JP2005326236A - 圧電振動子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 圧電振動子は、所定面内に延出される駆動振動腕系15と検出振動腕系16を備える圧電振動片10と、圧電振動片10が格納される側体20と蓋体30から構成される容器と、圧電振動片10の重心が位置する基部12の対向する表裏の関係にある面それぞれに一方の端部が接続され、他方の端部が蓋体30、または側体20に接続されるリード部材41〜46,141〜146と、リード部材41〜46,141〜146のいずれかと側体20または蓋体30との間に接続される検出素子101〜106,111〜116と、が備えられており、検出素子101〜106,111〜116によって、衝撃によるZ軸振動成分を検出し、Z軸振動成分のノイズを除去し、検出感度を高めることによって信頼性が高い圧電振動子を提供する。
【選択図】 図2
Description
また、Z軸振動成分の振動が存在しても、それを検出する手段がないため、正確な検出振動が得られないというような課題も考えられる。
本発明の目的は、耐衝撃性を高め、Z軸振動成分から発生されるノイズの影響を低減し、検出感度を高めることによって信頼性が高い圧電振動子を提供することである。
また、検出素子は、例えば、圧電振動子にZ軸方向に外部から衝撃力が加えられたときのZ軸振動成分を検出するZ軸振動成分検出素子である。
また、振動腕としては、例えば、1対の駆動振動腕と1対の検出振動腕を含む。
本発明では、検出素子が、圧電振動片の両面側の蓋体または側体に接続して備えられており、例えば、圧電振動子に断面方向(Z軸プラス方向)の衝撃力が加えられたとき、両面側に備えられた検出素子のうち、一方の検出素子には圧縮力(プラス)が加えられプラスのZ軸振動成分としての信号が検出され、他方の検出素子には伸張力(マイナス)が加えられるのでマイナスのZ軸振動成分としての信号が検出される。これらの検出信号を衝撃が加えられていないときの基準信号との差分を算出して検出信号を制御すれば、Z軸振動成分のノイズを除去または減少させることができるため、Z軸方向に対する耐衝撃性を向上することができる。このようにZ軸振動成分から発生するノイズの影響を減ずることにより、結果として圧電振動子の検出感度を高めることができる。
さらに、圧電振動片の基部は、振動腕の振動の影響を受けにくい場所であるため、リード部材を接続することによる振動腕の振動に影響を与えることはなく、正確な振動を行うことができる。
また、リード部材毎に検出素子を接続する必要がなく、詳しくは後述するが、製造工程において、作業性を高めることができる。
ここで、圧電素子としては、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等が採用できる。
図1〜図4には本発明の実施例1に係る圧電振動子が示され、図5には実施例2が、図6、図7には実施例3が、図8には実施例4が示されている。
図1は、本実施例1の圧電振動子の概略平面図を示す。なお、図1は、内部の構造を分かりやすく説明するために、図2に記載する蓋体30と、蓋体30に固定されるリード部材142,143及び支持基板60と、検出素子111,113を取り外して視認した状態を示している。図1において、本実施例1に係る圧電振動子1は、振動源としての圧電振動片10と圧電振動片10を支持するリード部材41〜46と、圧電振動片10を格納する容器を構成する側体20と蓋体30(図2、参照)と、リード部材41〜46を支持する支持基板60と、リード部材41〜46と側体20の底面の間に備えられる検出素子101〜106と、から構成されている。これら前述した検出素子は板状の略同じ大きさで形成され、圧電素子(ピエゾ素子)で構成されている。
なお、これらリード部材は、銅箔などの電気伝導度が高い薄板で形成される。
リード部材41〜46の他方の端部は、側体20の底面21に備えられた検出素子101〜106に接続されている。
また、圧電振動片10の図中、上方にあるリード部材142等は一方の端部が圧電振動片10の基部12に接続され、他方の端部は蓋体30の内面30Aに固定されている検出素子111,113(以降、検出素子111等と呼称することがある)に接続されている。
リード部材の蓋体30及び側体20の底面21に接続される部位は支持基板60で支持されている。
なお、支持基板60の材料は、ステンレス鋼鈑の他にセラミックスを採用することができる。セラミックスの場合、絶縁層を省略することができる。
なお、蓋体30及び側体20は、通常の環境で遭遇することが予測される範囲で変形しない程度の剛性を有することが好ましい。
図3及び図4は、本実施例1の圧電振動片10の動作を模式的に説明するための平面図である。図3、図4においては、振動形態をわかりやすく表現するために、各振動腕は簡略化して線で表している。図1と同じ構成部分を同じ符号で示し、説明を省略する。
圧電振動片10の上面側にあって蓋体30に接続されている。ここで、例えば、圧電振動子1に上方向の衝撃力が加えられた場合、圧電振動片10の下方にある検出素子101等はリード部材42等によって圧縮力が加えられる。圧電振動片10の上方にある検出素子111等には逆に伸びる方向の力(伸張力と呼称する)が加えられる。これらの圧縮力、伸張力によって検出素子が歪み、検出信号を発生しZ軸振動成分が存在することを検出する。
圧電振動子1に逆の下方向の衝撃力が加えられたときには、検出素子には前述とは逆の信号が検出される。
この検出信号は、実際には非常に小さいので、図示しない差動増幅回路で増幅し、フィルターによって振動成分の分離を行い必要な出力信号を得るように回路が構成されている。
さらに、圧電振動片の基部は、振動腕の振動の影響を受けにくい場所であるため、リード部材を接続することによる振動腕の振動に影響を与えることはなく、正確な振動を行うことができる。
なお、前述の各リード部材と圧電振動片10との接続方法、側体120との接続方法は、実施例1(図2、参照)で説明した方法を応用することができるので、詳しい説明は省略する。
リード部材248等の検出素子211等との接続部近傍の蓋体30側に支持基板160が固着されており、また、蓋体31側にも支持基板160が固着されておりリード部材242等を補強し、支持している。
検出素子211等も前述した検出素子201等と同じように、検出電極、GND電極が半導体装置90に接続される。
なお、蓋体30,31が金属材料で形成される場合、蓋体30,31の電極パターンは絶縁層の上面に形成される。また、蓋体30,31がセラミックス材料等の絶縁材料の場合には、絶縁層は必要とされない。この際、蓋体30,31と側体120とは接着剤等で固定される。
図6は、内部の構造を分かりやすく説明するために、図7に記載する蓋体30と、蓋体30側に接続される支持基板65を取り外して視認した状態を示している。図6及び図7において、本実施例3に係る圧電振動子3は、振動源としての圧電振動片10と、圧電振動片10を支持する第1のリード部材としてのリード部材41〜46と、基部中央の重心Gの位置に接続される第2のリード部材としてのリード部材50が備えられている。
接続構造、接続方法は、前述した実施例1(図2、参照)と同じであるので説明は省略する。
また、リード部材毎に検出素子を蓋体または側体に接続する必要がなく、接続作業の作業性を高めることができる。
前述の実施例1〜実施例4では、圧電振動片10の両面側のリード部材に接続する検出素子を備えたが、例えば、蓋体30側だけに検出素子を設けることができる。このような構造では、両側に検出素子を設けた場合に比べ、衝撃時の検出力はやや劣るが、衝撃が加えられない通常の振動の際の基準信号と、衝撃が加えられた時の検出信号の差分を算出し、適切な処理をすれば、前述の実施例に近い効果を得ることができ、構造が簡素になり、製造原価を低減することができる。
ことができる。
このようにすれば、リード部材の支持と前述した検出素子としての機能を併せもつことができ、圧電振動子の構造をより簡素化することができ、小型化や原価低減をすることができる。
Claims (6)
- 所定面内に延出される振動腕を備える圧電振動片と、
前記圧電振動片が格納される側体と蓋体から構成される容器と、
前記圧電振動片の重心が位置する基部の対向する表裏の関係にある面それぞれに一方の端部が接続され、他方の端部が前記蓋体、または前記側体に接続される複数のリード部材と、
前記リード部材の他方の端部のいずれかと前記側体または前記蓋体との間に接続される前記圧電振動片のZ軸の振動を検出する検出素子と、
が備えられていることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1に記載の圧電振動子において、
前記リード部材が、前記圧電振動片の重心位置に対して対称に配置され、
前記基部の面を挟んで対向する前記リード部材が対称形であり、且つ、対称に配置されていることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1または請求項2に記載の圧電振動子において、
前記検出素子が、前記リード部材毎に備えられていることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1または請求項2に記載の圧電振動子において、
前記検出素子が、少なくとも前記圧電振動片の対向する表裏の関係にある面の一方の面側に接続される前記リード部材の他方の端部が接続される第1の検出素子と、他方の面側に接続される前記リード部材の他方の端部が接続される第2の検出素子と、から構成されていることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1に記載の圧電振動子において、
前記圧電振動片の重心が位置する基部の対向する表裏の関係にある一方の面に前記重心位置に対して対称に配置して接続され、前記圧電振動片を支持する複数の第1のリード部材と、
前記圧電振動片の他方の面の重心位置に接続され前記圧電振動片を支持する第2のリード部材と、
を備えることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の圧電振動子において、
前記検出素子が、圧電素子で構成されていることを特徴とする圧電振動子。
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