(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＩ値と、周波数可変感度Ｓと、剛性とに優れる音叉型圧電振動片と、圧電フレームと、圧電デバイスとを提供する。【解決手段】圧電デバイスは、基部３０と、基部の一端から所定方向の伸びる一対の振動腕と、一対の振動腕の表裏面に形成され、所定方向に伸びる第一幅の二対の溝部１３とを備える。二対の溝部には、第一幅よりも狭い第二幅のリブ部５０を備える。圧電フレームは、上記圧電デバイスとこれを囲む外枠部からなる。圧電デバイスは、音叉型圧電振動片又は圧電フレームと、これを覆う蓋部と、ベースからなる。【選択図】図２
2010119095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部の一端からＹ軸方向に伸びる一対の振動腕と、
前記一対の振動腕の表裏面に形成され、前記Ｙ軸方向に伸びる第一幅の二対の溝部と、を備え、
前記二対の溝部に、前記第一幅よりも狭い第二幅の開口部を形成するように前記Ｙ軸方向と交差するＸ軸方向に伸びるリブ部を備えることを特徴とする音叉型圧電振動片。
【請求項２】
前記二対の溝部及び前記リブ部には、前記振動腕を励振させる励振電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項３】
前記リブ部は、前記溝部の片側にのみ形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項４】
前記リブ部は、前記溝部の＋Ｘ側から−Ｘ側に伸びて設けられていることを特徴とする請求項３に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項５】
前記リブ部は、前記溝部の両側に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項６】
前記リブ部は、前記Ｙ軸方向に伸びる溝部の長さの中央部又は中央部より下側に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項７】
前記振動腕の幅方向における前記リブ部の幅は、前記溝部の幅に対して、４０％以上で、９５％以下であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項８】
前記振動腕の厚み方向における前記リブ部の厚みは、前記振動腕の厚みに対して、７０％以上で、９５％以下であることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項９】
前記一対の振動腕は、それらの先端に振動腕の幅よりも幅の広いハンマー部を有し、
前記二対の溝部の中の片側の主面の溝部は、前記ハンマー部に渡って伸びていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項１０】
請求項１から請求項９の何れか一項に記載の音叉型圧電振動片と、
前記音叉型圧電振動片を覆う蓋部と、
前記音叉型圧電振動片を支えるベースと、を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項１１】
基部の一端側からＹ軸方向に伸びる一対の振動腕と、
前記一対の振動腕の表裏に形成される第一幅の二対の溝部と、
前記基部から前記溝部に形成され、前記振動腕を励振する励振電極と、
前記一対の振動腕の両外側において前記基部の一端側から前記Ｙ軸方向に伸びる一対の支持腕と、
前記一対の支持腕から前記Ｙ軸方向と交差する方向に伸びる接続腕と、
前記接続腕と接続されるとともに前記基部及び前記振動腕を囲む外枠部とを備え、
前記二対の溝部に前記第一幅よりも狭い第二幅の開口部を形成するように前記Ｙ軸方向と交差するＸ軸方向に伸びるリブ部を有することを特徴とする圧電フレーム。
【請求項１２】
前記請求項１１に記載の圧電フレームと、
この圧電フレームを覆う蓋部と、
前記圧電フレームを支えるベースと、を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉型圧電振動片、圧電フレーム及びそれらを有する圧電デバイスに関し、特に、更に小型化されても、ＣＩ値の上昇を有効に抑制でき、周波数可変感度Ｓも剛性も優れる音叉型圧電振動片、圧電フレーム及びそれらを有する圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、或いはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話等の移動体通信機器などにおいて、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
【０００３】
特に最近、これら圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。音叉型圧電振動片において、小型化の要求を満たすために振動腕を短くすることが普通である。しかし、振動腕の長さがＬで、幅がＷである時、音叉型圧電振動片の周波数Ｆは、Ｗ／Ｌ２に比例する。従って、振動腕が短くなると、周波数が高くなる。小型化されるほど、音叉型圧電振動片の剛性にも影響があり、大きい衝撃に耐えることができなくなる。
【０００４】
従来、小型化されることによるＣＩ値の上昇と剛性の低下などを解決する対策として、様々な技術が提案されている。特許文献１は、小型化されてもそのＣＩ値の上昇が抑制でき、剛性も維持できる音叉型圧電振動片を開示した。特許文献１に係る音叉型圧電振動片は、圧電材料により形成された基部と、振動腕と、振動腕に形成された溝部と、溝部に形成された励振用電極とを備える。その中で、振動腕は、先端に行くに従ってその腕幅が小さくなって、基部側で剛性が高く、先端側で剛性が低下されるように構成されている。溝部は、基部側において溝幅が狭くなるように構成されている。
【０００５】
特許文献１に係る音叉型圧電振動片は、上記の構成により、振動腕の基部部分が先端に比べて、その剛性が強化されることにより、音叉型圧電振動片の剛性も向上された。振動腕の根元部分が先端側と比較して、その剛性を強化することにより、二次の高調波のＣＩ値の低下を招くことがない。特許文献１に係る音叉型圧電振動片は、更にその剛性を高めるために、溝部に、リブ状若しくは壁状の補強部が複数設けられている。基部において、幅方向に切り込み部が形成されて、振動腕の基部側への振動漏れを防止し、更にＣＩ値を抑えることができる。
【０００６】
特許文献２は、ＣＩ値の上昇を抑制しつつ小型化が可能な音叉型圧電振動片を開示した。特許文献２に係る音叉型圧電振動片は、圧電材料により形成された基部と、振動腕と、振動腕の表裏面に形成された溝部と、溝部に形成された励振用電極とを備える。その中で、振動腕の表面と裏面中の何れか一面に形成された一方の溝部は、振動腕の先端まで延長されている。他方の延長されていない面には、溝部より先端側に周波数調整用の金属被覆部が設けられている。特許文献２に係る音叉型圧電振動片は、振動腕の先端側まで延長された溝部により、電界効率が向上されるので、その分のＣＩ値が低下する。
【０００７】
音叉型圧電振動片は、小型化により溝部に形成された励振電極間の距離が近くなり、直列共振容量が大きくなることによって、周波数可変感度Ｓが高くなる。周波数可変感度Ｓが高くなると、目的の周波数である３２．７６８ｋＨｚに合わせることが難しくなる。
【０００８】
特許文献３は、周波数可変感度Ｓを小さくするために、引出電極に絶縁層を設け、更に絶縁層の上に容量付加電極を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３４１２５１号公報
【特許文献２】特開２００６−３３０６５号公報
【特許文献３】特開２００７−６０１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に係る振動腕に形成された溝部は、小型化された音叉型圧電振動片の構造に限定されている。溝部の面積が少なくなり、溝部に形成されている励振用電極の形成面積も少なくなり、その分のＣＩ値が高くなる。剛性を維持するために、振動腕に補強部を形成し、振動漏れの対策として基部に切り込み部も形成したが、音叉型圧電振動片が小型化されるほど、それらの加工形成も困難である。小型化されるほど、励振電極間の距離が短くなり、周波数可変感度Ｓも大きくなる。これにより並列に繋ぐ容量に対する変化量が大きくなり目的の周波数に合わせることが難しくなる。
【００１１】
特許文献２に係る音叉型圧電振動片は、溝部の面積が大きくなる分のＣＩ値は下げることができる。しかし、溝部が振動腕の先端まで延長されて形成されたので、延長された分の剛性が低くなる。同じように、小型化されるほど、励振電極間の距離が短くなり、直列共振容量が大きくなることによって、周波数可変感度Ｓも大きくなる。これにより並列に繋ぐ容量に対する変化量が大きくなり目的の周波数に合わせることが難しくなる。周波数可変感度Ｓを下げるためには、直列共振容量を小さくすることが必要になる。しかし直列共振容量を小さくなるほど、ＣＩ値も大きくなってしまう。
【００１２】
特許文献３による製造方法では、引出電極に絶縁層を形成し、更に容量付加電極を設けるなど、複数の複雑な工程を行わなければならない問題点がある。また、３２．７６８ｋＨｚで振動する音叉型圧電振動片は、一般に±２０ｐｐｍから±３０ｐｐｍの誤差内で製造されていることが要求されている。この±２０ｐｐｍから±３０ｐｐｍの誤差を有する音叉型圧電振動片が民生、産業用電子機器に組み込まれた際には、可変コンデンサなどで正確に３２．７６８ｋＨｚに調整される。このためにはコンデンサ容量１ｐＦ（ピコファラッド）で約２０ｐｐｍ以下の周波数可変感度Ｓでないと、周波数調整が非常に困難となる。
【００１３】
従って、本発明の目的は、周波数可変感度Ｓを例えば２０ｐｐｍ以下に下げることができ、ＣＩ値も下げることができる音叉型圧電振動片、圧電フレーム及びそれらを有する圧電デバイスを提供する。特に周波数可変感度ＳとＣＩ値とを両立することができ、剛性も向上させた音叉型圧電振動片、圧電フレーム及びそれらを有する圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第一観点に係る音叉型圧電振動片は、基部と、基部の一端からY軸方向の伸びる一対の振動腕と、一対の振動腕の表裏面に形成され、Ｙ軸方向に伸びる第一幅の二対の溝部とを備える。二対の溝部には、第一幅よりも狭い第二幅の開口部を形成するようにＹ軸方向と交差するＸ軸方向に伸びるリブ部を備える。
溝部にリブ部が形成されているので、振動腕の剛性が増加される。また、リブ部分を設けることにより直列共振容量を小さくし、周波数可変感度Ｓを下げることができる。
【００１５】
第二観点に係る音叉型圧電振動片において、二対の溝部及びリブ部には、振動腕を励振させる励振電極が形成されている。水晶のエッチング異方性により、溝部に形成されたリブ部にテーパ面が形成される。これらの溝部及びリブ部に渡って励振電極が形成されることにより、断線などの不良を防止することができる。
【００１６】
第三観点に係る音叉型圧電振動片において、リブ部は、溝部の片側にのみ形成されている。
第四観点に係る音叉型圧電振動片において、リブ部は、前記溝部の＋Ｘ側から−Ｘ側に伸びて設けられている。
リブ部が溝部の＋Ｘ側から−Ｘ側に伸びて設けられているので、周波数可変感度Ｓを１５ｐｐｍ／ｐＦまで小さくすることができる。リブ部が溝部の＋Ｘ側に形成されることにより、水晶のエッチング異方性により形成されるエッチング残形状が変化し、剛性により強い形状が得られ、衝撃に対して高い耐性が得られる。
【００１７】
第五観点に係る音叉型圧電振動片において、リブ部は、溝部の両側に形成されている。
第六観点に係る音叉型圧電振動片において、リブ部は、Ｙ軸方向に伸びる溝部の長さの中央部又は中央部より下側に形成されている。
【００１８】
リブ部の形成位置が、基部から先端に向かって離れるほど、ＣＩ値が小さくなるが、その反面、周波数可変感度Ｓが大きくなる。リブ部が基部に近づく位置に形成されると、根元部に電荷が集中され、音叉型圧電振動片の特性に顕著に影響するので、周波数可変感度Ｓが下がる。従って、溝部の長さの中央部又は中央部より下側にリブ部を形成することにより、ＣＩ値と周波数可変感度との最良のバランスを取ることができる。
【００１９】
第七観点に係る音叉型圧電振動片において、振動腕の幅方向におけるリブ部の幅は、溝部の幅に対して、４０％以上、９５％以下で、６０％以上９５％以下であることがより好ましい。８０％以上で９５％以下であるのが更に好ましい。リブ部の幅が広くなると、圧電振動腕の剛性が強くなり、周波数可変感度Ｓが低くなる。
【００２０】
第八観点に係る音叉型圧電振動片において、振動腕の厚み方向におけるリブ部の厚みは、振動腕の厚みに対して、７０％以上、９５％以下である。
リブ部の幅と厚みが上記の範囲にあることにより、より優れる周波数可変感度、ＣＩ値及び剛性を得ることができる。
【００２１】
第九観点に係る音叉型圧電振動片において、一対の振動腕は、それらの先端に振動腕の幅よりも幅の広いハンマー部を有し、二対の溝部の中の片側の主面の溝部は、ハンマー部に渡って伸びている。片側の主面の溝部がハンマー部まで延長して形成するので、励振電極の形成面積が増やされ、ＣＩ値を下げ、電界効率も向上することができる。他の片面の主面の溝部は通常のものと同じであるので、従来のような周波数の調整を行うことができる。
【００２２】
第十観点に係る圧電デバイスは、第一観点から第九観点の何れか一項に記載の音叉型圧電振動片と、音叉型圧電振動片を覆う蓋部と、音叉型圧電振動片を支えるベースと、を備える。本発明に係る音叉型圧電振動片を有することにより、周波数可変感度とＣＩ値と剛性の優れる圧電デバイスを形成することができる。
【００２３】
第十一観点に係る圧電フレームは、基部の一端側からＹ軸方向に伸びる一対の振動腕と、一対の振動腕の表裏に形成される第一幅の二対の溝部と、基部から前記溝部に形成され、振動腕を励振する励振電極と、一対の振動腕の両外側において基部の一端側からＹ軸方向に伸びる一対の支持腕と、一対の支持腕からＹ軸方向と交差する方向に伸びる接続腕と、接続腕と接続されるとともに基部及び振動腕を囲む外枠部とを備え、二対の溝部に第一幅よりも狭い第二幅の開口部を形成するように軸方向と交差するＸ軸方向に伸びるリブ部を有する。リブ部が形成されていることにより、周波数可変感度を下げることができる。
【００２４】
第十二観点に係る圧電デバイスは、請求項１１に記載の圧電フレームと、この圧電フレームを覆う蓋部と、圧電フレームを支えるベースと、を備える。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、小型化されても、ＣＩ値の上昇を有効に抑制でき、優れる周波数可変感度Ｓを有し、剛性を向上された音叉型圧電振動片、圧電フレーム及び圧電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一音叉型圧電振動片１００の構造を示す図である。
【図２】本発明に係る第一音叉型圧電振動片１００の部分省略した斜視図である。
【図３】（ａ）は、実際に製造された第一音叉型圧電振動片１００の溝部１３、溝部１４の断面を示す図で、（ｂ）は、溝部１３、溝部１４に形成されたリブ部５０を拡大した斜視図である。
【図４】第二音叉型圧電振動片１１０の構造を示す図である。
【図５】（ａ）は、実際に製造された第二音叉型圧電振動片１１０の溝部１３、溝部１４の断面を示す図で、（ｂ）は、溝部１３、溝部１４に形成されたリブ部５１を拡大した斜視図である。
【図６】リブ部５０が溝部の長さに対して５０％である位置に形成された場合、リブ部５０の幅に対するＣＩ値と周波数可変感度Ｓとの特性に関するグラフである。
【図７】（ａ）は、リブ部５０が溝部の長さに対して２５％である位置に形成された場合、リブ部５０の幅に対するＣＩ値と周波数可変感度Ｓとの特性に関するグラフで、（ｂ）は、リブ部５０が溝部の長さに対して７５％である位置に形成された場合、リブ部５０の幅に対するＣＩ値と周波数可変感度Ｓとの特性に関するグラフである。
【図８】第三音叉型圧電振動片１２０の構造を示す図である。
【図９】（ａ）は、第四音叉型圧電振動片１３０の正面図で、（ｂ）は、第四音叉型圧電振動片１３０の背面図である。図９（ｃ）は、図９（ｂ）のＢ−Ｂ線のＧ部拡大断面図である。
【図１０】本発明に係る圧電フレーム２００の構造を示す平面図である。
【図１１】本発明に係る圧電デバイス３００の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明の最良の実施形態について詳しく説明するが、これに限定されるわけではない。
【００２８】
＜第一音叉型圧電振動片１００＞
図１は、本発明の第一音叉型圧電振動片１００の構造を示す図である。図１に示したように、第一音叉型圧電振動片１００は、Ｙ軸方向に従って伸びた一対の振動腕１０と、振動腕１０と一体に形成された圧電材料からなる基部３０とを備える。本実施例において、一対の振動腕１０の長さは１．２５ｍｍ程度で基部３０の長さは０．１５ｍｍ程度である。また、振動腕１０のＹ軸方向に直交するＸ軸方向における幅は５５μｍである。更に、本実施例に係る第一音叉型圧電振動片１００は、振動腕１０の両外側において、Ｙ軸方向に伸びた一対の支持腕２０を備える。
【００２９】
一対の振動腕１０は、夫々に基部３０から平行にＹ軸方向に伸び、一対の振動腕１０の表裏両面には夫々に溝部１３、溝部１４（図３及び図５に示されている）が形成されている。つまり、一本の振動腕１０には二箇所の溝部が形成され、一対の振動腕１０には四箇所の溝部が形成されている。当該溝部１３、溝部１４のＸ軸方向における幅Ｗ１は３０μｍで、長さＬは０．８ｍｍである。
【００３０】
一対の振動腕１０の根元部分はＸ軸方向に幅広に形成されている。これは振動腕１０の振動が根元部分に集中していた応力を移動させ、基部３０への振動漏れを減少させることができる。基部３０から延びる一対の振動腕１０はアーム部１１とこれより拡幅されたハンマー部１２からなる。この溝部１３、溝部１４は振動腕１０のアーム部１１に形成されている。
【００３１】
アーム部１１の先端部で幅広く形成されたハンマー部１２は、振動腕１０の振動を鈍くして、周波数を下げることができる。特に、ハンマー部１２は、Ｙ軸方向において所定の同じ幅を有する。このような構成は、従来技術に比べて、より短い長さで振動腕１０の振動を鈍くする効果を生かすことができ、周波数を下げることができる。従って、特性の変化なしに振動腕１０の長さを更に短くすることができる。また、ハンマー部１２の幅と長さ、及びアーム部１１の長さを調整することで、ＣＩ値の増加を抑制できる。
【００３２】
振動腕１０の側面、溝部１３、溝部１４、支持腕２０、及び基部３０に渡って、蒸着法又はスパッタリング法により励振電極と基部電極（図面で塗りつぶした部分）が形成されている。これらの電極は、１５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。クロム（Ｃｒ）層の代わりに、チタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。このような二層構造の代わりに、良好な密着性、耐食性、電気伝導性、耐熱性等を得るように、銅を主成分としてアルミニウム等との合金を使用して電極を形成しても良い。
【００３３】
図１に示したように、一対の溝部１３には、＋Ｘ側から−Ｘ側に伸びるリブ部５０が形成されている。リブ部５０は＋方向にのみ形成されているため、リブ部５０が形成されている箇所の溝部１３の幅は狭くなっている。リブ部５０は根元側からほぼ長さＬ／２の位置、溝部１３の長さＬの中央部に形成されている。裏面にある他の一対の溝部１４にも、同じようにリブ部５０が形成されている。以下の説明で溝部１３に形成されたリブ部５０を代表として説明し、溝部１４に形成されているリブ部５０は同じであるので、その説明を省略する。
【００３４】
図２は、本発明に係る第一音叉型圧電振動片１００の斜視図で、基部電極は描かれていない。図２に示したように、溝部１３とリブ部５０との全面に渡って、励振電極が形成されている。リブ部５０は、溝部１３の片方に形成されている。溝部１３にリブ部５０が形成されるため、そのリブ部５０付近で溝部１３の幅が狭くなっている。別言すれば、リブ部５０は溝部１３の幅よりも狭い幅の開口部５９を形成する。
【００３５】
図３（ａ）は、実際に製造された第一音叉型圧電振動片１００の溝部１３、溝部１４の断面を示す図で、図３（ｂ）は、溝部１３、溝部１４に形成されたリブ部５０を拡大した斜視図である。図３（ａ）では励振電極は描かれていない。図３（ｂ）では理解を助けるため、溝部１３の底面と振動腕１０の主面を網かけして示している。
【００３６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したように、水晶のエッチング異方性により、実際に形成された溝部１３、溝部１４は、図面に示されたようにエッチング残形が形成される。エッチングにより音叉型圧電振動片１００の外形を形成する時一体に形成されたリブ部５０も、エッチング残形が形成されている。リブ部５０は、開口部５９を有するため、Ｘ軸方向につながったリブ部の場合より、電極の断線などの不良を防止することができる。
【００３７】
リブ部５０は、図３（ｂ）に示したように、＋Ｘ側から−Ｘ側に伸びている。図３（ａ）に示したように、リブ部５０の幅Ｗ２は、溝部１３の幅Ｗ１の略８０％である。本実施例において、溝部１３の幅Ｗ１は３０μｍで、リブ部５０の幅Ｗ２は、２４μｍである。このため開口部５９の幅は６μｍである。リブ部５０の厚みは、溝部１３と略同じである。これにより、振動腕１０の剛性の強度を維持することができる。重たいハンマー部１２が形成されることによる応力の増大も、溝部１３に形成されたリブ部５０により強度を保つことができる。さらに、リブ部５０により直列共振容量Ｃ１が小さくなり、周波数可変感度Ｓを下げることができる。特に、本実施例による第一音叉型圧電振動片１００の周波数可変感度Ｓは１５ｐｐｍ／ｐＦぐらいで、非常に低い。
【００３８】
以下、リブ部５０について詳しく説明する。本実施例において、リブ部５０は、溝部１３の長さＬの５０％である中央部から基部３０側の位置に形成されている。即ち、リブ部５０は溝部１３の長さＬの５０％又は５０％以下の位置に形成されている。これにより、音叉型圧電振動片１００の基部部分の剛性を向上する。リブ部５０が基部３０に近くなるほど、振動し難くなりＣＩ値が高くなる。一方、リブ部５０が基部３０から離れるほど、周波数可変感度Ｓが大きくなる。このため、リブ部５０は溝部１３の長さＬの５０％より大きく基部３０から離れない方が好ましい。
【００３９】
リブ部５０の幅Ｗ２は、溝部１３が完全に分断されない限り、つまり＋Ｘ側から−Ｘ側に接触しない限り、特に限定はない。小さいＣＩ値と周波数可変感度Ｓとを両立する点から見ると、溝部１３の幅Ｗ１に対してリブ部５０の幅Ｗ２が、４０％以上で９５％以下であるのが好ましい。さらに、６０％以上で９５％以下であるのがより好ましく、８０％以上で９５％以下であるのが更に好ましい。溝部１３の幅Ｗ１に対してリブ部５０の幅Ｗ２が１００％である場合、ＣＩ値が高くなりすぎる。
【００４０】
本実施例の第一音叉型圧電振動片１００において、振動腕１０の幅が５５μｍ、溝部１３、溝部１４の幅が３０μｍ、振動腕１０の長さを１．２５ｍｍ、溝部１３、溝部１４の長さを０．８ｍｍ、リブ幅／溝部幅が８０％で、＋Ｘ側に形成されたリブ部５０を有する音叉型圧電振動片の周波数可変感度Ｓを測定した。その結果、周波数可変感度Ｓは１５ｐｐｍ／ｐＦである。
【００４１】
＜第二音叉型圧電振動片１１０＞
図４は、第二音叉型圧電振動片１１０の構造を示す図である。第二音叉型圧電振動片１１０は、リブ部５１の他は、第一音叉型圧電振動片１００の構造と同じである。ここでリブ部５１について詳しく説明し、その他の部分についてその説明を省略する。
【００４２】
図４に示したように、第二音叉型圧電振動片１１０において、溝部１３（溝部１４）にリブ部５１が夫々形成されている。各リブ部５１は、＋Ｘ側と−Ｘ側とに一つずつ形成される互いに対向する二つのリブ部分からなる。この形状により、リブ部５１が形成された箇所の溝部１３の幅は狭くなっている。別言すれば、リブ部５１は溝部１３の幅よりも狭い幅の開口部５９を形成する。図４に示したように、溝部１３、溝部１４の長さはＬであり、基部３０から振動腕１０の先端部に向かってＬ／３ぐらい離れた位置にリブ部５１が形成されている。即ち、リブ部５１の形成位置は、基部３０から溝部１３の長さの３０％に対応する位置に形成されている。
【００４３】
図５（ａ）は、実際に製造された第二音叉型圧電振動片１１０の溝部１３、溝部１４の断面を示す図で、図５（ｂ）は、溝部１３、溝部１４に形成されたリブ部５１を拡大した斜視図である。図５（ｂ）に示したように、一つの溝部に二つの対向する−Ｘ側リブ部分と＋Ｘ側リブ部分が形成されている。図５（ａ）では励振電極は描かれていない。図５（ｂ）では理解を助けるため、溝部１３の底面と振動腕１０の主面を網かけして示している。
【００４４】
第二音叉型圧電振動片１１０において、リブ部５１を構成する二つのリブ部分の幅Ｗ３とＷ４は同じでも良く異なっていてもよい。この二つのリブ部分の幅Ｗ３とＷ４とを合わせた幅が、４０％以上であれば特に限定はない。本実施例において、リブ部５１を構成する二つのリブ部分の幅Ｗ３とＷ４とは若干違って、＋Ｘ側から−Ｘ側へ伸びるリブ部分の幅Ｗ３が若干大きくなるように形成されている。また、当該二つのリブ部分の幅Ｗ３とＷ４とを合わせた幅は、溝部１３の幅Ｗ１に対して略６０％である。これにより水晶のエッチング異方性による特性をより一層生かすことができる。リブ部５１を構成する二つのリブ部分は、何れもその厚みが溝部１３、溝部１４の厚みと略同じである。
【００４５】
本実施例において、リブ部５１を構成する二つのリブ部分がお互いに対向するように構成されているが、これに限定されない。一つの溝部１３に形成されたリブ部５１の二つのリブ部分を、Ｙ軸方向に従って位置をずらして形成することもできる。この場合、二つのリブ部分のいずれも溝部１３の長さＬの５０％又は５０％以下の位置に形成されている。さらに、一対の振動腕１０の振動のバランスを保つために、一本の振動腕１０の溝部１３の−Ｘ側リブ部分と＋側リブ部分との比を例えば３：５とし、他の一本の振動腕１０の溝部１３の−Ｘ側リブ部分と＋側リブ部分との比を３：５とに形成することが好ましい。さらに二つのリブ部分をそれぞれＹ軸方向にずらして形成することにより、＋Ｘ側リブ部分又は−Ｘ側リブ部分の幅の範囲が広くなり、音叉型圧電振動片の剛性を更に向上することができ、周波数可変感度Ｓを更に下げることができる。
【００４６】
図６は、リブ部５０が溝部１３の長さに対して基部３０から５０％である位置に形成されている場合、リブ部５０の幅に対するＣＩ値と周波数可変感度Ｓとの特性に関するグラフである。図６において、横軸は、溝部１３の幅に対するリブ部５０の幅の割合を示し、左側から右側に従ってリブ部５０の幅が狭くなる。リブ部５０の幅の割合が０％とは、リブ部が無いことを意味する。左側の縦軸はＣＩ値比を示し、ＣＩ値比はリブ部が無い溝部のＣＩ値とリブ部があるＣＩ値の比を示す。右側の縦軸は周波数可変感度Ｓを示し、その数値が大きくなるほど、周波数可変感度Ｓが悪くなる。特に説明しないがリブ部５１もほぼ同様な傾向を示す。
【００４７】
図６において、ＣＩ値比（−Ｘ偏）と感度（−Ｘ偏）とは、第一音叉型圧電振動片１００のように＋Ｘ側の片側のみからリブ部５０が形成された場合（開口部５９が−Ｘ側に形成された場合）のＣＩ値比と周波数可変感度を意味する。ＣＩ値比と感度とは、第二音叉型圧電振動片１１０のように、両側からリブ部が形成された場合のＣＩ値比と周波数可変感度を意味する。図６に示したように、リブ部５０の幅が溝部１３の幅に対する割合が多くなるほど、周波数可変感度Ｓは下がるが、ＣＩ値比が大きい。すなわちＣＩ値が大きくなってしまう。
【００４８】
図６において、ＣＩ値比とＣＩ値比（−Ｘ偏）には、あまり差がないが、感度と感度（−Ｘ偏）とは大きい差がある。これは、リブ部５０を＋Ｘ側に形成した場合、水晶のエッチング異方性により、開口部５９の溝の深さが浅くなり、電極面積が小さくなるためである。直列容量Ｃ１値は電極面積に依存するパラメータであり、周波数可変感度Ｓは、下記の数式１で導かれるため、直列容量Ｃ１値が小さくなると周波数可変感度Ｓが小さくなる。ＣＩ値は、この場合の電極面積差、形状差異では変化が少ないため、リブ部５０の位置を＋Ｘ側に形成することによるＣＩ値は、その差が大きくない。
Ｓ＝−Ｃ１／２（ＣＬ＋Ｃ０）２……数式１
その中で、圧電振動子の等価回路において、Ｃ１は直列容量を示し、ＣＬは負荷容量を示し、Ｃ０は並列容量を示す。
【００４９】
図７（ａ）は、リブ部５０が基部から溝部１３の長さに対して２５％である位置に形成された場合、リブ部５０の幅に対するＣＩ値と周波数可変感度Ｓとの特性に関するグラフである。図７（ｂ）は、リブ部５０が基部から溝部１３の長さに対して７５％である位置に形成された場合、リブ部５０の幅に対するＣＩ値と周波数可変感度Ｓとの特性に関するグラフである。
【００５０】
図７（ａ）に示したように、リブ部５０が溝部１３の長さに対して５０％である位置に形成された場合（図６を参照）に比べて、溝部１３の長さに対して２５％である位置に形成されたものが、リブ部５０の幅の増加に対するＣＩ値の増大傾向がより大きくなり、周波数可変感度Ｓの減少傾向がより大きくなる。反面、溝部１３の長さに対して７５％である位置に形成されたものは、リブ部５０の幅の増加に対するＣＩ値の増大傾向がより小さくなり、周波数可変感度Ｓの減少傾向もより小さくなる。これは、根元に近くなるほど電荷が集中しており、特性に顕著に影響を及ぼすためである。
【００５１】
＜第三音叉型圧電振動片１２０＞
図８は、第三音叉型圧電振動片１２０の構造を示す図である。第三音叉型圧電振動片１２０は、リブ部５２の他に、第一音叉型圧電振動片１００の構造と同じである。ここでリブ部５２について詳しく説明し、その他の部分についてその説明を省略する。
【００５２】
図８に示したように、第三音叉型圧電振動片１２０において、振動腕１０の表裏面に形成された溝部１３、溝部１４にリブ部５２がそれぞれに形成されている。一本の振動腕１０の溝部１３に、＋Ｘ側に形成されたリブ部５２が形成されており、他の一本の振動腕１０の溝部１３に−Ｘ側に形成されたリブ部５２が形成されている。
【００５３】
第三音叉型圧電振動片１２０において、リブ部５２の各リブ部分の幅は、其々に溝部１３の幅の略４０％を占める。リブ部５２は、基部３０から溝部１３の長さＬの四分の一に対応する位置に形成されている。図面には示していないが、当該リブ部５２の厚みは、溝部１３、溝部１４の厚みの８０％である。これは、溝部１３、溝部１４とリブ部５２を形成する時に、当該リブ部５２のエッチング量を増加することにより簡単に実現できる。
【００５４】
＜第四音叉型圧電振動片１３０＞
図９（ａ）は、第四音叉型圧電振動片１３０の正面図で、図９（ｂ）は、第四音叉型圧電振動片１３０の背面図である。図９（ｃ）は、図９（ｂ）のＢ−Ｂ線のＧ部拡大断面図である。第四音叉型圧電振動片１３０は、第一音叉型圧電振動片１００と同じように、アーム部１１とハンマー部１２からなる振動腕１０と、支持腕２０と、基部３０とを有する。振動腕１０のアーム部１１の表面において、第一音叉型圧電振動片１００と同じ溝部１３が形成されている。振動腕１０のアーム部１１の裏面において、ハンマー部１２まで延長された延長溝部１４ａが形成されている。当該溝部１３と溝部１４ａにおいて、第一音叉型圧電振動片１００と同じリブ部５０が形成されている。
【００５５】
第四音叉型圧電振動片１３０において、延長溝部１４ａは、溝部１３より振動腕１０の先端に向かってハンマー部１２を超えて延長されている。この延長溝部１４ａは、音叉型圧電振動片の外形を形成するエッチング工程と同時に形成することができる。ハンマー部１２には、第一音叉型圧電振動片１００に比べて、先端側半分だけの電極が形成されている。
【００５６】
図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に基づいて、溝部１３と延長溝部１４ａについて説明する。
図９（ａ）に示されたように正面側（一方の主面）の溝部１３の長さはＨ１である。しかしながら、水晶のエッチング異方性により、図９（ｃ）に示されたように、溝部１３のＹ軸方向の両端においてエッチング残形が形成されている。溝部１３は、振動腕１０の先端側で、長さＨ３のエッチング残形が形成され、基部３０側で長さＨ４のエッチング残形が形成される。このため、効率的に振動に寄与する溝部１３の長さは、エッチング残形の長さＨ３とＨ４とを除いた長さになる。即ち、効率的に振動に寄与する溝部１３の長さは、図９（ａ）に示された長さＨ２になる。この効率的に振動に寄与する溝部１３の長さＨ２は、振動腕１０の長さより短い。
【００５７】
図９（ｂ）に示されたように、背面側（他方の主面）の延長溝部１４ａの長さはＨ５である。しかしながら、水晶のエッチング異方性により、延長溝部１４ａをエッチングする時、図９（ｃ）に示された延長溝部１４ａの両端においてエッチング残形が形成されている。即ち、延長溝部１４ａは、振動腕１０の先端側で、長さＨ７のエッチング残形が形成され、基部３０側で長さＨ８のエッチング残形が形成される。このため、実際に振動に寄与する延長溝部１４ａの長さは、エッチング残形の長さＨ７とＨ８とを除いた長さになる。このため、実際に振動に寄与する延長溝部１４ａの長さは、図９（ｂ）に示された長さＨ６になる。この実際に振動に寄与する延長溝部１４ａの長さＨ６は、最大で振動腕１０の長さと同じになることができる。これにより、小型化されても、電極の形成面積を確保することができ、ＣＩ値を下げることができる。
【００５８】
当該延長溝部１４ａが振動腕１０の先端側に延長されているので、電極の形成面積が増加され、電界効率が向上され、ＣＩ値を下げることができる。それに、延長溝部１４ａが形成されていない溝部１３の面で、従来と同じように周波数を調整することができる。第四音叉型圧電振動片１３０は、延長溝部１４ａによりその剛性が低下したが、溝部１３と延長溝部１４ａに形成されたリブ部５０によりそれ以上に剛性を補強することができる。
【００５９】
第四音叉型圧電振動片１３０において、振動腕１０の幅が５５μｍ、溝部１３、延長溝部１４ａの幅が１３μｍ、振動腕１０の長さを１．２５ｍｍ、延長溝部１４ａの長さを０．９５ｍｍで、延長された溝部１４ａがハンマー部１２に対して０．１ｍｍ延長された場合、ＣＩ値は約８％下げることができる。
【００６０】
＜圧電フレーム２００＞
図１０は、本発明に係る圧電フレーム２００の構造を示す平面図である。図１０に示したように、圧電フレーム２００は、第一音叉型圧電振動片１００と、当該第一音叉型圧電振動片１００の外周を囲む外枠部６０とを備える。第一音叉型圧電振動片１００は、振動腕１０と、支持腕２０と、基部３０とを備える。振動腕１０の表裏面において、溝部１３、溝部１４が形成されている。溝部１３、溝部１４には、リブ部５０が形成されており、溝部１３、溝部１４と支持腕２０と、基部３０に渡って電極が形成されている。溝部１３、溝部１４と、リブ部５０については、第一音叉型圧電振動片１００を説明する時に、詳しく説明したので、ここでその説明を省略する。
【００６１】
外枠部６０は、一対の支持腕２０と交差する方向に伸びる接続腕６５を介して支持腕２０と接続されている。これにより、ＣＩ値と、周波数可変感度Ｓと、剛性とが優れる圧電フレームを形成することができる。本実施例において、音叉型圧電振動片として第一音叉型圧電振動片１００を例示して説明したが、第二音叉型圧電振動片１１０、第三音叉型圧電振動片１２０、第四音叉型圧電振動片１３０の何れか一つを用いることができる。
【００６２】
＜圧電デバイス３００＞
図１１は本実施例に係る圧電デバイス３００の断面図である。圧電デバイス３００は、空間を備えたパッケージ（ベース）３０２に第一音叉型圧電振動片１００を入れ、真空チャンバ内で真空状態に保持し蓋体３０１とパッケージ３０２とを封止材３０４により接合する。蓋体３０１は硼珪酸ガラスなどで形成することができる。
【００６３】
パッケージ３０２は例えばセラミックからなるセラミックパッケージであり、複数枚のセラミックシートを積層して箱状に形成して焼結する。パッケージ３０２の底部には外部電極３０３が形成され表面実装（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）できるタイプとなる。
【００６４】
第一音叉型圧電振動片１００は、支持腕２０で圧電デバイス３００のパッケージ３０２と接合している。例えば、支持腕２０はパッケージ３０２の接合部電極に塗布した導電性接着剤の上に載置して、導電性接着剤を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤を本硬化することで、第一音叉型圧電振動片１００は、支持腕２０とパッケージ３０２の接合部電極とが接合され、パッケージ外部の外部電極３０３と電気的に接続される。
【００６５】
その後圧電デバイス３００は周波数の調整が行われる。つまり、第一音叉型圧電振動片１００の振動腕１０の先端にレーザー光が照射されることで、ハンマー部１２の金属被膜の一部が蒸散・昇華させられ質量が削減することにより振動周波数が調整される。また圧電デバイス３００は駆動特性などの検査を行うことで完成する。
【００６６】
これにより、ＣＩ値と、周波数可変感度Ｓと、剛性とが優れる圧電デバイスを形成することができる。本実施例において、音叉型圧電振動片として第一音叉型圧電振動片１００を例示して説明したが、第二音叉型圧電振動片１１０、第三音叉型圧電振動片１２０、第四音叉型圧電振動片１３０の中の何れか一つを用いることができる。
【００６７】
＜第二圧電デバイス＞
本実施例に係る第二圧電デバイスは、圧電フレーム２００と、この圧電フレーム２００を覆うリッド基板と、圧電フレーム２００を支えるベース基板からなる。リッド基板と、圧電フレーム２００と、ベース基板とは、従来と同じようにシロキサン結合により接合される。本発明の圧電フレーム２００を有することにより、ＣＩ値と、周波数可変感度Ｓと、剛性とが優れる圧電デバイスを形成することができる。
【００６８】
以上で、本発明の最良の実施形態について説明したが、これに限定されるわけではなく、当業者であれば、本発明に公開された内容に基づいて変更することができる。例えば、第四圧電振動子において、リブ部５０を備えるが、リブ部５１又はリブ部５２の何れかを備えてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０  …  振動腕
１１  …  アーム部
１２  …  ハンマー部
１３  …  表面に形成された溝部
１４  …  裏面に形成された溝部
１４ａ  …  延長溝部
２０  …  支持腕
３０  …  基部
５０、５１  …  リブ部
６０  …  外枠部
６５  …  接続腕
１００  …  第一音叉型圧電振動片
１１０  …  第二音叉型圧電振動片
１２０  …  第三音叉型圧電振動片
１３０  …  第四音叉型圧電振動片
２００  …  圧電フレーム
３００  …  圧電デバイス
３０１  …  蓋部
３０２  …  パッケージ
３０３  …  外部電極
【図１】
2010119095.tif 000003
【図２】
2010119095.tif 000004
【図３】
2010119095.tif 000005
【図４】
2010119095.tif 000006
【図５】
2010119095.tif 000007
【図６】
2010119095.tif 000008
【図７】
2010119095.tif 000009
【図８】
2010119095.tif 000010
【図９】
2010119095.tif 000011
【図１０】
2010119095.tif 000012
【図１１】
2010119095.tif 000013