JP2011191091A - Tuning-fork type vibrator element, vibrator, and sensor device - Google Patents

Tuning-fork type vibrator element, vibrator, and sensor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the load at formation of electrodes or wirings which accompanies miniaturization of a vibrator element. <P>SOLUTION: A tuning-fork type vibrator element includes a base portion 10; a vibrating arm 20 that extends in a first direction from the base portion in a prescribed surface, has a prescribed width in a second direction perpendicular to the first direction in the prescribed surface, and has a prescribed thickness, in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction and perpendicular to the prescribed surface; and electrode 41a, 41b, disposed at least ON one of a first surface or a second surface, facing the first surface of the vibrating arm to generate an electric field in the first direction, wherein the vibrating arm 20 is made to vibrate in the third direction by stretching or contracting the vibrating arm in the first direction, by the use of electric field in the first direction. If the prescribed width of the vibrating arm 20 in the second direction is w, and the prescribed thickness in the third direction is t, the condition: w>t is satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、音叉型振動片、振動子およびセンサー装置等に関する。   The present invention relates to a tuning fork type resonator element, a vibrator, a sensor device, and the like.

音叉型振動片(音叉型圧電振動片)は、振動子や振動型センサー素子等の構成要素となり得る振動部材であり、例えば、少なくとも一つの基部と、その基部に連接(連結)される少なくとも一本の、圧電材料を用いた振動腕(振動ビーム)と、を有する。   A tuning fork type vibrating piece (tuning fork type piezoelectric vibrating piece) is a vibrating member that can be a constituent element of a vibrator, a vibration type sensor element, or the like. For example, at least one base part and at least one base connected (connected) to the base part. And a vibrating arm (vibrating beam) using a piezoelectric material.

例えば、圧電体(圧電材料)である水晶に電圧(電界)を印加すると、水晶に変形が生じる。水晶は、その固有振動数に近いある特定の周波数帯でのみコイルのような誘導性リアクタンス特性を発現する。この原理を応用した電子部品が水晶振動子である。音叉型水晶振動子は、音叉型水晶振動片をパッケージに収容し、例えばパッケージ内を真空封止することによって製造される。水晶振動子は、例えば、発振回路の構成部品として使用される。   For example, when a voltage (electric field) is applied to a crystal that is a piezoelectric body (piezoelectric material), the crystal is deformed. Quartz develops an inductive reactance characteristic like a coil only in a specific frequency band close to its natural frequency. An electronic component that applies this principle is a crystal resonator. A tuning fork type crystal resonator is manufactured by housing a tuning fork type crystal resonator element in a package and, for example, vacuum-sealing the inside of the package. A crystal resonator is used as a component of an oscillation circuit, for example.

また、音叉型振動片の一種である双音叉型振動片(振動片の両端が基部により支持される構造をもつ振動片)は、物理量(加速度、圧力等)を検出するためのセンサー素子(例えば力検知素子)としても利用することができる。水晶は、優れた温度安定性と高いQ値を有することから、水晶振動子を用いることによって、高精度かつ高安定性をもつ、信頼性の高い振動型センサー(センサー装置)が実現される。   In addition, a double tuning fork type vibrating piece (a vibrating piece having a structure in which both ends of the vibrating piece are supported by a base), which is a kind of tuning fork type vibrating piece, is a sensor element for detecting a physical quantity (acceleration, pressure, etc.) (Force sensing element). Since quartz has excellent temperature stability and a high Q value, a highly reliable vibration type sensor (sensor device) having high accuracy and high stability is realized by using a crystal resonator.

音叉型振動子の一例は、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載される音叉型振動子では、振動片は、振動片の幅の方向(つまり、振動片が第1方向に延在するとした場合、同一面内で第1方向に垂直な第2方向)に振動する。また、振動子において櫛歯電極を使用する例は、例えば、特許文献2および特許文献3に記載されている。特許文献2および特許文献3に記載される櫛歯電極は、ジャイロセンサー用の駆動電極と検出電極とを兼ねる特殊な形状の電極であり、かつ、圧電単結晶の所定部分の分極方向を、圧電単結晶全体の分極方向とは逆にする(反転させる)ことを容易化できる形状となっている。   An example of a tuning fork vibrator is described in Patent Document 1, for example. In the tuning fork type vibrator described in Patent Document 1, the vibrating piece has a width direction of the vibrating piece (that is, when the vibrating piece extends in the first direction, the first piece is perpendicular to the first direction in the same plane. Vibrates in two directions. Examples of using a comb electrode in a vibrator are described in Patent Document 2 and Patent Document 3, for example. The comb electrodes described in Patent Document 2 and Patent Document 3 are electrodes having a special shape that also serves as a drive electrode and a detection electrode for a gyro sensor, and the polarization direction of a predetermined portion of the piezoelectric single crystal is determined by piezoelectricity. The shape is such that it is easy to reverse (invert) the polarization direction of the entire single crystal.

また、近年、MEMS技術等を用いて、振動子のサイズを大幅に縮小することが検討されている。   In recent years, it has been studied to significantly reduce the size of the vibrator using a MEMS technique or the like.

特開2001−144581号公報JP 2001-144581 A 特開2004−151031号公報JP 2004-151031 A 特開2003−114127号公報JP 2003-114127 A

振動子の構成要素である振動片の振動腕が、その振動腕の幅(横幅)の方向に振動する場合(特許文献1に記載される例)における共振周波数は、下記(1)式で表される。   The resonance frequency when the vibrating arm of the vibrating piece, which is a constituent element of the vibrator, vibrates in the direction of the width (lateral width) of the vibrating arm (example described in Patent Document 1) is expressed by the following equation (1). Is done.

Figure 2011191091
Figure 2011191091

共振周波数fnを一定に保つという条件の下で、振動腕の腕長lを短くして振動子(振動片)の小型化を行う場合、上記の式(1)より、振動腕の腕幅wを小さくする必要がある。振動子の小型化に伴い腕幅wを小さくする場合、各電極の幅や電極間の間隔が狭くなる。したがって、例えば、振動子の超小型化をめざす場合には、電極の形成が困難となる場合があり、また、歩留まりが低下する場合もある。この点は、上記特許文献1〜特許文献3の各々に記載される振動子に共通する課題である。   When reducing the arm length l of the vibrating arm by reducing the arm length l of the vibrating arm under the condition that the resonance frequency fn is kept constant, the arm width w of the vibrating arm is obtained from the above equation (1). Need to be small. When the arm width w is reduced along with the miniaturization of the vibrator, the width of each electrode and the interval between the electrodes are reduced. Therefore, for example, when aiming at ultra-miniaturization of the vibrator, it may be difficult to form electrodes, and the yield may be reduced. This is a problem common to the vibrators described in Patent Documents 1 to 3.

また、特許文献2および特許文献3に記載される特殊な形状の櫛歯電極の場合、振動片の腕幅wをより小さくしていくと、振動腕の延在方向の電界よりも、振動腕の幅方向の電界が支配的となり、電界効率が低下して、CI値(クリスタルインピーダンス値)の上昇を招くという不都合も生じる。   Further, in the case of the specially shaped comb-teeth electrodes described in Patent Document 2 and Patent Document 3, when the arm width w of the vibration piece is further reduced, the vibration arm is more than the electric field in the extending direction of the vibration arm. This causes an inconvenience that the electric field in the width direction becomes dominant, the electric field efficiency decreases, and the CI value (crystal impedance value) increases.

本発明の少なくとも一つの態様によれば、振動子の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。   According to at least one aspect of the present invention, it is possible to reduce a burden in forming electrodes and wirings accompanying the downsizing of the vibrator.

(1)本発明の音叉型振動片の一態様は、基部と、前記基部から、所定面内で第1方向に延出すると共に、前記所定面内で前記第1方向に垂直な第2方向に所定幅を有し、かつ、前記第1方向および前記第2方向の各々に垂直な方向であって前記所定面に垂直な第3方向に所定厚みを有する振動腕と、前記振動腕の第1面および前記第1面に対向する第2面の少なくとも一方に設けられ、前記第1方向の電界を生じさせる電極と、前記第1方向の電界によって、前記振動腕に前記第1方向の伸縮を生じさせて、前記振動腕を前記第3方向に振動させ、かつ、前記振動腕における前記第2方向の前記所定幅をwとし、前記第3方向の所定厚みをtとしたとき、w>tが成立する。   (1) An aspect of the tuning-fork type resonator element of the invention includes a base and a second direction extending from the base in a first direction within a predetermined plane and perpendicular to the first direction within the predetermined plane. A vibrating arm having a predetermined width in a third direction that is perpendicular to each of the first direction and the second direction and perpendicular to the predetermined surface; An electrode for generating an electric field in the first direction provided on at least one of the first surface and the second surface facing the first surface, and expansion and contraction in the first direction on the vibrating arm by the electric field in the first direction When the vibrating arm is vibrated in the third direction, the predetermined width in the second direction of the vibrating arm is w, and the predetermined thickness in the third direction is t, w> t holds.

本態様では、振動片の振動腕は、所定面に垂直な第3方向(面外方向:振動腕の厚み方向)に振動する。つまり、振動腕に,ウォークモードの振動を励振する。この場合の振動片(振動子)の共振周波数は、下記(2)式で表される。   In this aspect, the vibrating arm of the vibrating piece vibrates in a third direction perpendicular to the predetermined plane (out-of-plane direction: thickness direction of the vibrating arm). That is, the vibration of the walk mode is excited on the vibrating arm. In this case, the resonance frequency of the resonator element (vibrator) is expressed by the following equation (2).

Figure 2011191091
Figure 2011191091

上記(2)式から明らかなように、共振周波数を一定に保つことを条件として振動腕の腕長lを縮小した場合には、振動腕の厚みtを小さくすればよい。これによって、無理のない振動腕のダウンサイジングが実現される。振動腕の厚みtは、例えば、振動片を構成する圧電材料板の厚みを調整することによって高精度に制御することができる。 As apparent from the above equation (2), when the arm length l of the vibrating arm is reduced on condition that the resonance frequency is kept constant, the thickness t of the vibrating arm may be reduced. Thereby, downsizing of the vibrating arm without difficulty is realized. The thickness t of the vibrating arm can be controlled with high accuracy, for example, by adjusting the thickness of the piezoelectric material plate constituting the vibrating piece.

一方、振動腕の腕幅wは、腕長lのスケールダウンに対応して縮小する必要はなくなり、よって、振動腕の腕幅wは、例えば、電極や配線を信頼性高く形成することができる程度の幅に維持することができる。よって、本態様では、振動腕の幅(腕幅)w>振動腕の厚みtが成立する。振動腕の厚みを薄くしつつ、一方、振動腕の腕幅を適切な大きさに設定することができることから、配線や電極の形成不良(断線、接触等)の心配がなくなる。よって、振動子の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。   On the other hand, the arm width w of the vibrating arm does not need to be reduced in accordance with the scale down of the arm length l. Therefore, the arm width w of the vibrating arm can form, for example, an electrode and wiring with high reliability. It can be maintained to a certain extent. Therefore, in this aspect, the width of the vibrating arm (arm width) w> the thickness t of the vibrating arm is established. On the other hand, since the arm width of the vibrating arm can be set to an appropriate size while reducing the thickness of the vibrating arm, there is no need to worry about defective formation of wiring and electrodes (disconnection, contact, etc.). Therefore, it is possible to reduce the burden when forming electrodes and wirings accompanying the downsizing of the vibrator.

また、振動腕の厚みtは高精度に制御可能であることから、振動子の共振周波数を高精度に調整することもできる。例えば、圧電単結晶(水晶等)から圧電材料板を切り出すときに、圧電材料板の厚みtを調整することができ、また、圧電材料板を切り出した後の研磨等によっても厚みtを調整することができる。いずれの場合でも、圧電材料板の表面(第1面)と裏面(第2面)との平行度は高く、また、厚みt自体も高精度に制御することができる。   Further, since the thickness t of the vibrating arm can be controlled with high accuracy, the resonance frequency of the vibrator can also be adjusted with high accuracy. For example, when a piezoelectric material plate is cut out from a piezoelectric single crystal (quartz or the like), the thickness t of the piezoelectric material plate can be adjusted, and the thickness t is also adjusted by polishing after the piezoelectric material plate is cut out. be able to. In any case, the parallelism between the front surface (first surface) and the back surface (second surface) of the piezoelectric material plate is high, and the thickness t itself can be controlled with high accuracy.

(2)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記振動腕は、所定の結晶面を有する圧電材料板により形成され、前記所定面は、前記所定の結晶面を含む面であり、前記圧電材料板の、前記第1方向の電界によって前記第1方向の歪みを発生させ、前記第3方向の振動を生じさせる。   (2) In another aspect of the tuning-fork type resonator element of the invention, the vibrating arm is formed of a piezoelectric material plate having a predetermined crystal plane, and the predetermined plane is a plane including the predetermined crystal plane; A strain in the first direction is generated by the electric field in the first direction of the piezoelectric material plate, and vibration in the third direction is generated.

本態様では、振動片は、圧電材料板の所定結晶面(例えばZ面)を含む面内に垂直な方向(第3方向)に面外振動する。この面外振動は、圧電材料に備わる、第1方向(振動子の延出方向)の歪みを生じさせる圧電定数(例えば、水晶のX軸方向の電界に対しX軸方向の歪みSxを生じさせる圧電定数d11)を利用して励振することができる。   In this aspect, the resonator element vibrates out of plane in a direction (third direction) perpendicular to a plane including a predetermined crystal plane (for example, Z plane) of the piezoelectric material plate. The out-of-plane vibration causes a piezoelectric constant (for example, a strain Sx in the X-axis direction with respect to an electric field in the X-axis direction of crystal) that causes distortion in the first direction (extension direction of the vibrator) included in the piezoelectric material. It can be excited using the piezoelectric constant d11).

(3)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記電極は、前記振動腕における第1面および第2面の少なくとも一方に設けられる櫛歯電極である。   (3) In another aspect of the tuning-fork type vibrating piece of the present invention, the electrode is a comb electrode provided on at least one of the first surface and the second surface of the vibrating arm.

本態様では、櫛歯電極(IDT(interdigital transducer)電極)によって、振動腕を面外方向に励振するための、振動腕の延出方向(第1方向)に沿った電界を生じさせることができる。   In this aspect, the comb-tooth electrode (IDT (interdigital transducer) electrode) can generate an electric field along the extending direction (first direction) of the vibrating arm for exciting the vibrating arm in the out-of-plane direction. .

(4)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記櫛歯電極は、所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第1対向部分と、前記第1対向部分に隣接して設けられ、かつ、前記所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第2対向部分と、を有し、前記第1対向部分と前記第2対向部分は、前記振動腕の延出方向である前記第1方向に沿って配置されており、かつ、前記所定距離をL1とし、前記第1対向部分と前記第2対向部分との間の距離をL2としたときに、L1<L2が成立する。   (4) In another aspect of the tuning-fork type resonator element according to the invention, the comb-tooth electrode includes a first facing portion including a pair of electrodes disposed to face each other at a predetermined distance, and the first facing portion. And a second opposing portion composed of a pair of electrodes arranged to face each other at a predetermined distance, and the first opposing portion and the second opposing portion are: It is arranged along the first direction which is the extending direction of the vibrating arm, and the predetermined distance is L1, and the distance between the first facing portion and the second facing portion is L2. Sometimes L1 <L2 holds.

本態様では、櫛歯電極は、互いに所定距離だけ離間して対向して配置される一対の電極からなる第1対向部分と、この第1対向部分に隣接し、かつ、互いに所定距離だけ離間して対向して配置される一対の電極からなる第2対向部分と、を有する。第1対向部分および第2対向部分の各々において、対向する一対の電極間に電界(有効電界)が生じ、この電界(有効電界)が振動腕に加えられる。一方、第1対向部分の第2対向部分側の電極と、第2対向部分の第1対向部分側の電極との間にも電界(無効電界)が生じる。第1対向部分および第2対向部分の各々において生じる有効電界の方向と、第1対向部分と第2対向部分との間に生じる無効電界の方向が逆である場合、有効電界の一部が無効電界によって打ち消されるという不都合が生じる。   In this aspect, the comb-tooth electrodes are separated from each other by a predetermined distance, and are opposed to each other by a first opposed portion, which is adjacent to the first opposed portion, and spaced apart from each other by a predetermined distance. And a second facing portion composed of a pair of electrodes disposed to face each other. In each of the first facing portion and the second facing portion, an electric field (effective electric field) is generated between a pair of electrodes facing each other, and this electric field (effective electric field) is applied to the vibrating arm. On the other hand, an electric field (invalid electric field) is also generated between the electrode on the second facing portion side of the first facing portion and the electrode on the first facing portion side of the second facing portion. If the direction of the effective electric field generated in each of the first opposing portion and the second opposing portion is opposite to the reactive electric field generated between the first opposing portion and the second opposing portion, a part of the effective electric field is ineffective There is a disadvantage that it is canceled out by the electric field.

このため、本態様では、第1対向部分および第2対向部分の各々における電極間の距離(L1)よりも、第1対向部分と第2対向部分との間の距離(L2:具体的には、第1対向部分の第2対向部分側の電極と第2対向部分の第1対向部分側の電極との間の距離)を大きく設定する。これによって、第1対向部分と第2対向部分との間に生じる無効電界による悪影響(つまり、有効電界の一部が無効電界によって打ち消されること)を軽減することができる。   For this reason, in this aspect, rather than the distance (L1) between the electrodes in each of the first facing portion and the second facing portion, the distance between the first facing portion and the second facing portion (L2: specifically, , The distance between the electrode on the second facing portion side of the first facing portion and the electrode on the first facing portion side of the second facing portion is set large. As a result, it is possible to reduce adverse effects caused by the reactive electric field generated between the first opposing portion and the second opposing portion (that is, a part of the effective electric field is canceled out by the reactive electric field).

(5)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記櫛歯電極は、前記第2対向部分に隣接して設けられ、かつ、前記所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第3対向部分を、さらに有し、前記第1対向部分、前記第2対向部分、前記第3対向部分の順に、前記基部からの距離が大きくなるものとし、かつ、前記第2対向部分と前記第3対向部分との間の距離をL3としたとき、L2<L3が成立する。   (5) In another aspect of the tuning-fork type resonator element of the invention, the comb electrode is provided adjacent to the second facing portion and is disposed to face each other at a predetermined distance. A third opposing portion comprising the electrodes, wherein the distance from the base portion increases in the order of the first opposing portion, the second opposing portion, and the third opposing portion; and When the distance between the facing portion and the third facing portion is L3, L2 <L3 is established.

振動腕に面外振動を生じさせるためには、振動腕の主面(例えば表面および裏面の少なくとも一方)において、収縮(圧縮)や伸張(引っ張り)の応力(歪み)を生じさせる必要がある。振動腕は、固定端である基部を基準として面外方向に振動することから、振動腕の屈曲に最も有効な歪みは、基部に近い箇所における歪みである。基部から遠い箇所(先端付近)の歪みは振動腕の屈曲に与える影響が小さい。   In order to generate out-of-plane vibration in the vibrating arm, it is necessary to cause stress (distortion) of contraction (compression) and extension (tensile) on the main surface (for example, at least one of the front surface and the back surface) of the vibrating arm. Since the vibrating arm vibrates in the out-of-plane direction with the base that is the fixed end as a reference, the strain that is most effective for bending the vibrating arm is a strain at a location close to the base. Distortion at a location far from the base (near the tip) has little effect on the bending of the vibrating arm.

この考察に基づいて、本態様では、櫛歯電極に含まれる3つの対向部分の各々間の間隔を、基部からの距離に応じて変化させる。つまり、第1対向部分と第2対向部分との間の間隔(L2)よりも、第2対向部分と第3対向部分との間隔(L3)を大きく設定する。このようにすれば、振動腕の延出方向に沿って配置される対向部分の数を、各対向部分を等間隔で配置する場合に比べて減少させることができる。このことは、振動腕に発生する電界の総量が減ることを意味し、よって、消費電力の削減の効果が得られる。一方、基部から遠い箇所における電界が減少したとしても、その電界が振動腕の屈曲に寄与する程度は小さいことから、振動腕には、必要な振幅の駆動振動を生じさせることができる。   Based on this consideration, in this aspect, the interval between each of the three opposing portions included in the comb electrode is changed according to the distance from the base. That is, the interval (L3) between the second opposing portion and the third opposing portion is set larger than the interval (L2) between the first opposing portion and the second opposing portion. In this way, the number of opposing portions arranged along the extending direction of the vibrating arm can be reduced as compared with the case where the opposing portions are arranged at equal intervals. This means that the total amount of electric field generated in the vibrating arm is reduced, so that the effect of reducing power consumption can be obtained. On the other hand, even if the electric field at a location far from the base is reduced, the degree to which the electric field contributes to the bending of the vibrating arm is small. Therefore, the vibrating arm can generate drive vibration with a necessary amplitude.

(6)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記振動腕の前記第1面および前記第2面の少なくとも一方には凸部が設けられ、前記凸部は、前記第1方向に所定の厚みを有し、前記凸部を挟むように、前記櫛歯電極を構成する一対の電極が設けられる。   (6) In another aspect of the tuning-fork type resonator element of the invention, a convex portion is provided on at least one of the first surface and the second surface of the vibrating arm, and the convex portion is arranged in the first direction. A pair of electrodes constituting the comb electrode are provided so as to have a predetermined thickness and sandwich the convex portion.

この構造によれば、無駄な電界が減少することから、対向する電極間に生じる電界の強度を大きくすることができる。よって、より効率的に面外振動を励振することができる。また、各対向部分間に生じる無効な電界は、空気の誘電率が、振動腕の材料(水晶や石英)等の誘電率よりも小さいことから弱められる。よって、無効電界によって有効電界が打ち消されることが効果的に低減される。この点も効率的な面外振動の励振に寄与する。   According to this structure, since the useless electric field is reduced, the strength of the electric field generated between the opposing electrodes can be increased. Therefore, the out-of-plane vibration can be excited more efficiently. Further, the invalid electric field generated between the opposing portions is weakened because the dielectric constant of air is smaller than the dielectric constant of the vibrating arm material (quartz or quartz). Therefore, canceling out the effective electric field by the reactive electric field is effectively reduced. This point also contributes to efficient excitation of out-of-plane vibration.

(7)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記振動腕として、前記基部から前記第1方向に延出する、n本(nは2以上の自然数)の振動腕が設けられる。   (7) In another aspect of the tuning-fork type vibrating piece of the present invention, n (n is a natural number of 2 or more) vibrating arms extending in the first direction from the base are provided as the vibrating arms.

複数本の振動腕を設けて、各振動腕を、例えば力学的なバランスがとれるように振動させることによって、振動腕の面外振動をより安定化することができる。   By providing a plurality of vibrating arms and causing each vibrating arm to vibrate so as to achieve a dynamic balance, for example, the out-of-plane vibration of the vibrating arm can be further stabilized.

(8)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記n本の振動腕として、m本(mは3以上の奇数)の振動腕が設けられ、前記m本の振動腕の各々を、第1振動腕〜第m振動腕とし、第1振動腕〜第m振動腕は、mの値が小さい順に、前記第2方向に並んで配置され、前記m本の振動腕は3つの振動腕群に区分され、第1振動腕から第(m/3)振動腕までを第1群の振動腕とし、第{(m/3)+1}振動腕から第{(2m/3)}振動腕までを第2群の振動腕とし、第{(2m/3)+1}振動腕から第m振動腕までを第3群の振動腕とし、また、前記第3方向は、正の第3方向と、前記正の第3方向とは逆向きの負の第3方向と、を含み、前記第1群の振動腕および前記第3群の振動腕の各々が、前記正の第3方向に変位しているとき、前記第2群の振動腕は、前記負の第3方向に変位し、前記第1群の振動腕および前記第3群の振動腕の各々が、前記負の第3方向に変位しているとき、前記第2群の振動腕は、前記正の第3方向に変位する。   (8) In another aspect of the tuning fork type vibrating piece according to the present invention, m (m is an odd number of 3 or more) vibrating arms are provided as the n vibrating arms, and each of the m vibrating arms is provided. The first vibrating arm to the m-th vibrating arm are arranged in the second direction in ascending order of the value of m, and the m vibrating arms include three vibration arms. The first group of vibrating arms is divided into arm groups, and the first group of vibrating arms to the (m / 3) vibrating arm is the first group of vibrating arms, and the {(2m / 3)} vibration from the {(m / 3) +1} vibrating arm. Up to the arm is the second group of vibrating arms, the {(2m / 3) +1} vibrating arm to the mth vibrating arm is the third group of vibrating arms, and the third direction is a positive third direction. And a negative third direction opposite to the positive third direction, wherein each of the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms is displaced in the positive third direction. When you are The second group of vibrating arms is displaced in the negative third direction, and each of the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms is displaced in the negative third direction. The vibrating arms of the second group are displaced in the positive third direction.

本態様では、ウォークモードで振動する振動腕を奇数本、設ける(つまり、m本(mは3以上の奇数)設ける)。ウォークモードの振動を安定して持続させるためには、振動腕のウォークモード振動が基部に漏れることを抑制するのが好ましい。音叉型振動片の基部は、例えばベース部材(パッケージの一部を構成する部材等)に、例えば接着剤によって固定される。振動腕が、振動腕の厚さ方向に振動するウォークモードを採用すると、その振動が、振動腕から基部に漏れて振動が乱れ、接着剤の剥離が生じる等の不都合が生じることも有り得る。このような事態が生じないようにするためには、奇数本(奇数群)の振動腕を平行に配設して、各振動腕のうちの両端の振動腕(両端の振動腕群)を同相で振動させ、中央の振動腕(中央の振動腕群)を逆相で振動させるのが好ましい。このような構成を採用すると、音叉型振動片の振動腕の振動は、平面視で、振動腕の幅方向(第2方向:例えば左右方向)に力学的なバランスがとれており、かつ、振動腕の厚さ方向(振動方向である第3方向:例えば上下方向)の力学的なバランスもとれており、よって、各振動腕を支持する基部に過度の負担がかからず、振動の漏れが抑制される。   In this aspect, an odd number of vibrating arms that vibrate in the walk mode are provided (that is, m (m is an odd number of 3 or more) are provided). In order to stably maintain the vibration of the walk mode, it is preferable to suppress the walk mode vibration of the vibrating arm from leaking to the base. The base portion of the tuning fork type vibrating piece is fixed to, for example, a base member (a member constituting a part of the package) with an adhesive, for example. If the walk mode in which the vibrating arm vibrates in the thickness direction of the vibrating arm is employed, the vibration may leak from the vibrating arm to the base, disturb the vibration, and cause inconvenience such as peeling of the adhesive. In order to prevent such a situation from occurring, an odd number (odd group) of vibrating arms are arranged in parallel, and the vibrating arms at both ends (vibrating arm groups at both ends) of each vibrating arm are in phase. It is preferable that the center vibrating arm (center vibrating arm group) is vibrated in reverse phase. When such a configuration is adopted, the vibration of the vibrating arm of the tuning fork-type vibrating piece is mechanically balanced in the width direction of the vibrating arm (second direction: for example, the left-right direction) in a plan view, and is vibrated. A mechanical balance in the thickness direction of the arm (the third direction that is the vibration direction: e.g., the vertical direction) is established, so that the base supporting each vibrating arm is not overburdened and vibration leakage occurs. It is suppressed.

つまり、第2方向に沿って順に配置された第1群、第2群、第3群の振動腕を設けた場合を想定する。第1群と第3群の振動腕の第2領域が正の第3方向に変位するとき、中央の第2群の振動腕の第2領域は負の第3方向に変位する。この場合、両端の群である第1群と第3群は同相で変位するため、平面視で、第2方向(左右方向)のバランスがとれる。また、第1群および第3群と、第2群とは逆相で変位するため、各群の第3方向(振動方向)の変位による応力(各群の振動腕を支持する基部にかかる応力)が相殺され、よって、振動方向(上下方向)のバランスも確保される。   That is, the case where the 1st group, the 2nd group, and the 3rd group of vibrating arms arranged in order along the 2nd direction are provided is assumed. When the second region of the vibrating arms of the first group and the third group is displaced in the positive third direction, the second region of the vibrating arm of the center second group is displaced in the negative third direction. In this case, since the first group and the third group, which are groups at both ends, are displaced in phase, a balance in the second direction (left-right direction) can be obtained in plan view. In addition, since the first group, the third group, and the second group are displaced in opposite phases, stress due to displacement in the third direction (vibration direction) of each group (stress applied to the base portion that supports the vibrating arm of each group) ) Is canceled out, and thus a balance in the vibration direction (vertical direction) is also ensured.

(9)本発明の振動子の一態様は、上記いずれかの音叉型振動片と、前記音叉型振動片を収容する収容体と、を含む。   (9) One aspect of the vibrator according to the present invention includes any of the tuning fork type vibrating pieces described above and a housing that houses the tuning fork type vibrating piece.

これによって、小型で、高精度の発振が可能な振動子を実現することができる。   As a result, a small-sized vibrator capable of highly accurate oscillation can be realized.

(10)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記音叉型振動片は、前記基部として、第1基部と第2基部とが設けられ、かつ、前記振動腕の一端が前記第1基部に連結され、前記振動腕の他端が前記第2基部に連結される、双音叉型振動片である。   (10) In another aspect of the tuning fork type vibrating piece of the present invention, the tuning fork type vibrating piece includes a first base and a second base as the base, and one end of the vibrating arm is the first. It is a double tuning fork type resonator element that is connected to a base and the other end of the vibrating arm is connected to the second base.

本態様の振動片は、両端が基部に支持される双音叉型の振動片である。この双音叉型振動片は、例えば、加速度センサーや圧力センサーの構成要素として用いることができる。   The vibration piece of this aspect is a double tuning fork type vibration piece whose both ends are supported by the base. This double tuning fork type resonator element can be used as a component of an acceleration sensor or a pressure sensor, for example.

(11)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記振動腕は、前記第1方向に順に並ぶ第1領域、第2領域および第3領域と、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられる第1節領域と、前記第2領域と前記第3領域との間に設けられる第2節領域と、を有し、前記振動腕の前記第1面または前記第2面における前記第1領域および前記第3領域に収縮応力が生じるときは、前記振動腕の前記第1面または前記第2面における前記第2領域には伸張応力が生じ、前記振動腕の前記第1面または第2面における前記第1領域および前記第3領域に伸張応力が生じるときは、前記振動腕の前記第1面または前記第2面における前記第2領域には収縮応力が生じる。   (11) In another aspect of the tuning-fork type resonator element according to the invention, the resonating arm includes a first area, a second area, and a third area, which are sequentially arranged in the first direction, and the first area and the second area. A first knot region provided between the second region and a second knot region provided between the second region and the third region, and the first surface or the second surface of the vibrating arm. When contraction stress is generated in the first region and the third region in the above, extension stress is generated in the second region of the first surface or the second surface of the vibrating arm, and the first of the vibrating arm is generated. When tensile stress is generated in the first region and the third region on the surface or the second surface, contraction stress is generated in the second region on the first surface or the second surface of the vibrating arm.

本態様では、振動腕を厚み方向(第3方向)に、バランスよく振動させるために、1本の振動腕は、第1領域、第2領域、第3領域に区分され、第1領域と第2領域との間には第1節領域が設けられ、第2領域と第3領域との間には第2節領域が設けられる。第1節領域および第2節領域の各々は、振動の節を含む。振動の節は、具体的には、振動腕の変位を2次の微分係数として求めた際に、2次微分係数が0となる点である。そして、振動腕の、例えば第1面の第1領域と第3領域にて収縮が生じるときは第2領域で伸張が生じ、同様に、第1領域と第3領域にて伸張が生じるときは第2領域で収縮が生じるようにする。これによって、安定した共振振動を実現することができる。   In this aspect, in order to vibrate the vibrating arm in the thickness direction (third direction) in a well-balanced manner, one vibrating arm is divided into a first area, a second area, and a third area. A first node region is provided between the two regions, and a second node region is provided between the second region and the third region. Each of the first node region and the second node region includes a vibration node. Specifically, the vibration node is a point where the secondary differential coefficient becomes 0 when the displacement of the vibrating arm is obtained as the secondary differential coefficient. When the vibrating arm contracts, for example, in the first region and the third region of the first surface, the second region expands. Similarly, when the first arm and the third region expand. Shrinkage occurs in the second region. Thereby, a stable resonance vibration can be realized.

(12)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記振動腕として、n本(nは2以上の自然数)の振動腕が設けられる。   (12) In another aspect of the tuning-fork type resonator element of the invention, n vibrating arms (n is a natural number of 2 or more) are provided as the vibrating arms.

複数本の振動腕を設けて、各振動腕を、例えば力学的なバランスがとれるように振動させることによって、双音叉型振動片における振動腕に、より安定した面外振動を励振することができる。   By providing a plurality of vibrating arms and vibrating each vibrating arm so that, for example, a mechanical balance is achieved, it is possible to excite more stable out-of-plane vibration to the vibrating arms in the double tuning fork type vibrating piece. .

(13)本発明の音叉型振動片の他の態様では、前記n本の振動腕として、m本(mは3以上の奇数)の振動腕が設けられ、前記m本の振動腕の各々を、第1振動腕〜第m振動腕とし、第1振動腕〜第m振動腕は、mの値が小さい順に、前記第2方向に並んで配置され、前記m本の振動腕は3つの振動腕群に区分され、第1振動腕から第(m/3)振動腕までを第1群の振動腕とし、第{(m/3)+1}振動腕から第{(2m/3)}振動腕までを第2群の振動腕とし、第{(2m/3)+1}振動腕から第m振動腕までを第3群の振動腕とし、また、前記第3方向は、正の第3方向と、前記正の第3方向とは逆向きの負の第3方向と、を含み、前記第1群の振動腕および前記第3群の振動腕の各々における、前記第1面または前記第2面の前記第1領域および前記第3領域に収縮応力が生じ、かつ前記第2領域に伸張応力が生じているときには、前記第2群の振動腕における前記第1面または前記第2面の、前記第1領域および前記第3領域には伸張応力が生じ、かつ前記第2領域には収縮応力が生じ、前記第1群の振動腕および前記第3群の振動腕の各々における、前記第1面または前記第2面の前記第1領域および前記第3領域に伸張応力が生じ、かつ前記第2領域に収縮応力が生じているときには、前記第2群の振動腕における前記第1面または前記第2面の前記第1領域および前記第3領域には収縮応力が生じ、かつ前記第2領域には伸張応力が生じる。   (13) In another aspect of the tuning fork type vibrating piece of the present invention, m (m is an odd number of 3 or more) vibrating arms are provided as the n vibrating arms, and each of the m vibrating arms is provided. The first vibrating arm to the m-th vibrating arm are arranged in the second direction in ascending order of the value of m, and the m vibrating arms include three vibration arms. The first group of vibrating arms is divided into arm groups, and the first group of vibrating arms to the (m / 3) vibrating arm is the first group of vibrating arms, and the {(2m / 3)} vibration from the {(m / 3) +1} vibrating arm. Up to the arm is the second group of vibrating arms, the {(2m / 3) +1} vibrating arm to the mth vibrating arm is the third group of vibrating arms, and the third direction is a positive third direction. And a negative third direction opposite to the positive third direction, and each of the first surface or the second in each of the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms surface When contraction stress is generated in the first region and the third region and extension stress is generated in the second region, the first surface or the second surface of the second group of vibrating arms is the first surface. Tensile stress is generated in the first region and the third region, and contraction stress is generated in the second region, and the first surface or the third group of vibrating arms in each of the first group and the third group of vibrating arms When the extension stress is generated in the first region and the third region of the second surface and the contraction stress is generated in the second region, the first surface or the second surface of the second group of vibrating arms. Shrinkage stress is generated in the first region and the third region of the surface, and tensile stress is generated in the second region.

本態様では、双音叉型振動片において、奇数本の振動腕を設ける。上記(8)の態様と同様に、本態様における双音叉型振動片の振動腕の振動は、平面視で、振動腕の幅方向(第2方向:例えば左右方向)に力学的なバランスがとれており、かつ、振動腕の厚さ方向(振動方向である第3方向:例えば上下方向)の力学的なバランスもとれている。よって、各振動腕を支持する基部に過度の負担がかからず、振動の漏れが抑制される。   In this aspect, an odd number of vibrating arms is provided in the double tuning fork type vibrating piece. Similarly to the above aspect (8), the vibration of the vibrating arm of the double tuning fork type vibrating piece in this aspect is balanced mechanically in the width direction (second direction: for example, left-right direction) of the vibrating arm in plan view. In addition, a mechanical balance is obtained in the thickness direction of the vibrating arm (the third direction that is the vibrating direction: for example, the vertical direction). Therefore, an excessive load is not applied to the base portion that supports each vibrating arm, and vibration leakage is suppressed.

(14)本発明のセンサー装置の一態様は、測定対象の物理量の変化に応じて変位が生じる弾性部、あるいは前記弾性部に連結される質量部と、少なくとも一つの基部が、前記弾性部あるいは前記質量部に接続され、前記弾性部または前記質量部の変位によって、振動腕に前記振動腕の延出方向の伸縮が生じる、上記(10)から(13)のいずれかに記載の音叉型振動片と、前記音叉型振動片を収容する収容体と、を含む。   (14) According to one aspect of the sensor device of the present invention, an elastic part that is displaced according to a change in a physical quantity of a measurement target, or a mass part connected to the elastic part, and at least one base are the elastic part or The tuning-fork type vibration according to any one of (10) to (13), wherein the vibration arm is connected to the mass part, and the elastic arm or the mass part is caused to expand and contract in the extending direction of the vibrating arm. And a container for housing the tuning-fork type vibration piece.

これによって、小型で、高精度の発振が可能な振動子を使用した、小型かつ高精度なセンサー(圧力センサーや加速度センサー等)を実現することができる。例えば、弾性部であるダイヤフラムに双音叉型振動片を固定することによって圧力センサーを形成することができる。また、質量部(錘部)に双音叉型振動片の一端を固定することによって加速度センサーを形成することができる。   As a result, a small and highly accurate sensor (such as a pressure sensor or an acceleration sensor) using a small vibrator capable of highly accurate oscillation can be realized. For example, a pressure sensor can be formed by fixing a double tuning fork type vibrating piece to a diaphragm which is an elastic part. Further, the acceleration sensor can be formed by fixing one end of the double tuning fork type vibrating piece to the mass part (weight part).

図1(A)〜図1(D)は、第1実施形態にかかる音叉型振動片の構成と動作の一例を説明するための図FIG. 1A to FIG. 1D are diagrams for explaining an example of the configuration and operation of a tuning fork type resonator element according to the first embodiment. 図2(A)、図2(B)および図2(C)は櫛歯電極の構成の例を示す図2 (A), 2 (B), and 2 (C) are diagrams showing examples of the configuration of comb electrodes. 振動腕における面外振動の励振について説明するための図Diagram for explaining excitation of out-of-plane vibration in vibrating arm 櫛歯電極の他の構成例を示す図The figure which shows the other structural example of a comb-tooth electrode 櫛歯電極の他の例を示す図The figure which shows the other example of a comb-tooth electrode 図6(A)および図6(B)は、奇数本(ここでは3本)の振動腕を設けた例を示す図6A and 6B are diagrams showing an example in which an odd number (three in this case) of vibrating arms are provided. 音叉型振動片を用いた振動子の製造工程の一例を示す図A figure showing an example of a manufacturing process of a vibrator using a tuning fork type resonator element 図8(A)および図8(B)は、双音叉型振動片における面外振動、ならびに双音叉振動片における電極配置例について説明するための図FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining an example of out-of-plane vibration in a double tuning fork type vibrating piece and electrode arrangement in the double tuning fork piece. 図9(A)〜図9(C)は、双音叉型振動片の構成例を示す図9A to 9C are diagrams showing a configuration example of a double tuning fork type resonator element. 図10(A)および図10(B)は、3本の振動腕を有する双音叉型振動片における電極ならびに配線の配置例を示す図10A and 10B are diagrams showing examples of arrangement of electrodes and wirings in a double tuning fork type vibrating piece having three vibrating arms. 図11(A)および図11(B)は、双音叉型振動片を用いた加速度センサー素子および加速度センサー装置の構造の一例を示す図FIGS. 11A and 11B are diagrams illustrating an example of the structure of an acceleration sensor element and an acceleration sensor device using a double tuning fork type resonator element.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not always.

(第1実施形態)
(面外振動を利用した振動片の構造例および動作例)
図1(A)〜図1(D)は、第1実施形態にかかる音叉型振動片の構成と動作の一例を説明するための図である。図1(A)に示されるように、音叉型振動片100は、基部10と、基部から、所定面内(XY面内)で第1方向(X軸方向)に延出する振動腕20と、を有する。
(First embodiment)
(Example of structure and operation of a resonator element using out-of-plane vibration)
FIG. 1A to FIG. 1D are diagrams for explaining an example of the configuration and operation of a tuning fork type resonator element according to the first embodiment. As shown in FIG. 1A, a tuning fork type vibrating piece 100 includes a base 10 and a vibrating arm 20 extending from the base in a first direction (X-axis direction) within a predetermined plane (in the XY plane). Have.

音叉型振動片100は、例えば所定面を有する圧電材料板により形成される。具体的には、例えば、水晶結晶のZ板(略Z板を含む)を使用して形成される。上記の所定面(XY面)は、例えば圧電材料板の所定結晶面(例えば水晶のZ面)を含む面である。以下、水晶のZ板を用いる場合を例にとって説明する。   The tuning fork type vibrating piece 100 is formed of, for example, a piezoelectric material plate having a predetermined surface. Specifically, for example, a quartz crystal Z plate (including a substantially Z plate) is used. The predetermined plane (XY plane) is a plane including a predetermined crystal plane (for example, a Z plane of quartz) of a piezoelectric material plate, for example. Hereinafter, a case where a quartz Z plate is used will be described as an example.

振動腕20は、所定面内で第1方向(X軸方向)に垂直な第2方向(Y軸方向)に所定幅wを有し、かつ、第1方向(X軸方向)および第2方向(Y軸方向)の各々に垂直な方向であって上述の所定面に垂直な第3方向(Z軸方向)に所定厚みtを有する。そして、振動腕20における第2方向の所定幅wならびに第3方向の所定厚みtに関して、w>tなる関係が成立する。   The vibrating arm 20 has a predetermined width w in a second direction (Y-axis direction) perpendicular to the first direction (X-axis direction) within a predetermined plane, and the first direction (X-axis direction) and the second direction. It has a predetermined thickness t in a third direction (Z-axis direction) perpendicular to each of the (Y-axis direction) and perpendicular to the predetermined surface. A relationship of w> t is established with respect to the predetermined width w in the second direction and the predetermined thickness t in the third direction of the vibrating arm 20.

振動腕20は、第3方向(Z軸方向:具体的には+Z軸方向と−Z軸方向)に振動する。つまり、振動腕20は、所定面に垂直な方向に面外振動する。この面外振動は、圧電材料としての水晶が有する、第1方向(X軸方向)の電界に対しX軸方向の歪みSxを生じさせる圧電定数d11を利用して励振される。   The vibrating arm 20 vibrates in the third direction (Z-axis direction: specifically, the + Z-axis direction and the −Z-axis direction). That is, the vibrating arm 20 vibrates out of plane in a direction perpendicular to the predetermined plane. This out-of-plane vibration is excited by using a piezoelectric constant d11 that causes a strain Sx in the X-axis direction with respect to the electric field in the first direction (X-axis direction) of the quartz crystal as the piezoelectric material.

図1(B)は、水晶板の圧電定数と電界と歪みの関係を示す図である。図1(B)に示すように、第1方向(X軸方向)の電界Exに関して、第1方向(X軸方向)の歪みSxを生じさせる圧電定数d11(+2.30850823)と、第2方向(Y軸方向)の歪みSyを生じさせる圧電定数d12(−2.30850823)とを有している。歪みSxに対応する圧電定数d11の符号は+であることから、正の第1方向(+X軸方向)に電界+Exが生じたときに、伸張応力(引っ張り応力)が生じる。歪みSxに対応する圧電定数d11の値は十分に大きいことから、この圧電定数d11を利用して振動腕20に、所望の面外振動を励振させることができる。   FIG. 1B is a diagram showing the relationship between the piezoelectric constant, electric field, and strain of the quartz plate. As shown in FIG. 1B, with respect to the electric field Ex in the first direction (X-axis direction), the piezoelectric constant d11 (+2.308850823) that causes the strain Sx in the first direction (X-axis direction) and the second direction And a piezoelectric constant d12 (−2.30885023) that generates a strain Sy in the (Y-axis direction). Since the sign of the piezoelectric constant d11 corresponding to the strain Sx is +, an extension stress (tensile stress) is generated when the electric field + Ex is generated in the positive first direction (+ X-axis direction). Since the value of the piezoelectric constant d11 corresponding to the strain Sx is sufficiently large, a desired out-of-plane vibration can be excited in the vibrating arm 20 using this piezoelectric constant d11.

図1(C)は、音叉型振動片の平面視における形状(正の第3方向から見た振動腕の形状)を示している。また、図1(D)は、図1(C)のA−A線に沿う音叉型振動片の断面図である。   FIG. 1C shows the shape of the tuning fork-type vibrating piece in plan view (the shape of the vibrating arm viewed from the positive third direction). FIG. 1D is a cross-sectional view of the tuning-fork type vibration piece taken along the line AA in FIG.

振動腕20に面外振動を励振するためには、第1方向(X軸方向)の電界Exを振動腕20の、一対の主面(表面としての第1面、裏面としての第2面)のうちの少なくとも一方において生じさせ、振動腕20に伸張応力(引っ張り応力)および収縮応力(圧縮応力)を、交互に生じさせる必要がある。本実施形態では、第1方向の電界Exを生じさせるために、櫛歯電極(IDT(interdigital transducer)電極)を使用する。振動腕20の、対向する一対の主面(表面としての第1面、裏面としての第2面)のうちの少なくとも一方には、櫛歯電極が設けられることになる。   In order to excite out-of-plane vibration in the vibrating arm 20, the electric field Ex in the first direction (X-axis direction) is applied to a pair of main surfaces (a first surface as a front surface and a second surface as a back surface) of the vibrating arm 20. Therefore, it is necessary to alternately generate an extension stress (tensile stress) and a contraction stress (compression stress) in the vibrating arm 20. In the present embodiment, a comb electrode (IDT (interdigital transducer) electrode) is used to generate the electric field Ex in the first direction. Comb electrodes are provided on at least one of a pair of opposing main surfaces (a first surface as a front surface and a second surface as a back surface) of the vibrating arm 20.

図1(C)および図1(D)の例では、振動腕20の第1面(表面)および第2面(裏面)の各々に櫛歯電極が設けられている。図1(C)に示すように、振動腕20の第1面(表面)に設けられている櫛歯電極は、第1電極41aと第2電極41bとを有する。第1電極41aと第2電極41bは、所定間隔で互いに対向する対向電極部分(交差指電極部分)を有している。   In the example of FIG. 1C and FIG. 1D, comb electrodes are provided on each of the first surface (front surface) and the second surface (back surface) of the vibrating arm 20. As shown in FIG. 1C, the comb electrode provided on the first surface (front surface) of the vibrating arm 20 includes a first electrode 41a and a second electrode 41b. The first electrode 41a and the second electrode 41b have opposing electrode portions (intersecting finger electrode portions) that face each other at a predetermined interval.

また、図1(D)に示すように、振動腕20の第2面(裏面)に設けられている櫛歯電極は、第1電極41cと第2電極41dとを有する。図1(D)では図示されないが、第1電極41cと第2電極41dも、所定間隔で互いに対向する対向電極部分(交差指電極部分)を有している。   Further, as shown in FIG. 1D, the comb electrode provided on the second surface (back surface) of the vibrating arm 20 includes a first electrode 41c and a second electrode 41d. Although not shown in FIG. 1D, the first electrode 41c and the second electrode 41d also have opposing electrode portions (intersecting electrode portions) that face each other at a predetermined interval.

なお、表面の櫛歯電極における第1電極41aと、裏面の櫛歯電極における第1電極41cとは、例えば、基部10に設けられるスルーホール(不図示)を経由して接続され、その共通接続点に、基部10に設けられるボンディングパッド等の第1外部接続端子(不図示)から引き出された配線が接続される。表面の櫛歯電極における第2電極41bと、裏面の櫛歯電極における第1電極41dも同様に、例えば、基部10に設けられるスルーホールを経由して電気的に接続され、かつ、その共通接続点には、基部10に設けられるボンディングパッド等の第2外部接続端子から引き出される配線が接続される。第1外部接続端子および第2外部接続端子の各々には、所定の電圧が供給される。これによって、第1電極と第2電極との間に、振動腕20の面外振動を生じさせるための電界(Ex1,Ex2)が生じる。   The first electrode 41a in the comb electrode on the front surface and the first electrode 41c in the comb electrode on the back surface are connected via a through hole (not shown) provided in the base 10, for example. Connected to the point is a wiring drawn from a first external connection terminal (not shown) such as a bonding pad provided on the base 10. Similarly, the second electrode 41b in the comb electrode on the front surface and the first electrode 41d in the comb electrode on the back surface are also electrically connected via, for example, a through hole provided in the base 10, and the common connection thereof The point is connected to a wiring drawn from a second external connection terminal such as a bonding pad provided on the base 10. A predetermined voltage is supplied to each of the first external connection terminal and the second external connection terminal. As a result, an electric field (Ex1, Ex2) for generating out-of-plane vibration of the vibrating arm 20 is generated between the first electrode and the second electrode.

また、図1(D)に示すように、振動腕20の第1面(表面)に設けられている櫛歯電極(41a,41b)によって生じる電界Ex1と、振動腕20の第2面(裏面)に設けられている櫛歯電極(41c,41d)によって生じる電界Ex2の向きは逆向きである。よって、図1(D)の例では、第1面(表面)において伸張応力が生じ、第2面(裏面)では圧縮応力が生じる。電界Ex1および電界Ex2の各々の向きが逆転すれば、第1面(表面)において圧縮応力が生じ、第2面(裏面)では伸張応力が生じる。これによって、振動腕20を、第3方向(Z方向)に振動させることができる。   1D, the electric field Ex1 generated by the comb-tooth electrodes (41a, 41b) provided on the first surface (front surface) of the vibrating arm 20 and the second surface (back surface) of the vibrating arm 20 are provided. The direction of the electric field Ex2 generated by the comb-tooth electrodes (41c, 41d) provided in () is opposite. Therefore, in the example of FIG. 1D, tensile stress is generated on the first surface (front surface), and compressive stress is generated on the second surface (back surface). If the directions of the electric field Ex1 and the electric field Ex2 are reversed, compressive stress is generated on the first surface (front surface), and tensile stress is generated on the second surface (back surface). Thereby, the vibrating arm 20 can be vibrated in the third direction (Z direction).

このように、本実施形態では、振動腕は、所定面に垂直な第3方向(面外方向:振動腕の厚み方向)に振動する。つまり、振動腕20に、ウォークモードの振動が励振される。この場合の振動片(振動子)の共振周波数は、下記(2)式で表される。   Thus, in this embodiment, the vibrating arm vibrates in the third direction (out-of-plane direction: thickness direction of the vibrating arm) perpendicular to the predetermined plane. That is, the vibration of the walk mode is excited on the vibrating arm 20. In this case, the resonance frequency of the resonator element (vibrator) is expressed by the following equation (2).

Figure 2011191091
Figure 2011191091

上記(3)式から明らかなように、共振周波数fnを一定に保つことを条件として振動腕20の腕長lを縮小した場合には、振動腕20の厚みtを小さくすればよい。これによって、無理のない振動腕のダウンサイジングが実現される。つまり、振動腕20を面外振動させることによって、振動片(振動子)の共振周波数を一定に保ちつつ、振動片(振動子)をダウンサイジングする場合の主要設計パラメータが、腕幅wから腕の厚みtに変更される。ここで、振動腕の厚みtは、例えば、振動片を構成する圧電材料板の厚みを調整することによって高精度に制御することができる。   As apparent from the above equation (3), when the arm length l of the vibrating arm 20 is reduced on condition that the resonance frequency fn is kept constant, the thickness t of the vibrating arm 20 may be reduced. Thereby, downsizing of the vibrating arm without difficulty is realized. That is, the main design parameter for downsizing the resonator element (vibrator) while keeping the resonance frequency of the resonator element (vibrator) constant by vibrating the vibrating arm 20 out of plane is that the arm width w is the arm design parameter. The thickness t is changed. Here, the thickness t of the vibrating arm can be controlled with high accuracy, for example, by adjusting the thickness of the piezoelectric material plate constituting the vibrating piece.

一方、振動腕の腕幅wは、腕長lのスケールダウンに対応して縮小する必要はなくなり、よって、振動腕の腕幅wは、例えば、電極や配線を信頼性高く形成することができる程度の幅に維持することができる。よって、本実施形態では、振動腕20の幅(腕幅)w>振動腕の厚みtが成立する。   On the other hand, the arm width w of the vibrating arm does not need to be reduced in accordance with the scale down of the arm length l. Therefore, the arm width w of the vibrating arm can form, for example, an electrode and wiring with high reliability. It can be maintained to a certain extent. Therefore, in the present embodiment, the width of the vibrating arm 20 (arm width) w> the thickness t of the vibrating arm is satisfied.

振動腕20の腕幅を適切な大きさに設定することができることから、配線や電極の形成不良(断線、接触等)の心配がなくなり、振動片(振動子)の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。   Since the arm width of the vibrating arm 20 can be set to an appropriate size, there is no need to worry about poor wiring or electrode formation (disconnection, contact, etc.), and the electrodes and The burden when forming the wiring can be reduced.

また、振動腕の厚みtは高精度に制御可能であることから、振動子の共振周波数を高精度に調整することもできる。例えば、圧電単結晶(水晶等)から圧電材料板を切り出すときに、圧電材料板の厚みtを調整することができ、また、圧電材料板を切り出した後の研磨等によっても厚みtを調整することができる。いずれの場合でも、圧電材料板の表面(第1面)と裏面(第2面)との平行度は高く、また、厚みt自体も高精度に制御することができる。このことは、高精度かつ超小型の振動子を実現することに寄与する。   Further, since the thickness t of the vibrating arm can be controlled with high accuracy, the resonance frequency of the vibrator can also be adjusted with high accuracy. For example, when a piezoelectric material plate is cut out from a piezoelectric single crystal (quartz or the like), the thickness t of the piezoelectric material plate can be adjusted, and the thickness t is also adjusted by polishing after the piezoelectric material plate is cut out. be able to. In any case, the parallelism between the front surface (first surface) and the back surface (second surface) of the piezoelectric material plate is high, and the thickness t itself can be controlled with high accuracy. This contributes to realizing a highly accurate and ultra-small vibrator.

(櫛歯電極の構成例)
図2(A)、図2(B)および図2(C)は櫛歯電極の構成の例を示す図である。図2(A)は平面図であり、図2(B)は、図2(A)のA−A線に沿う断面図である。図2Aおよび図2(B)に示されるように、振動腕20の第1面(表面)には櫛歯電極(41aと41b)が設けられ、振動腕20の第2面(裏面)には櫛歯電極(41cと41d)が設けられる。櫛歯電極の形状は、特殊な形状ではないため、形成が容易である。また、サイズを縮小した場合でも、無効電界が支配的になるような不都合が生じないという利点がある。
(Combination electrode configuration example)
FIG. 2A, FIG. 2B, and FIG. 2C are diagrams showing examples of the configuration of the comb electrode. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A. As shown in FIGS. 2A and 2B, comb electrodes (41 a and 41 b) are provided on the first surface (front surface) of the vibrating arm 20, and the second surface (back surface) of the vibrating arm 20 is provided. Comb electrodes (41c and 41d) are provided. Since the shape of the comb electrode is not a special shape, it is easy to form. Further, there is an advantage that even when the size is reduced, there is no inconvenience that the reactive electric field becomes dominant.

ここで、図2(B)を参照する。第1面(表面)に設けられる櫛歯電極は、所定距離L1だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極(第1電極41aと第2電極41b)からなる第1対向部分42(1)と、第1対向部分42(1)に隣接して設けられ、かつ、所定距離L1だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極(41a,41b)からなる第2対向部分42(2)と、第2対向部分42(2)に隣接して設けられ、かつ、所定距離L1だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極(41a,41b)からなる第3向部分42(3)と、を有している。   Here, reference is made to FIG. The comb electrode provided on the first surface (surface) is a first facing portion 42 (1) composed of a pair of electrodes (a first electrode 41a and a second electrode 41b) disposed to face each other with a predetermined distance L1. ) And a second opposing portion 42 (2) composed of a pair of electrodes (41a, 41b) provided adjacent to the first opposing portion 42 (1) and opposed to each other at a predetermined distance L1. ) And a second facing portion 42 (2), and a third facing portion 42 (3) composed of a pair of electrodes (41a, 41b) disposed opposite to each other at a predetermined distance L1. ) And.

第1対向部分(第1対向電極部分または第1交差指電極ということもできる)41(1)と、第2対向部分(第2対向電極部分または第2交差指電極ということもできる)41(2)と、第3対向部分(第3対向電極部分または第3交差指電極ということもできる)41(3)の各々は、振動腕20の延出方向である第1方向(X軸方向)に沿って配置されている。また、第1対向部分42(1)と第2対向部分42(2)との間の距離(あるいは、第2対向部分42(2)と第3対向部分42(3)との間の距離)をL2としたとき、L1<L2が成立する。   A first counter part (also referred to as a first counter electrode part or a first cross finger electrode) 41 (1) and a second counter part (also referred to as a second counter electrode part or a second cross finger electrode) 41 ( 2) and a third counter portion (also referred to as a third counter electrode portion or a third cross finger electrode) 41 (3) are each in a first direction (X-axis direction) that is the extending direction of the vibrating arm 20 Are arranged along. Further, the distance between the first facing portion 42 (1) and the second facing portion 42 (2) (or the distance between the second facing portion 42 (2) and the third facing portion 42 (3)). When L2 is L2, L1 <L2 is established.

第2面(裏面)に設けられる櫛歯電極(一対の電極41cと41dを有する)も、同様に、第1対向部分42(1)’と、第2対向部分42(2)’と、第3対向部分42(3)’と、を有する。第2面(裏面)に設けられる櫛歯電極についても、L1<L2が成立する。   Similarly, the comb-teeth electrode (having the pair of electrodes 41c and 41d) provided on the second surface (back surface) also includes the first opposing portion 42 (1) ′, the second opposing portion 42 (2) ′, 3 opposing portions 42 (3) ′. L1 <L2 is also established for the comb electrode provided on the second surface (back surface).

L1<L2とするのは、以下の理由による。以下の説明では、第1対向部分42(1)および第2対向部分42(2)に着目する。第1対向部分42(1)および第2対向部分42(2)の各々において、対向する一対の電極(41a,41b)間に電界(有効電界)Ex(1)が生じ、この電界(有効電界)Ex(1)が振動腕20に加えられ、振動腕20に圧縮または伸張(引っ張り)の各応力が生じる。   The reason why L1 <L2 is set is as follows. In the following description, attention is focused on the first facing portion 42 (1) and the second facing portion 42 (2). In each of the first facing portion 42 (1) and the second facing portion 42 (2), an electric field (effective electric field) Ex (1) is generated between the pair of electrodes (41a, 41b) facing each other. ) Ex (1) is applied to the vibrating arm 20 and compressive or expansion (tensile) stresses are generated in the vibrating arm 20.

一方、第1対向部分42(1)における第2対向部分側の電極41bと、第2対向部分42(2)の第1対向部分側の電極41aとの間にも電界(無効電界)Ex(2)が生じる。第1対向部分42(1)および第2対向部分42(2)の各々において生じる有効電界の方向Ex(1)と、第1対向部分42(1)と第2対向部分42(2)との間に生じる無効電界Ex(2)の方向が逆である場合、有効電界Ex(1)の一部が無効電界Ex(2)によって打ち消されるという不都合が生じる。   On the other hand, an electric field (reactive electric field) Ex () also exists between the electrode 41b on the second opposing portion side in the first opposing portion 42 (1) and the electrode 41a on the first opposing portion side in the second opposing portion 42 (2). 2) occurs. The direction Ex (1) of the effective electric field generated in each of the first opposing portion 42 (1) and the second opposing portion 42 (2), and the first opposing portion 42 (1) and the second opposing portion 42 (2) When the direction of the reactive electric field Ex (2) generated between them is reverse, there arises a disadvantage that a part of the effective electric field Ex (1) is canceled out by the reactive electric field Ex (2).

このため、図2(B)に示される例では、第1対向部分42(1)および第2対向部分42(2)の各々における電極間の距離L1よりも、第1対向部分42(1)と第2対向部分42(2)との間の距離(L2:具体的には、第1対向部分の第2対向部分側の電極41bと第2対向部分の第1対向部分側の電極41aとの間の距離)を大きく設定する。これによって、第1対向部分42(1)と第2対向部分42(2)との間に生じる無効電界Ex(2)による悪影響(つまり、有効電界Ex(1)の一部が無効電界Ex(2)によって打ち消されること)を軽減することができる。   For this reason, in the example shown in FIG. 2B, the first facing portion 42 (1) is more than the distance L1 between the electrodes in each of the first facing portion 42 (1) and the second facing portion 42 (2). (L2: specifically, the electrode 41b on the second opposing portion side of the first opposing portion and the electrode 41a on the first opposing portion side of the second opposing portion) between the second opposing portion 42 (2) and the second opposing portion 42 (2) (Distance between) is set large. As a result, an adverse effect due to the reactive electric field Ex (2) generated between the first opposing portion 42 (1) and the second opposing portion 42 (2) (that is, a part of the effective electric field Ex (1) becomes the reactive electric field Ex ( 2) can be reduced.

なお、図2(B)に示される櫛歯電極の配置は一例であり、これに限定されるものではない。ここで、図2(C)を参照する。図2(C)は、櫛歯電極の配置の他の例を示している。   In addition, arrangement | positioning of the comb-tooth electrode shown by FIG. 2 (B) is an example, and is not limited to this. Here, reference is made to FIG. FIG. 2C shows another example of the arrangement of the comb electrodes.

図2(C)の例では、振動腕20の第1面(A面)に設けられる一対の櫛歯電極のうちの一方の電極41b(黒塗りの電極)と、振動腕20の第2面(B面)に設けられる一対の櫛歯電極のうちの一方の電極41d(黒塗りの電極:電極41bと同電位の電極)とが、対向して設けられている。   In the example of FIG. 2C, one electrode 41 b (black electrode) of the pair of comb electrodes provided on the first surface (A surface) of the vibrating arm 20 and the second surface of the vibrating arm 20. One electrode 41d (black electrode: electrode having the same potential as the electrode 41b) of the pair of comb-tooth electrodes provided on the (B surface) is provided so as to face.

例えば、電極41bおよび電極41d(黒塗りの電極)の電位極性を+とし、電極41aおよび電極41c(斜線の電極)の電位極性を−とする。第1面(A面)に設けられる櫛歯電極の極性の並びは、電極41bを起点として、基部(図中の左端)から遠ざかる方向に沿って、+,−,+,−,+となる。また、第2面(B面)に設けられる櫛歯電極の極性の並びは、電極41bに対向する電極41dを起点として、基部(図中の左端)から遠ざかる方向に沿って、+,−,+,−,+,−となる。このように、互いに対向する電極を起点として考えると、第1面(A面)の櫛歯電極の極性の並びと、第2面(B面)の櫛歯電極の極性の並びとが一致していることになる。   For example, the potential polarity of the electrode 41b and the electrode 41d (black electrode) is +, and the potential polarity of the electrode 41a and the electrode 41c (shaded electrode) is −. The arrangement of the polarities of the comb electrodes provided on the first surface (A surface) is +, −, +, −, + along the direction away from the base (left end in the figure) starting from the electrode 41b. . In addition, the arrangement of the polarities of the comb electrodes provided on the second surface (B surface) is +, −, − along the direction away from the base (the left end in the figure) starting from the electrode 41d facing the electrode 41b. +,-, +,-. Thus, considering the electrodes facing each other as the starting point, the polarity sequence of the comb-shaped electrodes on the first surface (A surface) matches the polarity sequence of the comb-shaped electrodes on the second surface (B surface). Will be.

このような電極配置によって、第1面(A面)と第2面(B面)との間で、無駄な縦方向の電界が生じにくくなる。よって、振動腕20に無用な歪みが生じることが抑制される。また、無駄な電界が減少することから、消費電力を抑制することもできる。   Such an electrode arrangement makes it difficult to generate a useless vertical electric field between the first surface (A surface) and the second surface (B surface). Therefore, unnecessary distortion in the vibrating arm 20 is suppressed. In addition, since a useless electric field is reduced, power consumption can be suppressed.

図3は、振動腕における面外振動の励振について説明するための図である。図3の上側には振動腕20の平面図が示され、中段には振動腕のA−A線に沿う断面図が示され、下側には面外方向に振動している振動腕の様子が示されている。図示されるように、櫛歯電極による第1方向(X軸方向)の電界Exによって、振動腕の第1面(A面)および第2面(B面)に歪み(応力)が発生する。第1面(A)面に収縮応力が発生し、第2面に伸張(引っ張り)応力が発生する場合には、振動腕20は、正の第3方向(+Z方向)に屈曲する。一方、第1面(A)面に伸張(引っ張り)応力が発生し、第2面に収縮応力が発生する場合には、振動腕20は、負の第3方向(−Z方向)に屈曲する。正の第3方向(+Z方向)への屈曲と、負の第3方向(−Z方向)への屈曲は交互に生じる。よって、第3方向(XY平面に垂直なZ方向)の駆動振動(面外振動あるいはウォークモードの振動)が定常的に生じる。   FIG. 3 is a diagram for explaining excitation of out-of-plane vibration in the vibrating arm. A plan view of the vibrating arm 20 is shown on the upper side of FIG. 3, a sectional view taken along the line AA of the vibrating arm is shown in the middle stage, and a state of the vibrating arm vibrating in the out-of-plane direction is shown on the lower side. It is shown. As shown in the drawing, strain (stress) is generated on the first surface (A surface) and the second surface (B surface) of the vibrating arm by the electric field Ex in the first direction (X-axis direction) by the comb-tooth electrode. When contraction stress is generated on the first surface (A) and extension (tensile) stress is generated on the second surface, the vibrating arm 20 bends in the positive third direction (+ Z direction). On the other hand, when an extension (tensile) stress is generated on the first surface (A) and a contraction stress is generated on the second surface, the vibrating arm 20 bends in the negative third direction (−Z direction). . Bending in the positive third direction (+ Z direction) and bending in the negative third direction (−Z direction) occur alternately. Therefore, drive vibration (out-of-plane vibration or walk mode vibration) in the third direction (Z direction perpendicular to the XY plane) is steadily generated.

図4は、櫛歯電極の他の構成例を示す図である。先に説明した図2(B)の例では、櫛歯電極における、各対向部分間の距離は等間隔であったが、図4の例では、各対向部分間の距離を、基部10からの距離に応じて異ならせる。   FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the comb electrode. In the example of FIG. 2B described above, the distance between the opposing portions in the comb electrode is equal. However, in the example of FIG. 4, the distance between the opposing portions is changed from the base 10. Different depending on the distance.

図4において、櫛歯電極の第1対向部分42(1)、第2対向部分42(2)、第3対向部分(42(3)の各々は、記載の順に、基部10からの距離が遠くなる。そして、第1対向部分42(1)と第2対向部分42(2)との間隔をL2とし、第2対向部分42(2)と第3対向部分42(3)との間の距離をL3としたとき、L2<L3が成立する。この理由は以下のとおりである。   In FIG. 4, each of the first facing portion 42 (1), the second facing portion 42 (2), and the third facing portion (42 (3) of the comb-tooth electrode is far from the base 10 in the order described. The distance between the first facing portion 42 (1) and the second facing portion 42 (2) is L2, and the distance between the second facing portion 42 (2) and the third facing portion 42 (3). When L3 is L3, L2 <L3 is satisfied for the following reason.

振動腕20に駆動振動(面外振動)を生じさせるためには、振動腕20の主面(例えば表面および裏面の少なくとも一方)において、圧縮や伸張(引っ張り)の歪み(応力)を生じさせる必要がある。振動腕20は、固定端である基部10を基準として面外方向に振動することから、振動腕の屈曲に最も有効な歪みは、基部10に近い箇所における歪みである。基部から遠い箇所(先端付近)の歪みは振動腕の屈曲に与える影響が小さい。   In order to generate drive vibration (out-of-plane vibration) in the vibrating arm 20, it is necessary to cause a compression or expansion (tensile) distortion (stress) on the main surface (for example, at least one of the front surface and the back surface) of the vibrating arm 20. There is. Since the vibrating arm 20 vibrates in the out-of-plane direction with the base 10 that is a fixed end as a reference, the distortion that is most effective for bending the vibrating arm is distortion at a location close to the base 10. Distortion at a location far from the base (near the tip) has little effect on the bending of the vibrating arm.

この考察に基づいて、本実施形態では、櫛歯電極に含まれる3つの対向部分の各々間の間隔を、基部からの距離に応じて変化させる。つまり、第1対向部分42(1)と第2対向部分2(2)との間の間隔L2よりも、第2対向部分42(2)と第3対向部分42(3)との間隔L3を大きく設定する。   Based on this consideration, in this embodiment, the interval between each of the three facing portions included in the comb electrode is changed according to the distance from the base. That is, the distance L3 between the second facing portion 42 (2) and the third facing portion 42 (3) is set to be larger than the distance L2 between the first facing portion 42 (1) and the second facing portion 2 (2). Set larger.

図4の例では、第1地点N1〜第2地点N2までの距離をL4としたとき、第2地点N2から第3地点N3までの距離L5が、2・L4となるように設定されている。このようにすれば、振動腕20の延出方向に沿って配置される対向部分の数を、各対向部分を等間隔で配置する場合に比べて減少させることができる(特に、振動腕が長い場合には、対向部分の数の削減効果が顕在化する)。このことは、振動腕20に発生する電界の総量が減ることを意味し、よって、消費電力の削減の効果が得られる。一方、基部10から遠い箇所における電界が減少したとしても、その電界が振動腕の屈曲に寄与する程度は小さいことから、振動腕20には、必要な振幅の駆動振動を生じさせることができる。   In the example of FIG. 4, when the distance from the first point N1 to the second point N2 is L4, the distance L5 from the second point N2 to the third point N3 is set to be 2 · L4. . In this way, the number of facing portions arranged along the extending direction of the vibrating arm 20 can be reduced as compared with the case where the facing portions are arranged at equal intervals (particularly, the vibrating arm is long). In some cases, the effect of reducing the number of opposing parts becomes obvious). This means that the total amount of the electric field generated in the vibrating arm 20 is reduced, so that the effect of reducing power consumption can be obtained. On the other hand, even if the electric field at a location far from the base 10 is reduced, the degree to which the electric field contributes to the bending of the vibrating arm is small, so that the vibrating arm 20 can generate drive vibration with a necessary amplitude.

図5は、櫛歯電極の他の例を示す図である。図5の上側には、振動腕20の平面図が示され、下側には、振動腕20のA−A線に沿う断面図が示される。   FIG. 5 is a diagram showing another example of a comb electrode. A plan view of the vibrating arm 20 is shown on the upper side of FIG. 5, and a sectional view taken along the line AA of the vibrating arm 20 is shown on the lower side.

図5の下側の断面図に示されるように、振動腕20の第1面(表面)には、凸部60a〜60cが設けられている。そして櫛歯電極を構成する、対向する一対の電極41aおよび41bは、凸部60a〜60cの各々を挟むように形成されている。同様に、振動腕20の第2面(裏面)には、凸部60a’〜60c’が設けられている。そして、櫛歯電極を構成する、対向する一対の電極41cおよび41dは、凸部60a’〜60c’の各々を挟むように形成されている。   As shown in the lower cross-sectional view of FIG. 5, convex portions 60 a to 60 c are provided on the first surface (front surface) of the vibrating arm 20. A pair of opposing electrodes 41a and 41b constituting the comb electrode are formed so as to sandwich each of the convex portions 60a to 60c. Similarly, convex portions 60 a ′ to 60 c ′ are provided on the second surface (back surface) of the vibrating arm 20. A pair of opposing electrodes 41c and 41d constituting the comb electrode are formed so as to sandwich each of the convex portions 60a 'to 60c'.

この構造によれば、無駄な電界が減少することから、対向する電極(41aと41b、41cと41d)間に生じる電界Exの強度を大きくすることができる。よって、より効率的に駆動振動を励振することができる。また、各対向部分間に生じる無効な電界(図中、点線で示される)は、空気(減圧パッケージ内では例えば真空に近い)の誘電率が、振動腕の材料(水晶や石英)等の誘電率よりも小さいことから弱められる。よって、無効電界によって有効電界が打ち消されることが効果的に低減される。この点も効率的な面外振動の励振に寄与する。このことは、振動子の低消費電力化に寄与する。   According to this structure, since the useless electric field is reduced, the intensity of the electric field Ex generated between the opposing electrodes (41a and 41b, 41c and 41d) can be increased. Therefore, drive vibration can be excited more efficiently. In addition, an invalid electric field (indicated by a dotted line in the figure) generated between the opposing portions is such that the dielectric constant of air (such as near vacuum in a reduced pressure package) is a dielectric such as a vibrating arm material (crystal or quartz). It is weakened because it is smaller than the rate. Therefore, canceling out the effective electric field by the reactive electric field is effectively reduced. This point also contributes to efficient excitation of out-of-plane vibration. This contributes to lower power consumption of the vibrator.

(第2実施形態)
本実施形態では、基部10から第1方向(X軸方向)に延出する、複数本(つまりn本(nは2以上の自然数))の振動腕を設ける。複数本の振動腕を設けて、各振動腕を、例えば力学的なバランスがとれるように振動させることによって、振動腕の面外振動をより安定化することができる。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a plurality of vibrating arms (that is, n (n is a natural number of 2 or more)) extending from the base portion 10 in the first direction (X-axis direction) are provided. By providing a plurality of vibrating arms and causing each vibrating arm to vibrate so as to achieve a dynamic balance, for example, the out-of-plane vibration of the vibrating arm can be further stabilized.

図6(A)および図6(B)は、奇数本(ここでは3本)の振動腕を設けた例を示す図である。図6(A)は平面図であり、図6(B)は、斜視図である。   FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating an example in which an odd number (three in this case) of vibrating arms are provided. FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a perspective view.

図6(A)に示すように、基部10から第1方向(X軸方向)に延出する3本の振動腕(第1振動腕20a,第2振動腕20b,第3振動腕20c)が設けられており、また、各振動腕20a〜20cの第1面(表面)および第2面(裏面)の少なくとも一方(好ましくは双方)には、第1方向の電界を形成するための電極(例えば櫛歯電極)が形成されている。   As shown in FIG. 6A, three vibrating arms (first vibrating arm 20a, second vibrating arm 20b, and third vibrating arm 20c) extending from the base 10 in the first direction (X-axis direction). Further, an electrode for forming an electric field in the first direction (preferably both) on the first surface (front surface) and the second surface (back surface) of each of the vibrating arms 20a to 20c (preferably both) For example, a comb electrode) is formed.

第1振動腕20aの第1面(表面)に形成されている櫛歯電極は、第1電極41a(1)と、第2電極41b(1)と、を有する。第2振動腕20bの第1面(表面)に形成されている櫛歯電極は、第1電極41a(2)と、第2電極41b(2)と、を有する。第3振動腕20cの第1面(表面)に形成されている櫛歯電極は、第1電極41a(3)と、第2電極41b(3)と、を有する。ここで注目すべきは、第2振動腕20bにおける電極配置が、他の振動腕(第1振動腕20aおよび第3振動腕20c)の電極配置とは逆になっていることである。つまり、第2振動腕20bにおける櫛歯電極の対向部分に生じる電界の向きは、他の振動腕(第1振動腕20aおよび第3振動腕20c)における櫛歯電極の対向部分に生じる電界の向きとは逆になる。   The comb electrode formed on the first surface (front surface) of the first vibrating arm 20a includes a first electrode 41a (1) and a second electrode 41b (1). The comb electrode formed on the first surface (front surface) of the second vibrating arm 20b includes a first electrode 41a (2) and a second electrode 41b (2). The comb electrode formed on the first surface (front surface) of the third vibrating arm 20c includes a first electrode 41a (3) and a second electrode 41b (3). What should be noted here is that the electrode arrangement of the second vibrating arm 20b is opposite to the electrode arrangement of the other vibrating arms (the first vibrating arm 20a and the third vibrating arm 20c). That is, the direction of the electric field generated at the portion of the second vibrating arm 20b facing the comb electrode is the direction of the electric field generated at the portion of the other vibrating arm (the first vibrating arm 20a and the third vibrating arm 20c) facing the comb electrode. The opposite is true.

したがって、図6(B)に示すように、第1振動腕20aと第3振動腕20cは、面外振動における変位の向きが同じ(同相振動)であり、第2振動腕20bは、面外振動における変位の向きが逆(逆相振動)となる。   Therefore, as shown in FIG. 6B, the first vibrating arm 20a and the third vibrating arm 20c have the same displacement direction in the out-of-plane vibration (in-phase vibration), and the second vibrating arm 20b is out of plane. The direction of displacement in vibration is reversed (reverse phase vibration).

このような構成を採用すると、音叉型振動片の第1振動腕20a〜第3振動腕20cの各々の振動は、平面視で、振動腕の幅方向(第2方向)に力学的なバランスがとれており、かつ、振動腕の厚さ方向(振動方向である第3方向)の力学的なバランスもとれており、よって、各振動腕を支持する基部10に過度の負担がかからず、基部を経由した振動の漏れが抑制される。   When such a configuration is adopted, the vibration of each of the first vibrating arm 20a to the third vibrating arm 20c of the tuning fork type vibrating piece has a mechanical balance in the width direction (second direction) of the vibrating arm in plan view. And a mechanical balance in the thickness direction of the vibrating arms (the third direction that is the vibrating direction) is taken, and therefore, an excessive burden is not applied to the base 10 that supports each vibrating arm, Vibration leakage via the base is suppressed.

つまり、本実施形態のように、ウォークモードで振動する振動腕を奇数本、設ける例において、ウォークモードの振動を安定して持続させるためには、各振動腕(20a〜20c)のウォークモード振動が基部10を経由して、基部10を支持する支持体に漏れることを抑制するのが好ましい。音叉型振動片の基部10は、例えばベース部材(パッケージの一部を構成する部材等)に、例えば接着剤によって固定される。各振動腕(20a〜20c)が、各振動腕(20a〜20c)の厚さt方向に振動するウォークモードを採用した場合には、その振動が、各振動腕(20a〜20c)から基部10に漏れて振動が乱れ、接着剤の剥離が生じる等の不都合が生じることも有り得る。このような事態が生じないようにするためには、奇数本の振動腕を平行に配設して、各振動腕のうちの両端の振動腕(両端の振動腕)を同相で振動させ、中央の振動腕(中央の振動腕)を逆相で振動させるのが好ましい。   That is, in the example of providing an odd number of vibrating arms that vibrate in the walk mode as in the present embodiment, in order to stably maintain the vibration in the walk mode, the walk mode vibrations of the respective vibrating arms (20a to 20c) are provided. Is preferably prevented from leaking to the support that supports the base 10 via the base 10. The base 10 of the tuning-fork type vibrating piece is fixed to, for example, a base member (a member constituting a part of the package) with an adhesive, for example. When the walk mode in which each vibrating arm (20a to 20c) vibrates in the thickness t direction of each vibrating arm (20a to 20c) is adopted, the vibration is generated from each vibrating arm (20a to 20c) to the base 10. It is possible that there will be inconveniences such as leakage of vibration and disturbance of the vibration and peeling of the adhesive. In order to prevent such a situation from occurring, an odd number of vibrating arms are arranged in parallel, and the vibrating arms at both ends (vibrating arms at both ends) of each vibrating arm are vibrated in the same phase. It is preferable to vibrate the vibrating arm (center vibrating arm) in reverse phase.

以上の説明では振動腕の数が3本の場合について説明したが、広義には、振動腕の数は6本、9本・・・とすることができる。つまり、広義には、「n本の振動腕として、m本(mは3以上の奇数)の振動腕が設けられ、n本の振動腕の各々を、第1振動腕〜第m振動腕とし、第1振動腕〜第m振動腕は、mの値が小さい順に、第2方向(Y軸方向)に並んで配置され、m本の振動腕は3つの振動腕群に区分され、第1振動腕から第(m/3)振動腕までを第1群の振動腕とし、第{(m/3)+1}振動腕から第{(2m/3)}振動腕までを第2群の振動腕とし、第{(2m/3)+1}振動腕から第m振動腕までを第3群の振動腕とし、また、第3方向は、正の第3方向(+Z軸方向)と、正の第3方向とは逆向きの負の第3方向(−Z軸方向)と、を含み、第1群の振動腕および第3群の振動腕の各々が、正の第3方向に変位しているとき、第2群の振動腕は、負の第3方向に変位し、第1群の振動腕および第3群の振動腕の各々が、負の第3方向に変位しているとき、第2群の振動腕は、正の第3方向に変位する」と、表現することができる。   In the above description, the case where the number of vibrating arms is three has been described. However, in a broad sense, the number of vibrating arms can be six, nine,. That is, in a broad sense, “m vibrating arms (m is an odd number of 3 or more) are provided as n vibrating arms, and each of the n vibrating arms is defined as a first vibrating arm to an mth vibrating arm. The first to m-th vibrating arms are arranged in the second direction (Y-axis direction) in ascending order of the value of m, and the m vibrating arms are divided into three vibrating arm groups. From the vibrating arm to the (m / 3) vibrating arm is the first group of vibrating arms, and from the {(m / 3) +1} vibrating arm to the {(2m / 3)} vibrating arm is the second group of vibrations. The third group of vibrating arms is from the {(2m / 3) +1} vibrating arm to the mth vibrating arm, and the third direction is a positive third direction (+ Z-axis direction) and a positive Each of the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms is displaced in the positive third direction, including a negative third direction (-Z-axis direction) opposite to the third direction. When the second group of vibrating arms is When the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms are displaced in the negative third direction when the first group of vibrating arms is displaced in the negative third direction, the second group of vibrating arms is positive third It can be expressed as “displaced in the direction”.

奇数群の振動腕を平行に配設した場合において、振動腕の機械的なバランスを考慮して、各振動腕のうちの両端の振動腕群を同相で振動させ、中央の振動腕群を逆相で振動させるのが好ましい。このような構成を採用すると、音叉型振動片の振動腕の振動は、平面視で、各振動腕の幅方向(第2方向)に力学的なバランスがとれており、かつ、各振動腕の厚さ方向(振動方向である第3方向)の力学的なバランスもとれており、よって、各振動腕を支持する基部に過度の負担がかからず、振動の漏れが抑制される。   When odd-numbered vibrating arms are arranged in parallel, considering the mechanical balance of the vibrating arms, the vibrating arm groups at both ends of each vibrating arm are vibrated in the same phase, and the central vibrating arm group is reversed. It is preferable to vibrate in phase. When such a configuration is adopted, the vibration of the vibrating arms of the tuning fork-type vibrating piece is mechanically balanced in the width direction (second direction) of each vibrating arm in plan view, and A mechanical balance is obtained in the thickness direction (the third direction which is the vibration direction). Therefore, an excessive load is not applied to the base portion supporting each vibration arm, and vibration leakage is suppressed.

つまり、第2方向に沿って順に配置された第1群、第2群、第3群の振動腕を設けた場合を想定する。第1群と第3群の振動腕の第2領域が正の第3方向に変位するとき、中央の第2群の振動腕の第2領域は負の第3方向に変位する。この場合、両端の群である第1群と第3群は同相で変位するため、平面視で、第2方向(左右方向)のバランスがとれる。また、第1群および第3群と、第2群とは逆相で変位するため、各群の第3方向(振動方向)の変位による応力(各群の振動腕を支持する基部にかかる応力)が相殺され、よって、振動方向(上下方向)のバランスも確保される。   That is, the case where the 1st group, the 2nd group, and the 3rd group of vibrating arms arranged in order along the 2nd direction are provided is assumed. When the second region of the vibrating arms of the first group and the third group is displaced in the positive third direction, the second region of the vibrating arm of the center second group is displaced in the negative third direction. In this case, since the first group and the third group, which are groups at both ends, are displaced in phase, a balance in the second direction (left-right direction) can be obtained in plan view. In addition, since the first group, the third group, and the second group are displaced in opposite phases, stress due to displacement in the third direction (vibration direction) of each group (stress applied to the base portion that supports the vibrating arm of each group) ) Is canceled out, and thus a balance in the vibration direction (vertical direction) is also ensured.

(第3実施形態)
図7は、音叉型振動片を用いた振動子の製造工程の一例を示す図である。なお、図7の例において使用されている音叉型振動片100は、基部10と、2本の振動腕20a,20bとを有する。また、プラグ30は、内部端子31および外部端子33を有する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of a vibrator using a tuning fork type vibrating piece. In addition, the tuning fork type vibrating piece 100 used in the example of FIG. 7 includes a base 10 and two vibrating arms 20a and 20b. The plug 30 has an internal terminal 31 and an external terminal 33.

マウント工程では、音叉型振動片100の基部10に、プラグ30の内部端子31を半田付けする。次の周波数調整工程では、音叉型振動片100の共振周波数の調整が実行される。次の封止工程では、真空チャンバー内で、ケース35にプラグ30を封入する。ケース35とプラグ30は封止体(気密パッケージ)を構成する。検査工程を経て、振動子1が完成する。   In the mounting process, the internal terminal 31 of the plug 30 is soldered to the base 10 of the tuning fork type vibrating piece 100. In the next frequency adjustment step, the resonance frequency of the tuning fork type vibrating piece 100 is adjusted. In the next sealing step, the plug 30 is sealed in the case 35 in the vacuum chamber. The case 35 and the plug 30 constitute a sealed body (airtight package). Through the inspection process, the vibrator 1 is completed.

(第4実施形態)
本実施形態では、音叉型振動片として、双音叉型振動片(振動腕を両側で支持する構造をもつ振動片)を用いる。双音叉型振動片においても、前掲の実施形態と同じく、ウォークモードの振動を励振することができる。但し、双音叉振動片の場合、振動腕が両側で支持されていることから、振動腕の片側だけが支持される単音叉型振動片とは、振動腕の振動姿態が異なる。また、双音叉振動片において、効率的なウォークモード振動(面外振動)を励振するという観点から、適切な電極配置を採用することが望まれる。以下、図8〜図10を用いて具体的に説明する。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, a double tuning fork type vibrating piece (a vibrating piece having a structure for supporting a vibrating arm on both sides) is used as the tuning fork type vibrating piece. Also in the double tuning fork type resonator element, the vibration in the walk mode can be excited as in the above-described embodiment. However, in the case of a double tuning fork vibrating piece, since the vibrating arm is supported on both sides, the vibrating form of the vibrating arm is different from a single tuning fork type vibrating piece in which only one side of the vibrating arm is supported. In addition, in the double tuning fork resonator element, it is desired to employ an appropriate electrode arrangement from the viewpoint of exciting efficient walk mode vibration (out-of-plane vibration). Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIGS.

図8(A)および図8(B)は、双音叉型振動片における面外振動、ならびに双音叉振動片における電極配置例について説明するための図である。図8(A)は振動腕20の振動姿態を示し、図8(B)における左側の図は、双音叉振動片の平面図であり、右側の図は、その双音叉振動片の振動姿態を示す図である。   FIG. 8A and FIG. 8B are diagrams for explaining an example of out-of-plane vibration in a double tuning fork vibrating piece and an example of electrode arrangement in the double tuning fork vibrating piece. 8A shows the vibration state of the vibrating arm 20, the left side in FIG. 8B is a plan view of the double tuning fork vibrating piece, and the right side shows the vibration state of the double tuning fork vibrating piece. FIG.

図8(B)に示されるように、双音叉型振動片101は、基部として、第1基部10aと第2基部10bとを有する。振動腕20の一端は第1基部10aに連結され、振動腕20の他端は第2基部10bに連結される。双音叉型振動片101は、例えば、加速度センサーや圧力センサーの構成要素として用いることができる。   As shown in FIG. 8B, the double tuning fork type vibrating piece 101 has a first base portion 10a and a second base portion 10b as base portions. One end of the vibrating arm 20 is connected to the first base 10a, and the other end of the vibrating arm 20 is connected to the second base 10b. The double tuning fork resonator element 101 can be used as a component of an acceleration sensor or a pressure sensor, for example.

図8(A)に示されるように、一本の振動腕20(幅w,厚みt(<w))は、第1領域ZAと、第2領域ZBと、第3領域ZCと、第1領域ZAと第2領域ZBとの間に設けられる第1節領域Qabと、第2領域ZBと第3領域ZCとの間に設けられる第2節領域Qbcと、に区分される。そして、振動腕20の第1面(表面)または第2面(裏面)における第1領域ZAおよび第3領域ZCに収縮応力が生じるときは、振動腕20の第1面(表面)または第2面(裏面)における第2領域ZBには伸張応力が生じる。図8(A)において、応力は矢印で示されている。また、振動腕20の第1面(表面)または第2面(裏面)における第1領域ZAおよび第3領域ZCに伸張応力が生じるときは、振動腕20の第1面(表面)または第2面(裏面)における第2領域ZBには収縮応力が生じる。   As shown in FIG. 8A, one vibrating arm 20 (width w, thickness t (<w)) includes the first area ZA, the second area ZB, the third area ZC, and the first area ZC. The region is divided into a first node region Qab provided between the region ZA and the second region ZB, and a second node region Qbc provided between the second region ZB and the third region ZC. When contraction stress occurs in the first region ZA and the third region ZC on the first surface (front surface) or the second surface (back surface) of the vibrating arm 20, the first surface (front surface) or the second surface of the vibrating arm 20 is obtained. An extension stress is generated in the second region ZB on the surface (back surface). In FIG. 8A, the stress is indicated by an arrow. Further, when tensile stress is generated in the first region ZA and the third region ZC on the first surface (front surface) or the second surface (back surface) of the vibrating arm 20, the first surface (front surface) or the second surface of the vibrating arm 20 is obtained. Shrinkage stress is generated in the second region ZB on the surface (back surface).

すなわち、振動腕20を厚み方向(第3方向)に、バランスよく振動させるために、1本の振動腕20は、第1領域ZA、第2領域ZB、第3領域ZCに区分され、第1領域ZAと第2領域ZBとの間には第1節領域Qabが設けられ、第2領域ZBと第3領域ZCとの間には第2節領域Qbcが設けられる。第1節領域Qabおよび第2節領域Qbcの各々は、振動の節FC1,FC2(図8(B)の右側の図を参照)を含む。振動の節は、具体的には、振動腕20の変位を2次の微分係数として求めた際に、2次微分係数が0となる点である。そして、振動腕20の、例えば第1面の第1領域ZAと第3領域ZCにて収縮が生じるときは第2領域ZBで伸張が生じ、同様に、第1領域ZAと第3領域ZCにて伸張が生じるときは第2領域ZBで収縮が生じるようにする。これによって、安定した共振振動(面外振動)を実現することができる。   That is, in order to vibrate the vibrating arm 20 in a balanced manner in the thickness direction (third direction), one vibrating arm 20 is divided into a first area ZA, a second area ZB, and a third area ZC. A first node region Qab is provided between the region ZA and the second region ZB, and a second node region Qbc is provided between the second region ZB and the third region ZC. Each of the first node region Qab and the second node region Qbc includes vibration nodes FC1 and FC2 (see the diagram on the right side of FIG. 8B). Specifically, the vibration node is a point where the secondary differential coefficient becomes 0 when the displacement of the vibrating arm 20 is obtained as the secondary differential coefficient. For example, when contraction occurs in the first area ZA and the third area ZC on the first surface of the vibrating arm 20, expansion occurs in the second area ZB. Similarly, in the first area ZA and the third area ZC. When the expansion occurs, the contraction occurs in the second region ZB. As a result, stable resonance vibration (out-of-plane vibration) can be realized.

図8(B)の左側の図に示すように、振動腕20の第1面(表面)には櫛歯電極が形成されている。櫛歯電極は、第1電極41aと第2電極41bとを有する。第2領域ZBにおける第1電極41aと第2電極41bの相対位置関係は、第1領域ZAおよび第3領域ZCにおける第1電極41aと第2電極41bの相対位置関係とは逆になっている。よって、第2領域ZBに生じる電界の向きは、第1領域ZAおよび第3領域ZCに生じる電界の向きとは逆向きである。第1領域ZA、第2領域ZB、第3領域ZCの各々に生じる応力は、図8(B)の左側の図において、実線の矢印ならびに点線の矢印で示されている。   As shown in the diagram on the left side of FIG. 8B, comb-shaped electrodes are formed on the first surface (front surface) of the vibrating arm 20. The comb electrode has a first electrode 41a and a second electrode 41b. The relative positional relationship between the first electrode 41a and the second electrode 41b in the second region ZB is opposite to the relative positional relationship between the first electrode 41a and the second electrode 41b in the first region ZA and the third region ZC. . Therefore, the direction of the electric field generated in the second region ZB is opposite to the direction of the electric field generated in the first region ZA and the third region ZC. The stress generated in each of the first region ZA, the second region ZB, and the third region ZC is indicated by a solid line arrow and a dotted line arrow in the left side of FIG. 8B.

図8(B)の右側に示される、実線で示される振動腕20の振動姿態は、図8(B)の左側の図において、実線の矢印で示される応力が生じる場合に対応している。同様に、点線で示される振動腕20の振動姿態は、図8(B)の左側の図において、点線の矢印で示される応力が生じる場合に対応している。   The vibration state of the vibrating arm 20 indicated by the solid line shown on the right side of FIG. 8B corresponds to the case where the stress indicated by the solid line arrow is generated in the left side of FIG. 8B. Similarly, the vibration state of the vibrating arm 20 indicated by the dotted line corresponds to the case where the stress indicated by the dotted arrow is generated in the left side of FIG. 8B.

図9(A)〜図9(C)は、双音叉型振動片の構成例を示す図である。図9(A)の双音叉型振動片101aは、第1基部10aと、第2基部10bと、1本の振動腕20を有する。図9(B)の双音叉型振動片101bは、2本の振動腕20a,20bを有する。図9(C)の双音叉型振動片101cは、3本の振動腕20a,20b,20cを有する。なお、GL1およびGL2は、振動腕間の溝部を示す。n本(nは2以上の自然数)の振動腕が設けられる場合には、各振動腕を、力学的なバランスがとれるように振動させることが好ましい。これによって、双音叉型振動片における各振動腕(20a〜20c等)に、より安定した面外振動を励振することができる。   9A to 9C are diagrams illustrating a configuration example of a double tuning fork type vibrating piece. 9A includes a first base portion 10a, a second base portion 10b, and a single vibrating arm 20. The double tuning fork vibrating piece 101b in FIG. 9B has two vibrating arms 20a and 20b. The twin tuning fork type vibrating piece 101c in FIG. 9C has three vibrating arms 20a, 20b, and 20c. Note that GL1 and GL2 indicate grooves between the vibrating arms. When n (n is a natural number of 2 or more) vibrating arms are provided, it is preferable to vibrate each vibrating arm so as to achieve a dynamic balance. As a result, more stable out-of-plane vibration can be excited on each vibrating arm (20a to 20c, etc.) in the double tuning fork type vibrating piece.

3本の振動腕が設けられる場合(図9(C)の例)では、図6の例と同様に、両端の振動腕20a,20cを同相で振動させ、中央の振動腕を逆相で振動させるのが好ましい。振動腕の数は3本に限定されず、奇数本(3本、6本、9本・・・)であってもよい。   When three vibrating arms are provided (example in FIG. 9C), the vibrating arms 20a and 20c at both ends are vibrated in the same phase and the central vibrating arm is vibrated in the opposite phase as in the example in FIG. It is preferable to do so. The number of vibrating arms is not limited to three, but may be an odd number (3, 6, 9,...).

つまり、広義には、「n本の振動腕として、m本(mは3以上の奇数)の振動腕が設けられる場合において、m本の振動腕の各々を、第1振動腕〜第m振動腕とし、第1振動腕〜第m振動腕は、mの値が小さい順に、前記第2方向に並んで配置され、m本の振動腕は3つの振動腕群に区分され、第1振動腕から第(m/3)振動腕までを第1群の振動腕とし、第{(m/3)+1}振動腕から第{(2m/3)}振動腕までを第2群の振動腕とし、第{(2m/3)+1}振動腕から第m振動腕までを第3群の振動腕とし、また、第3方向は、正の第3方向(+Z軸方向)と、正の第3方向とは逆向きの負の第3方向(−Z軸方向)と、を含み、第1群の振動腕および第3群の振動腕の各々における、第1面(または第2面)の第1領域ZAおよび第3領域ZCに収縮応力が生じ、かつ第2領域ZBに伸張応力が生じているときには、第2群の振動腕における第1面(または第2面)の、第1領域ZAおよび第3領域ZCには伸張応力が生じ、かつ第2領域ZBには収縮応力が生じ、また、第1群の振動腕および第3群の振動腕の各々における、第1面(または第2面)の第1領域ZAおよび第3領域ZCに伸張応力が生じ、かつ第2領域ZBに収縮応力が生じているときには、第2群の振動腕における第1面(または第2面)の、第1領域ZAおよび第3領域ZCには収縮応力が生じ、かつ第2領域ZBには伸張応力が生じる」と、表現することができる。   In other words, in a broad sense, in the case where m (m is an odd number of 3 or more) vibrating arms are provided as n vibrating arms, each of the m vibrating arms is divided into the first vibrating arm to the mth vibrating arm. The first vibrating arm to the m-th vibrating arm are arranged side by side in the second direction in ascending order of the value of m, and the m vibrating arms are divided into three vibrating arm groups. To the (m / 3) vibrating arm is the first group of vibrating arms, and the {(m / 3) +1} vibrating arm to the {(2m / 3)} vibrating arm is the second group of vibrating arms. , From the {(2m / 3) +1} vibrating arm to the m-th vibrating arm are the third group of vibrating arms, and the third direction is a positive third direction (+ Z-axis direction) and a positive third A negative third direction (-Z-axis direction) opposite to the direction, and the first surface (or second surface) of each of the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms. 1 area ZA When the contraction stress is generated in the third region ZC and the extensional stress is generated in the second region ZB, the first region ZA and the third region of the first surface (or the second surface) of the second group of vibrating arms. A tensile stress is generated in the region ZC, and a contraction stress is generated in the second region ZB. Further, the first surface (or the second surface) of each of the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms is formed. When extension stress is generated in the first region ZA and the third region ZC and contraction stress is generated in the second region ZB, the first region of the first surface (or the second surface) of the second group of vibrating arms The contraction stress is generated in the ZA and the third region ZC, and the extension stress is generated in the second region ZB ”.

このようにすれば、平面視で、振動腕の幅方向(第2方向:Y軸方向)に力学的なバランスがとれており、かつ、振動腕の厚さ方向(面外振動方向である第3方向:Z軸方向)の力学的なバランスもとれている。よって、各振動腕(20a〜20c等)を支持する基部(第1基部10a,第2基部10b)に過度の負担がかからず、振動の漏れが抑制される。   In this way, the mechanical arm is balanced in the width direction (second direction: Y-axis direction) of the vibrating arm in a plan view, and the thickness direction of the vibrating arm (the out-of-plane vibration direction is the first direction). (3 directions: Z-axis direction) is balanced mechanically. Therefore, the base (the first base 10a and the second base 10b) that supports the vibrating arms (20a to 20c, etc.) is not overloaded, and vibration leakage is suppressed.

図10(A)および図10(B)は、3本の振動腕を有する双音叉型振動片における電極ならびに配線の配置例を示す図である。図10(A)は、振動腕の表面における電極および配線の配置を示す図である。図10(B)は、振動腕の裏面における電極および配線の配置を示す図(表面側から見た透視図)である。図10(A)および図10(B)において、各振動腕に生じる応力は、太線の矢印で示されている。   FIG. 10A and FIG. 10B are diagrams showing an arrangement example of electrodes and wirings in a double tuning fork type vibrating piece having three vibrating arms. FIG. 10A is a diagram showing the arrangement of electrodes and wirings on the surface of the vibrating arm. FIG. 10B is a diagram (a perspective view seen from the front surface side) showing the arrangement of electrodes and wirings on the back surface of the vibrating arm. 10A and 10B, the stress generated in each vibrating arm is indicated by a thick arrow.

図8の例で説明したように、各振動腕20a〜20c(幅w,厚みt(<w))の各々は、第1領域ZAと、第2領域ZBと、第3領域ZCと、第1領域ZAと第2領域ZBとの間に設けられる第1節領域Qabと、第2領域ZBと第3領域ZCとの間に設けられる第2節領域Qbcと、に区分される。   As described in the example of FIG. 8, each of the vibrating arms 20a to 20c (width w, thickness t (<w)) includes the first region ZA, the second region ZB, the third region ZC, The first node region Qab is provided between the first region ZA and the second region ZB, and the second node region Qbc is provided between the second region ZB and the third region ZC.

図10(A)に示すように、第1振動腕20aの第1面(表面)には、櫛歯電極を構成する第1電極41a(1)と、第2電極41b(1)とが設けられる。図8の例と同様に、例えば、第1領域ZAと第3領域ZCに伸張応力が生じるときには、第2領域ZBにおいて収縮応力が生じる。   As shown in FIG. 10A, the first surface (front surface) of the first vibrating arm 20a is provided with a first electrode 41a (1) and a second electrode 41b (1) that constitute a comb electrode. It is done. Similar to the example of FIG. 8, for example, when tensile stress is generated in the first region ZA and the third region ZC, contraction stress is generated in the second region ZB.

同様に、第2振動腕20bの第1面(表面)には、櫛歯電極を構成する第1電極41a(2)と、第2電極41b(2)とが設けられている。例えば、第1領域ZAと第3領域ZCに収縮応力が生じるときには、第2領域ZCにおいて伸張応力が生じる。   Similarly, on the first surface (front surface) of the second vibrating arm 20b, a first electrode 41a (2) and a second electrode 41b (2) constituting a comb-tooth electrode are provided. For example, when contraction stress is generated in the first region ZA and the third region ZC, extension stress is generated in the second region ZC.

同様に、第3振動腕20cの第1面(表面)には、櫛歯電極を構成する第1電極41a(3)と、第2電極41b(3)とが設けられる。例えば、第1領域ZAと第3領域ZCに伸張応力が生じるときには、第2領域ZBにおいて収縮応力が生じる。   Similarly, a first electrode 41a (3) and a second electrode 41b (3) constituting a comb electrode are provided on the first surface (front surface) of the third vibrating arm 20c. For example, when tensile stress is generated in the first region ZA and the third region ZC, contraction stress is generated in the second region ZB.

また、図10(A)において、L1〜L6は振動片の第1面(表面)に形成される配線を示す。また、TH1は、表面の第1電極と裏面の第1電極同士を接続するためのスルーホールである。TH2は、表面の第2電極と裏面の第1電極士を接続するためのスルーホールである。また、第1基部10aの表面(第1面)には、外部接続端子としてのボンディングパッドP1およびP2が設けられている。   In FIG. 10A, L1 to L6 indicate wirings formed on the first surface (front surface) of the resonator element. TH1 is a through hole for connecting the first electrode on the front surface and the first electrodes on the back surface. TH2 is a through hole for connecting the second electrode on the front surface and the first electrode person on the back surface. In addition, bonding pads P1 and P2 as external connection terminals are provided on the surface (first surface) of the first base portion 10a.

また、図10(B)に示すように、第1振動腕20aの第2面(裏面)には、櫛歯電極を構成する第1電極41a(1)’と、第2電極41b(1)’とが設けられる。例えば、第1領域ZAと第3領域ZCに収縮応力(圧縮応力)が生じるときには、第2領域ZBにおいて伸張応力(引っ張り応力)が生じる。   Further, as shown in FIG. 10B, on the second surface (back surface) of the first vibrating arm 20a, the first electrode 41a (1) ′ constituting the comb-tooth electrode and the second electrode 41b (1) 'And will be provided. For example, when contraction stress (compression stress) occurs in the first region ZA and the third region ZC, extension stress (tensile stress) occurs in the second region ZB.

同様に、第2振動腕20bの第2面(裏面)には、櫛歯電極を構成する第1電極41a(2)’と、第2電極41b(2)’とが設けられている。例えば、第1領域ZAと第3領域ZCに伸張応力が生じるときには、第2領域ZCにおいて収縮応力が生じる。   Similarly, on the second surface (back surface) of the second vibrating arm 20b, a first electrode 41a (2) 'and a second electrode 41b (2)' constituting a comb electrode are provided. For example, when tensile stress is generated in the first region ZA and the third region ZC, contraction stress is generated in the second region ZC.

同様に、第3振動腕20cの第2面(表面)には、櫛歯電極を構成する第1電極41c(3)’と、第2電極41b(3)’とが設けられる。例えば、第1領域ZAと第3領域ZCに収縮応力が生じるときには、第2領域ZBにおいて伸張応力が生じる。   Similarly, a first electrode 41c (3) 'and a second electrode 41b (3)' constituting a comb electrode are provided on the second surface (front surface) of the third vibrating arm 20c. For example, when a contraction stress is generated in the first region ZA and the third region ZC, an extension stress is generated in the second region ZB.

また、図10(B)において、L8〜L12は振動片の第2面(裏面)に形成される配線を示す。   In FIG. 10B, L8 to L12 indicate wirings formed on the second surface (back surface) of the resonator element.

(第4実施形態)
図11(A)および図11(B)は、双音叉型振動片を用いた加速度センサー素子および加速度センサー装置の構造の一例を示す図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 11A and FIG. 11B are diagrams showing an example of the structure of an acceleration sensor element and an acceleration sensor device using a double tuning fork type resonator element.

図11(A)の加速度センサー素子500(振動型センサー素子の一種)は、3本の振動腕(20a〜20c)を有する双音叉型振動片101c(図9(C)に示される例)を用いて構成されている。   An acceleration sensor element 500 (a kind of vibration type sensor element) in FIG. 11A includes a double tuning fork type vibration piece 101c (an example shown in FIG. 9C) having three vibration arms (20a to 20c). It is configured using.

双音叉型振動片101cの第1基部10aは、基部502の第1面に、例えば接着剤によって固定される。また、双音叉型振動片101cの第2基部10bは、錘部(質量部)506の第1面に、例えば接着剤によって固定される。各振動腕20a〜20cは、ウォークモードで所定の周波数で振動する。   The first base portion 10a of the double tuning fork type vibrating piece 101c is fixed to the first surface of the base portion 502 with an adhesive, for example. Further, the second base portion 10b of the double tuning fork type vibrating piece 101c is fixed to the first surface of the weight portion (mass portion) 506 with, for example, an adhesive. Each of the vibrating arms 20a to 20c vibrates at a predetermined frequency in the walk mode.

錘部(質量部)506は、基部502に、例えば弾性部(弾性梁やバネ等を含む)504を介して接続(連結)されている。Z軸方向に加速度が加わると、錘部(質量部)506がZ軸方向に変位する。この結果、各振動腕20a〜20cにおける振動の周波数が変化し、この周波数の変化を検出することによって、加速度の大きさを検出(特定)することができる。   The weight portion (mass portion) 506 is connected (linked) to the base portion 502 via, for example, an elastic portion (including elastic beams, springs, and the like) 504. When acceleration is applied in the Z-axis direction, the weight part (mass part) 506 is displaced in the Z-axis direction. As a result, the frequency of vibration in each of the vibrating arms 20a to 20c changes, and the magnitude of acceleration can be detected (specified) by detecting the change in frequency.

図23(B)に示される加速度センサー装置600は、図11(A)に示される加速度センサー素子500と、加速度センサー素子500を収容する気密封止パッケージ(収容体)602と、物理量検出回路604と、を有する。パッケージ内は減圧された状態となっている(例えば、真空状態となっている)。   An acceleration sensor device 600 shown in FIG. 23B includes an acceleration sensor element 500 shown in FIG. 11A, a hermetically sealed package (accommodating body) 602 that accommodates the acceleration sensor element 500, and a physical quantity detection circuit 604. And having. The inside of the package is in a decompressed state (for example, in a vacuum state).

本実施形態では、双音叉型振動片の基部を質量部(錘部)に接続しているが、シリコンダイヤフラム等の弾性を有する隔壁(広義の弾性部)に双音叉型振動片の基部を固定して、圧力センサーを形成することもできる。つまり、隔壁で隔てられる2つの空間の圧力差に応じて、隔壁(弾性部)がZ軸方向に変形すると、各振動腕20a〜20cにおける振動の周波数が変化し、この周波数の変化を検出することによって、圧力の変化を測定することができる。   In this embodiment, the base of the double tuning fork type vibrating piece is connected to the mass part (weight part), but the base of the double tuning fork type vibrating piece is fixed to an elastic partition wall (wide elastic part) such as a silicon diaphragm. Thus, a pressure sensor can be formed. That is, when the partition wall (elastic portion) is deformed in the Z-axis direction according to the pressure difference between the two spaces separated by the partition wall, the frequency of vibration in each of the vibrating arms 20a to 20c changes, and this change in frequency is detected. Thus, a change in pressure can be measured.

このように、測定対象の物理量の変化に応じて変位が生じる弾性部、あるいは弾性部に連結される質量部と、少なくとも一つの基部が、弾性部あるいは質量部に接続され、弾性部または質量部の変位によって、少なくとも1本の振動腕に振動腕の延出方向の伸縮が生じる、上記の音叉型振動片(双音叉型振動片)と、その双音叉型振動片を収容する収容体と、によって、物理量を測定するセンサー装置を実現することができる。   As described above, the elastic part that is displaced according to the change in the physical quantity of the measurement target, or the mass part connected to the elastic part and at least one base is connected to the elastic part or the mass part, and the elastic part or the mass part The above-mentioned tuning fork type vibrating piece (double tuning fork type vibrating piece), in which at least one vibrating arm expands and contracts in the extending direction of the vibrating arm, and a housing for housing the double tuning fork type vibrating piece, Thus, a sensor device for measuring physical quantities can be realized.

これによって、小型で、高精度の発振が可能な振動子を使用した、小型かつ高精度なセンサー(加速度センサーや圧力センサー等)を実現することができる。   As a result, a small and highly accurate sensor (such as an acceleration sensor or a pressure sensor) using a small vibrator that can oscillate with high accuracy can be realized.

このように、本発明の少なくとも一つの実施形態にかかる音叉型振動片によれば、面外振動(ウォークモードの振動)を利用することから、従来の面内の振動を利用する場合に比べて、音叉型振動片のダウンサイジングを無理なく行うことができる。つまり、振動腕の厚みtを小さくすることによってダウンサイジングに対応でき、振動腕の幅はそれほど小さくする必要がないことから、振動子の小型化に伴う、電極や配線を形成する際の負担を軽減することができる。   As described above, according to the tuning fork type resonator element according to at least one embodiment of the present invention, since out-of-plane vibration (walk-mode vibration) is used, compared to the case of using conventional in-plane vibration. The tuning fork type resonator element can be downsized without difficulty. That is, it is possible to cope with downsizing by reducing the thickness t of the vibrating arm, and it is not necessary to reduce the width of the vibrating arm so much, so the burden on forming electrodes and wiring accompanying the downsizing of the vibrator is reduced. Can be reduced.

以上、本発明をいくつかの実施形態を用いて説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。   Although the present invention has been described using several embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. It can be easily understood by the contractor. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings.

10 基部、20(20a〜20c) 振動腕、100 音叉型振動片、
41aと41b 表面の櫛歯電極を構成する一対の電極(第1電極および第2電極)、
41cと41d 表面の櫛歯電極を構成する一対の電極(第1電極および第2電極)
42(1)〜42(3),42(1)’〜42(3)’ 櫛歯電極の対向部分(対向電極部分あるいは交差指電極)
10 base, 20 (20a to 20c) vibrating arm, 100 tuning fork type vibrating piece,
A pair of electrodes (first electrode and second electrode) constituting the comb electrodes on the surfaces of 41a and 41b,
41c and 41d A pair of electrodes (first electrode and second electrode) constituting the comb electrodes on the surface
42 (1) to 42 (3), 42 (1) ′ to 42 (3) ′ Opposite portions of the comb-teeth electrodes (opposite electrode portions or cross finger electrodes)

Claims (14)

基部と、
前記基部から、所定面内で第1方向に延出すると共に、前記所定面内で前記第1方向に垂直な第2方向に所定幅を有し、かつ、前記第1方向および前記第2方向の各々に垂直な方向であって前記所定面に垂直な第3方向に所定厚みを有する振動腕と、
前記振動腕の第1面および前記第1面に対向する第2面の少なくとも一方に設けられ、前記第1方向の電界を生じさせる電極と、
前記第1方向の電界によって、前記振動腕に前記第1方向の伸縮を生じさせて、前記振動腕を前記第3方向に振動させ、
かつ、前記振動腕における前記第2方向の前記所定幅をwとし、前記第3方向の所定厚みをtとしたとき、w>tが成立することを特徴とする音叉型振動片。
The base,
The base extends in a first direction within a predetermined plane and has a predetermined width in a second direction perpendicular to the first direction within the predetermined plane, and the first direction and the second direction A vibrating arm having a predetermined thickness in a third direction perpendicular to each of the predetermined directions and perpendicular to the predetermined plane;
An electrode that is provided on at least one of the first surface of the vibrating arm and the second surface facing the first surface, and that generates an electric field in the first direction;
Causing the vibrating arm to expand and contract in the first direction by the electric field in the first direction, causing the vibrating arm to vibrate in the third direction;
In addition, the tuning fork type resonator element, wherein w> t is established, where w is the predetermined width in the second direction of the vibrating arm and t is the predetermined thickness in the third direction.
請求項1記載の音叉型振動片であって、
前記振動腕は、所定の結晶面を有する圧電材料板により形成され、
前記所定面は、前記所定の結晶面を含む面であり、
前記圧電材料板の、前記第1方向の電界によって前記第1方向の歪みを発生させ、前記第3方向の振動を生じさせることを特徴とする音叉型振動片。
The tuning fork type resonator element according to claim 1,
The vibrating arm is formed of a piezoelectric material plate having a predetermined crystal plane,
The predetermined plane is a plane including the predetermined crystal plane,
A tuning-fork type vibration piece, wherein the piezoelectric material plate is distorted in the first direction by an electric field in the first direction to generate vibration in the third direction.
請求項1または請求項2記載の音叉型振動片であって、
前記電極は、前記振動腕における第1面および第2面の少なくとも一方に設けられる櫛歯電極である、ことを特徴とする音叉型振動片。
It is a tuning fork type vibration piece according to claim 1 or 2,
The tuning fork-type vibrating piece according to claim 1, wherein the electrode is a comb electrode provided on at least one of the first surface and the second surface of the vibrating arm.
請求項3記載の音叉型振動片であって、
前記櫛歯電極は、
所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第1対向部分と、
前記第1対向部分に隣接して設けられ、かつ、前記所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第2対向部分と、を有し、
前記第1対向部分と前記第2対向部分は、前記振動腕の延出方向である前記第1方向に沿って配置されており、かつ、前記所定距離をL1とし、前記第1対向部分と前記第2対向部分との間の距離をL2としたとき、L1<L2が成立する、
ことを特徴とする音叉型振動片。
It is a tuning fork type vibration piece according to claim 3,
The comb electrode is
A first opposing portion consisting of a pair of electrodes arranged facing each other at a predetermined distance;
A second opposing portion comprising a pair of electrodes provided adjacent to the first opposing portion and disposed to face each other at the predetermined distance;
The first facing portion and the second facing portion are disposed along the first direction, which is the extending direction of the vibrating arm, and the predetermined distance is L1, and the first facing portion and the second facing portion are When the distance between the second facing portion is L2, L1 <L2 is established.
A tuning fork type vibration piece characterized by the above.
請求項3記載の音叉型振動片であって、
前記櫛歯電極は、
前記第2対向部分に隣接して設けられ、かつ、前記所定距離だけ離れて互いに対向して配置される一対の電極からなる第3対向部分を、さらに有し、
前記第1対向部分、前記第2対向部分、前記第3対向部分の順に、前記基部からの距離が大きくなるものとし、かつ、前記第2対向部分と前記第3対向部分との間の距離をL3としたとき、L2<L3が成立する、
ことを特徴とする音叉型振動片。
It is a tuning fork type vibration piece according to claim 3,
The comb electrode is
A third opposing portion comprising a pair of electrodes provided adjacent to the second opposing portion and disposed opposite to each other by the predetermined distance;
The distance from the base increases in the order of the first facing portion, the second facing portion, and the third facing portion, and the distance between the second facing portion and the third facing portion is When L3, L2 <L3 holds,
A tuning fork type vibration piece characterized by the above.
請求項3記載の音叉型振動片であって、
前記振動腕の前記第1面および前記第2面の少なくとも一方には凸部が設けられ、前記凸部は、前記第1方向に所定の厚みを有し、前記凸部を挟むように、前記櫛歯電極を構成する一対の電極が設けられる、
ことを特徴とする音叉型振動片。
It is a tuning fork type vibration piece according to claim 3,
A convex portion is provided on at least one of the first surface and the second surface of the vibrating arm, and the convex portion has a predetermined thickness in the first direction, and sandwiches the convex portion. A pair of electrodes constituting the comb electrode is provided,
A tuning fork type vibration piece characterized by the above.
請求項1〜請求項6のいずれかに記載の音叉型振動片であって、
前記振動腕として、前記基部から前記第1方向に延出する、n本(nは2以上の自然数)の振動腕が設けられることを特徴とする音叉型振動片。
It is a tuning fork type vibration piece in any one of Claims 1-6,
A tuning-fork type vibrating piece, wherein n vibrating arms (n is a natural number of 2 or more) extending from the base portion in the first direction are provided as the vibrating arms.
請求項7記載の音叉型振動片であって、
前記n本の振動腕として、m本(mは3以上の奇数)の振動腕が設けられ、
前記m本の振動腕の各々を、第1振動腕〜第m振動腕とし、第1振動腕〜第m振動腕は、mの値が小さい順に、前記第2方向に並んで配置され、
前記m本の振動腕は3つの振動腕群に区分され、第1振動腕から第(m/3)振動腕までを第1群の振動腕とし、第{(m/3)+1}振動腕から第{(2m/3)}振動腕までを第2群の振動腕とし、第{(2m/3)+1}振動腕から第m振動腕までを第3群の振動腕とし、また、前記第3方向は、正の第3方向と、前記正の第3方向とは逆向きの負の第3方向と、を含み、
前記第1群の振動腕および前記第3群の振動腕の各々が、前記正の第3方向に変位しているとき、前記第2群の振動腕は、前記負の第3方向に変位し、
前記第1群の振動腕および前記第3群の振動腕の各々が、前記負の第3方向に変位しているとき、前記第2群の振動腕は、前記正の第3方向に変位する、
ことを特徴とする音叉型振動片。
The tuning fork type vibrating piece according to claim 7,
As the n vibrating arms, m (m is an odd number of 3 or more) vibrating arms are provided,
Each of the m vibrating arms is a first vibrating arm to an mth vibrating arm, and the first vibrating arm to the mth vibrating arm are arranged side by side in the second direction in ascending order of the value of m.
The m vibrating arms are divided into three vibrating arm groups. The first vibrating arm to the (m / 3) vibrating arm are defined as the first vibrating arm, and the {(m / 3) +1} vibrating arm. To {(2m / 3)} vibrating arm is the second group vibrating arm, {(2m / 3) +1} vibrating arm to mth vibrating arm is the third group vibrating arm, and The third direction includes a positive third direction and a negative third direction opposite to the positive third direction,
When each of the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms is displaced in the positive third direction, the second group of vibrating arms is displaced in the negative third direction. ,
When each of the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms is displaced in the negative third direction, the second group of vibrating arms is displaced in the positive third direction. ,
A tuning fork type vibration piece characterized by the above.
請求項1〜請求項8のいずれかに記載の音叉型振動片と、
前記音叉型振動片を収容する収容体と、
を含むことを特徴とする振動子。
The tuning fork type vibrating piece according to any one of claims 1 to 8,
A housing for housing the tuning-fork type resonator element;
A vibrator characterized by comprising:
請求項1〜請求項6のいずれかに記載の音叉型振動片であって、
前記音叉型振動片は、
前記基部として、第1基部と第2基部とが設けられ、かつ、前記振動腕の一端が前記第1基部に連結され、前記振動腕の他端が前記第2基部に連結される、双音叉型振動片であることを特徴とする音叉型振動片。
It is a tuning fork type vibration piece in any one of Claims 1-6,
The tuning fork type vibrating piece is
A double tuning fork in which a first base and a second base are provided as the base, one end of the vibrating arm is connected to the first base, and the other end of the vibrating arm is connected to the second base. A tuning-fork type vibration piece characterized by being a type vibration piece.
請求項10記載の音叉型振動片であって、
前記振動腕は、
前記第1方向に順に並ぶ第1領域、第2領域および第3領域と、
前記第1領域と前記第2領域との間に設けられる第1節領域と、
前記第2領域と前記第3領域との間に設けられる第2節領域と、
を有し、
前記振動腕の前記第1面または前記第2面における前記第1領域および前記第3領域に収縮応力が生じるときは、前記振動腕の前記第1面または前記第2面における前記第2領域には伸張応力が生じ、前記振動腕の前記第1面または第2面における前記第1領域および前記第3領域に伸張応力が生じるときは、前記振動腕の前記第1面または前記第2面における前記第2領域には収縮応力が生じる、
ことを特徴とする音叉型振動片。
The tuning fork type resonator element according to claim 10,
The vibrating arm is
A first region, a second region, and a third region arranged in order in the first direction;
A first knot region provided between the first region and the second region;
A second knot region provided between the second region and the third region;
Have
When contraction stress is generated in the first region and the third region of the first surface or the second surface of the vibrating arm, the second region of the first surface or the second surface of the vibrating arm is applied to the second region. When tensile stress is generated and tensile stress is generated in the first region and the third region of the first surface or the second surface of the vibrating arm, the tensile force is applied to the first surface or the second surface of the vibrating arm. Shrinkage stress is generated in the second region,
A tuning fork type vibration piece characterized by the above.
請求項11記載の音叉型振動片であって、
前記振動腕として、n本(nは2以上の自然数)の振動腕が設けられることを特徴とする音叉型振動片。
The tuning fork type resonator element according to claim 11,
A tuning fork-type vibrating piece having n (n is a natural number of 2 or more) vibrating arms provided as the vibrating arms.
請求項12記載の音叉型振動片であって、
前記n本の振動腕として、m本(mは3以上の奇数)の振動腕が設けられ、
前記m本の振動腕の各々を、第1振動腕〜第m振動腕とし、第1振動腕〜第m振動腕は、mの値が小さい順に、前記第2方向に並んで配置され、
前記m本の振動腕は3つの振動腕群に区分され、第1振動腕から第(m/3)振動腕までを第1群の振動腕とし、第{(m/3)+1}振動腕から第{(2m/3)}振動腕までを第2群の振動腕とし、第{(2m/3)+1}振動腕から第m振動腕までを第3群の振動腕とし、また、前記第3方向は、正の第3方向と、前記正の第3方向とは逆向きの負の第3方向と、を含み、
前記第1群の振動腕および前記第3群の振動腕の各々における、前記第1面または前記第2面の前記第1領域および前記第3領域に収縮応力が生じ、かつ前記第2領域に伸張応力が生じているときには、前記第2群の振動腕における前記第1面または前記第2面の、前記第1領域および前記第3領域には伸張応力が生じ、かつ前記第2領域には収縮応力が生じ、
前記第1群の振動腕および前記第3群の振動腕の各々における、前記第1面または前記第2面の前記第1領域および前記第3領域に伸張応力が生じ、かつ前記第2領域に収縮応力が生じているときには、前記第2群の振動腕における前記第1面または前記第2面の前記第1領域および前記第3領域には収縮応力が生じ、かつ前記第2領域には伸張応力が生じる、
ことを特徴とする音叉型振動片。
The tuning fork type resonator element according to claim 12,
As the n vibrating arms, m (m is an odd number of 3 or more) vibrating arms are provided,
Each of the m vibrating arms is a first vibrating arm to an mth vibrating arm, and the first vibrating arm to the mth vibrating arm are arranged side by side in the second direction in ascending order of the value of m.
The m vibrating arms are divided into three vibrating arm groups. The first vibrating arm to the (m / 3) vibrating arm are defined as the first vibrating arm, and the {(m / 3) +1} vibrating arm. To {(2m / 3)} vibrating arm is the second group vibrating arm, {(2m / 3) +1} vibrating arm to mth vibrating arm is the third group vibrating arm, and The third direction includes a positive third direction and a negative third direction opposite to the positive third direction,
In each of the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms, contraction stress is generated in the first region and the third region of the first surface or the second surface, and in the second region. When tensile stress is generated, tensile stress is generated in the first region and the third region of the first surface or the second surface of the second group of vibrating arms, and in the second region. Contraction stress occurs,
In each of the first group of vibrating arms and the third group of vibrating arms, tensile stress is generated in the first region and the third region of the first surface or the second surface, and in the second region When contraction stress is generated, contraction stress is generated in the first region and the third region of the first surface or the second surface in the second group of vibrating arms, and expansion is performed in the second region. Stress occurs,
A tuning fork type vibration piece characterized by the above.
測定対象の物理量の変化に応じて変位が生じる弾性部、あるいは前記弾性部に連結される質量部と、
少なくとも一つの基部が、前記弾性部あるいは前記質量部に接続され、前記弾性部または前記質量部の変位によって、振動腕に前記振動腕の延出方向の伸縮が生じる、請求項10〜請求項13のいずれかに記載の音叉型振動片と、
前記音叉型振動片を収容する収容体と、
を含むことを特徴とするセンサー装置。
An elastic part in which displacement occurs according to a change in a physical quantity of a measurement object, or a mass part connected to the elastic part;
The at least one base is connected to the elastic part or the mass part, and the elastic arm or the mass part is displaced to cause expansion and contraction of the vibrating arm in the extending direction of the vibrating arm. A tuning-fork type vibrating piece according to any one of
A housing for housing the tuning-fork type resonator element;
A sensor device comprising:
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