CN103401524A - 压电装置 - Google Patents
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Abstract
一种具备表面安装型的外壳的压电装置,其同时实现了小型化以及扁平化,其中,所述表面安装型的外壳具有密封孔。所述压电装置具备以气密状态封装压电振动片(2)的外壳(3),所述压电振动片具有从振动部(10、11)的基端部(9)起在其两侧平行延伸的第1以及第2支承臂(14、15),外壳具有:向用于在内部收纳压电振动片的腔室内部突出的凸部(7a),和贯通该凸部并在腔室内部以及外壳的外表面上开口的密封孔(22)。第1支承臂的长度短于第2支承臂,凸部位于第1支承臂的延长方向上比该第1支承臂的前端更靠前的位置,从而在俯视时不与压电振动片重合,且被配置在压电振动片的长度方向上至少与第2支承臂部分重合的范围内。
Description
本申请为,中国国家申请号为201010589270.2、申请日为2010年12月9日、发明名称为压电装置的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种被用于各种电子设备的压电振子、压电振荡器等的压电装置,特别是涉及一种对收纳有压电振动片的外壳以气密状态进行封装的表面安装型的压电装置。
背景技术
一直以来,压电装置多数使用适合向电路基板等安装的表面安装型的压电装置。通常,表面安装型的压电装置采用一种外壳结构,即,由陶瓷等绝缘材料构成的薄箱型的基座以及与该基座相接合的平板状的盖体形成,并在内部安装压电振动片并以气密状态进行密封。而且,随着最近的电子设备的小型化、轻薄化,要求压电装置更加小型化和轻薄化。
为了使压电装置小型化,已知一种音叉型的压电振动片,具有:一对振动臂,其从基端部起平行地延伸;支承臂,其从该基端部起以与振动臂平行的方式延伸且设有来自激励电极的引出电极(例如,参照专利文献1)。另外,已知一种结构,即,具有矩形薄板状的振动部的厚度切变振动模式的压电振动片,也同样具备一种支承臂,该支承臂从振动部的基端起以与该振动部平行的方式延伸且设置有来自激励电极的引出电极(例如,参照专利文献2)。
这些压电振动片通过在支承臂处用导电性粘合剂固定在外壳的贴装电极上,从而在电连接的同时被机械性地固定并支承。因此,与在基端部处利用导电性粘合剂以悬臂的方式固定并支承压电振动片的现有结构相比,由于基端部的尺寸在长度方向上缩小,因此能够使压电振动片以及压电装置相应地小型化。
为了均衡地固定压电振动片,通常,压电振动片的支承臂在振动臂或者振动部的两侧各设置有一个。而且,也可以在振动臂或者振动部的一侧仅设置一个支承臂,并在该支承臂和基端部处固定于外壳(例如,参照专利文献3)。
而且,音叉型的压电振动片通过在振动臂的前端形成扩大其宽度的锤部,从而能够缩短振动臂而使振动片整体在长度方向上小型化(例如,参照专利文献4)。通过该宽度加宽的锤部,能够抑制高阶振动模式的发生,从而获得振动频率的稳定性。
而且,在表面安装型的压电装置中使用下述外壳结构,即,为了排出在盖体与基座相接合时由密封材料产生的气体或水分,并且/或者将内部密封为所需真空状态或者环境,而预先设置与外部连通的密封孔,并在盖体与基座相接合之后对密封孔进行封闭。大多数情况下,外壳的密封孔被设置在由陶瓷材料的薄板进行层叠而成的基座上(例如,参照专利文献2、3、5),但也能够设置在平板状的盖体上(例如,参照专利文献6)。
在先技术文献
专利文献1:日本特开2004-297198号公报
专利文献2:日本特开2009-21794号公报
专利文献3:日本特开2004-343541号公报
专利文献4:日本特开2005-5896号公报
专利文献5:日本特开2006-332727号公报
专利文献6:日本特开2002-171152号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在封闭外壳的密封孔时,通过对放置在其内部的、由低熔点金属构成的球状或颗粒状的密封材料照射激光束或者卤素灯等,以使所述密封材料在瞬间被加热而熔化,从而进行封闭。此时,优选为,使密封孔内侧的开口直径小于外侧的开口直径,以防止密封材料落入外壳内。当基座由陶瓷薄板的层叠结构构成时,通过将构成其底板的陶瓷薄板上的大直径孔以及层叠于所述底板上的陶瓷薄板上的小直径孔配置成同心,从而使此种密封孔形成为阶梯状的两层结构。另外,在由金属平板构成的盖体上,能够通过使用冲头等的工具形成朝向下方的凸部并在其中心开设贯穿孔,从而形成密封孔。
上述现有技术中的密封孔无论设置在外壳的基座或者盖体中的哪一方,在俯视这些密封孔时,均以与压电振动片重合的方式被配置,以使外壳的平面尺寸小型化。特别是,在将密封孔设置在与压电振动片的激励电极重合的位置上的情况下,在将盖体接合到基座上之后,通过从外部经由密封孔照射激光等而去除部分激励电极,从而能够对压电振动片的振动频率进行微调节。
但是,如上所述,这种将密封孔设置在基座上且以与压电振动片重合的方式配置所述密封孔的外壳,需要将基座的底板部分制成至少两层的层叠结构。而且,必须在密封孔的内侧开口与压电振动片之间设置间隙。由此,难以使外壳进一步轻薄化以及扁平化。同样地,在将密封孔设置在盖体上的情况下,也必须在盖体内表面的凸部与压电振动片之间设置间隙,从而限制了外壳的轻薄化和扁平化。
因此,本发明是鉴于上述现有的问题点而被完成的,其目的在于,在具备表面安装型的外壳的压电装置中,能够同时实现其小型化以及扁平化,其中,所述表面安装型的外壳在基座或者盖体上具有密封孔。
解决课题的方法
为了实现上述目的,本发明的压电装置的特征在于,具备:压电振动片以及以气密状态封装该压电振动片的外壳,
其中,压电振动片具有:振动部;第1以及第2支承臂,其从该振动部的基端部起延伸且沿着振动部的两侧被配置,
外壳具有:箱型的基座,其由绝缘材料构成;平板状的盖体,其与该基座的上部相接合;腔室,其为被基座和盖体隔开而形成的部分,用于在其内部收纳压电振动片;凸部,其从基座或者盖体向腔室的内部突出;密封孔,其贯穿该凸部并在腔室的内部以及外壳的外表面上开口,
压电振动片在第1以及第2支承臂处被固定并支承于腔室的底面上,
密封孔通过密封材料而以气密状态被封闭,
第1支承臂的长度短于第2支承臂的长度,
凸部位于第1支承臂的延长方向上比该第1支承臂的前端更靠前的位置,从而在俯视时不与压电振动片重合,且被设置在压电振动片的长度方向上至少与第2支承臂部分重合的范围内。
以此种方式,通过使被设置在振动部两侧的支承臂中的一个短于另一个,从而在腔室内部确保了不与压电振动片重合的平面空间,通过在该平面空间内设置凸部并开设密封孔,从而能够使外壳扁平化且在平面上小型化。
在另一实施例中,振动部被配置成,在压电振动片的宽度方向上,与较短的第1支承臂相比更靠近较长的第2支承臂。由此,由于压电振动片的重心位置与第1支承臂相比更靠近第2支承臂,因此能够更均衡地支承压电振动片,从而防止压电振动片的振动泄漏,由此能够进一步实现振动的稳定性。
而且,在某实施例中,基座通过多个绝缘材料板的层叠结构而构成为箱型,腔室的底面由第1绝缘材料板形成,而凸部由层叠在第1绝缘材料板上的第2绝缘材料板而形成,密封孔通过被形成在第1绝缘材料板上的大孔部、和以与该大孔部连续的方式被形成在第2绝缘材料板上的小孔部,而形成为在其内侧具有阶梯。以此种方式,由于将基座制成最少由两张绝缘材料板构成的层叠结构,从而有利于外壳的扁平化,其中,所述基座具有阶梯状的密封孔,以便在密封孔中放置球状或颗粒状的密封材料。
在其他实施例中,盖体具有凸部,由于该凸部的密封孔具有从盖体的外表面朝向腔室呈锥形的倾斜面,从而同样地能够将通过激光束或者卤素灯的照射加热并熔化的球状或颗粒状的密封材料,以不落入腔室内的方式,放置在密封孔的倾斜面上。
在其他实施例中,具备一种音叉型的压电振动片,该音叉型的压电振动片的振动部具有从其基端部起平行地延伸并进行弯曲振动的至少一对振动臂。此时,由于振动臂的前端具备宽度加宽的锤部,从而即使缩短振动臂,也可抑制高阶振动模式的发生而获得振动频率的稳定性,因此能够使压电振动片整体在长度方向上小型化。
根据其他的实施例,本发明能够适用于那些具有振动部由矩形平板构成的厚度切变振动型压电振动片的压电装置。
而且,在其他实施例中,由于压电振动片除了在第1以及第2支承臂处之外,还在其基端部处被固定于腔室的底面上,从而能够更加稳定且可靠地进行支承。
附图说明
图1(A)为以省略盖体的方式表示本发明所涉及的压电装置的第1实施例的俯视图,(B)为沿其IB-IB线的纵剖视图,(C)为沿其IC-IC线的纵剖视图。
图2(A)为本发明所涉及的压电装置的第2实施例的俯视图,(B)为沿其IIB-IIB线的纵剖视图,(C)为沿其IIC-IIC线的纵剖视图。
图3(A)为以省略盖体的方式表示本发明所涉及的压电装置的第3实施例的俯视图,(B)为沿其III-III线的纵剖视图。
图4(A)为以省略盖体的方式表示本发明所涉及的压电装置的第4实施例的俯视图,(B)为沿其IV-IV线的纵剖视图。
符号说明
1、31、51、61 压电振子
2、32、52、62 压电振动片
3、33 外壳
4、34 基座
5、35 盖体
6、7、36、37 陶瓷薄板
7a、39 凸部
8、38 密封材料
9、53、63 基端部
10、11 振动臂
10a、11a 锤部
12、13、53、63 连接部分
14、57、67 第1支承臂
15、58、68 第2支承臂
16~18 贴装电极
19~21 导电性粘合剂
22、40 密封孔
23、41 密封材料
54、64 振动部
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明的理想实施例进行详细说明。
图1(A)~(C)图示了本发明所涉及的压电装置的第1实施例。第1实施例中的压电振子1具备以气密状态将音叉型压电振动片2封装在内部的外壳3。外壳3具有:由陶瓷材料构成的箱型的基座4,和平坦的矩形薄板状的盖体5。基座4通过对呈矩形平板状的下侧的陶瓷薄板6以及呈矩形框状的上侧的陶瓷薄板7进行层叠,从而在其内部划分出用于收纳压电振动片2的腔室。盖体5通过密封材料8而与基座4的上端面气密地接合。
盖体5由科瓦铁镍钴合金、42合金、SUS等的金属材料,玻璃、硅、水晶、陶瓷等的绝缘材料形成。在盖体5为金属材料的情况下,作为密封材料8,能够使用由科瓦铁镍钴合金组成的密封圈,或银焊料、焊锡等的焊接材料。在盖体5为玻璃、硅、水晶、陶瓷等的情况下,能够将低熔点玻璃或粘合剂用于密封材料8。
压电振动片2具有:基端部9,和从该基端部起沿长度方向相互平行地延伸的一对振动臂10、11。在各个振动臂的前端分别具有宽度加宽的锤部10a、11a。通过所述锤部,即使缩短所述振动臂的长度,也可抑制高阶振动模式的发生从而获得振动频率的稳定性,并能够使压电振动片2整体在长度方向上小型化。本实施例的振动臂10、11的宽度在整个长度上均固定。在其他的实施例中,所述振动臂的宽度能够形成为,从基端一侧朝向前端变细。
而且,压电振动片2具有:被设置在其宽度方向的两侧且与基端部9的两侧的连接部分12、14相结合的第1支承臂14和第2支承臂15。第1以及第2支承臂14、15,分别从所述连接部分起沿着所述振动臂的两侧与该振动臂大致平行地延伸。第2支承臂15具有延长至振动臂11的锤部11a附近的长度,与此相对,第1支承臂14被形成得较短,为第2支承臂15的一半左右的长度。
在基座4的所述腔室底面上,与所安装的压电振动片2的第1支承臂14的前端部分大致对应的位置、以及分别与第2支承臂15的前端部分和中间部分大致对应的位置处,设置有贴装电极16~18。由导电性粘合剂19~21将压电振动片2的第1支承臂14的前端部分、第2支承臂15的前端部分以及中间部分,分别固定在对应的贴装电极16~18上。由此,所述压电振动片在与从振动臂10、11的激励电极(未图示)通过基端部9并配线在第1、第2支承部14、15的的引出电极(未图示)形成电连接的同时,机械地被固定支承。
而且,在基座4上设置有从所述腔室底面朝向上方突出的凸部7a。在凸部7a上形成有将所述腔室的内部与外壳3的外部连通的密封孔22。密封孔22由Au-Sn、焊锡等的适当的密封材料23气密地封闭。
如图1(B)、(C)所示,凸部7a通过从构成基座4的矩形框状的上侧陶瓷薄板7朝向所述腔室的内侧延伸的部分而形成。密封孔22被形成为,通过以同心的方式连续配置大孔部22a与小孔部22b,从而在其内部具有阶梯,其中,大孔部22a贯穿用于形成所述腔室底面的下侧陶瓷薄板6,而小孔部22b贯穿上侧陶瓷薄板7的所述延伸部分。通过该阶梯,当对密封孔22进行密封时,能够在该密封孔中放置球状、颗粒状的密封材料而不会落入腔室内,并在真空环境中,通过激光束或者卤素灯等的照射对密封材料进行加热熔化。
凸部7a被配置于,在较短的第1支承臂14的前端以及邻接的振动臂10的锤部10a之间所划分出的平面空间内。通过该种方式,凸部7a位于所述第1支承臂的延长方向上比该第1支承臂的前端更靠前的位置,从而在俯视时不与压电振动片2重合,且设置在压电振动片2的长度方向上至少与所述第2支承臂部分重合的范围内。由此,能够使外壳3扁平化且在平面上小型化。特别是,由于能够将基座4制成最少由两张陶瓷薄板构成的层叠结构,从而有利于使外壳3扁平化。
而且,在本实施例中,压电振动片2被配置成,在其宽度方向上,使基端部9与第2支承臂15的连接部分13短于基端部9与第1支承臂14的连接部分12,从而使由振动臂10、11构成的振动部位于与所述第1支承臂相比更靠近所述第2支承臂的位置。由此,由于压电振动片2的重心位置处于与第1支承臂14相比更靠近第2支承臂15的位置,从而能够更均衡地支承压电振动片。因此,能够有效地防止压电振动片2的振动泄漏,从而进一步实现振动的稳定性。
图2(A)~(C)图示了本发明所涉及的压电装置的第2实施例。第2实施例中的压电振子31具备以气密状态将音叉型压电振动片32封装在内部的外壳33。外壳33具有:由陶瓷材料组成的箱型的基座34,和平坦的矩形薄板状的盖体35。基座34与第1实施例中的基座4相同地,通过对矩形平板状的下侧陶瓷薄板36与矩形框状的上侧陶瓷薄板37进行层叠而成,从而在其内部划分出用于收纳压电振动片32的腔室。
由于压电振动片32具有与第1实施例中的压电振动片2完全相同的结构,且通过相同的方式被固定并支承在基座34上,从而对其省略说明。
盖体35通过密封材料38而被气密地接合在基座34的上端面上。本实施例中的盖体35由科瓦铁镍钴合金、42合金、SUS等的金属材料形成。作为密封材料38,能够使用由科瓦铁镍钴合金等构成的密封圈,或银焊料、焊锡等的焊接材料。
在盖体35上设置有从其内表面朝向所述腔室内向下方突出的凸部39。在凸部39的中心形成有将所述腔室的内部与外壳33的外部连通的密封孔40。密封孔40由Au-Sn、焊锡等适当的密封材料41气密地封闭。
如图2(B)、(C)所示,凸部39被形成为朝向下方的圆锤形状,所述密封孔40具有从盖体35的外表面朝向所述腔室呈锥形的倾斜面。通过该倾斜面,当对密封孔40进行密封时,能够在该密封孔中放置球状、颗粒状的密封材料而不会落入腔室内,并在真空环境中,通过激光束或者卤素灯等的照射对该密封材料进行加热熔化。这种凸部39以及密封孔40能够使用例如冲头等工具而形成。
凸部39被配置于,在较短的第1支承臂14的前端与邻接的振动臂10的锤部10a之间所划分出的平面空间内。通过该种方式,凸部39位于所述第1支承臂的延长方向上比该第1支承臂的前端更靠前的位置,从而在俯视时不与压电振动片32重合,且设置在所述压电振动片32的长度方向上至少与第2支承臂部分重合的范围内。由此,能够使外壳33扁平化且在平面上小型化。
图3(A)、(B)图示了本发明所涉及的压电装置的第3实施例。第3实施例中的压电振子51具备以气密状态将厚度切变振动模式的压电振动片52封装在内部的外壳3。由于外壳3具有与第1实施例中的外壳完全相同的结构,从而对其省略说明。
压电振动片52具有:基端部53,和从该基端部起沿长度方向延伸的矩形平板状的振动部54。而且,压电振动片52具有:被配置在其宽度方向的两侧且与基端部53两侧的连接部分55、56相结合的第1支承臂57与第2支承臂58。第1以及第2支承臂57、58分别从所述连接部分起沿着所述振动部的两侧以与所述振动部大致平行的方式延伸。第1支承臂57被形成得较短,为第2支承臂58的一半左右的长度。
外壳3具有与第1实施例中的外壳相同的结构。在本实施例中,被设置在基座4上的凸部7a位于较短的第1支承臂57的延长方向上比该第1振动臂的前端更靠前的位置,从而在俯视时不与压电振动片52重合,且设置在所述压电振动片的长度方向上至少与第2支承臂58部分重叠的范围内。由此,与第1实施例相同地,能够使外壳3扁平化且在平面上小型化。而且,能够将基座4制成最少由两张陶瓷薄板构成的层叠结构,从而能够有效地使外壳3扁平化。
在本实施例中,压电振动片52也被配置成,在其宽度方向上,使基端部53与第2支承臂58的连接部分56短于基端部53与第1支承臂57的连接部分55,从而使振动部54位于与所述第1振动臂相比更靠近所述第2支承臂的位置。由此,由于压电振动片52的重心位置处于与第1支承臂57相比更靠近第2支承臂58的位置,从而能够更均衡地支承压电振动片。因此,能够有效地防止压电振动片52的振动泄漏,从而进一步实现振动的稳定性。
图4(A)、(B)图示了本发明所涉及的压电装置的第4实施例。第4实施例中的压电振子61具备以气密的方式将厚度切变振动模式的压电振动片62封装在内部的外壳33。由于外壳33具有与第2实施例中的外壳完全相同的结构,从而对其省略说明。
压电振动片62与第3实施例中的压电振动片52同样地具有:基端部63、从该基端部沿长度方向延伸的矩形平板状的振动部64、和被配置在压电振动片62的宽度方向的两侧且与基端部63两侧的连接部分65、66相结合的第1支承臂67与第2支承臂68。第1以及第2支承臂67、68分别从所述连接部分起沿着所述振动部的两侧以与所述振动部大致平行的方式延伸。第1支承臂67被形成得较短,为第2支承臂68的一半左右的长度。
外壳33具有与第2实施例中的外壳相同的结构。在本实施例中,被设置在盖体35上的凸部39位于较短的第1支承臂67的延长方向上比该第1支承臂的前端更靠前的位置,从而在俯视时不与压电振动片62重合,且设置在所述压电振动片的长度方向上至少与第2支承臂68部分重合的范围内。由此,与第2实施例相同地,能够使外壳33扁平化且在平面上小型化。
本发明并不限定于上述实施例,在其技术范围内能够添加并实施各种变形或者变更。例如,压电振动片能够在其第1以及第2支承臂和基端部处固定于基座的腔室底面上,由此,能够更稳定且可靠地进行支承。而且,本发明除了上述各实施例中的压电振子以外,还能够适用于例如从基端部起延伸两对振动臂的压电陀螺元件这样的各种压电装置。
Claims (14)
1.一种振子,其特征在于,具备:
振动片,其包括振动部、第1支承部以及第2支承部;
外壳,其包括基座以及与所述基座接合的盖体,并且在内部搭载有所述振动片;
贯穿孔,其以贯穿所述内部以及所述外壳的外部的方式被设置于所述基座以及所述盖体中的某一方上,
所述贯穿孔通过密封材料而被封闭,
所述第1支承部以及所述第2支承部被固定在所述基座上,
所述第1支承部的长度短于所述第2支承部的长度,
所述贯穿孔被配置于与所述第2支承部相比更靠所述第1支承部侧,从而在俯视观察时不与所述压电振动片重合。
2.如权利要求1所述的振子,其特征在于,
所述第1支承部以及所述第2支承部沿着所述振动部的两侧而配置,
所述贯穿孔被配置于,在俯视观察时沿着所述第1支承部的延长方向而比所述第1支承部的前端更靠前的位置。
3.如权利要求2所述的振子,其特征在于,
所述振动部被配置成,在俯视观察时与所述第1支承部相比更靠近所述第2支承部。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的振子,其特征在于,
所述贯穿孔被设置于凸部上,所述凸部从所述基座以及所述盖体中的某一方朝向所述内部突出。
5.如权利要求4所述的振子,其特征在于,
所述凸部被设置成,从所述第1支承部以及所述第2支承部的排列方向观察时,与所述第2支承部中的至少一部分重合。
6.如权利要求1至3中的任一项所述的振子,其特征在于,
所述基座包括:
第1绝缘性基板,在其主面上固定有所述第1支承部以及所述第2支承部;
第2绝缘性基板,其为被设置在所述主面上的所述凸部,
所述贯穿孔包括:
大孔部,其被设置在所述第1绝缘性基板上;
小孔部,其与所述大孔部连通,并且被设置在所述第2绝缘性基板上。
7.如权利要求1至3中的任一项所述的振子,其特征在于,
所述凸部被设置于所述盖体上,
所述贯穿孔具有从所述盖体的外表面朝向所述内部而倾斜的倾斜面。
8.如权利要求1至3中的任一项所述的振子,其特征在于,
所述基座上设置有有底的凹部,
所述盖体对所述凹部的开口部进行封闭,
所述振动片被搭载于所述凹部的内部。
9.如权利要求1至3中的任一项所述的振子,其特征在于,
所述振动部为,以弯曲振动的形式进行振动的振动臂。
10.如权利要求9所述的振子,其特征在于,
所述振动臂的前端具有锤部。
11.如权利要求1至3中的任一项所述的振子,其特征在于,
所述振动部以厚度切变振动的形式进行振动。
12.一种振荡器,其特征在于,具备权利要求1至3中的任一项所述的振子。
13.一种陀螺仪,其特征在于,具备权利要求1至3中的任一项所述的振子。
14.一种电子设备,其特征在于,具备权利要求1至3中的任一项所述的振子。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
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C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131120 |