JP2006020138A - 圧電振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】 励振電極が形成された振動部を支持すると共に、電圧の供給ルートとなる支持部の機械的あるいは構造的な不具合を電気的に検出することで、不良箇所を特定でき、製品出荷時の良品及び不良品の選別を確実且つ簡易に行うことができる電極構造を備えた圧電振動子を提供することである。
【解決手段】 励振電極２７ａ〜２７ｃ，２８ａ〜２８ｃが形成された振動部２１と、該振動部２１を支えると共に、前記励振電極と導通する電極パターンが形成された複数の支持部２３ａ〜２３ｄとを備えた水晶振動子２０において、前記支持部２３ａ〜２３ｄの構造的欠損を前記振動部２１の電気容量の変化として検出するために、前記電極パターンが、前記励振電極と導通する支持部の表面または裏面のいずれか一方に形成、あるいは、前記支持部内の全周に亘って引き回して形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動部を支持する部位の構造的な欠陥や不良を検出するための電極構造を備えた圧電振動子に関するものである。

従来、ラーメモードや幅縦・長さ縦結合モードに代表される輪郭振動型の圧電振動子は、励振電極が形成された振動部をケーシングから浮かせた状態で固定するために、前記振動部の端部から延びるバネ性の弾力を備えたアーム状の支持部を介して前記ケーシングに接続されている。前記圧電振動子は、特許文献１に示すように、水晶原石から所定のカット角でスライスされた四角形状の水晶基板の表裏両面に励振電極を形成した振動部と、この振動部の端部を支持する支持部を除いて打ち抜くことによって一体形成されている。前記支持部には電極パターンが形成され、その一端が端子電極部となっており、この端子電極部に外部から供給される電圧を印加することで、振動部の表面及び裏面に逆位相の電界を発生させて、前記振動部にラーメモード振動を発生させている。

前記従来のラーメモードの圧電振動子の構造を図９に示す。ここで、図９（ａ）は圧電振動子１の表面、図９（ｂ）は裏面を示したものである。この圧電振動子１は、長方形状の振動部２の表面に３面の励振電極（５ａ，６ｂ，７ａ）、同じく裏面に３面の励振電極（５ｂ，６ａ，７ｂ）が形成された（３，１）次のラーメモード水晶振動子であり、前記振動部２が支持部３ａ〜３ｄを介してフレーム部４に支持され一体化されたものである。前記フレーム部４には一対の端子電極４ａ，４ｂが形成され、一方の端子電極４ａからは支持部３ｃ，３ｄを介して励振電極（５ａ−６ａ−７ａ）へ、他方の端子電極４ｂからは支持部３ａ，３ｂを介して励振電極（５ｂ−６ｂ−７ｂ）へそれぞれ逆位相の電圧が印加される。このように、各励振電極の表裏面及び同一平面上で隣接する励振電極面の電界が逆位相となることによって、振動部２に高次のラーメモード振動が発生する。

また、前記幅縦・長さ縦結合モードによる輪郭振動型の圧電振動子は、幅縦・長さ縦結合モードの振動を得るための所定のカット角によってカット形成された薄い水晶基板に対して、図１０に示すように、四角形状の振動部１２と、この振動部１２の外周面から外方向に延びる一対の支持部１３，１６を残して打ち抜き形成される。前記振動部１２は、表面と裏面にそれぞれ励振電極１５ａ，１５ｂが形成される。また、一方の支持部１３は、前記振動部１２に繋がる引出部１３ｃと、端子電極１４ａに繋がる引出部１３ｄと、この引出部１３ｃ，１３ｄの間に架かり、外方向に膨らんだ一対の腕部１３ａ，１３ｂとによって一体形成されている。他方の支持部１６は、前記振動部１２に繋がる引出部１６ｃと、端子電極１４ｂに繋がる引出部１６ｄと、この引出部１６ｃ，１６ｄの間に架かり、外方向に膨らんだ一対の腕部１６ａ，１６ｂとによって一体形成されている。この支持部１３，１６は、前記振動部１２の振動を吸収しながら支持するものであるため、細く且つ長く形成される。また、前記振動部１２をバランスよく支持すると共に、小型のケーシングにも収納とすること、また、電圧を供給するルートでもあるため、前記一対の腕部１３ａ，１３ｂ及び腕部１６ａ，１６ｂは略対称に形成される。なお、電極パターンは、前記支持部１３，１６の表面あるいは裏面の全面に形成されている。
特開昭５７−１９７９０６号公報 特開２００１−３１３５３７号公報

ところで、前記ラーメモードによる輪郭振動型の圧電振動子１にあっては、電圧が印加される端子電極４ａ，４ｂからの電極パターンが、二方向から延びる支持部３ａ，３ｂ及び支持部３ｃ，３ｄに形成されているため、振動部２に形成されている各励振電極に対して２系統の導電ルートが並行して存在していることになる。このような、同一電極による２系統の導電ルートを介して１つの励振電極を励起する構成においては、どれか一方の導電ルートが遮断された場合でも、もう一方の導電ルートが生きている（例えば、図９に示した支持部３ａのＡ点で遮断された場合、他方の支持部３ｂを介して励振電極に電圧が印加される）ため、正常な振動特性が得られ出荷試験をパスしてしまう場合がある。しかしながら、前記遮断された導電ルートは、支持部の欠損が原因であるため、出荷された後で不具合が発生したり、耐用年数が短くなったりするなどのおそれがあった。

この問題は、前記幅縦・長さ縦結合モードによる輪郭振動型の圧電振動子にあっても同様である。この幅縦・長さ縦結合モードの圧電振動子１１の場合は、図１０に示したように、励振電極１５ａ，１５ｂに導通する電極パターンが支持部１３，１６の表面あるいは裏面にそれぞれ形成されているが、前記支持部１３にあっては、一対の腕部１３ａ，１３ｂのいずれか、支持部１６にあっては一対の腕部１６ａ，１６ｂのいずれかが破損した場合であっても、励振電極１５ａ，１５ｂには電圧が供給される。例えば、図１０に示したＢ点での腕部１３ｂに欠損が生じた場合でも、一方の腕部１３ａから電圧が励振電極１５ａに供給されることになる。このため、振動部１２では正常に所定の振動を励起して出荷試験をパスしてしまう場合がある。しかしながら、前記支持部１３には構造的な欠陥が生じているため、製品を出荷した後に不具合を引き起こすおそれがあった。

このような、支持部の破損等の機械的な不具合は、最終的には人間の目視に頼る以外に有効な手段がなかった。

そこで、本発明の目的は、励振電極が形成された振動部を支持すると共に、電圧の供給ルートとなる支持部の機械的あるいは構造的な不具合を電気的に検出することで、不良箇所を特定でき、製品出荷時の良品及び不良品の選別を確実且つ簡易に行うことができる電極構造を備えた圧電振動子を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の圧電振動子は、励振電極が形成された振動部と、該振動部を支えると共に、前記励振電極と導通する電極パターンが形成された複数の支持部とを備えた圧電振動子において、前記支持部の構造的欠損を前記振動部の電気容量の変化として検出可能とするように、前記電極パターンが前記励振電極と導通する支持部の表面または裏面のいずれか一方に形成、あるいは、前記支持部内を全周するように引き回して形成されたことを特徴とする。

また、本発明の他の圧電振動子は、励振電極が形成された振動部と、この振動部の外周部の一端を支持すると共に前記励振電極と導通する電極パターンが形成された二以上の支持部と、この支持部を介して前記励振電極に電圧を印加する端子電極部とを備えた圧電振動子において、前記励振電極は、前記一の支持部に形成された電極パターンによって、前記端子電極部と導通することを特徴とする。

また、本発明の他の圧電振動子は、四隅に振動節点を有し、表面及び裏面に極性が交互に反転するように配列される複数の励振電極が形成された振動部と、前記振動節点を支持すると共にこの振動節点を介して前記それぞれの励振電極と導通する電極パターンが表面及び裏面に形成された四本の支持部と、この支持部を介して前記それぞれの励振電極に対応した極性の電圧を印加する一対の端子電極部とを備えた圧電振動子において、前記振動部の表面と裏面に交互に配設される同一極性の励振電極同士が、この振動部の側面を迂回させた電極パターンによって、一方向に導通接続されると共に、前記電極パターンが前記一の支持部の表面あるいは裏面に形成された電極パターンを介して、対応する極性の端子電極部に導通接続されることを特徴とする。

また、本発明の他の圧電振動子は、励振電極が形成された振動部と、この振動部の対向する二辺の一端からそれぞれ外方向に延びる屈曲した支持部と、この支持部に形成された電極パターンを介して前記励振電極に対応した極性の電圧を印加する端子電極部とを備えた圧電振動子において、前記支持部には、この支持部の形状に沿って形成され、前記それぞれの端子電極部から対応する励振電極に向けた一系統の連続した電極パターンが形成されていることを特徴とする。

また、本発明の他の圧電振動子は、表面及び裏面に一対の励振電極が形成された振動部と、この振動部の対向する二辺の一端からそれぞれ外方向に延び、分岐された腕部によって閉ループ状の屈曲部が形成された支持部と、この支持部の表面及び裏面に形成された電極パターンを介して前記それぞれの励振電極に対応した極性の電圧を印加する一対の端子電極部とを備えた圧電振動子において、前記支持部の表面及び裏面には、前記それぞれの腕部の間を折り返すことによって、前記屈曲部全体に沿った一系統の連続した電極パターンが形成されていることを特徴とする。

本発明の圧電振動子によれば、輪郭振動を生じさせる振動部に形成されている励振電極部の容量変化を検査することによって、前記振動部を支える支持部の構造的な不良を発見することができるので、製品出荷時における良品・不良品の選別を確実且つ迅速に行うことができる。

以下、本発明の圧電振動子の構造について輪郭振動型の水晶振動子を例にして説明する。ここで、図１乃至図３はラーメモード水晶振動子、図４乃至図６は幅縦・長さ縦結合モード水晶振動子を示す。

図１乃至図３に示す水晶振動子２０は、ラーメモードの振動を発生させるための構造を備えたものである。このラーメモードの水晶振動子２０は、水晶原石のＸＺ面からなるＹ板を−４０°〜−６０°、あるいは、３０°〜４０°の範囲でＸ軸を中心に回転させ、さらに、この回転で得られたＸＺ´面（Ｙ´板）を４０°〜５０°の範囲で平面回転させた形状に打ち抜いて、振動部２１とこの振動部２１を支持するフレーム部２４とに分離して形成される。図１（ａ）は前記水晶振動子２０の表面、図１（ｂ）は裏面を示したものである。この実施形態の水晶振動子２０は、四隅に振動の節点２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを有する長方形状の振動部２１と、前記４個所の節点２２ａ〜２２ｄから外方向に延びる支持部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと、前記振動部２１の外周上にあって、前記支持部２３ａ〜２３ｄを介して支持されるフレーム部２４とで構成されている。

前記振動部２１は、表裏両面に励振電極が形成され、それぞれ逆位相の電界をフレーム部２４から印加することで、節点２２ａ〜２２ｄを支点として各辺が撓み変形してラーメモード振動を発生させる。本実施形態の水晶振動子２０は、（３，１）次のラーメモード振動を生じさせるために、振動部２１の表裏両面にラーメモード振動を発生させる励振電極を３面縦列形成したものである。

前記振動部２１を挟んで対向するフレーム部２４には、それぞれ表面と裏面に端子電極２４ａ，２４ｂが形成される。一方の端子電極２４ａからは、支持部２３ｄを通じて励振電極２７ａ，２７ｂに接続され、励振電極２７ｃは支持部２３ｃを通じて接続される。他方の端子電極２４ｂからは、支持部２３ａを通じて励振電極２８ａ，２８ｂに接続され、励振電極２８ｃは支持部２３ｂを通じて接続される。なお、前記励振電極２７ａ，２７ｂ及び励振電極２８ａ，２８ｂは、図２に示すように、振動部２１の側面に沿って設けられる側面電極パターン２５，２６によって導通が図られている。

このように、前記振動部２１の表面及び裏面に形成されているそれぞれの励振電極（２７ａ〜２７ｃ、２８ａ〜２８ｃ）は、４本の支持部（２３ａ〜２３ｄ）のいずれかを経由して電気的に接続されていることになる。例えば、図３に示すように、支持部２３ａ上のＣ点が何らかの原因によって破損していたとすると、端子電極２４ｂから励振電極２８ａ，２８ｂに電圧が供給されなくなる。このため、前記励振電極２８ａ，２８ｂの領域で静電容量が変化する。なお、説明は省略するが、他の支持部２３ｂ〜２３ｄのいずれかが破損した場合にもそれぞれ導通する励振電極が設けられている領域における静電容量が変化する。

このため、前記水晶振動子２０の機能をチェックする出荷試験において、前記振動部２１の静電容量値を測定した際、この静電容量値が基準値外あるいは検出できない励振領域があった場合は、この励振電極領域に通じる電極パターン、特に、対応する支持部に形成されている電極パターンに不具合が発生していることが容易に確認することができ、水晶振動子２０の構造的欠陥を早期に発見することが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態の圧電振動子（水晶振動子）について説明する。この水晶振動子は、上記ラーメモードと同じ輪郭振動を伴うもので、幅縦・長さ縦結合モードの振動を発生させるための構造を備えている。

図４に示す水晶振動子３０は、水晶原石のＸＺ面からなるＹ板を４０°〜６０°の範囲でＸ軸を中心に回転させ、さらに、この回転で得られたＸＺ’面（Ｙ’板）を４０°〜５０°の範囲で平面回転させて形成された水晶振動子である。この水晶基板の代表的なものにＮＳ−ＧＴカット基板がある。

この水晶振動子３０は、前記水晶基板を打ち抜いて形成されたもので、図４（ａ），（ｂ）に示したように、四角形状の振動部３１と、この振動部３１の外周辺から外方向に屈曲して延びる一対の支持部３３，３６とによって形成され、前記支持部３３，３６の一端が図示しないケーシングに設けられている端子電極３４ａ，３４ｂに接続される。

前記振動部３１は、表裏両面に励振電極３７ａ，３７ｂが形成され、それぞれ逆位相の電圧を前記端子電極３４ａ，３４ｂから各支持部３３，３６を介して印加することで、各外周辺が撓み変形して幅縦・長さ縦結合モードの振動を生じさせる。

前記支持部３３，３６は、前記振動部３１で発生した振動を外部に漏らさないように緩衝すると共に、等価直列抵抗値の増加を抑えるために、強度や安定性に影響を及ぼさない範囲で、長く且つ細く形成するのが好ましい。このため、図４（ａ）（ｂ）に示したように、中間部を左右方向に大きく張り出させることによって、所定の長さに形成されている。一方の支持部３３は、前記振動部３１に繋がる引出部３３ｃと、端子電極３４ａに繋がる引出部３３ｄと、この引出部３３ｃ，３３ｄの間に架かり、外方向に膨らんだ一対の腕部３３ａ，３３ｂとによって一体形成されている。他方の支持部３６は、前記振動部３１に繋がる引出部３６ｃと、端子電極３４ｂに繋がる引出部３６ｄと、この引出部３６ｃ，３６ｄの間に架かり、外方向に膨らんだ一対の腕部３６ａ，３６ｂとによって一体形成されている。この支持部３３，３６は、前記振動部３１の振動を吸収しながら支持するものであるため、細く且つ長く形成される。また、前記振動部３１をバランスよく支持すると共に、小型のケーシングにも収納とすること、また、電圧を供給するルートでもあるため、図４に示したように、前記一対の腕部３３ａ，３３ｂ及び腕部３６ａ，３６ｂは略対称に形成される。なお、電極パターン３８，３９は、前記支持部３３，３６の表面あるいは裏面の全面に形成される。

前記引出部３３ｃ，３３ｄから分岐される一対の腕部３３ａ，３３ｂは、左右対称のコ字状に形成される。前記一対の腕部３３ａ，３３ｂ及び引出部３３ｃ，３３ｄによって一体形成された支持部３３の表面には前記励振電極３７ａと端子電極３４ａとを接続するための電極パターン３８が形成される。この電極パターン３８は、図５に示すように、端子電極３４ａ〜引出部３３ｃ〜腕部３３ａ〜腕部３３ｂ〜引出部３３ｄを経て励振電極３７ａに至る連続した一系統の導電ラインによって形成されている。このような一系統の連続した導電ラインを引き回すために、前記腕部３３ａに沿って一回配線した後、引出部３３ｄの接合部付近の折り返し部３８ａで折り返して引出部３３ｃの接合部付近まで戻り、そのまま腕部３３ｂに沿って引き回し形成される。また、裏面側の電極パターン３９は、図４（ｂ）に示すように、端子電極３４ｂ〜引出部３６ｃ〜腕部３６ａ〜腕部３６ｂ〜引出部３６ｄを経て励振電極３７ｂに至る連続した一系統の導電ラインによって形成されている。このような一系統の連続した電極パターン３９を引き回すために、前記腕部３６ａに沿って一回配線した後、引出部３６ｄの接合部付近で折り返して引出部３６ｃの接合部付近まで戻り、腕部３６ｂに抜けるようにして引き回し形成される。

このような電極パターン３８の全周に亘った引き回しによって、図６に示すように、前記腕部３３ａ，３３ｂあるいは引出部３３ｃ，３３ｄのいずれか一部（例えば、Ｄ点）が破損した場合には、端子電極３４ａからの電圧が励振電極３７ａに供給されなくなる。したがって、水晶振動子３０の出荷試験において、測定した励振電極３７ａの静電容量値が基準値外あるいは検出できないような状態になった場合は、その励振電極３７ａあるいはこの励振電極３７ａと繋がる電極パターン３８の欠陥があると予測できるので、この電極パターン３８が配設されている支持部３３を形成している腕部３３ａ，３３ｂ等の構造的欠陥を早期に確認することができる。このため、製品の良品あるいは不良品の選別がより確実となり、不良品が市場に出回るのを抑えることができる。説明は省略するが、図４（ｂ）に示した支持部３６に破損が生じた場合にあっては、励振電極３７ｂの振動に影響を及ぼす。

図７は、上記以外の引き回しによる電極パターンを備えた幅縦・長さ縦結合モードの水晶振動子４０を示したものである。この水晶振動子４０は、一対の端子電極４４ａ，４４ｂから延びる支持部４３，４６の表面（ａ）、側面（ｂ）及び裏面（ｃ）にかけて連続する一筋の電極パターン４８ａ，４８ｂを介して振動部４１の表面及び裏面に形成されているそれぞれの励振電極４７ａ，４７ｂと導通を図っている。このように、前記支持部４３，４６の全周に亘って電極パターン４８ａ，４８ｂが形成されているため、その一部が破損等した場合に、前記振動板４１の静電容量変化となって現れ、構造上の不具合が早期に発見可能となる。

図８は、幅縦水晶振動子５０における電極パターンの形成例を示したものである。この幅縦水晶振動子５０は、長方形状の振動部５１の長手方向から延びる一対の支持部５３，５６によって、端子電極５４ａ，５４ｂが設けられたフレーム部５２に支持されている。前記振動部５１の表面（ａ）に設けられている励振電極５７ａは、支持部５６の表面を通じて前記フレーム部５２の表面（ａ）、側面（ｂ）及び裏面（ｃ）にかけて形成される電極パターン５８ａによって導通が図られる。また、前記振動部５１の裏面（ｃ）に設けられている励振電極５７ｂは、支持部５３の裏面を通じてフレーム部５２の裏面（ｃ）、側面（ｂ）及び表面（ａ）にかけて形成される電極パターン５８ｂによって導通が図られている。このように、前記励振電極５７ａ，５７ｂに通じる電極パターン５８ａ，５８ｂが支持部５３，５６の表面または裏面のいずれかに対応して設けられているので、前記支持部５３，５６のいずれか一つが破損した場合は、振動部５１の振動に影響が現れることになり、故障箇所の特定が容易となる。

なお、本実施形態では、ラーメモードや幅縦・長さ縦結合モードに代表される輪郭振動型の圧電振動子を例にして説明したが、このような輪郭振動型の圧電振動子に限定されることなく、励振電極が形成された振動部及びこの振動部を支える支持部のような電極パターンが形成された接続を有する構造であれば、どのような振動モードの圧電振動子にも応用が可能である。

本発明に係る第１実施形態の圧電振動子の表面（ａ）及び裏面（ｂ）を示す平面図である。 上記圧電振動子の振動部の側面図である。 上記第１実施形態の圧電振動子において、支持部の一つが破損した場合における励振電極の状態を示す作用図である。 本発明に係る第２実施形態の圧電振動子の表面（ａ）及び裏面（ｂ）を示す平面図である。 上記圧電振動子の支持部に形成される電極パターンの形成例を示す図である。 上記第２実施形態の圧電振動子において、支持部の一つが破損した場合の励振電極の状態を示す作用図である。 幅縦・長さ縦結合モード圧電振動子における他の電極パターンの形成例を示す平面図である。 幅縦振動子における電極パターンの形成例を示す平面図である。 従来のラーメモード圧電振動子の表面（ａ）及び裏面（ｂ）を示す平面図である。 従来の幅縦・長さ縦結合モード圧電振動子の表面（ａ）及び裏面（ｂ）を示す平面図である。

符号の説明

２０，３０，４０，５０ 水晶振動子（圧電振動子）
２１，３１ 振動部
２３ａ〜２３ｄ 支持部
２４ａ，２４ｂ 端子電極
２７ａ〜２７ｃ 励振電極
２８ａ〜２８ｃ 励振電極
３３，３６ 支持部
３４ａ，３４ｂ 端子電極
３７ａ，３７ｂ 励振電極

Claims (5)

1. 励振電極が形成された振動部と、該振動部を支えると共に、前記励振電極と導通する電極パターンが形成された複数の支持部とを備えた圧電振動子において、
   前記支持部の構造的欠損を前記振動部の電気容量の変化として検出するために、前記電極パターンが、前記励振電極と導通する支持部の表面または裏面のいずれか一方に形成、あるいは、前記支持部内の全周に亘って引き回し形成されたことを特徴とする圧電振動子。
2. 励振電極が形成された振動部と、この振動部の外周部の一端を支持すると共に前記励振電極と導通する電極パターンが形成された二以上の支持部と、この支持部を介して前記励振電極に電圧を印加する端子電極部とを備えた圧電振動子において、
   前記励振電極は、前記一の支持部に形成された電極パターンによって、前記端子電極部と導通することを特徴とする圧電振動子。
3. 四隅に振動節点を有し、表面及び裏面に極性が交互に反転するように配列される複数の励振電極が形成された振動部と、前記振動節点を支持すると共にこの振動節点を介して前記それぞれの励振電極と導通する電極パターンが表面及び裏面に形成された四本の支持部と、この支持部を介して前記それぞれの励振電極に対応した極性の電圧を印加する一対の端子電極部とを備えた圧電振動子において、
   前記振動部の表面と裏面に交互に配設される同一極性の励振電極同士が、この振動部の側面を迂回させた電極パターンによって、一方向に導通接続されると共に、前記電極パターンが前記一の支持部の表面あるいは裏面に形成された電極パターンを介して、対応する極性の端子電極部に導通接続されることを特徴とする圧電振動子。
4. 励振電極が形成された振動部と、この振動部の対向する二辺の一端を節点とし、この節点からそれぞれ外方向に延びる屈曲した支持部と、この支持部に形成された電極パターンを介して前記励振電極に対応した極性の電圧を印加する端子電極部とを備えた圧電振動子において、
   前記支持部には、この支持部の形状に沿って形成され、前記それぞれの端子電極部から対応する励振電極に向けた一系統の連続した電極パターンが形成されていることを特徴とする圧電振動子。
5. 表面及び裏面に一対の励振電極が形成された振動部と、この振動部の対向する二辺の一端からそれぞれ外方向に延び、分岐された腕部によって閉ループ状の屈曲部が形成された支持部と、この支持部の表面及び裏面に形成された電極パターンを介して前記それぞれの励振電極に対応した極性の電圧を印加する一対の端子電極部とを備えた圧電振動子において、
   前記支持部の表面及び裏面には、前記それぞれの腕部の間を折り返すことによって、前記屈曲部全体に沿った一系統の連続した電極パターンが形成されていることを特徴とする圧電振動子。

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