JPH05299970A - 圧電ラダーフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化及び薄型化が可能なラダーフィルタを
得る。 【構成】 直列共振子２０ａ，２０ｂ及び並列共振子３
０ａ，３０ｂの少なくとも一方を圧電素体２１，３１内
に電極を形成することによって複数の圧電共振子２０
ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂを一体的に構成させた複合
型圧電共振素子２０，３０が用いられていることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電共振現象を利用し
たフィルタに関するものであり、特に圧電横効果を利用
し、直列共振子と並列共振子とを接続して構成した圧電
ラダーフィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１は、４素子２段型のラダーフィルタ
の構成を示す回路図である。この様なラダーフィルタ
は、例えば４５５ｋＨｚのラダーフィルタとして用いる
ことができる。図１に示すように、この４素子２段型の
ラダーフィルタは、直列共振子１及び２と並列共振子３
及び４から構成されている。圧電横効果を利用する共振
子の場合には、一般に薄い正方形板の拡がり振動のモー
ドを利用している。直列共振子と並列共振子の共振周波
数の配置は、直列共振子の共振周波数を高くして並列共
振子の反共振点付近にすることによって、良好なフィル
タ波形が得られる。

【０００３】このラダーフィルタにおいて、通過帯域外
の減衰量は、直列共振子と並列共振子の静電容量の比
（容量比）によって一義的に決定される。すなわち、通
過帯域外の減衰量を大きくするためには、直列共振子の
容量を小さくし、並列共振子の容量を大きくするように
設計される。具体的には、直列共振子はできるだけ素子
を厚くして静電容量を小さくし、並列共振子はできるだ
け素子を薄くし静電容量を大きくするように設計され
る。図７は、従来のラダーフィルタの構造を説明するた
めの分解斜視図である。このラダーフィルタは、正方形
板の拡がり振動モードを利用した直列共振子１及び２、
並びに並列共振子３及び４を用いて構成されている。図
７を参照して、直列共振子２の一方主面には、電極２ａ
が形成されており、直列共振子２の他方主面側にも、図
示しないが、同様の電極が形成されている。また、直列
共振子１の両主面にも同様の電極が形成されている。他
方、並列共振子３及び４には、両主面の全面に電極３ａ
及び４ａが形成されている。

【０００４】直列共振子１及び２並びに並列共振子３及
び４を双方に電気的に接続するため、金属端子５〜１１
が用いられている。この金属端子５〜１１は、直列共振
子１及び２並びに並列共振子３及び４と共に、絶縁材料
より形成されるケース１２内に収納される。また、図示
しない蓋材によりケース１２の上方開口１２ａが閉成さ
れてラダーフィルタが構成される。この場合、金属端子
９〜１１が、ケース１２の外に引き出され、外部との接
続端子として利用される。

【０００５】ところで、ラダーフィルタを駆動する場
合、直列共振子１及び２並びに並列共振子３及び４が、
ケース１２内に収納された状態で所望の態様で振動し得
ることが必要である。すなわち、ケース１２内で収納さ
れた状態で、各共振子１〜４の振動が妨げられてはなら
ない。そこで、端部に位置する金属端子１１としては、
バネ性を有するいわゆるバネ端子が一般的に用いられて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、直列共
振子はできるだけ素子を厚くして静電容量を小さくし、
並列共振子は素子を薄くし静電容量を大きくするように
設計されるが、この様な素子の厚みに関する設計には、
実際上は制約があり実現可能な容量比には限界がある。
近年、通信機器の小型化に対応して、ラダーフィルタの
薄型化及び小型化の要求が強まってきている。直列共振
子は原理的には厚ければ厚いほど良いが、厚くしすぎる
と部品の大きさが大きくなってしまい薄型化及び小型化
を実現することができない。また各素子の間を電気的に
接続するための金属端子が素子の間に挿入されている
が、この金属素子の厚みもラダーフィルタの薄型化及び
小型化を阻害する要因となっている。

【０００７】一方、並列共振子に関しては、薄ければ薄
いほど良いが、部品の耐衝撃性等の信頼性の面から限界
がある。すなわち、あまりにも薄い素子は、機械的衝撃
で破壊してしまうという問題があり、通常は２００μｍ
程度が限界である。本発明の目的は、薄型化及び小型化
を図ることのできるラダー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】本発明の圧電ラダーフィ
ルタは、直列共振子及び並列共振子を接続して構成され
る圧電ラダーフィルタであり、直列共振子及び並列共振
子の少なくとも一方に、圧電素体内に電極を形成するこ
とによって複数の圧電共振子を一体的に構成させた複合
型圧電共振素子が用いられていることを特徴としてい
る。本発明において、直列共振子及び並列共振子の少な
くとも一方に用いられる複合型圧電共振素子は、横効果
を利用した圧電共振子を一体的に構成させたものであ
る。複合型圧電共振素子においては、直列共振子同士ま
たは並列共振子同士が一体化される。共振子を一体化さ
せる方法としては、グリーンシートに内部電極ペースト
を印刷し、これを積み重ねて焼成することによって一体
化させる方法がある。また焼成した単板の圧電体を接着
することによって貼り合わせ一体化させてもよい。

【０００９】

【作用】本発明において、複数の圧電共振子を一体的に
構成させた複合型圧電共振素子は、機械的には一体で振
動し、電気的にはそれぞれのラダーフィルタを構成する
ように独立の共振子として機能する。また本発明では複
数の圧電共振子が圧電素体内に電極を形成することによ
って一体的に構成されているため、複合型圧電共振素子
内の圧電共振子間には従来のようなバネ端子が必要でな
くなる。このため、従来のラダーフィルタ全体の形状よ
りも小さくすることができる。また、並列共振子に関し
ては、複数の圧電共振子を一体的に構成させているた
め、各圧電共振子の厚さを薄くしても、全体としては機
械的強度を維持できる程度の十分な厚みを有している。
従って、従来よりも並列共振子の静電容量を大きくする
ことができ、容量比の増大による減衰量の向上を図るこ
とができる。

【００１０】

【実施例の説明】図２は、本発明に従う４素子ラダーフ
ィルタの一実施例を示す構成図である。図２を参照し
て、複合型圧電共振素子１０は、圧電素体２１内に内部
電極２２を形成することにより、２つの圧電共振子２０
ａ及び２０ｂを一体的に構成させている。圧電共振子２
０ａは、図１の直列共振子１を構成し、圧電共振子２０
ｂは図１の直列共振子２を構成する。圧電素体２１の一
方主面には電極４１が形成され、他方主面には電極４２
が形成されている。また側面には内部電極２２と電気的
に接続された電極４３が形成されている。もう１つの複
合型圧電共振素子３０も同様に、圧電素体３１内に内部
電極３２を形成することにより、２つの圧電共振子３０
ａ及び３０ｂを一体的に構成している。圧電素体３１の
一方主面には電極４４が形成され、この電極４４は電極
４２と電気的に接続されている。また圧電素体３１の他
方主面に形成された電極４５は、圧電素体３１の側面か
ら一方主面側に延び、電極４３と電気的に接続されてい
る。また圧電素体３１の他方側面には、電極４６が形成
され、この電極４６は内部電極３２と電気的に接続して
いる。

【００１１】電極４１はＩＮ端子に接続され、電極４２
及び４４はＯＵＴ端子に接続され、電極３２はＧＮＤ端
子に接続されている。図２において、圧電共振子内に示
した矢印は各圧電共振子２０ａ，２０ｂ，３０ａ及び３
０ｂの分極方向を示している。図３は、本発明に従う４
素子型ラダーフィルタの他の実施例を示す構成図であ
る。図３を参照して、この実施例では、２つの複合型圧
電共振素子４０及び５０が用いられている。複合型圧電
共振素子４０には、圧電素体４１内に内部電極４２を形
成することによって、２つの直列共振子４０ａ及び４０
ｂが一体化されている。圧電素体４１の一方主面には電
極６１が形成され、他方主面には電極６２が形成されて
いる。また圧電素体４１の側面には内部電極４２と電気
的に接続するように電極６３が形成されている。

【００１２】複合型圧電共振素子５０には、圧電素体５
１内に内部電極５２を形成することによって、２つの並
列共振子５０ａ及び５０ｂが形成されている。圧電素体
５１の一方主面には電極６４が形成されており、他方主
面には電極６５が形成されている。また圧電素体５１の
一方主面から他方主面に貫通するようにビアホール接続
部５３が形成されており、ビアホール接続部５３の一端
は圧電素体５１の一方主面側に形成された電極６７に接
続され、他端は他方主面側に形成された電極６５に接続
されている。また、圧電素体５１内には、一端が内部電
極５２と電気的に接続され、他端が他方主面側に形成さ
れた電極６６と電気的に接続されるビアホール接続部５
４が形成されている。

【００１３】複合型圧電共振素子４０の電極６２と、複
合型圧電共振素子５０の電極６４とが電気的に接続さ
れ、これらがＯＵＴ端子に接続されている。また複合型
圧電共振素子４０の電極６３と、複合型圧電共振素子５
０の電極６７とが電気的に接続されている。電極６１に
はＩＮ端子が接続され、電極６６にはＧＮＤ端子が接続
されている。図３の実施例のように、圧電素体内にビア
ホールを形成し、電極の間を電気的に接続させてもよ
い。図４は、図２に示す構成の４素子ラダーフィルタの
構造を示す断面図である。図２に示す回路構成のラダー
フィルタは、図４に示すような構造のフィルタとして得
ることができる。図４を参照して、複合型圧電共振素子
２０及び３０は、外装ケース７０内に収納されている。
複合圧電共振素子２０の電極４１には、ＩＮ端子となる
金属端子７３が接続されている。複合型圧電共振素子２
０と３０の間には、ＯＵＴ端子となる金属端子７４が設
けられており、電極４２と電極４４とを電気的に接続し
ている。また複合型圧電共振素子３０の電極４５には、
ＧＮＤ端子となる金属端子７５が設けられている。金属
端子７３〜７５は、いずれもバネ端子である。

【００１４】電極４３と電極４５との間には、それぞれ
の電極を互いに電気的接続するための導電性ゴムシート
７６が設けられている。また電極４６と金属端子７５と
の間にも、電気的接続のための導電性ゴムシート７７が
設けられている。外装ケース７０の開口部には、開口を
閉成するためのベース板７１が設けられており、このベ
ース板７１の上に封止樹脂７２が設けられ外装ケース７
０内が封止されている。図４に示すラダーフィルタに用
いる複合型圧電共振素子は以下のようにして製造した。

【００１５】組成式Ｐｂ（Ｚｒ_0.45Ｔｉ_0.55）Ｏ₃ ＋
０．５重量％ＭｎＯ₂ で表される圧電磁器の仮焼粉末を
通常のドクターブレード法によってシート成形した。シ
ートを所定の大きさに打ち抜き、内部電極ペーストを印
刷し、積み重ね圧着することにより生の成形体を得た。
この成形体を電気炉中で、１２００〜１２５０℃の温度
で焼成し、積層圧電体の基板を得た。この基板から周波
数配置が最適になるように大きさを決定し、正方形板に
切り出した。この素子に、図２及び図４で示すような外
部電極を形成し、６０℃のシリコンオイル中で、２〜３
ｋｖ／ｍｍの電界を印加して、図２及び図４において矢
印で示すような方向の分極処理を行なった。以上のよう
にして複合型圧電共振素子１及び３０を製造した。図４
に示すように、本直列共振子２０ａ及び２０ｂを複合型
圧電共振素子２０として一体化し、また並列共振子３０
ａ及び３０ｂを複合型圧電共振素子３０として一体化し
て用いることにより、従来よりも金属端子の数を少なく
することができる。また並列共振子の厚みを従来よりも
薄くすることができる。

【００１６】図２及び図４では、４素子のラダーフィル
タを示したが、３素子以上のラダーフィルタに対しても
本発明は適用可能である。図５は、５素子のラダーフィ
ルタの構造を示す回路図である。図５を参照して、この
ラダーフィルタでは直列共振子８１，８２及び８３と、
並列共振子８４及び８５が組み合わせて接続されてい
る。図６は、図５に示すような５素子ラダーフィルタの
一実施例を示す構成図である。図６を参照して、複合型
圧電共振素子９０は、圧電素体９１に、２つの内部電極
９２及び９３を形成することにより、３つの直列共振子
９０ａ，９０ｂ，９０ｃを一体化している。圧電素体９
１の一方主面には電極１１１が形成され、他方主面には
電極１１３が形成されている。圧電素体９１の側面には
内部電極９２と電気的に接続された電極１１４が形成さ
れ、他方の側面には内部電極９３と電気的に接続された
電極１１２が形成されている。

【００１７】また複合型圧電共振素子１００は、圧電素
体１０１内に内部電極１０２を形成することによって、
２つの並列共振子１００ａ及び１００ｂを一体化してい
る。圧電素体１０１の一方主面には電極１１５が形成さ
れ、他方主面には電極１１６が形成されている。また側
面には内部電極１０２と電気的に接続された電極１１７
が形成されている。複合型圧電共振素子９０の電極１１
４と、複合型圧電共振素子１００の電極１１５とが電気
的に接続され、複合型圧電共振素子９０の電極１１２と
複合型圧電共振素子１００の電極１１６とが電気的に接
続されている。電極１１１にはＩＮ端子が接続され、電
極１１３にはＯＵＴ端子が接続され、電極１１７にはＧ
ＮＤ端子が接続されている。

【００１８】各共振子は、図６に矢印で示すような方向
に分極処理がなされている。図６に示すように、本発明
に従い一体化される共振子は、３つの共振子が一体化さ
れてもよく、一体化される共振子の数は限定されない。
以上の実施例では、内部電極を印刷したシートを積み重
ねることによって内部電極を形成させたシート積層法に
よる圧電素体を例にして説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、例えば、焼成した単板の圧電体
を接着させ、圧電体の間に電極を設けることによって複
数の圧電共振子を一体化し、複合型圧電共振素子とした
ものを用いてもよい。また、本発明で用いられる圧電素
体は、単結晶の圧電素体であってもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明に従えば、直列共振子及び並列共
振子の少なくとも一方に複合型圧電共振素子が用いられ
ている。この複合型圧電共振素子は複数の圧電共振素子
を一体的に構成させたものであるため、従来のように圧
電共振子間にバネ端子を設ける必要が少なくなり、従来
の圧電ラダーフィルタよりもバネ端子の数を少なくする
ことが可能である。従って、ラダーフィルタ全体の形状
を従来よりも小さくすることができる。また、複数の圧
電共振子を一体的に構成させるものであるため、並列共
振子の厚みを薄くしても、全体としては十分な機械的強
度を得ることができる厚みにすることができる。このた
め、従来よりも並列共振子の静電容量を大きくすること
ができ、容量比を増大し、減衰量を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】４素子２段型のラダーフィルタの構成を示す回
路図。

【図２】本発明に従う４素子ラダーフィルタの一実施例
を示す構成図。

【図３】本発明に従う４素子ラダーフィルタの他の実施
例を示す構成図。

【図４】図２に示す構成の４素子ラダーフィルタの構造
を示す断面図。

【図５】５素子のラダーフィルタの構成を示す回路図。

【図６】本発明に従う５素子ラダーフィルタの一実施例
を示す構成図。

【図７】従来のラダーフィルタの構造を説明するための
分解斜視図。

【符号の説明】

２０，３０，４０，５０，９０，１００…複合型圧電共
振素子 ２１，３１，４１，５１，９１，１０１…圧電素体 ２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ，５
０ａ，５０ｂ，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，１００ａ，１
００ｂ…圧電共振子 ２２，３２，４２，５２，９２，１０２…内部電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直列共振子及び並列共振子を接続して構
   成される圧電ラダーフィルタにおいて、 前記直列共振子及び並列共振子の少なくとも一方に、圧
   電素体内に電極を形成させることによって複数の圧電共
   振子を一体的に構成させた複合型圧電共振素子が用いら
   れていることを特徴とする、圧電ラダーフィルタ。