JPH0149050B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は圧電フイルタに関し、特に基板の厚
みすべり振動（TS振動）モードを利用した圧電
フイルタに関する。

従来技術の説明 主として１ないし50MHz周波数帯における圧電
フイルタとして、(1)基板の厚み縦振動（TE振動）
モードを利用したもの、(2)基板の厚みすべり振動
（TS振動）モードを利用したもの、が開発され、
たとえばテレビの音声信号検出用バンドパスフイ
ルタ等に幅広く使用されている。これら２つのフ
イルタは、いずれもエネルギ閉込め型の二重モー
ドフイルタとして構成されている。

第１Ａ図および第１Ｂ図は、TE振動モードを
利用した従来の圧電セラミツクフイルタ基板（２
段構成）の代表例であり、第１Ａ図は表面、第１
Ｂ図は裏面を示す。図において、ハツチング部分
はフイルタ基板表面に形成された電極膜である。

このような電極構造のフイルタでは、第２図に
示す電界分布が現われる。第２図において、垂直
電界E_Zは本来このモードで必要とされる電界で
あり、平行電界E_Yは入出力電極間に発生する、
不要な電界である。この平行電界E_Yは、局部的
にTS振動を生じ、その結果TS振動モードに起因
するスプリアスが現われる。TS振動はTE振動に
比べて基板内を伝播する速度が約２分の１と遅い
ため、スプリアスは、目的とする周波数の約２分
の１付近に出現する。

第３図は、第１Ａ図、第１Ｂ図のフイルタの周
波数特性を示す図である。第３図で、横軸はＭHz
で表わす周波数、縦軸はデシベル（dB）で表わ
す減衰量である。図で、4.50MHzが、このフイル
タの通過させる周波数であり、その約半分の
1.8MHz付近にスプリアスが現われていることが
わかる。

次に、第４図は、映像検波された後のテレビジ
ヨン信号周波数スペクトラム図である。横軸は周
波数、縦軸はスペクトラムを示す。図において、
周波数０ないしf_vには、映像信号Ｙが分布し、周
波数f_sには音声信号Ｓが、さらに周波数f_cを中心
として色信号Ｃが重畳されている。

今、上述の第３図の特性を有する従来のTE振
動利用のフイルタ（第１Ａ図、第１Ｂ図）を、周
波数f_sだけを通過させるSIFフイルタとして使用
するとしよう。すると、周波数が1/2f_s付近の映
像信号が、フイルタのスプリアス振動によつて通
過されてしまい、テレビジヨンの音声バズとして
現われてしまう。

したがつて、従来、このフイルタをSIFフイル
タとして使用する場合は、第５図に示すように、
フイルタ５１と直列に、別のハイパスフイルタ５
２を補助的に使用して、よくやく本来のSIFフイ
ルタとしての働きを奏していた。

第６Ａ図、第６Ｂ図はTS振動モードを利用し
た圧電セラミツクフイルタ基板（２段構成）の代
表例であり、第６Ａ図は表面、第６Ｂ図は裏面を
示す。図で、ハツチング部分はフイルタ表面に形
成された電極膜である。

このTS振動モードのフイルタの周波数特性は、
第７図に示されている。第７図において、横軸は
ＭHzで表わされる周波数、縦軸はデシベル（dB）
表示の減衰量である。第７図から、TS振動を利
用した従来のフイルタは、０ないし4.0MHz周波
数帯域におけるスプリアス減衰量は、TE振動を
利用したフイルタに比べ、はるかに優れているこ
とがわかる。しかしながら、テレビジヨン信号の
SIFフイルタとして実用的に必要な50ないし55dB
の減衰量は到底得られない。

よつて、従来のTS振動モードを利用したSIF
フイルタも、TE振動モードのSIFフイルタと同
様に、第５図に示すような回路でしか実用的には
使用できなかつた。

さらに、TS振動モードを利用した場合、その
モードの性質上フイルタ基板の厚みをTE振動モ
ードのフイルタに比べて、約２分の１と薄くせざ
るを得ず、またその構造も２段のフイルタでは、
第６Ａ図、第６Ｂ図に示すように、Ｕ字形となる
ため、特に機械強度面での良品の歩留りや信頼性
に乏しかつた。

また、TE振動モードを利用したフイルタ、TS
振動モードを利用したフイルタともに、基板の寸
法が比較的大きい（第１Ａ図、第６Ａ図参照）た
め、これらフイルタの小型化には限界があり、超
小型のチツプ状の部品とすることは不可能であ
る。

発明の目的 それゆえに、この発明の目的は、TS振動を利
用した、小型にしてかつ周波数特性の非常に優れ
たエネルギ閉込め型の二重モードの圧電フイルタ
を提供することである。

発明の概要 この発明は、簡単に言えば、TS振動モードを
用いるフイルタであつて、２つの共振ユニツトを
その主面に関して対向して組合わせ、その少なく
とも一部を機械的に結合して、２つのユニツトの
圧電基板に挾まれる対向する各一方電極を共通的
に引出し、各ユニツトの他方電極を個別的に引出
したエネルギ閉込め型の二重モード圧電フイルタ
である。ここに、圧電基板は、長方形状とされ、
共振ユニツトの各々において対向して形成される
振動電極は、圧電基板の一方短辺および他方短辺
の各々から延びかつ圧電基板の中心付近で互いに
対向するように形成される。また、長方形状の圧
電基板は、長辺方向に分極軸が向くように分極さ
れている。２つの共振ユニツトは、各圧電基板の
分極軸の方向が互いに一致しかつ各一方の振動電
極が圧電基板の同じ短辺側において互いに対向す
る状態とされ、前述した機械的な結合は、接着剤
によつて達成される。また、前述した圧電基板に
挾まれる対向する各一方電極は、圧電基板の同じ
短辺側の端面上で延びる導電部によつて引出され
る。

この発明の上述の目的と特徴は、以下の図面を
参照して行なう好ましい実施例の説明から一層明
らかとなろう。

好ましい実施例の説明 第８Ａ図は、この発明の好ましい一実施例の１
段のフイルタ正面図であり、第８Ｂ図はその側面
図である。これらの図を参照し、この実施例につ
いて説明する。このフイルタは、第１の共振ユニ
ツト８１と第２の共振ユニツト８２とからなる。
各共振ユニツト８１，８２は、同一の形状と構造
である。つまり、共振ユニツト８１は、中心とな
る長方形状の圧電セラミツク基板８１１を有し、
その圧電セラミツク基板８１１の一方主面上に
は、長さ方向に、一方短辺から一例として約５分
の３まで電極膜８１２が形成されている。また、
他方主面も同様に、長さ方向に、他方短辺から一
例として約５分の３まで電極膜８１３が形成され
ている。そして、電極膜８１２と８１３とは、圧
電セラミツク基板８１１を介して、圧電セラミツ
ク基板８１１の中心部分で対向している。

共振ユニツト８２も同様の構成である。

そして、２つの共振ユニツト８１，８２は、圧
電セラミツク基板８１１，８２１の同じ短辺側に
おいて電極膜８１３，８２３が対向するように組
合わされ、一部導電部８３を残して、接着力の強
い絶縁性接着剤８４で結合されている。さらに、
対向して貼り合わされた電極８１３，８２３は、
導電部８３で電気的に接続されている。導電部８
３は、圧電セラミツク基板８１１，８２１の同じ
短辺側の端面上にまで延びるように引出され、そ
の導電部８３の引出された部分には、はんだ８５
で共通リード８６が接続されている。また、電極
８１２および８２２には、その端部側に、はんだ
８５で、それぞれ入力リード８７および出力リー
ド８８が接続されている。

なお、第８Ｂ図は、はんだ８５およびリード８
６，８７は省略してある。

次に、この実施例の製造方法について、第９
図、第１０図を参照して、説明する。第９図に示
すような、共振ユニツト親基板９１，９２を準備
する。この共振ユニツト親基板９１，９２の分極
軸は圧電基板９１１，９２１の主表面に沿つた矢
印Ｐ方向である。圧電基板９１１，９２１のそれ
ぞれ各主面には、その主面の約５分の３を覆う電
極膜９１２，９１３，９２２，９２３が形成され
ている。これら電極膜は、それぞれ圧電基板９１
１，９２１の長さ方向中心付近でそれぞれ対向し
ている。これら電極膜は、たとえば、導電ペイン
トの塗布や蒸着法によつて形成される。

２枚の共振ユニツト親基板９１，９２はその一
方主面に形成された電極膜９１３と９２２とが対
向し、かつ分極軸の方向が一致するように組合わ
される。そして、一方の共振ユニツト親基板９２
の前記電極膜９２２が形成された主面９２ａに絶
縁性接着剤８４０を極薄に塗布する。そして、こ
れら２枚の共振ユニツト親基板９１，９２を貼り
合わせる。

次に、貼り合わされた共振ユニツト親基板９
１，９２の両端面で形成される面であつて、電極
膜９１３と９２２が真ん中に対向して配置される
端面に、導電ペイント８３０を塗布する。この導
電ペイント８３０は対向して貼り合わされた電極
膜９１３と電極膜９２２との間に若干滲み込み、
電極膜９１３と９２２とを電気的に接続する。
（第１０図） こうして貼り合わされた共振ユニツト親基板を
矢印９５（第９図）方向に沿つて切断する。それ
によつて、第１０図のようなフイルタエレメント
１０が完成する。この第１０図のフイルタエレメ
ント１０は、実質的に第８Ａ図、第８Ｂ図のエレ
メント８と同じである。

なお、貼り合わせる他の方法として、共振ユニ
ツト親基板９２の電極膜９２２の面９２２ａ上に
のみ導電接着剤を薄く塗布し、２枚の共振ユニツ
ト親基板９１，９２を貼り合わせてもよい。

なお、この第１０図に示すフイルタエレメント
１０を構成する各共振ユニツト１１，１２は、圧
電基板１１１，１２１の中心付近の対向電極間で
TS振動が励振されるが、その長さ方向にはエネ
ルギ閉込めがなされるため、圧電基板１１１，１
２１の長さを或る程度（たとえば圧電基板の厚み
の20倍以上）にしておくことにより、圧電基板１
１１，１２１の両端面は振動に関与せず、したが
つてこの部分の電極面１１２ａ，１２２ａにはは
んだ付け等が可能となる（第８Ａ図参照）。

上記実施例においては、組合わせて貼り合わせ
る共振ユニツト親基板９１，９２は、電極膜の位
置が対称的な同一の形状と構造の共振ユニツト親
基板を用いたが、たとえば組合わせて貼り合わせ
る共振ユニツト親基板の形状や構造（圧電基板の
厚み、電極膜の幅等）を多少変えることにより、
作られるフイルタエレメントの特性を変えること
ができる。

次に、第８Ａ図、第８Ｂ図の実施例の特性を第
１１図および第１２図を参照して説明する。

第１１図は、横軸はＭHz単位の周波数が、縦軸
はアドミタンスが示される。第８Ａ図のフイルタ
８において、入力リード７７と出力リード８８と
を接続し、この接続されたリード８７，８８と共
振リード８６との間のアドミタンスと周波数の関
係を示したのが、第１１図のＳモードである。ま
た、入力リード８７と出力リード８８との間のア
ドミタンスと周波数との関係は第１１図のＡモー
ドに表わされている。このように、このフイルタ
８は、３端子の接続を変えてみると、２つの振動
応答が得られる。そして、この２つの共振周波数
はわずかにずれており、このフイルタが二重モー
ドフイルタを形成していることがわかる。

次に、第１２図は上記フイルタ８の周波数特性
を示す図である。第１２図より明らかなように、
このフイルタの０ないし10MHz周波数帯における
スプリアス応答は、約37ないし38dBである。こ
れは、前述した従来の２段構成TS振動フイルタ
の周波数特性に相当するのである。

すなわち、この実施例のTS振動モードの１段
のフイルタ８は、従来のTS振動モードの２段構
成のフイルタ（第６Ａ図、第６Ｂ図）に相当する
性能を有している。

よつて、この実施例のフイルタ８の挿入損失
は、従来のフイルタの挿入損失と比較して、約1/
２と大幅に改善されている。

次いで、第１Ａ図、第６Ａ図、第８Ａ図、およ
び第８Ｂ図を参照して、従来のTE振動モードの
フイルタ、従来のTS振動モードのフイルタおよ
びこの実施例のフイルタの大きさを比較する。

従来のTE振動モードのフイルタのエレメント
の寸法は、幅9.0mm×高さ6.0mm×厚み0.5mmで、そ
の表面積は54.0mm²である（第１Ａ図）。

TS振動モードの従来のフイルタでは、幅3.0mm
×高さ6.5mm×厚み0.23mmでその表面積は19.5mm²で
ある（第６Ａ図）。

これらに対し、この実施例のフイルタでは、幅
0.8mm×高さ5.0mm×厚み0.5mmで、その表面積は
4.0mm²である（第７Ａ図、第７Ｂ図）。

このように、この実施例のフイルタでは、その
大きさを非常に小さくすることができる。

さらにまた、従来のTS振動モードのフイルタ
に比べ、この発明のフイルタでは、共振基板を２
枚貼り合わせてフイルタエレメントを構成するた
め、その厚みが或る程度厚くなり、機械的強度が
上がり、その機械的な信頼性も改善されている。

次に、この実施例のもう１つの特徴を、第９図
および第１０図を参照して説明する。第１０図に
示すようなフイルタエレメント１０の電気的特性
は、電極膜の対向幅Ｌと基板のカツト幅Ｗとによ
つて大幅に変えることができる。そして、この電
極対向幅Ｌは、電極膜を形成する際の印刷パター
ンの変更によつて容易に可能であり、また、カツ
ト幅Ｗは貼り合わせた共振ユニツト親基板をカツ
トするときの設備の初期セツテイングのみで簡単
に変えることができる。

それゆえ、このフイルタは従来のフイルタに比
較して、容易に所定の特性が得られるよう、設計
変更が可能である。特に、通過帯域幅を変えるの
が容易である。

第１３図は、この発明の他の実施例を示す。第
１３図の特徴は、上述した一実施例のフイルタ
を、２段構成のフイルタにしたことである。この
２段構成のフイルタは、第１のフイルタエレメン
ト１３１と第２のフイルタエレメント１３２とが
独立して動作できるように、空隙１３３が形成さ
れている。この空隙１３３は、第１のフイルタエ
レメント１３１と第２のフイルタエレメント１３
２を接着するのに、所定の幅を有する、紙面に垂
直に延びる帯状の導電ペイント１３４を用いるこ
とによつて、簡単に作り出すことができる。

なお、第１３図に示すフイルタエレメント１３
の製造方法は、第９図、第１０図を参照して説明
した製造方法と同様に、共振ユニツト親基板を貼
り合わせ、その後カツトすることによつて、数多
くの製品を簡単に作ることができる。

この第１３図の実施例では、フイルタエレメン
ト１３が２段構成であるため、その挿入損失は従
来のTS振動モードの２段構成のフイルタや従来
のTE振動モードの２段構成のフイルタと変わり
はないが、０ないし10MHz周波数帯のスプリアス
特性は、約70dBと大幅に向上することができた。
これによつて、前述したテレビジヨン信号のSIF
フイルタとして単独で使用することができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明によ
れば、小型で高性能でかつ機械的信頼性の高い、
特性を有する、厚みすべり振動モードを用いるエ
ネルギ閉込め型の二重モード圧電フイルタを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図はTE振動モードの従来のフイルタ基
板の表面図である。第１Ｂ図は第１Ａ図のフイル
タ基板の裏面図である。第２図はTE振動モード
のフイルタの電界の方向を示す図である。第３図
は第１Ａ図、第１Ｂ図のフイルタの周波数特性を
示す図である。第４図は映像検波後のテレビジヨ
ン信号スペクトラムを示す図である。第５図は従
来のTE振動モード、TS振動モードのフイルタの
実際の使用回路例である。第６Ａ図はTS振動モ
ードの従来のフイルタ基板の表面図である。第６
Ｂ図は第６Ａ図のフイルタ基板の裏面図である。
第７図は第６Ａ図、第６Ｂ図のフイルタの周波数
特性を示す図である。第８Ａ図はこの発明の一実
施例のフイルタの正面図である。第８Ｂ図は第８
Ａ図の一実施例のフイルタの側面図である。第９
図はこの発明の一実施例の製造方法を示す図であ
る。第１０図は第９図の方法によつて製造それた
フイルタの斜視図である。第１１図はこの発明の
一実施例のフイルタの３端子接続の変化による振
動応答を示す図である。第１２図はこの発明の一
実施例の周波数特性を示す図である。第１３図は
この発明の他の実施例であり、２段構成のフイル
タの正面図である。 図において、８１，８２は共振ユニツト、８１
２，８１３，８２２，８２３，９１２，９１３，
９２２，９２３は電極膜、８３，８４０は導電ペ
イント、８１１，８２１，９１１，８２１は圧電
セラミツク基板、８４，８３０は絶縁性接着剤を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１および第２の共振ユニツトを備え、各ユ
   ニツトは、長方形状の圧電基板とその主面に対向
   して形成された振動電極とを有する、厚みすべり
   振動モードを用いるエネルギ閉込め型の二重モー
   ドフイルタにおいて、 前記共振ユニツトの各々において対向して形成
   される前記振動電極は、前記長方形状の圧電基板
   の一方短辺および他方短辺の各々から延びかつ前
   記圧電基板の中心付近で互いに対向するように形
   成され、 前記長方形状の圧電基板は、長辺方向に分極軸
   が向くように分極されており、 前記２つの共振ユニツトは、各前記圧電基板の
   分極軸の方向が互いに一致しかつ各一方の前記振
   動電極が前記圧電基板の同じ短辺側において互い
   に対向する状態で少なくとも一部において接着剤
   によつて機械的に結合され、 前記２つの圧電基板間に挾まれて位置しかつ互
   いに対向する前記各一方の振動電極は、電気的に
   相互接続されるとともに前記圧電基板の同じ短辺
   側の端面上で延びる導電部によつて引出されてお
   り、 前記２つの圧電基板の外側に向く各他方の前記
   振動電極は、個別的に引出された、 ことを特徴とする、圧電フイルタ。