(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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おいて同一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の側面とを有する積層型圧電体と、
前記積層型圧電体の第１〜第４の側面の少なくとも１つの側面において第１の端面側に寄せられて形成された入力電極と、
前記積層型圧電体の第１〜第４の側面の少なくとも１つの側面において第２の端面側に寄せられて形成された出力電極とを備え、
前記積層型圧電体の第１〜第４の側面の少なくとも１つの側面に形成された、アース電極と、
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、
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、異なる次数のモードであって、隣接する３つの高次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第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタと、
第１，第２の圧電フィルタが上面に搭載されたケース基板とを備え、
第１，第２の圧電フィルタが縦属接続されており、かつ前記第１，第２の圧電フィルタのアース電極同士が第１，第２の圧電フィルタの入力電極同士及び出力電極同士よりも近接するように配置されている、マルチモード圧電フィルタ装置。
【請求項２】
前記異なる次数の３つのモードが、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に記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置。
【請求項３】
前記異なる次数の３つのモードの振動が、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に記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置。
【請求項４】
前記積層型圧電体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材とをさらに備える、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装置。
【請求項５】
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おいて同一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の側面とを有する積層型圧電体と、
前記積層型圧電体の第１の側面において第１の端面側に寄せられて形成された入力電極と、
前記積層型圧電体の第１の側面において第２の端面側に寄せられて形成された出力電極と、
前記積層型圧電体の第１の側面とは反対側の第２の側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、
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、異なる次数のモードであって、隣接する３つの高次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おり、
前記積層型圧電体の第１，第２の端面の外側に設けられており、かつ前記積層型圧電体の音響インピーダンス値Ｚ1よりも低い音響インピーダンス値Ｚ2を有する第１，第２の反射層と、
前記第１，第２の反射層の外側に設けられており、前記第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の材料からなる第１，第２の保持部材と、
前記出力電極または入力電極と前記アース電極との間に接続されるように前記第１及び／または第２の保持部材に構成されたコンデンサユニットとをさらに備え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。
【請求項６】
前記コンデンサユニットが、前記保持部材の対向し合う一対の外表面に形成された一対の容量電極を有する、請求項５に記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
【請求項７】
前記コンデンサユニットが、前記保持部材内において、保持部材層を介して重なり合うように配置された複数の内部電極を有する、請求項５に記載の縦結合型マルチモード圧電フィルタ。
【請求項８】
前記異なる次数の３つのモードが、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５〜７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装置。
【請求項９】
前記異なる次数の３つのモードの振動が、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５〜７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装置。
【請求項１０】
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５〜９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と、該圧電フィルタを囲むように前記ケース基板に固定されているキャップ材とを備える電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば帯域フィルタとして用いられる圧電フィルタに関し、より詳細には、圧電縦効果による振動の高調波を用いた縦結合型のマルチモード圧電フィルタ装置、縦結合型マルチモード圧電フィルタ及び該圧電フィルタを収納してなる電子部品に関する。
【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１８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１９（ａ）に示す対称モードと、図１９（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】
他方、圧電フィルタにおいては、十分大きな減衰量を得るために、複数のフィルタ素子を接続した方法も広く用いられている。図２０に示すように、圧電フィルタ装置２１１では、基板２１２上に、第１，第２の圧電フィルタ素子２１３，２１４が実装されている。圧電フィルタ素子２１３と圧電フィルタ素子２１４とは同一の構造を有する。
【００１２】
しかしながら、フィルタ素子２１３とフィルタ素子２１４との間の距離が近い場合には、図２０の矢印Ａで略図的に示すように、フィルタ素子２１３，２１４の入出力間に発生する浮遊容量により、減衰量が劣化するという問題があった。従って、フィルタ素子２１３，２１４をあまり近づけて配置することができなかった。よって、フィルタ装置全体の寸法が大きくならざるを得なかった。
【００１３】
他方、大きな減衰量を得る他の方法として、図２１に示すように、中継容量を備えた圧電フィルタも提案されている。図２１に示す圧電フィルタ２２１では、圧電基板に第１，第２のエネルギー閉じ込め型の圧電共振部２２２，２２３が構成されている。圧電共振部２２２，２２３間に、中継容量を構成するために、容量電極２２４，２２５が圧電基板を介して対向するように構成されている。図２２は、図２１に示した圧電フィルタ２２１の回路構成を示す図である。
【００１４】
ここでは、容量電極２２４，２２５により、図２２に示す中継容量Ｃが構成されている。しかしながら、圧電フィルタ２２１を構成する圧電基板が分極されているため、容量電極２２４，２２５が形成されている圧電基板部分において圧電効果により所望でない振動が生じ、スプリアスが発生するという問題があった。
【００１５】
さらに、容量電極２２４，２２５が対向している部分において、圧電基板が分極されていないように、圧電基板を部分的に分極する方法も知られている。しかしながら、圧電基板を部分分極した場合には、圧電基板にクラックが生じる恐れがあった。
【００１６】
本発明の目的は、広帯域であり、かつ減衰量が十分大きく、さらに小型化が容易であり、所望でないスプリアスの発生を抑制し得るマルチモード圧電フィルタ装置、マルチモード圧電フィルタ及び該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にある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る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または励振電極と平行な方向において同一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の側面とを有する積層型圧電体と、前記積層型圧電体の第１〜第４の側面の少なくとも１つの側面において第１の端面側に寄せられて形成された入力電極と、前記積層型圧電体の第１〜第４の側面の少なくとも１つの側面において第２の端面側に寄せられて形成された出力電極とを備え、前記積層型圧電体の第１〜第４の側面の少なくとも１つの側面に形成された、アース電極と、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、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、異なる次数のモードであって、隣接する３つの高次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第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタと、第１，第２の圧電フィルタが上面に搭載されたケース基板とを備え、第１，第２の圧電フィルタが縦属接続されており、かつ前記第１，第２の圧電フィルタのアース電極同士が第１，第２の圧電フィルタの入力電極同士及び出力電極同士よりも近接するように配置されていることを特徴とする。
【００１８】
第１の発明に係るマルチモード圧電フィルタ装置において用いられる３つのモードは特に限定されないが、本発明のある特定の局面では、圧電縦効果を利用した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、圧電縦効果を利用した厚み縦振動の高調波が用いられる。
【００１９】
第１の発明に係る圧電フィルタ装置の他の特定の局面では、前記積層型圧電体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材とがさらに備えられる。この場合には、積層型圧電体から反射層に伝搬した振動が、反射層と保持部材との界面で反射されるため、積層型圧電体の振動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。従って、積層型圧電体の振動モードの制約が少ない。
【００２０】
第２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、かつ励振電極に直交する方向または励振電極と平行な方向において同一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の側面とを有する積層型圧電体と、前記積層型圧電体の第１の側面において第１の端面側に寄せられて形成された入力電極と、前記積層型圧電体の第１の側面において第２の端面側に寄せられて形成された出力電極と、前記積層型圧電体の第１の側面とは反対側の第２の側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、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、異なる次数のモードであって、隣接する３つの高次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おり、前記積層型圧電体の第１，第２の端面の外側に設けられており、かつ前記積層型圧電体の音響インピーダンス値Ｚ1よりも低い音響インピーダンス値Ｚ2を有する第１，第２の反射層と、前記第１，第２の反射層の外側に設けられており、前記第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の材料からなる第１，第２の保持部材と、前記出力電極または入力電極と前記アース電極との間に接続されるように前記第１及び／または第２の保持部材に構成されたコンデンサユニットとをさらに備えることを特徴とする。
【００２１】
上記コンデンサユニットは様々な形態で構成され得る。第２の発明のある特定の局面では、前記コンデンサユニットが、前記保持部材の対向し合う一対の外表面に形成された一対の容量電極を有する。
【００２２】
また、第２の発明の他の特定の局面では、前記コンデンサユニットが、前記保持部材内において、保持部材層を介して重なり合うように配置された複数の内部電極を有する。
【００２３】
また、第２の発明に係る圧電フィルタにおいても、使用する３つのモードは特に限定されないが、ある特定の局面では、圧電縦効果を利用した長さ振動モードの高調波が用いられ、別の特定の局面では、圧電縦効果を利用した厚み縦振動の高調波が用いられる。
【００２４】
本発明に係る電子部品は、第２の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が、前記ケース基板上に搭載されており、かつ該圧電フィルタを囲むようにケース基板にキャップ材が固定されている構造を有する。
【００２５】
【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。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施例としての縦結合型のマルチモード圧電フィルタ装置を示す斜視図である。
マルチモード圧電フィルタ装置１は、ケース基板２を有する。ケース基板２は絶縁性材料からなる。ケース基板２の上面には、入力電極３、出力電極４及びアース電極５が形成されている。入力電極３とアース電極５とに接続されるように、第１のマルチモード圧電フィルタ６が導電性接着剤８ａ，８ｃにより入力電極３及びアース電極５に電気的に接続かつ機械的に固定される。また、第２のマルチモード圧電フィルタ７が、導電性接着剤９ａ，９ｃにより、出力電極４とアース電極５とに電気的に接続されかつ機械的に固定される。なお、圧電フィルタ６，７はケース基板上において縦属接続されている。また、第１のマルチモード圧電フィルタ６と第２のマルチモード圧電フィルタ７とは、中継部に形成した導電性接着剤８ｂ，９ｂによって接続されている。
【００２７】
圧電フィルタ６，７を囲むように、キャップ材１０がケース基板２の上面に固定される。
圧電フィルタ６と圧電フィルタ７とは同じ構造を有する。図２を参照して、圧電フィルタ６の詳細を説明する。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、マルチモード圧電フィルタ６は、積層型圧電体１１を有する。積層型圧電体１１には、その長さ方向と直交する方向に延びるように励振電極１２〜２５が形成されている。励振電極１２，２５は、圧電体１１の端面１１ａ，１１ｂにそれぞれ形成されている。また、励振電極１３〜２４は、内部電極の形態で形成されている。
【００２９】
積層型圧電体１１の端面１１ａ，１１ｂの外側には、反射層３１，３２が形成されており、反射層３１，３２の外側面に、保持部材３３，３４が形成されている。反射層３１，３２及び保持部材３３，３４は、積層型圧電体１１と同じ横断面形状を有する。
【００３０】
積層型圧電体１１は、横断面が矩形の棒状の形状を有し、かつ端面１１ａ，１１ｂを結ぶ上面１１ｃ及び下面１１ｄ並びに側面１１ｅ（他方の側面は図示されず）を有する。上面１１ｃ、下面１１ｄ及び側面１１ｅが、本発明の第１〜第３の側面を構成しており、図示されていない側面が第４の側面を構成している。
【００３１】
第１の側面としての上面１１ｃ上には、端面１１ａ側に寄せられて、入力電極２６が形成されており、かつ第２の端面１１ｂ側に寄せられて出力電極２７が形成されている。また、第１の側面とは反対側の第２の側面としての下面１１ｄ上にはアース電極２８が形成されている。
【００３２】
上面１１ｃ上には、複数の絶縁性材料２９が付与されており、下面１１ｄ上においても、複数の絶縁性材料３０が付与されている。
【００３３】
図２（ｂ）に一部が示されているように、絶縁性材料２９，３０は、励振電極１２〜２５を入出力電極２６，２７及びアース電極２８に選択的に電気的に接続するために設けられている。
【００３４】
すなわち、励振電極１３，１５，１７は、入力電極２６に接続されており、第１のグループの励振電極を構成している。励振電極１３，１５，１７とアース電極２８との電気的接続を防止するために、絶縁性材料３０がそれぞれ、励振電極１３，１５，１７の下端を被覆するように設けられている。同様に、出力電極２７に接続されている第２のグループの励振電極２０，２２，２４とアース電極２８との電気的接続を遮断するために、励振電極２０，２２，２４の下端が絶縁性材料３０により覆われている。
【００３５】
他方、励振電極１２，１４，１６，１８，１９，２１，２３，２５は第３のグループの励振電極を構成しており、アース電極２８に電気的に接続されている。励振電極１２，１４，１６，１８，１９，２１，２３，２５と入力電極２６及び出力電極２７との電気的接続を遮断するために、絶縁性材料２９がこれらの励振電極の上端を被覆するように上面１１ｃ上に設けられている。
【００３６】
異なる電位に接続される励振電極間の圧電体層、例えば励振電極１２と励振電極１３とで挟まれた圧電体層は、積層型圧電体１１の長さ方向に分極処理されている。
【００３７】
本実施例では、積層型圧電体１１を構成する圧電材料として、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスが用いられており、その音響インピーダンス値Ｚ1は、３．４×１０7（ｋｇ／ｍ2・Ｓ）である。
【００３８】
他方、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１．８７×１０6（ｋｇ／ｍ2・Ｓ）である。また、保持部材３３，３４は、本実施例では、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Ｚ3は３．４×１０7（ｋｇ／ｍ2・Ｓ）である。
【００３９】
反射層３１，３２を構成する材料は、その音響インピーダンス値Ｚ2が、圧電体１１を構成する圧電材料及び保持部材３３，３４を構成する材料の音響インピーダンス値Ｚ1，Ｚ3よりも小さい限り、特に限定されない。
【００４０】
また、保持部材３３，３４を構成する材料についてもその音響インピーダンスＺ3が、反射層３１，３２の音響インピーダンスＺ2よりも大きい限り、特に限定されず、セラミックス以外の絶縁性材料で構成されてもよい。
【００４１】
図１に戻り、マルチモード圧電フィルタ装置１では、上記のようにして構成されている圧電フィルタ６と、圧電フィルタ６と同じように構成された圧電フィルタ７とがケース基板２上に固定される。この場合、圧電フィルタ６のアース電極２８と、圧電フィルタ７のアース電極２８とが対向するように圧電フィルタ６，７が配置されている。言い換えれば、圧電フィルタ６，７のアース電極同士が、圧電フィルタ６，７の入出力電極同士よりも近接するように配置されている。そのため、以下の具体的な実験例から明らかなように、減衰量の拡大が図られる。
【００４２】
次に、圧電フィルタ装置１の動作につき説明する。
図３は、圧電フィルタ６を動作させた場合に励振される対称モード（実線）及び反対称モード（破線）を示す図である。図３から明らかなように、マルチモード圧電フィルタ６では、対称モードとして１２倍波が強く励振され、かつ反対称モードでは１１倍波及び１３倍波が強く励振される。すなわち、マルチモード圧電フィルタ６では、圧電縦効果を利用した長さ振動モードの１１倍波〜１３倍波が効率よく励振される。圧電フィルタ６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。
【００４３】
図４は、圧電フィルタ６のフィルタ波形を示す図である。図４から明らかなように、中心周波数１１ＭＨｚの広帯域のフィルタ特性が得られていることがわかる。
【００４４】
マルチモード圧電フィルタ６では、利用しようとする３つのモードの周波数は、複数の高次モードの次数の比だけ離れている。前述した従来の横結合マルチモードフィルタでは、各モードの周波数は一対の励振電極間の間隔に依存していた。これに対して、マルチモード圧電フィルタ６では、各モードの周波数は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、帯域幅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、圧電フィルタ６では、容易に帯域幅の拡大を図ることができる。
【００４５】
さらに、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大きくならないという問題があった。フィルタの減衰量は、入力−アース電位間の容量ＣI-Gと、入力電極と出力電極との間の容量ＣI-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程、減衰量は大きくなる。
【００４６】
圧電フィルタ６では、入力電極２６及び出力電極２７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１８，１９が配置されているため、入力電極−出力電極間の容量が著しく小さくされ得る。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。
【００４７】
なお、圧電フィルタ６では、積層型圧電体１１は長さ振動モードの高調波で振動する。従って、積層型圧電体１１はエネルギー閉じ込め型の圧電振動子ではないため、積層型圧電体１１を機械的に保持すると、保持により特性か損なわれる。
【００４８】
そこで、本実施例では、反射層３１，３２が端面１１ａ，１１ｂの外側に形成されており、さらに保持部材３３，３４が反射層３１，３２の外側に連結されている。圧電体１１、反射層３１，３２及び保持部材３３，３４の音響インピーダンスＺ1〜Ｚ3が上記のように選ばれているため、圧電体１１から伝搬してきた振動が反射層３１，３２と保持部材３３，３４との界面において反射される。従って、振動エネルギーは、界面間の中央の領域に閉じ込められることになる。よって、圧電フィルタ６では、保持部材３３，３４において機械的に保持したとしても、その特性に影響が生じ難い。これを図５及び図６に示す。
【００４９】
図５は圧電フィルタ６を固定することなく測定されたインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を示し、図６は、保持部材３３，３４において圧電フィルタ６を機械的に保持して特性を測定した場合のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を示す。なお、図５及び図６において実線が位相−周波数特性を、破線がインピーダンス−周波数特性を示す。
【００５０】
図６を図５と比較すれば明らかなように、保持部材３３，３４において圧電フィルタ６を機械的に保持したとしても、共振特性が損なわれないことがわかる。従って、図１に示すように、導電性接着剤８ａ，８ｂ，８ｃ，９ａ，９ｂ，９ｃを用い、保持部材３３，３４の外表面に至っている部分において、入出力電極２６，２７またはアース電極２８を入力電極３，出力電極４及びアース電極５にそれぞれ電気的に接続し、かつ機械的に接合したとしても、圧電フィルタ６，７の特性は損なわれ難い。
【００５１】
図１に戻り、本実施例のマルチモード圧電フィルタ装置１では、上記のような広帯域かつ減衰量の大きなマルチモード圧電フィルタ６，７が用いられている。すなわち、２素子のマルチモード圧電フィルタ６，７が縦属接続されているため、より一層減衰量の拡大が図られる。
【００５２】
さらに、マルチモード圧電フィルタ６，７のアース電極２８同士が対向するように圧電フィルタ６，７が配置されているため、それによって減衰量のより一層の拡大が図られる。これを、図７〜図９を参照して説明する。
【００５３】
図７は、本実施例のマルチモード圧電フィルタ装置のフィルタ特性を示す図である。図８は、上記実施例とは異なり、圧電フィルタ６，７の入力電極２６同士及び出力電極２７同士が向かい合わせに対向するように配置することを除いては上記実施例と同様にして構成された圧電フィルタ装置において、２素子のフィルタ６，７間の距離Ｗを変化させた場合の減衰量の変化を示す。図８において、２つのフィルタ６，７間の距離Ｗが０．５ｍｍ以下である場合、上記実施例と同様であるが、減衰量は上記実施例に比べて小さくなることがわかる。
【００５４】
図９は、上記実施例において、フィルタ６，７間の距離Ｗを変化させた場合の減衰量の変化を示す。図９を図８と比較すれば明らかなように、本実施例では、アース電極２８同士が対向されて配置されているため、フィルタ６，７間の距離Ｗを小さくした場合であっても、減衰量が十分な大きさとされ得ることがわかる。
【００５５】
なお、上記実施例では、厚み縦振動の１１倍波〜１３倍波を利用したマルチモード圧電フィルタ６，７を用いた例を示したが、この高調波の次数は所望とするフィルタの通過帯域によって自由に選択すればよい。
【００５６】
また、異なる電位に接続される励振電極間の圧電体層の厚みについても、均一にする必要は必ずしもない。すなわち、部分的に圧電体層の厚みを異ならせ、それによってスプリアスとなる次数のモードの励振効率を低下させることができる。
【００５７】
図１０は、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装置を説明するための分解斜視図である。第１の実施例では、圧電縦効果を利用した長さ振動モードの高調波を用いた圧電フィルタが使用されていたが、本発明においては、他の振動モードを利用した圧電フィルタを用いてもよい。
【００５８】
図１０に示す圧電フィルタ装置５１では、圧電縦効果を利用した厚み縦振動の高調波が用いられている。すなわち、ケース基板５２上に、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マルチモード圧電フィルタ５６，５７が搭載される。ケース基板５２上には、入力電極５３、出力電極５４及びアース電極５５が形成されている。圧電フィルタ５６，５７は、導電性接着剤５８ａ，５８ｂにより入力電極５３、出力電極５４に電気的に接続され、かつ機械的に固定される。なお、アース電極５５は、圧電フィルタ５６，５７のアース電極（後述）と図示されていない導電性接着剤で接合されている。さらに、５６は接続電極であり、圧電フィルタ６，７を接続するために設けられている。
圧電フィルタ５６と圧電フィルタ５７とは同じように構成されている。
【００５９】
図１１（ａ）〜（ｄ）を参照して、圧電フィルタ５６の詳細を説明する。
図１１に示すように、マルチモード圧電フィルタ５６は、積層型圧電体６１を有する。積層型圧電体６１は、対向し合う第１，第２の端面６１ａ，６１ｂを有する。端面６１ａ，６１ｂを結ぶ矢印Ｐで示す方向に圧電体６１が分極処理されている。端面６１ａ，６１ｂ上には、励振電極６２，７５が形成されている。また、圧電体６１内には、内部電極の形態で、励振電極６３〜７４が形成されている。励振電極６２〜７５は、圧電体層を介して重なり合うように配置されている。また、励振電極６３，６５，６７が、第１の側面６１ｃに引き出されており、第１の側面６１ｃ上において、端面６１ａ側に寄せられて形成された入力電極７６に電気的に接続されている。また、第２のグループの励振電極７０，７２，７４が側面６１ｃに引き出されて、出力電極７７に電気的に接続されている。出力電極７７は、側面６１ｃ上において端面６１ｂ側に寄せられて形成されている。第３のグループの励振電極６２，６４，６６，６８，６９，７１，７３，７５は、側面６１ｄに形成されたアース電極７８に電気的に接続されている。
【００６０】
励振電極６２〜７５が圧電体層を介して重なり合っている部分は、圧電体６１の中央部分に限定されている。従って、本実施例では、異なる電位に接続された励振電極間に挟まれた圧電体層、例えば励振電極６２と励振電極６３とで挟まれた圧電体層は、圧電縦効果を利用した厚み縦振動で励振され、かつ厚み縦振動モードの高調波が励振電極６２，６３が対向している圧電体層部分に閉じ込められる。
【００６１】
上記圧電フィルタ５６を動作させた場合、対称モードでは、図１１（ｂ）に示す厚み縦振動の１２倍波が効率よく励振され、反対称モードでは、図１１（ｃ）及び（ｄ）にそれぞれ示す厚み縦振動の高調波の１１倍波及び１３倍波が効率よく励振される。
【００６２】
従って、圧電フィルタ５６においては、１１倍波〜１３倍波が結合されて、フィルタ特性が得られる。
本実施例では、圧電フィルタ５６，５７は、上記のようにエネルギー閉じ込め型のマルチモード圧電フィルタとして構成されている。従って、エネルギー閉じ込め型であるため、振動エネルギーは励振電極６２〜７５が対向している部分に閉じ込められている。よって、側面６１ｃ，６１ｄを利用して、ケース基板５２に固定したとしても、フィルタ特性が影響を受け難い。
【００６３】
本実施例においても、第１の実施例と同様に、通過帯域に応じて利用しようとする高調波の次数を選択することにより、帯域幅を容易に調整することかできる。また、本実施例においても、図１０に示されているように、圧電フィルタ５６，５７のアース電極７８同士が対向するように配置されているため、帯域外減衰量を十分な大きさとすることができる。
【００６４】
図１２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装置を説明するための分解斜視図である。
【００６５】
第３の実施例のマルチモード圧電フィルタ装置８１では、ケース基板８２上に、マルチモード圧電フィルタ８６，８７が搭載される。ケース基板８２には、入力電極８３、出力電極８４及びアース電極８５が形成されている。また、導電性接着剤８８ａ，８８ｂにより、圧電フィルタ８６，８７が入力電極８３、出力電極８４に電気的に接続される。なお、アース電極８５と圧電フィルタ８６，８７との電気的接続のための導電性接着剤は図示されていない。また、８９は圧電フィルタ８６，８７を縦属接続するための接続電極を示す。
【００６６】
図１３に示すように、圧電フィルタ８６は、積層型圧電体９１を有する。積層型圧電体９１内には、図１３に右の方に略図的に示す励振電極９２，９３が圧電体層を介して重なり合うようにかつ交互に形成されている。圧電体９１の上面９１ａ及び下面９１ｂが、第１，第２の端面を構成している。第１の側面９１ｃ及び第３の側面９１ｅのコーナー部分には、上面９１ａ側に寄せられて入力電極９４が、下面９１ｂ側に寄せられて出力電極９５が形成されている。
【００６７】
他方、第１の側面９１ｃと第４の側面９１ｆとのコーナー部分には、アース電極９６が高さ方向の全長に渡って形成されている。なお、９１ｄは第２の側面を示す。
【００６８】
図１４に、圧電フィルタ９１における電極接続構造を模式的に示す。
本実施例では、圧電体９１は厚み方向に分極処理されている。従って、１０層の圧電体が異なる電位に接続されている励振電極間に挟まれて構成されているため、圧電フィルタ８６では、厚み縦振動の高調波として、対称モードでは、１０倍波が、反対称モードでは１１倍波及び１３倍波が強く励振される。本実施例では、励振電極９２，９３が圧電体９１の端面９１ａ，９１ｂと平行な面において、中央部分においてのみ圧電体層を介して対向されている。従って、振動エネルギーが圧電体９１の中央部分に閉じ込められる。このように、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する場合、その励振電極の形状は適宜変更され得る。
【００６９】
また、第３の実施例では、中心部分においてのみ励振電極９２，９３が圧電体層を介して対向している形状を有するため、入力電極９４、出力電極９５及びアース電極９６への電気的接続のための電極構造の自由度が高められ、かつ圧電フィルタ９１の機械的強度が高められる。従って、高周波化に容易に対応することができる。
【００７０】
第３の実施例においても、図１２に示すように、圧電フィルタ８６，８７のアース電極９６同士が近接されて配置されているため、第１の実施例と同様に、減衰量を十分な大きさとすることができる。
【００７１】
図１５は、本発明の第４の実施例に係るマルチモード圧電フィルタを示す斜視図である。マルチモード圧電フィルタ１０１は、第２の発明の実施例である。
マルチモード圧電フィルタ１０１は、細長い矩形板状の積層型の圧電体１０２を有する。圧電体１０２の端面１０２ａには励振電極１０３が形成されている。第２の端面１０２ｂには、励振電極１１６が形成されている。また、励振電極１０４〜１１５が内部電極の形態で形成されている。励振電極１０３〜１１６は、圧電体の横断面の全領域に至るように形成されている。もっとも、励振電極１０３〜１１６は、横断面形状の一部の領域にのみ形成されていてもよい。
【００７２】
第１の実施例で用いられた圧電フィルタ６と同様に、第１の側面としての上面には、端面１０２ａ側に寄せられて入力電極１１７が形成されており、端面１０２ｂ側に寄せられて出力電極１１８が形成されている。また、第２の側面としての下面には、アース電極１１９が形成されている。
【００７３】
圧電体１０２の上面及び下面には、それぞれ、複数の絶縁性材料１２０，１２１が付与されている。絶縁性材料１２０は、励振電極１０４，１０６，１０８，１１１，１１３，１１５をアース電極１１９と電気的に絶縁するために設けられている。同様に、絶縁性材料１２１は、励振電極１０３，１０５，１０７と、入力電極１１７と電気的に絶縁するために、並びに励振電極１０９，１１０，１１２，１１４，１１６を出力電極１１８と電気的に絶縁するために設けられている。
【００７４】
圧電体１０２は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなり、長さ方向に分極処理されている。
従って、上記入力電極１１７とアース電極１１９との間に交流電圧を印加した場合、圧電体１０２が長さ振動モードで振動される。従って、第１の実施例のマルチモード圧電フィルタ６と同様に、圧電縦効果を利用して、長さ振動モードの高調波が効率よく励振され、より具体的には、１１倍波〜１３倍波が効率よく励振され、かつこれらが結合されてフィルタ帯域が得られる。
【００７５】
圧電フィルタ１０１の積層型圧電体１０２は、上記のように、マルチモード圧電フィルタ６とほぼ同様に構成されている。
本実施例においても、圧電体１０２の端面１０２ａ，１０２ｂの外側には、反射層３１，３２及び保持部材３３，３４が設けられている。反射層３１，３２及び保持部材３３，３４は、マルチモード圧電フィルタと同様に構成されている。
【００７６】
従って、マルチモード圧電フィルタ１０１においても、保持部材３３，３４において機械的に保持した場合、フィルタ特性が損なわれ難い。
本実施例の特徴は、上記圧電フィルタ１０１において、一方の保持部材３３において容量電極１１７ａ，１１９ａが形成されていることにある。容量電極１１７ａ，１１９ａは、それぞれ、入力電極１１７及びアース電極１１９の一端を延長するようにして形成されている。容量電極１１７ａ，１１９ａが保持部材３３の上面及び下面を介してある程度の面積で対向されている。従って、容量電極１１７ａ，１１９ａ間において、中継容量が構成されている。
【００７７】
よって、本実施例では、上記中継容量の存在により、減衰量の拡大が図られる。また、本実施例では、上記中継容量は、保持部材３３を用いて構成されており、保持部材３３は分極処理されていない。従って、中継容量を構成したとしても、所望でないスプリアスが生じ難い。
【００７８】
よって、第４の実施例によれば、広帯域であり、様々な帯域幅を容易に設定でき、かつ減衰量が大きく、所望でないスプリアスが発生し難い、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。
【００７９】
マルチモード圧電フィルタ１０１では、保持部材３３の上面及び下面に容量電極１１７ａ，１１９ａを構成することにより中継容量が形成されていたが、図１６に示すように、保持部材３３に、内部電極１２１，１２２を形成することにより中継容量を構成してもよい。内部電極１２１は、入力電極１１７に電気的に接続されており、内部電極１２２はアース電極１１９に電気的に接続されている。また、絶縁性材料１２３，１２４により、内部電極１２１，１２２が、アース電極１１９及び入力電極１１７にそれぞれ電気的に接続されないように構成されている。
【００８０】
このように、中継容量は、保持部材３４の一部に内部電極１２１，１２２を形成することにより構成してもよく、それによって保持部材３３の寸法を、図１５に示した実施例に比べて小さくすることができる。
【００８１】
また、図１７に示すように、保持部材３３において、複数の内部電極１３１〜１３４を、交互に保持部材３３の上面３３ａまたは下面３３ｂに引き出されるように形成し、それによって積層コンデンサ型の中継容量部を構成してもよい。
【００８２】
なお、第１〜第４の実施例及び変形例において、圧電体の外表面に絶縁性材料を形成せずに、図１７に示した中継容量部と同様に、励振電極の一端が接続されてはならない入力電極、出力電極またはアース電極に接触しないように形成してもよく、その場合には、圧電性材料１９，２０を省略することができる。
【００８３】
【発明の効果】
第１の発明に係るマルチモード圧電フィルタ装置では、第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタにおいて、圧電縦効果を利用して励振された異なる次数のモードの振動を結合することによりそれぞれフィルタ特性が得られる。従って、広帯域であり、減衰量の大きなフィルタ特性を容易に得ることができる。のみならず、第１，第２の圧電フィルタのアース電極同士が、第１，第２の圧電フィルタの入出力電極同士よりも近接するように配置されているため、それによっても減衰量の拡大が図られる。
【００８４】
よって、第１の発明によれば、広帯域であり、かつ大きな帯域外減衰量を得ることができる、マルチモード圧電フィルタを提供することができる。
【００８５】
第２の発明に係るマルチモード圧電フィルタでは、第１の発明のマルチモード圧電フィルタと同様に、圧電縦効果を利用して励振された異なる次数のモードの振動が結合され、それによってフィルタ特性が得られるため、広帯域化及び大きな帯域外減衰量を得ることができる。しかも、積層型の圧電体の第１，第２の端面の外側に第１，第２の反射層及び第１，第２の保持部材が設けられているため、圧電体から伝搬してきた振動が反射層と保持部材との界面で反射される。よって、保持部材において、機械的に保持したとしても、フィルタ特性が損なわれ難い。そして、この保持部材において、中継容量を構成するコンデンサユニットが構成されているため、さらに大きな帯域外減衰量を得ることができる。
【００８６】
従来の圧電フィルタでは、中継容量が圧電基板に構成されていたため、中継容量部が圧電効果により振動し、所望でないスプリアスが発生したが、第２の発明では、保持部材は圧電体で構成される必要がないため、所望でないスプリアスの発生も効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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装置を説明するための分解斜視図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施例で用いられるマルチモード圧電フィルタの外観を示す斜視図及び部分切欠縦断面図。
【図３】図２に示したマルチモード圧電フィルタを実装させた場合に励振される対称モード及び反対称モードを示す図。
【図４】図２に示したマルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図５】図２に示したマルチモード圧電フィルタを機械的に保持しない場合のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を示す図。
【図６】図２に示したマルチモード圧電フィルタを保持部材において機械的に保持した場合のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を示す図。
【図７】第１の実施例のマルチモード圧電フィルタ装置のフィルタ特性を示す図。
【図８】入出力電極同士を向かい合わせて第１，第２のマルチモード圧電フィルタを配置した構成において、第１，第２のマルチモード圧電フィルタ間の距離Ｗを変化させた場合の減衰量の変化を示す図。
【図９】第１の実施例において、第１，第２のマルチモード圧電フィルタ間の距離Ｗを変化させた場合の減衰量の変化を示す図。
【図１０】第２の実施例に係るマルチモード圧電フィルタ装置を説明するための分解斜視図。
【図１１】（ａ）は第２の実施例で用いられるマルチモード圧電フィルタの外観を示す斜視図、（ｂ）〜（ｄ）は、励振される１２倍波、１１倍波及び１３倍波を略図的に示す図。
【図１２】第３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分解斜視図。
【図１３】第３の実施例で用いられるマルチモード圧電フィルタを説明するための略図的斜視図。
【図１４】図１３に示したマルチモード圧電フィルタの電極構造を模式的に示す正面断面図。
【図１５】第４の実施例に係るマルチモード圧電フィルタを示す斜視図。
【図１６】図１５に示したマルチモード圧電フィルタの変形例を示す斜視図。
【図１７】図１５に示したマルチモード圧電フィルタのさらに他の変形例を示す斜視図。
【図１８】従来の二重モード圧電フィルタを示す正面断面図。
【図１９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１８に示した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的断面図。
【図２０】従来の圧電フィルタ装置の一例を説明するための斜視図。
【図２１】従来の圧電フィルタの他の例を示す斜視図。
【図２２】図２１に示した圧電フィルタの回路構成を示す図。
【符号の説明】
１…マルチモード圧電フィルタ装置
２…ケース基板
３…入力電極
４…出力電極
５…アース電極
６，７…第１，第２のマルチモード圧電フィルタ
８ａ〜８ｄ…導電性接着剤
１１…圧電体
１１ａ，１１ｂ…第１，第２の端面
１１ｃ…上面（第１の側面）
１１ｄ…下面（第２の側面）
１２ｅ…側面
１２〜２５…励振電極
２６…入力電極
２７…出力電極
２８…アース電極
３１，３２…反射層
３３，３４…保持部材
５１…マルチモード圧電フィルタ装置
５２…ケース基板
５６，５７…第１，第２のマルチモード圧電フィルタ
６１ａ…第１の端面
６１ｂ…第２の端面
６１ｃ…第１の側面
６１ｄ…第３の側面
６１ｅ…第４の側面
６２，７５…励振電極
７６…入力電極
７７…出力電極
７８…アース電極
８１…マルチモード圧電フィルタ装置
８２…ケース基板
８６，８７…第１，第２のマルチモード圧電フィルタ
９１…圧電体
９１ａ，９１ｂ…第１，第２の端面
９２，９３…励振電極
９４…入力電極
９５…出力電極
９６…アース電極
１０１…マルチモード圧電フィルタ
１０２…圧電体
１０２ａ，１０２ｂ…端面
１０２ｃ…上面（第３の側面）
１０２ｄ…下面（第４の側面）
１０２ｅ…側面
１０３〜１１６…励振電極
１１７…入力電極
１１７ａ，１１９ａ…容量電極
１１８…出力電極
１１９…アース電極
１２１，１２２…内部電極
１３１〜１３４…内部電極
【図１】
0003922096.tif 000002
【図２】
0003922096.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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