JP3465685B2 - 面積屈曲振動を利用した3端子フィルタ - Google Patents
面積屈曲振動を利用した3端子フィルタInfo
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- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
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Description
ルタなどに使用される面積屈曲振動を利用した3端子フ
ィルタに関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来、kHz帯で使用される3端子フィ
ルタとしては、拡がり振動あるいは長さ振動を利用した
ものがある。図1は拡がり振動を利用したAM用3端子
フィルタBの一例を示す。このフィルタBは、略正方形
状の圧電セラミックス10の表面中心部に中心電極11
を形成するとともに、その外側に中心電極11を取り囲
むリング電極12を形成し、裏面全面に接地電極13を
形成したものである。中心電極11、リング電極12お
よび接地電極13には、それぞれ入力端子11a,出力
端子12aおよび接地端子13aが接続される。図2は
図1の3端子フィルタBの回路記号を示す。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】上記のような拡がり振
動を利用した3端子フィルタBの場合、その共振周波数
は一辺の長さによって決定される。例えば40kHzの
フィルタを得ようとすれば、一辺の長さは約50mmに
もなる。近年、電子機器の小型化がますます進んでお
り、電子部品にも小型、薄型化が求められている。この
ような状況の中で、上記のような大型のフィルタは到底
採用できない。そのため、拡がり振動を利用した3端子
フィルタは周波数が数百kHz以上のフィルタにしか適
用できなかった。長さ振動を利用した3端子フィルタの
場合も、拡がり振動を利用したものと同様に、その形状
(長さ)によって共振周波数が決まるため、小型化が困
難であった。 【0004】そこで、本発明の目的は、拡がり振動ある
いは長さ振動を利用したものに比べて小型にでき、かつ
厚みと辺長によって周波数を調整可能な面積屈曲振動を
利用した3端子フィルタを提供することにある。また、
他の目的は、同等寸法であれば、より低周波の3端子フ
ィルタを提供することにある。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、略正方形状の3層の電極と略正方形状の
2層の圧電体層とを交互に積層し、上記圧電体層は厚み
方向に同方向または逆方向に分極させたものであり、一
方の表面電極を入力電極、他方の表面電極を出力電極、
内部電極を接地電極としたことを特徴とする面積屈曲振
動を利用した3端子フィルタを提供する。 【0006】長方形の屈曲振動を利用した共振子の場
合、長辺屈曲振動と短辺屈曲振動とが現れるが、形状が
正方形に近づくに従い、短辺屈曲振動と長辺屈曲振動の
周波数が近づき、やがて正方形になると、両方の振動が
重なり、非常に大きな面積屈曲振動となる。面積屈曲振
動を利用した共振子の場合、分極方向と電界方向とが同
方向の圧電体層は平面方向に収縮し、分極方向と電界方
向とが逆方向の圧電体層は広がるので、共振子全体とし
て面積屈曲振動を起こす。このような面積屈曲振動の共
振子では、拡がり振動を利用した圧電共振子に比べて、
同じ共振周波数であれば、寸法を小さくすることができ
る。逆に、同一寸法であれば、より低周波のフィルタを
得ることができる。拡がり振動を利用した共振子では、
その共振周波数は1辺の長さのみで決定されるのに対
し、面積屈曲振動を利用した共振子では、1辺の長さだ
けでなく、厚みによっても共振周波数は変化する。した
がって、素子の辺長と厚みとを選択することによって、
共振周波数を調整可能である。また、拡がり振動を利用
した共振子と比較して、面積屈曲振動を利用した共振子
では、2層の圧電体層を積層してなるので、全体の厚み
が同一であっても、各圧電体層の厚みを約1/2に薄く
できる。そのため、入力電極と接地電極間、よび出力電
極と接地電極間の端子間容量を約2倍に大きくできる。 【0007】 【発明の実施の形態】図3,図4は本発明にかかる面積
屈曲振動を利用した3端子フィルタの第1実施例を示
す。このフィルタAは、略正方形状をした2層の圧電体
層(圧電セラミックス層)1,2を、その間に内部電極
3を介して挟んで積層し、積層された圧電体層1,2の
外側主面にそれぞれ表面電極4および5を形成したもの
である。両方の圧電体層1,2の厚みは同一に設定され
ている。内部電極3は接地端子3aと接続され、一方の
表面電極4は入力端子4aに接続され、他方の表面電極
5は出力端子5aに接続されている。そのときの回路図
は図2と同様である。 【0008】圧電体層1,2は、図5の(a)のように
互いに厚み方向に同一方向に分極Pしたもの、(b)の
ように互いに外向きに分極Pしたもの、(c)のように
互いに内向きに分極Pしたもの、のいずれであってもよ
い。 【0009】例えば、図5の(b)のように、互いに逆
方向に分極Pされた圧電体層1,2を持つフィルタAの
場合、入力端子4aにプラスの電位、出力端子5aにマ
イナスの電位が印加されると、表面電極4から表面電極
5方向へ電界Eが作用する。分極方向と電界方向とが逆
方向の圧電体層1は平面方向に広がり、分極方向と電界
方向とが同方向の圧電体層2は平面方向に収縮するの
で、図6に示すように、フィルタA全体として上に凸と
なるように屈曲する。電界方向が逆方向になると、フィ
ルタAは下に凸となるように屈曲する。したがって、入
力端子4aと出力端子5a間に高周波電界を印加すれ
ば、フィルタAは所定の周波数で面積屈曲振動を起こ
す。 【0010】図7は、上記フィルタAにおける振幅特性
と群遅延特性(GDT)とを示したものである。図7か
ら明らかなように、良好なフィルタ特性を示すことがわ
かる。 【0011】拡がり振動を利用した共振子の場合には、
厚みに関係なく、その辺の長さのみによって共振周波数
が決定される。これに対し、面積屈曲振動を利用した共
振子では、厚みtと辺の長さLとにより、次式のように
共振周波数Frが決定される。Fr∝t/L2このよう
に共振周波数Frは、厚みtに比例し、辺の長さLの二
乗に反比例することがわかる。 【0012】図8は面積屈曲振動を利用したフィルタA
と、拡がり振動を利用した共振子の、同一周波数(Fr
=40kHz)における素子寸法を比較したものであ
る。図から明らかなように、同一の周波数でも、面積屈
曲振動素子は拡がり振動素子に比べて、素子寸法を約1
/5に小さくできることがわかる。特に、Fr=40k
Hzの3端子フィルタの場合、拡がり振動素子では一辺
が約50mmにもなるが、面積屈曲振動素子では一辺が
10mm以下にできる。特に、素子の厚みを0.2mm
以下にすると、素子の辺長を5mm以下に小型化でき
る。 【0013】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、3層の電極と2層の圧電体層とを交互に積層
し、圧電体層を厚み方向に分極させた構造を持つ3端子
フィルタであって、一方の表面電極を入力電極、他方の
表面電極を出力電極、内部電極を接地電極としたので、
2層の圧電体層が互いに逆層の面積屈曲振動を起こす。
そのため、同一周波数であっても、拡がり振動あるいは
長さ振動を利用したフィルタに比べて素子寸法を小さく
できる。逆に、同一寸法であれば、より低周波の3端子
フィルタを得ることができる。また、厚みと辺長によっ
て周波数が調整可能であるため、多様な周波数の3端子
フィルタを得ることができる。
一例の斜視図である。 【図2】図1に示す3端子フィルタの回路図である。 【図3】本発明にかかる3端子フィルタの一例の斜視図
である。 【図4】図3に示す3端子フィルタの断面図である。 【図5】図3に示す3端子フィルタの分極方向を示す図
である。 【図6】図3に示す3端子フィルタが面積屈曲振動を起
こした状態の図である。 【図7】図3に示す3端子フィルタのフィルタ特性図で
ある。 【図8】面積屈曲振動を利用した3端子フィルタと拡が
り振動を利用した3端子フィルタの厚みと一辺の長さと
の関係を示す図である。 【符号の説明】 A 3端子フィルタ 1,2 圧電体層 3 内部電極 3a 接地端子 4,5 表面電極 4a 入力端子 5a 出力端子
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】略正方形状の3層の電極と略正方形状の2
層の圧電体層とを交互に積層し、上記圧電体層は厚み方
向に同方向または逆方向に分極させたものであり、一方
の表面電極を入力電極、他方の表面電極を出力電極、内
部電極を接地電極としたことを特徴とする面積屈曲振動
を利用した3端子フィルタ。
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