(57)【要約】【課題】単一の素子で２素子と同等のフィルタ特性を実現できる圧電フィルタを提供する。【解決手段】圧電基板１の厚み方向中央層にアース電極２を形成し、両主面にアース電極２と部分的に対向しかつ相互には対向しない入力電極３と出力電極４とを形成する。圧電基板１の両主面に、中央層のアース電極２と対向し、かつ主面方向における入力電極３と出力電極４との中間領域にアース電極５，６を形成する。そのため、厚み縦振動の２倍波であってかつ３重モードを励振させることができ、従来のような２重モードのフィルタ素子を２個用いなければ得られなかった減衰量や選択度などのフィルタ特性を、１素子で実現できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み縦振動モードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電フィルタであって、圧電基板の厚み方向中央層にアース電極を形成し、このアース電極の一部に対向させて圧電基板の一方主面に入力電極を形成し、上記アース電極の他部に対向させるとともに上記入力電極と対向しないように圧電基板の他方主面に出力電極を形成した圧電フィルタにおいて、
上記圧電基板の一方主面に、中央層のアース電極と圧電基板を介して対向し、かつ少なくとも一部が主面方向における入力電極と出力電極との中間領域に位置するアース電極が形成され、
上記圧電基板の他方主面に、中央層のアース電極と圧電基板を介して対向し、かつ少なくとも一部が主面方向における入力電極と出力電極との中間領域に位置するアース電極が形成されていることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項２】
上記一方主面のアース電極および他方主面のアース電極は、上記入力電極および出力電極と圧電基板を介して対向しない位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電フィルタ。
【請求項３】
上記一方主面のアース電極および他方主面のアース電極は、主面方向における入力電極と出力電極との中央位置に形成され、
上記一方主面のアース電極および他方主面のアース電極は、入力電極および出力電極に比べて、主面上での幅寸法が短く形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電フィルタ。
【請求項４】
上記出力電極と圧電基板を介して対向する圧電基板の一方主面上と、上記入力電極と圧電基板を介して対向する圧電基板の他方主面上との少なくとも一方に、ダミー電極が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電フィルタ、特にエネルギー閉じ込め型厚み縦振動の２倍波を利用した圧電フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特公平６−１０３８２２号公報
【特許文献２】特許第３１７５１１６号公報
従来、携帯電話などの移動体通信機器やＦＭラジオの中間周波段フィルタとして、圧電フィルタが広く用いられている。
圧電フィルタには、厚み縦振動の基本波を用いたエネルギー閉じ込め型の２重モード素子が上記用途には多く使用される。２重モードとは、対称モードの基本波（Ｓ0 モード）と斜対称モードの基本波（Ａ0 モード）とを用いたものである。
【０００３】
図８は厚み縦振動の基本波を用いた２重モード圧電フィルタ素子の一例であり、圧電基板１０の一方主面には入力電極１２と出力電極１３とが間隔をあけて形成され、他方主面には入力電極１２および出力電極１３と圧電基板１０を間にして対向する位置にアース電極１４が形成されている。しかしながら、このようなフィルタ１素子では、減衰量や選択度などの必要なフィルタ特性が得られない。
【０００４】
必要なフィルタ特性を得るため、２つのフィルタ素子を中継容量を介して縦列接続してなる圧電フィルタが広く用いられている。
図９はその圧電フィルタの回路の一例であり、第１のフィルタ素子１５の出力部１５ａと第２のフィルタ素子１６の入力部１６ａとを接続し、相互に接続された第１のフィルタ素子１５の出力部１５ａおよび第２のフィルタ素子１６の入力部１６ａと、アース部１５ｂ，１６ｂとの間に中継容量１７を接続したものである。中継容量１７は、２つのフィルタ素子１５，１６をマッチングさせるために設けられる。
このように、基本波でかつ２重モードを利用した圧電フィルタでは、２個のフィルタ素子１５，１６と中継容量１７とが必要となるため、小型化が困難になるとともに、構造が複雑になり、コスト低減に限界があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１には、図１０に示すように、厚み縦振動モードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電フィルタであって、圧電基板２０の厚み方向中央層にアース電極２１を形成し、このアース電極２１の一部に対向させて圧電基板２０の一方主面に入力電極２２を形成し、上記アース電極２１の他部に対向させるとともに上記入力電極２２と対向しないように圧電基板２０の他方主面に出力電極２３を形成した圧電フィルタが提案されている。
また、特許文献２には、特許文献１と同様な構造の圧電フィルタであって、出力電極と圧電基板を介して対向する圧電基板の一方主面上と、入力電極と圧電基板を介して対向する圧電基板の他方主面上との少なくとも一方に、ダミー電極が形成された圧電フィルタが提案されている。
【０００６】
これらの圧電フィルタは、従来より広範囲の圧電材料の中から圧電基板用材料を選択でき、かつ素子厚みを薄くすることなく使用周波数を２倍にできるので、基板強度が増し、製造や加工が容易になるという利点がある。また、入出力電極２２，２３間にアース電極２１が配置され、入出力間を電気的にシールドしているので、入出力間のストレー容量を小さくでき、阻止帯域における減衰量を大きくできる利点がある。
しかしながら、いずれの圧電フィルタも２倍波でかつ２重モードを利用したものであり、単一の素子では選択度など所望のフィルタ特性を得ることができなかった。そのため、基本波を用いた２重モード素子と同様に、２個のフィルタ素子を使用しなければならなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、単一の素子で２素子と同等のフィルタ特性を実現できる圧電フィルタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、厚み縦振動モードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電フィルタであって、圧電基板の厚み方向中央層にアース電極を形成し、このアース電極の一部に対向させて圧電基板の一方主面に入力電極を形成し、上記アース電極の他部に対向させるとともに上記入力電極と対向しないように圧電基板の他方主面に出力電極を形成した圧電フィルタにおいて、上記圧電基板の一方主面に、中央層のアース電極と圧電基板を介して対向し、かつ少なくとも一部が主面方向における入力電極と出力電極との中間領域に位置するアース電極が形成され、上記圧電基板の他方主面に、中央層のアース電極と圧電基板を介して対向し、かつ少なくとも一部が主面方向における入力電極と出力電極との中間領域に位置するアース電極が形成されていることを特徴とする圧電フィルタを提供する。
【０００９】
本発明では、圧電基板の両主面に、中央層のアース電極と対向しかつ少なくとも一部が主面方向における入力電極と出力電極との中間領域に位置するアース電極を形成している。これらアース電極の存在により、Ｓモードの基本波（Ｓ0 ）とＡモードの基本波（Ａ0 ）との他に、Ｓモードの二次波（Ｓ1 ）を発生させることができる。つまり、厚み縦振動の２倍波でかつ３重モードを励振させることができる。
その結果、従来のような２重モードのフィルタ素子を２個用いなければ得られなかった減衰量および選択度などのフィルタ特性を、１素子で実現することが可能となり、小型化とコスト低減とを実現できる。さらに、２素子で構成する場合には、マッチング用の中継容量が必要であったが、本発明では１素子で構成されるので、マッチング用の中継容量が不要となり、さらなる小型化と低コスト化を実現できる。
【００１０】
請求項２のように、一方主面のアース電極および他方主面のアース電極を、入力電極および出力電極と圧電基板を介して対向しない位置に形成するのがよい。
主面のアース電極の一部が入力電極および出力電極と対向していても、厚み縦振動の２倍波でかつ３重モードを励振させることは可能であるが、励振効率が低下する。これに対し、表裏主面のアース電極を入力電極及び出力電極と対向しない位置に形成すれば、励振効率が向上し、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００１１】
請求項３のように、一方主面のアース電極および他方主面のアース電極を、主面方向における入力電極と出力電極との中央位置に形成し、一方主面のアース電極および他方主面のアース電極を、入力電極および出力電極に比べて、主面上での幅寸法を短く形成してもよい。
上記のように本発明の圧電フィルタは、Ｓモードの基本波（Ｓ0 ）、Ａモードの基本波（Ａ0 ）、Ｓモードの二次波（Ｓ1 ）の３つのモードを同時に励振させるが、両主面の中央部のアース電極の幅が広いと、Ａ0 モードの中央部の電荷をキャンセルしてしまうため、Ａ0 モードが抑えられる。そこで、両主面のアース電極の幅を入，出力電極より幅狭とすることで、Ａ0 モードを効果的に励振させることができる。
【００１２】
請求項４のように、出力電極と圧電基板を介して対向する圧電基板の一方主面上と、入力電極と圧電基板を介して対向する圧電基板の他方主面上との少なくとも一方に、ダミー電極を形成してもよい。
ダミー電極を形成することで、質量負荷効果によるエネルギー閉じ込め効果を改善することができ、Ｑ（共振の強さ）を大きくできる。そのため、圧電フィルタの挿入損失が低減される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明にかかる圧電フィルタの第１実施形態を示す。
この圧電フィルタは、長方形板状の圧電セラミックス焼成体である圧電基板１を備えており、この圧電基板１は矢印Ｐで示すように全体にわたって厚み方向に分極処理が施されている。圧電基板１の厚み方向中央層には、アース電極２が形成されており、圧電基板１の表主面にはアース電極２の片方のほぼ半面と対向する入力電極３が形成され、裏主面にはアース電極２の他方のほぼ半面と対向する出力電極４が形成されている。エネルギー閉じ込め型厚み縦振動を励振するため、アース電極２および入，出力電極３，４は圧電基板１の主面より小さい面積を有し、圧電基板１の端縁まで至らないように設けられている。
なお、入力電極３および出力電極４は、アース電極２に対しては対向するが、互いに対向しない位置関係であればよく、同一面積である必要はない。
【００１４】
圧電基板１の表主面の中央部にはアース電極２と対向する表側アース電極５が形成され、裏主面の中央部にもアース電極２と対向する裏側アース電極６が形成されている。アース電極５，６の少なくとも一部は、主面方向における入力電極３および出力電極４の中間領域（図１の範囲Ｓで示す）に位置していることが必要である。この実施形態のアース電極５，６は、圧電基板１の中央部であって、互いに対向する位置に設けられており、入力電極３および出力電極４とは対向していない。また、アース電極５，６の幅Ｗ２は、Ａ0 モードの中央部の電荷をキャンセルしないように、入，出力電極３，４より細幅に形成されているが、互いに同一幅である必要はない。
例えば、入力電極３および出力電極４の圧電基板１の長辺方向の幅寸法Ｗ１が０．４ｍｍの場合、アース電極５，６の幅寸法Ｗ２は０．１〜０．１５ｍｍ程度に設定されている。
なお、図３には裏面に設けられた電極４，６が投影図として記載されている。
【００１５】
中央層のアース電極２は、細幅の引出電極２ａを介して圧電基板１の長辺側の２辺に引き出されており、入力電極３の引出電極３ａは圧電基板１の短辺側の１辺に引き出され、出力電極４の引出電極４ａは入力電極３の引出電極３ａと反対側の短辺側の１辺に引き出されている。さらに、表側アース電極５の引出電極５ａおよび裏側アース電極６の引出電極６ａは、アース電極２の引出電極２ａと同一位置へ引き出されている。アース電極２，５，６の各引出電極２ａ，５ａ，６ａは、圧電基板１の端面に形成された電極（図示せず）によって相互に接続されている。
なお、各電極２〜６の引出電極２ａ〜６ａの位置は図３に示されたものに限るものではない。例えば、入力電極３の引出電極３ａと出力電極４の引出電極４ａを、圧電基板１の長辺側の１辺または２辺に引き出してもよい。
【００１６】
上記のように圧電基板１の厚み方向中央層にアース電極２が形成されているので、基本波の１／２の波長を有する２倍波振動を励振できる。そして、入，出力電極３，４は、圧電基板１の表裏主面の互いに対向しない位置に対称的に配置されているので、図２に示すように、対称モード（Ｓ0 モード）と斜対称モード（Ａ0 モード）とが励振され、さらに表裏主面の中央部にアース電極５，６が存在するので、対称モードの二次振動（Ｓ1 モード）も励振される。その結果、厚み縦振動の２倍波でかつ３重モードを励振できる。
【００１７】
図４は本発明にかかる圧電フィルタ（図１参照）と、従来の圧電フィルタ（図９参照）とのフィルタ特性を示す。
図５は、比較のために、２倍波の２重モード素子（図１０参照）を１個用いたフィルタ特性を示す。
表１は、基本波を用いた２重モード２素子特性（図９参照）と、２倍波を用いた２重モード１素子特性（図１０参照）と、２倍波を用いた３重モード１素子特性（本発明）との３ｄＢ帯域幅、２０ｄＢ帯域幅および（２０ｄＢ帯域幅）／（３ｄＢ帯域幅）を比較したものである。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
図４から明らかなように、本発明による圧電フィルタでは２倍波かつ３重モードを使用しているため、中心周波数より低周波域における減衰量は−６０ｄＢ程度あり、図９に示す圧電フィルタとほぼ同様の大きな減衰量が得られていることがわかる。また、選択度を表す１つの指標として、（２０ｄＢ帯域幅）／（３ｄＢ帯域幅）で比較すると、本発明品は従来品（図９）とほぼ同様の選択度を実現できていることがわかる。
したがって、従来では２個の２重モードフィルタ素子と中継容量とを用いなければ得られなかった減衰量および選択度などのフィルタ特性を、１素子で実現することが可能となった。その結果、小型化とコスト低減とを実現できるとともに、構造を簡素化できた。
なお、従来の圧電フィルタ（図９参照）と同一の圧電材料を用いて本発明の圧電フィルタを構成すると、帯域幅が広くなるが、狭帯域用の圧電材料を使用することで、従来と同様の帯域幅を得ることができた。
これに対し、図１０に示す圧電フィルタの場合、２倍波かつ２重モードを使用しているため減衰量は大きいが、図５，表１から明らかなように、選択度が悪く、１素子では所望のフィルタ特性が得られないことがわかる。なお、圧電材料は本発明と同一の圧電材料を用いたものである。
【００２０】
図６，図７は本発明にかかる圧電フィルタの第２実施形態を示す。
この圧電フィルタは、図１〜図３に示す圧電フィルタにおいて、出力電極４と圧電基板１を介して対向する一方主面上と、入力電極３と圧電基板１を介して対向する他方主面上とに、ダミー電極７，８をそれぞれ形成したものである。なお、ダミー電極７，８のいずれか一方を省略することもできる。
この実施形態では、ダミー電極７，８を形成することで、その質量負荷効果によって電極構造の対称性が高められ、エネルギー閉じ込め効果を改善することができ、Ｑ（共振の強さ）を大きくできる。よって、圧電フィルタの挿入損失が低減される。
【００２１】
本発明は上記実施形態のものに限らない。
例えば  表裏主面のアース電極５，６を互いに主面方向にずらして設けてもよい。この場合には、表側のアース電極５が裏側の出力電極４と一部で対向し、裏側のアース電極６が表側の入力電極３と一部で対向するが、厚み縦振動の２倍波でかつ３重モードを励振できる。
上記実施例では、圧電基板１が長方形状の例を示したが、正方形状など他の形状であってもよいことは勿論である。同様に、各電極２〜６の形状も四角形に限らず、厚み縦振動を励振できる形状であれば、円形や半円形など如何なる形状でもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に係る発明によれば、圧電基板の厚み方向中央層にアース電極を形成し、両主面にアース電極と部分的に対向しかつ相互には対向しない入，出力電極を形成した圧電フィルタにおいて、圧電基板の両主面に、中央層のアース電極と対向し、かつ主面方向における入力電極と出力電極との中間領域にアース電極を形成したので、厚み縦振動の２倍波であってかつ３重モードを励振させることができる。その結果、従来のような２重モードのフィルタ素子を２個用いなければ得られなかった減衰量や選択度などのフィルタ特性を、１素子で実現することが可能となり、小型で低コストの圧電フィルタを実現できる。また、マッチング用の中継容量も不要となるので、さらなる小型化と低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる圧電フィルタの第１実施形態の構造図である。
【図２】図１に示す圧電フィルタの振動モードを示す図である。
【図３】図１に示す圧電フィルタの分解斜視図である。
【図４】図１に示す圧電フィルタと従来の圧電フィルタ（図９）とのフィルタ特性の比較図である。
【図５】従来の他の圧電フィルタ（図１０）のフィルタ特性図である。
【図６】本発明にかかる圧電フィルタの第２実施形態の構造図である。
【図７】図６に示す圧電フィルタの分解斜視図である。
【図８】従来のフィルタ素子の構造図である。
【図９】従来の圧電フィルタにおける回路図である。
【図１０】従来の他のフィルタ素子の構造図である。
【符号の説明】
１            圧電基板
２            アース電極（中央層）
３            入力電極
４            出力電極
５            アース電極（表側）
６            アース電極（裏側）
【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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【図９】
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【図１０】
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