JP2009027687A

JP2009027687A - 圧電振動子及びその製造方法並びに圧電振動子用の蓋

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Publication number: JP2009027687A
Application number: JP2008083416A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ishikawa; 賀津雄石川; Akitoshi Hara; 明稔原; Yukihiro Tonegawa; 幸弘利根川
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: CN101330282B; CN101330282A; JP4407845B2

Abstract

【課題】本発明は、破損しにくい光透過性の窓部材を有する圧電振動子用の蓋を提供することを目的とする。
【解決手段】圧電振動片１０は、振動腕１４と振動腕１４に形成された第１及び第２の金属膜５６，５８とを有する。蓋１００は、貫通穴１０６を有する枠体１０８と、平行な上面１１６及び下面１１８を有して貫通穴１０６に位置する光透過性部材１１４と、を有し、光透過性部材１１４の下面１１８が第２の金属膜５８と対向するように配置される。貫通穴１０６は、表面１０２又は裏面１０４に曲面を以って接続する曲面内壁面１１２を表面１０２及び裏面１０４の少なくとも一方の開口端部に有し、表面１０２及び裏面１０４に垂直な垂直内壁面１１０を枠体１０８の厚み方向の一部に有する。光透過性部材１１４は、垂直内壁面１１０の少なくとも一部と曲面内壁面１１２の少なくとも一部に密着してなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電振動子及びその製造方法並びに圧電振動子用の蓋に関する。

圧電振動片をパッケージ内に固定して蓋で封止することが知られおり、封止後に内部の光学的な認識が可能になるように窓部材が設けられた蓋を使用することが知られている（特許文献１）。窓部材の取り付けプロセスでは、金属枠体の開口部に、開口部の直径よりも小さく金属枠体よりも大きな厚みのガラスを配置し、これを熱で軟化させて押し拡げ、金属枠体から突出したガラスを研磨している。これによれば、研磨の際にガラスが割れるおそれがあった。しかも、特許文献１では、金属枠体の内壁面全体が曲面になっているので、金属枠体及びガラスに相対的に厚み方向にずれる力やガラスを圧縮・伸張する方向の力が加えられると応力が集中しやすく、破損しやすかった。特に圧電振動子を低背化するためには蓋を薄くする必要がありこの場合特に破損しやすい。
特開２００５−１９１３１４号公報

本発明は、破損しにくい光透過性の窓部材を有する圧電振動子用の蓋を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る圧電振動子は、
振動腕と、前記振動腕に形成された金属膜と、を有する圧電振動片と、
前記圧電振動片が固定された底部と、前記底部を囲む枠壁部と、を含み、前記底部の上方に開口を有するパッケージと、
表面及び裏面を貫通する貫通穴を有する枠体と、上面及び下面を有して前記貫通穴に位置する光透過性部材と、を有し、前記光透過性部材の前記下面が前記金属膜と対向するように配置され、前記底部及び前記枠壁部とオーバーラップして前記パッケージの前記開口を塞ぐ蓋と、
を有し、
前記貫通穴は、前記表面又は前記裏面に曲面を以って接続する曲面内壁面を前記表面及び前記裏面の少なくとも一方の開口端部に有し、前記表面及び前記裏面に垂直な垂直内壁面を前記枠体の厚み方向の一部に有し、
前記光透過性部材は、前記垂直内壁面の少なくとも一部と前記曲面内壁面の少なくとも一部に密着してなる。本発明によれば、貫通穴には、表面及び裏面に垂直な垂直内壁面があるので、この部分では、光透過性部材及び枠体に相対的に厚み方向の力が加わっても応力が分散するので、光透過性部材は破損しにくくなっている。
（２）この圧電振動子において、
前記貫通穴は、前記表面に前記曲面を以って接続する第１の前記曲面内壁面を前記表面の前記開口端部に有し、前記裏面に前記曲面を以って接続する第２の前記曲面内壁面を前記裏面の前記開口端部に有し、
前記第１の曲面内壁面の曲率半径は、前記第２の曲面内壁面の曲率半径よりも大きくてもよい。
（３）この圧電振動子において、
前記光透過性部材の前記上面及び前記下面の少なくとも一方は、前記蓋の前記表面又は前記裏面と面一になっていてもよい。
（４）この圧電振動子において、
前記光透過性部材の前記上面及び前記下面の少なくとも一方は、前記蓋の前記表面又は前記裏面から突出していてもよい。
（５）この圧電振動子において、
前記貫通穴は、円形の開口形状をなしていてもよい。
（６）この圧電振動子において、
前記金属膜には、レーザービームによって形成された孔が形成されていてもよい。
（７）本発明に係る圧電振動子用の蓋は、
圧電振動片が固定されるパッケージとオーバーラップさせて前記パッケージの開口を塞ぐための蓋であって、
表面及び裏面を貫通する貫通穴を有する枠体と、
上面及び下面を有し、前記上面が前記表面と同じ方向を向いて前記下面が前記裏面と同じ方向を向くように前記貫通穴に位置する光透過性部材と、
を有し、
前記貫通穴は、前記表面又は前記裏面に曲面を以って接続する曲面内壁面を前記表面及び前記裏面の少なくとも一方の開口端部に有し、前記表面及び前記裏面に垂直な垂直内壁面を前記枠体の厚み方向の一部に有し、
前記光透過性部材は、前記垂直内壁面の少なくとも一部と前記曲面内壁面の少なくとも一部に密着してなる。本発明によれば、貫通穴には、表面及び裏面に垂直な垂直内壁面があるので、この部分では、光透過性部材及び枠体に相対的に厚み方向の力が加わっても応力が分散するので、光透過性部材は破損しにくくなっている。
（８）この圧電振動子用の蓋において、
前記貫通穴は、前記表面に前記曲面を以って接続する第１の前記曲面内壁面を前記表面の前記開口端部に有し、前記裏面に前記曲面を以って接続する第２の前記曲面内壁面を前記裏面の前記開口端部に有し、
前記第１の曲面内壁面の曲率半径は、前記第２の曲面内壁面の曲率半径よりも大きくてもよい。
（９）この圧電振動子用の蓋において、
前記光透過性部材の前記上面及び前記下面の少なくとも一方は、前記蓋の前記表面又は前記裏面と面一になっていてもよい。
（１０）この圧電振動子用の蓋において、
前記光透過性部材の前記上面及び前記下面の少なくとも一方は、前記蓋の前記表面又は前記裏面から突出していてもよい。
（１１）この圧電振動子用の蓋において、
前記貫通穴は、円形の開口形状をなしていてもよい。
（１２）本発明に係る圧電振動子の製造方法は、
表面及び裏面を有する枠体の前記表面及び前記裏面を貫通する貫通穴内に、前記枠体よりも厚みが大きい光透過性部材を配置し、前記光透過性部材と蓋を加熱し、対向する一対の平行面を以って前記光透過性部材を押圧することで、前記光透過性部材を、上面及び下面を有して前記貫通穴の内壁面に密着するように変形させて、前記枠体及び前記光透過性部材を含む蓋を形成する工程と、
底部と前記底部を囲む枠壁部とを含み前記底部の上方に開口を有するパッケージを用意して、振動腕及び前記振動腕に形成された金属膜を有する圧電振動片を前記底部に固定する工程と、
前記光透過性部材の前記下面が前記金属膜と対向するように前記蓋を配置し、前記枠壁部及び前記蓋を接合して、前記パッケージの前記開口を前記蓋によって塞ぐ工程と、
を含み、
前記貫通穴は、前記表面又は前記裏面に曲面を以って接続する曲面内壁面を前記表面及び前記裏面の少なくとも一方の開口端部に有し、前記表面及び前記裏面に垂直な垂直内壁面を前記枠体の厚み方向の一部に有し、
前記光透過性部材は、前記垂直内壁面の少なくとも一部と前記曲面内壁面の少なくとも一部に密着してなる。本発明によれば、貫通穴には、表面及び裏面に垂直な垂直内壁面があるので、この部分では、光透過性部材及び枠体に相対的に厚み方向の力が加わっても応力が分散するので、光透過性部材は破損しにくくなる。
（１３）この圧電振動子の製造方法において、
前記蓋を形成する工程は、台に前記枠体を前記裏面が前記台に対向するように載せ、前記貫通穴を介して前記光透過性部材を前記台に載せ、前記台に対向するプレスによって前記光透過性部材を押圧することを含み、
前記貫通穴は、前記表面に前記曲面を以って接続する前記曲面内壁面を前記表面の前記開口端部に有していてもよい。
（１４）この圧電振動子の製造方法において、
レーザービームで前記金属膜の一部を除去する工程をさらに含み、
前記金属膜の一部を除去する工程を、前記パッケージの前記開口を前記蓋によって塞いだ後に、前記光透過性部材を通して前記レーザービームを照射して行ってもよい。
（１５）この圧電振動子の製造方法において、
前記パッケージの前記開口を前記蓋によって塞いだ後に、前記パッケージに形成された通気孔を介して前記蓋によって塞がれた前記パッケージ内を真空にして、前記通気孔を塞ぐ真空引き工程をさらに含み、
前記真空引き工程後に、前記金属膜の一部を除去する工程を行ってもよい。
（１６）この圧電振動子の製造方法において、
前記金属膜の一部を除去する工程を、前記圧電振動片を前記底部に固定する工程前にも行ってもよい。

（圧電振動片（圧電振動子に組み込む前））
図１は、本発明の実施の形態に係る圧電振動子に使用される圧電振動片（音叉型圧電振動片）を示す平面図である。なお、圧電振動片１０の底面図は平面図と対称に表れる。圧電振動片１０は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料からなる。圧電振動片１０は、基部１２と、基部１２から延びる一対の振動腕１４と、を含む。

図２は、図１に示す圧電振動片１０のII−II線断面拡大図である。振動腕１４は、相互に反対を向く表裏面１６と、表裏面１６を両側で接続する第１及び第２の側面２０，２２とを有する。

一方（図１で左側）の振動腕１４の第１の側面２０と、他方（図１で右側）の振動腕１４の第２の側面２２が対向するように並列している。第１の側面２０は、表裏面１６の間隔によって定義される振動腕１４の厚みの中央方向に高くなる山型となるように形成されている（図２参照）。第１の側面２０が描く山型の高さは、第１及び第２の側面２０，２２の間隔によって定義される振動腕１４の幅の、０％超１２．５％以下である。

振動腕１４は、基部１２に接続される根本部２４において、基部１２側に向けて幅を拡げてあり、広い幅で基部１２に接続するので剛性が高くなっている。振動腕１４は、第１及び第２の側面２０，２２の間隔によって定義される幅が、基部１２から先端に向けて細くなる第１のテーパ部２６を含む。第１のテーパ部２６を形成することにより、振動腕１４は振動しやすくなっている。振動腕１４は、第１のテーパ部２６よりも先端に近い位置に、幅が第１のテーパ部２６から先端に向けて太くなる第２のテーパ部２８を含む。第２のテーパ部２８は、錘の機能を果たすので、振動周波数を低くすることができる。振動腕１４は、第１及び第２のテーパ部２６，２８が接続される幅変更点が長溝３０よりも先端近くに位置するように形成されている。

振動腕１４には、表裏面１６に、長手方向に延びる長溝３０がそれぞれ形成されている。長溝３０によって振動腕１４が動きやすくなって効率的に振動するのでＣＩ値を下げることができる。長溝３０は、振動腕１４の長さの５０〜７０％の長さを有する。また、長溝３０は、振動腕１４の幅の６０〜９０％の幅を有する。

長溝３０は、第１の側面２０と背中合わせに延びる第１の内面３２と、第２の側面２２と背中合わせに延びる第２の内面３４と、を含む。第１の内面３２は第２の内面３４よりも、表裏面１６に対する角度が垂直に近くなっている。第１の内面３２は平坦面であってもよい。第２の内面３４も平坦面であってもよいが、図２に示す例では、異なる角度の面が接続されてなる。第１及び第２の側面２０，２２は、第２の内面３４よりも表裏面１６に対する角度（表裏面１６と接続する部分の角度）が垂直に近くなっている。

圧電振動片１０は、一対の支持腕３６を含む。一対の支持腕３６は、基部１２から一対の振動腕１４が延びる方向とは交差方向であってそれぞれ相互に反対方向に延び、一対の振動腕１４の延びる方向に屈曲してさらに延びる。屈曲することで、支持腕３６は小型化される。支持腕３６は、パッケージ６０に取り付けられる部分であり、支持腕３６での取り付けによって、振動腕１４及び基部１２は浮いた状態になる。

基部１２には、振動腕１４の表裏面１６と同じ側の面に括れた形状が表れるように、相互に対向方向に一対の切り込み３８が形成されている。一対の切り込み３８は、それぞれ、一対の支持腕３６が基部１２から延びて屈曲する方向の側で一対の支持腕３６に隣接して基部１２に形成されている。切り込み３８によって、振動腕１４の振動の伝達が遮断されるので、振動が基部１２や支持腕３６を介して外部に伝わること（振動漏れ）を抑制し、ＣＩ値の上昇を防止することができる。切り込み３８の長さ（深さ）は、基部１２の強度を確保できる範囲で長い（深い）ほど、振動漏れ抑制効果は大きい。一対の切り込み３８の間の幅（一対の切り込み３８に挟まれた部分の幅）は、一対の振動腕１４の対向する第１及び第２の側面２０，２２の間隔よりも小さくしてもよいし大きくしてもよいし、一対の振動腕１４の相互に反対を向く第１及び第２の側面２０，２２の距離よりも小さくしてもよいし大きくしてもよい。

振動腕１４には、励振電極膜が形成されている。励振電極膜は、１００Å以上３００Å以下の厚みを有する下地のＣｒ膜と、Ｃｒ膜上に形成された２００Å以上５００Å以下の厚みを有するＡｕ膜と、を含む多層構造であってもよい。Ｃｒ膜は水晶との密着性が高く、Ａｕ膜は電気抵抗が低く酸化し難い。励振電極膜は、第１及び第２の側面２０，２２にそれぞれ形成された第１及び第２の側面電極膜４２，４４と、第１及び第２の内面３２，３４にそれぞれ形成された第１及び第２の内面電極膜４６，４８と、を含む。励振電極膜によって、第１及び第２の励振電極５０，５２が構成される。

第１の励振電極５０は、長溝３０に形成された第１及び第２の内面電極膜４６，４８を含む。１つの長溝３０に形成された第１及び第２の内面電極膜４６，４８は、相互に連続的に形成されて電気的に接続されている。表裏面１６の一方（例えば表面）の長溝３０に形成された第１及び第２の内面電極膜４６，４８と、表裏面１６の他方（例えば裏面）の長溝３０に形成された第１及び第２の内面電極膜４６，４８と、は電気的に接続されている。すなわち、表裏面１６それぞれに形成された一対の第１の励振電極５０は電気的に接続されている。また、一方の振動腕１４に形成された一対の第１の励振電極５０は、基部１２上の表裏面１６それぞれに形成された引き出し電極５３に接続され、これらの引き出し電極５３が、他方の振動腕１４の第１又は第２の側面電極膜４２，４４に接続されることで電気的に接続される。

第２の励振電極５２は、第１及び第２の側面電極膜４２，４４を含む。また、第１及び第２の側面電極膜４２，４４は電気的に接続されている。その電気的接続は、振動腕１４の長溝３０が形成されていない部分において、表裏面１６の少なくとも一方（あるいは両方）上に形成された接続電極５４によってなされている。

一方の振動腕１４に形成された第１の励振電極５０と、他方の振動腕１４に形成された第２の励振電極５２と、は基部１２上の引き出し電極５３で電気的に接続されている。引き出し電極５３は、第２の励振電極５２が形成される振動腕１４の隣に並ぶ支持腕３６上に至るまで形成されている。引き出し電極５３は、支持腕３６の表裏面１６（あるいはさらに側面）に形成されている。支持腕３６上で、引き出し電極５３を外部との電気的接続部にすることができる。

振動腕１４には、表裏面１６の少なくとも一方上に、第１及び第２の金属膜５６，５８が形成されている。表裏面１６は振動腕１４を構成する材料の面を指し、第１及び第２の金属膜５６，５８は、表裏面１６に直接形成されており、励振電極膜は、第１及び第２の金属膜５６，５８を避けて形成されている。第１の金属膜５６は、第２の金属膜５８よりも振動腕１４の先端近くに形成されている。また、第１の金属膜５６は、第２の金属膜５８よりも厚く形成されている。

第１及び第２の金属膜５６，５８は、振動腕１４の錘の役割を果たしており、その一部を除去することで錘の重さを調整することができる。振動腕１４の先端部の重さが重いほど振動腕１４の振動周波数が小さくなり、軽いほど振動腕１４の振動周波数が大きくなる。これを利用して周波数調整を行うことができる。第１の金属膜５６には、孔５７が形成されている。孔５７の一部は貫通しており、振動腕１４の表裏面１６が露出している。

（圧電振動片の動作）
本実施の形態では、第１の側面電極膜４２と第１の内面電極膜４６との間に電圧を印加し、第２の側面電極膜４４と第２の内面電極膜４８との間に電圧を印加することで、振動腕１４の一方の側端を伸ばし、他方の側端を縮ませて振動腕１４を屈曲させて振動させる。言い換えると、１つの振動腕１４において、第１及び第２の励振電極５０，５２間に電圧を印加して、振動腕１４の第１及び第２の側面２０，２２を伸縮させることで振動腕１４を振動させる。なお、第１及び第２の励振電極５０，５２は、振動腕１４の７０％までは、長いほどＣＩ値が下がることが分かっている。

図２は、本実施の形態に係る圧電振動片１０の動作を説明する図である。図２に示すように、一方の振動腕１４の第１及び第２の励振電極５０，５２に電圧が印加され、他方の振動腕１４の第１及び第２の励振電極５０，５２に電圧が印加される。ここで、一方（左側）の振動腕１４の第１の励振電極５０と他方（右側）の振動腕１４の第２の励振電極５２が同じ電位（図２の例では＋電位）となり、一方（左側）の振動腕１４の第２の励振電極５２と他方（右側）の振動腕１４の第１の励振電極５０が同じ電位（図２の例では−電位）となるように、第１の励振電極５０及び第２の励振電極５２は、クロス配線によって交流電源に接続され、駆動電圧としての交番電圧が印加されるようになっている。印加電圧によって、図２に矢印で示すように電界が発生し、これにより、振動腕１４は、互いに逆相振動となるように（振動腕１４の先端側が互いに接近・離間するように）励振されて屈曲振動する。また、基本モードで振動するように交番電圧が調整されている。

（圧電振動子）
図３は、本発明の実施の形態に係る圧電振動子を示す平面図であり、図４は、図３に示す圧電振動子の枠壁部の一部を除去した側面図である。図５は、図３に示す圧電振動子の底面図である。

圧電振動子に組み込まれた圧電振動片１０では、第２の金属膜５８に孔５９が形成されている。孔５９から振動腕１４の表裏面１６が露出している。

圧電振動子は、パッケージ６０を有する。パッケージ６０は、圧電振動片１０が固定される底部６２と、底部６２を囲む枠壁部６４と、を含む。底部６２には、真空引きを行うための通気孔６６が形成され、通気孔６６は、ロウ材（ＡｕＧｅ等）からなるシール部６８で塞がれている。

パッケージ６０の底部６２に圧電振動片１０が固定されている。支持腕３６が底部６２に固定されて、振動腕１４がパッケージ６０から浮いた状態になっている。底部６２は、振動腕１４の先端部と対向する領域が低くなっており、振動腕１４が曲がっても底部６２に接触し難いようになっている。導電性接着剤７０を使用して、支持腕３６上の引き出し電極５３（図１参照）と、底部６２に形成された配線７２と、が電気的に接続されている。配線７２は、パッケージ６０の底面の外部電極７４に電気的に接続されている。なお、圧電振動片１０は２つの支持腕３６を有し、パッケージ６０には２つの外部電極７４が形成され、一方の支持腕３６上の引き出し電極５３が一方の外部電極７４に電気的に接続され、他方の支持腕３６上の引き出し電極５３が他方の外部電極７４に電気的に接続されている。外部電極７４は、ハンダによって、電気的に接続されて回路基板（図示せず）に実装される。

パッケージ６０は、その全体を金属で形成してもよいが、主としてセラミックス等の非金属で形成する場合には、枠壁部６４の上端面７６はメタライズされている。例えば、枠壁部６４の非金属部上に、Ｍｏ（又はＷ）膜、Ｎｉ膜及びＡｕ膜が順に積層されて、上端面７６はＡｕからなる。上端面７６は、底部６２の上方を囲む形状をなしている。

上端面７６には、例えばＡｇを含む合金からなるロウ材層７８を介して、リング８０が固定されている。リング８０は、上端面７６の法線方向に重なって、底部６２の上方を切れ目なく囲む。リング８０は、シーム溶接用のものであり、例えばコバールから構成されている。リング８０には、蓋１００が固定されている。

（圧電振動子用の蓋）
図６は、本発明の実施の形態に係る圧電振動子用の蓋の一部拡大断面図である。蓋１００は、圧電振動片１０が固定されるパッケージ６０の法線方向に重なってパッケージ６０の開口を塞ぐ。蓋１００は、表面１０２及び裏面１０４を貫通する貫通穴１０６を有する枠体１０８を含む。枠体１０８の表面１０２及び裏面１０４は、蓋１００の表面１０２及び裏面１０４でもある。貫通穴１０６は、円形の開口形状をなしている。貫通穴１０６は、表面１０２及び裏面１０４に垂直な垂直内壁面１１０を枠体１０８の厚み方向の一部（少なくとも中間部）に有する。貫通穴１０６は、表面１０２又は裏面１０４に曲面（「曲面」は丸みを意味する。以下同じ。）を以って接続する曲面内壁面１１２を表面１０２及び裏面１０４の少なくとも一方の開口端部に有する。図６の例では、表面１０２（パッケージ６０とは反対側の面）の開口端部のみに曲面内壁面１１２が形成され、裏面１０４（パッケージ６０側の面）の開口端部は、裏面１０４に直角に形成されている。この場合、垂直内壁面１１０が裏面１０４の開口端部に至るまで形成されている。

本実施の形態によれば、貫通穴１０６には、表面１０２及び裏面１０４に垂直な垂直内壁面１１０があるので、この部分では、光透過性部材１１４及び枠体１０８に相対的に厚み方向の力が加わっても応力が分散するので、光透過性部材は破損しにくくなっている。また、表面１０２と裏面１０４との間のシールパスを長くすることができる。また、光透過性部材１１４の曲面内壁面１１２に対向する面は、曲面になっているのでクラックが入る可能性が低い。この点、貫通穴１０６を、垂直内壁面１１０と平坦なテーパ面とで形成すると、これらによって突出する角が形成されてしまうので、応力集中により光透過性部材１１４にクラックが入りやすい。また、図１１の比較例のように枠体４０８の内壁面全体が曲面になっていると、ガラスを圧縮・伸張する方向の力が加わると、内壁面の頂点Ｐに応力が集中し、光透過性部材４１４にクラックが発生しやすい。

蓋１００は、ガラス又は樹脂などの熱によって軟化する材料からなる光透過性部材１１４を含む。光透過性部材１１４は、平行な上面１１６及び下面１１８を少なくとも中央部に有する。光透過性部材１１４の端部には丸み１２０が形成されている。端部の丸み１２０は、枠体１０８の貫通穴１０６の曲面内壁面１１２と、蓋１００の上面の法線方向に重なる。光透過性部材１１４は、その上面１１６が枠体１０８の表面１０２と同じ方向を向き、その下面１１８が枠体１０８の裏面１０４と同じ方向を向くように貫通穴１０６に位置している。光透過性部材１１４は、垂直内壁面１１０の少なくとも一部（例えば全部）と曲面内壁面１１２の少なくとも一部（例えば、枠体１０８の表面１０２又は裏面１０４に接続する部分を除いた、垂直内壁面１１０に接続する部分のみ）に密着してなる。光透過性部材１１４の上面１１６及び下面１１８の少なくとも一方は、枠体１０８の表面１０２又は裏面１０４と面一（表面１０２又は裏面１０４から突出しない形状）になっている。ただし、図６に示す例では、枠体１０８の表面１０２と光透過性部材１１４の上面１１６との間に、貫通穴１０６の曲面内壁面１１２と光透過性部材１１４の丸み１２０とで溝が形成される。

図７に示す変形例では、貫通穴２０６は、表面２０２に曲面を以って接続する第１の曲面内壁面２１２を表面２０２の開口端部に有し、裏面２０４に曲面を以って接続する第２の曲面内壁面２１４を裏面２０４の開口端部に有する。第１の曲面内壁面２１２の曲率半径は、第２の曲面内壁面２１４の曲率半径よりも大きい。このような形態にすると、厚み方向の力が加わった場合、効果的な応力分散を実現する。具体的には、第１の曲面内壁面２１２と光透過性部材２２０との界面には、上面２１６から下面２１８に向かう方向の力が加わった場合に圧縮応力が働く。一方、第２の曲面内壁面２１４と光透過性部材２２０との界面には、下面２１８から上面２１６に向かう方向の力が加わった場合に圧縮応力が働く。これらの圧縮応力により、垂直内壁面２１０と光透過性部材２２０との間に働くせん断応力を低減することができるため、枠体２０８と光透過性部材２２０の接合強度が高くなる。

図７に示す変形例では、後述する光透過性部材１１４を貫通穴２０６に押圧するのと同様の工程において、裏面２０４を台１３０に向けた状態で光透過性部材２２０を押圧する。この工程では、光透過性部材２２０が第２の曲面内壁面２１４と台１３０との間に入り込み、枠体２０８を押し上げる力が働き、光透過性部材２２０が枠体２０８の裏面２０４からはみ出す。しかし、第２の曲面内壁面２１４の曲率半径は第１の曲面内壁面２１２の曲率半径より小さいので、枠体２０８の表裏を反対にして押圧した場合と比べて、枠体２０８の裏面２０４から光透過性部材２２０がはみ出す量を相対的に小さくすることができる。ここで、第１の曲面内壁面２１２の曲率半径は、第２の曲面内壁面２１４の曲率半径よりも大きいため、光透過性部材２２０の上面２１６から下面２１８に向かう方向の力に対する枠体２０８と光透過性部材２２０との接合強度は、その逆の方向の力に対する接合強度よりも高い。そして、蓋２００は、第２の曲面内壁面２１４が接続する裏面２０４が、パッケージ６０と対向するように、すなわち、第２の曲面内壁面２１４が接続する裏面２０４を内側にして配置される。その結果、その外部から内部への力に強くなり、信頼性が高い圧電振動子を提供することができる。なお、図７に示す枠体２０８の製造方法は、板状の材料を表面から裏面に向かう方向にプレスする工程と、裏面を研磨する工程とを有する。

図８に示す変形例では、光透過性部材３１４の上面３１６及び下面３１８の少なくとも一方（例えば上面３１６）は、枠体３０８の表面３０２又は裏面３０４（例えば表面３０２）から突出している。

蓋１００は、光透過性部材１１４の下面１１８が第２の金属膜５８と対向するように配置され、底部６２及び枠壁部６４と、その蓋１００の法線方向に重なってパッケージ６０の開口を塞ぐ。

（圧電振動子の製造方法）
圧電振動子の製造方法は、圧電振動片１０の形成を含む。圧電振動片１０を水晶から構成する場合、水晶ウエハは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系において、Ｚ軸を中心に時計回りに０度ないし５度の範囲で回転して切り出した水晶Ｚ板であって所定の厚みに切断研磨して得られるものを用いる。１つの水晶ウエハから複数の圧電振動片１０を連結された状態で切り出し、最終的に個々の圧電振動片１０に切断する。圧電振動片１０には、励振電極膜及び第１及び第２の金属膜５６，５８を形成する。

金属膜の一部を除去する工程を、圧電振動片１０をパッケージ６０に固定する工程前に行う。つまり、圧電振動子に組み込む前（水晶ウエハから連結された状態で切り出された複数の圧電振動片１０を個々に切断する前であっても後でもよい。）に、第１の金属膜５６の一部を除去する（孔５７を形成する）ことで周波数調整を行う。第１の金属膜５６の一部の除去は、レーザービームによって行ってもよい。第１の金属膜５６は、第２の金属膜５８よりも振動腕１４の先端に近いので、振動腕１４を振動しやすくする（周波数を上げる）効果が大きい。しかも、第１の金属膜５６は、第２の金属膜５８よりも厚く形成されているので、同じ面積で除去した場合に、体積が大きくなるので、この効果は一層大きい。第１の金属膜５６に対して行う周波数調整プロセスは、おおまかな調整を目的としたもので粗調整ということができる。

図９は、蓋の形成方法を説明する図である。圧電振動子の製造方法は、蓋１００の形成を含む。蓋１００の形成プロセスでは、枠体１０８の貫通穴１０６内に、枠体１０８よりも厚みが大きい光透過性部材１１４を配置する。当然、このときには、光透過性部材１１４の外形（例えば直径）は、貫通穴１０６の形状（例えば内径）よりも小さい。そして、光透過性部材１１４と枠体１０８を加熱し、対向する一対の平行面を以って光透過性部材１１４を押圧する。例えば、台１３０に枠体１０８を裏面１０４が台１３０に対向するように載せ、貫通穴１０６を介して光透過性部材１１４を台１３０に載せ、台１３０に対向するプレス１３２によって光透過性部材１１４を押圧する。これにより、光透過性部材１１４を、平行な上面１１６及び下面１１８を有して貫通穴１０６の内壁面（垂直内壁面１１０及び曲面内壁面１１２）に密着するように変形させる。

本実施の形態によれば、貫通穴１０６には、表面１０２及び裏面１０４に垂直な垂直内壁面１１０があるので、この部分では、光透過性部材１１４及び枠体１０８に相対的に厚み方向の力が加わっても応力が分散するので、光透過性部材１１４を破損しにくくすることができる。また、光透過性部材１１４の曲面内壁面１１２に対向する面を、曲面にするのでクラックが入る可能性を低くすることができる。この点、貫通穴１０６を、垂直内壁面１１０と平坦なテーパ面とで形成すると、突出する角が形成されてしまうので、応力集中により光透過性部材１１４にクラックが入りやすい。

図１０は、本発明の実施の形態に係る圧電振動子の製造方法を説明する図である。圧電振動子の製造方法では、パッケージ６０を用意する。なお、パッケージ６０の枠壁部６４には、ロウ接合によってリング８０を固定しておく。そして、圧電振動片１０を底部６２に固定する。また、圧電振動子の製造方法は、光透過性部材１１４の下面１１８が金属膜と対向するように蓋１００を配置し、枠壁部６４及び蓋１００（枠体１０８）を接合することを含む。接合は、シーム溶接によって行う。こうして、パッケージ６０の開口を蓋１００によって塞ぐ。

パッケージ６０の開口を蓋１００によって塞いだ後に、パッケージ６０に形成された通気孔６６を介して、蓋１００によって塞がれたパッケージ６０内を真空にし、その後、ロウ材１３４で通気孔６６を塞ぐ。

さらに、圧電振動子の製造方法は、第２の金属膜５８の一部を除去する工程をさらに含む。この工程は、パッケージ６０の開口を蓋１００によって塞いだ後（例えばさらに真空引き工程後）に行う。この工程は、光透過性部材１１４を通して、第２の金属膜５８に対してレーザービームを照射して行う。第２の金属膜５８は、第１の金属膜５６よりも振動腕１４の先端から離れているので、振動腕１４を振動しやすくする（周波数を上げる）効果は小さいが、このことから逆に微調整が可能であると言える。しかも、第２の金属膜５８は、第１の金属膜５６よりも薄く形成されているので、同じ面積で除去した場合に体積が小さいので微調整の効果は一層大きい。

本実施の形態に係る圧電振動子の製造方法は、上記プロセスを含み、上述した圧電振動子の構成から自明の製造プロセスをさらに含む。

（圧電振動子の応用例）
上述した圧電振動子を使用して、発振器又はセンサを構成することができる。圧電振動子を含む発振回路で発振器を構成すると、周波数精度の高い交流信号を得ることができる。また、圧電振動子を使用したセンサは、物理量に応じて圧電振動片１０の周波数が変動することを利用してその物理量を検出するセンサである。例えば、温度、加速度によって発生する応力、角速度によって発生するコリオリ力などを検出するセンサが例に挙げられる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

図１は、本発明の実施の形態に係る圧電振動子に使用される圧電振動片（音叉型圧電振動片）を示す平面図である。図２は、図１に示す圧電振動片１０のII−II線断面拡大図である。図３は、本発明の実施の形態に係る圧電振動子を示す平面図である。図４は、図３に示す圧電振動子の枠壁部の一部を除去した側面図である。図５は、図３に示す圧電振動子の底面図である。図６は、本発明の実施の形態に係る圧電振動子用の蓋の一部拡大断面図である。図７は、本発明の実施の形態に係る圧電振動子用の蓋の変形例を示す図である。図８は、本発明の実施の形態に係る圧電振動子用の蓋の変形例を示す図である。図９は、蓋の形成方法を説明する図である。図１０は、本発明の実施の形態に係る圧電振動子の製造方法を説明する図である。図１１は、本発明の比較例である圧電振動子用の蓋を示す図である。

符号の説明

１０…圧電振動片、１２…基部、１４…振動腕、１６…表裏面、２０…第１の側面、２２…第２の側面、２４…根本部、２６…第１のテーパ部、２８…第２のテーパ部、３０…長溝、３２…第１の内面、３４…第２の内面、３６…支持腕、３８…切り込み、４２…第１の側面電極膜、４４…第２の側面電極膜、４６…第１の内面電極膜、４８…第２の内面電極膜、５０…第１の励振電極、５２…第２の励振電極、５３…引き出し電極、５４…接続電極、５６…第１の金属膜、５７…孔、５８…第２の金属膜、５９…孔、６０…パッケージ、６２…底部、６４…枠壁部、６６…通気孔、６８…シール部、７０…導電性接着剤、７２…配線、７４…外部電極、７６…上端面、７８…ロウ材層、８０…リング、１００…蓋、１０２…表面、１０４…裏面、１０６…貫通穴、１０８…枠体、１１０…垂直内壁面、１１２…曲面内壁面、１１４…光透過性部材、１１６…上面、１１８…下面、１２０…丸み、１３０…台、１３２…プレス、１３４…ロウ材、２０２…表面、２０４…裏面、２０６…貫通穴、２０８…枠体、２１０…垂直内壁面、２１４…第２の曲面内壁面、２１６…上面、２１８…下面、２２０…光透過性部材、３０８…枠体、３１４…光透過性部材、３１８…下面、４０８…枠体、４１４…光透過性部材

Claims

振動腕と、前記振動腕に形成された金属膜と、を有する圧電振動片と、
前記圧電振動片が固定された底部と、前記底部を囲む枠壁部と、を含み、前記底部の上方に開口を有するパッケージと、
表面及び裏面を貫通する貫通穴を有する枠体と、上面及び下面を有して前記貫通穴に位置する光透過性部材と、を有し、前記光透過性部材の前記下面が前記金属膜と対向するように配置され、前記底部及び前記枠壁部とオーバーラップして前記パッケージの前記開口を塞ぐ蓋と、
を有し、
前記貫通穴は、前記表面又は前記裏面に曲面を以って接続する曲面内壁面を前記表面及び前記裏面の少なくとも一方の開口端部に有し、前記表面及び前記裏面に垂直な垂直内壁面を前記枠体の厚み方向の一部に有し、
前記光透過性部材は、前記垂直内壁面の少なくとも一部と前記曲面内壁面の少なくとも一部に密着してなる圧電振動子。
請求項１に記載された圧電振動子において、
前記貫通穴は、前記表面に前記曲面を以って接続する第１の前記曲面内壁面を前記表面の前記開口端部に有し、前記裏面に前記曲面を以って接続する第２の前記曲面内壁面を前記裏面の前記開口端部に有し、
前記第１の曲面内壁面の曲率半径は、前記第２の曲面内壁面の曲率半径よりも大きい圧電振動子。
請求項１又は２に記載された圧電振動子において、
前記光透過性部材の前記上面及び前記下面の少なくとも一方は、前記蓋の前記表面又は前記裏面と面一になっている圧電振動子。
請求項１又は２に記載された圧電振動子において、
前記光透過性部材の前記上面及び前記下面の少なくとも一方は、前記蓋の前記表面又は前記裏面から突出している圧電振動子。
請求項１から４のいずれか１項に記載された圧電振動子において、
前記貫通穴は、円形の開口形状をなしている圧電振動子。
請求項１から５のいずれか１項に記載された圧電振動子において、
前記金属膜には、レーザービームによって形成された孔が形成されてなる圧電振動子。
圧電振動片が固定されるパッケージとオーバーラップさせて前記パッケージの開口を塞ぐための蓋であって、
表面及び裏面を貫通する貫通穴を有する枠体と、
上面及び下面を有し、前記上面が前記表面と同じ方向を向いて前記下面が前記裏面と同じ方向を向くように前記貫通穴に位置する光透過性部材と、
を有し、
前記貫通穴は、前記表面又は前記裏面に曲面を以って接続する曲面内壁面を前記表面及び前記裏面の少なくとも一方の開口端部に有し、前記表面及び前記裏面に垂直な垂直内壁面を前記枠体の厚み方向の一部に有し、
前記光透過性部材は、前記垂直内壁面の少なくとも一部と前記曲面内壁面の少なくとも一部に密着してなる圧電振動子用の蓋。
請求項７に記載された圧電振動子用の蓋において、
前記貫通穴は、前記表面に前記曲面を以って接続する第１の前記曲面内壁面を前記表面の前記開口端部に有し、前記裏面に前記曲面を以って接続する第２の前記曲面内壁面を前記裏面の前記開口端部に有し、
前記第１の曲面内壁面の曲率半径は、前記第２の曲面内壁面の曲率半径よりも大きい圧電振動子用の蓋。
請求項７又は８に記載された圧電振動子用の蓋において、
前記光透過性部材の前記上面及び前記下面の少なくとも一方は、前記蓋の前記表面又は前記裏面と面一になっている圧電振動子用の蓋。
請求項７又は８に記載された圧電振動子用の蓋において、
前記光透過性部材の前記上面及び前記下面の少なくとも一方は、前記蓋の前記表面又は前記裏面から突出している圧電振動子用の蓋。
請求項７から１０のいずれか１項に記載された圧電振動子用の蓋において、
前記貫通穴は、円形の開口形状をなしている圧電振動子用の蓋。
表面及び裏面を有する枠体の前記表面及び前記裏面を貫通する貫通穴内に、前記枠体よりも厚みが大きい光透過性部材を配置し、前記光透過性部材と蓋を加熱し、対向する一対の平行面を以って前記光透過性部材を押圧することで、前記光透過性部材を、上面及び下面を有して前記貫通穴の内壁面に密着するように変形させて、前記枠体及び前記光透過性部材を含む蓋を形成する工程と、
底部と前記底部を囲む枠壁部とを含み前記底部の上方に開口を有するパッケージを用意して、振動腕及び前記振動腕に形成された金属膜を有する圧電振動片を前記底部に固定する工程と、
前記光透過性部材の前記下面が前記金属膜と対向するように前記蓋を配置し、前記枠壁部及び前記蓋を接合して、前記パッケージの前記開口を前記蓋によって塞ぐ工程と、
を含み、
前記貫通穴は、前記表面又は前記裏面に曲面を以って接続する曲面内壁面を前記表面及び前記裏面の少なくとも一方の開口端部に有し、前記表面及び前記裏面に垂直な垂直内壁面を前記枠体の厚み方向の一部に有し、
前記光透過性部材は、前記垂直内壁面の少なくとも一部と前記曲面内壁面の少なくとも一部に密着してなる圧電振動子の製造方法。
請求項１２に記載された圧電振動子の製造方法において、
前記蓋を形成する工程は、台に前記枠体を前記裏面が前記台に対向するように載せ、前記貫通穴を介して前記光透過性部材を前記台に載せ、前記台に対向するプレスによって前記光透過性部材を押圧することを含み、
前記貫通穴は、前記表面に前記曲面を以って接続する前記曲面内壁面を前記表面の前記開口端部に有する圧電振動子の製造方法。
請求項１２又は１３に記載された圧電振動子の製造方法において、
レーザービームで前記金属膜の一部を除去する工程をさらに含み、
前記金属膜の一部を除去する工程を、前記パッケージの前記開口を前記蓋によって塞いだ後に、前記光透過性部材を通して前記レーザービームを照射して行う圧電振動子の製造方法。
請求項１４に記載された圧電振動子の製造方法において、
前記パッケージの前記開口を前記蓋によって塞いだ後に、前記パッケージに形成された通気孔を介して前記蓋によって塞がれた前記パッケージ内を真空にして、前記通気孔を塞ぐ真空引き工程をさらに含み、
前記真空引き工程後に、前記金属膜の一部を除去する工程を行う圧電振動子の製造方法。
請求項１４又は１５に記載された圧電振動子の製造方法において、
前記金属膜の一部を除去する工程を、前記圧電振動片を前記底部に固定する工程前にも行う圧電振動子の製造方法。