JP2013251775A - 圧電振動片及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、耐衝撃性が確保され、振動特性の変動が抑えられた圧電振動片及び圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電振動片（１３０）は、所定の振動数で振動する矩形形状の振動部（１３１）と、振動部の周りを囲み振動部に面する内部側面（１３８）を有する枠部（１３２）と、振動部と枠部とを連結する連結部（１３３）と、を有し、連結部が振動部の短辺に面する内部側面に連結され、振動部側に突き出た突起（１３７）が、連結部が連結される内部側面に形成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、枠部が形成されている圧電振動片及び圧電デバイスに関する。

所定の振動数で振動する振動部と、振動部を囲むように形成される枠部と、振動部及び枠部を連結する連結部と、を有する圧電振動片が知られている。また、圧電振動片の枠部の一方の主面及び他方の主面にそれぞれベース板及びリッド板が接合されて形成される圧電デバイスが知られている。このような圧電デバイスはプリント基板等に実装されて用いられるが、プリント基板から受ける応力が振動部に伝わることにより振動部の振動数の特性が変動するという問題がある。

このような問題に対して、例えば特許文献１では、連結部に切欠き部を形成することにより枠部から振動部に伝わる応力が緩和される旨を開示している。

特開２００７−２１４９４２号公報

しかし、特許文献１では、連結部に切欠き部を形成することにより連結部の強度が弱くなり、圧電デバイスの耐衝撃性が弱くなることが懸念される。また連結部は、細くすれば圧電デバイスの耐衝撃性が低下し、太くすれば振動部へ応力が伝わりやすくなり振動特性が変化しやすくなるというトレードオフの関係にある。そのため、連結部の設計のみに頼らない応力への対策も求められている。

本発明は、耐衝撃性が確保され、振動特性の変動が抑えられた圧電振動片及び圧電デバイスを提供することを目的とする。

第１観点の圧電振動片は、所定の振動数で振動する矩形形状の振動部と、振動部の周りを囲み振動部に面する内部側面を有する枠部と、振動部と枠部とを連結する連結部と、を有し、振動部側に突き出た突起が、連結部が連結される振動部の辺に面する内部側面又は連結部の近傍の内部側面の少なくとも一方に形成される。

第２観点の圧電振動片は、第１観点において、連結部が振動部の短辺に面する内部側面に連結される。

第３観点の圧電振動片は、第１観点及び第２観点において、連結部が１本である。

第４観点の圧電振動片は、第１観点及び第２観点において、連結部が２本であり振動部の一方の短辺の両端又はその近傍にそれぞれ連結されている。

第５観点の圧電振動片は、第１観点及び第２観点において、連結部が２本であり、各連結部がそれぞれ振動部の一方及び他方の短辺に連結されている。

第６観点の圧電振動片は、第１観点から第５観点において、連結部が連結される内部側面に、複数の突起が形成される。

第７観点の圧電振動片は、第１観点から第６観点において、突起が、三角形状、四角形状、又は半円形状に形成される。

第８観点の圧電デバイスは、第１観点から第７観点の圧電振動片と、圧電振動片の一方の主面に接合されるベース板と、圧電振動片の他方の主面に振動部を密封するように接合されるリッド板と、を有する。

本発明の圧電振動片及び圧電デバイスによれば、振動部へ伝わる応力の影響を抑えることにより、振動部の振動数の特性の変動を抑えることができる。

圧電デバイス１００の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、圧電振動片１３０の＋Ｙ’軸側の面の平面図である。 （ｂ）は、−Ｙ’軸側の面に形成される電極が示された圧電振動片１３０の平面図である。 （ａ）は、圧電振動片２３０の＋Ｙ’軸側の面の平面図である。 （ｂ）は、−Ｙ’軸側の面に形成される電極が示された圧電振動片２３０の平面図である。 （ａ）は、圧電振動片３３０の＋Ｙ’軸側の平面図である。 （ｂ）は、圧電振動片４３０の＋Ｙ’軸側の平面図である。 （ａ）は、圧電振動片５３０の＋Ｙ’軸側の面の平面図である。 （ｂ）は、圧電振動片６３０の＋Ｙ’軸側の面の平面図である。 （ａ）は、圧電振動片７３０の＋Ｙ’軸側の面の平面図である。 （ｂ）は、−Ｙ’軸側の面に形成される電極が示された圧電振動片７３０の平面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施形態）
＜圧電デバイス１００の構成＞
図１は、圧電デバイス１００の分解斜視図である。圧電デバイス１００は、リッド板１１０と、ベース板１２０と、圧電振動片１３０と、により構成されている。圧電振動片１３０には例えばＡＴカットの水晶振動片が用いられる。ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。以下の説明では、ＡＴカットの水晶振動片の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイス１００においては圧電デバイス１００の長辺方向をＸ軸方向、圧電デバイス１００の高さ方向をＹ’軸方向、Ｘ及びＹ’軸方向に垂直な方向をＺ’軸方向として説明する。

圧電振動片１３０は、所定の振動数で振動し矩形形状に形成された振動部１３１と、振動部１３１を囲む枠部１３２と、振動部１３１と枠部１３２とを連結する２本の連結部１３３と、を有している。振動部１３１と枠部１３２との間の連結部１３３以外の領域には、圧電振動片１３０をＹ’軸方向に貫通する貫通溝１３６が形成されている。振動部１３１の＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側の面には励振電極１３４が形成されており、各励振電極１３４からは連結部１３３を通り枠部１３２にまで引出電極１３５が引き出されている。また、枠部１３２の振動部１３２に面する内部側面１３８（図３（ａ）参照）には振動部１３１側に突き出た突起１３７が形成されている。

ベース板１２０は、＋Ｙ’軸側の面に、凹部１２１と、凹部１２１を囲む接合面１２２と、＋Ｙ’軸側の面の四隅に配置される接続電極１２３とが形成されている。接合面１２２は、圧電振動片１３０の枠部１３２の−Ｙ’軸側の面に接合材１４０（図２参照）を介して接合される。また、ベース板１２０の−Ｙ’軸側の面には一対の実装端子１２４が形成されている。さらに、ベース板１２０の側面の四隅にはキャスタレーション１２６が形成されており、キャスタレーション１２６にはキャスタレーション電極１２５が形成されている。キャスタレーション電極１２５は、接続電極１２３と実装端子１２４とを電気的に接続している。また、−Ｘ軸側の−Ｚ’軸側の角に形成されている接続電極１２３は圧電振動片１３０の−Ｘ軸側の−Ｚ’軸側の角に形成されている引出電極１３５に電気的に接続され、＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角に形成されている接続電極１２３は圧電振動片１３０の＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角に形成される引出電極１３５に電気的に接続される。

リッド板１１０は、−Ｙ’軸側の面に、凹部１１１と、凹部１１１を囲む接合面１１２とが形成されている。接合面１１２は、圧電振動片１３０の枠部１３２の＋Ｙ’軸側の面に接合材１４０（図２参照）を介して接合される。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。圧電デバイス１００は、圧電振動片１３０の＋Ｙ’軸側にリッド板１１０が配置され、−Ｙ’軸側にベース板１２０が配置されている。また、圧電デバイス１００の内部には、リッド板１１０の凹部１１１及びベース板１２０の凹部１２１によりキャビティ１５０が形成されており、キャビティ１５０には振動部１３１が配置されている。キャビティ１５０は、リッド板１１０の接合面１１２と枠部１３２の＋Ｙ’軸側の面との間、及びベース板１２０の接合面１２２と枠部１３２の−Ｙ’軸側の面との間に接合材１４０が形成されることにより密封されている。また、枠部１３２に形成される引出電極１３５がベース板１２０に形成される接続電極１２３に電気的に接続されることにより、励振電極１３４と実装端子１２４とが電気的に接続される。

図３（ａ）は、圧電振動片１３０の＋Ｙ’軸側の面の平面図である。圧電振動片１３０は、振動部１３１と、振動部１３１を囲む枠部１３２と、振動部１３１と枠部１３２とを連結する２本の連結部１３３と、により構成されている。振動部１３１は矩形形状に形成されており、振動部１３１の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側には短辺が形成され、＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側には長辺が形成されている。また、枠部１３２の振動部１３１に面する側面を内部側面１３８とすると、２本の連結部１３３が振動部１３１の−Ｘ軸側の内部側面１３８に連結されている。また、振動部１３１の−Ｘ軸側の内部側面１３８には、内部側面１３８から振動部１３１方向に突き出た形の三角形状の突起１３７が形成されている。突起１３７は、−Ｚ’軸側の連結部１３３の−Ｚ’軸側、＋Ｚ’軸側の連結部１３３の＋Ｚ’軸側、及び２本の連結部１３３の間にそれぞれ形成されている。また、振動部１３１の＋Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１３４から引き出されている引出電極１３５が、＋Ｚ’軸側の連結部１３３を通り、貫通溝１３６の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の端の側面に形成されている側面電極１３９に接続されている。

図３（ｂ）は、−Ｙ’軸側の面に形成される電極が示された圧電振動片１３０の平面図である。図３（ｂ）は、圧電振動片１３０の−Ｙ’軸側の面を＋Ｙ’軸側から−Ｙ’軸方向に透過して見た図として示されている。振動部１３１の−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１３４からは、−Ｚ’軸側の連結部１３３を通り、枠部１３２の−Ｙ’軸側の面の−Ｘ軸側の辺の−Ｚ’軸側の角まで引出電極１３５が引き出されている。また、貫通溝１３６に形成されている側面電極１３９からは、＋Ｚ’軸側の枠部１３２を通り枠部１３２の−Ｙ’軸側の面の＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角にまで引出電極１３５が引き出されている。

圧電デバイス１００がプリント基板等に実装された場合には、プリント基板から応力を受ける。この応力は振動部１３１に伝わって振動部１３１の振動数の特性を変化させる原因になる。特に、プリント基板が曲げられることにより発生し、連結部１３３が連結されている枠部１３２の短辺にかかる曲げ応力は振動部１３１に伝わりやすく、振動数の特性に対して大きな影響を与える。連結部１３３の幅が狭ければ枠部１３２の応力が振動部１３１に伝わり難く、振動部１３１に与える影響が弱くなる。しかし、連結部１３３の耐衝撃性が弱くなり、圧電デバイス１００の落下等の衝撃により圧電デバイス１００が破損しやすくなる。一方、連結部１３３の幅を広くした場合には、圧電デバイス１００の耐衝撃性は高くなるものの、枠部１３２に生じた応力が振動部１３１に伝わりやすく、応力が振動部１３１の振動に影響を及ぼしやすくなる。これに対して、圧電デバイス１００では、突起１３７が形成されることにより、連結部１３３にかかる応力が小さくされている。そのため、圧電デバイス１００の耐衝撃性が高くなり、振動部１３１に伝わる応力も小さくなるため振動数の特性の変化が抑えられている。

圧電デバイス１００では、連結部１３３が連結される枠部１３２の内部側面１３８に突起１３７が形成されていることにより枠部１３２の断面積が変化しているため、枠部１３２を伝わる応力の大きさも枠部１３２内で変化する。この応力の変化は、突起１３７等の枠部１３２の断面積が大きく変化する箇所に集中する。すなわち、枠部１３２に生じる応力は突起１３７に分散され、枠部１３２の応力が連結部１３３にのみに集中することがないため、結果として連結部１３３にかかる応力が緩和される。また、連結部１３３にかかる応力が緩和されることにより振動部１３１に伝わる応力も小さくなるため、枠部１３２から振動部１３１への応力の影響が弱くなり、振動部１３１の振動に与える影響が抑えられる。すならち、圧電デバイス１００では振動部１３１への応力の影響が抑えられることにより連結部１３３の幅を広く設定することができる余地が生じ、連結部１３３の幅を広くすることで求める耐衝撃性を得ることができる。

また、圧電振動片１３０では、枠部１３２の幅が細くなるように削られていないため、枠部１３２の強度が弱くならず好ましい。さらに、接合材１４０が形成される面積が狭くならないため、キャビティ１５０の密封強度が弱くならない。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される圧電振動片１３０では、振動部１３１の−Ｘ軸側の辺の両端の近傍に連結部１３３が連結されているが、連結部１３３は振動部１３１の−Ｘ軸側の辺の両端に連結されていても良い。また、圧電振動片１３０には３つの突起１３７が形成されているが、１つの突起１３７の形成でも連結部１３３にかかる応力を緩和することができる。

（第２実施形態）
圧電振動片は、連結部の連結箇所及び本数などが圧電振動片１００とは異なっていても良い。また、突起の形状が突起１３７とは異なっていても良い。以下に圧電振動片の変形例として、圧電振動片２３０から圧電振動片７３０を説明する。また以下の説明では、第１実施形態と同じ部分には同じ記号を用いてその説明を省略する。

＜圧電振動片２３０の構成＞
図４（ａ）は、圧電振動片２３０の＋Ｙ’軸側の面の平面図である。圧電振動片２３０は、振動部１３１と、枠部１３２と、１本の連結部２３３と、により構成されている。圧電振動片２３０では、連結部２３３が振動部１３１の−Ｘ軸側の辺の中央に連結されており、振動部１３１と枠部１３２との間には貫通溝２３６が形成されている。また、圧電振動片２３０では、突起１３７が振動部１３１の−Ｘ軸側の内部側面１３８において、連結部２３３の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側に形成されている。また、振動部１３１の＋Ｙ’軸側に形成されている励振電極１３４からは貫通溝２３６の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側まで引出電極２３５が引き出され、引出電極２３５は貫通溝２３６の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の側面に形成される側面電極２３９に電気的に接続されている。

図４（ｂ）は、−Ｙ’軸側の面に形成される電極が示された圧電振動片２３０の平面図である。図４（ｂ）は、圧電振動片２３０の−Ｙ’軸側の面を＋Ｙ’軸側から−Ｙ’軸方向に透過して見た図として示されている。振動部１３１の−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１３４からは、連結部２３３の−Ｙ’軸側の面を通り、枠部１３２の−Ｙ’軸側の面の−Ｘ軸側の辺の−Ｚ’軸側の角まで引出電極２３５が引き出されている。また貫通溝２３６に形成されている側面電極２３９からは、＋Ｚ’軸側の枠部１３２を通り枠部１３２の−Ｙ’軸側の面の＋Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角にまで引出電極１３５が引き出されている。

圧電振動片２３０では、圧電振動片１３０と同様に、枠部１３２に形成される突起１３７に応力を集中させることにより枠部１３２に発生する応力を分散させ、連結部２３３にかかる応力を緩和させることができる。これにより、圧電振動片２３０の耐衝撃性が向上し、振動数の変動が抑えられる。

＜圧電振動片３３０の構成＞
図５（ａ）は、圧電振動片３３０の＋Ｙ’軸側の平面図である。圧電振動片３３０は、振動部１３１と、枠部１３２と、連結部２３３と、を有している。また、連結部２３３の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側にはそれぞれ突起１３７が２個ずつ形成され、計４個の突起１３７が形成されている。図５（ａ）の圧電振動片３３０に示されるように、突起１３７は内部側面１３８に２個以上形成されていても良く、形成される突起１３７の個数が増加すれば枠部１３２にかかる応力の分散が進み、連結部２３３にかかる応力も小さくなる。

＜圧電振動片４３０の構成＞
図５（ｂ）は、圧電振動片４３０の＋Ｙ’軸側の平面図である。圧電振動片４３０は、振動部１３１と、枠部１３２と、連結部２３３と、を有し、連結部２３３の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側にはそれぞれ突起４３７が４個ずつ形成されている。突起４３７は平面形状が三角形状に形成されている。また、突起１３７のＸ軸方向の幅を幅ＷＸ１、Ｚ’軸方向の幅を幅ＷＺ１とすると（図５（ａ）参照）、突起４３７はＸ軸方向の幅が幅ＷＸ１よりも小さい幅ＷＸ２、Ｚ’軸方向の幅が幅ＷＺ１よりも小さい幅ＷＺ２に形成されている。圧電振動片に形成される突起は、図５（ｂ）に示されるように多くの個数の小さい突起が形成されても良く、また、逆に大きな突起が形成されても良い。

＜圧電振動片５３０の構成＞
図６（ａ）は、圧電振動片５３０の＋Ｙ’軸側の面の平面図である。圧電振動片５３０は、振動部１３１と、枠部１３２と、連結部２３３と、を有し、連結部２３３の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側にはそれぞれ突起５３７が１個ずつ形成されている。突起５３７の平面形状は半円形状に形成されている。突起の平面形状は、突起１３７のように先端が尖って形成されない半円形状に形成されても良い。

＜圧電振動片６３０の構成＞
図６（ｂ）は、圧電振動片６３０の＋Ｙ’軸側の面の平面図である。圧電振動片６３０は、振動部１３１と、枠部１３２と、連結部２３３と、を有し、連結部２３３の＋Ｚ’軸側及び−Ｚ’軸側にはそれぞれ突起６３７が１個ずつ形成されている。突起６３７の平面形状は四角形状に形成されている。突起の平面形状は、突起６３７のように四角形状に形成されていても良い。

＜圧電振動片７３０の構成＞
図７（ａ）は、圧電振動片７３０の＋Ｙ’軸側の面の平面図である。圧電振動片７３０は、振動部１３１と、枠部１３２と、連結部７３３と、を有している。連結部７３３は、振動部１３１の＋Ｘ軸側の−Ｚ’軸側及び−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側にそれぞれ連結されており、振動部１３１と枠部１３２との間には貫通溝７３６が形成されている。また、圧電振動片７３０では、突起１３７が振動部１３１の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の内部側面１３８にそれぞれ１個ずつ形成されている。また、振動部１３１の＋Ｙ’軸側に形成されている励振電極１３４からは、振動部１３１の−Ｘ軸側に連結されている連結部７３３を介して貫通溝７３６の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側まで引出電極７３５が引き出され、引出電極７３５は貫通溝７３６の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の側面に形成される側面電極７３９に電気的に接続されている。

図７（ｂ）は、−Ｙ’軸側の面に形成される電極が示された圧電振動片７３０の平面図である。図７（ｂ）は、圧電振動片７３０の−Ｙ’軸側の面を＋Ｙ’軸側から−Ｙ’軸方向に透過して見た図として示されている。振動部１３１の−Ｙ’軸側の面に形成されている励振電極１３４からは、＋Ｘ軸側に形成されている連結部７３３の−Ｙ’軸側の面を通り、枠部１３２の−Ｙ’軸側の面の＋Ｘ軸側の辺の−Ｚ’軸側の角まで引出電極７３５が引き出されている。また貫通溝７３６に形成されている側面電極７３９からは、枠部１３２の−Ｙ’軸側の面の−Ｘ軸側の＋Ｚ’軸側の角にまで引出電極７３５が引き出されている。

圧電振動片７３０では、連結部７３５が連結される＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の枠部１３２の内部側面１３８に、それぞれ突起１３７が形成されている。そのため、枠部１３２の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の各部分では、枠部１３２の応力が分散され、各連結部７３５に応力が集中することが抑えられている。これにより、連結部２３３にかかる応力が緩和し、圧電振動片２３０の耐衝撃性が向上して振動数の変動が抑えられている。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。

例えば、突起は、連結部が連結される内部側面と同じ側の内部側面に形成されていなくても良い。例えば図７（ａ）において、突起１３７が−Ｚ’軸側の枠部１３２の内部側面１３８の＋Ｘ軸側、及び＋Ｚ’軸側の枠部１３２の内部側面１３８の−Ｘ軸側の各連結部７３３の近傍に形成されていても良い。突起１３７が連結部７３３の近傍に形成されることにより、連結部７３３の周囲にかかる応力を緩和することができ、結果として連結部７３３にかかる応力を緩和することができる。

また、上記の実施形態では圧電振動片にＡＴカットの水晶振動片である場合を示したが、同じように厚みすべりモードで振動するＢＴカットの水晶振動片などであっても同様に適用できる。さらに圧電振動片は水晶材のみならず、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムあるいは圧電セラミックを含む圧電材に基本的に適用できる。

１００ … 圧電デバイス
１１０ … リッド板
１１１ … 凹部
１１２ … 接合面
１２０ … ベース板
１２１ … 凹部
１２２ … 接合面
１２３ … 接続電極
１２４ … 実装端子
１２５ … キャスタレーション電極
１２６ … キャスタレーション
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０ … 圧電振動片
１３１ … 振動部
１３２ … 枠部
１３３、２３３、７３３ … 連結部
１３４ … 励振電極
１３５、２３５、７３５ … 引出電極
１３６、２３６ … 貫通溝
１３７、４３７、５３７、６３７ … 突起
１３８ … 内部側面
１３９、２３９、７３９ … 側面電極
１４０ … 接合材
１５０ … キャビティ

Claims (8)

1. 所定の振動数で振動する矩形形状の振動部と、
   前記振動部の周りを囲み、前記振動部に面する内部側面を有する枠部と、
   前記振動部と前記枠部とを連結する連結部と、を有し、
   前記振動部側に突き出た突起が、前記連結部が連結される前記振動部の辺に面する前記内部側面又は前記連結部の近傍の前記内部側面の少なくとも一方に形成される圧電振動片。
2. 前記連結部は前記振動部の短辺に面する前記内部側面に連結される請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記連結部は１本である請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片。
4. 前記連結部は２本であり前記振動部の一方の短辺の両端又はその近傍にそれぞれ連結されている請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片。
5. 前記連結部は２本であり、前記各連結部がそれぞれ前記振動部の一方及び他方の短辺に連結されている請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片。
6. 前記連結部が連結される前記内部側面に、複数の前記突起が形成される請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧電振動片。
7. 前記突起は、三角形状、四角形状、又は半円形状に形成される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の圧電振動片。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の圧電振動片と、
   前記圧電振動片の一方の主面に接合されるベース板と、
   前記圧電振動片の他方の主面に前記振動部を密封するように接合されるリッド板と、
   を有する圧電デバイス。