(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を備え、
前記第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタが縦続接続されており、かつ
前記第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタで利用されるモードの次数と、第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタで利用されるモードの次数とが異なっている、縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置。
【請求項２】
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を備え、
前記第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタが縦続接続されており、かつ
前記第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタの寸法が、第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタと異ならされている、縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置。
【請求項３】
前記第１縦結合型マルチモード圧電フィルタの幅寸法が、第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタの幅寸法と異なっている、請求項２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】
前記第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタの長さ寸法が、第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置の長さ寸法と異なっている、請求項２または３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】
第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタに縦続接続されている、少なくとも１つの縦結合型マルチモード圧電フィルタをさらに備える、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装置。
【請求項６】
前記異なる次数の振動モードが、圧電縦効果を利用した長さ振動モードの高調波であり、請求項１〜５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７】
前記異なる次数のモードが、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１〜５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８】
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１〜７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】
前記第１及び／または第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタの積層型圧電体において、積層型圧電体の少なくとも１つの側面に溝が形成されており、該溝の両側に一対の縦結合型マルチモード圧電フィルタ部が一体に構成されている、請求項１〜８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】
請求項１〜９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装置と、
該縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置が搭載されるケース基板と、
前記ケース基板に接合されており、前記縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置を囲むように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、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装置及び電子部品に関する。
【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２１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２２（ａ）に示す対称モードと、図２２（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装置は、圧電縦効果を利用して励振された振動モードの高調波を利用したものである。
【００１３】
すなわち、第１の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置は、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を備え、前記第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタが縦続接続されており、かつ前記第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタで利用されるモードの次数と、第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタで利用されるモードの次数とが異なっている。
【００１４】
また、第２の発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置は、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を備え、前記第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタが縦続接続されており、かつ前記第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタの寸法が、第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタと異ならされていることを特徴とする。
【００１５】
第２の発明の縦結合型マルチモード圧電フィルタでは、上記第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタ及び第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタの寸法は、幅寸法が異ならされていてもよく、あるいは長さ寸法が異ならされていてもよく、その双方が異ならされていてもよい。さらに、幅寸法及び長さ寸法以外の寸法が異なっていてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る縦結合型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縦続接続されている少なくとも１つの縦結合型マルチモード圧電フィルタがさらに備えられていてもよい。すなわち、本発明では、３以上の縦結合型マルチモード圧電フィルタが縦続接続されていてもよい。
【００１７】
本発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置で利用される振動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、上記異なる次数の振動モードは圧電縦効果を利用した長さ振動モードの高調波であり、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である。
【００１８】
本発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、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播した振動が、反射層と保持部材との界面で反射される。従って、振動エネルギーが反射層と保持部材との界面までの領域に閉じ込められることになるため、フィルタ特性に影響を与えることなく保持部材を用いて、圧電フィルタ装置を機械的に保持することができる。
【００１９】
本発明に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、前記第１及び／または第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタにおいて、積層型圧電体の少なくとも１つの側面に溝が形成されており、該溝の両側に一対の縦結合型マルチモード圧電フィルタ部が構成されている。この場合には、第１及び／または第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタが一対の縦結合型マルチモード圧電フィルタ部を接続した二素子型の圧電フィルタとされているため、より大きな減衰量を得ることができる。
【００２０】
本発明に係る電子部品は、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装置と、該縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置が搭載されるケース基板と、ケース基板に接合されており、縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置を囲むようにケース基板に固定されているキャップ材とを備える。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施例に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置を説明するための斜視図である。図１に示すように、縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置４１では、ケース基板４２上に、２個の縦結合型マルチモード圧電フィルタ１，１Ａが搭載される。
【００２３】
マルチモード圧電フィルタ１の詳細を、図２を参照して説明する。
図２に示すように、マルチモード圧電フィルタ１は、積層型圧電体２を有する。積層型圧電体２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３〜８，９ａ，９ｂ，１０〜１５が形成されている。励振電極３，１５は圧電体２の端面２ａ，２ｂにそれぞれ形成されている。また、励振電極４〜８，９ａ，９ｂ，１０〜１４は、内部電極の形態で形成されている。
【００２４】
積層型圧電体２の端面２ａ，２ｂ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、積層圧電体２と同じ横断面形状を有する。
【００２５】
積層型圧電体２は、横断面が矩形の棒状の形状を有し、かつ端面２ａ，２ｂを結ぶ上面２ｃ，及び下面２ｄ並びに側面２ｅ（他方の側面は図示されず）を有する。
【００２６】
上面２ｃ、下面２ｄ及び側面２ｅが、第１〜第３の側面を構成しており、図示されていない側の側面が第４の側面を構成している。
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、かつ第２の端面２ｂ側に寄せられて出力電極１７が形成されている。また、第１の側面と反対側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。
【００２７】
上面２ｃ上には、複数の絶縁性材料２０が付与されており、下面２ｄ上においても複数の絶縁性材料２０が付与されている。絶縁性材料２０は、励振電極３〜１５を出力電極１６，１７またはアース電極１８に選択的に電気的に接続するために設けられている。
【００２８】
すなわち、励振電極４，６，８は、入力電極１６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１０，１２，１４は、出力電極１７に接続されており、第２のグループの励振電極を構成している。残りの励振電極３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５が、アース電極１８に接続されており、第３のグループの励振電極を構成している。
【００２９】
上面２ｃ上の絶縁性材料２０は、第３のグループの３，５，７，９ａ，９ｂ，１１，１３，１５を入力電極１６または出力電極１７に電気的に遮断するために設けられている。同様に、下面２ｄ上に付与された絶縁性材料２０は、励振電極４，６，８，１０，１２，１４のアース電極１８への電気的接続を遮断するために設けられている。
【００３０】
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３と励振電極４とで挟まれた圧電体層は、積層型圧電体２の長さ方向に分極処理されている。本実施例では、積層型圧電体２を構成する圧電性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。
【００３１】
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。
【００３２】
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Ｚ1，Ｚ3よりも小さい限り、特に限定されない。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値Ｚ3が、反射層３１，３２の音響インピーダンス値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材料で構成されてもよい。
【００３３】
次に、圧電フィルタ１の動作につき説明する。
図３は、圧電フィルタを動作させた場合に励振される対称モード（破線）及び反対称モード（実線）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１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倍波が効率よく励振される。圧電フィルタ１では、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４は、圧電フィルタ１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、中心周波数約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。
【００３４】
マルチモード圧電フィルタ１では、利用しようとする３つのモードの周波数は、複数の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２重モード圧電フィルタでは、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、本実施例で用いられているマルチモード圧電フィルタ１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。
【００３５】
また、従来の横結合マルチモード圧電フィルタでは、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１では、容易に帯域幅の拡大を図ることができる。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ほど、減衰量は大きくなる。
【００３６】
マルチモード圧電フィルタ１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、グラウンド電位に接続される励振電極９ａ，９ｂ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る。よって、従来の横結合型マルチモードフィルタに比べて、圧電フィルタ１では、大きな減衰量を得ることができる。
【００３７】
なお、圧電フィルタ１では、積層型圧電体２は、長さ振動モードの高調波で振動する。積層型圧電体２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２を直接機械的に保持した場合、保持によりフィルタ特性が損なわれる。そこで、本実施例では、反射層３１，３２が端面２ａ，２ｂ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２、反射層３１，３２及び保持部材３３，３４の音響インピーダンス値Ｚ1〜Ｚ3が上記のように選ばれているため、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との界面において反射される。従って、振動エネルギーは、一対の界面間の領域に閉じ込められることになる。
【００３８】
よって、圧電体フィルタ１では、保持部材３３，３４において機械的に保持されとしても、フィルタ特性に影響は生じ難い。これを図５び図６に示す。
図５は、圧電フィルタ１を固定することなく測定された圧電フィルタ１のインピーダンス−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１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。図５及び図６を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１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。
【００３９】
図１に戻り、本実施例のマルチモード圧電フィルタ装置４１では、上記のような広帯域かつ高減衰量のマルチモード圧電フィルタ１，１Ａが用いられている。すなわち、二素子のマルチモード圧電フィルタ１，１Ａがケース基板４２上に搭載されている。ケース基板４２の上面には、端子電極４３〜４７が形成されており、これらの電極４３〜４７と導電性接着剤４８により、圧電フィルタ１，１Ａが電気的に接続される。ここで、端子電極４３〜４７と圧電フィルタ１，１Ａは、保持部材３３，３４が設けられている部分において導電性接着剤４８を用いて、各端子電極４３〜４７に電気的に接続されるとともに、機械的に接合されている。
【００４０】
また、ケース基板４２上の端子電極４５，４６は、圧電フィルタ１，１Ａを縦続接続するように設けられている。
さらに、本実施例では、圧電フィルタ１では、前述したように、圧電縦効果を利用して励振された長さ振動モードの１１倍波〜１３倍波を利用したものであるが、縦結合型マルチモード圧電フィルタ１Ａは、長さ振動モードの１３倍波〜１５倍波が結合されてフィルタ帯域を得るように構成されている。すなわち、圧電フィルタ１Ａでは、異なる電位に接続される励振電極間に挟まれた圧電体層が１４層形成されていることを除いては、マルチモード圧電フィルタ１とほぼ同様に構成されている。
【００４１】
異なる電位に接続される励振電極間に挟まれた圧電フィルタ層の数が１４とされているため、マルチモード圧電フィルタ１Ａでは、上記対称モードにおいて１４倍波が強く励振され、反対称モードにおいて１３倍波及び１５倍波が強く励振される。従って、１３倍波〜１５倍波が結合されて、フィルタ特性が得られる。
【００４２】
圧電フィルタ装置４１では、上記のように構成された圧電フィルタ１，１Ａが縦続接続されているため、圧電フィルタ１や圧電フィルタ１Ａのみを用いた場合に比べて、より大きな減衰量を得ることができ、選択度に優れたフィルタ特性を得ることができる。これを、図７〜図９を参照して説明する。
【００４３】
図７は、前述した圧電フィルタ１のフィルタ特性を示す図である。ここでは、内部電極間に挟まれた圧電体層の厚みを１５０μｍとした。また、圧電フィルタ１における圧電体２の厚みを１２０μｍ、幅を１２０μｍ、長さを３３００μｍとした。他方、異なる電位に接続されている励振電極間に挟まれた圧電体層の数が２層増加していることを除いては、上記と同様にして構成された圧電フィルタ１Ａのフィルタ特性が図８に示されている。そして、図９は、上記のようにして構成された圧電フィルタ１，１Ａが縦続接続された圧電フィルタ装置４１のフィルタ特性を示す。
【００４４】
縦結合型マルチモード圧電フィルタ１，１Ａでは、使用する次数以外の高次モードも励振され、これらの高次モードがスプリアスとなり得る。例えば、図７に矢印Ａ，Ｂ及び図８に矢印Ｃ，Ｄに示すように、使用する次数のモード以外のモードがスプリアスとして表れている。
【００４５】
本実施例の圧電フィルタ装置４１では、上記圧電フィルタ１，１Ａが縦続接続され、フィルタ段数が２段とされているため、図９に示すように大きな減衰量が得られる。しかも、上記のように、２個の圧電フィルタ１，１Ａで用いられるモードの次数が異なっているため、圧電フィルタ１Ａのスプリアスとなるモードの周波数と、圧電フィルタ１Ａでスプリアスとなるモードの周波数が異なっている。すなわち、２つの素子である圧電フィルタ１，１Ａのスプリアス特性が異なっており、お互いに相殺されるため、図９から明らかなように、スプリアスをか効果的に抑圧することができ、より大きな帯域外減衰量の得られていることがわかる。
【００４６】
本実施例では、長さ振動の１１倍波〜１３倍波を利用した圧電フィルタ１と、１３倍波〜１５倍波を利用した圧電フィルタ１Ａとが組み合わされたが、この組み合わされるフィルタにおいて利用される振動モードの次数は所望とするフィルタの帯域幅に応じて自由に選択すればよい。
【００４７】
また、異なる電位に接続される励振電極間に挟まれた圧電体層の厚みに関しても、圧電フィルタ内において均一である必要はなく、異ならせることにより、使用する次数のモードの励振効率を高め、スプリアスとなるモードの励振効率を低下させることもできる。
【００４８】
なお、本実施例の圧電フィルタ装置４１では、上記ケース基板４２上に、下方に開いた開口を有するキャップ材５０が接合される。従って、圧電フィルタ装置４１は、ケース基板４２とキャップ材５０からなるパッケージ構造を有する電子部品として提供され得る。
【００４９】
図１０は、本発明の第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置を説明するための斜視図である。第１の実施例では、異なる次数のモードが利用される圧電フィルタ１，１Ａが用いられていたが、第２の実施例では、ケース基板４２上に、幅方向寸法が異なる縦結合型マルチモード圧電フィルタ６１，６１Ａが搭載され、かつケース基板４２上において縦続接続されている。
【００５０】
すなわち、本発明においては、マルチモード圧電フィルタ装置を構成する第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタは、長さ寸法が異なるものであってもよく、幅方向寸法が異なるものであってもよい。
【００５１】
圧電フィルタ６１，６２では、いずれも、マルチモード圧電フィルタ１と同様に、圧電縦効果を利用した長さ振動モードの高調波である１２倍波が対称モードにおいて強く励振され、反対称モードでは、１１倍波及び１３倍波が強く励振される。従って、１１倍波〜１３倍波が結合されてフィルタ特性が得られる。
【００５２】
もっとも、上記のように、第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタ６１の幅寸法と、第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタの幅寸法が異なっているため、大きな減衰量を得ることができる。これを、図１１〜図１３に示す。
【００５３】
いま、マルチモード圧電フィルタ６１において、異なる電位に接続される励振電極間の圧電体層の厚みを１５０μｍとし、圧電体の厚みを１２０μｍとした。そして、第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタの幅方向寸法は、３００μｍ、第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタ６１Ａの幅方向寸法は２００μｍとした。その他の点は、第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタ１と同様とした。
【００５４】
上記のようにして、製作された縦結合型マルチモード圧電フィルタ６１のフィルタ特性を図１１に、縦結合型マルチモード圧電フィルタ６１Ａのフィルタ特性を図１２に示す。また、図１３は、上記縦結合型マルチモード圧電フィルタ６１，６１Ａが縦続接続されている本実施例の縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置６２のフィルタ特性を示す。
【００５５】
縦結合型マルチモード圧電フィルタ６１，６１Ａは、横断面が矩形の棒状の形状を有する。従って、幅方向寸法に起因する幅モードスプリアスが生じる。本実施例の圧電フィルタ装置６２では、マルチモード圧電フィルタ６１，６１Ａが縦続接続されて、フィルタ段数が高められているため、大きな減衰量を得ることができる。のみならず、図１１及び図１２に示す幅モードに起因するスプリアスＥ１〜Ｅ３，Ｆ１〜Ｆ３が相殺し合い、図１３に示すように、これらのスプリアスが効果的に抑圧されることがわかる。
【００５６】
従って、単にフィルタ段数を高めた場合に比べて、より一層大きな帯域外減衰量の得られることがわかる。
図１４は、本発明の第３の実施例に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置７２を示す斜視図である。第３の実施例では、ケース基板４２上に、第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタ７１，７１Ａが搭載されている。縦結合型マルチモード圧電フィルタ７１，７１Ａは、縦結合型マルチモード圧電フィルタ１と同様に、圧電縦効果を利用した長さ振動モードの高調波を利用したマルチモード圧電フィルタである。圧電フィルタ７１，７１Ａでは、圧電フィルタ１と同様に、対称モードにおいて１２倍波が、反対称モードにおいて１１倍波及び１３倍波が効率よく励振される。すなわち、圧電フィルタ７１，７１Ａは、圧電フィルタ１と同様に、１１倍波〜１３倍波が結合されてフィルタ特性が得られるように構成されている。
【００５７】
もっとも、圧電フィルタ７１，７１Ａは、圧電体の長さ方向寸法が異なっている。言い換えれば、圧電フィルタ７１Ａにおける異なる電位に接続される励振電極間の圧電体層の厚みは、圧電フィルタ７１における励振電極間の圧電体層の厚みよりも小さくされている。
【００５８】
このように、第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタ７１，７１Ａの長さ方向寸法を異ならせることによっても、使用するモード以外のモードによるスプリアスを抑制し、大きな帯域外減衰量を得ることができる。
【００５９】
縦結合型マルチモード圧電フィルタ７１，７１Ａでは、端面が矩形の棒状の形状を有するめ、長さ寸法に起因する長さモードスプリアスが存在する。しかし、本実施例では、マルチモード圧電フィルタ７１，７１Ａの長さ寸法を異ならせることにより、第１の圧電フィルタ７１におけるスプリアスとなる長さモードの周波数と、第２の圧電フィルタ７１Ａにおける長さモードのスプリアスの周波数が異なっている。従って、圧電フィルタ７１，７１Ａを縦続接続することにより、これらの圧電フィルタ７１，７１Ａのスプリアスが相殺され、より大きな帯域外減衰量を得ることができる。
【００６０】
図１５は、本発明の第４の実施例に係る圧電フィルタ装置を説明するための斜視図である。第４の実施例の圧電フィルタ装置８２では、ケース基板４２上に、第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタ８１，８１Ａが搭載される。圧電フィルタ８１，８１Ａは、圧電フィルタ１と同様に構成されており、すなわち圧電縦効果を利用して励振される長さモードの高調波が用いられる。ここでは、圧電フィルタ１と同様に、圧電フィルタ８１，８１Ａでは、１１倍波〜１３倍波が結合されてフィルタ特性が得られている。
【００６１】
もっとも、圧電フィルタ８１の厚みは、圧電フィルタ８１Ａの厚みよりも大きくされている。
例えば、圧電フィルタ８１において、厚みを１２０μｍ、圧電フィルタ８１Ａでは厚みを１２０μｍとされる。その他の構成は第１の実施例の縦結合型マルチモード圧電フィルタ１と同様とされている。
【００６２】
このように、厚み寸法が異なる第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタ８１，８１Ａを縦続接続することにより、フィルタ段数を高めて大きな減衰量を得るだけでなく、厚み寸法に起因する厚み滑りスプリアスを抑制することができる。すなわち、圧電フィルタ８１，８１Ａでは、厚み滑りモードによるスプリアスが表れるが、厚み寸法が異なっているため、第１の圧電フィルタ８１における厚み滑りモードのスプリアスの周波数と、第２の圧電フィルタ８１Ａにおける厚み滑りモードのスプリアスの周波数が異なることになる。従って、圧電フィルタ８１，８１Ａを縦続接続した場合、両フィルタ８１，８１Ａの厚み滑りモードのスプリアスが相殺され、より大きな帯域外減衰量を得ることができる。
【００６３】
図１６は、本発明で第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタとして用いられるフィルタの変形例を示す。縦結合型マルチモード圧電フィルタ１０１は、縦結合型マルチモード圧電フィルタ部１０１Ａ，１０１Ｂを有する。縦結合型マルチモード圧電フィルタ部１０１Ａ，１０１Ｂは、同じ圧電体を用いて一体化されている。すなわち、縦結合型マルチモード圧電フィルタ部１０１Ａ，１０１Ｂを構成する積層型圧電体は、両者の積層型圧電体を横方向に連結した構造において、上面に溝１０２ａを形成することにより構成されている。
【００６４】
ここでは、積層型圧電体１０２だけでなく、反射層及び保持部材についても、一体化されている。すなわち、積層型圧電体１０２の両端面に反射層及び保持部材を形成した後、溝１０２ａを形成することにより、圧電フィルタ１や１Ａなどと同じ、一素子の縦結合型マルチモード圧電フィルタとして構成することができる。ここで、一般に縦結合型マルチモード圧電フィルタの共振子形状が矩形であるため、幅寸法に起因する幅モードスプリアスが存在し、そのスプリアスによって通過帯域外の減衰特性が悪化するが、溝１０２ａを形成することにより、共振子幅によるスプリアスが分散され、減衰量を大きくすることができる。
【００６５】
すなわち、この溝の有り無しによる減衰量の差を図１７に示す。図１７では、溝のない一素子の特性が破線で示されており、溝１０２ａを形成した一素子の特性が実線で示されている。図１７から明らかなように溝１０２ａを形成した素子のほうが、通過帯域外の減衰量が大きいことがわかる。また、図１８は、二素子を直列接続した縦結合型マルチモード圧電フィルタの特性を示す。図１８では、溝のない二素子を直列接続した構造の特性が破線で示されており、溝１０２ａを形成した二素子直列接続した構造の特性が実線で示されている。図１８から明らかなように、溝１０２ａを形成した二素子直列接続した縦結合型マルチモード圧電フィルタの特性の方が通過帯域外の減衰特性が良好になっていることがわかる。このように、溝１０２ａを形成した縦結合型マルチモード圧電フィルタを用いことにより一層大きな減衰量の得られることがわかる。
【００６６】
従って、本発明においては、第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタの一方または双方を、二素子が一体化された縦結合型マルチモード圧電フィルタ１０１により構成してもよく、それによって、より一層大きな帯域外減衰量を得ることができる。
【００６７】
なお、上述してきた実施例では、圧電縦効果を利用した長さ振動モードの高調波を利用した縦結合型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、使用する振動モードはこれに限定されない。例えば、図１９に示す圧電縦効果を利用した厚み縦振動モードの高調波を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタ１１１や、図２０に示すエネルギー閉じ込め型の厚み縦振動の高調波を利用した縦結合型マルチモード圧電フィルタ１２１にも本発明を適用することができる。なお、図１９の矢印Ｐは分極方向を示す。
【００６８】
さらに、本発明では、第１，第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタ以外に、少なくとも１つの第３の縦結合型マルチモード圧電フィルタがさらに接続されてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本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の圧電フィルタが縦続接続されており、それによってフィルタ段数が高められるので、さらに大きな減衰量を得ることが可能とされている。
【００７０】
加えて、第１，第２の圧電フィルタにおいて利用される振動モードの次数が異なっており、あるいは幅方向寸法や長さ方向寸法が異なっているため、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問題となるスプリアスとなる周波数が互いに相殺され、それによっても、大きな減衰量が得られる。
【００７１】
よって、本発明によれば、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可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る縦結合型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】第１の実施例で用いられる縦結合型マルチモード圧電フィルタの縦断面図。
【図３】第１の縦結合型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をモードを示す図。
【図４】第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタとのフィルタ特性を示す図。
【図５】第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタを機械的に保持しないで動作させ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６】第１の縦結合型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支持して測定されたインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を示す図。
【図７】第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図８】第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図９】第１の実施例に係る縦結合型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１０】本発明の第２の実施例に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置を説明するための斜視図。
【図１１】第２の実施例で用いられる第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図１２】第２の実施例で用いられる第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図１３】第２の実施例の縦結合型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１４】第３の実施例に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置を説明するための斜視図。
【図１５】第４の実施例に係る縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置を説明するための斜視図。
【図１６】第１の縦結合型マルチモード圧電フィルタまたは第２の縦結合型マルチモード圧電フィルタとして用いられる縦結合型マルチモード圧電フィルタの変形例を示す斜視図。
【図１７】一素子の縦結合型マルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図１８】図１６に示した二素子接続型の縦結合型マルチモード圧電フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図１９】本発明で用いられる縦結合型マルチモード圧電フィルタの他の例を示す斜視図。
【図２０】本発明で用いられる縦結合型マルチモード圧電フィルタのさらに他の例を説明するための斜視図。
【図２１】従来の２重モード圧電フィルタを示す正面断面図。
【図２２】（ａ）及び（ｂ）は、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的正面図。
【符号の説明】
１…縦結合型マルチモード圧電フィルタ
１Ａ…縦結合型マルチモード圧電フィルタ
２…圧電体
２ａ，２ｂ…端面
２ｃ…上面
２ｄ…下面
２ｅ…側面
３〜８，９ａ，９ｂ，１０〜１５…励振電極
１６…入力電極
１７…出力電極
１８…アース電極
４１…縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置
４２…ケース基板
５０…キャップ材
６１，６１Ａ，７１，７１Ａ，８１，８１Ａ…縦結合型マルチモード圧電フィルタ
６２，７２，８２…縦結合型マルチモード圧電フィルタ装置
１０１…縦結合型マルチモード圧電フィルタ
１０１Ａ，１０１Ｂ…縦結合型マルチモード圧電フィルタ部
１０２…積層型圧電体
１０２ａ…溝
１１１，１２１…縦結合型マルチモード圧電フィルタ
【図１】
0003901013.tif 000002
【図２】
0003901013.tif 000003
【図３】
0003901013.tif 000004
【図４】
0003901013.tif 000005
【図５】
0003901013.tif 000006
【図６】
0003901013.tif 000007
【図７】
0003901013.tif 000008
【図８】
0003901013.tif 000009
【図９】
0003901013.tif 000010
【図１０】
0003901013.tif 000011
【図１１】
0003901013.tif 000012
【図１２】
0003901013.tif 000013
【図１３】
0003901013.tif 000014
【図１４】
0003901013.tif 000015
【図１５】
0003901013.tif 000016
【図１６】
0003901013.tif 000017
【図１７】
0003901013.tif 000018
【図１８】
0003901013.tif 000019
【図１９】
0003901013.tif 000020
【図２０】
0003901013.tif 000021
【図２１】
0003901013.tif 000022
【図２２】
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