JP4301140B2 - Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device - Google Patents

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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

本発明は、圧電振動片と、パッケージやケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの改良に関する。   The present invention relates to an improvement of a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric device in which the piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or case.

HDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、あるいはICカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器や圧電ジャイロセンサー等において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図7は、圧電デバイスに従来より用いられている圧電振動片の一例を示す概略平面図である。
Piezoelectric vibrators and piezoelectrics in small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, IC cards, mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems, and piezoelectric gyro sensors Piezoelectric devices such as oscillators are widely used.
FIG. 7 is a schematic plan view showing an example of a piezoelectric vibrating piece conventionally used in a piezoelectric device.

図において、圧電振動片1は、水晶などの圧電材料をエッチングすることにより、図示する外形を形成するもので、パッケージ(図示せず)等に取付けられる矩形の基部2と、基部2から図において上方に延長された一対の振動腕3,4を備えており、これら振動腕の主面(表裏面)に長溝3a,4aを形成するとともに、必要な駆動用の電極を形成したものである(特許文献1参照)。
このような圧電振動片1においては、駆動用の電極を介して駆動電圧が印加されると、各振動腕3,4の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。
In the figure, a piezoelectric vibrating reed 1 is formed by etching a piezoelectric material such as quartz to form the outer shape shown in the figure. A rectangular base 2 attached to a package (not shown) or the like, A pair of vibrating arms 3 and 4 extending upward is provided, and long grooves 3a and 4a are formed on the main surfaces (front and back surfaces) of these vibrating arms, and necessary driving electrodes are formed ( Patent Document 1).
In such a piezoelectric vibrating piece 1, when a driving voltage is applied via a driving electrode, the piezoelectric vibrating piece 1 is flexibly oscillated so that the distal ends of the vibrating arms 3 and 4 approach and separate from each other. The signal of the frequency of is extracted.

ところで、このような圧電振動片1は、基部2の符号5,6で示す箇所に引出し電極が形成され、この部分に接着剤を塗布して、例えばパッケージなどに固定支持される。
そして、この接着剤による固定支持後に、圧電振動片を構成する材料と、パッケージなどの材料の線膨張係数の相違などに起因して残る残留応力が、振動腕の屈曲振動を妨げないように、基部2に切り込み部7,7を形成するようにしている。
By the way, in such a piezoelectric vibrating piece 1, an extraction electrode is formed at a location indicated by reference numerals 5 and 6 of the base portion 2, and an adhesive is applied to this portion and is fixedly supported, for example, on a package.
And, after the fixing support by this adhesive, the residual stress remaining due to the difference in the linear expansion coefficient between the material constituting the piezoelectric vibrating piece and the material such as the package does not hinder the bending vibration of the vibrating arm, Cut portions 7 and 7 are formed in the base 2.

特開2002−261575JP 2002-261575 A

ところで、従来の圧電振動片1においては、印加する駆動パワーを図8の横軸に沿って次第に増大させると、図示するように、縦軸で示す周波数がマイナスにシフトする場合があり、不良な特性を示す場合がある。
これは、圧電振動片1において、振動腕3,4の振動が基部2側に比較的多く漏れ込み、基部2に形成した切り込み部7,7が十分効果を上げていないためであると考えられる。
By the way, in the conventional piezoelectric vibrating piece 1, when the driving power to be applied is gradually increased along the horizontal axis in FIG. 8, the frequency shown on the vertical axis may shift to minus as shown in the figure, which is not satisfactory. May show characteristics.
This is considered to be because in the piezoelectric vibrating reed 1, the vibrations of the vibrating arms 3 and 4 leak a relatively large amount to the base 2 side, and the notches 7 and 7 formed in the base 2 are not sufficiently effective. .

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、振動腕側から基部側への振動の漏れ込みを適切に防止して、ドライブレベル特性が良好な圧電振動片と、このような圧電振動片を利用した圧電デバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and appropriately prevents the leakage of vibration from the vibrating arm side to the base side, and has such a piezoelectric vibrating piece with good drive level characteristics. An object of the present invention is to provide a piezoelectric device using a piezoelectric vibrating piece.

本発明の圧電振動片は、圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕とを備え、前記基部の前記振動腕側とは反対側の端部付近で固定支持される音叉型の圧電振動片において、前記基部の側縁には、前記基部の幅方向の寸法を縮幅するように設けた切り込み部が形成されており、前記切り込み部が設けられる位置Kが、前記振動腕の付け根から、前記振動腕の腕幅寸法Wを超える位置であって、かつ前記固定支持される箇所よりも前記付け根側とされていて、前記各振動腕には、これらの長手方向に沿って形成された長溝と、前記長溝に形成された駆動用の電極とを備えており、かつ前記各振動腕の幅寸法が、前記各振動腕の前記基部に対する付け根の箇所から前記各振動腕の先端側に向かって縮幅する縮幅部を有し、前記長溝は、前記縮幅部に位置し、前記各振動腕の前記縮幅部の終端から、前記幅寸法が前記各振動腕の先端側に向かって等しい大きさで延びるか、あるいは増加に転じる幅変化の変更点Pを有し、前記変更点Pは、前記長溝の先端よりもさらに前記各振動腕の先端に位置することを特徴とする。
A piezoelectric vibrating piece according to the present invention includes a base formed of a piezoelectric material and a plurality of vibrating arms formed integrally with the base and extending in parallel to each other, and an end of the base opposite to the vibrating arm side. In the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece fixedly supported in the vicinity of the portion, a cut portion provided so as to reduce the dimension in the width direction of the base portion is formed at a side edge of the base portion, and the cut portion is The position K to be provided is a position that exceeds the arm width dimension W of the vibrating arm from the root of the vibrating arm and is on the root side with respect to the fixedly supported portion. Comprises a long groove formed along these longitudinal directions and a driving electrode formed in the long groove, and the width dimension of each vibrating arm is the root of the vibrating arm with respect to the base. Toward the tip of each vibrating arm What has a reduced width portion that is condensation width, said long groove is located in the reduced width portion, from said end of the reduced width portion of each of the vibration arms, the width dimension toward a distal end side of the respective vibrating arms The change point P of the width change that extends in the same size or starts to increase is located at the tip of each vibrating arm further than the tip of the long groove .

このような発明の構成によれば、本発明の圧電振動片においては、支持固定される基部に切り込み部が設けられている。
ここで、本発明者は、音叉型振動片の振動腕が屈曲振動する際に、その振動漏れが伝えられる範囲について、振動腕の腕幅寸法Wと相関があることに着目し、従来の圧電振動片の切り込み部が、適切な位置に設けられていないという知見を持った。そこで、本発明では、前記切り込み部が設けられる位置Kについて、前記振動腕の付け根から、前記振動腕の腕幅寸法Wを超える位置であって、かつ前記固定支持される箇所よりも前記付け根側とすることにしたものである。これによって、切り込み部は、振動腕からの振動漏れが、基部側に伝搬することを、より確実に抑制することができる構造とすることができたものである。
したがって、本発明によれば、振動腕側から基部側への振動の漏れ込みを適切に防止して、ドライブレベル特性が良好な圧電振動片を提供することができる。
According to such a configuration of the invention, in the piezoelectric vibrating piece of the present invention, the cut portion is provided in the base portion to be supported and fixed.
Here, the present inventor paid attention to the fact that the vibration leakage range of the tuning fork-type vibrating piece undergoes flexural vibration, and has a correlation with the arm width dimension W of the vibrating arm. It was found that the notch of the resonator element was not provided at an appropriate position. Therefore, in the present invention, the position K where the cut portion is provided is a position exceeding the arm width dimension W of the vibrating arm from the root of the vibrating arm and the base side of the fixed and supported portion. It was decided that. As a result, the cut portion can have a structure that can more reliably suppress propagation of vibration leakage from the vibrating arm to the base side.
Therefore, according to the present invention, it is possible to appropriately prevent the leakage of vibration from the vibrating arm side to the base side, and provide a piezoelectric vibrating piece with good drive level characteristics.

また、前記各振動腕の前記縮幅部は、前記基部に対する付け根の箇所から前記各振動腕の先端側に向かって縮幅する第1の縮幅部と、前記第1の縮幅部の終端から前記各振動腕の先端側に向かって縮幅する第2の縮幅部と、を有し、Further, the reduced width portion of each vibrating arm includes a first reduced width portion that is reduced from a base portion with respect to the base portion toward a distal end side of each of the vibrating arms, and an end of the first reduced width portion. And a second reduced width portion that is reduced in width toward the distal end side of each vibrating arm,
前記第1の縮幅部における前記各振動腕の縮幅は、前記第2の縮幅部における前記各振動腕の縮幅よりも急激であることを特徴とする。  The reduced width of each vibrating arm in the first reduced width portion is more abrupt than the reduced width of each vibrating arm in the second reduced width portion.

また、前記各振動腕の前記縮幅部の終端から、前記幅寸法が前記各振動腕の先端側に向かって等しい大きさで延びるか、あるいは増加に転じる幅変化の変更点Pを有し、前記変更点Pは、前記長溝の先端よりもさらに前記各振動腕の先端に位置することを特徴とする。In addition, from the end of the reduced width portion of each vibrating arm, the width dimension has a change point P of the width change in which the width dimension extends in the same size toward the tip side of each vibrating arm, or starts to increase, The change point P is located at the tip of each vibrating arm further than the tip of the long groove.

また、本発明は、さらに、前記切り込み部の位置Kが、前記付け根の箇所から前記腕幅寸法W×1.2以上離れた位置に形成されることを特徴とする。
このような構成は、前記切り込み部の位置Kが、前記付け根の箇所から前記腕幅寸法W×1.2以上離れた位置に形成することで、ドライブレベル特性を正常な圧電振動片のレベルに適合させることができることを実験的に確認できたものである。
Further, the present invention is further characterized in that the position K of the cut portion is formed at a position away from the base portion by the arm width dimension W × 1.2 or more.
In such a configuration, the position K of the cut portion is formed at a position separated from the base portion by the arm width dimension W × 1.2 or more, so that the drive level characteristic is set to the level of a normal piezoelectric vibrating piece. It was confirmed experimentally that it can be adapted.

本発明の圧電デバイスは、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕とを備え、前記基部の前記振動腕側とは反対側の端部付近で固定支持される音叉型の圧電振動片において、前記基部の側縁には、前記基部の幅方向の寸法を縮幅するように設けた切り込み部が形成されており、前記切り込み部が設けられる位置Kが、前記振動腕の付け根から、前記振動腕の腕幅寸法Wを超える位置であって、かつ前記固定支持される箇所よりも前記付け根側とされていて、前記各振動腕には、これらの長手方向に沿って形成された長溝と、前記長溝に形成された駆動用の電極とを備えており、かつ前記各振動腕の幅寸法が、前記各振動腕の前記基部に対する付け根の箇所から前記各振動腕の先端側に向かって縮幅する縮幅部を有し、前記長溝は、前記縮幅部に位置し、前記各振動腕は、前記縮幅部の終端から、前記幅寸法が前記各振動腕の先端側に向かって等しい大きさで延びるか、あるいは増加に転じる幅変化の変更点Pを有し、前記変更点Pは、前記長溝の先端よりもさらに前記各振動腕の先端に位置することを特徴とする。
The piezoelectric device of the present invention is a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case, and the piezoelectric vibrating piece is formed integrally with the base portion made of a piezoelectric material and parallel to each other. A tuning-fork type piezoelectric vibrating piece that is fixedly supported near an end of the base opposite to the vibrating arm side, on a side edge of the base, in the width direction of the base A cut portion provided so as to reduce the dimension is formed, and the position K where the cut portion is provided is a position exceeding the arm width dimension W of the vibrating arm from the root of the vibrating arm, And each of the resonating arms is provided with a long groove formed along the longitudinal direction thereof and a driving electrode formed in the long groove. And each of the above Width of Doude is, the has a reduced width portion to width reduction toward the base of the portion on the tip side of each vibrating arm with respect to the base of each vibrating arm, said long groove is located in the reduced width portion Each of the vibrating arms has a change point P of a width change in which the width dimension extends from the end of the reduced width portion toward the tip side of each vibrating arm with an equal size or starts to increase. The change point P is located at the tip of each vibrating arm further than the tip of the long groove .

また、前記各振動腕は、前記縮幅部の終端から、前記幅寸法が前記各振動腕の先端側に向かって等しい大きさで延びるか、あるいは増加に転じる幅変化の変更点Pを有し、前記変更点Pは、前記長溝の先端よりもさらに前記各振動腕の先端に位置することを特徴とする。In addition, each of the vibrating arms has a change point P of a width change in which the width dimension extends from the end of the reduced width portion toward the distal end side of each of the vibrating arms or increases. The change point P is located at the tip of each vibrating arm further than the tip of the long groove.

また、本発明にかかる圧電デバイスは、前記切り込み部の位置Kが、前記付け根の箇所から前記腕幅寸法W×1.2以上離れた位置に形成しても良い。   Further, in the piezoelectric device according to the present invention, the position K of the cut portion may be formed at a position away from the base portion by the arm width dimension W × 1.2 or more.

図1ないし図4は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図1はその概略平面図、図2は図1のB−B線概略断面図、図3は図1の圧電デバイスに使用されている圧電振動片の実施形態を示す概略平面図、図4は図3のC−C線切断端面図である。
これらの図において、圧電デバイス30は、圧電振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス30は、図1および図2に示すように、パッケージ37内に圧電振動片32を収容している。パッケージ37は、図2に示すように、第1の基板55と第2の基板56とを積層して形成されており、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して図示の形状とした後で、焼結して形成されている。
1 to 4 show an embodiment of the piezoelectric device of the present invention, FIG. 1 is a schematic plan view thereof, FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line BB of FIG. 1, and FIG. 3 is a piezoelectric device of FIG. 4 is a schematic plan view showing an embodiment of a piezoelectric vibrating piece used in FIG. 4, and FIG. 4 is an end view taken along the line CC of FIG.
In these drawings, the piezoelectric device 30 shows an example in which a piezoelectric vibrator is configured. As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric device 30 accommodates a piezoelectric vibrating piece 32 in a package 37. Yes. As shown in FIG. 2, the package 37 is formed by laminating a first substrate 55 and a second substrate 56. For example, an aluminum oxide ceramic green sheet is formed as an insulating material. After forming the shape, it is formed by sintering.

パッケージ37は、図2に示すように、第2の基板56の内側の材料を除去することで、内部空間Sのスペースを形成している。この内部空間Sが圧電振動片32を収容するための収容空間である。そして、第1の基板55に形成した電極部31,31の上に、導電性接着剤43,43を用いて、圧電振動片32の基部51に設けた引出し電極37a,38aの箇所を載置して接合している。   As shown in FIG. 2, the package 37 forms a space of the internal space S by removing the material inside the second substrate 56. This internal space S is a housing space for housing the piezoelectric vibrating piece 32. Then, on the electrode portions 31, 31 formed on the first substrate 55, the positions of the extraction electrodes 37 a, 38 a provided on the base portion 51 of the piezoelectric vibrating piece 32 are placed using the conductive adhesives 43, 43. And joined.

なお、電極部31,31はパッケージ裏面の実装端子41と導電スルーホールなどで接続されている。パッケージ37は、圧電振動片32を収容した後で、透明なガラス製の蓋体40が封止材38を用いて接合されることにより、気密に封止されている。これにより、蓋体40を封止した後で、外部からレーザ光を照射して圧電振動片32の電極などをトリミングして、周波数調整できるようになっている。   The electrode portions 31 are connected to the mounting terminals 41 on the back surface of the package through conductive through holes. The package 37 is hermetically sealed by housing the piezoelectric vibrating piece 32 and then bonding a transparent glass lid 40 using a sealing material 38. Thus, after the lid 40 is sealed, the frequency can be adjusted by trimming the electrodes of the piezoelectric vibrating piece 32 by irradiating laser light from the outside.

圧電振動片32は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム,ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この圧電振動片32は、図3に示すように、パッケージ37側と固定される基部51と、この基部51を基端として、図において上に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕35,36を備えている。
各振動腕35,36の主面の表裏には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝33,34をそれぞれ形成し、図3および図4に示すように、この長溝内に駆動用の電極である励振電極37,38が設けられている。このような圧電振動片32の音叉状の外形と、各振動腕に設ける長溝は、それぞれ例えば水晶ウエハなどの材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
The piezoelectric vibrating piece 32 is formed of, for example, quartz, and a piezoelectric material such as lithium tantalate or lithium niobate can be used in addition to quartz. As shown in FIG. 3, the piezoelectric vibrating piece 32 includes a base 51 fixed to the package 37 side, and a pair of vibrations extending in parallel with the base 51 as a base end and splitting into two forks upward in the figure. Arms 35 and 36 are provided.
Long grooves 33 and 34 extending in the length direction are preferably formed on the front and back of the main surfaces of the vibrating arms 35 and 36, respectively. As shown in FIGS. 3 and 4, driving electrodes are formed in the long grooves. Excitation electrodes 37 and 38 are provided. The tuning fork-shaped outer shape of the piezoelectric vibrating piece 32 and the long groove provided in each vibrating arm should be precisely formed by wet etching a material such as a quartz wafer with a hydrofluoric acid solution or dry etching, for example. Can do.

励振電極37,38は、長溝33,34内と、各振動腕の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるようにされている。そして、各励振電極37,38は、図3で説明した引出し電極37a,38aにそれぞれ引き回されている。これにより、圧電デバイス30を実装基板などに実装した場合に、外部からの駆動電圧が、各実装端子41から、電極部31,31を介して圧電振動片32の各引出し電極37a,38aに伝えられ、各励振電極37,38に伝えられるようになっている。   The excitation electrodes 37 and 38 are formed in the long grooves 33 and 34 and on the side surfaces of the vibrating arms, and the electrodes in the long grooves and the electrodes provided on the side surfaces of each vibrating arm are paired. The excitation electrodes 37 and 38 are respectively routed to the extraction electrodes 37a and 38a described with reference to FIG. As a result, when the piezoelectric device 30 is mounted on a mounting substrate or the like, an external driving voltage is transmitted from the mounting terminals 41 to the extraction electrodes 37a and 38a of the piezoelectric vibrating piece 32 via the electrode portions 31 and 31. Are transmitted to the excitation electrodes 37 and 38.

そして、長溝33,34内の励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に、各振動腕の長溝が形成された領域の内部の電界効率を高めることができるようになっている。
また、好ましくは、基部51には、図3の振動片と同様に、基部51の両側縁に、基部51の幅方向の寸法に関して部分的に縮幅して形成した凹部もしくは切り込み部61,62を設けている。この切り込み部61,62は、基部51の各振動腕35,36の付け根の位置Tから、圧電振動片32が支持固定される箇所である引出し電極37a,38a側に向かって所定距離隔てた符号Kで示す位置に形成されている(図3右下拡大図)。切り込み部61,62の深さは、例えば、それぞれ近接する振動腕35,36の外側の側縁と一致する程度まで縮幅されると好ましい。
Then, by applying a driving voltage to the excitation electrodes in the long grooves 33 and 34, the electric field efficiency inside the region where the long grooves of the respective vibrating arms are formed can be increased during driving.
Further, preferably, in the base 51, similarly to the resonator element of FIG. 3, recesses or notches 61 and 62 formed on the both side edges of the base 51 by partially reducing the width in the width direction of the base 51. Is provided. The cut portions 61 and 62 are separated from the base position T of the vibrating arms 35 and 36 of the base 51 by a predetermined distance toward the lead electrodes 37a and 38a, which are locations where the piezoelectric vibrating reed 32 is supported and fixed. It is formed at a position indicated by K (lower right enlarged view of FIG. 3). It is preferable that the depths of the cut portions 61 and 62 are reduced to such an extent that they coincide with the outer side edges of the adjacent vibrating arms 35 and 36, respectively.

この切り込み部61,62は、各振動腕35,36の屈曲振動による振動の基部51側への漏れ込みを大きく低減して、CI値を抑制を図るために設けられるが、この実施形態では、その実効をはかるため、符号Kの位置に関して、以下のような工夫がなされている。   The notches 61 and 62 are provided in order to greatly reduce the leakage of the vibration due to the bending vibration of the vibrating arms 35 and 36 to the base 51 side and to suppress the CI value. In this embodiment, In order to achieve this effect, the following measures are taken for the position of the symbol K.

すなわち、切り込み部61,62が設けられる位置Kは、前記振動腕の付け根の箇所Tから、振動腕35,36の腕幅寸法Wの大きさを超える位置であって、かつ圧電振動片32が、前記固定支持される箇所である引出し電極37a,38aよりも付け根T側とされている。
すなわち、音叉型振動片の振動腕35,36が屈曲振動する際に、その振動漏れが基部51に向かって伝えられる範囲は、振動腕35,36の腕幅寸法Wと相関があることが知られている。本発明者はこの点に着目し、従来の圧電振動片の切り込み部が、適切な位置に設けられていないという知見を持った。そこで、本実施形態では、切り込み部61,62が設けられる位置Kについて、振動腕の付け根Tを起点として、振動腕の腕幅寸法Wの大きさに対応した距離を超える位置であって、かつ引出し電極37a,38aの箇所よりも付け根T側とすることにしたものである。これによって、切り込み部61,62は、振動腕35,36からの振動漏れが、基部51側に伝搬することを、より確実に抑制する構造とすることができたものである。
これにより、本実施形態においては、振動腕側から基部側への振動の漏れ込みを適切に防止して、ドライブレベル特性が良好な圧電振動片を提供することができる。
That is, the position K at which the notches 61 and 62 are provided is a position exceeding the arm width dimension W of the vibrating arms 35 and 36 from the base T of the vibrating arm, and the piezoelectric vibrating piece 32 is The base electrode is located on the base T side with respect to the extraction electrodes 37a and 38a that are fixedly supported.
That is, it is known that the range in which the vibration leakage is transmitted toward the base 51 when the vibrating arms 35 and 36 of the tuning fork type vibrating piece are flexibly vibrated is correlated with the arm width dimension W of the vibrating arms 35 and 36. It has been. The inventor pays attention to this point, and has the knowledge that the cut portion of the conventional piezoelectric vibrating piece is not provided at an appropriate position. Therefore, in the present embodiment, the position K where the notches 61 and 62 are provided is a position that exceeds the distance corresponding to the arm width dimension W of the vibrating arm, starting from the root T of the vibrating arm, and The root T side of the extraction electrodes 37a and 38a is selected. As a result, the notches 61 and 62 have a structure that more reliably suppresses vibration leakage from the vibrating arms 35 and 36 from propagating to the base 51 side.
Thereby, in this embodiment, the leakage of the vibration from the vibrating arm side to the base side can be appropriately prevented, and a piezoelectric vibrating piece with good drive level characteristics can be provided.

図5は、切り込み部61,62が設けられる位置である上記Kの値(付け根Tから切り込み61,62までの距離)を横軸にとり、ドライブレベル特性を見たときの周波数偏差を縦軸にとったグラフである。
正常な圧電振動片では、そのドライブレベル特性においては、プラスの6ppm程度の周波数シフトが見られる。
この実施形態では、図3の振動腕の幅Wは50μmであるが、図5において、切り込み部を50μmとした時に、周波数はプラス4ppmシフトしており、振動腕Wの寸法に1.2を乗じた数値である60μmの位置に切り込み部を形成した時、ドライブレベル特性は略プラス6ppmとなり、正常な圧電振動片の値と一致する。
FIG. 5 shows the value of K (the distance from the root T to the cuts 61 and 62) where the cut portions 61 and 62 are provided on the horizontal axis, and the frequency deviation when the drive level characteristics are viewed on the vertical axis. It is a graph taken.
In a normal piezoelectric vibrating piece, a positive frequency shift of about 6 ppm is observed in the drive level characteristic.
In this embodiment, the width W of the vibrating arm in FIG. 3 is 50 μm. However, in FIG. 5, when the cut portion is 50 μm, the frequency is shifted by 4 ppm, and the size of the vibrating arm W is 1.2. When the cut portion is formed at the multiplied value of 60 μm, the drive level characteristic is approximately plus 6 ppm, which matches the value of a normal piezoelectric vibrating piece.

図6は、本実施形態の圧電振動片32のドライブレベル特性を見たグラフであり、横軸は印加する駆動パワーを、縦軸は対応する周波数偏差を示している。この場合、駆動パワーを0.5マイクロワット(μW)から、3.0マイクロワット(μW)に変化させている。
図8の従来の例と比べると、図8の例では、周波数偏差がマイナスになっており、振動腕の屈曲振動の際にエネルギーが漏れながら、すなわち、不安定な屈曲振動により振動していたものである。これに対して、図6では、周波数偏差はプラスになっており、切り込み部61,62が十分にその機能を発揮して、安定した振動を実現できていることがわかる。
FIG. 6 is a graph showing the drive level characteristics of the piezoelectric vibrating piece 32 of the present embodiment, in which the horizontal axis indicates the drive power to be applied and the vertical axis indicates the corresponding frequency deviation. In this case, the driving power is changed from 0.5 microwatts (μW) to 3.0 microwatts (μW).
Compared with the conventional example of FIG. 8, in the example of FIG. 8, the frequency deviation is negative, and the energy is leaked during bending vibration of the vibrating arm, that is, vibrates due to unstable bending vibration. Is. On the other hand, in FIG. 6, the frequency deviation is positive, and it can be seen that the notches 61 and 62 sufficiently exhibit their functions and realize stable vibration.

さらに、圧電振動片32においては、各振動腕35,36が図3に示すような形状となるように形成されている。
各振動腕は同じ形状であるから、振動腕36について説明すると、基部51から延びる基端部(付け根の箇所と同じ)Tでは、振動腕幅が最も広い。そして、振動腕36の付け根であるこのTの位置から振動腕36の先端側に僅かな距離だけ離れたUの箇所の間において、急激に縮幅する第1の縮幅部TLが形成されている。そして第1の縮幅部TLの終端であるUの位置から、振動腕36のさらに先端側に向かってPの位置まで、すなわち、振動腕に関して、CLの距離にわたって、徐々に連続的に縮幅する第2の縮幅部CLが形成されている。
Further, in the piezoelectric vibrating piece 32, the vibrating arms 35 and 36 are formed to have a shape as shown in FIG.
Since each resonating arm has the same shape, the resonating arm 36 will be described. The resonating arm width is the widest at the base end portion (same as the root portion) T extending from the base 51. Then, a first reduced width portion TL that is suddenly reduced in width is formed between U positions that are separated from the position of T, which is the root of the vibrating arm 36, by a slight distance toward the distal end side of the vibrating arm 36. Yes. Then, from the position of U, which is the end of the first reduced width portion TL, to the position of P toward the distal end side of the vibrating arm 36 further, that is, with respect to the vibrating arm, the reduced width gradually and continuously over the distance of CL. A second reduced width portion CL is formed.

このため、振動腕36は基部51に近い付け根付近が、第1の縮幅部TLを設けることにより、高い剛性を備えるようにされている。また、第1の縮幅部TLの終端Uから先端に向かうにつれて、第2の縮幅部CLを形成したことにより、連続的に剛性が低くなるようにされている。Pの箇所は腕幅の変更点Pであり、振動腕36の形態上くびれた位置であるから、くびれ位置Pと表現することができる。振動腕36においては、このくびれ位置Pよりもさらに先端側は、腕幅が同じ幅で延びるか、あるいは図示のように腕幅が拡大している。
ここで、図3の長溝33,34が長い程、振動腕35,36を形成する材料について電界効率が向上し、振動腕の全長Lに対して、長溝33,34の基部51からの長さPLが、少なくともPL/L=0.7程度までは、長くするほど音叉型振動片のCI値は下がることがわかっている。この実施形態では、図3において、振動腕36の全長Lは、例えば1200μm程度である。
For this reason, the vibrating arm 36 is provided with high rigidity in the vicinity of the base close to the base 51 by providing the first reduced width portion TL. Further, as the second reduced width portion CL is formed from the end U of the first reduced width portion TL toward the tip, the rigidity is continuously reduced. The portion P is an arm width change point P, which is a constricted position in terms of the form of the vibrating arm 36, and can be expressed as a constricted position P. In the resonating arm 36, the arm width extends at the tip side further than the constricted position P, or the arm width is enlarged as shown in the figure.
Here, as the long grooves 33 and 34 in FIG. 3 are longer, the electric field efficiency of the material forming the vibrating arms 35 and 36 is improved, and the length of the long grooves 33 and 34 from the base 51 with respect to the entire length L of the vibrating arms. It is known that the CI value of the tuning fork type resonator element decreases as PL becomes longer at least up to about PL / L = 0.7. In this embodiment, in FIG. 3, the total length L of the vibrating arm 36 is, for example, about 1200 μm.

以上の構造により、振動腕36の根本部分、すなわち、付け根付近が、第1の縮幅部TLにより、剛性が強化されている。これにより、振動腕の屈曲振動を一層安定させることができCI値の抑制をはかることができる。
しかも、第2の縮幅部CLを設けたことで、振動腕36は、その付け根付近から、先端側に向かって、くびれ位置Pまで、徐々に剛性が低下し、くびれ位置Pからさらに先端側では、長溝34が無く、腕幅が徐々に拡大していることから、剛性は先端側にいくに従って高くされている。
このため、2次の高調波における振動の際の振動の「節」を、振動腕36のより先端側に位置させることができると考えられ、このことにより、長溝34を長くして圧電材料の電界効率を上げ、CI値を上昇させても、基本波のCI値を抑制しながら、2次の高調波のCI値の低下を招くことがないようにすることができる。かくして、小型化しても、基本波のCI値を低く抑えることができ、ドライブ特性が悪化することがない圧電振動片を提供することができる。
With the above structure, the rigidity of the base portion of the vibrating arm 36, that is, the vicinity of the base is enhanced by the first reduced width portion TL. Thereby, the flexural vibration of the vibrating arm can be further stabilized and the CI value can be suppressed.
In addition, by providing the second reduced width portion CL, the rigidity of the vibrating arm 36 gradually decreases from the vicinity of the base toward the constriction position P toward the distal end side, and further from the constriction position P to the distal end side. Then, since there is no long groove 34 and the arm width is gradually expanded, the rigidity is increased toward the tip side.
For this reason, it is considered that the “node” of vibration at the time of vibration in the second harmonic can be positioned on the more distal end side of the vibrating arm 36, which makes the long groove 34 longer and the piezoelectric material Even if the electric field efficiency is increased and the CI value is increased, the CI value of the second harmonic can be prevented from being lowered while the CI value of the fundamental wave is suppressed. Thus, even if the size is reduced, the CI value of the fundamental wave can be kept low, and a piezoelectric vibrating piece that does not deteriorate the drive characteristics can be provided.

本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、箱状のパッケージに圧電振動片を収容したものに限らず、シリンダー状の容器に圧電振動片を収容したもの、圧電振動片をジャイロセンサーとして機能するようにしたもの、さらには、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、圧電振動片を利用したあらゆる圧電デバイスに適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration of the embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with other configurations not shown.
Further, the present invention is not limited to the case where the piezoelectric vibrating piece is accommodated in the box-shaped package, the case where the piezoelectric vibrating piece is accommodated in the cylindrical container, the piezoelectric vibrating piece functioning as a gyro sensor, Can be applied to any piezoelectric device using a piezoelectric vibrating piece regardless of the name of a piezoelectric vibrator, a piezoelectric oscillator, or the like.

本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。The schematic plan view which shows embodiment of the piezoelectric device of this invention. 図1のB−B線概略断面図。BB schematic sectional drawing of FIG. 図1の圧電デバイスに使用される圧電振動片の概略平面図。FIG. 2 is a schematic plan view of a piezoelectric vibrating piece used in the piezoelectric device of FIG. 1. 図3のC−C線切断端面図。The CC sectional view taken on the line of FIG. 図3の圧電振動片の切り込み部の位置とドライブレベル特性の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the position of the notch of the piezoelectric vibrating piece of FIG. 3, and a drive level characteristic. 図3の圧電振動片に印加する駆動パワーを変化させた場合の周波数変化を示すグラフ。The graph which shows the frequency change at the time of changing the drive power applied to the piezoelectric vibrating piece of FIG. 従来の圧電振動片の概略平面図。FIG. 6 is a schematic plan view of a conventional piezoelectric vibrating piece. 図7の圧電振動片に印加する駆動パワーを変化させた場合の周波数変化を示すグラフ。The graph which shows the frequency change at the time of changing the drive power applied to the piezoelectric vibrating piece of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

30・・・圧電デバイス、32・・・圧電振動片、33,34・・・長溝、35,36・・・振動腕、TL・・・第1の縮幅部、CL・・・第2の縮幅部、61,62・・・切り込み部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Piezoelectric device, 32 ... Piezoelectric vibrating piece, 33, 34 ... Long groove, 35, 36 ... Vibrating arm, TL ... First reduced width part, CL ... Second Reduced width portion, 61, 62 ... cut portion

Claims (5)

圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕とを備え、前記基部の前記振動腕側とは反対側の端部付近で固定支持される音叉型の圧電振動片において、
前記基部の側縁には、前記基部の幅方向の寸法を縮幅するように設けた切り込み部が形成されており、
前記切り込み部が設けられる位置Kが、前記振動腕の付け根から、前記振動腕の腕幅寸法Wを超える位置であって、かつ前記固定支持される箇所よりも前記付け根側とされていて、
前記各振動腕には、これらの長手方向に沿って形成された長溝と、前記長溝に形成された駆動用の電極とを備えており、かつ前記各振動腕の幅寸法が、前記各振動腕の前記基部に対する付け根の箇所から前記各振動腕の先端側に向かって縮幅する縮幅部を有し、
前記長溝は、前記縮幅部に位置し、
前記各振動腕の前記縮幅部の終端から、前記幅寸法が前記各振動腕の先端側に向かって等しい大きさで延びるか、あるいは増加に転じる幅変化の変更点Pを有し、前記変更点Pは、前記長溝の先端よりもさらに前記各振動腕の先端に位置することを特徴とする、圧電振動片。
A tuning fork comprising a base formed of a piezoelectric material and a plurality of vibrating arms formed integrally with the base and extending in parallel to each other, and fixedly supported near an end of the base opposite to the vibrating arm side Type piezoelectric vibrating piece,
The side edge of the base is formed with a cut portion provided to reduce the width dimension of the base.
The position K at which the cut portion is provided is a position exceeding the arm width dimension W of the vibrating arm from the root of the vibrating arm, and is closer to the root side than the fixedly supported location.
Each of the vibrating arms includes a long groove formed along the longitudinal direction thereof, and a driving electrode formed in the long groove, and the width dimension of each of the vibrating arms is equal to each of the vibrating arms. Having a reduced width portion that is reduced in width toward the tip side of each vibrating arm from the base of the base portion of
The long groove is located in the reduced width portion ,
From the end of the reduced width portion of each vibrating arm, the width dimension extends at the same size toward the distal end side of each vibrating arm, or has a change point P of a width change that turns to increase. The point P is located at the tip of each vibrating arm further than the tip of the long groove .
前記各振動腕の前記縮幅部は、前記基部に対する付け根の箇所から前記各振動腕の先端側に向かって縮幅する第1の縮幅部と、前記第1の縮幅部の終端から前記各振動腕の先端側に向かって縮幅する第2の縮幅部と、を有し、
前記第1の縮幅部における前記各振動腕の縮幅は、前記第2の縮幅部における前記各振動腕の縮幅よりも急激であることを特徴とする、請求項1に記載の圧電振動片。
The reduced width portion of each of the vibrating arms includes a first reduced width portion that is reduced in width from a base portion with respect to the base portion toward a distal end side of each of the vibrating arms, and an end of the first reduced width portion. A second reduced width portion that is reduced in width toward the distal end side of each vibrating arm,
2. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the contracted width of each vibrating arm in the first contracted width portion is sharper than the contracted width of each vibrating arm in the second contracted width portion. Vibrating piece.
前記切り込み部の位置Kが、前記付け根の箇所から前記腕幅寸法W×1.2以上離れた位置に形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧電振動片。 3. The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the position K of the cut portion is formed at a position away from the base portion by the arm width dimension W × 1.2 or more. パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、
前記圧電振動片が、
圧電材料により形成された基部と、前記基部と一体に形成され、互いに平行に延びる複数の振動腕とを備え、前記基部の前記振動腕側とは反対側の端部付近で固定支持される音叉型の圧電振動片において、
前記基部の側縁には、前記基部の幅方向の寸法を縮幅するように設けた切り込み部が形成されており、
前記切り込み部が設けられる位置Kが、前記振動腕の付け根から、前記振動腕の腕幅寸法Wを超える位置であって、かつ前記固定支持される箇所よりも前記付け根側とされていて、
前記各振動腕には、これらの長手方向に沿って形成された長溝と、前記長溝に形成された駆動用の電極とを備えており、かつ前記各振動腕の幅寸法が、前記各振動腕の前記基部に対する付け根の箇所から前記各振動腕の先端側に向かって縮幅する縮幅部を有し、前記長溝は、前記縮幅部に位置し、
前記各振動腕は、前記縮幅部の終端から、前記幅寸法が前記各振動腕の先端側に向かって等しい大きさで延びるか、あるいは増加に転じる幅変化の変更点Pを有し、前記変更点Pは、前記長溝の先端よりもさらに前記各振動腕の先端に位置することを特徴とする、圧電デバイス。
A piezoelectric device containing a piezoelectric vibrating piece in a package or case,
The piezoelectric vibrating piece is
A tuning fork comprising a base formed of a piezoelectric material and a plurality of vibrating arms formed integrally with the base and extending in parallel to each other, and fixedly supported near an end of the base opposite to the vibrating arm side Type piezoelectric vibrating piece,
The side edge of the base is formed with a cut portion provided to reduce the width dimension of the base.
The position K at which the cut portion is provided is a position exceeding the arm width dimension W of the vibrating arm from the root of the vibrating arm, and is closer to the root side than the fixedly supported location.
Each of the vibrating arms includes a long groove formed along the longitudinal direction thereof, and a driving electrode formed in the long groove, and the width dimension of each of the vibrating arms is equal to each of the vibrating arms. Having a reduced width portion that is reduced in width toward the tip side of each vibrating arm from the base portion of the base portion, and the long groove is located in the reduced width portion ,
Each vibrating arm has a change point P of a width change in which the width dimension extends from the end of the reduced width portion toward the front end side of each vibrating arm or increases. The change point P is located at the tip of each vibrating arm further than the tip of the long groove .
前記切り込み部の位置Kが、前記付け根の箇所から前記腕幅寸法W×1.2以上離れた位置に形成されることを特徴とする請求項に記載の圧電デバイス。 5. The piezoelectric device according to claim 4 , wherein a position K of the cut portion is formed at a position away from the base portion by the arm width dimension W × 1.2 or more.
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