JP2015226070A - 圧電振動片及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、熱歪による応力の振動特性への影響が抑えられ、大型化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１１０は、所定の振動周波数で振動し、両主面の中央にそれぞれ形成される励振電極１４１及び励振電極からそれぞれ外周に引き出される引出電極１４２を有する振動部１１１と、振動部から離れて振動部を取り囲み、振動部に面する内辺及び最外周の辺である外辺を有し、一対の接続電極１４３が形成される枠部１１２と、を備える。また、圧電振動片は、接続電極が、導電性接着剤１５１又はろう材を介して振動部を枠部に固定するとともに引出電極に接合される接合領域１４４と、振動部を外部と導通させると共に枠部を固定する固定領域１４５と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、応力による振動特性への影響が抑えられた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圧電振動片と、圧電振動片を固定するベースと、圧電振動片を密封するカバーと、を有す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、圧電振動片が、異なる他の材料で形成されたベース等に固定される。この場合、圧電振動片とベース等との熱膨張係数の違いによる熱歪により圧電振動片に応力がかかり、圧電振動片の振動特性に影響を及ぼす場合があった。

これに対して、例えば特許文献１では、フレキシブル基板に圧電振動片を載置し、フレキシブル基板を支持具等に固定して、フレキシブル基板により外力を吸収する旨が示されている。また、特許文献２では、圧電振動片と同一の熱膨張係数を有する台座に載置することで、圧電振動片にかかる応力を緩和し、振動特性を良好とする旨が示されている。

実開昭６３−１３８７２２号公報 特開２０１０−１３５８９０号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２では、フレキシブル基板又は台座等の他の基板を圧電デバイス内に加えることになるため、圧電デバイスの高さ等の外形が大きくなり、圧電デバイスの低背化等の小型化が困難になっていた。

本発明は、熱歪による応力の振動特性への影響が抑えられ、大型化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、所定の振動周波数で振動し、両主面の中央にそれぞれ形成される励振電極及び励振電極からそれぞれ外周に引き出される引出電極を有する振動部と、振動部から離れて振動部を取り囲み、振動部に面する内辺及び最外周の辺である外辺を有し、一対の接続電極が形成される枠部と、を備える。また、圧電振動片は、接続電極が、導電性接着剤又はろう材を介して振動部を枠部に固定するとともに引出電極に接合される接合領域と、振動部を外部と導通させると共に枠部を固定する固定領域と、を有する。

第２観点の圧電振動片は、第１観点において、枠部が、振動部と同じ材料又は振動部と熱膨張率が同じ材料で形成される。

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、振動部が円盤状に形成され、枠部の内辺が円形又は矩形に形成される。

第４観点の圧電振動片は、第１観点から第３観点において、引出電極が振動部の中心から見て０度の方向及び１８０度の方向に引き出され、接合領域が振動部の中心から見て０度の方向及び１８０度の方向に配置され、固定領域が振動部の中心から見て９０度の方向及び２７０度の方向に配置されている。

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、振動部が円盤状に形成され、引出電極が振動部の中心から見て６０度及び３００度の方向に引き出されるとともに、振動部の外周には振動部を枠部に固定するための第１振動部固定パッドが形成される。また、枠部の内辺が円形に形成されるとともに、枠部には、導電性接着剤又はろう材を介して第１振動部固定パッドに接合され、接続電極に導通しない第２振動部固定パッド及び振動部の中心から見て０度の方向に接続電極に導通せず枠部を固定する枠部固定パッドが形成される。さらに、枠部には、振動部の中心から見て６０度及び３００度の方向に接合領域が配置され、１２０度及び２４０度の方向には固定領域が配置され、１８０度の方向には第１振動部固定パッド及び第２振動部固定パッドが形成される。

第６観点の圧電振動片は、第１観点及び第２観点において、内辺の内側には複数の振動部が配置される。

第７観点の圧電振動片は、第１観点において、内辺の内側には複数の振動部が配置され、複数の振動部が、所定の出力信号を発生する第１振動部と、第１振動部とは異なり、温度と振動周波数との関係が関数で表され温度センサとして使用される第２振動部と、を含む。

第８観点の圧電振動片は、第６観点及び第７観点において、枠部及び複数の振動部が第１方向及び第２方向に辺が伸びる矩形に形成され、各振動部が第１方向に並んで配置され、引出電極が各振動部において第２方向側の一方の辺及び一方の辺の反対側の他方の辺に引き出され、各振動部の一方の辺及び他方の辺に対応するように枠部の第１方向に伸びる一辺及び一辺の反対側の他辺にそれぞれ接合領域が形成される。

第９観点の圧電振動片は、第６観点及び第７観点において、枠部及び複数の振動部が矩形に形成され、複数の振動部の全てが枠部の一辺のみに接合される。

第１０観点の圧電振動片は、両主面を有し、所定の振動周波数で振動する振動部と、振動部の両主面にそれぞれ向かい合うように振動部とは離れて配置され、振動部に向かい合う面に形成される励振電極及び励振電極から引き出される引出電極を有する一対の励振電極用ブランクと、振動部よりも厚く形成され、振動部から離れて振動部を取り囲み、引出電極にそれぞれ電気的に接合される一対の接続電極が形成され、導電性接着剤又はろう材を介して振動部及び一対の励振電極用ブランクが固定される枠部と、を有する。

第１１観点の圧電デバイスは、第１観点から第１０観点の圧電振動片と、圧電振動片が固定されるベースと、圧電振動片を密封するカバーと、を有す。

本発明の圧電振動片及び圧電デバイスによれば、熱歪による応力の振動特性への影響を抑えることができる。

（ａ）は、圧電デバイス１００の概略側面図である。 （ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、圧電デバイス２００の上面図である。 （ｂ）は、圧電デバイス２００の側面図である。 （ａ）は、圧電デバイス３００の断面図である。 （ｂ）は、圧電デバイス３００の概略側面図である。 （ａ）は、圧電振動片３１０の分解平面図である。 （ｂ）は、圧電振動片３１０の側面図である。 圧電デバイス４００の分解斜視図である。 （ａ）は、圧電デバイス４００の上面図である。 （ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ｃ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は、圧電デバイス５００の上面図である。 （ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 （ｃ）は、図７（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。 （ａ）は、圧電デバイス６００の上面図である。 （ｂ）は、図８（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。 （ｃ）は、図８（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。

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（ａ）は、圧電デバイス１００の概略側面図である。圧電デバイス１００は、圧電振動片１１０と、圧電振動片１１０を載置するベース１２０と、ベース１２０と接合して圧電振動片１１０を密封するカバー１３０と、を有している。図１（ａ）では、カバー１３０を透過するように見た場合の圧電デバイス１００の側面図が示されている。また、以下の説明では、圧電デバイスの高さ方向をＹ軸方向、ベースの長辺が伸びる方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交し、ベースの短辺が伸びる方向をＺ軸方向として説明する。

ベース１２０は、＋Ｙ軸側から見た場合の平面形状が、Ｘ軸方向に長辺が伸び、Ｚ軸方向に短辺が伸びる矩形形状に形成されている。ベース１２０は絶縁体で形成されており、２本のリード端子１２２がベース１２０を貫通してＸ軸方向に並んで配置されている。各リード端子１２２の＋Ｙ軸側の端にはサポータ１２１が固定されており、リード端子１２２とサポータ１２１とが互いに電気的に接続されている。

圧電振動片１１０は、所定の振動周波数で振動する振動部１１１と、振動部１１１から離れて振動部１１１を取り囲む枠部１１２と、により形成されている。振動部１１１は円盤状に形成されており、枠部１１２は振動部１１１を取り囲むリング状に形成されている。枠部１１２の振動部１１１に面する内側の内辺は振動部１１１の外形に合わせて円形に形成されている。これにより、振動部１１１と枠部１１２とは所定の距離だけ離れて形成される。

振動部１１１の＋Ｚ軸側の面及び−Ｚ軸側の面の中央にはそれぞれ励振電極１４１が形成されている。各励振電極１４１は同じ形、同じ大きさであり、全体がＺ軸方向に重なるように形成されている。また、振動部１１１の中心から見て＋Ｙ軸方向から＋Ｘ軸方向へ回転する場合の回転角をθとすると、＋Ｚ軸側の励振電極１４１からはθ＝１８０°となる方向に引出電極１４２が引き出され、−Ｚ軸側の励振電極１４１からはθ＝０°となる方向に引出電極１４２が引き出されている。各引出電極１４２は振動部１１１の外周にまで引き出されている。

枠部１１２には一対の接続電極１４３が形成されている。各接続電極１４３は、導電性接着剤１５１を介して引出電極１４２に接続される接合領域１４４と、枠部１１２をベース１２０等に固定するための固定領域１４５と、を含んで形成されている。各接続電極１４３は、接合領域１４４と固定領域１４５とを繋ぐように形成されている。なお、導電性接着剤１５１を用いる代わりにＡｕ−Ｇｅ合金等のろう材によりろう付けされても良い。

枠部１１２に形成される接合領域１４４は、振動部１１１の中心から見てθ＝０°及び１８０°となる方向に形成されており、固定領域１４５は振動部１１１の中心から見てθ＝２７０°及び９０°となる方向に形成されている。各接合領域１４４は導電性接着剤１５１を介して引出電極１４２に電気的に接続される。また、θ＝０°方向に形成される接合領域１４４からは−Ｘ軸方向に、θ＝１８０°方向に形成される接合領域１４４からは＋Ｘ軸方向に、それぞれ接続電極１４３が伸び、枠部１１２のθ＝２７０°方向及びθ＝９０°方向に形成される固定領域１４５に接続される。各固定領域１４５は、導電性接着剤１５１を介してサポータ１２１に固定され、サポータ１２１と電気的に接続される。

カバー１３０は、ベース１２０に接合され、圧電デバイス１００に密封されたキャビティ１０１を形成する。キャビティ１０１は、不活性ガスで満たされ又は真空に引かれた状態に保持され、圧電振動片１１０が配置される。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。振動部１１１に形成される引出電極１４２は、振動部１１１の＋Ｙ軸側及び−Ｙ軸側の側面にまで引き出されている。また、接合領域１４４は、枠部１１２の振動部１１１に面する内辺の側面を含む領域に形成されている。圧電振動片１１０では、引出電極１４２と接続電極１４３の接合領域１４４との間に導電性接着剤１５１が形成されることにより、振動部１１１が枠部１１２に固定され、接続電極１４３と引出電極１４２とが電気的に接続されている。

従来の圧電デバイスでは、振動部に直接サポータ１２１が取り付けられることにより、圧電振動片がキャビティ内に載置されていた。しかしこの場合、振動部とサポータとが直接的に接合されるため、サポータの応力が振動部に加わり易く、サポータの応力が振動部の振動を妨げて振動部の振動周波数に影響を与える場合があった。また、応力は経時変化等で緩和されるが、それに伴い振動周波数も経時的に変化して長期周波数の安定度を悪くする場合があった。

圧電デバイス１００では振動部１１１とサポータ１２１とが直接接触していないため、振動部１１１に加わるサポータ１２１からの応力が大きく低減される。これにより、振動部１１１の振動が妨げられず、振動部１１１の振動周波数に影響が及ぶことが防がれる。

また、圧電デバイス１００では、サポータ１２１が接続される固定領域１４５にサポータ１２１からの応力がかかるが、接合領域１４４が固定領域１４５から離れた位置に形成されていること、及び振動部１１１と枠部１１２とが一体的に形成されず、導電性接着剤１５１を介して接合されていることにより、接合領域１４４に接合される振動部１１１に応力が伝わることが妨げられており、振動部１１１の振動周波数に影響が及ぶことが防がれている。

また、振動部１１１と枠部１１２とは、熱膨張率が近い材料又は熱膨張率が同じ材料で形成されることが望ましい。例えば、振動部１１１が水晶で形成される場合には、枠部１１２も水晶で形成されることが望ましい。圧電デバイス１００では、外気温の変化等により圧電振動片１１０の温度に変化が生じる場合がある。このような温度変化は枠部１１２及び振動部１１１を膨張又は収縮させ、これに伴って枠部１１２が振動部１１１に応力を与えることが考えられる。しかし、圧電振動片１１０の枠部１１２と振動部１１１との熱膨張率が同じ又は近い場合には、振動部１１１も枠部１１２の膨張又は収縮に合わせて膨張又は収縮をするため、振動部１１１と枠部１１２との間に応力が生じることが防がれ、振動部１１１の振動周波数に影響が及ぶことが防がれる。

また、圧電振動片１１０では、枠部１１２がリング状に形成されることにより、枠部１１２に応力が加わった場合でも枠部１１２が容易に変形し難い。そのため、圧電振動片１１０は衝撃等に対して高い耐性を有する。

また、圧電振動片１１０では、固定領域１４５がＸ軸方向に並んでいるため枠部１１２にはサポータ１２１からＸ軸方向の応力がかかる可能性があるが、接合領域１４４と引出電極１４２とがＹ軸方向に接合されているため、振動部１１１には枠部１１２に生じるＸ軸方向の応力が伝わり難く、振動部１１１の振動周波数に影響が及ぶことが防がれる。

さらに、従来の圧電デバイスでは、振動部に応力が及ぶことを防ぐため台座又は基板等をキャビティ内に配置する場合があったが、キャビティを広く取る必要があり、圧電デバイスの外形が大きくなっていた。圧電デバイス１００では、台座又は基板等よりも小さい枠部を形成することによりキャビティの大きさ、特に厚さの拡大を最小限に留め、圧電デバイスの外形が大きくなることが防がれている。

（第２実施形態）
以下に、圧電デバイス１００の変形例として、圧電デバイス２００及び圧電デバイス３００を示す。以下の説明では、圧電デバイス１００と同じ部分に関しては圧電デバイス１００と同じ符号を付してその説明を省略する。

＜圧電デバイス２００の構成＞
図２（ａ）は、圧電デバイス２００の上面図である。圧電デバイス２００は、圧電振動片２１０と、圧電振動片２１０を載置するベース２２０と、ベース２２０と接合して圧電振動片２１０を密封するカバー２３０と、を有している。また、圧電振動片２１０は、振動部２１１及び振動部２１１を取り囲む枠部２１２を含んでいる。図２（ａ）では、カバー２３０が取り外された状態の圧電デバイス２００を＋Ｙ軸側から見た状態の上面図が示されている。

振動部２１１は円盤状に形成されており、枠部２１２は振動部２１１を取り囲むリング状に形成されている。枠部２１２の振動部２１１に面する内側の内辺は振動部２１１の外形に合わせて円形に形成されている。これにより、振動部２１１と枠部２１２とは所定の距離だけ離れて形成される。また、ベース２２０は、＋Ｙ軸側から見た場合の平面形状が、円形に形成されており、＋Ｙ軸側の面の３か所には圧電振動片２１０を支えるサポータ２２１が配置されている。ベース２２０の＋Ｙ軸側の面の中央には、振動部２１１の主面の法線がＹ軸方向に向くように圧電振動片２１０が載置されている。振動部２１１の両主面の中央には励振電極１４１が形成されており、振動部２１１の中心から見て−Ｚ軸方向から＋Ｘ軸方向へ回転する場合の回転角をθとすると、＋Ｙ軸側の面の励振電極１４１からは振動部２１１の中央からθ＝３００°方向に引出電極２４２が引き出され、−Ｙ軸側の面の励振電極１４１からは振動部２１１の中央からθ＝６０°方向に引出電極２４２が引き出されている。各引出電極２４２は振動部２１１の外周にまで引き出されている。

枠部２１２には一対の接続電極２４３が形成されている。各接続電極２４３は、導電性接着剤１５１を介して引出電極２４２に接続される接合領域２４４と、枠部２１２をベース２２０等に固定するための固定領域２４５と、を含んで形成されている。各接続電極２４３は、接合領域２４４と固定領域２４５とを繋ぐように形成されている。

枠部２１２に形成される接合領域２４４は、振動部２１１の中心から見てθ＝６０°及び３００°となる方向に形成されており、固定領域２４５は振動部２１１の中心から見てθ＝１２０°及び２４０°となる方向に形成されている。各接合領域２４４は導電性接着剤１５１を介して引出電極２４２に電気的に接続される。また、θ＝６０°方向に形成される接合領域２４４からは−Ｚ軸方向に、θ＝３００°方向に形成される接合領域２４４からは−Ｚ軸方向に、それぞれ接続電極１４３が伸び、枠部２１２のθ＝１２０°方向及びθ＝２４０°方向に形成される固定領域２４５に接続される。各固定領域２４５は、導電性接着剤１５１を介してサポータ２２１に固定され、また、サポータ２２１と電気的に接続される。

また、振動部２１１のθ＝１８０°となる方向の外周には第１振動部固定パッド２４６が形成され、枠部２１２のθ＝１８０°となる方向の内辺には第２振動部固定パッド２４７が形成され、第１振動部固定パッド２４６と第２振動部固定パッド２４７とは互いに導電性接着剤１５１により接合されている。これにより、振動部２１１は枠部２１２に、振動部２１１の中心から見てθ＝６０°、１８０°、及び３００°の方向で導電性接着剤１５１により固定される。

さらに、枠部２１２のθ＝０°となる方向であり枠部２１２の最外周の辺である外辺には、枠部固定パッド２４８が形成されている。枠部固定パッド２４８は導電性接着剤１５１を介してサポータ２２１に固定されている。これにより、枠部２１２はサポータ２２１に、振動部２１１の中心から見てθ＝０°、１２０°、及び２４０°の方向で導電性接着剤１５１により固定される。

第１振動部固定パッド２４６、第２振動部固定パッド２４７、及び枠部固定パッド２４８は、例えば引出電極２４２又は接続電極２４３と同じ材料により形成される。第１振動部固定パッド２４６、第２振動部固定パッド２４７、及び枠部固定パッド２４８は、振動部２１１を枠部２１２に固定し、又は枠部２１２をサポータ２２１に固定するためのパッドであり、引出電極２４２及び接続電極２４３とは電気的に接続されない。

図２（ｂ）は、圧電デバイス２００の側面図である。圧電デバイス２００は、ベース２２０の＋Ｙ軸側の面にカバー２３０が載置されることにより密封されたキャビティ２０１が形成され、キャビティ２０１には圧電振動片２１０が配置される。図２（ｂ）では、カバー２３０を透過して圧電デバイス２００のキャビティ２０１内の側面図が示されている。ベース２２０には３つのリード端子１２２が貫通しており、各リード端子１２２の＋Ｙ軸側の端にはサポータ２２１が電気的に接続され、固定されている。また、各サポータ２２１上には圧電振動片２１０が載置され、接続電極２４３の固定領域２４５及び枠部固定パッド２４８が各サポータ２２１に導電性接着剤１５１により接合され固定されている。これにより、圧電振動片２１０の励振電極１４１が接続電極２４３及びサポータ２２１を介してリード端子１２２に電気的に接続される。

圧電デバイス２００は、枠部２１２がベース２２０に３点で固定され、振動部２１１が枠部２１２に３点で固定されている（図２（ａ）参照）。これにより、振動部２１１及び枠部２１２がそれぞれ枠部２１２及びサポータ２２１に強く固定されるため、圧電デバイス２００は衝撃等に対して高い耐性を有する。また、圧電デバイス１００と同様に、枠部２１２を形成することにより振動部２１１に応力の影響が及びにくくなり、振動部２１１の振動周波数に影響が及ぶことが防がれる。

＜圧電デバイス３００の構成＞
図３（ａ）は、圧電デバイス３００の断面図である。圧電デバイス３００は、圧電振動片３１０と、圧電振動片３１０を載置するベース１２０と、ベース１２０と接合して圧電振動片３１０を密封するカバー１３０と、を有している。また、圧電振動片３１０は、所定の振動周波数で振動する振動部３１１と、振動部３１１から離れて振動部３１１を取り囲む枠部３１２と、枠部３１２に固定され励振電極３４１が形成される一対の励振電極用ブランク３１３（図４（ａ）参照）と、を含んでいる。

振動部３１１は円盤状に形成されており、枠部３１２は振動部３１１を取り囲むリング状に形成されている。枠部３１２の振動部３１１に面する内側の内辺は振動部３１１の外形に合わせて円形に形成されている。そのため、振動部３１１と枠部３１２とは所定の距離だけ離れて形成される。また、振動部３１１の中心から見て＋Ｙ軸方向から＋Ｘ軸方向へ回転する場合の回転角をθとすると、振動部３１１のθ＝０°及び１８０°となる方向の外周には第１振動部固定パッド３４６が形成され、振動部３１１の中心から見てθ＝０°及び１８０°となる方向の枠部３１２の内辺には第２振動部固定パッド３４７が形成されている。第１振動部固定パッド３４６と第２振動部固定パッド３４７とは導電性接着剤１５１により互いに接合されており、これにより振動部３１１が枠部３１２に固定される。

また、枠部３１２には一対の接続電極３４３が形成されている。接続電極３４３は接合領域３４４と固定領域３４５とを含んでいる。枠部３１２に形成される接合領域３４４は、振動部３１１の中心から見て例えばθ＝４５°及び２２５°となる方向に形成されており、固定領域３４５は振動部３１１の中心から見てθ＝２７０°及び９０°となる方向に形成されている。接続電極３４３は、θ＝２２５°方向に形成される接合領域３４４からは−Ｘ軸方向に、θ＝４５°方向に形成される接合領域３４４からは＋Ｘ軸方向に、それぞれ伸び、枠部３１２のθ＝２７０°方向及びθ＝９０°方向に形成される固定領域３４５に接続される。各固定領域３４５は、導電性接着剤１５１を介してサポータ１２１に固定され、また、サポータ１２１と電気的に接続される。

カバー１３０は、ベース１２０に接合され、圧電デバイス１００に密封されたキャビティ１０１を形成する。キャビティ１０１は不活性ガスで満たされ又は真空に引かれた状態で保持され、キャビティ１０１には圧電振動片３１０が配置される。

図３（ｂ）は、圧電デバイス３００の概略側面図である。図３（ｂ）では、カバー１３０を透過するように圧電デバイス３００のキャビティ１０１内の側面図が示されている。圧電振動片３１０は、枠部３１２が導電性接着剤１５１によりサポータ１２１に固定される。また、一対の励振電極用ブランク３１３は、枠部３１２の＋Ｚ軸側及び−Ｚ軸側にそれぞれ配置される。以下の説明では、枠部３１２の＋Ｚ軸側に配置される励振電極用ブランク３１３を励振電極用ブランク３１３ａとし、枠部３１２の−Ｚ軸側に配置される励振電極用ブランク３１３を励振電極用ブランク３１３ｂとする。

図４（ａ）は、圧電振動片３１０の分解平面図である。図４（ａ）では、振動部３１１、励振電極用ブランク３１３ａ、及び励振電極用ブランク３１３ｂの各平面図がそれぞれ示されている。励振電極用ブランク３１３ａ及び励振電極用ブランク３１３ｂは、同じ形状、大きさに形成されており、振動部３１１を挟んでＺ軸方向に互いに重なるように配置される。励振電極用ブランク３１３ａ及び励振電極用ブランク３１３ｂは円盤状に形成され、その直径は枠部３１２の内辺の直径よりも大きく形成される。励振電極用ブランク３１３ａの−Ｚ軸側の面の中央及び励振電極用ブランク３１３ｂの＋Ｚ軸側の面の中央にはそれぞれ励振電極３４１が形成されており、励振電極用ブランク３１３ａではθ＝４５°の方向に、励振電極用ブランク３１３ｂではθ＝２２５°の方向に、それぞれ引出電極３４２が引き出されている。各引出電極３４２は、それぞれ接続電極３４３の接合領域３４４に導電性接着剤１５１を介して接合される。

図４（ｂ）は、圧電振動片３１０の側面図である。圧電振動片３１０では、励振電極用ブランク３１３ａの励振電極３４１と励振電極用ブランク３１３ｂの励振電極３４１とがＺ軸方向に重なるように配置されている。また、圧電振動片３１０では、一対の励振電極３４１に交番電圧がかけられることにより振動部３１１が所定の振動周波数で振動する。

圧電デバイス３００では枠部３１２が形成されることにより、圧電デバイス１００等と同様に、振動部３１１に応力がかかり難くなり、振動部３１１の振動周波数に影響が及ぶことが防がれるため好ましい。

また、振動部に励振電極が形成されない圧電デバイスとして例えばＢＶＡ（Ｂｏｉｔｉｅｒ Ｖｉｅｉｌｌｓｓｅｍｅｎｔ Ａｍｅｌｉｏｒｅ）振動子（特許第５１９８１３５号参照）が知られているが、圧電デバイス３００はＢＶＡ振動子と同様に高い周波数安定度を有すると共にＢＶＡ振動子よりも構造が簡略化され、製造コストが抑えられた圧電デバイスとして形成されることができる。

（第３実施形態）
圧電デバイス１００、２００、３００はリード端子を有し、主にスルーホール実装に用いられる圧電デバイスであったが、表面実装に用いられる圧電デバイスとして形成されても良い。以下に表面実装に用いられる圧電デバイスについて説明する。

＜圧電デバイス４００の構成＞
図５は、圧電デバイス４００の分解斜視図である。圧電デバイス４００は、圧電振動片４１０と、圧電振動片４１０を載置するベース４２０と、ベース４２０と接合して圧電振動片４１０を密封するカバー４３０と、を有している。また、圧電振動片４１０は、枠部４１２と振動部１１１とを含んで構成されている。枠部４１２は、＋Ｙ軸側から見た形状が矩形の枠状であり、枠部４１２の内側に円盤状の振動部１１１が配置されている。

ベース４２０は、矩形形状に形成され、＋Ｙ軸側の面の中央が−Ｙ軸方向に凹んで凹部４２１が形成されている。また、ベース４２０の＋Ｙ軸側の面の凹部４２１の周囲は、カバー４３０に接合される接合面４２２となっている。凹部４２１には、圧電振動片４１０が載置される。また、ベース４２０の−Ｙ軸側の面には、一対の実装端子４２５が形成されている。

ベース４２０は、＋Ｙ軸側に形成される第１層４２０ａと、−Ｙ軸側に配置される第２層４２０ｂとの２つの層から形成されている。第１層４２０ａは、中央に凹部４２１を構成するための貫通孔が形成されている。第２層４２０ｂは第１層４２０ａの−Ｙ軸側に形成され、第２層４２０ｂの−Ｙ軸側の面には一対の実装端子４２５が形成されている。第１層４２０ａ及び第２層４２０ｂは、例えばセラミックにより形成される。

カバー４３０は、平面状に形成されており、ベース４２０の接合面４２２に接合されて圧電振動片４１０が載置された凹部４２１を密封する。

図６（ａ）は、圧電デバイス４００の上面図である。図６（ａ）では、カバー４３０を外した状態の圧電デバイス４００が示されている。圧電デバイス４００は、枠部４１２の長辺がＸ軸方向に伸びるように凹部４２１に配置される。

振動部１１１の＋Ｙ軸側及び−Ｙ軸側の面の中央には、それぞれ励振電極１４１が形成されている。振動部１１１の＋Ｙ軸側の面に形成されている励振電極１４１からは−Ｚ軸方向に引出電極１４２が伸び、−Ｙ軸側の面に形成されている励振電極１４１からは＋Ｚ軸方向に引出電極１４２が伸びている。また、枠部４１２には、枠部４１２の＋Ｚ軸側及び−Ｚ軸側の辺の中央に接合領域４４４が形成され、枠部４１２の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の辺の中央の−Ｙ軸側の面に固定領域４４５が形成されている。枠部４１２に形成される接続電極４４３は、−Ｚ軸側の接合領域４４４からは＋Ｘ軸方向に接続電極４４３が伸び＋Ｘ軸側の固定領域４４５に電気的に接続される。また、＋Ｚ軸側の接合領域４４４からは−Ｘ軸方向に接続電極４４３が伸び−Ｘ軸側の固定領域４４５に電気的に接続される。

図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。圧電デバイス４００は、ベース４２０の接合面４２２に封止材１５２を介してカバー４３０が接合されることにより、凹部４２１が密封されている。圧電振動片４１０では、引出電極１４２が振動部１１１の外周の側面にまで形成されている。また、接合領域４４４は枠部４１２の内辺の側面にも形成されている。振動部１１１は、振動部１１１の側面に形成された引出電極１４２と枠部４１２の内辺の側面に形成された接続電極４４３の接合領域４４４とが導電性接着剤１５１を介して接合され、電気的に接続される。

図６（ｃ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。ベース４２０の凹部４２１内の底面には一対の電極パッド４２６が形成されている。各電極パッド４２６は、第２層４２０ｂを貫通する貫通電極４２７を介して実装端子４２５に電気的に接続されている。また、各電極パッド４２６は、導電性接着剤１５１を介して接続電極４４３の固定領域４４５に電気的に接続される。これにより、励振電極１４１と実装端子４２５とが電気的に接続される。

圧電デバイス４００では、圧電振動片４１０が枠部４１２を有することにより、Ｙ軸方向の高さを高くすることなく、圧電デバイス１００と同様に振動部１１１に応力がかかることを抑えることができ、振動部１１１の振動周波数に影響が及ぶことが防がれる。すなわち、圧電デバイス４００は、低背化及び振動周波数の安定化が両立された圧電デバイスとなる。

＜圧電デバイス５００の構成＞
図７（ａ）は、圧電デバイス５００の上面図である。圧電デバイス５００は、圧電振動片５１０と、圧電振動片５１０を載置するベース５２０と、ベース５２０と接合して圧電振動片５１０を密封するカバー４３０と、を有している。図７（ａ）では、カバー４３０を外した状態の圧電デバイス５００が示されている。

ベース５２０は、矩形形状に形成され、＋Ｙ軸側の面の中央が−Ｙ軸方向に凹んで凹部５２１が形成されている。また、ベース５２０の＋Ｙ軸側の面の凹部５２１の周囲は、カバー４３０に接合される接合面５２２となっている。凹部５２１には、圧電振動片５１０が載置される。

圧電振動片５１０は、枠部５１２と２つの振動部５１１とを含んで構成されている。２つの振動部５１１は、凹部５２１の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側に並んで配置される。各振動部５１１は矩形形状に形成されており、Ｚ軸方向に長辺が伸びるように配置されている。各振動部５１１の＋Ｙ軸側及び−Ｙ軸側の面には、それぞれ励振電極５４１が形成されており、＋Ｙ軸側の面に形成される励振電極５４１からは＋Ｚ軸方向に引出電極５４２が引き出され、−Ｙ軸側の面に形成される励振電極５４１からは−Ｚ軸方向に引出電極５４２が引き出されている。以下の説明では、−Ｘ軸側の振動部５１１を振動部５１１ａとし、＋Ｘ軸側の振動部５１１を振動部５１１ｂとする。

枠部５１２は、振動部５１１ａ及び振動部５１１ｂを囲むように凹部５２１内に配置されている。枠部５１２は、＋Ｙ軸側から見た形状が矩形の枠状に形成されている。枠部５１２の＋Ｚ軸側及び−Ｚ軸側の各辺にはそれぞれ２箇所に接合領域５４４が形成され、枠部５１２の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の各辺にはそれぞれ２箇所に固定領域５４５が形成されている。振動部５１１ａ及び振動部５１１ｂの引出電極５４２は、それぞれ枠部５１２の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の各辺の接合領域５４４に導電性接着剤１５１を介して接合されている。

図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。圧電デバイス５００は、ベース５２０の接合面５２２に封止材１５２を介してカバー４３０が接合されることにより、凹部５２１が密封されている。圧電振動片５１１では、引出電極５４２が振動部５１１の外周の側面にまで形成されている。また、接合領域５４４は枠部５１２の内辺の側面にも形成されている。圧電振動片５１１は、圧電振動片５１１の側面に形成された引出電極５４２と枠部５１２の内辺の側面に形成された接合領域５４４とが導電性接着剤１５１を介して固定され、互いに電気的に接続される。

図７（ｃ）は、図７（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。ベース５２０の凹部５２１内の−Ｙ軸側の面には、４つの接合領域５４５（図７（ａ）参照）にそれぞれＹ軸方向に重なるように４つの電極パッド５２６が形成される。また、ベース５２０の−Ｙ軸側の面の四隅にはそれぞれ実装端子５２５が形成されている。電極パッド５２６と実装端子５２５とは、第２層５２０ｂを貫通する貫通電極５２７を介して互いに電気的に接続されている。また、各電極パッド５２６は、導電性接着剤１５１を介して接続電極５４３の固定領域５４５に電気的に接続される。これにより、励振電極５４１と実装端子５２５とが電気的に接続される。

圧電デバイス５００では、振動部５１１ａ及び振動部５１１ｂに互いに異なる周波数を発振させることで、異なる２つの周波数を発振する圧電デバイスとして形成されることができる。また、圧電デバイス５００では、一方の振動部５１１を温度変化に対して直線的に周波数が変化するＹカットの水晶材により形成して温度センサとして使用してもよく、さらに凹部５２１内にヒーターを配置することで励振用の振動部５１１の温度を高い精度で一定に保つ圧電デバイスとして形成することができる。

また、圧電デバイス５００では、圧電デバイス４００と同様に、低背化及び振動周波数の安定化が両立された圧電デバイスとして形成されることができる。

＜圧電デバイス６００の構成＞
図８（ａ）は、圧電デバイス６００の上面図である。圧電デバイス６００は、圧電振動片６１０と、圧電振動片６１０を載置するベース５２０と、ベース５２０と接合して圧電振動片６１０を密封するカバー４３０と、を有している。図８（ａ）では、カバー４３０を外した状態の圧電デバイス６００の上面図が示されている。

圧電振動片６１０は、枠部６１２と２つの振動部６１１とを含んで構成されている。２つの振動部６１１は凹部５２１の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側に並んで配置される。各振動部６１１は矩形形状に形成されており、Ｚ軸方向に長辺が伸びるように配置されている。各振動部６１１の＋Ｙ軸側及び−Ｙ軸側の面には、それぞれ励振電極５４１が形成されており、各励振電極５４１からは＋Ｚ軸方向に引出電極６４２が引き出されている。また、枠部６１２には接続電極６４３が形成されている。以下の説明では、−Ｘ軸側の振動部６１１を振動部６１１ａとし、＋Ｘ軸側の振動部６１１を振動部６１１ｂとする。

枠部６１２は、振動部６１１ａ及び振動部６１１ｂを囲むように凹部５２１内に配置されている。枠部６１２は、＋Ｙ軸側から見た形状が矩形の枠状に形成されている。枠部６１２の＋Ｚ軸側の辺には４箇所に接合領域６４４が形成されており、枠部６１２の＋Ｘ軸側及び−Ｘ軸側の各辺の２箇所に固定領域６４５が形成されている。図８（ａ）では、各振動部６１１の＋Ｙ軸側の面に形成される励振電極５４１から引き出される引出電極６４２に電気的に接続される接合領域６４４を接合領域６４４ａとし、各振動部６１１の−Ｙ軸側の面に形成される励振電極５４１から引き出される引出電極６４２に電気的に接続される接合領域６４４を接合領域６４４ｂとし、接合領域６４４ａに接合される固定領域６４５を固定領域６４５ａ、接合領域６４４ｂに接合される固定領域６４５を固定領域６４５ｂ、接合領域６４４ａ及び固定領域６４５ａを含む接続電極６４３を接続電極６４３ａ、接合領域６４４ｂ及び固定領域６４５ｂを含む接続電極６４３を接続電極６４３ｂとして示している。また、接続電極６４３ａと接続電極６４３ｂとは互いに電気的に接続されていない。

図８（ｂ）は、図８（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。圧電デバイス５００は、ベース５２０の接合面５２２に封止材１５２を介してカバー４３０が接合されることにより、凹部５２１が密封されている。圧電振動片６１１では、引出電極６４２が振動部６１１の外周の側面にまで形成されている。また、接合領域６４４は枠部６１２の内辺の側面にも形成されている。圧電振動片６１０では、振動部６１１の側面に形成された引出電極６４２と枠部６１２の内辺の側面に形成された接合領域６４４とが導電性接着剤１５１を介して固定され、互いに電気的に接続される。図８（ｂ）では接合領域６４４ａが示されているが、接合領域６４４ｂも枠部６１２の内辺の側面にも形成され、引出電極６４２と導電性接着剤１５１を介して固定され、互いに電気的に接続される。

図８（ｃ）は、図８（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。ベース５２０の凹部５２１内の−Ｙ軸側の面には、接合領域５４５にＹ軸方向に重なるように４つの電極パッド５２６が形成される。また、ベース５２０の−Ｙ軸側の面の四隅にはそれぞれ実装端子５２５が形成されている。電極パッド５２６と実装端子５２５とは、第２層４２０ｂを貫通する貫通電極５２７を介して互いに電気的に接続されている。各電極パッド５２６は、第２層５２０ｂを貫通して実装端子４２５に電気的に接続されている。また、各電極パッド５２６は、導電性接着剤１５１を介して接続電極６４３の固定領域６４５に電気的に接続される。これにより、励振電極５４１と実装端子５２５とが電気的に接続される。

圧電デバイス６００においても、圧電デバイス５００と同様に、異なる２つの周波数を発振する圧電デバイス、温度センサを有する圧電デバイス、及び凹部５２１内の温度を高い精度で一定に保つ圧電デバイスとして形成することができる。また、圧電デバイス４００と同様に、低背化及び振動周波数の安定化が両立された圧電デバイスとして形成されることができる。

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、各実施形態の特徴を様々に組み合わせて実施することができる。

例えば、上記実施形態では、圧電振動片がＡＴカット、ＢＴカット等の水晶材料により形成されることができる。また、水晶材料のみならず、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料を用いることができる。

また、上記実施形態の圧電デバイスは、発振回路を含んで圧電発振器として形成されてもよい。さらに、枠部の形状は円形又は矩形に限られず、用途等に応じて楕円形等の様々な形状に形成されても良い。また、枠部内に配置される振動部は、１つ又は２つに限られず３つ以上でも良く、形状も円形又は矩形に限られず楕円形等に形成されても良い。また、振動部は平板状に限られず、励振電極が形成される領域が凸状に形成されるコンベックス形状の振動部として形成されても良い。

１００、２００、３００、４００、５００、６００ … 圧電デバイス
１０１、２０１ … キャビティ
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０ … 圧電振動片
１１１、２１１、３１１、５１１、５１１ａ、５１１ｂ、６１１、６１１ａ、６１１ｂ … 振動部
１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２ … 枠部
１２０、２２０、４２０、５２０ … ベース
１２１、２２１ … サポータ
１２２ … リード端子
１３０、２３０、４３０ … カバー
１４１ … 励振電極
１４２、２４２ … 引出電極
１４３、２４３、３４３、４４３、５４３、６４３、６４３ａ、６４３ｂ … 接続電極
１４４、２４４、３４４、４４４、５４４、６４４、６４４ａ、６４４ｂ … 接合領域
１４５、２４５、３４５、４４５、５４５、６４５、６４５ａ、６４５ｂ … 固定領域
１５１ … 導電性接着剤
１５２ … 封止材
２４６、３４６ … 第１振動部固定パッド
２４７、３４７ … 第２振動部固定パッド
２４８ … 枠部固定パッド
３１３、３１３ａ、３１３ｂ … 励振電極用ブランク
４２０ａ … 第１層
４２０ｂ、５２０ｂ … 第２層
４２１、５２１ … 凹部
４２２、５２２ … 接合面
４２５、５２５ … 実装端子
４２６、５２６ … 電極パッド
４２７、５２７ … 貫通電極
θ … 回転角

Claims (11)

1. 所定の振動周波数で振動し、両主面の中央にそれぞれ形成される励振電極及び前記励振電極からそれぞれ外周に引き出される引出電極を有する振動部と、
   前記振動部から離れて前記振動部を取り囲み、前記振動部に面する内辺及び最外周の辺である外辺を有し、一対の接続電極が形成される枠部と、を備え、
   前記接続電極は、導電性接着剤又はろう材を介して前記振動部を前記枠部に固定するとともに前記引出電極に接合される接合領域と、前記振動部を外部と導通させると共に前記枠部を固定する固定領域と、を有する圧電振動片。
2. 前記枠部は、前記振動部と同じ材料又は前記振動部と熱膨張率が同じ材料で形成される請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記振動部は円盤状に形成され、前記枠部の前記内辺が円形又は矩形に形成される請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片。
4. 前記引出電極は前記振動部の中心から見て０度の方向及び１８０度の方向に引き出され、
   前記接合領域が前記振動部の中心から見て０度の方向及び１８０度の方向に配置され、
   前記固定領域が前記振動部の中心から見て９０度の方向及び２７０度の方向に配置されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動片。
5. 前記振動部は円盤状に形成され、前記引出電極は前記振動部の中心から見て６０度及び３００度の方向に引き出されるとともに、前記振動部の外周には前記振動部を前記枠部に固定するための第１振動部固定パッドが形成され、
   前記枠部の内辺が円形に形成されるとともに、前記枠部には、導電性接着剤又はろう材を介して前記第１振動部固定パッドに接合され、前記接続電極に導通しない第２振動部固定パッド及び前記振動部の中心から見て０度の方向に前記接続電極に導通せず前記枠部を固定する枠部固定パッドが形成され、
   前記枠部には、前記振動部の中心から見て６０度及び３００度の方向に前記接合領域が配置され、１２０度及び２４０度の方向には前記固定領域が配置され、１８０度の方向には前記第１振動部固定パッド及び前記第２振動部固定パッドが形成される請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片。
6. 前記内辺の内側には複数の前記振動部が配置される請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片。
7. 前記内辺の内側には複数の前記振動部が配置され、
   前記複数の振動部は、所定の出力信号を発生する第１振動部と、前記第１振動部とは異なり、温度と前記振動周波数との関係が関数で表され温度センサとして使用される第２振動部と、を含む請求項１に記載の圧電振動片。
8. 前記枠部及び前記複数の振動部は第１方向及び第２方向に辺が伸びる矩形に形成され、
   前記各振動部は前記第１方向に並んで配置され、
   前記引出電極が前記各振動部において前記第２方向側の一方の辺及び前記一方の辺の反対側の他方の辺に引き出され、
   前記各振動部の前記一方の辺及び前記他方の辺に対応するように前記枠部の前記第１方向に伸びる一辺及び前記一辺の反対側の他辺にそれぞれ前記接合領域が形成される請求項６又は請求項７に記載の圧電振動片。
9. 前記枠部及び前記複数の振動部は矩形に形成され、前記複数の振動部の全てが前記枠部の一辺のみに接合される請求項６又は請求項７に記載の圧電振動片。
10. 両主面を有し、所定の振動周波数で振動する振動部と、
    前記振動部の両主面にそれぞれ向かい合うように前記振動部とは離れて配置され、前記振動部に向かい合う面に形成される励振電極及び前記励振電極から引き出される引出電極を有する一対の励振電極用ブランクと、
    前記振動部よりも厚く形成され、前記振動部から離れて前記振動部を取り囲み、前記引出電極にそれぞれ電気的に接合される一対の接続電極が形成され、導電性接着剤又はろう材を介して前記振動部及び前記一対の励振電極用ブランクが固定される枠部と、を有する圧電振動片。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の圧電振動片と、
    前記圧電振動片が固定されるベースと、
    前記圧電振動片を密封するカバーと、を有する圧電デバイス。