【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音叉型振動子を産業上の技術分野とし、特にクリスタルインピーダンス（以下、ＣＩとする）を小さくして小型化を促進した音叉型振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）音叉型振動子は特に時計用の歩度を刻む信号源として知られ、近年ではジャイロスコープのセンサ素子等にも適用されている。そして、このようなものでは、他の電子部品と同様に小型化が求められている。
【０００３】
（従来技術の一例）第２図は一従来例を説明する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は外観図、同図（ｂ）は上面図、同図（ｃ）は正面図である。
音叉型振動子は例えばＺカットとした（通称では＋５度Ｘカット）音叉状水晶片からなり、音叉基部１と一対の音叉腕２を有する。通常では、結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を幅、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を厚みとする。そして、各音叉腕２の４面に励振電極３を形成する「第２図（ａ）」。
【０００４】
励振電極３は、音叉腕２の一方では各組の対向面（両主面と両側面）を同電位として、一組と他組の対向面は逆電位とする。そして、音叉腕２の他方では音叉腕２の一方とは逆電位として、図示しない結線図により一方と他方の同電位同士を共通接続する。
【０００５】
このようなものでは、例えば音叉腕２の一方での両主面を＋電位とし、両側面を−電位とすると、矢印で示す各電界によって音叉腕２の中心から外側面と内側面に向かう電界合成ベクトルＰ、Ｑが発生する「第２図（ｂ）」。
【０００６】
そして、この電界合成ベクトルＰ、Ｑに起因した圧電逆効果によって、音叉腕の外側面では伸張し、内側面では縮小する。したがって、音叉腕２の一方は矢印Ａで示すように外方向に撓む。そして、音叉腕２の一方とは電位を逆とした他方は矢印Ｂで示すように反対方向の外方向に撓む「第２図（ｃ）」。
【０００７】
また、前述とは逆に音叉腕２の一方での両主面を−電位とし（未図示）、両側面を＋電位とすると、音叉腕２の外側面と内側面から中心に向かう電界ベクトルが発生する。そして、外側面では縮小、内側面では伸張する。したがって、音叉腕２の一方は内方向に撓む。そして、他方は反対方向の内方向に撓む。
【０００８】
これらにより、両主面と両側面に±電位とする交番電圧を印加すると、一対の音叉腕２が互いに反対方向に水平振動即ち音叉振動が励起される。これらのものでは、音叉腕２の長さＬと幅Ｗによって共振周波が決定され、概ねＷ／Ｌ２に比例する。そして、発振回路に組み込まれて発振子として、ここではＱの高いインダクタ素子として機能する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の音叉型振動子では小型化が進行するとＣＩが増大する問題があった。すなわち、音叉腕２の幅が小さくなると励振電極３の主面電極幅も小さくなり、充分な電界を供給できずにＣＩが増大する。ちなみに、音叉腕２の幅を１００μｍ、長さ１．６ｍｍ、厚み８０μｍとした共振周波数３２ＫＨｚとした場合の、両主面の励振電極幅ｄとＣＩの関係は第３図になる。
【００１０】
これから明らかなように、励振電極３の幅ｄが小さくなるとＣＩはこれに比例して増大する。そして、発振子として求められる実際的なＣＩ値を５０Ω以下とするためには、両主面の励振電極３の幅ｄを８５μｍ以下にする必要のあることが分かる。なお、図中の実線は実側線、点線は推測線である。しかし、この場合には、マスク等を設けての励振電極３の形成を困難にし、実際的には５０Ω以下にするには限界があった。
【００１１】
そこで、第４図に示したように音叉腕２の両主面に対向する凹所４を設けて励振電極３を形成する。このようにすれば、Ｘ軸（幅）方向での電界が直線的になるので電界強度が増してＣＩを小さくできることが提案されている（特許文献１及び２）。しかしながら、この場合には主面の中央部に対向する凹所４を設けるため、強度が低下して耐衝撃性に問題を生ずる。
【００１２】
（発明の目的）本発明はＣＩを小さく維持して小型化を促進する音叉型振動子を提供することを目的とする。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−７６８２７号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４１４１号公報
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（着目点）本発明は前述した主面電極幅とＣＩとの関係に、即ち主面電極面積が大きくなればＣＩは小さくなる点に着目した。
【００１５】
（解決手段、請求項１）本発明は、音叉腕の少なくとも一主面を凹凸状とする溝を設けて励振電極を形成したことを基本的な解決手段とする。これにより、励振電極の面積が大きくなるのでＣＩを小さくできる。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１６】
【実施例】
第１図は本発明の一実施例を説明する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は励振電極を除く外観図、同図（ｂ）は上面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
音叉型振動子は前述したように音叉基部１と一対の音叉腕２からなり、各音叉腕２に励振電極３を設けてなる。ここでは、印刷及びエッチング技術により、図示しない水晶ウェハから多くの音叉状水晶片を形成して電極をも一体的に形成する。
【００１７】
そして、この実施例では、各音叉腕２の両主面にＹ軸（長さ）方向に沿った複数列の溝５をエッチングによって設け、両主面を幅方向に凹凸状にする。そして、両主面及び両側面に励振電極３を形成する。なお、両側面の励振電極３は製造上（エッチング）の点から両主面側にまたがって形成される。
【００１８】
このような構成であれば、各音叉腕２の両主面の励振電極３は実質的に電極面積が増加する。すなわち、両主面の励振電極３の幅ｄを凹凸を設けることによって実質的に８５μｍ以上にするので、前第３図のＣＩ特性図に示したようにＣＩ値を５０Ω以下にできる。
【００１９】
【他の事項】
上記実施例では溝５は方形状としたが、例えば３角状であってもＵ字状であってもよく実質的に電極幅ｄが長くなればよい。また、音叉腕２の両主面に設けたが、両側面をも含めていずれかの一面に設けられていればその効果を期待できる。但し、エッチングの場合には両主面に設けるのが最適である。また、溝５は少なくとも２列以上あれば同様にその効果を期待できる。
【００２０】
そして、単に音叉型振動子として説明したが、ジャイロスコープ用のセンサ素子として利用する場合にも同様に適用でき、要は音叉振動を励起する場合には適用できる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、音叉腕の少なくとも一主面を凹凸状とする溝を設けて励振電極を形成したので、ＣＩを小さく維持して小型化を促進する音叉型振動子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は励振電極を除く外観図、同図（ｂ）は上面図である。
【図２】従来例を説明する音叉型振動子の図で、同図（ａ）は外観図、同図（ｂ）は上面図、同図（ｃ）は正面図である。
【図３】従来例の問題点を説明するＣＩ特性図である。
【図４】従来例の他の例を説明する音叉型振動子の上面図である。
【符号の説明】
１ 音叉基部、２ 音叉腕部、３ 励振電極、４ 凹所、５ 溝．[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tuning fork vibrator in which the tuning fork vibrator is an industrial technical field, and particularly to a tuning fork vibrator in which crystal impedance (hereinafter, referred to as CI) is reduced to promote downsizing.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND OF THE INVENTION A tuning fork vibrator is known as a signal source for counting the rate, particularly for a timepiece, and has recently been applied to a gyroscope sensor element and the like. And in such a thing, miniaturization is called for like other electronic parts.
[0003]
(Example of Prior Art) FIG. 2 is a diagram of a tuning fork vibrator for explaining a conventional example, wherein FIG. 2A is an external view, FIG. 2B is a top view, and FIG. It is.
The tuning fork type vibrator is made of, for example, a Z-cut (commonly known as +5 degree X cut) tuning fork-shaped crystal piece, and has a tuning fork base 1 and a pair of tuning fork arms 2. Usually, the X axis of the crystal axis (XYZ) is defined as a width, the Y axis is defined as a length, and the Z axis is defined as a thickness. Then, the excitation electrodes 3 are formed on four surfaces of each tuning fork arm 2 (FIG. 2A).
[0004]
In the excitation electrode 3, the opposing surfaces (both main surfaces and both side surfaces) of each set have the same potential on one side of the tuning fork arm 2, and the opposing surfaces of one set and the other set have opposite potentials. The other of the tuning fork arms 2 has a potential opposite to that of one of the tuning fork arms 2, and one and the other of the same potential are commonly connected by a connection diagram (not shown).
[0005]
In such a case, for example, when both main surfaces of one of the tuning fork arms 2 are set to a positive potential and both side surfaces are set to a negative potential, electric fields directed from the center of the tuning fork arm 2 to the outer surface and the inner surface by respective electric fields indicated by arrows. FIG. 2 (b) in which the combined vectors P and Q occur.
[0006]
Then, due to the piezoelectric inverse effect caused by the electric field synthesis vectors P and Q, the tuning fork arm expands on the outer surface and contracts on the inner surface. Therefore, one of the tuning fork arms 2 bends outward as indicated by arrow A. Then, one of the tuning fork arms 2 whose electric potential is opposite to that of the tuning fork arm 2 is bent outward in the opposite direction as shown by an arrow B in FIG. 2 (c).
[0007]
Contrary to the above, when one of the two main surfaces of the tuning fork arm 2 is set to a negative potential (not shown) and the both side surfaces are set to a positive potential, the electric field vector from the outer surface and the inner surface of the tuning fork arm 2 toward the center is obtained. appear. Then, it contracts on the outer side and expands on the inner side. Therefore, one of the tuning fork arms 2 bends inward. And the other flexes in the opposite inward direction.
[0008]
Thus, when an alternating voltage of ± potential is applied to both the main surface and both side surfaces, the pair of tuning fork arms 2 excite horizontal vibration, that is, tuning fork vibration in directions opposite to each other. In these devices, the resonance frequency is determined by the length L and the width W of the tuning fork arm 2, and is approximately proportional to W / L2. Then, it is incorporated in an oscillation circuit and functions as an oscillator, here, as an inductor element having a high Q.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
(Problems of the prior art) However, the tuning fork type vibrator having the above-described structure has a problem that the CI increases as the miniaturization proceeds. That is, when the width of the tuning fork arm 2 is reduced, the width of the main surface electrode of the excitation electrode 3 is also reduced, so that a sufficient electric field cannot be supplied and CI increases. FIG. 3 shows the relationship between the excitation electrode width d on both main surfaces and CI when the tuning frequency of the tuning fork arm 2 is 100 μm, the length is 1.6 mm, and the thickness is 80 μm.
[0010]
As is clear from this, as the width d of the excitation electrode 3 decreases, the CI increases in proportion to this. In addition, it can be seen that the width d of the excitation electrodes 3 on both main surfaces needs to be 85 μm or less in order to reduce the actual CI value required for the oscillator to 50Ω or less. The solid line in the figure is a solid side line, and the dotted line is a guess line. However, in this case, it is difficult to form the excitation electrode 3 by providing a mask or the like, and there is a limit in actually reducing the excitation electrode 3 to 50Ω or less.
[0011]
Therefore, as shown in FIG. 4, the excitation electrode 3 is formed by providing the recesses 4 facing both main surfaces of the tuning fork arm 2. By doing so, it has been proposed that the electric field in the X-axis (width) direction becomes linear, so that the electric field intensity increases and the CI can be reduced (Patent Documents 1 and 2). However, in this case, since the opposing recess 4 is provided at the central portion of the main surface, the strength is reduced and a problem occurs in the impact resistance.
[0012]
(Object of the Invention) It is an object of the present invention to provide a tuning fork type vibrator which keeps CI small and promotes miniaturization.
[0013]
[Patent Document 1] JP-A-2002-76827 [Patent Document 2] JP-A-2002-204141
[Means for Solving the Problems]
(Points of Interest) The present invention has focused on the relationship between the main surface electrode width and CI described above, that is, the point that CI increases as the main surface electrode area increases.
[0015]
(Solution, Claim 1) The basic solution of the present invention is that an excitation electrode is formed by providing a groove having at least one main surface of a tuning fork with an uneven shape. As a result, the area of the excitation electrode is increased, so that the CI can be reduced. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
[0016]
【Example】
FIG. 1 is a view of a tuning-fork type vibrator for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is an external view excluding an excitation electrode, and FIG. 1 (b) is a top view. The same parts as those in the prior art are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be simplified or omitted.
As described above, the tuning fork vibrator includes the tuning fork base 1 and the pair of tuning fork arms 2, and the excitation electrode 3 is provided on each tuning fork arm 2. Here, many tuning-fork-shaped quartz pieces are formed from a quartz wafer (not shown) by printing and etching techniques, and the electrodes are also integrally formed.
[0017]
In this embodiment, a plurality of rows of grooves 5 along the Y-axis (length) direction are provided on both main surfaces of each tuning fork arm 2 by etching, and both main surfaces are made uneven in the width direction. Then, the excitation electrodes 3 are formed on both main surfaces and both side surfaces. The excitation electrodes 3 on both side surfaces are formed over both main surfaces from the viewpoint of manufacturing (etching).
[0018]
With such a configuration, the electrode area of the excitation electrodes 3 on both main surfaces of each tuning fork arm 2 substantially increases. That is, since the width d of the excitation electrodes 3 on both main surfaces is made substantially 85 μm or more by providing unevenness, the CI value can be made 50Ω or less as shown in the CI characteristic diagram of FIG.
[0019]
[Other matters]
Although the groove 5 is rectangular in the above embodiment, it may be triangular or U-shaped, for example, as long as the electrode width d is substantially increased. In addition, although provided on both main surfaces of the tuning fork arm 2, the effect can be expected if provided on any one surface including both side surfaces. However, in the case of etching, it is optimal to provide on both main surfaces. The effect can be similarly expected if the grooves 5 have at least two rows.
[0020]
And although it explained simply as a tuning fork type vibrator, it can be similarly applied to a case where it is used as a sensor element for a gyroscope.
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the excitation electrode is formed by providing the groove having at least one main surface of the tuning fork with irregularities, it is possible to provide a tuning fork vibrator that maintains a small CI and promotes miniaturization.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram of a tuning-fork type vibrator for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is an external view excluding an excitation electrode, and FIG. 1 (b) is a top view.
2A and 2B are diagrams of a tuning fork vibrator for explaining a conventional example, wherein FIG. 2A is an external view, FIG. 2B is a top view, and FIG. 2C is a front view.
FIG. 3 is a CI characteristic diagram for explaining a problem of the conventional example.
FIG. 4 is a top view of a tuning fork vibrator for explaining another example of the conventional example.
[Explanation of symbols]
1 tuning fork base, 2 tuning fork arm, 3 excitation electrode, 4 recess, 5 groove.
