WO2004064252A1 - 圧電振動片と圧電振動片を利用した圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 - Google Patents

圧電振動片と圧電振動片を利用した圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 Download PDF

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WO2004064252A1
WO2004064252A1 PCT/JP2003/016055 JP0316055W WO2004064252A1 WO 2004064252 A1 WO2004064252 A1 WO 2004064252A1 JP 0316055 W JP0316055 W JP 0316055W WO 2004064252 A1 WO2004064252 A1 WO 2004064252A1
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WO
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piezoelectric
groove
vibrating
arm
arms
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PCT/JP2003/016055
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English (en)
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Inventor
Hideo Tanaya
Original Assignee
Seiko Epson Corporation
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/21—Crystal tuning forks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H03H9/1007—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
    • H03H9/1014—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device
    • H03H9/1021—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device the BAW device being of the cantilever type

Definitions

  • Piezoelectric devices using piezoelectric vibrating reeds and piezoelectric vibrating reeds mobile phone devices using piezoelectric devices, and electronic devices using piezoelectric devices
  • the present invention relates to a piezoelectric vibrating reed, a piezoelectric device containing the piezoelectric vibrating reed in a package, and a mobile phone and an electronic device using the piezoelectric device.
  • Piezoelectric vibrating reeds are contained in packages for small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, or IC cards, and mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems. Piezoelectric devices such as the above-described piezoelectric oscillator and piezoelectric oscillator are widely used.
  • FIG. 11 is a schematic sectional view showing a configuration example of such a piezoelectric device.
  • a piezoelectric device 1 houses a piezoelectric vibrating reed 3 inside a package 2.
  • the package 2 is made of an insulating material formed in a shallow box shape. After the piezoelectric vibrating reed 3 is accommodated and fixed inside, the package 2 is sealed with the lid 4.
  • the package 2 is formed by molding, laminating, and sintering a plurality of substrates 2 a, 2 b, and 2 c made of ceramic green sheets.
  • a space for accommodating the piezoelectric vibrating reed 3 is formed as shown in FIG.
  • the piezoelectric vibrating reed 3 is formed as shown in FIG. 12 by, for example, etching quartz. As shown in the figure, the piezoelectric vibrating reed 3 includes a so-called tuning-fork type quartz piece including a base 5 and a pair of vibrating arms 6 and 7 extending from the base 5 to the right in the drawing. .
  • FIG. 13 shows an end view of the vibrating arm 7 taken along the line BB.
  • the excitation electrodes 8a and 8b are formed, and the excitation electrodes 8a and 8b are Then, by applying a driving voltage from the outside, an electric field is formed inside the vibrating arm 7 as shown by the arrow, as shown by the arrow in FIG. Due to the action of such an electric field, the materials on both sides of each of the grooves 6a and 7a alternately expand and contract as shown by the arrows in each of the vibrating arms 6 and 7 in FIG. repeat.
  • the vibrating arms 6 and 7 vibrate so that their distal ends approach and separate from each other, as indicated by arrow A.
  • the movements of the vibrating arms 6 and 7 are exaggerated more than actual ones for convenience of understanding.
  • a vibration frequency based on such vibration it is used for various signals such as a control cook signal.
  • the vibration along the arrow A of the vibrating arms 6 and 7 in FIG. 12 is a horizontal movement along the arrow direction in FIG. 13 (this direction is hereinafter referred to as “horizontal direction”).
  • the vibrating arm 7 is formed by forming grooves 7a, 7a on the front and back of the vibrating arm 7.
  • the grooves 7a and 7a are formed by half-etching from the front side and the back side, respectively.
  • the grooves 7 a and 7 a provided on the front and back surfaces are formed separately from the front side and the back side of the vibrating arm 7. As shown in FIG. 13, in some cases, the positions may be shifted in the left and right directions in the figure.
  • Fig. 14 shows the frequency shift and temperature change of the piezoelectric vibrating reed 3 when each of the vibrating arms 6 and 7 correctly vibrates in the direction of arrow A.
  • Figure 15 shows the correlation between the temperature shift and the frequency shift of the piezoelectric vibrating reed 3 when the vibrating arms 6 and 7 vibrate with the movement of the vertical component as described in Fig. 13. Is shown. That is, the frequency f is given by the following equation, where k is a constant, E is an elastic constant, and I is the quadratic moment of section. '
  • the temperature characteristic shows a quadratic curve due to the change of the elastic constant ⁇ ⁇ second moment of nature.
  • the present invention provides a piezoelectric vibrating reed that can suppress vibration in the vertical direction of the vibrating arm and secure rigidity over substantially the entire length of the vibrating arm, thereby realizing appropriate vibration, and a piezoelectric device using the piezoelectric vibrating reed. And mobile phones and electronic devices that use piezoelectric devices. Summary of the Invention
  • a pair of vibrating arms formed of a piezoelectric material and extending in parallel from a base, provided on each of the vibrating arms, in a length direction of each of the vibrating arms. And a supporting portion provided so as to cross the groove in the width direction and extending integrally with the material constituting the vibrating arm separated in the width direction by the groove. Achieved by pieces.
  • each of these vibrating arms is It will have high rigidity.
  • each groove is provided so as to cross the groove in the width direction, and a support portion for integrally connecting materials constituting the vibrating arm separated in the width direction by the groove is provided.
  • the support portion is particularly integrated with the structure of the bottom portion of the groove, supports the material constituting the vibrating arm separated in the width direction by the groove, and prevents deformation. Therefore, the rigidity of each vibrating arm in the torsional direction can be enhanced.
  • the integrated portion integrated with the bottom of the groove of the support portion is at least larger than the end of the support portion on the opening side of the groove ′. It is characterized in that it is formed so as to increase its thickness.
  • the integral portion of the support portion integrated with the bottom of the groove is configured such that the thickness of the support portion is greater than at least the end of the groove on the opening side. Is formed.
  • the support portion is formed so that its thickness increases toward the bottom of the groove. For this reason, the support is particularly firmly connected to the bottom of the groove. Therefore, in this piezoelectric vibrating reed, since the support portion is firmly fixed to the bottom of the groove, the vibrating arm can effectively counter the torsional deformation force, and the torsional deformation can be effectively prevented. It can be prevented more effectively.
  • a third invention is characterized in that, in the configuration according to any one of the first and second inventions, the groove is provided on the front surface and the back surface of each of the vibrating arms.
  • the grooves are formed on the front and back surfaces of each vibrating arm, the groove positions on the front and back are shifted by forming the grooves with a fine width on the thin vibrating arm.
  • the present inventor has noted that such a groove with a bottom has a great effect on strengthening the rigidity of the vibrating arm, and tolerates such a processing defect that the gap between the front and back grooves.
  • the adverse effects associated therewith are solved by forming the support portion in each of the front and back grooves. That is, the combination of the provision of the bottom with the groove and the formation of the support portion in the front and back grooves makes it possible to effectively suppress the movement of the vertical component of each vibrating arm.
  • a fourth invention is characterized in that, in the configuration according to any one of the first to third inventions, a plurality of the support portions are formed for one of the grooves.
  • the arm width of each of the vibrating arms is 50 ⁇ m to 150 ⁇ m
  • the depth of the groove is It is characterized by being at least 30% and less than 5.0% of the material thickness of each vibrating arm.
  • the arm width of each of the vibrating arms is set to 50 ⁇ to 150 // m
  • the depth of the groove is equal to the material thickness of each of the vibrating arms. If it is less than 30%, the effect of reducing the CI value may not be sufficiently obtained, and the CI value may not be practicable.
  • the groove width of the groove provided in each of the vibrating arms is 40% or more of the arm width of each of the vibrating arms.
  • the arm width to the vibration ⁇ to be 40% or more, it is possible to appropriately suppress the C.I value and achieve a practicable CI value. Demonstrate.
  • a seventh invention is characterized in that, in the constitution of the sixth invention, the groove width of the groove provided in each of the vibrating arms is 70% or more of the arm width of each of the vibrating arms.
  • the CI value can be suppressed to the maximum, and when the arm width of the vibrating arm approaches 100%. However, it becomes impossible to form a groove in the vibrating arm.
  • a piezoelectric device including a piezoelectric vibrating reed housed in a case or a package, wherein the piezoelectric vibrating reed comprises a pair of vibrating arms extending in parallel from a base; A bottomed groove provided in each of the vibrating arms and extending along the length direction of each vibrating arm; and a vibrating arm provided in such a manner as to cross the groove in the width direction and separated in the width direction by the groove.
  • a piezoelectric device comprising: a support for integrally connecting materials to be connected.
  • a bottomed groove is formed in each of the vibrating arms of the piezoelectric vibrating reed housed in the pressure cooker device. Integrated with the above structure, it supports the material that composes the vibrating arm separated in the width direction by the groove to prevent deformation. For this reason, the torsional rigidity of each vibrating arm is enhanced. can do. This makes it possible to suppress the vertical movement of the vibrating arm of the piezoelectric vibrating reed housed in the piezoelectric device and secure the rigidity of the vibrating arm over almost the entire length, thereby realizing appropriate vibration.
  • the above object is a mobile phone device using a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is housed in a case or a package, wherein the piezoelectric vibrating piece has a pair of vibrating pieces extending in parallel from a base.
  • An arm a groove with a bottom provided on each of the vibrating arms, and extending along the length direction of each of the vibrating arms; a groove provided across the groove in the width direction, and separated in the width direction by the groove.
  • an electronic apparatus using a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a case or a package, wherein the piezoelectric vibrating piece has a pair of parallel extending from a base.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of the piezoelectric device of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line E-E of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a main part of a piezoelectric vibrating reed used in the piezoelectric device of FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line FF of FIG.
  • Fig. 5 is a graph showing the relationship between the current based on the electric field formed when driving the piezoelectric vibrating reed without forming a groove in the vibrating arm and the frequency change rate.
  • FIG. 6 is a graph showing a relationship between a current based on an electric field formed at the time of driving a piezoelectric vibrating reed having a groove formed in a vibrating arm and not having a supporting portion, and a frequency change rate.
  • FIG. 7 is a graph showing a relationship between a current based on an electric field formed when the piezoelectric vibrating reed of the present embodiment is driven and a frequency change rate.
  • FIG. 8 is a graph showing a correlation between a CI value and a temperature characteristic of a so-called tuning-fork type piezoelectric vibrating reed in which a groove is formed in a vibrating arm and a supporting portion is not formed.
  • FIG. 9 is a graph showing the correlation between the CI value and the temperature characteristic of the piezoelectric vibrating reed of the present embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using the piezoelectric device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic sectional view showing an example of a conventional piezoelectric device.
  • FIG. 12 is a schematic plan view of a piezoelectric vibrating reed used in the piezoelectric device of FIG.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along the line BB of FIG.
  • FIG. 14 is a graph showing a normal relationship between frequency shift and temperature characteristics of the piezoelectric vibrating reed used in the piezoelectric device of FIG.
  • FIG. 15 is a graph showing that there is an unfavorable relationship between frequency shift and temperature characteristics of the piezoelectric vibrating reed used in the piezoelectric device of FIG. 1.1.
  • FIG. 1 and 2 show a first 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 EE of FIG.
  • the piezoelectric device 30 shows an example in which a piezoelectric vibrator is formed, and the piezoelectric device 30 accommodates a piezoelectric vibrating piece 32 in a package 36.
  • the package 36 is formed, for example, by laminating a plurality of substrates formed by molding a ceramic green sheet made of aluminum oxide as an insulating material, and then sintering. Each of the plurality of substrates has a predetermined hole formed therein, so that when laminated, a predetermined internal space S2 is formed on the inner side.
  • the first substrate 61 and the second substrate 62 are laminated and formed inside the second substrate 62. By removing the material, the space of the internal space S 2 is formed.
  • This internal space S 2 ′ is a housing space for housing the piezoelectric vibrating reed.
  • the first substrate 61 which is exposed to the internal space S2 and forms the inner bottom near the left end in the drawing in the internal space S2 of the package 36, includes, for example, nickel plating and gold plating on a tungsten metallization.
  • the electrode portions 31 and 31 are provided. '
  • the electrode portions 31 and 31 are connected to the outside and supply a drive voltage.
  • a conductive adhesive 4 3, 4 3 is applied on each of the electrode portions 3 1, 3 1, and a width direction of the base 5 1 of the piezoelectric vibrating reed 32 is placed on the conductive adhesive 4 3, 4 3.
  • the lead electrodes 33, 33 provided at both ends are placed, and the conductive adhesives 43, 43 are cured.
  • the conductive adhesives 43 and 43 those obtained by adding conductive particles such as silver fine particles to a synthetic resin agent as an adhesive component exhibiting a bonding force can be used.
  • Epoxy-based or polyimide-based conductive adhesives can be used as an adhesive component exhibiting a bonding force. .
  • the piezoelectric vibrating piece 32 is made of, for example, quartz, and a piezoelectric material such as lithium tantalate or lithium niobate can be used instead of quartz.
  • the piezoelectric vibrating reed 32 is formed in a small size, and is particularly shaped as shown in the drawing in order to obtain a necessary reproductive performance.
  • the pressure cooker vibrating piece 32 is divided into two parts, with the base part 51 fixed to the package 36 side as described later and the base part 51 as a base end, toward the right in the figure.
  • a so-called tuning-fork type piezoelectric vibrating reed having a pair of vibrating arms 34 and 35 extending in parallel and having a whole like a tuning fork is used.
  • the package 39 is sealed by bonding a body 39 to the open upper end.
  • a laser beam L is externally applied with a metal coating portion of the piezoelectric vibrating piece 32 or a part of the excitation electrode (not shown). It is made of a material that transmits light, especially thin glass, in order to irradiate it and adjust the frequency by the mass reduction method.
  • borosilicate glass is used, for example, as a thin glass manufactured by a downdraw method.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing the configuration of the piezoelectric vibrating reed 32
  • FIG. 4 is an end view taken along the line FF of FIG. 3 (only the cut surface is shown).
  • the piezoelectric vibrating reed 32 is formed, for example, by adding quartz, which is a piezoelectric material, to a tuning fork shape. At this time, it is cut out of the single crystal of crystal so that the X axis shown in FIG. 3 is the electric axis, the Y axis is the mechanical axis, and the Z axis is the optical axis.
  • the XY plane formed by the X axis and the Y axis is rotated counterclockwise around the X axis in the above-described orthogonal coordinate system including the X axis, the Y axis, and the Z axis. It is formed at an angle of about 5 to 5 degrees in the direction.
  • the piezoelectric vibrating reed 32 has a pair of vibrating arms 34 and 35 extending in parallel from the base 51 under the above conditions, as described above.
  • the piezoelectric vibrating reed 32 includes a constricted portion or a cut portion provided near the base end of each of the vibrating arms 34 and 35 of the base 51 so as to reduce the width of the base 51.
  • the piezoelectric vibrating reed 32 is provided with the notches 48 and 48 so that leakage of the vibrations from the vibrating arms 34 and 35 to the base 51 side is suppressed. .
  • Each of the vibrating arms 34, 35 has a groove 44, 44 extending in the longitudinal direction, respectively. These grooves 44, 44 are formed on both front and back surfaces of each vibrating arm 34, as shown in FIG. 4, and are not shown in FIG. The grooves formed have the same structure. In FIG. 4, the total length from one end M1 to the other end M2 in the longitudinal direction of the groove 44 is indicated by LA.
  • the extraction electrodes 33 and 33 are formed.
  • the extraction electrodes 33, 33 are provided on the front and back of the base portion 51 of the piezoelectric vibrating reed 32.
  • These lead electrodes 33, 33 are connected to excitation electrodes (not shown) provided in the grooves 44, 44 of the vibrating arms 34, 35, respectively.
  • the method of providing the excitation electrode forming portion is the same as that of the related art, and will not be described.
  • the structure of the grooves 44 and '44 provided in the vibrating arms 34 and 35 will be described. Since these structures are the same for each of the vibrating arms 34 and 35, FIGS. The relationship between the vibrating arm and the groove as a whole will be described while showing either of the appearing portions.
  • the arm width W1 of the piezoelectric vibrating piece 32 is, for example, 50 m to 150 ⁇ m.
  • the groove depth D2 of the groove 44 shown in FIG. 4 is set to 30% or more and less than 50% of D1. ing.
  • the groove width W2 of the groove 44 is preferably set to 40% or more of the arm width W1 of the vibrating arm 35, and more preferably 70% or more.
  • the material constituting the vibrating arm 34 (“crystal material” in this embodiment) is formed by the groove 44 provided in the vibrating arm 34 and the portion 3 4 a. 4, but the bottom part 46 is formed integrally as shown in FIG. 4. Therefore, the groove 44 is a bottomed groove and does not penetrate.
  • side bar-shaped support portions 45, 45 are provided in the grooves 44, 44 of the vibrating arms 34, 35, respectively.
  • a support portion 45 is connected to the body of the portion 34 a and the portion 34 b separated by the groove 44 of the vibration arm 34.
  • the support part 45 is integral with the bottom part 46 of the groove 44, and the integral part 45a, which is integrated with the bottom part 46 of the groove of the support part 45. 45 is formed so that the thickness of the support portion 45 is at least greater than the end of the groove 44 on the opening side. 'Specifically, the integral portion 45a, where the support portion 45 and the bottom portion 46 are integrated, extends toward the bottom portion 46 so as to pull the hem.
  • only one support portion 45 is provided in the groove 44, and a distance L from one end Ml of the groove 44 to the center O of the support portion 45 is provided. 1 and the distance L 2 from the center O of the support portion 45 to the other end M 2 of the groove 44 have the same relationship.
  • the entire length LA of the groove 44 is divided into two by the support part 45, and when the piezoelectric vibrating piece 32 is driven, the bending vibration is equally divided by the support part 45. Therefore, the deformations in the torsional direction cancel each other out, and the torsional deformation hardly occurs as a whole.
  • a plurality of support portions 45 may be provided within a range of the entire length LA of the groove 44.
  • the rigidity of the vibrating arm 34 is improved correspondingly, but the CI value also increases. Therefore, the rigidity of the vibrating arm 34 can be further improved by increasing the number of the support portions 45 within a range in which an increase in the CI value is allowed.
  • the present embodiment is configured as described above, and as described with reference to FIG. 4, the grooves 4 4, 4 4 formed in the respective vibrating arms 3 4, 35 of the piezoelectric vibrating reed 32 are provided with bottomed bottoms. Since the grooves are grooves, the respective vibrating arms 34 and 35 have higher rigidity as compared with the case where a through groove is formed in each of the vibrating arms 34 and 35.
  • each groove 44 is provided with a support portion 4.5.
  • the support portion 45 integrally with the bottom portion 46 of the groove 44 supports the materials 34a and 34b constituting the vibrating arm 34 separated in the width direction by the groove 44, Avoid deformation. Therefore, the rigidity of the vibrating arm 34 in the torsional direction can be enhanced. Therefore, in this piezoelectric vibrating reed 32, it is not necessary to provide a large number of support portions 45 in one groove 44 of the vibrating arms 34, 35, so that the vibrating arms do not increase in CI value.
  • Appropriate vibration can be realized by suppressing the vertical movement of 34 and 35 and securing rigidity over almost the entire length of the vibrating arm.
  • the support portion 45 has integral portions 45a and 45b whose thickness increases toward the bottom portion 46 of the groove 44. For this reason, the support
  • the support portion 45 is firmly fixed to the bottom portion 46 of the groove 44, so that the vibrating arm 34 is effective against the torsional deformation force. Therefore, the deformation in the twisting direction can be more effectively prevented.
  • the depth D 2 of the groove 44 is 30% or more and less than 50% of the material thickness of each vibrating arm 34, 35. This allows for a sufficiently low CI value. In this case, if the depth D 2 of the groove 44 is less than 30% of the material thickness D 1 of the vibrating arm 34, the effect of reducing the CI value cannot be sufficiently obtained, and a practically usable CI value is required. May not be possible.
  • the tuning fork vibrator is 32.768 kHz and the arm width is 100 ⁇ m
  • the groove depth is 30 m (30% of the material thickness) and the groove width is 70 ⁇ m (arm Even if the CI value is 70% of the width and the CI value does not decrease much even if the groove width is further increased, the CI value is about 100 k ⁇ , which is near the limit of the practical range. ing.
  • the groove width W2 of the groove 44 of the piezoelectric vibrating piece 32 is set to be 40% or more of the arm width W1 of the vibrating arm. In this case, if the groove width W2 of the grooves 44 is less than 40% of the arm width W1 of the vibrating arm, a sufficient CI value reduction effect cannot be obtained, so that a practically usable CI value is not obtained. there is a possibility.
  • the groove depth is 45 m (45% of the material thickness.
  • the value is about 100 k ⁇ , which is near the limit of the practical range. It has become.
  • the groove width W2 of the groove 44 can be set to 70% or more of the arm width W1 of the vibrating arm.
  • the effect of reducing the CI value is in a range where the maximum effect can be obtained.
  • the groove width W 2 of the groove 44 is 100% of the arm width W 1 of the vibrating arm, the groove cannot be formed. .
  • FIGS. 5 to 7 are graphs showing the relationship between the current based on the electric field formed in the piezoelectric vibrating reed during driving and the rate of frequency change, as confirmed by Schmiershyun.
  • ⁇ f no f k 1 ⁇ I 2 + k 2 ⁇ I 2 ⁇ 'Equation (2)
  • k 1 is the elasticity with which the piezoelectric vibrating piece vibrates in the horizontal direction (X direction in Fig. 13).
  • k 2 is a constant (negative value) determined as an elastic body in which the piezoelectric vibrating reed vibrates in the vertical direction ( Z direction in FIG. 13).
  • the figure shows the characteristics of a piezoelectric vibrating reed in the case where no grooves are formed in the piezoelectric vibrating reed, that is, in the piezoelectric vibrating reed 32 shown in FIG. ing.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ shows a positive value
  • the oscillation frequency varies in the range of 3 to 5 ppm.
  • FIG. 6 shows the case where only the groove is formed in the piezoelectric vibrating piece, that is, in the piezoelectric vibrating piece 32 of FIG. 3, for example, the grooves 44 and 44 are provided, and the support portions 45 and 45 are not provided.
  • This shows the characteristics of the piezoelectric vibrating reed of any form.
  • the vertical vibration component of k2 becomes large, ⁇ ⁇ f shows a negative value, and the vibration frequency fluctuates in the range of -8 to -4 ppm. ing.
  • FIG. 7 shows a piezoelectric vibrating reed 32 of the present embodiment, in which grooves 44, 44 are formed in each of the vibrating arms 34, 35, and a support portion 45 is formed in the groove 44.
  • the vertical vibration component of k2 is significantly smaller than that of Fig. 6, and the fluctuation rate of the vibration frequency of ⁇ fZ ⁇ is within the range of -1 to +2 PPm. I understand.
  • FIGS. 8 and 9 are graphs showing the correlation between the CI value and the temperature characteristic of the so-called tuning-fork type piezoelectric vibrating reed, and show the relationship between the change in the CI value and the peak temperature described in FIGS. 14 and 15. Shows the relationship.
  • FIG. 8 shows a CI value versus temperature characteristic when a groove is formed in the vibrating arm and no supporting portion is formed
  • FIG. 9 is a graph showing a CI value versus temperature characteristic of the piezoelectric vibrating piece 32 of the present embodiment.
  • the reason why the CI value and the peak temperature appear to be correlated as shown in Fig. 8 is that when the vibrating arm is provided with a groove and no support is formed, the vertical vibration component of the vibrating arm becomes unstable. As shown in Fig. 9, if the vibrating arm is provided with a groove to form a support, the peak temperature can be stabilized regardless of the CI value as shown in Fig. 9.
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using the piezoelectric device according to the above-described embodiment of the present invention.
  • a microphone 308 for receiving the voice of the sender and a speaker 309 for outputting the received content as a voice output are provided, and further connected to a -modulation and demodulation unit of the transmission / reception signal.
  • a CPU (Central Processing Unit) 301 as an integrated circuit or the like as a control unit is provided.
  • the CPU 301 includes an information input / output unit 302 including an LCD as an image display unit and operation keys for inputting information in addition to modulation and demodulation of transmission / reception signals, a RAM ′, a ROM, and the like.
  • the information storage means 303 is controlled.
  • a piezoelectric device 30 is attached to the CPU 301, and its output frequency is adapted to the control content by a predetermined frequency dividing circuit (not shown) built in the CPU 301. It is designed to be used as a clock signal.
  • the piezoelectric device 30 attached to the CPU 301 is not limited to the piezoelectric device 30 or the like alone, but may be an oscillator combining the piezoelectric device 30 or the like with a predetermined frequency dividing circuit or the like.
  • the CPU 301 is further connected to a temperature-compensated crystal oscillator (TCXO) 305, and the temperature-compensated crystal oscillator 305 is connected to a transmitter 307 and a receiver 306.
  • TXO temperature-compensated crystal oscillator
  • the electronic device such as the digital cellular phone device 300 having the control unit uses the piezoelectric vibrating reed 32 according to the above-described embodiment and the piezoelectric device 30 using the piezoelectric vibrating reed 32.
  • the piezoelectric vibrating reed 32 By suppressing the vertical movement of the vibrating arm without increasing the CI value and securing rigidity over almost the entire length of the vibrating arm, it is possible to realize appropriate vibrations.
  • a lock signal can be generated.
  • the invention is not limited to the embodiments described above. Each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with another configuration (not shown).
  • the present invention is applicable to all piezoelectric devices irrespective of the names of a piezoelectric vibrator, a piezoelectric oscillator, and the like, as long as the piezoelectric vibrating piece is housed in a package or a metal cylindrical case. Can be applied to
  • a box-shaped package using a piezoelectric material is used for the package.
  • the present invention is not limited to such a form, and at least a part of the package may be used.
  • the present invention can be applied to any package or case provided with a portion through which light can pass.

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Description

明細書
圧電振動片と圧霉振動片を利用した圧電デパイス、 ならびに圧電デバイスを利 用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 技術分野
本発明は、 圧電振動片と、 この圧電振動片をパッケージに収容した圧電デバイス、 ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。 背景の技術
H D D (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 I C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において、 パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電振 動子ゃ圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図 1 1は、 このよ うな圧電デバイスの構成例を示す概略断面図である。
図において、 圧電デバイス 1は、 パッケージ 2の内部に、 圧電振動片 3を収容 している。 パッケージ 2はこの場合、.絶縁材料を浅い箱状に形成したもので、 内 部に圧電振動片 3を収容固定した後で、 蓋体 4により封止されるようになつてい る。
パッケージ 2は、 セラミックのグリーンシートでなる複数の基板 2 a , 2 b , 2 cを成形して積層し、 焼結することにより形成されており、 基板 2 b , 2 c の内側には、 成形時に材料を除去して形成した孔を設けることにより、'図示する ように圧電振動片 3を収容する空間を形成している。
圧電振動片 3は、 例えば水晶をエッチングすることにより図 1 2のような形成 とされている。 図示されているように、 圧電振動片 3は、 基部 5と、 この基部 5 から図において右方に平行に延びる一対の振動腕 6， 7を備える、 所謂、 音叉型 水晶片で構成されている。
振動腕 6， 7には、 長さ方向に延びる溝 6 a と溝 7 aとがそれぞれ形成されて いる。 この振動腕 7の B— B線切断端面図を図 1 3に示す。 図 1 3に示されてい るように、 励振電極 8 a , 8 bが形成されており、 この励振電極 8 a , 8 bに対 して外部から駆動電圧を印加することにより、 図 1 3の矢印に示すように、 振動 腕 7内部に矢印で示すように電界が形成される。 このよ うな電界の作用によって、 図 1 2の各振動腕 6 , 7について、 それぞれ、 各溝 6 a， 7 aを挟んだ両側の材 料が、 矢印に示すように伸長と、 収縮を交互に繰り返す。
これにより、 図 1 2に示すように、 振動腕 6， 7は、 矢印 Aに示すように、 そ の先端側を互いに接近、 離間するように振動する。 尚、 図 1 2では、 理解の便宜 のため、 振動腕 6 , 7の動きを実際よりも極端に誇張して示している。 このよう な振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、 制御ク口ック信号等の各種信 号に利用されるようになっている。
ここで、 図 1 2の振動腕 6， 7の矢印 Aに沿った振動は、 図 1 3の矢 方向 (この方向を、 以下、 「水平方向」 という.） に沿う水平な動きである。
【特許文献 1】 特開昭 5 6 _ 6 5 5 1 7号' ところが、 図 1 3において、 振動腕 7について、 その表裏に溝 7 a , 7 aを形 成する製造工程では、 振動腕 7の表側と裏側から、 それぞれハーフエッチングす ることで溝 7 a， 7 aを形成している。 そして、 1 0 0 μ m程度の腕幅しかない 振動腕 7に対して、 表裏面に設けられる各溝 7 a， 7 aは、 振動腕 7の表側と裏 側から別々に形成されるために、 図 1 3に示されているように、 図において、 左 右方向に位置が互いにずれた状態で形成されることがある。
このよ うな状態であると、 図 1 2で示すように、 振動腕 6 , 7が矢印 A方向に 振動する際に、'その動きに図 1 3の z方向 （この方向を、 以下、 「垂直方向」 と いう） 成分の動きが加わり、 矢印 C方向の振動となってしまう。
このような振動特性の変化により種々の弊害があるが、 例えば、 図 1 4は、 各 振動腕 6 , 7が矢印 A方向に、 正しく振動した場合の圧電振動片 3の周波数シフ トと温度変化の相関を示し、 図 1 5は、 各振動腕 6， 7が図 1 3で説明したよう に垂直成分の動きを伴って振動した場合の圧電振動片 3の周波数シフトと温度変 化の相関を示している。 すなわち、 周波数 f は、 kを定数、 Eを弾性定数、 I を断面二次モーメン トと すると、 次式で ¾される。 '
f = k · ( E · ί ) 2 式 （ 1 ) ,
このため、 温度特性は、 弾性定数ゃ弹性二次モーメントの変化によ,り、 二次曲 線を示す。 ·
これらの圧電振動片 3の温度特性を比較すると、 周波数変化の頂点温度が図 1 4の場合は正常で、 摂氏 2 5度付近であるが、 図 1 5の場合には、 マイナス側に ずれて摂氏 1 4度程度になっている。
本発明は、 振動腕の垂直方向の動きを抑制して、 振動腕のほぼ全長にわたり剛 性を確保することで、 適切な振動を実現できる圧電振動片と、 この圧電振動片を 利用した圧電デバ ス、 ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を 提供することを目的とする。 発明の概要
上述の目的は、 第 1の発明によれば、 圧電材料により形成されており、 基部か ら平行に延びる一対の振動腕と、 前記各振動腕にそれぞれ設けられ、 各振動腕の 長さ方向に沿って延びる有底の溝と、 前記溝を幅方向に横切るように設け,られ、 前記溝により幅方向に分離された振動腕を構成する材料を一体に接続する支持部 とを備える、 圧電振動片により、 達成される。
第 1の発明の構成によれば、 各振動腕に形成される溝は、 有底の溝であること から、 各振動腕に貫通溝を形成する場合と比較すると、 これら各振動腕は、 より 高い剛性を備えることになる。 さらに、 各溝には、 この溝を幅方向に横切るよう に設けられ、 溝により幅方向に分離された振動腕を構成する材料を一体に接続す る支持部が設けられている。 これにより、 支持部は、 特に、 溝の底部の構造と一 体となって、 溝により幅方向に分離された振動腕を構成する材料を支持し、 変形 が生じないようにする。 このため、 各振動腕の捩じれ方向の剛性を強化すること ができる。 ，
したがって、 本発明によれば、 支持部を振動腕に多数設ける必要がないので、 振動腕の垂直方向の動きを抑制して、 振動腕のほぼ全長にわたり剛性を確保する ことで、 適切な振動を実現できる圧電振動片を得ることができるいう効果を発揮 する。
第 2の発明は、 第 1の発明の構成において、 前記支持部の前記溝の底部と一体 になった一体部が、 この支持部の少なく とも前記溝'の開口側の端部よりも、 その 厚みが増すように形成されていることを特徴とする。
第 2の発明の構成によれば、 前記支持部の前記溝の底部と一体になつた一体部 力 この支持部の少なく とも前記溝の開口側の端部よりも、 その'厚みが増すよう に形成されている。 言い換えれば、 前記支持部は溝の底部に向かってその厚みが 増すように形成されている。 このため、 支持部は溝の底部と特に強固に接続され ている。 したがって、 この圧電振動片においては、 前記支持部がこの溝の底部と 強固に固定されることで、 振動腕の捩じれ方向の変形力に対して、 有効に対抗で き、 この捩じれ方向の変形を一層効果的に防止することができる。
第 3の発明は、 第 1または第 2の発明のいずれかの構成において、 前記溝が前 記各振動腕の表面及び裏面 それぞれ設けられていることを特徴とする。
第 3の発明の構成によれば、 各振動腕の表裏面にそれぞれ前記溝を形成するの で、 細い振動腕に微細な幅で溝を形成することで、 表裏の溝位置がずれてしまう 場合がある。 しかしながら、 本発明者は、 このような有底の溝が振動腕の剛性を 強化する上 大きな効果を発揮することに着目して、 このような表裏の溝のずれ という加工上の欠点を許容し、 それに伴う弊害は、 表裏の各溝に前記支持部を形 成して解決するようにしている。 つまり、 溝が底部を設けることと、 表裏の溝に 前記支持部を形成することがあいまって、 各振動腕の垂直成分の動きを効果的に 抑制することができる。
第 4の発明は、 第 1ないし第 3の発明のいずれかの構成において、 前記支持部 力 前記溝の一つに対して複数形成されていることを特徴とする。
第 4の発明の構成によれば、 ひとつの溝に形成される支持部の数を増やすと、
C I (ク リスタルインピーダンス） 値が上昇するが、 支持部の数を増やすことで、 振動腕の剛性はその分向上する。 第 5の発明は、 第 1ないし第 4の発明のいずれかの構成において、 前記各振動 腕の腕幅が、 5 0 μ mないし 1 5 0 μ mであり、 前記溝の深さが、 前記各振動腕 の材料厚みの 3 0パーセント以上 5. 0パーセント未満であることを特徴とする。 第 5の発明の構成によれば、 前記各振動腕の腕幅を、 5 0 μ πιないし 1 5 0 // mとした場合において、 前記溝の深さが、 前記各振動腕の材料厚みの 3 0パーセ ント未満であると、 C I値の低減効果が十分得られず、 実用可能な C I値となら ない場合がある。 また、 前記溝の深さが、 前記各振動腕の材料厚みの 5 0パーセ ントを越えると、 振動腕の表裏面にそれぞれ溝を形成することが不可能となる。 第 6の発明は、 第 1ないし第 5の発明のいずれかの構成において、 前記各振動 腕に設けた前記溝の溝幅が、 各振動腕の腕幅の 4 0パーセント以上であることを ' 特徴とする。
第 6の発明の構成によれば、 振動 ί宛の腕幅の 4 0パーセント以上とすることに より、 C. I値を適切に抑制して実用可能な C I値を実現することができるという 作用を発揮する。
第 7の発明は、 第 6の発明の構成において、 前記各振動腕に設けた前記溝の溝 幅が、 各振動腕の腕幅の 7 0パーセント以上であることを特徴とする。
第 7の発明の構成によれば、 振動腕の腕幅の 7 0パーセント以上とすることに より、 C I値の抑制が最大限に可能となり、 振動腕の腕幅の 1 0 0パーセント近 くなると、 振動腕に溝を形成することが不可能になる。
上述の目的は、 第 8の発明によれば、 ケ スもしくはパッケージ内に圧電振動 片を収容した圧電デバイスであって、 前記圧電振動片が、 基部から平行に延びる 一対の振動腕と、 前記各振動腕にそれぞれ設けられ、 各振動腕の長さ方向に沿つ て延びる有底の溝と、 前記溝を幅方向に横切るように設けられ、 前記溝により幅 方向に分離された振動腕を構成する材料を一体に接続する支持部とを備える、 圧 電デバイスにより、 達成される。
第 8の発明によれば、 この圧竃デバイスに収容されている圧電振動片の各振動 腕には有底の溝が形成されており、 この溝に設けた支持部は、 特に、 溝の底部の 構造と一体となって、 溝により幅方向に分離された振動腕を構成する材料を支持 し、 変形が生じないようにする。 このため、 各振動腕の捩じれ方向の剛性を強化 することができる。 このことにより、 圧電デバイスに収容された圧電振動片につ いて、 その振動腕の垂直方向の動きを抑制して， 振動腕の,ほぼ全長にわたり剛性 を確保できるので、 適切な振動を実現できる。
上述の目的は、 第 9の発明によれば、 ケースもしくはパッケージ内に圧電振動 片を収容した圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、 前記圧電振動片が、 基部から平行に延びる一対の振動腕と、 前記各振動腕にそれぞれ設けられ、 各振 動腕の長さ方向に沿って延びる有底の溝と、 前記溝を幅方向に横切るように設け られ、 前記溝により幅方向に分離された振動腕を構成する材料を一体に接続する 支持部とを備える圧電デバイスにより、 制御用のク口ック信号を得るようにした、 携帯電話装置により、 達成される。
上述の目的は、 第 1 0の発明によれば、 ケースもしくはパッケージ内に圧電振 動片を収容した圧電デバイスを利用した電子機器であって、 前記圧電振動片が、 基部から平行に延びる一対の振動腕と、 前記各振動腕にそれぞれ設けられ、 各振 動腕の長さ方向に沿って延びる有底の溝と、 前記溝を幅方向に横切るように設け られ、 前記溝により幅方向に分離された振動腕を構成する材料を一体に接続する 支持部とを備える圧電デバイスにより、 制御用のク口ック信号を得るようにした、 電子機器により、 達成される。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
図 2は、 図 1の E— E線概略断面図。
図 3は、 図 1の圧電デバイスに利用される圧電振動片の主要部を示す概略斜視 図。
図 4は、 図 3の F— F線切断端面図。
図 5は、 振動腕に溝を形成しない圧電振動片に駆動時に形成される電界に基づ く電流と、 周波数変化率の関係を示すグラフ。
図 6は、 振動腕に溝を形成し支持部を設けない圧電振動片に駆動時に形成され る電界に基づく電流と、 周波数変化率の関係を示すグラフ。 図 7は、 本実施形態の圧電振動片に駆動時に形成される電界に基づく電流と、 周波数変化率の関係を示すグラフ。
図 8は、 振動腕に溝を設け支持部を形成しない所謂音叉型の圧電振動片につい て、 C I値と温度特性との相関を示したグラフ。
図 9は、 本実施形態の圧電振動片について、 C I値と温度特性との相関を示し たグラフ。 - 図' 1 0は、 本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例と してのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
図 1 1は、 従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
図 1 2は、 図 1 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。 図 1 3は、 図 1 2の B— B線切断端面図。
図 1 4は、 図 1 1の圧電デバイスに使用される圧電振動片について周波数シフ トと温度特性との正常な関係を示すグラフ。
図 1 5は、 図 1 .1の圧電デバイスに使用される圧電振動片について周波数シフ トと温度特性との好ましくない関係が生じていること示すグラフ。 発明を実施するための最良の形態
図 1及び図 2は、 本発明の圧電デバイスの桊 1の実施の形態を示しており、 図 1はその概略平面図、 図 2は図 1の E _ E線概略断面図である。
図において、 圧電デバイス 3 0は、 圧電振動子を構成した例を示しており、 圧 電デバイス 3 0は、 パッケージ 3 6内に圧電振動片 3 2を収容している。 パッケ ージ 3 6は、 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形成される複数の基板を積層した後、 焼結して形成されてい る。 複数の各基板は、 その内側に所定の孔を形成することで、 積層した場合に内 側に所定の内部空間 S 2を形成するようにされている。 この実施形態は、 パッケ ージ 3 6の厚さを最小とするために、 第 1の基板 6 1 と第 2の基板 6 2を積層し て形成されていおり、 第 2の基板 6 2の内側の材料を除去することで、 内部空間 S 2のスペースを形成している。
この内部空間 S 2 'が圧電振動片を収容するための収容空間である。 パッケージ 3 6の内部空間 S 2内の図において左端部付近において、 内部空間 S 2に露出して内側底部を構成する第 1の基板 6 1には、 例えば、 タングステン メタラィズ上にニッケルメッキ及び金メツキで形成.した電極部 3 1 , 3 1が設け られている。 '
この電極部 3 1， 3 1は、 外部と接続されて、 駆動電圧を供給するものである。 この各電極部 3 1 , 3 1の上に導電性接着剤 4 3 , 4 3が塗布され、 この導電性 接着剤 4 3 , 4 3の上に圧電振動片 3 2の基部 5 1の幅方向両端部に設けた引き 出し電極 3 3， 3 3が載置されて、 導電性接着剤 4 3 , 4 3が硬化されるように なっている。 尚、 導電性接着剤 4 3 , 4 3としては、 接合力を発揮する接着剤成 分としての合成樹脂剤に、 銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用 でき、 シリコーン系、 エポキシ系またはポリイミ ド系導電性接着剤等を利用する こと.ができる。 ，
圧電振動片 3 2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。 本実施形態の 場合、 圧電振動片 3 2は、 '小型に形成して、 必要な ί生能を得るために、 特に図示 する形状とされている。
すなわち、.圧竃振動片 3 2は、 パッケージ 3 6側と後述するようにして固定さ れる基部 5 1 と、 この基部 5 1を基端として、 図において右方に向けて、 二股に 別れて平行に延びる一対の振動腕 3 4 , 3 5を備えており、 全体が音叉のような 形状とざれた、 所.謂、 音叉型圧電振動片が利用されている。
この圧電振動片 3 2の詳しい構成については、 さらに後で説明する。
パッケージ 3 6の開放された上端には、 篕体 3 9が接合されることにより、 封 止されている。 蓋体 3 9は、 パッケージ 3 6に封止固定した後で、 図 2に示すよ うに、 外部からレーザ光 L Βを圧電振動片 3 2の金属被覆部もしくは励振電極の 一部 （図示せず） に照射して、 質量削減方式により周波数調整を行うために、 光 を透過する材料， 特に、 薄板ガラスにより形成されている。
蓋体 3 9として適するガラス材料としては、 例えば、 ダウンドロー法により製 造される薄板ガラスとして、 例えば、 硼珪酸ガラスが使用される。 次に、 図 3及び図 4を参照して、 圧電デバイス 3 0のパッケージ 3 6内に収容 される圧電振動片 3 2について、 詳しく説明する。
図 3は、 圧電振動片 3 2の構成を示す概略斜視図、 図 4は図 3の F— F線切断 端面図 （切断面だけを示す図） である。
図 3において、 圧電振動片 3 2は、 例えば、 圧電材料である水晶を音叉型に加 ェされて形成されている。 このとき、 図 3に示す X軸が電気軸、 Y軸が機械軸及 び Z軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出されることになる。 また、 水 晶の単結晶から切り出す際、 上述の X軸、 Y軸及び Z軸からなる直交座標系にお い'て、 X軸回りに、 X軸と Y軸とからなる X Y平面を反時計方向に約マイナ^ 5 度乃至プラス 5度傾けて形成される。
図 3において、 圧電振動片 3 2は、 このような条件のもとに、 上述したように、 基部 5 1から平行に延びる一対の振動腕 3 4， 3 5を有している。 この実施形態 では、 圧電振動片 3 2は、 基部 5 1の各振動腕 3 4 , 3 5の基端部近傍に、 基部 5 1の幅を縮幅するようにして設けたくびれ部、 もしくは切欠き部 4 8 , 4 8を 備えて!/、る。 圧電振動片 3 2は、 この切欠き部 4 8， 4 8を備えることにより、 各振動腕 3 4 , 3 5からの振動の基部 5 1側への漏れ込みが抑制されるようにな つている。
各振動腕 3 4， 3 5には、 それぞれ長さ方向に延びる溝 4 4 , 4 4を有してい る。 この各溝 4 4， 4 4は、 図 4に示されているように、 各振動腕 3 4の表裏両 面に形成されており、 図 4には示されていないが、 振動腕 3 5に形成される溝も 同じ構造である。 図 4において、 溝 4 4の長さ方向の一端部 M 1から他端部 M 2 に到る全長が L Aで示されている。
さらに、 圧電振動片 3 2の基部 5 1の端部 （図 2では左端部） の幅方向両端付 近には、 上述したように、 パッケージ 3 6の電極部 3 1 , 3 1 と接続するための 引き出し電極 3 3 , 3 3が形成されている。 各引き出し電極 3 3， 3 3は、 圧電 振動片 3 2の基部. 5 1の表裏に設けられている。 これらの各引き出し電極 3 3 , 3 3は、 各振動腕 3 4 , 3 5の溝 4 4 , 4 4内に設けた図示しない励振電極と接 続されている。 励振電極の形成箇所の設け方は従来と同様であるから省略する。 次に、 振動腕 3 4， 3 5に設けられた溝 4 4， ' 4 4の構造について説明するが これらは各振動腕 3 4 , 3 5について同一の構造なので、 図 3及ぴ図 4に関して どちらか現れている箇所を示しながら、 全体としての振動腕と溝との関係等につ いて説明する。
圧電振動片 3 2の腕幅 W 1は、 例えば、 5 0 mないし 1 5 0 μ mである。 こ の圧電振動片 3 2の振動腕 3 4の厚み D 1に対して、 図 4に示す溝 4 4の溝深さ D 2は、 D 1の 3 0パーセント以上、 5 0パーセント未満に設定されている。 また、 溝 4 4の溝幅 W 2は、 好ましくは、 振動腕 3 5の腕幅 W 1 の 4 0パーセ ント以上に設定され、 さらに好ましくは、 7 0パーセント以上とされている。 また、 図 3に示すように、 振動腕 3 4を構成する材料 （この実施形態では 「水 晶材料」 ） は、 この振動腕 3 4に設けた溝 4 4により、 3 4 aの部分と 3 4 の 部分に分離されているが、 図 4に示すように、 底部 4 6は一体に形成されている したがって、 溝 4 4は有底の溝であり貫通していない。
さらに、 図 3に示すように、 振動腕 3 4 , 3 5の各溝 4 4 , 4 4には、 それぞ れ、 例えば、 サイ ドバー状の支持部 4 5 , 4 5が設けらている。 具体的には、 振 動腕 3 4の溝 4 4により分離される 3 4 aの部分と 3 4 bの部分には、 支持部 4 5がー体に接続されている。
図 4に示されているように、 支持部 4 5は、 溝 4 4の底部 4 6と一体であり、 この支持部 4 5の溝の底部 4 6と一体になつた一体部 4 5 a , 4 5 が、 この支 持部 4 5の少なく とも溝 4 4の開口側の端部よりも、 その厚みが増すように形成 されている。' 具体的には、 支持部 4 5と底部 4 6 とが一体となる箇所である一体 部 4 5 aは裾を引くように底部 4 6側に向かって拡がっている。
この実施形態では、 図 4に示されているように、 溝 4 4に支持部 4 5はひとつ だけ設けられ、 溝 4 4の一端部 M lから、 支持部 4 5の中心 Oまでの距離 L 1 と 支持部 4 5の中心 Oから溝 4 4の他端部 M 2までの距離 L 2は等しい関係になる • ようにされている。
これにより、 溝 4 4はその全長 L Aが支持部 4 5により二分されることになり 圧電振動片 3 2が駆動された際に、 その屈曲振動が支持部 4 5により等分される ことになるので、 捩じれ方向の変形が打ち消しあって、 全体として捩じれ変形が 生じにくい。
また、 支持部 4 5は溝 4 4の全長 L Aの範囲で複数設けるようにしてもよい。 これにより、 振動腕 3 4の剛性はその分向上するが、 C I値も上昇する。 したが つて、 C I値の上昇が許容される範囲に.おいて、 支持部 4 5の数を増やすことで、 より振動腕 3 4の剛性を向上させることができる。
本実施形態は以上のように構成されており、 図 4で説明したように、 圧電振動 片 3 2の各振動腕 3 4 , 3 5に形成される溝 4 4 , 4 4は、 有底の溝であること から、 各振動腕 3 4， 3 5に貫通溝を形成する場合と比較すると、 これら各振動 腕 3 4 , 3 5は、 より高い剛性を備えることになる。
しかも、 図 3及び図 4において、 各溝 4 4には、 支持部 4 .5が設けられている。 この支持部 4 5は、 溝 4 4の底部 4 6と一体となって、 溝 4 4により幅方向に分 離された振動腕 3 4を構成する材料 3 4 a , 3 4 bを支持し、 変形が生じないよ うにする。 このため、 振動腕 3 4の捩じれ方向の剛性を強化することができる。 じたがって、 この圧電振動片 3 2では、 支持部 4 5を振動腕 3 4， 3 5のひと つの溝 4 4に多数設ける必要がないので、 C I値の上昇を招く ことなく、 振動腕
3 4 , 3 5の垂直方向の動きを抑制して、 振動腕のほぼ全長にわたり剛性を確保 することで、 適切な振動を実現できる。
しかも、 図 4で説明したように、 支持部 4 5は溝 4 4の底部 4 6に向かってそ の厚みが増すようにした一体部 4 5 a , 4 5 bを備えている。 このため、 支持部
4 5は溝 4 4の底部 4 6と特に強固に接続されている。 したがって、 この圧電振 動片 3 2においては、 支持部 4 5が、 溝 4 4の底部 4 6と強固に固定されること で、 振動腕 3 4の捩じれ方向の変形力に対して、 効果的に対抗して、 この捩じれ 方向の変形を一層効果的に防止することができる。
さらに、 上述したように、 圧電振動片 3 2の各振動腕 3 4，' 3 5の腕幅 W 1カ 、
5 0 μ mないし 1 5 0 μ mであり.、 溝 4 4の深さ D 2が、 各振動腕 3 4， 3 5の 材料厚みの 3 0パーセント以上 5 0パーセント未満とされている。 これにより、 十分低い C I値とすることができる。 この場合、 溝 4 4の深さ D 2が、 振動腕 3 4の材料厚み D 1の 3 0パーセント 未満であると、 C I値の低減効果が十分得られず、 実用可能な C I値とすること ができない場合がある。 例えば、 3 2 . 7 6 8 k H zの音叉振動子で腕幅が 1 0 0 μ mの場合、 溝深さ 3 0 m (材料厚みの 3 0パーセント） 、 溝幅 7 0 ^ m (腕幅の 7 0パーセントであって、 これ以上溝幅を広げても C I値があまり低下 しなくなる寸法） であっても、 C I値は 1 0 0 k Ω程度と実用範囲の限界付近の 値となっている。
また、 溝 4 4の深さ D 2が、 振動腕 3 4の材料厚み D 1 の 5 0パーセント.を越 えると、 振動腕の表裏面にそれぞれ溝 4 4を形成することが不可能となる。 また、 図 3に示すように、 圧電振動片 3 2の溝 4 4の溝幅 W 2が、 振動腕の腕 幅 W 1の 4 0パーセント以上とされている。 この場合、 溝 4 4の溝幅 W 2が、 振 動腕の腕幅 W 1の 4 0パーセント未満であると、 C I値の低減効果が十分得られ ないことから、 実用可能な C I値とならない可能性がある。 例えば、 3 2 . 7 6 8 k H zの音叉振動子で腕幅が 1 0 0 μ mの場合、 溝深さ 4 5 m (材料厚みの 4 5パーセントで、 これ以上溝深さを拡大すると、 貫通のおそれがあることから 製造が困難である） 、 溝幅 4 0 / Hi (腕幅の 4 0パーセント） では、 （： 1値は 1 0 0 k Ω程度と実用範囲の限界付近の値となっている。
さらに、 好ましくは、 圧電振動片 3 2では、 溝 4 4の溝幅 W 2が、 振動腕の腕 幅 W 1の 7 0パーセント以上とすることができる。 これにより、 C I値の低減効 果は最大限に得られる範囲となる。 尚、 溝 4 4の溝幅 W 2が、 振動腕の腕幅 W 1 の 1 0 0パーセントでは溝形成が不可能となることは言うまでもない。 。
図 5ないし図 7は、 駆動時に圧電振動片に形成される電界に基づく電流と、 周 波数変化率の関係をシュミレーシユンにより確認したグラフである。
所謂音叉型の圧電振動片では、 Δ ίノ f =周波数変化率、 I 2 =圧電振動片に 流れる電流の二乗値、 とすると、 一般に次式の関係が成立する。
Δ f ノ f = k 1 · I 2 + k 2 · I 2 · · · · '式 （ 2 ) ここで、 k 1は、 圧電 振動片が水平方向 （図 1 3の X方向） に振動する弾性体と して決まる定数 （正の 値となる） 。 k 2は、'圧電振動片が垂直方向 （図 1 3の Z方向） に振動する弾性 体として決まる定数 （負の値となる） 。 図ちは、 圧電振動片に溝を形成しない場合、 つまり、 図 3のような圧電振動片 3 2において、 例えば、 溝 4 4 , 4 4を設けないような形態の圧電振動片の特性 を示している。 この場合には、 Δ ί Ζ ίは正の値を示し、 振動周波数は 3ないし 5 p p mの範囲でばらついている。
図 6は、 圧電振動片に溝のみを形成した場合、 つまり、 図 3の圧電振動片 3 2 において、 例えば、 溝 4 4 , 4 4を設けて、 支持部 4 5 , 4 5を設けないような 形態の圧電振動片の特性を示している。 この場合には、 図 1 3で説明した理由に より、 k 2である垂直振動成分が大きくなり、 Δ ί f は負の値を示し、 振動周 波数はマイナス 8ないしマイナス 4 p p mの範囲でばらついている。
図 7は、 本実施形態の圧電振動片 3 2であり、 各振動腕 3 4 , 3 5に溝 4 4， 4 4を形成し、 溝 4 4内には支持部 4 5を形成した形態の圧電振動片の特性を示 している。 図示されているように、 図 6に比べて k 2である垂直振動成分が大幅 に小さくなり、 Δ f Z ίである振動周波数の変動率もマイナス 1ないしプラス 2 P P m程度のばらつきに収まることがわかる。
図 8及び図 9は、 所謂音叉型の圧電振動片について、 C I値と温度特性との相 関を示したグラフであり、 C I値の変化と図 1 4及び図 1 5で説明した頂点温度 の関係を示している。
図 8は振動腕に溝を設け支持部を形成しない場合の C I値一温度特性を示し、 図 9は本実施形態の圧電振動片 3 2の C I値一温度特性を示すグラフである。 ' 図 8の場合、 C I値が変化 （上昇） するにしたがい、 頂点温度がマイナス側に シフトし τいる。 これに対して、 図 9の本実施形態の場合には、 c i値が変化し ても頂点温度がシフトしないことがわかる。
すなわち、 図 8のように C I値と頂点温度に相関が現れるのは、 振動腕に溝を 設け支持部を形成しない場合に、 振動腕の垂直振動成分の不安定さが生じるから であり、 図 9のように、 振動腕に溝を設け支持部を形成すると、 図 9のように C I値に依存 ずに頂点温度を安定させることができる。
図 1 0は、 本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器 の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。 図において、 送信者の音声を受信するマイクロフオン 3 0 8及び受信内容を音 声出力とするためのスピーカ 3 0 9を備えており、 さらに、 送受信信号の-変調及 ぴ復調部に接続された制御部としての集積回路等でなる C P U (C e n t r a l P r o c e s s i n g U n i t ) 3 0 1を備えている。
C P U 3 0 1は、 送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としての L CD や情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部 3 0 2や、 RAM', ROM 等でなる情報記憶手段 3 0 3の制御を行うようになっている。 このため、 C PU 3 0 1には、 圧電デバイス 3 0が取り付けられて、 その出力周波数を C PU 3 0 1に内蔵された所定の分周回路 （図示せず） 等により、 制御内容に適合したクロ ック信号と して利用するようにされている。 この C P U 3 0 1に取付けられる圧 電デバイス 3 0は、 圧電デバイス 3 0等単体でなくても、 圧電デバイス 3 0等と、 所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
C P U 3 0 1は、 さらに、 温度補償水晶発振器 （T C XO) 3 0 5と接続され、 温度捕償水晶発振器 3 0 5は、 送信部 3 0 7と受信部 3 0 6に接続されている。 これにより、 C P U 3 0 1からの基本クロックが、 環境温度が変化した場合に変 動しても、 温度捕償水晶発振器 3 0 5により修正されて、 送信部 3 0 7及び受信 部 3 0 6に与えられるようになつている。
このよ うに、 制御部を備えたディジタル式携帯電話装置 3 0 0のような電子機 器に、 上述した実施形態に係る圧電振動片 3 2と、 これらを利用した圧電デバイ ス 3 0を利用することにより、 C I値の上昇を招くことなく、 振動腕の垂直方向 の動きを抑制して、 振動腕のほぼ全長にわたり剛性を確保することで、 適切な振 動を実現できることから、 正確なク口ック信号を生成することができる。
本発明は上述の実施形態に限定されない。 各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、 パッケージ内、 あるいは金属製の筒状のケース等に圧電振 動片を収容するものであれば、 圧電振 »子、 圧電発振器等の名称にかかわらず、 全ての压電デバイスに適用することができる。
また、 上述の実施形態では、 パッケージに圧電材料を使用した箱状のものを利 用しているが、 このような形態に限らず、 少なく ともパッケージの一部について、 光が透過できる箇所を設けたものであれば、 いかなるパッケージやケースを伴う ものについても本発明を適用することができる。

Claims

特許請求の範囲 .
( 1 ) 圧電材料により形成されており、 基部から平行に延びる一対の振動腕と、 前記各振動腕にそれぞれ設けられ、 各振動腕の長さ方向に沿って延び.る有底の 溝と、
前記溝を幅方向に横切るように設けられ、 前記溝により幅方向に分離された振 動腕を構成する材料を一体に接続する支持部と
を備えることを特徴とする、 圧電振動片。
( 2 ) 前記支持部の前記溝の底部と一体になつた一体部が、 この支持部の少な く とも前記溝の開口側の端部よりも、 その厚みが増すように形成されていること を特徴とする請求項 1に記載の圧電振動片。
( 3 ) 前記溝が前記各振動腕の表面及び裏面にそれぞれ設けられていることを 特徴とする請求項 1または 2のいずれかに記載の圧電振動片。
( 4 ) 前記支持部が、 前記溝の一つに対して複数形成されていることを特徴と する請求項 1ないし 3のいずれかに記載の圧電振動片。
( 5 ) 前記各振動腕の腕幅が、 5 0 μ mないし 1 5 0 mであり、 前記溝の深 さが、 前記各振動腕の材料厚みの 3 0パーセント以上、 5 0パーセント未満であ ることを特徴とする請求項 1ないし 4のいずれかに記載の圧電振動片。 . .
( 6 ) 前記各振動腕に設けた前記溝の溝幅が、 各振動腕の腕幅の 4 0パーセン ト以上であることを特徴とする請求項 1ないし 5のいずれかに記載の圧電振動片。
( 7 ) ' 前記各振動腕に設けた前記溝の溝幅が、 各振動腕の腕幅の 7 0パーセン ト以上であることを特徴とする請求項 6に記載の圧電振動片。
-
( 8 ) ケースもしくはパッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであ つて、
前記圧電振動片が、
基部から平行に延びる一対の振動腕と、
前記各振動腕にそれぞれ設けられ、 各振動腕の長さ方向に沿って延びる有底の 溝と、 ' '
前記溝を幅方向に横切るよう.に設けられ、 前記溝により幅方向に分離された振 動腕を構成する材料を一体に接続する支持部と を備えることを特徴とする、 圧電デバイス。
( 9 ) ケースもしくはパッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利 用した携帯電話装置であって、
前記圧電振動片が、
基部から平行に延びる一対の振動腕と、
前記各振動腕にそれぞれ設けられ、 各振動腕の長さ方向に沿って延びる有底の 溝と、
前記溝を幅方向に横切.るように設けられ、 前記溝により幅方向に分離された振 動腕を構成する材料を一体に接続する支持部とを備える圧電デバイスにより、 制 御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、 携帯電話装置。
( 1 0 ) ケースもしくはパッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを 利用した電子機器であって、
前記圧電振動片が、
基部から平行に延びる一対の振動腕と、
' 前記各振動腕にそれぞれ設けられ、 各振動腕の長さ方向に沿って延びる'有底の 溝と、
前記溝を幅方向に横切るように設けられ、 前記溝.により幅方向に分離された振 動腕を構成する材料を一体に接続する支持部とを備える圧電デパイスにより、 制 御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、 電子機器。
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