叉型振動片は、適用例１または適用例２の特徴に加えて、さらに高いＱ値を有するため、通過帯域の損失を抑制することができる。また、このような複合音叉型振動片は、より温度特性に優れた周波数フィルターを構成することができる。
【００１６】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例において、
前記音叉型振動片を２つ含む、複合音叉型振動片。
【００１７】
このような複合音叉型振動片は、上記適用例の特徴に加えて、さらに狭帯域の周波数フィルターを構成することができる。
【００１８】
［適用例５］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例において、
前記音叉型振動片を３つ含む、複合音叉型振動片。
【００１９】
このような複合音叉型振動片は、上記適用例の特徴に加えて、さらに選択性の高い、急峻な周波数フィルターを構成することができる。
【００２０】
［適用例６］
適用例６において、
３つの前記音叉型振動片のうち、中央の前記音叉型振動片の共振周波数は、他の前記音叉型振動片の共振周波数と異なる、複合音叉型振動片。
【００２１】
このような複合音叉型振動片は、適用例６の複合音叉型振動片の特徴に加えて、通過帯域のリップルを減少させることができる。
【００２２】
［適用例７］
適用例１ないし適用例６のいずれか一例に記載の複合音叉型振動片を備え、
少なくとも１つの前記音叉型振動片を励振させる入力端子、および少なくとも１つの前記音叉型振動片の振動を検出する出力端子を有する、周波数フィルター。
【００２３】
このような周波数フィルターは、上述の適用例の複合音叉型振動片を備えるため、小型である。また、このような周波数フィルターは、複合音叉型振動片を含んでいるため、比較的低い周波数の信号に対して極めて急峻かつ狭帯域に動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態にかかる複合音叉型振動片１００を模式的に示す平面図。
【図２】実施形態にかかる複合音叉型振動片１００を模式的に示す平面図。
【図３】実施形態の複合音叉型振動片１００の等価回路の模式図。
【図４】実施形態の複合音叉型振動片１００の等価回路の模式図。
【図５】実施形態にかかる複合音叉型振動片２００を模式的に示す平面図。
【図６】実施形態にかかる複合音叉型振動片２００を模式的に示す平面図。
【図７】実施形態の複合音叉型振動片２００の等価回路の模式図。
【図８】実施形態の複合音叉型振動片２００の等価回路の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の好適な実施形態のいくつかについて、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。本発明にかかる複合音叉型振動片は、支持梁と、複数の音叉型振動片と、連結梁と、を含む。
【００２６】
１．第１実施形態
１．１．複合音叉型振動片
本実施形態にかかる複合音叉型振動片は、支持梁と、２つの音叉型振動片と、連結梁と、を含む。図１は、本実施形態の複合音叉型振動片１００を模式的に示す平面図である。図２は、複合音叉型振動片１００に電極および配線を形成した例を模式的に示す平面図である。
【００２７】
１．１．１．支持梁
支持梁１０は、図１に示すように、複合音叉型振動片１００の基体となる部位である。支持梁１０は、Ｘ軸の方向に延在している。支持梁１０の形状は、Ｘ軸の方向に延びる形状であれば特に限定されない。すなわち、支持梁１０の形状は、平面的に見て、Ｘ軸の方向の大きさよりも、Ｘ軸に直交するＹ軸の方向の大きさのほうが小さいかぎり限定されない。支持梁１０の形状は、図示の例では平面的に見て矩形の形状を有しているが、楕円形等であってもよいし、くびれ等を有していてもよい。支持梁１０の厚みは、２つの音叉型振動片２０を支持できる範囲であれば特に限定されない。
【００２８】
支持梁１０の機能としては、２つの音叉型振動片２０を構造的に支持すること、複合音叉型振動片１００をパッケージ等に固定する際の固定部となること、および、電気的接続のためのパッド等を形成する領域となること、の少なくとも一つが挙げられる。
【００２９】
支持梁１０の材質は、特に限定されないが、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料、ケイ酸ガラス等のガラス、シリコン、砒化ガリウム等の半導体材料、ステンレス鋼等の金属材料、各種のゴム、高分子材料等を挙げることができる。また、支持梁１０の材質は、各音叉型振動片２０の材質と同一の材質で形成されることができ、その場合には、支持梁１０および音叉型振動片２０は、一体的に形成されることができる。複合音叉型振動片１００では、支持梁１０および音叉型振動片２０は、いずれも水晶で一体的に形成されている。そのため、複合音叉型振動片１００は、高いＱ値を有する。
【００３０】
１．１．２．音叉型振動片
本実施形態の複合音叉型振動片１００は、２つの音叉型振動片２０を有する。各音叉型振動片２０は、いずれも全体として支持梁１０からＸ軸と直交するＹ軸の方向に突出するように設けられる。各音叉型振動片２０は、それぞれ、基部２２および一対の振動腕２４を有する。各音叉型振動片２０は、いずれも支持梁１０に基部２２が接続されている。各振動腕２４は、基部２２から支持梁１０と反対の方向（Ｙ軸の方向）に向かって延出している。
【００３１】
２つの音叉型振動片２０は、Ｘ軸の方向に間隔を有して配列される。２つの音叉型振動片２０の間の間隔は、適宜設計されることができるが、後述する連結梁３０によって振動の伝達（機械的な結合）ができる程度の大きさを有することが好ましい。
【００３２】
基部２２は、各音叉型振動片２０において、一対の振動腕２４を支持する基体となる部位である。基部２２の平面的な形状は特に限定されない。基部２２の厚みは限定されないが、支持梁１０の厚みと同じであれば、支持梁１０および音叉型振動片２０を一体的に形成する際の製造を容易化することができる。基部２２の機能としては、一対の振動腕２４を片持ち梁状に支持すること、連結梁３０と接続されることによって他方の音叉型振動片２０の基部２２に振動を供給すること、などが挙げられる。基部２２の材質は、特に限定されず、支持梁の項で述べたと同様とすることができる。また、基部２２の材質は、支持梁１０の材質と同一の材質で形成されることができ、そのような場合には、両者は一体的に形成されることができる。
【００３３】
振動腕２４は、基部２２から延出し、片持ち梁状に形成される。各音叉型振動片２０は、振動腕２４を２つずつ（一対ずつ）有する。振動腕２４は、いずれも基部２２からＹ軸の方向に沿って延設されている。
【００３４】
振動腕２４には、複数の電極２６が形成される。電極２６は、振動腕２４の表面に形成される。電極２６によって、振動腕２４に電界を印加することができる。これにより振動腕２４は、屈曲することができる。そして、与えられる電界の方向を交番させることによって、振動腕２４は、屈曲振動することができる。振動腕２４の屈曲振動の方向は、ＸＹ面内であってもＸＹ面外であってもよい。振動腕２４の屈曲振動の方向、各振動腕２４の振動の位相（一対の振動腕２４の接近、離間およびウォーク動作等）は、後述する振動の漏出を考慮して設計されることができる。
【００３５】
振動腕２４に設けられる電極２６の配置としては、振動腕２４を屈曲させることができるかぎり任意である。また、振動腕２４が水晶等の圧電材料で形成されている場合には、電極２６は、圧電材料の結晶軸の方向と、振動腕２４の屈曲方向などを考慮して適宜配置されることができる。
【００３６】
図２の例では、電極２６は、振動腕２４の表面側、両側面および裏面側に設けられている。電極２６は、１本の振動腕２４に対して少なくとも２つ設けられる。配線２８は、振動腕２４の表面側、裏面側および両側面に形成されることができる。配線２８は、振動腕２４の先端付近において、おもり部２９を兼ねていてもよい。おもり部２９は、振動腕２４の振動の周波数の調整に用いることができる。配線２８は、振動腕２４から基部２２に延設されている。
【００３７】
各音叉型振動片２０において、配線２８は、基部２２および支持梁１０に２本ずつ引き出されている。各配線２８を介して、各電極２６に適宜電圧信号を印加することができる。また、配線２８は、支持梁１０において、図示のようなパッド２７を有していてもよい。パッド２７は、ワイヤーボンディングの際のランドなどとして利用することができる。これにより、外部からの複合音叉型振動片１００への電気的な接続を容易化することができる。電極２６および配線２８の材質としては、たとえば、ＣｒおよびＡｕ等を挙げることができ、これらの積層構造としてもよい。
【００３８】
電極２６および配線２８によって外部から電圧信号が印加されることにより、少なくとも一方の音叉型振動片２０の一対の振動腕２４は、互いに接近、離間、または、ウォークするように屈曲振動することができる。音叉型振動片２０の機能の一つとしては、特定の入力周波数において共振することが挙げられる。複合音叉型振動片１００は、このような屈曲振動のモードで振動するため、厚みすべり振動モードを利用する場合と比べて、低い周波数に適用しやすく、かつ、小型化が可能である。
【００３９】
振動腕２４の材質は、特に限定されず、支持梁の項で述べたと同様とすることができる。また、振動腕２４の材質は、基部２２の材質と同一の材質で形成されることができ、そのような場合には、両者は一体的に形成されることができる。なお、振動腕２４が圧電性を有さない材質で形成された場合には、振動腕２４に、圧電素子等の構成を加えることにより、振動腕２４を振動させることができる。複合音叉型振動片１００の例では、支持梁１０および音叉型振動片２０が水晶で一体的に形成されているためＱ値が高く、周波数フィルターに適用したときには、損失の小さいフィルターとすることができる。
【００４０】
音叉型振動片２０の共振周波数は、振動腕２４の質量、長さおよび幅（形状）を変化させることによって変化させることができる。２つの音叉型振動片２０の共振周波数は、互いに近接していることが好ましい。たとえば、一方の音叉型振動片２０の共振周波数が４５５ｋＨｚである場合には、他方の音叉型振動片２０の共振周波数は、４５０ｋＨｚ以上、４６０ｋＨｚ以下であることが好ましい。２つの音叉型振動片２０の共振周波数を近接させることにより、たとえば、複合音叉型振動片１００を周波数フィルターに適用したときの通過帯域の選択性を高めることができる。
【００４１】
音叉型振動片２０の振動腕２４の振動は、基部２２に漏出させることができる。また、音叉型振動片２０の基部２２の振動は、音叉型振動片２０が支持される支持梁１０に漏出しにくいようにすることができる。これらの振動の漏出は、音叉型振動片２０の形状等の設計によって制御することができる。振動の漏出の制御は、音叉型振動片２０の各部位の総合的な設計に依存し、音叉型振動片２０全体の構造に依存する。そのため、一つの部位の設計変更によるのみでは、必ずしも所望の制御ができない場合がある。しかし、振動の漏出の制御の指標としては、以下のようなことが挙げられる。音叉型振動片２０の振動腕２４の振動を、基部２２へ漏出させるときは、たとえば、一対の振動腕２４の質量、長さ、幅（形状）、および形成される電極２６の配置などを互いに非対称にすることが有効である。一方、基部２２の振動を支持梁１０へ漏出させにくくするときは、たとえば、基部２２の質量、形状、貫通穴や切り欠きの有無などを変更することが有効である。本実施形態の各音叉型振動片２０は、振動腕２４の振動が基部２２へ漏出するように設計され、基部２２の振動が支持梁１０へ漏出しにくいように基部２２における支持梁１０との境界にくびれを形成することで振動の伝搬路が狭くなるように設計されている。振動腕２４の振動の基部２２への漏出量は、特に限定されないが、振動腕２４の共振状態を確保できる範囲で設計されることが好ましい。また、基部２２の振動の支持梁１０への漏出量は、小さいほど複合音叉型振動片１００のＱ値を高めることができる。
【００４２】
１．１．３．連結梁
連結梁３０は、２つの音叉型振動片２０のそれぞれの基部２２の間を架橋するように形成される。連結梁３０は、支持梁１０と離間して形成される。連結梁３０の形状は、特に限定されない。連結梁３０の機能の１つとしては、一方の基部２２の振動を他方に伝搬させることが挙げられる。これにより、複合音叉型振動片１００が有する２つの音叉型振動片２０の間に機械的な結合を生じさせることができる。
【００４３】
連結梁３０の材質は、特に限定されず、支持梁１０の項で述べたと同様とすることができる。また、連結梁３０の材質は、基部２２の材質と同一の材質で形成されることができ、この場合には、両者は一体的に形成されることができる。なお、音叉型振動片２０の基部２２および連結梁３０が一体的に形成されると、２つの音叉型振動片２０の間の機械的な結合をより効率的に生じさせることができる。また、連結梁３０は、基部２２のなかでも振動の大きい部位に連結されることがさらに好ましい。このようにすれば、２つの音叉型振動片２０の機械的な結合をより効率的に生じさせることができる。
【００４４】
複合音叉型振動片１００の例では、２つの音叉型振動片２０は、支持梁１０に対して同一方向に突出している。そのため、連結梁３０は、隣り合う音叉型振動片２０の基部２２を直線的に連結している。２つの音叉型振動片２０は、支持梁１０に対して互いに反対の方向に突出することもでき、この場合であっても、連結梁３０は、適宜変形されることによって音叉型振動片２０の基部２２間を互いに連結することができる。
【００４５】
１．２．複合音叉型振動片の動作
本実施形態の複合音叉型振動片１００は、支持梁１０と離間して形成され、かつ、２つの音叉型振動片２０の基部２２を架橋する連結梁３０を有している。そのため、２つの音叉型振動片２０の間に機械的な結合を生じさせることができる。以下、２つの音叉型振動片２０の間の機械的な結合と、電気的な結合について述べる。
【００４６】
１．２．１．機械的な結合
基部２２は、隣り合う音叉型振動片２０の基部２２に、連結梁３０によって機械的に接続されている。一方の基部２２は、振動腕２４の振動が漏出することによって振動することができる。同様に、他方の基部２２から一方の基部２２への振動の伝搬も可能である。したがって、２つの音叉型振動片２０は、それぞれの振動に相互作用を及ぼし合うことができる。本明細書では、このような振動の受け渡しが可能な状態のことを機械的に結合した状態という。
【００４７】
２つの音叉型振動片２０が機械的に結合する結果、各音叉型振動片２０の振動腕２４の振動は、互いに影響し合うことができる。これにより、独立した２つの音叉型振動片２０で形成される場合（連結梁３０がない場合）に比較して、周波数フィルターとした場合の通過帯域の急峻性などを向上させることができる。
【００４８】
１．２．２．電気的な結合
図３および図４は、本実施形態の複合音叉型振動片１００の等価回路の模式図である。以下、説明の便宜上、複合音叉型振動片１００の２つの音叉型振動片２０、および電極２６に電気的に接続された配線２８に対して、添え字ａ、ｂ，ｃ，ｄを付して説明する。
【００４９】
図２において、音叉型振動片２０ａには、電極２６ａおよび電極２６ｃが形成されている。電極２６ａは、配線２８ａに電気的に接続し、端子としてパッド２７ａが形成されている。電極２６ｃは、配線２８ｃに電気的に接続し、端子としてパッド２７ｃが形成されている。他方、音叉型振動片２０ｂには、電極２６ｂおよび電極２６ｃが形成されている。電極２６ｂは、配線２８ｂに電気的に接続し、端子としてパッド２７ｂが形成されている。音叉型振動片２０ｂにおいても、電極２６ｃは、配線２８ｃに電気的に接続し、端子としてパッド２７ｃが形成されている。そして、２つの音叉型振動片２０のパッド２７ｃは、配線２８ｄによって電気的に接続され、共通の端子を形成している。
【００５０】
このような複合音叉型振動片１００の等価回路を図３に示す。図３において、端子２ａ、端子２ｂおよび端子２ｃは、それぞれパッド２７ａ、パッド２７ｂおよびパッド２７ｃに対応している。図３において、等価回路１ａおよび等価回路１ｂは、それぞれ音叉型振動片２０ａおよび音叉型振動片２０ｂに対応している。そして２つの音叉型振動片２０の機械的な結合は、図３においてトランス３のように表現されている。
【００５１】
図４は、図３の等価回路をさらに近似したものであり、複合音叉型振動片１００が有する２つの音叉型振動片２０が電気的に結合された状態を表している。このような回路は、適宜な終端を行えば、周波数フィルターとして機能することができる。本実施形態の複合音叉型振動片１００は、連結梁３０によって、図４に示すコイル４（インダクタンス）のような電気的な結合が形成される。図４の等価回路が示すように、複合音叉型振動片１００は、二次のバンドパスフィルターとなっている。そのため、周波数フィルターとしたときに通過帯域の狭帯域化を実現することができる。
【００５２】
以上のように、本実施形態の複合音叉型振動片１００は、屈曲振動のモードで振動する音叉型振動片２０を有するため、たとえば、１０ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ以下の比較的低周波数の信号の周波数フィルターを小型に構成することができる。また、複合音叉型振動片１００は、周波数フィルター素子内で、接着剤による固定や、バンプ接合による固定によってマウントすることが容易である。そのため、ワイヤーマウント等のマウント方法を行うことが必ずしも必要では無く、周波数フィルターを小型に構成することができる。さらに、２つの音叉型振動片２０が連結梁３０によって機械的に結合されている結果、二次のバンドパスフィルターが形成されており、通過帯域が狭帯域な周波数フィルターを構成することができる。
【００５３】
２．第２実施形態
２．１．複合音叉型振動片
本実施形態にかかる複合音叉型振動片は、支持梁と、３つの音叉型振動片と、連結梁と、を含む。図５は、本実施形態の複合音叉型振動片２００を模式的に示す平面図である。図６は、複合音叉型振動片２００に電極および配線を形成した例を模式的に示す平面図である。本実施形態の複合音叉型振動片２００は、音叉型振動片２０を３つ有する点で第１実施形態の複合音叉型振動片１００と相違する。それ以外の部材等については、第１実施形態と同様であり、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５４】
２．１．１．支持梁
支持梁１０は、図５に示すように、複合音叉型振動片２００の基体となる部位である。本実施形態では、支持梁１０は、３つの音叉型振動片２０を支持できる限り特に限定されない。支持梁１０の機能としては、３つの音叉型振動片２０を構造的に支持すること、複合音叉型振動片２００をパッケージ等に固定する際の固定部となること、および、電気的接続のためのパッド等を形成する領域となること、の少なくとも一つが挙げられる。
【００５５】
支持梁１０の材質は、第１実施形態と同様である。複合音叉型振動片２００では、支持梁１０および３つの音叉型振動片２０は、いずれも水晶で一体的に形成されている。そのため、複合音叉型振動片２００は、高いＱ値を有する。
【００５６】
２．１．２．音叉型振動片
本実施形態の複合音叉型振動片２００は、３つの音叉型振動片２０を有する。各音叉型振動片２０は、いずれも、支持梁１０からＸ軸と直交するＹ軸の方向に突出するように設けられる。各音叉型振動片２０は、それぞれ、基部２２および一対の振動腕２４を有する。各音叉型振動片２０は、それぞれ支持梁１０に基部２２が接続されている。各振動腕２４は、基部２２から支持梁１０と反対の方向（Ｙ軸の方向）に向かって延出している。
【００５７】
３つの音叉型振動片２０は、Ｘ軸の方向に間隔を有して配列される。２つの音叉型振動片２０の間の間隔は、適宜設計されることができるが、後述する連結梁３０によって振動の伝達（機械的な結合）ができる程度の大きさを有することが好ましい。また、３つの音叉型振動片２０が配列した際の、隣り合う音叉型振動片２０の間の間隔は、均一でも異なっていてもよい。隣り合う音叉型振動片２０の間の間隔は、周波数フィルターの選択性や急峻性を調節するために設計されることができる。
【００５８】
各音叉型振動片２０の基部２２および振動腕２４の構成、機能、材質等は、第１実施形態と同様である。また、各音叉型振動片２０における電極２６、配線２８についても第１実施形態と同様である。複合音叉型振動片２００の例では、各音叉型振動片２０の基部２２および支持梁１０に、振動腕２４の電極２６に電気的に接続する配線２８が２本ずつ引き出されている。各配線２８を介して、各電極２６に電圧信号を印加することができる。支持梁１０において、配線２８は、図示のようなパッド２７を有していてもよい。
【００５９】
３つの音叉型振動片２０の共振周波数は、互いに近接していることが好ましい。たとえば、１つの音叉型振動片２０の共振周波数が４５５ｋＨｚである場合には、他の音叉型振動片２０の共振周波数は、４５０ｋＨｚ以上、４６０ｋＨｚ以下であることが好ましい。３つの音叉型振動片２０の共振周波数を近接させることにより、たとえば、複合音叉型振動片２００を周波数フィルターに適用したときの選択性を高めることができる。
【００６０】
複合音叉型振動片２００においては、３つの音叉型振動片２０のうち、両端に配置された２つの音叉型振動片２０の共振周波数を近接させ、中央に配置される音叉型振動片２０の共振周波数を、両端の音叉型振動片２０の共振周波数と異なるようにすることができる。中央の音叉型振動片２０の共振周波数は、両端に配置された２つの音叉型振動片２０の共振周波数よりも大きくても小さくてもよい。このとき、中央の音叉型振動片２０の共振周波数は、たとえば両端に配置された２つの音叉型振動片２０の共振周波数の９０％以上、１１０％以下とすることができる。このようにすれば、通過帯域が狭帯域の周波数フィルターを構成できるとともに、通過帯域におけるリップルを低減することができる。
【００６１】
音叉型振動片２０の振動腕２４の振動が、基部２２に漏出される点、および基部２２の振動の支持梁１０への漏出を抑制する点については、第１実施形態と同様である。基部２２の振動の支持梁１０への漏出量は、小さいほど複合音叉型振動片１００のＱ値を高めることができる。
【００６２】
２．１．３．連結梁
連結梁３０は、３つの音叉型振動片２０のそれぞれの基部２２の間を架橋するように形成される。複合音叉型振動片２００では、連結梁３０は、音叉型振動片２０を２つずつ連結し、２つの連結梁３０によって、３つの音叉型振動片２０が直列的に連結されている。両端に位置する音叉型振動片２０は、互いに直接的には結合されていないが、両端に位置する音叉型振動片２０を直接接続する連結梁３０が形成されていてもよい（図示せず）。連結梁３０は、いずれも支持梁１０と離間して形成されている。連結梁３０の形状は、第１実施形態と同様である。また、第１実施形態と同様に、連結梁３０の機能としては、連結する２つの音叉型振動片２０の基部２２を機械的に結合させることが挙げられる。すなわち、連結梁３０の機能としては、１つの基部２２の振動を他に伝搬させることが挙げられる。これにより、複合音叉型振動片２００が有する３つの音叉型振動片２０の間に機械的な結合を生じさせることができる。
【００６３】
連結梁３０の材質は、第１実施形態と同様である。なお、音叉型振動片２０の基部２２および連結梁３０が一体的に形成されると、各音叉型振動片２０の間の機械的な結合をより効率的に生じさせることができる。
【００６４】
複合音叉型振動片２００の例では、３つの音叉型振動片２０は、支持梁１０に対して同一方向に突出している。そのため、連結梁３０は、隣り合う音叉型振動片２０の基部２２を直線的に連結している。音叉型振動片２０は、支持梁１０に対して反対の方向に突出することもでき、この場合であっても、連結梁３０は、適宜変形されることによって３つの音叉型振動片２０の基部２２を互いに連結することができる。
【００６５】
２．２．複合音叉型振動片の動作
本実施形態の複合音叉型振動片２００は、支持梁１０と離間して形成され、かつ、３つの音叉型振動片２０の基部２２を架橋する２つの連結梁３０を有している。そのため、３つの音叉型振動片２０の間に機械的な結合を生じさせることができる。以下、３つの音叉型振動片２０の間の機械的な結合と、電気的な結合について述べる。
【００６６】
２．２．１．機械的な結合
基部２２は、隣り合う音叉型振動片２０の基部２２に、連結梁３０によって機械的に接続されている。一方の基部２２は、振動腕２４の振動が漏出することによって振動することができ、この振動を他方の基部２２に伝搬させることができる。同様に、他方の基部２２から一方の基部２２への振動の伝搬も可能である。したがって、３つの音叉型振動片２０は、それぞれの振動に相互作用を及ぼし合うことができる。これにより、独立した３つの音叉型振動片２０で形成される場合（連結梁３０がない場合）に比較して、周波数フィルターとした場合の通過帯域の急峻性などを向上させることができる。
【００６７】
２．２．２．電気的な結合
図７および図８は、本実施形態の複合音叉型振動片２００の等価回路の模式図である。以下、説明の便宜上、複合音叉型振動片２００の２つの音叉型振動片２０、および電極２６に電気的に接続された配線２７に対して添え字ａ、ｂ、ｃ、ｄ，ｅ，ｆ，ｇを付して説明する。
【００６８】
図６において左側の音叉型振動片２０ａには、電極２６ａおよび電極２６ｂが形成されている。電極２６ａは、配線２８ａに電気的に接続し、端子としてパッド２７ａが形成されている。電極２６ｂは、配線２８ｂに電気的に接続し、端子としてパッド２７ｂが形成されている。中央の音叉型振動片２０ｃには、電極２６ｃおよび電極２６ｄが形成されている。電極２６ｃは、配線２８ｃに電気的に接続し、端子としてパッド２７ｃが形成されている。電極２６ｄは、配線２８ｄに電気的に接続し、端子としてパッド２７ｃを配線２８ｃと共有している。図６の右側の音叉型振動片２０ｃにおいては、電極２６ｅおよび電極２６ｆが形成されている。電極２６ｅは、配線２８ｅに電気的に接続し、端子としてパッド２７ｅが形成されている。電極２６ｆは、配線２８ｆに電気的に接続し、端子としてパッド２７ｆが形成されている。そして、両端の音叉型振動片２０ａおよび音叉型振動片２０ｂのパッド２７ｂおよびパッド２７ｅは、中央の音叉型振動片２０ｃのパッド２７ｃに配線２８ｇによって電気的に接続され、共通の端子を形成している。
【００６９】
このような複合音叉型振動片２００の等価回路を図７に示す。図７において、端子２ａ、端子２ｃおよび端子２ｆは、それぞれパッド２７ａ、パッド２７ｃおよびパッド２７ｆに対応している。図７において、等価回路１ａ、１ｂ、１ｃは、それぞれ音叉型振動片２０ａ、２０ｂ、２０ｃに対応している。そして３つの音叉型振動片２０の機械的な結合は、図７における２つのトランス３のように表現できる。
【００７０】
図８は、図７の等価回路をさらに近似したものであり、複合音叉型振動片２００が有する３つの音叉型振動片２０の電気的な結合を表している。このような回路は、適宜な終端を行えば、周波数フィルターとして機能することができる。本実施形態の複合音叉型振動片２００は、連結梁３０によって、図８に示すコイル４のような電気的な結合が形成される。図８に示すように、複合音叉型振動片２００は、三次のバンドパスフィルターとなっているため、周波数フィルターとしたときにさらに良好な狭帯域化が実現できる。
【００７１】
以上のように、本実施形態の複合音叉型振動片２００は、屈曲振動のモードで振動する音叉型振動片２０を有するため、１０ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ以下の比較的低周波数の信号の周波数フィルターを小型に構成することができる。また、複合音叉型振動片２００は、周波数フィルター素子内で、接着剤による固定や、バンプ接合による固定によってマウントすることが容易である。そのため、ワイヤーマウント等のマウント方法を行う必要が無く周波数フィルターを小型に構成することができる。さらに、３つの音叉型振動片２０が連結梁３０によって機械的に結合されている結果、三次のバンドパスフィルターが形成されており、通過帯域がさらに狭帯域な周波数フィルターを構成することができる。
【００７２】
３．その他の実施形態
上述の第１実施形態および第２実施形態では、複合音叉型振動片が２つおよび３つの音叉型振動片を有する場合について述べた。本発明にかかる複合音叉型振動片は、さらに多くの音叉型振動片を含むことができる。このような実施形態においても、小型で、かつ、高いＱ値、狭帯域で急峻な通過帯域を有する周波数フィルターを実現することができる。
【００７３】
なお、複数の音叉型振動片２０は、直列に機械的に結合され、両端に入力端子および出力端子を形成することができる。複数の音叉型振動片２０の結合は、このような接続に限定されず、たとえば、両端以外の音叉型振動片２０に入力端子を形成し、他の音叉型振動片２０に出力端子を形成するなどしてもよい。また、音叉型振動片２０を並列に結合すること、機械的な結合を分岐すること、などの変形も可能である。
【００７４】
４．周波数フィルター
本発明にかかる周波数フィルターは、上述した本発明の複合音叉型振動片を備え、少なくとも１つの音叉型振動片を励振させる入力端子、および少なくとも１つの音叉型振動片の振動を検出する出力端子を有する。
【００７５】
以下、本発明の周波数フィルターが第１実施形態で述べた複合音叉型振動片１００を含む場合について、図２および図６に基づいて説明する。
【００７６】
入力端子は、外部から信号を入力する端子である。入力端子に入力された信号は、複数の音叉型振動片の少なくとも１つを励振する。本実施形態の周波数フィルターの入力端子は、図２の複合音叉型振動片１００のパッド２７ａに電気的に接続されている。入力信号によって励振された音叉型振動片２０ａの振動は、連結梁によって機械的、電気的に連結された音叉型振動片２０ｂに伝搬して、音叉型振動片２０ｂを振動させる。
【００７７】
出力端子は、外部に信号を出力する端子である。出力端子から取り出される信号は、複数の音叉型振動片の少なくとも１つの振動によって得られる。本実施形態の周波数フィルターの入力端子は、図２の複合音叉型振動片１００のパッド２７ｂに電気的に接続されている。上述のように、音叉型振動片２０ｂの振動は、音叉型振動片２０ｂの圧電性と適宜配置された電極２６ｂ、電極２６ｃによって、電気信号に変換されてパッド２７ｂに信号を生じる。このようにして、入力端子から入力された入力信号は、複合音叉型振動片１００の各音叉型振動片２０によってろ波される。そして、ろ波された信号を出力信号として出力端子から出力することができる。
【００７８】
図６に示すように、複合音叉型振動片１００を用いた周波数フィルターは、２ポール型のフィルターを構成することができる。周波数フィルターに複合音叉型振動片２００を用いる場合（図８参照）には、３ポール型のフィルターを構成することができる。
【００７９】
本実施形態の周波数フィルターは、入力端子、出力端子の他に、接地端子など他の端子を備えることができる。たとえば、図６の例では、端子２ｃを接地端子とすることができる。このようにすれば、周波数フィルターの動作を安定化することができる。
【００８０】
また、周波数フィルターは、パッケージの形態を採ることができる。すなわち、周波数フィルターは、パッケージ内に複合音叉型振動片を納めて構成することができる。そして、パッケージ内を減圧状態にすることができる。このようにすれば、複合音叉型振動片のＱ値をさらに高めることができ、通過帯域の損失をより低減することができる。パッケージとしては、セラミックパッケージ、ガラスパッケージなどを例示することができる。
【００８１】
以上のように、本実施形態の周波数フィルターは、複合音叉型振動片１００を有するため、１０ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ以下の比較的低周波数の信号を急峻かつ狭帯域にろ波することができる。
【００８２】
以上実施形態および変形例で述べた変形は、単独あるいは複数を互いに組み合わせて、実施形態の圧電デバイスに対して適用することができる。これにより各変形の単独の効果または各変形の組み合わせによる相乗的な効果を得ることができる。
【００８３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００８４】
１ａ，１ｂ，１ｃ…等価回路、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｆ…端子、３…トランス、
４…コイル、１０…支持梁、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…音叉型振動片、
２２…基部、２４…振動腕、
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ…電極、
２７，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｅ，２７ｆ…パッド、
２８，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ，２８ｆ，２８ｇ…配線、
２９…おもり部、３０…連結梁、１００，２００…複合音叉型振動片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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