KR20140113383A - 진동 소자, 진동자, 발진기, 전자 기기 및 이동체 - Google Patents

진동 소자, 진동자, 발진기, 전자 기기 및 이동체 Download PDF

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KR20140113383A
KR20140113383A KR1020140027722A KR20140027722A KR20140113383A KR 20140113383 A KR20140113383 A KR 20140113383A KR 1020140027722 A KR1020140027722 A KR 1020140027722A KR 20140027722 A KR20140027722 A KR 20140027722A KR 20140113383 A KR20140113383 A KR 20140113383A
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아키노리 야마다
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/21—Crystal tuning forks
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Abstract

[과제] CI값의 상승을 저감하면서, 뛰어난 진동 특성을 발휘할 수 있는 진동 소자, 및, 이 진동 소자를 구비하는 진동자, 발진기, 전자 기기 및 이동체를 제공하는 것이다.
[해결 수단] 진동 소자(2)는, 베이스부(4)와, 베이스부(4)와 일체로 마련되며, X축 방향으로 늘어서고, 베이스부(4)로부터 Y축 방향으로 연장하는 한 쌍의 진동 암(5, 6)을 포함하며, 진동 암(5, 6)은, 각각, 암부(51, 61)와, 암부(51, 61)의 자유 단부측에 위치하고, 암부(51, 61) 보다도 X축 방향의 길이가 긴 광(廣) 해머 헤드(59, 69)를 포함하고, 진동 암(5, 6)의 Y축 방향의 길이를 L로 하고, 해머 헤드(59, 69)의 Y축 방향의 길이를 H로 했을 때, 1.2％＜H／L＜30.0％가 되는 관계를 만족하며, 암부(51, 61)의 X축 방향의 길이를 W1로 하고, 해머 헤드(59, 69)의 X축 방향의 길이를 W2로 했을 때, 1. 5≤W2／W1≤10.0가 되는 관계를 만족한다.

Description

진동 소자, 진동자, 발진기, 전자 기기 및 이동체 {VIBRATING ELEMENT, VIBRATOR, OSCILLATOR, ELECTRONIC APPARATUS, AND MOVING OBJECT}
본 발명은, 진동 소자, 진동자, 발진기, 전자 기기 및 이동체에 관한 것이다.
종래부터, 수정(水晶)을 이용한 진동 소자가 알려져 있다. 이와 같은 진동 소자는, 주파수 온도 특성이 뛰어나기 때문에, 여러 가지의 전자 기기의 기준 주파수원이나 발신원 등으로서 널리 이용되고 있다. 특허 문헌 1에 기재된 진동 소자는, 음차형(音叉型, tuning fork type)을 이루고 있으며, 베이스부와, 베이스부로부터 연장하는 한 쌍의 진동 암(arm)을 가지고 있다. 또, 소형화를 도모하고, 진동 특성을 높이는 목적으로, 각 진동 암의 선단부에 해머 헤드(hammer head)라고 불리는 추부(錘部, 광폭부(廣幅部))가 형성되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에서는 해머 헤드의 길이가 진동 암의 전체 길이의 30％이상으로 설정되어 있고, 특허문헌 2, 3에서는 해머 헤드의 길이가 진동 암의 전체 길이의 35％ ~ 41％으로 설정되어 있다. 그렇지만, 특허 문헌 1 ~ 3과 같이 해머 헤드의 길이를 진동 암의 전체 길이에 비해 너무 길게 해버리면, 진동 암이 굴곡 진동할 때, 진동 암의 굴곡 변형이 크게 발생하는 영역, 즉 전기적으로 효율 좋게 여진(勵振)할 수 있는 영역으로서, 광폭부 보다도 폭이 좁은 암부의 영역이 감소하는 것에 의해서, 진동 소자의 CI값(크리스탈 임피던스(Crystal Impedance))이 높아져 버려, 진동 손실이 커져 버린다.
[특허 문헌 1] 일본특허공개 2011－19159호 공보 [특허 문헌 2] 일본특허공개 2011－199331호 공보 [특허 문헌 3] 일본특허공개 2012－129904호 공보
본 발명의 목적은, CI값의 상승을 저감하면서, 뛰어난 진동 특성을 발휘할 수 있는 진동 소자, 및, 이 진동 소자를 구비하는 진동자, 발진기, 전자 기기 및 이동체를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 이하의 적용예로서 실현하는 것이 가능하다.
[적용예 1]
본 적용예에 관한 진동 소자는, 베이스부와,
평면에서 볼 때, 상기 베이스부로부터 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라서 늘어서 있는 한 쌍의 진동 암(arm)을 포함하며,
상기 진동 암은,
암부와,
평면에서 볼 때, 상기 암부의 상기 베이스부와는 반대측에 배치되고, 상기 암부 보다도 상기 제2 방향을 따른 길이가 긴 광폭부(廣幅部)를 포함하며,
상기 진동 암의 상기 제1 방향을 따른 길이를 L,
상기 광폭부의 상기 제1 방향을 따른 길이를 H로 했을 때,
1.2％＜H／L＜30.0％가 되는 관계를 만족하고,
상기 암부의 상기 제2 방향을 따른 길이를 W1,
상기 광폭부의 상기 제2 방향을 따른 길이를 W2로 했을 때,
1.5≤W2／W1≤10.0가 되는 관계를 만족하고 있는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, CI값의 상승을 저감하면서, 뛰어난 진동 특성을 발휘할 수 있는 진동 소자를 얻을 수 있다.
[적용예 2]
본 적용예에 관한 진동 소자에서는, 상기 L 및 상기 H가, 4.6％＜H／L＜22.3％가 되는 관계를 만족하고 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해, CI값의 상승을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
[적용예 3]
본 적용예에 관한 진동 소자에서는, 상기 W1 및 상기 W2가, 1.6≤W2／W1≤7.0가 되는 관계를 만족하고 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해, CI값의 상승을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
[적용예 4]
본 적용예에 관한 진동 소자에서는, 상기 암부의 주면(主面)에는 상기 제1 방향을 따라서 연장하고 있는, 바닥이 있는 홈부가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 열탄성 손실을 저감할 수 있고, 보다 뛰어난 진동 특성을 발휘할 수 있다.
[적용예 5]
본 적용예에 관한 진동 소자에서는, 상기 광폭부는,
상기 암부의 상기 베이스부와는 반대측에 접속되어 있는 본체부와,
상기 본체부로부터 상기 암부의 상기 베이스부측을 향하여, 평면에서 볼 때 상기 암부로부터 이간(離間, 떨어짐)하여 연장되어 있는 돌출부를 포함하는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 진동 암의 전체 길이를 억제하면서, 광폭부의 질량을 높일 수 있다. 환언하면, 광폭부의 질량 효과를 해치지 않고, 암부를 길게 확보할 수 있다.
[적용예 6]
본 적용예에 관한 진동 소자에서는,
상기 광폭부는, 각 상기 돌출부와 상기 암부를 연결하고, 상기 암부 및 상기 돌출부 보다도 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 직교하는 제3 방향을 따른 길이가 짧은 한 쌍의 연결부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 진동 암의 전체 길이를 억제하면서, 광폭부의 질량을 높일 수 있다. 환언하면, 광폭부의 질량 효과를 해치지 않고, 암부를 길게 확보할 수 있다.
[적용예 7]
본 적용예에 관한 진동 소자에서는, 상기 베이스부는, 상기 진동 암이 연장하고 있는 측과는 반대측에, 상기 진동 암으로부터 멀어짐에 따라 상기 제2 방향의 길이가 점차 감소하고 있는 축폭부(縮幅部)를 포함하는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 진동 암의 진동이 상쇄(완화·흡수)되어, 진동 누설을 저감할 수 있다. 이 때문에, 뛰어난 진동 특성을 가지는 진동 소자를 얻을 수 있다.
[적용예 8]
본 적용예에 관한 진동 소자에서는, 상기 한 쌍의 진동 암의 사이에 위치하며, 상기 베이스부로부터 상기 제1 방향을 따라서 연장하고 있는 지지부를 포함하는 것이 바람직하다.
지지부를 매개로 하여 진동 소자를 패키지에 고정하는 것에 의해, 진동 누설을 보다 적게 할 수 있다.
[적용예 9]
본 적용예에 관한 진동 소자에서는, 상기 진동 소자는,
상기 베이스부에 접속되며, 상기 제1 방향을 따라서 연장하고, 평면에서 볼 때 상기 한 쌍의 진동 암을 사이에 두고 상기 제2 방향을 따라서 늘어서 있는 한 쌍의 지지 암을 포함하는 것이 바람직하다.
양쪽 지지 암을 매개로 하여 진동 소자를 패키지에 고정하는 것에 의해, 진동 누설을 보다 적게 할 수 있다.
[적용예 10]
본 적용예에 관한 진동자는, 상기 적용예에 관한 진동 소자와,
상기 진동 소자를 탑재한 패키지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 신뢰성이 높은 발진기를 얻을 수 있다.
[적용예 11]
본 적용예에 관한 발진기는, 상기 적용예에 관한 진동 소자와,
상기 진동 소자와 전기적으로 접속되어 있는 발진 회로를 구비하고 있는 것 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 신뢰성이 높은 진동자를 얻을 수 있다.
[적용예 12]
본 적용예에 관한 전자 기기는, 상기 적용예에 관한 진동 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 신뢰성이 높은 전자 기기를 얻을 수 있다.
[적용예 13]
본 적용예에 관한 이동체는, 상기 적용예에 관한 진동 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 신뢰성이 높은 이동체를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, CI값의 상승을 저감하면서, 뛰어난 진동 특성을 발휘할 수 있는 진동 소자를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
도 2의 (a)는 도 1 중의 A－A선 단면도, (b)는 도 1 중의 B－B선 단면도이다.
도 3은 진동 누설 저감의 원리를 설명하는 평면도이다.
도 4는 굴곡 진동시의 열전도에 대해서 설명하는 진동 암의 단면도이다.
도 5는 Q값과 f／fm의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 시뮬레이션에 이용한 진동 암의 형상 및 크기를 나타내는 사시도이다.
도 7은 실효폭(a)을 설명하는 사시도이다.
도 8은 해머 헤드 점유율과 저(低)R1화(化) 지수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 진동자의 바람직한 실시 형태를 나타내는 평면도이다.
도 16은 도 15 중의 C－C선 단면도이다.
도 17은 본 발명의 발진기의 바람직한 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 진동 소자를 구비하는 전자 기기를 적용한 모바일형(또는 노트형)의 퍼스널 컴퓨터의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 19는 본 발명의 진동 소자를 구비하는 전자 기기를 적용한 휴대 전화기(PHS도 포함함)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 20은 본 발명의 진동 소자를 구비하는 전자 기기를 적용한 디지털 스틸 카메라(digital still camera)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 21은 본 발명의 이동체의 일례로서의 자동차를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 진동 소자, 진동자, 발진기, 전자 기기 및 이동체를 도면에 나타내는 바람직한 실시 형태에 기초하여 상세하게 설명한다.
1. 진동 소자
우선, 본 발명의 진동 소자에 대해서 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도, 도 2는 (a)가 도 1 중의 A－A선 단면도, (b)가 도 1 중의 B－B선 단면도, 도 3은, 진동 누설 저감의 원리를 설명하는 평면도, 도 4는, 굴곡 진동시의 열전도에 대해서 설명하는 진동 암의 단면도, 도 5는, Q값과 f／fm의 관계를 나타내는 그래프, 도 6은, 시뮬레이션에 이용한 진동 암의 형상 및 크기를 나타내는 사시도, 도 7은, 실효폭(a)을 설명하는 사시도, 도 8은, 해머 헤드 점유율과 저(低)R1화(化) 지수의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 이하에서는, 설명의 편의상, 도 1에 나타내는 바와 같이, 서로 직교하는 3축을 X축(수정(水晶)의 전기축), Y축(수정의 기계축) 및 Z축(수정의 광학축)으로 한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 진동 소자(2)는, 수정 기판(3)과, 수정 기판(3) 상에 형성된 제1, 제2 구동용 전극(84, 85)을 가지고 있다.
수정 기판(3)은, Z컷(cut) 수정판으로 구성되어 있다. Z컷 수정판이란, Z축을 두께 방향으로 하는 수정 기판이다. 또한, Z축은, 수정 기판(3)의 두께 방향과 일치하고 있는 것이 바람직하지만, 상온 근방에서의 주파수 온도 변화를 작게 하는 관점으로부터, 두께 방향에 대해서 약간(예를 들면, 15°미만 정도) 경사져도 괜찮다.
즉, 상기 수정의 전기축으로서의 X축, 기계축으로서의 Y축, 광학축으로서의 Z축으로 이루어지는 직교 좌표계의 상기 X축을 회전축으로 하여, 상기 Z축을 상기 Y축의 -Y 방향으로 ＋Z측이 회전하도록 경사진 축을 Z＇축, 상기 Y축을 상기 Z축의 ＋Z방향으로 ＋Y측이 회전하도록 경사진 축을 Y＇축으로 했을 때, Z＇축을 따른 방향을 두께로 하고, X축과 Y＇축을 포함하는 면을 주면(主面)으로 하는 수정 기판(3)이 된다.
또한, 수정 기판(3)의 두께(D)로서는, 특별히 한정되지 않지만, 70μm 미만인 것이 바람직하다. 이와 같은 수치 범위로 하는 것에 의해, 예를 들면, 웨트 에칭(wet etching)에 의해서 수정 기판(3)을 형성(패터닝)하는 경우, 진동 암(5)과 베이스부(4)의 경계부나 후술하는 암부(51)와 해머 헤드(59)의 경계부 등에 불요부(不要部, 본래부터 제거되어야 할 부분)가 잔존해 버리는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이 때문에, 진동 누설을 효과적으로 저감할 수 있는 진동 소자(2)로 할 수 있다. 다른 관점으로부터, 두께(D)는, 70μm 이상, 300μm 이하 정도인 것이 바람직하며, 100μm 이상, 150μm 이하 정도인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 수치 범위로 하는 것에 의해, 제1, 제2 구동용 전극(84, 85)을 수정 기판(3)의 측면(후술하는 측면(513, 514, 613, 614))에 넓게 형성하는 것이 가능하기 때문에, CI값을 낮게 할 수 있다.
이와 같은 수정 기판(3)은, 베이스부(4)와, 한 쌍의 진동 암(5, 6)을 가지고 있다.
베이스부(4)는, XY 평면에 면적을 가지며, Z축 방향으로 두께를 가지는 대략 판 모양을 이루고 있다. 베이스부(4)는, 진동 암(5, 6)을 지지·연결하는 부분(본체부(41))과, 진동 누설을 저감하는 축폭부(縮幅部, 42)를 가지고 있다.
축폭부(42)는, 본체부(41)의 기단측(基端側, 진동 암(5, 6)이 연장하고 있는 측과는 반대측)에 마련되어 있다. 또, 축폭부(42)는, 그 폭(X축 방향을 따른 길이)이 진동 암(5, 6)으로부터 멀어짐에 따라 점차 감소한다. 이와 같은 축폭부(42)를 가지는 것에 의해, 진동 소자(2)의 진동 누설을 효과적으로 억제할 수 있다.
구체적으로 설명하면 다음과 같이 된다. 또한, 설명을 간단하게 하기 위해서, 진동 소자(2)의 형상은, Y축에 평행한 소정의 축에 대하여 대칭으로 한다.
우선, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 축폭부(42)가 마련되어 있지 않은 경우에 대해서 설명한다. 진동 암(5, 6)이 서로 이간하도록 굴곡 변형한 경우, 진동 암(5)이 접속되어 있는 부근의 본체부(41)에서는, 화살표로 나타낸 바와 같이 시계 방향의 회전 운동에 가까운 변위가 발생하고, 진동 암(6)이 접속되어 있는 부근의 본체부(41)에서는, 화살표로 나타낸 바와 같이 반시계 방향의 회전 운동에 가까운 변위가 발생한다(단, 엄밀하게는 회전 운동이라고 말할 수 있는 것과 같은 운동은 아니기 때문에, 편의적으로「회전운동에 가깝다」라고 한다). 이들의 변위의 X축 방향 성분은, 서로 반대 방향을 향하고 있기 때문에, 본체부(41)의 X축 방향 중앙부에서 상쇄되어, ＋Y축 방향의 변위가 남게 된다(단, 엄밀하게는 Z축 방향의 변위도 남지만, 여기에서는 생략한다). 즉, 본체부(41)는, X축 방향 중앙부가 ＋Y축 방향으로 변위하는 것과 같은 굴곡 변형을 한다. 이 ＋Y축 방향의 변위를 가지는 본체부(41)의 Y축 방향 중앙부에 접착제를 형성하고, 접착제를 매개로 하여 패키지에 고정하면, ＋Y축 방향 변위에 수반하는 탄성 에너지가 접착제를 매개로 하여 외부로 누설된다. 이것이 진동 누설이라고 하는 손실이며, Q값의 열화(劣化)의 원인이 되어, 결과적으로 CI값의 열화가 된다.
이것에 대해서, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 축폭부(42)가 마련되어 있는 경우에서는, 축폭부(42)가 아치 모양(곡선 모양)의 윤곽(輪郭)을 가지고 있기 때문에, 상술한 회전 운동에 가까운 변위는, 축폭부(42)에서 서로 걸리게 된다. 즉, 축폭부(42)의 X축 방향 중앙부에서는, 본체부(41)의 X축 방향 중앙부와 마찬가지로 X축 방향의 변위가 상쇄되고, 그것과 함께, Y축 방향의 변위가 억제되게 된다. 게다가, 축폭부(42)의 윤곽이 아치 모양이므로, 본체부(41)에서 발생하려고 하는 ＋Y축 방향의 변위도 억제하게 된다. 그 결과, 축폭부(42)가 마련된 경우의 베이스부(4)의 X축 방향 중앙부의 ＋Y축 방향의 변위는, 축폭부(42)가 마련되어 있지 않은 경우에 비해 훨씬 작게 된다. 즉, 진동 누설이 작은 진동 소자를 얻을 수 있다.
또한, 여기에서는 축폭부(42)의 윤곽이 아치 모양을 하고 있지만, 상술한 바와 같은 작용을 나타내는 것이면 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 윤곽이 복수의 직선에 의해서, 단차(段差) 모양으로 형성되어 있는 축폭부라도 괜찮다.
진동 암(5, 6)은, X축 방향(제2 방향)으로 늘어서고, 또한, 서로 평행이 되도록 베이스부(4)의 상단(上端)으로부터 Y축 방향(제1 방향)으로 연장하고 있다. 이들 진동 암(5, 6)은, 각각, 직사각형 형상을 이루며, 그 기단(基端)이 고정 단부가 되고, 선단이 자유 단부가 된다. 또, 진동 암(5, 6)은, 각각, 암부(51, 61)와, 암부(51, 61)의 선단에 마련된 해머 헤드(광폭부, 59, 69)를 가지고 있다.
암부(51)는, XY 평면으로 구성된 한 쌍의 주면(511, 512)과, YZ 평면으로 구성되며, 한 쌍의 주면(511, 512)을 접속하는 한 쌍의 측면(513, 514)을 가지고 있다. 또, 암부(51)에는, 주면(511)으로 개방하는 바닥이 있는 홈(52)과, 주면(512)으로 개방하는 바닥이 있는 홈(53)을 가지고 있다. 각 홈(52, 53)은, Y축 방향으로 연장하고, 선단이 해머 헤드(59)까지 연장하고, 기단이 베이스부(4)까지 연장하고 있다.
이와 같이, 진동 암(5)에 홈(52, 53)을 형성하는 것에 의해서, 열탄성 손실의 저감을 도모할 수 있고, 뛰어난 진동 특성을 발휘할 수 있다(후에 상술한다). 홈(52, 53)의 길이는 한정되는 것은 아니고, 홈(52, 53)의 선단이 해머 헤드(59)까지 연장하지 않아도 좋지만, 특히, 본 실시 형태와 같이, 각 홈(52, 53)의 선단이 해머 헤드(59)까지 연장하고 있으면, 홈의 선단 주변에서 발생하는 응력 집중이 완화되기 때문에, 충격이 가해질 때에 발생하는 부러짐이나 깨짐의 우려가 감소한다. 또, 각 홈(52, 53)의 기단이 베이스부(4)까지 연장하고 있는 것에 의해서, 이들의 경계부에서의 응력 집중이 완화된다. 이 때문에, 충격이 가해졌을 때에 발생하는 부러짐이나 깨짐의 우려가 감소한다.
홈(52, 53)의 깊이로서는, 특별히 한정되지 않지만, 홈(52)의 깊이를 D1으로 하고, 홈(53)의 깊이를 D2(본 실시 형태에서는, D1 = D2)로 했을 때, 60％≤(D1＋D2)／D≤95％가 되는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이와 같은 관계를 만족하는 것에 의해서 열이동 경로가 길어지기 때문에, 단열적 영역(후에 상술함)에서 보다 효과적으로, 열탄성 손실의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 홈(52, 53)은 진동 암(5)의 단면 중심이 진동 암(5)의 단면 형상의 중심과 일치하도록, 진동 암(5)의 위치에 대해서 홈(52, 53)의 위치를 X축 방향으로 조정하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하는 것에 의해서, 진동 암(5)의 불필요한 진동(구체적으로는, 면외(面外) 방향 성분을 가지는 경사 진동)을 저감 하므로, 진동 누설을 저감할 수 있다. 또, 이 경우, 여분의 진동도 구동해 버리는 것을 저감하게 되므로, 상대적으로 구동 영역이 증대하여 CI값을 작게 할 수 있다.
또, 주면(511)의 홈(52)의 X축 방향 양측에 위치하는 제방부(진동 암의 길이 방향에 직교하는 폭방향을 따라서 홈(52)을 사이에 두고 늘어서 있는 주면, 511a) 및 주면(512)의 홈(53)의 X축 방향 양측에 위치하는 제방부(512a)의 폭(X축 방향의 길이)을 W3로 했을 때, 0μm＜W3≤20μm가 되는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 진동 소자(2)의 CI값이 충분히 낮아진다. 상기 수치 범위 안에서도, 5μm＜W3≤9μm가 되는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 상기 효과와 함께, 열탄성 손실을 저감할 수 있다. 또한, 0μm＜W3≤5μm가 되는 관계를 만족하는 것도 바람직하다. 이것에 의해, 진동 소자(2)의 CI값을 보다 낮게 할 수 있다.
해머 헤드(59)는, XY 평면에서 볼 때, 대략 직사각형이다. 또, 해머 헤드(59)는, 암부(51)의 선단에 접속된 본체(591)와, 본체(591)로부터 진동 암(5)의 기단측을 향하여 돌출하는 돌출부(592, 593)와, 돌출부(592, 593)와 암부(51)와의 사이에 형성된 박육부(薄肉部, 얇은 부분)(연결부, 594, 595)를 가지고 있다.
본체(591)는, 암부(51) 보다도 폭(X축 방향의 길이)이 넓고, 암부(51)로부터 X축 방향의 양측으로 돌출하고 있다. 한 쌍의 돌출부(592, 593)는, 암부(51)를 사이에 두고 X축 방향의 양측에 위치하고 있다. 돌출부(592, 593)는, 각각, 암부(51)와 X축 방향으로 이간하여, 본체(591)의 기단측 외측 둘레로부터 진동 암(5)의 기단측으로 돌출하고 있다.
박육부(594)는, 돌출부(592)와 암부(51)의 사이에, 이들을 연결하여 마련되어 있으며, 돌출부(592) 및 암부(51) 보다도 얇다(Z축 방향의 길이가 짧다). 이 때문에, 암부(51)와 돌출부(592)의 사이에는, 해머 헤드(59)의 일방의 주면으로 개구하는 바닥이 있는 홈(596a)과, 타방의 주면으로 개방하는 바닥이 있는 홈(596b)이 형성되어 있다. 마찬가지로, 박육부(595)는, 돌출부(593)와 암부(51)와의 사이에, 이들을 연결하여 마련되어 있으며, 돌출부(593) 및 암부(51) 보다도 얇다. 이 때문에, 암부(51)와 돌출부(593)의 사이에는, 해머 헤드(59)의 일방의 주면으로 개구하는 바닥이 있는 홈(597a)과, 타방의 주면으로 개방하는 바닥이 있는 홈(597b)이 형성되어 있다.
해머 헤드(59)를 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해서, 진동 암(5)의 전체 길이(L)를 억제하면서, 해머 헤드(59)의 질량을 높일 수 있다. 환언하면, 진동 암(5)의 전체 길이(L)가 일정한 경우, 해머 헤드(59)의 질량 효과를 해치지 않고, 암부(51)를 가능한 한 길게 확보할 수 있다. 이 때문에, 원하는 공진 주파수(예를 들면 32.768kHz)를 얻기 위해서, 진동 암(5)의 폭(X축 방향의 길이)을 넓게 할 수 있다. 그 결과, 후술하는 열이동 경로가 길어져 열탄성 손실이 감소하고, Q값이 향상한다.
또, 해머 헤드(59)의 X축 방향 중심을 진동 암(5)의 X축 방향 중심으로부터 다소 어긋나게 해두면 좋다. 이렇게 하는 것에 의해서, 굴곡 진동시에 진동 암(5)이 비틀어지는 것에 의해 생겨버리는 베이스부(4)의 Z축 방향의 진동을 저감할 수 있으므로, 진동 누설을 억제할 수 있다.
이상, 진동 암(5)에 대해서 설명했다. 진동 암(6)은, 진동 암(5)과 동일한 구성이다. 즉, 암부(61)는, XY 평면으로 구성된 한 쌍의 주면(611, 612)과, YZ 평면으로 구성되며, 한 쌍의 주면(611, 612)을 접속하는 한 쌍의 측면(613, 614)을 가지고 있다. 또한, 암부(61)는, 주면(611)으로 개방하는 바닥이 있는 홈(62)과, 주면(612)으로 개방하는 바닥이 있는 홈(63)을 가지고 있다. 각 홈(62, 63)은, Y축 방향으로 연장하며, 선단이 해머 헤드(69)까지 연장하고, 기단이 베이스부(4)까지 연장하고 있다.
해머 헤드(69)는, XY 평면에서 볼 때, 대략 직사각형이다. 또, 해머 헤드(69)는, 암부(61)의 선단에 접속된 본체(691)와, 본체(691)로부터 진동 암(6)의 기단측을 향하여 돌출하는 돌출부(692, 693)와, 돌출부(692, 693)와 암부(61)와의 사이에 형성된 박육부(694, 695)를 가지고 있다.
본체(691)는, 암부(61) 보다도 폭(X축 방향의 길이)이 넓고, 암부(61)로부터 X축 방향의 양측으로 돌출하고 있다. 한 쌍의 돌출부(692, 693)는, 암부(61)를 사이에 두고 X축 방향의 양측에 위치하고 있다. 돌출부(692, 693)는, 각각, 암부(61)와 X축 방향으로 이간하여, 본체(691)의 기단측 외측 둘레로부터 진동 암(6)의 기단측으로 돌출하고 있다. 박육부(694)는, 돌출부(692)와 암부(61)의 사이에, 이들을 연결하여 마련되어 있으며, 돌출부(692) 및 암부(61) 보다도 얇다. 이 때문에, 암부(61)와 돌출부(692)의 사이에는, 해머 헤드(69)의 일방의 주면으로 개구하는 바닥이 있는 홈(696a)과, 타방의 주면으로 개방하는 바닥이 있는 홈(696b)이 형성되어 있다. 마찬가지로, 박육부(695)는, 돌출부(693)와 암부(61)의 사이에, 이들을 연결하여 마련되어 있으며, 돌출부(693) 및 암부(61) 보다도 얇다. 이 때문에, 암부(61)와 돌출부(693)의 사이에는, 해머 헤드(69)의 일방의 주면으로 개구하는 바닥이 있는 홈(697a)과, 타방의 주면으로 개방하는 바닥이 있는 홈(697b)이 형성되어 있다.
해머 헤드(69)를 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해서, 진동 암(6)의 전체 길이(L)를 억제하면서, 해머 헤드(69)의 질량을 높일 수 있다. 환언하면, 진동 암(6)의 전체 길이(L)가 일정한 경우, 해머 헤드(69)의 질량 효과를 해치지 않고, 암부(61)를 가능한 한 길게 확보할 수 있다.
또, 해머 헤드(69)의 X축 방향 중심을 진동 암(5)의 X축 방향 중심으로부터 다소 어긋나게 해 두어도 좋다. 이렇게 하는 것에 의해서, 굴곡 진동시에 진동 암(5)이 비틀어지는 것에 의해 생겨버리는 베이스부(4)의 Z축 방향의 진동을 저감할 수 있으므로, 진동 누설을 억제할 수 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 진동 암(5)에는, 한 쌍의 제1 구동용 전극(84)과 한 쌍의 제2 구동용 전극(85)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 제1 구동용 전극(84)의 일방은, 홈(52)의 내면(측면)에 형성되어 있고, 타방은, 홈(53)의 내면(측면)에 형성되어 있다. 또, 제2 구동용 전극(85)의 일방은, 측면(513)에 형성되어 있고, 타방은, 측면(514)에 형성되어 있다. 또한, 제1 구동용 전극(84)을 해머 헤드(59)로 둘러싸인 영역까지 연장하여 형성하지 않고, 혹은／또한, 제2 구동용 전극(85)이, 측면(513)으로부터 홈(596a, 596b) 중 내면(암부(51)측의 측면)까지 연장하고 있지 않은 경우는, 등가(等價) 직렬 용량 C1을 작게 할 수 있으므로, 부하 용량 감도(感度) S(=C1／(2×(C0＋CL)2)의 절대값이 작아져, 안정된 공진 특성을 얻을 수 있다. 또한 부하 용량 감도 S는, 부하 용량의 변동에 대한 공진 주파수의 변동을 나타내는 지표이며, C0는 정전(靜電) 용량, CL은 부하 용량이다.
또, 상기 일방의 제2 구동용 전극(85)은, 측면(513)으로부터 홈(596a, 596b)의 내면(암부(51)측의 측면)까지 연장하고 있어도 좋으며, 마찬가지로, 상기 타방의 제2 구동용 전극(85)은, 측면(514)으로부터 홈(597a, 597b)의 내면(암부(51)측의 측면)까지 연장하고 있어도 좋다. 이것에 의해, 전계(電界)가 작용하는 영역을 보다 넓게 할 수 있다.
마찬가지로, 진동 암(6)에도, 한 쌍의 제1 구동용 전극(84)과 한 쌍의 제2 구동용 전극(85)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 제1 구동용 전극(84)의 일방은, 측면(613)에 형성되어 있고, 타방은, 측면(614)에 형성되어 있다. 또, 제2 구동용 전극(85)의 일방은, 홈(62)의 내면(측면)에 형성되어 있고, 타방은, 홈(63)의 내면(측면)에 형성되어 있다. 또한, 상기 일방의 제1 구동용 전극(84)은, 측면(613)으로부터 홈(696a, 696b)의 내면(암부(61)측의 측면)까지 연장하고 있어도 좋으며, 마찬가지로, 상기 타방의 제1 구동용 전극(84)은, 측면(614)으로부터 홈(697a, 697b)의 내면(암부(61)측의 측면)까지 연장하고 있어도 괜찮다. 이것에 의해, 전계가 작용하는 영역을 보다 넓게 할 수 있다.
이들 제 1, 제2 구동용 전극(84, 85)의 사이에 교번(交番) 전압을 인가하면, 진동 암(5, 6)이 서로 접근, 이간을 반복하도록 면내(面內) 방향(XY 평면 방향)으로 소정의 주파수로 진동한다.
제1, 제2 구동용 전극(84, 85)의 구성으로서는, 특별히 한정되지 않고, 금(Au), 금 합금, 백금(Pt), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 은(Ag), 은 합금, 크롬(Cr), 크롬 합금, 니켈(Ni), 니켈 합금, 동(Cu), 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 텅스텐(W), 철(Fe), 티탄(Ti), 코발트(Co), 아연(Zn), 지르코늄(Zr) 등의 금속 재료, 산화 인듐 주석(ITO) 등의 도전 재료에 의해 형성할 수 있다.
제1, 제2 구동용 전극(84, 85)의 구체적인 구성으로서는, 예를 들면, 700Å이하의 Cr층 상(上)에 700Å 이하의 Au층을 형성한 구성으로 할 수 있다. 특히, Cr이나 Au는 열탄성 손실이 크기 때문에, Cr층, Au층은, 바람직하게는 100Å 이하로 된다. 또, Ni는, 수정(水晶)의 열팽창 계수에 가까우므로, Cr층을 대신에 Ni층을 기초로 함으로써, 전극에 기인하는 열응력을 감소시켜, 장기 신뢰성(에이징(aging) 특성)이 좋은 진동 소자를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 진동 소자(2)에서는, 진동 암(5, 6)에 홈(52, 53, 62, 63)을 형성하는 것에 의해서, 열탄성 손실의 저감을 도모하고 있다. 이하, 이것에 대해서, 진동 암(5)을 예로 하여 구체적으로 설명한다.
진동 암(5)은, 전술한 바와 같이, 제1, 제2 구동용 전극(84, 85) 사이에 교번 전압을 인가하는 것에 의해 면내 방향으로 굴곡 진동한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 굴곡 진동시, 암부(51)의 측면(513)이 수축하면 측면(514)이 신장하고, 반대로, 측면(513)이 신장하면 측면(514)이 수축한다. 진동 암(5)이 Gough－Joule 효과를 발생하지 않는(에너지 탄성(彈性)이 엔트로피 탄성에 대해서 지배적인) 경우, 측면(513, 514) 중, 수축하는 면측의 온도는 상승하고, 신장하는 면측의 온도는 하강하기 때문에, 측면(513)과 측면(514)과의 사이, 즉 암부(51)의 내부에 온도차가 발생한다. 이와 같은 온도차로부터 생기는 열전도에 의해서 진동 에너지의 손실이 발생하고, 이것에 의해 진동 소자(2)의 Q값이 저하한다. 이와 같은 Q값의 저하를 열탄성 효과라고도 말하며, 열탄성 효과에 의한 에너지의 손실을 열탄성 손실이라고도 말한다.
진동 소자(2)와 같은 구성의 굴곡 진동 모드로 진동하는 진동 소자에서, 진동 암(5)의 굴곡 진동 주파수(기계적 굴곡 진동 주파수) f가 변화했을 때, 진동 암(5)의 굴곡 진동 주파수가 열완화 주파수 fm과 일치할 때에 Q값이 최소가 된다. 이 열완화 주파수 fm은, fm=1／(2πτ)으로 구할 수 있다(단, 식 중 π는 원주율이고, e를 네이피어수(Napier數)라고 하면, τ은 온도차가 열전도에 의해 e－1배가 되는데 필요한 완화 시간이다).
또, 평판 구조(단면 형상이 직사각형의 구조)의 열완화 주파수를 fm0로 하면, fm0는 아래 식에서 구할 수 있다.
fm0 = πk／(2ρCpa2) ‥‥(1)
또한, π은 원주율, k는 진동 암(5)의 진동 방향의 열전도율, ρ은 진동 암(5)의 질량 밀도, Cp는 진동 암(5)의 열용량, a는 진동 암(5)의 진동 방향의 폭이다. 식 (1)의 열전도율 k, 질량 밀도 ρ, 열용량 Cp에 진동 암(5)의 재료 그 자체(즉, 수정)의 정수를 입력한 경우, 구해지는 열완화 주파수 fm0은, 진동 암(5)에 홈(52, 53)을 마련하지 않은 경우의 값이 된다.
진동 암(5)에서는, 측면(513, 514)의 사이에 위치하도록 홈(52, 53)이 형성되어 있다. 이 때문에, 진동 암(5)의 굴곡 진동시에 생기는 측면(513, 514)의 온도차를 열전도에 의해 온도 평형시키기 위한 열이동 경로가 홈(52, 53)을 우회(迂回)하도록 형성되어, 열이동 경로가 측면(513, 514) 사이의 직선 거리(최단 거리) 보다도 길어진다. 이 때문에, 진동 암(5)에 홈(52, 53)을 마련하지 않은 경우와 비교하여 완화 시간(τ)이 길어져, 열완화 주파수(fm)가 낮아진다.
도 5는, 굴곡 진동 모드의 진동 소자의 Q값의 f／fm의존성을 나타내는 그래프이다. 도 5에서, 점선으로 나타내어져 있는 곡선 F1은, 진동 소자(2)와 같이 진동 암에 홈이 형성되어 있는 경우(진동 암의 횡단면 형상이 H형인 경우)를 나타내고, 실선으로 나타내어져 있는 곡선 F2는, 진동 암에 홈이 형성되어 있지 않은 경우(연결 암의 횡단면 형상이 직사각형인 경우)를 나타내고 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 곡선 F1, F2의 형상은 변하지 않지만, 전술한 바와 같은 열완화 주파수 fm의 저하에 따라서, 곡선 F1이 곡선 F2에 비해서 주파수 저하 방향으로 시프트(shift)한다. 따라서, 진동 소자(2)와 같이 진동 암에 홈이 형성되어 있는 경우의 열완화 주파수를 fm1으로 하면, 하기 식 (2)를 만족하는 것에 의해, 항상, 진동 암에 홈이 형성되어 있는 진동 소자의 Q값이 진동 암에 홈이 형성되어 있지 않은 진동 소자의 Q값에 비해서 높게 된다.
Figure pat00001
게다가, f／fm0＞1의 관계로 한정하면, 보다 높은 Q값을 얻을 수 있다.
또한, 도 5에서, f／fm＜1의 영역을 등온적(等溫的) 영역이라고도 말하며, 이 등온적 영역에서는 f／fm가 작아짐에 따라 Q값이 높아진다. 이것은, 진동 암의 기계적 주파수가 낮아짐(진동 암의 진동이 느려짐)에 따라 전술한 바와 같은 진동 암 내의 온도차가 생기기 어렵게 되기 때문이다. 따라서, f／fm를 0(영)에 한없이 근접시켰을 때의 극한(極限)에서는, 등온 준정적(準靜的, quasi-static) 조작이 되어, 열탄성 손실은 한없이 0(영)에 접근한다. 한편, f／fm＞1의 영역을 단열적 영역이라고도 말하며, 이 단열적 영역에서는 f／fm가 커짐에 따라 Q값이 높아진다. 이것은, 진동 암의 기계적 주파수가 높아짐에 따라, 각 측면의 온도 상승·온도 효과의 전환이 고속이 되어, 전술한 바와 같은 열전도가 생기는 시간이 없어지기 때문이다. 따라서, f／fm를 한없이 크게 했을 때의 극한에서는, 단열 조작이 되어, 열탄성 손실은 한없이 0(영)에 근접한다. 이 때문에, f／fm＞1의 관계를 만족한다는 것은, f／fm이 단열적 영역에 있다고도 환언할 수 있다.
다음으로, 진동 암(5, 6)의 전체 길이와, 해머 헤드(59, 69)의 길이 및 폭의 관계에 대해서 설명한다. 진동 암(5, 6)은, 서로 동일한 구성이기 때문에, 이하에서는, 진동 암(5)에 대해서 대표하여 설명하고, 진동 암(6)에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 진동 암(5)의 전체 길이(Y축 방향의 길이)를 L로 하고, 해머 헤드(59)의 길이(Y축 방향의 길이)를 H로 했을 때, 진동 암(5)은, 1.2％＜H／L＜30.0％가 되는 관계를 만족하고 있다. 이 관계를 만족하고 있으면, 특별히 한정되지 않지만, 4.6％＜H／L＜22.3％가 되는 관계를 만족하고 있는 것이 더 바람직하다. 이와 같은 관계를 만족하는 것에 의해서, 진동 소자(2)의 CI값이 낮게 억제되기 때문에, 진동 손실이 적고, 뛰어난 진동 특성을 가지는 진동 소자(2)가 된다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 진동 암(5)의 기단을, 측면(514)이 베이스부(4)와 접속되어 있는 개소와, 측면(513)이 베이스부(4)와 접속되어 있는 개소를 연결한 선분(線分)의, 진동 암(5)의 폭(X축 방향의 길이) 중심에 위치하는 개소에 설정하고 있다.
또, 진동 암(5)은, 암부(51)의 폭(X축 방향의 길이)을 W1으로 하고, 해머 헤드(59)의 폭(X축 방향의 길이)을 W2로 했을 때, 1.5≤W2／W1≤10.0가 되는 관계를 만족하고 있다. 이 관계를 만족하면, 특별히 한정되지 않지만, 1.6≤W2／W1≤7.0가 되는 관계를 만족하고 있는 것이 더 바람직하다. 이와 같은 관계를 만족하는 것에, 해머 헤드(59)의 폭을 넓게 확보할 수 있다. 이 때문에, 해머 헤드(59)의 길이(H)가 상술한 바와 같이 비교적 짧아도(L의 30％미만이라도), 해머 헤드(59)에 의한 질량 효과를 충분히 발휘할 수 있다. 따라서, 1.5≤W2／W1≤10.0가 되는 관계를 만족하는 것에 의해서, 진동 암(5)의 전체 길이(L)가 억제되어, 진동 소자(2)의 소형화를 도모할 수 있다.
이와 같이, 진동 암(5)에서는, 1.2％＜H／L＜30.0％가 되는 관계와 1.5≤W2／W1≤10.0가 되는 관계를 만족하는 것에 의해서, 이들 2개의 관계의 상승 효과에따라서, 소형화로 CI값이 충분히 억제되어 있는 진동 소자(2)를 얻을 수 있다.
또한, L≤2μm, 바람직하게는, L≤1μm로 함으로써, 휴대형 음악 기기나 IC카드와 같은 것에 탑재하는 발진기에 사용하는, 소형인 진동 소자를 얻을 수 있다. 또, W1≤100μm, 바람직하게는, W1≤50μm로 함으로써, 상기 L의 범위에서도, 저소비 전력을 실현하는 발진 회로에 사용하는, 저주파로 공진하는 진동 소자를 얻는 것이 가능하다. 또, 단열적 영역이면, 수정 Z판에서 Y 방향으로 진동 암이 연장하고, X 방향으로 굴곡 진동하는 경우, W1≥12.8μm인 것이 바람직하며, 수정 Z판에서 X 방향으로 진동 암이 연장하고, Y 방향으로 굴곡 진동하는 경우, W1≥14.4μm인 것이 바람직하며, 수정 X판에서 Y 방향으로 진동 암이 연장하고, Z 방향으로 굴곡 진동하는 경우, W1≥15.9μm인 것이 바람직하다. 이렇게 하는 것에 의해서, 확실히 단열적 영역으로 할 수 있으므로, 홈의 형성에 보다 열탄성 손실이 감소하여 Q값이 향상하고, 그것과 함께 홈이 형성되어 있는 영역에서 구동하는 것에 의해(전계 효율이 높고, 구동 면적을 확보할 수 있음) CI값이 낮아진다.
다음으로, 1.2％＜H／L＜30.0％가 되는 관계와, 1.5≤W2／W1≤10.0가 되는 관계를 만족하는 것에 의해서, 상기 효과를 발휘할 수 있는 것을 시뮬레이션 결과에 기초하여 증명한다. 또한, 본 시뮬레이션은, 1개의 진동 암(5)을 이용하여 행했다. 또, 본 시뮬레이션에서 이용한 진동 암(5)은, 수정 Z판(회전각 0°)으로 구성되어 있다. 또, 진동 암(5)의 사이즈는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 전체 길이(L)가 1210μm, 두께(D)가 100μm, 암부(51)의 폭(W1)이 98μm, 해머 헤드(59)의 폭( W2)이 172μm, 홈(52, 53)의 깊이(D1, D2)가 모두 45μm, 제방부(511a, 512a)의 폭(W3)이 각각 6.5μm이다. 이와 같은 진동 암(5)에서, 해머 헤드(59)의 길이(H)를 변화시켜 시뮬레이션을 행했다. 또한, 발견자들에 의해서, 진동 암(5)의 사이즈(L, W1, W2, D, D1, D2, W3)를 변경해도, 하기에 나타내는 시뮬레이션 결과와 동일한 경향이 되는 것이 확인되고 있다.
하기의 표 1은, 해머 헤드(59)의 길이(H)를 변화시켰을 때의 CI값의 변화를 나타내는 표이다. 또한, 본 시뮬레이션에서는, 다음과 같이 하여, 각 샘플의 CI값을 산출하고 있다. 우선, 유한요소법(有限要素法)에 의해서, 열탄성 손실만을 고려한 Q값을 구한다. 다음으로, Q값은, 주파수 의존성을 가지고 있기 때문에, 구해진 Q값을 32.768kHz일 때의 Q값(F변환 후 Q값)으로 환산한다. 다음으로, F변환 후 Q값에 기초하여, R1(CI값)을 산출한다. 다음으로, CI값도 주파수 의존성을 가지고 있기 때문에, 구해진 R1을 32.768kHz일 때의 R1으로 환산하고, 그 역수(逆數)를 취해「저(低)R1지수」로 했다. 저R1지수는, 모든 시뮬레이션 중에서 최대였던 역수를 1로 했을 때의 지수이다. 따라서, 저R1지수가 1에 가까울수록, CI값이 작은 것을 의미하고 있다. 도 8의 (a)에, 가로축에 해머 헤드 점유율(H／L), 세로축에 저(低)R1화(化) 지수를 플롯(plot)한 그래프를 나타내며, (b)에 도 8의 (a)의 일부를 확대한 그래프를 나타낸다.
또한, Q값을 F변환 후 Q값으로 환산하는 방법은, 다음과 같다.
하기 식(3), (4)를 이용하여 다음과 같은 계산을 행했다.
f0 = πk／(2ρCpa2) … (3)
Q =｛ρCp／(Cα 2 H)｝×［｛1＋(f／f0)2｝／(f／f0)］ … (4)
단, 식 (3), (4) 중의 π는 원주율, k는 진동 암(5)의 폭방향의 열전도율(熱傳導率), ρ은 질량 밀도, Cp는 열용량, C는 진동 암(5)의 길이 방향의 신축의 탄성 강도(stiffness) 정수, α는 진동 암(5)의 길이 방향의 열팽창률, H는 절대 온도, f는 고유 주파수이다. 또, a는, 진동 암(5)을 도 7에 나타내는 바와 같은 평판 형상으로 하여 간주했을 때의 폭(실효폭(實效幅))이다. 또한, 도 7에서는, 진동 암(5)에 홈(52, 53)이 형성되어 있지 않지만, 이 때의 a의 값을 이용해도 F변환 후 Q값으로의 환산을 행할 수 있다.
우선, 시뮬레이션에서 이용한 진동 암(5)의 고유 주파수를 F1으로 하고, 구해진 Q값을 Q1으로 하며, 식 (3), (4)를 이용하여, f = F1, Q = Q1가 되는 a의 값을 구한다. 다음으로, 구해진 a를 이용하고, 또, f = 32.768kHz로 하여, 식 (2)로부터 Q의 값을 산출한다. 이와 같이 하여 얻어진 Q값이 F변환 후 Q값이 된다.
[표 1]
Figure pat00002
발명자들은, 저R1화 지수가 0.87 이상이 되는 진동 소자(2)를 원하고 있다. 표 1 및 도 8의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 1.2％＜H／L＜30.0％가 되는 관계를 만족하는 경우(SIM002 ~ SIM011)에서는 저R1화 지수가 목표의 0.87 이상으로 되어 있다. 특히, 4.6％＜H／L＜22.3％가 되는 관계를 만족하는 경우(SIM003 ~ SIM008)에서는 저R1화 지수가 0.95를 넘고, 보다 CI값이 낮아지는 것을 알 수 있다. 이상의 시뮬레이션 결과로부터, 1.2％＜H／L＜30.0％가 되는 관계를 만족하는 것에 의해, CI값이 충분히 억제되어 있는 진동 소자(2)를 얻을 수 있는 것이 증명되었다.
＜제2 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 진동 소자의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
이하, 제2 실시 형태의 진동 소자에 대해서, 전술한 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일 사항에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시 형태에 관한 진동 소자는, 해머 헤드의 구성이 다른 것 이외는, 전술한 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 구성에는, 동일 부호를 부여하고 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 해머 헤드(59A)는, 암부(51)의 선단에 접속된 본체(591)와, 본체(591)로부터 진동 암(5)의 기단측을 향하여 돌출하는 돌출부(592, 593)를 가지고 있다. 즉, 전술한 제1 실시 형태의 해머 헤드(59)로부터 박육부(594, 595)를 생략한 구성으로 되어 있다. 해머 헤드(59A)를 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 진동 암(5)의 전체 길이(L)를 억제하면서, 해머 헤드(59A)의 질량을 높일 수 있다. 환언하면, 진동 암(5)의 전체 길이(L)가 일정한 경우, 해머 헤드(59A)의 질량 효과를 해치지 않고, 암부(51)를 가능한 한 길게 확보할 수 있으므로, 원하는 공진 주파수(예를 들면 32.768kHz)를 얻기 위해서, 진동 암(5)의 폭(X축 방향의 길이)을 넓게 할 수 있다. 그 결과, 상술한 열이동 경로가 길어져 열탄성 손실이 감소하고, Q값이 향상한다. 여기서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 해머 헤드(59A)의 길이(H)는, 해머 헤드(59A)와 암부(51)의 접속부로부터 자유 단부까지를 말하며, 돌출부(592, 593) 만큼의 길이는, 길이(H)에 포함되지 않는다. 또, 암부(51)의 자유 단부는, 폭이 자유 단부측을 향하여 점차 증가하는 테이퍼(taper) 모양을 이루고 있지만, 이 테이퍼 부분의 폭(X축 방향의 길이)이 암부(51)의 폭(X축 방향의 길이)의 1.5배 이상으로 되어 있는 부분을 암부(51)가 가지고 있는 경우에는, 이 부분도 길이(H)에 포함된다.
해머 헤드(69A)는, 전술한 해머 헤드(59A)와 동일한 구성이기 때문에, 그 설명을 생략한다.
이와 같은 제2 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
＜제3 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 진동 소자의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 10은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
이하, 제3 실시 형태의 진동 소자에 대해서, 전술한 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일 사항에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제3 실시 형태에 관한 진동 소자는, 해머 헤드의 구성이 다른 것 이외는, 전술한 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 구성에는, 동일 부호를 부여하고 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 해머 헤드(59B)에서는, 박육부(594B, 595B)가 각각 돌출부(592, 593) 보다도 짧게 되어 있으며, 돌출부(592, 593)의 고정 단부측의 부분만이 박육부(594B, 595B)를 매개로 하여 암부(51)와 연결하고 있다. 해머 헤드(59B)를 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해서, 진동 암(5)의 전체 길이(L)를 억제하면서, 해머 헤드(59B)의 질량을 높일 수 있다. 환언하면, 진동 암(5)의 전체 길이(L)가 일정한 경우, 해머 헤드(59B)의 질량 효과를 해치지 않고, 암부(51)를 가능한 한 길게 확보할 수 있으므로, 원하는 공진 주파수(예를 들면 32.768kHz)를 얻기 위해서, 진동 암(5)의 폭(X축 방향의 길이)을 넓게 할 수 있다. 그 결과, 상술한 열이동 경로가 길어져 열탄성 손실이 감소하고, Q값이 향상한다. 여기서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 해머 헤드(59B)의 길이(H)는, 박육부(594B, 595B)와 암부(51)의 접속부로부터 자유 단부까지를 말하고, 돌출부(592, 593)의 자유 단부의 길이는, 길이(H)에 포함되지 않는다. 또, 암부(51)의 자유 단부는, 폭이 자유 단부측을 향하여 점차 증가하는 테이퍼 모양을 이루고 있지만, 이 테이퍼 부분의 폭(X축 방향의 길이)이 암부(51)의 폭(X축 방향의 길이)의 1.5배 이상으로 되어 있는 부분을 암부(51)가 가지고 있는 경우에는, 이 부분도 길이(H)에 포함된다.
해머 헤드(69B)는, 전술한 해머 헤드(59B)와 동일한 구성이기 때문에, 그 설명을 생략한다.
이와 같은 제3 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
＜제4 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 진동 소자의 제4 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 11은, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
이하, 제4 실시 형태의 진동 소자에 대해서, 전술한 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일 사항에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제4 실시 형태에 관한 진동 소자는, 해머 헤드의 구성이 다른 것 이외는, 전술한 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 구성에는, 동일 부호를 부여하고 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 해머 헤드(59C)는, 대략 직사각형을 이루고 있으며, 전술한 제1 실시 형태의 해머 헤드로부터, 돌출부(592, 593) 및 박육부(594, 595)를 생략한 구성으로 되어 있다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 해머 헤드(59C)의 구성이 간단하게 된다. 또, 홈(52, 53)의 선단은, 암부(51)와 해머 헤드(59C)의 경계부에 위치하고 있다. 암부(51)의 자유 단부는, 폭이 자유 단부측을 향하여 점차 증가하는 테이퍼 모양을 이루고 있지만, 이 테이퍼 부분의 폭(X축 방향의 길이)이 암부(51)의 폭(X축 방향의 장)의 1.5배 이상으로 되어 있는 부분을 암부(51)가 가지고 있는 경우에는, 이 부분도 해머 헤드(59C)의 길이(H)에 포함된다.
해머 헤드(69C)는, 전술한 해머 헤드(59C)와 동일한 구성이기 때문에, 그 설명을 생략한다.
이와 같은 제4 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
＜제5 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 진동 소자의 제5 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 12는, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
이하, 제5 실시 형태의 진동 소자에 대해서, 전술한 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일 사항에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제5 실시 형태에 관한 진동 소자는, 해머 헤드의 구성이 다른 것 이외는, 전술한 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 구성에는, 동일 부호를 부여하고 있다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 해머 헤드(59D)는, 대략 직사각형을 이루고 있으며, 전술한 제1 실시형태의 해머 헤드로부터, 돌출부(592, 593) 및 박육부(594, 595)를 생략한 구성으로 되어 있다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 해머 헤드(59D)의 구성이 간단하게 된다. 암부(51)의 자유 단부는, 폭이 자유 단부측을 향하여 점차 증가하는 테이퍼 모양을 이루고 있지만, 이 테이퍼 부분의 폭(X축 방향의 길이)이 암부(51)의 폭(X축 방향의 길이)의 1.5배 이상으로 되어 있는 부분을 암부(51)가 가지고 있는 경우에는, 이 부분도 해머 헤드(59D)의 길이(H)에 포함된다.
해머 헤드(69D)는, 전술한 해머 헤드(59D)와 동일한 구성이기 때문에, 그 설명을 생략한다.
이와 같은 제5 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
＜제6 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 진동 소자의 제6 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 13은, 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
이하, 제6 실시 형태의 진동 소자에 대해서, 전술한 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제6 실시 형태에 관한 진동 소자는, 지지부를 더 가지고 있는 것 이외는, 전술한 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 구성에는, 동일 부호를 부여하고 있다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 진동 소자(2E)는, 진동 암(5, 6)의 사이에 위치하고, 베이스부(4)로부터 Y축 방향으로 연장하고 있는 지지부(7)를 가지고 있다. 도시하지 않았지만, 진동 소자(2E)는, 지지부(7)에 의해 접착제를 매개로 하여 패키지에 고정된다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해서, 진동 소자(2E)의 진동 누설을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
이와 같은 제6 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
＜제7 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 진동 소자의 제7 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 14는, 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 진동 소자의 평면도이다.
이하, 제7 실시 형태의 진동 소자에 대해서, 전술한 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제7 실시 형태에 관한 진동 소자는, 지지부를 더 가지고 있는 이외는, 전술한 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 구성에는, 동일 부호를 부여하고 있다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 진동 소자(2F)는, 베이스부(4)로부터 연장하는 지지부(7)를 가지고 있다. 지지부(7)는, 베이스부(4)의 하단(진동 암(5, 6)이 연장하는 측과 반대측)으로부터 연장하고, X축 방향으로 분기하는 분기부(71)와, 분기부로부터 X축 방향 양측으로 연장하는 연결 암(72, 73)과, 연결 암(72, 73)의 선단부로부터 Y축 방향의 진동 암(5, 6)측으로 연장하는 지지 암(74, 75)을 가지고 있다. 또, 지지 암(74, 75)은, 진동 암(5, 6)을 사이에 두고 X축 방향으로 대향하여 배치되어 있다. 도시하지 않았지만, 진동 소자(2F)는, 지지 암(74, 75)에 의해 접착제 등을 매개로 하여 패키지에 고정된다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해서, 진동 소자(2F)의 진동 누설을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
이와 같은 제7 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
2. 진동자
다음으로, 본 발명의 진동자에 대해서 설명한다.
도 15는, 본 발명의 진동자의 바람직한 실시 형태를 나타내는 평면도, 도 16은, 도 15 중의 C－C선 단면도이다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 진동자(1)는, 진동 소자(2, 본 발명의 진동 소자)와, 진동 소자(2)를 수납하는 패키지(9)를 가지고 있다. 또한, 진동 소자(2)는, 전술한 제1 실시 형태에서 설명한 진동 소자와 동일하다.
패키지(9)는, 상면으로 개방하는 오목부(911)를 가지는 상자 모양의 베이스(91)와, 오목부(911)의 개구를 막도록 베이스(91)에 접합되어 있는 판 모양의 리드(lid, 92)를 가지고 있다. 이와 같은 패키지(9)는, 오목부(911)가 리드(92)에 의해 막혀지는 것에 의해 형성된 수납 공간을 가지고 있으며, 이 수납 공간에 진동 소자(2)가 기밀적으로 수납되어 있다. 진동 소자(2)는, 베이스부(4)에서, 예를 들면, 에폭시계, 아크릴계의 수지에 도전성 필러(filler)를 혼합한 도전성 접착제(11)를 매개로 하여 오목부(911)의 저면에 고정되어 있다. 수납 공간 내는, 감압(減壓, 바람직하게는 진공) 상태로 되어 있어도 괜찮고, 질소, 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스가 봉입(封入)되어 있어도 괜찮다. 이것에 의해, 진동 소자(2)의 진동 특성이 향상한다.
베이스(91)의 구성 재료로서는, 특별히 한정되지 않지만, 산화 알루미늄 등의 각종 세라믹스를 이용할 수 있다. 또, 리드(92)의 구성 재료로서는, 특별히 한정되지 않지만, 베이스(91)의 구성 재료와 선팽창 계수가 근사(近似)하는 부재이면 좋다. 예를 들면, 베이스(91)의 구성 재료를 전술한 바와 같은 세라믹스로 한 경우에는, 코바르(Kovar) 등의 합금으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 베이스(91)와 리드(92)의 접합은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 접착제를 매개로 하여 접합해도 괜찮고, 심(seam) 용접 등에 의해 접합해도 괜찮다.
또, 베이스(91)의 오목부(911)의 저면에는, 접속 단자(951, 961)가 형성되어 있다. 도시하지 않았지만, 진동 소자(2)의 제1 구동용 전극(84)은, 베이스부(4)에서, 도전성 접착제(11)를 매개로 하여 접속 단자(951)와 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 도시하지 않았지만, 진동 소자(2)의 제2 구동용 전극(85)은, 베이스부(4)에서, 도전성 접착제(11)를 매개로 하여 접속 단자(961)와 전기적으로 접속되어 있다.
또, 접속 단자(951)는, 베이스(91)를 관통하는 관통 전극(952)을 매개로 하여 베이스(91)의 저면에 형성된 외부 단자(953)에 전기적으로 접속되어 있으며, 접속 단자(961)는, 베이스(91)를 관통하는 관통 전극(962)을 매개로 하여 베이스(91)의 저면에 형성된 외부 단자(963)에 전기적으로 접속되어 있다.
접속 단자(951, 961), 관통 전극(952, 962) 및 외부 단자(953, 963)의 구성으로서는, 각각, 도전성을 가지고 있으면, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, Cr(크롬), W(텅스텐) 등의 메탈라이즈(metalize)층(기초층)에, Ni(니켈), Au(금), Ag(은), Cu(동) 등의 각 피막을 적층한 금속 피막으로 구성할 수 있다.
3. 발진기
다음으로, 본 발명의 진동 소자를 적용한 발진기(본 발명의 발진기)에 대해서 설명한다.
도 17은, 본 발명의 발진기의 바람직한 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 17에 나타내는 발진기(10)는, 진동자(1)와, 진동 소자(2)를 구동하기 위한 IC 칩(8)을 가지고 있다. 이하, 발진기(10)에 대해서, 전술한 진동자와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 패키지(9)는, 오목부(911)를 가지는 상자 모양의 베이스(91)와, 오목부(911)의 개구를 막는 판 모양의 리드(92)를 가지고 있다. 또, 베이스(91)의 오목부(911)는, 베이스(91)의 상면으로 개방하는 제1 오목부(911a)와, 제1 오목부(911a)의 저면의 중앙부로 개방하는 제2 오목부(911b)와, 제2 오목부(911b)의 저면의 중앙부로 개방하는 제3 오목부(911c)를 가지고 있다.
제1 오목부(911a)의 저면에는, 접속 단자(95, 96)가 형성되어 있다. 또, 제3 오목부(911c)의 저면에는, IC 칩(8)이 배치되어 있다. IC 칩(8)은, 진동 소자(2)의 구동을 제어하기 위한 발진 회로를 가지고 있다. IC 칩(8)에 의해서 진동 소자(2)를 구동하면 소정의 주파수의 신호를 취출할 수 있다.
또, 제2 오목부(911b)의 저면에는, 와이어를 매개로 하여 IC 칩(8)과 전기적으로 접속된 복수의 내부 단자(93)가 형성되어 있다. 이들 복수의 내부 단자(93)에는, 베이스(91)에 형성된 도시하지 않은 비어(via)를 매개로 하여 패키지(9)의 저면에 형성된 외부 단자(94)에 전기적으로 접속된 단자와, 도시하지 않은 비어(via)나 와이어를 매개로 하여 접속 단자(95)에 전기적으로 접속된 단자와, 도시하지 않은 비어(via)나 와이어를 매개로 하여 접속 단자(96)에 전기적으로 접속된 단자가 포함되어 있다.
또한, 도 17의 구성에서는, IC 칩(8)이 수납 공간 내에 배치되어 있는 구성에 대해서 설명했지만, IC 칩(8)의 배치는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 패키지(9)의 외측(베이스의 저면)에 배치되어 있어도 괜찮다.
4. 전자 기기
다음으로, 본 발명의 진동 소자를 적용한 전자 기기(본 발명의 전자 기기)에 대해서 설명한다.
도 18은, 본 발명의 진동 소자를 구비하는 전자 기기를 적용한 모바일형(또는 노트형)의 퍼스널 컴퓨터의 구성을 나타내는 사시도이다. 이 도면에서, 퍼스널
컴퓨터(1100)는, 키보드(1102)를 구비한 본체부(1104)와, 표시부(2000)를 구비한 표시 유니트(1106)에 의해 구성되며, 표시 유니트(1106)는, 본체부(1104)에 대해 힌지(hinge) 구조부를 매개로 하여 회동 가능하게 지지되어 있다. 이와 같은 퍼스널 컴퓨터(1100)에는, 필터, 공진기, 기준 클락(clock) 등으로서 기능을 하는 진동 소자(2)가 내장되어 있다.
도 19는, 본 발명의 진동 소자를 구비하는 전자 기기를 적용한 휴대 전화기(PHS도 포함함)의 구성을 나타내는 사시도이다. 이 도면에서, 휴대 전화기(1200)는, 복수의 조작 버튼(1202), 수화구(手話口, 1204) 및 송화구(送話口, 1206)를 구비하며, 조작 버튼(1202)과 수화구(1204)와의 사이에는, 표시부(2000)가 배치되어 있다. 이와 같은 휴대 전화기(1200)에는, 필터, 공진기 등으로서 기능을 하는 진동 소자(2)가 내장되어 있다.
도 20은, 본 발명의 진동 소자를 구비하는 전자 기기를 적용한 디지털 스틸 카메라(digital still camera)의 구성을 나타내는 사시도이다. 또한, 이 도면에는, 외부 기기와의 접속에 대해서도 간이적으로 나타내어져 있다. 여기서, 통상의 카라는, 피사체의 광상(光像)에 의해 은염(銀鹽, silver halide) 사진 필름을 감광(感光)하는 것에 비해, 디지털 스틸 카메라(1300)는, 피사체의 광상을 CCD(Charge Coupled Device) 등의 촬상 소자에 의해 광전(光電) 변환하여 촬상 신호(화상 신호)를 생성한다.
디지털 스틸 카메라(1300)에서의 케이스(보디, 1302)의 배면에는, 표시부가 마련되고, CCD에 의한 촬상 신호에 기초하여 표시를 행하는 구성으로 되어 있으며, 표시부는, 피사체를 전자 화상으로서 표시하는 파인더(finder)로서 기능을 한다. 또, 케이스(1302)의 정면측(도면 중 이면측)에는, 광학 렌즈(촬상 광학계)나 CCD 등을 포함하는 수광 유니트(1304)가 마련되어 있다.
촬영자가 표시부에 표시된 피사체상을 확인하고, 셔터 버튼(1306)을 누르면, 그 시점에서의 CCD의 촬상 신호가, 메모리(1308)에 전송·격납된다. 또, 이 디지털 스틸 카메라(1300)에서는, 케이스(1302)의 측면에, 비디오 신호 출력 단자(1312)와, 데이터 통신용 입출력 단자(1314)가 마련되어 있다. 그리고, 도시되어 있는 바와 같이, 비디오 신호 출력 단자(1312)에는 텔레비전 모니터(1430)가, 데이터 통신용 입출력 단자(1314)에는 퍼스널 컴퓨터(1440)가, 각각 필요에 따라 접속된다. 게다가, 소정의 조작에 의해, 메모리(1308)에 격납된 촬상 신호가, 텔레비전 모니터(1430)나, 퍼스널 컴퓨터(1440)에 출력되는 구성으로 되어 있다. 이와 같은 디지털 스틸 카메라(1300)에는, 필터, 공진기 등으로서 기능을 하는 진동 소자(2)가 내장되어 있다.
또한, 본 발명의 진동 소자를 구비하는 전자 기기는, 도 18의 퍼스널 컴퓨터(모바일형 퍼스널 컴퓨터), 도 19의 휴대 전화기, 도 20의 디지털 스틸 카메라 외에도, 예를 들면, 잉크젯식 토출 장치(예를 들면 잉크젯 프린터), 랩탑(laptop)형 퍼스널 컴퓨터, 텔레비전, 비디오 카메라, 비디오 테이프 레코더, 카 내비게이션(car navigation) 장치, 페이저(pager, 무선 호출기), 전자 수첩(통신 기능부도 포함함), 전자 사전, 계산기, 전자 게임 기기, 워드프로세서, 워크스테이션, 화상 전화, 방범용 TV 모니터, 전자 쌍안경, POS 단말, 의료 기기(예를 들면 전자 체온계, 혈압계, 혈당계, 심전도 계측 장치, 초음파 진단 장치, 전자 내시경), 어군 탐지기, 각종 측정 기기, 계기류(예를 들면, 차량, 항공기, 선박의 계기류), 플라이트 시뮬레이터(flight simulator) 등에 적용할 수 있다.
5. 이동체
다음으로, 본 발명의 진동 소자를 적용한 이동체(본 발명의 이동체)에 대해서 설명한다.
도 21은, 본 발명의 이동체의 일례로서의 자동차를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 자동차(1500)에는, 진동 소자(2)가 탑재되어 있다. 진동 소자(2)는, 키리스 엔트리(keyless entry), 이모빌라이저(immobilizer), 카 내비게이션 시스템, 카 에어컨, 안티락 브레이크 시스템(anti-lock brake system, ABS), 에어백, 타이어·프레셔·모니터링·시스템(TPMS：Tire Pressure Monitoring System), 엔진 컨트롤, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 전지 모니터, 차체 자세 제어 시스템, 등의 전자 제어 유니트(ECU：electronic control unit)에 널리 적용할 수 있다.
이상, 본 발명의 진동 소자, 진동자, 발진기, 전자 기기 및 이동체에 대해서, 도시한 실시 형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 각 부의 구성은, 동일한 기능을 가지는 임의의 구성의 것으로 치환할 수 있다. 또, 본 발명에, 다른 임의의 구성물이 부가되어 있어도 괜찮다. 또, 각 실시 형태를 적절히 조합해도 괜찮다.
1 … 진동자　 10 … 발진기　
11 … 도전성 접착제　 2, 2E, 2F … 진동 소자　
3 … 수정 기판 4 … 베이스부　
41 … 본체부　 42 … 축폭부　
5 … 진동 암　 51 … 암부　
511, 512 … 주면 511a, 512a … 제방부　
513, 514 … 측면　 52, 53 … 홈　
59, 59A, 59B, 59C, 59D … 해머 헤드　 591 … 본체　
592, 593 … 돌출부　
594, 594B, 595, 595B … 박육부　
596a, 596b, 597a, 597b … 홈　
6 … 진동 암　 61 … 암부　
611, 612 … 주면　 613, 614 … 측면　
62, 63 … 홈　
69, 69A, 69B, 69C, 69D … 해머 헤드　
691 … 본체　 692, 693 … 돌출부　
694, 695 … 박육부　
696a, 696b, 697a, 697b … 홈　
7 … 지지부　 71 … 분기부　
72, 73 … 연결 암　 74, 75 … 지지 암　
8 … IC 칩　 84, 85 … 구동용 전극　
9 … 패키지　 91 … 베이스　
911 … 오목부　 911a … 제1 오목부　
911b … 제2 오목부　 911c … 제3 오목부　
92 … 리드　 93 … 내부 단자　
94 … 외부 단자　 95, 96 … 접속 단자　
951, 961 … 접속단자　 952, 962 … 관통 전극
953, 963 … 외부 단자　 1100 … 퍼스널 컴퓨터　
1102 … 키보드　 1104 … 본체부　
1106 … 표시 유니트　 1200 … 휴대 전화기　
1202 … 조작 버튼　 1204 … 수화구
1206 … 송화구　
1300 … 디지털 스틸 카메라　
1302 … 케이스　 1304 … 수광 유니트　
1306 … 셔터 버튼　 1308 … 메모리　
1312 … 비디오 신호 출력 단자　 1314 … 입출력 단자　
1430 … TV 모니터　 1440 … 퍼스널 컴퓨터　
1500 … 자동차 2000 … 표시부　
L … 전체 길이　 W1, W2, W3 … 폭　
D … 두께　 D1, D2 … 깊이

Claims (13)

  1. 베이스부와,
    평면에서 볼 때, 상기 베이스부로부터 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라서 늘어서 있는 한 쌍의 진동 암(arm)을 포함하며,
    상기 진동 암은,
    암부와,
    평면에서 볼 때, 상기 암부의 상기 베이스부와는 반대측에 배치되고, 상기 암부 보다도 상기 제2 방향을 따른 길이가 긴 광폭부(廣幅部)를 포함하며,
    상기 진동 암의 상기 제1 방향을 따른 길이를 L,
    상기 광폭부의 상기 제1 방향을 따른 길이를 H로 했을 때,
    1.2％＜H／L＜30.0％가 되는 관계를 만족하고,
    상기 암부의 상기 제2 방향을 따른 길이를 W1,
    상기 광폭부의 상기 제2 방향을 따른 길이를 W2로 했을 때,
    1.5≤W2／W1≤10.0가 되는 관계를 만족하고 있는 것을 특징으로 하는 진동 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 L 및 상기 H가, 4.6％＜H／L＜22.3％가 되는 관계를 만족하고 있는 진동 소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 W1 및 상기 W2가, 1.6≤W2／W1≤7.0가 되는 관계를 만족하고 있는 진동 소자.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 암부의 주면(主面)에는 상기 제1 방향을 따라서 연장하고 있는, 바닥이 있는 홈부가 마련되어 있는 진동 소자.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광폭부는,
    상기 암부의 상기 베이스부와는 반대측에 접속되어 있는 본체부와,
    상기 본체부로부터 상기 암부의 상기 베이스부측을 향하여, 평면에서 볼 때 상기 암부로부터 이간(離間, 떨어짐)하여 연장되어 있는 돌출부를 포함하는 진동 소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 광폭부는, 상기 돌출부와 상기 암부와의 사이에 둔 영역으로서, 상기 돌출부와 상기 암부를 연결하고, 상기 암부 및 상기 돌출부 보다도 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 직교하는 제3 방향을 따른 길이가 짧은 연결부를 더 포함하는 진동 소자.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 베이스부는, 상기 진동 암이 연장하고 있는 측과는 반대측에, 상기 진동 암으로부터 멀어짐에 따라 상기 제2 방향의 길이가 점차 감소하고 있는 축폭부(縮幅部)를 포함하는 진동 소자.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 한 쌍의 진동 암의 사이에 배치되며, 상기 베이스부로부터 연장되어 있는 지지부를 포함하는 진동 소자.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 진동 소자는,
    상기 베이스부에 접속되며, 평면에서 볼 때 상기 한 쌍의 진동 암을 사이에 두고 있는 한 쌍의 지지 암을 포함하는 진동 소자.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 진동 소자와,
    상기 진동 소자가 수납되어 있는 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동자.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 진동 소자와,
    상기 진동 소자와 전기적으로 접속되어 있는 발진 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발진기.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 진동 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 진동 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이동체.
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