JP5067486B2 - 屈曲振動片、屈曲振動子、及び圧電デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、屈曲振動片、屈曲振動子、及び圧電デバイスに関する。
従来から、屈曲振動片を小型化するとQ値が小さくなり、屈曲振動を阻害することが知られている。これは、熱の移動により温度平衡させるまでの緩和時間に反比例する緩和振動と、屈曲振動片の振動周波数とが、近づいて起こる熱弾性効果によるものである。屈曲振動片が屈曲振動することにより弾性変形が生じ、収縮される面の温度は上昇し、伸張される面の温度は下降するため、屈曲振動片の内部に温度差が発生する。この温度差を熱伝導(熱移動)により温度平衡させるまでの緩和時間に反比例する緩和振動により、屈曲振動を阻害し、Q値を低下させる。また別の見方によれば、熱伝導により失われたエネルギーは屈曲振動エネルギーとしての利用ができなくなるので、これが原因で屈曲振動片のQ値低下が生じてしまう。
このため、屈曲振動片の矩形状断面に溝または貫通孔を形成し、振動子の収縮される面から伸張される面に発生する熱の移動を阻止して、熱弾性効果に起因するQ値変動の抑制を図っている(たとえば、特許文献1参照)。
また非特許文献1では、音叉型水晶振動子の一構造例について熱弾性方程式によるQ値の計算が行われている。その計算結果から、25℃におけるCI(クリスタルインピーダンス)値の約95%が熱弾性効果によるものであると報告されている。
このため、屈曲振動片の矩形状断面に溝または貫通孔を形成し、振動子の収縮される面から伸張される面に発生する熱の移動を阻止して、熱弾性効果に起因するQ値変動の抑制を図っている(たとえば、特許文献1参照)。
また非特許文献1では、音叉型水晶振動子の一構造例について熱弾性方程式によるQ値の計算が行われている。その計算結果から、25℃におけるCI(クリスタルインピーダンス)値の約95%が熱弾性効果によるものであると報告されている。
第36回EMシンポジウム、5頁〜8頁、「熱弾性方程式による音叉型水晶振動子のQ値の解析」、伊藤秀明、玉木悠也
しかしながら、上述の従来技術を用いても、屈曲振動部に貫通孔を設けると、屈曲振動部の剛性が著しく低下してしまう。また、屈曲振動部の溝を特許文献1のように設けても、熱弾性効果に起因するQ値低下の防止効果は不十分であった。このため、熱弾性効果に起因するQ値の低下の防止を図るには、さらに改良する余地があり、課題とされている。
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものである。以下の形態または適用例により実現することが可能である。
[適用例1]本適用例にかかる屈曲振動片は、基部と、前記基部から延長して形成され、屈曲振動する屈曲振動部とを備え、前記屈曲振動部は、屈曲振動により互い違いに伸張する及び収縮する第1面及び第2面、ならびに第3面及び第4面とを備え、前記第3面に設けられた第1溝部と、前記第4面に設けられた第2溝部とを備え、前記第1面を含む面と前記第2面を含む面とは対向し、前記第3面を含む面と前記第4面を含む面とは対向し、前記第1溝部の第1深さ及び前記第2溝部の第2深さは、前記第3面を含む面と前記第4面を含む面との間の距離よりも小さく、前記第1深さと前記第2深さとの和は該距離よりも大きく、前記第1溝部及び前記第2溝部は、前記第1面を含む面と前記第2面を含む面との間に配置されることを要旨とする。
[適用例2]本適用例にかかる屈曲振動片は、基部と、前記基部から延長する振動部とを備え、前記振動部が、互いに対向する第1及び第2の主面と、前記第1の主面に形成された第1溝部と、前記第2の主面に形成された第2溝部と、を有し、前記第1の主面の法線方向からの平面視において、前記第1溝部と前記第2溝部が、前記延長の方向と直交する方向に配列されており、前記第1溝部の第1深さ及び前記第2溝部の第2深さは、前記第1の主面と前記第2の主面との間の前記法線方向の距離よりも小さく、且つ、前記第1深さと前記第2深さの和は、前記距離よりも大きいことを特徴とする。
[適用例3]上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記振動部は、前記第1の主面と前記第2の主面とを連結する、且つ、互いに対向する第3及び第4の主面を有しており、前記振動部の屈曲振動によって、前記第3の主面が伸張する場合は前記第4の主面は収縮し、前記第3の主面が収縮する場合は前記第4の主面は伸張する関係にあることを特徴とする。
適用例1乃至3によれば、第1溝部の第1深さ及び第2溝部の第2深さは、第3面を含む面と第4面を含む面との間の距離よりも小さいので、第1溝部及び第2溝部は、第3面を含む面と第4面を含む面との間を貫通しない。よって、屈曲振動部に貫通孔を設けた場合に比して、屈曲振動部の剛性を改善することができる。そして、第1溝部の第1深さと第2溝部の第2深さとの和は距離よりも大きいので、第1伸縮部(第1面)と第2伸縮部(第2面)との間での熱移動経路を直線に形成することができない。このようにして、第1伸縮部(第1面)と第2伸縮部(第2面)との間での熱移動経路を、第1溝部及び第2溝部を迂回するようにさせ、長くすることができる。このため、熱移動(熱伝導)により温度平衡させるまでの緩和時間を長くするので、この緩和時間に反比例する緩和振動周波数を屈曲振動周波数から遠ざけることができる。これにより、熱弾性効果に起因するQ値の変動を抑制し、屈曲振動片の小型化を実現することができる。
[適用例4]上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記第1溝部及び前記第2溝部は、前記第1面を含む面と前記第2面を含む面との間の最短距離を結ぶ最短線と交差して配置されていることが好ましい。
これによれば、第1溝部及び第2溝部は、第1面を含む面と第2面を含む面との間の最短距離を結ぶ最短線と交差して配置されているので、第1面と第2面との間での熱移動経路を、第1溝部及び第2溝部により迂回するようにさせ、第1面を含む面と第2面を含む面との間の最短距離よりも長くすることができる。このため、熱弾性効果に起因するQ値の変動を抑制し、屈曲振動片の小型化を実現することができる。
[適用例5]上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記第1溝部及び前記第2溝部は、前記屈曲振動部から前記基部に跨って形成されていることが好ましい。
これによれば、第1溝部及び第2溝部は、屈曲振動部から基部に跨って形成され、基部に配置されているので、基部においても熱移動経路を長くすることができる。このため、熱移動(熱伝導)により温度平衡させるまでの緩和時間を長くするので、この緩和時間に反比例する緩和振動周波数を屈曲振動周波数から遠ざけることができる。これにより、熱弾性効果に起因するQ値の変動を抑制し、屈曲振動片の小型化を実現することができる。
[適用例6]上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記振動部の屈曲振動周波数をf、円周率をπ、前記振動部に用いた材料の振動方向の熱伝導率をk、前記振動部に用いた材料の質量密度をρ、前記振動部に用いた材料の熱容量をCp、前記振動部の振動方向の幅をaとし、fm=πk/(2ρCpa2)としたとき、0.09<f/fmであることが好ましい。より好ましくは0.25<f/fmであり、さらに好ましくは1<f/fmである。
これによれば、緩和振動周波数を屈曲振動周波数から十分遠ざけることができるので、熱弾性効果によるQ値の低下が抑制され、屈曲振動片の小型化を実現することができる。
[適用例7]上記適用例にかかる屈曲振動片において、前記第1溝部及び前記第2溝部は、前記基部から前記屈曲振動部の延長方向の長さの半分から基部側に配置されていることが好ましい。
これによれば、屈曲振動による熱の移動の比較的多い部分である基部から屈曲振動部の延長方向の長さの半分から基部側に、第1溝部及び第2溝部が配置されているので、上述の効果を奏することができる。そして、屈曲振動による熱の移動の比較的少ない部分である基部から屈曲振動部の延長方向の長さの半分を超えた部分の機械的強度を確保することができる。
[適用例8]本適用例にかかる屈曲振動子は、上記記載の前記屈曲振動片と、前記屈曲振動片とを収納するパッケージとを備え、前記パッケージ内に前記屈曲振動片が気密に封止されたことを要旨とする。
これによれば、屈曲振動子は、上述と同様の効果を奏することができる。
[適用例9]本適用例にかかる圧電デバイスは、上記記載の前記屈曲振動片と、前記屈曲振動子を駆動させるICチップと、前記屈曲振動片及び前記ICチップを収納するパッケージとを備え、前記パッケージ内に前記屈曲振動片及び前記ICチップが気密に封止されたことを要旨とする。
これによれば、圧電デバイスは、上述と同様の効果を奏することができる。
以下の実施形態では、屈曲振動片として圧電体の一種である水晶からなる水晶振動片を一例に挙げて説明する。そして、この水晶振動片を用いた圧電振動子及び圧電デバイスとして、水晶振動子及び水晶発振器を例に挙げて説明する。そして、図示して説明するために、X軸、Y軸、及びZ軸を記載して説明し、それぞれの軸を、水晶の結晶軸である電気軸としての結晶X軸、機械軸としての結晶Y軸、及び光学軸としての結晶Z軸を示すものとする。また、図示したZ軸が結晶Z軸に対して1度から5度程度傾斜し、その傾斜に伴いZ−X平面が傾斜して形成されるとしてもよい。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。
図1は、第1実施形態の水晶振動片10を示す概略斜視図である。図2は、図1に示した水晶振動片10を、Y軸中心に180°回転した方向から見た概略斜視図である。図3は、図1及び図2のY(+)方向に見たZ−X概略断面図であり、概略配線図である。図4は、屈曲振動片(水晶振動片)のQのf/fm依存性を表すグラフであり、屈曲振動部の断面形状の違いによる比較を示したグラフである。
以下、第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。
図1は、第1実施形態の水晶振動片10を示す概略斜視図である。図2は、図1に示した水晶振動片10を、Y軸中心に180°回転した方向から見た概略斜視図である。図3は、図1及び図2のY(+)方向に見たZ−X概略断面図であり、概略配線図である。図4は、屈曲振動片(水晶振動片)のQのf/fm依存性を表すグラフであり、屈曲振動部の断面形状の違いによる比較を示したグラフである。
図1及び図2に示すように、水晶振動片10は、振動部である屈曲振動部1と、基部2と、励振電極3,4と、固定電極5,6とを備えている。水晶振動片10は、第3の主面である第1面11、第4の主面である第2面12、第1の主面である第3面13、及び第2の主面である第4面14を備えている。第3の主面である第1面11と第4の主面である第2面12とは対向して配置されており、第1の主面である第3面13と第2の主面である第4面14とは対向して配置されている。第3面13には、第1溝部15が形成されている。第4面14には、第2溝部16が形成されている。そして、第1溝部15は、第2面12に対向して配置され、第2溝部16は、第1面11に対向して配置されている。また、第1の主面である第3面13の法線方向からの平面視において、第1溝部15と第2溝部16は、屈曲振動部1の基部2からの延長の方向に対して直交する方向に配列されている。
なお、本願における第1及び第2の主面には、第1及び第2溝部の内面や底面を含まないものとする。
第1溝部15及び第2溝部16は、屈曲振動部1から基部2に跨って形成され、第1溝部15及び第2溝部16の一端は、基部2に配置されている。第1溝部15及び第2溝部16の他端は、基部2から屈曲振動部1の延長方向(図示Y(+)方向と逆の方向)の長さの半分から基部側に配置されている。
なお、本願における第1及び第2の主面には、第1及び第2溝部の内面や底面を含まないものとする。
第1溝部15及び第2溝部16は、屈曲振動部1から基部2に跨って形成され、第1溝部15及び第2溝部16の一端は、基部2に配置されている。第1溝部15及び第2溝部16の他端は、基部2から屈曲振動部1の延長方向(図示Y(+)方向と逆の方向)の長さの半分から基部側に配置されている。
ここでは、第1溝部15及び第2溝部16は、屈曲振動部1の屈曲振動により生ずる収縮及び伸張の程度が大きい部分である屈曲振動部1と基部2との境界、つまり屈曲振動部1から基部2に跨って形成されるとしたが、これに限るものではなく、たとえば屈曲振動部1に形成されるとし、基部2に形成されないとしてもよい。また、第1溝部15及び第2溝部16は、基部2から屈曲振動部1の延長方向(図示Y(+)方向と逆の方向)の長さの半分から基部側に配置されているとしたが、これに限るものではなく、屈曲振動部1の延長方向の長さ(延長方向の端)まで形成されるとしてもよい。
屈曲振動部1及び基部2は、水晶の原石から切り出した後、ウェットエッチングなどにより、形成される。励振電極3,4と、固定電極5,6とは、クロム(Cr)またはニッケル(Ni)などの下地層と、この下地層の上に金(Au)または銀(Ag)などからなる電極層とを備えている。これら下地層及び電極層は、蒸着またはスパッタリングなどにより形成される。第1溝部15及び第2溝部16は、第3面13及び第4面14にウェットエッチングなどを施すことにより、形成される。
第1面11には、実線矢印及び2点鎖線矢印で示す屈曲振動に伴い、交互に収縮及び伸張がY方向に生じる第1伸縮部17を備えている。第2面12には、実線矢印及び2点鎖線矢印で示す屈曲振動に伴い、交互に収縮及び伸張がY方向に生じる第2伸縮部18を備えている。
第1伸縮部17(第1面11)に収縮が生じるとき、第2伸縮部18(第2面12)及び第1溝部15に伸張が生じる。そして、第2溝部16には収縮が生じている。逆に、第1伸縮部17(第1面11)に伸張が生じるとき、第2伸縮部18(第2面12)及びに第1溝部15に収縮が生じる。そして、第2溝部16には伸張が生じている。このようにして、それぞれ対向して配置された第1面11及び第2面12は、屈曲振動により互い違いに伸張する及び収縮する。そして、収縮される面の温度は上昇し、伸張される面の温度は下降するため、第1面11と第2面12との間、つまり屈曲振動片の内部に温度差が発生する。この温度差を熱伝導(熱移動)により温度平衡させるまでの緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foの緩和振動が発生する。ここで、緩和振動周波数foと緩和時間τとは、fo=1/(2πτ)で示される。なお、本願において「/」の記号は除算を表す。
第1伸縮部17(第1面11)に収縮が生じるとき、第2伸縮部18(第2面12)及び第1溝部15に伸張が生じる。そして、第2溝部16には収縮が生じている。逆に、第1伸縮部17(第1面11)に伸張が生じるとき、第2伸縮部18(第2面12)及びに第1溝部15に収縮が生じる。そして、第2溝部16には伸張が生じている。このようにして、それぞれ対向して配置された第1面11及び第2面12は、屈曲振動により互い違いに伸張する及び収縮する。そして、収縮される面の温度は上昇し、伸張される面の温度は下降するため、第1面11と第2面12との間、つまり屈曲振動片の内部に温度差が発生する。この温度差を熱伝導(熱移動)により温度平衡させるまでの緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foの緩和振動が発生する。ここで、緩和振動周波数foと緩和時間τとは、fo=1/(2πτ)で示される。なお、本願において「/」の記号は除算を表す。
一般に、緩和振動周波数fmは、下式で求まることが知られている。
fm=πk/(2ρCpa2) …(1)
ここで、πは円周率、kは振動部(屈曲振動部)の振動方向(屈曲振動方向)の熱伝導率、ρは振動部の質量密度、Cpは振動部(屈曲振動部)の熱容量、aは振動部(屈曲振動部)の振動方向(屈曲振動方向)の幅である。
式(1)の熱伝導率k、質量密度ρ、熱容量Cpに振動部の材料そのものの定数を入力した場合、求まる緩和振動周波数fmは振動部に第1溝部15及び第2溝部16を設けていない場合の屈曲振動部の緩和振動周波数となる。
fm=πk/(2ρCpa2) …(1)
ここで、πは円周率、kは振動部(屈曲振動部)の振動方向(屈曲振動方向)の熱伝導率、ρは振動部の質量密度、Cpは振動部(屈曲振動部)の熱容量、aは振動部(屈曲振動部)の振動方向(屈曲振動方向)の幅である。
式(1)の熱伝導率k、質量密度ρ、熱容量Cpに振動部の材料そのものの定数を入力した場合、求まる緩和振動周波数fmは振動部に第1溝部15及び第2溝部16を設けていない場合の屈曲振動部の緩和振動周波数となる。
励振電極3は、第1伸縮部17及び第2伸縮部18に形成されている。そして、励振電極4は、第1溝部15及び第2溝部16に形成されている。
固定電極5,6は、基部2に配置されている。固定電極5,6の間には、交流電流が流れるように配線されている。固定電極5は、励振電極3に接続され、固定電極6は、励振電極4に接続されている(図示省略)。
図3(a)に示すように、第1面11の第1伸縮部17、及び第2面12の第2伸縮部18に励振電極3がそれぞれ配置され、第1溝部15及び第2溝部16に励振電極4がそれぞれ配置されている。
第1溝部15の第1深さd1、及び第2溝部16の第2深さd2は、屈曲振動部1の第3面13と第4面14との間の距離tよりも小さい。つまり、第1溝部15及び第2溝部16は、第3面13と第4面14との間を貫通しない。たとえば図3(a)において、第1溝部15の第1深さd1、及び第2溝部16の第2深さd2は、共に0.9tとする。ここで、第1深さd1及び第2深さd2は距離tよりも小さく、第1深さd1と第2深さd2との和は距離tを超えていれば、共に0.9tであることに限らず、たとえばd1=0.9t、d2=0.4tの組合せであってもよく、d1=0.6tであり、d2=0.8tなどいずれの組合せであってもよい。第1深さd1及び第2深さd2が距離tよりも小さいことにより、第1溝部15及び第2溝部16が非貫通孔となるので、溝部を貫通孔とした場合に比して、屈曲振動部1の剛性を高めることができる。
第1溝部15の第1深さd1、及び第2溝部16の第2深さd2は、屈曲振動部1の第3面13と第4面14との間の距離tよりも小さい。つまり、第1溝部15及び第2溝部16は、第3面13と第4面14との間を貫通しない。たとえば図3(a)において、第1溝部15の第1深さd1、及び第2溝部16の第2深さd2は、共に0.9tとする。ここで、第1深さd1及び第2深さd2は距離tよりも小さく、第1深さd1と第2深さd2との和は距離tを超えていれば、共に0.9tであることに限らず、たとえばd1=0.9t、d2=0.4tの組合せであってもよく、d1=0.6tであり、d2=0.8tなどいずれの組合せであってもよい。第1深さd1及び第2深さd2が距離tよりも小さいことにより、第1溝部15及び第2溝部16が非貫通孔となるので、溝部を貫通孔とした場合に比して、屈曲振動部1の剛性を高めることができる。
このようにして、屈曲振動により互い違いに伸張する及び収縮する第1面11及び第2面12において、第1面11と第2面12との間の温度差を熱伝導(熱移動)により温度平衡させるための熱移動経路を、第1溝部15及び第2溝部16を迂回するようにさせ、第1面11と第2面12との間の直線距離よりも長くする。これにより、熱移動(熱伝導)による温度平衡させるまでの緩和時間τを長くし、緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foを屈曲振動周波数fから遠ざける。
図4は、屈曲振動片(水晶振動片)のQのf/fm依存性を表すグラフである。ここでfmは、屈曲振動部に溝部を設けていない場合(屈曲振動部の断面形状が略矩形の場合)の緩和振動周波数であり、他の実施形態においても同様の定義とする。図4のグラフの右側に記載されている図形は、屈曲振動部の断面形状を模式的に表したものである。
図4において、三角のマーカーは図3(a)の断面形状の場合、黒塗りの四角のマーカーは屈曲振動部の第1及び第2の主面に溝部を設けることで屈曲振動部の断面形状を「H」にした所謂H型の場合、白抜きの菱形のマーカーは屈曲振動部の何れの主面にも溝部を設けていない所謂平板の場合のプロットである。また、太い実線は三角マーカーの値の近似直線、破線は四角マーカー間の補間直線、一点鎖線は菱形マーカー間の補間直線である。
屈曲振動部の断面形状を図3(a)のようにし、f/fmを0.09より大きい値とすることで、H型の場合よりも高いQ値の屈曲振動片を実現することが、図4から明らかとなった。さらにf/fmを0.25より大きい値とすることで、H型と平板のいずれの場合よりも高いQ値の屈曲振動片を実現することができる。f/fmを1より大きくすれば、H型と平板のいずれよりも格段に高いQ値となる。
図4において、三角のマーカーは図3(a)の断面形状の場合、黒塗りの四角のマーカーは屈曲振動部の第1及び第2の主面に溝部を設けることで屈曲振動部の断面形状を「H」にした所謂H型の場合、白抜きの菱形のマーカーは屈曲振動部の何れの主面にも溝部を設けていない所謂平板の場合のプロットである。また、太い実線は三角マーカーの値の近似直線、破線は四角マーカー間の補間直線、一点鎖線は菱形マーカー間の補間直線である。
屈曲振動部の断面形状を図3(a)のようにし、f/fmを0.09より大きい値とすることで、H型の場合よりも高いQ値の屈曲振動片を実現することが、図4から明らかとなった。さらにf/fmを0.25より大きい値とすることで、H型と平板のいずれの場合よりも高いQ値の屈曲振動片を実現することができる。f/fmを1より大きくすれば、H型と平板のいずれよりも格段に高いQ値となる。
上述したように、固定電極5は励振電極3に接続され、固定電極6は励振電極4に接続されている。このため、図3(a)に示すように、励振電極3と励振電極4との間に、交流電流が流れる。これにより、励振電極3と励振電極4とにより挟まれた屈曲振動部1に電界が発生する。励振電極3と励振電極4との間に、交流電流が流れることにより、正電荷及び負電荷が交互に帯電するため、電界の方向が変化する。この電界の発生方向に応じて、第1面11(第1伸縮部17)及び第2溝部16、ならびに第2面12(第2伸縮部18)及び第1溝部15に、圧電効果による伸張ならびに収縮が図示Y方向に生じる。このようにして、屈曲振動部1は、屈曲振動周波数fで、実線矢印及び2点鎖線矢印で示す屈曲振動をする。
この屈曲振動に伴い、第1面11及び第2面12、ならびに第1溝部15及び第2溝部16に接する基部2にも、それぞれ第1伸縮部17ならびに第2伸縮部18と同様に、伸張ならびに収縮が図示Y方向に生じる。
また、固定電極5及び固定電極6は、水晶振動片10を収納するパッケージ(図示省略)などに固定するためにも用いられる。
この屈曲振動に伴い、第1面11及び第2面12、ならびに第1溝部15及び第2溝部16に接する基部2にも、それぞれ第1伸縮部17ならびに第2伸縮部18と同様に、伸張ならびに収縮が図示Y方向に生じる。
また、固定電極5及び固定電極6は、水晶振動片10を収納するパッケージ(図示省略)などに固定するためにも用いられる。
(変形例)
図3(b)及び図3(c)は、図3(a)に示した第1溝部15及び第2溝部16に関する第1実施形態の変形例を示す図である。ここで、図3(b)及び図3(c)に示した励振電極3,4の配置及び配線は、図3(a)に示した励振電極3,4の配置及び配線と同様である。
図3(b)及び図3(c)は、図3(a)に示した第1溝部15及び第2溝部16に関する第1実施形態の変形例を示す図である。ここで、図3(b)及び図3(c)に示した励振電極3,4の配置及び配線は、図3(a)に示した励振電極3,4の配置及び配線と同様である。
図3(b)に示す水晶振動片10が、図3(a)に示した水晶振動片10と相違する点は、第3面13に第1溝部15が2個形成されている点であり、2個の第1溝部15にそれぞれ励振電極4を備えている点である。
図3(c)に示す水晶振動片10が、図3(b)に示した水晶振動片10と相違する点は、第3面13に深さd4の第1溝部15A、及び深さd6の第1溝部15Bが形成され、第4面14に深さd3の第2溝部16A、及び深さd5の第2溝部16Bが形成されている点である。ここで、深さd3と深さd4との和は、第1深さd1と同様に屈曲振動部1の第3面13と第4面14との間の距離tに対して小さい。同様に、深さd5と深さd6との和は、第2深さd2と同様に距離tに対して小さい。
このようにして、屈曲振動により互い違いに伸張する及び収縮する第1面11及び第2面12において、第1面11と第2面12との間の温度差を熱伝導(熱移動)により温度平衡させるための熱移動経路を、第1溝部15及び第2溝部16を迂回するようにさせ、第1面11と第2面12との間の直線距離よりも長くする。これにより、熱移動(熱伝導)による温度平衡させるまでの緩和時間τを長くし、緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foを屈曲振動周波数fから遠ざける。そして、屈曲振動周波数fを緩和振動周波数fmで除した値f/fmが0.09を超えることが好ましく、熱弾性効果によるQ値の低下が抑制される。より好ましくは0.25<f/fm、さらに好ましくは1<f/fmであり、これにより更なるQ値の改善が図られる。
したがって、第1実施形態及びその変形例によれば、第1溝部15の第1深さd1及び第2溝部16の第2深さd2は、第3面13と第4面14との間の距離よりも小さいので、第1溝部15及び第2溝部16は、第3面13と第4面14との間を貫通しない。そして、第1溝部15の第1深さd1と第2溝部16の第2深さd2との和は第3面13と第4面14との間の距離tよりも大きいので、第1伸縮部17(第1面11)と第2伸縮部18(第2面12)との間での熱移動経路を直線に形成することができない。このようにして、第1伸縮部17(第1面11)と第2伸縮部18(第2面12)との間での熱移動経路を、第1溝部15及び第2溝部16を迂回するようにさせ、長くすることができる。このため、熱移動(熱伝導)により温度平衡させるまでの緩和時間τを長くするので、この緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foを屈曲振動周波数fから遠ざけることができる。これにより、熱弾性効果に起因するQ値の変動を抑制し、水晶振動片10の小型化を実現することができる。
これによれば、第1溝部15及び第2溝部16は、第1面11と第2面12との間の最短距離を結ぶ最短線と交差して配置されているので、第1面11と第2面12との間での熱移動経路を、第1溝部15及び第2溝部16により迂回するようにさせ、第1面11と第2面12との間の最短距離よりも長くすることができる。このため、熱弾性効果に起因するQ値の変動を抑制し、水晶振動片10の小型化を実現することができる。
これによれば、第1溝部15及び第2溝部16は、屈曲振動部1から基部2に跨って形成され、基部2に配置されているので、基部2においても熱移動経路を長くすることができる。熱移動(熱伝導)により温度平衡させるまでの緩和時間τを長くするので、この緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foを屈曲振動周波数fから遠ざけることができる。これにより、このため、熱弾性効果に起因するQ値の変動を抑制し、水晶振動片10の小型化を実現することができる。
これによれば、屈曲振動による熱移動の比較的多い部分である基部2から屈曲振動部1の延長方向の長さの半分から基部側に、第1溝部15及び第2溝部16が配置されているので、上述の効果を奏することができる。そして、屈曲振動による熱移動の比較的少ない部分である基部2から屈曲振動部1の延長方向の長さの半分を超えた部分の機械的強度を確保することができる。
これによれば、緩和振動周波数を屈曲振動周波数から十分遠ざけることができるので、熱弾性効果によるQ値の低下が抑制され、屈曲振動片の小型化を実現することができる。特に、第1溝部15または第2溝部16を形成しない屈曲振動片、または第1溝部15の第1深さd1と第2溝部16の第2深さd2との和が、第3面13と第4面14との間、または第3面13と第4面14との間の距離tよりも小さい場合、いわゆる断面形状がH型の屈曲振動片に比べて、熱弾性効果によるQ値の低下が抑制された屈曲振動片の小型化を実現することができる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、図5から図7を参照して説明する。
図5は、第2実施形態の水晶振動片20を示す概略斜視図である。図6及び図7は、図5のY(+)方向に見たZ−X概略断面図であり、概略配線図である。
以下、第2実施形態について、図5から図7を参照して説明する。
図5は、第2実施形態の水晶振動片20を示す概略斜視図である。図6及び図7は、図5のY(+)方向に見たZ−X概略断面図であり、概略配線図である。
図5に示す水晶振動片20は、図1及び図2に示した第1実施形態の水晶振動片10を2個備えている。このため、同一の符号を付与し、構成の説明を省略する。以下、振動部である屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2は、図3(a)で示した形状及び配置を例に挙げて説明する。
図5に示すように、水晶振動片20は、振動部である屈曲振動部1と基部2とを備えた水晶振動片10を2個備える。2個の基部2は、連結部29により結合されている。
図6(a)に示すように、屈曲振動部1及び基部2は、図3(a)と同様に形成されている。そして、2個の屈曲振動部1及び基部2は、同じ配置となっている。2個の屈曲振動部1のうち、図6(a)で、左側に図示された一方の屈曲振動部1の励振電極3,4の配置は、図3(a)と同様である。これに対して、図6(a)で、右側に図示された他方の屈曲振動部1の励振電極3,4の配置は、図3(a)と相違して、逆の配置となっている。つまり、右側に図示された他方の屈曲振動部1では、励振電極4は、第1伸縮部17及び第2伸縮部18に形成されている。そして、励振電極3は、第1溝部15及び第2溝部16に形成されている。
そして、励振電極3と励振電極4との間に、交流電流が流れる。これにより、水晶振動片20の屈曲振動部1は、図5に示すように、実線矢印及び2点鎖線矢印で示す屈曲振動をする。
そして、励振電極3と励振電極4との間に、交流電流が流れる。これにより、水晶振動片20の屈曲振動部1は、図5に示すように、実線矢印及び2点鎖線矢印で示す屈曲振動をする。
このようにして、屈曲振動により互い違いに伸張する及び収縮する第1面11及び第2面12において、第1面11と第2面12との間の温度差を熱伝導(熱移動)により温度平衡させるための熱移動経路を、第1溝部15及び第2溝部16を迂回するようにさせ、第1面11と第2面12との間の直線距離よりも長くする。これにより、熱移動(熱伝導)による温度平衡させるまでの緩和時間τを長くし、緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foを屈曲振動周波数fから遠ざける。そして、屈曲振動周波数fを緩和振動周波数fmで除した値f/fmが0.09を超えることが好ましく、熱弾性効果によるQ値の低下が抑制される。より好ましくは0.25<f/fm、さらに好ましくは1<f/fmであり、これにより更なるQ値の改善が図られる。
(変形例1)
図6(b)は、図6(a)に示す第1溝部15及び第2溝部16に関する第2実施形態の変形例である。図6(b)が図6(a)と相違する点は、図6(b)で、右側に図示された他方の屈曲振動部1の第1溝部15及び第2溝部16の配置である。つまり、第1の主面である第3面13に形成されている第1溝部15は、第1面11に対向して配置され、第2の主面である第4面14に形成されている第2溝部16は、第2面12に対向して配置されている。
左側に図示された一方の屈曲振動部1、基部2、及びそれぞれ2対の励振電極3,4は、図6(a)と同様に配置され、配線されている。そして、図6(a)と同様に、励振電極3と励振電極4との間に、交流電流が流れる。これにより、屈曲振動部1は、図5において実線矢印及び2点鎖線矢印で示す屈曲振動をする。
図6(b)は、図6(a)に示す第1溝部15及び第2溝部16に関する第2実施形態の変形例である。図6(b)が図6(a)と相違する点は、図6(b)で、右側に図示された他方の屈曲振動部1の第1溝部15及び第2溝部16の配置である。つまり、第1の主面である第3面13に形成されている第1溝部15は、第1面11に対向して配置され、第2の主面である第4面14に形成されている第2溝部16は、第2面12に対向して配置されている。
左側に図示された一方の屈曲振動部1、基部2、及びそれぞれ2対の励振電極3,4は、図6(a)と同様に配置され、配線されている。そして、図6(a)と同様に、励振電極3と励振電極4との間に、交流電流が流れる。これにより、屈曲振動部1は、図5において実線矢印及び2点鎖線矢印で示す屈曲振動をする。
このようにして、屈曲振動により互い違いに伸張する及び収縮する第1面11及び第2面12において、第1面11と第2面12との間の温度差を熱伝導(熱移動)により温度平衡させるための熱移動経路を、第1溝部15及び第2溝部16を迂回するようにさせ、第1面11と第2面12との間の直線距離よりも長くする。これにより、熱移動(熱伝導)による温度平衡させるまでの緩和時間τを長くし、緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foを屈曲振動周波数fから遠ざける。そして、屈曲振動周波数fを緩和振動周波数fmで除した値f/fmが0.09を超えることが好ましく、熱弾性効果によるQ値の低下が抑制される。より好ましくは0.25<f/fm、さらに好ましくは1<f/fmであり、これにより更なるQ値の改善が図られる。
(変形例2)
図7は、図6(a)に示す励振電極3,4の配置に関する第2実施形態の変形例を示す図である。
図7が図6(a)と相違する点は、2個の屈曲振動部1及び基部2に対してそれぞれ1対の励振電極3,4を配置している点である。
図7は、図6(a)に示す励振電極3,4の配置に関する第2実施形態の変形例を示す図である。
図7が図6(a)と相違する点は、2個の屈曲振動部1及び基部2に対してそれぞれ1対の励振電極3,4を配置している点である。
図7(a)に示すように、励振電極3は、左側に図示された一方の屈曲振動部1の第2面12、及び右側に図示された他方の屈曲振動部1の第1面11に、配置されている。そして、励振電極4は、左側に図示された一方の屈曲振動部1の第1溝部15、及び右側に図示された他方の屈曲振動部1の第2溝部16に配置されている。
図7(b)に示すように、励振電極3は、左側に図示された一方の屈曲振動部1の第1溝部15、及び右側に図示された他方の屈曲振動部1の第2溝部16に配置されている。そして、励振電極4は、左側に図示された一方の屈曲振動部1の第2溝部16、及び右側に図示された他方の屈曲振動部1の第1溝部15に配置されている。
図7(c)に示すように、励振電極3は、左側に図示された一方の屈曲振動部1の第2溝部16、及び右側に図示された他方の屈曲振動部1の第1溝部15に配置されている。そして、励振電極4は、左側に図示された一方の屈曲振動部1の第1面11、及び右側に図示された他方の屈曲振動部1の第2面12に配置されている。
図7(b)に示すように、励振電極3は、左側に図示された一方の屈曲振動部1の第1溝部15、及び右側に図示された他方の屈曲振動部1の第2溝部16に配置されている。そして、励振電極4は、左側に図示された一方の屈曲振動部1の第2溝部16、及び右側に図示された他方の屈曲振動部1の第1溝部15に配置されている。
図7(c)に示すように、励振電極3は、左側に図示された一方の屈曲振動部1の第2溝部16、及び右側に図示された他方の屈曲振動部1の第1溝部15に配置されている。そして、励振電極4は、左側に図示された一方の屈曲振動部1の第1面11、及び右側に図示された他方の屈曲振動部1の第2面12に配置されている。
励振電極3及び励振電極4は、図6(a)と同様に、配線されている。そして、励振電極3と励振電極4との間に、交流電流が流れる。これにより、屈曲振動部1は、図5において実線矢印及び2点鎖線矢印で示す屈曲振動をする。
ここで、図7において、2個の屈曲振動部1及び基部2の配置を、図6(a)と同様に示したが、図6(b)に示した2個の屈曲振動部1及び基部2と同様に配置されていてもよい。
このようにして、屈曲振動により互い違いに伸張する及び収縮する第1面11及び第2面12において、第1面11と第2面12との間の温度差を熱伝導(熱移動)により温度平衡させるための熱移動経路を、第1溝部15及び第2溝部16を迂回するようにさせ、第1面11と第2面12との間の直線距離よりも長くする。これにより、熱移動(熱伝導)による温度平衡させるまでの緩和時間τを長くし、緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foを屈曲振動周波数fから遠ざける。そして、屈曲振動周波数fを緩和振動周波数fmで除した値f/fmが0.09を超えることが好ましく、熱弾性効果によるQ値の低下が抑制される。より好ましくは0.25<f/fm、さらに好ましくは1<f/fmであり、これにより更なるQ値の改善が図られる。
(変形例3)
図8は、図6及び図7に示す励振電極3,4の配置、ならびに屈曲振動部1及び基部2の形状に関する第2実施形態の変形例を示す図である。
図8は、図6及び図7に示す励振電極3,4の配置、ならびに屈曲振動部1及び基部2の形状に関する第2実施形態の変形例を示す図である。
図8(a)及び図8(b)に示すように、励振電極3は、屈曲振動部1の第3面13、及び第4面14に、配置されている。そして、励振電極4は、屈曲振動部1の第1面11、及び第2面12に配置されている。そして、第1面11を含む面と、第2面12を含む面とは、対向している。第3面13を含む面と、第4面14を含む面とは、対向している。
ここで示す第1面11を含む面は、第1面11及び第1面11が延長した面を示し、第3面13が延長した面と交差するまでの面を示す。逆に、第3面13を含む面は、第3面13及び第3面13が延長した面を示し、第1面11が延長した面と交差するまでの面を示す。また、第2面12を含む面は、第2面12及び第2面12が延長した面を示し、第4面14が延長した面と交差するまでの面を示す。逆に、第4面14を含む面は、第4面14及び第4面14が延長した面を示し、第2面12が延長した面と交差するまでの面を示す。
ここで示す第1面11を含む面は、第1面11及び第1面11が延長した面を示し、第3面13が延長した面と交差するまでの面を示す。逆に、第3面13を含む面は、第3面13及び第3面13が延長した面を示し、第1面11が延長した面と交差するまでの面を示す。また、第2面12を含む面は、第2面12及び第2面12が延長した面を示し、第4面14が延長した面と交差するまでの面を示す。逆に、第4面14を含む面は、第4面14及び第4面14が延長した面を示し、第2面12が延長した面と交差するまでの面を示す。
図8(a)に示すように、左側に図示された一方の屈曲振動部1及び基部2は、第4面14に、第2溝部16としての面21A,22Aが形成されている。第3面13に、第1溝部15としての面23A,24Aが形成されている。そして、右側に図示された他方の屈曲振動部1及び基部2は、第3面13に、第1溝部15としての面23B,24Bが形成されている。第4面14に、第2溝部16としての面21B,22Bが形成されている。
このようにして、屈曲振動により互い違いに伸張する及び収縮する第1面11及び第2面12において、第1面11と第2面12との間の温度差を熱伝導(熱移動)により温度平衡させるための熱移動経路を、面22Aと面24Aとの間、及び面22Bと面24Bとの間を迂回するようにさせ、第1面11を含む面と第2面12を含む面との間の直線距離よりも長くする。これにより、熱移動(熱伝導)による温度平衡させるまでの緩和時間τを長くし、緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foを屈曲振動周波数fから遠ざける。そして、屈曲振動周波数fを緩和振動周波数fmで除した値f/fmが0.09を超えることが好ましく、熱弾性効果によるQ値の低下が抑制される。より好ましくは0.25<f/fm、さらに好ましくは1<f/fmであり、これにより更なるQ値の改善が図られる。
図8(b)に示すように、左側に図示された一方の屈曲振動部1及び基部2は、第4面14に、第2溝部16としての面25Aが形成されている。第3面13に第1溝部15としての面26Aが形成されている。そして、右側に図示された他方の屈曲振動部1及び基部2は、第3面13に、第1溝部15としての面26Bが形成されている。第4面14に、第2溝部16としての面25Bが形成されている。
このようにして、屈曲振動により互い違いに伸張する及び収縮する第1面11及び第2面12において、第1面11と第2面12との間の温度差を熱伝導(熱移動)により温度平衡させるための熱移動経路を、第1面11と第2面12との最短距離(第1面11と第2面12とを結ぶ最短距離)を、第1面11を含む面と、第2面12を含む面との間の直線距離よりも長くする。これにより、熱移動(熱伝導)による温度平衡させるまでの緩和時間τを長くし、緩和時間τに反比例する緩和振動周波数foを屈曲振動周波数fから遠ざける。そして、屈曲振動周波数fを緩和振動周波数fmで除した値f/fmが0.09を超えることが好ましく、熱弾性効果によるQ値の低下が抑制される。より好ましくは0.25<f/fm、さらに好ましくは1<f/fmであり、これにより更なるQ値の改善が図られる。
このようにして、変形例3においても、第1面11と第2面12との間の熱移動経路を、第1面11を含む面と第2面12を含む面との最短距離よりも長くすることができる。この最短距離は、第1面11が延長した面と、第2面12が延長した面との間の最短距離である。
変形例3においては、図6及び図7に示したように、第3面13に第1溝部15、及び第4面14に第2溝部16がそれぞれ形成されていると、なお好ましい。
変形例3においては、図6及び図7に示したように、第3面13に第1溝部15、及び第4面14に第2溝部16がそれぞれ形成されていると、なお好ましい。
(変形例4)
図9は、図6に示す水晶振動片20の第1溝部15及び第2溝部16の形状に関する第2実施形態の変形例を示す図である。
図9(a)及び図9(b)に示す第1溝部15及び第2溝部16は、図6(a)及び図6(b)で矩形状に示したのに対し、三角形状に形成されている。ここで、図9(a)と図9(b)とが相違する点は、図6(a)と図6(b)とが相違する点と同様であり、右側に図示された他方の屈曲振動部1の第1溝部15及び第2溝部16の配置である。
図9は、図6に示す水晶振動片20の第1溝部15及び第2溝部16の形状に関する第2実施形態の変形例を示す図である。
図9(a)及び図9(b)に示す第1溝部15及び第2溝部16は、図6(a)及び図6(b)で矩形状に示したのに対し、三角形状に形成されている。ここで、図9(a)と図9(b)とが相違する点は、図6(a)と図6(b)とが相違する点と同様であり、右側に図示された他方の屈曲振動部1の第1溝部15及び第2溝部16の配置である。
(変形例5)
図10は、図5に示す基部2及び連結部29の形状、ならびに固定電極5,6の配置に関する第2実施形態の変形例を示す図である。
図10は、図5に示す基部2及び連結部29の形状、ならびに固定電極5,6の配置に関する第2実施形態の変形例を示す図である。
図10(a)に示す水晶振動片20Aは、図5に示す連結部29から延長して形成された固定部29Aを、2個の水晶振動片10の間に配置されている。
図10(b)に示す水晶振動片20Bは、図5に示す連結部29から延長して形成された固定部29Bを2個備えている、2個の固定部29Bの間に、2個の水晶振動片10が配置されて、繋がれている。
図10(b)に示す水晶振動片20Bは、図5に示す連結部29から延長して形成された固定部29Bを2個備えている、2個の固定部29Bの間に、2個の水晶振動片10が配置されて、繋がれている。
第2実施形態及び変形例1から変形例2では、図3(a)で示した屈曲振動部1及び基部2を用いて水晶振動片20を説明したが、これに限るものではなく、図3(b)または図3(c)で示した屈曲振動部1及び基部2を用いた水晶振動片20であってもよい。
したがって、第2実施形態及びその変形例1から変形例5によれば、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。そして、変形例3においては、第1面11と第2面12との間の熱移動経路を、第1面11を含む面と第2面12を含む面との間の直線距離よりも長くする。これにより、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について、図11及び図12を参照して説明する。
図11は、第3実施形態の水晶振動片30を示す概略斜視図である。図12は、図11のY(+)方向から見たZ−X概略断面図である。以下、振動部である屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2は、図3(a)で示した形状を例に挙げて説明する。
以下、第3実施形態について、図11及び図12を参照して説明する。
図11は、第3実施形態の水晶振動片30を示す概略斜視図である。図12は、図11のY(+)方向から見たZ−X概略断面図である。以下、振動部である屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2は、図3(a)で示した形状を例に挙げて説明する。
図11に示す水晶振動片30は、図5に示した第2実施形態と同様の構成及び配線であるが、実線矢印及び2点差線矢印で示すように、振動部である屈曲振動部1の振動方向が相違する。このため、同一の符号を付与し、構成及び配線の説明を省略し、振動方向が相違する点について説明をする。
図12(a)は、図7(a)に示した2個の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を、それぞれ時計回りに90°回転した配置である。または、図7(c)に示した2個の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を、それぞれ反時計回りに90°回転した配置である。
図12(b)は、図7(b)に示した2個の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2をそれぞれ反時計回りに90°回転した配置である。また、図7(b)に示した2個の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2をそれぞれ時計回りに90°回転した配置である。
図12(c)は、図12(a)の左側に図示された一方の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2と、図12(b)の右側に図示された他方の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2とを備えた配置である。
図12(d)は、図7(c)に示した2個の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2のうち、左側に図示された一方の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を、反時計回りに90°回転した配置であり、右側に図示された他方の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を、時計回りに90°回転した配置である。
図12(b)は、図7(b)に示した2個の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2をそれぞれ反時計回りに90°回転した配置である。また、図7(b)に示した2個の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2をそれぞれ時計回りに90°回転した配置である。
図12(c)は、図12(a)の左側に図示された一方の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2と、図12(b)の右側に図示された他方の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2とを備えた配置である。
図12(d)は、図7(c)に示した2個の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2のうち、左側に図示された一方の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を、反時計回りに90°回転した配置であり、右側に図示された他方の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を、時計回りに90°回転した配置である。
したがって、第3実施形態によれば、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。
第3実施形態では、図3(a)で示した屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を用いて水晶振動片30を説明したが、これに限るものではなく、図3(b)または図3(c)で示した屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を用いた水晶振動片30であってもよい。または、図8及び図9で示した屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を用いた水晶振動片30であってもよい。
(第4実施形態)
以下、第4実施形態について、図13及び図14を参照して説明する。
図13は、第4実施形態の水晶振動片40を示す概略斜視図である。図14は、図13のY(+)方向から見たZ−X概略断面図であり、概略配線図である。
以下、第4実施形態について、図13及び図14を参照して説明する。
図13は、第4実施形態の水晶振動片40を示す概略斜視図である。図14は、図13のY(+)方向から見たZ−X概略断面図であり、概略配線図である。
図13に示す水晶振動片40は、図11に示した第3実施形態の水晶振動片30と同様に、実線矢印及び2点差線矢印で示す方向に振動する。
水晶振動片40が、第3実施形態の水晶振動片30と相違する点は、振動部である屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を3個備える点である。このため、同一の符号を付与し、構成の説明を省略する。以下、屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2は、図3(a)で示した形状及び配置を例に挙げて説明する。
水晶振動片40が、第3実施形態の水晶振動片30と相違する点は、振動部である屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を3個備える点である。このため、同一の符号を付与し、構成の説明を省略する。以下、屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2は、図3(a)で示した形状及び配置を例に挙げて説明する。
図13に示すように、水晶振動片40は、図1に示した屈曲振動部1及び基部2を、それぞれ3個備える。そして、隣合う基部2は、それぞれ連結部39により結合されている。
図14(a)は、図12(a)に示した配置の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2と、その図示右側に、図12(a)の左側に図示された一方の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2とを備えた配置である。
図14(b)は、図12(d)に示した配置の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を、3個備えた配置である。
図14(c)は、図12(b)に示した配置の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を、3個備えた配置である。
図14(b)は、図12(d)に示した配置の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を、3個備えた配置である。
図14(c)は、図12(b)に示した配置の屈曲振動部1、励振電極3,4、及び基部2を、3個備えた配置である。
図15は、図14に示す屈曲振動部1及び基部2の配置に関する第4実施形態の変形例を示す図である。
(変形例)
図15(a)に示す水晶振動片40は、図14(a)に示した配置の3個の屈曲振動部1及び基部2のうち、中央の屈曲振動部1及び基部2を180°回転させた配置である。
図15(b)に示す水晶振動片40は、図14(a)に示した配置の3個の屈曲振動部1及び基部2のうち、中央及び右側の屈曲振動部1及び基部2をそれぞれ180°回転させた配置である。
図15(a)及び図15(b)に示す水晶振動片40は、励振電極3,4を図示省略したが、図14(a)から図14(c)に示した励振電極3,4が配置されている。
図15(a)に示す水晶振動片40は、図14(a)に示した配置の3個の屈曲振動部1及び基部2のうち、中央の屈曲振動部1及び基部2を180°回転させた配置である。
図15(b)に示す水晶振動片40は、図14(a)に示した配置の3個の屈曲振動部1及び基部2のうち、中央及び右側の屈曲振動部1及び基部2をそれぞれ180°回転させた配置である。
図15(a)及び図15(b)に示す水晶振動片40は、励振電極3,4を図示省略したが、図14(a)から図14(c)に示した励振電極3,4が配置されている。
第4実施形態では、図3(a)で示した屈曲振動部1及び基部2を用いて水晶振動片40を説明したが、これに限るものではなく、図3(b)または図3(c)で示した屈曲振動部1及び基部2を用いた水晶振動片40であってもよい。
したがって、第4実施形態によれば、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第5実施形態)
以下、第5実施形態の圧電振動子として水晶振動子を一例に挙げて説明する。
以下、第5実施形態の圧電振動子として水晶振動子を一例に挙げて説明する。
第5実施形態の圧電振動子は、第1から第4実施形態の圧電振動片を用いた水晶振動子である。このため、第5実施形態の圧電振動子に用いる圧電振動片は、第1から第4実施形態の圧電振動片と同様の構成であるため、同一の符号を付与し、構成の説明を省略する。以下では、第2実施形態の水晶振動片20を用いて説明する。
図16は、蓋体を除いて内部構造を露出した水晶振動子の概略平面図である。図17は、図16のX−X概略断面図であり、蓋体を配置して示すものである。
図16及び図17に示すように、水晶振動子80は、パッケージ31内に水晶振動片20を収納している。具体的には、水晶振動子80は、図17に示すように、第1基板34と、この第1基板34に積層された第2基板35と第3基板36とを含むパッケージ31内に水晶振動片20を収納している。
図16及び図17に示すように、水晶振動子80は、パッケージ31内に水晶振動片20を収納している。具体的には、水晶振動子80は、図17に示すように、第1基板34と、この第1基板34に積層された第2基板35と第3基板36とを含むパッケージ31内に水晶振動片20を収納している。
パッケージ31は、絶縁基体である第1基板34と第2基板35と第3基板36とを構成している。第2基板35がパッケージ31内に延長した延長部35aを備えている。延長部35aに電極部32が2個形成されている。電極部32に、導電ペーストなどを用いて水晶振動片20の固定電極5及び固定電極6を、固定して、導通させる。ここで、導電性接着剤43としては、所定の合成樹脂でなるバインダ成分に、銀粒子などの導電粒子を添加したものを使用することができる。
第1基板34と第2基板35と第3基板36とは絶縁材料で形成され、セラミックが適している。特に、好ましい材料としては水晶振動片20や蓋体37の熱膨張係数と一致もしくは、きわめて近い熱膨張係数を備えたものが選択され、本実施形態では、例えば、セラミックのグリーンシートが利用されている。グリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得られるものである。
第1基板34と第2基板35と第3基板36とは、図示する形状に成形したグリーンシートを積層し、焼結して形成することができる。この場合、第1基板34は、パッケージ31の底部を構成する基板で、これに重ねられる第2基板35と第3基板36とは、上述したグリーンシートを板状として、内部の材料を除去して、枠状として、図17の内部空間Sを形成したもので、この内部空間Sを利用して、水晶振動片20を収納するようにしている。このパッケージ31には、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体37がコバールリングなどの接合材もしくは封止材47などを介して接合されている。これにより、パッケージ31は気密に封止されている。
第1基板34上には、例えば、銀・パラジウムなどの導電ペーストもしくはタングステンメタライズなどの導電ペーストなどを用いて、必要とされる導電パターンを形成後に、第1基板34と第2基板35と第3基板36との焼結をした後で、ニッケル及び金もしくは銀などを順次メッキして、上述した電極部32が形成されている。
図17に示すように、電極部32は、パッケージ31の底面に露出した少なくとも2個の実装端子41と図示しない導電パターンにより接続されている。この電極部32と実装端子41とを接続するための導電パターンは、パッケージ31の形成時に利用されるキャスタレーション(図示せず)の表面に形成して、パッケージ31の外面を引き回してもよいし、あるいは第1基板34と第2基板35とを貫通する導電スルーホールなどにより接続してもよい。
図17に示すように、電極部32は、パッケージ31の底面に露出した少なくとも2個の実装端子41と図示しない導電パターンにより接続されている。この電極部32と実装端子41とを接続するための導電パターンは、パッケージ31の形成時に利用されるキャスタレーション(図示せず)の表面に形成して、パッケージ31の外面を引き回してもよいし、あるいは第1基板34と第2基板35とを貫通する導電スルーホールなどにより接続してもよい。
2個の実装端子41の間に交流電圧を印加することにより、固定電極5と固定電極6との間に、交流電流が流れる(図5参照)。これにより、水晶振動片20は、上述の実施形態で実線矢印及び2点鎖線矢印で示した屈曲振動をする。
したがって、第5実施形態によれば、上述の実施形態と同様の効果を奏する水晶振動子を得ることができる。
(第6実施形態)
以下、第6実施形態の圧電デバイスとして水晶発振器を一例に挙げて説明する。
以下、第6実施形態の圧電デバイスとして水晶発振器を一例に挙げて説明する。
第6実施形態の水晶発振器は、第1から第4実施形態の圧電振動片を用いた水晶発振器である。このため、第6実施形態の水晶発振器に用いる圧電振動片は、第1から第4実施形態の圧電振動片と同様の構成であるため、同一の符号を付与し、構成の説明を省略する。以下では、第2実施形態の水晶振動片20を用いて説明する。また、第5実施形態と第6実施形態の相違する点は、第6実施形態の水晶発振器は、第5実施形態で示した水晶振動子に、水晶振動子を駆動させる駆動回路を含むICチップを備えた点である。
図18に示すように、パッケージ31を形成する第1基板34上面には、金(Au)などから成る内部接続端子89が形成されている。ICチップ87は、パッケージ31を形成する第1基板34上面に接着剤などを用いて固定されている。そして、ICチップ87の上面には、Auなどから成るIC接続パッド82が形成されている。IC接続パッド82は、金属ワイヤー88により内部接続端子89に接続されている。また、内部接続端子89は内部配線を経由して、パッケージ31外部の第1基板34下面に形成された実装端子41に接続されている。なお、ICチップ87と内部接続端子89との接続方法は、金属ワイヤー88による方法だけでなく、フリップチップ実装による接続方法を用いてもよい。
したがって、第6実施形態によれば、上述の実施形態と同様の効果を奏する水晶発振器を得ることができる。
また、第6実施形態で、圧電デバイスとして、水晶発振器を一例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、ICチップ87に検出回路を備えたジャイロセンサなどであっても良い。
なお、上記課題の少なくとも一部を解決できる範囲での変形、改良などは前述の実施形態に含まれるものである。
たとえば、上述の説明において、固定電極5は励振電極3に接続され、固定電極6は励振電極4に接続されているとしたが、これに限るものではなく、固定電極5は励振電極4に接続され、固定電極6は励振電極3に接続されているとしてもよい。
そして、Z−X概略断面図(図3、図6から図9、図12、図14、ならびに図15)において、第1溝部15及び第2溝部16は、等間隔もしくは対称に図示したが、これに限るものではなく、間隔が異なっていても良く、非対称であっても良い。
屈曲振動片の材料としては、水晶だけに限らず、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)などの圧電体、または、シリコンなどの半導体であってもよい。
また、図面において、第1面11、第2面12、第1の主面である第3面13、及び第2の主面である第4面14を、平面として図示したが、これに限定されるものではなく、たとえば曲面、2つ以上の平面または曲面により形成された面であってもよく、それらの平面または曲面を繋げる稜線を有している面であってもよい。
1…屈曲振動部、2…基部、3,4…励振電極、5,6…固定電極、10…水晶振動片、11…第1面、12…第2面、13…第3面、14…第4面、15…第1溝部、16…第2溝部、20A,20B…水晶振動片、29…連結部、29A,29B…固定部、30…水晶振動片、40…水晶振動片、t…第3面と第4面との間の距離、d1…第1溝部の第1深さ、d2…第2溝部の第2深さ、d3,d4,d5,d6…深さ。
Claims (7)
- 基部と、前記基部から延長する振動部とを備え、
前記振動部が、互いに対向する第1及び第2の主面と、
前記第1の主面に形成された第1溝部と、
前記第2の主面に形成された第2溝部と、を有し、
前記第1の主面の法線方向からの平面視において、前記第1溝部と前記第2溝部が、前記延長の方向と直交する方向に配列されており、
前記第1溝部の第1深さ及び前記第2溝部の第2深さは、前記第1の主面と前記第2の主面との間の前記法線方向の距離よりも小さく、
且つ、前記第1深さと前記第2深さの和は、前記距離よりも大きいことを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項1に記載の屈曲振動片であって、
前記振動部は、前記第1の主面と前記第2の主面とを連結する、且つ、互いに対向する第3及び第4の主面を有しており、
前記振動部の屈曲振動によって、前記第3の主面が伸張する場合は前記第4の主面は収縮し、前記第3の主面が収縮する場合は前記第4の主面は伸張する関係にあることを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項1に記載の屈曲振動片であって、
前記第1溝部及び前記第2溝部は、前記振動部から前記基部に跨って形成されていることを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の屈曲振動片であって、
前記振動部の屈曲振動周波数をf、円周率をπ、前記振動部に用いた材料の振動方向の熱伝導率をk、前記振動部に用いた材料の質量密度をρ、前記振動部に用いた材料の熱容量をCp、前記振動部の振動方向の幅をaとし、fm=πk/(2ρCpa2)としたとき、0.09<f/fmであること特徴とする屈曲振動片。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の屈曲振動片であって、
前記第1溝部及び前記第2溝部は、前記基部から前記屈曲振動部の延長方向の長さの半分から基部側に配置されていることを特徴とする屈曲振動片。 - 請求項1に記載の屈曲振動片を用いた屈曲振動子であって、
前記屈曲振動片と、
前記屈曲振動片とを収納するパッケージとを備え、
前記パッケージ内に前記屈曲振動片が気密に封止されたことを特徴とする屈曲振動子。 - 請求項1に記載の屈曲振動片を用いた圧電デバイスであって、
前記屈曲振動片と、
前記屈曲振動子を駆動させるICチップと、
前記屈曲振動片及び前記ICチップを収納するパッケージとを備え、
前記パッケージ内に前記屈曲振動片及び前記ICチップが気密に封止されたことを特徴とする圧電デバイス。
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