JP2011166324A - Tuning fork type piezoelectric vibration piece and piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音叉型圧電振動片に関し、更に音叉型圧電振動片をパッケージに収容した圧電振動子、圧電発振器等の圧電デバイスに関する。 The present invention relates to a tuning fork type piezoelectric vibrating piece, and more particularly to a piezoelectric device such as a piezoelectric vibrator or a piezoelectric oscillator in which a tuning fork type piezoelectric vibrating piece is housed in a package.
従来より、携帯電話等の通信機器、パーソナルコンピュータ等の情報機器、その他様々な電子機器には、圧電振動子、圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。特に最近は、電子機器の高性能化、小型化に伴い、より一層の小型化を図ることができると共に、CI値を低く抑制しかつ高いQ値(共振尖鋭度)を発揮する高品質で、高い安定性を有する圧電デバイスが要求されている。 Conventionally, piezoelectric devices such as piezoelectric vibrators and piezoelectric oscillators have been widely used in communication devices such as mobile phones, information devices such as personal computers, and various other electronic devices. Especially recently, with the high performance and miniaturization of electronic equipment, it is possible to achieve further miniaturization, with a high quality that suppresses the CI value low and exhibits a high Q value (resonance sharpness), There is a demand for a piezoelectric device having high stability.
一般に音叉型圧電振動片の共振周波数は、振動腕の長さの二乗に反比例し、かつ腕幅に比例する特性がある。従って、同じ共振周波数で振動腕の長さを短くしようとすると、腕幅も同様に小さくしなければならず、そのためにCI値が大きくなるという問題が発生する。そこで、振動腕の表裏主面に長手方向の溝を形成しかつその内面に励振電極を設けることにより、振動腕の長さを短くしても、腕幅を必要以上小さくすることなく、電界効率を向上させてCI値を低く抑制する方法が広く採用されている(例えば、特許文献1を参照)。 In general, the resonance frequency of a tuning fork type piezoelectric vibrating piece is inversely proportional to the square of the length of the vibrating arm and proportional to the arm width. Therefore, if it is attempted to shorten the length of the vibrating arm at the same resonance frequency, the arm width must be reduced in the same manner, which causes a problem that the CI value increases. Therefore, by forming grooves in the longitudinal direction on the front and back main surfaces of the vibrating arm and providing excitation electrodes on the inner surface, even if the length of the vibrating arm is shortened, the field efficiency is reduced without unnecessarily reducing the arm width. The method of improving CI and suppressing the CI value low is widely adopted (see, for example, Patent Document 1).
また、音叉型圧電振動片は、目的とする基本波の周波数だけでなく、好ましくない高調波の周波数でも発振する特性がある。かかる高調波の影響を防止するために、高調波のCI値を基本波のCI値より大きくする、即ちCI値比(=高調波CI値/基本波CI値)を1.0より大きく設定することによって、高調波を発生し難くする方法が知られている。例えば、振動腕の腕幅を基部側から先端側に向けて先細のテーパー状に変化させることによって、小型で基本波のCI値が小さく、かつCI値比の良好な音叉型圧電振動片が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。 Further, the tuning fork type piezoelectric vibrating piece oscillates not only at the target fundamental frequency but also at undesired harmonic frequencies. In order to prevent the influence of such harmonics, the CI value of the harmonic is made larger than the CI value of the fundamental wave, that is, the CI value ratio (= harmonic CI value / fundamental CI value) is set to be larger than 1.0. Therefore, a method for making it difficult to generate harmonics is known. For example, a tuning fork type piezoelectric vibrating piece that is small in size, has a small fundamental wave CI value, and has a good CI value ratio by changing the arm width of the vibrating arm from the base side to the tip side taper. (For example, see Patent Document 2).
他方、音叉型圧電振動片のQ値は、一般にQ=1/(ω・C1・R1)の式で表される。ここで、ωは角周波数(1/2πfs、fs:直列共振周波数)、C1は等価直列容量、R1は等価直列抵抗である。等価直列抵抗R1はCI値にほぼ等しい。Q値を大きくするためには、振動腕の腕幅を大きくする必要があるが、これに伴う高次振動モードの発生を抑制するために振動腕の長さも長くしなければならず、小型化は困難になる。そこで、振動腕の先端に幅広の錘部を設けることにより、振動腕を短くしても、高次振動モードの発生を抑制しかつ振動周波数の安定性を得られると共に、Q値を高くする音叉型圧電振動片が知られている(例えば、特許文献3を参照)。 On the other hand, the Q value of the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece is generally expressed by an equation of Q = 1 / (ω · C 1 · R 1 ). Here, ω is an angular frequency (1 / 2πfs, fs: series resonance frequency), C 1 is an equivalent series capacitance, and R 1 is an equivalent series resistance. The equivalent series resistance R 1 is approximately equal to the CI value. In order to increase the Q value, it is necessary to increase the arm width of the vibrating arm, but the length of the vibrating arm must also be increased in order to suppress the generation of higher-order vibration modes associated with this, and the size of the vibrating arm can be reduced. Becomes difficult. Therefore, by providing a wide weight at the tip of the vibrating arm, even if the vibrating arm is shortened, it is possible to suppress the occurrence of higher-order vibration modes and obtain stability of the vibration frequency, and to increase the Q value. A type piezoelectric vibrating piece is known (see, for example, Patent Document 3).
図4は、振動腕の先端に幅広の錘部を有する音叉型圧電振動片の典型例を示している。音叉型圧電振動片1は、基部2から平行に延出する1対の振動腕3,4を有し、その表裏主面にそれぞれ長手方向の溝部5,6が形成され、かつその先端に幅広の錘部7,8が一体に設けられている。前記振動腕と錘部との連結部では、溝部の有無や該連結部付近での幅の変化に伴って、その断面積及び断面形状が急激に変化するので、剛性が急激に変化する。そのため、前記振動腕を互いに接近離反する向きに屈曲振動させると、錘部7,8は、質量が非常に大きいので、前記振動腕に遅れて振り回されるような挙動をする。
FIG. 4 shows a typical example of a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece having a wide weight portion at the tip of the vibrating arm. The tuning fork-type piezoelectric vibrating
図5は、一方の振動腕3の屈曲振動を模式的に例示している。錘部7は、想像線7’,7”で示すように図中左側から右側へ振れる際に、振動腕3との連結部が「節」のようになって振動し、前記振動腕の正常な屈曲振動を妨げる虞がある。そのため、圧電振動片1は、振動が不安定になって高調波などの好ましくない振動を発生させたり、振動漏れを生じ、CI値が上昇するなど、所望の振動特性が得られなくなる。更に、前記錘部と振動腕との連結部は、局所的に応力集中が起こり易く、外部からの衝撃等で破損することも考えられる。
FIG. 5 schematically illustrates the bending vibration of one
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基部から先端に向けて縮幅させた振動腕の先端に幅広の錘部を有する音叉型圧電振動片において、振動腕を常に良好かつ安定に屈曲振動させることができ、Q値を向上させかつCI値を抑制して振動特性を向上させると共に、小型化を実現することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a tuning fork type piezoelectric vibrating piece having a wide weight portion at the tip of a vibrating arm reduced in width from the base portion toward the tip. Therefore, the vibrating arm can be flexibly vibrated constantly and stably, the Q value is improved and the CI value is suppressed to improve the vibration characteristics, and the miniaturization is realized.
更に本発明の目的は、かかる音叉型圧電振動片を備えることにより、高性能で小型化可能な圧電振動子、発振器等の圧電デバイスを提供することにある。 A further object of the present invention is to provide a piezoelectric device such as a piezoelectric vibrator and an oscillator that can be miniaturized with high performance by providing such a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece.
本発明の音叉型圧電振動片は、基部と、基部から延出しかつ先端に向けて全長に亘って縮幅する1対の振動腕と、各振動腕の表裏主面に形成されてその長手方向に延長する溝部と、各振動腕の表裏主面の溝部の内面に形成した第1励振電極及び各振動腕の側面に形成した第2励振電極と、各振動腕の先端に一体に設けられかつ該振動腕の前記先端における幅よりも広幅の部分を有する錘部とを備え、
錘部が、振動腕の長手方向に沿って振動腕との前記連結位置から先端側に徐々に拡幅するテーパー部分と、それより先端側の一定幅部分とを有し、かつ、溝部の先端が、振動腕と錘部との連結位置を越えて錘部の内部まで延長していることを特徴とする。
The tuning fork-type piezoelectric vibrating piece of the present invention is formed on the base, a pair of vibrating arms extending from the base and reducing the entire length toward the tip, and the longitudinal direction of the vibrating arms. And a first excitation electrode formed on the inner surface of the groove portion of the front and back main surfaces of each vibration arm, a second excitation electrode formed on the side surface of each vibration arm, and integrally provided at the tip of each vibration arm; A weight portion having a portion wider than the width at the tip of the vibrating arm,
The weight portion has a tapered portion that gradually widens from the connecting position with the vibrating arm along the longitudinal direction of the vibrating arm toward the tip side, and a constant width portion on the tip side thereof, and the tip of the groove portion is Further, the present invention is characterized in that it extends beyond the connecting position between the vibrating arm and the weight part to the inside of the weight part.
このように錘部のテーパー部分と溝部の錘部への延長部分とを組み合わせることによって、錘部の断面積及び断面形状は、最小断面積となる振動腕との連結部分から溝部の先端位置まで急激に変化することはない。これに対応して錘部の剛性も、振動腕との連結部分から溝部の先端位置まで徐々に高くなる。これにより、振動腕の屈曲振動による応力集中が大幅に緩和されるので、錘部の不安定な振動や異常な挙動を有効に防止又は抑制し、高調波などの好ましくない振動の発生を抑制して、振動腕を安定して良好に屈曲振動させることができる。また、落下等の衝撃による振動腕と錘部との連結部への応力集中も解消できる。従って、音叉型圧電振動片の小型化を図りつつ、良好かつ安定な屈曲振動を確保し、振動腕と錘部との連結部からの振動漏れを防止してCI値を抑制し、Q値等の振動特性及び耐衝撃性の向上を図ることができる。 By combining the taper portion of the weight portion and the extension portion of the groove portion to the weight portion in this way, the cross-sectional area and the cross-sectional shape of the weight portion are from the connecting portion with the vibrating arm having the minimum cross-sectional area to the tip position of the groove portion. It does not change rapidly. Correspondingly, the rigidity of the weight portion gradually increases from the connecting portion with the vibrating arm to the tip position of the groove portion. As a result, stress concentration due to flexural vibration of the vibrating arm is greatly relieved, so that unstable vibration and abnormal behavior of the weight part are effectively prevented or suppressed, and undesirable vibrations such as harmonics are suppressed. Thus, the vibrating arm can be flexibly vibrated stably and favorably. Further, stress concentration on the connecting portion between the vibrating arm and the weight portion due to an impact such as dropping can be eliminated. Therefore, while reducing the size of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece, ensuring good and stable flexural vibration, preventing vibration leakage from the connecting portion of the vibrating arm and the weight portion, suppressing the CI value, the Q value, etc. It is possible to improve the vibration characteristics and impact resistance.
或る実施例では、各振動腕の溝部が、基部側から先端側に向けて徐々に縮幅する部分を有するように形成されることによって、特にこの縮幅部分において、CI値比即ち、二次高調波モードCI値/基本波モードCI値を1より大きくすることができるので、高調波モードでの発振を抑制することができる。 In one embodiment, the groove portion of each vibrating arm is formed to have a portion that gradually decreases in width from the base side toward the tip side, and particularly in this reduced width portion, the CI value ratio, that is, two Since the second harmonic mode CI value / fundamental wave mode CI value can be made larger than 1, oscillation in the harmonic mode can be suppressed.
この場合に、第1励振電極は、その先端位置が振動腕と錘部との連結位置又はそれよりも基部側に位置するように設けることが好ましい。 In this case, it is preferable that the first excitation electrode is provided so that the tip position thereof is located at the connection position between the vibrating arm and the weight part or on the base side from the connection position.
上述したように、一般に振動腕の表裏主面に溝部を形成した音叉型圧電振動片は、CI値を下げるために、溝部の全長に励振電極を設けることが好ましいとされている。ところが、本発明のように振動腕が基部から先端に向けて縮幅する音叉型圧電振動片では、溝部の全長に亘って励振電極を設けると、Q値(Q=1/(ω・C1・R1))の等価直列抵抗R1が不必要に下がり、等価直列容量C1が高くなるという傾向が認められる。 As described above, in general, tuning fork-type piezoelectric vibrating reeds having grooves formed on the front and back main surfaces of the vibrating arm are preferably provided with excitation electrodes over the entire length of the grooves to reduce the CI value. However, in the tuning fork type piezoelectric vibrating piece in which the vibrating arm is reduced in width from the base portion to the tip portion as in the present invention, when the excitation electrode is provided over the entire length of the groove portion, the Q value (Q = 1 / (ω · C 1 · R 1)) equivalent series resistance R 1 of the decreases unnecessary, it is observed a tendency that the equivalent series capacitance C 1 becomes high.
そこで、このように第1励振電極を溝部内にその先端よりも短く設けることによって、等価直列容量C1の抑制とQ値の向上とのバランスを図り、良好な振動特性を得ることができる。更に、振動腕と錘部との連結部付近は、溝部に第1励振電極を形成しないことによって、振動腕の励振時に電界による歪みが発生しないから、錘部の不安定な振動や異常な挙動を防止し、振動腕を安定して良好に屈曲振動させることができる。 Thus, by providing the first excitation electrode in the groove portion shorter than the tip of the first excitation electrode in this way, it is possible to balance the suppression of the equivalent series capacitance C 1 and the improvement of the Q value and to obtain good vibration characteristics. Further, in the vicinity of the connecting portion between the vibrating arm and the weight portion, since the first excitation electrode is not formed in the groove portion, distortion due to an electric field does not occur when the vibrating arm is excited. Can be prevented and the vibrating arm can be flexibly vibrated stably.
別の実施例では、溝部を、その基端が振動腕と基部との結合位置を越えて基部の内部まで延長するように設けることによって、基部は、両振動腕が結合する音叉の叉部に、振動腕の屈曲振動で生じ得る応力集中を緩和することができる。これにより、振動腕を良好に安定して振動させ、CI値をばらつきを生じることなく抑制することができ、安定して良好な振動特性を得ることができる。 In another embodiment, the base is provided at the fork of the tuning fork where the vibrating arms are coupled by providing the groove so that the base end extends beyond the coupling position of the vibrating arm and the base to the inside of the base. The stress concentration that can occur due to the bending vibration of the vibrating arm can be reduced. As a result, the vibrating arm can be vibrated satisfactorily and stably, the CI value can be suppressed without causing variations, and good vibration characteristics can be obtained stably.
この場合に、第1励振電極を、その基端位置が振動腕と基部との結合位置又はそれよりも先端側に位置するように設けることにより、振動腕の励振時に電界による歪みが基部に発生しないので、振動腕の屈曲振動及び振動特性の安定性を確保できる。 In this case, by providing the first excitation electrode so that the base end position thereof is located at the position where the vibration arm and the base are coupled to each other or at the front end side thereof, distortion due to the electric field is generated at the base when the vibration arm is excited. Therefore, it is possible to ensure the bending vibration of the vibrating arm and the stability of the vibration characteristics.
また別の実施例では、各振動腕が、その長手方向に沿って基部との連結部付近の第1テーパー部とそれより先端側の第2テーパー部とを有し、第1テーパー部が第2テーパー部よりも急峻に縮幅するように形成される。これにより、振動腕と基部との結合部付近の剛性を向上させて、振動腕の屈曲振動によって起こる応力集中を緩和し、振動腕の良好かつ安定な屈曲振動を確保すると共に、振動漏れを抑制してCI値の低下を図ることができる。更に、振動腕と基部との結合部付近に振動腕の励振電極から基部側に引き出す配線を引き回すために十分なスペースを確保できるので、振動片の設計及び電極膜の成膜工程において有利である。 In another embodiment, each vibrating arm has a first tapered portion near the connecting portion with the base portion along the longitudinal direction and a second tapered portion on the distal end side thereof, and the first tapered portion is the first tapered portion. It is formed so as to be steeper than the two taper portions. This improves the rigidity in the vicinity of the joint between the vibrating arm and the base, relieves stress concentration caused by bending vibration of the vibrating arm, ensures good and stable bending vibration of the vibrating arm, and suppresses vibration leakage Thus, the CI value can be reduced. Furthermore, a sufficient space can be secured in the vicinity of the coupling portion between the vibrating arm and the base for routing the wiring drawn from the excitation electrode of the vibrating arm to the base, which is advantageous in the design of the vibrating piece and the film formation process of the electrode film. .
この場合に、更に各振動腕の第1テーパー部に形成される溝部の幅を一定にすることによって、振動腕の励振電極からの配線を引き回すために、より大きなスペースを確保することができる。 In this case, by further making the width of the groove formed in the first taper portion of each vibrating arm constant, it is possible to secure a larger space for routing the wiring from the excitation electrode of the vibrating arm.
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の音叉型圧電振動片と、該音叉型圧電振動片を収容するパッケージとを備えることにより、高いQ値を発揮しかつ小型化可能で耐衝撃性に優れた圧電デバイスが提供される。 According to another aspect of the present invention, by including the tuning fork type piezoelectric vibrating piece of the present invention described above and a package for housing the tuning fork type piezoelectric vibrating piece, a high Q value can be exhibited, and the size can be reduced and the resistance can be improved. A piezoelectric device having excellent impact properties is provided.
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明を適用した音叉型圧電振動片の好適な実施例を示している。本実施例の音叉型圧電振動片11は、基部12と、該基部から平行に延出する1対の振動腕13,14とを備える。振動腕13,14の表裏主面には、それぞれ長手方向に延長する溝部15,16が形成されている。前記各振動腕の先端には、それぞれ幅広の錘部17,18が一体に設けられている。前記錘部によって、前記振動腕はその長さを短くしても、高次振動モードの発生を抑制して振動周波数を安定させることができるので、圧電振動片1全体を長手方向に小型化することができる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a preferred embodiment of a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece to which the present invention is applied. The tuning fork type
圧電振動片11は更に、基部12の幅方向両端から振動腕13,14と平行に延出する1対の支持腕19,20を有する。基部12の両側部には、支持腕19,20との連結部付近に切欠き21,22が形設されている。この切欠きによって、前記振動腕から前記基部を介して前記支持腕側に振動漏れが生じるのを抑制することができる。
The piezoelectric vibrating
圧電振動片11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を用いて、公知のフォトエッチング技術により所望の形状に形成することができる。特に、水晶を用いる場合には、水晶結晶軸のX軸(電気軸)、Y軸(機械軸)及びZ軸(光軸)からなる直交座標系において、X軸を中心に、X軸とY軸とを含むXY平面を反時計回りに0°乃至5°の範囲で回転させて切り出した水晶Z板を用いる。この場合、水晶Z板は、図1に示すように、そのY軸を前記振動腕の長手方向に配向するのが通例である。
The piezoelectric vibrating
振動腕13,14の表裏主面には、溝部15,16の内面に第1励振電極23,24が形成され、前記振動腕の側面には、第2励振電極25,26が形成されている。一方の前記振動腕の第1励振電極23及び第2励振電極25は、それぞれ他方の振動腕の第2励振電極26及び第1励振電極24と互いに接続されている。支持腕19,20の表面にはそれぞれ引出電極27,28が形成され、その一方27が第1励振電極25及び第2励振電極24と、他方28が第1励振電極23及び第2励振電極26と、それぞれ基部12上に設けた配線を介して接続されている。
図2には、一方の振動腕13が前記第2励振電極を省略して示されている。尚、他方の振動腕14は、振動腕13と実質的に同一に構成されるので、説明を省略する。
In FIG. 2, one vibrating
振動腕13は、その幅が基部12側から先端に向けて徐々に狭くなるように縮幅させて形成されている。本実施例の振動腕13は、その長手方向に沿って基部12との結合部付近に設けた第1テーパー部13aと、それより先端側に連続する第2テーパー部13bとを有する。第2テーパー部13bは、その先端まで概ね一定の割合で比較的緩やかに縮幅し、第1テーパー部13aは、第2テーパー部13bよりも急峻に縮幅するように形成される。
The vibrating
これにより、前記振動腕は、基部12との結合部の剛性が高くなるので、その屈曲振動による応力集中を緩和し、屈曲振動をより良好に安定させ、かつ前記結合部からの振動漏れを抑制してCI値の低下を図ることができる。また、振動腕13と基部12との結合部付近に該振動腕の前記励振電極から基部側に引き出す配線を引き回すために十分なスペースを確保することができる。従って、圧電振動片1を設計する際及び電極膜の成膜工程において有利である。
As a result, since the rigidity of the joint portion of the vibrating arm with the
錘部17は、振動腕13の長手方向に沿って該振動腕との連結部から先端側に徐々に拡幅するテーパー部分17aを有する。テーパー部分17aより先端側に連続する錘部17の大部分は、幅が一定の矩形部分17bである。テーパー部分17aは、振動腕13の長手方向に直交する幅方向を基準として、その傾斜角度θが約50〜80°となるように設定するのが好ましい。上述したように水晶Z板を用いて圧電振動片11を形成した場合には、このように傾斜角度θに設定することによって、ウエットエッチングで前記圧電振動片を外形加工する際に、前記テーパー部分と振動腕13の側面との隅にヒレと呼ばれる突起が形成されることを有効に防止し又は抑制できるので、好都合である。
The
溝部15は、その長手方向に沿って全長が振動腕13よりも長く、かつその断面積が基部12側から先端側に向けて徐々に小さくなるように、徐々に縮幅する部分を有するように形成される。溝部15の先端位置Gdは、前記振動腕と錘部17との連結部を越えて、前記錘部の矩形部分17bの領域まで延長している。更に溝部15の基端位置Gpは、前記振動腕と基部12との結合部を越えて該基部の内部まで延長している。
The
溝部15の断面積は、該溝部の深さを振動腕13側から前記連結部を跨いで徐々に浅くすることによっても、徐々に小さく構成することができる。但し、溝部のウエットエッチングは、深さ方向に加工するよりも、上述したように縮幅する方が、高精度な加工を容易に行うことができる。それによって、圧電振動片の個体間における形状のばらつき、それに伴う振動特性や耐衝性のばらつきを防止又は抑制することができる。
The cross-sectional area of the
錘部17は、振動腕13との連結部付近がテーパー部分17aと溝部15の錘部への延長部分との組合せによって、その断面積及び断面形状が、最小断面積となる前記振動腕との連結部から溝部先端位置Gdまで急激に変化することはない。これに対応して錘部17の剛性も、前記振動腕との連結部から溝部先端位置Gdまで徐々に高くなる。
The
これにより、錘部17は、振動腕13との連結部付近において、前記振動腕の屈曲振動による応力集中が大幅に緩和されるので、その不安定な振動や異常な挙動を有効に防止又は抑制できる。従って、圧電振動片11は、高調波などの好ましくない振動の発生が抑制され、前記振動腕と錘部との連結部からの振動漏れを防止してCI値の抑制、Q値の向上を図ることができ、常に安定して良好な振動特性が得られる。また、落下等の衝撃による振動腕と錘部との連結部への応力集中も解消できるので、圧電振動片11の耐衝撃性が向上する。
As a result, in the
また、前記圧電振動片を水晶Z板で形成した場合、錘部17のテーパー部分17aを形成し得る領域は、その傾斜角度θによって一定の範囲に制限される。特に本実施例では、溝部先端位置Gdを矩形部分17bの領域まで延長させたので、テーパー部分17aの領域を越えて更に錘部17の先端側へ、剛性を緩やかに変化させることができる。
When the piezoelectric vibrating piece is formed of a quartz crystal Z plate, the region where the tapered
基部12は、その内部まで溝部15を延長させたことによって、両振動腕13,14との結合部付近の剛性を幾分低下させ、特に前記両振動腕の音叉の叉部に、その屈曲振動で生じ得る応力集中を緩和することができる。これにより、前記振動腕を常に良好に安定して振動させ、CI値をばらつきを生じることなく抑制することができるので、圧電振動片11の振動特性が向上する。
The
また、溝部15は、その長手方向に沿って振動腕13の第1テーパー部13aに対応しかつそれより基端側の領域15aが幅一定に形成され、かつ第2テーパー部13bに対応しかつそれより先端側の領域15bが概ね一定の割合で比較的緩やかに縮幅している。このような縮幅部分を溝部15に設けることによって、圧電振動片11は、そのCI値比=二次高調波CI値/基本波CI値を1より大きくすることができるので、高調波モードでの発振が抑制される。
The
更に、幅一定の領域15aは、振動腕13の第1テーパー部13aと協働して、前記励振電極から基部12側に配線を引き回すために、より大きなスペースを確保することができる。従って、圧電振動片11の設計及び前記励振電極並びに配線の成膜がより容易になる。
Furthermore, the
第1励振電極23は、溝部15の全長ではなく、それより短く形成されている。図2に示すように、第1励振電極23の先端位置Edは、錘部17と振動腕13との連結部によりも基部12側に設けられている。上述したように、一般に音叉型圧電振動片は、基部から先端に向けて縮幅する振動腕の溝部の全長に亘って励振電極を設けると、Q値(Q=1/(ω・C1・R1))の等価直列抵抗R1が不必要に下がり、等価直列容量C1が高くなる。このように第1励振電極23の先端側を溝部15よりも短くすることによって、等価直列容量C1の上昇を抑制しつつ等価直列抵抗を十分低くした音叉型振動片が得られる。
The
特に本実施例は、前記振動腕と錘部との連結部よりも先端側には、第1励振電極23を形成しないので、前記振動腕の励振時に電界による歪みが発生しない。従って、錘部17の不安定な振動や異常な挙動を抑制し、振動腕の屈曲振動を良好に安定させることができる。
In particular, in this embodiment, the
また、第1励振電極23の基端位置Epは、振動腕13と基部12との結合位置に設けられている。別の実施例では、前記第1励振電極の基端位置Epを前記振動腕と基部との結合位置よりも先端側に設けることもできる。このように第1励振電極23の基端を配置することによって、前記振動腕の励振時に電界による歪みが基部12に発生しないので、安定した振動腕の屈曲振動及び振動特性が得られる。
Further, the base end position Ep of the
図3は、図1の音叉型圧電振動片11を搭載した圧電振動子の実施例を示している。本実施例の圧電振動子31は、圧電振動片11を収容するために表面実装型のパッケージ32を備える。パッケージ32は、例えばセラミック薄板の積層構造からなる矩形箱状のベース33と、ガラス等からなる矩形平板状のリッド34とを有する。
FIG. 3 shows an embodiment of a piezoelectric vibrator on which the tuning fork type
ベース33は、その内部に画定される空所の底面にマウント電極35が、圧電振動片11の支持腕19,20に対応する位置に設けられている。圧電振動片11は、前記各支持腕を対応するマウント電極35に整合させかつ導電性接着剤36で接着することにより、ベース33の内部に電気的に接続されかつ機械的に固定支持される。リッド34をベース33上端に気密に接合すると、前記圧電振動片はパッケージ32内に気密に封止される。外部からマウント電極35を介して圧電振動片11に所定の電流を印加すると、振動腕13,14は所定の周波数で互いに接近離反する向きに屈曲振動する。
In the
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、本発明は、支持腕を有しない音叉型圧電振動片で基部において片持ちに接着固定する構造のものや、同様に基部から延出する振動腕を有する圧電ジャイロ素子等、基部から延出する振動腕を有する他の様々な音叉型圧電振動片についても適用することができる。また、本発明の音叉型圧電振動片は、上記実施例以外の様々な構造のパッケージに搭載することができ、圧電振動子以外に、圧電発振器等の様々な圧電デバイスに適用することができる。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications or changes within the technical scope thereof. For example, the present invention extends from the base, such as a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece having no support arm and a structure in which the base is bonded and fixed in a cantilever manner, or a piezoelectric gyro element having a vibrating arm that similarly extends from the base. The present invention can also be applied to various other tuning-fork type piezoelectric vibrating pieces having a vibrating arm. Further, the tuning fork type piezoelectric vibrating piece of the present invention can be mounted on packages having various structures other than the above-described embodiments, and can be applied to various piezoelectric devices such as a piezoelectric oscillator in addition to the piezoelectric vibrator.
1,11…圧電振動片、2,12…基部、3,4,13,14…振動腕、5,6,15,16…溝部、7,8,17,18…錘部、7a,17a…テーパー部分、13a…第1テーパー部、13b…第2テーパー部、15a,15b…領域、19,20…支持腕、21,22…切欠き、23,24…第1励振電極、25,26…第2励振電極、27,28…引出電極、31…圧電振動子、32…パッケージ、33…ベース、34…リッド、35…マウント電極、36…導電性接着剤。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記錘部が、前記振動腕の長手方向に沿って前記振動腕との前記連結位置から先端側に徐々に拡幅するテーパー部分と、それより先端側の一定幅部分とを有し、
前記溝部の先端が、前記振動腕と前記錘部との連結位置を越えて前記錘部の内部まで延長していることを特徴とする音叉型圧電振動片。 A base, a pair of vibrating arms extending from the base and contracting over the entire length toward the tip, grooves formed on the front and back main surfaces of the vibrating arms and extending in the longitudinal direction thereof, A first excitation electrode formed on the inner surface of the groove portion of the front and back main surfaces of the vibrating arm, a second excitation electrode formed on a side surface of each vibrating arm, and the vibrating arm provided integrally with the tip of each vibrating arm. A weight portion having a portion wider than the width at the tip of
The weight portion has a tapered portion that gradually widens from the connection position with the vibrating arm along the longitudinal direction of the vibrating arm toward the distal end side, and a constant width portion on the distal end side thereof,
A tuning-fork type piezoelectric vibrating piece, wherein the tip of the groove extends beyond the connecting position of the vibrating arm and the weight portion to the inside of the weight portion.
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